加到部分氧化器中以进一步热转化未反应的焦炭和焦油。
[0083]二级部分氧化器的操作温度相对较高，可达约1100°C至约1400°C的范围，或高至煤灰初始变形温度下约100° Fo该部分氧化器的操作压力为低于一级气化炉100约5psia至约35psia。通过调节氧化剂流以及基于入口合成气流中焦炭和焦油含量调节气流210中的蒸汽-氧气比来维持部分氧化器的温度。二级部分氧化器可在湍流流化状态下工作，且空塔气速范围为约3英尺/秒至约6英尺/秒以最大限度地减小部分氧化器的高度并最大限度地提高气体停留时间。
[0084]由于焦炭颗粒的表面氧化，每个焦炭颗粒具有比流化床气化炉中主体床更高的温度。这可能导致结块以及熔块的形成，即使在气化炉主体温度低于灰分初始变形温度约100°C时。此外，当气化低活性煤时，流化床中焦炭含量相对较高。氧化剂添加到气化炉中将以气化炉的相对较小量快速消耗，可能导致热斑以及熔块的形成。针对这些问题，在本发明的一个优选实施例中，一级输送式气化炉的操作温度为低于初始变形温度多过约400°C，以限制熔块的形成，如果不能完全避免的话。
[0085]二级部分氧化器的操作温度可高于一级输送式气化炉。二级部分氧化器的操作温度范围优选灰分初始变形温度下约30°C至约50°C，但优选不超过约1400°C。这种高温确保了二级反应中细料焦炭和焦油的实质性转化。
[0086]所述二级部分氧化器依赖于操作流化床以大量减少焦炭含量从而限制或避免熔块形成。一级输送式气化炉中一级旋风分离器130的设计几乎确保了大于约50微米的焦炭颗粒被收集并保留在循环床料中以在氧化剂富集区进一步反应。煤炭的约10%至约20%生成焦炭被送入到一级输送式气化炉中。仅生成了相对较少一部分的细粉焦碳，且并不通过一级气化炉旋风分离器收集，而是输送到(通过合成气流150) 二级部分氧化器中，其中，至少一部分转化成合成气。在二级部分氧化器中未转化的细粉焦碳的相对较小的一部分通过气流240与所述合成气一同从二级部分氧化器排出。这些因素导致最小限度-至-没有焦炭堆积在二级部分氧化器200中，且流化床中的焦炭浓度可小于约0.2wt%o在二级流化床如此低的焦炭浓度下，热焦炭颗粒碰撞形成大颗粒并最终导致熔块的概率非常小。
[0087]此外，在二级流化床中所有相对较大的范围在约10-500微米内的惰性颗粒，几乎处于相同的主体温度。由于存在的这些惰性颗粒远超过于细粉焦炭(小于约0.2wt% )和焦油，它们将快速淬灭细粉焦炭表面的高温，这归因于其部分氧化。因此，部分氧化器二级流化床可具有最小限度-至-没有热点并可在比气化炉100更高的温度下操作，而不形成熔块或结块。
[0088]二级流化床中剩余的惰性颗粒留在第二旋风分离器250以收集离开二级流化床部分氧化器的合成气流230中的夹带颗粒。收集到的床颗粒可通过收集床颗粒流260循环返回至二级流化床中。其余的床剩余颗粒可在冷却和减压之后通过流220回收处理。离开第二旋风分离器250的合成气流240中含有大部分细灰以及任何未反应的细粉焦炭灰。热合成气流240可升温至约1400°C然后进入合成气冷却器300。
[0089]合成气冷却器300包括多级内循环流化床(ICFB)冷却器以气化高灰分、高灰熔点烟煤。美国专利号为N0.2004-0100902公开的多级ICFB冷却器，在此引入并作为参考。ICFB冷却器300将合成气冷却至优选的约300°C至约500°C的温度范围内以产生蒸汽并在冷却合成气时使蒸汽过热。在ICFB冷却器中，合成气可利用惰性循环介质310将热量从合成气传递至传热表面323最好是传热表面不与合成气直接接触来进行冷却。其结果是，ICFB合成气冷却器在克服结垢、腐蚀、侵蚀以及可维护性方面比传统冷却器要有效得多。
[0090]由于细灰颗粒穿过ICFB合成气冷却器，合成气冷却器下游的第三旋风分离器350在更低的温度以及更高的负载下运作，能有效收集未反应的焦炭。可通过维持旋风分离器入口处合成气流330中惰性颗粒与未反应焦炭的质量比至少为10来提高旋风分离器的焦炭收集效率。旋风分离器入口处所需的负载可通过适当地选择ICFB冷却器中惰性介质的尺寸分布以及调整冷却器的气体空塔速度来实现。根据需要，一部分收集到的焦炭随着细粉惰性材料可作为流380加入到二级部分氧化器200的底部，以进一步转换焦炭并提高整体碳转化率。此外，冷却器旋风分离器的高收集效率降低了至杂质过滤单元400和下游细灰处理系统500的负载。
[0091]杂质过滤单元400可包括屏障过滤器以除去至少一部分残留的细颗粒。细杂质通过例如，可维持工艺温度的陶瓷或烧结金属过滤器，进行过滤。烧结过滤器可将单元400入口处的每百万约4，000至约20，000的杂质重量浓度(ppmw)减小至单元出口处的约0.1ppmw至约lppmw，产生几乎无杂质的合成气450供下游终端使用。细颗粒可收集在细粉收集器500中并在进一步冷却和降压使用后，例如，美国专利号为N0.8，066，789中公开的连续细灰减压(CFAD)系统510，在此引入并作为参考，通过流550处理。来自于第三旋风分离器350的细粉还可通过另一 CFAD系统510进行冷却和降压，以产生可通过流550处理的流 370。
[0092]如图3所示，气化高灰分、高灰熔点烟煤并达到90%以上碳转化率的优选方法，包括气化1000烟煤流、气化炉氧化剂流和蒸汽的组合，以产生合成气流，所述合成气流包括至少一种副产物，例如，焦炭和/或焦油。进一步的步骤包括部分氧化1100来自于步骤1000的合成气流，并将至少一部分副产物转化成合成气流。部分氧化1100包括将来自于步骤1000的合成气流与部分氧化器氧化剂和蒸汽流、以及来自于副产物去除步骤1200的收集床颗粒流相结合。
[0093]副产物去除步骤1200包括接受来自于步骤1100的合成气流，并随着来自于合成气流的淘洗惰性床料除去至少一部分副产物，其中所述副产物可包括焦炭和焦油，以及其它物质。
[0094]从步骤1200出来的合成气流包括大部分细灰以及任何未反应的细粉焦炭杂质。然后相对较热的合成气流进入到合成气冷却步骤1300以冷却来自于步骤1100/1200的合成气。所述合成气冷却步骤1300冷却合成气流。
[0095]冷却合成气流进入第三旋风分离器以进一步除去(步骤1400)来自于合成气流的细灰和未反应的细碳。相较于第二旋风分离器，由于第三旋风分离器在更低的温度下工作，其效率更高。步骤1400中收集到的一部分细料循环返回至步骤1100中以进一步部分氧化。从第三旋风分离器出来的合成气流可进入到过滤步骤1500。优选地，所述过滤步骤1500可减少杂质浓度以产生几乎无杂质的合成气流。
[0096]细粉处理步骤1600可在进一步冷却和降压使用后，例如，CFAD系统，实现。
[0097]上述说明书已阐明了本发明的许多特征及优势，以及详细的结构和功能。在本发明以多种形式公开的同时，显而易见的是，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的主旨情况下，可做出许多相应的修改、添加以及删除，特别是在形状、尺寸、以及部件的布置方面，因此，本发明及其等同物的范围为所附的权利要求的范围。因此，在本发明的教导下可得出的其它修改或实施均落入本发明权利要求的广度和范围内。
【主权项】
1.高灰分、高灰熔点烟煤的气化系统，包括: 气化炉，结合烟煤流和气化炉氧化剂流以产生含有第一浓度副产物的气化炉合成气流，其中，所述气化炉在气化炉操作温度范围、气化炉操作气体空塔速度范围、以及气化炉出口处气化炉操作压力范围下运行； 部分氧化器，结合气化炉合成气流和部分氧化器氧化剂流以产生含有低于所述第一浓度的第二浓度副产物的部分氧化器合成气流，其中，所述部分氧化器在部分氧化器操作温度范围、部分氧化器操作气体空塔速度范围、以及部分氧化器出口处部分氧化器操作压力范围下运行； 副产物去除系统，去除来自于部分氧化器合成气流中至少一部分副产物；以及 合成冷却器，冷却部分氧化器合成气流。
2.根据权利要求1所述的气化系统，其特征在于:还包括去除系统至部分氧化器的返料系统，将所述去除系统的至少一部分副产物通过副产物流返回至所述部分氧化器；其中，所述部分氧化器将蒸汽和所述副产物流与所述气化炉合成气流和部分氧化器氧化剂流相结合以产生所述部分氧化器合成气流。
3.根据权利要求1所述的气化系统，其特征在于:还包括供冷却的所述部分氧化器合成气流通过的过滤系统。
4.根据权利要求1所述的气化系统，其特征在于:所述系统气化灰分含量高于约15被％且灰分的初始变形温度高于约1500°C的烟煤，可实现