可以循环冷却剂128，用于移除源自第二合成气20和与熔渣/颗粒混合物50相关的热量。
[0052]在一些实施例中，形成多个管道的许多个冷却管120的外径可以结合在一起以形成闭合表面。这样的结合可以通过数种方法来实现，包括但不限于管与管直接焊接、或者在相邻的管之间使用中间板或网状材料焊接。在某些实施例中，闭合表面可被用于引导合成气20和熔渣、细灰和焦炭50经过冷却区域19，提高冷却区域19内的热交换效率。在又一种实施例中，这样的闭合表面可被用作为防护屏障，以防止合成气20和熔渣/颗粒混合物50直接接触容器110的一部分，由此保护容器110免于暴露至过高的温度和腐蚀。其它的防护屏障可被用于在下文更加详细地描述的冷却区域19中。
[0053]如上所述的，整体式反应器-合成气冷却器16构造成接收第一合成气14和另外的原料(例如原料42)以调节第一合成气14的组成。应当注意到，供给至整体式反应器-合成气冷却器反应器18的另外的原料可以是与供给至气化器12的原料42相同的或不同的。此外，流至整体式反应器-合成气冷却器反应器18内的另外的原料的流量和/或流速可以是与流至气化器12内的原料42的流量和/或流速相同的或不同的。容器110还包括反应室开口 130(例如中心轴向的开口 )，以及围绕上部圆柱形壳体部分114周向104定位的一个或更多个进料喷射器开口 132，其提供分别用于第一合成气14和另外的原料(例如原料42)的通道，并使第一合成气14和另外的原料循环经过整体式反应器-合成气冷却器16的反应器18。例如，反应室开口 130可以如箭头14所示地接收源自气化器12的第一合成气14。类似地，一个或更多个进料喷射器140可以如箭头142所示地通过一个或更多个进料喷射器开口 132将另外的原料供给至整体式反应器-合成气冷却器反应器18。另外的原料142利用源自第一合成气14的热量，并通过热解产生焦炭((:)、0)、0)2、!12、!120和014。因此，另外的原料142可以使第一合成气14骤冷，由此降低第一合成气14的温度和整体式反应器-合成气冷却器反应器18的操作温度。如在下文更加详细地描述的，这种温度降低可有助于CH4生产。应当注意到，一个或更多个进料喷射器还可以将其它成分供给至整体式反应器-合成气冷却器16。例如，在某些实施例中，取决于第二合成气20的下游应用，一个或更多个进料喷射器140可以供给例如氮气、蒸汽、回收合成气、CO2或其组合的雾化介质。因此，一个或更多个进料喷射器140可以包括2或3蒸汽喷嘴排列。
[0054]在另外的原料142的气化过程中，蒸汽(例如缓和剂52)可被引入至整体式反应器-合成气冷却器反应器18中。蒸汽可与在另外的原料142的热解过程中产生的焦炭反应，从而通过已知的水气反应过程形成出和⑶。另外的原料142利用在热解过程中源自第一合成气14的热量。在另外的原料142热解过程中产生的出和在第一合成气14中存在的出还可以与焦炭反应，以经由甲烷化反应产生甲烷。此外，蒸汽还可与在另外的原料142的气化过程中产生的⑶反应以生成⑶2和H2(例如水气变换反应)。类似地，经由水气变换反应生成的H2可以与焦炭反应生成CH4。因此，第二合成气20可以是富含CH4的。
[0055]如上所述的，另外的原料142使第一合成气14骤冷，由此降低第一合成气14的温度和整体式反应器-合成气冷却器反应器18的总体运行温度。据此，通过控制供给至整体式反应器-合成气冷却器反应器18的另外的原料142的量，在第二合成气20中存在的CH4和/或H2的量就可被调节。在某些实施例中，另外的原料142的量(例如供给至气化器12的原料42的量的约15%至20%)可将第一合成气14的温度降低至低于约1100摄氏度。如此，整体式反应器-合成气冷却器反应器18的运行温度就可以更有助于甲烷反应，并且第二合成气20可以富含CH4。在其它实施例中，另外的原料142的量(例如供给至气化器12的原料42的量的约5%至10%)可将第一合成气14的温度降低至约1400°C至约IlOOcC之间。因此，整体式反应器-合成气冷却器反应器18的运行温度可更有助于水气变换反应。据此，第二合成气20可以是富含出的。在这种方式中，另外的原料142可被用于调节第二合成气20的CO/H2比。
[0056]改变整体式反应器-合成气冷却器反应器18的停留时间或大小还可以影响第二合成气20的组成。例如，使用高挥发性含碳原料，另外的原料142就可以在与占据整体式反应器-合成气冷却器16的约大于20%体积的更大的整体式反应器-合成气冷却器反应器(例如整体式反应器-合成气冷却器反应器18)相比的占据整体式反应器-合成气冷却器16的约10%至20%体积的更小的整体式反应器-合成气冷却器反应器中(例如整体式反应器-合成气冷却器反应器18)产生富含H2的合成气(例如第二合成气20)。
[0057]此外，相对于甲烷的量和/或⑶/H2比来说，改变用于另外的原料142的进料类型还可以改变第二合成气20的总体组成。例如，在某些实施例中，另外的原料142可以是带有高氢-碳比的高挥发性含碳原料。因此，在整体式反应器-合成气冷却器反应器18内形成CH4可以通过脱挥发分作用、随后与第一合成气14的焦炭反应，从而进一步提高CH4的形成。与之相比，CH4形成在以下情况中将会被降低，其中，另外的原料142是具有低氢-碳比的低挥发性含碳原料，其具有更长的停留时间。据此，使用带有高氢-碳比的高挥发性含碳原料的整体式反应器-合成气冷却器反应器18与另外的原料142为带有低氢-碳比的例如回收烟灰或焦炭的低挥发性含碳原料的情况相比在整体式反应器-合成气冷却器16内可以占据更小的体积。
[0058]应当认识的是，取决于第二合成气20的期望组成，原料42和另外的原料142可以是相同的或不同的。例如，在某些实施例中，原料42可以是低挥发性含碳原料，并可以最大化在气化器12中产生的HdPCO，并且另外的原料142可以是高挥发性含碳原料，用以最大化整体式反应器-合成气冷却器反应器18的CH4输出。如此，第二合成气20可以是富含H2或CH4的。
[0059]整体式反应器-合成气冷却器反应器18可以包括帮助形成甲烷的某些特征。例如，虽然在整体式反应器-合成气冷却器反应器18的运行条件下(例如低于约1100°C的温度)有助于甲烷形成，但是甲烷化反应的动力学通常是缓慢的。如此，需要提高整体式反应器-合成气冷却器反应器18中的气化成分(例如第一合成气14、缓和剂52和另外的原料142)的停留时间。在某些实施例中，反应室130开口和合成气冷却器开口 124之间的间隙150可以是整体式反应器-合成气冷却器16的长度154的约20%至约50%。如此，整体式反应器-合成气冷却器反应器18内的气化成分的期望停留时间可以实现，由此生成富含CH4的第二合成气20。在其它实施例中，间隙150可以是长度154的约5%至约15%。这种构造可更有助于形成富含H2的合成气(例如第二合成气20)。
[0060]除了提高气化成分(例如第一合成气14、缓和剂52和另外的原料142)的停留时间，一个或更多个进料喷射器140可以定位使得另外的原料142和第一合成气14的混合以及整体式反应器-合成气冷却器反应器18内的温度分布可被控制。图3和4描述了进料喷射器构造，其可适用于将另外的原料142和/或缓和剂52(例如蒸汽)供给至整体式反应器-合成气冷却器反应器18。图3为一个或更多个进料喷射器140的实施例的透视图，该一个或更多个进料喷射器140围绕上部圆柱形壳体部分114(例如圆顶部分)周向地(例如轴线104)交错，使得一个或更多个进料喷射器140可以轴向地(例如轴向轴线100)和向内地(例如中心轴线106)导向另外的原料142和/或缓和剂52，使得源自每个进料喷射器140的另外的原料142和/或缓和剂52(例如蒸汽)可以朝向中心轴线106汇聚。一个或更多个进料喷射器140可以与中心轴线106呈锐角160(例如小于约90度)输出另外的原料142和/或缓和剂52。例如，锐角160可以是约O至89、10至80、20至70、30至60、40至50度之间，或者朝向冷却管120导向另外的原料142和/或缓和剂52的任何其它合适的角度。在某些实施例中，一个或更多个进料喷射器140可以在上部圆柱形壳体部分114(例如圆顶部分)处成簇地布置。相对于中心轴线106的锐角160可以允许一个或更多个进料喷射器140在与第一合成气14由气化器14流至整体式反应器-合成气冷却器反应器18内的流动基本上平行的方向上导向另外的原料142的流动。如此，在相对更长的轴向距离上，第一合成气14的轴向动量可以提高，并且整体式反应器-合成气冷却器反应器18内的温度可以降低。整体式反应器-合成气冷却器反应器18内的空气动力学可以允许第二合成气20经由强制对流与冷却管120交换更多的热量，并由此沿着流动方向产生CH4。由于第二合成气20沿着更长的轴向距离的冷却，这还可以帮助蒸汽(例如蒸汽198)在冷却管120内的形成。
[0061 ]图4为具有朝向中心轴线106径向(例如径向轴线102)定向的一个或更多个进料喷射器140的整体式反应器-合成气冷却器16的实施例的透视图。类似于在图3中描述的实施例，源自每个进料喷射器140的气化成分(例如另外的原料142和/或缓和剂52)汇聚于中心轴线106。如在图4中所描述的，一个或更多个进料喷射器140沿着整体式反应器-合成气冷却器反应器18定位在不同的高度(例如轴向位置)。例如，一个或更多个进料喷射器140的第一部分可以定位在第一高度，其相对于沿着中心轴线106的上游方向以锐角160导向气化成分的输出，并且一个或更多个进料喷射器140的第二部分可以定位在第二高度，其相对于沿着中心轴线106的上游方向以钝角162(例如大于约90度)导向气化成分的输出。例如，钝角162可以是在约90至179、100至170、120至160、130至150度之间，或者用于朝向中心轴线106导向另外的原料142和/或缓和剂52的任何其它合适的角度。这种构造可以导致在整体式反应器-合成气冷却器反应器18内均匀的温度分布，并帮助第一合成气14的骤冷和促进还原反应(例如甲烷化)。第二合成气20的温度和动量可以在整体式反应器-合成气冷却器反应器18内降低，并且冷却区域19内的热传导可以类似于自然对流冷却，而不是强制对流冷却，并且冷却管120的长度可以减小。如此，第二合成气20可以富含甲烷，同时在第二合成气20的冷却期间，在冷却管120内生成的蒸汽(例如蒸汽190)可被降低。在其它实施例中，一个或更多个进料喷射器140可以形成旋流。例如，一个或更多个进料喷射器140可以周向顺时针地或者逆时针(例如围绕轴线106的轴线104)地涡旋输出另外的原料142和/或缓和剂52。周向旋流可以帮助气化成分的均匀分布，由此改善整体式反应器-合成气冷却器反应器18内的气化动力学，并帮助甲烷的形成。应当注意的是，一个或更多个进料喷射器140可以独立于彼此来运行。据此，一个或更多个进料喷射器140可以以顺时针或逆时针方向输出气化成分，并且其它进料喷射器140可以以相反的方向输出气化成分。与非旋流进料喷射器相比，构造成使另外的原料142周向旋流的进料喷射器可以允许第二合成气20的温度在沿着中心轴线106的更短距离内降低，并由此可以降低冷却管120的长度。
[0062]返回至图2，如上所讨论的，整体式反应器-合成气冷却器反应器18接收在高温高压下的第一合成气14和另外的原料142以产生富含CH4或出的合成气(例如第二合成气20)。据此，整体式反应器-合成气冷却器反应器18内的温度范围可以是在约500至1500摄氏度之间。因此，为了帮助保护整体式反应器-合成气冷却器16不受整体式反应器-合成气冷却器反应器18内的高温和高压的损害，上部圆柱形壳体部分114的至少一部分可以包括防护屏障170，以帮助减轻可由整体式反应器-合成气冷却器反应器18内的高