JP2009545636A - Gasifier with vertical continuous processing area - Google Patents

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ザンガリス、アンドレアス
スウェイン、マーガレット
ヘイ、グレエム
グラノフスキ、ミハイル
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プラスコエナジー アイピー ホールディングス、エス．エル．、ビルバオ、シャフハウゼン ブランチ
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Abstract

本発明は、炭素質原料をガスに変換するための垂直な連続処理領域を含む、垂直配向のガス化装置を提供する。ガス化装置は、該１つ以上の処理チャンバ内に分散される、２つ以上の垂直な連続処理領域を有する、１つ以上の処理チャンバを含み、そのそれぞれの中においては、乾燥、蒸発、および炭素変換から成る群から選択される各プロセスが、少なくとも部分的に好まれる。該処理領域は、それぞれの該各プロセスを個々に可能にする温度範囲によって、同定される。１つ以上の添加剤入力要素は、添加剤を入力するために処理領域に付随し、その中のそれぞれの該少なくとも部分的に好まれるプロセスを促進する。さらには、ガス化装置は、該少なくとも部分的に好まれるプロセスのそれぞれを強化するために該処理領域を通って原料の垂直移動を制御するように適合される１つ以上の材料置換制御モジュールと、第１の処理領域の近くに位置する１つ以上の原料入力部と、１つ以上のガス出力部と、１つ以上の残渣出力部とを含む。  The present invention provides a vertically oriented gasifier that includes a vertical continuous processing region for converting a carbonaceous feedstock into a gas. The gasifier includes one or more processing chambers having two or more vertical continuous processing regions distributed within the one or more processing chambers, each of which includes drying, evaporation, Each process selected from the group consisting of and carbon conversion is at least partially preferred. The treatment area is identified by a temperature range that allows each of the respective processes individually. One or more additive input elements are associated with the treatment region for inputting additives and facilitate each said at least partially preferred process therein. Further, the gasifier includes one or more material replacement control modules adapted to control vertical movement of the feedstock through the processing region to enhance each of the at least partially preferred processes. , Including one or more raw material input units, one or more gas output units, and one or more residue output units located near the first processing region.

Description

本発明は、ガス化の分野に関し、特に、炭素質原料をガスへ変換するための垂直配向のガス化装置に関する。   The present invention relates to the field of gasification, and more particularly to a vertically oriented gasifier for converting a carbonaceous raw material into a gas.

ガス化は、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）、バイオマス、石炭等の炭素質原料の、可燃性産生(product)ガスへの変換を可能にするプロセスである。産生ガスは、電気を生成するために、または化学物質および液体燃料を産生(produce)するための基本原料として、使用され得る。   Gasification is a process that enables the conversion of municipal solid waste (MSW), biomass, coal, and other carbonaceous feedstocks into combustible product gases. The production gas can be used to generate electricity or as a basic feedstock for producing chemicals and liquid fuels.

概して、ガス化反応は、炭素質原料を、制御されたおよび／または限定された量の酸素／空気および任意選択で蒸気とともに加熱ガス化装置内へ送給することから成る。過剰な酸素によって、動作してＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＳＯｘ、およびＮＯｘを産生する焼却または燃焼とは対照的に、ガス化反応は、ＣＯ、Ｈ２、Ｈ２Ｓ、およびＮＨ３を含む生ガス組成物を産生する。浄化および適切な処理の後、興味深い一次ガス化産物はＨ２およびＣＯである。 In general, the gasification reaction consists of delivering a carbonaceous feedstock into a heated gasifier with a controlled and / or limited amount of oxygen / air and optionally steam. With excess oxygen, the operation to CO 2, H 2 O, SOx , and NOx contrast to incineration or combustion producing, gasification reaction comprises CO, H 2, H 2 S , and NH 3 A raw gas composition is produced. After purification and appropriate treatment, interesting primary gasification products are H 2 and CO.

ガス化反応からの産生ガスの考えられる使用法として、内部処理および／またはその他の外部目的用の蒸気の産生のため、または、蒸気タービンによる電気の生成のためのボイラー内における燃焼、電気の生成のためのガスタービンまたはガスエンジン内における直接的な燃焼、燃料電池、メタノールおよびその他の液体燃料の産生、プラスチックおよび肥料等の化学物質の産生のためのさらなる原料として、別個の産業用燃料ガスとしての、水素および一酸化炭素両方の抽出、ならびにその他の産業上の用途が挙げられる。   Possible uses of product gas from gasification reactions include combustion in boilers for the production of steam for internal processing and / or other external purposes, or for the generation of electricity by steam turbines, generation of electricity As a separate industrial fuel gas, as a further raw material for direct combustion in gas turbines or gas engines, for the production of fuel cells, methanol and other liquid fuels, for the production of chemicals such as plastics and fertilizers Extraction of both hydrogen and carbon monoxide, as well as other industrial applications.

ガス化反応よって産生された熱を捕捉し、そのような熱を利用して電気を生成するための多数のシステムが提案されており、一般に組み合わせサイクルシステムとして知られている。産生ガス中のエネルギーは、プロセスによってガス化システム全体に産生された相当な量の回収可能な顕熱と相まって、概してプロセスを駆動するために十分な電気を産生し、それによって局所的な電力消費の費用を軽減することができる。   A number of systems have been proposed for capturing heat generated by a gasification reaction and generating electricity using such heat, and are generally known as combined cycle systems. The energy in the product gas, coupled with the substantial amount of recoverable sensible heat produced by the process throughout the gasification system, generally produces enough electricity to drive the process, thereby local power consumption Can reduce the cost.

有用な原料は、あらゆる都市廃棄物、産業活動によって産生された廃棄物、および生物医学的廃棄物、下水汚泥、石炭、重油、石油コークス、重油精製残留物、製油所廃棄物、炭化水素汚染土壌、バイオマス、および農業廃棄物、タイヤ、ならびにその他の有害廃棄物を含み得る。原料の起源に応じて、揮発物は、Ｈ２Ｏ、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＯ、ＣＨ４、Ｈ２Ｓ、ＮＨ３、Ｃ２Ｈ６、を含み、アセチレン類、オレフィン類、芳香族類、タール類、炭化水素液（油）、および炭化物（カーボンブラックおよび灰）等の不飽和炭化水素を含む場合がある。 Useful raw materials include all municipal waste, waste produced by industrial activities, and biomedical waste, sewage sludge, coal, heavy oil, petroleum coke, heavy oil refinery residue, refinery waste, hydrocarbon contaminated soil , Biomass, and agricultural waste, tires, and other hazardous waste. Depending on the origin of the raw materials, the volatiles include H 2 O, H 2 , N 2 , O 2 , CO 2 , CO, CH 4 , H 2 S, NH 3 , C 2 H 6 , acetylenes, It may contain unsaturated hydrocarbons such as olefins, aromatics, tars, hydrocarbon liquid (oil), and carbides (carbon black and ash).

ガス化反応を実現する手段は、多くの点で異なるが、４つの主要な工学的要素に依存し、それらは、ガス化装置における雰囲気（酸素濃度または空気または蒸気含有量）、ガス化装置の構成および寸法、内外部の加熱手段、ならびにプロセスの動作温度である。産生ガスの品質に影響を与える要素としては、原料の組成、調合および粒子の大きさ、ガス化装置加熱速度、滞留時間、材料送給方法（乾燥またはスラリー送給システム）、原料反応物フローアレンジメント、乾燥灰またはスラグ除去システムの設計、直接的または間接的な熱生成法および置換方法を使用するかどうか、および合成ガス浄化システムが、挙げられる。ガス化は、通常、約６５０℃〜１２００℃の範囲の温度で、真空下、大気圧下、または最大約１００気圧の圧力下のいずれかで実行される。   The means for realizing the gasification reaction differ in many respects, but depend on four main engineering factors, which are the atmosphere in the gasifier (oxygen concentration or air or steam content), the gasifier's Configuration and dimensions, internal and external heating means, and process operating temperature. Factors that affect the quality of the product gas include raw material composition, formulation and particle size, gasifier heating rate, residence time, material delivery method (dry or slurry delivery system), raw material reactant flow arrangement The design of dry ash or slag removal systems, whether to use direct or indirect heat generation and replacement methods, and syngas purification systems. Gasification is typically carried out at a temperature in the range of about 650 ° C. to 1200 ° C., either under vacuum, atmospheric pressure, or pressures up to about 100 atmospheres.

原料を加熱したとき、発生する第１の成分は水である。乾燥原料の温度が上昇すると、揮発が起こる。揮発の最中、原料は、熱的に分解され、タールおよび低揮発性炭化水素ガスを放出し、炭化物、有機および無機材料の両方から成る残留固形物を形成する。高温（１２００℃以上等）で、無機鉱物は、溶融またはガラス化し、スラグと称される溶融ガラス状物質を形成する。スラグは、通常、無害であるとみなされ、無害材料として、埋立地に処理されるか、または鉱石、道床、あるいはその他の構築材料として売られる場合がある。   When the raw material is heated, the first component generated is water. Volatilization occurs when the temperature of the dry ingredients rises. During volatilization, the feed is thermally decomposed, releasing tar and low volatility hydrocarbon gases, forming a residual solid consisting of both carbide, organic and inorganic materials. At high temperatures (such as 1200 ° C. or higher), inorganic minerals melt or vitrify to form a molten glassy material called slag. Slag is usually considered harmless and may be processed into landfills as harmless material or sold as ore, roadbed, or other building material.

ガス化反応において生成されたガスが、「低品質」の炭素質原料により低温ガス化装置内において生成される傾向がある種類のガス等、多種多様な揮発物を含む場合、ガスは概してオフガスと称される。原料の特徴およびガス化装置内における条件によって、ＣＯおよびＨ２が支配的な化学種であるガスが生成される場合、当該ガスを合成ガスと称する。任意選択で、生オフガスまたは生合成ガスは、ガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）によって冷却され、浄化される前に、ガス改質システム（ＧＲＳ）で、より微細なガス組成物に変換される。 If the gas produced in the gasification reaction contains a wide variety of volatiles, such as the types of gases that tend to be produced in low temperature gasifiers by "low quality" carbonaceous feedstock, the gas is generally off-gas Called. When a gas in which CO and H 2 are dominant chemical species is generated depending on the characteristics of the raw material and the conditions in the gasifier, the gas is referred to as synthesis gas. Optionally, the raw offgas or raw syngas is converted to a finer gas composition in the gas reforming system (GRS) before being cooled and purified by a gas conditioning system (GCS).

ＧＲＳは、プラズマ熱を使用して、その他の入力物または反応物の追加を伴い、または伴わずに、より長い鎖の揮発物およびタールをより小さい分子へ変換、再構成、または改質することにより、オフガス／合成ガスを改質することができる。ガス粒子が、プラズマ熱に接触する際、それらはその構成原子に解離する。これらの原子の多くは、その他の入力分子と反応し、新分子を形成する一方、その他のものは、同種原子と再結合する場合がある（例えば、１つの水素原子は、別の水素原子と結合する）。プラズマ熱と接触している分子の温度が低下すると、すべての原子が完全に再結合する。入力ガスは化学量論的に制御され得るため、出力ガスは、例えば、相当レベルの一酸化炭素およびわずかなレベルの二酸化炭素を産生するように制御され得る。別の方法としては、プラズマ加熱が、ガス化反応自体で、使用され得る。   GRS uses plasma heat to convert, reconstitute, or modify longer chain volatiles and tars to smaller molecules with or without the addition of other inputs or reactants. As a result, the off-gas / syngas can be modified. When gas particles come into contact with plasma heat, they dissociate into their constituent atoms. Many of these atoms react with other input molecules to form new molecules, while others may recombine with homologous atoms (eg, one hydrogen atom with another hydrogen atom). Join). When the temperature of the molecule in contact with the plasma heat decreases, all atoms recombine completely. Since the input gas can be controlled stoichiometrically, the output gas can be controlled to produce, for example, a substantial level of carbon monoxide and a slight level of carbon dioxide. Alternatively, plasma heating can be used in the gasification reaction itself.

プラズマは、少なくとも部分的にイオン化され、ガス原子、ガスイオン、および電子で構成される、高温発光ガスである。プラズマは、このようにして、あらゆるガスによって産生され得る。ガスは、中性（例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン）、還元的（例えば、水素、メタン、アンモニア、一酸化炭素）、または酸化的（例えば、酸素、二酸化炭素）である可能性があるため、これによってプラズマ中における化学反応の優れた制御を与える。バルク相において、プラズマは電気的に中性である。   Plasma is a high temperature luminescent gas that is at least partially ionized and is composed of gas atoms, gas ions, and electrons. The plasma can thus be produced by any gas. Because the gas can be neutral (eg, argon, helium, neon), reductive (eg, hydrogen, methane, ammonia, carbon monoxide), or oxidative (eg, oxygen, carbon dioxide) This gives excellent control of the chemical reaction in the plasma. In the bulk phase, the plasma is electrically neutral.

ガス改質システムＧＲＳによって改質されたガスは、少量の不要な化合物を含む可能性があり、それを使用可能生成物に変換するためのさらなる処理を必要とする場合がある。金属、硫黄化合物および灰などの不適切な物質は、ガスから除去される必要がある。これは、通常、ガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）において行われる。例えば、乾燥濾過システムおよび洗浄装置は、多くの場合、ＧＣＳで使用され、ガスから粒子状物質および酸性ガスを除去する。   The gas reformed by the gas reforming system GRS may contain small amounts of unwanted compounds and may require further processing to convert it to a usable product. Inappropriate materials such as metals, sulfur compounds and ash need to be removed from the gas. This is typically done in a gas conditioning system (GCS). For example, dry filtration systems and cleaning devices are often used in GCS to remove particulate matter and acid gases from gases.

これらの要素は、様々に異なるシステムの設計において考慮され、それらは、例えば、米国特許第６，６８６，５５６号、第６，６３０，１１３号、第６，３８０，５０７号、第６，２１５，６７８号、第５，６６６，８９１号、第５，７９８，４９７号、第５，７５６，９５７号、および、米国特許出願第２００４／０２５１２４１号、第２００２／０１４４９８１号に記載される。様々な用途で使用されるための合成ガスの産生のための石炭のガス化のための異なる技術に関する多くの特許も存在するが、それらは、米国特許番号第４，１４１，６９４号、第４，１８１，５０４号、第４，２０８，１９１号、４，４１０，３３６号、第４，４７２，１７２号、第４，６０６，７９９号、第５，３３１，９０６号、第５，４８６，２６９号、および第６，２００，４３０号を、含む。   These factors are considered in the design of a variety of different systems, such as, for example, US Pat. Nos. 6,686,556, 6,630,113, 6,380,507, 6,215. , 678, 5,666,891, 5,798,497, 5,756,957, and US Patent Application Nos. 2004/0251241 and 2002/0144981. There are also many patents relating to different technologies for the gasification of coal for the production of syngas for use in various applications, but they are also described in U.S. Pat. No. 4,141,694, 4th. , 181,504, 4,208,191, 4,410,336, 4,472,172, 4,606,799, 5,331,906, 5,486, 269, and 6,200,430.

多数の変換器は、当技術において既知であるが、実際の効率的なシステムは、重要な商業的使用を、未だ実現していない。それらの多くは、原料の組成および水分含有量における大きな変化を伴う熱移動の問題によって、揮発の段階において影響を受けてきた。比較的に安定した状態の動作を実現するために、揮発温度は、ガス化装置内で無機材料のスラッギング(slagging)が生じる温度に近づくように使用されなければならない。しかしながら、実際には、ガス化装置内の温度は、多くの場合、原料の含有量および水分量の違いにより、スラッギング温度以上に上昇する。このことは、廃棄物に曝露されるガス化装置のすべての表面上で、廃棄物溶融物の無機部分を含む、頑強な付着スラグコーティングの形成を結果としてもたらす。   A number of transducers are known in the art, but actual efficient systems have not yet achieved significant commercial use. Many of them have been affected in the volatilization stage by heat transfer problems with large changes in raw material composition and moisture content. In order to achieve relatively stable operation, the volatilization temperature must be used to approach the temperature at which slagging of the inorganic material occurs in the gasifier. In practice, however, the temperature in the gasifier often rises above the slagging temperature due to the difference in raw material content and moisture content. This results in the formation of a robust adherent slag coating that includes the inorganic portion of the waste melt on all surfaces of the gasifier that are exposed to the waste.

既知の垂直配向のガス化装置は、固定床処理チャンバおよび移動床処理チャンバを利用してきたが、後者は、ガラス化を伴わず残渣を処理する能力のためにより優れており、さらに、重力誘発垂直処理チャンバ、機械的補助流動処理チャンバ、噴流処理チャンバ、流動床処理チャンバおよびそれらの任意の組み合わせを含む。すべての既知の設計は、反応材料の流れの方向に逆流する入力される空気の流方向を有する。   Known vertical orientation gasifiers have utilized fixed and moving bed processing chambers, the latter being superior due to their ability to process residues without vitrification, and further gravity induced vertical Including a processing chamber, a mechanical auxiliary flow processing chamber, a jet processing chamber, a fluidized bed processing chamber, and any combination thereof. All known designs have an input air flow direction that reverses the reaction material flow direction.

垂直配向のガス化装置の先行のシステムおよびプロセスは、変化に応じて連続的に取り扱われなくてはならない課題に、十分に取り組んでこなかった。したがって、プロセスの全体効率を最大化する様式で炭素質原料を十分にガス化することができるシステム、および／または、プロセス全体を含むステップを提供することは、当該技術分野において著しい進歩となるであろう。   Prior systems and processes for vertically oriented gasifiers have not fully addressed the challenges that must be handled continuously in response to changes. Accordingly, providing a system that can sufficiently gasify the carbonaceous feedstock in a manner that maximizes the overall efficiency of the process, and / or steps that involve the entire process, represents a significant advance in the art. I will.

この背景事情は、出願人が信じる既知の情報、本発明と関連する可能性を持たせる目的で提供するものである。必ずしも承認を意図するものではなく、また、前述の情報のいずれも、本発明に対する先行技術を構成するという承認を必ずしも意図しないものとし、また解釈するべきでもない。   This background situation is provided for the purpose of giving known information believed by the applicant, the possibility of relating to the present invention. It is not necessarily intended for approval, and none of the foregoing information is intended and should not be construed as an approval to constitute prior art to the present invention.

本発明は、炭素質原料をガスへ変換するための垂直配向のガス化装置を提供することを対象とする。   The present invention is directed to providing a vertically oriented gasifier for converting a carbonaceous raw material into a gas.

本発明の一態様に従って、炭素質原料をガスおよび残渣に変換するためのガス化装置が提供されるが、該ガス化装置は、１つ以上の処理チャンバであって、２つ以上の垂直連続処理領域は該１つ以上の処理チャンバ内に分散され、そのそれぞれの１つ内で、乾燥、揮発、および炭素変換から成る群から選択されるそれぞれのプロセスは、少なくとも部分的に好まれ、該処理領域は、該各プロセスのそれぞれを個々に可能にする温度範囲によって同定される、処理チャンバと、その中で該少なくとも部分的に好まれるプロセスのそれぞれを促進するための添加剤の入力のための該処理領域に付随するする、１つ以上の添加剤入力要素と、各該少なくとも部分的に好まれるプロセスを評価するための、該処理領域を通る、原料の垂直移動を制御するように適合された、１つ以上の材料置換制御モジュールと、第１の該処理領域の近くに位置する１つ以上の原料入力部と、１つ以上のガス出力部と、１つ以上の残渣出力部と、を含む。   In accordance with one aspect of the present invention, a gasifier is provided for converting a carbonaceous feedstock to gas and residue, wherein the gasifier is one or more processing chambers that are two or more vertically continuous. Processing regions are distributed within the one or more processing chambers, and within each one thereof, each process selected from the group consisting of drying, volatilization, and carbon conversion is at least partially preferred, A processing region is identified by a temperature range that enables each of each of the processes individually, for input of additives to facilitate each of the processing chambers and the at least partially preferred processes therein. One or more additive input elements associated with the processing region and control the vertical movement of the raw material through the processing region to evaluate each of the at least partially preferred processes. One or more material replacement control modules, one or more raw material inputs close to the first processing region, one or more gas outputs, and one or more residues adapted to And an output unit.

本発明の別の態様に従って、炭素質原料をガスおよび残渣に変換するための垂直配向のガス化装置が提供されるが、該ガス化装置は、１つ以上の処理チャンバであって、それぞれの１つは、その中に添加剤の入力のための１つ以上の添加剤入力要素を含み、該１つ以上の処理チャンバの組み合わせおよび該１つ以上のその添加剤入力要素の配置は、ガス化装置内の、２つ以上の垂直な連続処理領域の創出を促進し、そのそれぞれ１つ内で、各プロセスが少なくとも部分的に好まれ、該処理領域は、該各プロセスのそれぞれを個々に可能にする温度範囲によって同定される、処理チャンバと、第１の該処理領域に近位である１つ以上の原料入力部と、各該少なくとも部分的に好まれるプロセスのそれぞれを促進するための、該処理領域を通る、原料の垂直移動を制御するように適合される１つ以上の材料置換制御モジュールと、１つ以上のガス出力部と、１つ以上の残渣出力部と、を含む。   In accordance with another aspect of the present invention, a vertically oriented gasifier is provided for converting a carbonaceous feedstock into gas and residue, the gasifier comprising one or more processing chambers, each of One includes one or more additive input elements for input of additive therein, the combination of the one or more processing chambers and the arrangement of the one or more of the additive input elements is a gas Facilitates the creation of two or more vertical continuous processing regions within the processor, each within which one of the processes is at least partially preferred, the processing region individually To facilitate each of the processing chamber, one or more raw material inputs proximal to the first processing region, and each of the at least partially preferred processes, identified by a temperature range to enable. Through the processing area, Including charge and one or more materials replacement control module adapted to control the vertical movement of the one or more gas output portions, and one or more residues 渣出 force unit.

本発明の別の態様に従って、炭素質原料方法をガスおよび残渣に変換するための方法が提供されるが、該方法は、ガス化装置を提供するステップと、該ガス化装置内の２つ以上の垂直な連続処理領域を創出するステップであって、それぞれの１つ内で、乾燥、揮発、および炭素変換から成る群から選択される各プロセスが、少なくとも部分的に好まれ、該処理領域は、それぞれ、該各プロセスのそれぞれを個々に可能にする温度範囲によって同定されるステップと、各該少なくとも部分的に好まれるプロセスのそれぞれを促進するために、ガス化装置内に添加剤を入力するステップと、該処理領域を通る原料の下方移動を制御し、それにより該少なくとも部分的に好まれるプロセスのそれぞれを最適化するステップと、ガス化装置からガスおよび残渣を出力するステップと、を含む。   In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method for converting a carbonaceous feedstock method to gas and residue, the method comprising providing a gasifier and two or more in the gasifier Wherein each process selected from the group consisting of drying, volatilization, and carbon conversion is at least partially preferred within each one of the processing areas, , Each step identified by a temperature range that enables each of each of the processes individually, and an additive in the gasifier to facilitate each of the at least partially preferred processes, respectively. Controlling the downward movement of the feedstock through the treatment area, thereby optimizing each of the at least partially preferred processes, and gas flow from the gasifier. Comprising the steps of: outputting a fine residue.

図１は、本発明の一実施形態に従う、垂直配向のガス化装置を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a vertically oriented gasifier according to an embodiment of the present invention. 図２は、本発明の別の実施形態に従う、垂直配向のガス化装置を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a vertically oriented gasifier according to another embodiment of the present invention. 図３は、本発明の一実施形態に従う、それぞれは、１つ以上の添加材およびオフガスの抽出点の設定を有する、反応材料の１つのチャンバから次のチャンバへの垂直連続移動を伴う、複数の処理チャンバを含む、垂直配向のガス化装置を示す概略図である。FIG. 3 shows a plurality of reactive materials with vertical continuous movement from one chamber to the next, each having one or more additive and off-gas extraction point settings, according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a vertically oriented gasifier including a plurality of processing chambers. 図４は、本発明の一実施形態に従う、添加剤入力要素の対称性配置を伴う、単一の処理チャンバを含む、ガス化装置における、処理領域を表示する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a processing region in a gasifier including a single processing chamber with a symmetrical arrangement of additive input elements, in accordance with one embodiment of the present invention. 図５は、本発明の一実施形態に従う、添加剤入力要素の非対称性配置を伴う、単一の処理チャンバを含む、ガス化装置における処理領域を表示する図である。FIG. 5 is a diagram showing a processing region in a gasifier including a single processing chamber with an asymmetric arrangement of additive input elements, according to one embodiment of the present invention. 図６は、本発明の一実施形態に従う、それぞれは、添加剤入力要素の対称性配置を伴い、乾燥、揮発および炭素変換のための個々の処理領域を形成することを可能にする、３つの処理チャンバを含む、理想的ガス化装置における処理領域を表示する図である。FIG. 6 illustrates three embodiments, each with a symmetrical arrangement of additive input elements, that allows for the formation of individual processing zones for drying, volatilization and carbon conversion, according to one embodiment of the present invention. It is a figure which displays the process area | region in an ideal gasification apparatus containing a process chamber. 図７は、本発明の一実施形態に従う、それぞれは、添加剤入力要素の対称性配置を伴い、その中で生じる乾燥、揮発、および炭素変換プロセスを異なる割合で有する処理領域の形成を可能にする、３つのチャンバを含む、ガス化装置における処理領域を表示する図である。FIG. 7, according to one embodiment of the present invention, each with a symmetrical arrangement of additive input elements, allows the formation of processing regions having different rates of drying, volatilization, and carbon conversion processes occurring therein. It is a figure which displays the process area | region in a gasification apparatus containing three chambers. 図８は、本発明の一実施形態に従う、第１の処理チャンバは乾燥および揮発領域を含み、第２の処理チャンバは、炭素変換領域を主に含む、２つの処理チャンバを有する、ガス化装置における処理領域を表示する図である。FIG. 8 illustrates a gasifier having two processing chambers, the first processing chamber including a drying and volatilization region, and the second processing chamber mainly including a carbon conversion region, according to an embodiment of the present invention. It is a figure which displays the process area | region in. 図９は、本発明の一実施形態に従う、第１の処理チャンバは、乾燥領域を主に含み、第２の処理チャンバは、揮発および炭素変換領域を主に含む、２つの処理チャンバを有する、ガス化装置における処理領域を表示する図である。FIG. 9 shows that, according to one embodiment of the present invention, the first processing chamber has two processing chambers mainly including a drying region, and the second processing chamber mainly includes volatilization and carbon conversion regions. It is a figure which displays the process area | region in a gasifier. 図１０は、本発明の一実施形態に従う、横方向材料置換制御モジュールと、後続の垂直材料置換制御モジュールとを有するガス化装置を有する、ガス化システムを示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a gasification system having a gasifier having a lateral material replacement control module and a subsequent vertical material replacement control module according to an embodiment of the present invention. 図１１は、本発明の一実施形態に従う、垂直材料置換制御モジュールと、後続の横方向材料置換制御モジュールとを有するガス化装置を有する、ガス化システムを示す概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a gasification system having a gasifier having a vertical material replacement control module and a subsequent lateral material replacement control module according to one embodiment of the present invention. 図１２は、本発明の一実施形態に従う、回転アーム式材料置換制御モジュールを有する処理チャンバの断面概略図である。図１２Ｂは、回転アーム式材料置換制御モジュールの上面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a processing chamber having a rotating arm material replacement control module according to an embodiment of the present invention. FIG. 12B is a top view of the rotary arm type material replacement control module. 図１３Ａは、本発明の一実施形態に従う、エクストラクタスクリュー式材料置換制御モジュールを使用する処理チャンバの、斜視の切り取り図である。図１３Ｂは、本発明の一実施形態に従う、残渣出口が、直接的な落下を防ぐために、主要な処理チャンバから離される、微変動を示す断面図である。FIG. 13A is a perspective cutaway view of a processing chamber using an extractor screw material replacement control module, according to one embodiment of the present invention. FIG. 13B is a cross-sectional view showing a slight variation in which the residue outlet is moved away from the main processing chamber to prevent direct fall, according to one embodiment of the present invention. 図１４Ａは、本発明の一実施形態に従う、プッシャーラム式材料置換制御モジュールを使用する処理チャンバの斜視の切り取り図である。図１４Ｂおよび図１４Ｃは、本発明の一実施形態に従う、プッシャーラム式材料置換制御モジュールを使用する２つの異なる処理チャンバを示す断面図である。FIG. 14A is a perspective cutaway view of a processing chamber using a pusher ram material replacement control module, according to one embodiment of the present invention. 14B and 14C are cross-sectional views illustrating two different processing chambers using a pusher ram material replacement control module, according to one embodiment of the present invention. 図１５Ａおよび図１５Ｂは、本発明の異なる実施形態に従う、材料置換制御モジュールで使用され得る回転格子の実施形態を示す図である。15A and 15B are diagrams illustrating embodiments of a rotating grid that can be used in a material replacement control module according to different embodiments of the present invention. 図１６は、２つの処理チャンバのガス化装置において反応材料が１つの処理チャンバから別のチャンバへ移動する、様々な実施形態を示す図である。使用される材料置換制御モジュールとしては、（ａ）重力、（ｂ）横の上部弁による重力、（ｃ）ホッパーによる重力、（ｄ）スクリューによる重力、（ｅ）垂直スクリュー、（ｆ）水平エクストラクタスクリュー、（ｇ）ホッパーによる水平スクリュー、（ｈ）スクリューおよびホッパーによる重力、（ｉ）水平エクストラクタスクリューおよびホッパー、が挙げられる。FIG. 16 is a diagram illustrating various embodiments in which reactant material moves from one process chamber to another in a gasifier of two process chambers. The material replacement control modules used are: (a) gravity, (b) gravity by the side upper valve, (c) gravity by the hopper, (d) gravity by screw, (e) vertical screw, (f) horizontal extra (G) horizontal screw by hopper, (h) gravity by screw and hopper, (i) horizontal extractor screw and hopper. 図１７は、本発明の一実施形態に従う、本発明の一実施形態に従う、噴流処理チャンバの概略図である。FIG. 17 is a schematic view of a jet processing chamber according to an embodiment of the present invention, according to an embodiment of the present invention. 図１８は、本発明の一実施形態に従う、本発明の一実施形態に従う、流動床処理チャンバの概略図である。FIG. 18 is a schematic diagram of a fluidized bed processing chamber according to one embodiment of the present invention, according to one embodiment of the present invention. 図１９は、本発明の一実施形態に従う、本発明の一実施形態に従う、移動床処理チャンバの概略図である。FIG. 19 is a schematic diagram of a moving bed processing chamber according to one embodiment of the present invention, according to one embodiment of the present invention. 図２０Ａから２０Ｄは、本発明の一実施形態に従う、それぞれの場合における処理領域の描写によって、処理チャンバのまわりの添加剤入力要素の配置のための異なる実施形態を示す図である。FIGS. 20A through 20D illustrate different embodiments for placement of additive input elements around the processing chamber, with depictions of processing regions in each case, in accordance with one embodiment of the present invention. 図２１Ａおよび図２１Ｂは、本発明の一実施形態に従う、本発明の異なる実施形態による、異なる形状の処理チャンバを示す図である。21A and 21B are diagrams illustrating differently shaped processing chambers according to different embodiments of the present invention, according to one embodiment of the present invention. 図２２は、ガス化装置への原料入力手段の異なる実施形態を示し、（ａ）第１の送給スクリューに送給される第２の送給と、（ｂ）混合されたホッパーに送給され、スクリューを介してガス化装置に運ばれる第１および第２の送給と、（ｃ）２つ以上の送給流のためのものと、を示す図である。FIG. 22 shows different embodiments of the raw material input means to the gasifier, (a) the second feed fed to the first feed screw, and (b) the feed to the mixed hopper FIG. 2 shows first and second feeds carried through a screw to a gasifier and (c) for two or more feed streams. 図２３は、本発明の一実施形態に従う、ガス改質システム（ＧＲＳ）を通して、またはそれを伴わない、いずれかの、単一のチャンバまたは複数のチャンバの垂直配向のガス化装置の、ガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）への接続を示す図である。FIG. 23 illustrates gas conditioning of a single chamber or multi-chamber vertical orientation gasifier, either through or without a gas reforming system (GRS), according to one embodiment of the present invention. It is a figure which shows the connection to a system (GCS). 図２４は、本発明の一実施形態に従う、残渣コンディショニングシステムにさらに接続される、図２３のシステムと同様のシステムを示す図である。FIG. 24 is a diagram illustrating a system similar to that of FIG. 23, further connected to a residue conditioning system, according to one embodiment of the present invention. 図２５は、残渣コンディショニングシステムから、ＧＲＳまたはＧＣＳのいずれかへの産生ガスのさらなる移動を伴う、図２３および図２４のシステムと同様のシステムを示す図である。FIG. 25 shows a system similar to that of FIGS. 23 and 24 with further transfer of product gas from the residue conditioning system to either GRS or GCS. 図２６Ａは、本発明の一実施形態に従う、残渣コンディショニングシステムにおいて産生された、産生ガスのためのＧＣＳの使用を示す図である。FIG. 26A is a diagram illustrating the use of GCS for product gas produced in a residue conditioning system, according to one embodiment of the present invention. 図２６Ｂは、本発明の一実施形態に従う、第１のＧＣＳへ送給される前の、残渣コンディショニングシステムにおいて産生された産生ガスのためのミニＧＣＳの使用を示す図である。FIG. 26B is a diagram illustrating the use of a mini-GCS for product gas produced in a residue conditioning system before being delivered to the first GCS, in accordance with one embodiment of the present invention. 図２７は、独立するＧＲＳおよびＧＣＳを伴い２つの並列流を含む、ガス化施設を建設するためのモジュラーアプローチを示す図である。FIG. 27 illustrates a modular approach for building a gasification facility that includes two parallel flows with independent GRS and GCS. 図２８は、プラズマ式残渣コンディショニングシステムを伴う、単一の処理チャンバを有する、一連のガス化装置の断面概略図である。FIG. 28 is a cross-sectional schematic diagram of a series of gasifiers having a single processing chamber with a plasma residue conditioning system. 図２９は、プラズマ式残渣コンディショニングシステムを伴う、２つの処理チャンバを有する、一連のガス化装置の断面概略図である。FIG. 29 is a schematic cross-sectional view of a series of gasifiers having two processing chambers with a plasma residue conditioning system. 図３０は、ガス化装置、ＧＲＳ、ＧＣＳ、ＧＨＳ出力合成ガス産生上流側のための下流側用途を使用する、ガス化施設の分散制御システムの一実施形態を示す図である。FIG. 30 is a diagram illustrating one embodiment of a distributed control system for a gasification facility that uses a downstream application for a gasifier, GRS, GCS, GHS output synthesis gas production upstream. 図３１から図３４は、「１」は、機能ブロック１（ガス化装置）を示し、「２」は、機能ブロック２（残渣コンディショニングシステム）を示し、「３」は、機能ブロック３（ガス改質システム）を示す、ガス化施設の異なる機能ブロックプロセスがどのように構成され得るかの、様々な組み合わせを示す図である。In FIG. 31 to FIG. 34, “1” indicates functional block 1 (gasifier), “2” indicates functional block 2 (residue conditioning system), and “3” indicates functional block 3 (gas reforming system). FIG. 2 shows various combinations of how different functional block processes of a gasification facility can be configured, showing a quality system).

発明の詳細Details of the invention

定義
本願において、「約」という用語は、正常値から±１０％の変動のことをいう。そのような変動は、具体的に言及されているか否かにかかわらず、本願において提供されるあらゆる所定の値に常に含まれることを理解されたい。 Definitions In this application, the term “about” refers to a variation of ± 10% from a normal value. It should be understood that such variations are always included in any given value provided in this application, whether or not specifically mentioned.

本願において同義で使用される場合、「炭素質原料」および「原料」という用語は、ガス化プロセスにおいて使用され得る炭素質材料のことをいうものとして定義される。適切な原料の例としては、都市廃棄物、産業活動によって産生された廃棄物、生物医学的廃棄物、再利用不可能なプラスチックを含む、再利用に不適切な炭素質材料、下水汚泥、石炭、重油、石油コークス、重油精製残留物、製油所廃棄物、炭化水素で汚染された固体、バイオマス、農業廃棄物、都市固形廃棄物、有害廃棄物および産業廃棄物を含む、有害および無害の廃棄材料が挙げられるがこれらに限定されない。ガス化に有用なバイオマスの例としては、廃材、新鮮材、果物、野菜、および穀物加工の残骸、製紙工場の残渣、藁、草、ならびに肥料を含むがこれらに限定されない。   As used interchangeably in this application, the terms “carbonaceous feedstock” and “feedstock” are defined to refer to carbonaceous materials that can be used in a gasification process. Examples of suitable raw materials include municipal waste, waste produced by industrial activities, biomedical waste, carbonaceous materials unsuitable for reuse, including non-reusable plastics, sewage sludge, coal Hazardous and harmless disposal, including heavy oil, petroleum coke, heavy oil refinery residue, refinery waste, hydrocarbon-contaminated solids, biomass, agricultural waste, municipal solid waste, hazardous waste and industrial waste Examples include, but are not limited to, materials. Examples of biomass useful for gasification include, but are not limited to, waste wood, fresh wood, fruits, vegetables, and grain processing debris, paper mill residue, straw, grass, and fertilizer.

「反応材料」という用語は、部分的または完全に処理された原料を含むが、これらに限定されない、任意の原料を示すように定義される。   The term “reactive material” is defined to indicate any raw material, including but not limited to partially or fully processed raw materials.

本明細書において、「入力」という用語は、あらゆるシステムまたはそのコンポーネントに入力または通信しようとしているか、あらゆるシステムまたはそのコンポーネントに現在入力または通信しているか、またはあらゆるシステムまたはそのコンポーネントに以前に入力または通信したことを示す。入力には、これらに限定されないが、組成物、情報、データ、および信号、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。組成物に関しては、これらに限定されないが、入力には、流入液、反応物質、試薬、燃料、物体、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。情報に関しては、これらに限定されないが、入力には、システムの仕様、および動作パラメータが挙げられる。データに関しては、入力には、これらに限定されないが、システムによって生成または収集された結果、測定値、初見、説明、統計、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。信号に関しては、これらに限定されないが、入力には、空気、電気、オーディオ、光（視覚的および非視覚的）、機械的なもの、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。システムまたはそのコンポーネントに関して、入力とは、所定のシステムまたはシステムのコンポーネントへの入力が、別のシステムまたはシステムのコンポーネントに関する出力にもなり得るように、システムまたはそのコンポーネントに入力または通信されようとしているか、現在入力または通信されているか、以前に入力または通信されたものとして定義することができる。入力は、また、システムによる入力または通信のアクションまたはプロセスも示すことができる。   As used herein, the term “input” is intended to enter or communicate with any system or component thereof, is currently entering or communicating with any system or component thereof, or previously entered or communicated with any system or component thereof. Indicates communication. Inputs include, but are not limited to, compositions, information, data, and signals, or any combination thereof. With respect to the composition, the input includes, but is not limited to, influent, reactant, reagent, fuel, object, or any combination thereof. For information, the input includes, but is not limited to, system specifications and operating parameters. With respect to data, inputs include, but are not limited to, results, measurements, first looks, descriptions, statistics, or any combination thereof generated or collected by the system. With respect to signals, inputs include, but are not limited to, air, electricity, audio, light (visual and non-visual), mechanical, or any combination thereof. With respect to a system or its components, input is about to be input or communicated to the system or its components so that an input to a given system or system component can also be an output for another system or system component Can be defined as currently entered or communicated, or previously entered or communicated. Input can also indicate an input or communication action or process by the system.

本明細書において、「出力」という用語は、あらゆるシステムまたはそのコンポーネントから出ようとしている、または通信されようとしているか、あらゆるシステムまたはそのコンポーネントから現在出ている、または通信されているか、あらゆるシステムまたはそのコンポーネントから以前に出た、または通信されたことを示す。出力には、これらに限定されないが、組成物、情報、データ、および信号、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。組成物に関しては、出力には、これらに限定されないが、流出液、反応生成物、プロセス廃棄物、燃料、物体、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。情報に関しては、出力には、これらに限定されないが、システムの仕様、および作動パラメータが挙げられる。データに関しては、出力には、これらに限定されないが、システムによって生成または収集された結果、測定値、初見、説明、統計、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。信号に関しては、出力には、これらに限定されないが、空気、電気、オーディオ、光（視覚的および非視覚的）、機械的なもの、またはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられる。システムまたはそのコンポーネントに関して、出力とは、所定のシステムまたはシステムのコンポーネントの出力が、別のシステムまたはシステムのコンポーネントに関する入力にもなりうるように、システムまたはそのコンポーネントから出されようと、または通信されようとしているか、現在出されている、または通信されているか、出された、または通信されたものとして定義することができる。出力は、システムを出るか、またはこれと連通するアクションまたはプロセスを示すこともできる。   As used herein, the term “output” refers to any system or component that is about to be emanating or communicated from any system or component thereof, or that is currently emanating or communicated from any system or component thereof. Indicates that the component previously exited or communicated. The output includes, but is not limited to, composition, information, data, and signal, or any combination thereof. With respect to the composition, output includes, but is not limited to, effluent, reaction product, process waste, fuel, object, or any combination thereof. For information, the output includes, but is not limited to, system specifications and operating parameters. With respect to data, output includes, but is not limited to, results, measurements, first looks, descriptions, statistics, or any combination thereof generated or collected by the system. With respect to signals, outputs include, but are not limited to, air, electricity, audio, light (visual and non-visual), mechanical, or any combination thereof. With respect to a system or its components, output refers to whether the output of a given system or system component can be output from or communicated with a system or its components so that it can also be input to another system or system component. It can be defined as being about, currently issued, or communicated, issued or communicated. The output can also indicate an action or process that exits or communicates with the system.

「残渣」という用語は、概して、炭素質原料のガス化または焼却のプロセス中に、産生される残留物を示す。これらは、プロセスの生成物の固体および半固体を含む。そのような残渣は、概して、シリコン、アルミニウム、鉄、および酸化カルシウム等の炭素質材料において存在する無機不燃性材料、さらに、不反応のまたは不完全変換の炭素の一部分から構成される。そのようなものとして、残渣は、炭、灰、および／またはガス化チャンバから移された任意の不完全変換の原料を含む場合がある。残渣は、例えば、バグハウスフィルターにおいて収集されたもの等の、ガス濾過ステップにおいて収集された固体等の、ダウンストリームガスコンディショニングプロセスから回収された材料を含む場合がある。残渣は、さらに焼却炉の汚染軽減室において収集される焼却炉ボトムアッシュおよびフライアッシュの形態で生じる場合のある、炭素質原料の焼却プロセスの固体生成物を含む場合がある。   The term “residue” generally refers to the residue produced during the process of gasification or incineration of the carbonaceous feedstock. These include process product solids and semi-solids. Such residues are generally composed of inorganic nonflammable materials present in carbonaceous materials such as silicon, aluminum, iron, and calcium oxide, as well as a portion of unreacted or incompletely converted carbon. As such, the residue may include charcoal, ash, and / or any incompletely converted raw material transferred from the gasification chamber. The residue may include material recovered from a downstream gas conditioning process, such as solids collected in a gas filtration step, such as those collected in a baghouse filter. The residue may further comprise solid products of the incineration process of the carbonaceous feedstock that may occur in the form of incinerator bottom ash and fly ash collected in the incinerator decontamination chamber.

「検知要素」という用語は、プロセス、プロセス装置、プロセス入力、またはプロセス出力の特徴を検知するように構成されたシステムの任意の要素を説明するものとして定義され、そのような特徴は、システムの１つ以上の局所的、領域的、および／または大域的プロセスを監視、調節、および／または制御する際に使用可能な特徴値によって表現され得る。ガス化システムの文脈の中で検知要素とみなされるものは、プロセス、流体および／または材料の温度、圧力、流量、組成、ならびに／またはその他のそのような特徴、さらに、システム内における任意の所定の地点における材料の位置および／または性質、ならびに、システム内で使用される任意のプロセス装置のあらゆる動作特徴の検知のための、センサ、検出器、モニタ、アナライザ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。検知要素の上記の例は、それぞれガス化システムの文脈の中で関連するものであるが、本開示の文脈の中で具体的に関連するものでない場合もあるため、本明細書において検知要素として定義される要素は、これらの例を踏まえて限定および／または不適切に解釈されるべきではないことが、当業者には十分に理解されるであろう。   The term “sensing element” is defined to describe any element of a system configured to sense a feature of a process, process equipment, process input, or process output, such feature being It can be represented by feature values that can be used in monitoring, adjusting, and / or controlling one or more local, regional, and / or global processes. What is considered a sensing element in the context of a gasification system is the process, fluid and / or material temperature, pressure, flow rate, composition, and / or other such characteristics, as well as any predetermined in the system Including sensors, detectors, monitors, analyzers, or any combination thereof for the detection of the location and / or nature of the material at the point of operation and any operational characteristics of any process equipment used in the system However, it is not limited to these. Each of the above examples of sensing elements are relevant in the context of a gasification system, but may not be specifically relevant in the context of the present disclosure, and are therefore referred to herein as sensing elements. It will be appreciated by those skilled in the art that the elements defined should not be construed as limited and / or inappropriate in light of these examples.

「応答要素」という用語は、それと動作可能に関連付けられたプロセス装置を動作させるために、１つ以上の所定の、計算され、固定された、および／または調整可能な、制御パラメータに従って検知された特徴に応答するように構成されたシステムの任意の要素を説明するものとして定義され、１つ以上の制御パラメータは、所望のプロセス結果を提供するものとして定義される。ガス化システムの文脈の中で応答要素とみなされるものは、静的な、事前設定された、および／または動的に可変のドライバ、動力源、ならびに、１つ以上の制御パラメータに基づいて、機械的、電気的、磁気的、空気圧式、油圧式の、またはそれらの組み合わせであってもよいアクションを装置に行わせるように構成可能なその他任意の要素を含み得るが、これらに限定されない。ガス化システムの文脈の中でプロセス装置とみなされ、それに対して１つ以上の応答要素が動作可能に連結され得るものは、材料および／または原料入力手段、プラズマ熱源等の熱源、添加剤入力手段、種々のガスブロワおよび／またはその他のそのようなガス循環装置、種々のガス流量および／または圧力調節器、ならびに、ガス化システム内のあらゆる局所的、領域的、および／または大域的プロセスに対して影響を及ぼすように動作可能なその他のプロセス装置を含み得るが、これらに限定されない。応答要素の上記の例は、それぞれガス化システムの文脈の中で関連するものであるが、本開示の文脈の中で具体的に関連するものでない場合もあるため、本願において応答要素として定義される要素は、これらの例を踏まえて限定および／または不適切に解釈されるべきではないことが、当業者には十分に理解されるであろう。   The term “responsive element” is sensed according to one or more predetermined, calculated, fixed, and / or adjustable control parameters to operate a process device operatively associated therewith. It is defined as describing any element of the system configured to respond to the feature, and one or more control parameters are defined as providing the desired process result. What is considered a response element in the context of a gasification system is based on static, pre-configured and / or dynamically variable drivers, power sources, and one or more control parameters, It may include, but is not limited to, any other element that can be configured to cause the device to perform an action that may be mechanical, electrical, magnetic, pneumatic, hydraulic, or combinations thereof. What is considered a process device in the context of a gasification system, to which one or more response elements can be operatively coupled, is a material and / or raw material input means, a heat source such as a plasma heat source, an additive input Means, various gas blowers and / or other such gas circulation devices, various gas flow rates and / or pressure regulators, and any local, regional, and / or global processes within the gasification system Other process equipment operable to affect, but not limited to. Each of the above examples of response elements is relevant in the context of a gasification system, but may not be specifically relevant in the context of the present disclosure, so it is defined herein as a response element. Those skilled in the art will appreciate that such elements should not be construed as limiting and / or inappropriate in light of these examples.

本明細書で使用される時、「リアルタイム」という用語は、アクションが関連する、システムもしくはプロセスの現在もしくは最近の状況、またはその特徴を実質的に反映している任意のアクションを定義するものとして使用される。リアルタイムアクションは、プロセス、反復、計測、計算、応答、反応、データの取得、取得されたデータに呼応した装置の動作、および、システムまたはその中で実装される所定のプロセス内において実装されるその他のそのようなアクションを含み得るが、これらに限定されない。比較的遅く変動するプロセスまたは特徴に関連するリアルタイムアクションは、比較的速く変動するプロセスまたは特徴に関連する別の同等のリアルタイムアクション（例えば、１ｍｓ、１０ｍｓ、１００ｍｓ、１ｓ）よりもはるかに長い時間枠または期間（例えば、秒、分、時等）内に実装され得ることが、十分に理解されるであろう。   As used herein, the term “real time” is intended to define any action that substantially reflects the current or recent status of the system or process, or its characteristics, with which the action is associated. used. Real-time actions are processes, iterations, measurements, calculations, responses, responses, data acquisition, device behavior in response to the acquired data, and others implemented within the system or a predetermined process implemented therein Such actions may include, but are not limited to: A real time action associated with a relatively slowly varying process or feature is a much longer time frame than another equivalent real time action associated with a relatively rapidly varying process or feature (eg, 1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s). It will be appreciated that it can also be implemented within a period (eg, seconds, minutes, hours, etc.).

本明細書で使用される時、「連続」という用語は、定期的に、または所定の速度あるいは頻度で、実装される任意の動作を定義するために使用される。連続的なアクションは、プロセス、反復、計測、計算、応答、反応、検知要素によるデータの取得、取得されたデータに呼応した装置の動作、および、システム内で、またはその中で実装される所定のプロセスと連携して実装されるその他のそのようなアクションを含み得るが、これらに限定されない。比較的遅く変動するプロセスまたは特徴に関連する連続的なアクションは、比較的速く変動するプロセスまたは特徴に関連する別の同等の連続的なアクション（例えば、１ＫＨｚ、１００Ｈｚ、１０Ｈｚ、１Ｈｚ）よりもはるかに遅い速度または頻度（例えば、１回／秒、１回／分、１回／時等）で実装され得ることが、十分に理解されるであろう。   As used herein, the term “continuous” is used to define any operation that is implemented periodically or at a predetermined rate or frequency. Continuous actions are processes, iterations, measurements, calculations, responses, reactions, acquisition of data by sensing elements, operation of the device in response to the acquired data, and predetermined implementations in or within the system Other such actions that may be implemented in conjunction with this process may include, but are not limited to: A continuous action associated with a relatively slowly varying process or feature is much more than another equivalent continuous action associated with a relatively rapidly varying process or feature (eg, 1 KHz, 100 Hz, 10 Hz, 1 Hz) It will be appreciated that it may be implemented at a slower rate or frequency (eg, once / second, once / minute, once / hour, etc.).

別段の定義がない限り、本願において使用するすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されているものと同じ意味を有する。   Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

本発明は、２つ以上の垂直な連続処理領域であって、その中で、乾燥、揮発または炭素変換等の特定のプロセスが少なくとも部分的に好まれる、処理領域を含むガス化装置を提供する。処理領域は、その中の異なるプロセスを可能にするそれらの異なる温度によって同定される。ガス化装置は、１つ以上の処理チャンバを含み、垂直な連続処理領域は、１つ以上の処理チャンバ全体に分散される。添加剤入力要素は、その中で少なくとも部分的に好まれるプロセスを促進するための処理領域に付随する。つまり、処理領域は、１つ以上の処理チャンバの組み合わせによって、および／または各処理チャンバにおける１つ以上の添加剤入力要素の配置によって、促進されるということが考えられ得る。ガス化装置は、第１の処理領域の近くに位置する１つ以上の原料入力部、１つ以上のガス出力部、１つ以上の残渣出力部、１つ以上の材料置換制御モジュールおよび、任意選択で、大域的制御システムを含む。   The present invention provides a gasifier comprising a treatment region that is two or more vertical continuous treatment regions in which a particular process such as drying, volatilization or carbon conversion is at least partially preferred. . The treatment areas are identified by their different temperatures allowing different processes therein. The gasifier includes one or more processing chambers, and vertical continuous processing regions are distributed throughout the one or more processing chambers. The additive input element is associated with a processing region for facilitating at least partially preferred processes therein. That is, it can be considered that the processing region is facilitated by a combination of one or more processing chambers and / or by the placement of one or more additive input elements in each processing chamber. The gasifier includes one or more raw material input units, one or more gas output units, one or more residue output units, one or more material replacement control modules located near the first processing region, and optionally Options include a global control system.

以下の記載では、ガス化プロセス全体は、順の３つのプロセス、乾燥、揮発および炭素変換を構成すると考えられるであろう。あらゆるそのようなプロセスは、必要に応じて１つ以上のサブプロセスを構成すると定義され得るように、ガス化プロセスは、任意の２つ以上プロセスを構成すると定義され得るため、これらのプロセスは、模範のみであるものとし、本実施例に限定されないと考慮されるべきである、ということが、理解されるであろう。明確性および整合性の目的のため、以下は、ガス化プロセスは下記の３つの模範的プロセスから構成される本発明の様々な実施形態を記載することに重点を置くであろう。
（ａ）材料の乾燥 In the following description, the entire gasification process will be considered to constitute three sequential processes, drying, volatilization and carbon conversion. Since any such process can be defined to constitute one or more sub-processes as needed, a gasification process can be defined to constitute any two or more processes, these processes are: It will be understood that this should be considered as an example only and not as a limitation on this example. For purposes of clarity and consistency, the following will focus on describing various embodiments of the present invention in which the gasification process is comprised of the following three exemplary processes:
(A) Material drying

ガス化装置に送られる原料は、２５℃〜２００℃の範囲の温度下で乾燥プロセスを行う。この温度範囲では、乾燥は、微量の揮発を伴う場合もある。
（ｂ）材料の揮発 The raw material sent to a gasifier performs a drying process under the temperature of the range of 25 to 200 degreeC. In this temperature range, drying may involve a small amount of volatilization.
(B) Volatilization of materials

本プロセスは、主に、３５０℃〜８００℃の間で生じ、乾燥動作の少量の残物、さらには、炭素変換の相当量を伴う場合もある。この領域に供給された空気の組成は、典型的には、供給される原料（例えば、酸素富化空気または酸素欠乏空気）によって、異なる。
（ｃ）炭素変換 The process mainly occurs between 350 ° C. and 800 ° C. and may involve a small amount of residue from the drying operation and even a substantial amount of carbon conversion. The composition of the air supplied to this region typically varies depending on the raw material supplied (eg, oxygen-enriched air or oxygen-deficient air).
(C) Carbon conversion

９００℃〜１０００℃の温度で生じる主要なプロセス反応物は、揮発の残物の炭素変換のプロセスである。この時までに、ほとんどの水分は、材料から取り除かれる。供給される空気の流量は、供給される反応材料によって、変化し得る。蒸気は、さらに、任意選択で、本領域に追加される。   The main process reactant that occurs at temperatures between 900 ° C. and 1000 ° C. is the process of carbon conversion of the volatile residue. By this time, most of the moisture has been removed from the material. The flow rate of the supplied air can vary depending on the reaction material supplied. Steam is also optionally added to this area.

当業者は、所定の温度範囲において、すべての３つのプロセスは、ある程度、同時に、および連続的に生じているが、温度範囲によって異なり、プロセスの１つが少なくとも部分的に好まれるということを、容易に理解するであろう。   One skilled in the art will readily understand that, within a given temperature range, all three processes occur to some extent, simultaneously and continuously, but differ depending on the temperature range and one of the processes is at least partially preferred. Will understand.

本発明の一実施形態では、ガス化装置は、３つの垂直な連続処理領域を含み、第１の処理領域は、乾燥を少なくとも部分的に好み、第２の処理領域は、揮発を少なくとも部分的に好み、第３の処理領域は、炭素変換を少なくとも部分的に好む。当業者は、ガス化装置が、一般的には、各処理領域において生じる乾燥、揮発または炭素変換を異なる割合で有する数多くの処理領域を構成し得るということを、理解するであろう。つまり、処理領域の数は、一般性を損失することなく、所望に応じて、できる限り多く、または少なく、あることができる。   In one embodiment of the present invention, the gasifier comprises three vertical continuous processing areas, the first processing area at least partially prefers drying and the second processing area at least partially volatilizes. And the third treatment region at least partially prefers carbon conversion. Those skilled in the art will appreciate that a gasifier can generally constitute a number of processing zones having different rates of drying, volatilization or carbon conversion occurring in each processing zone. That is, the number of processing regions can be as large or as small as possible without loss of generality.

本発明は、炭素質原料を、燃料ガスへ変換するための垂直配向のガス化装置を提供する。一般的には、ガス化装置は、１つ以上の処理チャンバであって、そのそれぞれの１つは、その中で添加剤を入力するための１つ以上の添加剤入力要素を含み、１つ以上の処理チャンバの組み合わせおよび１つ以上の添加剤入力要素またはその群の配置は、ガス化装置内の２つ以上の垂直な連続処理領域を可能にし、そのそれぞれ１つの中で、各プロセスが少なくとも部分的に好まれる、処理チャンバを含む。ガス化装置は、第１の処理領域への原料の入力のための１つ以上の原料入力部、各プロセスのそれぞれを強化するための、処理領域を通る、原料の下方置換を制御するための１つ以上の材料置換制御モジュール、ガスをガス化装置から出力するための１つ以上のガス出力部、および残渣をガス化装置から出力するための１つ以上の残渣出力部を、さらに含む。   The present invention provides a vertically oriented gasifier for converting a carbonaceous feedstock into fuel gas. Generally, a gasifier is one or more processing chambers, each one of which includes one or more additive input elements for inputting additives therein, The combination of the above processing chambers and the arrangement of one or more additive input elements or groups thereof allow for two or more vertical continuous processing regions within the gasifier, in each one of which each process is Including a processing chamber, which is at least partially preferred. The gasifier controls one or more raw material inputs for input of raw materials to the first processing region, for controlling the lower substitution of raw materials through the processing region to strengthen each of the processes. It further includes one or more material replacement control modules, one or more gas outputs for outputting gas from the gasifier, and one or more residue outputs for outputting residue from the gasifier.

例えば、図１の実施形態を参照して、単一の処理チャンバ２０を有するガス化装置１０は、単一の処理チャンバ２０内の各垂直な連続処理領域４０の中のプロセスを個々に、促進または好むように配置される、２つ以上の個別の添加剤入力要素３０、またはその群を含むことができる。原料入力部５０は、原料を、第１の処理領域４０へ提供し、ガス出力部６０は、ガスをガス化装置１０から出力するためのものであり、残渣出力部７０は、残渣をガス化装置１０から出力するためのものである。図１における、原料、添加材、残渣およびガスの、入力および出力要素の配向および配置は、単に模範であって、その配向および配置の任意の変動は、本明細書に記載される本発明の範囲および本質内であるということが考慮される。   For example, referring to the embodiment of FIG. 1, a gasifier 10 having a single processing chamber 20 facilitates the process in each vertical continuous processing region 40 within the single processing chamber 20 individually. Or it may include two or more individual additive input elements 30, or groups thereof, arranged as desired. The raw material input unit 50 provides the raw material to the first processing region 40, the gas output unit 60 is for outputting gas from the gasifier 10, and the residue output unit 70 gasifies the residue. This is for output from the device 10. The orientation and arrangement of the input and output elements of the raw materials, additives, residues and gases in FIG. 1 are merely exemplary, and any variation in that orientation and arrangement is described in the present invention as described herein. It is considered within the scope and nature.

垂直な連続処理領域を通る、材料の垂直な置換または垂直な置換の速度を制御するように構成される、１つ以上のプロセス装置および／または機構（図示せず）を動作可能に制御する、材料置換制御モジュールがさらに提供され、それにより、特定のプロセスが少なくとも部分的に好まれる、これらの処理領域のそれぞれの中の材料の効率的な処理を促進する。例えば、以下により詳細に記載されるように、様々な装置および／または機構は、それぞれの処理領域間の材料置換の直接的制御によって、最下部処理領域からの材料の制御抽出による、重力下で最上部処理領域から最下部処理領域に向かう材料の下方置換の間接的制御によって、またはそれらの任意の組み合わせの使用、のいずれかによって、材料置換制御モジュールによって制御され、材料の下方置換を実装する場合がある。   Operably controlling one or more process devices and / or mechanisms (not shown) configured to control the vertical displacement or rate of vertical displacement of material through a vertical continuous processing region; A material replacement control module is further provided, thereby facilitating efficient processing of material in each of these processing regions, where a particular process is at least partially preferred. For example, as described in more detail below, the various devices and / or mechanisms are under gravity by direct control of material replacement between respective processing regions, by controlled extraction of material from the bottom processing region. Implement material down displacement controlled by the material displacement control module, either by indirect control of material down displacement from the top processing region to the bottom processing region, or by using any combination thereof. There is a case.

図１の添加剤入力およびオフガス出力想像線によって示されるように、添加剤は、例えば、そのために適合される添加剤入力要素の適切な配置を介して、各処理領域において入力されるか、または、必要に応じて、所定の設計およびガス化装置１０の実施形態のこれらの処理領域の選択される数に提供される場合がある、ということが、理解されるであろう。添加剤入力要素は、所定の検知されたプロセスの特徴（例えば、プロセスの温度、圧力、スループット等、産生ガスの品質、量、組成、圧力、流量、発熱量等、原料の入力速度、品質、組成等、等）に対して事前に選択された添加剤の量または入力速度（例えば、絶対的入力または相対的入力の設定）を提供するように構成された共通反応要素によって、能動的に制御されるか、またはさらに、同様の局所的、領域的および／または大域的制御システムを介して動作可能に連結されることが可能な、個別の反応要素によって、制御される場合がある、ということがさらに理解されるであろう。   As indicated by the additive input and off-gas output phantom lines of FIG. 1, additives are input at each processing region, for example, via appropriate placement of additive input elements adapted therefor, or It will be appreciated that, if desired, a given design and selected number of these processing regions of the gasifier 10 embodiment may be provided. The additive input element is a predetermined detected process characteristic (eg, process temperature, pressure, throughput, etc., product gas quality, quantity, composition, pressure, flow rate, calorific value, etc., raw material input speed, quality, Actively controlled by a common reaction element configured to provide a preselected amount of additive or input rate (eg, absolute or relative input settings) for composition, etc. May be controlled by separate reaction elements that may be operatively or further operatively coupled through similar local, regional and / or global control systems Will be further understood.

同様に、ガス出力部は、各処理領域に関して独立して提供されるか、または、オフガスの２つ以上の処理領域からの、処理チャンバ２０からの同時の出力を可能にする１つ以上の共同ガス出力部によって、提供される場合がある。   Similarly, a gas output may be provided independently for each processing region, or one or more joints that allow simultaneous output from the processing chamber 20 from two or more processing regions of off-gas. May be provided by the gas output.

図２の実施形態では、ガス化装置１１０は、垂直に、および動作可能に結合される、２つ以上処理チャンバ１２０であって、それぞれは、それぞれ処理チャンバ１２０の各処理領域１４０内でプロセスを個別に促進し、または、好むように配置される、１つ以上の添加剤入力要素１３０、またはその群を有する、処理チャンバを含むことができ、それにより、処理チャンバ１２０が組み合わされる時、垂直な連続の２つ以上の処理領域１４０を提供する。原料入力部１５０は、原料を第１の処理領域１４０に提供し、ガス出力部１６０は、ガス化装置１１０からのガス出力を提供し、残渣出力部１７０は、残渣のガス化装置１１０からの残渣出力を提供する。図２における、原料、添加剤、残渣およびガスの、入力および出力要素の配向および配置は、単に模範であり、その配向および配置の任意の変動は、本明細書に開示される本発明の範囲および本質内であると考慮される。   In the embodiment of FIG. 2, the gasifier 110 is two or more processing chambers 120 that are vertically and operably coupled, each performing a process within each processing region 140 of the processing chamber 120. A processing chamber can be included that has one or more additive input elements 130, or groups thereof, arranged individually to facilitate or prefer, so that when the processing chambers 120 are combined, the vertical Two or more continuous processing regions 140 are provided. The raw material input unit 150 provides the raw material to the first processing region 140, the gas output unit 160 provides the gas output from the gasifier 110, and the residue output unit 170 receives the residue from the gasifier 110. Provide residue output. The orientation and arrangement of the input and output elements of the raw materials, additives, residues and gases in FIG. 2 are merely exemplary, and any variation in that orientation and arrangement is within the scope of the invention disclosed herein. And considered to be within essence.

垂直な連続処理領域を通る（すなわち、チャンバ間、および／または同チャンバの処理領域を通る）、材料の垂直置換を制御するように構成される１つ以上のプロセス装置および／または機構（図示せず）を動作可能に制御する材料置換制御モジュールがさらに提供され、それにより、特定のプロセスが少なくとも部分的に好まれる、これらの処理領域のそれぞれの中で材料の効率的な処理を促進する。例えば、以下にさらに詳細に記載されるように、様々な装置および／または機構は、材料置換制御モジュールによって制御され、各処理領域間の材料置換の直接的制御によって、最下部処理領域からの材料の制御抽出による、最上部処理領域からの最下部処理領域への材料の下方置換の間接的な制御によって、またはそれらの任意の組み合わせを使用して、のいずれかによって、材料の下方置換を実装する場合がある。   One or more process devices and / or mechanisms (not shown) configured to control vertical displacement of material through vertical continuous processing regions (ie, between chambers and / or through processing regions in the chambers). A material replacement control module is provided that operably controls the material), thereby facilitating efficient processing of the material in each of these processing regions where a particular process is at least partially preferred. For example, as described in further detail below, the various devices and / or mechanisms are controlled by a material replacement control module, and direct control of material replacement between each processing region allows material from the bottom processing region to be Implement material down displacement either by indirect control of material down displacement from the top processing area to the bottom processing area, or by using any combination thereof, with controlled extraction of There is a case.

図２の添加剤入力の実線および想像線によって示されるように、添加剤は、概して、各処理チャンバで入力され、それに限定されるわけではないが、さらに、任意選択で、所定の処理チャンバ内の複数の位置で入力され、その中の２つ以上の処理領域の定義を促進する場合がある、ということが、理解されるであろう。さらに添加剤入力要素は、所定の検知されたプロセスの特徴（例えば、プロセスの温度、圧力、スループット等、産生ガスの品質、量、組成、圧力、流量、発熱量等、原料の入力速度、品質、組成等、等）に対して事前に設定された添加剤の量または入力速度（例えば、絶対的入力または相対的入力の設定）を提供するように構成された共通反応要素によって、能動的に制御されるか、またはさらに、同様の局所的、領域的および／または大域的制御システムを介して連結されることが可能な、個別の反応要素によって、制御される場合がある、ということが、さらに理解されるであろう。   As indicated by the solid and imaginary lines of additive input in FIG. 2, additive is generally input at each processing chamber and is not limited thereto, but optionally further within a given processing chamber. It will be understood that it may be entered at multiple locations and facilitates the definition of more than one processing region therein. In addition, the additive input element can be used for certain detected process characteristics (eg, process temperature, pressure, throughput, etc., production gas quality, quantity, composition, pressure, flow rate, heating value, etc., raw material input speed, quality, etc. Active by a common reaction element configured to provide a pre-set amount of additive or input rate (eg, absolute or relative input settings) for a composition, etc. May be controlled by individual reaction elements that may be controlled or even coupled via similar local, regional and / or global control systems, It will be further understood.

同様に、オフガス出力部は、各処理チャンバに対して独立して提供され、または２つ以上の処理チャンバ１２０からのガスの同時の出力を可能にする、１つ以上の共同オフガス出力部によって、提供される場合がある。   Similarly, an off-gas output is provided independently for each processing chamber, or by one or more joint off-gas outputs that allow simultaneous output of gas from two or more processing chambers 120, May be provided.

多くの本発明の実例的なの実施形態を参照してさらに詳細に記載されるように、処理チャンバの様々な組み合わせおよびその添加剤入力要素は、適切な材料置換制御モジュールが所定の実施形態に適合し、それらの処理を強化するためのこれらの処理領域を通る材料の制御置換を可能にし得る、本明細書に考慮される、２つ以上の垂直な連続処理領域を提供するように適合され得る。そのような制御は、ガス化装置の１つ以上の処理チャンバのそれぞれに対し、特異的に付与され、任意選択で、その中で、２つ以上の処理領域が定義される、同様の処理チャンバの連続処理領域を通る材料の間接的置換を付与し、および／または第１の処理チャンバから、２つ以上の処理チャンバを含む、ガス化装置の後続の垂直な連続処理チャンバへの材料の置換を付与する。別の方法として、制御は、場合により、同様の処理チャンバ内で、１つの処理領域から別の処理領域への材料の置換を直接的に制御するように構成される、様々な共同制御装置および／または機構に付与される場合がある。   As will be described in further detail with reference to many illustrative embodiments of the present invention, various combinations of processing chambers and their additive input elements are suitable for suitable material replacement control modules adapted to a given embodiment. And can be adapted to provide two or more vertical continuous processing regions as contemplated herein that may allow for controlled replacement of materials through these processing regions to enhance their processing. . Such control is specifically imparted to each of the one or more processing chambers of the gasifier and optionally a similar processing chamber in which two or more processing regions are defined. Indirect replacement of material through the continuous processing region and / or replacement of material from the first processing chamber into a subsequent vertical continuous processing chamber of the gasifier comprising two or more processing chambers Is granted. Alternatively, the control is optionally implemented in various co-control devices configured to directly control the replacement of material from one processing region to another in a similar processing chamber. It may be given to the mechanism.

一実施形態３１０において、図４を参照し、処理チャンバ３２０の周囲の３つのセットの添加剤入力要素またはその群３３０の対称配置は、結果として生じる３つの処理領域３４０間の接触面の実質的に水平な平面の性質を促進する。   In one embodiment 310, referring to FIG. 4, the symmetrical arrangement of the three sets of additive input elements or groups 330 around the processing chamber 320 is substantially equal to the resulting contact surface between the three processing regions 340. Promotes the nature of horizontal planes.

一実施形態４１０において、図５を参照し、３つの添加剤入力要素、またはその群４３０は、非対称的に、処理チャンバ４２０の周囲に配置され、結果として生じる３つの処理領域４４０間の非水平な平面の接触面をもたらす。   In one embodiment 410, referring to FIG. 5, three additive input elements, or groups thereof 430, are asymmetrically placed around the processing chamber 420 and the resulting non-horizontal between the three processing regions 440. Resulting in a flat contact surface.

対称的処理領域は、最適なガス化を促進する場合があり、概して、混合／攪拌手段（例えば、図１９を参照のこと）を使用して、強化され得る、ということが、一般的に理解されるであろう。そのような攪拌手段は、例えば、モータ駆動を使用して制御される回転シャフトを含む場合がある。これらの攪拌シャフトは、さらに、一実施形態において、これらのシャフト上のトルク測定は、特に、攪拌が多数のレベルのフライトを有する場合に、堆積物高のインジケータとして機能し得る、統合される大域的な制御システムの検知要素として動作し得る。フライト上の凝集形成による誤報を減少させるために、回転する際に互いに洗浄し、つまり凝集を中断する、２つのアジテータシャフトが使用される場合がある。その他のそのようなアジテータが、当業者に明らかとなるように、本開示の一般的な範囲および本質から逸脱することなく、本明細書において考慮される。   It is generally understood that a symmetric processing region may facilitate optimal gasification and may generally be enhanced using mixing / stirring means (see, eg, FIG. 19). Will be done. Such agitation means may include, for example, a rotating shaft that is controlled using a motor drive. These agitation shafts are further integrated in one embodiment where torque measurements on these shafts can function as a deposit height indicator, particularly when agitation has multiple levels of flight. Can act as a sensing element of a typical control system. In order to reduce false alarms due to agglomeration on the flight, two agitator shafts may be used that wash each other as they rotate, i.e. interrupt agglomeration. Other such agitators are contemplated herein without departing from the general scope and nature of the present disclosure, as will be apparent to those skilled in the art.

本発明の一実施形態では、ガス化装置は、そのそれぞれの１つが、１つ以上の添加剤入力要素を含む、２つ以上処理チャンバを含む。２つ以上の処理チャンバのそれぞれは、異なる処理領域を提供し、異なる処理チャンバは、垂直に連続する方式で配置される。   In one embodiment of the present invention, the gasifier includes two or more processing chambers, each one of which includes one or more additive input elements. Each of the two or more processing chambers provides a different processing region, and the different processing chambers are arranged in a vertically continuous manner.

一実施形態において、図６を参照し、ガス化装置５１０は、それぞれは、各処理チャンバ５２０において１つの処理領域５４０の定義を促進するように配置されるその添加剤入力要素、またはそれらの群５３０を伴い、ガス化の３つのプロセス（乾燥、揮発、および炭素変換）のそれぞれが、個々で好まれる、３つの処理チャンバ５２０を含む。
当業者は、図６におけるシナリオは、理想的であり、実用的であるが、各処理領域は、しかしながら、例えば、図７において示されるように、引き起こされるそれぞれのガス化プロセスを異なる割合で有するということを、容易に理解するであろう。 In one embodiment, referring to FIG. 6, gasifiers 510 each have their additive input elements, or groups thereof, arranged to facilitate the definition of one processing region 540 in each processing chamber 520. With 530, each of the three processes of gasification (drying, volatilization, and carbon conversion) includes three processing chambers 520 that are individually preferred.
Those skilled in the art will understand that the scenario in FIG. 6 is ideal and practical, but each processing region, however, has a different proportion of each gasification process that is triggered, for example, as shown in FIG. You will easily understand that.

この異なる処理チャンバは、別々に、効率性を最大限にするためにさらに最適化され得る。本発明の一実施形態で、および図８を参照して、ガス化装置７１０は、２つの処理チャンバ７２０を含み、第１の処理チャンバは、乾燥および揮発のために、主に使用される一方、第２の処理チャンバは、炭素変換のために主に使用される。本実施形態では、ガス化装置７１０における処理チャンバ７２０のそれぞれは、別々に、または合体されたままであることができる、出口７６０を通って、そのオフガス流を排出する。これらのオフガス流は、貯蔵タンクへ送られるか、またはさらにガス改質システム（ＧＲＳ）においてさらに処理されるものの、いずれかであることができる。別の実施形態で、および図９を参照して、第１の処理チャンバは、乾燥のために主に使用され、第２の処理チャンバは、揮発および炭素変換のために主に使用される。   The different processing chambers can be further optimized to maximize efficiency separately. In one embodiment of the present invention and with reference to FIG. 8, the gasifier 710 includes two processing chambers 720, while the first processing chamber is primarily used for drying and volatilization. The second processing chamber is mainly used for carbon conversion. In this embodiment, each of the processing chambers 720 in the gasifier 710 discharges its off-gas stream through outlets 760 that can remain separate or combined. These off-gas streams can either be sent to a storage tank or further processed in a gas reforming system (GRS). In another embodiment, and with reference to FIG. 9, the first processing chamber is primarily used for drying and the second processing chamber is primarily used for volatilization and carbon conversion.

複数の処理チャンバは、さらに、原料が高いプラスチック含量を有する場合に、有用である。この条件において、第２の処理チャンバの使用は、パラフィン類およびワックス類等の追加の有価化合物を回収するために使用され得る。これは、第１の処理チャンバを第２の処理チャンバよりも低い温度で動作することにより、実現され得る。   Multiple processing chambers are also useful when the raw material has a high plastic content. In this condition, the use of a second processing chamber can be used to recover additional valuable compounds such as paraffins and waxes. This can be achieved by operating the first processing chamber at a lower temperature than the second processing chamber.

当業者は、炭素質原料を取り入れ、残渣を出力するものとしての垂直配向のガス化装置が説明されてきた一方、さらに、部分的に処理された炭素質反応材料を別のガス化装置から取り入れ、および／または残渣を別のガス化装置に出力することも可能であるということを、理解するであろう。本発明の一実施形態において、図１０を参照し、水平な（横の）配向のガス化装置の後に続いて、垂直配向のガス化装置がある。本発明の代わりとなる実施形態で、および図１１を参照して、垂直配向のガス化装置に続いて、水平な（横の）配向のガス化装置がある。当業者は、図１０および図１１に示される、ガス化装置への入力部および出力部の配向および配置は、単に模範であり、これらのシステムの実際の実装における入力部の配向および配置を限定する目的ではないということを、容易に理解するであろう。
材料置換制御モジュール While those skilled in the art have described a vertically oriented gasifier that takes a carbonaceous feedstock and outputs a residue, it also takes a partially treated carbonaceous reactant from another gasifier. It will be appreciated that and / or the residue can be output to another gasifier. In one embodiment of the present invention, referring to FIG. 10, there is a gasifier with a vertical orientation following a gasifier with a horizontal (lateral) orientation. In an alternative embodiment of the present invention and with reference to FIG. 11, there is a horizontal (horizontal) oriented gasifier following the vertically oriented gasifier. Those skilled in the art will appreciate that the orientation and placement of the inputs and outputs to the gasifier shown in FIGS. 10 and 11 are merely exemplary and limit the orientation and placement of the inputs in the actual implementation of these systems. You will easily understand that it is not the purpose.
Material replacement control module

材料を下方移動させるためのガス化装置における反応材料の段階的消費に依存する標準の下降床ガス化装置とは対照的に、本発明の垂直配向のガス化装置は、材料置換制御モジュールを介して、ガス化装置を通る反応材料の移動を能動的に制御し、つまりは、プロセスコンディションの所定の設定に関して最適化されていない場合に、ガス化プロセス全体が強化されることを可能にする。   In contrast to the standard downbed gasifier, which relies on the stepwise consumption of reactants in the gasifier to move the material down, the vertically oriented gasifier of the present invention passes through a material displacement control module. Thus, the movement of the reaction material through the gasifier is actively controlled, which means that the entire gasification process can be enhanced when not optimized with respect to a predetermined setting of process conditions.

以下にさらに詳細に記載されるように、材料置換制御モジュールは、例えば、産生ガスの下流側プロセスまたは用途において、ガス化装置内、またはその外部で、のいずれかで、１つ以上のプロセス特徴の検知に反応して、ガス化装置の様々な要素を、能動的に制御するように適合された、局所的、領域的および／または大域的制御システムに、さらに関連付けられるか、またはその中に統合される。局所的、領域的および／または大域的プロセス制御システムと連携して材料置換制御モジュールは能動的に動作されるそのような実施形態では、材料の精製のさらなる処理は、例えば、産生ガス、またはさらに処理されたそれらの派生物が、選択された下流側用途のために使用される場合など、下流側のニーズを満たすように実現されることができる。別様には、または、それとの組み合わせの方法では、ガス化プロセスの組み合わされた制御は、例えば、調節が終了する環境調節に合うように、材料のガス化を最大限にするように実装され、および／またはプロセスのエネルギー衝撃を最小限にするように実装されることができる。   As described in more detail below, the material replacement control module may include one or more process features, for example, either in the downstream process or application of the product gas, either within or external to the gasifier. In response to, or further associated with, a local, regional and / or global control system adapted to actively control various elements of the gasifier Integrated. In such embodiments where the material replacement control module is actively operated in conjunction with a local, regional and / or global process control system, further processing of material purification can be, for example, product gas, or further Those processed derivatives can be implemented to meet downstream needs, such as when used for selected downstream applications. Alternatively, or in combination with it, the combined control of the gasification process is implemented to maximize the gasification of the material, for example, to suit the environmental adjustment where the adjustment ends. And / or can be implemented to minimize the energy impact of the process.

一般的には、材料置換制御モジュールは、既定の動作可能なパラメータ下で動作するように構成されることができ、例えば、各処理領域において、材料の実質的に一定な滞留時間を可能にし、または、さらに、所定の結果を達成するように材料の処理を最適化するように適合される、動的に更新された、または出力された、動作可能なパラメータの下で動作するように構成されることができる。いずれかのシナリオにおいて、材料置換制御モジュール、およびそれに動作可能に結合された任意の制御システムは、プロセス温度、圧力、反応組成物、産生ガス組成等の、１つ以上のプロセス特徴を検知するための１つ以上の検知要素を含み、これらの特徴に反応して、ガス化装置内の処理領域を通る材料の制御置換を可能にするための、材料置換制御モジュールによって動作可能に制御される機構および／または装置等の、１つ以上のプロセス装置を調整することができる。   In general, the material replacement control module can be configured to operate under predefined operable parameters, for example, allowing a substantially constant residence time of material in each processing region, Or, further, configured to operate under dynamically updated or output operable parameters adapted to optimize the processing of the material to achieve a predetermined result. Can. In either scenario, the material replacement control module, and any control system operably coupled thereto, detects one or more process characteristics such as process temperature, pressure, reaction composition, product gas composition, etc. A mechanism operatively controlled by a material replacement control module to enable controlled replacement of material through the processing region in the gasifier in response to these features. And / or one or more process devices, such as devices, may be adjusted.

一般的には、材料置換制御モジュールの第１の機能は、効率的な全体のガス化を容易にするために、能動的に制御する方式で、ガス化装置の異なる処理領域を通る反応材料の下方移動を促進することである。それは、任意選択で、ガス化装置の残渣出口で詰まりを引き起こし得る、残渣凝集体を分解する手段をさらに組み込むことができる。材料置換制御モジュールは、当技術分野において既知の、１つの領域から別の領域へ材料を置換することを可能にするための、様々な機構または装置の１つを動作させるように構成され得る。例としては、回転アーム、回転ホイール、回転パドル、移動棚、プッシャーラム、スクリュー、コンベア、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。   In general, the first function of the material replacement control module is to actively control the reactive material through different processing regions of the gasifier in order to facilitate efficient overall gasification. It is to promote downward movement. It can optionally further incorporate means for decomposing residue agglomerates that can cause clogging at the residue outlet of the gasifier. The material replacement control module may be configured to operate one of a variety of mechanisms or devices known in the art to allow replacement of material from one region to another. Examples include, but are not limited to, rotating arms, rotating wheels, rotating paddles, moving shelves, pusher rams, screws, conveyors, and combinations thereof.

ガス化装置を通して材料の置換を制御することに加えて、材料置換制御モジュールは、残渣における炭素含量も最小限にするために特別にさらに最適化することができる。本発明の一実施形態では、これは、反応材料を移動するためのプラグフローパターン、および残渣除去速度に対しての全体制御によって、実現される。   In addition to controlling material substitution through the gasifier, the material substitution control module can be specifically further optimized to also minimize the carbon content in the residue. In one embodiment of the invention, this is achieved by a plug flow pattern for moving the reaction material and overall control over the residue removal rate.

材料置換制御モジュールによって動作する装置または機械の特定の種類の選択に関与する要素としては、（ａ）制御性および速さ：どれくらい正確に、ガス化装置を通る反応材料の流れは制御され得るか、（ｂ）反応流通の変動：添加剤が、材料置換制御モジュールの下に加えられる場合、流通の中断は存在するか、および破壊は、管理可能であるか、および／または、（ｃ）所要電力および耐久性：例えば、回転格子は、適切に設計された場合、スクリューおよびプッシャーよりもメンテナンスを必要とする等、どのくらいのエネルギーおよびメンテナンスが装置または機構の適正動作のために必要とされるか、が挙げられるが、これらに限定されない。   Factors involved in the selection of a particular type of device or machine operated by a material displacement control module include: (a) Controllability and speed: how accurately the flow of reactive material through the gasifier can be controlled (B) Variations in reaction flow: if additives are added under the material replacement control module, there is a flow interruption and the failure is manageable and / or (c) required Power and durability: how much energy and maintenance is required for proper operation of the device or mechanism, for example, if the rotating grid is properly designed requires more maintenance than screws and pushers However, it is not limited to these.

図１２は、材料置換制御モジュールは、小さな残渣出口７０を通って処理チャンバ２０から反応材料を移動する処理チャンバ２０のそれぞれの底部で回転パドル８１を含む、本発明の一実施形態を図示する。直接滴下による、残渣出口７０を通る部分的／未処理の反応材料の無駄を防ぐために、ハットカバー８２は、残渣出口７０の上に置かれる。リミットスイッチは、任意選択で、バー回転の速度、つまり、残渣の除去の速度を制御するために使用することができる。当業者は、複数の処理チャンバは動作可能に結合される実施形態において、回転パドルは、最下部処理チャンバのみの下部で使用することができ、反応材料は、重力の動作によって、最上部処理チャンバから最下部処理チャンバを通過する、ということを容易に理解するであろう。   FIG. 12 illustrates an embodiment of the invention in which the material replacement control module includes a rotating paddle 81 at each bottom of the processing chamber 20 that moves the reactive material from the processing chamber 20 through a small residue outlet 70. A hat cover 82 is placed over the residue outlet 70 to prevent waste of partially / untreated reaction material through the residue outlet 70 due to direct dripping. The limit switch can optionally be used to control the speed of bar rotation, i.e., the rate of residue removal. One skilled in the art will recognize that in embodiments where multiple processing chambers are operably coupled, a rotating paddle can be used in the lower portion of only the bottom processing chamber, and the reaction material can be moved by gravity action to the top processing chamber. It will be readily understood that the gas passes through the lowermost processing chamber.

図１３Ａは、材料置換制御モジュールは、処理チャンバ２０から残渣を移動する、各処理チャンバ２０の下部で、エクストラクタスクリュー８３のセットを含む、本発明の一実施形態を図示する。エクストラクタスクリューフライトの端部の鋸歯状は、ガス化装置１０の残渣出口７０での詰まりを引き起こす可能性のある残渣凝集体を破壊するのに有用である。ハットカバー８２は、図１３Ｂに示される実施形態に関しては、残渣出口７０が処理チャンバ２０から離される場合、必要とされない。リミットスイッチは、任意選択で、スクリューの速度、つまり、残渣の除去の速度を制御するために使用することができる。当業者は、複数の処理チャンバが動作可能に結合される実施形態において、エクストラクタスクリューの１セットは、最下部処理チャンバのみの下部で使用することができ、反応材料は、最上部処理チャンバから最下部処理チャンバを、重力の動作によって、通過するといことを、容易に理解するであろう。   FIG. 13A illustrates one embodiment of the present invention that includes a set of extractor screws 83 at the bottom of each processing chamber 20 where the material replacement control module moves residues from the processing chamber 20. The serrated edge of the extractor screw flight is useful to break up residue agglomerates that can cause clogging at the residue outlet 70 of the gasifier 10. The hat cover 82 is not required for the embodiment shown in FIG. 13B when the residue outlet 70 is moved away from the processing chamber 20. The limit switch can optionally be used to control the speed of the screw, i.e., the rate of residue removal. Those skilled in the art will appreciate that in embodiments where multiple processing chambers are operably coupled, one set of extractor screws can be used in the lower portion of only the bottom processing chamber, and the reaction material is removed from the top processing chamber. It will be readily understood that the lowermost processing chamber is passed by the action of gravity.

図１４は、材料置換制御モジュールが、小さい残渣出口７０を通って、処理チャンバ２０から残渣を移動させる各処理チャンバ２０のそれぞれのための単一の細いプッシャーラム８５を含む、本発明の一実施形態を図示する。残渣出口７０の配置によって、ハットカバー８２は、図１４に示されるように、必要とされてもよく、または必要とされなくてもよい。リミットスイッチは、プッシャーラムストロークの長さ、つまりは、各ストロークによって移動される残渣の量を制御するために、任意選択で、使用することができる。細いプッシャーラム８５の使用は、使用されるラムが、典型的には、大量の反応材料を１つの処理領域から別の処理領域へ運ぶ搬送ラムである、横移動ガス化装置とは異なる。使用されるプッシャーラム８５が細い場合、少量の残渣のみが、処理チャンバ２０から移動される。当業者は、複数の処理チャンバが動作可能に結合される実施形態において、プッシャーラムは、最下部処理チャンバのみの下部で使用することができ、反応材料は、最上部処理チャンバから最下部処理チャンバへ、重力動作によって、通過するということを、容易に理解するであろう。   FIG. 14 illustrates one implementation of the invention in which the material replacement control module includes a single thin pusher ram 85 for each of the processing chambers 20 that moves the residue from the processing chamber 20 through a small residue outlet 70. The form is illustrated. Depending on the arrangement of the residue outlet 70, the hat cover 82 may or may not be required, as shown in FIG. A limit switch can optionally be used to control the length of the pusher ram stroke, ie the amount of residue moved by each stroke. The use of a narrow pusher ram 85 is different from a laterally moving gasifier where the ram used is typically a transport ram that carries a large amount of reaction material from one processing area to another. If the pusher ram 85 used is thin, only a small amount of residue is moved from the processing chamber 20. One skilled in the art will recognize that in embodiments where multiple processing chambers are operably coupled, the pusher ram can be used only in the lower portion of the lowermost processing chamber, and the reaction material is from the uppermost processing chamber to the lowermost processing chamber. You will easily understand that it passes by gravity.

各処理チャンバ内で、１つ以上の添加剤入力要素によって促進される、１つ以上の処理領域を伴う、本発明の一実施形態では、材料置換制御モジュールは、各処理チャンバ内に１つ以上のプッシャーラムの配列を含むことができ、そのそれぞれは、最後のプッシャーラムが残渣を処理チャンバから押し出すまで、１つの処理領域から次の処理領域への反応材料の移動を能動的に制御するために使用される。つまり、反応材料は、単一の処理チャンバの全高を通じて、能動的に制御される。当業者は、そのような材料置換制御モジュールは、同様の処理チャンバ内においてでも、異なる処理領域における、異なる「滞留時間」の設定を可能にすることができるということを、容易に理解するであろう。   In one embodiment of the present invention with one or more processing regions facilitated by one or more additive input elements within each processing chamber, the material replacement control module has one or more in each processing chamber. , Each of which can actively control the transfer of reactant material from one processing region to the next until the last pusher ram pushes the residue out of the processing chamber. Used for. That is, the reactive material is actively controlled throughout the height of a single processing chamber. One skilled in the art will readily appreciate that such a material replacement control module can allow for different “residence time” settings in different processing regions, even within similar processing chambers. Let's go.

材料置換制御モジュールが、移動要素および案内要素を含む実施形態では、適した移動要素としては、棚／プラットフォーム、プッシャーラム、プラウ、スクリュー要素またはベルトが挙げられるが、これらに限定されない。案内要素には、処理チャンバの底壁に位置する１つ以上の案内チャネル、案内トラックまたはレール、案内トラフ、または案内チェーンが挙げられる。別様には、案内要素には、案内要素と移動可能に係合するように大きさを調整された、１つ以上のホイールまたはローラーが挙げられる。本発明の一実施形態では、案内係合部材は、案内トラックの長さに沿って摺動するように適合されたシューを備えた摺動部材である。任意選択で、シューは、少なくとも１つの交換可能な摩耗パッドをさらに備える。   In embodiments where the material replacement control module includes moving elements and guide elements, suitable moving elements include, but are not limited to, shelves / platforms, pusher rams, plows, screw elements or belts. Guide elements include one or more guide channels, guide tracks or rails, guide troughs, or guide chains located on the bottom wall of the processing chamber. Alternatively, the guide element includes one or more wheels or rollers that are sized to movably engage the guide element. In one embodiment of the invention, the guide engagement member is a slide member with a shoe adapted to slide along the length of the guide track. Optionally, the shoe further comprises at least one replaceable wear pad.

材料置換制御モジュールは、モータおよび駆動システム、または当技術分野において既知のその他のそのような手段を使用して、作動することができる。一実施形態では、モータ手段は、モータ出力シャフトを前方へ、または逆の方向へ選択可能に移動させる電気変速モータである。任意選択で、スリップクラッチをモータとモータの出力シャフトとの間に提供することができる。モータは、ギアボックスをさらに備えることができる。   The material replacement control module can operate using a motor and drive system, or other such means known in the art. In one embodiment, the motor means is an electric transmission motor that selectively moves the motor output shaft forward or in the opposite direction. Optionally, a slip clutch can be provided between the motor and the motor output shaft. The motor can further comprise a gearbox.

別様には、材料置換制御モジュールの動作は、油圧式圧または空気圧式のシステム、チェーンおよびスプロケット駆動、またはラックおよびピニオン駆動によって、実装され得る。モータの回転運動を直線運動に変換するこれらの方法は、機構を整列させたままにする補助をし、つまりは、詰まりの可能性を最小限にするために、材料置換制御モジュール（例えば、プッシャーラム等）のそれぞれの側部で同期した方式で適用されることができるということで、有益である。一実施形態では、２つのチェーンの使用は、精密誘導を必要とせず、角度アライメントを維持する手段を提供する。   Alternatively, the operation of the material replacement control module can be implemented by a hydraulic pressure or pneumatic system, a chain and sprocket drive, or a rack and pinion drive. These methods of converting the rotational motion of the motor to linear motion help to keep the mechanism aligned, i.e., to minimize the possibility of clogging, a material replacement control module (e.g. pusher It is beneficial that it can be applied in a synchronized manner on each side of the ram etc.). In one embodiment, the use of two chains does not require precision guidance and provides a means to maintain angular alignment.

２つの処理チャンバを使用する実施形態に関して、図１６は、１つの処理チャンバから別のチャンバへ反応材料を置換するための材料置換制御モジュールによって使用され得る、様々に異なる装置および／または機械を示す。当業者は、この図における選択は、単に模範であって、そのような装置／機構のためのその他の適切な設計が、本明細書に開示される本発明の範囲および本質内であるとみなされるということを、理解するであろう。
処理チャンバ For an embodiment using two processing chambers, FIG. 16 illustrates a variety of different devices and / or machines that may be used by a material replacement control module to replace a reactive material from one processing chamber to another. . Those skilled in the art will recognize that the choices in this figure are merely exemplary and that other suitable designs for such devices / mechanisms are within the scope and essence of the invention disclosed herein. You will understand that.
Processing chamber

垂直配向のガス化装置は、１つ以上の処理チャンバを含む。処理チャンバは、数例を挙げて、固定床処理チャンバ、重力誘導垂直処理チャンバ、機械補助流処理チャンバ、噴流処理チャンバ、および流動床処理チャンバ等から成る群から選択され得る。   A vertically oriented gasifier includes one or more processing chambers. The processing chamber may be selected from the group consisting of a fixed bed processing chamber, a gravity induced vertical processing chamber, a machine auxiliary flow processing chamber, a jet processing chamber, a fluidized bed processing chamber, and the like, to name a few.

当業者に既知の固定床処理チャンバでは、原料は、上部からシステムへ入り、加熱された空気または蒸気（またはその他の添加剤）等の入力ガスが、連通することのできる表面に置かれる。入力ガスは、逆流の方式で、下から原料床を通過し、オフガス、合成ガス、冷却された空気および蒸気、または揮発物を含む、すべての出力ガスは、処理チャンバの上部の通気孔またはその他の出口を通って、処理チャンバから離れる。灰または炭化物等の任意の残渣は、連通可能な表面を通過し、下部を通って処理チャンバから排出される。   In a fixed bed processing chamber known to those skilled in the art, feed enters the system from the top and is placed on a surface to which an input gas, such as heated air or steam (or other additive) can communicate. The input gas passes through the raw material bed from below in a reverse flow manner, and all output gases, including off-gas, synthesis gas, cooled air and steam, or volatiles, are vents or other at the top of the processing chamber And away from the processing chamber. Any residue, such as ash or carbide, passes through the communicable surface and exits the processing chamber through the bottom.

噴流処理チャンバ２２で、図１７を参照して、入力ガスは、原料に対して逆流で移動する。ここで、原料は、添加剤の動きによって少なくとも部分的に一時停止し、それにより、入力物と原料との間の接触がより分散されることを促進する。反応は、流量が、下降する原料を部分的に一時停止させるのに十分な力を有する、添加剤の移動方向とは反対に、重力により動かされ、反応材料が下方移動する際に生じる。オフガス、合成ガス、冷却された空気、蒸気およびその他の揮発物を含む出力ガスは、処理チャンバの上部で排出され、結果として生じる残渣は、下部で排出される。   In the jet processing chamber 22, referring to FIG. 17, the input gas moves in a reverse flow with respect to the raw material. Here, the raw material is at least partially paused by the movement of the additive, thereby facilitating more distributed contact between the input and the raw material. The reaction occurs when the reaction material is moved downward by gravity, as opposed to the direction of additive movement, where the flow rate has sufficient force to partially suspend the descending feedstock. Output gas, including off-gas, synthesis gas, cooled air, steam and other volatiles, is exhausted at the top of the processing chamber and the resulting residue is exhausted at the bottom.

流動床処理チャンバ２４で、図１８を参照して、原料は、噴流処理チャンバと類似して上方移動の添加剤で一時的に停止する。しかしながら、差異が床における原料の行動において存在する。流動床では、添加剤はあらゆる重力を大きく克服する速度で処理チャンバに入り、原料床は大きくより乱れた方法で移動し、それにより、より均質な反応領域をもたらし、原料は、実際は固体であるが、乱流のものと類似する方法で行動する。添加剤は、下部から処理チャンバに入り、原料と逆流して通過し、オフガス、合成ガス、冷却された空気および蒸気、または揮発物を含む、出力ガスは、上部で処理チャンバから離れる。   In the fluidized bed processing chamber 24, referring to FIG. 18, the feed is temporarily stopped with upwardly moving additive, similar to the jet processing chamber. However, differences exist in the raw material behavior in the floor. In a fluidized bed, the additive enters the processing chamber at a rate that greatly overcomes any gravity, the raw material bed moves in a larger and more turbulent manner, thereby providing a more homogeneous reaction zone, and the raw material is actually solid Behave in a manner similar to that of turbulent flow. Additives enter the processing chamber from the bottom and pass back through the feed, and the output gas, including off-gas, synthesis gas, cooled air and steam, or volatiles, leaves the processing chamber at the top.

移動床処理チャンバ２６を使用する本発明の一実施形態では、処理チャンバ２６は、処理チャンバの上部に近位の原料入力部、予熱された空気を注入するための、それぞれが、異なる処理領域の決定を促進するように配置された、２つ以上添加剤入力要素、産生ガス出口、残渣出口および、処理チャンバのベースでの能動的に制御された材料置換制御モジュールを含む。一実施形態で、図１９を参照して、別々の添加剤入力要素は、蒸気を処理チャンバへ追加するために、さらに確保される。また、混合機構２７は、処理チャンバ内で、添加剤と反応材料の強化された相互作用を促進するために使用することができうる。   In one embodiment of the present invention using a moving bed processing chamber 26, the processing chamber 26 is a proximal raw material input at the top of the processing chamber, for injecting preheated air, each of a different processing area. Includes two or more additive input elements, a product gas outlet, a residue outlet, and an actively controlled material replacement control module at the base of the processing chamber, arranged to facilitate the determination. In one embodiment, referring to FIG. 19, a separate additive input element is further reserved for adding steam to the processing chamber. The mixing mechanism 27 can also be used to facilitate enhanced interaction of additives and reactive materials within the processing chamber.

移動床処理チャンバを使用する本発明の一実施形態では、ガス化装置は、それぞれは、処理チャンバの下部で、予熱された空気を注入するための、添加剤入力要素、またはその群を有する、２つ以上の移動床処理チャンバを含む。下部からの予熱された空気の注入は、処理チャンバの下部近くで形成される炭化物の酸化を可能にする。原料に対する、予熱された空気の逆方向の流れは、さらにエネルギー利用を強化する。移動原料床を通過する予熱された空気が、その温度を失う際、温度勾配は、ガス化の後のプロセスで必要とされるより高い温度に一致する処理チャンバ内で形成される。   In one embodiment of the invention using a moving bed processing chamber, the gasifiers each have an additive input element, or group thereof, for injecting preheated air at the bottom of the processing chamber. Includes two or more moving bed processing chambers. Injection of preheated air from the bottom allows oxidation of carbides formed near the bottom of the processing chamber. The reverse flow of preheated air to the feed further enhances energy utilization. As the preheated air passing through the moving feed bed loses its temperature, a temperature gradient is formed in the processing chamber that matches the higher temperature required in the post-gasification process.

移動床処理チャンバを使用する本発明の一実施形態では、各処理チャンバのための１つ以上の添加剤入力要素は、処理チャンバ全体で分散される。この複数の入力要素の分散は、ガス化のプロセスのより良い制御を可能にする。図２０Ａから図２０Ｄは、添加剤入力要素の配置およびタイプの異なる、本発明のその他の実施形態を示す。各事例に対する処理領域の一般的な形状がさらに示される。   In one embodiment of the invention using moving bed processing chambers, one or more additive input elements for each processing chamber are distributed throughout the processing chamber. This distribution of multiple input elements allows better control of the gasification process. 20A through 20D show other embodiments of the present invention that differ in the arrangement and type of additive input elements. The general shape of the processing area for each case is further shown.

使用される処理チャンバは、内部容量が、設定された滞留時間、適切な量の反応材料を収めるのに十分であり、合理的なガス表面速度が到達されるのに十分である限り、あらゆる形状であることができる。本発明の一実施形態では、処理チャンバは、耐火物で裏打ちされたシリンダであり、その長さは、その直径の約１から３倍である。一実施形態では、その長さは、その直径の約１倍おから２倍である。一実施形態では、その長さは、その直径の約１．５倍である。   The processing chamber used is of any shape as long as the internal volume is sufficient to accommodate the set residence time, the appropriate amount of reaction material, and a reasonable gas surface velocity is reached. Can be. In one embodiment of the present invention, the processing chamber is a refractory lined cylinder, and its length is about 1 to 3 times its diameter. In one embodiment, the length is about 1 to 2 times its diameter. In one embodiment, the length is about 1.5 times its diameter.

本発明の一実施形態では、処理チャンバは、円筒外壁、および耐火物で裏打ちされた下方傾斜の内壁を有する。図２１Ａおよび図２１Ｂは、処理チャンバのいくつかの可能な形状をさらに示す。その他の適切な形状が当業者には明らかとなるであろう。   In one embodiment of the present invention, the processing chamber has a cylindrical outer wall and a downwardly inclined inner wall lined with a refractory. 21A and 21B further illustrate some possible shapes of the processing chamber. Other suitable shapes will be apparent to those skilled in the art.

耐火性内層は、処理チャンバを高温および腐食性ガスの影響から保護し、プロセスによる熱の不要な損失を最小限にする。耐火物材料は、当業者に既知であり、例えば最大約１８００℃の、高温非加圧反応に使用するのに適している、従来の耐火物材料である。そのような耐火物材料の例としては、高温焼成セラミック、すなわち、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、窒化ホウ素、リン酸ジルコニウム、ガラスセラミック、ならびに、シリカ、アルミナ、クロミア、およびチタニアを主として含有する高アルミナ質煉瓦が挙げられるが、これらに限定されない。腐食性ガスの衝撃から処理チャンバをさらに保護するために、それは膜で覆われてもよい。そのような膜は、当技術分野において既知であり、そのような当業者は、ガス化装置の条件に基づいて適切な膜を容易に識別することが可能であるだろう。   The refractory inner layer protects the processing chamber from the effects of high temperatures and corrosive gases, minimizing unnecessary heat loss due to the process. The refractory material is known to those skilled in the art and is a conventional refractory material suitable for use in high temperature unpressurized reactions, for example up to about 1800 ° C. Examples of such refractory materials include primarily high temperature fired ceramics, ie, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum silicate, boron nitride, zirconium phosphate, glass ceramic, and silica, alumina, chromia, and titania. But not limited to, high alumina bricks. To further protect the processing chamber from the impact of corrosive gases, it may be covered with a film. Such membranes are known in the art and such a person skilled in the art will be able to easily identify the appropriate membrane based on the conditions of the gasifier.

処理チャンバのルーフまたは上の部分は、さらに、ガスの最適な流量および滞留時間のために設計されるべきである。ルーフ部分は、平面でドーム形であり、または、処理チャンバを通るガスの流量を促進し、つまりは、デッド（「冷却とも称される」）スポットを回避する、その他の実用的な構成であることができる。   The roof or upper part of the processing chamber should also be designed for optimal gas flow and residence time. The roof portion is planar and domed, or is another practical configuration that facilitates the flow of gas through the processing chamber, ie avoids dead (also referred to as “cooling”) spots. be able to.

処理チャンバの物理的設計特徴は、当業者によって容易に判断され得る多数の要素によって決定される。例えば、処理チャンバの内部構造および大きさは、処理される入力される原料の化学的組成の分析を通して、動作的特徴によって決定付けされる。その他の設計要素としては、使用される加熱手段のタイプ、ならびに使用される加熱手段の配置および配向が挙げられる。これらの加熱手段は、一般的に、最も効率的である高温処理領域に集中するために、所望の深さで処理チャンバ内に配置される一方、それと同時に、熱の損失を最小限にするように配置される。ある場合には、蒸気等のその他の添加剤が、予熱された空気に加えて、ガス化装置に追加され、産生合成ガスの品質を向上させる。これらの追加の添加剤のための注入ポートの配置、配向および数は、さらに、所望の変換結果を実現するために有効な反応を促進する場所にそれらが注入されることを確実にするたように処理チャンバの設計におきて考慮されなければならない。   The physical design characteristics of the processing chamber are determined by a number of factors that can be readily determined by one skilled in the art. For example, the internal structure and size of the processing chamber is determined by operational characteristics through analysis of the chemical composition of the input raw material being processed. Other design elements include the type of heating means used and the arrangement and orientation of the heating means used. These heating means are generally placed in the processing chamber at the desired depth to concentrate on the most efficient high temperature processing region while at the same time minimizing heat loss. Placed in. In some cases, other additives such as steam are added to the gasifier in addition to the preheated air to improve the quality of the produced synthesis gas. The placement, orientation and number of injection ports for these additional additives also seem to ensure that they are injected into a location that facilitates an effective reaction to achieve the desired conversion results. In addition, the design of the processing chamber must be considered.

当業者は、垂直配向のガス化装置において使用される１つ以上の処理チャンバは、それぞれが、チャンバ内で行われる処理に適するように、異なる耐熱材料、異なる形状、異なる大きさおよび異なる材料置換制御モジュールを使用することができるということを、容易に理解するであろう。   One skilled in the art will recognize that one or more processing chambers used in a vertically oriented gasifier may have different refractory materials, different shapes, different sizes and different material substitutions, each suitable for processing performed in the chamber. It will be readily understood that a control module can be used.

様々なコンピュータ式シミュレーションおよびモデリングツールは、効率的な熱移動、ガス流量、添加剤の混合等の要素を考慮することにより、処理チャンバの物理的設計を容易にすることができる。コンピュータ式ツールは、仮のシステム設計の前の実験の必要性を事実上排除し、プロセス特徴の迅速な確証および入力される廃棄物の流れの効率性を提供する。それらは、さらに、システムが試運転する前に、相互反復が任意の特定のシステムの動作的特徴付けを最適化することを可能にし、入力されると、産生ガスの特徴付けに基づいて、不均質材料のプロセスのリアルタイムの最適化を容易にする。   Various computer simulation and modeling tools can facilitate physical design of the processing chamber by considering factors such as efficient heat transfer, gas flow rate, additive mixing, and the like. Computerized tools virtually eliminate the need for experimentation prior to provisional system design, providing quick validation of process characteristics and efficiency of the input waste stream. They further allow mutual iterations to optimize the operational characterization of any particular system before the system is commissioned and, once entered, based on the product gas characterization Facilitates real-time optimization of material processes.

１つのそのようなシミュレータは、米国特許第６，８１７，３８８号（参照により組み込まれる）に記載される、化学的プロセスシミュレータである。それは、Ｇｉｂｂｓの自由エネルギーの最小化の原理を使用して、特定の温度および特定の設定の入力パラメータで、産生ガスコンポーネントの予想を可能にする。一般的には、シミュレータは、以下の３つの主要な演算ブロックを含む。
ａ．理想的反応モデル：これは、断熱的等圧平衡で生成化学種のＧｉｂｂｓの自由エネルギーを最小化することにより、産生ガスの理想的な安定した状態の平衡組成を算出する。一般化Ｇｉｂｂｓ最小化アプローチは、平衡反応を書き込むことを必要とせずに、任意の大きさのシステムの平衡組成を見つけるために、ここで使用される。
ｂ．炭素堆積モデル：これは、入力される組成と平衡曲線を比較することにより、形成されるすす（固体炭素Ｃ）の量、またすす形成を排除するのに必要とされる蒸気の量を算出する。このモデルは、形成される固形炭素の量を減少させるために加えられる必要のある水の量を再帰的に解決するためにさらに使用され得る。
ｃ．非理想的反応モデル：これは、システム内の炭素量に実験的に派生する比率を掛けて算出される理想の量を超過して形成されるメタン、アセチレンおよびエチレンの量を決定する。これは、長鎖の炭化水素またはポリマーの非全体の分解の結果を概算する。 One such simulator is a chemical process simulator described in US Pat. No. 6,817,388 (incorporated by reference). It uses the Gibbs free energy minimization principle to allow prediction of product gas components at a specific temperature and a specific set of input parameters. In general, the simulator includes the following three main calculation blocks.
a. Ideal reaction model: This calculates the ideal stable equilibrium composition of the product gas by minimizing the free energy of the product species Gibbs in adiabatic isobaric equilibrium. The generalized Gibbs minimization approach is used here to find the equilibrium composition of a system of any size without having to write an equilibrium reaction.
b. Carbon deposition model: This calculates the amount of soot formed (solid carbon C) and the amount of steam required to eliminate soot formation by comparing the input composition with the equilibrium curve. . This model can further be used to recursively solve the amount of water that needs to be added to reduce the amount of solid carbon formed.
c. Non-ideal reaction model: This determines the amount of methane, acetylene and ethylene formed in excess of the ideal amount calculated by multiplying the amount of carbon in the system by an experimentally derived ratio. This approximates the result of non-total degradation of long chain hydrocarbons or polymers.

化学的プロセスシミュレータの使用に加えて、処理チャンバのフローモデリングも、設計プロセスで使用することができ、プロセス入力物の適正な混合を確実にし、速度効果の衝撃を分析し、シミュレータ内の反応温度プロファイルを調整する。耐火物表面でのすべての動作的特徴は、容易に同定されることができるため、フローモデリング結果はさらに、耐火物設計を補助する。   In addition to the use of chemical process simulators, process chamber flow modeling can also be used in the design process to ensure proper mixing of process inputs, analyze the impact of velocity effects, and the reaction temperature within the simulator. Adjust the profile. The flow modeling results further aid in refractory design since all operational features on the refractory surface can be easily identified.

任意選択で、また先述のように、ガス化装置の１つ以上の処理チャンバの１つ以上は、反応材料が予熱された空気に効率的に暴露されることを確実にし、つまりは、効率的なガス化を可能にする混合手段を含むことができる。混合手段は、予熱された空気等の追加の入力物が床を通る経路を燃やす状態である、ガスチャネリングを防ぎ、より多くの予熱された空気が反応材料を完全に避けその「チャネル」を下ることにつながる。予熱された空気のガス相への通路は、ブレイクスルーとも称され、ガス相可燃性物との迅速な燃焼、反応材料の凝集、およびチャネル燃焼を引き起こし得る。良好な混合は、ガス組成をさらに安定化し、下流側ガスの爆発の危険性を減少させる。   Optionally, and as described above, one or more of the one or more processing chambers of the gasifier ensure that the reactive material is efficiently exposed to the preheated air, i.e., efficient Mixing means can be included that allow for convenient gasification. The mixing means prevents gas channeling, where additional input, such as preheated air, burns the path through the floor, and more preheated air completely avoids the reaction material and goes down its “channel” It leads to things. The passage of preheated air to the gas phase, also called breakthrough, can cause rapid combustion with gas phase combustibles, agglomeration of reactants, and channel combustion. Good mixing further stabilizes the gas composition and reduces the risk of downstream gas explosions.

ガス化は、熱および、酸素または蒸気等の酸化体を必要とする。加熱は、原料の部分的酸化により放出される熱によって直接的に、または当技術分野に既知の熱源の使用によって間接的に、のいずれかで行うことができる。   Gasification requires heat and an oxidant such as oxygen or steam. Heating can be done either directly by the heat released by partial oxidation of the feedstock or indirectly by the use of heat sources known in the art.

本発明の一実施形態では、熱源は、添加剤入力要素を通って処理チャンバに加えられた、予熱された空気である。空気は、当業者に既知の空気ヒータまたは熱交換機のいずれかから得られ、空気ボックス等の、独立する空気の送給および分散システムを使用して、各処理領域に送給される。別様には、間接的熱源は、循環ホットサンドまたは電気加熱要素のいずれかであることができる。   In one embodiment of the invention, the heat source is preheated air added to the processing chamber through the additive input element. Air is obtained from either air heaters or heat exchangers known to those skilled in the art and is delivered to each processing region using an independent air delivery and distribution system, such as an air box. Alternatively, the indirect heat source can be either a circulating hot sand or an electric heating element.

ガス化装置の初期起動を容易にするために、処理チャンバは、ガス化装置を予熱するための、種々の従来のバーナー、例えば天然ガス、またはプロパンバーナー等を収めるようにサイズ決定されたアクセスポートを含み得る。   To facilitate initial startup of the gasifier, the processing chamber is an access port sized to accommodate various conventional burners, such as natural gas or propane burners, for preheating the gasifier Can be included.

さらには、処理チャンバは、メンテナンスおよび修復のためのエントリを可能にする、１つ以上のサービスポートをさらに含み得る。そのようなポートは当該技術分野において既知であり、種々のサイズの密閉可能なポート孔を含み得る。一実施形態において、処理チャンバへのアクセスは、動作中には密閉可能な耐火物で裏打ちされたカバーによって閉鎖されることができる、一端にある待避孔(manhole)によって提供される。本発明の一実施形態では、待避孔は、メンテナンスのため処理チャンバの両端に配置される。
添加剤入力要素 Further, the processing chamber may further include one or more service ports that allow entry for maintenance and repair. Such ports are known in the art and may include various sizes of sealable port holes. In one embodiment, access to the processing chamber is provided by a manhole at one end that can be closed by a sealable refractory lined cover during operation. In one embodiment of the present invention, the escape holes are located at both ends of the processing chamber for maintenance.
Additive input element

先述のように、添加剤は、垂直配向のガス化装置の１つ以上の処理チャンバのそれぞれに加えられ、原料が産生ガスへ効率的に交換されることを容易にすることができる。添加剤のタイプおよび量は、プロセス反応を最適化するように選択されると同時に、規制権限放出限度への順守を維持し、動作の損失を最小限にする。異なるタイプの添加剤入力要素には、空気、高酸素含有空気、酸素、蒸気およびオゾンが挙げられるが、これらに限定されない。添加剤入力要素は、処理チャンバ内の温度の決定、つまりは、異なるプロセスが少なくとも部分的に好まれる処理領域の範囲の決定において、重要な役割を果たす。   As previously noted, additives can be added to each of one or more processing chambers of a vertically oriented gasifier to facilitate efficient exchange of feed to product gas. The type and amount of additive is selected to optimize the process response while at the same time maintaining compliance with regulatory authority release limits and minimizing loss of operation. Different types of additive input elements include, but are not limited to, air, high oxygen content air, oxygen, steam and ozone. The additive input element plays an important role in determining the temperature within the processing chamber, i.e., the range of processing areas in which different processes are at least partially preferred.

空気または酸素の入力は、炭素変換を最大限にし（すなわち、遊離炭素を最小限にする）、最適処理温度を維持するために使用することができ、その一方、入力される熱の損失を最小限にする。両方の添加剤の量を設定することができ、処理されている原料の出力によって同定されるように厳格に制御することができる。空気注入の量は、加熱の損失を最小限にするために設定される一方、プロセス全体は、焼却に関連する望ましくない特性（産生ガス中の不要なダイオキシン類、フラン類、ＮＯｘ、Ｓｏｘ、灰中の金属類、および低炭素変換等）のいずれにも接近せず、局所的領域の排出基準条件を満たすことを確実にする。   Air or oxygen input can be used to maximize carbon conversion (ie, minimize free carbon) and maintain optimal processing temperatures, while minimizing loss of input heat Limit. The amount of both additives can be set and can be tightly controlled as identified by the output of the raw material being processed. While the amount of air injection is set to minimize heating losses, the entire process is undesired characteristics associated with incineration (unwanted dioxins, furans, NOx, Sox, ash in the product gas). Ensure that the local emission criteria are met, without access to any of the metals in it, low carbon conversion, etc.).

蒸気の入力は、原料の分解される要素の産生ガスおよび／または無害化合物への変換を最大限にするために十分な遊離酸素および水素を促進する。蒸気との反応による、反応材料のガスへの変換が吸熱性である時、それは空気を介する反応の吸熱特性と釣り合うように機能することができる。さらには、蒸気は、Ｃ、Ｈ、Ｏ反応の適正な釣り合いのために追加の水素を提供する。   The steam input promotes sufficient free oxygen and hydrogen to maximize the conversion of the raw material being decomposed into product gas and / or harmless compounds. When the conversion of reactant material to gas by reaction with steam is endothermic, it can function to balance the endothermic nature of the reaction via air. Furthermore, the steam provides additional hydrogen for proper balance of C, H, O reactions.

本発明のある実施形態では、第２の原料流は、プロセス添加剤としてさらに導入される。この原料流は、検知要素によって検知されるように、産生ガスの品質、圧力等のガス化装置の下流側パラメータに基づいて、大域的制御システムによって、動的に操作することができる。典型的な第２の原料は、プラスチック等の高炭素原料である。   In certain embodiments of the invention, the second feed stream is further introduced as a process additive. This feed stream can be dynamically manipulated by a global control system based on downstream parameters of the gasifier, such as product gas quality, pressure, etc., as detected by the sensing element. A typical second source is a high carbon source such as plastic.

それゆえ、各処理チャンバは、蒸気注入および／または空気注入のための入口を含む、複数の添加剤入力要素を含む場合がある。蒸気の入口は、処理チャンバから出る直前に高温領域内および産生ガス塊内へ蒸気を方向付けるために、戦略的に位置し得る。   Thus, each processing chamber may include a plurality of additive input elements, including inlets for steam injection and / or air injection. The steam inlet can be strategically located to direct the steam into the hot zone and into the product gas mass just prior to exiting the processing chamber.

添加剤入力要素は、処理領域への完全なカバレージを確実にするために、戦略的に位置し得る。一実施形態では、処理チャンバの床の近位に位置する。別様には、それらは、処理チャンバの床に位置するか、または処理チャンバの壁全体に分散するかのいずれかである。ガス化装置の加熱手段として予熱された空気が使用される実施形態では、追加の空気／酸素注入の入力要素が、任意選択で含まれる場合がある。   Additive input elements can be strategically located to ensure complete coverage to the processing area. In one embodiment, located proximal to the floor of the processing chamber. Alternatively, they are either located on the floor of the processing chamber or distributed throughout the walls of the processing chamber. In embodiments where preheated air is used as the heating means for the gasifier, an additional air / oxygen injection input element may optionally be included.

添加剤入力要素の実際の位置は、あらゆる以下の要素に基づいて決定されてよい。（ａ）熱移動を最大限にする、（ｂ）炭素との接触を最大限にする、（ｃ）圧力損失を最小限にする（ｄ）プラゲージを阻害する（ｅ）ガスチャネリング電位を最小限にする   The actual position of the additive input element may be determined based on any of the following factors. (A) maximize heat transfer, (b) maximize contact with carbon, (c) minimize pressure loss (d) inhibit pluggage (e) minimize gas channeling potential Make

添加剤が処理チャンバの上部から追加される本発明の実施形態に関して、上部で加えられたガスは床の上部で湿った炭素質原料を乾燥させるのに有用であり、または、ジェットを使用して、（機械的な攪拌手段を使用するよりはむしろ、堆積物の上部周辺の材料を溶射することにより）材料を分散するのに有用である。空気または熱い蒸気が上部で加えられる場合、産生ガスの温度は上昇し、ガス相におけるタール類の分解をもたらす。別様には、低温蒸気または窒素（またはその他の液体流体）の追加は、ガス温度を低下させ、下流側の器具を保護する。しかしながら、チャンバの上部に添加剤入力要素を有することの主な欠点は、産生ガスの希釈の危険性である。   For embodiments of the invention in which the additive is added from the top of the processing chamber, the gas added at the top is useful for drying wet carbonaceous feedstock at the top of the bed or using a jet. , Useful to disperse the material (by spraying the material around the top of the deposit rather than using mechanical stirring means). When air or hot steam is added at the top, the temperature of the product gas increases, leading to the decomposition of tars in the gas phase. Alternatively, the addition of cold steam or nitrogen (or other liquid fluid) reduces the gas temperature and protects downstream equipment. However, the main drawback of having an additive input element at the top of the chamber is the risk of dilution of the product gas.

添加剤が処理チャンバの下部から加えられる本発明の実施形態に関して、処理チャンバにおける添加剤の滞留時間は、最大限にされ、それは、遅い反応を伴う低温システムにおいて有益であり得る。悪い設計が動作を妨害するスラグ、凝集等を産出する高い危険性を冒す一方、適正設計は、これらの問題の可能性を減少し得る。下部での添加剤の注入は、処理チャンバ全体が影響され、炭素は処理チャンバから排出される前に、灰から除去されることを促進する。   For embodiments of the invention where the additive is added from the bottom of the processing chamber, the residence time of the additive in the processing chamber is maximized, which can be beneficial in low temperature systems with slow reactions. Proper design can reduce the possibility of these problems, while a bad design takes the high risk of producing slugs, clumps, etc. that interfere with operation. The additive injection at the bottom affects the entire processing chamber and facilitates the removal of carbon from the ash before it is exhausted from the processing chamber.

添加剤が処理チャンバの側部から追加される本発明の実施形態に関して、添加剤の均等な分散によるより安定した反応が促進される。この設計は、さらに、処理領域を安定させ、ある添加剤（酸素またはオゾン）の集積を軽減し、局所化される燃焼または凝集を防ぐ。しかしながら、主要な欠点は、側部に沿って注入された添加剤は、床を流体化させるか、または壁の近くにホットスポットを作り出す傾向にある高流速が使用されない限り、処理チャンバの中間部には到達しない。アジテータは、中間部からの反応材料を側部からのものと混合することを促進するために使用され得る。
原料入力手段 For embodiments of the invention in which the additive is added from the side of the processing chamber, a more stable reaction is facilitated by an even distribution of the additive. This design further stabilizes the treatment area, reduces the accumulation of certain additives (oxygen or ozone), and prevents localized combustion or agglomeration. However, the main disadvantage is that the additive injected along the sides will cause the floor to be fluidized or the middle part of the process chamber unless high flow rates are used that tend to create hot spots near the walls. Will not reach. The agitator can be used to facilitate mixing the reaction material from the middle with the one from the side.
Raw material input means

垂直配向のガス化装置は、それぞれがガス化装置へ直接送給する、入力される原料の任意の物理的特徴に応じる１つ以上の入力送給ポートを含む、材料送給システムを含む。本発明の一実施形態では、材料送給サブシステムは、送給ホッパー、および原料をガス化装置へ送るために使用されるスクリューコンベアから構成される。本発明のある実施形態では、垂直配向のガス化装置に送給される材料は、上流側ガス化装置からの部分的に処理された反応材料であることができる。送給ホッパーは、材料がガス化装置へ送給される準備をするためのバッファーとして作動する。ホッパーは、任意選択で、ホッパーへの流量を制御する高レベルおよび低レベルのインジケータを有し、任意選択で、送給量をプロセスの要求に合わせるためのプロセスコントローラの制御下にあることができる。   A vertically oriented gasifier includes a material delivery system that includes one or more input delivery ports, each depending directly on any physical characteristics of the input raw material, that feed directly to the gasifier. In one embodiment of the present invention, the material feed subsystem consists of a feed hopper and a screw conveyor used to feed the raw material to the gasifier. In certain embodiments of the invention, the material delivered to the vertically oriented gasifier can be a partially processed reaction material from the upstream gasifier. The feed hopper operates as a buffer to prepare the material to be delivered to the gasifier. The hopper optionally has high and low level indicators that control the flow to the hopper and can optionally be under the control of a process controller to tailor the feed rate to the process requirements. .

任意選択で、図２２Ａを参照して、材料送給サブシステムは、第２の送給（通常、細断プラスチック等の高炭素原料）を受け入れるための追加の入力をさらに含むことができ、それにより、下流側用途のための要求されるガスの品質を満たす、より高いまたは低い炭素の入力を要求するプロセスに迅速に反応することができる。   Optionally, referring to FIG. 22A, the material delivery subsystem can further include an additional input for accepting a second delivery (usually a high carbon feedstock such as shredded plastic). Can quickly react to processes requiring higher or lower carbon input that meet the required gas quality for downstream applications.

図２２を参照して、本発明の様々な実施形態が、想定されることができ、異なる送給流は、共通ホッパーで、ガス化装置に挿入される前に一緒に混合されるか、またはそうでないかのいずれかである。任意選択で、ガス化装置は、高炭素原料をガス化装置に送給するための別々の送給サブシステムを有する。さらには、より一般的な事例は、２つ以上の送給流がさらに存在する場所でも考慮され得る。   With reference to FIG. 22, various embodiments of the present invention can be envisaged, wherein different feed streams are mixed together before being inserted into the gasifier at a common hopper, or Either it is not. Optionally, the gasifier has a separate delivery subsystem for delivering the high carbon feed to the gasifier. Furthermore, the more general case can also be considered where there are more than two feed streams.

本発明の一実施形態では、材料送給システムは、長方形送給ホッパーおよび油圧式補助ラムを構成する。ゲートは、シュートの中間に設置され、処理チャンバと送給ホッパー間の熱バリアとして作動してもよい。送給機上のリミットスイッチは、各ストロークを伴い、処理チャンバへ送給される材料の量が制御され得るように、ラムストロークの長さを制御する。   In one embodiment of the invention, the material feed system comprises a rectangular feed hopper and a hydraulic auxiliary ram. The gate may be placed in the middle of the chute and act as a thermal barrier between the processing chamber and the feed hopper. A limit switch on the feeder controls the length of the ram stroke so that with each stroke, the amount of material delivered to the processing chamber can be controlled.

本発明の一実施形態では、第１の材料送給システムは、医療的生物医学的タイプの廃棄物の処理に提供される形である、ボックスの送給を収めるように修正される場合がある。長方形の二重ドアポートは、ボックスを、油圧式ラムがそれらを処理チャンバへ入力することのできる、第１の送給ホッパーへ送給されることを可能にするであろう。   In one embodiment of the present invention, the first material delivery system may be modified to accommodate box delivery, which is in the form provided for the treatment of medical biomedical type waste. . A rectangular double door port will allow the box to be fed to a first feed hopper where hydraulic rams can enter them into the processing chamber.

本発明の一実施形態では、オージェは、油圧式に処理チャンバへ挿入され、粒状廃棄物材料の送給を提供することができる。さらには、ラム、回転弁、上部重力送給は、所望の原料の導入を容易にするために、本文脈で使用され得るその他の送給機の実施例である。さらには、液体およびガスは、それらの専用ポートを通って、同時に処理チャンバへ送給され得る。   In one embodiment of the present invention, the auger can be hydraulically inserted into the processing chamber to provide delivery of particulate waste material. Furthermore, rams, rotary valves, and upper gravity feeds are other examples of feeders that can be used in this context to facilitate the introduction of the desired ingredients. Furthermore, liquids and gases can be delivered to the processing chamber simultaneously through their dedicated ports.

任意選択で、原料は、原料入力手段に送給される前に、事前処理システムを通過する。事前処理サブシステムは、受け取られた状態の原料をより処理に適した大きさに減少させるための破砕機を含んでもよい。原料のコンポーネントが破砕機を詰まらせるのに十分な大きさの材料を含む場合、破砕機は、任意選択で、詰まりが検知される時に停止し、自動的に反転し詰まりを除去し、それから再起動するように整備される。それでも詰まりが検出された場合は、破砕機の運転を停止して、警告信号をコントローラに送信する。適した破砕機および破砕機の設計は、当技術において既知である。   Optionally, the raw material passes through a pretreatment system before being delivered to the raw material input means. The pre-processing subsystem may include a crusher for reducing the raw material as received to a size suitable for processing. If the raw material component contains material that is large enough to clog the crusher, the crusher optionally stops when a clog is detected, automatically reverses to remove the clog, and then restarts. It is serviced to start. If clogging is still detected, the crusher is stopped and a warning signal is sent to the controller. Suitable crushers and crusher designs are known in the art.

事前処理サブシステムは、ガス化装置を通る、過度の量の金属の望ましくない送給を防ぐために、コンベアの上に位置する磁気ピックアップをさらに含んでよい。適した磁気ピックアップは、当技術において既知であり、破砕廃棄物に存在する可能性のある、あらゆる鉄金属を引き付けるための強力な磁石を、選択コンベアベルトの上に構成する。任意選択で、非磁性ベルトは、選択コンベアの方向全体に渡って、磁石と原料との間を移動し、磁石に引き付けられたあらゆる鉄を、原料の流れから横方向に離れさせる。金属が磁石から離された場合、それは、処理されるか、または売られるかのいずれかである、堆積物の上に落とすことができる。
ガス出口 The pre-processing subsystem may further include a magnetic pickup located on the conveyor to prevent undesired delivery of excessive amounts of metal through the gasifier. Suitable magnetic pickups are known in the art and constitute a powerful magnet on the selective conveyor belt to attract any ferrous metal that may be present in the crushed waste. Optionally, the non-magnetic belt moves between the magnet and the raw material across the direction of the selected conveyor, causing any iron attracted to the magnet to be laterally separated from the raw material flow. If the metal is released from the magnet, it can be dropped onto the deposit, which is either processed or sold.
Gas outlet

本発明の一実施形態では、処理チャンバ２０のぞれぞれで生成されたオフガスは、処理チャンバ２０の上部にあるガス出口６０を使用して、排出される。異なる処理チャンバ２０からのオフガス流は、さらに使用するため、または図２３Ｃに示されるようなガス改質システム（ＧＲＳ）９２においてさらに処理されるため、のいずれかのために、貯蔵タンクへ送られる前に、別々にされたままか、合体されたままであってよい。別様には、ガス出口は、処理チャンバの下部に配置され、産生ガスは、下流側に保持される送風機または当技術分野において既知のその他の吸引手段を使用して引き出される。当業者は、処理チャンバ内のその他の場所でのガス出口の配置はすべて、本明細書に明確に記載されていない場合にも、本発明の範囲内であると考慮されるということを、容易に理解するであろう。   In one embodiment of the present invention, off-gas generated in each of the processing chambers 20 is exhausted using a gas outlet 60 at the top of the processing chamber 20. Off-gas streams from different processing chambers 20 are sent to storage tanks for further use or for further processing in a gas reforming system (GRS) 92 as shown in FIG. 23C. It may have been kept separate or merged before. Alternatively, the gas outlet is located at the bottom of the processing chamber and the product gas is drawn using a blower held downstream or other suction means known in the art. Those skilled in the art will readily appreciate that any arrangement of gas outlets elsewhere in the processing chamber is considered within the scope of the present invention, even if not explicitly described herein. Will understand.

本発明の一実施形態では、ガス化装置は、炭素質原料のガス化から生じる入力されるガスを規定の化学組成の改質ガスに改質するための、ガス改質システム（ＧＲＳ）９２に、直接的に、または配管を介して、のいずれかで接続される。特に、ガス改質システムは、ガス状分子を解離して、エネルギー生成等の下流側用途に有用な、より小さい分子へのそれらの再結合を可能にする、１つ以上のプラズマトーチからのトーチ熱を使用する。プラズマトーチから提供される、典型的には９００℃〜１２００℃の高温での、「タールクラッキング」は、通常、タールも排除するために行われる。このシステムはまた、ガス混合手段、プロセス添加手段、および１つ以上のセンサ、１つ以上のプロセスエフェクタおよび改質反応を監視および／または規制するコンピューティング手段を持つ制御システムを含んでもよい。図２３を参照して、ＧＲＳで産生された合成ガスは、ガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）９０および／またはガス均質化システム（ＧＨＳ）および／または貯蔵タンクに送ることができる。   In one embodiment of the present invention, the gasifier includes a gas reforming system (GRS) 92 for reforming an input gas resulting from gasification of a carbonaceous raw material into a reformed gas having a specified chemical composition. Connected either directly or via piping. In particular, gas reforming systems dissociate gaseous molecules and allow torches from one or more plasma torches to allow their recombination into smaller molecules useful for downstream applications such as energy generation. Use heat. “Tar cracking” provided by plasma torches, typically at high temperatures of 900 ° C. to 1200 ° C., is usually performed to eliminate tar as well. The system may also include a control system having gas mixing means, process addition means, and one or more sensors, one or more process effectors and computing means for monitoring and / or regulating the reforming reaction. Referring to FIG. 23, the synthesis gas produced in the GRS can be sent to a gas conditioning system (GCS) 90 and / or a gas homogenization system (GHS) and / or a storage tank.

本発明のその他の実施形態では、タールクラッキングではなく、ガスが特定の下流側用途のために合わせられ、異なる組成物へ変換することをもたらす、低温ガス改質システムが使用される。   In other embodiments of the invention, rather than tar cracking, a low temperature gas reforming system is used that results in the gas being tailored for a particular downstream application and converted to a different composition.

ＧＣＳ９０は、合成ガスから粒子状物質およびその他の不純物を除去するために機能し、その一方、ＧＨＳは、十分な混合手段および均質化チャンバ内での滞留時間を提供することにより、組成物および合成ガスの圧力におけるあらゆる時間変動を平坦化するために機能する。貯蔵タンクは、任意選択で、調整された均質化合成ガスが、今後のさらなる使用のために貯蔵される必要がある場合に使用される。そうでない場合、条件均質化合成ガスは、ガスエンジン、ボイラー等の下流側用途に使用され得る。過剰な合成ガスはさらに、フレアスタックを使用して安全に廃棄され得る。
残渣出口 GCS 90 functions to remove particulate matter and other impurities from the synthesis gas, while GHS provides sufficient mixing means and residence time in the homogenization chamber to provide composition and synthesis. It functions to flatten any time variation in gas pressure. A storage tank is optionally used when the conditioned homogenized synthesis gas needs to be stored for future further use. Otherwise, the conditioned homogenized synthesis gas can be used for downstream applications such as gas engines, boilers and the like. Excess synthesis gas can also be safely disposed of using a flare stack.
Residue outlet

残渣出口７０は、ガス化装置１０の最終処理領域４０から残渣を除去するために使用される。残渣が処理チャンバを出る構成は、順次プロセスの設計および機能によって決定され、当業者によって容易に決定され得る。   The residue outlet 70 is used to remove residue from the final processing region 40 of the gasifier 10. The configuration in which the residue exits the processing chamber is determined by the sequential process design and function and can be readily determined by one skilled in the art.

先述のように、残渣は、材料置換制御モジュールによって、ガス化装置から除去される。本発明の異なる実施形態では、残渣は、例えば、当技術分野で既知の灰収集ガス化装置または冷却のための水タンクに、弁の制御化で配管を通じて送られる場所から、放出の場所へ、移され得る。本発明の一実施形態では、垂直配向のガス化装置からの残渣は、さらなるガス化のために別のガス化装置へ送られる。これは、垂直配向のガス化装置が完全な揮発および炭素変換を達成することができない場合に有用である。   As previously described, the residue is removed from the gasifier by the material replacement control module. In different embodiments of the present invention, the residue is, for example, from an ash collection gasifier known in the art or a water tank for cooling from a location that is routed through piping with valve control to a location of discharge. Can be moved. In one embodiment of the invention, the residue from the vertically oriented gasifier is sent to another gasifier for further gasification. This is useful when a vertically oriented gasifier cannot achieve full volatilization and carbon conversion.

本発明の一実施形態で、および図２４を参照して、残渣は、ガス化装置１０に直接的に接続されるか、またはコンベアを介して接続されるか、のいずれかである残渣コンディショニングシステム９４に移される。残渣コンディショニングシステム９４では、プラズマアーク加熱は、残渣の温度を、問題なく、連続的に自動的に（すなわち操作なしに）スラグを除去することを保証するために、溶解および均質化を達成するために必要とされるレベルへ上昇させることにより、残渣（炭化物、灰）をスラグに変換するために使用される。その他の加熱機構もさらに、残渣コンディショニングシステムのその他の実施形態で使用され得る。溶融スラグは、水タンクで急冷され、建設業界で使用されるか、または無害な方法で、埋立地に処理されるかのいずれかである、ガラス状、固形スラグを形成する。図２５を参照して、残渣コンディショニングシステム９４で生成された任意の産生ガスが、ＧＲＳ９２または別のものを通過した後、または別の方法で、ＧＣＳ９０へ送られる。   In one embodiment of the present invention and with reference to FIG. 24, the residue conditioning system, wherein the residue is either connected directly to the gasifier 10 or connected via a conveyor. 94. In the residue conditioning system 94, the plasma arc heating is used to achieve melting and homogenization to ensure that the temperature of the residue removes slag continuously and automatically (ie, without manipulation) without problems. It is used to convert the residue (carbides, ash) to slag by raising it to the level required for it. Other heating mechanisms can also be used in other embodiments of the residue conditioning system. The molten slag is quenched in a water tank and forms a glassy, solid slag that is either used in the construction industry or processed to a landfill in a harmless manner. Referring to FIG. 25, any product gas produced by residue conditioning system 94 is sent to GCS 90 after passing GRS 92 or another, or otherwise.

さらには、図２６を参照して、ＧＣＳ９０で収集された残留粒子は、溶融スラグへの変換および急冷のため、残渣コンディショニングシステム９４へ送り戻され得る。産生ガスが残渣コンディショニングシステム９４からＧＣＳ９０へ、ＧＲＳ９２を通過せずに移動する場合に関して、ガスは、図２６に示されるように、直接的か、または第２のＧＣＳ９６を通って、のいずれかでＧＣＳ９０に到達し得る。   Further, with reference to FIG. 26, residual particles collected by GCS 90 may be sent back to residue conditioning system 94 for conversion to molten slag and quenching. For the case where the product gas moves from the residue conditioning system 94 to the GCS 90 without passing through the GRS 92, the gas is either directly or through the second GCS 96, as shown in FIG. GCS 90 can be reached.

本発明の一実施形態で、図２７を参照して、システム全体は、ガス化装置の複数の処理チャンバ２０から出力される産生ガスは、組み合わされず、単一のＧＲＳおよびＧＣＳを通過するが、２つの並列流に分かれ、それぞれは独自のＧＲＳ９２およびＧＣＳ９０を伴う、モジュラーアプローチを使用して構築される。当業者は、図２７は、単に模範に過ぎず、複数の並列処理の流れの異なるコンポーネントの相互接続を使用する、その他のシステム全体の設計が、本明細書に開示される本発明の範囲および本質内であると考慮され得るということを理解するであろう。   In one embodiment of the present invention, referring to FIG. 27, the entire system is such that the product gases output from multiple processing chambers 20 of the gasifier are not combined and pass through a single GRS and GCS, Divided into two parallel streams, each constructed using a modular approach with its own GRS 92 and GCS 90. Those skilled in the art will appreciate that FIG. 27 is merely exemplary and other system-wide designs that use multiple parallel processing flows of different components are within the scope and scope of the invention disclosed herein. It will be understood that it can be considered within the essence.

図２８および図２９は、プラズマトーチ９５を基盤とする残渣コンディショニングシステム９４が、垂直な連続する方法で、１つまたは２つの垂直な連続処理チャンバ２０を含むガス化装置に接続される、ガス化装置の特定の実装を示す。   28 and 29 show a gasification in which a residue conditioning system 94 based on a plasma torch 95 is connected in a vertical continuous manner to a gasifier comprising one or two vertical continuous processing chambers 20. Indicates a specific implementation of the device.

先述のように、本発明のガス化装置１０は、残渣コンディショニングシステム９４、ガス改質システム９２、ガスコンディショニングシステム９０、ガス均質化システム等の様々なその他のシステムと組み合わすことができ、完全なガス化施設を形成する。この施設は、炭素質原料を取り入れて、それを、様々な下流側用途に使用され得る、精製され調整された均質化合成ガスに変換するであろう。ガス化施設全体は、上述のように大域的制御システム９８を使用して制御することができ、プロセス全体が、特定の下流側用途によって、および関連規制基準によって設定された条件に合うことを確実にする。ガス化施設全体の制御システムの一実施形態は、図３０に示される。
制御システム As previously noted, the gasifier 10 of the present invention can be combined with a variety of other systems, such as a residue conditioning system 94, a gas reforming system 92, a gas conditioning system 90, a gas homogenization system, and the like. Form a gasification facility. This facility will take a carbonaceous feedstock and convert it into a refined and conditioned homogenized synthesis gas that can be used for various downstream applications. The entire gasification facility can be controlled using the global control system 98 as described above to ensure that the entire process meets the conditions set by the particular downstream application and by relevant regulatory standards. To. One embodiment of a control system for the entire gasification facility is shown in FIG.
Control system

制御システム９８は、一般的には、垂直配向のガス化装置内で、および／またはそれによって実装されるか、または、それにより産生されたガスの任意の下流側プロセスあるいは用途に作用する、１つ以上のプロセスを制御するために、および／またはそのようなプロセスに作用する本明細書で考慮される１つ以上のプロセス装置の制御を提供するために、提供される。一般的には、制御システムは、垂直配向のガス化装置に関連し、および／またはそのようなガス化装置を含むガス化システム内で実装される１つ以上の大域的な上流側および／または下流側プロセスに関連する、様々なプロセスを動作可能に制御することができ、それにより、規定結果のために、これらのプロセスに作用するように適合された、それらの様々な制御パラメータを調整する。多様な検知要素および応答要素は、従って、制御システム全体に、あるいは、それらの１つ以上のコンポーネントに関連して、配分されて、多様なプロセス、反応および／または産生特徴特性を取得するために使用して、これらの特徴特性を望ましい結果を実現するこれらの特徴電動の適切な範囲に比較し、１つ以上の制御可能なプロセス装置から、１つ以上の実行中プロセスにおいて変更を実装することによって応答することができる。   The control system 98 is generally implemented in and / or by a vertically oriented gasifier and affects any downstream process or application of the gas produced thereby. Provided to control one or more processes and / or to provide control of one or more process devices contemplated herein that operate on such processes. Generally, the control system is associated with a vertically oriented gasifier and / or one or more global upstreams and / or implemented within a gasification system including such a gasifier. Various processes associated with downstream processes can be operatively controlled, thereby adjusting their various control parameters adapted to act on these processes for a defined result . Various sensing elements and response elements can thus be distributed throughout the control system or in conjunction with one or more of those components to obtain various process, reaction and / or production characteristic characteristics. Use to compare these feature characteristics to the appropriate range of these feature motors to achieve the desired result, and implement changes in one or more running processes from one or more controllable process devices Can respond by.

制御システムは、概して、例えば、システム、システムに実装されたプロセス、システムに提供された入力、および／またはシステムによって生成された出力に関連する、１つ以上の特徴を検知するための１つ以上の検知要素を備える。１つ以上の演算プラットフォームは、検知された特徴の特徴値表現にアクセスするために、これらの検知要素に連通的に連結され、特徴値を、選択された動作的および／または下流側の結果に適切なこれらの特徴を特徴づけるように定義されたこれらの値の規定範囲と比較するように構成され、この規定範囲での特徴値の維持につながる１つ以上のプロセス制御パラメータを演算する。このように、複数の応答要素は、システム、プロセス、入力および／出力に影響を与えるように動作可能な１つ以上のプロセス装置に動作的に連結することができるので、検知された特徴を調整し、演算された制御パラメータにアクセスして、これらに応じてプロセス装置を動作させるために、演算プラットフォームに連通的に結合することができる。   A control system generally includes one or more features for sensing one or more features associated with, for example, the system, processes implemented in the system, inputs provided to the system, and / or outputs generated by the system. The detection element is provided. One or more computing platforms are communicatively coupled to these sensing elements to access feature value representations of the detected features, and convert the feature values into selected operational and / or downstream results. One or more process control parameters are calculated that are configured to be compared with a specified range of these values defined to characterize these features that are appropriate and that lead to the maintenance of the feature values within this specified range. In this way, multiple response elements can be operatively coupled to one or more process devices operable to affect the system, process, inputs and / or outputs, thus adjusting sensed characteristics. And can be communicatively coupled to a computing platform to access the computed control parameters and operate the process apparatus in response thereto.

一実施形態では、制御システムは、関連して実装された１つ以上のプロセスの効率を促進するように、炭素質原料のガスへの変換に関連する多様なシステム、プロセス、入力および／または出力のフィードバック、フィードフォワード、および／または予想制御を提供する。例えば、種々のプロセスの特徴は、評価して、制御可能に調整してこれらのプロセスに影響を及ぼすことができ、これに限定されないが、原料の発熱量および／または組成、産生ガスの特徴（例、発熱量、温度、圧力、流量、組成、炭素含量等）、当該の特徴に許容される変動の程度、および出力の値に対する入力のコストが挙げられる。多様な制御パラメータに対する連続的および／またはリアルタイムの調整は、熱源出力、添加剤送給量（酸素、酸化物、蒸気等）、原料送給量（１つ以上の個別および／または混合送給）、ガスおよび／またはシステム圧／流量調整装置（送風機、安全／制御弁、フレア等）、ガス化装置内での材料置換（例えば、垂直な連続処理領域間）、等を含むがこれらに限定されず、設計および／または下流側の仕様に応じて、１つ以上のプロセス関連特徴が評価されて最適化される手法で実行され得る。   In one embodiment, the control system may provide a variety of systems, processes, inputs and / or outputs related to the conversion of carbonaceous feedstock to gas to facilitate the efficiency of one or more processes implemented in association. Feedback, feedforward, and / or predictive control. For example, various process characteristics can be evaluated and controllably adjusted to affect these processes, including, but not limited to, feedstock heating value and / or composition, product gas characteristics ( Examples, heating value, temperature, pressure, flow rate, composition, carbon content, etc.), the degree of variation allowed for that feature, and the cost of input for the output value. Continuous and / or real-time adjustments to various control parameters include heat source output, additive feed rate (oxygen, oxide, steam, etc.), feed rate (one or more individual and / or mixed feeds) Including, but not limited to, gas and / or system pressure / flow regulators (blowers, safety / control valves, flares, etc.), material replacement within the gasifier (eg, between vertical continuous processing zones), etc. Rather, depending on the design and / or downstream specifications, one or more process-related features may be evaluated and performed in an optimized manner.

あるいは、さらに、制御システムは、適正な動作を保証するために、さらに、任意選択で、基準が適用する場合、実装されたプロセスが標準的な基準内であることを保証するために、所定のシステムの多様なコンポーネントの動作を監視するように構成することができる。   Alternatively, in addition, the control system may be configured to provide a predetermined operation to ensure proper operation, and optionally, to ensure that the implemented process is within standard criteria, if the criteria apply. It can be configured to monitor the operation of various components of the system.

一実施形態に応じて、制御システムは、所定のシステムの全体的なエネルギー的影響の監視および制御においてさらに使用することができる。例えば、所定のシステムは、例えば、実装されたプロセスの１つ以上を最適化することによって、または、さらに、これらのプロセスによって生成されたエネルギー（廃棄熱等）の回復を増やすことによって、エネルギー的影響が少なくなるように、または、さらに、最小になるように動作することができる。代替的にまたはこれに加えて、当該の特徴が、下流側の仕様に好適なだけでなく、効率的および／または最適な使用のために実質的に最適化されるように、制御システムは、制御されたプロセスを経て生成された産生ガスの組成および／または他の特徴（例、温度、圧力、流量等）を調整するように構成することができる。例えば、電気の産生用に所定のタイプのガスエンジンを駆動するための産生ガスが使用される実施形態において、産生ガスの特徴は、これらの特徴がそのようなエンジンに最適な入力特徴に最もよく対応するように調整され得る。   Depending on one embodiment, the control system can be further used in monitoring and controlling the overall energy impact of a given system. For example, a given system may be energetic, for example, by optimizing one or more of the implemented processes, or by increasing the recovery of energy generated by these processes (such as waste heat). It can operate to be less affected or even minimized. Alternatively, or in addition, the control system may not only be suitable for downstream specifications, but also be substantially optimized for efficient and / or optimal use. It can be configured to adjust the composition and / or other characteristics (eg, temperature, pressure, flow rate, etc.) of the product gas produced via the controlled process. For example, in embodiments where product gas is used to drive a given type of gas engine for the production of electricity, the features of the product gas are best suited to the input features that are optimal for such an engine. It can be adjusted to correspond.

一実施形態では、種々のコンポーネントにおける反応物質および／または産物の滞留時間に関する、またはプロセス全体のうちの種々のプロセスに関する、制限または性能のガイドラインが満たされるように、および／または最適化されるように、制御システムは、所定のプロセスを調整するように構成することができる。例えば、上流側のプロセス量は、１つ以上の次の下流側のプロセスに実質的に一致するように制御することができる。すなわち、ガス化装置、および／またはその処理領域内での材料の滞留時間は、設定され、および／または、独立して、共同動作可能におよび／または、全体のあるいは大域的制御システムのサブモジュールとして動作することのできる材料置換制御モジュールによって、動的に調整することができ、下流側プロセスおよび／または用途の特定の選択および／または条件を満たす。   In one embodiment, limits or performance guidelines relating to residence times of reactants and / or products in various components or to various processes of the overall process are met and / or optimized. In addition, the control system can be configured to regulate a predetermined process. For example, the upstream process volume can be controlled to substantially match one or more subsequent downstream processes. That is, the residence time of the material in the gasifier and / or its processing area is set and / or independently collaboratively and / or a sub-module of the overall or global control system Can be adjusted dynamically by a material replacement control module that can operate as a specific process and / or application specific selection and / or condition.

制御システムは、例えば、温度、原料入力速度、材料の置換等の局所的および／または下流側の必要性に適した状態を維持するために適合されることができ、廃棄物の速い処理等の局所的必要性を満たすため、および／または適切なガス組成等の下流側の必要性を満たすために制御され得る。   The control system can be adapted to maintain conditions suitable for local and / or downstream needs such as temperature, raw material input speed, material replacement, etc., such as fast disposal of waste, etc. It can be controlled to meet local needs and / or to meet downstream needs such as proper gas composition.

さらに、制御システムは、多様な実施形態では、連続的および／またはリアルタイムの手法において、所定のプロセスの多様な態様の順次および／または同時制御に対して適合することができる。   Further, the control system can be adapted for sequential and / or simultaneous control of various aspects of a given process, in a continuous and / or real-time manner, in various embodiments.

一般的に、制御システムは、次の用途に適した任意の種類の制御システム設計を備えることができる。例えば、制御システムは、実質的な中央制御システム、分散制御システム、またはこれらの組み合わせ、を備えることができる。集中制御システムは、概して、種々のローカルおよび／またはリモート検知装置と通信を行うように構成される中央コントローラと、制御されているプロセスに関連する種々の特徴をそれぞれ検知するように構成される応答要素とを備え、制御されたプロセスに直接的または間接的に影響を及ぼすように適合された１つ以上の制御可能なプロセス装置を介して、それに応答することになる。集中アーキテクチャを使用して、集中処理装置によりほとんどの計算が集中的に実装されるため、プロセスの制御を実装するために必要なハードウェアおよび／またはソフトウェアのほとんどは、同じ場所に位置する。   In general, the control system can comprise any type of control system design suitable for the following applications. For example, the control system can comprise a substantially central control system, a distributed control system, or a combination thereof. A centralized control system generally has a central controller configured to communicate with various local and / or remote sensing devices and a response configured to detect various features associated with the process being controlled, respectively. And respond to it via one or more controllable process devices adapted to directly or indirectly affect the controlled process. Since most computation is centrally implemented by the central processing unit using a centralized architecture, most of the hardware and / or software required to implement the control of the process is located in the same place.

分散制御システムは、概して、局所的および／または領域的特徴を監視するために各検知および応答要素とそれぞれ通信を行うことができる２つ以上の分散コントローラを備え、局所的プロセスまたはサブプロセスに影響を及ぼすように構成された局所的および／または領域的プロセス装置を介して、それに応答することになる。種々のネットワーク構成を介して分散コントローラ間で通信を行うこともでき、第１のコントローラによって検知された特徴は、そこで応答するための第２のコントコーラへ伝達されることができ、そのような遠位の応答は、第１の場所で検知された特徴に対して影響を与える場合がある。例えば、下流側の産生ガスの特徴は、下流側の監視装置によって検知され、上流側のコントローラによって制御されるコンバータと関連付けられた制御パラメータを調整することによって調整され得る。分散アーキテクチャにおいて、コントローラ間に制御ハードウェアおよび／またはソフトウェアも分配され、この場合、同じではあるがモジュール構成された制御スキームが各コントローラにおいて実装され得る、または、種々の協調型のモジュラー制御スキームがそれぞれのコントローラにおいて実装され得る。   Distributed control systems generally include two or more distributed controllers that can communicate with each sensing and response element, respectively, to monitor local and / or regional features and affect local processes or sub-processes. Will respond via local and / or regional process equipment configured to exert Communication between distributed controllers can also occur via various network configurations, and features detected by the first controller can be communicated to a second controller for responding there, such as The distal response may affect the features detected at the first location. For example, downstream product gas characteristics may be adjusted by adjusting control parameters associated with a converter that is detected by a downstream monitoring device and controlled by an upstream controller. In a distributed architecture, control hardware and / or software is also distributed among the controllers, in which case the same but modular control scheme can be implemented in each controller, or various cooperative modular control schemes can be implemented. It can be implemented in each controller.

あるいは、制御システムは、分離しているが通信可能にリンクされた局所的、領域的、および／または大域的制御サブシステムに細分され得る。そのようなアーキテクチャは、所定のプロセス、または一連の相関するプロセスを行い、その他の局所的制御サブシステムとの最小限の相互作用で局所的に制御することを可能にする場合がある。大域的マスタ制御システムは、続いて各それぞれの局所的制御サブシステムと通信を行い、大域的結果のために局所的プロセスに必要な調整を指示することができる。   Alternatively, the control system may be subdivided into separate but communicatively linked local, regional, and / or global control subsystems. Such an architecture may allow a predetermined process or series of correlated processes to be performed and controlled locally with minimal interaction with other local control subsystems. The global master control system can then communicate with each respective local control subsystem to direct the necessary adjustments to the local process for global results.

本発明の制御システムは、上記のアーキテクチャ、または当該技術分野において一般的に既知であるその他の任意のアーキテクチャのいずれを使用してもよく、それらは本開示の一般的範囲および本質の範囲内であるとみなされる。例えば、本発明の意図内で制御され実装されたプロセスは、適用される場合、関連する上流側または下流側のプロセスに使用される任意の中央および／または遠隔制御システムへの任意選択的外部通信によって、専用の局所環境で制御することができる。あるいは、制御システムは、領域的および／または大域的プロセスを協調して制御するように設計された領域的および／または大域的制御システムのサブコンポーネントを備えることができる。例えば、モジュラー制御システムは、局地的および／または大域的制御のためのモジュール間通信を提供する一方で、制御モジュールが相互作用的にシステムのさまざまなサブコンポーネント制御するように設計されてもよい。   The control system of the present invention may use any of the architectures described above, or any other architecture generally known in the art, which are within the general scope and nature of the present disclosure. It is considered to be. For example, a process controlled and implemented within the intent of the present invention, when applied, is optionally external communication to any central and / or remote control system used for the associated upstream or downstream process. Can be controlled in a dedicated local environment. Alternatively, the control system can comprise subcomponents of a regional and / or global control system designed to coordinately control regional and / or global processes. For example, a modular control system may be designed such that the control module interactively controls the various subcomponents of the system while providing inter-module communication for local and / or global control. .

制御システムは、一般的に、１つ以上の中央の、ネットワークされたおよび／または分散プロセッサ、多様な検知要素から現在検知された特徴を受け取るための１つ以上の入力、および、多様な応答要素と新しいまたは更新された制御パラメータを通信するための１つ以上の出力部、を備える。また、制御システムの１つ以上の演算プラットフォームは、多様な規定および／または再調整された制御パラメータ、設定または優先システムおよびプロセス特徴動作範囲、システム監査および制御ソフトウェア、動作データ等を格納するための１つ以上のローカルおよび／または遠隔の機械読取可能媒体（ＲＯＭ、ラム、取外可能媒体、ローカルおよび／またはネットワークアクセス媒体等）も備えることができる。任意選択で、演算プラットフォームは、直接的または多様なデータストレージ装置経由で、プロセスシミューレーションデータおよび／またはシステムパラメータ最適化、およびモデリング手段へのアクセスも有することができる。また、演算プラットフォームには、制御システムへの管理アクセス（システム更新、保守、変更、新しいシステムモジュールおよび／または機器への適合等）を提供するための、１つ以上の任意選択的グラフィカルユーザインターフェース、および入力周辺機器、さらに、外部情報源（モデム、ネットワーク接続、プリンタ等）とのデータや情報通信のための多様な任意選択的出力機器を装備することができる。   The control system generally includes one or more central, networked and / or distributed processors, one or more inputs for receiving currently sensed features from various sensing elements, and various response elements. And one or more outputs for communicating new or updated control parameters. Also, one or more computing platforms of the control system may store various defined and / or re-adjusted control parameters, settings or priority system and process feature operating ranges, system audit and control software, operating data, etc. One or more local and / or remote machine-readable media (ROM, ram, removable media, local and / or network access media, etc.) may also be provided. Optionally, the computing platform may also have access to process simulation data and / or system parameter optimization and modeling means, either directly or via various data storage devices. The computing platform also includes one or more optional graphical user interfaces to provide administrative access to the control system (system updates, maintenance, changes, adaptation to new system modules and / or equipment, etc.) And input peripherals, as well as a variety of optional output devices for data and information communication with external information sources (modems, network connections, printers, etc.).

処理システム、およびサブ処理システムのうちのいずれか１つは、排他的にハードウェアを、または、ハードウェアおよびソフトウェアの何らかの組み合わせを備えてもよい。サブ処理システムのうちのいずれかは、単独または１つ以上の比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、または微分（Ｄ）コントローラのあらゆる組み合わせ例えば、Ｐコントローラ、Ｉコントローラ、ＰＩコントローラ、ＰＤコントローラ、ＰＩＤコントローラ等）を備えることができる。Ｐ、Ｉ、およびＤコントローラの理想的な選択は、ガス化システムの反応プロセスの一部の力学および遅延時間、および組み合わせが制御を意図した動作条件の範囲、および組み合わせコントローラの力学および遅延時間に依存することが、当業者には明らかとなろう。これらの組み合わせは、検知要素によって特徴の値を連続的に監視し、それを規定値と比較して、各制御要素に影響し、応答要素によって十分な調整を行い、観測値と規定値との間の差異を縮小することができる、アナログ配線接続形態で実装され得ることが、当業者には明らかであろう。さらに、これらの組み合わせは、デジタルハードウェア・ソフトウェア混合環境において実装され得ることが、当業者には明らかであろう。追加的な任意のサンプリング、データ収集、およびデジタル処理の関連する効果は、当業者に既知である。Ｐ、Ｉ、Ｄの組み合わせ制御は、フィードフォワードおよびフィードバック制御で実装することができる。   Any one of the processing system and sub-processing system may comprise exclusively hardware or some combination of hardware and software. Any of the sub-processing systems can be a single or any combination of one or more proportional (P), integral (I), or derivative (D) controllers, eg, P controller, I controller, PI controller, PD controller, PID Controller, etc.). The ideal choice of P, I, and D controllers is the dynamics and delay times of some of the gasification system's reaction processes, and the range of operating conditions that the combination is intended to control, and the dynamics and delay times of the combined controller. It will be apparent to those skilled in the art that it depends. These combinations continuously monitor the feature value with the sensing element, compare it with the specified value, affect each control element, make sufficient adjustments with the response element, and adjust the observed value to the specified value. It will be apparent to those skilled in the art that an analog wiring topology can be implemented that can reduce the difference between them. Furthermore, it will be apparent to those skilled in the art that these combinations can be implemented in a mixed digital hardware and software environment. The additional optional sampling, data collection, and related effects of digital processing are known to those skilled in the art. Combination control of P, I, and D can be implemented by feedforward and feedback control.

補正制御またはフィードバック制御では、適切な検知要素を介して監視される制御パラメータまたは制御変数の値は、特定の値または範囲と比較される。制御信号は、２つの値の間の偏差に基づいて決定され、当該偏差を縮小するために、制御要素に提供される。従来のフィードバックまたは応答制御システムは、さらに、適応および／または予測コンポーネントを備えるように適合されてもよく、所定の条件に対する応答は、補償アクションにおける潜在的な超過を制限しながら、検知された特徴に対する反応応答を提供するために、モデル化された、および／または以前に監視された反応に従って編成され得ることが十分に理解されるであろう。例えば、所定のシステム構成に提供される、取得および／または履歴データを協調的に使用して、以前の応答が監視され、望ましい結果を提供するように調整された最適値から所定の範囲内にあることが検知されているシステムおよび／またはプロセス特徴に対する応答を調整することができる。そのような適応および／または予測制御スキームは当業者に既知であり、よって、本開示の一般的範囲および本質から逸脱するものとはみなされない。   In correction control or feedback control, the value of a control parameter or control variable monitored via an appropriate sensing element is compared to a specific value or range. A control signal is determined based on the deviation between the two values and provided to the control element to reduce the deviation. The conventional feedback or response control system may be further adapted to include an adaptive and / or predictive component, and the response to a predetermined condition is a detected feature while limiting a potential excess in compensation action. It will be appreciated that can be organized according to modeled and / or previously monitored reactions to provide a response response to. For example, using the acquired and / or historical data provided for a given system configuration in a coordinated manner, previous responses are monitored and within a predetermined range adjusted to provide the desired result. The response to the system and / or process characteristics being detected can be adjusted. Such adaptive and / or predictive control schemes are known to those skilled in the art and are therefore not considered to depart from the general scope and nature of the present disclosure.

上記に定義し、説明したように、本文脈の範囲内で検討される検知要素には、これらに限定されないが、温度検知要素、位置センサ、近接センサ、堆積物高さセンサ、およびガスを監視するための手段が挙げられる。   As defined and explained above, sensing elements considered within the scope of this context include, but are not limited to, temperature sensing elements, position sensors, proximity sensors, sediment height sensors, and gas monitoring A means for doing this is mentioned.

一実施形態では、ガス化装置は、１つ以上の除去可能な熱電対の温度センサアレイを備える。熱電対は、ガス化装置の各処理領域内の様々なポイントで温度を監視するために、戦略的に配置され得る。   In one embodiment, the gasifier comprises one or more removable thermocouple temperature sensor arrays. Thermocouples can be strategically placed to monitor temperature at various points within each processing region of the gasifier.

適切な熱電対は、従来技術において既知であり、ベアワイヤ熱電対、表面プローブ、接地熱電対を含む熱電対プローブ、非接地型熱電対、および露出型熱電対、またはそれらの組み合わせが挙げられる。   Suitable thermocouples are known in the prior art and include bare wire thermocouples, surface probes, thermocouple probes including grounded thermocouples, non-grounded thermocouples, and exposed thermocouples, or combinations thereof.

本発明の一実施形態では、個々の熱電対は、端部密閉チューブ（サーモウェル）を経てガス化チャンバ内に挿入され、次いで容器シェルに対して密閉され、これによって、シーリングチューブよりも長くなるようにした可撓性ワイヤ熱電対を使用できるようになり、熱電対の接合部（温度検出点）は、シールドチューブの端部に押し付けられて、温度変化に正確かつ迅速に応答することが確実になる。任意選択で、熱電対チューブによって遮断されないようにするために、シールドチューブキャップの端部に偏向器を装着することができる。一実施形態では、偏向器は、正方形の平坦なプレートであり、耐火物と接触し、サーモウェル上の後流の粒子への反応材料の流れに直列する湾曲を伴う。   In one embodiment of the invention, the individual thermocouples are inserted into the gasification chamber via an end-sealed tube (thermowell) and then sealed to the vessel shell, thereby becoming longer than the sealing tube. Flexible wire thermocouples can be used, and the thermocouple junction (temperature detection point) is pressed against the end of the shield tube to ensure that it responds accurately and quickly to temperature changes become. Optionally, a deflector can be attached to the end of the shield tube cap to prevent it from being blocked by the thermocouple tube. In one embodiment, the deflector is a square flat plate with a curvature in contact with the refractory and in series with the flow of reactant material to the wake particles on the thermowell.

加えて、本発明は、産生ガスの排出を監視するための装置を備えることができる。これらは、ガス組成モニタおよびガス流量メータを含んでもよいが、これらに限定されない。例えば、図３０に図示されるように、ガスアナライザは、ガス化装置から下流側に提供され、本実施形態では下流側での使用のための均質化の前に、産生ガスの分析を可能にし、ガス化プロセスの様々な態様を調節する。例えば、産生ガスの炭素含量が、不十分であると判断された場合、炭素の高送給量の増加（例えば、入力される原料のプラスチック）は、可能な場合に、それに応じて、増加する。別の実施例では、産生ガスの発熱量（例えば、高発熱量、低発熱量）が低すぎると判断される場合、送給量と添加剤の入力の比率は、調整され、または、さらに炭素の高送給量に対するＭＳＷ送給量が調節されてよい。   In addition, the present invention can comprise a device for monitoring the production gas emissions. These may include, but are not limited to, gas composition monitors and gas flow meters. For example, as illustrated in FIG. 30, a gas analyzer is provided downstream from the gasifier and in this embodiment allows analysis of the product gas prior to homogenization for downstream use. Regulate various aspects of the gasification process. For example, if the carbon content of the product gas is determined to be inadequate, an increase in high carbon feed (eg, input raw plastic) will increase accordingly if possible. . In another embodiment, if the product gas exotherm (eg, high exotherm, low exotherm) is determined to be too low, the ratio of feed to additive input may be adjusted, or even carbon The MSW feed amount relative to the high feed amount may be adjusted.

同様に、ガス流量または圧力モニタは、選択された下流側用途は、変化および／またはガス流量／圧力における絶対的変動によって悪影響を受ける実施形態で使用されてもよい。産生ガス圧力の検知された変動に反応して、例えば、添加剤入力送給量は調整されてもよく、それによりガス化装置のガス出力を調整する。そのような調整に反応して、原料入力速度、ＨＣＦ入力速度、プロセス温度等のその他のプロセスの特徴は、プロセスを再び釣り合わせ所望の出力特徴を実質的に維持するために、さらに調整されてもよい。   Similarly, a gas flow or pressure monitor may be used in embodiments where the selected downstream application is adversely affected by changes and / or absolute variations in gas flow / pressure. In response to the detected variation in product gas pressure, for example, the additive input feed rate may be adjusted, thereby adjusting the gas output of the gasifier. In response to such adjustments, other process characteristics such as feed input rate, HCF input rate, process temperature, etc., are further adjusted to rebalance the process and substantially maintain the desired output characteristics. Also good.

さらには、材料堆積物の全体にわたるプロセス温度、堆積物の上のガス相の温度を測定することによって、また、結果として生じたオフガスの流速を測定し、オフガスの組成を分析することによって、注入される空気の量を最適化して、効率を最大限にし、灰のスラグ化、燃焼、不十分なオフガスの発熱量、過剰な粒子状物質、およびダイオキシン／フランの形成を含む、望ましくないプロセスの特徴および生成物を最小限に抑えることができ、それによって、局所的排出基準を満たすか、または改善することができる。このような測定値は、ガス化装置の初期起動または初期試験中に、およびガス化装置の動作中に定期的または連続的に取ることができ、また、任意選択でリアルタイムで取ることができる。   In addition, by measuring the process temperature throughout the material deposit, the temperature of the gas phase above the deposit, and by measuring the resulting off-gas flow rate and analyzing the off-gas composition, the injection To optimize efficiency and maximize efficiency, including ash slagging, combustion, insufficient off-gas heating, excess particulate matter, and dioxin / furan formation Features and products can be minimized, thereby meeting or improving local emission standards. Such measurements can be taken periodically or continuously during initial start-up or initial testing of the gasifier and during operation of the gasifier, and can optionally be taken in real time.

本発明の一実施形態では、ガス化装置は、任意選択で、ガス化装置内に圧力センサまたはモニタを含むことができる。   In one embodiment of the present invention, the gasifier can optionally include a pressure sensor or monitor within the gasifier.

ガス化装置は、レベルスイッチまたはモニタをさらに備えて、堆積物の高さを評価することができる。適切なレベルスイッチ、センサ、およびモニタは、従来技術において既知である。本発明の一実施形態では、レベル機器類は、点光源レベルスイッチを含む。本発明の一実施形態では、レベルスイッチは、処理チャンバの一方にエミッタを、他方に受信器を有するマイクロ波装置であり、処理チャンバ内のその時点での固体材料の有無を検出する。   The gasifier can further comprise a level switch or monitor to assess the height of the deposit. Appropriate level switches, sensors, and monitors are known in the prior art. In one embodiment of the present invention, the level equipment includes a point light source level switch. In one embodiment of the present invention, the level switch is a microwave device having an emitter in one of the processing chambers and a receiver in the other, and detects the presence or absence of a solid material in the processing chamber at that time.

当業者は、所望の反応材料堆積物プロファイルが得られるように、レベルスイッチ、センサ、モニタの適切な配置を容易に決定することができる。一実施形態では、ガス化装置は、近接センサまたは位置センサをさらに備える。   One skilled in the art can readily determine the appropriate placement of level switches, sensors, and monitors to achieve the desired reactant deposit profile. In one embodiment, the gasifier further comprises a proximity sensor or a position sensor.

本明細書で検討された応答要素は、上記の定義および説明のように、関連の指定の制御パラメータを調整することによって、所定のプロセスに影響を与えるように構成されたプロセス関連装置に動作的に結合された多様な制御要素を含むことが可能であるが、これらに限定されない。例えば、本文脈内で１つ以上の反応要素を介しての動作可能なプロセス装置は、数例を挙げれば、チャンバ加熱を制御する要素、添加材の入力を制御する要素、原料およびその他のプロセス構成要素、ならびに材料置換制御モジュールの要素等を含むことができるが、これらに限定されない。   The response elements discussed herein are operational to process-related devices configured to influence a given process by adjusting the relevant specified control parameters as defined and explained above. May include, but is not limited to, various control elements coupled to the. For example, a process apparatus operable through one or more reaction elements within the present context includes elements that control chamber heating, elements that control input of additives, raw materials, and other processes, to name a few It can include, but is not limited to, components, elements of a material replacement control module, and the like.

材料置換制御モジュールは、所定のガス化装置のチャンバ内の堆積物高を調節するためにそのような実施形態で使用することができる。低レベルの原料堆積物は、予熱された空気の注入による反応材料の流体化をもたらすことができ、一方、高レベルの原料堆積物は、反応材料堆積物によって、規制される空気流量のために、不足する温度分散をもたらす可能性がある。従って、一連のレベルスイッチの使用を伴うレベル制御システムは、ガス化装置内の安定した堆積物高を維持するために使用することができる。安定したレベルの維持は、ガス化装置内における一定の滞留時間もさらに維持する。   The material replacement control module can be used in such embodiments to adjust the deposit height in a given gasifier chamber. Low levels of raw material deposits can result in fluidization of the reactive material by injection of preheated air, while high levels of raw material deposits result in air flow regulated by the reactive material deposits. , May result in insufficient temperature dispersion. Thus, a level control system involving the use of a series of level switches can be used to maintain a stable deposit height in the gasifier. Maintaining a stable level further maintains a constant residence time in the gasifier.

材料置換制御モジュールは、不可欠に使用され、堆積物高が所望のレベルで制御されることを確実にすることができる。材料置換制御モジュールはプッシャーラムを含む実施形態で、これを実現するために、プッシャーラムは、特異的な移動配列、速度、距離、および配列頻度を含むことができるがこれらに限定されない、多数の制御パラメータが存在する、一連のプログラムされたステップで移動する。   The material replacement control module can be used indispensably to ensure that the deposit height is controlled at the desired level. In embodiments where the material replacement control module includes a pusher ram, to accomplish this, the pusher ram can include a number of specific movement sequences, speeds, distances, and array frequencies, including but not limited to a number of Move in a series of programmed steps where control parameters exist.

ある実施形態では、プッシャーラムは、同時に、または既定の順序で、設定値の距離を移動するか、または制御レベルスイッチが切断されるまで移動する。レベルスイッチの制御アクションは、単一のスイッチの空またはフルによる切断か、または複数のスイッチの空またはフルによる切断か、またはそれらのあらゆる組み合わせに基づくことができる。その後、プッシャーラムが戻ってサイクルが終了し、プロセスが繰り返される。ガス化装置のプロセスおよび滞留時間の要件によって必要とされるときには、サイクル間に遅延が存在する。   In one embodiment, the pusher ram moves a set point distance simultaneously or in a predetermined order or until the control level switch is disconnected. The level switch control action can be based on a single switch empty or full disconnect, or multiple switches empty or full disconnect, or any combination thereof. The pusher ram is then returned to end the cycle and the process is repeated. There is a delay between cycles when required by gasifier process and residence time requirements.

材料置換制御モジュールが各処理チャンバにおいてプッシャーラムのアレイを含む本発明の一実施形態では、処理チャンバにおける反応材料堆積物の高さは、入力送給量およびプッシャーラム運動に応じる。任意選択で、１つの処理チャンバは、３つの処理領域を有し、材料置換制御モジュールは、その処理領域から反応材料／残渣を移動させるために３つの処理領域のそれぞれに専用の１つのプッシャーラムを備えて、３つのプッシャーラムを有する。処理チャンバの第３の処理領域からの残渣の移動を制御する第３のプッシャーラムは、固定ストロークで長さおよび頻度を動かすことにより、スループットを設定し、処理チャンバから残渣を排出する。第２のプッシャーラムは、必要な限り、反応材料を第３の処理領域へ押し込み、第３の処理領域の開始段階のレベルスイッチの状態を「フル」へ変えるために、進み移動する。第１のプッシャーラムは、必要な限り、反応材料を第２の処理領域へ押し込み、第２の処理領域の開始段階のレベルスイッチの状態を「フル」に変えるために、進み移動する。すべての３つのプッシャーラムは、次いで同時に中断し、全体の順序が繰り返される前に、スケジュールされた遅延が実行される。更なる構成を使用して、連続したストローク長さの変化を、レベルスイッチによって要求される変化未満に制限して、ラム誘起の過剰な外乱を防止する。処理チャンバの下部の過剰な温度状態を防ぐために、プッシャーラムは、適正な頻度で、常に動かされる必要があるであろう。   In one embodiment of the invention where the material replacement control module includes an array of pusher rams in each processing chamber, the height of the reactive material deposits in the processing chamber is dependent on the input feed rate and the pusher ram motion. Optionally, one processing chamber has three processing regions and the material replacement control module has one pusher ram dedicated to each of the three processing regions to move reactants / residues from that processing region. With three pusher rams. A third pusher ram that controls the movement of residue from the third processing region of the processing chamber sets the throughput by moving the length and frequency with a fixed stroke and discharges the residue from the processing chamber. The second pusher ram moves forward to push the reactive material into the third processing zone and change the state of the level switch at the start of the third processing zone to “full” as long as necessary. The first pusher ram moves forward to push the reaction material into the second processing area as long as necessary and change the state of the level switch at the start of the second processing area to “full”. All three pusher rams are then interrupted simultaneously and a scheduled delay is performed before the entire sequence is repeated. A further configuration is used to limit the continuous stroke length change to less than that required by the level switch to prevent excessive ram-induced disturbances. In order to prevent excessive temperature conditions in the lower part of the processing chamber, the pusher ram will need to be constantly moved at the proper frequency.

当業者は、上述の同プッシャーラムの順序は、３つの処理領域が、１つの処理領域につき１つのプッシャーラムを伴い、３つの処理チャンバに渡って分散される場合にも、適用されるということを、容易に理解するであろう。適切な<0}プッシャーラムの順序は、ガス化装置の異なる実施形態に対して、容易に発展することができ、それらは、本発明の範囲内であると考慮される。   One skilled in the art will recognize that the same pusher ram sequence described above also applies when three process areas are distributed across three process chambers, with one pusher ram per process area. Will be easily understood. Appropriate <0} pusher ram sequences can be readily developed for different embodiments of the gasifier and are considered to be within the scope of the present invention.

処理領域および／またはチャンバ間の制御プッシャーラムの順序と同様に、異なる材料の移動ユニット（例えば、機構、装置等）が、所定の順序で、および／または堆積物の高さの読み込みによって少なくとも部分的に影響される材料移動制御モジュールの制御パラメータに従って、使用されることができる。例えば、当業者には明らかであるように、その他の上述の実施例で可能なように、個別のチャンバ間の材料移動を制御する回転アームの構成は、それぞれの処理領域内の堆積物の高さを調整するステップで使用されることができる。制御システムは、さらに、各領域内での材料の最適な滞留時間、堆積物高の規制および好ましい状態、さらに、所定のプロセス結果のための本明細書に記載されるその他の特徴を考慮して、最適な処理特徴へアクセスするように構成されることができる。   Similar to the sequence of control pusher rams between processing areas and / or chambers, different material transfer units (eg, mechanisms, devices, etc.) may be at least partially arranged in a predetermined sequence and / or by deposit height reading. Can be used in accordance with the control parameters of the material movement control module that is affected by the process. For example, as will be apparent to those skilled in the art, as is possible with the other above-described embodiments, the configuration of the rotating arm that controls material transfer between individual chambers can increase the deposit height in each processing region. Can be used in the step of adjusting the thickness. The control system further takes into account the optimal residence time of the material within each region, the deposit height regulation and preferred conditions, as well as other features described herein for a given process result. , Can be configured to access optimal processing features.

任意選択で、制御システムは、ガス化装置での温度の制御をさらに提供してもよい。例えば、変換効率の最適化を促進するために、原料は、できる限り高温で、できる限り長く、保たれるべきである。しかしながら、非常に高温では、材料は、溶け始め、以下の複数の点においてガス化性能に影響を与える「クリンカ」を形成する塊になる。（１）利用可能な表面範囲、つまりは変換効率を減少させる。（２）反応材料堆積物における空気流を凝集の塊の周りにそらし、温度の問題を悪化させ、さらに、凝集プロセスを加速させる。（３）材料置換制御モジュールの正常動作を妨げる。（４）残渣の除去機構を妨害する可能性があり、つまりは、システムの停止を引き起こす可能性がある。   Optionally, the control system may further provide temperature control at the gasifier. For example, in order to facilitate optimization of conversion efficiency, the raw material should be kept as high as possible and as long as possible. However, at very high temperatures, the material begins to melt and becomes a mass that forms a “clinker” that affects gasification performance at several points: (1) Reduce the available surface area, that is, the conversion efficiency. (2) divert the air flow in the reactant deposit around the agglomerate mass, exacerbate temperature problems and further accelerate the agglomeration process (3) The normal operation of the material replacement control module is hindered. (4) There is a possibility that the removal mechanism of the residue may be disturbed, that is, the system may be stopped.

最良の変換効率を得るために、ガス化装置内の温度および堆積物を通じた温度分布を安定させること、および制御することができる。反応材料堆積物全体の安定した温度分布は、さらに、プラスチックが溶けて残りの反応材料の結合剤として作用する、第２の種類の凝集を防ぐために使用されることができる。   In order to obtain the best conversion efficiency, the temperature in the gasifier and the temperature distribution through the deposit can be stabilized and controlled. The stable temperature distribution across the reactive material deposit can also be used to prevent a second type of agglomeration where the plastic melts and acts as a binder for the remaining reactive material.

一実施形態では、堆積物内の温度制御は、所定の領域へのプロセス空気の流量を変化させることによって達成（すなわち、ほぼ燃焼）される。例えば、ガス化装置内の各処理領域に提供されるプロセス空気の流量は、その領域の温度を安定させるように、制御システムによって調整することができる。置換ユニットを用いた温度制御を使用して、ホットスポットを破壊して、架橋を防止することもできる。   In one embodiment, temperature control within the deposit is achieved (ie, nearly combusted) by changing the flow rate of process air to a predetermined region. For example, the flow rate of process air provided to each processing region in the gasifier can be adjusted by the control system to stabilize the temperature in that region. Temperature control using displacement units can also be used to break hot spots and prevent crosslinking.

一実施形態では、各処理領域での空気流量は、略一定の温度範囲および処理領域同士の比率を維持するように事前設定される。あるいは、空気入力割合は、ガス化装置の各処理領域内、および／またはＧＲＳ内において発生する温度および処理を調整するために、動的に変化されてもよい。   In one embodiment, the air flow rate in each processing region is preset to maintain a substantially constant temperature range and the ratio between processing regions. Alternatively, the air input rate may be dynamically changed to adjust the temperature and processing that occurs within each processing region of the gasifier and / or within the GRS.

化学反応および原料のガス化のエネルギーを管理するために反応状態を制御するための手段は、主要な統合プロセッサ、および例えば、原料および／または添加剤の入力速度等の様々な動作的パラメータを制御し、さらに、処理チャンバ内の圧力等の状態を操作するための、システムおよび制御システムの状態を監視するための一連のセンサを含む。主要な統合プロセッサは、ガス化反応の現状に関する、センサから得られるデータを受け取り、これらのデータを処理し、出力命令の適切な設定を作り出し、化学反応および変換反応のエネルギーを管理し、それにより、最適な反応設定点が維持される。   Means for controlling reaction conditions to manage the energy of chemical reactions and gasification of raw materials, main integrated processors, and control various operational parameters such as, for example, input rates of raw materials and / or additives And a series of sensors for monitoring the status of the system and control system for manipulating conditions such as pressure in the processing chamber. The main integrated processor receives data from the sensor regarding the current state of the gasification reaction, processes these data, creates appropriate settings for output commands, manages the energy of chemical and conversion reactions, thereby The optimal reaction set point is maintained.

情報入力に応答して、ガス化装置内の状態は、手動または自動のいずれかで、調整され得る。ガス化装置は、一連のオン／オフスイッチおよび命令によって、調節され得る。演算手段は、任意選択で、様々な出力手段を含み得る。以下に概略される、異なるタイプの制御スキームが使用され得る。
ａ）ファジー論理制御およびその他のタイプの制御： In response to the information input, the state in the gasifier can be adjusted either manually or automatically. The gasifier can be adjusted by a series of on / off switches and commands. The computing means may optionally include various output means. Different types of control schemes outlined below can be used.
a) Fuzzy logic control and other types of control:

ファジー論理制御は、その他のタイプの制御とともに、フィードフォワードおよびフィードバック制御スキームにおいて等しく使用され得る。これらのタイプの制御は、所望の結果に影響を及ぼすために入力変数または入力パラメータをどのように変化させるかを予測するために反応動力学がモデル化およびシミュレートされる手法で、古典的なＰ、Ｉ、Ｄ組み合わせ制御から実質的に逸脱し得る。ファジー論理制御は、通常、反応動力学（一般に、システム動力学）の曖昧な、もしくは経験的記述、またはシステムの動作条件のみを必要とする。ファジー論理およびその他のタイプの制御の態様および実装検討事項は、当業者に既知である。
ｂ）フィードフォワード制御： Fuzzy logic control can be used equally well in feedforward and feedback control schemes with other types of control. These types of controls are classical methods in which reaction kinetics are modeled and simulated to predict how input variables or parameters will change to affect the desired result. P, I, D combination control can be substantially deviated. Fuzzy logic control usually requires only an ambiguous or empirical description of reaction dynamics (generally system dynamics) or operating conditions of the system. Fuzzy logic and other types of control aspects and implementation considerations are known to those skilled in the art.
b) Feedforward control:

フィードフォワード制御プロセスは、制御変数および制御パラメータを監視することなく、パラメータを入力して作用させる。ガス化施設は、ガス改質チャンバ（ＧＲＳ）における、１つ以上のプラズマトーチに供給される動力量等の多数の制御パラメータのための、フィードフォワード制御を使用することができる。プラズマトーチのアークの動力出力は、種々の異なる手法で、例えば、アークを維持するためにトーチに供給される電流をパルス変調すること、電極間の距離を変動させること、トーチ電流を制限すること、または、プラズマの組成、配向、もしくは位置に影響を及ぼすことによって制御され得る。   The feedforward control process operates by inputting parameters without monitoring control variables and control parameters. A gasification facility can use feedforward control for a number of control parameters, such as the amount of power supplied to one or more plasma torches, in a gas reforming chamber (GRS). The plasma torch arc power output can be varied in a variety of different ways, for example, pulse modulating the current supplied to the torch to maintain the arc, varying the distance between the electrodes, and limiting the torch current. Or can be controlled by affecting the composition, orientation, or position of the plasma.

溶射されるか、またはノズルを介して注入されることのできる、ガス状あるいは液状の形態、または粉末状の形態で、ガス化装置および／またはガス改質機への添加剤の供給速度は、フィードフォワード方法で、特定の制御要素を用いて、制御され得る。しかしながら、添加剤の温度または圧力の効果的な制御には、監視および閉ループフィードバック制御が必要となる場合がある。
ｃ）フィードバック制御： The feed rate of the additive to the gasifier and / or gas reformer in gaseous or liquid form, or in powder form, which can be sprayed or injected through a nozzle is: It can be controlled using specific control elements in a feed forward manner. However, effective control of additive temperature or pressure may require monitoring and closed loop feedback control.
c) Feedback control:

フィードバック制御では、制御パラメータまたは、制御変数の値は、所望の値と比較される。制御信号は、２つの値の間の偏差に基づいて決定され、当該偏差を縮小するために、制御要素に提供される。例えば、出力ガスが所定のＨ２：ＣＯ比率を超えた場合、フィードバック制御システムは、Ｈ２：ＣＯ比率を所望値に戻すために、添加酸素の量を増大させる等、入力変数の１つに対する適切な調整を判断することができる。制御パラメータまたは制御変数の変化に影響する遅延時間は、時に、ループタイムと呼ばれる。ループタイムは、例えば、プラズマアークの動力、空気あるいは蒸気の流速を調整するために、合計で３０秒から６０秒になることができる。 In feedback control, the value of a control parameter or control variable is compared with a desired value. A control signal is determined based on the deviation between the two values and provided to the control element to reduce the deviation. For example, if the output gas exceeds a predetermined H 2 : CO ratio, the feedback control system may increase the amount of added oxygen to return the H 2 : CO ratio to the desired value, etc. Appropriate adjustments can be determined. Delay times that affect changes in control parameters or control variables are sometimes referred to as loop times. The loop time can be a total of 30 to 60 seconds, for example, to adjust the plasma arc power, air or steam flow rate.

フィードバック制御は、直接の監視を使用し、またはモデル予測が満たされる、すべての制御変数および制御パラメータに対して使用することができる。フィードバック制御スキームでの使用に役立つ、ガス化装置の制御変数および制御パラメータが多数ある。フィードバックスキームは、直接的に検知され制御されることができ、その制御は、実用的な目的のため、その他の制御変数または制御パラメータには依存しない、これらの制御変数または制御パラメータのため、制御システムの態様で効果的に実装され得る。
システムのモジュール性 Feedback control can be used for all control variables and control parameters using direct monitoring or where model prediction is met. There are a number of gasifier control variables and control parameters that are useful for use in feedback control schemes. The feedback scheme can be directly sensed and controlled, and its control is independent of other control variables or control parameters for practical purposes and is controlled by these control variables or control parameters. It can be effectively implemented in a system aspect.
System modularity

モジュラープラントは、各機能ブロックがあらかじめ建造されたコンポーネントである施設である。これは、コンポーネントを出荷時設定で建造し、その後、施設現場へ送り出すことを可能にする。これらのコンポーネント（またはモジュール）は、機能的であるべきすべての設備および制御を含み、工場を離れる前に試験される。モジュールは、多くの場合、スチールフレームで建造され、一般的には、ガス化装置ブロック、ガスコンディショニングシステムブロック、動力ブロック等の種々の可能なセクションを組み込む。一度、施設内で、これらのモジュールは、プラントの試運転に備えるためにその他のモジュールおよび制御システムにのみ接続される必要があるであろう。この設計は、構築時間の短縮と、現場での構築コスト削減による経済的節約とを可能にする。   A modular plant is a facility where each functional block is a pre-built component. This allows the component to be built at the factory setting and then sent to the facility site. These components (or modules) include all equipment and controls that should be functional and are tested before leaving the factory. Modules are often built with steel frames and generally incorporate various possible sections such as gasifier blocks, gas conditioning system blocks, power blocks, and the like. Once in the facility, these modules will only need to be connected to other modules and control systems in preparation for plant commissioning. This design allows for reduced construction time and economic savings due to reduced construction costs in the field.

異なるタイプのモジュラープラント設定がある。より大きいモジュラープラントは、フットプリントをより小さくできるように配管のほとんどが束ねられた「基幹」配管設計を組み込む。モジュールを、動作的観点から直列または並列に置いてもよい。ここで、同様のタスクを課された設備は、負荷を共有する、または、産物流に対する処理を逐次的に提供することができる。   There are different types of modular plant settings. Larger modular plants incorporate “core” piping designs in which most of the piping is bundled to allow for a smaller footprint. Modules may be placed in series or in parallel from an operational point of view. Here, facilities with similar tasks can share load or provide processing for product streams sequentially.

この技術におけるモジュラー設計の１つの考えられる用途は、複数の廃棄物のガス化においてより多くの選択肢を可能にすることである。この技術は、単一の高容量施設で複数のガス化装置を使用することを可能にし得る。これは、各ガス化装置に、一緒にまたは別々に廃棄物を共処理させるという選択肢を可能にする場合があり、構成は、廃棄物に応じて最適化され得る。   One possible application of modular design in this technology is to allow more options in the gasification of multiple wastes. This technique may allow multiple gasifiers to be used in a single high capacity facility. This may allow the option of having each gasifier co-process waste together or separately, and the configuration may be optimized for the waste.

負荷の増大により拡張が必要な場合、モジュラー設計は、第２のプラントを建造するのではなく、モジュールを取り換えて、またはプラントに追加してその容量を増大させることをこの技術により可能にする。モジュールおよびモジュラープラントは、新しい場所に迅速に統合され得るその他の現場に移設されてもよい。
機能ブロックの複合 If expansion is necessary due to increased load, the modular design allows this technology to increase its capacity by replacing or adding to the plant rather than building a second plant. Modules and modular plants may be relocated to other sites that can be quickly integrated into new locations.
Function block composite

１つ以上の流れからガスまたは材料を取り込む機能ブロック内で共通機能を実行できるように、異なるガス化トレイン（一連の設備）の機能を複合することが可能である。以下の図は、炭素質原料のガス化に適用される本概念を実証する。   It is possible to combine the functions of different gasification trains (series of equipment) so that a common function can be performed within a functional block that takes gas or material from one or more streams. The following figure demonstrates this concept applied to gasification of carbonaceous feedstock.

これらの実施形態において、２つのトレインが示されているが、トレイン間の複合機能のこの設定は、任意の数のトレインに対して、および、トレイン当たりの任意の原料に対して（１つのトレインが組み合わせ原料を有する場合でも）発生し得る。流れが複合されても、さらに下流側で並列処理設備を選定することができるが、並列の流れは、同じガスを取り扱う場合であっても、同じサイズのものである必要はない。   In these embodiments, two trains are shown, but this setting of the combined function between trains can be done for any number of trains and for any feed per train (one train). May be generated) even if it has a combination raw material. Even if the flows are combined, parallel processing equipment can be selected further downstream, but the parallel flows need not be of the same size, even when handling the same gas.

以下の説明に関して、ＧＣＳは、上述のガスコンディショニングシステムを示し、数字は、以下のシステムを表す。
１．ガス化装置
２．残渣コンディショニングシステム
３．ガス改質システム For the following description, GCS refers to the gas conditioning system described above, and the numbers represent the following systems.
1. Gasifier 1. 2. Residue conditioning system Gas reforming system

複合なしである、図３１
本実施形態では、均質化タンクまたはエンジン等、下流側のシステムのために混合されたガス流を有し得る、２つの分離したシステムがある。 No compound, FIG.
In this embodiment, there are two separate systems that may have mixed gas streams for downstream systems, such as homogenization tanks or engines.

ＧＣＳ複合
本実施形態では、各トレインの機能ブロック２および３からのガスが、ガス流量に適切なようにサイズ決定された単一のＧＣＳへ、ともに送給される。 GCS Composite In this embodiment, the gas from each train's functional blocks 2 and 3 is delivered together to a single GCS sized appropriately for gas flow rate.

機能２複合である、図３２
本実施形態では、トレインは機能ブロック１のみが異なり、その他すべての機能は、同じ複合トレインの設備で取り扱われる。 Function 2 composite, FIG.
In this embodiment, only the functional block 1 is different in the train, and all other functions are handled in the same composite train facility.

機能３複合である、図３３
本実施形態では、機能ブロック１からのガスは、適切にサイズ決定された組み合わせ機能ブロック３へ行く。 Function 3 composite, FIG.
In this embodiment, the gas from function block 1 goes to a properly sized combination function block 3.

機能２および３複合である、図３４
本実施形態では、機能ブロック１からのガスが複合される２へ行き、機能ブロック１からの材料が複合される機能ブロック３へ行き、これらの複合ブロックは適切にサイズ決定されている。複合される機能ブロック２および３からのガスは、その後、複合されるＧＣＳへ移行する。 Function 2 and 3 combined, FIG.
In this embodiment, the gas from the functional block 1 goes to 2 where it is combined, and the material from the functional block 1 goes to the functional block 3 where it is composited, and these composite blocks are appropriately sized. The gas from the combined functional blocks 2 and 3 then moves to the combined GCS.

上記の節においては、ガス化システムについて機能ブロック１、２、および３、ならびにＧＣＳを備えるものとして述べたが、その他のより小さい機能ブロックにさらに細分され得ることを、当業者であれば容易に理解するであろう。例えば、機能ブロック１、２および３は、乾燥領域、揮発領域ならびに炭素変換領域をそれぞれ表すことができ、単一のガス化装置は、これらの機能ブロックの複合によって形成され得る。当業者は、機能ブロックの各指示に関して、トレインは、トレインの複合がどこで影響を受けるかによって、大きな群のスキームで複合させることができるということを、容易に理解するであろう。   In the above section, the gasification system has been described as comprising functional blocks 1, 2, and 3, and GCS, but those skilled in the art can readily subdivide into other smaller functional blocks. You will understand. For example, functional blocks 1, 2, and 3 can represent a dry region, a volatile region, and a carbon conversion region, respectively, and a single gasifier can be formed by a combination of these functional blocks. One skilled in the art will readily understand that for each functional block indication, the train can be combined in a large group of schemes depending on where the combination of trains is affected.

本明細書に参照される、すべての特許、公開特許出願を含む、刊行物、およびデータベースエントリの開示は、それぞれのそのような個々の特許、刊行物、およびデータベースエントリが特に、個別に、参照によって組み込まれるように示唆された場合と同程度に、特に、全体で参照することにより組み込まれる。   The disclosure of all patents, published patent applications, publications, and database entries referenced herein are specifically referenced by each such individual patent, publication, and database entry individually. To the same extent as suggested to be incorporated by, in particular by reference in its entirety.

本実施形態は、以上のように説明されたが、同様のものが多くの方途において異なることがあることは明白である。かかる変更は、本発明の精神および範囲からの逸脱とはみなされず、当業者には明白であるすべてのかかる修正は、以下の請求項の範囲内に含まれることを意図する。   Although this embodiment has been described above, it is obvious that similar things may differ in many ways. Such variations are not to be regarded as a departure from the spirit and scope of the invention, and all such modifications as would be apparent to one skilled in the art are intended to be included within the scope of the following claims.

Claims (27)

炭素質原料をガスおよび残渣へ変換するためのガス化装置であって、
１つ以上の処理チャンバであって、２つ以上の垂直な連続処理領域が前記１つ以上の処理チャンバ内に分散され、そのそれぞれの中で、乾燥、蒸発および炭素変換から成る群から選択される各プロセスが、少なくとも部分的に好まれ、前記処理領域は、前記各プロセスのそれぞれを個々に可能にする温度範囲によって同定される、処理チャンバと、
その中の前記少なくとも部分的に好まれるプロセスのそれぞれを促進するための、添加剤を入力するための前記処理領域に付随する、１つ以上の添加剤入力要素と、
前記少なくとも部分的に好まれるプロセスのそれぞれを強化するために前記処理領域を通って前記原料の垂直移動を制御するように適合された、１つ以上の材料置換制御モジュールと、
第１の前記処理領域の近くに位置する１つ以上の原料入力部と、
１つ以上のガス出力部と、
１つ以上の残渣出力部と、を含むことを特徴とするガス化装置。 A gasifier for converting a carbonaceous raw material into gas and residue,
One or more processing chambers, wherein two or more vertical continuous processing regions are distributed within the one or more processing chambers, each selected from the group consisting of drying, evaporation and carbon conversion. Each process is at least partially preferred, and the processing region is identified by a temperature range that enables each of the processes individually, and
One or more additive input elements associated with the processing region for inputting additives to facilitate each of the at least partially preferred processes therein;
One or more material replacement control modules adapted to control vertical movement of the raw material through the processing region to enhance each of the at least partially preferred processes;
One or more raw material inputs located near the first treatment region;
One or more gas outputs;
One or more residue output parts, The gasifier characterized by the above-mentioned. 前記処理領域は、前記１つ以上の処理チャンバの組み合わせ、および前記処理チャンバのそれぞれにおける前記１つ以上の添加剤入力要素の位置決めによって、促進されることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The gas of claim 1, wherein the processing region is facilitated by a combination of the one or more processing chambers and positioning of the one or more additive input elements in each of the processing chambers. Device. ガス化システムにおいて使用される前記ガス化装置は、制御システムを含み、前記ガス化装置は、前記ガス化システムの１つ以上のプロセスの特徴の変動の１つ以上の検知された特徴表示に反応して決定される、前記制御システムによって提供される制御パラメータに従って、動作するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The gasifier used in a gasification system includes a control system, the gasifier reacts to one or more detected feature indications of one or more process characteristic variations of the gasification system. The gasifier of claim 1, wherein the gasifier is configured to operate according to a control parameter provided by the control system determined by the control system. 前記１つ以上の材料置換制御モジュールは、前記制御システムに動作可能に連結され、それにより少なくとも部分的に制御され、前記１つ以上の検知された特徴の変化に影響することを特徴とする請求項３に記載のガス化装置。   The one or more material replacement control modules are operably coupled to the control system and thereby at least partially controlled to affect changes in the one or more detected features. Item 4. The gasifier according to Item 3. 前記１つ以上の特徴は、産生ガスの炭素含量、産生ガスの発熱量、産生ガスの水素含量、および産生ガスの一酸化炭素含量のうちの１つ以上を含み、前記１つ以上の材料置換制御モジュールは、その中における変化に影響する、前記１つ以上の特徴における検知された変動に反応して、前記処理領域を通る、前記原料の前記垂直移動を調整するように構成されることを特徴とする請求項４に記載のガス化装置。   The one or more features include one or more of a carbon content of the product gas, a calorific value of the product gas, a hydrogen content of the product gas, and a carbon monoxide content of the product gas, wherein the one or more material substitutions The control module is configured to adjust the vertical movement of the raw material through the processing region in response to detected variations in the one or more features that affect changes therein. The gasifier according to claim 4, wherein the gasifier is characterized in that: 前記ガス化装置は、２つ以上の垂直な連続処理チャンバを含み、前記２つ以上の垂直な連続処理領域の１つ以上は、それぞれの前記２つ以上の処理チャンバ内で、決定されることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The gasifier includes two or more vertical continuous processing chambers, wherein one or more of the two or more vertical continuous processing regions are determined within each of the two or more processing chambers. The gasifier according to claim 1. 前記ガス化装置は、１つの処理チャンバを含み、前記１つのチャンバは、２つ以上の添加剤入力要素を含み、そのそれぞれ１つは、前記２つ以上の垂直な連続処理領域のそれぞれ１つを促進するように、位置決めおよび動作されることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The gasifier includes one processing chamber, the one chamber including two or more additive input elements, each one of which is each one of the two or more vertical continuous processing regions. The gasifier of claim 1, wherein the gasifier is positioned and operated to facilitate 前記ガス出力部は、前記ガス化装置から出力される前記ガスの少なくとも一部を改質するためのガス改質システムと流体連通状態であることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The gasifier according to claim 1, wherein the gas output unit is in fluid communication with a gas reforming system for reforming at least a part of the gas output from the gasifier. . 前記ガス出力部は、前記ガス化装置から出力される前記ガスの少なくとも一部を改質するためのパイプを介して、ガス改質システムに連結されることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   2. The gas output unit according to claim 1, wherein the gas output unit is connected to a gas reforming system through a pipe for reforming at least a part of the gas output from the gasifier. Gasifier. 前記ガス出力部は、前記ガス化装置から出力される前記ガスの少なくとも一部を貯蔵するためのガス貯蔵タンクと流体連通状態であることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   2. The gasifier according to claim 1, wherein the gas output unit is in fluid communication with a gas storage tank for storing at least a part of the gas output from the gasifier. 前記残渣出力部は、前記残渣をさらに処理するための残渣処理システムと動作連結状態であることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The gasifier according to claim 1, wherein the residue output unit is in operation connection with a residue processing system for further processing the residue. 前記残渣は、部分的に処理される炭素質原料を含み、前記残渣出力部は、前記部分的に処理される炭素質原料の変換のための第２のガス化装置と動作連結状態であることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The residue includes a partially processed carbonaceous raw material, and the residue output unit is in operation connection with a second gasifier for conversion of the partially processed carbonaceous raw material. The gasifier according to claim 1. 前記第２のガス化装置は、請求項１に記載の垂直配向のガス化装置であることを特徴とする請求項１２に記載のガス化装置。   13. The gasifier according to claim 12, wherein the second gasifier is the vertically aligned gasifier according to claim 1. 前記第２のガス化装置は、横方向配向のガス化装置であることを特徴とする請求項１３に記載のガス化装置。   The gasifier according to claim 13, wherein the second gasifier is a gasifier having a lateral orientation. 前記原料は、上流側ガス化装置から提供される部分的に処理される原料であり、前記原料入力部は、前記部分的に処理される炭素質原料をさらに処理するための、前記上流側ガス化装置の残渣出力部と、動作連結状態であることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The raw material is a partially processed raw material provided from an upstream gasifier, and the raw material input unit is configured to further process the partially processed carbonaceous raw material. The gasifier according to claim 1, wherein the gasifier is in an operation connection state with a residue output unit of the gasifier. 前記材料置換制御モジュールは、前記処理領域の最終処理から残渣が出ることを促進するために能動的に制御され、それにより、間接的に、その他の前記処理領域を通る、その前記最終処理への、反応材料の下方移動を制御することを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The material replacement control module is actively controlled to facilitate the removal of residues from the final processing of the processing region, thereby indirectly passing through the other processing regions to the final processing. The gasifier according to claim 1, wherein the downward movement of the reaction material is controlled. 前記材料置換制御モジュールは、１つ以上の回転アーム、回転ホイール、回転パドル、回転格子、移動棚、プッシャーラム、エクストラクタスクリュー、およびコンベアを含むことを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The gasification of claim 1, wherein the material replacement control module includes one or more rotating arms, rotating wheels, rotating paddles, rotating grids, moving shelves, pusher rams, extractor screws, and conveyors. apparatus. 前記ガス化装置は、前記処理領域を熱するための分離した、独立する制御手段を使用して加熱されることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The gasifier according to claim 1, wherein the gasifier is heated using a separate and independent control means for heating the processing region. 前記加熱手段は、予熱された空気の注入のための、前記添加剤入力要素の１つ以上を含むことを特徴とする請求項１８に記載のガス化装置。   The gasifier of claim 18, wherein the heating means includes one or more of the additive input elements for injection of preheated air. 機械的手段は、前記処理チャンバに挿入され、前記炭素質原料と前記追加の入力物を混合させるように適合されることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The gasifier of claim 1, wherein mechanical means is inserted into the processing chamber and adapted to mix the carbonaceous feedstock and the additional input. 前記原料入力部は、制御可能な原料入力システムと動作連結状態であることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The gasifier according to claim 1, wherein the raw material input unit is in operation connection with a controllable raw material input system. 前記制御可能な原料入力システムは、原料事前処理システムと動作連結状態であることを特徴とする請求項２１に記載のガス化装置。   The gasifier according to claim 21, wherein the controllable raw material input system is in operation connection with the raw material pretreatment system. 前記１つ以上の処理チャンバは、固定床処理チャンバ、重力誘導垂直処理チャンバ、機械的補助流動処理チャンバ、流動床処理チャンバおよび噴流処理チャンバから成る群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。   The one or more processing chambers are selected from the group consisting of a fixed bed processing chamber, a gravity-induced vertical processing chamber, a mechanical auxiliary flow processing chamber, a fluidized bed processing chamber, and a jet processing chamber. The gasifier described in 1. 炭素質原料をガスおよび残渣に変換するための垂直配向のガス化装置であって、
１つ以上の処理チャンバであって、そのぞれぞれは、その中に添加剤を入力するための１つ以上の添加剤入力要素を含み、前記１つ以上の処理チャンバの組み合わせ、およびその前記１つ以上の添加剤入力要素の位置決めは、前記ガス化装置内に２つ以上の垂直な連続処理領域の創出を促進し、そのそれぞれの１つの中で各プロセスが少なくとも部分的に好まれ、前記処理領域は、前記各プロセスのそれぞれを個々に可能にする温度範囲によって同定される、処理チャンバと、
第１の前記処理領域の近位にある１つ以上の原料入力部と、
前記少なくとも部分的に好まれるプロセスのそれぞれを強化するために、前記処理領域を通って前記原料の垂直移動を制御するように適合される、１つ以上の材料置換制御モジュールと、
１つ以上のガス出力部と、
１つ以上の残渣出力部と、を含むことを特徴とするガス化装置。 A vertically oriented gasifier for converting carbonaceous raw material into gas and residue,
One or more processing chambers, each including one or more additive input elements for inputting an additive therein, a combination of the one or more processing chambers, and The positioning of the one or more additive input elements facilitates the creation of two or more vertical continuous processing regions within the gasifier, each process being at least partially preferred within each one thereof. The processing region is identified by a temperature range that individually enables each of the processes; and
One or more ingredient inputs proximate to the first treatment area;
One or more material replacement control modules adapted to control vertical movement of the raw material through the processing region to enhance each of the at least partially preferred processes;
One or more gas outputs;
One or more residue output parts, The gasifier characterized by the above-mentioned. 炭素質原料をガスおよび残渣へ変換するための方法であって、
ガス化装置を提供するステップと、
前記ガス化装置内で２つ以上の垂直な連続処理領域を創出するステップであって、そのそれぞれ１つの中で、乾燥、蒸発、および炭素変換から成る群から選択される各プロセスが、少なくとも部分的に好まれ、前記処理領域は、前記各プロセスのそれぞれを個々に可能にする温度範囲によって同定される、ステップと、
前記少なくとも部分的に好まれるプロセスのそれぞれを促進するために、前記ガス化装置内で添加剤を入力するステップと、
前記処理領域を通る前記原料の下方移動を制御し、それにより前記少なくとも部分的に好まれるプロセスのそれぞれを最適化するステップと、
前記ガス化装置から前記ガスおよび残渣を出力するステップと、を含むことを特徴とする方法。 A method for converting a carbonaceous feedstock into gas and residue comprising
Providing a gasifier; and
Creating two or more vertical continuous processing zones within the gasifier, each process selected from the group consisting of drying, evaporation, and carbon conversion, each of which is at least partially Preferably, the treatment region is identified by a temperature range that enables each of the processes individually; and
Entering an additive in the gasifier to facilitate each of the at least partially preferred processes;
Controlling the downward movement of the raw material through the processing region, thereby optimizing each of the at least partially preferred processes;
Outputting the gas and residue from the gasifier. 前記ガス化装置は、２つ以上の垂直な連続処理チャンバを含み、前記２つ以上の垂直な連続処理領域の１つ以上は、それぞれの前記２つ以上の処理チャンバ内で創出されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。   The gasifier includes two or more vertical continuous processing chambers, wherein one or more of the two or more vertical continuous processing regions are created in each of the two or more processing chambers. 26. The method of claim 25, characterized in that 前記ガス化装置は、１つの処理チャンバを含み、前記添加剤を入力するステップは、２つ以上の添加剤入力要素を介して添加剤を入力するステップであって、そのそれぞれの１つは、前記２つ以上の垂直な連続処理領域のそれぞれの１つを促進するように位置決めされ動作するステップを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。   The gasifier includes a processing chamber, and the step of inputting the additive is a step of inputting the additive via two or more additive input elements, each one of which is: 26. The method of claim 25, comprising positioning and operating to promote each one of the two or more vertical continuous processing regions.
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