專利名稱：用于與氣化器一起使用的熱量回收系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及含碳原料的氣化，尤其是涉及以下系統(tǒng)回收由氣化過程產(chǎn)生的熱量并將其再循環(huán)用于系統(tǒng)內(nèi)^f吏用和任選地用于外部應用。
背景技術：
氣化是使含碳原料例如市政固體垃圾(MSW)或煤能夠轉化為可燃氣體的過程。該氣體可被用來產(chǎn)生電、蒸汽或者作為生產(chǎn)化學品和液體燃料的基本原料。對該氣體可能的使用包含在鍋爐中燃燒來生產(chǎn)蒸汽，以用于內(nèi)部處理和/或其它外部目的，或者用于通過蒸汽渦輪產(chǎn)生電；直接在氣體渦輪或氣體引擎中燃燒用于生產(chǎn)電；燃料電池；生產(chǎn)曱醇和其它液體燃料；作為進一步原料用于生產(chǎn)諸如塑料和肥料的化學品；提取氫氣和一氧化碳作為離散工業(yè)燃料氣體；以及其它工業(yè)應用。
通常，所述氣化過程由以下步驟組成將含碳原料連同控制量的和/或限制量的氧氣和任選地蒸汽一起加入加熱室(所述氣化器)。與焚化和燃燒形成對比，所述焚化和燃燒以過量的氧運行來產(chǎn)生C02、 H20、 SOx和NOx,氣化過程產(chǎn)生包括CO、 H2、 H2S和NH3的粗氣體組分。清潔之后，感興趣的初級氣化產(chǎn)物是H2和CO。
有用的原料可包含任何市政垃圾、由工業(yè)活動產(chǎn)生的垃圾和生物醫(yī)藥垃圾、污水、污泥、煤、重油、石油焦炭、重精煉殘余物、精煉廠垃圾、烴污染的土壤、生物質(zhì)和農(nóng)業(yè)垃圾、輪胎和其它危險垃圾。根據(jù)原料的來源，揮發(fā)物可包含H20、 H2、 N2、 02、 C02、 CO、 CH4、 H2S、 NH3、 C2H6、不飽和烴如乙炔、石蠟、芳族化合物、焦油、烴類液體(油)和燒焦物(tar)(炭黑和灰分)。當原料被加熱時，水是第一種析出的成分。當所述干原料的溫度升高時，高溫分解發(fā)生。在高溫分解期間，原料被熱分解釋放焦油、苯酚和輕質(zhì)揮發(fā)性烴類氣體，同時所述原料被轉化為燒焦物。
燒焦物包括由有機和無機材料組成的殘余物固體。高溫分解之后，所述燒焦物與所述干原料相比有較高濃度的碳，且可用作活性碳的來源。在高溫(> 1,200°C )運轉的氣化器中或在具有高溫區(qū)的系統(tǒng)中，無機礦物質(zhì)被熔融化或玻璃化以形成熔化的玻璃樣物質(zhì)，稱為熔渣。
因為所述熔渣是熔融、玻璃狀態(tài)的，通常發(fā)現(xiàn)是無危險的，且可作為無危險材料在垃圾填埋場處理，或者作為礦石、路基或其他建筑材料出售。由于燃料在加熱過程的極端浪費以及作為殘余物垃圾、材料(其能夠被轉化為有用的合成氣和固體材料)處理過程的進一步的浪費，通過焚化處理垃圾材料變得較不如意。
實現(xiàn)氣化過程的手段以多種方式變化，但是依賴四個關鍵的工程因
素氣化器中大氣(氧氣的水平或者空氣或蒸汽的含量)；氣化器的設計；內(nèi)部和外部加熱裝置；以及所述過程的操作溫度。影響產(chǎn)物氣體的質(zhì)量的因素包含原料組分、制備和顆粒大??；氣化器加熱速率；停留時間(residence time );工廠結構，包含其是否釆用干式或泥漿給料系統(tǒng)、原料反應物流量幾何學、干灰分的設計或熔渣礦物移除系統(tǒng)；其是否使用直接或間接熱產(chǎn)生和傳送方法；以及合成氣清理系統(tǒng)。氣化通常在以下條件下執(zhí)行溫度范圍約650。C至1200°C,或者真空下、大氣壓下或者壓力達約100個大氣壓。
已有多個系統(tǒng)被提議用來捕獲氣化過程產(chǎn)生的熱，并且利用這樣的熱產(chǎn)生電，這通常被稱為組合的循環(huán)系統(tǒng)。
在通過所述方法和整個氣化體系產(chǎn)生的大量可回收的顯熱(sensibleheat)耦合的產(chǎn)物氣體中的能量，通常能夠產(chǎn)生足夠的電以驅動該過程，從而減緩地方電消耗的開支。氣化一噸含碳原料必需的電能的量直接取決于原料的化學組成。
如果在氣化過程中產(chǎn)生的氣體包括寬范圍的揮發(fā)物，諸如趨于用"低質(zhì)量，，的含碳原料在低溫氣化器中產(chǎn)生的氣體種類，其通常被稱為排出氣。如果氣化器中的原料的特征和條件產(chǎn)生CO和H2是主要化學物種類的氣體，該氣體被稱為合成氣。在通過氣體質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)冷卻和清潔之前，一
利用等;子體加熱技術來氣:材料是已被商業(yè)上應用許多年的技術。等離子體是高溫發(fā)光氣體，其至少部分被電離并且由氣體原子、氣體離子和電子組成。等離子體能夠以這種方式使用任何氣體來生產(chǎn)。因為氣體可以是中性的(例如，氬氣、氦氣、氖氣)、還原性的(例如，氫氣、曱烷、氨、 一氧化碳)或氧化性的(例如，空氣、氧氣、二氧化碳)，這對等離子體中的化學反應給了良好的控制。在體相(bulkphase)中，等離子體是電中性的。
一些氣化體系釆用等離子體熱以在高溫下推動氣化過程和/或通過以下來精制排出氣/合成氣添加或不添加其它輸入或反應物的情況下，將較長鏈的揮發(fā)物和焦油轉化、重組或重整為較小的分子，當氣態(tài)分子與等離子體熱接觸時，它們將離解為它們的組成原子。這些原子中的許多將與輸入分子反應形成新的分子，而其它的可以與它們自己再組合。隨著與等離子體熱接觸的分子溫度的降低，所有原子完全再組合。當輸入氣體可被化學計算地控制時，輸出氣體可被控制例如生產(chǎn)大量水平的一氧化碳和少量水平的二氧化碳。
以等離子體加熱可實現(xiàn)的非常高的溫度(3000至7000°C)使高溫氣化過程能夠進行，其中實際上可提供任何以下輸入原料包括在接收條件下的廢物，其包括任何形式的液體、氣體和固體或可提供的組合。等離子體技術可置于初級氣化室中以使所有反應同時發(fā)生(高溫氣化)，可置于系統(tǒng)內(nèi)以使它們連續(xù)發(fā)生(低溫氣化，伴隨高溫精煉)，或者它們的一些組合。
含碳原料的氣化期間產(chǎn)生的氣體通常是非常熱的，但是可含有少量的不需要的化合物，需要進一步的處理將其轉化為可用的產(chǎn)物。 一旦將含碳材料轉化為氣態(tài)后，不需要的物質(zhì)諸如金屬、硫的化合物和灰分可從氣體中除去。例如，干式過濾系統(tǒng)和濕式洗滌器通常用來從氣化期間產(chǎn)生的氣體中除去顆粒物質(zhì)和酸性氣體。已經(jīng)開發(fā)的許多氣化系統(tǒng)，包括處理氣化過程期間產(chǎn)生的氣體的系統(tǒng)。
這些因素已經(jīng)在以下描述的各種不同系統(tǒng)的設計中進行了考慮例如，在美國專利第6,686,556、 6,630,113、 6,380,507; 6,215,678、 5,666,891、5,798,497、 5,756,957號和美國專利申請第2004/0251241、 2002/0144981號中。也存在許多專利涉及在多種應用中使用的、用于產(chǎn)生合成氣體的煤的氣化的不同技術，其包含美國專利第4,141,694、 4,181,504、 4,208,191;4,410,336; 4,472,172、 4,606,799; 5,331,906; 5,486,269和6,200,430號。
現(xiàn)有系統(tǒng)和過程還沒有充分地解決必須在連續(xù)變化的基礎上處理的問題。 一些這些類型的氣化系統(tǒng)描述用于調(diào)節(jié)從氣化反應產(chǎn)生有用的氣體的過程的裝置。因此，重要的進步是在本領域以最大化過程和/或包括全部過程的步驟的總效率的方式，提供能有效氣化含碳原料的系統(tǒng)。
6提供該背景信息的目的是申請人相信已知信息是與本發(fā)明可能相關 的。并不企圖承認，也不應當解釋任何前述信息組成本發(fā)明的現(xiàn)有技術。

發(fā)明內(nèi)容
氣化過程回收顯熱并將其再循環(huán)用于系統(tǒng)內(nèi)使用和任選地用于外部應用。
本發(fā)明提供再循環(huán)從熱氣體回收的熱量并將所述回收的熱量返回氣 化器的系統(tǒng)。尤其是，所述系統(tǒng)包括將所述熱氣體傳送到氣體-流體熱交換 器的裝置，在所述熱交換器中，來自熱氣體的熱量被傳送至流體來產(chǎn)生加
熱的流體和冷卻的氣體；以及將所述加熱的流體傳送至所述氣化器的裝 置。所述加熱的流體被傳送至所述氣化器來提供驅動所述氣化過程要求的 熱量。所述加熱的流體也可任選地用來直接或間-接地預熱或預處理要氣化 的原料。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述系統(tǒng)也包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng) 包括用于監(jiān)控所述系統(tǒng)的運轉參數(shù)的傳感元件和用于調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)內(nèi)的 運轉條件以優(yōu)化所述氣化過程的響應元件，其中所述響應元件根據(jù)從所述 傳感元件獲得的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)內(nèi)的運轉條件，從而通過最小化所述 過程的能量消耗，同時也最大化能量產(chǎn)生來最優(yōu)化氣化過程的效率。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供以下方法用于通過使用氣體-流體熱交
化過程的效率。所述方法包括以下步驟通過所述氣體-流體熱交換器傳送 熱的產(chǎn)物氣體；通過所述氣體-流體熱交換器傳送所述冷的流體；將來自所 述熱的產(chǎn)物氣體的熱經(jīng)由所述氣體-流體熱交換器傳送至所述冷的流體，以 產(chǎn)生經(jīng)由冷卻的產(chǎn)物氣體出口從所述熱交換器排出的冷卻的產(chǎn)物氣體和 經(jīng)由加熱的流體出口從所述熱交換器排出的加熱的產(chǎn)物氣體；以及使用所 述加熱的流體來為所述含碳原料氣化過程提供熱。


本發(fā)明的這些和其它特征在以下參考所附附圖的詳細描述中將變得 更加清楚。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式用于再循環(huán)熱的系統(tǒng)的方塊流程 圖，所述熱從氣化過程的熱氣體產(chǎn)物返回氣化器中回收。
7圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式使用熱交換器和熱量回收式蒸汽發(fā)
生器(heat recovery steam generator) 乂人氣4匕過程的氣體產(chǎn)物中回收熱的方 塊流程圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式用于冷卻熱氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)的方塊
進一步產(chǎn)物氣體冷卻的淬火步驟。
'°'"、'"、 "、
圖4A是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式氣體-空氣熱交換器的功能 需求的示意圖。
圖4B是描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式氣體-空氣熱交換器的示意圖。
圖5是描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式氣體-空氣熱交換器的示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的轉化器及其各種輸入的示意圖。 圖7是描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的交換蒸汽的可能的最終用途
的示意圖，所述交換蒸汽通過從熱回收蒸汽發(fā)生器中的產(chǎn)物氣體回收熱而產(chǎn)生。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的將交換空氣傳送到轉化器的 管道系統(tǒng)的示意圖。
圖9是描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的系統(tǒng)內(nèi)各種溫度控制的高水 平構思(high level concept)的示意圖。
圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的氣體流量/壓力控制子系 統(tǒng)的高水平視角的示意圖。
圖11 A至11 I是描述本發(fā)明的各種實施方式的概況的方塊流程圖。
圖12是穿過氣化器的一個實施方式的剖面視圖，其根據(jù)本發(fā)明的一 個實施方式詳細設計原料輸入、氣體出口、固體殘余物出口和交換空氣進 口的位置。
圖13是穿過氣化器的一個實施方式的中心縱向剖視圖，其詳細設計 原料輸入、氣體出口和空氣箱(airboxes)的位置。 圖14詳述裝配有圖13中圖示的氣化器的空氣箱。
具體實施例方式
除非另外指出，本文使用的所有技術和科學術語與本發(fā)明所屬技術領
8域的普通技術人員所通常理解的具有相同的含義。
如本文使用的，術語"大約"指離額定值+/-10%的變差。應該理解這 種變差總是包含在本文所提供的任何給定值中，無論其是否被明確指出。
用于本發(fā)明的目的，術語"合成氣(或合成氣體)"指氣化過程的產(chǎn) 物，且除其它諸如曱烷、氮氣和水蒸氣的氣態(tài)成分之外，可包含一氧化碳、 氫氣和二氧化碳。
如本文使用的，術語"交換空氣"指已經(jīng)使用顯熱(sensible heat)加 熱之后的空氣，所述顯熱來自使用根據(jù)本發(fā)明的氣體-空氣熱交換器的產(chǎn) 物氣體。使用如本文所述的系統(tǒng)加熱氣體而不是空氣在本發(fā)明的范圍之 內(nèi)，所述氣體包含，但不限于，氧氣或富氧空氣。
如本文使用的，術語"轉化器"指用于將含碳原料轉化為粗合氣體產(chǎn) 物(也稱為產(chǎn)物氣體)的儀器。所述轉化器包含氣化器和等離子體氣體重 整器。
如本文使用的，術語"(含碳)原料"可是任何適合用于本氣化過程 中氣化的含碳材料，其可包含，但不限于廢料、煤(包含不適合用在燃 煤動力發(fā)生器中的低級、高硫煤)、石油焦炭、重油、生物質(zhì)、污水污泥、 來自制漿造紙廠(pulp and paper mills)的污泥以及農(nóng)業(yè)廢物。適合氣化的 廢料既包含有危險的又包含無危險的廢物，諸如市政廢物、由工業(yè)活動產(chǎn) 生的廢物(涂料污泥、不合格涂料產(chǎn)物、失效吸附劑(spent sorbents )、汽 車廢物、廢舊輪胎和生物醫(yī)藥廢物；任何不適合用于再循環(huán)的含碳材料， 包含不可再循環(huán)的塑料、污水污泥、煤、重油、石油焦炭、重精煉廠殘余 物、精煉廠廢物、烴污染的固體廢物和生物質(zhì)、農(nóng)業(yè)廢物、輪胎、危險廢 物、工業(yè)廢物和生物質(zhì)。對氣化有用的生物質(zhì)的實例包括，但不限于廢 木材或新鮮木材、來自水果的殘留物、蔬菜和谷物的加工、造紙廠殘余物、 稻草、草和肥料。
如本文使用的，術語"產(chǎn)物氣體"通常意指通過用于除去污染物的方 法在冷卻和清潔之前由氣化設備產(chǎn)生的氣體。依賴氣化設備的設計，其能 夠用來指例如粗排出氣、粗合成氣、經(jīng)重整排出氣或重整合成氣。
如本文使用的，術語"氣體-空氣熱交換器"和"氣體熱交換器"是 可互換的，且指用來使顯熱從熱氣體傳送至空氣的熱交換器。
"傳感元件，，被定義為描述系統(tǒng)的任何元件，所述系統(tǒng)被配置以感測 過程、過程輸入或過程輸出的特征，其中這樣的特征可由特征值來表示，所述特征值可用在監(jiān)控、調(diào)節(jié)和/或控制所述系統(tǒng)的一種或多種局部、區(qū)域 和/或全局過程。傳感元件可包含，但不限于，用于以下的傳感器、檢測器、 監(jiān)控器、分析儀或它們的任意組合感測過程，流體和/或材料溫度、壓力、 流量、組分和/或其它這樣的特征，以及在所述系統(tǒng)內(nèi)的任何給定點處的材 料位置和/或安置，和用在所述系統(tǒng)內(nèi)的任何過程裝置的任何運轉特征。
"響應元件" 一皮定義為描述被配置以響應感測的特征的<壬何元件，以 便根據(jù)一個或多個預先確定的或計算的控制參數(shù)，來操作與之可操作性地 連接的過程裝置，其中所述一個或多個控制參數(shù)被定義以提供預期的過程 結果。響應元件可包含，但不限于，驅動器、靜態(tài)的和/或動力學可變功率
源、感應器(inducers)和任何其它可基于一個或多個控制參數(shù)配置以影 響裝置物理行為的元件。響應元件可操作性地耦合至各種過程裝置，其可 包含，但不限于，材料輸入機構、等離子體熱源、添加劑輸入工具、氣體 鼓風機、添加劑輸入鼓風機、氣流調(diào)節(jié)器、添加劑輸入流調(diào)節(jié)器、固體殘 余物調(diào)節(jié)器、殘余物輸入調(diào)節(jié)器和等離子體熱源調(diào)節(jié)器，以及其它可運轉 來影響任何局部、區(qū)域和/或全局過程的過程裝置。
本發(fā)明提供用于通過最小化過程中的能量消耗同時也最大化能量產(chǎn) 生而優(yōu)化含碳原料氣化為氣態(tài)產(chǎn)物的過程的效率的系統(tǒng)。尤其是，本發(fā)明 提供與氣化器一起使用的熱再循環(huán)系統(tǒng)，其中來自氣化過程的顯熱被有效 回收，且其中所述回收的熱被傳送到所述系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個過程，以及 任選地傳送到所述系統(tǒng)外的過程。
所述系統(tǒng)包括用于從熱的產(chǎn)物氣體回收熱的熱交換系統(tǒng)，其中所述熱 交換器將顯熱從所述產(chǎn)物氣體傳送至合適的流體。適合用于本熱交換過程 的流體包含，但不限于，空氣、水、油、或其它氣體，諸如氮氣或二氧化 氮。尤其是，所述系統(tǒng)包括用于將氣化過程的熱的產(chǎn)物氣體傳送到氣體-流體熱交換器的管道系統(tǒng)，其中來自所述熱的產(chǎn)物氣體的熱被傳送到流 體，以產(chǎn)生加熱的流體和冷卻的產(chǎn)物氣體。所述系統(tǒng)進一步包括用于將所 述加熱的流體傳送到所述氣化過程的另外的管道系統(tǒng)。
在一個實施方式中，所述氣體-流體熱交換器是氣體-空氣熱交換器， 其中，將熱從所述產(chǎn)物氣體傳送給空氣，以產(chǎn)生加熱的交換空氣。在一個 實施方式中，所述氣體-流體熱交換器是熱回收蒸汽發(fā)生器，其中將熱傳送 給水，以產(chǎn)生加熱的水或蒸汽。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，如圖l示意性描述的，提供用于將氣化過程期間產(chǎn)生的熱傳送回轉化器1000以驅動氣化反應的熱再循環(huán)系統(tǒng)
5000。在本實施方式中，這通過以下來完成用來自氣體-空氣熱交換器 5100中的轉化器1000中產(chǎn)生的熱的產(chǎn)物氣體5020的熱加熱空氣5010， 以產(chǎn)生加熱的空氣產(chǎn)物(以下簡稱交換空氣5015 )和冷卻的產(chǎn)物氣體5025; 以及將加熱的交換空氣5015送回所述轉化器1000。
能量效率之所以通過該系統(tǒng)優(yōu)化，是因為回收的顯熱再循環(huán)返回氣化 過程減少了用于以下的要求從外界來源進行能量輸入的量干燥、揮發(fā)和 氣化所述原料的步驟。所述經(jīng)回收的顯熱也可用于最小化達到規(guī)定的產(chǎn)物 氣體質(zhì)量要求的等離子體熱的量。這樣，本發(fā)明允許含碳原料的有效氣化， 其中氣化要求的熱由熱的交換空氣來提供，其中所述熱的交換空氣已經(jīng)使 用從所述熱的產(chǎn)物氣體回收的顯熱加熱。
從產(chǎn)物氣體傳送至加熱的交換空氣的顯熱也能夠用于外部加熱應用， 以及氣化過程中其它地方的加熱應用。
例如，加熱的交換空氣能夠被直接地或間接地用于預熱或預處理將要 氣化的原料。在直接加熱/預處理步驟的情況下，交換空氣直接穿過所述原 料來加熱和/或移除水分。在間接加熱/預處理步驟的情況下，熱從加熱的 交換空氣傳送至油(或水以產(chǎn)生蒸汽)，其中加熱的油(或蒸汽產(chǎn)物)用 來加熱原料干燥器/預熱器的壁。在任何情況下，顯熱的再循環(huán)最小化這些 加熱應用要求的能量輸入的量。
因此，將來自加熱的交換空氣的熱傳送至任何感興趣(ofinterest)的
工作流體在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這樣的感興趣的工作流體包含，但不限于，
油、水或其它這樣的氣體，諸如氮氣或二氧化碳。當熱被傳送給工作流體
而不是空氣時，使用合適的熱交換系統(tǒng)。
熱在氣體-空氣熱交換器中回收之后，盡管產(chǎn)物氣體被冷卻，但是可能
仍含有太多的熱，以至于不能過濾和調(diào)節(jié)步驟，如本領域已知的。本發(fā)明 因此也任選地在這樣的后續(xù)過濾和調(diào)節(jié)步驟之前，提供產(chǎn)物氣體的進一步 冷卻。
在圖2所述的實施方式中，熱再循環(huán)系統(tǒng)5001用來自氣體-空氣熱交 換器5102中的熱產(chǎn)物氣體5020的熱加熱空氣5010,以產(chǎn)生加熱的空氣產(chǎn) 物(以下簡稱交換空氣5015)和部分冷卻的產(chǎn)物氣體5023,以及將加熱 的交換空氣送回轉化器1000。
熱再循環(huán)系統(tǒng)5001也包含用于在其已經(jīng)穿過氣體-空氣熱交換器5102
ii之后，從部分冷卻的產(chǎn)物氣體5023回收額外的熱的子系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)
5001進一步包括熱回收蒸汽發(fā)生器5302,借此從產(chǎn)物氣體回收的額外的 熱用于將水5030轉化為蒸汽(簡稱為交換蒸汽5035 )，從而也產(chǎn)生完全冷 卻的產(chǎn)物氣體產(chǎn)物5025。
在熱回收蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生的交換蒸汽能夠用于驅動諸如蒸汽渦輪 的下游能量發(fā)生器，和/或用在直接驅動渦輪中，和/或能夠加到氣化過程。 交換蒸汽也能夠用在其它系統(tǒng)中，例如，用于從瀝青砂中提取油或在局部 加熱應用中，或其能夠供給當?shù)毓I(yè)客戶用于他們的目的。在一個實施方 式中，使用從產(chǎn)物氣體產(chǎn)生的蒸汽是飽和蒸汽。在另一個實施方式中，使 用從產(chǎn)物氣體產(chǎn)生的蒸汽是超熱蒸汽，其能夠直接通過水和產(chǎn)物氣體之間 或者飽和蒸汽和產(chǎn)物氣體之間的熱交換而產(chǎn)生。
本發(fā)明的系統(tǒng)用于與轉化器一起使用，原料在所述轉化器中轉化(經(jīng) 由排出氣媒介)為熱的粗氣態(tài)產(chǎn)物。與本發(fā)明一起使用的典型的轉化器包 括原料進口，用于輸入要氣化的原料； 一個或多個交換空氣進口，用于提 供加熱的交換空氣以驅動該氣化過程；熱的產(chǎn)物氣體出口；以及任選地一 個或多個過程添加劑進口 。所述轉化器也包括一個或多個等離子體熱源，
其中，所述系統(tǒng)不包含用于在其已經(jīng)穿過氣體-空氣熱交換器之后從部 分冷卻的產(chǎn)物氣體回收額外的熱的系統(tǒng)，用于在可提供調(diào)節(jié)之前進一步冷 卻產(chǎn)物氣體的另一個系統(tǒng)。在一個實施方式中，如圖3所述，所述系統(tǒng)5003, 除冷卻氣體-空氣熱交換器5102中的熱的產(chǎn)物氣體5020，以產(chǎn)生部分冷卻 產(chǎn)物氣體5023和加熱的交換空氣5015之外，還包括在調(diào)節(jié)之前用于進一 步冷卻產(chǎn)物氣體的干法淬火步驟6103。該淬火步驟通過添加控制量的霧化 水(atomized water) 6030提供來從產(chǎn)物氣體中除去過多的熱量，以在可 能要求后續(xù)過濾和調(diào)節(jié)步驟時提供冷卻的產(chǎn)物氣體5025。選擇合適的系統(tǒng) 用于在調(diào)節(jié)之前進一步冷卻產(chǎn)物氣體在本領域工作人員的知識范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，本系統(tǒng)也包括控制子系統(tǒng)，包括用于 監(jiān)控所述系統(tǒng)的運轉參數(shù)的傳感元件；以及響應元件，用于在所述系統(tǒng)之 內(nèi)調(diào)節(jié)運轉條件以優(yōu)化氣化過程；其中，所述響應元件根據(jù)從所述傳感元 件獲得的數(shù)據(jù)在所述系統(tǒng)內(nèi)調(diào)節(jié)所述運轉條件，從而通過最小化所述過程 的能量消耗同時也最大化能量產(chǎn)生來優(yōu)化氣化過程的效率。
控制子系統(tǒng)也可用來優(yōu)化產(chǎn)生的產(chǎn)物氣體的組分(即，熱值)，且任選地以確保所述系統(tǒng)維持在安全運轉參數(shù)范圍內(nèi)。 熱交換器
本發(fā)明提供用于以下的系統(tǒng)將氣化過程中產(chǎn)生的熱傳送回氣化器以 驅動氣化反應。這能夠通過以下來實現(xiàn)使用熱交換系統(tǒng)(例如，氣體-
適的工作流體，從而產(chǎn)生加熱的流體和冷卻的產(chǎn)物氣體。在一個實施方式 中，在氣體-流體熱交換器中產(chǎn)生的加熱的流體被送回氣化器中。
在一個實施方式中，所述氣體-流體熱交換器包括一個或多個氣體-空 氣熱交換器。
對氣體-空氣熱交換器的功能性要求在圖4A中示出，其中熱的產(chǎn)物氣 體5020和空氣5010各自穿過所述氣體-空氣熱交換器5104A，從而顯熱從 所述熱的產(chǎn)物氣體5020傳送給所述空氣5010 (通過過程空氣鼓風機5012 來鼓風)，以4是供加熱的交換空氣5015和冷卻的產(chǎn)物氣體5025。
不同種類的熱交換器可用在本系統(tǒng)中，其包含殼管式熱交換器，既有 直的單程設計，又有U管的多程設計，以及板式熱交換器。選擇合適的熱 交換器在本領域普通技術人員的知識范圍內(nèi)。
一些顆粒物將存在于產(chǎn)物氣體中，這樣所述氣體-空氣熱交換器被特定 地設計用于高水平的顆粒負荷。顆粒大小典型地在0.5至100《敖米之間。 在圖4B中描述的一個實施方式中，所述熱交換器是單程豎值流動熱交換 器5104B,其中產(chǎn)物氣體5020在管側流動，而空氣5010在殼側流動。在 單程豎值流動實施方式中，產(chǎn)物氣體5020以"一次通過"的設計豎值流 動，其最小化了顆粒物可能發(fā)生堆積或腐蝕的區(qū)域。
產(chǎn)物氣體速度應該維持在足夠的高度，用于自清潔同時仍然最小化腐 蝕。在一個實施方式中，氣體速度在3000至5000 m/min之間。在正常流 動條件下，氣體速度乂人約3800 m/min到約4700 m/min。
由于空氣輸入溫度和熱的產(chǎn)物氣體顯著不同，因此，所述氣體-空氣熱 交換器中的各管有單獨的膨脹風箱(individual expansion bellows)以避免 管破裂。管破裂可在以下情況發(fā)生單個管變的堵塞，且因此不再隨剩余 的管束膨脹/收縮。在那些實施方式中，過程空氣壓力比過程氣體壓力大， 管束由于空氣進入氣體混合霧造成的問題而表現(xiàn)高度危險。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述系統(tǒng)間隙式運行，即根據(jù)要求，使之經(jīng)歷多次起動(和關閉循環(huán)。因此，重要的是設備必需設計以經(jīng)受重復 的熱膨脹和收縮。
為了最小化管泄漏引起的危險潛在性，本發(fā)明的系統(tǒng)進一步包括一個
或多個單獨的溫度傳送器(transmitters),如圖5所述，例如，溫度傳送器 5581位于產(chǎn)物氣體進口 5521處，且溫度傳送器5582位于氣體-空氣熱交 換器的產(chǎn)物氣體出口 5526處，以及溫度傳送器5583位于交換空氣出口 5517處。其中，溫度傳送器與氣體-空氣熱交換器5105的產(chǎn)物氣體出口 5526 相聯(lián)合，所述溫度傳送器被安置以檢測由以下造成的溫度上升如果交換 空氣泄漏進入產(chǎn)物氣體管道中發(fā)生的燃燒。檢測這樣的溫度上升將早場所 述過程空氣鼓風機5012自動關閉，從而消除氧氣來源。
其中，溫度傳送器與氣體-空氣熱交換器5105的交換空氣出口 5517 相聯(lián)合，該溫度傳送器用來確保交換空氣的溫度維持在氣化過程要求的設 置溫度范圍內(nèi)。為了避免向所述氣化過程提供太多的加熱的交換空氣(或 交換空氣太熱)，其可造成過度加熱原料，所以控制閥5590被打開以將過 量的交換氣體排出到大氣。
此外，根據(jù)要求，提供帶有用于以下的端口的熱交換器使用儀器、 檢查合維護，以及管道的修理和/或清潔。
在一個實施方式中，氣體-流體熱交換器是熱回收蒸汽發(fā)生器，其使用 回收的熱產(chǎn)生交換蒸汽。在一個實施方式中，水以低溫蒸汽的形式提供入 熱交換器中。在另一個實施方式中，產(chǎn)生的交換蒸汽是飽和的或過熱蒸汽。
如此產(chǎn)生的交換蒸汽能夠用作氣化過程的過程蒸汽添加劑，或用來驅 動渦輪以產(chǎn)生電或驅動旋轉式過程設備，例如，氣體鼓風機。
在轉化過程內(nèi)未用來產(chǎn)生電或驅動旋轉過程設備的蒸汽，可用于其它 商業(yè)目的，諸如局部加熱應用，或用于對從瀝青砂提取油進行改進。交換 蒸汽也能夠用來間接地加熱原料容器中的原料，從而在轉化器中氣化之前 干燥原料。
本發(fā)明的一個實施方式中所采用的熱回收蒸汽發(fā)生器是殼管式熱交 換器，其中產(chǎn)物氣體豎值地流過管，且水在殼側煮沸。
用于熱回收蒸汽發(fā)生器的熱交換系統(tǒng)基于下述理解而設計 一些顆粒 物將存在于產(chǎn)物氣體。另外，此處產(chǎn)物氣體速度也被維持在用于所述管的 自清潔，同時最小化腐蝕的足夠高的水平。用于與該系統(tǒng) 一起使用的轉化器
本系統(tǒng)包含用于將原料轉化未氣態(tài)產(chǎn)物的轉化器。該轉化經(jīng)由原料的 氣化和媒介氣態(tài)產(chǎn)物的重整而發(fā)生。原料氣化階段包含i)干燥原料以移
除殘留水分，ii)揮發(fā)所述干燥的原料的揮發(fā)性成分以產(chǎn)生燒焦物(char， 炭)中間體，以及iii)將所述燒焦物轉化未排出氣和灰分。氣化過程的氣 態(tài)產(chǎn)物因此包含揮發(fā)性成分和排出氣，任選地使其經(jīng)歷重整步驟以提供氣 態(tài)產(chǎn)物。在一個實施方式中，所述重整步驟是等離子體輔助的重整步驟。
所述轉化器因此包括具有至少一個原料進口的內(nèi)襯耐火材料的室、 一個或多個交換空氣進口、氣體出口以及固體殘余物出口。任選地，所述 轉化器也包括一個或多個過程添加劑進口以及一個或多個等離子體熱源。
在一個實施方式中，所述轉化器是水平取向氣化器，其中原料通過位 于所述氣化器一端的原料進口進入所述氣化器。當其向位于所述氣化器相 對端的固體殘余物出口傳送時，所述原料經(jīng)歷氣化。
所述氣化過程也可以在本領域已知的多個標準氣化器中的 一個中執(zhí) 行。本領域已知的氣化器的實例包含，但不限于，夾帶流反應器、流化床 反應器和旋轉窯反應器，其中每一個適合接收以下述形式的原料固體、 顆粒、泥漿、流體、氣體或它們的組合。所述氣化器可具有寬范圍的長度 與直徑的比，且可能被豎值地或水平地取向。
根據(jù)本發(fā)明，在這些實施方式中的每一個，所述氣化過程通過經(jīng)由合 適的加熱的流體的進口將加熱的流體適當?shù)匾攵龠M(is facilitated by )。 在一個實施方式中，氣化過程通過經(jīng)由交換空氣進口將加熱的交換空氣引 入而促進。
根據(jù)本發(fā)明，所述加熱的流體可根據(jù)要求通過獨立的加熱的流體的進 料和分配系統(tǒng)提供給不同區(qū)域的氣化器。
在一個實施方式中，所述加熱的流體的進料和分配系統(tǒng)包括允許將加 熱的交換空氣引入所述氣化區(qū)域的交換空氣進口 。
這些進口被安置在轉化器內(nèi)部，以分配整個轉化器的加熱的交換空氣 來啟動和驅動原料的氣化。在一個實施方式中，所述交換空氣進口包括位 于氣化器底板中的穿孔。在一個實施方式中，所述交換空氣進口包括位于 氣化器壁中的穿孔。
在一個實施方式中，所述交換空氣進口包括每個區(qū)域分離的空氣箱，
15從該空氣箱熱的交換空氣能夠穿過轉化器的地板中的穿孔進入那個區(qū)域。 在一個實施方式中，所述交換空氣進口是用于每個區(qū)域的獨立地控制的分
散器(spargers )。
任選地，為了避免在處理期間交換空氣進口堵塞，這樣選擇進口孔大 小使得其產(chǎn)生限制并從而穿過每個孔的壓力下降。該壓力下降足以防止廢 物顆粒進入進口孔。所述進口孔可任選地是朝向上面的向外的錐形，以排 除在孔中堵住。
步驟)的過程均一般發(fā)生在在所述系統(tǒng)內(nèi)的單一 區(qū)域或室中。
域中發(fā)生，即，其中所述氣化和重整步驟在一定程度上彼此分離，并發(fā)生 在所述系統(tǒng)內(nèi)的非連續(xù)區(qū)域中。在這些種類的轉化器中，所述過程發(fā)生在 分離的室中的一個室內(nèi)的一個以上的區(qū)域中，或它們的某種組合，其中該 區(qū)域相互流體連通。
在多區(qū)轉化器中，第一個或主要的區(qū)域或室(也稱為氣化器)用來加 熱原料以干燥原料，提取原料的揮發(fā)性的成分，并將產(chǎn)生的燒焦物轉化為 氣態(tài)產(chǎn)物和灰分，從而產(chǎn)生排出氣產(chǎn)物，而第二區(qū)域或室(也稱為重整器) 用來將等離子體熱和其它過程添加劑應用于確保將排出氣和揮發(fā)物完全
轉化為產(chǎn)物氣體，;出所述轉^匕器的最后:域二氣體是產(chǎn)物氣體。
在一個實施方式中，氣化過程的不同階段可發(fā)生在氣化器的不同區(qū) 域。本領域技術人員將理解，從概念上來說，在任何位置的氣化器中的條 件可根據(jù)(in response to)那個特殊位置處的原料的特征通過將所述氣化 器分隔為非限定數(shù)量的區(qū)域而優(yōu)化。然而，此概念的實踐實施方式是根據(jù) 較大范圍的 一般或普遍的原料特征將氣化器分隔為無限個經(jīng)優(yōu)化的區(qū)域。 本領域技術人員應當清楚，氣化器依賴原料的特征可因而被分隔為兩個、 三個、四個或五個區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的 一個實施方式，氣化過程的每個階段通過經(jīng)由合適的交 換空氣進口將合適量的加熱的交換空氣適當?shù)匾搿?br> 原料經(jīng)由 一個或多個原料進口引入，其被處理以對加熱的交換空氣或 其它加熱的流體提供最佳原料暴露，用于將原料完全和有效地轉化為氣態(tài) 產(chǎn)物。在一個實施方式中，本系統(tǒng)允許在引入所述轉化器之前與原料結合或 穿過專用的HCF進口而供應諸如切碎的塑料的高碳原料，從而使得能夠 對較高或較低碳的輸入的過程要求快速響應以滿足要求的氣體品質(zhì)。
可選的過程添加劑進口提供向轉化器添加氣體，諸如氧氣、空氣或富 氧空氣或其它對氣化過程有用的氣體。所述過程添加劑進口可包含空氣輸 入端口、蒸汽輸入端口、交換空氣輸入端口和交換蒸汽輸入端口。這些端 口被安置在所述轉化器內(nèi)，用于整個過程添加劑的最佳分配。所述蒸汽添 加劑可由熱回收蒸汽發(fā)生器來提供。
在所述交換空氣中的氧氣也用來平衡產(chǎn)生要求產(chǎn)物氣體和移除最大 量的碳的化學行為。氧氣也啟動或增加產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、氫氣或 其它大的碳氫化合物顆粒的放熱反應速度。來自所述放熱反應的熱與由加 熱的交換空氣和/或其它加熱的流體提供的熱， 一起增加了轉化器中的過程 溫度。
圖6是示意性視圖，概述與用于和本發(fā)明的系統(tǒng)一起使用的轉化器的 一個實施方式相關的各種輸入和輸出。該實施方式是包括具有原料進口 2604的水平取向氣化器2006的轉化器1006,其中所述原料包括市政固體 廢物MSW和高碳原料HCF (諸如塑料)的組合。所述轉換器1006具有 多個交換空氣進口 2619A、 2619B和2619C,其^皮定位以才艮據(jù)氣化反應的 要求提供交換空氣5015。所述轉化器也在最接近于等離子體焰炬3008處 具有交換空氣進口 3616和蒸汽進口 3630，以根據(jù)等離子體重整反應提供 空氣和蒸汽添加劑。所述轉化器1006具有與固體殘余物調(diào)節(jié)室4620流動 連通的固體殘余物出口 2608。 '
材料被橫向移動穿過所述氣化器，以便促進氣化過程(干燥、揮發(fā)、 燒焦物-灰分轉化)的特定階段。該材料穿過氣化器的橫向運動經(jīng)由使用一 個或多個橫向傳送單元來實現(xiàn)，其可包含，但并不限于，可移動架、可移 動平臺、推動器滑枕(pusherram)、犁狀件、螺旋元件或帶。
所述一個或多個橫向傳送單元能夠以協(xié)調(diào)方式起作用，或單獨的橫向 傳送單元能夠獨立地起作用。為了優(yōu)化控制材料流速和堆高度，單獨的橫 向傳送元件能夠以變化的速度、變化的移動距離、變化的移動頻率單獨移 動。所述橫向傳送單元必須能夠在所述氣化器的惡劣條件下，尤其是必須 能夠在高溫下有效地運轉。
所述轉化器具有耐火材料襯里，其可是本領域已知的常規(guī)耐火材料中的一種或組合，該材術牛適合用于高溫(例如，約IIO(TC至140(TC的溫度)、 不加壓反應的容器中。這樣的耐火材料的實例包含，但不限于，高溫燒結 陶瓷(諸如，氧化鋁、氮化鋁、硅酸鋁、氮化硼、磷酸鋯、氧化4各)、玻 璃陶瓷和主要含有二氧化硅(silica)、氧化鋁和氧化鈦的高氧化鋁磚。
所述固體殘余物出口被定位以允許從所述轉化器移除氣化反應的固 體副產(chǎn)物。氣化過程的固體殘余物副產(chǎn)物也稱為固體殘余物，可表現(xiàn)為燒 焦物、灰分、熔渣或它們的某些組合的形式，其通過合適的出口從所述轉 化器連續(xù)地或間隙地被移除。燒焦物能夠在完全轉化為氣態(tài)產(chǎn)物之前被移 除，或其能夠留在氣化器中用于進一步向灰分轉化。所述灰分產(chǎn)物然后通 過所述固體殘余物出口移除到，例如灰分收集室，或固體殘余物調(diào)節(jié)室用 于進一步處理。根據(jù)系統(tǒng)和將要移除的副產(chǎn)物的種類的要求，使用相關技 術領域工作人員的知識選擇所述轉化器中合適的固體殘余物移除出口的 設計和位置。
所述固體殘余物出口通常安置在所述室底部處或所述室底部附近，4吏 所述殘余物能夠使用重力流而消極地移除。 一些系統(tǒng)任選地采用固體殘余 物移除系統(tǒng)以積極地從所述轉化器的底部輸送殘余物。這樣的積極的固體 殘余物移除能夠由本領域已知的各種裝置中的一種來提供。實例包括，但 不限于，螺旋、推動器滑枕、水平旋轉槳、水平旋轉臂以及水平旋轉輪。
在那些實施方式中，氣化過程的固體殘余物(例如，灰分副產(chǎn)物)進 一步轉化為熔渣，該灰分-熔渣的轉化發(fā)生在固體殘余物調(diào)節(jié)室中。等離子 體熱源可用在所述固體殘余物調(diào)節(jié)室以將灰分熔化為殘余物。熔化的熔渣 (molten slag)，例如在溫度約IIO(TC至約1600。C處可^C周期性地或連續(xù) 地從所述固體殘余物調(diào)節(jié)室排出，且然后被冷卻形成固體熔渣材料。這樣 的熔渣材料可意圖用于填埋處理。所述固體產(chǎn)物可進一步被破碎成團聚體 供常規(guī)使用。可選擇地，所述熔化的熔渣能夠被傾入容器以形成坯料、磚、 瓦或類似的建筑材料。
其中氣化過程的固體殘余物含有 一 些未轉化的碳，所述熔渣調(diào)節(jié)步驟
物。該氣態(tài)產(chǎn)物稱為殘余物氣體。在一個實施方式中，使用專用殘余物氣 體-空氣熱轉換器從熱的殘余物氣體中回收熱，從而產(chǎn)生加熱的空氣產(chǎn)物和 冷卻的殘余物氣體。冷卻的殘余物氣體任選地進一步在專用的氣體調(diào)節(jié)器 子系統(tǒng)中被調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生能夠與主要氣化過程的氣態(tài)產(chǎn)物相結合的氣體產(chǎn)物。
用于在調(diào)節(jié)步驟之前進一步冷卻產(chǎn)物氣體的系統(tǒng)
除氣體-流體熱交換器之外，本發(fā)明任選地包含用于在調(diào)節(jié)步驟之前進 一步冷卻產(chǎn)物氣體的系統(tǒng)。在一個實施方式中，用于在清潔和調(diào)節(jié)步驟之 前進一步冷卻產(chǎn)物氣體的系統(tǒng)也提供附加熱量的回收。其中從產(chǎn)物氣體回 收進一步顯熱是目標，所述熱從氣體傳送到另外的工作流體，例如水、油 或空氣。這樣的實施方式的產(chǎn)物可分別包含加熱的水(或蒸汽)、加熱的 油或附加的熱空氣。
在一個實施方式中，本發(fā)明的系統(tǒng)使用熱交換器將來自部分冷卻的產(chǎn) 物氣體的熱傳送至水來進一步從產(chǎn)物氣體中回收顯熱，從而產(chǎn)生加熱的水 或蒸汽以及已經(jīng)被進一步冷卻的氣體。在一個實施方式中，在該步中采用 的熱交換器是熱回收蒸汽發(fā)生器，其使用經(jīng)回收的熱產(chǎn)生交換蒸汽。在一 個實施方式中，水以低溫蒸汽的形式提供給熱交換器。在另一個實施方式 中，產(chǎn)生的交換蒸汽是飽和的或過熱蒸汽。
圖7描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的氣體-空氣熱交換器5107和 熱回收蒸汽發(fā)生器5307之間的關系。在熱回收蒸汽發(fā)生器5307中產(chǎn)生的 交換蒸汽5035能夠用在各種下游應用中。圖7描述了根據(jù)本發(fā)明的不同 的實施方式的使用熱回收蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的交換蒸汽的不同的可能的最 終用途(由A至G標記)。
例如，如選項D所述，在本發(fā)明的一個實施方式中，產(chǎn)生的交換蒸汽 5035能夠送入轉化器1007作為過程蒸汽添加劑。交換蒸汽5035能夠在氣 化過程期間用作過程蒸汽添加劑，以確保足夠的自由氧和氫來最大化原料 向產(chǎn)物氣體的轉化。使用作為含有過程添加劑的氧的蒸汽是優(yōu)選的，這是 因為其成本低且運轉容易。蒸汽也包含氧，其可能是氣化過程的預期產(chǎn)物。
產(chǎn)生的交換蒸汽也可穿過渦輪5715,從而驅動旋轉過程設備，例如交 換空氣鼓風機5712 (選項B )或產(chǎn)物氣體鼓風機5722 (選項C )。
圍在轉化過程中使用的蒸汽或未用來驅動旋轉過程設備的蒸汽，可用 于其它商業(yè)目的，諸如，通過使用蒸汽渦4侖5705而產(chǎn)生電(選項A)，或 在局部加熱應用5710中(選項E)，或其能夠供應給地方工業(yè)客戶用于他 們的目的，或其能夠用于對從瀝青砂5780中提取油(選項F)進行改進。 交換蒸汽也能夠用于在原料調(diào)節(jié)器5767中間接加熱原料，從而在轉化器
19中氣化之前干燥原料(選項G)。
在一個實施方式中，用于在調(diào)節(jié)之間進一步冷卻產(chǎn)物氣體的系統(tǒng)不包 含附加熱的回收，所述冷卻步驟包括干法淬火步驟，其中產(chǎn)物氣體的溫度 通過直接控制的(絕熱飽和)霧化水注射來降低。
在一個實施方式中，當要求不同系統(tǒng)或過程的冷卻時，通過水冷卻步 驟移除(和回收)來余熱。產(chǎn)生的加熱的水可以轉而用來加熱供氣化過程 的其它地方使用的工作流體。加熱的水蒸氣來自各種來源，其包括，但不 限于，氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)或等離子體熱源冷卻系統(tǒng)中的氣體冷卻過程。加熱的 水也能夠用來預熱用于各種應用的油。
管道系統(tǒng)
采取管道系統(tǒng)將氣體從系統(tǒng)的一個元件傳送至另一個元件。因此，所 述系統(tǒng)包括產(chǎn)物氣體管道系統(tǒng)，用來將熱的產(chǎn)物氣體產(chǎn)物傳送給熱交換器 用于回收顯熱。所述系統(tǒng)也包括交換空氣管道系統(tǒng)，用來將加熱的交換空 氣傳送給轉化器，其中，其經(jīng)由交換空氣進口引入所述轉化器。所述管道 系統(tǒng)典型地采用一個或多個管或線，氣體由此來傳送。
其中，所述系統(tǒng)包括熱回收蒸汽發(fā)生器，所述系統(tǒng)也將包括交換蒸汽 管道系統(tǒng)以傳送加熱的交換蒸汽用于之前列出的一個或多個應用中。所述 交換蒸汽管道系統(tǒng)可包括多個平行的管，或分支管道系統(tǒng)，其中給定的分 支被指派專門的應用。
管道系統(tǒng)氣體線的材料和大小的說明根據(jù)提供氣體的安全和有效的 運輸來選擇。當運輸?shù)臍怏w是高溫產(chǎn)物氣體，選擇耐火材料的設計厚度和
種類以確保殼壁溫度是約20(TC,以便維持在酸性氣體露點之上以防止腐
蝕。在一個實施方式中，所述熱的產(chǎn)物氣體線是碳素鋼且是耐火材料襯里 的。在一個實施方式中，加熱的交換空氣線包括不銹鋼管。
為了最大化能夠從熱的產(chǎn)物氣體回收的顯熱的量，或為了最小化冷卻 加熱的交換空氣或交換蒸汽，所述管道系統(tǒng)任選地具有最小化向周圍環(huán)境 熱損失的裝置。熱損失例如可通過使用所述管道周圍的絕緣層(包括本領 域已知的絕緣材料)以及通過設計工廠以最小化管道長度來最小化。這對 高溫管道來說是尤其重要的。
在一個實施方式中，加熱的交換空氣以單管排出氣體-空氣熱交換器， 其然后被分成若干較小直徑的管，以便根據(jù)要求向不同區(qū)域的轉化器提供加熱的交換空氣。所述管道系統(tǒng)的各分支包含空氣流量控制閥，以控制進 入所述轉化器的不同區(qū)域的加熱的空氣流。
產(chǎn)物氣體管道氣筒任選地采用 一個或多個流量調(diào)節(jié)裝置和/或鼓風機， 其位于整個系統(tǒng)以提供用于管理氣態(tài)產(chǎn)物的流率的裝置。
交換空氣管道系統(tǒng)將任選地采用 一個或多個流量調(diào)節(jié)裝置、流量儀表 和或鼓風機，其根據(jù)要求位于整個系統(tǒng)以控制交換空氣的流率。在一個實
施方式中，如圖8所述，交換空氣流量控制閥58卯A、 5890B和5890C被 提供以控制氣化區(qū)域各水平的交換空氣5015的流量?？刂崎y控制氣化器 2008的交換空氣流向空氣進口 2812、 2814和2816。在一個實施方式中， 所述控制閥5890A、 5890B和5890C對調(diào)節(jié)引入各區(qū)域的氣化器的交換空 氣5015的量是獨立可控的。
在一個實施方式中，有一個交換空氣流量控制閥5892，以控制交換空 氣流到重整器3008。在該實施方式中，交換空氣被提供作為過程添加劑。
交換空氣管道也任選地包括用于下述的裝置例如，將交換空氣傳送 到排氣出口或傳送到可選的附加熱交換系統(tǒng)。
所述流量調(diào)節(jié)裝置和/或鼓風機和/或傳送裝置可任選地由控制子系統(tǒng) 來控制，如以下詳細討^侖的。
所述管道系統(tǒng)也將任選地包括向所述系統(tǒng)提供通路的服務端口 ，目的 是實現(xiàn)常規(guī)維護以及所述管道的修理和/或清潔。
等離子體熱源
本發(fā)明的系統(tǒng)采用 一個或多個等離子體熱源來將通過氣化過程產(chǎn)生 的排出氣轉化為產(chǎn)物氣體。等離子體熱源也被提供在所述固體殘余物調(diào)節(jié) 器以熔化和調(diào)節(jié)固體殘余物。
各種商業(yè)可行的等離子體熱源(其能夠適當?shù)卦鰪?develop )應用時 的高火焰溫度持續(xù)一段期間)能夠用于所述系統(tǒng)中。通常，這樣的等離子 體熱源可利用的尺寸約100kW至6 MW以上的輸出功率。所述等離子體 熱源能夠采用一個或合適的工作氣體的組合。合適的工作氣體的組合的實 例包含，但不限于，空氣、氬氣、氦氣、氖氣、氫氣、曱烷、氨、 一氧化 碳、氧氣、氮氣和二氧化碳。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述等離子體 熱源使用空氣作為等離子體媒介來連續(xù)運轉，以便在氣化器中產(chǎn)生超過將 排出氣轉化為產(chǎn)物氣體所要求的約900至約130(TC的溫度。
21在這方面，許多選擇性的等離子體技術適合用在本系統(tǒng)中。例如，人 們理解，可采用使用適當?shù)剡x擇的電極材料的傳送弧焰炬和非傳送弧焰炬 (既為AC又為DC)。人們也理解也可采用電感耦合等離子體焰炬。選擇 合適的等離子體熱源在本領域工作人員普通技術范圍之內(nèi)。
在本發(fā)明的一個實施方式中， 一個或多個等離子體熱源將被安置以優(yōu) 化排出氣向產(chǎn)物氣體的轉化。 一個或多個等離子體熱源的位置根據(jù)氣化系 統(tǒng)的設計來選擇，例如，根據(jù)所述系統(tǒng)采用一個階段還是兩個階段的氣化 過程來選擇。例如，在一個采用兩個階段的氣化過程的實施方式中，所述 等離子體熱源可安置在相對于進口方向并指向進口方向的位置，排出氣通 過所述進口進入重整室或重整區(qū)。在那些采用 一個階段的氣化過程的實施
方式中， 一個或多個等離子體熱源可向氣化器的核心延伸。在任何情況下， 等離子體熱源的位置根據(jù)系統(tǒng)的要求來選擇，并用于排出氣向產(chǎn)物氣體的
最佳轉化。
在一個實施方式中，用在等離子體重整器中的等離子體熱由DC非傳 送弧來提供。
在一個實施方式中，等離子體熱源位于一個或多個空氣和/或蒸汽輸入 端口附近，這樣使得空氣和/或蒸汽添加劑被注射入等離子體熱源的等離子 體放電通道。
在進一步的實施方式中，等離子體熱源可以是可移動的、固定的或它 們的組合。
在一個實施方式中，用在固體殘余物調(diào)節(jié)器中的等離子體熱由DC非 傳送弧焰炬來提供。在另一個實施方式中，用在固體殘余物調(diào)節(jié)器中的等 離子體熱由DC傳送弧焰炬來提供。
控制系統(tǒng)
為了優(yōu)化本發(fā)明的效率，也可選擇提供用于控制本過程執(zhí)行的條件以 及根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的運轉條件的系統(tǒng)。當氣體產(chǎn)物的終端只用產(chǎn)生電 時，控制系統(tǒng)也通過確保氣體組分和壓力維持在用來產(chǎn)生電的氣體引擎/ 發(fā)生器的容受范圍內(nèi)而提供最佳能量產(chǎn)生。
在本發(fā)明的 一個實施方式中，控制系統(tǒng)可被提供以控制實施在和/或通 過各種系統(tǒng)和/或本文所公開的子系統(tǒng)的一個或多個過程；和/或提供本文 所涵蓋的用于影響這樣的過程的一個或多個過程裝置的控制。通常，控制系統(tǒng)可才喿作性地控制以下各種局部和/或區(qū)域過程與癥合定系統(tǒng)、子系統(tǒng)或 其元件相關，和/或與諸如氣化系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)實施的 一個或多個全局過程相 關，在所述系統(tǒng)內(nèi)或與所述系統(tǒng)協(xié)作可運轉本發(fā)明的各種實施方式，并從 而調(diào)節(jié)其的各種適合影響指定結果的這些過程的控制參數(shù)。各種傳感元件 和響應元件因此分布在整個控制系統(tǒng)中，或與其的一個或多個元件相關， 并用來獲得各種過程、反應物和/或產(chǎn)物特征，將這些特征與有助于實現(xiàn)預 期結果的這種特征的適合范圍相比，以及經(jīng)由一個或多個可控過程裝置通 過在一個或多個進行的過程中實施變化來響應。
通常，所述控制系統(tǒng)通常包括，例如， 一個或多個用于感測與系統(tǒng)相 關的一個或多個特征的傳感元件，在所述系統(tǒng)中實施過程，因而提供輸入， 和/或從而產(chǎn)生輸出。 一個或多個計算平臺互通地連接于這些傳感元件用于
訪問(accessing)表示感測的特征的特征值，且配置該計算平臺以將所述 特征值與限定以表征這些特征適合用于選擇的操作和/或下游結果的這樣 的值的預定范圍相比較，并計算一個或多個有助于維持所述特征值在該預 定范圍之內(nèi)的一個或多個過程控制參數(shù)。多個反應元件可因此可#:作性地 連接至一個或多個過程裝置，所述過程裝置可操作來影響所述系統(tǒng)、過程 輸入和/或輸出并因而調(diào)整氣體的所述感測的特征，以及互通地連接至所述 計算平臺用于訪問計算出的控制參數(shù)并隨之運轉過程裝置。
在一個實施方式中，所述控制系統(tǒng)提供與含碳原料向氣體轉化相關的 各種系統(tǒng)、過程、輸入和/或輸出的反饋、前饋和/或預測控制，以促進一 個或多個與其相關所實施的過程的效率。例如，可評估各種過程特征，并 可控制地調(diào)節(jié)之以影響這些過程，其可包含，但不限于，原料的熱值和/ 或組分，產(chǎn)物氣體的特征(例如，熱值、溫度、壓力、流量、組分、碳含 量等)、考慮這種特征的變化程度，以及輸入成本與產(chǎn)出價值的比。連續(xù) 地和/或實時地對各種控制參數(shù)進行調(diào)整，其可包括，但不限于，熱源功率、 添加劑進給率(例如氧氣、氧化劑、蒸汽等)、原料進給率(例如， 一個 或多個不同的和/或混合的給料)、氣體和/或系統(tǒng)壓力/流量調(diào)節(jié)器(例如， 鼓風機、安全岡和/或調(diào)節(jié)閥、火花(flares)等)等等，其能夠以以下方 式來執(zhí)行根據(jù)設計和/或下游技術條件評估并優(yōu)化一個或多個與過程相關 的特征。
可選擇地，或除此之外，可以配置所述控制系統(tǒng)來監(jiān)控給定系統(tǒng)的各 種元件的運轉，用于確保適當?shù)倪\轉，用于確保所述過程在法律標準內(nèi)實
23施(當這才羊的標準適用時)。
根據(jù)一個實施方式，所述控制系統(tǒng)可進一步用在監(jiān)控和控制給定系統(tǒng) 的總能量沖擊。例如，可這樣操作給定系統(tǒng)使得其能量沖擊減少，或再次 優(yōu)化，例如通過優(yōu)化一個或多個所實施的過程，或再次通過增加由這些過 程所產(chǎn)生的能量(例如，廢熱)的回收。可選擇地，或除此之外，可以配 置所述控制系統(tǒng)來調(diào)整經(jīng)由所述控制的過程產(chǎn)生的產(chǎn)物氣體的組分和/或 其它特征(例如，溫度、壓力、流量等)，這樣使得這種特征不僅僅適應
于下游使用，而且對有效的和/或最佳使用也基本上是最佳的。例如，在所 述產(chǎn)物氣體用于驅動給定種類的氣體引擎來產(chǎn)生電的實施方式中，可這樣
調(diào)節(jié)所述產(chǎn)物氣體的特征使得這些特征與這種引擎的最佳輸入特征最佳 地匹配。
在一個實施方式中，可以配置所述控制系統(tǒng)來調(diào)整給定過程，這樣使 得關于各種元件中反應物和/或產(chǎn)物的停留時間，和/或關于整個過程中各 個過程的限制或性能指標被滿足和/或最優(yōu)化。例如，可控制上游過程速率 來基本上匹配一個或多個后續(xù)的下游過程。
此外，在不同的實施方式中，控制系統(tǒng)可適用于以連續(xù)和/或實時方 式的給定過程的各方面的順序和/或同時控制。
通常，所述控制系統(tǒng)可以包括適用于現(xiàn)有的應用(the application at hand)的任何種類的控制系統(tǒng)結構。例如，所述控制系統(tǒng)可以包括基本上 集中的控制系統(tǒng)、分布式的控制系統(tǒng)或它們的組合。集中控制系統(tǒng)一般將 包括中央控制器，該中央控制器被配置以與各種局部和/或遠程傳感裝置互 通；和響應元件，該響應元件纟皮配置以分別感測與控制過程有關的各種特 征并通過一個或多個適用于直接或間接地影響所述控制過程的控過程裝 置來對此響應。使用集中結構，經(jīng)由一個或多個集中處理器(centralized processor)在中央實施大多數(shù)計算，這樣使得用于實施所述過程的控制的 大多數(shù)必需硬件和/或軟件位于同一個位置。
分布式的控制系統(tǒng)將通常包括兩個或多個分布式控制器，其可以各自 與各個傳感和響應元件連通用于監(jiān)控局部和/或區(qū)域特;〖正，且經(jīng)由局部和/ 或區(qū)域過程裝置(其被配置以影響局部過程或子過程)來對其反應。連通 也可以經(jīng)由各種網(wǎng)絡配置發(fā)生在分布式控制器之間，其中經(jīng)由第 一控制器 感測的特征可傳達至第二控制器用于在那里進行響應，其中這種遠端響應 可以對在第一位置感測的特征起作用。例如，下游產(chǎn)物氣體的特征可以通過下游監(jiān)控裝置感測，且通過調(diào)整控制參數(shù)來調(diào)整，所述控制參數(shù)與通過 下游控制器控制的轉化器相關。在一個分布式結構中，控制硬件和/或軟件
也分布在控制器之間，其中同樣的但模塊化(modularly)配置的控制方案 (control scheme )可以在各個控制器上實施(implemented),或者各種合 作的模塊化控制方案可以在各自的控制器上實施。
另外，所述控制系統(tǒng)可以再分為分離的但是連通地連接的局部、區(qū)域 和/或全局控制子系統(tǒng)。這種結構可以允許進行給定過程或相關過程系列發(fā) 生并具有與其它局部控制子系統(tǒng)最小相互作用而局部地被控制。全局主控 制系統(tǒng)隨后可以與各自的局部控制子系統(tǒng)連通來向局部過程引導必要的 調(diào)整用于全局結果。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)可以4吏用任何上述結構，或任何其它本領域普遍已 知的結構，其被視為在本^^開內(nèi)容的總的范圍和本質(zhì)中。例如，在本發(fā)明 的上下文內(nèi)控制的和實施的過程可在專門的局部環(huán)境中控制，當可適用 時，可選地外部連通至用于相關上游或下游過程的任何中央和/或遠程控制 系統(tǒng)。另外，所述控制系統(tǒng)可包括設計以協(xié)作控制區(qū)域和/或全局過程的局 部和/或全局控制系統(tǒng)的子元件。例如，可這樣設計模塊化控制系統(tǒng)使得控 制模塊交互式地控制系統(tǒng)的各種子元件，同時根據(jù)局部和/或全局控制的需 要提供模塊間連通。
所述控制系統(tǒng)通常包括一個或多個中央、網(wǎng)絡和/或分布式處理器；一 個或多個輸入，用于接收當前從所述各種傳感元件感測的特征；以及一個 或多個輸出，用于將新的或更新的控制參數(shù)傳達至各種響應元件。所述控 制系統(tǒng)的一個或多個計算平臺也可包括一個或多個局部和/或遠程計算機 可讀媒體(例如，ROM、 RAM、可移動媒體、局部和/或網(wǎng)絡訪問媒體等)，
用于在其中存儲各種預定和/或再調(diào)整的控制參數(shù)、設置或優(yōu)選的系統(tǒng)和過 程特征運轉范圍、系統(tǒng)監(jiān)控和控制軟件、操作數(shù)據(jù)等等。任選地，所述計 算平臺也可直接地或經(jīng)由各種數(shù)據(jù)存儲裝置訪問過程模擬數(shù)據(jù)和/或系統(tǒng) 參數(shù)優(yōu)化和建模裝置。另外，所述計算機平臺可裝備一個或多個可選圖形 用戶界面和輸入外圍設備，用于向所述控制系統(tǒng)提供管理訪問(系統(tǒng)升級、 維護、修改、針對新系統(tǒng)模塊和/或設備的適應修改，等等)，以及各種可 選輸出外圍設備，用于連通外源(例如，現(xiàn)代、網(wǎng)絡連接、打印機等)數(shù) 據(jù)與信息。
所述處理系統(tǒng)和任何一個所述子處理系統(tǒng)能夠包括專有硬件或任何硬件和軟件的組合。任何子處理系統(tǒng)能夠包括以下的任何組合無或多個
比例(P)、積分(I)或微分(D)控制器，例如P控制器、I控制器、PI 控制器、PD控制器、PID控制器等。對于本領域技術人員顯而易見的是P、 I和D控制器組合的理想選擇依賴于所述氣化系統(tǒng)部分反應過程的動力學 和延遲時間和所述組合意圖控制的運轉條件的范圍，以及所述組合控制器 的動力學和延遲時間。對于本領域中技術人員顯而易見的是所述組合能夠 以模擬硬連線的形式來實施，其能夠經(jīng)由傳感元件連續(xù)地監(jiān)控特征值，并 經(jīng)由響應元件將其與指定值進行比較來影響各自的控制元件以作適當?shù)?調(diào)整來降低所述觀察值和指定值之間的差異。對于本領域中技術人員更為 顯而易見的是，所述組合能夠在混合數(shù)字硬件軟件環(huán)境中實施。附加的任 意采樣(additionally discretionary sampling )、數(shù)據(jù)獲取和數(shù)字處理的相應 效應對本領域技術人員是已知(well known)的。P、 I、 D組合控制能夠 在前饋和反饋控制方案中實施。
在校正或反饋控制中，經(jīng)由合適的傳感元件監(jiān)控的控制參數(shù)或控制變 量值與指定值或范圍相比較?？刂菩盘柣趦蓚€值之間的偏差來確定，并 將其提供給控制元件，以便降低所述偏差。應當理解常規(guī)反饋或響應控制 系統(tǒng)可進一步適合于包括適應的和/或預測性的元件，其中對給定條件的響 應可以根據(jù)模擬的和/或先前監(jiān)控的反應來定制以對感測的特征提供響應， 同時限制補償作用中潛在的過沖(overshoot)。例如，提供給給定系統(tǒng)配 置的獲得的和/或歷史的數(shù)據(jù)可以合作地用來調(diào)整對系統(tǒng)和/或過程特征的 響應，所述特征從最優(yōu)值中感測、在給定的范圍中，先前對最優(yōu)值的響應 已經(jīng)被監(jiān)控且調(diào)整以提供理想的結果。這種適應的和/或預測的控制方案是 本領域已知的，且同樣地不認為脫離本公開內(nèi)容的總的范圍和本質(zhì)。
控制元件
涵蓋在本文中的傳感元件，如以上所限定和描述的，被提供來監(jiān)控一 個或多個參數(shù)，其包含，但不限于，整個系統(tǒng)指定位置處的溫度和氣體流 率、氣體壓力、氣化器中原料堆的高度、氣體組合物和熱值。
涵蓋在本文中的響應元件，如以上所限定和描述的，可能包含，但不 限于，各種操作性地耦合至過程相關的裝置的控制元件，所述過程相關的 裝置被配置以通過調(diào)整與之相關的給定控制參數(shù)影響給定過程。例如，可 在本文內(nèi)經(jīng)由一個或多個響應元件操作的過程裝置可包含，但不限于，空氣和產(chǎn)物氣體鼓風機、原料輸入、壓力和溫度調(diào)節(jié)器、橫向移動單元和等 離子體熱源。因此，可由所述控制子系統(tǒng)的響應元件調(diào)整的操作性條件的 實例包含一個或多個交換空氣流率(即，過程空氣鼓風機速度)、原料輸 入速率、原料輸入率(例如，MSW比高碳原料)、系統(tǒng)壓力、橫向移動單 元的運動、過程添加劑(諸如蒸汽)的輸入速率和等離子體熱源的功率。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述控制子系統(tǒng)包括溫度傳感元件，以 監(jiān)控位于整個系統(tǒng)位置的溫度。用于監(jiān)控所屬溫度的溫度傳感元件可以是 根據(jù)需要安裝在所述系統(tǒng)中特定區(qū)域的溫度傳送器，諸如熱電偶或光學溫 度計。
圖9描述了用于監(jiān)控和控制所述系統(tǒng)內(nèi)的溫度、指示溫度傳送器和流
量調(diào)節(jié)器在整個系統(tǒng)所安裝的特定區(qū)域的各種裝置的概況。例如，溫度傳
送器5982被定位來監(jiān)控在氣體-空氣熱交換器產(chǎn)物氣體出口 5923處的產(chǎn)物 氣體的溫度。溫度傳送器5981也被定位來監(jiān)控在所述氣體-空氣熱交換器 5109的交換空氣出口 5917處的加熱的交換空氣5015的溫度。
溫度傳送器也可被定位于整個轉化器中，以便監(jiān)控氣化過程和重整過 程期間過程的溫度。例如，監(jiān)控氣化過程在其中發(fā)生的轉化器的區(qū)域的溫 度，通過維持原料堆在盡可能高的溫度盡可能長的時間且沒有達到將熔化 或團聚原料的溫度，來確保優(yōu)化轉化效率。為了根據(jù)氣化過程不同階段的 要求穩(wěn)定所述溫度，所述堆內(nèi)的溫度控制通過調(diào)節(jié)控制閥5994A、 5994B 和5994C調(diào)整加熱的交換空氣流入氣化器2009的給定區(qū)域來實現(xiàn)。分別 通過溫度傳送器5984A、 5984B和5984C來測量不同階段的溫度?？刂茪?化過程的不同階段的溫度也可通過以下來實現(xiàn)原料通過所述橫向移動單 元受控運動穿過所述氣化器。
所述轉化器的重整區(qū)域3009的溫度由溫度傳送器5983來監(jiān)控。等離 子體焰炬2980的功率根據(jù)需要來調(diào)節(jié)，以便穩(wěn)定所述重整區(qū)域3009中的 溫度從而維持用于將排出氣、揮發(fā)物、焦油和煤煙完全重整指定氣體產(chǎn)物 的最佳溫度。
安裝在所述交換空氣出口 5917處以測量加熱的交換空氣的溫度的溫 度傳送器5981，確保所述熱循環(huán)過程在以下條件下執(zhí)行確保將所述空氣 加熱至用在氣化過程的合適的溫度。例如，如果用在氣化器中的交換空氣 的最佳溫度是約60(TC,安裝在空氣流出口的溫度傳送器將用來確保所述 交換空氣的溫度不超過例如625°C。為了避免向所述氣化過程提供太多的加熱的交換空氣(或太熱的交換空氣)，其可能造成過熱所述原料，打開
控制閥5990以將額外的交換空氣排出大氣。
因此，也可任選地提供用于控制用于將交換空氣排出大氣的控制閥
5990的裝置。例如，在一些情況下，由于設備的考慮(例如，當啟動關閉 程序時)加熱比所述過程要求更多的空氣是必需的。在這樣的情況下，根
據(jù)要求所述交換空氣能夠被排出。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述控制策略為最適宜的加熱交換空氣 輸出溫度設置固定設置點，例如，約600°C。在這樣的實施方式中，甚至 當穿過氣體-空氣熱交換器的交換空氣流減少時，所述氣體-空氣熱交換器 的排出氣體溫度將保持相同。穿過所述氣體-空氣熱交換器的減少的空氣流 將因而引起以下產(chǎn)物氣體增加的溫度從所述氣體-空氣熱交換器排出，并 進入下一階段的過程，例如，熱回收蒸汽發(fā)生器。當穿過系統(tǒng)的氣流被減 少時，然而，產(chǎn)物氣流將因而減少，因此，所述熱回收蒸汽發(fā)生器的增加 的產(chǎn)物氣體進口的溫度將僅僅暫時是高的。例如，如果空氣流減少至50 %，所述蒸汽發(fā)生器的最大產(chǎn)物氣體進口溫度將暫時顯示約800°C,其在 本設計的溫度限制內(nèi)。
監(jiān)控所述氣體-空氣熱交換器進口處的產(chǎn)物氣體的溫度也能夠確保當 其進入各自的熱交換器中時產(chǎn)物氣體的溫度不超過那個裝置的理想運轉 溫度。例如，如果對所迷氣體-空氣熱交換器的設計溫度是105CTC,那么 從溫度轉送器獲得的關于所述空氣流進入所述熱交換器的溫度數(shù)據(jù)能夠 用來控制穿過所述系統(tǒng)的交換空氣流率和等離子體熱源，以便維持最佳產(chǎn) 物氣體溫度。此外，在所述氣體-空氣熱交換器的產(chǎn)物氣體出口處的產(chǎn)物氣 體溫度的測量對以下是有用的確保最適宜量的顯熱已經(jīng)從熱回收階段的 產(chǎn)物氣體被回收。
如果排出所述轉化器的氣體的溫度超過預確定限制，這可能暗示管 正開始堵塞，此時應該關閉所述系統(tǒng)用于維護。因而，所述熱交換器根據(jù) 需要具有用于方便檢查和維護的端口 。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述控制子系統(tǒng)包括監(jiān)控整個氣化系統(tǒng) 壓力和氣體流率的傳感元件。這些壓力傳感元件可包含位于例如氣化器的 豎值壁或與所述氣化系統(tǒng)(諸如氣體存儲槽)的下游元件相關聯(lián)的系統(tǒng)中 的諸如壓力轉換器的壓力傳感器、壓力傳送器或壓力計接頭。
與所述系統(tǒng)中的壓力和氣流相關的的數(shù)據(jù)由所述控制子系統(tǒng)用來確
28定調(diào)節(jié)諸如焰炬功率或固體殘余物材料的添加率的參數(shù)是否是必需的。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述控制子系統(tǒng)包括響應元件，所述響 應元件用于調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)內(nèi)的壓力， >久而維持所述系統(tǒng)中的預期壓力在某 個指定的承受范圍內(nèi)。例如當調(diào)節(jié)所述產(chǎn)物氣體鼓風機速度或交換空氣輸 入率時造成的任何壓力變化，通過調(diào)整由所述控制子系統(tǒng)確定的某些搡作 參數(shù)來校正。
圖10描述用于監(jiān)控和控制整個系統(tǒng)的產(chǎn)物氣體壓力和流量的各種裝 轉化器1010處的交換空氣流量控制閥，在那里，例如氣體儲存槽壓力的
下降發(fā)送信號來增加進入所述氣化器2010的交換空氣流量，反之亦然。 進入氣化器2010的交換空氣流量使用控制閥5994A、 5994B和5994C來 控制。傳遞給所述氣化器2010的增加量的交換空氣5015造成原料氣化的 速率增加，從而產(chǎn)生增加流量的產(chǎn)物氣體5020(以及增加了所述系統(tǒng)的壓 力)。
對所述氣化器2010中的交換空氣5015要求的任何變化影響由壓力傳 送器5095測量的過程空氣鼓風機的排出壓力，其然后調(diào)整所述過程空氣 鼓風機5012上的可變頻率驅動(VFD)的速度。當在所述儲存槽7010中 檢測為低壓時，所述過程空氣鼓風機5012的速度增加，當在所述儲存槽 中檢測為高壓時，所述速度降低。當產(chǎn)生增加量的氣體時，所述控制子系 統(tǒng)也可自動調(diào)整氣體鼓風機VFD的速度來緩解該壓力增加，傳送更多的 氣體給所述儲存槽造成所述儲存槽的壓力增加。
由位于整個系統(tǒng)的壓力傳感器響應獲得的數(shù)據(jù)，根據(jù)所述系統(tǒng)中的壓 力正增加(由此風扇將降低速度)還是下降(由此風扇將降低速度)來調(diào) 整所述下游感應鼓風機的速度。在一個實施方式中，連續(xù)獲得與整個系統(tǒng) 點壓力(pressure at points )相關的數(shù)據(jù)，從而允許所述控制子系統(tǒng)對所述 風扇速度進行頻繁調(diào)整，以將所述系統(tǒng)壓力維持在預確定設置點內(nèi)。
在一個實施方式中，所述系統(tǒng)維持在相對于大氣壓力的略負的壓力， 以防止氣體排入環(huán)境。
在一個實施方式中，使用位于所述氣化器下游的感應鼓風機調(diào)整內(nèi) 壓，所述感應鼓風機通過從所述氣化器中拉出產(chǎn)物氣體而運轉。因而釆用 的感應鼓風機維持所屬系統(tǒng)在大氣壓力或負壓下。在一個實施方式中，控 制闊被提供在氣體出口線上，以增加或限制由所述下游氣體鼓風機移除的
29氣體流量。
在維持正壓的系統(tǒng)中，這樣操作鼓風機使得所述產(chǎn)物氣體的移除率降 低，或甚至切斷，因此迫使所述氣體從所述系統(tǒng)"推，，出，從而造成更高 的(正的)壓力。
由于所述氣化過程(例如，焰炬故障、氣體線堵塞、或原料輸入中斷) 中的非均一條件，氣流可能發(fā)生波動。如果氣流波動持續(xù)，所述系統(tǒng)可能 切斷直到問題解決。
因為在氣化過程期間添加高碳原料、空氣和/或蒸汽過程添加劑影響轉 化化學，所以監(jiān)控產(chǎn)物氣體組分是值得的。在本發(fā)明的一個實施方式中， 所述控制系統(tǒng)包括傳感元件，以監(jiān)控所述氣體產(chǎn)物的組分。監(jiān)控所述產(chǎn)物 氣體的組分能夠，例如，釆用氣體分析儀來實現(xiàn)。氣體分析儀能夠確定， 例如，產(chǎn)物氣體的氫氣、 一氧化碳和/或二氧化碳的含量。能夠用來確定所
述產(chǎn)區(qū)氣體的化學組分的一種方法是通過氣體色譜(GC)分析。用于這些 分析的樣品點遍及整個系統(tǒng)中。在一個實施方式中，所述氣化組分使用傅 立葉變換紅外(FTIR)分析儀來測量，其測量氣體的紅外光譜。
盡管高溫分析裝置存在，但是組分通常在所述產(chǎn)物氣體冷卻之后并且 在其經(jīng)歷移除顆粒物和其它污染物的調(diào)節(jié)步驟之后進行測量。
所述產(chǎn)物氣體組分能夠通過控制氣化原料(MSW與HCF的比率)的 組分以及添加到所述氣化和重整反應的空氣和/或蒸汽過程添加劑的量來 控制。因此，所述控制系統(tǒng)提供裝置來控制MSW與HCF的比率、原料蒸 汽的添加率、以及添加到轉化器的空氣和/或蒸汽過程添加劑的量。
在本發(fā)明的 一 個實施方式中，所述控制子系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)輸入所述氣化 器和/或所述重整器的空氣的速率和/或量的裝置。在本發(fā)明的一個實施方 式中，所述控制子系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)輸入所述重整器的蒸汽的速率和/或量的裝 置。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述控制系統(tǒng)包括以下裝置調(diào)節(jié)輸入 所述氣化器的高碳原料(HCF)的添加率，對較高或較低碳輸入的過程要 求響應以提供理想的氣體組分。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述控制系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)MSW向所述氣 化器的添加率的裝置。所述MSW和任選地所述HCF的輸入使用許多選擇 的并適合材料添加形式的要求的可能的輸入裝置添加到所述氣化器中。所 述材料可以連續(xù)的方式添加，例如，通過使用旋轉螺旋或螺旋鉆機構。另外，所述材料可以不連續(xù)的方式添加，例如，通過使用推動器滑枕來根據(jù) 要求按部分添加材料。
通過調(diào)節(jié)給S螺旋:送器速度來控制。輸入率;尋根;居所述:口熱的交換空氣
輸入的加熱能力的要求來調(diào)節(jié)。
所述系統(tǒng)可進一步包括用于監(jiān)控和控制堆高度(或水平)的裝置，以 便在所述轉化器內(nèi)維持穩(wěn)定的處理條件。這提供在所述轉化器內(nèi)部維持穩(wěn) 定的堆高度的能力。控制所述堆高度防止來自交換空氣注射的材料流化 (其可能在低水平發(fā)生)，同時也防止由受限的氣流造成的所述堆不良的 溫度分布(其將可能在高水平發(fā)生)。維持穩(wěn)定的堆高度也確保一致的轉 化器停留時間。
氣化器中的一系列水平開關測量堆高度。在一個實施方式中，所述水 平開關是在氣化器的一側帶有發(fā)射器且在另一側帶有接收器的微波裝置， 其檢測在所述轉化器內(nèi)部那點處的固體材料的存在與否。
在本發(fā)明的一個實施方式中，提供橫向移動單元來移動穿過所述氣化 器的不同區(qū)域的氣化材料。在所述氣化器中的原料的量和位置是所述橫向 移動單元的給料速率和運動的函數(shù)。因此，在這樣一個實施方式中，所述 控制子系統(tǒng)包括控制材料根據(jù)要求移動穿過所述氣化器的不同區(qū)域的裝 置。
在一個實施方式中，所述橫向移動單元是滑枕，其中所述原料以由所
述沖程長度(stroke length)和頻率確定的速率傳送穿過所述氣化器的不同 區(qū)域。例如，所述控制子系統(tǒng)可采用限位開關或其他移動控制方式(諸如， 計算機控制可變速度馬達驅動器)來控制所述滑枕行程的長度、速度和/ 或頻度，從而能夠控制使用每個沖程移動材料的量。
在一個實施方式中，所述橫向移動單元包括一個或多個螺旋輸送器， 其中穿過氣化器的材料的移動率經(jīng)由傳送馬達可變頻率驅動器通過調(diào)節(jié) 輸送器速度來控制。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述控制子系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)等離子體熱源 的功率和任選地位置的裝置。例如，當在所述轉化器的氣體出口處產(chǎn)物氣
體的溫度太高時，所述控制子系統(tǒng)可支配等離子體熱源的額定功率下降。 氣化系統(tǒng)/過程的使用根據(jù)本發(fā)明，所述系統(tǒng)使用用于氣化原料的過程氣化原料，所述過程 通常包括將原料送入使其經(jīng)過熱交換空氣熱效應的轉化器的步驟。 一旦通 過交換空氣加熱，原料被干燥，且所述干燥的原料中的揮發(fā)成分被揮發(fā)。 在本發(fā)明的一個實施方式中，熱交換空氣進一步驅動生成的燒焦物完全轉 化為其氣態(tài)的組分，丟棄灰分副產(chǎn)物。所述干燥、揮發(fā)和燃燒步驟的合并 的產(chǎn)物提供排出氣，其進一步使來自等離子體熱源的熱來將排出氣轉化為 熱的包括以下的氣體產(chǎn)物 一氧化碳、二氧化碳、氫氣、水蒸氣(和由于 在氣化過程使用空氣產(chǎn)生的氮氣)。蒸汽和/或空氣過程添加劑可優(yōu)選地在 氣化階段和/或氣化轉化階段添加。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述過程進一步包括以下步驟使副產(chǎn) 物灰分通過第二等離子體熱源加熱來形成熔渣產(chǎn)物。
本發(fā)明的過程進一步包括以下步驟通過熱交換器傳送所述熱氣體產(chǎn) 物，將熱從所述熱的產(chǎn)區(qū)氣體傳送至空氣以產(chǎn)生加熱的交換空氣和冷卻的 產(chǎn)區(qū)氣體，以及使用所述含碳原料的氣化中的加熱的交換空氣。
本發(fā)明的過程進一步包括以下步驟將所述冷卻的氣體產(chǎn)物傳送至第 二熱交換器，將熱從第一冷卻的氣體傳送至水以產(chǎn)生進一步冷卻的氣體和 蒸汽。
本發(fā)明的過程通過補償電量來使得凈轉化率最大化，其中所述電量一皮 消耗以產(chǎn)生熱量來驅動所述氣化過程、驅動旋轉機器和激勵等離子體熱 源。對于具有產(chǎn)生電為目的的應用，功率通過以下來測量比較由整個氣 化過程所消耗的能量和使用所述產(chǎn)物氣體所產(chǎn)生的能量數(shù)，以及通過回收 顯熱來產(chǎn)生蒸汽以激勵蒸汽渦輪。
所述氣化過程可能進一步包括以下原料控制步驟基于產(chǎn)物氣體的流 率/壓力、溫度和/或組分的變化來調(diào)節(jié)供應給等離子體熱源的一個或多個 原料輸入率、交換空氣流率、產(chǎn)物氣體流率、蒸汽過程添加劑輸入率和功 率量。所述原料控制步驟因而允許所述合成氣的流率、溫度和/或組分維持 在可接受的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的一個實施方式中，所述過程進一步包括以下步驟在加入 所述轉化器之前預熱所述含碳原料。
在一個實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的氣化過程采用交換空氣加熱氣化器 至合適氣化原料的溫度。在另一個實施方式中，該實施方式典型地用在所 述系統(tǒng)的啟動階段，空氣被投料進入所述系統(tǒng)，借此其能夠使用等離子體
32熱加熱，或從所述氣化過程中的其他階段回收熱，以提供熱的啟動氣體， 該熱的啟動氣體然后進入所述氣體-空氣熱交換器來產(chǎn)生加熱的交換空氣。 所述加熱的交換空氣被傳送到所述交換空氣進口以加熱所述氣化器，這樣 使得整個過程能夠不使用化石燃料而運行。
圖IIA至圖lll描述各種用于根據(jù)本發(fā)明再循環(huán)熱的選項。
圖IIA是描述本發(fā)明的一個實施方式的方塊流程圖，其中熱的產(chǎn)物氣
體5020A通過氣化轉化器1000A中的含碳原料來產(chǎn)生。所述熱的產(chǎn)物氣 體5020A經(jīng)過熱交換器5100A，在那里所述熱從所述熱的產(chǎn)物氣體5020A 傳送至空氣5010A,所述空氣5010A由空氣鼓風機5012A吹過熱交換器 以產(chǎn)生加熱的交換空氣5015A和冷卻的產(chǎn)物氣體5025A。加熱的交換空氣 5015A然后返回轉化器IOOOA來驅動所述氣化過程。所述冷卻的產(chǎn)物氣體 5025A然后在穿過氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)6000A之前由干法淬火步驟6111A進一步 冷卻。所述產(chǎn)物氣體在冷卻和清潔之后，然后在氣體引擎5060A中燃燒， 且所述熱的燃燒氣體5061A被排到大氣。
圖IIB是描述本發(fā)明的一個實施方式的方塊流程圖，其中熱的產(chǎn)物氣 體5020B通過氣化轉化器1000B中的含碳原料來產(chǎn)生。所述熱的產(chǎn)物氣體 經(jīng)過熱交換器5100A,在那里所述熱從所述熱的產(chǎn)物氣體5020B傳送至空 氣5010B，所述空氣5010B由空氣鼓風機5012B吹過熱交換器以產(chǎn)生加熱 的交換空氣5015B和冷卻的產(chǎn)物氣體5023B。加熱的交換空氣5015B然后 返回轉化器1000A來驅動所述氣化過程。附加熱然后被傳送到水5030B 以產(chǎn)生蒸汽5035B。所述產(chǎn)物氣體在冷卻和清潔之后，然后在氣體引擎 5060B中燃燒，且所述熱的燃燒氣體5061B被排到大氣。
圖IIC是描述圖11B的實施方式的方塊流程圖，其中，來自氣體引擎 的熱的燃燒氣體5061B穿過第二熱回收蒸汽發(fā)生器5300C,在那里來自熱 的燃燒氣體的熱被傳送至水5030C來產(chǎn)生蒸汽5030C。
圖IID是描述圖11B的實施方式的方塊流程圖，其中，在熱回收蒸汽 發(fā)生器5300B中產(chǎn)生的蒸汽5035B用來激勵蒸汽渦輪5065D來產(chǎn)生電。
圖IIE是描述圖IIC的實施方式的方塊流程圖，其中，合并熱回收蒸 汽發(fā)生器(5300B和5300C)中產(chǎn)生的蒸汽(5035B和5035C ),并用來激 勵蒸汽渦輪5065E來產(chǎn)生電。
圖IIF是圖11B的實施方式的方塊流程圖，其中所述加熱的交換空氣 5015B也被傳入原料調(diào)節(jié)器5067F以在被投入轉化器1000B用于氣化之前
33預干燥原術+ 5088F。
圖IIG是描述圖11B的實施方式的方塊流程圖，其中在熱回收蒸汽發(fā) 生器5300B產(chǎn)生的蒸汽5035B用來間接地加熱原料調(diào)節(jié)器5067G,從而在 投入轉化器1000B用于氣化之前預干燥原料5088G。
圖11H是描述本發(fā)明的實施方式的方塊流程圖，其中熱的產(chǎn)物氣體 5020H通過氣化轉化器1000H中的含碳原料來生產(chǎn)。所述熱的產(chǎn)物氣體 5020H穿過熱交換器5100H,在那里熱從所述熱的產(chǎn)區(qū)氣體5020H傳送至 空氣(其通過空氣鼓風機5025H吹過熱交換器)，以生產(chǎn)加熱的交換空氣 5015H和冷卻的產(chǎn)物氣體5025H。所述加熱的交換空氣5015H然后返回所 述轉化器1000H來驅動所述氣化過程。所述冷卻的產(chǎn)物氣體然而穿過氣體 調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所述產(chǎn)物氣體，在冷卻和清潔之后，然后在氣體引擎5060H中 燃燒，且所述熱的燃燒氣體5061H被排出大氣。該實施方式包含固體殘余 物調(diào)節(jié)步驟，其中在固體殘余物調(diào)節(jié)器4020H中產(chǎn)生的熱氣體也穿過熱交 換器5105H,其中來自熱氣體的熱被傳送至空氣5110H (被吹過所述熱交 換器5105H)以生產(chǎn)第二加熱的空氣產(chǎn)物5115H。第二加熱的空氣產(chǎn)物 5115H然后用來間接地加熱原料調(diào)節(jié)器5067H,從而在給料進入所述氣化 器1000H用于氣化之前預干燥所述原料5088H。
圖lll是描述本發(fā)明的一個實施方式的方塊流程圖，其中熱的產(chǎn)物氣 體50201通過氣化轉化器10001中的含碳原料來生產(chǎn)。所述熱的產(chǎn)物氣體 50201穿過熱交換器51001,在那里熱^v所述熱的產(chǎn)物氣體50201傳送至空 氣，所述空氣由空氣鼓風機50121吹過所述熱交換器，以生產(chǎn)加熱的交換 空氣50151喝冷卻的產(chǎn)物氣體50251。所述加熱的交換空氣50151然后返回 轉化器10001以驅動所述氣化過程。所述冷卻的產(chǎn)物氣體50251然后穿過 氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)60001，并進入用于儲存和均化所述氣體產(chǎn)物70001的系統(tǒng)。 然后在氣體引擎50601中燃燒部分產(chǎn)物氣體51251,并將所述熱的燃燒氣 體50611排到大氣中，同時在氣體燃燒器中燃燒另 一部分產(chǎn)物氣體52251, 以為預熱另一個氣化系統(tǒng)的轉化器10051提供熱。
本發(fā)明現(xiàn)在將結合具體實施例進行描述。應當理解以下實施例意圖描 述本發(fā)明的實施方式，并不意圖以任何方式限制本發(fā)明。
實施例
通常，本發(fā)明的系統(tǒng)通過將交換空氣投入轉化器來使用，在所述轉化
34器中使原料經(jīng)歷足夠的熱以允許氣化反應發(fā)生。
在圖12和13所描述的示例性的實施方式中，所述氣化器2100和2200 各自具有三個底板水平或階梯的階梯式底板。任選地，每個底板水平傾斜 在約5和約IO度之間。在一個階梯氣化器中，單獨的階梯(底板水平) 提供適合于氣化過程的各自的干燥、揮發(fā)和燒焦物-灰分轉化階段的條件， 從而允許最優(yōu)化所述氣化過程。
在每一個這些示例性氣化器中，原料被投到第一個階梯上，在該階梯 提供條件使得此處的主要過程是千燥過程，其具有一些揮發(fā)和燒焦物-灰分 轉化。該階梯的正常溫度范圍(當在材料堆的底部測量時)是在300和900 。C之間。
所述干燥的原料然后傳送至第二階梯，在該階梯提供條件這樣使得此 處的主要過程是揮發(fā)所述干燥的原料以形成燒焦物的過程，其具有小程度 (殘余物)的干燥操作以及一些燒焦物-灰分轉化。該階梯的正常的溫度范 圍是在400和950。C之間。
所述燒焦物然后被傳送到第三階梯，在該階梯提供條件這樣使得此處 的主要過程是具有較少量(殘余物)揮發(fā)的燒焦物-灰分轉化過程。正常的 溫度范圍是在600和IOO(TC之間。
^爭過所述階梯的運動由^f黃向傳送單元實現(xiàn)，且每個階梯任選地由獨立 控制的橫向傳送單元來服務。
在圖12所述的氣化器的實施方式中，所述氣化器2100包括具有原料 輸入2104的耐火材料襯里的水平取向氣化室2102、氣體出口 2106和固體 殘余物出口 2108。所述氣化室2102具有多個底板水平2112、 2114和2116 的階梯式底板。每個底板水平具有一系列位于最接近于所述底板水平側壁 的交換空氣進口 2126,以允許添加交換空氣。調(diào)節(jié)交換空氣的輸入來促進 反應物材料的氣化。
在圖13描述的氣化器的實施方式中，所述氣化器2200包括具有原料 輸入2204的耐火襯里水平取向氣化室2202、氣體出口 2206和固體殘余物 出口 2208。所述氣化室2202具有多個底板水平2212、 2214、 2216的階梯 底板。
每個水平或階梯具有穿孔的底板，通過該穿孔的底板能夠引入加熱的 空氣。每個水平或階梯的空氣給料是獨立可控制的。穿過所述穿孔的底板 2270的獨立的空氣給料和分布通過在每個階梯形成底板的分隔的空氣箱2272、 2274和2276來實現(xiàn)。
圖14圖示了代表性的空氣箱，其清楚地示出所述空氣箱的穿孔的頂 板2302，以及用于連接至所述交換空氣管道系統(tǒng)的連接法蘭2280。
在所述氣化器中形成的排出氣然后進一步使用等離子體熱源和任選 地使用蒸汽和附加的加熱交換空氣在重整室進行處理。這些添加劑任選地 在重整步驟中添加，以確保形成具有定義組分的產(chǎn)物氣體。重整步驟期間 的溫度維持在足夠保持反應處于合適水平的高度的范圍內(nèi)，以確保完全轉 化為所述定義氣體產(chǎn)物，通知最小化污染生產(chǎn)。在示例性的實施方式中， 重整階段的溫度范圍是約900。C至約1300°C。
如果，在形成階段之后，產(chǎn)物氣體的溫度太高，任選地加入蒸汽以降 低所述產(chǎn)物氣體的排出溫度。在溫度約900。C至約IIO(TC下，所述產(chǎn)物氣 體從等離子體重整區(qū)排出。在所述示例性實施方式中，產(chǎn)物氣體的排出溫 度是約1000°C +/- 100。C。熱的產(chǎn)物氣體的流率是約6000Nm3/hr至約9500 Nm3/hr,典型地約7950 Nm3/hr。然后所述熱的產(chǎn)物氣體傳入氣體-空氣熱 交換器。
在本實施例中，空氣在環(huán)境溫度(即，約-30至約40°C )下進入所述 氣體-空氣熱交換器。所述空氣使用空氣鼓風機循環(huán)穿過所述系統(tǒng)，以約 1000 Nm3/hr至5150 Nm3/hr的速率，典型地以4300 Nm3/hr的速率進入所 述氣體-空氣熱交換器。
在本實施例中，在所述熱交換器中加熱所述空氣以產(chǎn)生具有溫度約 50(TC至約625。C的交換空氣。在所述示例性的實施方式中，所述交換空氣 溫度是約600°C。所述熱的產(chǎn)物氣體，轉而被冷卻至溫度約50(TC至約 800°C。在所述示例性的實施方式中，所述產(chǎn)物氣體的溫度約740°C。所述 加熱的交換空氣通過所述交換空氣進口傳入所述氣化器以氣化所述原料， 如以上所討-淪的。
所述示例性實施方式的氣體-空氣熱交換器是殼管型熱交換器，其被具 體設計用于負荷在所述產(chǎn)物氣體中的高水平的顆粒物，其中所述產(chǎn)物氣體 在管側流動，而當前所述空氣在殼側相反地流動。
在所述示例性的實施方式中，所述冷卻的產(chǎn)物氣體進一步使用干法淬
火步驟來冷卻，以移除來自所述產(chǎn)物氣體的余熱，從而根據(jù)后續(xù)的過濾和
調(diào)節(jié)步驟的要求提供冷卻的產(chǎn)物氣體。所述冷卻的產(chǎn)物氣體然后進一步穿 過氣體調(diào)節(jié)階段而移除酸性氣體、重金屬、顆粒物和其它污染物。
36氣化過程的殘余物副產(chǎn)物通過使用專門的等離子體熱源在殘余物調(diào) 節(jié)室中調(diào)節(jié)。所述殘余物調(diào)節(jié)步驟的產(chǎn)物是惰性熔渣材料和熱氣體。
盡管本發(fā)明已經(jīng)結合某些具體實施方式
進行了描述，但是本領域技術 人員將清楚它的各種修改未脫離本發(fā)明的精神和范圍，如所附權利要求列 出的。
在本說明書中提及的所有專利、出版物的公開內(nèi)容，包括公布的專利 申請和數(shù)據(jù)輸入在此整體具體引用作為參考，其相同程度如同各自這樣的 單獨專利、出版物和數(shù)據(jù)輸入被具體地和分別地表明引用作為參考。
權利要求
1. 一種將從熱氣體回收的熱量再循環(huán)至含碳原料氣化器的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括將所述熱氣體傳送至氣體-流體熱交換器的裝置，其中來自所述熱氣體的熱量被傳送至流體以產(chǎn)生經(jīng)加熱的流體和經(jīng)冷卻的氣體；將所述加熱的流體傳送至所述氣化器的裝置；以及控制系統(tǒng)，其包括用于監(jiān)控所屬系統(tǒng)的運轉參數(shù)的傳感元件，和用于調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)內(nèi)的運轉條件以優(yōu)化所述氣化過程的響應元件；其中所述響應元件根據(jù)從所述傳感元件獲得的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)內(nèi)的所述運轉條件，從而通過使所述過程的能量消耗最小化同時也使得能量產(chǎn)生最大化來優(yōu)化氣化過程的效率。
2. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述熱氣體是在含碳原料氣化過 程期間產(chǎn)生的氣體。
3. 根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述流體是空氣、水、油、氮氣 或二氧化碳。
4. 根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述流體是空氣，以及所述氣體 -流體熱交換器是氣體-空氣熱交換器。
5. 根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述流體是水，以及所述氣體-流體熱交換器是熱回收式蒸汽發(fā)生器。
6. —種將從熱氣體回收的熱量再循環(huán)進入含碳原料氣化器的系統(tǒng)，所 述系統(tǒng)包括將所述熱氣體傳送至氣體-空氣熱交換器的裝置，其中來自所述熱氣體 的熱量被傳送至空氣以產(chǎn)生經(jīng)加熱的空氣和經(jīng)冷卻的氣體；以及 將所述加熱的空氣傳送至所述氣化器的裝置。
7. 根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述熱氣體是在含碳原料氣化過 程期間在氣化器中產(chǎn)生的氣體。
8. 根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述將熱氣體傳送至所述氣體-空氣熱交換器的裝置包括在所述氣化器上的熱氣體出口和所述氣體-空氣 熱交換器上的熱氣體進口之間提供流體連通的熱氣體管道系統(tǒng)，以及所述 將所述經(jīng)加熱的空氣傳送至所述氣化器的裝置包括在所述氣體-空氣熱交 換器上的熱空氣出口和所述氣化器上的空氣進口之間提供流體連通的空氣管道系統(tǒng)，其中所述熱氣體通過所述熱氣體管道從所述氣化器傳送至所 述氣體-空氣熱交換器，以及所述經(jīng)加熱的空氣通過所述空氣管道系統(tǒng)從所 述氣體-空氣熱交換器傳送至所述氣化器上的所述空氣進口中。
9. 一種方法，其用于通過使用氣體-流體熱交換器將來自氣化過程所的效率，其中所述氣體-流體熱交換器包括與經(jīng)冷卻產(chǎn)物氣體出口相連通的 熱產(chǎn)物氣體進口，以及與經(jīng)加熱流體出口連通的冷流體進口 ，所述方法包括以下步驟將所述熱產(chǎn)物氣體通過所述熱產(chǎn)物氣體進口傳送至所述氣體-流體熱交換器內(nèi)；將所述冷流體通過所述冷流體進口傳送至所述氣體-流體熱交換器內(nèi)； 將來自所述熱產(chǎn)物氣體的熱量經(jīng)由所述氣體-流體熱交換器傳送至所 述冷的流體，以產(chǎn)生經(jīng)由經(jīng)冷卻產(chǎn)物氣體出口從所述熱交換器排出的經(jīng)冷 卻產(chǎn)物氣體，以及經(jīng)由經(jīng)加熱流體出口從所述熱交換器排出的經(jīng)加熱產(chǎn)物 氣體；以及使用所述經(jīng)加熱流體為所述含碳原料氣化過程提供熱量。
10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述流體是空氣，以及所述氣 體-流體熱交換器是氣體-空氣熱交換器。
全文摘要
本發(fā)明提供將從含碳原料氣化過程的熱的產(chǎn)物回收的熱量再循環(huán)返回至所述氣化過程的系統(tǒng)。所述熱的氣態(tài)產(chǎn)物用來加熱諸如空氣和水的工作流體，以產(chǎn)生熱的空氣、熱的水或蒸汽。所述經(jīng)加熱的流體用來將熱量返回至所述氣化過程。所述系統(tǒng)也包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)通過使所述過程的能量消耗最小化以及同時使能量產(chǎn)生最大化而優(yōu)化氣化過程的效率。
文檔編號C10J3/00GK101479365SQ200780024577
公開日2009年7月8日 申請日期2007年5月7日 優(yōu)先權日2006年5月5日
發(fā)明者A·A·麥克萊恩, A·特沙科里斯, D·M·費斯拜, K·C·坎貝爾, M·斯溫, P·B·馬索, S·D·巴沙姆 申請人:普拉斯科能源Ip控股公司畢爾巴鄂-沙夫豪森分公司