專利名稱：具有加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化和氣體重組的氣化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣化領(lǐng)域，特別是涉及一種用于發(fā)電的含碳原料氣化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氣化是能夠從碳基原料(稱為含碳原料)生產(chǎn)可燃?xì)怏w或合成氣體(如H2、CO、 CO2XH4)的過程。該氣體可用于發(fā)電或作為基礎(chǔ)原料以生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品和液體燃料。該過程 能夠生產(chǎn)這樣的氣體，該氣體既可用于發(fā)電，也可作為主要基礎(chǔ)原料以制造化學(xué)產(chǎn)品及運(yùn) 輸燃料。該氣體可特別用于在鍋爐內(nèi)燃燒生產(chǎn)蒸汽，以供內(nèi)部加工和/或其他外部用途 使用；或供蒸汽汽輪機(jī)發(fā)電；在燃?xì)廨啓C(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)直接燃燒來發(fā)電；燃料電池；生產(chǎn)甲醇 和其他液體燃料；作為另外的原料來生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品，如塑料和化肥；提取氫氣和一氧化碳 作為離散的工業(yè)燃?xì)猓灰约叭绻枰?，其他工業(yè)熱量需要。氣化不是焚燒或燃燒過程。焚燒和燃燒過程運(yùn)行以使用過量氧氣來熱破壞含碳原 料，從而產(chǎn)生二氧化碳、水、二氧化硫、二氧化氮及熱量。焚燒也產(chǎn)生底部灰渣和粉煤灰，在 大多數(shù)情況下，它們必須作為危險(xiǎn)物料收集、處理和處置。與此相比，氣化過程則在缺氧或 限氧條件之下運(yùn)行，并且產(chǎn)生原料氣體組合物，其包含H2、COi2S和NH2。經(jīng)過清洗，初級(jí)氣 化產(chǎn)物為吐和Co。與焚燒相比(其使用過量空氣操作以完全轉(zhuǎn)化輸入原料為能量和灰渣)，氣化通 過在受控制條件下加熱含碳原料而將其轉(zhuǎn)化為高能燃料。氣化過程有意限制轉(zhuǎn)化程度，使 其不直接發(fā)生燃燒。氣化過程運(yùn)行所需氧氣供應(yīng)量控制在亞化學(xué)計(jì)量條件下(一般在理論 上完全燃燒需氧量的35%或更少)，使氣化過程能夠轉(zhuǎn)化含碳原料成為有價(jià)值中間體，并 可進(jìn)一步加工處理以用于物料再循環(huán)或能量回收。一些氣化過程也采用間接加熱方式，從 而避免在氣化反應(yīng)器中燃燒含碳原料，并且避免氮?dú)夂瓦^量二氧化碳稀釋產(chǎn)品氣體。一般情況下，這樣的氣化過程包括輸送含碳材料進(jìn)入加熱室(氣化反應(yīng)器)，同 時(shí)伴隨控制和限量氧氣和蒸汽。在氣化反應(yīng)器中的條件所產(chǎn)生的高溫運(yùn)行條件下，熱能和 部分氧化使化學(xué)鍵斷裂，并且無機(jī)礦物質(zhì)熔融或玻璃化以形成熔融的玻璃狀物質(zhì)(稱為熔 渣)。除城市固體廢物、危險(xiǎn)廢物等，各種等級(jí)煤炭也可作為原料。這包括低級(jí)高硫煤， 由于其產(chǎn)生高含硫量的排放物，該煤炭不適用于燃煤發(fā)電機(jī)。煤炭開采、分類和清洗后，殘 留的廢煤渣和淤泥也適用于氣化。煤炭可以與氧氣和水蒸氣氣化生成所謂“合成氣體”，其 主要含有一氧化碳、氫氣、二氧化碳、氣態(tài)硫化合物和顆粒物。氣化步驟通常在約650°C至 1200°C的溫度范圍內(nèi)、在大氣壓或更常見在從約20大氣壓至約100大氣壓的高壓下進(jìn)行。常見有幾種不同類型煤，由于地質(zhì)歷史其表現(xiàn)出不同性能。煤進(jìn)展程度被稱為煤 的“等級(jí)”。泥炭是植物材料層，其直接在構(gòu)成成煤環(huán)境的成長(zhǎng)區(qū)之下。植物材料幾乎沒有 顯示變化，并包含有活體根。褐煤在地質(zhì)上非常年輕(小于40，000年)。它可以是松軟、纖 維質(zhì)、含有大量水分(通常約70% )和有較低含量的能量(8-10兆焦耳/公斤)。黑煤年齡范圍是從0. 65至1. 05億年至高達(dá)2. 60億年。它們更硬，更亮的光澤，具有低于3%的水 分，并且可以具有高達(dá)約M至^MJ/kg的能量含量。無煙煤完全不含水分和有極低揮發(fā)物 含量，因此其燃燒很少或根本沒有煙霧。無煙煤的能量含量可高達(dá)約32MJ/kg。由于煤炭通常含有硫化物，因此嘗試提供用于煤炭氣化的方法，以生產(chǎn)清潔燃?xì)?產(chǎn)品，其中在使用(如燃?xì)鉁u輪機(jī)中使用以發(fā)電)前，從產(chǎn)品燃料氣體中清除硫。此外，來自 氣化區(qū)的氣體可被凈化以消除煤塵和粉煤灰，并且還可除去其他雜質(zhì)，如汽化灰渣、堿等。多件專利涉及煤炭氣化來生產(chǎn)合成氣以用在各種應(yīng)用中的不同技術(shù)，包括美國(guó)專 利號(hào)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。多種不同類型的生物質(zhì)適于用作氣化工藝的原料來生產(chǎn)合成氣。例如，可用于氣 化的生物質(zhì)包括紙漿和廢紙、木材制品如碎樹皮、木屑或鋸末、污水和污泥、食品廢棄物、植 物物質(zhì)、稻草、農(nóng)業(yè)和動(dòng)物廢料、和纖維素類工業(yè)廢料(例如，建筑廢物)。如在本文中使用 的，事實(shí)上生物質(zhì)被定義為包括任何生物源的物質(zhì)，其可以被用作能源或工業(yè)原料。因?yàn)樯?物質(zhì)是通過太陽能、并通過空氣、水、土壤或類似天然物質(zhì)的共同作用而產(chǎn)生，因此它可以 被無限生產(chǎn)，因而提供無限碳源以在生產(chǎn)合成氣的氣化過程中使用。多件專利涉及生物質(zhì)氣化來生產(chǎn)合成氣以用在多種應(yīng)用中的不同技術(shù)，包括美國(guó) 專利號(hào)6, 948，436,6, 987，792,6, 923，004,6, 991，769,6, 808，543,6, 830，597,6, 680，137、 6，685，754,6, 615，748,6, 032，456,5, 425，792 和 4，699，632。煤炭和生物質(zhì)氣化過程中還采用等離子火炬技術(shù)。等離子電弧火炬是通過工作氣 體電分解和電離以在等離子電弧中心線建立高溫而產(chǎn)生。市售等離子火炬可在使用點(diǎn)持續(xù) 地展示適當(dāng)高的火焰溫度，并且可獲得大小從約100KW到超過6MW的輸出功率。等離子體是高溫發(fā)光氣體，其是至少部分電離的，并且是由氣體原子、氣體離子和 電子組成。任何氣體都可以用這種方式產(chǎn)生等離子體。由于氣體可以是中性的(例如，氬 體、氦體、氖體)、還原性的(例如，氫氣、甲烷、氨、一氧化碳)或氧化性的(例如，氧氣、氮、 二氧化碳)，因此其可優(yōu)異地控制等離子體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。在整個(gè)相體內(nèi)，等離子體是電中 性的。熱等離子體可以由氣體穿過電弧生成。電弧通過電阻加熱和輻射加熱方式，在微秒級(jí) 時(shí)間范圍內(nèi)將穿過電弧氣體迅速加熱至極高溫度。典型的等離子火炬是由細(xì)長(zhǎng)管道組成， 管內(nèi)有加工氣體流過，并在管內(nèi)中心同軸裝有電極。在這種形式火炬內(nèi)，直流高壓施加在陰 陽兩級(jí)間隙之間，其中心電極作為陽極，外部電極則作為陰極。通過陰陽兩極間隙內(nèi)氣體的 電流形成具有高溫電磁能量電弧，該電弧是由電離氣體分子組成。任何氣體或氣體混合物， 包括空氣，可以通過該等離子火炬。由煤炭和生物質(zhì)氣化生成的氣體產(chǎn)品統(tǒng)稱“合成氣體”(或合成氣)，其含有一氧 化碳、氫氣、二氧化碳、氣態(tài)硫化合物以及顆粒物。氣化過程通常在約650°C至1200°C的溫 度范圍內(nèi)、在大氣壓或更常見在從約20大氣壓至約100大氣壓的高壓下進(jìn)行運(yùn)行。在1300F(700°C )或更高的高溫氣化過程中，氣化過程通常涉及碳與空氣、氧氣、 水蒸氣、二氧化碳、或這些氣體的混合物的化學(xué)反應(yīng)，以生產(chǎn)氣體產(chǎn)品。一旦含碳材料轉(zhuǎn)化 成氣體狀態(tài)，可從氣體中清除有害物質(zhì)如硫化合物和灰渣。該過程的產(chǎn)品可包括氣態(tài)烴 (也稱合成氣)、液態(tài)烴(油)、和加工過的原料/焦炭(碳黑和灰渣)、熱和熔渣。熔渣是高溫氣化過程的副產(chǎn)品，其是一種非浸、不危險(xiǎn)、不揮發(fā)、玻璃狀的無機(jī)材7料。在高溫條件下，礦物質(zhì)熔融，并且作為熔渣被排出，經(jīng)過淬火或冷卻后，其形成玻璃狀物 質(zhì)。這種副產(chǎn)品適合用作建筑材料。例如，該材料可以被粉碎并混入浙青以用于鋪路及類似 使用。另外，該材料可利用代替煤渣或建筑預(yù)制塊，從而減少預(yù)制塊內(nèi)部吸水。更進(jìn)一步， 該材料可固化成最后形態(tài)，其適宜丟棄而不對(duì)健康或環(huán)境產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。工藝化學(xué)氣化過程(先將含碳原料完全轉(zhuǎn)化為尾氣，然后加工成合成氣)可以在高溫或低 溫、高壓或低壓下運(yùn)行，一步完成或多步驟不同程度分階段完成，在最后一種運(yùn)行方式中， 運(yùn)行條件(溫度，加工添加劑)可有利于某特定氣化反應(yīng)而不利于其他氣化反應(yīng)。氣化過 程可以發(fā)生在一個(gè)室、或一個(gè)或多個(gè)室內(nèi)的多個(gè)區(qū)域中。當(dāng)煤炭通過氣化反應(yīng)器時(shí)，物理、 化學(xué)、熱過程可能順續(xù)發(fā)生或同時(shí)發(fā)生，完全取決于反應(yīng)器設(shè)計(jì)和煤炭組成。當(dāng)加熱原料、溫度上升時(shí)產(chǎn)生干燥過程，水是第一個(gè)逸出成分。當(dāng)干燥原料溫度繼續(xù)上升時(shí)，熱裂解產(chǎn)生。在熱裂解過程中，煤炭和生物質(zhì)熱分解 以釋放出焦油、酚和揮發(fā)性輕質(zhì)碳?xì)浠衔餁怏w，煤炭同時(shí)轉(zhuǎn)化為焦炭。加工過的原料/焦 炭由固體殘余物組成，包括有機(jī)和無機(jī)材料。根據(jù)原料的來源，揮發(fā)物可包括h2O、H2、N2、O2、 CO2, CO、CH4, H2S, NH3> C2H6、和非常低含量不飽和烴如乙炔，烯烴，芳香烴和焦油。含碳物料 一旦轉(zhuǎn)化成氣體狀態(tài)，有害物質(zhì)如硫化物和灰渣就能夠從氣體中清除。氣化產(chǎn)品是加工過的原料/焦炭?jī)?nèi)所含碳與室內(nèi)水蒸汽，二氧化碳和氫氣之間化 學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，以及由該反應(yīng)所產(chǎn)生氣體之間再次化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。熱氣化反應(yīng)是由熱量 驅(qū)動(dòng)的(熱解)。加速氣化反應(yīng)可以通過增加電力或燃料(如丙烷)供應(yīng)，直接加熱反應(yīng)室 或增加空氣作為反應(yīng)物供應(yīng)，推動(dòng)放熱氣化反應(yīng)，提供反應(yīng)所需熱量。一些氣化過程也采用 間接加熱方式，避免煤炭直接在氣化反應(yīng)器內(nèi)燃燒，避免氮?dú)夂瓦^量二氧化碳?xì)怏w稀釋產(chǎn) 品氣體。提供這些背景資料目的是公開申請(qǐng)人認(rèn)為可能與當(dāng)前本發(fā)明相關(guān)信息。任何先前 信息不應(yīng)當(dāng)被理解為或者解釋為對(duì)抗本發(fā)明當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供設(shè)計(jì)用于將含碳原料完全轉(zhuǎn)化為合成氣和熔渣的系統(tǒng)。該氣化系統(tǒng)包 括初級(jí)室，其用于原料揮發(fā)，從而產(chǎn)生初級(jí)室氣體(尾氣)；次級(jí)室，其用于進(jìn)一步轉(zhuǎn)化加工 過的原料為次級(jí)室氣體(合成氣)和殘?jiān)挥糜诩庸ぴ谝粋€(gè)或多個(gè)室內(nèi)產(chǎn)生的氣體的氣體 重組區(qū)；以及用于使殘?jiān)ＡЩ娜廴谑摇３跫?jí)室包括直接或間接的原料添加功能，以調(diào)節(jié) 原料的含碳量。所述系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，其用于氣化系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)不同階段的過程，從而 確保完全有效地轉(zhuǎn)化含碳原料為合成氣產(chǎn)品?？刂葡到y(tǒng)還確保合成氣產(chǎn)品生產(chǎn)有一致和/ 或確定組成。該控制系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)傳感元件，用于監(jiān)測(cè)和獲取系統(tǒng)內(nèi)有關(guān)運(yùn)行參數(shù) 的數(shù)據(jù)，同時(shí)還包括一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)元件以調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行條件。傳感元件和響應(yīng)元件 全部集成于系統(tǒng)之內(nèi)，根據(jù)傳感元件所獲得數(shù)據(jù)，響應(yīng)元件相應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行狀況。本發(fā)明目的是提供具有加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化和氣體重組的氣化系統(tǒng)。依據(jù)本 發(fā)明一方面規(guī)定，提供將含碳原料轉(zhuǎn)化為合成氣和熔渣的多室系統(tǒng)，其包括一個(gè)或多個(gè)初 級(jí)室，其用于轉(zhuǎn)化含碳原料為加工過的原料/焦炭和初級(jí)室氣體，其中每個(gè)初級(jí)室包含有8原料入口、第一空氣輸入裝置、任選的加工添加劑入口、初級(jí)室氣體出口和加工過的原料/ 焦炭出口 ；一個(gè)或多個(gè)次級(jí)室，其用于轉(zhuǎn)化加工過的原料/焦炭為殘?jiān)痛渭?jí)室氣體，其中 每個(gè)次級(jí)室包括用于從至少?gòu)囊粋€(gè)所述初級(jí)室接收加工過的原料/焦炭的加工過的原料/ 焦炭入口、第二空氣輸入裝置、任選的加工添加劑入口、次級(jí)室氣體出口和殘?jiān)隹?；一個(gè) 或多個(gè)氣體重組室，每個(gè)重組室包括氣體重組區(qū)，該區(qū)與所述初級(jí)室和所述次級(jí)室氣體出 口中的至少一個(gè)流體相連，以將由此接收的所述初級(jí)室氣體和/或所述次級(jí)室氣體轉(zhuǎn)化成 加工過的合成氣，其中該區(qū)包括任選的加工添加劑入口、合成氣出口和一個(gè)或多個(gè)重組熱 源；一個(gè)或多個(gè)熔融室，其用于將來自所述次級(jí)室的殘?jiān)D(zhuǎn)化為熔渣，其中每個(gè)所述熔融室 包括與所述次級(jí)室的所述殘?jiān)隹谙噙B的殘?jiān)肟?、一個(gè)或多個(gè)熔融熱源和熔渣出口 ；以 及調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)運(yùn)行的控制系統(tǒng)。本發(fā)明所涉及另一方面規(guī)定，提供將含碳原料轉(zhuǎn)化為合成氣和熔渣的多室系統(tǒng)， 其包括一個(gè)或多個(gè)初級(jí)室，其用于轉(zhuǎn)化所述含碳原料為加工過的原料/焦炭和初級(jí)室氣 體，每個(gè)初級(jí)室包括有原料入口、初級(jí)室氣體出口、第一空氣輸入裝置和加工過的原料/焦 炭出口 ；一個(gè)或多個(gè)次級(jí)室，其用于轉(zhuǎn)化所述加工過的原料/焦炭為殘?jiān)秃痛渭?jí)室氣體， 每個(gè)次級(jí)室包括用于從至少?gòu)囊粋€(gè)所述初級(jí)室接收加工過的原料/焦炭的加工過的原料/ 焦炭入口、次級(jí)室氣體出口、第二空氣輸入裝置和殘?jiān)隹?；其中至少一個(gè)上述初級(jí)室包含 氣體重組區(qū)，該區(qū)與所述初級(jí)室和所述次級(jí)室氣體出口中的至少一個(gè)流體相連，以將由此 接收的所述初級(jí)室氣體和/或所述次級(jí)室氣體轉(zhuǎn)化成加工過的合成氣，其中所述氣體重組 區(qū)包括合成氣出口和一個(gè)或多個(gè)重組熱源；一個(gè)或多個(gè)熔融室，其用于將來自所述次級(jí)室 的殘?jiān)D(zhuǎn)化為熔渣，其中每個(gè)所述熔融室包括與所述次級(jí)室的所述殘?jiān)隹谙噙B的殘?jiān)?口、一個(gè)或多個(gè)熔融熱源和熔渣出口 ；以及調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)運(yùn)行的控制系統(tǒng)。本發(fā)明所涉及另一方面規(guī)定，提供將含碳原料轉(zhuǎn)化為合成氣和熔渣的多室系統(tǒng)， 其包括一個(gè)或多個(gè)初級(jí)室，其用于轉(zhuǎn)化上述含碳原料為加工過的原料/焦炭和初級(jí)室氣 體，每個(gè)初級(jí)室包含原料入口、初級(jí)室氣體出口、第一空氣輸入裝置和加工過的原料/焦炭 出口 ；一個(gè)或多個(gè)次級(jí)室，其用于將所述加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化為殘?jiān)痛渭?jí)室氣體，每 個(gè)次級(jí)室包括用于從至少?gòu)囊粋€(gè)所述初級(jí)室通過它們的加工過的原料/焦炭出口接收加 工過的原料/焦炭的加工過的原料/焦炭入口、次級(jí)室氣體出口、第二空氣輸入裝置和殘?jiān)?出口 ；其中至少一個(gè)次級(jí)室包括氣體重組區(qū)，該區(qū)與所述初級(jí)室和所述次級(jí)室氣體出口中 的至少一個(gè)流體相連，以將由此接收的所述初級(jí)室氣體和/或所述次級(jí)室氣體轉(zhuǎn)化成加工 過的合成氣，其中所述氣體重組區(qū)包括合成氣出口和一個(gè)或多個(gè)重組熱源；一個(gè)或多個(gè)熔 融室，其用于將來自所述次級(jí)室的殘?jiān)D(zhuǎn)化為熔渣，其中每個(gè)所述熔融室包括與所述次級(jí) 室的所述殘?jiān)隹谙噙B的殘?jiān)肟?、一個(gè)或多個(gè)熔融熱源和熔渣出口 ；以及調(diào)節(jié)所述系統(tǒng) 運(yùn)行的控制系統(tǒng)。附圖簡(jiǎn)要說明本發(fā)明實(shí)施方案現(xiàn)僅通過舉例方式并參照附圖予以說明。

圖1是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖，其描述多室含碳原料氣化系統(tǒng)的一 個(gè)實(shí)施方案。圖2是依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的橫截面示意圖，其描述有旋轉(zhuǎn)臂固體清除裝置的室。
圖3依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案是圖2中所示旋轉(zhuǎn)臂固體清除裝置的頂視示意圖。圖4依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案是橫截面透視圖，其中室有提取螺旋桿固體清除裝置。圖5依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案顯示修改后橫截面圖，室使用基于提取螺旋桿機(jī)制 的固體清除裝置，其中固體殘?jiān)隹趶闹骷庸な乙崎_，避免殘?jiān)苯勇淙?。圖6依據(jù)目前本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是室的剖面透視圖，其中室有推桿固體清除直ο圖7依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案是橫截面透視圖，其中室有基于推桿機(jī)制的固體清 除裝置。圖8依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案顯示修改后橫截面圖，其中室有基于推桿機(jī)制的固 體清除裝置。圖9顯示一個(gè)水平取向初級(jí)室實(shí)施方案。圖10根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案是氣流夾帶室示意圖。圖11根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案是流化床室示意圖。圖12根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案是移動(dòng)床室示意圖。圖13A和圖1 依據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施方案，描述移動(dòng)床室內(nèi)可使用旋轉(zhuǎn)爐篦實(shí)施方案。圖14依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案是移動(dòng)床室相對(duì)于固體殘?jiān)廴谑液蜌怏w重組室 的示意圖。圖15是固定床碳室與等離子加熱殘?jiān)廴谑掖?lián)剖面示意圖，。圖16A至圖16F依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，描述在固定床碳室內(nèi)使用各種障礙物原理。圖17根據(jù)本即時(shí)發(fā)明實(shí)施方案是熱量回收子系統(tǒng)應(yīng)用示意圖，描述從氣體精制 室生產(chǎn)的合成氣中回收熱量。圖18至圖21分別描述雙原料氣化設(shè)施，它們是由不同功能的工藝模塊形成各種 組合，其中“ 1，，代表工藝模塊1 (揮發(fā)室)，“2”代表工藝模塊2 (碳室)，“3”代表工藝模塊 3 (固體殘?jiān)廴谑?，與“4”代表工藝模塊4 (氣體重組系統(tǒng))。圖22是依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的工藝總流程圖，其中描述的低溫氣化設(shè)施包 含有示范氣體精制系統(tǒng)，并與下游燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)相結(jié)合。圖23顯示城市固體廢料貯存建筑的設(shè)計(jì)布局。圖23A表示廢料管理系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。圖 23B表示塑料管理系統(tǒng)示意圖。圖M是一個(gè)氣化器實(shí)施方案的透視圖，其中詳細(xì)描述原料輸入，氣體輸出，殘?jiān)?排出，輸送桿保護(hù)罩，和連通端口。圖25是圖M所示氣化爐的側(cè)視圖，其中詳細(xì)介紹空氣箱，殘?jiān)蓿图瘔m器。圖沈是圖M和25所示氣化爐的縱向中心截面圖，其中詳細(xì)描述原料輸入，氣體 輸出，殘?jiān)懦?，橫向移動(dòng)設(shè)備，熱電偶，和連通端口。圖27說明分解剖面圖，其中詳細(xì)描述空氣箱，搬運(yùn)推桿，殘?jiān)崛÷菪龡U，和第三 階段C齒形邊緣。圖觀是一個(gè)圖M和圖25氣化爐的剖面圖，其中詳細(xì)描述耐火材料。圖四詳細(xì)描述在圖M至圖觀所示氣化爐中，第一階段A和第二階段B的空氣箱組裝。圖30說明在圖M至圖28所示氣化爐中，第三階段C空氣箱剖面圖。圖31說明在圖M至圖觀中詳細(xì)描述的空氣箱剖面圖。圖32詳細(xì)說明在圖M至圖28所示氣化爐中，多指搬運(yùn)推桿防塵密封。圖33顯示圖M至圖28所示氣化爐實(shí)施方案的除塵系統(tǒng)，詳細(xì)介紹灰渣推、灰渣 罐附件、閘板、操作手柄和連條機(jī)制。圖34說明圖M至圖觀所示氣化爐搬運(yùn)推桿防護(hù)罩，及搬運(yùn)推桿詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖35是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案圖解，詳細(xì)說明其中料位開關(guān)位置。圖36是一個(gè)多區(qū)碳轉(zhuǎn)化器實(shí)施方案透視圖，詳細(xì)介紹加工過的原料輸入和各種端□。圖37A是多區(qū)碳轉(zhuǎn)化器實(shí)施方案的局部縱向剖面圖，詳細(xì)介紹輸入工藝空氣的各 種端口，啟動(dòng)燃燒器端口，從熱氣體發(fā)生器輸入的氣體端口，殘?jiān)隹冢驼系K物。圖37B是 圖37A所示實(shí)施方案在AA截面俯視圖。圖37C是障礙物和其支撐楔子的頂視圖。圖38是圖36所示多區(qū)碳轉(zhuǎn)化器位于火炬橫截面的一個(gè)剖面圖，詳細(xì)說明切向位 置空氣輸入和等離子火炬。圖39是圖36所示多區(qū)碳轉(zhuǎn)化器在燃燒器橫截面的一個(gè)剖面圖。圖40是一個(gè)氣體重組室示意41是一個(gè)重組室內(nèi)壁視圖。圖42是一個(gè)重組室頂視圖，顯示火炬，空氣，和水蒸汽噴嘴位置。圖43顯示重組室內(nèi)部周圍渦流進(jìn)氣道分布排列。圖44顯示重組室等離子火炬附件。圖45A是圖40所示重組室一個(gè)縱向剖面圖。圖45B是氣化爐內(nèi)空氣流動(dòng)圖解說 明，氣化爐包括本發(fā)明氣體重組系統(tǒng)，并含有圖40所示重組室。圖45C闡述空氣從進(jìn)口射 入圖40所示重組室和對(duì)其周圍空氣流動(dòng)影響。圖46是一個(gè)殘?jiān)廴谙到y(tǒng)功能模塊圖。圖47是一個(gè)描繪整個(gè)系統(tǒng)工藝流程圖，特別是氣體精制系統(tǒng)(GCS)。圖48是一張更詳細(xì)熱交換器工藝藍(lán)圖，顯示采用工藝空氣壓縮機(jī)控制空氣輸入 換熱器。圖49描述一個(gè)干燥噴射系統(tǒng)，活性炭或其他吸附劑保存在儲(chǔ)料斗內(nèi)，通過螺旋桿 裝置送入合成氣流體中。合成氣輸送管道傾斜一定角度，使碳顆粒不被氣流夾帶進(jìn)入布袋。圖50顯示干式注入系統(tǒng)與袋式除塵器相結(jié)合的一個(gè)范例示意圖。圖51顯示鹽酸洗滌器和其相關(guān)組成的一個(gè)示意圖。圖52顯示一個(gè)收集來自氣體精制系統(tǒng)廢水的儲(chǔ)存系統(tǒng)。圖53依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案描述一個(gè)采用脫硫工藝(Thiopaq)生物反應(yīng)器，完 成清除硫化氫加工處理的工藝流程圖。圖M是一個(gè)氣體均質(zhì)系統(tǒng)圖解說明，依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，其中來自單個(gè)氣 源的氣體進(jìn)入均質(zhì)室加工后，傳送給多個(gè)引擎，其中，每個(gè)引擎自身都擁有氣/液分離器和 加熱器。圖55依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案是一個(gè)固定體積均質(zhì)室圖解說明。
圖56是一個(gè)氣化系統(tǒng)和其高層控制系統(tǒng)示意圖。圖57是圖58所示氣化和控制系統(tǒng)的另一個(gè)替代示意表達(dá)圖。圖58是一個(gè)用于控制圖49和圖58所示氣化系統(tǒng)的控制方案流程圖。圖59是一個(gè)用于控制圖49和圖58所示氣化系統(tǒng)的替代控制方案流程圖，其中給 該系統(tǒng)在其氣化過程中進(jìn)一步修改加工添加劑，并使用蒸汽。圖60是范例2中所描述的上游加工單元示意圖。圖61是范例3中所描述的上游加工單元示意圖。發(fā)明詳述除非另有規(guī)定，這項(xiàng)發(fā)明屬于，此處使用所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與一般普通技藝?yán)?解具有相同含義。定義對(duì)于本發(fā)明，術(shù)語“合成氣”(或合成氣體)是指氣化過程產(chǎn)物，該產(chǎn)物除其他氣體 成分如甲烷和水外，還可包括一氧化碳、氫氣和二氧化碳。術(shù)語“含碳原料”和“原料”，由于這里交替使用，是定義為特指可在氣化過程中使 用的含碳材料。適宜原料樣品包括但不限于煤炭，生物質(zhì)，危險(xiǎn)和非危險(xiǎn)廢物包含城市固體 廢物(MSW)；工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生廢物；生物醫(yī)療廢棄物；不宜回收含碳材料包含不可回收塑料； 污水瘀泥；重油；石油焦炭；重?zé)捰蜌堅(jiān)粺捰蛷U物；烴污染的固體；農(nóng)業(yè)廢物；和其任何混 合物。提供原料可以是兩個(gè)或以兩個(gè)上的上述原料，以任何比例相對(duì)混合形成混合物?！懊禾俊笔侵溉魏纹焚|(zhì)或等級(jí)煤。這可包括但不限于低等級(jí)高含硫煤炭，但由于其 產(chǎn)生高含硫廢氣，不適合于燃煤發(fā)電機(jī)使用。“生物質(zhì)，，是指任何有機(jī)源材料，包括但不限于紙漿和廢紙、木制品如碎樹皮、木屑 或鋸末、污水和淤泥、食品廢棄物、植物、稻草、農(nóng)業(yè)和動(dòng)物廢棄物如糞便等、纖維類工業(yè)廢 物如建筑廢物、廢木材、鮮木材、和青草、以及來自水果、蔬菜和糧食加工的殘余物?！俺跫?jí)原料”是指經(jīng)歷當(dāng)前氣化系統(tǒng)加工的主要含碳原料。如果僅有一個(gè)原料氣化 加工，該原料就稱為初級(jí)原料。凡超過一個(gè)以上原料經(jīng)歷氣化加工，混合原料中構(gòu)成主要比 例的原料稱為初級(jí)原料。“次級(jí)原料”是指不同于初級(jí)原料的輔助含碳原料，該原料與初級(jí)原料共同經(jīng)歷氣 化加工。次級(jí)原料可提供作為加工添加劑以調(diào)整被氣化的初級(jí)原料含碳量?！凹庸み^的原料”或“加工過的原料/焦炭”可包括一種或多種焦炭，低和超低揮發(fā) 性含有固定碳元素和灰渣的原料，是含碳原料氣化或熱解過程的副產(chǎn)品，是從含碳原料不 完全燃燒獲得的產(chǎn)品，或者從等離子火炬熱源輸入氣體精制和/或凈化系統(tǒng)收集固體?！俺跫?jí)室”是指接收含碳原料的室，其中主要過程是干燥和揮發(fā)，即氣化過程的第 一階段和第二階段?！按渭?jí)室”是指該室接收由初級(jí)室排出的加工過的原料，完成碳的基本轉(zhuǎn)化過程?！俺跫?jí)室氣體”是指在初級(jí)室產(chǎn)生氣體。該氣體包括原料揮發(fā)成分，原料中水分產(chǎn) 生水蒸氣，和可能由少量碳轉(zhuǎn)化生成氣態(tài)產(chǎn)品。該氣體也被稱作尾氣。“次級(jí)室氣體”是指在次級(jí)室產(chǎn)生氣體。該氣體包括由碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成的產(chǎn)品，以 及經(jīng)揮發(fā)階段處理后，加工過的原料/焦炭中殘余任何揮發(fā)性氣體。該氣體也被稱作合成 氣。12
“加工合成氣”是指在氣體重組區(qū)內(nèi)進(jìn)一步重新加工組合的尾氣或合成氣?！皻怏w重組區(qū)”是指在該區(qū)域內(nèi)，尾氣和/或合成氣分解為單獨(dú)氣體成分，并重新改 造組合成為理想產(chǎn)品，例如一氧化碳和氫。重組區(qū)可設(shè)置在初級(jí)室，次級(jí)室，或?qū)Ｓ脷怏w重 組室，或兩者兼而有之?！翱煽毓腆w清除設(shè)備”是指用一個(gè)或多個(gè)設(shè)備按照可控制方式從氣化室中清除固 體物料。該裝置包括但不限于旋轉(zhuǎn)手臂，旋轉(zhuǎn)輪，旋轉(zhuǎn)槳，移動(dòng)架，推桿，螺旋桿，輸送機(jī)，以 及它們的組合。術(shù)語“傳感元件”定義為系統(tǒng)配置的任何元件對(duì)某個(gè)對(duì)象特征進(jìn)行檢測(cè)，這個(gè)對(duì)象 可以是工藝、工藝設(shè)備和工藝輸入或輸出，其中這個(gè)特征可以由一個(gè)特征值代表，它可用于 監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)和/或控制系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)局部，區(qū)域乃至整個(gè)系統(tǒng)全部過程。在氣化系統(tǒng)范 圍內(nèi)的傳感元件包括但不限于傳感器、探測(cè)器、監(jiān)測(cè)儀、分析儀或其任意組合，監(jiān)測(cè)氣化過 程中流體和/或物料溫度、壓力、流量、組成和/或其他類似特征、以及材料位置和/或相對(duì) 于系統(tǒng)內(nèi)任何指定點(diǎn)位置，和系統(tǒng)內(nèi)使用的任何工藝設(shè)備任何運(yùn)行特征。普通技術(shù)人員能 夠理解上述傳感元件范例，雖然每個(gè)傳感元件都與氣化系統(tǒng)有關(guān)，但可能并不與在本文中 所披露內(nèi)容具體相關(guān)，因此，傳感元件關(guān)鍵要素不應(yīng)受到這些范例不適當(dāng)限制和/或解釋。術(shù)語“響應(yīng)元件”定義為系統(tǒng)配置元件對(duì)于檢測(cè)參數(shù)響應(yīng)，即依據(jù)一個(gè)或多個(gè)預(yù) 定、計(jì)算、固定和/或可調(diào)節(jié)控制的工藝參數(shù)，以有效地控制和運(yùn)行與氣化系統(tǒng)相關(guān)工藝設(shè) 備，其中一個(gè)或多個(gè)控制參數(shù)定義為提供理想工藝結(jié)果。氣化系統(tǒng)范圍內(nèi)的響應(yīng)元件可包 括但不限于靜態(tài)、預(yù)先設(shè)定、和/或動(dòng)態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)器、動(dòng)力裝置和其他任何可配置賦予操 作行動(dòng)的元件，該元件根據(jù)一個(gè)或多個(gè)控制參數(shù)將操作行動(dòng)賦予執(zhí)行設(shè)備，操作行動(dòng)可以 是機(jī)械的、電力的、磁力的、氣動(dòng)的、液壓的或幾者兼而有之。氣化系統(tǒng)范圍內(nèi)工藝設(shè)備可能 與一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)元件有效耦合，該工藝設(shè)備可包括但不限于物料和/或原料輸入設(shè)備， 熱源如等離子熱源，附加輸入設(shè)備，各種氣體壓縮機(jī)和/或其他類似氣體循環(huán)設(shè)備，各種氣 體流量和/或壓力調(diào)節(jié)器，和能夠影響氣化系統(tǒng)內(nèi)任何局部、區(qū)域、以至全部的其他可運(yùn)行 工藝設(shè)備。普通技術(shù)人員能夠理解上述響應(yīng)元件范例，雖然每個(gè)響應(yīng)元件都與氣化系統(tǒng)有 關(guān)，但它們可能并不與在本文中所披露內(nèi)容具體相關(guān)，因此，響應(yīng)元件關(guān)鍵要素不應(yīng)受到這 些范例不適當(dāng)限制和/或解釋。這里使用術(shù)語“約”是指從標(biāo)稱值+/-10%變化?？梢岳斫膺@種變化總是包括在此 處給定的任何數(shù)值內(nèi)，不論它是否專門提及。概述本發(fā)明提供將含碳原料完全轉(zhuǎn)化為合成氣和熔渣的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括將原料揮發(fā) 以生產(chǎn)尾氣的初級(jí)室；為進(jìn)一步轉(zhuǎn)化加工過的原料為合成氣和固體殘?jiān)拇渭?jí)室；用于加 工在一個(gè)或多個(gè)室內(nèi)產(chǎn)生的氣體的氣體重組區(qū)；以及使固體殘?jiān)ＡЩ娜廴谑?。初?jí)室 還包括直接或間接次級(jí)原料添加能力，用于調(diào)整其初級(jí)原料含碳量。氣化系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)氣化系統(tǒng)內(nèi)氣化運(yùn)行各個(gè)階段，確保 含碳原料完全有效地轉(zhuǎn)化為合成氣產(chǎn)品?？刂葡到y(tǒng)還確保合成氣產(chǎn)品生產(chǎn)有一致和/或確 定組成。該控制系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)傳感元件，用于監(jiān)測(cè)和獲取系統(tǒng)內(nèi)有關(guān)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)， 同時(shí)還包括一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)元件，用于調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行條件。傳感元件和響應(yīng)元件全部集 成于系統(tǒng)之內(nèi)，根據(jù)傳感元件所獲得數(shù)據(jù)，響應(yīng)元件相應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行狀況。
當(dāng)今含碳原料氣化系統(tǒng)允許氣化過程在更低溫度下運(yùn)行，其運(yùn)行溫度低于此前氣 化技術(shù)所需要溫度。原料首先在初級(jí)室低溫加熱(例如低于800°C)，其主要目的是消除 原料中任何水分殘余，迅速有效地?fù)]發(fā)原料中揮發(fā)性成分。由此產(chǎn)生的加工過的原料產(chǎn)品 (如焦炭)主動(dòng)或被動(dòng)地輸送至次級(jí)室，在那里經(jīng)歷更高溫度加工處理(約1000-120(TC )， 因而獲得更高碳轉(zhuǎn)化率，完全轉(zhuǎn)化加工過的原料/焦炭為氣態(tài)產(chǎn)品和灰渣。次級(jí)室還包括 有停留時(shí)間控制設(shè)備，確保足夠停留時(shí)間，獲得完全和有效碳轉(zhuǎn)化。適合當(dāng)今多室系統(tǒng)使用的氣化原料包括任何含碳物料，例如城市固體廢物(MSW)、 煤炭、生物質(zhì)或它們的混合物。當(dāng)今氣化系統(tǒng)可以根據(jù)被氣化原料要求進(jìn)行調(diào)整或修改。例 如，用于加工高游離碳含量原料的氣化系統(tǒng)與處理低碳含量原料的氣化系統(tǒng)相比，前者需 要更大體積的次級(jí)室。另外，對(duì)于主要?dú)饣哂懈邠]發(fā)性物質(zhì)原料的氣化系統(tǒng)與氣化具有 較低揮發(fā)物含量原料的系統(tǒng)相比，前者用于揮發(fā)階段氣化室可能需要更大體積以適應(yīng)其相 應(yīng)揮發(fā)量。當(dāng)今氣化系統(tǒng)也易于適應(yīng)氣化初級(jí)原料和次級(jí)原料以任何要求比例制成的混合 物。次級(jí)原料作為加工添加劑功能是控制初級(jí)原料含碳量，為保持最終氣體生產(chǎn)一致性，而 調(diào)節(jié)初級(jí)原料含碳量。例如，當(dāng)氣化系統(tǒng)加工較低含碳量初級(jí)原料如生物質(zhì)或城市固體廢 物(MSW)時(shí)，可提供高含碳次級(jí)原料如煤炭或塑料，作為高含碳加工添加劑，增加初級(jí)原料 中碳的比例。此外，如果高含碳原料(如煤炭)是主要?dú)饣希梢栽O(shè)想需要提供低含碳 次級(jí)原料(如生物質(zhì))，以抵消其高含碳量效應(yīng)。兩種原料進(jìn)入初級(jí)室之前，可以預(yù)先合并混合，通過共同原料入口輸入，或每種原 料可以單獨(dú)通過專用初級(jí)原料入口和次級(jí)原料入口，分別進(jìn)入初級(jí)室。在一個(gè)實(shí)施方案中，加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化階段與揮發(fā)階段氣態(tài)產(chǎn)品共同輸入 氣體重組區(qū)，在那里氣體經(jīng)受熱源如等離子熱源進(jìn)一步加熱，可以選擇同時(shí)輸入蒸汽，共同 形成氣態(tài)熱合成氣產(chǎn)品。在一個(gè)實(shí)施方案中，僅僅初級(jí)室產(chǎn)生尾氣被輸入氣體重組區(qū)。熱合成氣產(chǎn)品在進(jìn)一步清理和精制之前，需要經(jīng)過冷卻步驟。在一個(gè)實(shí)施方案中， 冷卻步驟發(fā)生在熱量回收子系統(tǒng)內(nèi)，從熱合成氣中回收熱量任選地利用于氣化過程或其下 游應(yīng)用中。在這樣一個(gè)實(shí)施方案中，熱回收子系統(tǒng)可以包括熱交換器，將顯熱熱量傳遞給流 體，用于氣化系統(tǒng)其他地方。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱回收子系統(tǒng)是合成氣空氣換熱器(也稱 為回?zé)崞?，該換熱器從熱合成氣回收顯熱熱量，并傳遞給室內(nèi)空氣，提供熱空氣產(chǎn)品。在此 實(shí)施方案中，熱空氣任選地分別輸送至初級(jí)室和/或次級(jí)室，至少提供部分驅(qū)動(dòng)高溫氣化 過程一個(gè)或多個(gè)階段所需熱量。熱回收子系統(tǒng)任選地包括生產(chǎn)蒸汽的熱回收蒸汽發(fā)生器， 例如，蒸汽可用于驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)，或作為氣化反應(yīng)的加工添加劑。合成氣一旦經(jīng)過足夠冷卻，可以選擇通過氣體質(zhì)量精制子系統(tǒng)(GQCQ來加工處 理，以清除其污染物如顆粒物、重金屬和硫化合物。經(jīng)過質(zhì)量精制，合成氣任選地送入氣體 調(diào)整和/或均質(zhì)子系統(tǒng)，然后送至下游應(yīng)用使用。加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化為合成氣后，剩余固體殘?jiān)?灰渣)從次級(jí)室選擇輸入 固體殘?jiān)廴谑?，室?nèi)等離子熱源將灰渣加熱熔融/玻璃化，轉(zhuǎn)化為玻璃化非浸熔渣。圖1描述多室含碳原料氣化系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。在本實(shí)施方案中，原料和熱空 氣輸進(jìn)初級(jí)室，原料在室內(nèi)經(jīng)歷干燥和揮發(fā)過程。所產(chǎn)生焦炭被傳送至次級(jí)室，在次級(jí)室內(nèi) 進(jìn)一步受到輸入熱空氣加熱，并任選地加入蒸汽添加劑。焦炭中所含碳元素轉(zhuǎn)化為氣態(tài)產(chǎn)物，而殘余灰渣則送入等離子熱源加熱熔融室，在那里經(jīng)歷熔融和玻璃化處理。上述兩個(gè)階 段氣態(tài)產(chǎn)品則被送至氣體重組室，在那里經(jīng)歷等離子熱源加熱，并任選地加入加工添加劑 如空氣和/或蒸汽，生產(chǎn)出熱合成氣產(chǎn)品。熱合成氣通過熱交換器，除去合成氣顯熱熱量。 冷卻的合成氣再次通過進(jìn)一步冷卻系統(tǒng)，如熱回收蒸汽發(fā)生器或干淬火工序。采用熱回收 蒸汽發(fā)生器冷卻合成氣時(shí)，所產(chǎn)生蒸汽可利用于下游應(yīng)用，如蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電。這時(shí)活性炭 可注入至進(jìn)一步冷卻合成氣中，然后經(jīng)過過濾工序，消除其顆粒物，例如通過布袋除塵過濾 器。從合成氣產(chǎn)品中清除的顆粒物被送入熔融室，在那里與原料氣化灰渣產(chǎn)物一起經(jīng)過等 離子熱源熔融處理。過濾后合成氣產(chǎn)品還要經(jīng)過進(jìn)一步凈化和精制加工工序，然后送至下 游應(yīng)用使用。氣化系統(tǒng)還任選地包括控制系統(tǒng)以監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各種不同運(yùn)行參數(shù)，并調(diào)整氣化過 程各種運(yùn)行條件?？刂葡到y(tǒng)對(duì)通過氣化過程不同階段物料運(yùn)動(dòng)提供主動(dòng)控制。例如，控制 系統(tǒng)允許調(diào)節(jié)從初級(jí)室輸送至次級(jí)室固體物料(焦炭)的數(shù)量和流量。該控制系統(tǒng)還選擇 調(diào)節(jié)從次級(jí)室底部排出固體殘?jiān)?灰渣)的流量。例如，該控制系統(tǒng)因控制固體清除設(shè)備 而可調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)的物料運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣化系統(tǒng)包括水平取向并含有橫向輸送裝置的初級(jí)室，控 制系統(tǒng)還控制橫向輸送裝置運(yùn)行，確保物料有效地輸送通過初級(jí)室?？刂莆锪贤ㄟ^氣化系 統(tǒng)不同階段的輸送允許對(duì)原料氣化過程的各個(gè)階段進(jìn)行優(yōu)化?？刂葡到y(tǒng)還要按照含碳原料至合成氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)所要求的運(yùn)行參數(shù)提供控制，確保 轉(zhuǎn)化反應(yīng)完全和有效地進(jìn)行，如一個(gè)或多個(gè)初級(jí)原料和次級(jí)原料進(jìn)料流量，加熱空氣輸入 流量和輸入地點(diǎn)，等離子熱源的功率和位置，和加工添加劑輸入數(shù)量和類型?？刂瞥跫?jí)原料 和次級(jí)原料輸入，以及控制熱空氣和任選的加工添加劑蒸汽輸入，可確保獲得原料轉(zhuǎn)化為 一致和/或確定合成氣產(chǎn)品所需化學(xué)元素。本控制系統(tǒng)使用安置在整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)需要地點(diǎn)的傳感元件，根據(jù)測(cè)量參數(shù)(如溫 度、壓力和合成氣組成)所獲得信息來控制上述參數(shù)。本發(fā)明因此是多室含碳原料氣化系統(tǒng)，它優(yōu)于已知技術(shù)的單級(jí)氣化系統(tǒng)。例如，多 室系統(tǒng)可以提供更高處理量，由于在較低溫度的第一氣化階段，快速熱解和氣化高活性物 質(zhì)(揮發(fā)性物質(zhì))，同時(shí)在加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化階段，允許提供不同室設(shè)計(jì)如納入移動(dòng) 床室或流化床室，增加有較高溫度次級(jí)室運(yùn)行模式靈活性。例如，可以控制氣化過程每個(gè)階 段的原料停留時(shí)間，確保初級(jí)室內(nèi)干燥/揮發(fā)進(jìn)行的完全徹底，或優(yōu)化次級(jí)室內(nèi)碳轉(zhuǎn)化過 程。多室系統(tǒng)還允許更大燃料靈活性和更簡(jiǎn)易原料輸入。在專門室內(nèi)完成不同氣化階段允許各個(gè)階段分離運(yùn)行，可使每個(gè)階段運(yùn)行參數(shù)保 持在該特定階段最佳狀態(tài)，而無相鄰階段施加的干擾或限制。多室系統(tǒng)還提供空氣分配控 制，分配輸入初級(jí)室和次級(jí)室的空氣流量，因而分別控制該氣化室運(yùn)行溫度，通過選擇使用 加工添加劑如蒸汽、空氣或高/低含碳次級(jí)原料，提供更多優(yōu)化合成氣產(chǎn)品(或冷氣體效 率)組成的機(jī)會(huì)(注入點(diǎn))。因此，本發(fā)明提供一種氣化系統(tǒng)，采用多個(gè)氣化室系統(tǒng)和控制物料在氣化過程不 同階段停留時(shí)間設(shè)備，允許優(yōu)化從原料直至氣態(tài)產(chǎn)品和爐渣的轉(zhuǎn)化過程。一般來說，本發(fā) 明提供含碳原料轉(zhuǎn)化為合成氣過程，該過程優(yōu)化可由順序推動(dòng)干燥，揮發(fā)，和焦炭到灰渣轉(zhuǎn) 化，以及利用等離子熱源加熱重組氣化階段生成的氣態(tài)產(chǎn)品，制成熱合成氣產(chǎn)品。在一個(gè)實(shí) 施方案中，灰渣最終在固體殘?jiān)廴谑肄D(zhuǎn)化為熔渣。
物料經(jīng)主動(dòng)或被動(dòng)輸送，通過不同氣化室，經(jīng)歷不同程度干燥，揮發(fā)，和焦炭至灰 渣轉(zhuǎn)化反應(yīng)。因此，氣化系統(tǒng)內(nèi)物料基本都通過一系列區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都提供工作溫度范 圍，促進(jìn)氣化過程中某一階段進(jìn)行。技術(shù)人員很容易理解，在一堆反應(yīng)物原料中，氣化過程 所有階段似乎同時(shí)和連續(xù)不斷地發(fā)生，但在指定溫度范圍內(nèi)，某特定階段受到青睞。顯而 易見，為描述目的，這些區(qū)域數(shù)量可以與預(yù)期或多或少相同，這對(duì)熟練工作人員是顯而易見 的。但是，為易于理解，氣化過程的三個(gè)階段詳細(xì)介紹如下。第一階段原料干燥氣化過程第一階段是干燥，主要發(fā)生在25°C至400°C之間。少量揮發(fā)和少量碳至 灰渣轉(zhuǎn)化反應(yīng)也可能發(fā)生在此低溫階段。第二階段原料揮發(fā)氣化過程第二階段是氣體揮發(fā)，主要發(fā)生在400°C至700°C之間。一小部分(剩 余)干燥過程以及少量碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)也在此溫度區(qū)間發(fā)生。第三階段焦炭至灰渣轉(zhuǎn)化反應(yīng)氣化過程第三階段是碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)與極少量(殘余)氣體揮發(fā)，主要發(fā)生在溫度范 圍從600°C至1000°C。經(jīng)此階段后，其主要產(chǎn)品是一個(gè)固體殘?jiān)?灰渣)和氣態(tài)碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)產(chǎn)品。初級(jí)室初級(jí)室的主要功能是干燥原料和揮發(fā)含碳原料中揮發(fā)性成分。采用初級(jí)室利用低 質(zhì)量熱量諸如預(yù)熱空氣在相對(duì)較低溫度下，以快速和經(jīng)濟(jì)方式驅(qū)離原料中所有水分和揮發(fā) 物。在一個(gè)實(shí)施方案中，此工序中使用的空氣首先通過熱交換器預(yù)熱，獲取合成氣顯熱熱 量，然后輸入初級(jí)室。剩余加工過的原料/焦炭(去除大部分水分和揮發(fā)物)隨后由輸送 設(shè)備被動(dòng)(如重力)或主動(dòng)地輸入次級(jí)室，該主動(dòng)輸送設(shè)備允許對(duì)輸入氣化過程下一階段 物料輸送進(jìn)行控制。按照本發(fā)明規(guī)定，初級(jí)室具有原料入口，需要?dú)饣某跫?jí)原料通過該入口輸入該 氣化室。在一個(gè)實(shí)施方案中，次級(jí)原料添加劑在進(jìn)入初級(jí)室之前先與初級(jí)原料混合。在一 個(gè)實(shí)施方案中，次級(jí)原料添加劑通過次級(jí)原料入口進(jìn)入初級(jí)室。初級(jí)室還包括熱空氣入口，輸入驅(qū)動(dòng)干燥和揮發(fā)階段所需熱空氣，第一氣化室氣 體出口，排出初級(jí)室產(chǎn)生的氣體，以及殘?jiān)?加工過的原料/焦炭出口，通過該出口，殘?jiān)? 加工過的原料/焦炭產(chǎn)品排出初級(jí)室輸入次級(jí)室。初級(jí)室產(chǎn)生的氣體(稱為第一氣化室氣 體產(chǎn)品)包括原料中揮發(fā)成分，原料中水分產(chǎn)生的水蒸氣，和少量碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成的氣態(tài)女口廣 PFt ο本氣化系統(tǒng)也能夠適應(yīng)按照任何要求比例混合原料。在一個(gè)實(shí)施方案中，原料是 由初級(jí)原料與次級(jí)原料混合而成。在一個(gè)實(shí)施方案中，次級(jí)原料是作為加工添加劑提供，用 于調(diào)整需要?dú)饣跫?jí)原料含碳量。例如，高碳原料如煤炭或塑料可用于補(bǔ)充低碳初級(jí)原料 中碳含量，如城市固體廢物(MSW)或生物質(zhì)。另外，如果需要，低碳次級(jí)原料可用于降低高 碳初級(jí)原料中碳的比例。在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)初級(jí)原料和次級(jí)原料進(jìn)行氣化時(shí)，這兩種原料預(yù)先混合，通 過一個(gè)共同原料入口輸入初級(jí)室。在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)初級(jí)原料和次級(jí)原料進(jìn)行氣化時(shí)，每種原料分別通過專用16初級(jí)原料和次級(jí)原料入口，輸入初級(jí)室。在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)兩種不同原料的混合物進(jìn)行氣化時(shí)，兩種原料交替輸入初級(jí)室。在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)兩種原料進(jìn)行氣化時(shí)，每種原料在各自相應(yīng)初級(jí)室內(nèi)，分別 經(jīng)歷最初揮發(fā)階段，其各自相應(yīng)加工過的原料/焦炭產(chǎn)品混合后，輸入同一個(gè)次級(jí)室，轉(zhuǎn)化 為氣態(tài)產(chǎn)品和灰渣。在一個(gè)實(shí)施方案中，氣化系統(tǒng)包括進(jìn)料子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)與輸入原料物理特性相 適應(yīng)，并與初級(jí)室原料入口相結(jié)合。例如，螺旋推進(jìn)器、推桿、進(jìn)料斗、旋轉(zhuǎn)閥或頂部重力加 料都可納入進(jìn)料系統(tǒng)，促進(jìn)原料輸入氣化系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，進(jìn)料機(jī)子系統(tǒng)包括一個(gè)螺旋推進(jìn)器，向初級(jí)室原料 入口直接輸入顆粒物料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，進(jìn)料機(jī)子系統(tǒng)安裝在初級(jí)室上，該子系統(tǒng)由矩形進(jìn) 料斗和液壓助力推桿組成。進(jìn)料機(jī)行程開關(guān)控制推桿行程長(zhǎng)度，從而控制每一行程輸入室 原料數(shù)量。在原料被輸入第一個(gè)氣化室之前，可利用進(jìn)料系統(tǒng)中預(yù)精制加工工序，預(yù)先加工 精制原料。在一個(gè)實(shí)施方案中，原料在被送入初級(jí)室之前，加工處理原料，控制其顆粒大小。 在一個(gè)實(shí)施方案中，原料在被送入初級(jí)室之前，原料經(jīng)過預(yù)干燥工序，除掉過多水分。按照本發(fā)明規(guī)定，輸入熱空氣提供揮發(fā)和干燥過程所需要熱量。因此，熱空氣入口 設(shè)置在氣化室各個(gè)適宜地點(diǎn)，將原料最佳地暴露于熱空氣中，確保原料充分加熱干燥和揮 發(fā)原料中揮發(fā)性成分。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱空氣入口設(shè)置在該室靠近底部墻壁，以確保熱 空氣進(jìn)入和通過物料堆，獲得最佳暴露。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱空氣入口位于氣化室底部， 使熱空氣向上通過物料堆，確保其進(jìn)入并穿透物料堆。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱空氣入口位于 氣化室墻壁和底部。在一個(gè)實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)氣化過程的熱空氣在熱交換器內(nèi)預(yù)熱，利用從含碳原料 氣化生成的熱合成氣產(chǎn)品中回收顯熱熱量。為易于初次啟動(dòng)氣化系統(tǒng)，氣化室包括有通入端口，可以容納各種不同規(guī)格尺寸 的常規(guī)燃燒器，例如天然氣或丙烷燃燒器，預(yù)先加熱氣化室。適宜低溫氣化加工的初級(jí)室可以是任何幾何形狀與尺寸。
在一個(gè)實(shí)施方案中，初級(jí)室垂直取向，其頂部附近有原料入口，底部附近有加工過 的原料/焦炭出口。在這樣一個(gè)實(shí)施方案中，原料從頂部進(jìn)入并積累成堆，與此同時(shí)，熱空 氣加熱堆積原料，驅(qū)動(dòng)干燥和揮發(fā)過程。隨著水分和揮發(fā)物被驅(qū)除，原料逐步轉(zhuǎn)化為焦炭。 所產(chǎn)生加工過的原料/焦炭通過設(shè)在初級(jí)室底部加工過的原料/焦炭出口，主動(dòng)或被動(dòng)地 排出初級(jí)室，輸入次級(jí)室。在一個(gè)實(shí)施方案中，氣化室內(nèi)無機(jī)械攪拌或固體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)通過該室，原料堆在熱 空氣作用下，逐步轉(zhuǎn)化為加工過的原料/焦炭，初級(jí)室內(nèi)加工過的原料/焦炭產(chǎn)品允許被動(dòng) 地自由下降，通過兩室之間開通端口，落入次級(jí)室。在一個(gè)實(shí)施方案中，氣化室底部逐漸向下傾斜，形成向加工過的原料/焦炭出口 方向斜坡，物料由重力被動(dòng)地牽至加工過的原料/焦炭出口。在一個(gè)實(shí)施方案中，原料在水平旋轉(zhuǎn)機(jī)械如旋轉(zhuǎn)槳、旋轉(zhuǎn)車輪或旋轉(zhuǎn)臂桿的攪拌作用下，經(jīng)歷機(jī)械混合，確保最佳地暴露于熱空氣中。該混合設(shè)備作為可以控制方式用于主 動(dòng)輸送加工過的原料/焦炭產(chǎn)品至其出口?？刂萍庸み^的原料/焦炭向其出口輸送和從初級(jí)室排出能夠優(yōu)化在該氣化室的 停留時(shí)間，確保原料進(jìn)入次級(jí)室之前，排除其中水分和揮發(fā)物。從初級(jí)室排出和進(jìn)入次級(jí)室 物料的流量是通過可控固體清除設(shè)備調(diào)節(jié)。該固體清除設(shè)備可以是各種已知工藝裝置之 一。該設(shè)備包括但不僅限于螺旋、推桿、水平旋轉(zhuǎn)槳、水平旋轉(zhuǎn)臂和水平旋轉(zhuǎn)輪。在一個(gè)實(shí)施方案中，固體清除裝置是一個(gè)薄輻葉旋轉(zhuǎn)槳，該裝置促使加工過的原 料/焦炭向其出口移動(dòng)，排出氣化室。圖2描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其固體清除裝置包 括初級(jí)室00)底部的一個(gè)旋轉(zhuǎn)槳(81)，該槳移動(dòng)加工過的原料/焦炭，通過狹小加工過的 原料/焦炭出口(70)，排出初級(jí)室00)。為避免部分加工過的原料/焦炭通過其出口(70) 直接下落漏出，障礙物(8 放置在含加工碳原料出口(70)上方。任選地使用限速開關(guān)控 制槳的旋轉(zhuǎn)速度，因而控制殘留物排出流量。圖3是圖2所示旋轉(zhuǎn)槳固體清除裝置的頂視 圖，顯示障礙物(82)和加工過的原料/加工過的原料/焦炭出口(70)之間的關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施方案中，固體清除裝置是一套螺旋桿，輸送固體物料從氣化室排出。在 這樣一個(gè)實(shí)施方案中，選擇使部分氣化室墻壁底部向氣化室底部的螺旋桿傾斜，引導(dǎo)加工 過的原料/加工過的原料/焦炭流向螺旋桿。圖4描述本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，其中固體清 除裝置包括初級(jí)室00)底部的提取螺旋桿(83)，該套提取螺旋桿推動(dòng)加工過的原料/焦炭 排出該氣化室00)。提取螺旋桿鋸齒狀邊緣選擇有助于破碎結(jié)塊，否則有可能導(dǎo)致堵塞加 工過的原料/焦炭出口(70)。障礙物(8 放置在含加工碳原料出口(70)上方，避免部分 加工過的原料/焦炭直接通過加工過的原料/焦炭出口(70)下落漏出。如果殘留物出口 (70)從加工氣化室00)移開，如在圖5中所示的實(shí)施方案，該方案不需要有障礙物。任選 地使用限速開關(guān)控制螺旋桿轉(zhuǎn)速，從而控制殘留物排出流量。在一個(gè)實(shí)施方案中，固體清除裝置是一根單獨(dú)細(xì)推桿，該推桿將加工過的原料/ 焦炭推向其出口，排出氣化室。在這樣一個(gè)實(shí)施方案中，與推桿相對(duì)一側(cè)底部是向推桿傾 斜，使加工過的原料/焦炭向推桿堆積，為出口留出空間。圖6和圖7描繪的實(shí)施方案中， 固體清除裝置包括初級(jí)室00)的單獨(dú)細(xì)推桿(85)，該推桿推動(dòng)加工過的原料/焦炭通過其 狹小出口(70)，排出氣化室00)。根據(jù)加工過的原料/焦炭出口(70)的位置，有可能會(huì)需 要障礙物體(8 如圖8所示。任選地使用限位開關(guān)控制推桿行程長(zhǎng)度，從而控制每次行程 推動(dòng)加工過的原料/焦炭排出的數(shù)量。在一個(gè)實(shí)施方案中，初級(jí)室水平取向，該氣化室一側(cè)有原料入口，另一側(cè)是加工過 的原料/焦炭出口。隨著原料從水平氣化室一側(cè)向另一側(cè)移動(dòng)，該原料逐漸失去水分和揮 發(fā)性成分，最終形成加工過的原料/焦炭產(chǎn)品。在這樣一個(gè)實(shí)施方案中，氣化室選擇包括一 個(gè)或多個(gè)橫向輸送設(shè)備，橫向輸送固體物料通過氣化室，從原料進(jìn)口一側(cè)至加工過的原料/ 焦炭出口另一側(cè)。使用一個(gè)或多個(gè)橫向輸送單元，控制物料通過初級(jí)室的橫向輸送，對(duì)于一 個(gè)在初級(jí)室內(nèi)運(yùn)行的氣化過程，控制物料在每個(gè)階段停留時(shí)間可允許對(duì)該氣化過程干燥和 揮發(fā)階段實(shí)行優(yōu)化。在一個(gè)實(shí)施方案中，橫向輸送單元是一個(gè)或多個(gè)推桿，物料主要是經(jīng)過推送通過 初級(jí)室。在一個(gè)實(shí)施方案中，橫向輸送單元是可移動(dòng)貨架/平臺(tái)，堆放在貨架/平臺(tái)上的物 料主要是移動(dòng)通過初級(jí)室，一小部分物料也可由移動(dòng)貨架/平臺(tái)的前沿推行通過初級(jí)室。改變移動(dòng)速度，每個(gè)橫向輸送單元移動(dòng)距離，和多個(gè)橫向輸送單元移動(dòng)順序，可實(shí)現(xiàn)對(duì)貨架 /平臺(tái)類橫向輸送單元橫向輸送的控制。一個(gè)或多個(gè)橫向輸送單元可以協(xié)調(diào)合作方式運(yùn)行， 或單個(gè)橫向輸送單元也可獨(dú)立運(yùn)行。為優(yōu)化物料輸送和堆積高度控制，單個(gè)橫向輸送單元 可獨(dú)立運(yùn)行在不同輸送速度，不同輸送距離，和不同輸送頻率。圖9A是水平梯級(jí)式初級(jí)室示意圖，箭頭指示通過氣化室的固體橫向輸送方向。圖 9B是斜底水平初級(jí)室的示意圖，箭頭標(biāo)明通過氣化室的固體橫向輸送方向。在一個(gè)實(shí)施方案中，橫向輸送單元是沿初級(jí)室底部安裝的螺旋桿機(jī)械，即物料通 過一個(gè)或多個(gè)螺旋桿旋轉(zhuǎn)橫向輸送至加工過的原料/焦炭出口。改變化螺旋桿轉(zhuǎn)速可以實(shí) 現(xiàn)對(duì)螺旋桿式橫向輸送單元橫向輸送的控制。技術(shù)人員很容易理解，橫向輸送單元如螺旋桿或推桿，除輸送原料通過初級(jí)室，也 可配置輸送加工過的原料/焦炭產(chǎn)品從其出口排出。次級(jí)室次級(jí)室是將從初級(jí)室接收的加工過的原料/焦炭有效地轉(zhuǎn)化為第二氣化室氣體 產(chǎn)品和灰渣。加工過的原料/焦炭在次級(jí)室內(nèi)經(jīng)歷比初級(jí)室更高溫度加工處理。例如，所 使用加工溫度倚賴于灰渣材料熔融溫度，可高達(dá)1000°c (或更高)。在一個(gè)實(shí)施方案中，次級(jí)室包括靠近其頂部的加工過的原料/焦炭入口，接收來 自初級(jí)室的加工過的原料/焦炭，一個(gè)或多個(gè)熱空氣入口，氣體出口，固體殘?jiān)?即灰渣) 出口，一個(gè)或多個(gè)任選的加工添加劑(如蒸汽)入口，以及任選地控制加工過的原料/焦炭 在次級(jí)室內(nèi)停留時(shí)間的設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)空氣入口位于氣化室底部附 近。次級(jí)室產(chǎn)生的氣體，也可稱為第二氣化室氣體產(chǎn)品，它包括碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)產(chǎn)物，以及 揮發(fā)階段后，加工過的原料/焦炭中殘余的揮發(fā)性成分。在一個(gè)實(shí)施方案中，次級(jí)室是垂直取向的氣化室。適用于本系統(tǒng)的已知垂直取向 氣化室包括但不限于移動(dòng)床氣化器、固定床氣化器、氣流夾帶氣化器和流化床氣化器。在那 些實(shí)施方案中，使用熱空氣轉(zhuǎn)化加工過的原料/焦炭為氣體產(chǎn)品和灰渣，氣化器包括有熱 空氣入口，其位置將加工過的原料/焦炭最佳地曝露于熱空氣，并確保熱空氣輸入覆蓋整 個(gè)加工區(qū)域。次級(jí)室選擇包括機(jī)械攪拌設(shè)備，確保有效地將加工過的原料/焦炭曝露于熱空氣 和任何加工添加劑，由于該加工添加劑可能是加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化為灰渣和所希望的 氣態(tài)產(chǎn)品需要的。機(jī)械攪拌設(shè)備還可以防止氣體短路和物料結(jié)塊。在盡可能高的溫度接收加工過的原料/焦炭進(jìn)入次級(jí)室，導(dǎo)致最有效的氣化過 程，產(chǎn)生最多的一氧化碳(CO)和氫氣(H2)與最少二氧化碳(CO2)和水(H2O)。選擇盡可能 高的運(yùn)行溫度，進(jìn)一步獲得最高的一氧化碳和氫氣產(chǎn)量，同時(shí)仍然保持運(yùn)行溫度低于加工 過的原料/焦炭熔點(diǎn)溫度。在一個(gè)實(shí)施方案中，直接從初級(jí)室獲得加工過的原料/焦炭，從 而使原料傳輸過程中熱損失降至最低。如同初級(jí)室，由熱空氣入口輸入的熱空氣加熱，至少部分加熱加工過的原料/焦 炭。在一個(gè)實(shí)施方案中，空氣通過熱交換器，利用來自熱合成氣產(chǎn)品的顯熱預(yù)熱。熱空氣入 口策略地設(shè)置在氣化室內(nèi)部及其周圍，確保熱空氣完全覆蓋加工區(qū)域。焦炭部分氧化提供另一部分加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化過程所需熱量。熱空氣輸入19除提供顯熱熱量，還提供碳轉(zhuǎn)化成一氧化碳(CO)和一些二氧化碳(CO2)氣體所需氧氣。碳 與氧產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，無論生成一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO2),都是放熱反應(yīng)。這些放熱反 應(yīng)也因此提供一定比例從碳至灰渣轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需熱量。因此，從碳至灰渣轉(zhuǎn)化反應(yīng)部分程 度上是自我驅(qū)動(dòng)，但該反應(yīng)也可能導(dǎo)致非穩(wěn)態(tài)反應(yīng)，造成溫度失控(例如接近灰渣熔融溫 度)，意外地在次級(jí)室生成熔渣。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制輸入次級(jí)室空氣流量，避免造成溫 度失控。在一個(gè)實(shí)施方案中，向次級(jí)室提供蒸汽添加劑，最大可能地將碳轉(zhuǎn)化為化學(xué)熱能， 同時(shí)避免加工溫度升高至危險(xiǎn)水平，危及該氣化室運(yùn)行的主要目的(即加工過的原料/焦 炭轉(zhuǎn)化為氣態(tài)產(chǎn)品和灰渣)。因此，次級(jí)室還可以選擇包括有加工添加劑(蒸汽)入口，允 許加入其他加工添加劑，促進(jìn)加工過的原料/焦炭中所含碳元素有效地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品氣體。 在一個(gè)實(shí)施方案中，次級(jí)室包括策略地布置多個(gè)蒸汽入口，引導(dǎo)蒸汽直接進(jìn)入高溫區(qū)域。選擇加工添加劑類型和數(shù)量，優(yōu)化加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化為次級(jí)室氣體產(chǎn)品和 灰渣，同時(shí)盡量降低營(yíng)運(yùn)成本和保持遵守監(jiān)管機(jī)構(gòu)排放限制。蒸汽輸入確保產(chǎn)生足夠游離 氧和氫，最大限度地轉(zhuǎn)化加工過的原料/焦炭為具有一定熱值次級(jí)室氣體產(chǎn)品和灰渣?？?氣輸入有助于氣化運(yùn)行的化學(xué)平衡，最大限度地轉(zhuǎn)化碳為燃料氣體(減少游離碳)，保持最 佳運(yùn)行溫度，同時(shí)盡量減少熱量輸入成本。這兩個(gè)添加劑使用數(shù)量的確定和控制是由被加 工處理原料輸出所決定。確定注入空氣數(shù)量，確保交換最大相對(duì)高成本熱量輸入，同時(shí)確保 整個(gè)氣化過程沒有產(chǎn)生與焚化過程相關(guān)任何不良特征，并同時(shí)滿足和超過當(dāng)?shù)貜U氣排放標(biāo) 準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱空氣和蒸汽入口可包括商用耐高溫霧化噴嘴。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱空氣入口安置于靠近次級(jí)室底部。與初級(jí)室相同，為便于初始啟動(dòng)次級(jí)室，氣化室包括有通入端口，可以容納各種不 同規(guī)格尺寸的常規(guī)燃燒器，例如天然氣或丙烷燃燒器，預(yù)先加熱氣化室。在本發(fā)明使用氣流夾帶次級(jí)室02)的一個(gè)實(shí)施方案中，參照?qǐng)D10，熱空氣輸入 (任選的蒸汽)與加工過的原料/焦炭輸入同向流動(dòng)。這里加工過的原料/焦炭至少部分 是由添加劑流動(dòng)而懸浮，從而促使熱空氣和焦炭之間更加分散接觸。當(dāng)反應(yīng)物料由于重力 牽引與添加劑共同向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)生氣化反應(yīng)。第二氣化室氣體產(chǎn)品通過氣體出口排出，由 此產(chǎn)生的固體殘?jiān)?灰渣)通過固體殘?jiān)隹冢傻撞颗懦?。在本發(fā)明使用流化床次級(jí)室04)的一個(gè)實(shí)施方案中，參照?qǐng)D11，加工過的原料/ 焦炭是懸浮在向上流動(dòng)添加劑之中。在流化床中，添加劑輸入次級(jí)室的流速極大地克服任 何重力阻礙，加工過的原料/焦炭床在更加湍動(dòng)的方式中運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致更加均相反應(yīng)區(qū)域，其 行為類似于湍動(dòng)流體，即使加工過的原料/焦炭事實(shí)上是固體物料。熱空氣和蒸汽添加劑 從底部進(jìn)入次級(jí)室，并與焦炭相向流動(dòng)。產(chǎn)生的固體殘?jiān)?灰渣)通過固體殘?jiān)隹谂懦觯?第二氣化室氣體產(chǎn)品通過頂部的排氣口從次級(jí)室排出。在本發(fā)明使用移動(dòng)床次級(jí)室06)的一個(gè)實(shí)施方案中，參考圖12，氣化室06)包括 靠近其頂部的原料入口、多個(gè)空氣入口、出氣口、殘?jiān)隹诤驮诖渭?jí)室底部主動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)爐 排。該氣化室也選擇提供加工添加劑入口，將蒸汽輸入次級(jí)室。此外，混合攪拌機(jī)械07) 可以用于強(qiáng)化次級(jí)室內(nèi)添加劑和加工過的原料/焦炭之間相互作用。產(chǎn)生的固體殘?jiān)?灰 渣)通過殘?jiān)隹谂懦?，第二氣化室氣體產(chǎn)品通過其頂部的排氣口，從次級(jí)室排出。圖13A及圖1 描繪出旋轉(zhuǎn)爐排的實(shí)施方案，依據(jù)本發(fā)明不同的實(shí)施方案，該爐排可用于移動(dòng)床 次級(jí)室。圖14簡(jiǎn)略地描述一個(gè)移動(dòng)床氣化室和有關(guān)固體殘?jiān)廴谑遗c氣體重組室的實(shí)施 方案。在所描述的實(shí)施方案中，該氣化室包括加工過的原料/焦炭入口，多個(gè)熱空氣入口， 電機(jī)安裝在外部的攪拌器，與等離子加熱殘?jiān)廴谑覝贤ǖ臍堅(jiān)隹冢团c等離子氣體重 組室溝通的第二氣化室氣體產(chǎn)品出口。該氣體重組室也從揮發(fā)室收到第一氣化室氣體產(chǎn) 品，并使用等離子熱加工處理這兩種氣體產(chǎn)品的混合氣體，轉(zhuǎn)化其成為合成氣。焦炭氣化室 包括旋轉(zhuǎn)爐排，調(diào)節(jié)控制物料從碳轉(zhuǎn)化區(qū)至固體殘?jiān)廴谑业牧髁?。固體殘?jiān)锪线M(jìn)入固 體殘?jiān)廴谑液?，受到等離子熱源加熱處理，玻璃化，與其他固體殘?jiān)诤?。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，次級(jí)室是固定床氣化室。在固定床系統(tǒng)中，加工過的 原料/焦炭從頂部進(jìn)入氣化室，落在固定床面上，輸入熱空氣和任選的蒸汽(或其他添加 劑)則通過該床面引入。輸入氣體與原料相向流動(dòng)，從底部穿過加工過的原料/焦炭床。產(chǎn) 生的固體殘?jiān)?灰渣)通過殘?jiān)隹谂懦觯诙饣覛怏w產(chǎn)品則通過頂部的排氣口，從次 級(jí)室排出。按照本發(fā)明的規(guī)定，次級(jí)室選擇提供有控制該氣化室內(nèi)加工過的原料/焦炭停留 時(shí)間的設(shè)備。控制次級(jí)室內(nèi)加工過的原料/焦炭停留時(shí)間，確保有充足的時(shí)間達(dá)到焦炭，熱 空氣，和蒸汽最佳混合，從而最大限度地轉(zhuǎn)化加工過的原料/焦炭成為第二室氣體產(chǎn)品和 灰渣。在一個(gè)實(shí)施方案中，任何適宜調(diào)控輸送固體排出氣化室的機(jī)械可提供作為固定床 次級(jí)室的物料排出設(shè)備，控制其中加工過的原料/焦炭停留時(shí)間。在這樣的一個(gè)實(shí)施方案 中，一旦加工過的原料/焦炭在氣化室內(nèi)有足夠的停留時(shí)間轉(zhuǎn)化為第二氣化室氣體產(chǎn)品和 灰渣，灰渣產(chǎn)品就被主動(dòng)地排出氣化室。這樣的機(jī)制包括但不限于，任何可調(diào)控的固體清除 設(shè)備，該設(shè)備也可用于主動(dòng)輸送加工過的原料/焦炭排出初級(jí)室。因此，控制次級(jí)室內(nèi)加工 過的原料/焦炭停留時(shí)間的設(shè)備可以包括螺旋桿，推桿，水平旋轉(zhuǎn)槳，水平旋轉(zhuǎn)桿，或水平 旋轉(zhuǎn)輪。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制次級(jí)室內(nèi)加工過的原料/焦炭停留時(shí)間的設(shè)備是任何用 于固體清除裝置，如同在圖2至圖9中所描繪的任何裝置。圖15描述固定床次級(jí)室的一個(gè)實(shí)施方案和該次級(jí)室與固體殘?jiān)廴谑抑g的關(guān) 系，該固定床次級(jí)室還包括旋轉(zhuǎn)輪固體清除裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，灰渣產(chǎn)品以適當(dāng)?shù)乃俣冗B續(xù)排出，確保有足夠的停留時(shí)間完 成碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，一旦達(dá)到碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)完成的足夠停留時(shí)間，間歇性地排 出灰渣產(chǎn)品。在一個(gè)實(shí)施方案中，任何阻礙加工過的原料/焦炭排出氣化室的機(jī)制是控制加工 過的原料/焦炭在次級(jí)室停留時(shí)間的設(shè)備，該阻礙機(jī)制保留固體物料在氣化室有足夠停留 時(shí)間，確保加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化為第二氣化室氣體產(chǎn)品和灰渣。在一個(gè)實(shí)施方案中，隨 著加工過的原料/焦炭逐漸轉(zhuǎn)化為灰渣，灰渣產(chǎn)品被動(dòng)地從次級(jí)室排出。因此，控制加工過 的原料/焦炭在次級(jí)室停留時(shí)間的設(shè)備可以包括阻礙機(jī)制，使得加工過的原料/焦炭被保 留足夠長(zhǎng)的時(shí)間，確保加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化反應(yīng)，然后剩余灰渣產(chǎn)品從次級(jí)室排出。阻 礙機(jī)制部分或間歇性地阻斷固體殘?jiān)隹?，限制或調(diào)節(jié)排出次級(jí)室的物料流動(dòng)，或形成庫 池，用于暫時(shí)積累加工過的原料/焦炭。
參考圖16，阻礙機(jī)制安裝在次級(jí)室底部，可以是任何適宜形狀或設(shè)計(jì)合理的物理 屏障，該阻礙機(jī)制包括但不限于圓形頂、錐形體、爐篦、移動(dòng)爐排、磚爐排、多個(gè)陶瓷球、多個(gè) 管道等。阻礙機(jī)制形狀和大小可部分由氣化室形狀和取向決定。參考圖16A條至圖16F，其中詳細(xì)介紹各種非限制性阻礙機(jī)制的替代方案。在一個(gè) 實(shí)施方案中，如圖16A所示，阻礙機(jī)制是耐火材料固體圓頂(145)，用楔型安裝磚(150)固定 在次級(jí)室底部。耐火材料固體圓頂?shù)耐饩壟c氣化室內(nèi)壁之間保有一定間距(155)。耐火材 料固體圓頂還可進(jìn)一步選擇包括有多個(gè)圓孔(160)。參考圖16B，阻礙機(jī)制包括固體耐火磚爐排。耐火磚爐排( 每個(gè)磚之間保有一 定間距055)，允許碳室與固體殘?jiān)廴谑抑g相互溝通。參考圖16C，阻礙機(jī)制包括爐排結(jié)構(gòu)，它是由耐火材料襯鋼管(345)固定在一個(gè)安 裝圓環(huán)(350)上制造，安裝在次級(jí)室底部。在一個(gè)如圖16D所示的實(shí)施方案中，阻礙機(jī)制是耐火材料錐形固體(145)，用安裝 磚固定在次級(jí)室底部。參考圖16E，阻礙機(jī)制包括多個(gè)陶瓷球。參考圖16F，阻礙機(jī)制包括圓頂齒輪。阻礙機(jī)制和任何相關(guān)安裝構(gòu)件必須能夠有效地在次級(jí)室苛刻條件下運(yùn)行，尤其必 須能夠在高溫下運(yùn)行。因此，阻礙機(jī)制要設(shè)計(jì)使用耐高溫材料建造?；蛘?，阻礙機(jī)制涂有耐 火材料層或是直接用固體耐火材料制造。揮發(fā)氣化室和次級(jí)室都是耐火材料內(nèi)襯氣化室，其內(nèi)部體積為獲得所需要停留時(shí) 間應(yīng)可以容納適量固體物料。采用耐火材料是眾所周知的傳統(tǒng)耐火材料，適用于高溫(如 高達(dá)約1000°C )和非加壓氣化反應(yīng)。該傳統(tǒng)耐火材料包括高溫?zé)铺沾?，即氧化鋁、氮化 鋁、氮化鋁硼硅酸鹽、磷酸鋯、玻璃陶瓷和主要包含有硅、氧化鋁和二氧化鈦的高鋁磚。加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化反應(yīng)工序產(chǎn)生的灰渣產(chǎn)品，無論是否主動(dòng)或被動(dòng)地由次 級(jí)室排出，都隨后輸入熔融室。熔融室可以是單獨(dú)室或次級(jí)室擴(kuò)展區(qū)域。在熔融室是次級(jí)室擴(kuò)展區(qū)域的實(shí)施方案中，次級(jí)室包括碳轉(zhuǎn)化區(qū)和連通區(qū)或中間 區(qū)，該連通區(qū)或中間區(qū)與熔融室連續(xù)相接。其中碳轉(zhuǎn)化區(qū)域要適應(yīng)于1)輸入需要加工處理 原料，2)輸入熱空氣，將原料中未反應(yīng)碳加工轉(zhuǎn)化為具有一定熱值合成氣和基本無碳固體 殘?jiān)?，幻輸入任選的加工添加劑如蒸汽和/或富碳?xì)怏w，4)輸出合成氣和排出固體殘?jiān)?。連 通區(qū)域或中間區(qū)域設(shè)計(jì)將碳轉(zhuǎn)化區(qū)和熔融室分離，調(diào)節(jié)控制兩區(qū)之間存在的物料流動(dòng)，和 通過影響等離子熱源對(duì)固體殘?jiān)鼰醾鬟f，任選地對(duì)固體殘?jiān)峁┏跏既廴?，轉(zhuǎn)化其成為熔 渣。因此，次級(jí)室和熔融室全部容納于單獨(dú)耐火內(nèi)襯通常垂直氣化室中，該氣化室包括加工 過的原料入口、多個(gè)加熱空氣入口、出氣口、殘?jiān)隹诤偷入x子熱源、以及一個(gè)或更多任選 的加工添加劑入口。熔融室熔融室的主要功能是接收從次級(jí)室輸送的固體殘?jiān)?即灰渣)，將固體殘?jiān)鼫囟?提高至熔融與融合所需水平，并促使其與固體殘?jiān)l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成致密硅金屬類玻璃 化材料。在熔融室內(nèi)，使用熱源(如等離子熱源)獲得固體殘?jiān)ＡЩ枰某呒庸?溫度(約1400-1500°C，取決于灰渣的特性)，將熔渣充分融合均化后，排出熔融室冷卻，形 成致密、非浸、硅金屬類固體。
因此，本發(fā)明氣化系統(tǒng)選擇包括熔融室，該室有固體殘?jiān)肟?、一個(gè)或多個(gè)熱源、 任選的空氣輸入設(shè)備以及殘?jiān)隹?。有多種熱源可以用于熔融固體殘?jiān)?。根?jù)各種技術(shù)，適合熔融的等離子系統(tǒng)包括但不限于微波等離子體、電感耦合等 離子體、電弧等離子體和熱等離子體。在一個(gè)實(shí)施方案中，由等離子火炬構(gòu)成的等離子系統(tǒng) 提供熱量。著名等離子火炬系統(tǒng)包括但不限于轉(zhuǎn)移弧火炬(TAT)和非轉(zhuǎn)移弧火炬(NTAT) 系統(tǒng)。這兩種火炬系統(tǒng)(TAT，NTAT)的運(yùn)行都需要有正和負(fù)電極。在NTAT系統(tǒng)中，兩個(gè)電 極都是金屬，而在TAT系統(tǒng)，這兩個(gè)電極則視“工件”而定。由于可以獲得非常高的溫度，系 統(tǒng)運(yùn)行通常需要有效冷卻技術(shù)，例如快速水冷卻?；鹁嫦到y(tǒng)可以設(shè)計(jì)運(yùn)行在單相和多相交 流電(AC)模式，或直流電(DC)模式。在本發(fā)明利用NTAT火炬系統(tǒng)的實(shí)施方案中，兩個(gè)磁場(chǎng)線圈可以用于旋轉(zhuǎn)火炬電 弧。技術(shù)人員很容易理解，調(diào)整磁場(chǎng)線圈位置和改變等離子火炬系統(tǒng)使用電極材料可調(diào)整 火炬系統(tǒng)的運(yùn)行。在這些火炬系統(tǒng)中，電極使用的材料包括但不限于鋼、鎢、石墨、釷鎢、銅、 和與鋯⑶、鉻(Cr)或銀(Ag)的銅合金。為等離子火炬系統(tǒng)選擇載氣將對(duì)熔融室內(nèi)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生極嚴(yán)重影響。例如，載氣 可以是還原性、氧化性或惰性氣體。典型火炬系統(tǒng)載氣包括但不限于空氣、氮?dú)?、氦氣、?氣、氧氣、一氧化碳、氫氣和甲烷。選擇用于固體熔融的特殊等離子火炬系統(tǒng)取決于多種因素，該因素包括但不限 于電熱效率，對(duì)工質(zhì)熱傳遞；電極壽命；電極成本；電極更換簡(jiǎn)易性；溫度分布；等離子氣 體熱焓；支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造簡(jiǎn)易性，如電源和控制系統(tǒng)；經(jīng)營(yíng)者資格要求；載氣類型要 求；去離子水需求；可靠性；資本和經(jīng)營(yíng)成本；熔融室內(nèi)移動(dòng)能力；和插入室內(nèi)接近工質(zhì)能 力。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，殘?jiān)廴跓嵩词墙苟訜嵩＝苟訜崾侵鸽娏?通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量，是由于導(dǎo)體內(nèi)部帶電粒子運(yùn)動(dòng)和原子離子之間相互作用產(chǎn)生的熱量。 產(chǎn)生熱量與電阻乘以電流平方成正比。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，殘留熔融熱源是一個(gè)或多個(gè)氣體燃燒器系統(tǒng)。氣體燃燒器使用氣體燃料如乙炔，天然氣或丙烷產(chǎn)生火焰?；蛘?，空氣入口可適當(dāng) 用作一些氣體燃燒器，燃料氣體與空氣混合后獲得完全燃燒。例如，常用乙炔與氧氣混合。 為氣體燃燒器選擇適當(dāng)燃料氣體取決于各種因素，例如，包括期望的火焰溫度。熔融殘?jiān)梢灾芷谛缘鼗蜻B續(xù)地從熔融室排凈，冷卻后形成固體熔渣材料。該渣 料可供垃圾填埋處理。另外，熔融渣可倒入容器，冷卻成塊，磚瓦，或類似建筑材料。固體產(chǎn) 品可以進(jìn)一步分成各種類別供日常使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，固體殘?jiān)廴谑覂?nèi)加工處理的固體殘?jiān)▉碜韵掠芜^程的 固體物料，例如，來自下游氣體精制過程中由布袋除塵過濾器回收的固體物料。固體殘?jiān)廴谑以O(shè)計(jì)確保有足夠停留時(shí)間，確保加熱固體殘?jiān)吝m當(dāng)溫度，使殘 渣熔融并均化融合。使用熱源類型，以及其位置和方向，都是固體殘?jiān)廴谑以O(shè)計(jì)中要考慮的附加因 素。熱源必須滿足溫度要求，加熱固體殘?jiān)了枰獪囟?，熔融和均化固體殘?jiān)瑫r(shí)允許 熔融廢渣流出氣化室。熔融室內(nèi)壁上襯有耐火材料，該耐火材料它可以是一種或已知傳統(tǒng)耐火材料組23合，適合使用于極高溫度(如約1100°C的溫度到1800°C )和非加壓反應(yīng)氣化室。該耐火材 料包括但不限于高溫?zé)铺沾?如氧化鋁、氮化鋁、鋁硅酸鹽、氮化硼、磷酸鋯陶瓷)、玻璃 陶瓷和主要包含氧化硅，氧化鋁和二氧化鈦的高鋁磚。氣體重組區(qū)氣體重組區(qū)主要功能是將第一氣化室氣體產(chǎn)品和第二氣化室氣體產(chǎn)品重新組合 成為合成氣體。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，氣體重組區(qū)可設(shè)置在初級(jí)室頂部、或次級(jí)室頂部、或單獨(dú)室 內(nèi)。因此，氣體重組區(qū)接收從初級(jí)室輸送的第一氣化室氣體產(chǎn)品(尾氣)，在一些實(shí)施 方案中，也接收從次級(jí)室輸送的第二氣化室氣體產(chǎn)品，進(jìn)行加熱處理如等離子熱源加熱，完 全有效地轉(zhuǎn)化該氣體成為合成氣產(chǎn)品。氣體重組區(qū)也將消除或分解原始?xì)鈶B(tài)產(chǎn)物中存在的 污染物質(zhì)(如焦油，微粒)，減輕下游氣體質(zhì)量精制加工過程負(fù)荷。如果需要調(diào)整合成氣化 學(xué)組成，該系統(tǒng)可提供加工添加劑輸入如空氣或水蒸汽，通過加工添加劑入口提供重組所 需分子種類，重新組合加工氣體為含有理想成分合成氣。按照本發(fā)明規(guī)定，氣體重組區(qū)與初級(jí)室或選擇次級(jí)室氣體出口流體相連，該重組 區(qū)包括一個(gè)或多個(gè)熱源(如等離子熱源或氫氣燃燒器)、一個(gè)或多個(gè)任選的加工添加劑入 口和合成氣出口。任選的一個(gè)或多個(gè)加工添加劑入口將空氣/氧氣和/或蒸汽注入重組區(qū)。 在等離子重組工序生成的合成氣通過合成氣出口，排出氣體重組室。在一個(gè)實(shí)施方案中，氣體重組區(qū)設(shè)置在初級(jí)室內(nèi)或與其連體相通室內(nèi)，即無中間 段分離兩個(gè)室。在該實(shí)施方案中，氣體重組工序和氣體揮發(fā)工序同時(shí)發(fā)生在單獨(dú)室內(nèi)分別 兩個(gè)區(qū)域。在這樣一個(gè)實(shí)施方案中，可以理解，從次級(jí)室輸送的第二氣化室氣體產(chǎn)品是通過 專門第二氣化室氣體入口輸入該單獨(dú)室。為重組反應(yīng)產(chǎn)生，氣體重組室必須加熱至足夠高溫度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案 中，溫度是從約800°C至約1200°C。在發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，溫度是從約950°C至約 1050°C。在另一個(gè)實(shí)施方案中，溫度是從約1000°C至1200°C。在一個(gè)實(shí)施方案中，重組室 內(nèi)運(yùn)行溫度是約1000°C。排出重組室合成氣溫度范圍是從400°C至1000°C以上。使用熱交 換系統(tǒng)冷卻合成氣，合成氣溫度可以降低，并回收合成氣熱量，這將在以后討論。在一個(gè)實(shí)施方案中，僅有初級(jí)室產(chǎn)生氣體輸入氣體重組區(qū)。在一個(gè)實(shí)施方案中，氣體重組區(qū)位于其獨(dú)立室內(nèi)，初級(jí)室氣體產(chǎn)品和次級(jí)室氣體 產(chǎn)品在輸入重組室前預(yù)先混和，通過共同入口進(jìn)入重組室。在一個(gè)實(shí)施方案中，初級(jí)室氣體 產(chǎn)品和次級(jí)室氣體產(chǎn)品在進(jìn)入重組室前并無預(yù)先混和，因而兩個(gè)分離流體通過單獨(dú)入口分 別進(jìn)入重組室。氣體重組室一般是有足夠體積的耐火材料內(nèi)襯室，其完全可以滿足產(chǎn)生轉(zhuǎn)化反應(yīng) 所需停留時(shí)間。氣體重組室可以是任何幾何形狀，只要其允許有適當(dāng)停留時(shí)間，使原料氣體 能夠與選擇加工添加劑充分化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為合成氣。例如，氣體重組室可能是直管式或文 氏管結(jié)構(gòu)(文丘里管)。只要能適當(dāng)混合原料氣體與選擇加工添加劑和維持其停留時(shí)間，氣 體重組室可放置于各種不同位置。由一個(gè)或多個(gè)氣體入口輸送第一氣化室氣體產(chǎn)品和第二氣化室氣體產(chǎn)品進(jìn)入重 組室可以組合為輸入方式，允許有同向、逆向、徑向、切向或其他方向輸入。進(jìn)入等離子加熱 重組室的原料氣體由氣體攪拌設(shè)備任意混合。重組室可以包含一個(gè)或多個(gè)室，該室可垂直或水平取向，可擁有各種內(nèi)部構(gòu)件如擋板，促進(jìn)返混與擾動(dòng)。擋板通過制造擾動(dòng)弓I導(dǎo)氣體混 合。已知擋板布局技術(shù)包括但不限于橋壁隔板和排列阻塞環(huán)擋板。在一個(gè)實(shí)施方案中，混 合設(shè)備可以包括一個(gè)或更多在原料入口或其附近的空氣噴嘴，該噴嘴將少量空氣注入原料 氣體，從而在原料氣流中制造一個(gè)旋渦運(yùn)動(dòng)或擾動(dòng)，達(dá)到氣體混合目的。氣體重組熱量可以由多種熱源提供，如等離子類加熱系統(tǒng)或氫氣燃燒器?；诟鞣N技術(shù)，適合氣體重組的等離子系統(tǒng)可包括但不限于微波等離子體、電感 耦合等離子體、電弧等離子體和熱等離子體。等離子熱源可以從下列等離子體加熱裝置中 選擇，例如非轉(zhuǎn)移弧交流和直流等離子火炬，轉(zhuǎn)移弧交流和直流等離子火炬，和無電極高頻 感應(yīng)等離子體加熱裝置。等離子火炬使用的各種氣體工質(zhì)包括但不限于空氣、氧氣、氮?dú)狻?氬氣、甲烷、乙炔和丙烯。技術(shù)人員可以輕易確定本發(fā)明氣體重組室所用等離子熱源類型。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，氣體重組熱量是由含有等離子火炬的等離子系統(tǒng)提 供。著名等離子體火系統(tǒng)包括但不限于轉(zhuǎn)讓弧火炬(TAT)和非轉(zhuǎn)移弧火炬(NTAT)系統(tǒng)。 這兩種火炬系統(tǒng)(TAT，NTAT)的運(yùn)行都需要有正和負(fù)電極。在NTAT系統(tǒng)中，兩個(gè)電極都是 金屬，而在TAT系統(tǒng)，這兩個(gè)電極則視“工件”而定。由于可以獲得非常高的溫度，系統(tǒng)運(yùn)行 通常需要有效的冷卻技術(shù)，例如快速水冷卻?；鹁嫦到y(tǒng)可以設(shè)計(jì)運(yùn)行在單相和多相交流電 (AC)模式或直流電(DC)模式。在本發(fā)明利用NTAT火炬系統(tǒng)的實(shí)施方案中，兩個(gè)磁場(chǎng)線圈可以用于旋轉(zhuǎn)火炬電 弧。技術(shù)人員很容易理解，調(diào)整磁場(chǎng)線圈位置和改變等離子火炬系統(tǒng)使用電極材料可調(diào)整 火炬系統(tǒng)運(yùn)行。在這些火炬系統(tǒng)中，電極使用材料包括但不限于鋼、鎢、石墨、釷鎢、銅、和與 鋯⑶、鉻(Cr)或銀(Ag)的銅合金。為等離子火炬系統(tǒng)選擇載氣將對(duì)熔融室內(nèi)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生極嚴(yán)重影響。例如，載氣 可以是還原性、氧化性或惰性氣體。典型火炬系統(tǒng)載氣包括但不限于空氣、氮?dú)?、氦氣、?氣、氧氣、一氧化碳、氫氣和甲烷。選擇用于固體熔融的特殊等離子火炬系統(tǒng)取決于多種因素，它們包括但不限于 電熱效率，對(duì)工質(zhì)熱傳遞；電極壽命；電極成本；電極更換簡(jiǎn)易性；溫度分布；等離子氣體熱 焓；支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造簡(jiǎn)易性，如電源和控制系統(tǒng)；經(jīng)營(yíng)者資格要求；載氣類型要求；去 離子水需求；可靠性；資本和經(jīng)營(yíng)成本；熔融室內(nèi)移動(dòng)能力；和插入室內(nèi)接近工質(zhì)能力。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，氣體重組熱量是由氫氣燃燒器提供。在本發(fā)明的一 個(gè)實(shí)施方案中，氣體重組熱量是由一個(gè)或多個(gè)氫氣燃燒器與一個(gè)或多個(gè)等離子系統(tǒng)共同提 {共。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，使用氫氣燃燒器獲得氧氣和氫氣燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生超 高溫蒸汽(> 1200°C )。該蒸汽可用于加熱尾氣，分解其中焦油和增加其熱值。該技術(shù)與 等離子火炬類似，有相同能量效率。但是，不良燃燒可導(dǎo)致氧與尾氣反應(yīng)，產(chǎn)生低溫水(H2O) 及二氧化碳(CO2)。因此，如下面所述，這項(xiàng)技術(shù)最好利用在氣化器的最后工序生產(chǎn)添加劑， 而不是尾氣本身。在一個(gè)實(shí)施方案中，利用氫氣燃燒器產(chǎn)生高溫蒸汽，該蒸汽隨后與熱物料氣體混 合與分配。高溫蒸汽可設(shè)想由兩階段工藝產(chǎn)生，第一階段，輸入水流在電解槽內(nèi)分解成氫 氣和氧氣，第二階段，所產(chǎn)生氧氣和氫氣在氫氣燃燒器中燃燒，產(chǎn)生高溫蒸汽(溫度可高達(dá) 2500°C至300(TC )。高溫蒸汽含有大量高活性自由基，促進(jìn)碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)，部分有益于氣化器最終加工區(qū)域。重組室有多個(gè)備用端口，可允許安裝超過一個(gè)以上等離子熱源，任選的軸向，徑 向，切向，或其他促進(jìn)等離子氣體流動(dòng)方向安裝，利用等離子火炬提供向上或向下氣流。重組室內(nèi)壁可襯有耐火材料，和/或使用水套封裝重組反應(yīng)器，即冷卻反應(yīng)器同 時(shí)又可生產(chǎn)蒸汽。多個(gè)壁面可包括冷卻同時(shí)回收熱量機(jī)制，重組系統(tǒng)還可能包括生產(chǎn)高壓 /高溫蒸汽換熱器，或其他熱回收能力。熱量回收子系統(tǒng)熱量回收子系統(tǒng)有助于從高溫合成氣產(chǎn)品中有效回收顯熱熱量，加熱空氣，供氣 化過程中使用。圖16是本即時(shí)發(fā)明使用的熱量回收子系統(tǒng)示意圖，描述從氣體重組室生產(chǎn)的高 溫合成氣中回收熱量。在此實(shí)施方案中，熱量回收子系統(tǒng)是合成氣/空氣換熱器，使用等離 子氣體重組室生產(chǎn)的高溫合成氣體加熱室溫空氣，導(dǎo)致空氣加熱和合成氣冷卻。該熱空氣 可輸送至揮發(fā)室和/或次級(jí)室，用于驅(qū)動(dòng)氣化過程。回收的顯熱熱量由熱空氣攜帶，輸送至 氣化過程各個(gè)階段，冷卻的合成氣準(zhǔn)備繼續(xù)進(jìn)行下一步氣體精制加工。本系統(tǒng)采用不同類型換熱器，包括殼式和管式換熱器，這兩種換熱器可以是直管 單程式設(shè)計(jì)和U型管多程式設(shè)計(jì)，以及板式換熱器。選擇適當(dāng)換熱器是在熟練工人知識(shí)范 圍之內(nèi)。熱量回收子系統(tǒng)采用管道系統(tǒng)，高溫合成氣通過該管道系統(tǒng)輸送至熱交換設(shè)備， 回收合成氣中顯熱熱量。該管道系統(tǒng)選擇使用一個(gè)或多個(gè)分布于整個(gè)系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器和 /或氣體壓縮機(jī)，提供合成氣產(chǎn)品流量管理手段。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱量回收子系統(tǒng)采用管道系統(tǒng)，輸送熱空氣至初級(jí)室和/或 次級(jí)室，通過空氣入口進(jìn)入相應(yīng)氣化室。在一個(gè)實(shí)施方案中，該管道系統(tǒng)包括有控制設(shè)備， 控制熱空氣分配至初級(jí)室和次級(jí)室相對(duì)數(shù)量，確保提供足夠熱空氣分別進(jìn)行相應(yīng)揮發(fā)階段 和加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化階段加工處理。因此，空氣管道系統(tǒng)選擇采用一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié) 器，流量計(jì)和/或壓縮機(jī)，配置于整個(gè)系統(tǒng)所需任何位置，提供流量控制和/或熱空氣分配 手段。熱空氣管道也任選地包括熱空氣分流設(shè)備，例如，輸送熱空氣至排氣口或至任選的附 加熱交換系統(tǒng)。熱回收子系統(tǒng)任選的進(jìn)一步從熱合成氣中回收顯熱熱量，采用熱交換設(shè)備將合成 氣熱量傳遞至水，從而生產(chǎn)水蒸汽和進(jìn)一步冷卻合成氣。通過二次熱交換設(shè)備從合成氣中 進(jìn)一步回收顯熱熱量，例如，熱回收蒸汽發(fā)生器或廢熱鍋爐，該設(shè)備回收熱量同時(shí)生產(chǎn)蒸 汽。蒸汽在氣化過程中可作為水蒸氣加工添加劑，確保有足夠游離氧和游離氫，最大限度地 將原料轉(zhuǎn)化為合成氣產(chǎn)品。產(chǎn)生的蒸汽還可以用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)加工設(shè)備，例如，空氣壓縮機(jī)， 以及合成氣壓縮機(jī)。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱回收子系統(tǒng)包括熱回收蒸汽發(fā)生器(余熱鍋爐HRSG)，設(shè)置 在合成氣至空氣熱交換器下游。在這樣一個(gè)實(shí)施方案中，余熱鍋爐(HRSG)是管殼式設(shè)計(jì)換 熱器，合成氣從垂直管內(nèi)流過，而水在管殼側(cè)沸騰蒸發(fā)。氣體質(zhì)量精制系統(tǒng)(GQCS)經(jīng)過冷卻步驟，合成氣送入氣體質(zhì)量精制子系統(tǒng)(GQCQ，準(zhǔn)備繼續(xù)下一步氣體精 制加工。GQCS系統(tǒng)旨在消除合成氣中微顆粒和其他雜質(zhì)，如酸性氣體(氯化氫(HCl)、硫化氫(H2Q)，和/或重金屬。精制過程所需加工步驟和順序是由合成氣組成和其呈現(xiàn)污染物 決定。合成氣組成和污染物呈現(xiàn)類型部分取決于進(jìn)行氣化原料的組成。例如，如果高含硫 煤炭是初級(jí)原料，合成氣產(chǎn)品將含有大量硫成分，必須從合成氣產(chǎn)品中將其除后，才能供下 游應(yīng)用使用。合成氣一旦完成清潔和精制加工后，氣體產(chǎn)品任選地儲(chǔ)存或直接輸至所需下 游應(yīng)用使用。任選的下游單元采用本發(fā)明氣化系統(tǒng)生產(chǎn)的合成氣適宜在下游應(yīng)用中使用，如電力生產(chǎn)。因此，氣 化系統(tǒng)任選地包括任何這類應(yīng)用所需下游單元。在一個(gè)實(shí)施方案中，氣化系統(tǒng)包括氣體均 化子系統(tǒng)。該氣體均化子系統(tǒng)包括氣體均質(zhì)室，接收由氣化系統(tǒng)生產(chǎn)的合成氣，允許合成氣 混合，削弱均質(zhì)室內(nèi)任何合成氣化學(xué)成分波動(dòng)。在合成氣混合過程中，同樣可以減少其他氣 體特性波動(dòng)，如壓力，溫度和流量。氣體均質(zhì)室是專門設(shè)計(jì)從氣化過程接收合成氣，保持氣 體有一定混合停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)一定體積合成氣具有一致和/或確定的化學(xué)成分。在一個(gè)實(shí)施方案中，氣化系統(tǒng)包括氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)，存儲(chǔ)清潔和精制的合成氣，用于 發(fā)電系統(tǒng)。合成氣產(chǎn)品下游應(yīng)用包括電力生產(chǎn)，例如，燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電或燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。合 成氣也可以在蒸汽鍋爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生蒸汽，所產(chǎn)生蒸汽用于驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電?？刂葡到y(tǒng)本發(fā)明氣化系統(tǒng)包括供氣化系統(tǒng)使用的控制系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)氣化過程不同的運(yùn) 行階段，確保含碳原料有效和完全地轉(zhuǎn)化為合成氣產(chǎn)品。該控制系統(tǒng)還任選地提供一致和 /或有確定組成的合成氣產(chǎn)品生產(chǎn)?？刂葡到y(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)傳感元件和一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)元件，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行參 數(shù)，調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行條件，優(yōu)化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，其中傳感元件和響應(yīng)元件全部集成于系統(tǒng)內(nèi)，該 系統(tǒng)內(nèi)響應(yīng)元件根據(jù)傳感元件獲得數(shù)據(jù)，調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行狀況。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)可用于控制本發(fā)明披露各種氣化系統(tǒng)和/ 或子系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行和/或?qū)嵤┑囊粋€(gè)或多個(gè)工藝過程，和/或控制一個(gè)或多個(gè)預(yù)計(jì)能夠?qū)@ 些工藝過程產(chǎn)生影響的工藝裝置。一般來說，控制系統(tǒng)可有效地控制各種局部和/或區(qū)域 工藝過程，該過程關(guān)系到一個(gè)指定系統(tǒng)，或其子系統(tǒng)或組件，和/或關(guān)系到一個(gè)系統(tǒng)如氣化 系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)全局工藝過程，本發(fā)明各種實(shí)施方案在該控制系統(tǒng)中或與其合作 中，協(xié)同調(diào)整其各種控制參數(shù)，為實(shí)現(xiàn)確定的結(jié)果而調(diào)整這些工藝過程。各種傳感元件和響 應(yīng)元件因此分布于整個(gè)控制系統(tǒng)，或與其中一個(gè)或多個(gè)組件相關(guān)，用于獲取各種工藝，反應(yīng) 物和/或產(chǎn)品特性參數(shù)，并將獲得參數(shù)與能促使實(shí)現(xiàn)預(yù)期結(jié)果的適當(dāng)特性范圍比較，通過 一個(gè)或多個(gè)可控工藝設(shè)備，對(duì)一個(gè)或多個(gè)正在運(yùn)行的過程作出積極變化反應(yīng)?？刂葡到y(tǒng)一般包括一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)相關(guān)特征的傳感元件。該特征相關(guān)于一個(gè)或多 個(gè)氣化系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行過程，為該系統(tǒng)提供輸入，和/或由該系統(tǒng)產(chǎn)生輸出。一個(gè)或多 個(gè)計(jì)算平臺(tái)與傳感元件信息溝通，獲取檢測(cè)特征的特征代表值，并將該特征代表值與其預(yù) 先確定的范圍比較，該范圍代表特征適宜于獲得所選擇的運(yùn)行結(jié)果和/或下游加工結(jié)果， 計(jì)算出一個(gè)或多個(gè)工藝控制參數(shù)，有助于維持特征值處于該預(yù)定范圍內(nèi)。許多響應(yīng)元件因 此可與一個(gè)或多個(gè)工藝設(shè)備有效連接，該工藝設(shè)備可影響系統(tǒng)，過程，輸入，和/或輸出運(yùn) 行，從而調(diào)整檢測(cè)特征。該響應(yīng)元件與計(jì)算平臺(tái)信息溝通，獲取其計(jì)算出的工藝控制參數(shù)，27對(duì)工藝設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)操作。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)對(duì)含碳原料轉(zhuǎn)化為合成氣相關(guān)的各種氣化系統(tǒng)，過 程，輸入，和/或輸出，提供反饋，前饋和/或預(yù)測(cè)控制，促進(jìn)一個(gè)或多個(gè)與此有關(guān)正在運(yùn)行 的工藝過程效率。例如，可以測(cè)定各種工藝特征值，控制并調(diào)整該特征值影響這些過程，其 中包括但不限于，原料含熱量和/或組成，產(chǎn)品氣體特征(如含熱量、溫度、壓力、流量、成 分、含碳量等)，特征允許變異程度，以及投入成本與產(chǎn)出價(jià)值的比值。連續(xù)和/或?qū)崟r(shí)調(diào)整 各種控制參數(shù)可包括但不限于熱源功率，添加劑(如氧氣、氧化劑、蒸汽等)輸入流量，原料 (例如，一個(gè)或多個(gè)不同原料和/或混合原料進(jìn)料)輸入流量，氣體和/或系統(tǒng)壓力/流量 調(diào)節(jié)器(如壓縮機(jī)、減壓閥和/或控制閥、火炬等等)，以及類似控制參數(shù)。連續(xù)和/或?qū)崟r(shí) 調(diào)整控制工藝參數(shù)可以按照一種執(zhí)行方式，即測(cè)定一個(gè)或多個(gè)工藝相關(guān)特征，根據(jù)設(shè)計(jì)要 求和/或下游加工所需規(guī)格，優(yōu)化過程參數(shù)。此外，控制系統(tǒng)可配置保證其正常運(yùn)行的監(jiān)視器，監(jiān)視指定系統(tǒng)內(nèi)各種部件正常 運(yùn)行，或者，當(dāng)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)適用時(shí)，確保過程運(yùn)行滿足監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，控制系統(tǒng)可進(jìn)一步用于監(jiān)測(cè)和控制一個(gè)指定系統(tǒng)的全部能量 效果。例如，一個(gè)指定系統(tǒng)可以某種方式運(yùn)行使其能量效果減少，或再次降至最低，例如，優(yōu) 化一個(gè)或多個(gè)正在運(yùn)行過程，或者增加回收該過程中產(chǎn)生的能量(如廢熱)。另外，控制系 統(tǒng)可配置調(diào)整被控制過程生產(chǎn)的氣體產(chǎn)品組成和/或其他特性(如溫度、壓力、流量)，這 些特性不僅適宜于下游使用，而且極大地優(yōu)化有效和/或最佳利用。例如在一個(gè)實(shí)施方案 中，氣體產(chǎn)品用于驅(qū)動(dòng)指定類型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)電力，可以調(diào)整該氣體產(chǎn)品特性，使其匹配 該發(fā)動(dòng)機(jī)最佳輸入特性。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)可配置調(diào)整指定過程，滿足各種組成中關(guān)于反應(yīng)物 和/或產(chǎn)物停留時(shí)間限制，和/或優(yōu)化整個(gè)過程中關(guān)于各個(gè)工藝性能指標(biāo)。例如，控制上游 工藝生產(chǎn)速度，使其基本匹配一個(gè)或多個(gè)下游后續(xù)生產(chǎn)過程。此外，在各種實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)可適應(yīng)于連續(xù)和/或?qū)崟r(shí)地對(duì)指定過程各個(gè) 方面提供順序和/或同步控制。一般來說，控制系統(tǒng)可包括任何現(xiàn)有適合應(yīng)用的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型。例如，控制系 統(tǒng)可包括中央集中式控制系統(tǒng)，分布式控制系統(tǒng)，或者兩者兼而有之。中央集中式控制系統(tǒng) 一般包括中央控制器，該控制器配置分別與各種本地和/或遠(yuǎn)程傳感裝置和響應(yīng)元件通迅 聯(lián)系，傳感裝置檢測(cè)受控制過程各種有關(guān)特征參數(shù)，而響應(yīng)元件通過一個(gè)或多個(gè)可控工藝 設(shè)備隨之做出反應(yīng)，直接或間接地影響受控制過程。使用集中式架構(gòu)，多數(shù)計(jì)算工作是集中 通過一個(gè)集成處理器或多個(gè)處理器完成，這樣大多數(shù)必要硬件和/或?qū)嵤┻^程控制軟件都 可集中處于同一地點(diǎn)。分布式控制系統(tǒng)一般包括兩個(gè)或多個(gè)分散布置的控制器，每個(gè)分布式控制器能夠 與各自相應(yīng)傳感元件和響應(yīng)元件通迅聯(lián)系，監(jiān)測(cè)局部和/或區(qū)域的特征，并通過局部和/或 區(qū)域工藝設(shè)備做出反應(yīng)，該設(shè)備可配置影響局部過程或子過程。通信可通過各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 建立在分布式控制器之間，其中檢測(cè)特征通過第一個(gè)控制器與第二個(gè)控制器通迅聯(lián)系，為 獲得那里做出的反應(yīng)，遠(yuǎn)程反應(yīng)可在檢測(cè)特征第一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生影響。例如，下游監(jiān)測(cè)設(shè)備檢 測(cè)到下游氣體產(chǎn)品特征，通過上游控制器調(diào)整轉(zhuǎn)化器相關(guān)工藝參數(shù)，最終調(diào)整該氣體產(chǎn)品 特征參數(shù)。在分布式結(jié)構(gòu)中，控制硬件和/或軟件也分布在各個(gè)控制器之中，其中相同但模塊化配置控制方案可以實(shí)施每個(gè)控制器上，或各種模塊合作控制方案可實(shí)施在相應(yīng)控制器 上。另外，控制系統(tǒng)可細(xì)分為獨(dú)立然而有互相通訊聯(lián)絡(luò)的局部，區(qū)域和/或全局控制 子系統(tǒng)。這種控制架構(gòu)可以允許特定過程或一系列相互關(guān)聯(lián)過程運(yùn)行在與其他局部控制子 系統(tǒng)最少交互作用的情況下，受到局部控制。全局控制主系統(tǒng)可以與每個(gè)相應(yīng)局部控制子 系統(tǒng)通訊聯(lián)絡(luò)，為獲得全局最終結(jié)果而對(duì)局部過程傳達(dá)必要調(diào)整。本發(fā)明控制系統(tǒng)可以使用上述任何結(jié)構(gòu)或其他任何已知技術(shù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，該系統(tǒng)一 般被認(rèn)為是在本發(fā)明披露范圍和性質(zhì)之內(nèi)。例如，在本發(fā)明范圍內(nèi)工藝控制和運(yùn)行可在專 門局部環(huán)境中完成，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，任選地與上游或下游工藝控制相關(guān)的任何中央和/或 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通訊聯(lián)絡(luò)。另外，控制系統(tǒng)可包括區(qū)域和/或全局控制系統(tǒng)子部件，旨在協(xié)同 控制區(qū)域和/或全局進(jìn)程。例如，模塊化控制系統(tǒng)可以這樣設(shè)計(jì)，控制模塊相互控制系統(tǒng)的 各種子部件，同時(shí)提供區(qū)域和/或全局控制所需要的跨模塊通信?？刂葡到y(tǒng)一般包括一個(gè)或多個(gè)中央，網(wǎng)絡(luò)化和/或分布式處理器，一個(gè)或多個(gè)信 號(hào)輸入，和一個(gè)或多個(gè)信號(hào)輸出。該信號(hào)輸入接收來自各種傳感元件的實(shí)時(shí)檢測(cè)特征信號(hào)， 信號(hào)輸出則對(duì)各個(gè)響應(yīng)元件傳達(dá)新的或更新的各種工藝控制參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)的一個(gè)或多個(gè) 計(jì)算平臺(tái)還可包括一個(gè)或多個(gè)本地和/或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)(如光盤(ROM)，內(nèi)存 (RAM)，可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)，本地方和/或網(wǎng)絡(luò)訪問存儲(chǔ)介質(zhì)等)，用于這里儲(chǔ)存各種預(yù)定和/ 或更新的控制參數(shù)，已設(shè)置或選擇的系統(tǒng)和工藝特征運(yùn)行范圍，系統(tǒng)監(jiān)視資料和控制軟件， 以及運(yùn)行數(shù)據(jù)等等。另外，計(jì)算平臺(tái)也可直接或通過各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備訪問工藝模擬數(shù)據(jù)， 和/或系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)，和模擬設(shè)備。此外，計(jì)算平臺(tái)可配備一個(gè)或多個(gè)任選的用戶圖形界面 和提供管理訪問控制系統(tǒng)的外設(shè)輸入設(shè)備(系統(tǒng)升級(jí)，維修，改裝，適應(yīng)新的系統(tǒng)模塊和/ 或設(shè)備等)，以及各種任選的外設(shè)輸出設(shè)備，與外部資源傳遞數(shù)據(jù)和信息(如調(diào)制解調(diào)器， 網(wǎng)絡(luò)連接，打印機(jī)等)。加工系統(tǒng)和任何子加工系統(tǒng)可專門包括硬件或任何硬件與軟件的組合。任何子加 工系統(tǒng)可包括比例(P)，積分(I)，或微分⑶處理器的任何組合，例如，P比例控制器，I積 分控制器，PI比例積分控制器，PD比例微分控制器，和PID比例微積分控制器等。對(duì)技術(shù)人 員顯而易見，理想P，I，和D控制器組合的選擇取決于氣化系統(tǒng)工藝反應(yīng)部分的動(dòng)力與延遲 時(shí)間，和組合控制器預(yù)計(jì)運(yùn)行條件的控制范圍，以及該組合控制器的動(dòng)力和延遲時(shí)間。這對(duì) 技術(shù)人員是顯而易見，這些組合可以在模擬電路中實(shí)現(xiàn)，通過傳感元件連續(xù)檢測(cè)特征值，并 將其與給定值比較，比較結(jié)果作用于相應(yīng)的控制單元使其作出充分調(diào)整，最后通過響應(yīng)元 件作用，減少觀測(cè)值和給定值之間的差額。這對(duì)技術(shù)人員將更加顯而易見，該組合也可以在 數(shù)字硬件軟件混合環(huán)境中得以實(shí)現(xiàn)。有關(guān)附加隨機(jī)采樣影響，數(shù)據(jù)采集，和數(shù)字處理對(duì)技術(shù) 人員是眾所周知的。PID組合控制能夠?qū)崿F(xiàn)前饋和反饋控制方案。在矯正或反饋控制中，通過適當(dāng)傳感元件監(jiān)測(cè)獲得的控制參數(shù)值或控制變量值需 要與給定值或給定范圍相比較。根據(jù)兩個(gè)值之間的偏差，確定提供給控制元件的控制信號(hào)， 用于減少偏差。可以理解，傳統(tǒng)反饋或反應(yīng)式控制系統(tǒng)可進(jìn)一步包含適應(yīng)和/或預(yù)測(cè)單元， 其針對(duì)給定條件反應(yīng)顯然是根據(jù)模擬和/或先前監(jiān)測(cè)的反應(yīng)，對(duì)監(jiān)測(cè)特征提供對(duì)抗反應(yīng)， 同時(shí)又限制在補(bǔ)償行為中過度反應(yīng)的可能。例如，對(duì)于特定系統(tǒng)配置，獲得數(shù)據(jù)和/或提 供的歷史數(shù)據(jù)可協(xié)同調(diào)整對(duì)系統(tǒng)和/或工藝檢測(cè)特征反應(yīng)，該歷史數(shù)據(jù)包括最佳值指定范圍，其中先前的反應(yīng)受到監(jiān)視和調(diào)整以提供理想的結(jié)果。這種適應(yīng)和/或預(yù)測(cè)控制方案是 眾所周知的技術(shù)，因此，不認(rèn)為該方案偏離本資料披露的一般范圍和性質(zhì)?？刂茊卧疚乃紤]的傳感元件包括但不限于監(jiān)測(cè)工藝運(yùn)行參數(shù)的裝置，如系統(tǒng)內(nèi)各不同 地點(diǎn)氣體流量，溫度和壓力，以及分析合成氣產(chǎn)品化學(xué)成分裝置。從傳感元件獲得的數(shù)據(jù)用于確定是否對(duì)氣化系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行條件和參數(shù)需要做出任 何調(diào)整，優(yōu)化氣化過程效率和合成氣產(chǎn)品組成。持續(xù)調(diào)整反應(yīng)物(例如，初級(jí)原料和次級(jí)原 料輸入流量和數(shù)量，熱空氣和/或蒸汽輸入)以及某些運(yùn)行條件，如系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)部件溫度和 壓力，使氣化工藝能夠在高效和一致地條件下生產(chǎn)合成氣。控制系統(tǒng)以優(yōu)化氣化工藝效率和減輕其對(duì)環(huán)境造成影響為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)與配置。 同時(shí)，設(shè)計(jì)要求該控制系統(tǒng)在連續(xù)生產(chǎn)條件下運(yùn)行氣化系統(tǒng)。傳感元件可間歇或連續(xù)地監(jiān)測(cè)下列運(yùn)行參數(shù)，所獲得數(shù)據(jù)用于確定系統(tǒng)是否運(yùn)行 在最佳設(shè)置點(diǎn)，例如，是否需要火炬提供更多能量，或者更多空氣或蒸汽輸入氣化系統(tǒng)，以 及是否需要調(diào)整原料輸入流量。溫度在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)包括遍布于整個(gè)氣化系統(tǒng)各需要地點(diǎn)的溫 度監(jiān)測(cè)裝置，例如，揮發(fā)氣化室內(nèi)，加工過的原料/焦炭氣化室內(nèi)，或氣體重組室內(nèi)。監(jiān)測(cè)溫 度裝置可以是安裝在系統(tǒng)要求位置的熱電偶溫度計(jì)或光學(xué)溫度計(jì)。熱合成氣產(chǎn)品的溫度監(jiān)測(cè)裝置可安置在等離子氣體重組室合成氣出口。在一個(gè)實(shí) 施方案中，如果使用熱量回收子系統(tǒng)(如換熱器或類似技術(shù))從等離子氣體重組工藝生產(chǎn) 的熱合成氣中回收顯熱熱量，可以結(jié)合熱量回收子系統(tǒng)內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)裝置，獲得合成氣產(chǎn)品 溫度變化。例如，可以監(jiān)測(cè)冷卻液入口和出口溫度，以及合成氣入口和出口溫度。系統(tǒng)壓力在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)包括整個(gè)氣化系統(tǒng)各個(gè)位置的壓力監(jiān)測(cè)裝 置。壓力監(jiān)測(cè)裝置可包括壓力傳感元件，如壓力傳感器，壓力變送器，或壓力開關(guān)，該裝置可 安置于氣化系統(tǒng)內(nèi)任何地點(diǎn)，例如，次級(jí)室垂直壁上或熱量交換子系統(tǒng)內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)不同部件的壓力。在這種監(jiān)測(cè)方式中，可以監(jiān)測(cè)到 從一個(gè)部件至另一個(gè)部件壓力下降，或其之間的壓力差，有助于迅速確定系統(tǒng)運(yùn)行中正在 發(fā)展的問題。氣體流量在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)包括整個(gè)氣化系統(tǒng)各個(gè)位置的氣體流量監(jiān) 測(cè)裝置。氣體流量波動(dòng)可能是由非均勻條件引起的后果(例如火炬故障或原料輸入中斷)， 因此如果氣體流量持續(xù)波動(dòng)，系統(tǒng)可能會(huì)被關(guān)閉，直到問題得到解決。氣體組成在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)包括合成氣產(chǎn)品組成監(jiān)測(cè)設(shè)備。對(duì)氣化過 程中產(chǎn)生氣體采樣和分析使用的方法是技術(shù)人員所熟知的。在一個(gè)實(shí)施方案中，氣體監(jiān)視器測(cè)定合成氣化學(xué)成分，例如，合成氣體中氫氣、一 氧化碳和二氧化碳含量。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過氣相色譜(GC)分析，測(cè)定合成氣產(chǎn)品化 學(xué)成分。該儀器分析采樣點(diǎn)可以遍布整個(gè)系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，采用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)分析儀，通過測(cè)量合成氣紅外光譜，測(cè)定氣體成分。雖然存在高溫氣體分析方法，技術(shù)人員能夠理解在分析氣體組成之前，可能需要 將氣體冷卻，這取決于所使用氣體分析系統(tǒng)類型。響應(yīng)元件本文所考慮的響應(yīng)元件包括但不限于與各種相關(guān)工藝設(shè)備有效耦合的控制元件， 該工藝設(shè)備配置調(diào)整一個(gè)特定控制參數(shù)和影響一個(gè)特定工藝過程。例如，本文中通過一個(gè) 或多個(gè)響應(yīng)元件可運(yùn)行的工藝設(shè)備包括但不限于調(diào)整運(yùn)行參數(shù)的設(shè)備，如初級(jí)原料和次級(jí) 原料輸入流量，空氣和/或蒸汽輸入，以及運(yùn)行條件如火炬功率和火炬位置。等離子熱源本氣化系統(tǒng)利用等離子熱量的可控制性能驅(qū)動(dòng)氣體重組過程，并在使用固體殘?jiān)?熔融子系統(tǒng)時(shí)，利用其可控性確保灰渣完全熔融，玻璃化成為熔渣。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)包括調(diào)整火炬功率或其他等離子熱源的控制裝置。 為控制反應(yīng)動(dòng)力和/或溫度，調(diào)節(jié)等離子火炬功率，保持重組溫度恒定不變，無論重組氣體 組成有任何波動(dòng)或蒸汽與空氣輸入流量有任何波動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)管理和調(diào)整等離子熱源功率相對(duì)于測(cè)量參數(shù)，如第 一氣化室氣體產(chǎn)品和第二氣化室氣體產(chǎn)品輸入氣體重組室流量，以及由整個(gè)系統(tǒng)關(guān)鍵地點(diǎn) 溫度傳感器測(cè)定的室溫度。等離子熱源功率必須足以彌補(bǔ)室熱量損失，有效地重組加工氣 體為合成氣。在采用固體殘?jiān)廴谧酉到y(tǒng)的實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)選擇包括調(diào)整等離子熱源功 率和/或位置的控制裝置。例如，當(dāng)熔渣溫度過低時(shí)，控制系統(tǒng)可指令增加等離子熱源功 率，相反，當(dāng)該室溫度過高時(shí)，控制系統(tǒng)可指令降低該等離子熱源功率。在一個(gè)實(shí)施方案中，火炬功率保持與固體殘?jiān)斎肓髁砍烧龋丛黾庸腆w殘?jiān)?輸入流量導(dǎo)致火炬功率相應(yīng)增加。調(diào)整火炬功率也可反應(yīng)殘?jiān)匦院徒M成變化，例如殘?jiān)?熔融特性，如溫度，比熱容，或融合熱。在一個(gè)實(shí)施方案中，等離子體熱源位置也可以調(diào)整，確保其完全覆蓋熔融池，消除 區(qū)域內(nèi)存在的不完全反應(yīng)物料。含碳原料輸入流量在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)包括調(diào)整含碳原料輸入初級(jí)室流量的原料 供應(yīng)設(shè)備，確保在熱空氣輸入流量一定的條件下，原料輸入流量不超過初級(jí)室揮發(fā)和干燥 處理量。這樣可確保加工過的原料/焦炭輸送至次級(jí)室之前，原料中揮發(fā)成分被徹底清除。 原料可以連續(xù)方式輸入，例如，使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿或螺旋加料機(jī)，或者以不連續(xù)方式輸入， 例如，周期和分散添加。在一個(gè)實(shí)施方案中，次級(jí)原料可作為加工添加劑供應(yīng)，調(diào)整被氣化原料的含碳量。 在這樣一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)提供一種方法調(diào)整次級(jí)原料和初級(jí)原料輸入流量，確保 原料最佳含碳量，控制合成氣最終組成。固體輸送流量控制系統(tǒng)還包括控制通過氣化工藝不同階段的固體輸送設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施方案 中，控制系統(tǒng)包括調(diào)整加工過的原料/焦炭率從初級(jí)室排出和輸入次級(jí)室流量的輸送設(shè) 備。在這樣一個(gè)實(shí)施方案中，控制加工過的原料/焦炭產(chǎn)品輸送流量，確保完全揮發(fā)原料中揮發(fā)成分，同時(shí)也防止揮發(fā)過程后，加工過的原料/焦炭在初級(jí)室內(nèi)積累。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)包括調(diào)整灰渣從次級(jí)室排出流量的輸送設(shè)備，控制 加工過的原料/焦炭在次級(jí)室內(nèi)停留時(shí)間。根據(jù)需要調(diào)整輸送流量，保證在揮發(fā)或加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化階段的控制是可 接受的，防止不完全揮發(fā)或轉(zhuǎn)化的加工過的原料從其各自相應(yīng)室輸出。固體物料可使用上述任何固體清除設(shè)備，連續(xù)或間斷地通過相應(yīng)室。在一個(gè)實(shí)施 方案中，當(dāng)原料/加工過的原料/焦炭輸入設(shè)備包括一系列推桿時(shí)，控制系統(tǒng)可使用限位開 關(guān)或其他行程控制裝置，如電腦控制的變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制推桿行程長(zhǎng)度，速度和/或頻 率，控制其每一行程輸入相應(yīng)室原料的數(shù)量。在一個(gè)實(shí)施方案中，輸送設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè) 螺旋輸送機(jī)，通過調(diào)整電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)器控制輸送機(jī)速度，控制原料輸入相應(yīng)室的流量。在一個(gè)使用水平取向初級(jí)室的實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)選擇包括在初級(jí)室內(nèi)控制一 個(gè)或多個(gè)橫向輸送單元移動(dòng)的輸送設(shè)備，從而控制通過初級(jí)室的物料輸送，并控制物料在 氣化室內(nèi)每個(gè)階段的停留時(shí)間，優(yōu)化干燥和揮發(fā)階段。熱空氣輸入在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)包括調(diào)整熱空氣輸入揮發(fā)氣化室和次級(jí)室 流量和/或數(shù)量的流量控制設(shè)備。加工添加劑輸入在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，為確保等離子氣體重組階段的加工處理，將含炭加 工過的原料揮發(fā)產(chǎn)品和氣體產(chǎn)品完全轉(zhuǎn)化為一種有用的氣體產(chǎn)品，控制系統(tǒng)包括調(diào)整蒸汽 和/或空氣加工添加劑輸入等離子氣體重組室的流量控制設(shè)備。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案 中，控制系統(tǒng)包括調(diào)整蒸汽和/或空氣加工添加劑輸入次級(jí)室的流量控制設(shè)備，確保達(dá)到 碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需游離氧和游離氫濃度水平，優(yōu)化合成氣產(chǎn)品化學(xué)成分。在一個(gè)實(shí)施方案中， 確定所需加工添加劑數(shù)量及類型是根據(jù)監(jiān)測(cè)和分析合成氣產(chǎn)品組成所獲得的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)模塊化模塊化工廠是使用預(yù)制功能塊組件建造的設(shè)施，它允許在工廠內(nèi)制造組件，并將 該組件送至工地，組合裝配建成工廠。這些組件(或模塊)包括所有準(zhǔn)備運(yùn)行的設(shè)備和控 制器，并通過出廠檢驗(yàn)。模塊通常是用鋼架建造，一般包括有各種可能加工階段，如氣化器 模塊，氣體精制系統(tǒng)模塊，動(dòng)力模塊等。一旦抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，這些模塊僅需與其他模塊連接，控制 系統(tǒng)已為工廠投產(chǎn)做好準(zhǔn)備。該設(shè)計(jì)允許縮短施工時(shí)間和減少現(xiàn)場(chǎng)施工成本，即經(jīng)濟(jì)又節(jié) 省。模塊廠有各種不同類型配置方案。大型模塊廠納入“骨干”設(shè)計(jì)渠道中，其中大部 分渠道允許捆綁有更小標(biāo)注。在模塊運(yùn)行立場(chǎng)，模塊可串聯(lián)運(yùn)行或也可并聯(lián)運(yùn)行。有類似 功能的設(shè)備可以分享負(fù)荷或先后對(duì)產(chǎn)品流水線提供加工服務(wù)。模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用之一是該技術(shù)允許在多種原料氣化中有更多選擇。該技術(shù)允許大 型設(shè)施使用多條氣化生產(chǎn)線。其中每條氣化系統(tǒng)允許選擇協(xié)同或單獨(dú)進(jìn)行原料加工處理； 也可以根據(jù)原料優(yōu)化其結(jié)構(gòu)配置。如果由于模塊設(shè)施負(fù)荷增加而需要擴(kuò)展，模塊化設(shè)計(jì)允許替換或增加其處理模 塊，提高工廠處理能力，而不是新建第二家工廠。模塊和模塊化工廠也可以搬遷至其他地 方，所需模塊可以在一個(gè)新地點(diǎn)迅速集成組裝。32
功能塊合并不同氣化列車(系列設(shè)備)的功能合并是可能的，共同功能可在功能模塊中完成， 該功能模塊從超過一條生產(chǎn)線中輸入氣體或物料。下面圖表顯示，功能合并概念適用于含 碳原料氣化在下面的實(shí)施方案中，有兩條氣化列車，雖然這種列車間功能合并設(shè)置可以發(fā)生 于任何數(shù)量列車和每條列車使用任何原料(即使列車使用合并原料)。一條生產(chǎn)線一旦 被合并，它仍然可以選擇并行處理下游設(shè)備，并行生產(chǎn)線不需要大小相同，即使處理同樣氣 體。圖18至圖21中，GQCS是指上述氣體質(zhì)量精制系統(tǒng)，而數(shù)字代表下列系統(tǒng)⑴初 級(jí)室，(2)次級(jí)室，(3)熔融室，(4)氣體重組室。圖18至圖21描述本氣化系統(tǒng)中不同的實(shí)施方案，該方案全部屬于本發(fā)明范圍。特 別是圖18至圖21描述的氣化系統(tǒng)實(shí)施方案，即獨(dú)立的初級(jí)原料和次級(jí)原料輸入直至最終合成氣廣品。圖18所示實(shí)施方案描述初級(jí)原料和次級(jí)原料分別在各自單獨(dú)的初級(jí)室揮發(fā)，從 每個(gè)初級(jí)室產(chǎn)生的加工過的原料/焦炭在一個(gè)共同次級(jí)室匯合。從每個(gè)初級(jí)室產(chǎn)生的第一 氣化室氣體產(chǎn)品和從次級(jí)室產(chǎn)生的第二氣化室氣體產(chǎn)品在一個(gè)共同氣體重組室匯合。圖19所示實(shí)施方案描述初級(jí)原料和次級(jí)原料分別在各自單獨(dú)的初級(jí)室揮發(fā)，從 每個(gè)初級(jí)室產(chǎn)生的加工過的原料/焦炭送入一個(gè)單獨(dú)的固體殘?jiān)茪饣壹庸?。從每個(gè) 初級(jí)室產(chǎn)生的第一氣化室氣體產(chǎn)品和從固體殘?jiān)茪饣耶a(chǎn)生的第二氣化室氣體產(chǎn)品 在一個(gè)共同氣體重組室匯合。圖20所示實(shí)施方案描述初級(jí)原料和次級(jí)原料分別在各自單獨(dú)的初級(jí)室揮發(fā)，從 每個(gè)初級(jí)室產(chǎn)生的加工過的原料/焦炭送入各自相應(yīng)的次級(jí)室加工。從每條初級(jí)原料和次 級(jí)原料氣化生產(chǎn)線產(chǎn)生的第一氣化室氣體產(chǎn)品和第二氣化室氣體產(chǎn)品在一個(gè)獨(dú)立的氣體 重組室匯合重組。圖21所示實(shí)施方案描述初級(jí)原料氣化生產(chǎn)線和次級(jí)原料氣化生產(chǎn)線是分別通過 揮發(fā)，加工過的原料/焦炭氣化，固體殘?jiān)廴冢瑲怏w重組等加工步驟進(jìn)行的，其中合成氣 產(chǎn)品匯合是發(fā)生在氣體質(zhì)量精制步驟之前。本發(fā)明上述實(shí)施方案是典型示范，能夠在許多方面發(fā)生變化。現(xiàn)實(shí)或?qū)淼淖兓?并不被認(rèn)為脫離本發(fā)明精神和范圍，所有這些顯而易見修改是包含在下面指定專利范圍之 內(nèi)。本說明參考的所有專利，出版物，包括公布的專利申請(qǐng)，和數(shù)據(jù)庫條目披露是專門 將其整體全部納入?yún)⒖?，同樣程度，猶如每一個(gè)這樣專利，出版物，和數(shù)據(jù)庫條目被明確和 單獨(dú)地表示要納入?yún)⒖肌＠?1可以理解，本范例意圖描述適合于用上述方法和系統(tǒng)制造氣化設(shè)施的一個(gè)說明性 實(shí)施方案。本范例并不意圖在任何方面限制本發(fā)明范圍。參考圖22至圖61，該范例提供包括各種選擇氣化設(shè)施的一個(gè)實(shí)施方案具體細(xì)節(jié)。 該范例展示設(shè)施中每個(gè)子系統(tǒng)具體細(xì)節(jié)，并顯示它們作為一個(gè)集成系統(tǒng)如何協(xié)同工作，將 城市固體廢物(MSW)轉(zhuǎn)化成電力。然而，技術(shù)人員能夠理解，每個(gè)子系統(tǒng)本身可被認(rèn)作是一個(gè)系統(tǒng)。包括該實(shí)施方案的子系統(tǒng)是城市固體廢物管理系統(tǒng)；塑料管理系統(tǒng)；氣化爐系 統(tǒng)；雙區(qū)碳轉(zhuǎn)化器；氣體重組系統(tǒng)；熱循環(huán)系統(tǒng)；氣體精制系統(tǒng)；氣體均質(zhì)系統(tǒng)；及控制系 統(tǒng)。圖22顯示整個(gè)氣化系統(tǒng)(120)的一個(gè)功能塊概況圖，其主要設(shè)計(jì)功能是將城市生 活垃圾(MSW)轉(zhuǎn)化為合成氣，經(jīng)使用相關(guān)加工工藝如重組，精制，和同質(zhì)化，加工的合成氣 在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)(擬60)內(nèi)發(fā)電。城市固體廢棄物(MSW)管理系統(tǒng)在城市固體廢棄物(MSW)管理系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)(9200)中應(yīng)當(dāng)考慮(a) 4天供應(yīng)量 的存儲(chǔ)能力；(b)避免垃圾長(zhǎng)期保有和過度分解；(c)防止碎片被風(fēng)吹散，落至周圍；(d)控 制氣味；(e)垃圾車卸載通道和折反空間；(f)裝載機(jī)(9218)運(yùn)送垃圾，從垃圾儲(chǔ)存堆放地 (9202)至垃圾粉碎系統(tǒng)(9220)，駕駛?cè)藛T要求的最短駕駛距離和最少折返數(shù)量；(g)避免 裝載機(jī)車(9218)和運(yùn)輸卡車之間運(yùn)行干擾；(h)允許工廠擴(kuò)張，增加更多氣化生產(chǎn)線的可 能性；(i)卡車進(jìn)入工廠設(shè)施的次數(shù)最低，尤其是危險(xiǎn)區(qū)；(j)使用最少工作人員安全運(yùn)行； (k)輸送料斗(9221)中為裝載機(jī)操作者指示填滿程度標(biāo)尺；(1)粉碎垃圾至大小適宜加工 的顆粒；(m)城市固體廢物(MSW)輸入處理器流量遠(yuǎn)程控制性和塑料輸入流量的獨(dú)立控制 (詳見下文)。城市固體廢物(MSW)管理系統(tǒng)9200包括垃圾儲(chǔ)存建筑(9210)，裝載機(jī)(9218)，城 市固體廢物(MSW)粉碎系統(tǒng)(9220)，磁分離器(9230)，和原料輸送機(jī)(擬40)。另一個(gè)獨(dú)立 系統(tǒng)(9250)是設(shè)計(jì)為儲(chǔ)存，粉碎，堆放，和輸送高碳原料(在本例中，非可回收塑料)，該原 料在氣化過程中作為添加劑使用。所有垃圾儲(chǔ)存和處理直至進(jìn)入氣化系統(tǒng)(120)是限制在 垃圾儲(chǔ)存建筑(9210)之內(nèi)，包括所有碎片和氣味。采用先入先出(FIFO)調(diào)度方案來盡量減少城市固體廢物(MSW)的過度分解。實(shí) 現(xiàn)先入先出方案是在城市固體廢物(MSW)儲(chǔ)存建筑(9210)兩側(cè)設(shè)立卡車和裝載機(jī)(9218) 進(jìn)入通道。城市固體廢物(MSW)在該建筑(9210) —側(cè)從卡車上卸下，同時(shí)在城市固體廢物 (MSff)儲(chǔ)存建筑(9210)的另一側(cè)，由裝載機(jī)(9218)輸送物料，因而允許裝載機(jī)(9218)安全 運(yùn)行，免除卡車干擾。裝載機(jī)(9218)移出所有物料，約回到城市固體廢物(MSW)儲(chǔ)堆(9202) 的中間位置(9203)，即所有“老”物料被使用干凈，在此之后，城市固體廢物(MSW)儲(chǔ)存建筑 (9210)兩側(cè)的運(yùn)行相互交換。為盡量縮小城市固體廢物(MSW)儲(chǔ)存建筑(9210)尺寸，卡車的機(jī)動(dòng)空間設(shè)在城 市固體廢物(MSW)儲(chǔ)存建筑(9210)之外。因?yàn)閮H允許一輛卡車直接倒車進(jìn)入，這也可減 小門(9212)所需尺寸，從而提供碎片和氣味逃逸的最佳控制。無論在任何時(shí)間，僅需要門 (9212)打開供卡車實(shí)際卸貨。通常接收城市固體廢物(MSW)每天會(huì)發(fā)生一次，所以每天僅 需開放門(9212)約一小時(shí)。圖23顯示一個(gè)城市固體廢物(MSW)儲(chǔ)存建筑(9210)規(guī)劃圖。城市固體廢物(MSW) 儲(chǔ)存建筑(9210)有儲(chǔ)料倉壁(9214)，分隔儲(chǔ)存料堆(920 與運(yùn)輸通道(9216)，裝載機(jī) (9218)經(jīng)過該通道抵達(dá)進(jìn)料輸送機(jī)(9222)，輸送機(jī)則通往城市固體廢物(MSW)粉碎系統(tǒng) (9220)。儲(chǔ)料倉壁(9214)距城市固體廢物(MSW)儲(chǔ)存建筑(9210)的側(cè)壁不遠(yuǎn)，允許裝載機(jī) (9218)從垃圾儲(chǔ)存料堆(920 行使至進(jìn)料輸送機(jī)(922 而無需離開城市固體廢物(MSW) 儲(chǔ)存建筑(9210)。因此，城市固體廢物(MSW)儲(chǔ)存建建筑(9210) —側(cè)的門(921 可在任何時(shí)候保持關(guān)閉，而另一側(cè)的門僅在卡車卸貨或裝載機(jī)(如下所述)轉(zhuǎn)運(yùn)物料時(shí)開放。在 轉(zhuǎn)運(yùn)物料時(shí)，該裝載機(jī)需要外出從儲(chǔ)存料堆運(yùn)送塑料至粉碎系統(tǒng)。由于城市固體廢物(MSW)儲(chǔ)存建筑(9210)位置與道路(9204)相鄰并且平行，允 許卡車在其兩側(cè)機(jī)動(dòng)，空間要求和卡車在建筑設(shè)施內(nèi)活動(dòng)都將因此減少?？臻g布局設(shè)計(jì)將 允許一輛卡車駛?cè)朐O(shè)施，反向進(jìn)入城市固體廢物(MSW)儲(chǔ)存建筑(9210)，卸下載荷，直接駛 出返回道路(9204)。任何時(shí)候他們不能靠近任何工藝設(shè)備或人員。兩個(gè)道路入口概念也 避免了設(shè)施內(nèi)需要一條道路，使卡車能夠直接進(jìn)入城市固體廢物(MSW)儲(chǔ)存建筑(9210)兩 側(cè)。機(jī)械化斗型裝載機(jī)(9218)擔(dān)負(fù)從垃圾儲(chǔ)存料堆至粉碎系統(tǒng)的運(yùn)輸。采用滑移轉(zhuǎn) 向裝載機(jī)設(shè)計(jì)是由于其體積小，機(jī)動(dòng)性能高，和易于操作。一輛標(biāo)準(zhǔn)商用滑移轉(zhuǎn)向裝載機(jī)有 足夠能力輸送城市固體廢物(MSW)和卡車卸載后清理庫存，并擔(dān)負(fù)廢塑料系統(tǒng)粉碎機(jī)和氣 化系統(tǒng)原料輸入。進(jìn)料輸送機(jī)(922 從城市固體廢物(MSW)儲(chǔ)存建筑內(nèi)(9210)向上輸送城市固體 廢物(MSW)，并將其投入垃圾粉碎系統(tǒng)(9220)。進(jìn)料輸送機(jī)(922 加料斗(9221)全部位 于城市固體廢物(MSW)儲(chǔ)存建筑(9210)內(nèi)，防止雜物被吹至設(shè)施之外。進(jìn)料輸送機(jī)(9222) 有深地槽，與加料斗(9221)容量相加，可擁有物料足夠運(yùn)行一小時(shí)。城市固體廢物(MSW) 儲(chǔ)存建筑(9210)外面的部分地槽加以覆蓋，控制碎片和氣味的逃逸。工藝控制器遠(yuǎn)程控制 進(jìn)料輸送機(jī)(922 與工藝需求匹配。安裝的鏡子允許裝載機(jī)操作人員從任一側(cè)目視料斗 (9221)內(nèi)城市固體廢物(MSW)裝填程度。地槽內(nèi)安裝的探測(cè)器向工藝控制器提供物料耗盡目口 ο城市固體廢物(MSW)粉碎系統(tǒng)(9220)由輸入料斗(922 ，粉碎器(9224)，挑揀輸 送機(jī)，和接續(xù)磁性挑揀輸送機(jī)組成。粉碎器(9224)要確保接收的城市固體廢物(MSW)要適 宜加工，其工作是破碎任何袋子，將較大塊廢物切割成能夠處理的大小。由于接收的垃圾可 能包括過大材料，以致粉碎器(9224)難以處理，從而導(dǎo)致粉碎器堵塞，粉碎器(9224)配備 自動(dòng)停止裝置，一旦檢測(cè)到堵塞，自動(dòng)反轉(zhuǎn)以清除堵塞，隨后重新啟動(dòng)。如果仍然檢測(cè)到堵 塞，粉碎器(9224)將關(guān)閉，并向控制器發(fā)出警告信號(hào)。粉碎的垃圾落到一個(gè)皮帶輸送機(jī)上，在磁性挑揀系統(tǒng)下輸送，然后落入螺旋輸送 機(jī)(擬40)進(jìn)料斗(9239)，將垃圾送至初級(jí)室0200)。為避免無意輸入過量黑色金屬通過 初級(jí)室(2200)，磁性挑揀系統(tǒng)(9230)安置在挑揀輸送機(jī)上方，吸引粉碎垃圾中可能存在的 黑色金屬。非磁性輸送帶橫跨挑選輸送機(jī)，運(yùn)行在磁鐵和垃圾之間，受到磁鐵吸引的黑色金 屬獲得橫向移動(dòng)，離開垃圾輸送主流。黑色金屬然后被從磁鐵上清除，掉落至一個(gè)廢料堆等 待處理。城市固體廢物(MSW)進(jìn)料輸送系統(tǒng)由加料斗(9239)和螺旋輸送機(jī)(擬40)組成， 該系統(tǒng)將粉碎垃圾從垃圾粉碎系統(tǒng)(9220)輸送至氣化室020 。粉碎垃圾從垃圾粉碎機(jī) 系統(tǒng)(9220)落入加料斗(9239)，該料斗提供準(zhǔn)備送入處理器的過渡物料。加料斗有高和低 存料顯示器，用于控制從粉碎系統(tǒng)進(jìn)入料斗的流量。工藝控制器控制輸送機(jī)(擬40)提供滿 足工藝需求的垃圾輸入流量。使用備有集成加料斗(9239)的整體螺旋輸送機(jī)(擬40)也為 處理器提供氣體密封。加料斗(9239)連接至有蓋的城市固體廢物(MSW)粉碎系統(tǒng)，可以控 制碎片和氣味。螺旋輸送機(jī)(擬40)有接收粉碎塑料的附加入口。
塑料管理系統(tǒng)氣化系統(tǒng)(120)將塑料作為加工添加劑加入。塑料與城市固體廢物(MSW)分開處 理，然后被輸入初級(jí)室O200)。塑料管理系統(tǒng)(9250)設(shè)計(jì)為接收的廢塑料捆包提供存儲(chǔ)， 將廢塑料粉碎，粉碎的塑料堆放在儲(chǔ)料堆(9254)上，在獨(dú)立控制下輸入處理器。塑料管理 系統(tǒng)(9250)包括塑料倉庫儲(chǔ)存設(shè)施(925 ，自備加料斗(9251)粉碎機(jī)(9252)，撤出輸送 機(jī)(9253)，和儲(chǔ)料堆(92M)，所有設(shè)備全部位于同一個(gè)倉庫(925 之內(nèi)，以控制碎片。進(jìn) 料輸送機(jī)(擬40)輸送粉碎塑料至處理器。塑料倉庫設(shè)施(925 擁有可達(dá)兩卡車裝載量的塑料捆包存儲(chǔ)能力。該倉庫是三 面封閉，一面開放，提供容納物料的同時(shí)，也提供堆放和運(yùn)出包捆的通道。該倉庫還為粉碎 機(jī)(9252)提供保護(hù)，并控制碎片和保護(hù)粉碎物料。粉碎機(jī)有利于使塑料物料滿足工藝要求。使用裝載機(jī)將接收的廢塑料裝入粉碎機(jī) (9252)加料斗(9251)。粉碎的塑料落入撤出輸送機(jī)(9253)，將其輸送向上，并投入儲(chǔ)料堆 (9254)。
裝載機(jī)將粉碎塑料拾起，投入進(jìn)料輸送機(jī)加料斗。由于該輸送機(jī)全部處于室外，料 斗采用整體頂蓋和向上延伸墻壁，盡量減少料斗填充時(shí)廢塑料逃逸。輸送機(jī)溝槽密封直至 城市固體廢物(MSW)輸送機(jī)溝槽，減少溝槽至初級(jí)室O200)的開口，粉碎塑料通過城市固 體廢物(MSW)輸送機(jī)輸入初級(jí)室O200)。輸送機(jī)是一種帶有密封料斗的螺旋輸送機(jī)，當(dāng)其 含有物料時(shí)，料斗可提供氣體密封。料斗內(nèi)探測(cè)器指示裝載高低程度，鏡子也可供滑移轉(zhuǎn)向 裝載機(jī)操作人員監(jiān)測(cè)裝載程度。工藝控制器控制該進(jìn)料輸送機(jī)運(yùn)行。轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化器(1200)包括初級(jí)室Q200)、次級(jí)室和氣體重組系統(tǒng)(GRQ (3200)。次級(jí)室 直接與熔融室(RCC)相連。城市生活垃圾(MSW)和塑料送入初級(jí)室(2200)，產(chǎn)生的氣體送 至GRS系統(tǒng)(3200)加工重組。全部次級(jí)室殘?jiān)腿肴廴谑?200)。初級(jí)室Q200)設(shè)計(jì)需要考慮下列要求(一)提供密封和絕熱的廢物初級(jí)處理空 間；(二)控制和分配熱空氣和水蒸汽輸入通過初級(jí)室O200)；(三)實(shí)現(xiàn)對(duì)通過初級(jí)室 (2200)廢料堆高度和其運(yùn)動(dòng)的控制；(四)提供控制氣化過程的儀器；(五)輸送氣體進(jìn)入 GRS系統(tǒng)(3200)；(六)排出次級(jí)室殘?jiān)鬟M(jìn)一步處理；(七)提供進(jìn)入內(nèi)部檢查和維修通 道。參考圖沈至圖29，初級(jí)室Q200)是耐火材料內(nèi)襯水平氣化室(2202)，包括有 原料入口 O204)，加熱氣化室的多個(gè)熱空入口，作為一種加工添加劑的蒸汽入口，直接連 通GRS系統(tǒng)的氣體出口(2206)，殘?jiān)隹?2208)，以及各種服務(wù)(2220)和連通(2222)端 口。初級(jí)室020 是用鋼鐵焊接裝配制造，有多層梯級(jí)地板0212，2214，2216)。搬運(yùn)推桿 (2228,2230,2232)組成的輸送系統(tǒng)促使原料橫向運(yùn)動(dòng)，通過初級(jí)室Q200)。同時(shí)，儀器安 裝準(zhǔn)備已經(jīng)完成，如熱電偶、物料高度探測(cè)器、壓力傳感器和視窗口。氣化室020 的耐火材料內(nèi)襯保護(hù)其免受高溫和腐蝕性氣體傷害，同時(shí)減少運(yùn) 行中不必要熱損失。參考圖30，耐火材料是多層設(shè)計(jì)，含有高密度氧化鉻內(nèi)層(M02)，中 密度氧化鋁層(M04)，和極低密度隔熱外層板0406)。耐火材料內(nèi)襯氣化室的金屬外殼 0408)。氣化室Q402)還進(jìn)一步襯有一層保護(hù)膜，保護(hù)其免受腐蝕性氣體傷害。氣化室040 分層梯級(jí)地板每一級(jí)0212，2214，2216)都有一個(gè)穿孔地板(2270)，熱空氣通過該孔引入?？梢赃@樣選擇孔洞尺寸，空氣通過該孔時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)限制， 在每個(gè)孔兩側(cè)產(chǎn)生的壓降足以防止廢料進(jìn)入該孔?？锥村F形開口向上，以免顆粒為孔洞卡住。三級(jí)地板的運(yùn)行條件是專為不同程度的干燥，揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化而分別設(shè)計(jì)。原料進(jìn) 入初級(jí)室(2202)，通過原料入口到達(dá)第一級(jí)0204)。第一級(jí)目標(biāo)溫度范圍(物料堆底部測(cè) 量)介于300°C和900°C之間。第二級(jí)設(shè)計(jì)底部溫度范圍是在400°C至950°C之間。第三級(jí) 設(shè)計(jì)溫度范圍是在600°C至1000°C之間。分級(jí)地板的三個(gè)分級(jí)0212，2214，2216)將初級(jí)室^20 分成三個(gè)加工階段，每 個(gè)階段擁有各自獨(dú)立控制的供氣機(jī)制。通過使用單獨(dú)空氣進(jìn)氣箱(2272，2274，2276)，可 以獲得獨(dú)立的供氣機(jī)制，并由其構(gòu)成每一級(jí)穿孔地板0270)。使用搬運(yùn)推桿系統(tǒng)0228， 2230,2232)輸送初級(jí)室^20 內(nèi)物料，妨礙空氣管道從下部連通至第一級(jí)和第二級(jí)地板 (2212,2214).因此，該階段的第一級(jí)和第二空氣進(jìn)氣箱(2272,2274)是從側(cè)面插入。然而 第三級(jí)空氣進(jìn)氣箱0276)則是從下部插入，如圖27&圖28所示。空氣進(jìn)氣箱0272，2274，2276)穿孔頂板^30 是有防彎曲或屈曲加強(qiáng)筋肋或支 撐結(jié)構(gòu)的相對(duì)薄板(2304)，本設(shè)計(jì)中參考圖31及32。為盡量減少箱體前部和后部應(yīng)力，兩 片穿孔板在其之間接觸一側(cè)連接。為允許在箱內(nèi)熱膨脹，穿孔板只與箱體一邊固定，而任其 他三邊自由伸縮。如圖31所示，第一級(jí)和第二級(jí)地板空氣進(jìn)氣箱0272,2274)的固定邊緣也是空 氣輸入管道0278)連接點(diǎn)。連接法蘭0觀0)因此將處于高溫之下，同時(shí)還必須與初級(jí)室 (2200)的涼壁進(jìn)行密封。如圖31所示，使用管套可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，而沒有產(chǎn)生應(yīng)力和使 用復(fù)雜的伸縮縫。熱空氣進(jìn)氣箱027 和管道0278)與管套0 —端固定連接，而該 管套0 另一端則與初級(jí)室O200)涼壁固定連接。由于溫度梯度僅僅呈現(xiàn)于縱跨管套 (2282)長(zhǎng)度上，在連接的兩端幾乎沒有或根本沒有任何應(yīng)力。這項(xiàng)安排的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是， 進(jìn)氣箱堅(jiān)固地安裝在所需要位置而沒有產(chǎn)生應(yīng)力。管套0 和進(jìn)氣箱內(nèi)部管道0272) 之間的空間填充有絕熱保溫材料，確保溫度縱跨管套產(chǎn)生梯度。當(dāng)進(jìn)氣箱安裝在初級(jí)室 (2202)其工作地點(diǎn)，與空氣連接相對(duì)的頂板伸出進(jìn)氣箱，放置在耐火材料架上。這對(duì)運(yùn)行中 的進(jìn)氣箱提供支持，同時(shí)作為密封，防止物料落入下部的進(jìn)氣箱。如圖33所示，頂板允許自 由移動(dòng)，以方便進(jìn)氣箱熱膨脹。下游進(jìn)氣箱的邊緣也采用相同處理方式。上游進(jìn)氣箱的邊緣是用彈性密封片 (2306)在搬運(yùn)推桿和進(jìn)氣箱頂板030 之間進(jìn)行密封。進(jìn)氣箱使用水平法蘭與熱空氣供應(yīng)管道連接。因此，只有斷開法蘭才能移開進(jìn)氣 箱。第三級(jí)進(jìn)氣箱Q276)是從下面插入，并采用管套概念，密封和固位進(jìn)氣箱在初級(jí) 室(2200)上。實(shí)現(xiàn)第三級(jí)進(jìn)氣箱0276)周邊密封防塵是將其安置在第二級(jí)0214)耐火材料邊 緣突出部之下。邊緣可以被從耐火材料邊緣下部凹槽處伸出的突出部分柔性密封。這些密 封位于箱體頂部，在壁面和箱體之間密封?？諝庀湎掠芜吘壷撂崛∑鞑鄄捎萌嵝苑缐m密封。 進(jìn)氣箱利用鋼筋和多孔腹板加強(qiáng)其各個(gè)表面平板，因而允許其使用金屬薄板。斷開管道熱風(fēng)管連接后，由于該連接是垂直的，允許移開第三級(jí)進(jìn)氣箱2276。
參考圖37，一系列搬運(yùn)推桿系統(tǒng)0228，2230，2232)用于確保城市固體廢物(MSW) 在初級(jí)室Q200)內(nèi)橫向輸送，在三個(gè)加工階段0212，2214，2216)的每個(gè)階段進(jìn)行適當(dāng)加 工處理，最終耗盡殘?jiān)斔椭翚堅(jiān)隹?0208)。三個(gè)加工階段每級(jí)輸送操作由本級(jí)搬運(yùn)推 桿完成。搬運(yùn)推桿控制每個(gè)階段料堆高度，以及在初級(jí)室總停留時(shí)間。每個(gè)搬運(yùn)推桿還能 夠在該階段全程或部分行程以不同速度運(yùn)動(dòng)，因此如果需要，也可以徹底清除所有地板。每個(gè)搬運(yùn)推桿包括外裝引導(dǎo)部分，附帶選擇引導(dǎo)配件的搬運(yùn)推桿，外裝驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， 和外裝控制系統(tǒng)。搬運(yùn)推桿多指條設(shè)計(jì)允許進(jìn)氣箱這樣安排氣孔分布形態(tài)，使搬運(yùn)推桿運(yùn) 行不干擾空氣通過氣孔。在多指條搬運(yùn)推桿設(shè)計(jì)中，搬運(yùn)推桿是完整結(jié)構(gòu)，其中指條固定于推桿本體骨架， 根據(jù)其位置每個(gè)指條有不同寬度。在多指條搬運(yùn)推桿設(shè)計(jì)中，指條間距要選擇避免反應(yīng)物 顆粒搭橋。單個(gè)指條是約2至3英寸寬，約0. 5至1英寸厚，和指條間距約有0. 5至2英寸覓ο空氣進(jìn)氣箱氣孔分布形態(tài)是這樣安排，搬運(yùn)推桿運(yùn)行不干擾空氣通過氣孔。例如， 氣孔分布形態(tài)可以是這樣，當(dāng)加熱時(shí)，氣孔在指條之間(間隙)，是相互抵銷的箭頭圖案。另 外，氣孔分布形態(tài)也可以是混合形態(tài)，一些氣孔開通而其他則被遮蓋，使得空氣均勻分布達(dá) 到最大化(即完全沒有空氣輸入地板面積最少)。在選擇氣孔分布形態(tài)時(shí)，要考慮的因素包 括避免過高速度產(chǎn)生流化床，避免氣孔過于靠近氣化室墻壁和邊緣，以避免空氣沿耐火墻 形成通道，確保氣孔間距沒有超過原料顆粒標(biāo)稱大小約O”)，確保可接受的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力。多指條搬運(yùn)推桿可以有獨(dú)立固有的靈活性，每個(gè)指條的指尖能夠緊密地順從空氣 進(jìn)氣箱頂面的起伏。使用肩螺栓將指條安裝在搬運(yùn)推桿骨架上可提供所需柔順性，該螺栓 并不是緊固指條。這個(gè)概念允許指條易于更換。搬運(yùn)推桿指條末端向下彎屈，在搬運(yùn)推桿和進(jìn)氣箱相對(duì)位置變化時(shí)(例如，由于 熱膨脹)，確保指條尖端與空氣箱頂部保持接觸。這一特點(diǎn)還緩解了搬運(yùn)推桿覆蓋氣孔時(shí)產(chǎn) 生的不利影響，空氣可繼續(xù)通過搬運(yùn)推桿和進(jìn)氣箱之間保有的間隙。參考圖33，推桿引導(dǎo)部分包括一對(duì)通常水平并且平行的細(xì)長(zhǎng)軌道(2240)，該軌道 安裝在一個(gè)框架上。每條軌道有一個(gè)L形橫截面。移動(dòng)構(gòu)件包括搬運(yùn)推桿骨架0326)和一 條或多條細(xì)長(zhǎng)矩形搬運(yùn)推桿指條0328)，該指條可滑行通過氣化室壁上可密封相應(yīng)開口。搬運(yùn)推桿指條采用適宜高溫使用的材料制造。這些材料在技術(shù)上是眾所周知的， 可包括不銹鋼，低碳鋼，和部分或全部耐火材料保護(hù)低碳鋼?；蛘撸囟▎为?dú)搬運(yùn)推桿指條 或所有搬運(yùn)推桿指條可以部分或全部用耐火材料保護(hù)覆蓋?；蛘?，可從氣化室020 外部 向搬運(yùn)推桿指條內(nèi)部提供循環(huán)冷卻液體(空氣或水)。搬運(yùn)推桿指條要適合氣化室壁密封配合，避免空氣失控進(jìn)入初級(jí)室O200)，干擾 氣化運(yùn)行或造成爆炸性氣氛。同時(shí)，也要避免危險(xiǎn)有毒和易燃?xì)怏w從初級(jí)室020 泄漏， 以及過多碎片逃逸。將搬運(yùn)推桿裝置限制在密封箱內(nèi)可防止氣體外泄至大氣。該箱有氮?dú)?吹掃裝置，避免在箱內(nèi)形成爆炸性氣體混合物。搬運(yùn)推桿每個(gè)指條都裝有碎片密封和氣體 密封，采用柔韌條帶O308)緊密壓迫每個(gè)搬運(yùn)推桿指條表面，如圖34所示。此外，每個(gè)搬 運(yùn)推桿指條的氣體和碎片密封可由填料封蓋承擔(dān)。該密封設(shè)計(jì)為每個(gè)搬運(yùn)推桿指條提供良好的氣體和碎片密封，并能容忍搬運(yùn)推桿 縱向和橫向運(yùn)動(dòng)。指條側(cè)面密封是最大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈儽仨毤嫒莅徇\(yùn)推桿的縱向和橫向38運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保持與搬運(yùn)推桿密切接觸，密封其上和下兩個(gè)表面。碎片泄漏可以通過密封箱內(nèi) 窗口監(jiān)視，如果碎片積累過多，提供有除塵設(shè)施清除。完成清除工作可以不破壞搬運(yùn)推桿箱 的密封完整，如圖35所示。參考圖35，除塵設(shè)施Q310)是金屬托盤(2312)，該托盤包括殘?jiān)隹?Q314)和 手動(dòng)鏈條(2320)，該殘?jiān)隹谘b備有閘門0316)和附件安裝位(2318)，該附件安裝位可容 納儲(chǔ)塵罐(2332)，該手動(dòng)鏈條則用于驅(qū)動(dòng)灰塵刷032 。使用操縱手柄0324)驅(qū)動(dòng)制灰 塵刷(2322)，將塵渣推至殘?jiān)隹?(2314)。參考圖36，電動(dòng)機(jī)提供移動(dòng)搬運(yùn)推桿0228，2230，2232)的動(dòng)力，該電動(dòng)機(jī)通過一 個(gè)變速箱和滾輪鏈條系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)搬運(yùn)推桿。簡(jiǎn)單地說，外部安裝變速電機(jī)0256)提供推動(dòng)搬 運(yùn)推桿沿軌道運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)輸出軸0258)任選地沿正向或反向運(yùn)轉(zhuǎn)，使搬 運(yùn)推桿用可以控制的速度伸出和收縮。位置傳感器0269)將搬運(yùn)推桿位置信息傳遞至控 制系統(tǒng)。或者，電機(jī)可以進(jìn)一步包括齒輪箱。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈輪O260)安裝在電機(jī)輸出軸上。 主動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈輪O260)和相應(yīng)安裝在定軸0沈4)上被動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈輪0 與鏈條0沈6)有 效嚙合，并由支撐架0沈8)固定在加長(zhǎng)矩形塊OM4)上。整個(gè)系統(tǒng)主控制器控制該推桿電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，可以指令控制其啟動(dòng)和停止位置，移 動(dòng)速度和頻率。每個(gè)搬運(yùn)推桿系統(tǒng)可以被單獨(dú)控制。采用滾輪鏈條執(zhí)行該操作是由于其能 提供高強(qiáng)度耐受力和容忍嚴(yán)酷運(yùn)行環(huán)境。每個(gè)搬運(yùn)推桿系統(tǒng)使用兩個(gè)連條可保持搬運(yùn)推桿 角度校準(zhǔn)而不需精確定位。當(dāng)搬運(yùn)推桿被回收時(shí)，搬運(yùn)推桿上物料也有隨之撤回趨勢(shì)。這可 用調(diào)整搬運(yùn)推桿運(yùn)行順序的方式解決，其中底部搬運(yùn)推桿023 首先伸出，中部搬運(yùn)推桿 (2230)然后伸出，將物料推向底部搬運(yùn)推桿(2232)，填補(bǔ)由最低搬運(yùn)推桿運(yùn)動(dòng)造成空隙； 底部搬運(yùn)推桿023 隨后首先收回；上部搬運(yùn)推桿0228)伸出填補(bǔ)中部搬運(yùn)推桿O230) 背后空隙；中間搬運(yùn)推桿O230)隨后收回；從頂部進(jìn)料口落下的新物料填補(bǔ)上部搬運(yùn)推桿 (2228)背后任何空隙，最后頂部搬運(yùn)推桿0228)收回。系統(tǒng)控制設(shè)備在對(duì)其儀器數(shù)據(jù)響應(yīng) 中自動(dòng)和獨(dú)立控制所有這些活動(dòng)。參考圖36和圖37，為便于搬運(yùn)推桿順利運(yùn)行，執(zhí)行一套交錯(cuò)順序搬運(yùn)推桿控制策 略，總結(jié)如下底部搬運(yùn)推桿以223 移動(dòng)固定距離(可調(diào)設(shè)定點(diǎn))，在臺(tái)階以2216)起始端建立空槽。一旦底部搬運(yùn)推桿以2232)通過觸發(fā)距離(通過調(diào)節(jié)觸發(fā)點(diǎn)，設(shè)定觸發(fā)距離)，中 部搬運(yùn)推桿W2230)隨后開始移動(dòng)。中部搬運(yùn)推桿B推動(dòng)和攜帶物料立即堆填臺(tái)階以2230) 起始端空槽。反饋控制是使推桿行程盡量達(dá)到最大，直至關(guān)閉料位開關(guān)C(2217)，或如果已 經(jīng)關(guān)閉，行程達(dá)到最低設(shè)定距離，或如果沒有關(guān)閉，行程達(dá)到最高設(shè)定距離。中部搬運(yùn)推桿 B (2230)堆填臺(tái)階以2216)起始端空槽的同時(shí)，也在臺(tái)階B Q230)起始端建立空槽。一旦中部搬運(yùn)推桿W2230)通過觸發(fā)距離，頂部搬運(yùn)推桿A Q228)就隨后開始移 動(dòng)。頂部搬運(yùn)推桿AQ228)推動(dòng)和攜帶物料立即堆填臺(tái)階^2214)起始端空槽。反饋控 制是使推桿行程盡量達(dá)到最大，直至關(guān)閉料位開關(guān)C(2215)，或如果已經(jīng)關(guān)閉，行程達(dá)到最 低設(shè)定距離，或如果沒有關(guān)閉，行程達(dá)到最高設(shè)定距離。頂部搬運(yùn)推桿AQ228)堆填臺(tái)階 B(2214)起始端空槽同時(shí)，在臺(tái)階^^221 起始端建立空槽。該空槽建立通常會(huì)觸發(fā)加料器 開始運(yùn)行，填充初級(jí)氣化O200)室，直到料位開關(guān)iU22i;3)再次關(guān)閉。
所有搬運(yùn)推桿同時(shí)返回初始位置。氣化室一側(cè)人孔提供一條工作人員進(jìn)入初級(jí)室Q200)的通道。運(yùn)行時(shí)，由耐火材 料內(nèi)襯密封蓋封閉。移開第三級(jí)空氣進(jìn)氣箱(2276)，也可獲得另一個(gè)通道。經(jīng)過這一階段處理后，殘余焦炭必須從初級(jí)室Q200)排出，輸入次級(jí)室。由于物 料在初級(jí)室O200)內(nèi)加工處理和移動(dòng)，物料堆內(nèi)產(chǎn)生的熱量可能使其熔融，產(chǎn)生固體結(jié) 塊。燒結(jié)固體已顯示能夠引起沉降式殘?jiān)隹谧枞?。為確保任何固體結(jié)塊不能阻塞初級(jí)室 (2200)殘?jiān)隹冢捎寐菪斔蜋C(jī)O209)提取從初級(jí)室Q200)排出焦炭。搬運(yùn)推桿先將焦炭推入提取器螺旋輸送機(jī)Q209)，由該螺旋輸送機(jī)進(jìn)一步將焦炭 排出初級(jí)室(2202)，輸入輸送系統(tǒng)。焦炭被送入輸送系統(tǒng)之前，提取器螺桿O209)的旋轉(zhuǎn) 粉碎其中聚集體。提取器螺旋葉片的鋸齒形邊緣進(jìn)一步加強(qiáng)粉碎作用。為實(shí)施工藝控制，必須要監(jiān)測(cè)初級(jí)室Q202)內(nèi)各種參數(shù)。例如，需要監(jiān)測(cè)氣化工 藝每個(gè)階段不同地點(diǎn)和不同高度的溫度。溫度監(jiān)測(cè)可通過使用熱電偶實(shí)現(xiàn)，但其在運(yùn)行過 程中往往需要更換。為更換熱電偶而不關(guān)閉系統(tǒng)，每個(gè)熱電偶通過端口封閉的管道插入進(jìn) 初級(jí)室(2202)，并與容器外殼保持密封。這種設(shè)計(jì)允許采用柔軟連線比密封管更長(zhǎng)的熱電 偶，使熱電偶連接點(diǎn)(溫度檢測(cè)點(diǎn))緊密貼壓管道的密封端，以保證準(zhǔn)確和快速響應(yīng)溫度變 化。密封管對(duì)初級(jí)室020 是密封的，并使用填料壓蓋機(jī)械固定，這種固定方式還允許密 封管伸入氣化室020 的長(zhǎng)度調(diào)整。為測(cè)量城市固體廢物(MSW)堆內(nèi)溫度，密封管可阻礙 垃圾堆的移動(dòng)。為避免阻礙問題，密封管一端可安裝導(dǎo)流板，防止城市固體廢物(MSW)堆運(yùn) 動(dòng)被熱電偶管道阻礙。從初級(jí)室排出殘?jiān)斎雰蓞^(qū)碳轉(zhuǎn)化器(110)，該轉(zhuǎn)化器是由連通區(qū)域(11 將其 劃分為上部碳轉(zhuǎn)化區(qū)(111)和下部灰渣熔融區(qū)(113)。碳轉(zhuǎn)化區(qū)(111)溫度保持在約950°C 至約1000°C左右，灰渣熔融區(qū)溫度則保持在約1350°C至約1800°C。參考圖38至圖41所示實(shí)施方案說明，雙區(qū)碳轉(zhuǎn)化器(110)是耐火材料內(nèi)襯垂直 室(115)，該室包括焦炭入口(120)，氣體出口(125)，殘?jiān)隹?130)，和特定區(qū)域加熱系統(tǒng) (即一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)可以設(shè)立兩個(gè)溫度區(qū))，其中該加熱系統(tǒng)包括空氣進(jìn)氣箱(135)和等離子火 炬(140)。如果需要，任選的焦炭入口安裝粉碎機(jī)(未顯示)，同質(zhì)化輸入物料大小。室(115)是有頂圓柱形、耐火材料內(nèi)襯鋼焊接件。室直徑在連通區(qū)域開始收縮，并 向殘?jiān)隹诜较蜻M(jìn)一步收縮形成錐形。室是分段建造，便于包括連通區(qū)在內(nèi)的部件更換。參考圖38至圖41，加熱空氣通過靠近本區(qū)下游末端的空氣進(jìn)氣箱(13 輸入碳轉(zhuǎn) 化區(qū)?？梢钥刂瓶諝廨斎肟諝庀鋵?duì)轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行調(diào)整?；蛘?，蒸汽可通過蒸汽噴射口(136) 注入碳轉(zhuǎn)化區(qū)。碳轉(zhuǎn)化區(qū)(111)錐形收縮至聯(lián)通區(qū)域(112)。聯(lián)通區(qū)包括物理障礙物(145)，引導(dǎo) 物料從碳轉(zhuǎn)化區(qū)流向熔渣區(qū)。參考圖39A至圖39C，物理障礙物包括固體耐火材料預(yù)制穹 頂(145)，使用四個(gè)楔形耐火磚(150)將該穹頂安裝在聯(lián)通區(qū)內(nèi)。耐火材料穹頂要求雙區(qū) 碳轉(zhuǎn)化換器內(nèi)壁與穹頂之間保持一定間距(15 或空間，允許兩區(qū)之間物料通過該間隙傳 遞。多個(gè)直徑介于20mm至IOOmm之間的氧化鋁陶瓷球(16 坐落于耐火材料穹頂，形成床 層，促使熱空氣擴(kuò)散，加速等離子熱量向灰渣轉(zhuǎn)遞，灰渣在聯(lián)通區(qū)內(nèi)開始熔融成為熔渣。在 此實(shí)施方案中，隨著灰渣熔融，熔渣流過穹頂外緣與氣化室內(nèi)壁之間的間隙(155)，穿過聯(lián) 通區(qū)進(jìn)入熔渣區(qū)。
熔渣區(qū)(113)坐落于聯(lián)通區(qū)下游。該熔渣區(qū)(113)是耐火材料內(nèi)襯圓筒，有單獨(dú) 錐形殘?jiān)隹?130)。熔渣區(qū)包括各種端口，其中有等離子火炬端口，可容納氣化室預(yù)熱燃燒器的端口， 以及各種加工添加劑輸入端口，其中包括熱空氣和碳輸入端口。參考圖40，熔渣區(qū)配備有等 離子火炬(140)和切向安裝空氣噴嘴?；蛘?，可使用碳輸入器將碳注入。經(jīng)氣化后剩余殘?jiān)谔幚砬绊毥?jīng)無害化處理，加工成惰性和有用材料。這可通過 從次級(jí)室提取灰渣，送入以等離子為基礎(chǔ)的熔融室(RCC) (4220)，將灰渣熔融和無害化處理 成惰性熔渣(4202)，使用淬火罐GM0)將熔渣020 冷卻和粉碎成為固體顆粒，然后轉(zhuǎn)移 至儲(chǔ)渣堆4204)，準(zhǔn)備從場(chǎng)地清除。最終副產(chǎn)品適用于道路填充或混凝土制造。熔融渣進(jìn)入淬火罐GM0)后，被迅速冷卻和粉碎成為顆粒形態(tài)。然后，灰渣輸送 機(jī)從淬火容器GM0)中清除顆?；以?，并輸送至灰渣堆G204)等待下一步處理或進(jìn)一步 使用。沉降殘?jiān)隹谑褂盟葳鍖?duì)環(huán)境密封，該水陷阱是由管套組成，管套頂部與RCC系統(tǒng) (4220)密封連接，其下部侵入淬火介質(zhì)中。同樣的淬火介質(zhì)也用于密封RCC系統(tǒng)中灰渣輸 送機(jī)。氣體重組系統(tǒng)初級(jí)室和次級(jí)室產(chǎn)生的氣體輸送進(jìn)入氣體重組系統(tǒng)(GRS) (3200)。GRS系統(tǒng) (3200)設(shè)計(jì)需要滿足各種要求(一)提供氣體重組停留時(shí)間所需體積；(二)提供熱量絕 緣，保存熱量和保護(hù)容器鋼外殼；(三)提供空氣和水蒸汽添加入口 ；(四)混合氣體；(五) 使用等離子火炬(3208)高溫加工處理工藝氣體；(六)提供監(jiān)測(cè)氣體成分儀器，加強(qiáng)工藝 控制和強(qiáng)化等離子火炬(3208)性能；(七)輸出工藝氣至下游換熱器(5200)。氣體重組系統(tǒng)(GRS) (3200)提供有附加安裝和連接功能的密封環(huán)境，該附加安裝 和連接功能可應(yīng)用于工藝空氣、蒸汽、等離子火炬(3208)和火炬管理裝制，儀器，和合成氣 輸出廢氣排放。如圖42所示，GRS系統(tǒng)(3200)是基本垂直安裝的耐火材料內(nèi)襯圓筒或管 狀氣體重組室(3202)，該系統(tǒng)有單獨(dú)錐形尾氣入口(3204)，通過安裝法蘭(3214)與初級(jí) 室O200)連接。GRS系統(tǒng)(3200)長(zhǎng)寬比約是3 1。在GRS系統(tǒng)(3200)內(nèi)停留時(shí)間是 1.2秒。GRS系統(tǒng)(3200)進(jìn)一步包括有三層切向安裝空氣噴嘴，二個(gè)切向安裝等離子火炬 (3208)，6個(gè)熱電偶端口，兩個(gè)燃燒器端口，兩個(gè)壓力傳感器端口，和幾個(gè)備用端口。等離子 火炬(3208)在GRS系統(tǒng)(3200)內(nèi)產(chǎn)生的高溫確保尾氣分子分解成其組成元素，重新結(jié)合 產(chǎn)生合成氣。粗高溫合成氣由合成氣出口(3206)從GRS系統(tǒng)(3200)排出。參考圖43，如前所述，GRS系統(tǒng)(3200)包含有耐火材料內(nèi)襯的支撐結(jié)構(gòu)。耐火材 料支撐結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是一系列GRS系統(tǒng)(3200)內(nèi)部環(huán)繞支架(3222)。系統(tǒng)運(yùn)行期間，這 些支架(322 需承受比該氣體重組室(320 外殼溫度更高的運(yùn)行溫度。因此，要盡量避 免任何熱量傳導(dǎo)至GRS系統(tǒng)(3200)外殼造成浪費(fèi)，同時(shí)提供余量許可，允許支架局部膨脹。 此外，支架(322 必須能夠承擔(dān)耐火材料相當(dāng)重量。為滿足這些條件，需將支架(3222)分 割成段并留有膨脹間隙，以利熱膨脹。此外，支架(322 和墻壁之間留有一定縫隙，避免熱 量傳遞。要承擔(dān)耐火材料重量，每段支架由數(shù)個(gè)焊接在墻壁的角板(3224)支持，如圖43所 示。支架(322 沿其長(zhǎng)度膨脹會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，如果支架被焊接至角板(32M)，則可能造成角 板(3224)支撐失敗。然而，支架(322 放置在角板(3224)上而無焊接，允許支架(3222)自 由膨脹。為能保持支架段處于正確位置，僅將支架段中心與角板(3224)焊接，因?yàn)橹挥性撎幣蛎涀钚?，即使這樣，也僅有支架外層部分被焊接。最大限度降低任何支架對(duì)角板(3224) 施加的應(yīng)力和支架(3222)自身潛在的屈曲壓力。氣體重組室(320 頂部安裝耐火材料內(nèi)襯蓋板(3203)，從而建立完全密封外殼。 整個(gè)GRS系統(tǒng)(3200)內(nèi)部覆蓋有一層耐高溫保護(hù)膜，防止未加工尾氣腐蝕。設(shè)備外部表面 涂有一種熱敏變色顏料，可揭示因耐火材料失效或其他故障原因產(chǎn)生熱點(diǎn)。GRS系統(tǒng)(3200)內(nèi)使用的耐火材料采用多層設(shè)計(jì)，其高密度內(nèi)層可抵御高溫侵蝕 和腐蝕。高密度材料之外是低密度和低耐熱性能材料，但有較高隔熱系數(shù)。該層以外又是 非常低密度而同時(shí)又有非常高隔熱系數(shù)的泡沫材料板，因?yàn)樗粫?huì)受到磨損的侵蝕。更外 面，泡沫板與容器鋼外殼之間是一層陶瓷材料耐熱毯，柔順層，允許固體耐火材料和容器外 殼之間局部膨脹?？蓧嚎s耐火材料層可容納耐火材料垂直膨脹，并獨(dú)立于不可壓縮耐火材 料。由于可壓縮耐火材料層獲得高密度耐火材料延伸擴(kuò)展部分覆蓋保護(hù)，可免受侵蝕。如圖44，圖45，和圖47所示，空氣通過三層空氣噴嘴注入尾氣流，其中包括4個(gè)低 層噴口和另外6個(gè)高層噴口，其中后者3個(gè)噴口略高于其他3個(gè)，創(chuàng)建跨射流效果，以求達(dá) 到更好混合?？諝膺M(jìn)入GRS系統(tǒng)(3200)的噴射角度是采用噴頭上安裝導(dǎo)流器獲得，在獲取 更好混合效果同時(shí)，也允許入口管道和法蘭與重組室(320 成直角安裝。改進(jìn)GRS系統(tǒng) (3200)氣體混合也改善合成氣重組。這是通過利用在重組室(320 底部空氣流速誘導(dǎo)產(chǎn) 生渦流運(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。空氣通過渦流端口(321 注入尾氣流，建立渦流運(yùn)動(dòng)或擾動(dòng)尾氣 流，實(shí)現(xiàn)尾氣混合，在GRS系統(tǒng)(3200)內(nèi)建造一個(gè)重復(fù)循環(huán)渦流模式。如前所述，GRS系統(tǒng)(3200)還包括兩個(gè)切向安裝，300kW，水冷，銅電極，NTAT，直 流電等離子火炬(3208)，分別安裝在如圖46所示滑動(dòng)機(jī)械上。直流電等離子火炬(3208) 由直流電源供電。安裝在GRS系統(tǒng)(3200)內(nèi)各個(gè)位置的熱電偶確保合成氣溫度維持在約 1000°C。等離子火炬(3208)需要定期維修保養(yǎng)，能夠在運(yùn)行中更換是最理想的結(jié)果。如前 所述，實(shí)現(xiàn)更換這個(gè)目標(biāo)可在GRS系統(tǒng)(3200)中使用兩只火炬(3208)，而嚴(yán)格地講氣化運(yùn) 行只需要一個(gè)。等離子火炬(3208)拆除和更換工作必須在GRS系統(tǒng)(3200)內(nèi)高溫有毒和 易燃?xì)怏w中完成。此外，等離子火炬(3208)還需要在冷卻系統(tǒng)故障時(shí)拆除，保護(hù)火炬免受 GRS系統(tǒng)(3200)高溫?fù)p害?；鹁?3208)安裝在能夠進(jìn)入和離開重組室(320 的滑動(dòng)機(jī)械上可以滿足定期維 修保養(yǎng)要求。使用密封壓蓋將火炬(3208)封閉在重組室(320 內(nèi)。該密封壓蓋是對(duì)門閥 (3209)進(jìn)行密封，反過來，密封壓蓋也安裝在容器上，并對(duì)容器密封。拆除火炬(3208)時(shí)， 使用滑動(dòng)機(jī)械將火炬是退出重組室(320 。為安全起見，滑動(dòng)機(jī)械初始運(yùn)動(dòng)將關(guān)閉高電壓 火炬電源?；鹁?3208)通過門閥(3209)后，門閥(3209)自動(dòng)關(guān)閉，冷卻劑循環(huán)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 軟管和電纜與火炬(3208)分離脫開，密封壓蓋從門閥(3209)釋放，最后火炬(3208)由升 降機(jī)吊離。更換新火炬(3208)使用與上述相反的操作過程；調(diào)整滑動(dòng)機(jī)械可以變化火炬 (3208)插入深度。為簡(jiǎn)單和安全起見，所有上述操作除關(guān)閉門閥(3209)都是手動(dòng)執(zhí)行。門閥(3209) 則是機(jī)械自動(dòng)操作。當(dāng)冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，氣動(dòng)執(zhí)行器(3210)控制火炬自動(dòng)退出。專用 空氣儲(chǔ)罐提供操作氣動(dòng)執(zhí)行器(3210)使用的壓縮空氣，即使在電力故障時(shí)，也可始終保持供應(yīng)壓縮空氣。同樣的空氣儲(chǔ)罐也提供壓縮空氣供門閥(3209)使用。電動(dòng)聯(lián)鎖蓋用作進(jìn) 一步安全措施提供安全保護(hù)，防止接近火炬連接的高電壓。參考圖50，轉(zhuǎn)化器(1200)排出的粗合成氣通過一個(gè)熱回收系統(tǒng)。在本實(shí)施方案 中，熱回收系統(tǒng)使用合成氣/空氣換熱器(HX) (5200)，熱量從粗合成氣轉(zhuǎn)遞至空氣。因此， 合成氣冷卻而空氣加熱，由此產(chǎn)生的熱空氣回饋?zhàn)鳛榧庸ぬ砑觿┹斎朕D(zhuǎn)化器(1200)。冷 卻的合成氣然后輸入氣體精制系統(tǒng)(GCQ (6200)，進(jìn)一步冷卻并順序清除合成氣中微粒，金 屬，和酸性氣體。清潔精制的合成氣(含有理想濕度)送至氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)(SRQ (7200)加 工處理，最后送入燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)(擬60)發(fā)電。經(jīng)過氣化器(1200)和RCS系統(tǒng)0200)加工處 理，氣化系統(tǒng)內(nèi)主要設(shè)備功能按照其對(duì)合成氣處理順序概括在表1中。表1氣化器1200和RCS系統(tǒng)4200處理后的加工步驟
權(quán)利要求
1.一種將含碳原料轉(zhuǎn)化為合成氣和殘?jiān)亩嗍蚁到y(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)初級(jí)室，其將含碳原料轉(zhuǎn)化為加工過的原料/焦炭和初級(jí)室氣體，其中每 個(gè)初級(jí)室包括原料入口、第一空氣輸入裝置、任選的加工添加劑入口、初級(jí)室氣體出口和加 工過的原料/焦炭出口；一個(gè)或多個(gè)次級(jí)室，其將所述加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化為殘?jiān)痛渭?jí)室氣體，其中每 個(gè)次級(jí)室包括用于從至少?gòu)囊粋€(gè)所述初級(jí)室接收加工過的原料/焦炭的加工過的原料/焦 炭入口、第二空氣輸入裝置、任選的加工添加劑入口、次級(jí)室氣體出口和殘?jiān)隹?；一個(gè)或多個(gè)氣體重組室，每個(gè)重組室包括氣體重組區(qū)，該區(qū)與所述初級(jí)室和所述次級(jí) 室氣體出口中的至少一個(gè)流體相連，以將由此接收的所述初級(jí)室氣體和/或所述次級(jí)室氣 體轉(zhuǎn)化成加工過的合成氣，其中該區(qū)包括任選的加工添加劑入口、合成氣出口和一個(gè)或多 個(gè)重組熱源；一個(gè)或多個(gè)熔融室，其用于將來自所述次級(jí)室的殘?jiān)D(zhuǎn)化為熔渣，其中每個(gè)所述熔融 室包括與所述次級(jí)室的所述殘?jiān)隹谙噙B的殘?jiān)肟凇⒁粋€(gè)或多個(gè)熔融熱源和熔渣出口 ； 以及調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)運(yùn)行的控制系統(tǒng)。
2.權(quán)利要求1所述的多室系統(tǒng)，其中至少一種所述重組熱源是等離子系統(tǒng)。
3.權(quán)利要求1所述的多室系統(tǒng)，其中至少一種所述重組熱源是氫氣燃燒器。
4.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的多室系統(tǒng)，其中所述原料入口包括初級(jí)和次級(jí)原料 入口，其中所述次級(jí)原料入口用于輸入原料添加劑。
5.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述第一輸入設(shè)備和所述第二空氣輸入 設(shè)備中的至少一個(gè)接收來自合成氣空氣換熱器的熱空氣。
6.權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述第一空氣輸入設(shè)備和所述第二空氣 輸入設(shè)備是熱空氣入口。
7.權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述初級(jí)室和次級(jí)室中的至少一個(gè)進(jìn)一 步包括控制其停留時(shí)間的裝置。
8.權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述控制停留時(shí)間的裝置包括可控固體清除設(shè)備。
9.權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述可控固體清除設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)臂、推桿或一套螺桿。
10.權(quán)利要求10所述的多室系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述熔融熱源是等離子系統(tǒng)、氣體燃 燒器或焦耳電加熱元件。
11.權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述含碳原料選自煤炭、生物質(zhì)和其混 合物。
12.權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述生物質(zhì)是纖維素材料。
13.權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述纖維素材料是柳枝稷。
14.權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述初級(jí)室是水平取向的，并 且至少一個(gè)所述次級(jí)室是垂直取向的。
15.權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述初級(jí)室包括一個(gè)或多個(gè) 橫向輸送單元以用作可控固體清除裝置。
16.權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)傳感元件，其用于檢測(cè)和獲取所述系統(tǒng)內(nèi)有關(guān)運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)；一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)元件，其用于調(diào)整所述系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行條件；其中所述傳感元件和所述響應(yīng)元件集成在所述系統(tǒng)內(nèi)，并且其中所述響應(yīng)元件根據(jù)從 所述傳感元件獲得的數(shù)據(jù)來調(diào)整所述系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行條件。
17.一種將含碳原料轉(zhuǎn)化為合成氣和殘?jiān)亩嗍蚁到y(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)初級(jí)室，其用于將所述含碳原料轉(zhuǎn)化為加工過的原料/焦炭和初級(jí)室氣 體，每個(gè)初級(jí)室包括原料入口、初級(jí)室氣體出口、第一空氣輸入裝置和加工過的原料/焦炭 出口 ；一個(gè)或多個(gè)次級(jí)室，其用于將所述加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化為殘?jiān)痛渭?jí)室氣體，每 個(gè)次級(jí)室包括用于從至少?gòu)囊粋€(gè)所述初級(jí)室接收加工過的原料/焦炭的加工過的原料/焦 炭入口、次級(jí)室氣體出口、第二空氣輸入裝置和殘?jiān)隹?；其中至少一個(gè)所述初級(jí)室包括氣體重組區(qū)，該區(qū)與所述初級(jí)室和所述次級(jí)室氣體出口 中的至少一個(gè)流體相連，以將由此接收的所述初級(jí)室氣體和/或所述次級(jí)室氣體轉(zhuǎn)化成加 工過的合成氣，其中所述氣體重組區(qū)包括合成氣出口和一個(gè)或多個(gè)重組熱源；一個(gè)或多個(gè)熔融室，其用于將來自所述次級(jí)室的殘?jiān)D(zhuǎn)化為熔渣，其中每個(gè)所述熔融 室包括與所述次級(jí)室的所述殘?jiān)隹谙噙B的殘?jiān)肟?、一個(gè)或多個(gè)熔融熱源和熔渣出口 ； 以及調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)運(yùn)行的控制系統(tǒng)。
18.權(quán)利要求17所述的多室系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述重組熱源是等離子系統(tǒng)。
19.權(quán)利要求17所述的多室系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述重組熱源是氫氣燃燒器。
20.權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的多室系統(tǒng)，其中所述原料入口包括初級(jí)和次級(jí)原 料入口，其中所述次級(jí)原料入口用于輸入原料添加劑。
21.權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述第一輸入設(shè)備和所述第二空氣輸 入設(shè)備中的至少一個(gè)接收來自合成氣空氣換熱器的熱空氣。
22.權(quán)利要求17至21中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述第一空氣輸入裝置和所述第二空 氣輸入裝置是熱空氣入口。
23.權(quán)利要求17至22中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述初級(jí)室和次級(jí)室中的至少一個(gè)進(jìn) 一步包括用于控制其停留時(shí)間的裝置。
24.權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述控制停留時(shí)間的裝置包括可控固體清除設(shè)備。
25.權(quán)利要求M所述的系統(tǒng)，其中所述可控固體清除設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)臂、推桿或一套螺桿。
26.權(quán)利要求25所述的多室系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述熔融熱源是等離子系統(tǒng)、氣體燃 燒器或焦耳電加熱元件。
27.權(quán)利要求17至沈中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述含碳原料選自煤炭、生物質(zhì)和其 混合物。
28.權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述生物質(zhì)是纖維素材料。
29.權(quán)利要求四所述的系統(tǒng)，其中所述纖維素材料是柳枝稷。
30.權(quán)利要求17至四中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述初級(jí)室是水平取向的， 并且至少一個(gè)所述次級(jí)室是垂直取向的。
31.權(quán)利要求17至30中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述初級(jí)室包括一個(gè)或多個(gè)橫向輸送單元以用作可控固體清除設(shè)備。
32.權(quán)利要求17至31中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)傳感元件，其用于檢測(cè)和獲取所述系統(tǒng)內(nèi)有關(guān)運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)；一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)元件，其用于調(diào)整所述系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行條件；其中所述傳感元件和所述響應(yīng)元件集成在所述系統(tǒng)內(nèi)，并且其中所述響應(yīng)元件根據(jù)從 所述傳感元件獲得的數(shù)據(jù)來調(diào)整所述系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行條件。
33.一種將含碳原料轉(zhuǎn)化為合成氣和殘?jiān)亩嗍蚁到y(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)初級(jí)室，其用于將所述含碳原料轉(zhuǎn)化為加工過的原料/焦炭和初級(jí)室氣 體，每個(gè)初級(jí)室包括原料入口、初級(jí)室氣體出口、第一空氣輸入裝置和加工過的原料/焦炭 出口 ；一個(gè)或多個(gè)次級(jí)室，其用于將所述加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化為殘?jiān)痛渭?jí)室氣體，每 個(gè)次級(jí)室包括用于從至少?gòu)囊粋€(gè)所述初級(jí)室通過它們的加工過的原料/焦炭出口接收加 工過的原料/焦炭的加工過的原料/焦炭入口、次級(jí)室氣體出口、第二空氣輸入裝置和殘?jiān)?出口 ；其中至少一個(gè)所述初級(jí)室包括氣體重組區(qū)，該區(qū)與所述初級(jí)室和所述次級(jí)室氣體出口 中的至少一個(gè)流體相連，以將由此接收的所述初級(jí)室氣體和/或所述次級(jí)室氣體轉(zhuǎn)化成加 工過的合成氣，其中所述氣體重組區(qū)包括合成氣出口和一個(gè)或多個(gè)重組熱源；一個(gè)或多個(gè)熔融室，其用于將來自所述次級(jí)室的殘?jiān)D(zhuǎn)化為熔渣，其中每個(gè)所述熔融 室包括與所述次級(jí)室的所述殘?jiān)隹谙噙B的殘?jiān)肟凇⒁粋€(gè)或多個(gè)熔融熱源和熔渣出口 ； 以及調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)運(yùn)行的控制系統(tǒng)。
34.權(quán)利要求33所述的多室系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述熱源是等離子系統(tǒng)。
35.權(quán)利要求34所述的多室系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述熱源是氫氣燃燒器。
36.權(quán)利要求33至35中任一項(xiàng)所述的多室系統(tǒng)，其中所述原料入口包括初級(jí)和次級(jí)原 料入口，其中所述次級(jí)原料入口用于輸入原料添加劑。
37.權(quán)利要求33至36中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述第一輸入設(shè)備和所述第二空氣輸 入設(shè)備中的至少一個(gè)接收來自合成氣空氣換熱器的熱空氣。
38.權(quán)利要求33至37中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述第一空氣輸入設(shè)備和所述第二空 氣輸入設(shè)備是熱空氣入口。
39.權(quán)利要求33至38中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述初級(jí)室和次級(jí)室中的至少一個(gè)進(jìn) 一步包括控制其停留時(shí)間的裝置。
40.權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述控制停留時(shí)間的裝置包括可控固體清除設(shè)備。
41.權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其中所述可控固體清除設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)臂、推桿或一套螺桿。
42.權(quán)利要求41所述的多室系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述熔融熱源是等離子系統(tǒng)、氣體燃 燒器或焦耳電加熱元件。
43.權(quán)利要求33至42中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述含碳原料選自煤炭、生物質(zhì)和其 混合物。
44.權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中所述生物質(zhì)是纖維素材料。
45.權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其中所述纖維素材料是柳枝稷。
46.權(quán)利要求33至45中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述初級(jí)室是水平取向的， 并且至少一個(gè)所述次級(jí)室是垂直取向。
47.權(quán)利要求33至46中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述初級(jí)室包括一個(gè)或多個(gè) 橫向輸送單元以用作可控固體清除裝置。
48.權(quán)利要求33至47中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)傳感元件，其用于檢測(cè)和獲取所述系統(tǒng)內(nèi)有關(guān)運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)；和一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)元件，其用于調(diào)整所述系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行條件；其中所述傳感元件和所述響應(yīng)元件集成在所述系統(tǒng)內(nèi)，并且其中所述響應(yīng)元件根據(jù)從 所述傳感元件獲得的數(shù)據(jù)來調(diào)整所述系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行條件。
49.一種使用權(quán)利要求1、17和33中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)來將含碳原料轉(zhuǎn)化為合成氣的 方法，該方法包括下列步驟將所述含碳原料輸入所述初級(jí)室；將熱空氣和任選的加工添加劑輸入所述初級(jí)室，以將所述含碳原料轉(zhuǎn)化為加工過的原 料/焦炭和初級(jí)室氣體；輸送所述加工過的原料/焦炭進(jìn)入所述次級(jí)室；輸入熱空氣和任選的加工添加劑至所述次級(jí)室，以將所述加工過的原料/焦炭轉(zhuǎn)化為 次級(jí)室氣體和殘?jiān)?；輸送來自所述初?jí)室的初級(jí)室氣體和來自所述次級(jí)室的次級(jí)室氣體進(jìn)入所述氣體重 組區(qū)；施加來自一個(gè)或多個(gè)重組熱源的熱量以將所述初級(jí)和/或次級(jí)室氣體轉(zhuǎn)化成加工過 的合成氣。
全文摘要
本發(fā)明提供設(shè)計(jì)用于將含碳原料完全轉(zhuǎn)化為合成氣和熔渣的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括初級(jí)室，其用于原料揮發(fā)，從而產(chǎn)生初級(jí)室氣體(尾氣)；次級(jí)室，其用于進(jìn)一步轉(zhuǎn)化加工過的原料為次級(jí)室氣體(合成氣)和殘?jiān)?；用于加工在一個(gè)或多個(gè)室內(nèi)產(chǎn)生的氣體的氣體重組區(qū)；以及用于使殘?jiān)ＡЩ娜廴谑?。初?jí)室包括直接或間接的原料添加功能，以調(diào)節(jié)原料的含碳量。該系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，其用于氣化系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)不同階段的過程，從而確保完全有效地轉(zhuǎn)化含碳原料為合成氣產(chǎn)品。
文檔編號(hào)F23G5/027GK102057222SQ200880128872
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月27日
發(fā)明者安德烈亞斯·昌加里斯, 馬克·培根 申請(qǐng)人:普拉斯科能源Ip控股公司畢爾巴鄂-沙夫豪森分公司