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(shù)領(lǐng)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(guò)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(yīng)用。
背景技術(shù)：
氣化是使含碳原料例如市政固體垃圾(MSW)或煤能夠轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的過(guò)程。該氣體可被用來(lái)產(chǎn)生電、蒸汽或者作為生產(chǎn)化學(xué)品和液體燃料的基本原料。對(duì)該氣體可能的使用包含在鍋爐中燃燒來(lái)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(guò)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(jìn)一步原料用于生產(chǎn)諸如塑料和肥料的化學(xué)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(yīng)用。
通常，所述氣化過(guò)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(duì)比，所述焚化和燃燒以過(guò)量的氧運(yùn)行來(lái)產(chǎn)生C02、 H20、 SOx和NOx,氣化過(guò)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(jí)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(dòng)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(xiǎn)垃圾。根據(jù)原料的來(lái)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(dāng)原料被加熱時(shí)，水是第一種析出的成分。當(dāng)所述干原料的溫度升高時(shí)，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(shí)所述原料被轉(zhuǎn)化為燒焦物。
燒焦物包括由有機(jī)和無(wú)機(jī)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(lái)源。在高溫(> 1,200°C )運(yùn)轉(zhuǎn)的氣化器中或在具有高溫區(qū)的系統(tǒng)中，無(wú)機(jī)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?yàn)樗鋈墼侨廴?、玻璃狀態(tài)的，通常發(fā)現(xiàn)是無(wú)危險(xiǎn)的，且可作為無(wú)危險(xiǎn)材料在垃圾填埋場(chǎng)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(guò)程的極端浪費(fèi)以及作為殘余物垃圾、材料(其能夠被轉(zhuǎn)化為有用的合成氣和固體材料)處理過(guò)程的進(jìn)一步的浪費(fèi)，通過(guò)焚化處理垃圾材料變得較不如意。
實(shí)現(xiàn)氣化過(guò)程的手段以多種方式變化，但是依賴四個(gè)關(guān)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(shè)計(jì)；內(nèi)部和外部加熱裝置；以及所述過(guò)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、制備和顆粒大小；氣化器加熱速率；停留時(shí)間(residence time );工廠結(jié)構(gòu)，包含其是否釆用干式或泥漿給料系統(tǒng)、原料反應(yīng)物流量幾何學(xué)、干灰分的設(shè)計(jì)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(dá)約100個(gè)大氣壓。
已有多個(gè)系統(tǒng)被提議用來(lái)捕獲氣化過(guò)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(guò)所述方法和整個(gè)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(qū)動(dòng)該過(guò)程，從而減緩地方電消耗的開(kāi)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(xué)組成。
如果在氣化過(guò)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(xué)物種類的氣體，該氣體被稱為合成氣。在通過(guò)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(shù)來(lái)氣:材料是已被商業(yè)上應(yīng)用許多年的技術(shù)。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(lái)生產(chǎn)。因?yàn)闅怏w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(duì)等離子體中的化學(xué)反應(yīng)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(dòng)氣化過(guò)程和/或通過(guò)以下來(lái)精制排出氣/合成氣添加或不添加其它輸入或反應(yīng)物的情況下，將較長(zhǎng)鏈的揮發(fā)物和焦油轉(zhuǎn)化、重組或重整為較小的分子，當(dāng)氣態(tài)分子與等離子體熱接觸時(shí)，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(yīng)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(dāng)輸入氣體可被化學(xué)計(jì)算地控制時(shí)，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(shí)現(xiàn)的非常高的溫度(3000至7000°C)使高溫氣化過(guò)程能夠進(jìn)行，其中實(shí)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(shù)可置于初級(jí)氣化室中以使所有反應(yīng)同時(shí)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(jìn)一步的處理將其轉(zhuǎn)化為可用的產(chǎn)物。 一旦將含碳材料轉(zhuǎn)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(guò)濾系統(tǒng)和濕式洗滌器通常用來(lái)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(kāi)發(fā)的許多氣化系統(tǒng)，包括處理氣化過(guò)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(shè)計(jì)中進(jìn)行了考慮例如，在美國(guó)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(hào)和美國(guó)專利申請(qǐng)第2004/0251241、 2002/0144981號(hào)中。也存在許多專利涉及在多種應(yīng)用中使用的、用于產(chǎn)生合成氣體的煤的氣化的不同技術(shù)，其包含美國(guó)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(hào)。
現(xiàn)有系統(tǒng)和過(guò)程還沒(méi)有充分地解決必須在連續(xù)變化的基礎(chǔ)上處理的問(wèn)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(yīng)產(chǎn)生有用的氣體的過(guò)程的裝置。因此，重要的進(jìn)步是在本領(lǐng)域以最大化過(guò)程和/或包括全部過(guò)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(qǐng)人相信已知信息是與本發(fā)明可能相關(guān) 的。并不企圖承認(rèn)，也不應(yīng)當(dāng)解釋任何前述信息組成本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
氣化過(guò)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(yīng)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(lái)自熱氣體的熱量被傳送至流體來(lái)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(lái)提供驅(qū)動(dòng)所述氣化過(guò)程要求的 熱量。所述加熱的流體也可任選地用來(lái)直接或間-接地預(yù)熱或預(yù)處理要?dú)饣?的原料。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的傳感元件和用于調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)內(nèi)的 運(yùn)轉(zhuǎn)條件以優(yōu)化所述氣化過(guò)程的響應(yīng)元件，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(lái)調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，從而通過(guò)最小化所述 過(guò)程的能量消耗，同時(shí)也最大化能量產(chǎn)生來(lái)最優(yōu)化氣化過(guò)程的效率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供以下方法用于通過(guò)使用氣體-流體熱交
化過(guò)程的效率。所述方法包括以下步驟通過(guò)所述氣體-流體熱交換器傳送 熱的產(chǎn)物氣體；通過(guò)所述氣體-流體熱交換器傳送所述冷的流體；將來(lái)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(lái)為所述含碳原料氣化過(guò)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(xì)描述中將變得 更加清楚。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(guò)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(gè)實(shí)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(guò)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(gè)實(shí)施方式用于冷卻熱氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)的方塊
進(jìn)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)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(gè)實(shí)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(guò)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(gè)實(shí)施方式的將交換空氣傳送到轉(zhuǎn)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(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)內(nèi)各種溫度控制的高水 平構(gòu)思(high level concept)的示意圖。
圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(shí)施方式的概況的方塊流程圖。
圖12是穿過(guò)氣化器的一個(gè)實(shí)施方式的剖面視圖，其根據(jù)本發(fā)明的一 個(gè)實(shí)施方式詳細(xì)設(shè)計(jì)原料輸入、氣體出口、固體殘余物出口和交換空氣進(jìn) 口的位置。
圖13是穿過(guò)氣化器的一個(gè)實(shí)施方式的中心縱向剖視圖，其詳細(xì)設(shè)計(jì) 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(shí)施例方式
除非另外指出，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)
8域的普通技術(shù)人員所通常理解的具有相同的含義。
如本文使用的，術(shù)語(yǔ)"大約"指離額定值+/-10%的變差。應(yīng)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(wú)論其是否被明確指出。
用于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)"合成氣(或合成氣體)"指氣化過(guò)程的產(chǎn) 物，且除其它諸如曱烷、氮?dú)夂退魵獾臍鈶B(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(shù)語(yǔ)"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(lái)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(shù)語(yǔ)"轉(zhuǎn)化器"指用于將含碳原料轉(zhuǎn)化為粗合氣體產(chǎn) 物(也稱為產(chǎn)物氣體)的儀器。所述轉(zhuǎn)化器包含氣化器和等離子體氣體重 整器。
如本文使用的，術(shù)語(yǔ)"(含碳)原料"可是任何適合用于本氣化過(guò)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(dòng)力發(fā)生器中的低級(jí)、高硫煤)、石油焦炭、重油、生物質(zhì)、污水污泥、 來(lái)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(xiǎn)的又包含無(wú)危險(xiǎn)的廢物，諸如市政廢物、由工業(yè)活動(dòng)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(xiǎn)廢 物、工業(yè)廢物和生物質(zhì)。對(duì)氣化有用的生物質(zhì)的實(shí)例包括，但不限于廢 木材或新鮮木材、來(lái)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(shù)語(yǔ)"產(chǎn)物氣體"通常意指通過(guò)用于除去污染物的方 法在冷卻和清潔之前由氣化設(shè)備產(chǎn)生的氣體。依賴氣化設(shè)備的設(shè)計(jì)，其能 夠用來(lái)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(shù)語(yǔ)"氣體-空氣熱交換器"和"氣體熱交換器"是 可互換的，且指用來(lái)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(cè) 過(guò)程、過(guò)程輸入或過(guò)程輸出的特征，其中這樣的特征可由特征值來(lái)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(guò)程。傳感元件可包含，但不限于，用于以下的傳感器、檢測(cè)器、 監(jiān)控器、分析儀或它們的任意組合感測(cè)過(guò)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(diǎn)處的材 料位置和/或安置，和用在所述系統(tǒng)內(nèi)的任何過(guò)程裝置的任何運(yùn)轉(zhuǎn)特征。
"響應(yīng)元件" 一皮定義為描述被配置以響應(yīng)感測(cè)的特征的<壬何元件，以 便根據(jù)一個(gè)或多個(gè)預(yù)先確定的或計(jì)算的控制參數(shù)，來(lái)操作與之可操作性地 連接的過(guò)程裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)控制參數(shù)被定義以提供預(yù)期的過(guò)程 結(jié)果。響應(yīng)元件可包含，但不限于，驅(qū)動(dòng)器、靜態(tài)的和/或動(dòng)力學(xué)可變功率
源、感應(yīng)器(inducers)和任何其它可基于一個(gè)或多個(gè)控制參數(shù)配置以影 響裝置物理行為的元件。響應(yīng)元件可操作性地耦合至各種過(guò)程裝置，其可 包含，但不限于，材料輸入機(jī)構(gòu)、等離子體熱源、添加劑輸入工具、氣體 鼓風(fēng)機(jī)、添加劑輸入鼓風(fēng)機(jī)、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(yùn)轉(zhuǎn) 來(lái)影響任何局部、區(qū)域和/或全局過(guò)程的過(guò)程裝置。
本發(fā)明提供用于通過(guò)最小化過(guò)程中的能量消耗同時(shí)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(guò)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(lái)自氣化過(guò)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(gè)或多個(gè)過(guò)程，以及 任選地傳送到所述系統(tǒng)外的過(guò)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(guò)程 的流體包含，但不限于，空氣、水、油、或其它氣體，諸如氮?dú)饣蚨趸?氮。尤其是，所述系統(tǒng)包括用于將氣化過(guò)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(lái)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(jìn)一步包括用于將所 述加熱的流體傳送到所述氣化過(guò)程的另外的管道系統(tǒng)。
在一個(gè)實(shí)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(gè) 實(shí)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(gè)實(shí)施方式，如圖l示意性描述的，提供用于將氣化過(guò)程期間產(chǎn)生的熱傳送回轉(zhuǎn)化器1000以驅(qū)動(dòng)氣化反應(yīng)的熱再循環(huán)系統(tǒng)
5000。在本實(shí)施方式中，這通過(guò)以下來(lái)完成用來(lái)自氣體-空氣熱交換器 5100中的轉(zhuǎn)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(jiǎn)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(zhuǎn)化器1000。
能量效率之所以通過(guò)該系統(tǒng)優(yōu)化，是因?yàn)榛厥盏娘@熱再循環(huán)返回氣化 過(guò)程減少了用于以下的要求從外界來(lái)源進(jìn)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(dá)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(lái)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(yīng)用， 以及氣化過(guò)程中其它地方的加熱應(yīng)用。
例如，加熱的交換空氣能夠被直接地或間接地用于預(yù)熱或預(yù)處理將要 氣化的原料。在直接加熱/預(yù)處理步驟的情況下，交換空氣直接穿過(guò)所述原 料來(lái)加熱和/或移除水分。在間接加熱/預(yù)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(lái)加熱原料干燥器/預(yù)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(yīng)用要求的能量輸入的量。
因此，將來(lái)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?dú)饣蚨趸?。?dāng)熱被傳送給工作流體
而不是空氣時(shí)，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(guò)濾和調(diào)節(jié)步驟，如本領(lǐng)域已知的。本發(fā)明 因此也任選地在這樣的后續(xù)過(guò)濾和調(diào)節(jié)步驟之前，提供產(chǎn)物氣體的進(jìn)一步 冷卻。
在圖2所述的實(shí)施方式中，熱再循環(huán)系統(tǒng)5001用來(lái)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(jiǎn)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(zhuǎn)化器1000。
熱再循環(huán)系統(tǒng)5001也包含用于在其已經(jīng)穿過(guò)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(jìn)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(zhuǎn)化為蒸汽(簡(jiǎn)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(qū)動(dòng)諸如蒸汽渦輪 的下游能量發(fā)生器，和/或用在直接驅(qū)動(dòng)渦輪中，和/或能夠加到氣化過(guò)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(yīng)用中，或其能夠供給當(dāng)?shù)毓I(yè)客戶用于他們的目的。在一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(guò)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(zhuǎn)化器一起使用，原料在所述轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化器包 括原料進(jìn)口，用于輸入要?dú)饣脑希?一個(gè)或多個(gè)交換空氣進(jìn)口，用于提 供加熱的交換空氣以驅(qū)動(dòng)該氣化過(guò)程；熱的產(chǎn)物氣體出口；以及任選地一 個(gè)或多個(gè)過(guò)程添加劑進(jìn)口 。所述轉(zhuǎn)化器也包括一個(gè)或多個(gè)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(guò)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(jìn)一步冷 卻產(chǎn)物氣體的另一個(gè)系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)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(jìn)一 步冷卻產(chǎn)物氣體的干法淬火步驟6103。該淬火步驟通過(guò)添加控制量的霧化 水(atomized water) 6030提供來(lái)從產(chǎn)物氣體中除去過(guò)多的熱量，以在可 能要求后續(xù)過(guò)濾和調(diào)節(jié)步驟時(shí)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(jìn)一步冷卻產(chǎn)物氣體在本領(lǐng)域工作人員的知識(shí)范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的傳感元件；以及響應(yīng)元件，用于在所述系統(tǒng)之 內(nèi)調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)條件以優(yōu)化氣化過(guò)程；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)在所述系統(tǒng)內(nèi)調(diào)節(jié)所述運(yùn)轉(zhuǎn)條件，從而通過(guò)最小化所述過(guò)程 的能量消耗同時(shí)也最大化能量產(chǎn)生來(lái)優(yōu)化氣化過(guò)程的效率。
控制子系統(tǒng)也可用來(lái)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(yùn)轉(zhuǎn)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(guò)程中產(chǎn)生的熱傳送回氣化器以 驅(qū)動(dòng)氣化反應(yīng)。這能夠通過(guò)以下來(lái)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方式中，所述氣體-流體熱交換器包括一個(gè)或多個(gè)氣體-空 氣熱交換器。
對(duì)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(guò)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(guò)過(guò)程空氣鼓風(fēng)機(jī)5012 來(lái)鼓風(fēng))，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(shè)計(jì)，又有U管的多程設(shè)計(jì)，以及板式熱交換器。選擇合適的熱 交換器在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的知識(shí)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(shè)計(jì)用于高水平的顆粒負(fù)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(gè)實(shí)施方式中，所述熱交換器是單程豎值流動(dòng)熱交換 器5104B,其中產(chǎn)物氣體5020在管側(cè)流動(dòng)，而空氣5010在殼側(cè)流動(dòng)。在 單程豎值流動(dòng)實(shí)施方式中，產(chǎn)物氣體5020以"一次通過(guò)"的設(shè)計(jì)豎值流 動(dòng)，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(yīng)該維持在足夠的高度，用于自清潔同時(shí)仍然最小化腐 蝕。在一個(gè)實(shí)施方式中，氣體速度在3000至5000 m/min之間。在正常流 動(dòng)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(dú)的膨脹風(fēng)箱(individual expansion bellows)以避免 管破裂。管破裂可在以下情況發(fā)生單個(gè)管變的堵塞，且因此不再隨剩余 的管束膨脹/收縮。在那些實(shí)施方式中，過(guò)程空氣壓力比過(guò)程氣體壓力大， 管束由于空氣進(jìn)入氣體混合霧造成的問(wèn)題而表現(xiàn)高度危險(xiǎn)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)間隙式運(yùn)行，即根據(jù)要求，使之經(jīng)歷多次起動(dòng)(和關(guān)閉循環(huán)。因此，重要的是設(shè)備必需設(shè)計(jì)以經(jīng)受重復(fù) 的熱膨脹和收縮。
為了最小化管泄漏引起的危險(xiǎn)潛在性，本發(fā)明的系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)
或多個(gè)單獨(dú)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(jìn)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(cè)由以下造成的溫度上升如果交換 空氣泄漏進(jìn)入產(chǎn)物氣體管道中發(fā)生的燃燒。檢測(cè)這樣的溫度上升將早場(chǎng)所 述過(guò)程空氣鼓風(fēng)機(jī)5012自動(dòng)關(guān)閉，從而消除氧氣來(lái)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(lái)確保交換空氣的溫度維持在氣化過(guò)程要求的設(shè) 置溫度范圍內(nèi)。為了避免向所述氣化過(guò)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(guò)度加熱原料，所以控制閥5590被打開(kāi)以將過(guò) 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(hù)，以及管道的修理和/或清潔。
在一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方式中，產(chǎn)生的交換蒸汽是飽和的或過(guò)熱蒸汽。
如此產(chǎn)生的交換蒸汽能夠用作氣化過(guò)程的過(guò)程蒸汽添加劑，或用來(lái)驅(qū) 動(dòng)渦輪以產(chǎn)生電或驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式過(guò)程設(shè)備，例如，氣體鼓風(fēng)機(jī)。
在轉(zhuǎn)化過(guò)程內(nèi)未用來(lái)產(chǎn)生電或驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)過(guò)程設(shè)備的蒸汽，可用于其它 商業(yè)目的，諸如局部加熱應(yīng)用，或用于對(duì)從瀝青砂提取油進(jìn)行改進(jìn)。交換 蒸汽也能夠用來(lái)間接地加熱原料容器中的原料，從而在轉(zhuǎn)化器中氣化之前 干燥原料。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(guò)管，且水在殼側(cè)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(shè)計(jì) 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(shí)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(zhuǎn)化器
本系統(tǒng)包含用于將原料轉(zhuǎn)化未氣態(tài)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化器。該轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化未排出氣和灰分。氣化過(guò)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(gè)實(shí)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(zhuǎn)化器因此包括具有至少一個(gè)原料進(jìn)口的內(nèi)襯耐火材料的室、 一個(gè)或多個(gè)交換空氣進(jìn)口、氣體出口以及固體殘余物出口。任選地，所述 轉(zhuǎn)化器也包括一個(gè)或多個(gè)過(guò)程添加劑進(jìn)口以及一個(gè)或多個(gè)等離子體熱源。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述轉(zhuǎn)化器是水平取向氣化器，其中原料通過(guò)位 于所述氣化器一端的原料進(jìn)口進(jìn)入所述氣化器。當(dāng)其向位于所述氣化器相 對(duì)端的固體殘余物出口傳送時(shí)，所述原料經(jīng)歷氣化。
所述氣化過(guò)程也可以在本領(lǐng)域已知的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣化器中的 一個(gè)中執(zhí) 行。本領(lǐng)域已知的氣化器的實(shí)例包含，但不限于，夾帶流反應(yīng)器、流化床 反應(yīng)器和旋轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器，其中每一個(gè)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(zhǎng)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(shí)施方式中的每一個(gè)，所述氣化過(guò)程通過(guò)經(jīng)由合 適的加熱的流體的進(jìn)口將加熱的流體適當(dāng)?shù)匾攵龠M(jìn)(is facilitated by )。 在一個(gè)實(shí)施方式中，氣化過(guò)程通過(guò)經(jīng)由交換空氣進(jìn)口將加熱的交換空氣引 入而促進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明，所述加熱的流體可根據(jù)要求通過(guò)獨(dú)立的加熱的流體的進(jìn) 料和分配系統(tǒng)提供給不同區(qū)域的氣化器。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述加熱的流體的進(jìn)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(jìn)口 。
這些進(jìn)口被安置在轉(zhuǎn)化器內(nèi)部，以分配整個(gè)轉(zhuǎn)化器的加熱的交換空氣 來(lái)啟動(dòng)和驅(qū)動(dòng)原料的氣化。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述交換空氣進(jìn)口包括位 于氣化器底板中的穿孔。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述交換空氣進(jìn)口包括位于 氣化器壁中的穿孔。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述交換空氣進(jìn)口包括每個(gè)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(guò)轉(zhuǎn)化器的地板中的穿孔進(jìn)入那個(gè)區(qū)域。 在一個(gè)實(shí)施方式中，所述交換空氣進(jìn)口是用于每個(gè)區(qū)域的獨(dú)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(jìn)口堵塞，這樣選擇進(jìn)口孔大 小使得其產(chǎn)生限制并從而穿過(guò)每個(gè)孔的壓力下降。該壓力下降足以防止廢 物顆粒進(jìn)入進(jìn)口孔。所述進(jìn)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(guò)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(zhuǎn)化器中，所述過(guò)程發(fā)生在 分離的室中的一個(gè)室內(nèi)的一個(gè)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(zhuǎn)化器中，第一個(gè)或主要的區(qū)域或室(也稱為氣化器)用來(lái)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(zhuǎn)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(lái)將等離子體熱和其它過(guò)程添加劑應(yīng)用于確保將排出氣和揮發(fā)物完全
轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物氣體，;出所述轉(zhuǎn)^匕器的最后:域二氣體是產(chǎn)物氣體。
在一個(gè)實(shí)施方式中，氣化過(guò)程的不同階段可發(fā)生在氣化器的不同區(qū) 域。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，從概念上來(lái)說(shuō)，在任何位置的氣化器中的條 件可根據(jù)(in response to)那個(gè)特殊位置處的原料的特征通過(guò)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(shí)踐實(shí)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(wú)限個(gè)經(jīng)優(yōu)化的區(qū)域。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，氣化器依賴原料的特征可因而被分隔為兩個(gè)、 三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施方式，氣化過(guò)程的每個(gè)階段通過(guò)經(jīng)由合適的交 換空氣進(jìn)口將合適量的加熱的交換空氣適當(dāng)?shù)匾搿?br> 原料經(jīng)由 一個(gè)或多個(gè)原料進(jìn)口引入，其被處理以對(duì)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(zhuǎn)化為氣態(tài) 產(chǎn)物。在一個(gè)實(shí)施方式中，本系統(tǒng)允許在引入所述轉(zhuǎn)化器之前與原料結(jié)合或 穿過(guò)專用的HCF進(jìn)口而供應(yīng)諸如切碎的塑料的高碳原料，從而使得能夠 對(duì)較高或較低碳的輸入的過(guò)程要求快速響應(yīng)以滿足要求的氣體品質(zhì)。
可選的過(guò)程添加劑進(jìn)口提供向轉(zhuǎn)化器添加氣體，諸如氧氣、空氣或富 氧空氣或其它對(duì)氣化過(guò)程有用的氣體。所述過(guò)程添加劑進(jìn)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(zhuǎn)化器內(nèi)，用于整個(gè)過(guò)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(lái)提供。
在所述交換空氣中的氧氣也用來(lái)平衡產(chǎn)生要求產(chǎn)物氣體和移除最大 量的碳的化學(xué)行為。氧氣也啟動(dòng)或增加產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、氫氣或 其它大的碳?xì)浠衔镱w粒的放熱反應(yīng)速度。來(lái)自所述放熱反應(yīng)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(zhuǎn)化器中的過(guò)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(zhuǎn)化器的 一個(gè)實(shí)施方式相關(guān)的各種輸入和輸出。該實(shí)施方式是包括具有原料進(jìn)口 2604的水平取向氣化器2006的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器1006具有 多個(gè)交換空氣進(jìn)口 2619A、 2619B和2619C,其^皮定位以才艮據(jù)氣化反應(yīng)的 要求提供交換空氣5015。所述轉(zhuǎn)化器也在最接近于等離子體焰炬3008處 具有交換空氣進(jìn)口 3616和蒸汽進(jìn)口 3630，以根據(jù)等離子體重整反應(yīng)提供 空氣和蒸汽添加劑。所述轉(zhuǎn)化器1006具有與固體殘余物調(diào)節(jié)室4620流動(dòng) 連通的固體殘余物出口 2608。 '
材料被橫向移動(dòng)穿過(guò)所述氣化器，以便促進(jìn)氣化過(guò)程(干燥、揮發(fā)、 燒焦物-灰分轉(zhuǎn)化)的特定階段。該材料穿過(guò)氣化器的橫向運(yùn)動(dòng)經(jīng)由使用一 個(gè)或多個(gè)橫向傳送單元來(lái)實(shí)現(xiàn)，其可包含，但并不限于，可移動(dòng)架、可移 動(dòng)平臺(tái)、推動(dòng)器滑枕(pusherram)、犁狀件、螺旋元件或帶。
所述一個(gè)或多個(gè)橫向傳送單元能夠以協(xié)調(diào)方式起作用，或單獨(dú)的橫向 傳送單元能夠獨(dú)立地起作用。為了優(yōu)化控制材料流速和堆高度，單獨(dú)的橫 向傳送元件能夠以變化的速度、變化的移動(dòng)距離、變化的移動(dòng)頻率單獨(dú)移 動(dòng)。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(yùn)轉(zhuǎn)。
所述轉(zhuǎn)化器具有耐火材料襯里，其可是本領(lǐng)域已知的常規(guī)耐火材料中的一種或組合，該材術(shù)牛適合用于高溫(例如，約IIO(TC至140(TC的溫度)、 不加壓反應(yīng)的容器中。這樣的耐火材料的實(shí)例包含，但不限于，高溫?zé)Y(jié) 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(zhuǎn)化器移除氣化反應(yīng)的固 體副產(chǎn)物。氣化過(guò)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(guò)合適的出口從所述轉(zhuǎn) 化器連續(xù)地或間隙地被移除。燒焦物能夠在完全轉(zhuǎn)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(jìn)一步向灰分轉(zhuǎn)化。所述灰分產(chǎn)物然后通 過(guò)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(jìn)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(guān)技 術(shù)領(lǐng)域工作人員的知識(shí)選擇所述轉(zhuǎn)化器中合適的固體殘余物移除出口的 設(shè)計(jì)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(zhuǎn)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(lǐng)域已知的各種裝置中的一種來(lái)提供。實(shí)例包括，但 不限于，螺旋、推動(dòng)器滑枕、水平旋轉(zhuǎn)槳、水平旋轉(zhuǎn)臂以及水平旋轉(zhuǎn)輪。
在那些實(shí)施方式中，氣化過(guò)程的固體殘余物(例如，灰分副產(chǎn)物)進(jìn) 一步轉(zhuǎn)化為熔渣，該灰分-熔渣的轉(zhuǎn)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(jìn)一步被破碎成團(tuán)聚體 供常規(guī)使用?？蛇x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(guò)程的固體殘余物含有 一 些未轉(zhuǎn)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(gè)實(shí)施方式中，使用專用殘余物氣 體-空氣熱轉(zhuǎn)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(jìn)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?dú)饣^(guò)程的氣態(tài)產(chǎn)物相結(jié)合的氣體產(chǎn)物。
用于在調(diào)節(jié)步驟之前進(jìn)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(jìn) 一步冷卻產(chǎn)物氣體的系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于在清潔和調(diào)節(jié)步驟之 前進(jìn)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(jìn)一步顯熱是目標(biāo)，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(shí)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(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明的系統(tǒng)使用熱交換器將來(lái)自部分冷卻的產(chǎn) 物氣體的熱傳送至水來(lái)進(jìn)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(jìn)一步冷卻的氣體。在一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方式中，水以低溫蒸汽的形式提供給熱交換器。在另一個(gè)實(shí)施方式 中，產(chǎn)生的交換蒸汽是飽和的或過(guò)熱蒸汽。
圖7描述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(guān)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(yīng)用中。圖7描述了根據(jù)本發(fā)明的不同 的實(shí)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(biāo)記)。
例如，如選項(xiàng)D所述，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，產(chǎn)生的交換蒸汽 5035能夠送入轉(zhuǎn)化器1007作為過(guò)程蒸汽添加劑。交換蒸汽5035能夠在氣 化過(guò)程期間用作過(guò)程蒸汽添加劑，以確保足夠的自由氧和氫來(lái)最大化原料 向產(chǎn)物氣體的轉(zhuǎn)化。使用作為含有過(guò)程添加劑的氧的蒸汽是優(yōu)選的，這是 因?yàn)槠涑杀镜颓疫\(yùn)轉(zhuǎn)容易。蒸汽也包含氧，其可能是氣化過(guò)程的預(yù)期產(chǎn)物。
產(chǎn)生的交換蒸汽也可穿過(guò)渦輪5715,從而驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)過(guò)程設(shè)備，例如交 換空氣鼓風(fēng)機(jī)5712 (選項(xiàng)B )或產(chǎn)物氣體鼓風(fēng)機(jī)5722 (選項(xiàng)C )。
圍在轉(zhuǎn)化過(guò)程中使用的蒸汽或未用來(lái)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)過(guò)程設(shè)備的蒸汽，可用 于其它商業(yè)目的，諸如，通過(guò)使用蒸汽渦4侖5705而產(chǎn)生電(選項(xiàng)A)，或 在局部加熱應(yīng)用5710中(選項(xiàng)E)，或其能夠供應(yīng)給地方工業(yè)客戶用于他 們的目的，或其能夠用于對(duì)從瀝青砂5780中提取油(選項(xiàng)F)進(jìn)行改進(jìn)。 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(zhuǎn)化器
19中氣化之前干燥原料(選項(xiàng)G)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，用于在調(diào)節(jié)之間進(jìn)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(guò)直接控制的(絕熱飽和)霧化水注射來(lái)降低。
在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)要求不同系統(tǒng)或過(guò)程的冷卻時(shí)，通過(guò)水冷卻步 驟移除(和回收)來(lái)余熱。產(chǎn)生的加熱的水可以轉(zhuǎn)而用來(lái)加熱供氣化過(guò)程 的其它地方使用的工作流體。加熱的水蒸氣來(lái)自各種來(lái)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(guò)程。加熱的 水也能夠用來(lái)預(yù)熱用于各種應(yīng)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(gè)元件傳送至另一個(gè)元件。因此，所 述系統(tǒng)包括產(chǎn)物氣體管道系統(tǒng)，用來(lái)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(lái)將加熱的交換空 氣傳送給轉(zhuǎn)化器，其中，其經(jīng)由交換空氣進(jìn)口引入所述轉(zhuǎn)化器。所述管道 系統(tǒng)典型地采用一個(gè)或多個(gè)管或線，氣體由此來(lái)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(gè)或多個(gè)應(yīng)用中。所述 交換蒸汽管道系統(tǒng)可包括多個(gè)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(yīng)用。
管道系統(tǒng)氣體線的材料和大小的說(shuō)明根據(jù)提供氣體的安全和有效的 運(yùn)輸來(lái)選擇。當(dāng)運(yùn)輸?shù)臍怏w是高溫產(chǎn)物氣體，選擇耐火材料的設(shè)計(jì)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(diǎn)之上以防止腐
蝕。在一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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?yàn)榱俗钚』鋮s 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(guò)使用所述管道周圍的絕緣層(包括本領(lǐng) 域已知的絕緣材料)以及通過(guò)設(shè)計(jì)工廠以最小化管道長(zhǎng)度來(lái)最小化。這對(duì) 高溫管道來(lái)說(shuō)是尤其重要的。
在一個(gè)實(shí)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(zhuǎn)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(jìn) 入所述轉(zhuǎn)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(gè)或多個(gè)流量調(diào)節(jié)裝置和/或鼓風(fēng)機(jī)， 其位于整個(gè)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(gè)或多個(gè)流量調(diào)節(jié)裝置、流量?jī)x表 和或鼓風(fēng)機(jī)，其根據(jù)要求位于整個(gè)系統(tǒng)以控制交換空氣的流率。在一個(gè)實(shí)
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(jìn)口 2812、 2814和2816。在一個(gè)實(shí)施方式中， 所述控制閥5890A、 5890B和5890C對(duì)調(diào)節(jié)引入各區(qū)域的氣化器的交換空 氣5015的量是獨(dú)立可控的。
在一個(gè)實(shí)施方式中，有一個(gè)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(shí)施方式中，交換空氣被提供作為過(guò)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(fēng)機(jī)和/或傳送裝置可任選地由控制子系統(tǒng) 來(lái)控制，如以下詳細(xì)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(wù)端口 ，目的 是實(shí)現(xiàn)常規(guī)維護(hù)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(gè)或多個(gè)等離子體熱源來(lái)將通過(guò)氣化過(guò)程產(chǎn)生 的排出氣轉(zhuǎn)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(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)(develop )應(yīng)用時(shí) 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(gè)或合適的工作氣體的組合。合適的工作氣體的組合的實(shí) 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?dú)夂投趸肌Ｔ诒景l(fā)明的一個(gè)實(shí)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(lái)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以便在氣化器中產(chǎn)生超過(guò)將 排出氣轉(zhuǎn)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(shù)適合用在本系統(tǒng)中。例如，人 們理解，可采用使用適當(dāng)?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(lǐng)域工作人員普通技術(shù)范圍之內(nèi)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中， 一個(gè)或多個(gè)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(zhuǎn)化。 一個(gè)或多個(gè)等離子體熱源的位置根據(jù)氣化系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)選擇，例如，根據(jù)所述系統(tǒng)采用一個(gè)階段還是兩個(gè)階段的氣化 過(guò)程來(lái)選擇。例如，在一個(gè)采用兩個(gè)階段的氣化過(guò)程的實(shí)施方式中，所述 等離子體熱源可安置在相對(duì)于進(jìn)口方向并指向進(jìn)口方向的位置，排出氣通 過(guò)所述進(jìn)口進(jìn)入重整室或重整區(qū)。在那些采用 一個(gè)階段的氣化過(guò)程的實(shí)施
方式中， 一個(gè)或多個(gè)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(lái)選擇，并用于排出氣向產(chǎn)物氣體的
最佳轉(zhuǎn)化。
在一個(gè)實(shí)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(lái)提供。
在一個(gè)實(shí)施方式中，等離子體熱源位于一個(gè)或多個(gè)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(jìn)一步的實(shí)施方式中，等離子體熱源可以是可移動(dòng)的、固定的或它 們的組合。
在一個(gè)實(shí)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(lái)提供。在另一個(gè)實(shí)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(lái)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(guò)程執(zhí)行的條件以 及根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件的系統(tǒng)。當(dāng)氣體產(chǎn)物的終端只用產(chǎn)生電 時(shí)，控制系統(tǒng)也通過(guò)確保氣體組分和壓力維持在用來(lái)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(gè)實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)可被提供以控制實(shí)施在和/或通 過(guò)各種系統(tǒng)和/或本文所公開(kāi)的子系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)過(guò)程；和/或提供本文 所涵蓋的用于影響這樣的過(guò)程的一個(gè)或多個(gè)過(guò)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(guò)程與癥合定系統(tǒng)、子系統(tǒng)或 其元件相關(guān)，和/或與諸如氣化系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施的 一個(gè)或多個(gè)全局過(guò)程相 關(guān)，在所述系統(tǒng)內(nèi)或與所述系統(tǒng)協(xié)作可運(yùn)轉(zhuǎn)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，并從 而調(diào)節(jié)其的各種適合影響指定結(jié)果的這些過(guò)程的控制參數(shù)。各種傳感元件 和響應(yīng)元件因此分布在整個(gè)控制系統(tǒng)中，或與其的一個(gè)或多個(gè)元件相關(guān)， 并用來(lái)獲得各種過(guò)程、反應(yīng)物和/或產(chǎn)物特征，將這些特征與有助于實(shí)現(xiàn)預(yù) 期結(jié)果的這種特征的適合范圍相比，以及經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)可控過(guò)程裝置通 過(guò)在一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行的過(guò)程中實(shí)施變化來(lái)響應(yīng)。
通常，所述控制系統(tǒng)通常包括，例如， 一個(gè)或多個(gè)用于感測(cè)與系統(tǒng)相 關(guān)的一個(gè)或多個(gè)特征的傳感元件，在所述系統(tǒng)中實(shí)施過(guò)程，因而提供輸入， 和/或從而產(chǎn)生輸出。 一個(gè)或多個(gè)計(jì)算平臺(tái)互通地連接于這些傳感元件用于
訪問(wèn)(accessing)表示感測(cè)的特征的特征值，且配置該計(jì)算平臺(tái)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(jié)果的這樣 的值的預(yù)定范圍相比較，并計(jì)算一個(gè)或多個(gè)有助于維持所述特征值在該預(yù) 定范圍之內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)過(guò)程控制參數(shù)。多個(gè)反應(yīng)元件可因此可#:作性地 連接至一個(gè)或多個(gè)過(guò)程裝置，所述過(guò)程裝置可操作來(lái)影響所述系統(tǒng)、過(guò)程 輸入和/或輸出并因而調(diào)整氣體的所述感測(cè)的特征，以及互通地連接至所述 計(jì)算平臺(tái)用于訪問(wèn)計(jì)算出的控制參數(shù)并隨之運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程裝置。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述控制系統(tǒng)提供與含碳原料向氣體轉(zhuǎn)化相關(guān)的 各種系統(tǒng)、過(guò)程、輸入和/或輸出的反饋、前饋和/或預(yù)測(cè)控制，以促進(jìn)一 個(gè)或多個(gè)與其相關(guān)所實(shí)施的過(guò)程的效率。例如，可評(píng)估各種過(guò)程特征，并 可控制地調(diào)節(jié)之以影響這些過(guò)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(jià)值的比。連續(xù) 地和/或?qū)崟r(shí)地對(duì)各種控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，其可包括，但不限于，熱源功率、 添加劑進(jìn)給率(例如氧氣、氧化劑、蒸汽等)、原料進(jìn)給率(例如， 一個(gè) 或多個(gè)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(fēng)機(jī)、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(lái)執(zhí)行根據(jù)設(shè)計(jì)和/或下游技術(shù)條件評(píng)估并優(yōu)化一個(gè)或多個(gè)與過(guò)程相關(guān) 的特征。
可選擇地，或除此之外，可以配置所述控制系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控給定系統(tǒng)的各 種元件的運(yùn)轉(zhuǎn)，用于確保適當(dāng)?shù)倪\(yùn)轉(zhuǎn)，用于確保所述過(guò)程在法律標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)實(shí)
23施(當(dāng)這才羊的標(biāo)準(zhǔn)適用時(shí))。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述控制系統(tǒng)可進(jìn)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(guò)優(yōu)化一個(gè)或多個(gè)所實(shí)施的過(guò)程，或再次通過(guò)增加由這些過(guò) 程所產(chǎn)生的能量(例如，廢熱)的回收?？蛇x擇地，或除此之外，可以配 置所述控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)整經(jīng)由所述控制的過(guò)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(yīng)
于下游使用，而且對(duì)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(qū)動(dòng)給定種類的氣體引擎來(lái)產(chǎn)生電的實(shí)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(gè)實(shí)施方式中，可以配置所述控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)整給定過(guò)程，這樣使 得關(guān)于各種元件中反應(yīng)物和/或產(chǎn)物的停留時(shí)間，和/或關(guān)于整個(gè)過(guò)程中各 個(gè)過(guò)程的限制或性能指標(biāo)被滿足和/或最優(yōu)化。例如，可控制上游過(guò)程速率 來(lái)基本上匹配一個(gè)或多個(gè)后續(xù)的下游過(guò)程。
此外，在不同的實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)可適用于以連續(xù)和/或?qū)崟r(shí)方 式的給定過(guò)程的各方面的順序和/或同時(shí)控制。
通常，所述控制系統(tǒng)可以包括適用于現(xiàn)有的應(yīng)用(the application at hand)的任何種類的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。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(yuǎn)程傳感裝置互 通；和響應(yīng)元件，該響應(yīng)元件纟皮配置以分別感測(cè)與控制過(guò)程有關(guān)的各種特 征并通過(guò)一個(gè)或多個(gè)適用于直接或間接地影響所述控制過(guò)程的控過(guò)程裝 置來(lái)對(duì)此響應(yīng)。使用集中結(jié)構(gòu)，經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)集中處理器(centralized processor)在中央實(shí)施大多數(shù)計(jì)算，這樣使得用于實(shí)施所述過(guò)程的控制的 大多數(shù)必需硬件和/或軟件位于同一個(gè)位置。
分布式的控制系統(tǒng)將通常包括兩個(gè)或多個(gè)分布式控制器，其可以各自 與各個(gè)傳感和響應(yīng)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(guò)程裝置(其被配置以影響局部過(guò)程或子過(guò)程)來(lái)對(duì)其反應(yīng)。連通 也可以經(jīng)由各種網(wǎng)絡(luò)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(cè)的特征可傳達(dá)至第二控制器用于在那里進(jìn)行響應(yīng)，其中這種遠(yuǎn)端響應(yīng) 可以對(duì)在第一位置感測(cè)的特征起作用。例如，下游產(chǎn)物氣體的特征可以通過(guò)下游監(jiān)控裝置感測(cè)，且通過(guò)調(diào)整控制參數(shù)來(lái)調(diào)整，所述控制參數(shù)與通過(guò) 下游控制器控制的轉(zhuǎn)化器相關(guān)。在一個(gè)分布式結(jié)構(gòu)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(gè)控制器上實(shí)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(shí)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(jié)構(gòu)可以允許進(jìn)行給定過(guò)程或相關(guān)過(guò)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(lái)向局部過(guò)程引導(dǎo)必要的 調(diào)整用于全局結(jié)果。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)可以4吏用任何上述結(jié)構(gòu)，或任何其它本領(lǐng)域普遍已 知的結(jié)構(gòu)，其被視為在本^^開(kāi)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(shí)施的過(guò)程可在專門的局部環(huán)境中控制，當(dāng)可適用 時(shí)，可選地外部連通至用于相關(guān)上游或下游過(guò)程的任何中央和/或遠(yuǎn)程控制 系統(tǒng)。另外，所述控制系統(tǒng)可包括設(shè)計(jì)以協(xié)作控制區(qū)域和/或全局過(guò)程的局 部和/或全局控制系統(tǒng)的子元件。例如，可這樣設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)或多個(gè)中央、網(wǎng)絡(luò)和/或分布式處理器；一 個(gè)或多個(gè)輸入，用于接收當(dāng)前從所述各種傳感元件感測(cè)的特征；以及一個(gè) 或多個(gè)輸出，用于將新的或更新的控制參數(shù)傳達(dá)至各種響應(yīng)元件。所述控 制系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算平臺(tái)也可包括一個(gè)或多個(gè)局部和/或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī) 可讀媒體(例如，ROM、 RAM、可移動(dòng)媒體、局部和/或網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)媒體等)，
用于在其中存儲(chǔ)各種預(yù)定和/或再調(diào)整的控制參數(shù)、設(shè)置或優(yōu)選的系統(tǒng)和過(guò) 程特征運(yùn)轉(zhuǎn)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(jì) 算平臺(tái)也可直接地或經(jīng)由各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置訪問(wèn)過(guò)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(jì)算機(jī)平臺(tái)可裝備一個(gè)或多個(gè)可選圖形 用戶界面和輸入外圍設(shè)備，用于向所述控制系統(tǒng)提供管理訪問(wèn)(系統(tǒng)升級(jí)、 維護(hù)、修改、針對(duì)新系統(tǒng)模塊和/或設(shè)備的適應(yīng)修改，等等)，以及各種可 選輸出外圍設(shè)備，用于連通外源(例如，現(xiàn)代、網(wǎng)絡(luò)連接、打印機(jī)等)數(shù) 據(jù)與信息。
所述處理系統(tǒng)和任何一個(gè)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(wú)或多個(gè)
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(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)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(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué) 和延遲時(shí)間和所述組合意圖控制的運(yùn)轉(zhuǎn)條件的范圍，以及所述組合控制器 的動(dòng)力學(xué)和延遲時(shí)間。對(duì)于本領(lǐng)域中技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是所述組合能夠 以模擬硬連線的形式來(lái)實(shí)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(yīng)元件將其與指定值進(jìn)行比較來(lái)影響各自的控制元件以作適當(dāng)?shù)?調(diào)整來(lái)降低所述觀察值和指定值之間的差異。對(duì)于本領(lǐng)域中技術(shù)人員更為 顯而易見(jiàn)的是，所述組合能夠在混合數(shù)字硬件軟件環(huán)境中實(shí)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(yīng) 效應(yīng)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)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(shí)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?hào)基于兩個(gè)值之間的偏差來(lái)確定，并 將其提供給控制元件，以便降低所述偏差。應(yīng)當(dāng)理解常規(guī)反饋或響應(yīng)控制 系統(tǒng)可進(jìn)一步適合于包括適應(yīng)的和/或預(yù)測(cè)性的元件，其中對(duì)給定條件的響 應(yīng)可以根據(jù)模擬的和/或先前監(jiān)控的反應(yīng)來(lái)定制以對(duì)感測(cè)的特征提供響應(yīng)， 同時(shí)限制補(bǔ)償作用中潛在的過(guò)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(lái)調(diào)整對(duì)系統(tǒng)和/或過(guò)程特征的 響應(yīng)，所述特征從最優(yōu)值中感測(cè)、在給定的范圍中，先前對(duì)最優(yōu)值的響應(yīng) 已經(jīng)被監(jiān)控且調(diào)整以提供理想的結(jié)果。這種適應(yīng)的和/或預(yù)測(cè)的控制方案是 本領(lǐng)域已知的，且同樣地不認(rèn)為脫離本公開(kāi)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(lái)監(jiān)控一 個(gè)或多個(gè)參數(shù)，其包含，但不限于，整個(gè)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(yīng)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(guò)程相關(guān)的裝置的控制元件，所述過(guò)程相關(guān)的 裝置被配置以通過(guò)調(diào)整與之相關(guān)的給定控制參數(shù)影響給定過(guò)程。例如，可 在本文內(nèi)經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)元件操作的過(guò)程裝置可包含，但不限于，空氣和產(chǎn)物氣體鼓風(fēng)機(jī)、原料輸入、壓力和溫度調(diào)節(jié)器、橫向移動(dòng)單元和等 離子體熱源。因此，可由所述控制子系統(tǒng)的響應(yīng)元件調(diào)整的操作性條件的 實(shí)例包含一個(gè)或多個(gè)交換空氣流率(即，過(guò)程空氣鼓風(fēng)機(jī)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(dòng)單 元的運(yùn)動(dòng)、過(guò)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(gè)實(shí)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(gè)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(xué)溫 度計(jì)。
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(gè)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(lái)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(lái)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(gè)轉(zhuǎn)化器中，以便監(jiān)控氣化過(guò)程和重整過(guò) 程期間過(guò)程的溫度。例如，監(jiān)控氣化過(guò)程在其中發(fā)生的轉(zhuǎn)化器的區(qū)域的溫 度，通過(guò)維持原料堆在盡可能高的溫度盡可能長(zhǎng)的時(shí)間且沒(méi)有達(dá)到將熔化 或團(tuán)聚原料的溫度，來(lái)確保優(yōu)化轉(zhuǎn)化效率。為了根據(jù)氣化過(guò)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。分別 通過(guò)溫度傳送器5984A、 5984B和5984C來(lái)測(cè)量不同階段的溫度?？刂茪?化過(guò)程的不同階段的溫度也可通過(guò)以下來(lái)實(shí)現(xiàn)原料通過(guò)所述橫向移動(dòng)單 元受控運(yùn)動(dòng)穿過(guò)所述氣化器。
所述轉(zhuǎn)化器的重整區(qū)域3009的溫度由溫度傳送器5983來(lái)監(jiān)控。等離 子體焰炬2980的功率根據(jù)需要來(lái)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(cè)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(guò)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(guò)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(lái)確保所述 交換空氣的溫度不超過(guò)例如625°C。為了避免向所述氣化過(guò)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(guò)熱所述原料，打開(kāi)
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(shè)備的考慮(例如，當(dāng)啟動(dòng)關(guān)閉 程序時(shí))加熱比所述過(guò)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(gè)實(shí)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(shè)置固定設(shè)置點(diǎn)，例如，約600°C。在這樣的實(shí)施方式中，甚至 當(dāng)穿過(guò)氣體-空氣熱交換器的交換空氣流減少時(shí)，所述氣體-空氣熱交換器 的排出氣體溫度將保持相同。穿過(guò)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(jìn)入下一階段的過(guò)程，例如，熱回收蒸汽發(fā)生器。當(dāng)穿過(guò)系統(tǒng)的氣流被減 少時(shí)，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(jìn)口的溫度將僅僅暫時(shí)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(jìn)口溫度將暫時(shí)顯示約800°C,其在 本設(shè)計(jì)的溫度限制內(nèi)。
監(jiān)控所述氣體-空氣熱交換器進(jìn)口處的產(chǎn)物氣體的溫度也能夠確保當(dāng) 其進(jìn)入各自的熱交換器中時(shí)產(chǎn)物氣體的溫度不超過(guò)那個(gè)裝置的理想運(yùn)轉(zhuǎn) 溫度。例如，如果對(duì)所迷氣體-空氣熱交換器的設(shè)計(jì)溫度是105CTC,那么 從溫度轉(zhuǎn)送器獲得的關(guān)于所述空氣流進(jìn)入所述熱交換器的溫度數(shù)據(jù)能夠 用來(lái)控制穿過(guò)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(cè)量對(duì)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(zhuǎn)化器的氣體的溫度超過(guò)預(yù)確定限制，這可能暗示管 正開(kāi)始堵塞，此時(shí)應(yīng)該關(guān)閉所述系統(tǒng)用于維護(hù)。因而，所述熱交換器根據(jù) 需要具有用于方便檢查和維護(hù)的端口 。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述控制子系統(tǒng)包括監(jiān)控整個(gè)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(chǔ)槽)的下游元件相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)中 的諸如壓力轉(zhuǎn)換器的壓力傳感器、壓力傳送器或壓力計(jì)接頭。
與所述系統(tǒng)中的壓力和氣流相關(guān)的的數(shù)據(jù)由所述控制子系統(tǒng)用來(lái)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(gè)實(shí)施方式中，所述控制子系統(tǒng)包括響應(yīng)元件，所述響 應(yīng)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(yù)期壓力在某 個(gè)指定的承受范圍內(nèi)。例如當(dāng)調(diào)節(jié)所述產(chǎn)物氣體鼓風(fēng)機(jī)速度或交換空氣輸 入率時(shí)造成的任何壓力變化，通過(guò)調(diào)整由所述控制子系統(tǒng)確定的某些搡作 參數(shù)來(lái)校正。
圖10描述用于監(jiān)控和控制整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)物氣體壓力和流量的各種裝 轉(zhuǎn)化器1010處的交換空氣流量控制閥，在那里，例如氣體儲(chǔ)存槽壓力的
下降發(fā)送信號(hào)來(lái)增加進(jìn)入所述氣化器2010的交換空氣流量，反之亦然。 進(jìn)入氣化器2010的交換空氣流量使用控制閥5994A、 5994B和5994C來(lái) 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(duì)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(cè)量的過(guò)程空氣鼓風(fēng)機(jī)的排出壓力，其然后調(diào)整所述過(guò)程空氣 鼓風(fēng)機(jī)5012上的可變頻率驅(qū)動(dòng)(VFD)的速度。當(dāng)在所述儲(chǔ)存槽7010中 檢測(cè)為低壓時(shí)，所述過(guò)程空氣鼓風(fēng)機(jī)5012的速度增加，當(dāng)在所述儲(chǔ)存槽 中檢測(cè)為高壓時(shí)，所述速度降低。當(dāng)產(chǎn)生增加量的氣體時(shí)，所述控制子系 統(tǒng)也可自動(dòng)調(diào)整氣體鼓風(fēng)機(jī)VFD的速度來(lái)緩解該壓力增加，傳送更多的 氣體給所述儲(chǔ)存槽造成所述儲(chǔ)存槽的壓力增加。
由位于整個(gè)系統(tǒng)的壓力傳感器響應(yīng)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(fēng)扇將降低速度)還是下降(由此風(fēng)扇將降低速度)來(lái)調(diào) 整所述下游感應(yīng)鼓風(fēng)機(jī)的速度。在一個(gè)實(shí)施方式中，連續(xù)獲得與整個(gè)系統(tǒng) 點(diǎn)壓力(pressure at points )相關(guān)的數(shù)據(jù)，從而允許所述控制子系統(tǒng)對(duì)所述 風(fēng)扇速度進(jìn)行頻繁調(diào)整，以將所述系統(tǒng)壓力維持在預(yù)確定設(shè)置點(diǎn)內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)維持在相對(duì)于大氣壓力的略負(fù)的壓力， 以防止氣體排入環(huán)境。
在一個(gè)實(shí)施方式中，使用位于所述氣化器下游的感應(yīng)鼓風(fēng)機(jī)調(diào)整內(nèi) 壓，所述感應(yīng)鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)從所述氣化器中拉出產(chǎn)物氣體而運(yùn)轉(zhuǎn)。因而釆用 的感應(yīng)鼓風(fēng)機(jī)維持所屬系統(tǒng)在大氣壓力或負(fù)壓下。在一個(gè)實(shí)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(fēng)機(jī)移除的
29氣體流量。
在維持正壓的系統(tǒng)中，這樣操作鼓風(fēng)機(jī)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(guò)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(dòng)。如果氣流波動(dòng)持續(xù)，所述系統(tǒng)可能 切斷直到問(wèn)題解決。
因?yàn)樵跉饣^(guò)程期間添加高碳原料、空氣和/或蒸汽過(guò)程添加劑影響轉(zhuǎn) 化化學(xué)，所以監(jiān)控產(chǎn)物氣體組分是值得的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(lái)實(shí)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(lái)確定所
述產(chǎn)區(qū)氣體的化學(xué)組分的一種方法是通過(guò)氣體色譜(GC)分析。用于這些 分析的樣品點(diǎn)遍及整個(gè)系統(tǒng)中。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述氣化組分使用傅 立葉變換紅外(FTIR)分析儀來(lái)測(cè)量，其測(cè)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(jìn)行測(cè)量。
所述產(chǎn)物氣體組分能夠通過(guò)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(yīng)的空氣和/或蒸汽過(guò)程添加劑的量來(lái) 控制。因此，所述控制系統(tǒng)提供裝置來(lái)控制MSW與HCF的比率、原料蒸 汽的添加率、以及添加到轉(zhuǎn)化器的空氣和/或蒸汽過(guò)程添加劑的量。
在本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(duì)較高或較低碳輸入的過(guò)程要 求響應(yīng)以提供理想的氣體組分。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(guò)使用旋轉(zhuǎn)螺旋或螺旋鉆機(jī)構(gòu)。另外，所述材料可以不連續(xù)的方式添加，例如，通過(guò)使用推動(dòng)器滑枕來(lái)根據(jù) 要求按部分添加材料。
通過(guò)調(diào)節(jié)給S螺旋:送器速度來(lái)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(lái)調(diào)節(jié)。
所述系統(tǒng)可進(jìn)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(zhuǎn)化器內(nèi)維持穩(wěn)定的處理?xiàng)l件。這提供在所述轉(zhuǎn)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(lái)自交換空氣注射的材料流化 (其可能在低水平發(fā)生)，同時(shí)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(zhuǎn) 化器停留時(shí)間。
氣化器中的一系列水平開(kāi)關(guān)測(cè)量堆高度。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述水 平開(kāi)關(guān)是在氣化器的一側(cè)帶有發(fā)射器且在另一側(cè)帶有接收器的微波裝置， 其檢測(cè)在所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)部那點(diǎn)處的固體材料的存在與否。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，提供橫向移動(dòng)單元來(lái)移動(dòng)穿過(guò)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(dòng)單元的給料速率和運(yùn)動(dòng)的函數(shù)。因此，在這樣一個(gè)實(shí)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(dòng)穿過(guò)所述氣化器的不同區(qū)域的裝 置。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述橫向移動(dòng)單元是滑枕，其中所述原料以由所
述沖程長(zhǎng)度(stroke length)和頻率確定的速率傳送穿過(guò)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(kāi)關(guān)或其他移動(dòng)控制方式(諸如， 計(jì)算機(jī)控制可變速度馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器)來(lái)控制所述滑枕行程的長(zhǎng)度、速度和/ 或頻度，從而能夠控制使用每個(gè)沖程移動(dòng)材料的量。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述橫向移動(dòng)單元包括一個(gè)或多個(gè)螺旋輸送器， 其中穿過(guò)氣化器的材料的移動(dòng)率經(jīng)由傳送馬達(dá)可變頻率驅(qū)動(dòng)器通過(guò)調(diào)節(jié) 輸送器速度來(lái)控制。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(dāng)在所述轉(zhuǎn)化器的氣體出口處產(chǎn)物氣
體的溫度太高時(shí)，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(guò)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(guò)程氣化原料，所述過(guò)程 通常包括將原料送入使其經(jīng)過(guò)熱交換空氣熱效應(yīng)的轉(zhuǎn)化器的步驟。 一旦通 過(guò)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(gè)實(shí)施方式中，熱交換空氣進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)生成的燒焦物完全轉(zhuǎn) 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(jìn)一步使來(lái)自等離子體熱源的熱來(lái)將排出氣轉(zhuǎn)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(guò)程使用空氣產(chǎn)生的氮?dú)?。蒸汽和/或空氣過(guò)程添加劑可優(yōu)選地在 氣化階段和/或氣化轉(zhuǎn)化階段添加。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述過(guò)程進(jìn)一步包括以下步驟使副產(chǎn) 物灰分通過(guò)第二等離子體熱源加熱來(lái)形成熔渣產(chǎn)物。
本發(fā)明的過(guò)程進(jìn)一步包括以下步驟通過(guò)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(guò)程進(jìn)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(jìn)一步冷卻的氣體和 蒸汽。
本發(fā)明的過(guò)程通過(guò)補(bǔ)償電量來(lái)使得凈轉(zhuǎn)化率最大化，其中所述電量一皮 消耗以產(chǎn)生熱量來(lái)驅(qū)動(dòng)所述氣化過(guò)程、驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)器和激勵(lì)等離子體熱 源。對(duì)于具有產(chǎn)生電為目的的應(yīng)用，功率通過(guò)以下來(lái)測(cè)量比較由整個(gè)氣 化過(guò)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(guò)回收 顯熱來(lái)產(chǎn)生蒸汽以激勵(lì)蒸汽渦輪。
所述氣化過(guò)程可能進(jìn)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(lái)調(diào)節(jié)供應(yīng)給等離子體熱源的一個(gè)或多個(gè) 原料輸入率、交換空氣流率、產(chǎn)物氣體流率、蒸汽過(guò)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(gè)實(shí)施方式中，所述過(guò)程進(jìn)一步包括以下步驟在加入 所述轉(zhuǎn)化器之前預(yù)熱所述含碳原料。
在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的氣化過(guò)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(gè)實(shí)施方式中，該實(shí)施方式典型地用在所 述系統(tǒng)的啟動(dòng)階段，空氣被投料進(jìn)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(guò)程中的其他階段回收熱，以提供熱的啟動(dòng)氣體， 該熱的啟動(dòng)氣體然后進(jìn)入所述氣體-空氣熱交換器來(lái)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(jìn)口以加熱所述氣化器，這樣 使得整個(gè)過(guò)程能夠不使用化石燃料而運(yùn)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(xiàng)。
圖IIA是描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的方塊流程圖，其中熱的產(chǎn)物氣
體5020A通過(guò)氣化轉(zhuǎn)化器1000A中的含碳原料來(lái)產(chǎn)生。所述熱的產(chǎn)物氣 體5020A經(jīng)過(guò)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(fēng)機(jī)5012A吹過(guò)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(zhuǎn)化器IOOOA來(lái)驅(qū)動(dòng)所述氣化過(guò)程。所述冷卻的產(chǎn)物氣體 5025A然后在穿過(guò)氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)6000A之前由干法淬火步驟6111A進(jìn)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(gè)實(shí)施方式的方塊流程圖，其中熱的產(chǎn)物氣 體5020B通過(guò)氣化轉(zhuǎn)化器1000B中的含碳原料來(lái)產(chǎn)生。所述熱的產(chǎn)物氣體 經(jīng)過(guò)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(fēng)機(jī)5012B吹過(guò)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(zhuǎn)化器1000A來(lái)驅(qū)動(dòng)所述氣化過(guò)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(shí)施方式的方塊流程圖，其中，來(lái)自氣體引擎 的熱的燃燒氣體5061B穿過(guò)第二熱回收蒸汽發(fā)生器5300C,在那里來(lái)自熱 的燃燒氣體的熱被傳送至水5030C來(lái)產(chǎn)生蒸汽5030C。
圖IID是描述圖11B的實(shí)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(lái)激勵(lì)蒸汽渦輪5065D來(lái)產(chǎn)生電。
圖IIE是描述圖IIC的實(shí)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(lái)激 勵(lì)蒸汽渦輪5065E來(lái)產(chǎn)生電。
圖IIF是圖11B的實(shí)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(zhuǎn)化器1000B用于氣化之前
33預(yù)干燥原術(shù)+ 5088F。
圖IIG是描述圖11B的實(shí)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(lái)間接地加熱原料調(diào)節(jié)器5067G,從而在 投入轉(zhuǎn)化器1000B用于氣化之前預(yù)干燥原料5088G。
圖11H是描述本發(fā)明的實(shí)施方式的方塊流程圖，其中熱的產(chǎn)物氣體 5020H通過(guò)氣化轉(zhuǎn)化器1000H中的含碳原料來(lái)生產(chǎn)。所述熱的產(chǎn)物氣體 5020H穿過(guò)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(guò)空氣鼓風(fēng)機(jī)5025H吹過(guò)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(zhuǎn)化器1000H來(lái)驅(qū)動(dòng)所述氣化過(guò)程。所述冷卻的產(chǎn)物氣體然而穿過(guò)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(shí)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(guò)熱交 換器5105H,其中來(lái)自熱氣體的熱被傳送至空氣5110H (被吹過(guò)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(lái)間接地加熱原料調(diào)節(jié)器5067H,從而在給料進(jìn)入所述氣化 器1000H用于氣化之前預(yù)干燥所述原料5088H。
圖lll是描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的方塊流程圖，其中熱的產(chǎn)物氣 體50201通過(guò)氣化轉(zhuǎn)化器10001中的含碳原料來(lái)生產(chǎn)。所述熱的產(chǎn)物氣體 50201穿過(guò)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(fēng)機(jī)50121吹過(guò)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(zhuǎn)化器10001以驅(qū)動(dòng)所述氣化過(guò)程。所述冷卻的產(chǎn)物氣體50251然后穿過(guò) 氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)60001，并進(jìn)入用于儲(chǔ)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(shí)在氣體燃燒器中燃燒另 一部分產(chǎn)物氣體52251, 以為預(yù)熱另一個(gè)氣化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化器10051提供熱。
本發(fā)明現(xiàn)在將結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)理解以下實(shí)施例意圖描 述本發(fā)明的實(shí)施方式，并不意圖以任何方式限制本發(fā)明。
實(shí)施例
通常，本發(fā)明的系統(tǒng)通過(guò)將交換空氣投入轉(zhuǎn)化器來(lái)使用，在所述轉(zhuǎn)化
34器中使原料經(jīng)歷足夠的熱以允許氣化反應(yīng)發(fā)生。
在圖12和13所描述的示例性的實(shí)施方式中，所述氣化器2100和2200 各自具有三個(gè)底板水平或階梯的階梯式底板。任選地，每個(gè)底板水平傾斜 在約5和約IO度之間。在一個(gè)階梯氣化器中，單獨(dú)的階梯(底板水平) 提供適合于氣化過(guò)程的各自的干燥、揮發(fā)和燒焦物-灰分轉(zhuǎn)化階段的條件， 從而允許最優(yōu)化所述氣化過(guò)程。
在每一個(gè)這些示例性氣化器中，原料被投到第一個(gè)階梯上，在該階梯 提供條件使得此處的主要過(guò)程是千燥過(guò)程，其具有一些揮發(fā)和燒焦物-灰分 轉(zhuǎn)化。該階梯的正常溫度范圍(當(dāng)在材料堆的底部測(cè)量時(shí))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(guò)程是揮發(fā)所述干燥的原料以形成燒焦物的過(guò)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(zhuǎn)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(guò)程是具有較少量(殘余物)揮發(fā)的燒焦物-灰分轉(zhuǎn)化過(guò)程。正常的 溫度范圍是在600和IOO(TC之間。
^爭(zhēng)過(guò)所述階梯的運(yùn)動(dòng)由^f黃向傳送單元實(shí)現(xiàn)，且每個(gè)階梯任選地由獨(dú)立 控制的橫向傳送單元來(lái)服務(wù)。
在圖12所述的氣化器的實(shí)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(gè)底板水平2112、 2114和2116 的階梯式底板。每個(gè)底板水平具有一系列位于最接近于所述底板水平側(cè)壁 的交換空氣進(jìn)口 2126,以允許添加交換空氣。調(diào)節(jié)交換空氣的輸入來(lái)促進(jìn) 反應(yīng)物材料的氣化。
在圖13描述的氣化器的實(shí)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(gè)底板水平2212、 2214、 2216的階梯 底板。
每個(gè)水平或階梯具有穿孔的底板，通過(guò)該穿孔的底板能夠引入加熱的 空氣。每個(gè)水平或階梯的空氣給料是獨(dú)立可控制的。穿過(guò)所述穿孔的底板 2270的獨(dú)立的空氣給料和分布通過(guò)在每個(gè)階梯形成底板的分隔的空氣箱2272、 2274和2276來(lái)實(shí)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(jìn)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(jìn)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(yīng)處于合適水平的高度的范圍內(nèi)，以確保完全轉(zhuǎn) 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(shí)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(shí)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(shí)施例中，空氣在環(huán)境溫度(即，約-30至約40°C )下進(jìn)入所述 氣體-空氣熱交換器。所述空氣使用空氣鼓風(fēng)機(jī)循環(huán)穿過(guò)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(jìn)入所 述氣體-空氣熱交換器。
在本實(shí)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(shí)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(zhuǎn)而被冷卻至溫度約50(TC至約 800°C。在所述示例性的實(shí)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(guò)所述交換空氣進(jìn)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(shí)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(shè)計(jì)用于負(fù)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(cè)流動(dòng)，而當(dāng)前所述空氣在殼側(cè)相反地流動(dòng)。
在所述示例性的實(shí)施方式中，所述冷卻的產(chǎn)物氣體進(jìn)一步使用干法淬
火步驟來(lái)冷卻，以移除來(lái)自所述產(chǎn)物氣體的余熱，從而根據(jù)后續(xù)的過(guò)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(jìn)一步穿 過(guò)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(guò)程的殘余物副產(chǎn)物通過(guò)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(jié)合某些具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù) 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(quán)利要求列 出的。
在本說(shuō)明書(shū)中提及的所有專利、出版物的公開(kāi)內(nèi)容，包括公布的專利 申請(qǐng)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(dú)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(quán)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(lái)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(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的傳感元件，和用于調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件以優(yōu)化所述氣化過(guò)程的響應(yīng)元件；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)調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)內(nèi)的所述運(yùn)轉(zhuǎn)條件，從而通過(guò)使所述過(guò)程的能量消耗最小化同時(shí)也使得能量產(chǎn)生最大化來(lái)優(yōu)化氣化過(guò)程的效率。
2. 根據(jù)權(quán)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(guò) 程期間產(chǎn)生的氣體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述流體是空氣、水、油、氮?dú)?或二氧化碳。
4. 根據(jù)權(quán)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(quán)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(jìn)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(lái)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(quán)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(guò) 程期間在氣化器中產(chǎn)生的氣體。
8. 根據(jù)權(quán)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(jìn)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(jìn)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(guò)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(guò)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(jìn)口中。
9. 一種方法，其用于通過(guò)使用氣體-流體熱交換器將來(lái)自氣化過(guò)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(jìn)口，以及與經(jīng)加熱流體出口連通的冷流體進(jìn)口 ，所述方法包括以下步驟將所述熱產(chǎn)物氣體通過(guò)所述熱產(chǎn)物氣體進(jìn)口傳送至所述氣體-流體熱交換器內(nèi)；將所述冷流體通過(guò)所述冷流體進(jìn)口傳送至所述氣體-流體熱交換器內(nèi)； 將來(lái)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(guò)程提供熱量。
10. 根據(jù)權(quán)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(guò)程的熱的產(chǎn)物回收的熱量再循環(huán)返回至所述氣化過(guò)程的系統(tǒng)。所述熱的氣態(tài)產(chǎn)物用來(lái)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(lái)將熱量返回至所述氣化過(guò)程。所述系統(tǒng)也包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)通過(guò)使所述過(guò)程的能量消耗最小化以及同時(shí)使能量產(chǎn)生最大化而優(yōu)化氣化過(guò)程的效率。
文檔編號(hào)C10J3/00GK101479365SQ200780024577
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2007年5月7日 優(yōu)先權(quán)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(fèi)斯拜, K·C·坎貝爾, M·斯溫, P·B·馬索, S·D·巴沙姆 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