CN101479020B - 气体调整系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于将来自低温气化系统的输入气体处理成具有期望特征的输出气体的气体调整系统。所述系统包括两阶段的过程，第一阶段分离干燥相中的重金属和颗粒物，第二阶段包含去除酸性气体和/或其它污染物的进一步处理步骤。任选过程包含当所述输入气体经过所述气体调整系统时调整其湿度和温度。处理步骤的存在和顺序由所述输入气体的组成、用于下游应用的输出气体的期望组成、以及效率和废物最小化来确定。

Description

气体调整系统

技术领域

本发明涉及气体清洁和处理的领域，更特别地涉及颗粒物和目标化学物从低温气化系统所产生输入气体的分离。

背景技术

气化是能将诸如市政固体垃圾(MSW)或煤的含碳原料转化为可燃气体的过程。所述气体可被用来产生电、蒸汽或者作为产生化学品和液体燃料的基本原料。

所述气体可能的应用包括：在锅炉中燃烧以产生蒸汽用于内处理和/或其它外在目的，或者通过蒸汽涡轮产生电；直接在燃气轮机或气体发动机中燃烧以产生电；燃料电池；产生甲醇和其它液体燃料；作为进一步的原料用于产生例如塑料和肥料的化学品；提取氢和一氧化碳作为分离的工业燃料气体；和其它的工业应用。

通常，气化过程包括将含碳原料连同受控的和/或限制量的氧气和任选的蒸汽一起进给至被加热的室(气化器)。与煅烧或燃烧(其以过量的氧运行而产生CO₂、H₂O、SOx、和NOx)相反，气化过程产生包括CO、H₂、H₂S和NH₃在内的原料气组合物。在净化之后，主要目标气化产物是H₂和CO。

有用的原料能够包括任何市政垃圾、工业活动产生的废物和生物医药废物、污水、污泥、煤、重油、石油焦炭、重精炼残余物(heavy refineryresidual)、炼油厂废物、烃污染土壤、生物物质和农业废物、轮胎和其它有害废物。取决于原料的来源，挥发物可包括H₂O、H₂、N₂、O₂、CO₂、CO、CH₄、H₂S、NH₃、C₂H₆、诸如乙炔的不饱和烃、烯烃、芳族化合物、焦油、烃类液体(油)和烧焦物(炭黑和灰分)。

随着原料被加热，水是离析出的第一种组分。随着干燥原料的温度增加，发生热解。在热解期间，原料被热分解以释放焦油、酚和易挥发烃类气体，同时原料被转化为烧焦物(char)。

烧焦物包括由有机物质和无机物质组成的残留固体。在热解后，烧焦物比干燥原料具有更高的碳浓度，并且可作为活性碳(activated carbon)的来源。在高温(>1,200℃)运行的气化器中或者在具有高温区的系统中，无机物质被融化或玻璃化以形成称为炉渣(slag)的熔融玻璃状物质。

因为炉渣处于融化、玻璃化状态，其通常被发现是无害的，并且其可被作为无害物质在垃圾填筑地上处理掉，或者作为矿石、路基或其它建筑材料卖掉。通过煅烧来处理废物物质是更不想要的，因为在加热过程中极端浪费燃料和处理灰分作为残留废物物质的进一步的浪费，这些材料可被转化为有用的合成气和固体材料。

实现气化过程的手段能够以多种方式变化，但是依赖于四个主要的工程因素：气化器中的大气(氧或空气或水蒸汽含量的水平)；气化器的设计；内部和外部加热方法；和方法的操作温度。影响产物气体的质量的因素包括：原料组分、制备物和颗粒尺寸；气化器加热速率；驻留时间；包括其使用干或浆进料系统、原料-反应物流动几何学、干灰分或炉渣物质去除系统的设计的工业构型；其使用直接或间接发热和转移方法；和合成气净化系统。通常在大约650℃至1200℃范围内的温度下、在真空中、大气压下或高达大约100个大气压下实行气化。

已有数个系统被提议用来捕获气化过程产生的热，并且使用这种热来产生电，这通常被称为组合的循环系统。

与过程和整个气化系统产生的大量可回收的显热相关联的产物气体中的能量，通常能够产生足以推动该过程的电能，从而减少局部电能消耗的费用。气化一吨含碳原料所需要的电能的量直接取决于原料的化学组成。

如果在气化过程中产生的气体包括宽范围的挥发物，例如倾向于以“低质量”含碳原料在低温气化器中产生的气体类型，其通常被称为排出气。如果气化器中的原料和条件产生的气体中CO和H₂是主要化学物种类，则所述气体被称为合成气。一些气化设备使用技术在通过气体质量调整系统冷却和清洁之前将原料排出气或原料合成气转化为更精炼气体成分。

使用等离子体加热技术气化物质是已商业化应用许多年的技术。等离子体是高温发光气体，其至少部分离子化并且是由气体原子、气体离子和电子组成的。如此能够用任何气体制造等离子体。由于气体可以是中性的(例如，氩气、氦气、氖气)、还原性的(例如，氢气、甲烷、氨、一氧化碳)或氧化性的(例如，空气、氧气、二氧化碳)，这对等离子体中的化学反应给出良好的控制。在体相中，等离子体是电中性的。

一些气化系统使用等离子体加热以在高温下推动气化过程和/或精制排出气/合成气，这是通过在具有或不具有加入其它进料或反应物的情况下转化、重建或重整更长链的挥发物和焦油成为较小的分子而实现的，当气体分子与等离子体热接触时，气体分子将离解为其组成原子。这些原子中的许多将与其它输入分子反应形成新的分子，而其它的可以与它们自己结合。随着与等离子体加热接触的分子的温度的降低，所有原子完全组合。当输入气体可被化学计算地控制时，输出气体可被控制例如产生大量的一氧化碳和少量的二氧化碳。

用等离子体加热所能够得到的非常高的温度(3000到7000℃)使得能进行更高温度的气化过程，其中实际上可提供任何进料原料——包括在接受条件下的废物，其包括任何形式的液体、气体和固体或组合。等离子体技术可被置于初始气化室中以使所有反应同时发生(高温气化)，可被置于系统内以使它们接续发生(低温气化，伴随高温精炼)，或者它们的一些组合。

在含碳原料的气化期间产生的气体通常是非常热的，但是可含有少量不合需要的成分，并且需要进一步的处理以将其转化为可用的产品。在将含碳材料转化为气态后，可从气体中去除不需要的物质(如金属、硫的化合物和灰分)。例如，通常使用干燥过滤系统和湿净化器来从气化期间产生的气体中去除颗粒物和酸性气体。已经开发了许多包括处理气化过程期间所产生气体之系统的气化系统。

这些因素已经在各种不同系统设计中进行了考虑：所述设计例如在下述文件中公开：美国专利第6,686,556、6,630,113、6,380,507；6,215,678、5,666,891、5,798,497、5,756,957号和美国专利申请第2004/0251241、2002/0144981号。也存在许多专利，其涉及在多种应用中使用的，用于产生合成气体的碳的气化的不同的技术，其包括美国专利第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号。

现有系统和方法没有充分考虑在连续变化的基础上必须处理的问题。这些类型的气化系统中的一些描述用于对以气化反应产生可用气体的方法进行调整的手段。因此，以使得过程的总效率和/或含有全部过程的步骤的总效率最大化的方式提供能有效气化含碳原料的系统，将是本领域中的重要的进步。

从气化反应器产生的气体可以含有重金属污染物，诸如镉、汞和铅。这些重金属具有排放限制，这样在将气体送往下游应用前，必须将重金属从气体中分离以符合这些重金属的排放限制。重金属的排放限制的实例如下：

表1：重金属的排放限制

 

重金属	排放限制
		镉	14μg/Rm3
铅	142μg/Rm3
		汞	20μg/Rm3

煤气化所产生的未处理气体的组合随转化器的运行条件而变化。未处理气体的共有成分包括易燃物(CO和H₂)、非易燃物(CO₂、N₂和H₂O)、空气污染物(重金属、NOx、H₂S、HCl、焦油)和夹杂的固体。在使用这些产物气体进行燃烧、发电或其它应用前，必须将产物气体处理或净化以产生具有所需应用特性的气体。这种处理或净化一般包括将重金属和酸性气体从产物气体中去除。

当在气化系统中以城市固体垃圾(MSW)转化产生气体时，气体在易燃和非易燃部分中均含有金属和金属化合物。正常地，废物中的铅浓度比镉和汞大两个数量级。在各种残余物间的重金属的分布取决于MSW组成、金属及其金属化合物和的生理化学特征以及气化过程运行条件。

具有高蒸气压(低沸点)的金属化合物在蒸发前早期进入大气并主要存在于产物气体中。紧随蒸气浓缩的金属组分的挥发产生毒性重金属烟雾。因为MSW的各个载入与先前的那个不同，所以不可能知道气化过程中的确切重金属浓度。以下给出气化工艺所产生的气体的平均重金属浓度的估计值。

表2：合成气中重金属浓度的估计值

 

重金属	合成气中的浓度
		镉	2.9-3.9mg/Nm3
铅	106-147mg/Nm3

 

汞	1.3-1.7mg/Nm3

用于对气化系统产生的气体进行清洁的气体调整系统已经被描述过。美国专利申请第20040251241号描述了常规气体清洁技术的使用，该技术能够用于从混合气体蒸汽中去除酸性气体。

美国专利第20040031450号描述了一种气化系统，该系统使用声压力波来使燃烧蒸汽中含有的颗粒的聚集以易于去除。在一个实施方式中，将固硫剂注入流体通道，以便不仅从燃烧产物蒸汽去除硫而且促进颗粒聚集。

美国专利第20040220285号描述气化生物物质的方法和系统。所产生的合成气通过饱和装置和吸收装置——这两者被供以油。合成气以这种方式由油来净化且焦油因此基本上被去除。

美国专利申请第20040247509号描述的用于高温(约1,2000F至约3000F)的气体净化系统能够去除至少一部分的污染物——诸如卤化物、硫、颗粒、汞和合成气的其它污染物。该气体净化系统可以包括一个或多个串联连接的过滤管来去除卤化物、颗粒和合成气的硫，且通过在第一温度和压力下接收气体且当气体流经系统时降低温度而操作。能够将通过第一过滤管去除的颗粒输送至收集漏斗，其中其能够被分离为烧焦物颗粒和吸附剂颗粒。能够将烧焦物颗粒运送回气化器且通过将卤化物加入进入第一过滤管的气体而将充满卤化物的吸附剂销毁或再利用。烧焦物颗粒返回进入气化器将要求为加入烧焦物颗粒的额外的专一的入口。气体净化系统可以用于需要合成气的应用，例如燃料电池发电、IGCC发电和化学合成。

提供该背景信息的目的使得申请人确信的已知信息是与本发明可能相关的。没有必要倾向接受，也不解释为任何前述信息构成本发明的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提供气体调整系统。根据本发明的一个方面，提供一种气体调整系统来调整来自气化系统中一个或多个位点的输入气体以提供经调整的气体，所述气体调整系统包括：(a)第一气体调整器，包括一个或多个颗粒去除单元以在第一调整阶段从输入气体去除颗粒物而提供经调整的气体和被去除的颗粒物；(b)接收和处理所述被去除的颗粒物的固体残余物调整器，其产生次级气体和固体废物；和(c)有效地与所述固体残余物调整器连接的第二气体调整器，所述第二气体调整器包括气体冷却器和一个或多个进一步的颗粒去除单元来从所述第二气体去除颗粒物以提供经部分调整的次级气体，配置所述第二气体调整物以使所述次级气体在进入所述一个或多个进一步的颗粒去除单元之前通过所述气体冷却器以及将所述经部分调整的次级气体传送至所述第一气体调整器以作进一步处理。

根据本发明的另一个方面提供一种方法用于以源自气化系统中一个或多个位点的输入气体来提供经调整气体，所述方法包括以下步骤：(a)在第一调整阶段中在第一气体调整器中从所述输入气体去除颗粒；(b)将所述去除的颗粒物转移至固体残余物调整器以及将去除的颗粒物熔化或熔融以提供固体废物和次级气体；(c)通过冷却所述次级气体和从所述次级气体去除颗粒而在第二气体调整器中调整所述第二气体以提供经部分调整的次级气体；以及(d)将所述经部分调整的次级气体转移至所述第一调整器以便进一步调整。

附图说明

将在下文参考附图而详细说明本发明的这些和其它特征，使之更加明显。

图1示出根据本发明的一个实施方式的气体调整系统(GCS)的工艺流程图。

图2示出根据本发明的一个实施方式的GCS的工艺流程图。

图3示出根据本发明的一个实施方式的GCS的工艺流程图。

图4示出根据本发明的一个实施方式的GCS的工艺流程图。

图5示出根据本发明的一个实施方式的GCS的工艺流程图。

图6示出根据本发明的一个实施方式的GCS的工艺流程图。

图7示出根据本发明的一个实施方式的GCS的工艺流程图。

图8示出由根据本发明的一个实施方式的GCS所施行的工艺步骤的工艺流程图。

图9示出由根据本发明的一个实施方式的GCS所施行的工艺步骤的工艺流程图。

图10示出与根据本发明的一个实施方式的示例GCS合并的低温气化设备(与下游应用(蒸汽机)整合)的概括的工艺流程图。

图11示出另外的与根据本发明的一个实施方式的示例GCS合并的低温气化设备(与下游应用(蒸汽机)整合)的概括的工艺流程图。

图12示出根据本发明的一个实施方式的GCS的一部分的示例示意图，表明与颗粒去除装置结合的干式注入系统。

图13示出根据本发明的一个实施方式的GCS的一部分的示例示意图，表明HCl净化器和所关联的组件。

图14示出根据一个实施方式的GCS的用于收集和存贮废水的系统。

图15示出根据本发明的一个实施方式的THIOPAQ涤气塔的H₂S去除工艺的工艺流程图。

图16示出与合成气调整系统整合的根据一个实施方式的GCS。

图17示出根据本发明的一个实施方式的GCS。

图18示出包括根据本发明的一个实施方式的GCS的城市固体垃圾气化工厂的高水平工艺控制示意图。

图19示出与根据本发明的一个实施方式的示例GCS合并的低温气化设备(与下游应用(蒸汽机)整合)的概略工艺流程图。

图20示出另一个与根据本发明的一个实施方式的示例GCS合并的低温气化设备(与下游应用(蒸汽机)整合)的概略工艺流程图。

图21是能够与根据本发明的一个实施方式的示例GCS合并的固体残余物调整室的图示。

图22是与根据本发明的一个实施方式的示例GCS合并的残余物调整室的图示，其中该室与GCS和气化器的集尘室过滤间接联系。

图23示出适合于本发明的一个实施方式的GCS合并的固体残余物调整器的S喷口型炉渣出口的部分横截面图。

图24示出适合于本发明的一个实施方式的GCS合并的残余物调整器的中可倾斜的炉渣坩埚的部分横截面图。

图25A至D示出各种炉渣出口的部分横截面图，该出口能够在集成到本发明各种实施方式的GCS的残余物调整室中使用。

具体实施方式

本发明提供两阶段式气体调整系统(GCS)来调整在气化装置中一个或多个位置生成的气体。调整过程的初始阶段(第一阶段)包括来自通过转化器产生的气体的颗粒物的干燥相分离，以及调整过程的第二阶段(第二阶段)包括通过符合所需和/或特定气体特征的调整气体的一个或多个另外的过程步骤。在装置中，在不止一个位置产生气体，气体调整过程能够包括分离的和/或组合的过程气流。GCS另外包括控制系统来控制和最优化调整过程。

在本发明的一个实施方式中，GCS包括两个整合的子系统：转化器气体调整器(GC)和固体残余物气体调整器(GC)。转化器GC处理从主气化室(或转化器)中的一个或多个点散发出来的气体。固体残余物GC处理从转化器(或从转化器GC)收集来的固体残留物熔化所散发的气体。

在一个特定的实施方式中，由GCS调整的第一阶段另外包括将在该阶段分离的颗粒物转送至熔化颗粒物的固体残留物调整器。根据该实施方式，从固体残留物熔化步骤产生的气体随后通过固体残留物GC而传送。固体残留物调整器能够专用作固体残留物调整器来仅接收来自调整器GC的颗粒物，或者固体残留物调整器也是共用的固体残留物调整器来接收来自调整器GC以及从转化器的颗粒物。

在本发明的一个实施方式中，在干燥第一阶段调整过程中的颗粒物和至少一部分重金属的去除和从第一阶段过程中产生的颗粒物的另外的处理降低了在调整过程中产生的有害废物，这样仅有很小的百分比或重量份数的原料被进给至转化器。

定义

除非另有说明，本文所使用的所有技术和科学术语具有和本发明所属的领域的一般技术人员所普遍理解的相同的含义。

本文所使用的术语“部分调整的气体”指经过本发明的气体调整系统(GCS)第一阶段处理的气体。

本文所使用的术语“污染物”指诸如化合物、元素、分子或除了(upto)或包括颗粒物外的物质，该物质存在于输入气体中且在最后的调整气体中是不需要的。污染物能够是固体、液体或气体。例如，当输入气体是在气化系统或转化器中的含碳原料向气体产物转化中所产生的合成气，该输入气体可以含有污染物，诸如硫、卤化物类、炉渣和烧焦物颗粒、氮类(例如胺和氢氰酸)以及重金属(例如汞、砷和硒)。

本文所使用的术语“大约”指所述值的大约+/-10％的变动。

本文所使用的术语“次级气体流”指在固体残留物调整器中产生的气体，该气体来自在所述固体残留物调整器中处理的物质(例如，包括从转化器气体调整器中释放的颗粒物和重金属)。

本文所使用的术语“固相”和“液相”相关于从输入气体中分离污染物，该术语指在不加入水或水性溶液的情况下所进行的分离以及从在基本上干燥或固体形式的输入气体中分离的污染物。

本文所使用的术语“湿相”相关于从输入气体分离污染物或重金属/颗粒物，该术语指在加入水或水性溶液的情况下进行的分离。所述分离导致进入水或水性溶液的诸如重金属/颗粒物的污染物的分离。

气体调整系统(GCS)

本发明提供气体调整系统(GCS)来在双相调整过程中调整气体，提供最终调整气体，该气体具有针对所需下游应用的适当的组分。第一阶段包括一个或多个初始干燥/固相分离步骤，随后是第二阶段，第二阶段其包括一个或多个另外的处理步骤。一般地，在干燥/固相分离步骤中，大部分颗粒物和大部分的重金属被去除。在第二阶段中，剩余部分的颗粒物和重金属污染物以及其它存在于气体中的任意的物质被去除。因此，GCS包括各种完成处理步骤的组件，从输入气体中分离颗粒物、酸性气体和/或重金属，以及任意地在气体穿过GCS时调整气体的湿度和温度。GCS另外还包括控制系统以控制和最优化全部的调整过程。

GCS直接地或间接地从气化系统中的一个或多个位置接收输入气体并经过第一阶段和第二阶段过程来产生具有所需组分的调整的气体。能够配置GCS来生成适合于下游应用使用的调整的气体，所述下游应用包括例如针对内燃机、蒸汽注入的燃气涡轮、燃气轮机发动机和燃料电池技术的燃料源；针对以下化学品的合成：乙醇、甲醇、烃、以及诸如氢气、一氧化碳、甲烷的气体。

在一个实施方式中，选择GCS的组成和过程步骤的每一个的步骤来使必须处理或销毁的有害废物的产生最小化。能够选择处理步骤的存在或顺序，该选择是基于输入气体的组成和所选的下游应用所需的调整气体的组成。

能够将GCS集成至任何气化装置，其中需要调整的气体在所述气化系统中的一个或多个位点产生。如上所述，在一个实施方式中，GCS包括两个整合的子系统：转化器GC和固体残留物GC。所述固体残留物GC使用与所述转化器GC相同或相似的处理步骤来处理从固体残留物散发的气体，即第一阶段处理完成从气体中去除至少一部分重金属和多数颗粒物，随后的第二阶段处理提供符合下游气体质量标准的调整的气体。

根据该实施方式，能够平行地操作转化器GC和固体残留物GC(其中两个子系统能够执行第一阶段和第二阶段过程)，或所述两个子系统能够以汇集的方式进行操作(其中它们共用一些或全部第二阶段处理的组件)。图2示出并且实施例1详尽地叙述本发明的以汇集的方式操作所述两个子系统的一个实施方式。

在某些实施方式中，能够进一步处理在第一阶段中分离的颗粒物，以减少必须处理的有害物质的量。图1示出本发明的特定实施方式，在该实施方式中，第一阶段另外包括将固体物质从转化器GCS第一阶段处理135的颗粒和重金属去除步骤传送至固体残留物调整室165——在此固体物质被熔化并捕获在惰性炉渣166中。来自熔化步骤的气体随后经过固体残留物GCS 19，其包括气体冷却器170和重金属和颗粒物去除185。在颗粒物去除前，能够在172任意地加入活性碳和/或吸附剂。随后，在第一阶段处理135之前在129或者在第一阶段处理135之后在131，针对第二阶段处理141，将部分调整的气体送回至转化器GCS 28。另外，在一个实施方式中，固体残留物GC 19能够包括组件用于平行第二阶段处理。

在本发明的实施方式中，由GCS产生的有害废物的量小于所用的含碳原料的重量的约5％。在一个实施方式中，所产生的有害废物的量小于所用的含碳原料的重量的约2％。在一个实施方式中，所产生的有害废物的量小于所用的含碳原料的重量的约1％。在一个实施方式中，所产生的有害废物的量在每使用一吨含碳原料约1kg至约5kg之间。在一个实施方式中，所产生的有害废物的量在每使用一吨含碳原料约1kg至约3kg之间。在一个实施方式中，每使用1吨含碳原料所产生的有害废物的量在约1kg至约2kg间。

本发明的GCS各种非限定性的实施方式在图1至9中示出，并在下文的实施例1-11、13和14中详细描述。

为使用高温气化系统或低温气化系统能够配置GCS。为使用高温气化系统而配置GCS的一个实施方式在图3中示出并在下文的实施例3中叙述。能够在高温下操作的GCS(例如，其中在高于700℃的温度下去除污染物)是有用的，其中需要大容量应用。

能够将GCS配置成在高温下使用输入气体来完成一个或多个处理步骤。配置GCS来在高温下完成至少一个处理步骤的一个实施方式在图6中示出并在下文的实施例6中叙述。

在本发明的一个实施方式中，为使用低温气化系统而配置GCS。在本发明的一个实施方式中，第一阶段中的GCS所使用的第一处理步骤在低于约750℃一下进行。在一个实施方式中，第一阶段中的第一处理步骤在约700℃以下进行。在一个实施方式中，第一阶段中的第一处理步骤在约600℃以下进行。在一个实施方式中，第一阶段中的第一处理步骤在约500℃以下进行。在一个实施方式中，第一阶段中的第一处理步骤在约400℃以下进行。在一个实施方式中，第一阶段中的第一处理步骤在约300℃以下进行。在一个实施方式中，第一阶段中的第一处理步骤在约275℃以下进行。在一个实施方式中，第一阶段中的第一处理步骤在约260℃以下进行。

在一个实施方式中，GCS所使用的第一阶段和第二阶段过程大多数(即大于一半)在低温下进行，例如在约750℃或低于该温度的低温下进行。在一个实施方式中，大多数第一阶段和第二阶段过程在低于约700℃下进行。在一个实施方式中，大多数第一阶段和第二阶段过程在低于约400℃下进行。在一个实施方式中，大多数第一阶段和第二阶段过程在低于约300℃下进行。在一个实施方式中，大多数第一阶段和第二阶段过程在低于约275℃下进行。在一个实施方式中，大多数第一阶段和第二阶段过程在低于约260℃下进行。在一个实施方式中，大多数第一阶段和第二阶段过程在低于约240℃下进行。在一个实施方式中，大多数第一阶段和第二阶段过程在低于约200℃下进行。在一个实施方式中，大多数第一阶段和第二阶段过程在低于约100℃下进行。

在一个实施方式中，GCS在接近大气压的压力下运行。

输入气体

一般地，所述GCS构造成用于调整输入气体(输入气体即从含碳原料的转化器中产生的气体，含碳原料包括但不限于，城市固体垃圾、煤、生物物质等等)，将输入气体在气化系统(或转化器)中转化为气体产品。典型地，在气体离开气化系统时，所述气体的主要组成成分为一氧化碳、氮气、二氧化碳、氢气和水。也存在很小量的甲烷、乙烯、氯化氢和硫化氢。

不同化学成分的精确比例取决于所用原料的类型。例如，在特定的运行条件下，从煤(其与城市固体垃圾相比被普遍认为是成分相对均匀的含碳原料)中产生的气体能够产生26％的一氧化碳、11.5％的二氧化碳、28％的氢气和大约31％的水蒸气。在另一个设定的操作条件下，次烟煤(23.1MJ/kg-25.1％水分)的气化分别产生18.2％、6.9％、17.8％和15.1％的一氧化碳、二氧化碳、氢气和水。在所述技术领域中已知有几种不同类型的煤，范围从泥煤到褐煤(湿度大约70％，能量大约8-10MJ/kg)，到黑煤(含水大约为3％，能含量大约为24-28MJ/kg)，到无烟煤(实质上不含湿气，能含量高至大约32MJ/kg)，其中的每种气体在产品气体中可能表现出本质的差异。

在通过含碳原料的气化所产生的气体的实施例中，存在一定量的不适合在下游应用中的气体的正常和安全使用的污染物。因此，在一个实施方式中，本发明的GCS用于将在气化转化器中所产生的气体转化成颗粒物、不需要的活性污染物(例如，酸类、有毒化学品(汞、镉等等)和其它物质)基本上减少的气体。有效去除这些杂质将使气体适用于下游使用。在一些实施方式中，需要输出气体是清洁和干燥的。

第一阶段：颗粒物和重金属的干燥相去除

GCS的第一阶段包括用来实施一个或多个干燥或固相处理处理步骤的组件，其从输入气体去除至少部分重金属和多数的颗粒物。适当的固相处理步骤是本领域已知的，适用于此种步骤的装置的非限制性示例在下面描述。在一实施方式中，来自输入气体的部分重金属和多数的颗粒物被以干燥或固相的方式从输入气体去除。

例如，重金属去除可使用本领域已知的一个或多个固相分离组件来实现。这类固相分离组件的非限定性实例包括干式注入系统、颗粒去除元件、活性碳过滤组件和允许与特定吸附剂如沸石和纳米结构接触的组件。选定的代表性实例在下面另外的详细描述。如本领域已知的，在固相/干相中，这些颗粒分离组件可被用来去除或分离颗粒物/重金属，例如，在干式注入过程(dry injection processes)、活性碳过滤、干净化(dry scrubbing)、多种颗粒去除处理步骤和其它本领域已知的干燥或固相处理步骤中。

在本发明的一个实施方式中，GCS的第一阶段包括至少一个颗粒去除单元。在另一实施方式中，GCS的第一阶段包括一个或多个颗粒去除单元。在一实施方式中，GCS的第一阶段包括干燥注入系统和一个或多个颗粒去除单元。图12示出根据本发明一实施方式的GCS的第一阶段，其中第一阶段包括干注入系统271和用于颗粒去除的袋室230。在袋室中去除的固体残余物被传送至固体残余物调整器。

在输入气体式从等离子体气化转化器排出的合成气的实施方式中，合成气由于转化器内的超高的速度能够具有大量的颗粒物。从而，根据本发明一实施方式的GCS包括颗粒去除单元以去除可能夹杂在排出气化系统的合成气中的颗粒物。在等离子体转化器中使用煤作为原料的一实施方式中，GCS包括至少一个微粒去除单元。

适当第一阶段处理步骤的选择可容易地由本领域的普通技术人员基于例如输入气体的组成、输入气体的温度、最终调整气体的期望组成、组成气体的最终应用以及成本考虑和设备可获得性来确定。如果需要，例如当输入气体为高温且选择的第一阶段处理最佳地在低温下运行时，GCS的第一阶段能够任选地包括一个或多个气体冷却器。

如上面提到的，GCS的第一阶段提供用于去除存在于输入气体中的多数颗粒物和至少部分重金属污染物。在一个实施方式中，在第一阶段中，去除在输入气体中存在的至少大约70％的颗粒物。在一个实施方式中，在第一阶段中，去除在输入气体中存在的至少大约80％的颗粒物。在一个实施方式中，在第一阶段中，去除在输入气体中存在的至少大约90％的颗粒物。在一个实施方式中，在第一阶段中，去除在输入气体中存在的至少大约95％的颗粒物。在一个实施方式中，在第一阶段中，去除在输入气体中存在的至少大约98％的颗粒物。在一个实施方式中，在第一阶段中，去除在输入气体中存在的至少大约99％的颗粒物。在一个实施方式中，在第一阶段中去除在输入气体中存在的至少大约99.5％的颗粒物。

在一个实施方式中，在第一阶段中，去除在输入气体中存在的至少大约50％的重金属污染物。在一个实施方式中，在第一阶段中，去除在输入气体中存在的至少大约60％的重金属污染物。在一个实施方式中，在第一阶段中，去除在输入气体中存在的至少大约70％的重金属污染物。在一个实施方式中，在第一阶段中，去除在输入气体中存在的至少大约80％的重金属污染物。在一个实施方式中，在第一阶段中，去除在输入气体中存在的至少大约90％的重金属污染物。

干式注入

干式注入过程是本领域已知的，并且通常使用计算量的适当吸附剂——其被以足够驻留时间注入气流，以便细小的重金属颗粒和烟能够吸附在吸附剂表面上。吸附在吸附剂上的重金属可被例如下面描述的那些颗粒去除方式所捕获，所述颗粒去除方式以干燥/固相去除重金属/颗粒物，并且防止其与输入气体一起移动通过GCS。在一实施方式中，吸附在适当吸附剂上的重金属使用袋室捕获。

适当的吸附剂的实例包括但不限于：活性碳；灌注有碘、硫或其它种类的促进的-活性碳；长石；石灰；基于锌的吸附剂；基于钠的吸附剂；基于金属氧化物的吸附剂；和其它本领域已知的能有效去除重金属的物理和化学吸附剂，所述重金属例如汞、砷、硒等。吸附剂的网格大小可以在大约60网格大小的最大尺寸和大约325目大小的最小尺寸之间变化。

注入通常通过例如口、喷嘴或管的吸附剂进口(input)，并且可通过重力、闭锁漏斗(locked hopper)或螺旋输送机来实现。本发明也预期吸附剂可被提供在组成GCS的管内，例如在通向颗粒去除工具的管中，以当输入气体通过管时与其混合。也包括本领域中已知的其它方法。

吸附剂可被储存在一个或多个保持容器中，从该容器吸附剂(一种或多种)被发送到进口(一个或多个)。吸附剂保持容器可以是GCS的一部分或者可在GCS外。

GCS能够包括多个吸附剂输入装置或单个吸附剂输入装置。在包括多个吸附剂输入装置的那些实施方式中，每个输入装置(或输入装置的子组)能够添加相同量的吸附剂。替代地，每个输入装置(或输入装置的子组(sub-set))能够添加不同量的吸附剂。类似地，每个输入装置(或输入装置的子组)能够添加相同的吸附剂。替代地，每个输入装置(或输入装置的子组)能够添加不同的吸附剂。例如，各输入装置能够添加不同比例的吸附剂，目的是从输入气体以经济和技术可行的方法(诸如使用长石和活性碳作为吸附剂)去除脏污。在此情况下，以长石去除焦油能够使得活性碳在去除汞时效率更高。能够由本领域的普通技术人员基于输入气体和所需输出气体成分而容易地确定所使用吸附剂的量和类型。

如上面提到的，多种吸附剂的组合可通过干式注入被注入输入气体，适当的组合可容易由本领域技术人员基于例如输入气体的组成来确定。例如，当输入气体中存在的汞是非元素的形式存在时，活性碳是有用的；对于含有焦油的输入气体能够使用长石；长石和活性碳的组合。

在一个实施方式中，长石被注入输入气体。在一个实施方式中，活性碳被注入输入气体。在一个实施方式中，长石被用作颗粒去除工具的滤涂层(pre-coat)。在一个实施方式中，活性碳被注入输入气体，并且颗粒去除装置以长石预涂覆。在一个实施方式中，长石被连续地注入该系统。

活性碳过滤

采用活性碳过滤床(filter bed)或流化床(fluidized bed)的活性碳过滤能够用作从所述输入气体去除颗粒物或重金属。输入气体能够穿过从所述气体流中吸收重金属(主要是汞)的活性碳床。

如本领域中已知的，碳床过滤器的效率和/或有效性根据所述输入气体的特性而变化，诸如，例如所述输入气体的温度和/或湿度。典型地，碳床过滤器在以下更为有效：较低的温度下(例如，低于约70℃)和/或如果所述输入气体的相对湿度低于约60％。因而，在本发明的采用碳床过滤器的一个实施方式中，在所述输入气体穿过所述过滤床之前，将所述输入气体传送至冷却和/或湿度控制处理步骤。

如本领域中已知的，由于颗粒物可在低流区域中积累(build up)且压降变化可在颗粒物填充所述碳床时发生，因此使用活性碳床去除大量的颗粒物与其它过程相比可能效率较低。同样地，在本发明的一个实施方式中，活性碳床用在与另一干燥处理步骤配合的第一阶段的处理中，所述另一干燥处理步骤能够有利于(facilitate)在所述输入气体进入所述活性碳床之前从其去除重金属和/或颗粒。在本发明的另一个实施方式中，活性碳床用在第二阶段的处理中，如以下所描述的。

干式净化

干式净化是在所述干燥相中执行的另一个处理步骤，且是从所述输入气体中去除硫，和任选地颗粒物和少量汞的处理步骤。

在干式净化过程中，将碱性吸附剂注入气体中，这产生干固体副产品。用在所述干式净化过程中的吸收剂可表现为“一次通过的”或可再生的。干式净化系统能够组合成三类：喷雾干燥器、循环喷雾干燥器和干式注射系统。

在喷雾干燥器中，将碱性吸附剂的泥浆，诸如石灰或钠基吸附剂，雾化为输入气体，以吸收污染物。产生的包含飞灰的干燥材料通过下游颗粒去除装置来收集，诸如静电沉淀器或纤维过滤器。雾化干燥器一般被设计用于约70至约95％的SO₂去除效率。

循环干式净化器使用夹带流化床反应器(entrained fluidized bedreactor)用于使诸如熟石灰的吸附剂与输入气体相接触。发生在所述反应器中的强烈的气-固混合促进所述气体中的硫氧化物(sulphur oxides)与所述干石灰颗粒反应。反应产物的混合物(亚硫酸钙/硫酸钙)、未反应的石灰和飞灰被载入下游颗粒去除装置。水喷雾能够被分别引入所述流化床以提高性能，例如，通过优化所述石灰的表面含湿量来以最低石灰利用使SO₂俘获最大化。循环干式净化器能够提供超过约90％的去除率。

干式净化也能够采用干式注射过程，诸如以上所述的那些，其涉及将诸如苏打粉、石灰或石灰石的干式吸附剂注入下游颗粒去除装置中的输入气体和满载污染物的吸附剂(contaminant-laden sorbents)的后续收集物。干式注射系统典型地去除效率范围为50-70％。

颗粒去除单元和过程

在一个实施方式中，本发明的GCS包含运行以从所述输入气体去除颗粒物的一个或多个颗粒去除单元。颗粒去除装置也能够从所述输入气体中去除重金属，诸如元素汞。在所述GCS中采用干式注射的实施方式中，所述一个或多个颗粒去除单元也用来从所述输入气体中去除满载污染物的吸附剂。合适的颗粒去除单元的实例包含，但不限于，旋风分离器或过滤器、高温陶瓷过滤器、移动床颗粒过滤器、袋室式过滤器和静电沉淀器(ESP)。在本发明的一个实施方式中，所述GCS包括选自旋风过滤器、高温陶瓷过滤器和袋室式过滤器中的一个或多个颗粒去除单元。在一个实施方式中，所述GCS包括颗粒去除单元，其能够以99.9％的效率从带有多达(as much as)10g/Nm³颗粒物负荷(particulate loading)的输入气体中去除颗粒物。

如本领域所已知的，颗粒去除单元的选择将依赖，例如，所述输入气体的温度、将要去除的颗粒物的大小，以及，当适用时，被注射入所述气流的吸附剂的类型。合适的颗粒去除单元能够被本领域技术人员容易地选择。

如以上所提及的，所述颗粒物单元能够基于将要去除的颗粒物的大小来选择。例如，在一个实施方式中，所述GCS包括旋风分离器或过滤器，以去除粗颗粒(coarse particle)(即，大小大于10微米的那些)。在另一个实施方式中，其中所述输入气体的温度相对高，例如，在约700℃以上，所述GCS包括旋风过滤器。作为实例，用于各种颗粒大小的高温旋风的分离效率是：17.0％  2.5μm、39.3％  3.0μm、62.0％  3.5μm、79.0％  4.0μm、93.7％  6.0μm和98.5％  11.0μm。

在本发明的另一个实施方式中，所述GCS包括用于去除较小或较细颗粒(例如小于1μm的那些)的ESP或袋室式过滤器。如本领域所已知的，ESP由静电场驱动，且因此，当与高氧含量的气流一起使用时，应该包含控制机制以在所述氧含量达到指定水平时跳闸电流。

诸如袋室式过滤器的布收集器能够依赖所采用的过滤器的类型而收集低至约0.01微米大小的颗粒物。袋室式过滤器典型地是植物过滤器、纤维素过滤器或基于有机聚合物的过滤器。能够用在袋室式纹理(baghousecontext)中的过滤器的其它实例包含，但不限于，内衬或无内衬的玻璃纤维袋、聚四氟乙烯(Teflon)内衬袋和P84玄武袋。合适的过滤器能够由本领域技术人员基于以下容易地选择：诸如，一个或多个输入气体的温度、所述袋室式和所述输入气体中的水分水平、所述输入气体中的颗粒物的静电性质、所述过滤器的耐酸和碱化学性、所述过滤器释放滤饼(filter cake)的能力、过滤器的渗透性和颗粒大小。

在本发明的一个实施方式中，所述GCS包括袋室式过滤器，并构造使得进入所述袋室式的气体的温度在约180℃和约280℃之间。如本领域所已知的，在较高的温度运行袋室式过滤器能够降低所述输入气体中的沥青堵塞所述过滤器和降低效率的风险。较高的温度能够通过所述袋室式过滤器来降低颗粒去除效率，例如，将所述运转温度从200℃提高至260℃会将颗粒去除效率从99.9％降低至99.5％。因而，当较高的运转温度选择用于由所述GCS所包括的袋室式过滤器时，所述GCS能够在第一阶段或第二阶段包括附加的下游元件，以俘获剩余的颗粒。例如，可包含湿式净化器和活性碳微球用于除其它污染物之外还去除颗粒。在本发明的一个实施方式中，其中所述GCS包括袋室式过滤器，所述GCS被构造使得进入所述袋室式的气体的温度在约250℃和约260℃之间。在另一个实施方式中，其中所述GCS包括袋室式过滤器，所述GCS被构造使得进入所述袋室式的气体的温度在约190℃和约210℃之间。

在本发明的一个实施方式中，所述GCS的第一阶段包括一个用于去除颗粒物的颗粒去除单元。在本发明的一个实施方式中，所述GCS的第一阶段包括两个用于去除颗粒物的颗粒去除单元。在本发明的一个实施方式中，所述GCS的第一阶段包括用于去除粗颗粒的第一颗粒去除单元，和用于去除较小或较细颗粒的第二颗粒去除单元。在本发明的一个实施方式中，所述GCS的第一阶段包括作为第一颗粒去除单元的旋风过滤器，其能够去除大小大于约5至约10微米的颗粒。在本发明的一个实施方式中，所述GCS的第一阶段包括作为第一颗粒去除单元的袋室式过滤器。在本发明的一个实施方式中，所述GCS的第一阶段包括作为第二颗粒去除单元的袋室式过滤器。

任选气体冷却器

如上所述，给定颗粒去除单元的性能可以受到输入气体温度的影响。从而取决于所采用的特定颗粒去除单元，可使用气体冷却系统来在输入气体进入颗粒去除单元之前对输入气体进行冷却。例如，如本领域已知的，当使用袋室型过滤器用于去除颗粒时，输入气体的冷却是特别重要的，因为袋室型过滤器通常不能承受极高的温度。

根据本发明的一个实施方式，GCS被配置成处理输入气体——通过使得输入气体在进入GCS之前通过气体冷却器其温度已降低。在本发明的另一个实施方式中，GCS包括一个或多个气体冷却器，用于在输入气体进入第一阶段处理之前降低其温度。在本发明的另一个实施方式中，GCS的第一阶段构造为处理温度已经由GCS外的气体冷却器初始地降低、且然后由GCS所包括的气体冷却器进一步降低的输入气体。对于引入GCS的适当的气体冷却器是本领域已知的，其包括但不限于：热交换器、急冷器(quencher)等。气体冷却器的气体选择在下面的“附加选项”中描述。

固体残余物调整器

所述GCS能够任选地包括固体残余物调整器，用于接收和熔化第一阶段处理期间产生的固体残余物产品。所述残余物调整器能够是仅从GCS的第一阶段处理接收固体残余物的专用残余物调整器，或者其能够是例如与气化系统的其余部分共用。在一实施方式中，固体残余物调整器与气化器共用，从而接收来自GCS的第一阶段处理的、以及来自气化器中气化反应的固体残余物。

所述固体残余物调整过程通过下述方式实现：将所述调整器中残余物的温度升高至熔化残余物以形成玻璃化材料(其冷却为致密的固体)所需的温度。所述高温还将残余物中的碳转化为具有热值的残余气体。因此所述固体残余物调整器包括适当的热源用于熔化所述固体残余物，所述热源诸如是热灯、焦耳加热器或等离子体加热器。在一实施方式中，所述固体残余物调整器包括等离子体热源，例如一个或多个等离子体炬。

所述固体残余物调整器包括调整室，所述调整室适于i)接收固体残余物；ii)加热固体残余物以形成熔化炉渣物质和具有热值的气体产物；和iii)排出熔化炉渣和气体产物。因此，固体残余物调整室包括衬有耐火材料的室——其具有固体残余物进口、气体出口、炉渣出口和热源。固体残余物调整室进一步任选地包括一个或多个空气和/或蒸汽进口。

在例如约1200℃至约1800℃的温度下所述熔化的炉渣可以周期性地或连续地从所述调整(残余物)室输出，此后冷却形成固体炉渣材料。此种炉渣材料可以用于填埋场处理或可以进一步被破碎成集料(aggregate)用于通常用途。替代地，熔化的炉渣可以被倾倒于容器中以形成铸块、砖瓦或类似建筑材料。得到的炉渣材料还可以在轻质集料或矿棉的制造中、在轻质玻璃的制造中、或在包装材料的开发中用作在混凝土中的辅助粘合材料。可以通过添处理程添加剂来改变炉渣的熔点和或其它特性而控制所得炉渣材料的成分。此种固体炉渣添加剂包括但不限于硅石、矾土、石灰或铁。所述固体残余物调整器以可运行的方式联接至用于将熔化炉渣冷却至其固体形式的子系统。适当地提供所述炉渣冷却子系统以获得所需形式的已冷却炉渣产品。

在一实施方式中，残余物调整室设计为确保残余物调整过程被有效和彻底地实行，以便使用最小量的能量来实现残余物的调整。因此，当设计残余物调整室时，考虑诸如有效热转移、足够加热温度、驻留时间、熔化炉渣流量、输入残余物体积和组成、和室的大小和绝缘性等因素。该室还设计成确保残余物调整过程以安全的方式进行。因此，该系统设计成将残余物调整环境与外部环境隔离开。

残余物调整室设置有等离子体热源——其满足的温度足以加热残余物至将任何剩余挥发物和碳转化为具有热值的气体产物以及熔化并均化残余物以提供处于足够流出该室的温度下的熔化炉渣。该室还设计成确保等离子体气体和残余物之间的高效热转移，以使得经由产物气体损失的焓的量最小化。因此，使用的等离子体热源的类型，以及等离子体加热工具的位置和方向是设计残余物调整室中待被考虑的附加因素。

残余物调整室还设计成确保残余物驻留时间足够使残余物达到熔化和均化的温度，并且充分将碳转化为气体产物。因此，该室提供有当用等离子体热源加热时，残余物聚集于其中的池。该池也允许固体和熔融材料在调整过程期间混合。足够的驻留时间和充分的混合确保调整过程被彻底实行，并且确保所形成的炉渣和气体产物具有所需的组成。

该室设计用于连续或间歇输出熔化炉渣材料。连续炉渣去除允许在连续基础上实行调整过程，其中待被调整的残余物可连续进料和被等离子体热处理，而没有周期炉渣去除的中断。

在一个实施方式中，通过使用由堰(weir)限制在一侧的池(reservior)实现连续炉渣排出，该堰使炉渣集合聚集，直到其超过某一水平，在该点熔化炉渣溢出该堰并溢出该室。在图21所示实施方式中，残余物4010通过位于调整室4020顶部的残余物进口4012落入池4060，在这里其由等离子体炬羽流(plume)4036调整。熔融的材料通过堰4162被保存在池4060中，直到炉渣集合(pool)4044达到该堰的顶部。此后，当附加残余物进入该系统并被调整时，相应量的熔融材料溢出该堰，并且通过炉渣出口4042溢出该室。残余物气体产物4594通过气体出口4052排出所述室。

当被调整的残余物含有大量金属、并且残余物调整室包含由堰限制的池时，金属由于其较高的熔融温度和密度，一般聚集在池中，直到它们被去除。因此，在本发明的一个实施方式中，池任选地设置有金属放液口(metal tap port)，该放液口被软耐火材料糊(soft refractory paste)塞住，该软耐火材料糊可使用来自氧矛(oxygen lance)的热而周期性地去除。一旦放液口打开并且室温升高到足够熔融积聚的金属，熔融金属从池底部流出。

在一个实施方式中，池本身也可提供有适于连续排出熔融炉渣的炉渣出口。在一个实施方式中，池也提供间歇式炉渣去除，其中池被设计成允许熔融材料的聚集，直到调整过程完成——这时熔融炉渣被排出。

例如，在一实施方式中，如图23中所示，熔化炉渣通过S-弯出口4142排出。在此实施方式中，炉渣输出装置可以任选地包括位于出口4142处或与出口4142临近的燃烧器4138或其它加热装置，以维持出口4142处熔融炉渣的温度为高至足以确保出口4142在整个炉渣提取期间保持开放。该实施方式还确保炉渣集合4144的高度不会低于预定的高度，由此保持熔融环境密封以避免气体接触外部环境。

图24示出一个实施方式——其可以用于以可控制的方式通过倾泻机构排出熔融炉渣。在此实施方式中，残余物调整室4320具有可倾斜的熔炉4362——其具有池4360、喷口4342、配重4368以及设置用于使得熔炉倾斜的杆臂4363。

图25A至D示意性示出部分不同的设计选项——可以设置用于熔融炉渣通过池或室内的适当匹配出口的受控排出。可以对熔融炉渣的排出进行控制以确保熔融炉渣的高度不会低于出口的顶部，从而使得来自外部环境的气体不会进入内部熔融区域。

图25A示出具有出口4542的池或室，出口4542位于靠近所述池/室的底部的侧壁内。出口4542由封装在耐火材料内的感应式加热器4538环绕，所述感应式加热器4538能够控制出口4542周围区域内的耐火材料的温度。将温度增加到足以将炉渣维持在熔化状态，允许炉渣流过出口4542。当炉渣集合的液面达到所需高度时，感应式加热器4538关闭，允许炉渣在出口4542中固化。

图25B示出一实施方式，其中出口4542被软耐火材料糊4444“塞住”，在适于将软耐火材料糊4444“烧”穿一个洞而允许熔化炉渣流出的位置处设有氧矛4438。通过将耐火材料或其它适当适当材料放回出口4542而阻断所述流动。

图25C示出一个实施方式，其中出口4742由可移动的水冷塞4744覆盖。塞4744可以从封闭位置移动至开放位置，由此将出口4742暴露而允许熔化炉渣头通过出口4742排出。由于水冷效果，熔化材料将不会黏附至塞4744的光滑表面。

图25C示出一个实施方式，其中出口4642由楔型设备4644塞住。根据需要将所述“楔”塞入出口4642或从出口4642拔出，以控制熔化炉渣的排出。

由于熔融残余物特别是熔融可能存在的任何金属需要非常高的温度，所以残余物调整室壁衬有耐火材料，该耐火材料将需要满足非常严格的运行要求。对于残余物调整室的设计的适当材料的选择根据大量标准来进行，所述标准诸如是在典型残余物调整过程中所达到的运行温度、对热冲击的耐受性、和对由于在调整过程中产生的熔融炉渣和/或热气造成的磨损和腐蚀/侵蚀的耐受性。

在对高运行温度的耐受性之外，选择内部耐火材料以提供对腐蚀和侵蚀(特别是在炉渣水线处)具有非常高耐受性的内衬。内部耐火材料的多孔性和炉渣湿润能力必须被考虑以确保选择的耐火材料将对熔融炉渣渗入热面(hot face)具有耐受性。该材料还选择为使得耐火材料与氢的次级反应最小化，从而避免耐火材料中完整性的损失以及避免产物气体污染。

残余物调整室通常用多层适当的材料制造。例如，室的外层或壳一般是钢的。此外，在内部耐火材料层和外部钢壳之间提供一个或多个绝缘层以减少钢壳的温度也是有益的。当提供第二层(例如，绝缘耐火砖层)时，也可能必须选择不与氢反应的材料。绕炉渣池外表面的绝缘板也被提供以减少钢壳的温度。当需要用于膨胀耐火材料而不破裂的空间时，可压缩的材料如陶瓷外壳可被用来紧靠钢壳。绝缘材料选择为提供足够高的壳温度以避免酸性气体冷凝——如果该问题是相关的，但是所述壳温度不高到损害外壳完整性的程度。

因此，耐火材料能够是本领域已知的常规耐火材料的一种或组合，其适于应用在极端高温(例如，大约1100℃到1800℃)非加压反应的室中。这类耐火材料的实例包括但不限于：高温烧结陶瓷(例如，氧化铝、氮化铝、硅酸铝、氮化硼、氧化铬、磷酸锆)、玻璃陶瓷和高铝砖，其主要含有二氧化硅、氧化铝和氧化钛。

由于严酷的运行条件。预期该池的耐火材料需要周期性维护。因此，在一个实施方式中，残余物调整室被以可分离的上下部分提供，其中该室的下部分(池的所处位置)可以从室的上部分去除。在一个实施方式中，该室悬挂于支撑结构，从而下部分可从上部分分离，以方便维护。该实施方式允许移开下部分而不干扰室上部分和系统的上游或下游组件之间的任何连接。

所述残余物调整室还可以包括一个或多个端口来容纳或匹配附加的结构元件或设备(其可能是任选需要的)。所述室还可以包括维修端口以允许进入或访问所述室，用于进行净化/清洁、维护和维修。此种端口在本领域中是公知的，并且能够包括各种尺寸的可密封端口孔。在一实施方式中，所述端口可以是观察端口——其任选地包括闭路电视来使得操作者可以完整地看到残余物处理的各个方面，包括监测炉渣出口用于阻塞的形成。

在本发明的一实施方式中，GCS所包括的固体残余物调整器构造成仅接收来自转化器GC内第一阶段处理的固体残余物。在另一实施方式中，GCS所包括的固体残余物调整器构造成接收来自转化器GC内第一阶段处理的固体残余物、以及来自转化器(其产生待在GCS中调整的输入气体)的残余物

图22示出本发明一实施方式中的固体残余物调整器，其中固体残余物调整室4250间接地连接至两个待调整的残余物源，其中一个源是GCS的第一阶段的袋室型过滤器6030，另一源是含碳原料气化器2000。

第二阶段：进一步处理

GCS的第二阶段包括一个或多个用于实施进一步处理步骤的组件，所述处理步骤可去除在输入气体中存在的额外量的颗粒物和重金属污染物及其它污染物。第二阶段处理可包括如第一阶段描述的干相分离步骤，和/或其它分离步骤，包括湿处理步骤。可在第二阶段中实施的其它处理步骤的非限定实例包括去除酸性气体、重金属和颗粒物以及其它污染物如二氧芑、呋喃、CO₂和氨的处理。如本领域已知的，多种组件可被用于执行这些处理，包括各种湿净化器(如文丘里净化器和impinjet(商标名)净化器)、氯化物保护床(chloride guard beds)、湿ESP等。第二阶段也可包括冷却元件和/或湿气控制器，以及确保输入气体通过该系统气体移动元件。除了已经在第一阶段描述的那些，第二阶段处理步骤的实例在下面描述。

酸性气体去除

GCS中待被处理的输入气体包括例如HCl和H₂S的污染物酸性气体。在合成气中这些酸性气体的浓度的范围对于HCl为大约0.05至大约0.5％，对于H2S为大约100ppm至大约1000ppm，这取决于在气化过程中使用的含碳原料。在一个实施方式中，配置GCS以使处理输入气体含有大约0.178％的HCl和大约666ppm(0.07％)的H₂S。在一个实施方式中，配置GCS以便排出GCS的调整气体含有大约20ppm和大约5ppm之间的HCl和大约30ppm和大约20ppm之间的H₂S。

酸性气体去除或分离可通过干净化或湿净化(dry scrubbing or wetscrubbing)方法来实现。通常干式净化方法的效率低于湿式净化方法。然而，干式净化方法，诸如上述用于第一阶段处理的那些，能够选择用于需要容易操控的GCS实施方式中，例如由干式净化方法导致的废水流需要作为有害物质处理。

湿式净化过程使用湿封装柱或塔——其对于热传送和质量传送提供大的接触面积且具有低压力降，所述低压力降将有助于气体的辅助冷却。湿式净化器的原理是通过使气体通过封装结构(其提供大的湿润区域来引导气体和净化液体的良好接触)而从气体去除污染物。所述污染物被吸附至所述净化液体中或与之反应。为了去除酸性气体，采用碱性溶液作为净化液体。典型地，氢氧化钠是用于湿式净化的碱性溶液。然而，H₂S去除需要在净化步骤中使用高pH碱性溶液。如果在输入气体中存在CO₂，碱性溶液的类似效果是将CO₂从输入气体去除，这可能是不合乎需要的——取决于输出气体所用于的下游应用。从而，选择的用于酸性气体去除的方法将取决于调整后气体的最终用途。

除了上面所述的干净化和湿净化方法，对于从气体去除HCl蒸汽，许多处理步骤是本领域已知的。这类处理步骤的非限制性实例包括：将HCl吸附在活性碳或氧化铝上、与碱或碱土碳酸盐或氧化物反应、使用氯化物保护剂(chloride guard)、和应用高温吸附剂——如碱或碱土化合物、碳酸钠钙矿(Na₂CO₃·2CaCO₃)和天然碱(Na₂CO₃·NaHCO₃·H₂O)、Li₂CO₃和Na₂CO₃的低共融物、以及诸如碱化氧化铝的燃料气体吸附剂。在一实施方式中，GCS的第二阶段包括使用碱溶液从输入气体去除HCl的HCl净化器。

在一实施方式中，GCS使得可以去除剩余的微粒物以及同时将酸性气体从输入气体分离(例如在HCl净化器步骤期间的HCl去除过程中)。如果GCS的此实施方式的第一阶段不包括袋室或其它微小颗粒去除单元，所得的废弃液体流将需要水处理用去去除有害微粒。

使用本领域已知的多种方法，可以从输入气体去除H₂S，所述方法包括上面列出的湿净化和干净化方法。适当的方法包括例如：用NaOH或三嗪湿吸收、用Sufatreat(一美国公司名)干吸收、生物方法——诸如应用净化器或者选择性氧化，其包括液体氧化还原(低催化剂)。物理溶剂方法也可被用来从输入气体分离H₂S。可被使用的这类物理溶剂的非限定性实例包括聚乙二醇衍生物如

氟石溶剂例如无水碳酸异丙烯酯；用于低温甲醇洗(Rectisol)方法的甲醇。

在一个实施方式中，使用

净化器从输入气体去除H₂S。

净化器涉及使用两步骤过程——其中在湿式净化器中以温和碱性溶液(8.5-9pH)处理输入气体，以吸收硫化氢(H₂S)。带有H₂S的净化器液体被供给至生物反应器，在此硫化物通过生物过程转化为元素硫，在所述过程中再生所述净化器液体，以及使得所述生物反应器流出物再循环至所述净化器。

在一实施方式中，GCS的H₂S去除效率使得离开所述系统且用于下游应用(诸如气体发动机)的输出气体将产生低于约10ppm和约30ppm之间的SO₂排放。在一实施方式中，所述H₂S去除效率使得开所述系统且用于下游应用(诸如气体发动机)的输出气体将产生低于15ppm的SO₂排放。在一实施方式中，所述H₂S去除系统设计为产生具有约20ppm的H₂S浓度的输出气体。

重金属/颗粒物去除

适用于第一阶段过程的过程和颗粒去除单元也可被用于第二阶段过程中，并且已在上面描述。在一实施方式中，GCS包括碳床(carbon bed)过滤器或汞润饰机(mercury polisher)作为第二阶段中的颗粒去除单元。

如本领域中已知的，在大于50％的相对湿度(R.H.)下，水将开始吸附在碳床过滤器的碳上并阻碍扩散，这影响去除性能。然而，通过增加床深度，这可被修正。当更低的性能是可接受的时，碳床过滤器也可在更高的相对湿度下使用，例如在-70％R.H和100％R.H.之间的相对湿度下使用，如当在调整的气体中期望的汞最终含量是在0.001到0.01ug/Nm³的汞范围内时所见的性能效果。例如，当大约19ug/Nm³的汞浓度是可接受的时，可使用较高的R.H.范围。

在一个实施方式中，GCS采用活性碳过滤器作为用于去除汞的最终润饰设备(polishing device)。在一实施方式中，带有7-8英寸水柱压降的活性碳过滤器用于获得大约99.8％的汞去除。对于本领域普通技术人员来说明显的是，颗粒物还能够被碳过滤器床提取——未由任何上游微粒去除单元捕获的少量小颗粒(<1微米)。

在一实施方式中，活性碳床过滤器也用于从废水中去除重金属。

酸净化系统还能够是捕获重金属的有效技术。这需要含有重金属的气体通过带有低pH(通常1-2)溶液循环的封装柱状物。重金属和重金属化合物与酸反应以形成其稳定化合物。采用此种技术，循环溶液中的重金属浓度将增加，从而需要对由此得到的废水进行处理。在一实施方式中，GCS包括酸净化系统来去除重金属。酸净化系统的例子包括封装塔、喷淋塔和托盘塔、impinjet系统、泡沫喷淋系统——其都能够将污染物从输入气体去除。

二氧芑和呋喃的去除

二氧芑(Dioxin)和呋喃均属于与废物热处理相关联的最不合需要且有毒的化合物。为了形成这些化合物，需要存在下面的所有条件：温度范围未250-350℃；飞灰中的氧、碳(用作催化剂，特别是如果气体通过所述床)以及足够的驻留时间。本发明的GCS构造为试图消除或减小二氧芑和呋喃形成的可能性。能够采取各种步骤来使得形成二氧芑和呋喃所需的条件的出现最小化。例如，能够在急冷器或喷雾干燥器吸附器中进行任何急冷步骤，以在使得气体经过上述温度范围时确保快速急冷，能够使氧和或飞灰的存在最小化。

在输入气体包括二氧芑和呋喃的实施方式中，GCS能够任选地包括活性碳注入步骤，这将导致存在于气体中的二氧芑和呋喃吸附到碳表面上。然后，该碳可由适合的颗粒去除单元去除。在一实施方式中，GCS包括喷雾干燥器吸附剂——其可在相关温度范围下减少驻留时间以使得二氧芑/呋喃形成的可能性最小化。

二氧化碳和氨的去除

GCS能够任选地包括组件用于去除二氧化碳和/或氨——如果需要去除这些化合物的话。适当的组件是本领域中已知的。如本领域中已知的，可在HCl净化步骤期间从输入气体去除氨。

过程的附加选项

冷却单元和湿度控制器

能够任意地在所述GCS中包括冷却单元和/或湿度控制器作为第一阶段(如上所述)或第二阶段的一部分。适合的组件是本领域中已知的，包括但不限于蒸发冷却塔、气体冷却器、冷却器、回流热交换器(recuperator)、热交换器，间接空气至气体热交换器和热回收蒸汽发生器(HRSG)。当使用热量而非消散热量(如通过蒸发冷却塔、气体冷却器和冷却器)时，回流热交换器和HRSG能够用来冷却气体。使用HRSG导致气体的较慢冷却——如上所述，这是二氧芑和呋喃的产生所要求的必须同时存在的四个条件之一。因此，在使用HRSG的实施方式中，应更加注意(例如，保证氧气浓度为低)来避免引入其它条件(飞灰存在和驻留时间)的可能性。

如本领域中已知的，可以将去雾器/再热器集成到GCS中以去除水分和/或防止凝结。能够包括热交换器来将最后调整的气体再加热至所需温度或相对湿度而用于所需下游应用。也能够任选地包括压缩机来将最后的调整的气体压缩至所需压力而用于所需下游应用。

在集成有等离子气化系统的GCS的一个实施方式中，可以使用蒸发冷却塔(干式急冷)来冷却从气化系统进入GCS的合成气。在一个实施方式中，GCS在第一阶段集成蒸发冷却塔来将合成气的温度从约1000℃冷却至约150-200℃，例如，通过绝热饱和，其包括以受制的方式将水直接注入气流内。蒸发冷却过程是干燥急冷过程，且能够被监控以确保冷却的气体不潮湿，即冷却的气体的相对湿度在冷却温度下仍然在100％以下。在本发明的一个实施方式中，GCS包括第一阶段中的蒸发冷却塔或干式急冷，第一阶段将供给至GCS的合成气从约740℃冷却至约150-200℃。

在一个实施方式中，可以在GCS的第二阶段中包括气体冷却器。气体冷却器(水冷却)发挥作用来冷却输入气体，该输入气体通过气体移动单元(参见下文)加压并同时被加热。在一个实施方式中，气体冷却器将气体冷却至约35℃。

在一个实施方式中，GCS包括湿度控制器。湿度控制器发挥作用来确保输出气体的湿度适合于所需的下游应用。例如，湿度控制器可以包括冷却器来将气流冷却，及因此将气流外的水凝结。通过气体/液体分离器能够将所述水去除。在一个实施方式中，GCS包括湿度控制器来处理所述被调整的气体以在26℃下提供约80％的湿度。在一个实施方式中，配置GCS来首先将所述被调整的气体冷却至约26℃且随后将气体再加热至40℃。随后存贮所述被调整的气体。

气体移动单元

在一个实施方式中，GCS包括一个或多个气体移动单元——其为气体通过GCS提供驱动力。在集成有等离子气化系统的GCS的实施方式中，GCS包括气体移动单元，其能够将输入气体从气化系统的出口向上移动至GCS的出口。

适合的气体移动单元在本领域中是已知的并包括例如过程气体风机、压力风机、真空泵、正排量(positive displacement)旋转风机、往复式压缩机和旋转螺旋压缩机等等。在本领域中还已知，所使用的气体移动单元的选择能够基于以下：例如，系统中单元的位置、通过气体移动单元而移动的输入气体的温度和/或气体移动单元的存在是否将影响所述系统的邻近元件的操作(例如由于背压或抽吸)。

压力风机与离心泵相似，但是其是针对气体应用设计。风机的旋转叶片因此将空气吸引入风机的中央并将空气在径向上以更大的压力排出。能够针对更大的压力设计所述风机，其中风机的叶片达到外壳以允许空气的正排量以便穿过所述设备的压力的高度增加。

将真空泵设计为与风机相似，但在以下条件下操作：上游压力是真空的且所述气体将不在常规风机的方向上流动。因此设计真空泵来捕获大体积的空间(其是在真空下的气体，如此小量的实际气体)并当内部卷轴旋转时将在其卷轴间的空间压缩至更高的压力。由于泵上的高压力增加(高能量消耗)，所述真空泵仅能够在真空环境(至微弱正压力)下运行，以及在较高的压力下轴上的应力。

正排量型旋转风机以如下方式运行。如果是二元的(as the dual)，风机的8形叶轮旋转，在入口处将固定量的气体在叶轮和外壳部件间吸入(trap)固定量的气体(空气)。随着每一次旋转，四个气体的这些“口袋”被吸入，随后将对抗系统中存在的任何压力的排放挤出。当这些口袋的每个被排出，产生脉冲，其将某个冲击荷重(shock load)强加在风机和下游系统中。这使口袋中的气体通过内部“喷射”缓慢增压至排放状况，内部“喷射”又显著地减少了在仪器上的脉冲和冲击荷重。

往复式压缩机是正排量式机器，表明它们通过减少其体积增加空气的压力。压力和体积间的关系在本领域中是已知。往复式压缩机包括机轴、连杆和活塞。市售有单级和双级段往复式压缩机。一般单级压缩机所使用的压力范围是70psig至100psig。一般双级压缩机所使用的更高压力范围是100psig至250psig。

旋转式螺杆压缩机以下述方式运行。因为螺杆旋转，将进入的空气在转子叶片和通风口外壳间的减小的空隙中压缩，直到到达最终的压力并排出空气。

在一个实施方式中，GCS包括工艺气体风机作为气体移动单元。在一个实施方式中，GCS包括另外增压穿过风机的气体的移动单元。

本领域的技术人员能够确定在GCS中的气体移动单元的最佳的设置。在一个实施方式中，定位气体移动单元以便增加GCS的一个或多个过程步骤的效率。例如，在一个实施方式中，气体移动单元位于重金属润饰器上游，例如汞润饰器使汞去除最优化——因为这在压力下最有效地发生且也能够允许使用减小的尺寸的汞润饰器。在一个与等离子气化转化器整合的GCS的实施方式中，将气体移动装置合并至气体冷却器GCS下游的GCS中。在一个实施方式中，气体移动单元位于气体冷却器上游的GCS中。

废弃产品的管理

GCS可以任选地包括针对废弃产品处理的元件——如果必要的话。另外，如果必要的话，能够在GCS外部对GCS产生的废弃产品进行收集和处理。

例如，任何从酸性气体分离步骤中回收的盐酸可以具有市场价值。如果氯气的量在经济上显著，氯气可以使用本领域已知的技术来回收。在一个实施方式中，GCS产生足量的硫化合物来调整成本，硫回收系统沿GCS的路径放置，在放置位置上，温度达到使硫化合物稳定的范围。硫回收系统的类型和尺寸取决于输入气体中所期望的硫的量。适合的硫回收系统在本领域中是已知的。例如，针对含有高量的硫的输入气体，能够使用第二阶段液体净化过程来从气体去除硫化合物。能够使用胺净化器以从输入气流中去除硫化氢和二氧化碳，从而使气流主要包括氢气、一氧化碳和惰性气体。如果硫的预期的量非常低(如同针对从低硫级别的煤炭中所产生的输入气体所预期的)，可以使用锉铁屑(iron filing)技术来使铁元素与硫反应以生成硫化铁。这可以通过在导管中隔室(compartment)和回收隔室之间的循环铁小球来完成。

本发明进一步设想，从输入气体回收的硫能够回收及处理。例如，如果硫包括具有生物物质的有限的重金属，其能够用于农用土地撒布。如果硫具有大量的重金属，其能够被转化为硫酸盐，为去除重金属而处理以及以液体废物或废水的的形式作为硫酸盐而去除。由于与噬硫杆菌接触，如果政府环境法规需要硫的额外的处理，能够将所处理的硫在处理前杀菌。另外的杀菌装置包括添加消毒剂例如漂白剂或UV辐射处理。

在本发明的一个实施方式中，配置GCS以便由GCS产生的废水仅包括盐和少量的硫元素和生物物质，能够将所述废水去除排入污水管。如果政府法规有要求，能够在排入污水管前使用热和驻留时间将废水进行杀菌。

在如图10所示的一个实施方式中，将来自GCS的第一阶段的颗粒物和重金属(固体)导入将其熔化的固体残余物调整器1065。能够将在固体残余物调整器中熔化的固体用于集料式道路(road aggregate)及建筑材料应用；或将所述固体玻璃化，即为去除将其与硅土混合及封装在玻璃中。执行这些操作的过程在本领域中是已知的。在某些实施方式中，由于发电厂注意事项和当地法规，可以将来自气体清洁系统的固体运送至厂区外以安全处理。

GCS过程步骤的设计

平行过程

如上所述，在一个实施方式中，GCS平行地进行处理步骤。在该实施方式中，GCS包括转化器GC、固体残余物调整器和固体残余物GC。转化器GC和固体残余物GC的每一个平行地执行第一阶段和第二阶段过程。固体残余物转化器接收来自转化器GC第一阶段过程以及任选地来自针对GCS提供输入气体的转化器的固体残余物。固体残余物调整器将固体残余物熔化并提供第二气流，该气流通过固体残余物GC处理。

聚合过程

在一个实施方式中，GCS包括转化器GC、固体残余物调整器和固体残余物GC和转化器GC，以及固体残余物GC按如下执行聚合步骤。固体残余物调整器接收来自转化器GC第一阶段过程和任选地来自为GCS提供输入气体的转化器的固体残余物。固体残余物转化器将固体残余物熔化且产生第二气流，通过固体残余物GC穿过第一阶段来处理该气流。随后能够处理来自固体残余物GC的部分调整的气体——通过进一步转化器GC的处理步骤(第二阶段)或通过干燥相分离步骤(第一阶段)和进一步转化器GC的处理步骤(第二阶段)。

在一个实施方式中，如在图2中所示出的，转化器气体调整器4接收来自低温气化器(或“转化器”)50的输入气体，将从第一阶段的输入气体中分离的重金属以及颗粒物转移至固体残余物调整器265，其中所述输入气体被转化为第二气流。通过在固体残余物GC 5中的第一阶段干燥相分离步骤来处理该第二气流，其随后在第一阶段前被供给入转化器GC 4。在一个实施方式中，通过固体残余物GC 5中的第一阶段干燥相分离步骤来处理第二气流，其随后在第一阶段干燥相分离步骤后被供给入转化器GC 4，在第二阶段转化器GC 4的进一步处理步骤中处理第二气流。

线性过程

在一个实施方式中，所述GCS进行线性过程顺序，在该顺序中低温气化器产生输入合成气，该合成气经过第一阶段和第二阶段过程而处理。在低温气化器中产生输入气体。在该实施方式中，进行一个或多个干燥/固态分离步骤(第一阶段)，随后进行一个过多个另外的过程步骤(第二阶段)。例如，参照图3，在来自转炉51(包含低温气化器)的输入气体在热交换器310被冷却后，通过GCS 6来进行以下过程步骤：1)在旋风过滤器330中将颗粒物去除(第一阶段干燥相分离)；2)使用亚氯酸盐保护床将酸性气体(HCl)从所述输入气体中分离；3)使用吸附剂360将H₂S从输入气体中分离，以及4)进行使用陶瓷过滤器362将颗粒物分离的最后步骤。作为可选的步骤，随后在存储罐中保存所述输出气体。

过程的控制

在本发明的一实施方式中，可以提供控制系统来控制在其内执行的一个或多个过程，和/或提供对其中一个或多个过程设备的控制，用于影响此种过程。通常，控制系统能够以可运转的方式控制与给定系统、子系统或其元件相关的各种当地和/或局部过程，和/或涉及一个或多个在诸如气化系统的系统内执行的全局过程，在所述系统中或与所述系统相配合可以执行本发明的各种实施方式，由此调整各种适配的控制参数以影响这些过程而获得所需的结果。因此各种感测元件和响应元件可以遍布被控制的系统而分布，或者与其一个或多个元件相关联，以及用于获得各种过程、反应物和/或产物特性，将这些特性与用于获得所需结果的此种特性的范围相比较，以及通过一个或多个可控制的过程设备在一个或多个正在进行的过程中实施变化而进行响应。

所述控制系统例如通常包括一个或多个感测元件，用于感测与所述系统、其内执行的过程、为其提供的输入、和/或由其产生的输出相关联的一个或多个特性。一个或多个计算平台通信地联接至所述感测元件，用于访问表示所感测特性的特性值，且所述计算平台构造为将所述特性值与此种值的预定范围(限定为表示这些特性适用于选定的运行结果和/或下游结果)相比较，以及计算一个或多个过程控制参数(其适于将所述特性值维持在该预定范围内)。从而多个响应元件可以运转地联接至一个或多个过程设备——其能够运转以影响所述系统、过程、输入和/或输出，以及由此调整所感测的特性，所述多个响应元件还通信地联接至计算平台，用于访问算得的过程控制参数以及根据所述参数运行所述过程设备。

在一实施方式中，所述控制系统对与含碳原料转化为气体相关的各种系统、过程、输入和/或输出提供反馈、前馈和/或预测性控制，以改善与之相关执行的一个或多个过程的效率。例如，能够评价和可控地调整各种过程特性来影响这些过程，所述特性可以包括但不限于原料的热值和/或组成、产物气体的特性(例如，热值、温度、压力、流量、组成、碳含量等等)、允许这些特性偏离的程度、和输入成本对输出的值的比。针对各种控制参数的连续和/或实时调整(其可以包括但不限于热源功率、添加剂进给速度(例如氧气、氧化剂、蒸汽等)、原料进给速度(例如，一种或多种不同的和/或混合进给)、气体和/或系统压力/流量调整器(例如，风机、安全阀和/或控制阀、火焰等)等等)，能够以以下方式来执行：通过该方式根据设计规格来评估一个或多个与过程相关的特性并对之进行优化。

替代地，或者附加地，所述控制系统可以配置为监控气化系统的各种元件的操作，用以确保适当的操作，和任选地用于确保由此执行的过程处在规定的标准下(当应用这种标准时)。

根据一实施方式，所述控制系统进一步用于监控和控制气化系统的全部能量冲击(impact)。例如，可以操作给定系统使得其能量冲击减小，或再次最小化，例如通过优化一个或多个由其执行的过程，或再次通过增加对这些过程所产生能量(例如废热)的回收。另外，或附加地，可以配置所述控制系统来调整由受控过程产生的产物气体的组分和/或其它特性(例如，温度、压力、流量等)，使得这些特性不仅适应于下游使用，而且被实质性地优化用于有效的和/或最佳的使用。例如，在一实施方式中，所述产物气体用于驱动给定类型的气体发动机来产生电力，可以调整所述产物气体的特性以便这些特性最佳地匹配于这种发动机的最佳输入特性。

在一实施方式中，所述控制系统可以被配置为调整给定系统，使得关于整体过程的各种过程满足与反应物和/或产物在各种元件中的驻留时间相关的限制或性能，或针对其得到优化。例如可以控制上游过程速率使之基本上匹配一个或多个后续下游过程。

此外，在各种实施方式中，所述控制系统可以适配于以连续和/或实时方式对给定过程的各方面的接续和/或同时控制。

通常，所述控制系统可以包括适用于当前应用的任何类型的控制结构。例如，所述控制系统可以包括基本上集中的控制系统、分布式的控制系统或其组合。集中控制系统将通常包括中央控制器(配置为与各种局部和/或远程传感装置通信)和响应元件(配置为分别感知各种有关所述受控过程的特性)，且通过一个或多个可控过程设备(适用于直接或间接地影响所述可控过程)来对此作出反应。使用集中结构，通过一个或多个集中处理器集中完成大多数计算，以便用于完成所述过程控制的大多数必要硬件和/或软件位于同一个位置。

分布式控制系统将通常包括两个或多个分布式的控制器——其可以各自与各个传感和响应元件联系来监控局部和/或区域的特征，且通过局部和/或区域的过程装置(配置为影响局部过程或子过程)来对其反应。也可以通过各种网络结构而在分布式的控制器间进行通信，其中通过第一控制器感测的特性可以被传送至第二控制器以在那里进行响应，其中这种末端响应可以具有针对在第一位置感应的特性的冲击。例如，下游产物气体的特性可以通过下游监控装置进行感应，且通过调整控制参数来调整，该参数与通过下游控制器控制的化器联系。在分布式的结构中，控制硬件和/或软件也在控制器间分布，其中同样的但模块化配置的控制方式(controlscheme)可以在各个控制器上完成，或者各种合作的模块化线路可以在各自的控制器上完成。

替代地，所述控制系统可以再细分为各自的联系地连接的局部的、分区的和/或全局控制子系统。这种结构可以允许给定过程或系列的相关过程的进行及以与其它局部控制子系统最小相互作用的方式而局部地被控制。全局主控制系统随后可以与各个局部控制子系统通信来为局结果而对局部过程进行必要的调整。

本发明的控制系统可以使用任何上述结构，或本领域已知的任何其它结构，其在一般范围和本公开的特性中被考虑。例如，本发明中控制和执行的过程可以在指定的局部环境中被控制，如果使用的话，具有任选的外部通信通往任何中央和/或远程控制系统——其用于相关上游或下游过程。替代地，所述控制系统可以包括区域和/或全局控制系统(设计为协作地控制区域和/或全局过程)的子元件。例如，模块化控制系统可以设计为使得控制模块交互地控制系统的各种子元件，同时根据需要提供中间模块特性用于区域和/或全局控制。

所述控制系统大致包括：一个或更多中央式的、网络式的和/或分布式的处理器；一个或多个输入，用于从各个感测元件接收当前感测到的特性参数；和用于将新的或更新的控制参数传送到各个响应元件的一个或更多输出。计算系统的一个或多个计算平台可以还包括一个或更多本地和/或远程计算机可读介质(例如，ROM、RAM、可移动介质、本地和/或网络接入介质等)，用于在其中存储各种预定的和/或重新调整的控制参数、设定的或优选的系统和过程运行范围、系统监控和控制软件、运行数据等等。可选地，就算平台还可以具有直接或通过不同数据存储设备访问等离子体气化过程模拟数据和/或系统参数优化和模型化装置的入口。此外，计算平台可以配备有：一个或更多可选的图形用户接口和输入外部设备，用于提供对控制系统的管理访问(系统升级、维护、修改，对新系统模块和/或设备的适应等)；及用于实现与外部源(例如，调制解调器、网络连接、打印机等)进行数据与信息通信的各种可选输出外部设备。

本处理系统和任何一个子处理系统能够包括专有硬件或硬件和软件的任何组合。任何子处理系统能够包括一个或多个比例(P)控制器、积分(I)控制器或差分(D)控制器的任何组合，例如P控制器、I控制器、PI控制器、PD控制器、PID控制器等。对于本领域技术人员显而易见的是P、I和D控制器的组合的理想选择取决于所述气化系统的反应过程的部分的动力学(dynamics)和延迟时间和所述组合所要控制的操作条件的范围，以及所述组合控制器的延迟时间和动力学。对于本领域中技术人员显而易见的是，所述组合能够以模拟硬件形式完成，所述模拟硬件能够通过感测元件连续地监测所述特性的值，并将之与特定的值进行比较，以影响相应的控制元件而通过响应元件进行足够的调整，以减小观测值和所述特定值之间的差异。对于本领域中技术人员更加显而易见的是，所述组合能够在混合的数字硬件软件环境中完成。另外任意地采样(sampling)、数据获取和数据处理的相对作用对于本领域技术人员是已知的。P、I、D组合控制能够以前馈和反馈控制方式(scheme)执行。

在校正控制或反馈控制中，将通过适当的感测元件监控的控制参数或控制变量的值与特定的值或范围进行比较。控制信号基于在所述两个值间的偏差来确定，并被提供于控制元件以减少偏差。可以理解，常规反馈或响应控制系统可以进一步适配为包括适应性和/或预报性元件，其中对给定条件的响应可以根据模块化和/或预先监测的反应来调整，以对感测的特性提供反应性响应，同时限制补偿动作的潜在过冲(overshoot)。例如，对于给定系统构造提供的已获得的和/或历史的数据可以协调地使用以调整对系统的响应和/或使正被监测的过程特性处在偏离最优值的给定范围内，为此在先的响应已经被监测和调整以提供所需的结果。此种适应性和/或预测性控制方法在本领域内是公知的，因此不认为偏离本发明的整体范围和特性。

根据本发明的GCS包括控制系统用于在将输入合成气处理成具有所需化学和物理成分的经调整气体期间将反应条件的设定点维持在变化的特定范围内。在控制系统是可自动运行的且能够构造成可适用于多种气体调整系统。

在一实施方式中，如果控制系统感测到GCS的过程的效率降低或功能下降，处在所需的运行范围之外，则控制系统能够配置为使得能够检气体流转送至备份过程、火炬架(或火舌管，flare stack)、燃烧室或备份GCS。然而，如本领域中所公知的，如果例如气体流中的HCl和/或H2S含量水平超出允许的排放限制，则气体流不会转送至火炬架，从而可以被转送至能够调节HCl和/或H2S含量水平的备份(backup)过程。

本发明的控制系统包括：过程监控子系统和过程控制子系统。所述过程监控子系统包含一个或多个感测元件——其构造成分析通过GCS的气体流的一种或多种化学成分、气体流率、压力、热参数等。过程控制子系统包含一个或多个响应元件——其动作以响应于由过程监控子系统所感测的过程特性，以及构造作为集成过程控制子系统的其它信息监测元件。

在一实施方式中，控制系统可以提供装置用于精细调整GCS的处理步骤，从而可以提供装置用于使得从用于输入气体处理的所需最佳条件的偏离实质上最小化。通过具有单个集成控制系统(其能够监测GCS的运行参数以及在需要时对之进行修改)，控制系统能够以安全的方式确保经调整气体的实质性优化和连续的产生，以及能够确保GCS的实质性效率和自维持运行、

所述过程控制子系统包含响应元件用于调整GCS中的条件以优化输入气体处理的效率以及经调整气体的所得特性，例如其成分。对反应物的调整(例如活性碳注入、对于HCl净化器的pH控制、H₂S系统优化所需的反应物)能够以下述方式执行：使得该过程能够根据设计规格而有效地进行及优化。影响GCS效率的某些因素是空气流速(氧化还原)、碱添加速率(pH)、至H₂S去除系统的生物反应器的能力(流出)、以汞润饰器中(重金属去除系统)的压力。所述过程监控子系统包含一个或多个感测元件用于测量参数——例如包括GCS内各处气体的温度、压力、流率、成分等。所述感测元件实时地测量这些参数以及使用所收集的数据来确定例如是否GCS的运行需要修改。例如，感测元件能够检测特定条件——其可以导致需要活性碳注入GCS，或HCl净化器的pH需要调节，或进入H₂S去除系统的生物反应器的空气流需要调整，或H₂S去除系统的pH和能力(conductivity)需要调整。由过程监控子系统基于所感测信息而确定的这些所需调整，能够由过程控制子系统使能。

在本发明的一实施方式中，所述过程监控子系统带有感测装置——其构造成基于预先确定的运行条件或经调整气体客体而监控经调整气体的输出，这利于GCS中的运行条件由过程控制子系统的响应元件紧密地控制，由此获得适当的经调整气体成分——其能够在能量要求、温度、压力或其它调整后气体要求方面符合一个或多个下游应用的气体输入要求。

控制元件

如上所限定和描述的，本文中的感测元件能够包括，但不限于，传感器、探测器、分析器、热电偶、压力传感器、化学分析仪等，其中本领域的普通技术人员将容易理解能够收集与特定特性相关的信息的感测元件的形式。

如上所限定和描述的，本文中的响应元件能够包括，但不限于，以可运转的方式偶联至过程相关设备(其构造为通过调整相关给定控制参数而影响给定过程)的各种控制元件。例如本文中通过一个或多个响应元件运转的过程设备能够包括，但不限于，特定事物被监控以确定是否过滤器系统被致动；监控GCS输入处的气体温度以调节流经的过程气体的流量；监控GVS中的压力以调节下游风机而维持所需压力。

气体组成监控

能够用来测量流过所述GCS的气体组成的传感元件是本领域所已知的，且包含例如，气体监控器、原位气体分析器、原位探针气体分析器、提取气体分析器等等。这些传感元件用来确定诸如氢气、一氧化碳、氧气、H₂S、二氧化碳等(成分的量，所述成分存在于所述输入气体、经调整气体或处于输入组成和经调整组成之间的中间状态的气体。

如本领域所已知的，存在于所述输入气体中的颗粒物的量能够依赖所述输入气体的来源而变化。例如，如等离子体气化处理领域所已知的，排出气化器的气流中的颗粒物的量会对所述气流中的颗粒物或其他颗粒物的量有直接关系。例如，污染物趋于粘着颗粒物，其辅助它们从所述反应器容器排出，并经过所述排气管道。因此，实质上使所述输入气流中的颗粒物的量最小化也可使污染物的排放速率最小化。在本发明的一个实施方式中，在所述气流中颗粒物的量的变化能够通过监测所述气流的不透明度来确定，并根据处理位置内监管当局的限制建立用于能够基于颗粒物的浓度的可接受水平的基线。

因而，在本发明的一个实施方式中，在所述GCS内的各种位置处的气体中颗粒物的量使用一个或多个以下不透明度监控器来监测：安装在所述气体传送装置或所述GCS内的管道内，以对所述气体的不透明度提供实时反馈，从而对自动调整所述过滤过程提供任选机制。例如，调整注入所述输入气流的活性碳的量，以便将颗粒物的水平维持在最大可允许浓度之下。

在一个实施方式中，为了基本上使所述不透明度监控器的运转最优化，以下是理想的：维持传感器元件中无沉积物以确保读数的准确度。防止所述传感器元件上的沉积能够通过以下来实现：例如提供少量氮气穿过各传感元件的表面以防止空气颗粒沉淀；维持所述气体处理系统的这部分中略显负压以确保空气颗粒通过(draw past)所述传感器元件或其它容易理解的方法。在一个实施方式中，使用氮气，除非使用氮气对下游应有所要求的调整气体的化学组成将是有害的。如本领域技术人员将已知的，能够用来降低在所述一个或多个传感器元件上的颗粒物沉积的气体的实例能够包含氩气、CO₂、或将容易理解的其它气体。

温度监控

在本发明的一个实施方式中，在遍及所述GCS的一个或多个位点处，提供一个或多个构造成监测温度的传感器，其中此种数据能够在周期、间歇或连续的基础上获得。如本领域所知的，能够监测流过所述GCS的气体的温度的传感元件包含热电偶、光学测温仪和压力计。在本发明的一个实施方式中，用于监测所述温度的传感元件是根据要求安装在所述GCS中特定区域的热电偶。在一个实施方式中，用于监测所述温度的传感元件光学测温仪。合适的光学测温仪是本领域所已知的，其中光学测温仪的非限制性实例是温度计管套。在一个实施方式中，复数个热电偶和压力计能够用来监测遍及所述GCS临界点的温度。

用于监控所述气流的温度的传感元件可遍及所述GCS而设置，例如，在所述合成气进入所述GCS之前、所述调整的气体从所述GCS排出的位置处以及遍及所述GCS的各种位置。

压力监控

在本发明的一个实施方式中，提供用于监控所述GCS内的压力的传感元件，其中此种数据在连续、间歇或实时的基础上获得。在一个实施方式中，用于监测压力的传感元件包括压力传感器，诸如设置在整个GCS的压力转换器，和/或压力计。

压力传感器的合适位置，例如，在所述输入气体进入所述GCS之前的所述换热器的出口点处、在风机出口、或在能够测量穿过颗粒去除单元(诸如，袋室式或碳过滤床)的压力的位置处。在一个实施方式中，用于监测压力的传感元件被设置穿过诸如HCl洗涤器、或H₂S洗涤器的酸性气体去除系统。用于监测压力的传感元件也能够设置在所述固体残留物调整器中。

在一个实施方式中，用于监测压力的传感元件设置在与所述GCS相结合的转化器的竖值壁上。所述GCS内的某些过程效率能够依赖所述GCS中的压力。例如，当所述GCS在压力而非真空条件下时，汞抛光器的效率被改进。与所述系统的压力有关的数据由反馈控制系统例如在在线基础上使用，以确定是否要求对诸如重金属抛光器的依赖压力的过程进行调整。

在一个实施方式中，提供遍及所述整个系统的差压连续读取。以这种方式，穿过所述GCS的各单个处理元件的压力下降能够被监测，以实质上快速查明在所述输入气流处理期间所述GCS中发展的或实际的问题。

流率监控

在本发明的一个实施方式中，提供传感元件来监控设置在遍及所述GCS位置处的气体流率的速率，其中此种数据在连续、间歇或周期的基础上获得。监测气体流量的速率的传感元件包含气体流量计等。在一个实施方式中，气体流量的速率使用一个传感元件来监测。在另一个实施方式中，当完全相同的系统被提供为备用GCS时，在所述备用GCS中提供第二个传感元件来监测气体流量的速率。

例如，由于所述原料的非均质性质和可能的扰乱(possible upsets)，合成气的产生可是不均匀的：所述可能的扰乱诸如是支撑设备(诸如所述过程空气风机)、火炬漏水、控制阀、废物给料率和/或袋室式反脉冲的故障。这些变化能够通过以下方式来监测：观测所述GCS中的温度和压力以及其中的气体流量和组成。产生的波动能够通过以下来校正：例如，正确控制合成气风机、控制阀、废物给料率和/或袋室式反脉冲，去往各阶段的空气量、和改变MSW和HCF的添加速率(和比例)。

气体移动单元

所述控制系统也能够与所述气体移动单元相结合。所述气体移动单元能够通过以下来控制：调整其将所述输入气体移动经过所述GCS的速度。在一个实施方式中，其中所述GCS与低温气化器系统相结合，以产生运转内燃机的能量，控制所述气体移动单元移动气体的速度，以便控制所述转化器中的压力。

任选的人工控制

所述GCS任选地包括人工采样和/或控制系统，作为对所述自动控制系统的备用。例如，所述GCS内的输入气流能够由气相色谱(GC)采样和分析，以确定所述输入气流的化学组成。在一个实施方式中，用于这些分析的采样位置遍布所述GCS。在一个实施方式中，所述输入气流在以下位置进行采样：阶段一和阶段二过程之间，和更具体地在去除颗粒物和重金属和去除HCl的步骤之间。在另一个实施方式中，所述合成气流在所述合成气流排出阶段二中的HCl洗涤器后立即进行采样。在又一个实施方式中，所述合成气流在其排出H₂S洗涤器后立即进行采样。

在备用的人工控制步骤中，能够测量原料中的重金属或汞含量，注入所述GCS中的合适的碳量能够依赖所述原料的重金属含量来预先设置。

如本领域中已知的，还能够被人工地测量和控制排出所述H₂S洗涤器的H₂S浓度。例如，排出所述H₂S洗涤器的H₂S的浓度能够通过调整所述H₂S洗涤器的合适的参数来改变。可选择地，排出所述洗涤器的H₂S的浓度能够通过以下来改变：通过例如降低所述原料中HCF中轮胎含量来减少投入所述系统的硫的量。

本领域技术人员将理解：当合适时，附加的传感和相应元件能够包含在所述控制系统中。

将GCS集成到气化设施中

在一实施方式中，GCS与气化系统集成。集成到本发明一实施方式中的气化设施中的GCS的示意图在图10中示意性地示出。从此种气化系统或气化器产生的产物气体能够通过GCS处理以提供具有所需组特性的输出合成气。如上所述，所需组的特性取决于使用所述输出合成气的下游应用。从气化转化器产生的合成气产物通过一个或多个气体传送装置传送至GCS。

气体传送装置是本领域已知的，并且其本领域的普通技术人员能够容易地确定适当的气体传送装置。适当的气体传送装置的非限制性例子包括管、管道和管路。在一实施方式中，GCS与等离子体去和转化器集成，使用抽吸扇的真空提取用于连续地从等离子体气化转化器通过等离子体气化转化器的排出气体出口来抽取热的合成气产物。

用于GCS的控制系统能够独立于设施控制系统而其作用，以管理通过GCS的气体的处理。替代地，用于GCS的控制系统能够集成至用于整个设施的控制系统中。

对于输出气体的下游应用

由GCS所产生的经调整气体能够用于下游应用中。此种下游应用的例子包括但不限于，内燃机、燃料电池技术、燃烧涡轮机、电和合成燃料的联产、以及化学合成。由本发明的GCS所产生的经调整的气体可以用于塑料和肥料工业。

选择的技术在下面描述。

燃烧涡轮机

燃烧涡轮机将空气(O₂)与CO和H₂结合，以产生CO₂、H₂O和能量。所述能量是热量和压力的形式。随着所述气体在燃烧过程期间膨胀，其膨胀穿过多级动力涡轮以驱动轴流式空气压缩机和发生器，以便产生电能。所述燃烧气体，即所述经调整的气体，必须被加压，以便当燃烧进行时以大约等于所述燃烧涡轮的压缩比的压力进给至所述气体涡轮。

如果所述合成气传送至一个或多个燃烧涡轮机，则或者所述合成气在传送至涡轮机之前被压缩，或者整个气化过程在足以用于传送的压力下运转。在一实施方式中，所述压力的范围是约100-600psig，取决于特定燃烧涡轮机的压缩比。在一实施方式中，所述压力将在20至80巴的范围内。在一实施方式中，所述压力是36巴。

在进入所述燃料涡轮机的燃料系统之前，所述加压的、干燥产物气体可被进一步过滤，以便收集任何微量的颗粒物——其可能已经在处理设备和管道中被拾取。

如果需要，能够用预热系统来预热冷却的和压缩的燃料气体。在一实施方式中，预热步骤导致的温度增加足以将气体的相对湿度降低至80％或更低。在一实施方式中，预热步骤导致的温度增加足以在经过燃烧涡轮机时降低水分浓度。气体的相对湿度降低至80％或更低。预热系统能够被构造成使用来自设置在所述系统内的任何位置处的气体冷却系统的废热，所述位置例如为上游——当气体在离开气化过程后被冷却时，或者下游——诸如从涡轮再生。在一个实施方式中，所述废热从所述系统的上游和下游提取。如果气体冷却系统将燃料气体冷却至净化器所需的温度、且该温度低于待导入燃烧室的净化后燃料气体的所需温度，预热系统可以是有用的。蒸气注入也能够用于一些燃烧涡轮机，以便控制NOx的形成，且构成对于式排放技术的替代。

内燃机

能够使用与以上所讨论的过程相类似的方式产生能量，但其中所述压缩机、燃烧器和气轮机由内燃机代替。内燃机可较容易地利用，且可比涡轮机更有成本效益，尤其是对于小规模气化电转换(electro-conversion)单元。空气和辅助燃料可基于燃料气体(即，所述经调整的气体)的组成以预先确定的方式传送至所述内燃机。

能够提供环境友好的低排放内燃机发生器系统用于气化系统，以大大提高效率并减少污染。火花点火式内燃机是有利的，因为这样的发动机与涡轮相比，对于极小的单元不是很贵，且较易于启动和停止。为了便于产生理想水平的电力，尤其是在启动期间，可用辅助性燃料来驱动所述内燃机，其中该辅助性燃料可以是富氢气体、丙烷、天然气、柴油燃料或类似的物质。例如，辅助性燃料的量可依赖以下而变化：被气化的含碳原料的热值和整个气化系统所要求的功率。

使用内燃机来发电，特别是在分布式电能发生系统的环境中，是已经成熟的技术。尽管柴油机以及占据了该市场的大部分，但是其它类型的内燃机能够容易地适用于应用该系统所产生的合成气。

来自GCS适用于内燃机的输出合成气包含有限浓度的HCl和H₂S。在一实施方式中，输出合成气包括少于10ppm的HCl。在一实施方式中，输出合成气包括少于7ppm的HCl。在一实施方式中，输出合成气包括少于5ppm的HCl。在一实施方式中，输出合成气包括少于3ppm的HCl。在一实施方式中，输出合成气包括少于30ppm的H₂S。在一实施方式中，输出合成气包括少于25ppm的H₂S。在一实施方式中，输出合成气包括少于20ppm的H₂S。在一实施方式中，输出合成气包括少于10ppm的H₂S。

燃料电池技术

在去除诸如PM、HCl和H₂S的污染物后，在相对高的温度(SOFC，约1000℃；MCFC，约650℃)下，来自气化系统的气体能够被注入进入气体均化系统以提供调整的气体，该气体能够满足高温燃料电池(例如，固体氧化物燃料电池(SOFC)或熔融碳酸盐燃料电池(MCFC))的要求。因为必须符合严格污染物限度以防止燃料电池性能的降低，可以改变上游气体调整系统(GCS)结构以符合燃料电池操作条件。也需要调整气体和氧化物组成以使高温燃料电池的效率和输出最优化。

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)含有电解物，该电解物是在LiAlO₂陶瓷基体中稳定碱性(Li、Na和K)碳酸盐。因此，在本发明的一个实施方式中，气态输入燃料混合物包括一氧化碳、氢、甲烷和碳氢化合物，其具有总烃、微粒量、硫(以H₂S的形式)、氨和卤素(例如HCl)的限定。在约12000F(650℃)的运行温度下，盐混合物是液体及良好的离子导电体。

MCFC的阳极过程包括电解质的氢和碳酸离子(CO^3-)间的反应，当其释放电子至阳极时产生水和二氧化碳(CO₂)。阴极过程将来自阴极的电子与来自氧化剂流的氧和CO₂结合以产生碳酸离子，其进入电解质。如果在燃料气体中的CO₂含量不足，CO₂能够从发射流再循环。在本发明的一个实施方式中，在高至足够产生高压蒸汽(其可以注入涡轮以产生额外的电)的温度下，MCFC产生过量的热量。在结合的循环操作(蒸汽涡轮动力产生和燃料电池能量产生)中，对于成熟的MCFC系统可以预期约60％的过量的电效率。

固体氧化物燃料电池(SOFC)使用硬陶瓷电解质替代液体，且在高至1,000℃(约1,8000F)的温度下运行。在这种类型的燃料电池中，氧化锆和氧化钙形成的混合物形成晶体点阵，尽管其它氧化物组合也用作电解质。具有专门的多孔电极材料的两面均涂覆固体电解质。在相对高的操作温度下，氧化离子(具有负电荷)通过晶体点阵移动。

当负电荷氧化离子横向移动至电解质以氧化燃料时，含有氢和一氧化碳的燃料气体通过阳极。在阴极提供氧(通常来自空气)。在阳极产生的电子穿过外荷载到达阴极，完成承载电流的回路。

发电效率能够高达约60个百分点。如同熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物电池可以要求高操作温度，其为“联系发电”(即组合的热和功率应用)提供机会，其使用废热以产生蒸汽用于空间加热和冷却、工业处理或用于驱动蒸汽轮机来产生更多的电能。

(高温)燃料电池将消耗系统产生的来自系统的氢和(首先在SOFC中)和一氧化碳。在燃料气体中包含的甲烷将在高温燃料电池中部分重整，又产生氢和一氧化碳。离开燃料电池的气体混合物将仍可能包括大量的甲烷和一氧化碳气体。可以将这些热气体导入本发明的均化系统或转移至更多的热交换器，其可以用于产生在反应器中使用的蒸汽。

另外，热但是洁净的气体能够被输入至高温氢薄膜过滤系统以使合成气裂解为两种不同的气体蒸汽。一种蒸汽由纯净氢组成，另一种由纯一氧化碳(CO)组成。在本发明的一个实施方式中，一氧化碳既能够在燃气锅炉中燃烧以促进二氧化碳(CO₂)的复原和其在蒸汽中势能的转换，也能够被运送至压缩机并装瓶。在本发明的一个实施方式中，氢气(H₂)既能够在燃料电池中转化为能量也能够被运送至压缩机并随后注入容器(其装有石墨纳米-纤维存储介质或无水铝存储介质)，以便H2能够安全地存贮或运输。

能够提供从高温氢薄膜过滤系统至燃料电池组的供氢进给线作为其燃料供给。该系统的燃料电池组是典型的熔融碳酸盐类型，其在阳极使用氢气在阴极使用CO₂以产生电。所述在气体中存在的一氧化碳产生额外的氢以及热(上至约1500℉)，其能够被回收产生蒸汽、二氧化碳和水。

可以提供一氧化碳线路来引导一氧化碳从高温氢薄膜过滤系统到达常规燃气锅炉。所述燃气锅炉燃烧CO以便CO₂和由气化系统产生的CO的势能值可以成本更有效地回收。

一些上游气化系统将设计为进入锅炉的一个以上的燃料或原料的输入，因此为所需的或合适的增加的发电量提供多用途。另外的燃料源的实例包括天然气以及从有机废物(也称为生物气)的厌氧消化获得的气体。

取决于所选的特定电功率产生设备，其可以有利于包括燃料的其它类型，除气化系统中所生成的气体外，来使发电机的功率最大化。这种优选的另外的燃料能够包括天然气、石油、和其它常规基于烃的燃料。应该注意的是，另外的燃料不意图提供由发电机消耗的主要BTU或能量，而是仅仅在能够提高系统总功率时才包括所述另外的燃料。

与本发明的一个实施方式一致的替代构造使用气化系统，所述气化系统允许使用熔融碳酸盐燃料电池，且产生CO₂和H₂O，并大大减少氮的氧化物、一氧化碳或未燃烧的烃的排放。与采用气体点火锅炉来使用一氧化碳相反，一氧化碳与氢气一起注入到燃料电池。这些燃料电池可以是熔融碳酸盐或其它类型的燃料电池，其燃烧一氧化碳作为有价值的燃料。

冷却的纯氢气用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)组是理想的。而在其它燃料电池中，燃料的化学能直接转化为电能。通过以下电化学反应产生电能：

阳极：2H₂＝>4H⁺+4e^-

阴极：O₂+4H⁺+4e^-＝>2H₂O

这些反应典型地在低温下(例如，<100℃)进行且包括在阳极的铂催化层将氢裂解为电子和正电荷氢离子(质子)，质子穿过质子交换薄膜(电解质)及其在阴极催化的电化学氧化。由于要求阳极和阴极蒸汽的水分的细致的控制，电解质(固体聚合物薄膜)必须饱含水。而且，阳极上的少量CO(大于约1ppm的水平)和H2S毒性催化剂可以影响对氢气纯度的要求。与其它类型的燃料电池相比，PEMFC对于给定体积和重量产生更多的能量且允许快速启动。PEMFC组的效率达到35-45％的值。

系统还能够被设置为允许使用氢气驱动式涡轮机产生电，而不会因合成气的高燃烧温度而损坏关键内部元件，且氮氧化物的排放大量降低。来自高温氢气薄膜的氢气可以被输入至烟雾发生器水注入系统(其中在组合在气轮机(或内燃机中)燃烧前加入去离子水)以将能量转化为机械力并驱动发电的发电机。在本文中，水的作用是限制内部温度及因此防止对关键内部组件的破坏。另外，烟雾发生器水注入系统可能在本发明的位点和/或当这种另外的燃料可能不易于大量获得时进行操作。另外，冲洗烟雾发生器可以显著地降低由合成气和/或另外的燃料混合物的燃烧的高温所导致的一氧化氮排放。

如本领域中已知的，在燃料电池中使用的合成气的所需特性能够根据所用燃料电池的类型而变化，见下表3所示。

表3：通常燃料电池特性

^a根据构造为可变的，通常<100ppm

^b主要设计用于纯氢和氧

^c要求CO+CO₂总浓度<50ppm，电池对CO₂特别敏感

^d主要用作稀释剂，低浓度较好

^e在通常用于气化的值的范围内是无限制的

^f由于稀释电池组总较高的含量影响经济性

从而，在燃料电池是SOFC的一实施方式中，输出合成气中的HCl将低于1ppm，硫含量将低于1ppm，烃含量将低于10％。

在燃料电池是MCFC的一实施方式中，输出合成气中的HCl将低于0.5ppm，硫含量将低于0.5ppm，烃含量将低于10％。

为了对本文所述的发明获得更好的理解，陈述了以下实施例。应当理解这些实施例意图描述本发明的示例性实施方式，而非意图以任何方式限制本发明的范围。

实施例

实施例1：用于产生适用于燃气发动机中的调整气的GCS

下面的实施例描述构造为产生适用于燃气发动机中的调整气的GCS。所述GCS包含如下工艺操作：

第一阶段工艺：

1.蒸发冷却(急冷)

2.干式注入系统

3.除颗粒物/重金属

4.在固体残余物气体调整器和辅助的固体残余物GC中处理固体残余物

第二阶段工艺：

5.HCl净化器

6.工艺气风机

7.气体冷却器

8.汞润饰器

9.除硫

通过以上工艺操作产生的调整气被贮存并在加热后使用。

以上工艺操作在图2中示出并在下文描述。如图2中可见，该GCS采用会聚的工艺步骤并包含与固体残余物气体调整器5整合在一起的转炉气调整器4以及固体残余物调整器265。被进给到GCS中之前，离开转炉50的合成气(输入气)用热交换器210从大约1000℃冷却至约740℃。

经GCS处理得到的输出气含低于17mg/Nm³的颗粒物、低于5ppm的HCl和低于10ppm的H₂S。

第一阶段

输入气颗粒物和重金属的载量(主要是含重金属的飞灰)如下：

设计气体流率 - 9500Nm³/hr

含尘量 - 7.4g/Nm³

镉 - 2.9mg/Nm³

铅 - 106.0mg/Nm³

汞 - 1.3mg/Nm³

第一阶段保证的输出气规格：

颗粒物 - 11mg/Nm³(去除约99.9％)

镉 - 15μg/Nm³(去除约99.65％)

铅 - 159μg/Nm³(去除约99.9％)

汞 - 190μg/Nm³(去除约90％)

(1)蒸发冷却220

在热交换器210中初始冷却后，输入合成气再通过干式急冷进一步冷却，干式急冷有效地降低合成气温度并防止凝露。蒸发冷却通过蒸发冷却塔220(干式急冷)进行以将合成气温度降至约260℃(150℃-300℃范围)。这通过以受控的方式(绝热饱和)向气流中直接注水达到。此为干式急冷，其有控制措施确保水不存在于出气中，故出气温度下的相对湿度低于100％。

(2)干式注入系统271

一旦气流离开蒸发冷却塔220，即直接向气流内注入活性碳以从气流中去除重金属。活性碳贮存在料斗中并以气动方式注入到气流中。碳的注入将俘获大多数重金属，失效的碳粒由袋室式集尘室230收集并循环回固体残余物调整器265中以如接下来的步骤中所述那样进行进一步的能量回收。活性碳注入气体中后在气体中驻留足够长的时间以便细小的重金属颗粒(镉、铅、汞)被吸附到活性碳表面上。

(3)去除颗粒物

然后在袋室式集尘室230中以极高的效率从输入合成气中去除颗粒物和其表面上带重金属的活性碳以提供满足当地金属排放限制的输出气并保护下游的气态污染物去除子系统及将使用该调整气的燃气发动机。

颗粒物的去除按如下进行。在袋室式集尘室230中，织物过滤器上形成颗粒物的滤饼。该滤饼提高袋室式集尘室230的颗粒物去除效率。袋室式集尘室230采用带衬里的玻璃纤维袋、不带衬里的玻璃纤维袋、或P84玄武岩纤维过滤袋并在200℃到260℃的温度下工作。因此袋室式集尘室设计为具有99.9％的颗粒物去除效率。重金属如镉和铅在此温度下呈颗粒形式，故以非常高的收集效率收集在袋室式集尘室中。当袋的压力降增至某个设定的极限时，使用脉冲氮气流来清洁袋。在该实施方案中使用氮气作为脉冲气是出于安全原因，因为空气和合成气将形成爆炸混合物。

袋室式集尘室使用筒式过滤器，其通常不需要任何附加支承。袋室式集尘室自身可为筒形或长方形。

工作参数设置应避免任何水蒸汽凝结。可使用特殊试剂如长石来吸收高分子量碳氢化合物(焦油)以保护袋室式集尘室。离开第一阶段处理的气体然后经第二阶段工艺处理。

(4)颗粒物在固体残余物气体调整器265和辅助的固体残余物GC5中的处理

离开转炉气调整器4的为重金属所污染的固体残余物的量很大，因此被送到固体残余物调整器265处以将固体残余物转化为炉渣。固体残余物调整器265中产生的气体然后在固体残余物气体调整器5中处理以通过在间接式空气-气体热交换器270中冷却除重金属及在小袋室式集尘室285中除颗粒物和重金属。小袋室式集尘室285专门用来处理来自固体残余物调整器265的气体。如图2中所示，固体残余物气体调整器5进行的其他步骤包括进一步用气体冷却器290冷却气体及在碳床295中除重金属和颗粒物。处理得到的二次合成气流然后被转回转炉气调整器4以送回袋室式集尘室步骤230前的输入合成气流中。

从固体残余物气体调整器5的小袋室式集尘室285中去除的固体残余物的量显著少于从转炉气调整器4的袋室式集尘室230中去除的量。小袋室式集尘室285充当重金属的清除器。从固体残余物气体调整器5中清除出的重金属的量随MSW进料组成而异。一般来说，仅当重金属积聚到规定的极限时才需要定期清除。作为从小袋室式集尘室285中清除以进行危险废物处置的替代方案，来自小袋室式集尘室的固体残余物可被循环回固体残余物调整器265进行熔炼。

固体残余物调整器袋室式集尘室285的设计规格：

入口气颗粒物和重金属载量(主要是含重金属的飞灰)

设计气体流率 - 150Nm³/hr

含尘量 - 50g/Nm³

镉 - 440mg/Nm³

铅 - 16.6g/Nm³

汞 - 175mg/Nm³

保证的输出：

颗粒物 - 10mg/Nm³(去除约99.99％)

镉 - 13μg/Nm³(去除约99.997％)

铅 - 166μg/Nm³(去除约99.999％)

汞 - 175μg/Nm³(去除约99.9％)

转炉气调整器袋室式集尘室230和固体残余物气体调整器袋室式集尘室285均在出口处有粉尘传感器(直接反馈或监测)以通知袋破裂。如果发生袋破裂，系统可能停机以便维修。

第二阶段

(5)除HCl

在转炉气调整器4中去除合成气中的颗粒物后，使用HCl净化器240除HCl。出于冶金学考虑，HCl净化器240位于气体移动装置或工艺气风机245的上游。HCl净化器240可包括辅助热交换器，如图13中所示。如图13中所示，HCl净化器240为填料塔，气流中的几乎全部HCl均将在其中与循环的碱性溶液(如所示的NaOH)反应。热交换器241调整系统的温度。填料塔也提供足够的接触面积以将气体冷却至约35℃。碳床过滤器242用来从液体溶液中分离潜在的可溶性水污染物如重金属、HCN、氨、焦油等。HCl净化器240设计的HCl出口浓度为5ppm。其将下游应用的发动机排气中HCl的排放减到至高2ppm。污水排出流被送到污水储罐以便处置。图14示出了收集和贮存来自GCS的污水的示例性系统，其中，来自HCl净化器240和/或其他上游工艺的污水被收集在污水池70中，然后被进给到污水储罐72中。污水泵74用来从储罐向污水池或向卡车中(以运到厂区外)转移污水。

设计气体流率                  - 9500Nm³/hr

净化器进气中标准/最大HCl载量 - 0.16％/0.29％

HCl出口浓度 - 5ppm

启动时分析HCl净化器240中的水流以确认颗粒物去除效率。

(6)工艺气风机

在从输入合成气中去除HCl后，在该点采用风机245来提供驱动力以便气体从转炉50出口经过整个工艺到达下游应用的发动机处。其位于汞润饰器250的上游，原因是去除器250在压力下具有更好的汞去除效率。这也可减小汞润饰器容器的尺寸。

风机245设计为使用所有上游容器的设计压力降。其也设计以针对下游设备的压力损失提供所需的压力至气体储罐(或“均质化室”)中的最终压力为约2.5psig。

(7)气体冷却器

随着气体通过风机245被加压，其温度升至约77℃。随着输入气流经气体冷却器246，输入气的温度降回35℃。这是下游H₂S去除系统260的运行所需要的。H₂S系统的最高设计温度为40℃。

(8)汞润饰器(mercury polisher)

碳床过滤器250被用作输入合成气流中留下的任何重金属的最终去除装置。当系统处于压力下而不是真空下、处于较低温度下、气体饱和、且HCl已从气体中去除而不会使碳变质时，碳床效率将提高。该附加的金属去除步骤也为控制系统中的金属提供了灵活性。

汞润饰器的性能通过分析气体中的汞来测定。监测不必在线进行而可只是通过瞬时抽样进行定期验证。调整通过改变碳进给速率和监测去除器250上的压力降以及通过取样分析碳床效率来进行。

碳床过滤器设计为具有99％以上的汞去除效率。

设计气体流率                 - 9500Nm³/hr

标准/最大汞载量              - 190μg/Nm³/1.3mg/Nm³

碳床寿命                     - 3-5年

保证的碳床出口汞含量         - 19μg/Nm³(99％)

(9)除硫

在其他重金属已从汞润饰器250中去除后，用H₂S去除系统260去除输入气中的硫。H₂S去除系统260基于的是加拿大安大略省环境部的A7准则中规定的SO₂排放限制。H₂S去除效率应为这样以便离开GCS并在燃气发动机中燃烧的气体产生的SO₂排放低于15ppm。H₂S去除系统260设计的出口H₂S浓度(H₂S系统的出口)为20ppm。图15示出了适宜的H₂S去除系统260及辅助部件的示例性示意图，其采用Shell Paques技术。Paques为两步工艺：(1)在H₂S接触器80中去除气流中的H₂S，和(2)硫回收-其包括生物反应器82以将硫化物氧化为元素硫、硫的过滤、硫和污水排出流的灭菌以满足规章制度的要求。

来自碳床过滤器250的输入气流经H₂S接触器80，在这里，通过循环碱性溶液，H₂S从合成气中被去除。来自净化器的含硫化物的溶液被送到生物反应器82以再生碱。

在生物反应器中，硫杆菌属细菌通过用空气氧化而将硫化物转化为元素硫。控制系统控制进入生物反应器82的空气流率以保持系统中硫的总量。生物反应器82的滑流在压滤机中过滤。来自压滤机的滤液被送回工艺中，小部分该滤液流被作为液体排出流送出。

有两种泄放源；一种是固体泄放-硫及一些生物物质，一种是液体泄放-水及硫酸盐、碳酸盐和一些生物物质。两种流均在最终处置前经过灭菌。

设计气体流率           - 8500Nm³/hr

标准/最大H₂S载量       - 353ppm/666ppm

H₂S去除系统需要保证的性能：

保证的H₂S出口浓度 -20ppm

气体贮存和气体加热

洁净并冷却的输出合成气被转移至气体储罐以便贮存。气体储罐的目的是均质化其组成(热值-LHV)和其压力。

由于燃气发动机的设计需要进气具有特定的组成范围和规定的相对湿度，故在使用前可使气体流经冷凝器以将水从合成气中冷凝出并使气体从35℃过冷至26℃。从输入气流中冷凝出的水通过气/液分离器去除。这确保了气体在经贮存后被送到发动机中前被再热至40℃(发动机需要)时具有80％的相对湿度。

上述GCS具有如下规格：

表4：GCS规格

 

急冷塔	在2秒的驻留时间内将气体从740℃急冷到200℃
		活性碳注入	汞去除效率90％
袋室式集尘室	颗粒物去除效率99.9％镉去除效率99.65％铅去除效率99.9％

 

HCl净化器	HCl去除效率99.8％
		风机	零泄漏密封式旋转风机
气体冷却器	冷却负荷0.5MBtu/hr
		碳床过滤器	汞去除效率99％
H2S净化器	净化器出口的H2S-20ppm
		生物反应器	最大再生效率和最小排污
压滤机	两天的硫去除容量
		气体储罐	两分钟的气体贮存容量

如本实施例中所述进给到GCS中的输入气及通过该GCS处理后得到的调整气的气体组成和条件在表5中示出：

表5：GCS前和后气体的组成和条件

 

合成气组成	单位	GCS入口	GCS出口
				CH4	ppm	215.00	242
CO	％	15.10	17.00
				CO2	％	7.82	8.80
COS	ppm	21.00	0
				H2	％	16.00	18.01
HCl	Ppm	1,780.00	5
				H2O	％	16.03	5.73
H2S	ppm	666.00	10
				N2	％	44.77	50.41
NH3	ppm	8.00	0
				S2	ppm	2.00	0
SO2	ppm	7.00	0
				颗粒物	mg/Nm3	5,000.00	17

实施例2：包含会聚工艺步骤的GCS概述

下面的实施例提供了包含如图9中所示会聚工艺步骤的GCS的概述。在本实施例中，GCS包含转炉气调整器2和固体残余物气体调整器3，其中，固体残余物调整器165中生成的二次气流在固体残余物气体调整器3中处理并然后送到转炉气调整器2中。在本实施例中，在进入GCS之前，输入气已在例如同流热交换器中冷却。

第一阶段工艺

活性碳171被注入输入合成气流中，颗粒物和重金属用颗粒去除单元130从输入气中去除。从输入气中去除的颗粒物和重金属被收集并转移至固体残余物调整器165，在这里，其被转化为固体残余物和二次气流。

二次气流然后进入固体残余物热交换器170，在这里其被冷却。在随后的步骤中，活性碳172被注入二次气流中，二次气流中的重金属或颗粒物用颗粒去除单元185从二次气流中分离。二次气流然后被导回转炉气调整器2，在这里，其进入并与转炉气调整器2的颗粒去除单元130后的输入气流合并。

第二阶段工艺

仍参照图9，一旦颗粒物和重金属被从输入气流中去除，与来自固体残余物气体调整器3的二次气流合并的输入气流将然后被导向HCl去除系统140，在这里，酸气将从输入气中分离出。如果用来在低温气化器中生成合成气的碳质原料中含氯代烃，则合成气中将存在HCl。

为帮助将来自HCl去除系统140的输入合成气转移至系统的下一工艺，可使用气体移动单元145如风机或其他适宜的单元。在本实施例中，GCS中任选的下一步骤是在重金属去除器150中除重金属。该步骤中去除的重金属和颗粒物将与在固体残余物气体调整器3中从二次合成气流中去除的那些一道被送至受控的填埋场以便处置。

如图9中所示的接下来的工艺也是任选的，为从输入合成气中除硫160。如果用来在转炉中生成合成气的碳质原料为高硫含量的煤，则合成气中将存在硫酸。去除的硫被收集并用在工业应用中。输出的合成气被送到下游应用中。自该步骤生成的硫可经进一步处理以用于工业应用或以便处置。

实施例3：用于高温气体调整的GCS概述

本实施例描述用于高温气体调整的GCS并提供线性工序的实例。该GCS进行的处理步骤的概况在图3中示出。在大容量应用中，为提高总体热效率，合成气可在高达760℃的温度下净化。离开转炉51的合成气在热交换器310中被冷却至大约760℃。该冷却后的合成气(输入合成气)然后进入GCS 6。颗粒物和重金属然后在旋风分离器或过滤器330中从输入合成气中去除(第一阶段工艺)。然后进行下面的第二阶段工艺。氯化物保护床340(苏打石)被用来除HCl，然后通过吸附剂除H₂S 360。最后，在贮存该调整合成气之前用陶瓷过滤器362从高温的输入合成气中去除任何颗粒。

按本实施例的GCS将生成最小量的液体废物(可能是实施例1和3-7中最少的)，但可能增大泄放的固体废物的量，即便用来除酸气的吸附剂被再生也如此。

实施例4：其中无活性碳注入步骤的GCS概述

本实施例描述如图4中所示的GCS进行的处理步骤，其中无活性碳被注入系统中。本实施例结合了会聚工序。

来自转炉52的输入气经热交换器410冷却，然后进入转炉气调整器8，在这里，颗粒物用袋室式集尘室430从输入气流中去除。袋室式集尘室430收集的颗粒物被送到固体残余物调整器465以产生二次气流和固体残余物。二次气流然后在固体残余物气体调整器7中处理。固体残余物气体调整器7进行在间接式空气-气体热交换器470中冷却二次气流及在袋室式集尘室485中从二次气流中除颗粒物的第一阶段工艺步骤。任选的步骤包括气体冷却490和在碳床495中除重金属和颗粒物。二次气流然后被送回转炉气调整器8的袋室式集尘室430前，然后流经袋室式集尘室430。输入气然后在第二阶段处理步骤中处理，第二阶段处理步骤包括在HCl净化器440中除酸气、随后在汞润饰器450中除重金属和颗粒物、以及在H₂S净化器460中除硫。

实施例1中所示GCS与本实施例中所述GCS的不同包括：

相当大部分的重金属将通过袋室式集尘室430而在随后的子系统中的液流中被部分吸收并最终在碳床450中被俘获。液流中的重金属载量高于实施例1中所述的GCS中观察到的情况。

颗粒物载量在袋室式集尘室430之前降低。

袋室式集尘室430中固体(灰分)的量低于实施例1中所述GCS的情况。

与实施例1中所述GCS相比，自本实施例所述GCS产生的液流(污水)中含更多污染物如重金属，因此增大了该液流或污水被归为危险废物的可能而可能需要对该污水使用碳滤器，这可能增高系统的成本。在本实施例中，下游碳床的寿命可能因较高的重金属载量而缩短，并将有更多的废碳生成，这些废碳也应归为危险废物，如果不需要任何再生的话。

实施例5：其中部分冷却合成气被循环使用的GCS概述

图5中示出了其中经GCS处理的一些冷却气被系统循环使用的GCS所进行的处理步骤。该GCS提供了线性工序的实例。

第一阶段工艺

输入气为离开转炉53并在热交换器510中冷却的合成气。该输入气然后进入GCS 10并在如实施例1中所述的干式急冷器520中冷却。碳571被注入该输入合成气流中，重金属和颗粒物在袋室式集尘室530中去除。离开袋室式集尘器530的合成气被分成两股流。在一股流中，至高30％的合成气通过风机545的使用被循环回同流热交换器510的出口处(干式急冷520前)。在本实施例中，干式急冷塔的成本和尺寸以及所消耗的水量可得到最小化。在另一股流中，离开袋室式集尘室530的合成气通过第二阶段工艺得到处理，在第二阶段工艺中，HCl在HCl净化器540中去除，随后重金属和颗粒物在碳床550中去除，最后是除H₂S 560。

与实施例1中所述的GCS相比，本实施例中将生成较少的液体废物，所生成的固体废物的量将与实施例1中所生成的大致相同。

实施例6：其中颗粒物在高温下从输入合成气中去除的GCS概述

图6中示出了其中颗粒物在高温的第一阶段工艺中从输入气中去除的GCS实施例，其与实施例1中所述GCS的不同在于使用了高温过滤器(颗粒分离器)605如旋风分离器以从合成气中去除粗颗粒。这显著降低袋室式集尘室630前合成气中颗粒物的载量。在本实施例中，经固体残余物气体调整器9处理的二次气流被送回转炉气调整器12的热交换器610前。

在本实施例中，来自转炉54的输入合成气在旋风过滤器605中于高温下处理去除颗粒物(第一阶段工艺)。来自旋风过滤器605的合成气可在第一阶段工艺中被进一步处理，所述第一阶段工艺包括在热交换器610中冷却和在袋室式集尘室630中去除颗粒物和重金属，并然后通过第二阶段工艺处理，或来自旋风过滤器605的合成气可被直接送到第二阶段工艺，在第二阶段工艺中，气体经由除HCl 640、在碳床650中除重金属和颗粒物、以及除H₂S 660，然后被贮存。在本实施例中，自HCl净化器640生成的废物流通过碳床642过滤处理以去除重金属和颗粒物。

来自转炉气调整器12的袋室式集尘室630的颗粒物或灰分在固体残余物调整器665中被加热以产生固体物质和二次气流。二次气流经第一阶段处理步骤处理，第一阶段处理步骤包括在间接式空气-气体热交换器670中冷却、随后在袋室式集尘室685中除颗粒物和重金属。其他任选步骤包括在气体冷却器690中冷却二次气流及在碳床695中除重金属和颗粒物。二次气流然后被送回转炉气调整器12中气体在热交换器610中冷却之前。

在本实施例中，液体废物流和固体废物泄放的量与实施例1中所述GCS均无显著差异。但袋室式集尘室的寿命延长了。

实施例7：不含用于除颗粒物的袋室式集尘室的GCS概述

下面描述并在图7中示出了其中使用非袋室式集尘室的颗粒去除单元从输入气中除颗粒物的GCS的实施例。该GCS提供了线性工序的实例。如图7中所示，输入气在转炉55中产生并在热交换器710中冷却。输入气然后进入GCS 14。在本实施例中，袋室式集尘室未结合进GCS的第一阶段工艺中，但采用了高温过滤器705(或旋风或陶瓷过滤器)来在合成气通过第二阶段工艺处理前去除部分或大多数颗粒物，第二阶段工艺包括在水净化器740中湿式急冷。污染物(其可能包括颗粒物、NH3、HCN、HCl、焦油和金属)在液体中被吸收并在污水处理设施中被处理。在输入气通过水净化器740处理后，硫在H₂S去除系统760中去除，重金属和颗粒物在汞润饰器750中去除。

本实施例中将生成大量含上述污染物的液体废物，这些液体废物需要在处置前进行严格处理。固体废物(分离出的灰分)可能含重金属、有机物和其他无机物，因此应归为危险废物而需要适宜的处置程序。作为任选的工艺，如果固体废物被送回固体残余物调整器，则固体废物将首先需要脱水和干燥，这将增加GCS的运行成本。

实施例8：其中调整气不用来在下游应用中产生能量的GCS概述

图8示出了其中输出气不用来在下游应用中产生能量的GCS的实施例。本实施例中的GCS 16提供了输入气通过第一阶段工艺、随后通过第二阶段处理步骤并然后进入排气机构的路线，在第一阶段工艺中，重金属和颗粒物在旋风过滤器830中去除，第二阶段处理步骤使用文丘里净化器842、Impinjet净化器844、冷凝器、袋室式集尘室830和孔板。这里描述的GCS提供了线性工艺的实例。

实施例9：包含GCS的市政固体废物气化装置

GCS可与等离子气化系统和/或下游应用整合于一起。图10示出了包含示例性GCS的市政固体废物气化装置的工艺流程图概况，所述GCS与包括燃气发动机的下游应用整合在一起。在本实施例中，固体残余物气体调整器11在袋室式集尘室1095后包含气体冷却器1090和活性碳床1095并反馈回转炉气调整器18的袋室式集尘室1030前。

在本实施例中，参照图10中所示的GCS，来自等离子气化系统的转炉56的输入气在同流热交换器1010中冷却，然后通过转炉气调整器18经第一阶段工艺处理，第一阶段工艺包括在干式急冷工艺1020中进一步冷却、向输入气流中加活性碳1071和在袋室式集尘室1030中除颗粒物和重金属。输入气然后经第二阶段工艺处理，第二阶段工艺包括在HCl净化器1040中除HCl、在汞润饰器1050中除重金属和颗粒物及在H₂S去除系统1060中除H₂S。转炉气调整器18的袋室式集尘室1030中收集的物质被送到固体残余物调整器1065，在这里，其被转化为固体残余物和二次气流。固体残余物调整器1065中生成的二次气流在固体残余物气体调整器11中通过第一阶段处理，所述处理包括在间接式空气-气体热交换器1070中冷却、在袋室式集尘室1085中除颗粒物、然后在气体冷却器1090中冷却并在活性碳床1095中除其他重金属和颗粒物。二次气流然后被送到转炉气调整器18处，在这里，其在输入气流进入转炉气调整器18的袋室式集尘室1030前与输入气流合并。输入气流然后通过转炉气调整器18的其余的第一阶段和第二阶段处理步骤处理。

该工艺的其他细节如下面所述：

工艺概述

原合成气离开转炉56并流经同流热交换器1010。同流热交换器1010冷却气体，显热被用来再热引入转炉56中的工艺用风。经冷却的合成气然后流进GCS中，在这里，合成气被进一步冷却并顺序去除颗粒物、金属和酸气。本实施例中的GCS包含转炉气调整器18和固体残余物气体调整器11。在送到用来发电的燃气发动机1063中之前，洁净、调整的合成气(具有所需湿度的输出气)被贮存在合成气储罐1062中。系统中的主要部件(装置)的功能在下面部分(参见表6)按合成气的处理顺序说明。MSW气化装置的装置图和工艺图分别在图16和10中示出。

表6：子系统的主要功能

 

子系统或装置	主要功能
		同流热交换器100	冷却合成气和回收显热
蒸发冷却器(干式急冷)1020	在袋室式集尘室之前进一步冷却合成气
		干式注入系统1071	吸附重金属
袋室式集尘室1030	收集颗粒或粉尘
		HCl净化器1040	除HCl及合成气冷却/调整
碳滤床1050	进一步除汞
		H2S去除系统1060	除H2S及元素硫回收
固体残余物气体调整器11	炉渣室排出气净化和冷却
		合成气调整系统(均质化室、冷凝器和气/液分离器)1062	合成气贮存、均质化和湿度控制
燃气发动机1063	发电的主驱动
		火舌管1064	在启动过程中燃烧合成气

同流热交换器

为回收合成气的显热，使用称为同流热交换器1010的管壳式热交换器通过空气冷却离开精炼室的原合成气。合成气流经管侧，空气流经壳侧。合成气温度从1000℃降至738℃，而空气温度从室温升至600℃。输入合成气然后进入转炉气调整器18。

蒸发冷却器(第一阶段处理)

蒸发冷却器进行转炉气调整器18的第一步。蒸发冷却器1020经以受控的方式(绝热饱和)直接注水而将合成气温度降至250℃。此工艺也称干式急冷，因为冷却中不存在任何液体。水被雾化和同向喷射到合成气流中。当水蒸发时，其从合成气中吸收显热而在合成气被送到袋室式集尘室之前将合成气温度降至大约250℃。

干式注入系统(第一阶段处理)

干式注入系统1071向输入合成气流中注入活性碳。活性碳具有非常高的孔隙度而有助于表面吸附大分子物种如汞和二恶英。活性碳贮存在料斗中，以气动方式注入输入气流中并在袋室式集尘室1030中被俘获。这样，金属和其他污染物从气流中分离出。或者可向气流中注入其他材料如长石、石灰和其他吸附剂以控制和俘获输入合成气流中存在而未被拦截的重金属和焦油。

袋室式集尘室(第一阶段处理)

颗粒物和其表面上带重金属的活性碳在袋室式集尘室1030中从合成气中去除。在袋室式集尘室1030中，颗粒物形成滤饼。该滤饼提高袋室式集尘室的颗粒物去除效率。重金属如镉和铅在此温度下呈颗粒形式，故也以非常高的收集效率收集在袋室式集尘室中。当袋室式集尘室1030的压力降增至某个设定的极限时，使用脉冲氮气流来清洁袋。从袋的外表面上落下的固体被收集在底部料斗中并被送到固体残余物调整器1065中以便进一步转化或处置(参见下面的固体残余物气体调整器步骤)。

HCl净化器(第二阶段处理)

离开袋室式集尘室1030的输入合成气(无颗粒物)在填料塔中的HCl净化器1040中净化以通过碱性溶液去除气流中的HCl。净化器1040内有足够的接触面积以冷却气体至35℃。出口HCl浓度将达到5ppm的水平。污水排出流被送到污水储罐以便处置。

合成气风机(第二阶段处理)

该点需要风机1045来提供驱动力以便气体从转炉56出口经过整个工艺到达发动机1063处。其位于汞润饰器1050的上游，原因是去除器在压力下具有更好的汞去除效率。风机1045设计为使用所有上游容器的设计压力降。其也设计以针对下游设备的压力损失提供所需的压力至气体储罐1062中的最终压力为约2.1到3.0psig。

碳滤床(第二阶段处理)

合成气由风机1045加压并在碳滤床1050前经水冷热交换器1046进一步冷却，碳滤床1050被用作气流中重金属的最终去除装置。其也能从气流中吸收其他有机污染物如二恶英(如果存在的话)。碳床过滤器1050设计具有99.0％以上的汞去除效率。

H₂S去除系统(第二阶段处理)

在输入气流经碳滤床处理后，使用Shell Paques生物技术进行H2S去除1060。来自碳床过滤器1050的输入合成气流经净化器，其通过循环碱性溶液从合成气中去除H₂S。然后，来自净化器的含硫化物的溶液被送到生物反应器以再生碱。生物反应器中发生硫的回收而将硫化物氧化为元素硫，然后进行硫的过滤以及硫和污水排出流的灭菌以满足规章制度的要求。H₂S去除系统1060设计的出口H₂S浓度为20ppm。输入气离开H₂S去除系统1060后即被导向合成气调整系统，除其他部件外，合成气调整系统还包含冷凝器、气/液分离器和均质化室。

固体残余物气体调整器(第一阶段处理)

转炉气调整器袋室式集尘室1030中俘获的物质(其可能含活性碳和金属)定期用氮气清除并输送到固体残余物调整器1065，在这里所述物质发生玻璃化。从固体残余物调整器1065出来的二次气流进入固体残余物气体调整器11，在这里，其在气体冷却器1070中冷却。二次气流然后流经固体残余物气体调整器袋室式集尘室1085以去除颗粒物，然后由热交换器1090冷却，再然后进入活性碳床1095以去除重金属。固体残余物气体调整器11的袋室式集尘室1085也根据系统上的压力降予以定期清理。固体残余物气体调整器袋室式集尘室1085中收集的固体残余物通过适宜的措施处置。离开固体残余物气体调整器11的可燃气(二次气流)被送回转炉气调整器18以充分利用回收的能量。

合成气调整系统

在用作燃气发动机的燃料前，离开GCS的输出气被贮存在合成气调整系统1062中。燃气发动机的设计需要合成气具有特定的组成范围和规定的相对湿度，因此在洁净的合成气离开H₂S净化器1060后，使用冷凝器将其从35℃过冷至26℃。这样将从气流中冷凝出一些水。该水通过气/液分离器去除。这确保了气体在经贮存后被送到发动机中(其中输出气被用来为发动机供给能量)前被再热至40℃(发动机需要)时具有80％的相对湿度。洁净并冷却的气体进入设计以容纳来自处理操作的约2分钟的输出的均质化室，从而消除气体中“富度”的任何差异而使流向发动机的气体具有高度一致的品质(调整气)。均质化室在约2.2-3.0psig下运行以达到燃气发动机的燃料规格。离开均质化室后，调整气被加热至发动机需要的温度下并导向燃气发动机1063。

燃气发动机

根据装置的规模，使用五台GE Jenbacher燃气发动机组1063来发电。Jenbacher燃气发动机为往复式发动机。其能高效率、低排放地燃烧低或中等热值的合成气。各燃气发动机的容量为1.0MW。因此，完全发电容量为5MW。但由于较低的气体热值(与燃料如天然气相比)，故降低发动机的额定值至其最高效的运行点即约700kW下运行。

火舌管(flare stack)

启动、停机和工艺稳定化过程中使用封闭式火舌管1064来燃烧合成气。一旦工艺已稳定化，火舌管1064将被仅用于应急目的。火舌管1064应达到99.99％的燃烧效率。

实施例10：包含GCS的市政固体废物气化装置

图11示出了包含与实施例9中所述相似的GCS的市政固体废物气化装置，不同的是固体残余物调整器1065中生成的二次气流在固体残余物气体调整器13中处理后送到转炉气调整器20中转炉气调整器20的袋室式集尘室1030后(即除颗粒物和重金属的第一阶段分离步骤之后)，然后再经转炉气调整器20的第二阶段处理。

实施例11：其中使用干式净化器和袋室式集尘室来去除颗粒物的GCS概述

下面描述如图17中所示的示例性气体调整系统，其中使用了干式净化器和袋室式集尘室来从输入气中除颗粒物。

如图17中所示，在进入GCS之前，来自转炉的输入气首先在热交换器1710中冷却。本实施例中的GCS包含向导管和袋室式集尘室1730中注入干燥的活性碳和碳酸氢钠的必要装置。经干式净化1715(第一阶段处理)和在袋室式集尘室1730(第一阶段处理)中去除颗粒物后的输入气被送至主要在填料塔中进行的湿式净化1740(第二阶段处理)，然后通过错流室1760，如图17中所示。

在干式净化系统1715中，含粉状干燥活性碳和碳酸氢钠的试剂被贮存在集装袋推料机中。受控量的该试剂通过袋室式集尘室1730上游的气动传送系统注入导管中。活性碳吸附输入气流中的重金属并与其他颗粒一起被带到袋室式集尘室1715。颗粒物被收集在滤袋的外部，所产生的滤饼进一步过滤输入气流。离开各织物过滤室的输入气再在填料床净化器(湿式净化吸收器1740，在这里，HCl将从输入气中去除)和错流室1760(在这里，H₂S将从输入气中去除)中净化和过冷。

装置的功能和技术要求

上述装置的功能和技术要求如下：

急冷反应器(喷雾干燥吸收器)

急冷反应器或干式净化器1715以逆流流动方式运行；高温合成气经来自填料塔溶液氧化罐的低温碱性溶液急冷。在急冷反应器1715中，输入气中存在的一些HCl将被吸收在碱性溶液中，盐将沉淀出，沉淀出的盐在袋室式集尘室1730中去除。

反应物和活性碳的加入

反应物和活性碳从悬挂式料筒加入输入气流中。到达袋室式集尘室1730之前，该材料经螺杆进料器和旋转进料器进给到混料导管中进行混合(与输入气反应)。

袋室式集尘室

使用各具有60％容量和3:1气布比的两个袋室式集尘室1730以避免任何不必要的停机。在其中一个袋室式集尘室的维护期间，另一个袋室式集尘室可以更高的气布比承担全部负荷而不使袋损坏和降低装置生产能力。各袋室式集尘室均有隔离阀以在维护过程中起到隔离的目的。

提供了加热系统以使袋室式集尘室和底部料斗温度在任何时候均保持在气体的露点之上。提供了适当的隔热以确保没有辐射热损失。

根据袋上的压力降，使用氮气(脉冲型袋室式集尘室)定期清洁袋室式集尘室1730。

填料塔(吸收器)

来自袋室式集尘室1730的气体在逆流流动填料床吸收器或湿式净化吸收器1740中吸收。填料床吸收器1740为传热和传质提供了足够的接触面积和时间。pH为8.5-9.5的碳酸钠碱性溶液在塔中循环以净化酸气。

错流室

输入气流中的二氧化碳是酸性的，在较高pH(11.2-11.8)下对碱性溶液具有亲合性，但H₂S不能在低pH下高效地吸收。为平衡H₂S吸收和碳酸钠消耗，采用了错流室1760的概念。在错流室1760中，高pH的碳酸钠溶液以错流形式喷射到输入气中以减少接触时间，从而减少与CO₂的反应。

碳酸钠溶液在间歇式制备罐中制备，在制备罐中，碳酸钠和水以适当的比率混合以制备不饱和的碳酸钠溶液。该溶液被供给到为错流室提供溶液的高pH进料罐。

热交换器

两台热交换器从循环的溶液中除热，一台的容量为6.0MBTU/hr(以冷却水作为冷却介质)，另一台的容量为2MBTU/hr(以过冷水作为冷却介质，供夏天用)。

氧化罐

用碳酸钠净化硫化氢将产生硫化钠；该硫化物在单独的氧化罐1750中经空气氧化而转化为更稳定的硫酸盐形式。此反应中加入活性碳作为催化剂。

就液体废物和固体废物泄放来说，与实施例1中所述的实施方案相比，实施例11中所述的GCS的固体废物泄放和液体废物泄放可能要稍高一些。

实施例12：包含GCS的市政固体废物(MSW)装置的高级工艺控制

本实施例描述包含GCS的MSW装置的高级控制策略。高级工艺控制包括GCS部件的控制。采取两阶段法进行MSW等离子气化装置工艺控制策略的开发和实施。

阶段1：启动和调试期间的运行

对于启动和调试，使用简单的“前端到后端”(或供给驱动)控制策略，其中，转炉在固定的MSW进料速率下运行，工艺变化由下游设备(发动机/发电机和火炬)承担。装置的运行中涉及过量合成气生产的小缓冲器，其需要小的连续火苗。超过标准量的合成气生产将增大骤燃的量而使缓冲器中最初的合成气量不足，但最终可使发电机降低功率输出(借助可调的功率设定点，发电机可在50-100％的功率输出下运行)。

这种控制方案的好处是：

较不复杂。其提高了启动和调试装置及然后利用运行数据实施更复杂的控制的能力。其消除了前端与后端的相互影响，从而使装置的一部分具有的问题不大可能影响到装置的其余部分。这样增长了正常运行时间、提高了故障查找和排除的能力以及优化了各工艺部分。小的连续火苗消除了在停机/启动模式下运行时火舌管处可能发生大的可见火舌的风险。

阶段2：长远运行策略

MSW装置的长远控制策略是要达到由系统后端的燃气发动机/发电机来驱动工艺的“后端到前端”控制(或需求驱动控制)。燃气发动机将消耗一定量/hr的燃料，具体取决于燃料气的能含量和所生成的电能。因此，控制系统的高级目标是确保适当量的MSW/HCF进料进入系统并转化为适当能含量的合成气以使发电机总在全功率下运行，同时精确匹配合成气产量与合成气消耗以便合成气的骤燃被消除而使每消耗一吨MSW所生成的电能得到最优化。

图18中示出了阶段2的操作的高级工艺控制示意图。阶段1的操作是所示控制示意图的子集。

阶段1的操作-主要工艺控制目标：

a)稳定合成气储罐中的压力。

b)稳定所生成的合成气的组成。

c)控制材料在转炉主舱中的堆积高度。

d)稳定转炉主舱中的温度。

e)控制转炉精炼室中的温度。

f)控制转炉工艺压力。

各目标的描述

a)稳定合成气储罐中的压力

GE/Jenbacher燃气发动机不能承受供给压力变化。其规格如下：最小压力＝150mbar(2.18psig)；最大压力＝200mbar(2.90psig)；燃气压力许可波动＝+/-10％(+/-17.5mbar，+/-0.25psi)；最大气压波动速率＝10mbar/sec(0.145psi/sec)。这类发动机具有入口调整器，其可处理供给压力中小的扰动及管道中的阻塞，且均质化室在一定程度上起到减弱这些变化的作用，但仍需要在转炉上有快动控制回路。

初始的阶段1的压力控制策略基于的是转炉在足以产生过量合成气生产的小缓冲器(其连续骤燃)的MSW进给速率下运行这一运行前提。因此，均质化室的压力控制为简单的压力控制回路，其中从合成气储罐到火炬线路的压力控制阀按需要调整为保持室压于所需设定点。

(b)稳定所生成的合成气的组成

燃气发动机可在较宽的燃料值范围内运行，如果变化率不过大的话。较低热值的许可变化率为合成气LHV/30sec的波动小于1％。对于基于H₂的燃料，含低至15％的H2自身的燃料气即足够，LHV可低至50btu/scf(1.86MJ/nm³)。供参考起见，产生的合成气典型的LHV在4.0-4.5MJ/nm³范围内。系统容量和均质化室通过使相当于约2分钟的合成气产量的合成气混合而大大简化稳定变化率的任务。

气体的组成由安装在均质化室入口中的气体分析器测定。控制器将基于该测定调整燃料-空气比率(即略微增大/减小MSW进给速率)以稳定气体燃料值。相对于空气而言增大MSW或HCF的进给将增大气体的燃料值。注：由于该控制动作具有相当长的响应时间，故调整其仅为了阻止长期漂移而不是响应短期变化。

虽然HCF自身是热值更高(～2 x LHV)的燃料源，但其通常以与MSW为1:20的比率加入，因此就加到系统中的燃料而言其不是起主要作用的组分。向系统中加入过多HCF是不经济的。HCF因此用作微调而不是主要控制。总进料中HCF的加入比率调整为使离开系统的合成气中的总C稳定，总C由气体分析器测定。这将减弱MSW燃料值的波动。

c)控制材料在转炉主舱中的堆积高度

需要高度控制系统来保持转炉内稳定的堆积高度。需要稳定的高度控制是为了防止低高度时因工艺用风的注入而可能发生的材料的流化以及防止高高度时因受限的空气流动而可能发生的不良的堆中温度分布。保持稳定的高度也有助于保持恒定的转炉驻留时间。

转炉主舱中的一系列高度开关将测定堆积高度。高度开关为微波元件，其在容器的一侧上有发射器，在另一侧上有接收器，其检测转炉内该点处是否存在固体材料。

容器中的存料量是进料速率和冲头运动的函数。第3段冲头通过以固定的行程长度和频率移动来从容器中泄放灰分而设定转炉的生产能力。第2段冲头根据将材料推到第3段上的需要而跟随移动并改变第3段的初始高度开关状态至“满”。第1段冲头根据将材料推到第2段上的需要而跟随移动并改变第2段的初始高度开关状态至“满”。全部冲头然后同时收回，重复整个程序前执行预定的延迟。可使用其他构造来限制相继的行程长度中的变化至低于高度开关所要求的值以避免冲头诱发的过度的扰乱。

冲头需要相当频繁地移动以防止转炉底部的过热情况。此外，可能需要编程控制使冲头行程偶尔全伸展至各段的末端以防止停滞的材料堆积和团聚在各段的末端附近。

d)稳定转炉主舱中的温度

为得到最佳可能的转化效率，材料应在尽可能高的温度下保持尽可能长的时间。但温度不能太高，否则材料将开始熔融和团聚(形成渣块)，其：1)将降低可用的表面积并因此而降低转化效率，2)将使堆中的气流绕团聚块转向，从而加重温度问题和加速团聚的形成，3)将干扰冲头的正常工作，和4)可能因除灰螺杆的堵塞而导致系统停机。

也应控制堆中的温度分布以防止第二种团聚形成-在这种情况下，塑料熔融并为其余材料起到粘合剂的作用。

堆内的温度控制通过改变进入给定段的工艺用风的流率达到。提供给底部腔室中的各段的工艺用风流率应调整为使各段中温度稳定。可能也有必要利用额外的冲头行程打碎热点来实现温度控制。

e)控制转炉精炼室中的温度

调整等离子炬功率以使精炼室出口温度稳定在设计的设定点(1000℃)。这将确保主舱中形成的焦油和飞灰的充分分解。向精炼室中引入工艺用风也将通过合成气的燃烧释放热能而承担部分热负荷。工艺用风的流率调整为使等离子炬功率保持在良好的工作范围内。

f)控制转炉工艺压力

转炉压力通过调整合成气风机的速度来稳定。在低于风机的最小工作频率的速度下，辅助控制将占优势并调整再循环阀。一旦再循环阀回到全关位置，主控制将重新接入。关于这些控制的其他描述在下文可见。

阶段2的工艺控制目标：

对于阶段2的操作，上面所列全部工艺控制目标仍保留。但关键的新要求是消除合成气的骤燃及优化每消耗一吨MSW所产生的电能的量。这要求所生成的合成气的流率与发动机所消耗的燃料必须精确匹配。因此必须实施由系统后端的燃气发动机/发电机来驱动工艺的“后端到前端”控制(或需求驱动控制)。

为稳定流出转炉的合成气流率，应增大引入转炉中的工艺气流。调整向系统中加入MSW或HCF的速率将最终改变合成气流率，但驻留时间将超过45分钟且在材料进入点没有任何明显的气化反应发生，故没有因这些调整而实现快速响应的可能(据预计，明显的响应可能需要约15分钟)。调整总的空气流率是控制压力的最快可能的动作回路。就短期来说，由于转炉中材料的大量积存，故向底部腔室中引入更多空气不一定会成比例地冲淡气体。额外的空气将进一步渗透进堆中并加快与材料的反应。相反，引入较少空气将立即使气体富集，但最终将导致温度的降低以及反应速率/合成气流率的降低。

总的空气流率与材料进给速率(MSW+HCF)成一定比率，故增大空气流率的途径是提升材料进给速率。控制器整定设置为使增加的空气的效果立即可见。进给速率的控制器整定较慢，但额外的进给最终将发力并为合成气流率的稳定提供更长久的解决方案。取决于弥合增大MSW/HCF进给速率和看到增大的合成气流率间的死时间的系统动力学，任选需要临时降低发电机的功率输出。

下面参照图18描述GCS内的控制元件。这里讨论的GCS内的控制元件与整个MSW装置中的控制元件结合起来确保系统的高效运行。参照图18，提供了感温元件8106以感知固体残余物调整器4220内的温度，该温度与固体残余物调整器等离子热源4230的输出功率至少部分相关。应理解，在转炉1200下游的不同点处也可使用其他感温元件以参与不同的局部、区域和/或全局工艺。例如，也可对GCS使用温度监测器以确保通过其调整的气体对于例如给定的子过程来说不是太热。其他这类实例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

在固体残余物调整器内残余物处理的控制中，等离子炬4230可按需要调整以使温度保持在适于熔炼操作的温度下。固体残余物气体调整器4220的温度测量仪表(如感温元件8106)可包括例如两个光学测温仪(OT)(其测定其所照到的表面上的表面温度)、三个装在熔体池上方陶瓷温度计插孔中的蒸气空间热电偶、和五个装在金属外壳上的外壁安装热电偶。固体残余物气体调整器4220也可包含压力变送器以测定固体残余物气体调整器4220内的工艺压力(如感压元件8112)。

固体残余物气体调整器4220中的压力可通过接进容器的蒸气空间中的压力变送器(例如元件8112)监测。一般来说，固体残余物气体调整器4220的工作压力在一定程度上与转炉气化室的工作压力匹配以便气体以任何方向流经螺旋输送机的驱动力尽可能小(仅固体残余物颗粒流动)。气体出口管线中提供了控制阀(例如阀8134)，其可限制被下游真空发生器(合成气风机)去除的气体的流动。DCS PID控制器计算为达到所需的工作压力所需的阀门位置。

转炉压力和通过GCS的压力可通过调整合成气风机6250的速度来稳定。在低于风机的最小工作频率的速度下，辅助控制将占优势并调整再循环阀。一旦再循环阀回到全关位置，主控制将重新接入。一般来说，压力传感器8110经由控制系统有效地与风机6250耦合，其构造为能以例如约20Hz的频率监测系统内的压力并经由有效地耦合其上的适当的响应元件8113调整风机速度而使系统压力保持在所需的数值范围内。

实施例13：包含GCS的市政固体废物气化装置

图19示出了包含示例性GCS的市政固体废物气化装置的工艺流程图概况，所述GCS与包括燃气发动机的下游应用整合在一起。在本实施例中，固体残余物气体调整器15在袋室式集尘室1985后不含气体冷却器或活性碳床。二次气流在通过固体残余物气体调整器15处理后被送到转炉气调整器24中袋室式集尘室1930前。

在本实施例中，来自等离子气化系统的转炉58的输入气在同流热交换器1910中冷却，然后通过转炉气调整器24经第一阶段工艺处理，第一阶段工艺包括在干式急冷工艺1920中进一步冷却、向输入气流中加活性碳1971和在袋室式集尘室1930中除颗粒物和重金属。输入气然后经第二阶段工艺处理，第二阶段工艺包括在HCl净化器1940中除HCl、经风机1945和冷却器1946处理气体、在汞润饰器1950中除重金属和颗粒物及在H₂S去除系统1960中除H₂S。

转炉气调整器24的袋室式集尘室1930中收集的物质被送到固体残余物调整器1965，在这里，其被转化为固体残余物和二次气流。固体残余物调整器1965中生成的二次气流在固体残余物气体调整器15中通过第一阶段处理，所述处理包括在气体冷却器1970中冷却、加入活性碳1972、和随后在袋室式集尘室1085中除颗粒物。二次气流然后被送到转炉气调整器24处，在这里，其在输入气流进入转炉气调整器24的袋室式集尘室1930前与输入气流合并。输入气流然后通过转炉气调整器24的其余的第一阶段和第二阶段处理步骤处理。

该工艺的其他细节如下面所述：

工艺概述

原合成气离开转炉58并流经同流热交换器1910。同流热交换器1910冷却气体，显热被用来再热引入转炉58中的工艺用风。经冷却的合成气然后流进GCS中，在这里，合成气被进一步冷却并顺序去除颗粒物、金属和酸气。本实施例中的GCS包含转炉气调整器24和固体残余物气体调整器15。在送到用来发电的燃气发动机1963中之前，洁净、调整的合成气(具有所需湿度的输出气)被贮存在合成气储罐1962中。系统中的主要部件(装置)的功能在下面部分(参见表7)按合成气的处理顺序说明。MSW气化装置的工艺图在图19中示出。

表7：子系统的主要功能

 

子系统或装置	主要功能
		同流热交换器1910	冷却合成气和回收显热
蒸发冷却器(干式急冷)1920	在袋室式集尘室之前进一步冷却合成气
		干式注入系统1971	吸附重金属
袋室式集尘室1930	收集颗粒或粉尘

 

HCl净化器1940	除HCl及合成气冷却/调整
		碳滤床1950	进一步除汞
H2S去除系统1960	除H2S及元素硫回收
		固体残余物气体调整器15	固体残余物调整器排出气净化和冷却
合成气调整系统(均质化室、冷凝器和气/液分离器)1962	合成气贮存、均质化和湿度控制
		燃气发动机1963	发电的主驱动
火舌管1964	在启动过程中燃烧合成气

同流热交换器

为回收合成气的显热，使用称为同流热交换器1910的管壳式热交换器通过空气冷却离开精炼室的原合成气。合成气流经管侧，空气流经壳侧。合成气温度从1000℃降至738℃，而空气温度从室温升至600℃。输入合成气然后进入转炉气调整器24。

蒸发冷却器(第一阶段处理)

蒸发冷却器进行转炉气调整器24的第一步。蒸发冷却器1020经以受控的方式(绝热饱和)直接注水而将合成气温度降至250℃。此工艺也称干式急冷，因为冷却中不存在任何液体。水被雾化和同向喷射到合成气流中。当水蒸发时，其从合成气中吸收显热而在合成气被送到袋室式集尘室之前将合成气温度降至大约250℃。

干式注入系统(第一阶段处理)

干式注入系统1971向输入合成气流中注入活性碳。活性碳贮存在料斗中，以气动方式注入输入气流中并在袋室式集尘室1930中被俘获。这样，金属和其他污染物从气流中分离出。或者可向气流中注入其他材料如长石、石灰和其他吸附剂以控制和俘获输入合成气流中存在而未被拦截的重金属和焦油。

袋室式集尘室(第一阶段处理)

颗粒物和其表面上带重金属的活性碳在袋室式集尘室1930中从合成气中去除。在袋室式集尘室1930中，颗粒物形成滤饼。该滤饼提高袋室式集尘室的颗粒物去除效率。重金属如镉和铅在此温度下呈颗粒形式，故也以非常高的收集效率收集在袋室式集尘室中。当袋室式集尘室1930的压力降增至某个设定的极限时，使用脉冲氮气流来清洁袋。从袋的外表面上落下的固体被收集在底部料斗中并被送到固体残余物调整器1965中以便进一步转化或处置(参见下面的固体残余物气体调整器步骤)。

HCl净化器(第二阶段处理)

离开袋室式集尘室1930的输入合成气(无颗粒物)在填料塔中的HCl净化器1940中净化以通过碱性溶液去除气流中的HCl。净化器1940内有足够的接触面积以冷却气体至35℃。出口HCl浓度将达到5ppm的水平。污水排出流被送到污水储罐以便处置。

合成气风机(第二阶段处理)

该点需要风机1945来提供驱动力以便气体从转炉58出口经过整个工艺到达发动机1963处。其位于汞润饰器1950的上游，原因是去除器在压力下具有更好的汞去除效率。风机1945设计为使用所有上游容器的设计压力降。其也设计以针对下游设备的压力损失提供所需的压力至气体储罐1962中的最终压力为约2.1到3.0psig。

碳滤床(第二阶段处理)

合成气由风机1945加压并在碳滤床1950前经水冷热交换器1946进一步冷却，碳滤床1950被用作气流中重金属的最终去除装置。其也能从输入气流中吸收其他有机污染物如二恶英(如果存在的话)。碳床过滤器1950设计具有99.0％以上的汞去除效率。

H2S去除系统(第二阶段处理)

在输入气流经碳滤床处理后，使用Shell Paques生物技术进行H₂S去除1960。来自碳床过滤器1950的输入合成气流经净化器，其通过循环碱性溶液从合成气中去除H₂S。然后，来自净化器的含硫化物的溶液被送到生物反应器以再生碱。生物反应器中发生硫的回收而将硫化物氧化为元素硫，然后进行硫的过滤以及硫和污水排出流的灭菌以满足规章制度的要求。H₂S去除系统1960设计的出口H₂S浓度为20ppm。输入气离开H₂S去除系统1960后即被导向合成气调整系统，除其他部件外，合成气调整系统还包含冷凝器、气/液分离器和均质化室。

固体残余物气体调整器(第一阶段处理)

转炉气调整器袋室式集尘室1930中俘获的物质(其可能含活性碳和金属)定期用氮气清除并输送到固体残余物调整器1965，在这里所述物质发生玻璃化。从固体残余物调整器1965出来的二次气流进入固体残余物气体调整器15，在这里，其在气体冷却器1970中冷却。活性碳1972被注入冷却气中，冷却气再被导向固体残余物气体调整器15以去除颗粒物。固体残余物气体调整器15的袋室式集尘室1985也根据系统上的压力降予以定期清理。固体残余物气体调整器袋室式集尘室1985中收集的固体残余物通过适宜的措施处置。离开固体残余物气体调整器15的可燃气(二次气流)被送回转炉气调整器24中袋室式集尘室1930前以充分利用回收的能量。

合成气调整系统

在用作燃气发动机的燃料前，离开GCS的输出气被贮存在合成气调整系统1962中。燃气发动机的设计需要输出合成气具有特定的组成范围和规定的相对湿度。因此在输出合成气离开H2S净化器1960后，使用冷凝器将其从35℃过冷至26℃。这样将从气流中冷凝出一些水。该水通过气/液分离器去除。这确保了气体在经贮存后被送到发动机中前被再热至40℃(发动机需要)时具有80％的相对湿度。洁净并冷却的气体进入设计以容纳来自处理操作的约2分钟的输出的均质化室，从而消除气体中“富度”的任何差异而使流向发动机的气体具有高度一致的品质(调整气)。均质化室在约2.2-3.0psig下运行以达到燃气发动机的燃料规格。离开均质化室后，调整气被加热至发动机需要的温度下并导向燃气发动机1963。

燃气发动机

根据装置的规模，使用五台GE Jenbacher燃气发动机组1963来发电。Jenbacher燃气发动机为往复式发动机。其能高效率、低排放地燃烧低或中等热值的合成气。各燃气发动机的容量为1.0MW。因此，完全发电容量为5MW。但由于较低的气体热值(与燃料如天然气相比)，故降低发动机的额定值至其最高效的运行点即约700kW下运行。

火舌管

启动、停机和工艺稳定化过程中使用封闭式火舌管1964来燃烧合成气。一旦工艺已稳定化，火舌管1964将被仅用于应急目的。火舌管1964应达到99.99％的燃烧效率。

实施例14：包含GCS的市政固体废物气化装置

图20示出了与实施例13中所述相似的市政固体废物气化装置，不同的是固体残余物调整器1965中生成并在固体残余物气体调整器17中处理后的二次气流被送到转炉气调整器26中转炉气调整器26的袋室式集尘室1930后(即除颗粒物和重金属的第一阶段处理步骤之后)。输入气流然后再经转炉气调整器26的第二阶段处理。

实施例15：蒸发冷却塔、袋室式集尘室、HCl净化器和碳床过滤器的规格

下面描述实施例1中所述GCS中可采用的蒸发冷却塔、袋室式集尘室、HCl净化器和碳床过滤器的实例。

蒸发冷却塔

来自热交换器或同流热交换器的输入气在进入气-固过滤系统(袋室式集尘室)前被冷却。该冷却通过蒸发冷却(干式底部急冷)达到以使进到袋室式集尘室中的水(液体)的量最小化。

设计了冗余供水系统以确保离开急冷塔的合成气的温度决不超过袋室式集尘室的设计温度。急冷水自HCl净化器提供，为35℃。急冷塔位于温度将在-40℃到35℃之间的户外。表8描述了急冷塔的设计规格。

表8：急冷塔的规格

 

标准入口压力	-0.3psig
		标准/最大入口温度	740℃(如未使用同流热交换器)/1000℃(如无同流热交换器)
需要的出口温度	260℃
		标准/最大入口流率	7950-9500Nm3/hr

 

机械设计真空/压力	-2.5psig/1.0psig
		机械设计温度	1100℃
最大许可压力降	5”H2O

急冷塔的选定部件：

1.急冷塔，以达到所需的将合成气冷却至260℃的目的。

2.应急水系统，以在泵出故障的情况下冷却气体。

3.急冷塔的运行所需的具有4-20mA信号的所有仪表或智能变送器(接到接线盒上)及所有阀门。

固-气过滤系统(袋室式集尘室)：

表9描述了关于流经袋室式集尘室的合成气的特征的描述。表10描述了流经袋室式集尘室的合成气的组成。

表9：流经袋室式集尘室的合成气的特征

 

标准入口压力	-0.48psig
		标准入口温度	260℃
标准/最大入口流率	11000-13200Nm3/hr
		机械设计真空/压力	-5psig/2.5psig
机械设计温度	260℃
		最大许可压力降	5”H2O

表10：流经袋室式集尘室的合成气的组成

袋室式集尘室中入口气颗粒物和重金属载量(主要是含重金属的飞灰)如下：

含尘量 - 7.4g/Nm³

镉 - 2.9mg/Nm³

铅 - 106mg/Nm³

汞 - 1.3mg/Nm³

过滤系统需保证的性能：

保证的过滤系统出口

颗粒物 - 11mg/Nm³(去除99.9％)

镉 - 15μg/Nm³(去除99.65％)

铅 - 159μg/Nm³(去除99.9％)

汞 - 190μg/Nm³(去除90％)

袋室式集尘室过滤系统的选定部件：

1.单个过滤单元在100％容量下运行。

2.提供双隔离以满足有限空间进入规定和最佳实践。可接受的实例包括零泄漏隔离阀(总共两个)。提供插入式盲板插入导管中以将模块与工艺隔离开。

3.氮气回吹系统，带接到公共供给点上的氮气歧管。

4.高品质的耐酸、耐磨过滤器，耐至少260℃的温度。

5.系统运行所需的具有4-20mA信号的所有仪表或智能变送器(接到接线盒上)。提供DCS。

6.粉尘泄漏检测器(各模块单独配备)。

7.各模块单独配备的带零泄漏固体泄放(旋转阀或等价物)的料斗。

8.各单元所需的所有结构钢，包括梯子、进入/维护平台。

9.带零泄漏旋转阀的活性碳注入系统(料斗的容量为1.5大袋)、带所需仪表的拆袋系统。

10.过滤系统位于温度将在-40℃到35℃之间的户外。

HCl净化器

HCl净化器设计用来使流经其的合成气具有如表11中所示的特征。

表11：流经HCl净化器的合成气的特征

 

标准入口压力	-0.7psig
		标准入口温度	235℃
标准/最大入口流率	9500/11400Nm3/hr
		加给净化器的标准/最大HCl载量	(0.16％)16.5kg/hr/(0.29％)29.4kg/hr
净化器出口气体最高温度	35℃
		净化器出口气体最高相对湿度	100％
冷却水入口温度	30℃
		机械设计压力/真空	-5psig -2.5psig
机械设计温度	260℃/105℃(急冷/净化器)
		最大许可压力降	3”H2O

适宜的HCl出口浓度为5ppm。

HCl净化器的部件：

1.FRP(玻纤增强塑料或等价物)填料塔，以获得所需的HCl去除效率。

2.热交换器(板框-钛)，以冷却循环液流从而保持气体温度低于35℃。冷却水供回。系统运行所需的所有控制。

3.净化器系统的电导计、pH控制系统和液位控制、两个循环泵(在线备件)。

4.净化器的运行所需的所有仪表(具有4-20mA的输出信号)和阀门，泵装于滑动底板上，仪表接到接线盒上。提供DCS。

5.泵和热交换器将位于建筑内，与塔直接相邻；但塔将位于户外。

6.湿式急冷，以将气体从235℃(设计值260℃)冷至HCl净化器材料所要求的温度。

7.应急水系统，以在两个循环泵均出故障的情况下冷却气体。

8.塔/平台支承、泵和热交换器滑动支座及管支承所需的所有结构钢。

9.通向风机吸入口的净化器出口气管。

碳床过滤器

碳床过滤器位于产品气风机后，设计用来使流经其的合成气具有如下特征。这些特征汇总在表12中。

表12：流经碳床过滤器的合成气的特征

 

标准入口压力	3.0psig
		标准入口温度	62℃(35℃，如果在碳床前用了冷却器)
标准/最大入口流率	7200-8600Nm3/hr
		标准/最大汞载量	123μg/Nm3/1.2mg/Nm3
机械设计压力	5psig
		机械设计温度	105℃
最大许可压力降	6”H2O
		碳床寿命	5年

保证的碳床出口汞浓度     - 19μg/Nm³(99.0％)

碳滤床的部件

1.首次装碳的FRP碳床过滤器。

2.过滤器支承和检查/维护平台所需的结构钢，及供今后装碳的设施。

3.碳床过滤器的运行所需的所有附件。

所有仪表均有与气化控制系统交互的能力。马达驱动装置提供有开/关控制、可锁定的关机按钮和状态线路，其使装置可由工艺控制系统操作。

实施例16：H₂S去除系统的规格

下面的实施例提供可用在实施例1中所述GCS中的H₂S去除系统的描述。H₂S去除系统设计用来使流经其的合成气具有如表13中所示的特征。流经H₂S去除系统的合成气的组成在表14中给出。

表13：流经H₂S去除系统的合成气的特征

 

标准入口压力	2.8psig
		标准入口温度	35℃
标准/最大H2S载量	353ppm/666ppm
		标准/最大入口流率	7200-9300Nm3/hr
机械设计压力/真空	5psig
		机械设计温度	80℃
最大许可压力降	10”H2O

表14：流经H₂S去除系统的合成气的组成

下面列出标准入口气体颗粒物和重金属载量数据(主要是含重金属的飞灰)。

含尘量 - 17mg/Nm³

镉 - 14μg/Nm³

铅 - 142μg/Nm³

汞 - 20μg/Nm³

保证的系统出口H₂S浓度-20ppm

因上游系统故障而失常的情况下粉尘和重金属的载量如下：

含尘量 - 1g/Nm³

镉 - 1.3mg/Nm³

铅 - 20mg/Nm³

汞 - 510μg/Nm³

应理解，在失常情况下，粉尘和重金属的存在可能导致起泡，其通过注入消泡剂来处理。使用了高效的消泡系统。

部件列表

1.H₂S净化器(接触器)，带填料塔的运行所需的所有相关附件。塔循环泵，带(在线备件)净化器运行和隔离所需的所有仪表、控制(pH、液位和电导控制器)和阀门(控制和手动)。

2.入口和出口气-液分离器，带自动液封(液位)控制以避免任何气体渗漏-如果需要的话。

3.所需的滤渣罐和滤液罐，带工艺的连续运行和隔离所需的所有附件、管道、阀门和控制。

4.生物反应器，带系统的连续运行所需的完整控制系统。风机，带工艺的运行和隔离所需的在线备件、仪表和控制，包括ORP控制器、液位控制器和阀门(控制和手动)。

5.板框式或等价的压滤机，以从湿淤浆中除硫。该压滤机能在两次清洁/过滤器洗涤之间连续运行两天。工艺的运行和隔离所需的所有仪表和阀门。

6.滤液泵，带滤液泵的运行和隔离所需的在线备件及所有控制阀和手动阀。

7.处理排水(即排水的UV过滤)使之符合加拿大环保局的规定所需的完整系统，及供将来在过滤前对溶液灭菌以符合所有省级和地方规定的设施。

8.系统运行所需的具有4-20mA信号的所有仪表(接到接线盒上)。也包括DCS。

控制界面

整个工艺控制采用DCS。任选使用采用现场总线通信协议的变送器以便与DCS轻松集成。

实施例17：产品气风机的特征和设计

下面描述可用来从等离子气化系统提取合成气并使之移动通过GCS的产品气风机(带气体冷却器)的示例性描述。风机提供通过所有装置和管道的足够的吸力，其规格如下。

功能规格

下面描述产品气风机的功能规格。合成气易燃，会与空气形成爆炸混合物，故所有工作介质即密封吹扫均用氮气进行。风机通过变速驱动(VSD)在10％到100％的流量范围内运行。表15和16描述了风机的设计规格。

表15：风机的规格

 

标准气体入口温度	35℃
		标准吸气压力	-1.0psig
标准气体流率	7200Nm3/hr
		最大气体流率	9300Nm3/hr
最大吸气温度	40℃
		标准排出压力	3.0psig
标准排出温度(气体冷却器后)	<35℃
		机械设计压力	5.0psig
风机入口处气体的相对湿度	100％
		气体分子量	23.3
冷却水入口温度(产品气冷却器)	29.5℃
		最大可接受的排气温度(产品气冷却器后)	40℃
调整比	10％

注：风机的吸排造成的压力降不包括在风机的静压中。

表16：流经风机的平均气体组成(湿基)

风机设计为不从大气(可形成爆炸混合物)中进气也不向大气中漏气(合成气有毒且易燃)。风机具有非常好的轴封(0％泄漏)及用来检测两个方向上的泄漏的高级泄漏检测系统。

可用的部件

下面给出产品气风机可用的部件的列表。

1.合成气风机，马达为防爆型的。风机轴封零泄漏(不泄漏)。

2.产品气冷却器 - 供应商的供货范围内只包括气体冷却器。

3.辅助油泵，带马达及风机辅助系统所需的所有测量仪表。

4.所有仪表和控制(即低和高油压开关、高排出压力和温度开关、温差和压差开关、排出压力表、排出温度表、油压和温度表)。所有仪表均接到共用的防爆型接线盒上。VFD由装在风机上游的压力变送器控制。

5.零泄漏泄放止回阀。

6.装置安全系统，以防止风机过压/真空/关闭泄放(系统如PRV和回收管线)。

风机设计为在失常情况下可能存在爆炸性气体的环境中工作。

风机连续运行(每天24小时/每周7天)，但存在工艺稳定化过程中风机频繁启动/停止的可能。风机能以高度的可靠性工作，即便在频繁的启动/停止过程中。

控制接口

对于马达控制，将提供变速驱动以及马达过压、过载保护等。马达状态、开/关操作、速度变化将由DCS远程操作和监控。

虽然结合某些具体的实施方案对本发明进行了描述，但对于本领域技术人员来说，其不偏离本发明的精神和范围的各种变体将是显而易见的。所有这类对于本领域技术人员来说将是显而易见的变体均包括在附随的权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种气体调节系统，其用于调节来自气化系统内的一个或更多个位置的输入气体，以提供经调节的气体，所述一个或更多个位置包括气化器，所述气体调节系统包括：

a.第一气体调节器，其包括一个或更多个微粒去除单元，所述微粒去除单元用于在第一调节阶段从接收自气化器的输入气体去除微粒物质，以提供经调节的气体和被去除的微粒物质；

b.固体残渣调节器，所述固体残渣调节器不同于所述气化器，所述固体残渣调节器包括热源并且设置成接收、加热和处理所述被去除的微粒物质，以产生二级气体和固体废物；以及

c.第二气体调节器，其可操作地与所述固体残渣调节器相关联，所述第二气体调节器包括气体冷却器和一个或更多个进一步的微粒去除单元，所述进一步的微粒去除单元用于从所述二级气体去除微粒物质，以提供部分调节的二级气体，所述第二气体调节器设置成在所述二级气体进入所述一个或更多个进一步的微粒去除单元之前使所述二级气体通过所述气体冷却器，用于冷却，并将所述部分调节的二级气体传送到所述第一气体调节器，用于进一步处理。

2.如权利要求1所述的气体调节系统，其中所述第一气体调节器进一步包括在所述一个或更多个微粒去除单元下游的一个或更多个部件，用于在第二调节阶段实现输入气体的进一步调节，以从输入气体去除额外的污染物。

3.如权利要求1所述的气体调节系统，其中所述第一气体调节器额外地包括用于在所述第一调节阶段中实现干燥相处理步骤的至少一个其它部件。

4.如权利要求1所述的气体调节系统，其中所述一个或更多个微粒去除单元中的一个是袋式过滤器。

5.如权利要求3所述的气体调节系统，其中用于实现所述干燥相处理步骤的所述部件是干式注入系统。

6.如权利要求2所述的气体调节系统，其中所述一个或更多个部件包括用于酸性气体去除的一个或更多个部件。

7.如权利要求6所述的气体调节系统，其中用于酸性气体去除的所述一个或更多个部件包括HCl洗涤器。

8.如权利要求6所述的气体调节系统，其中用于酸性气体去除的一个或更多个部件包括H₂S去除系统。

9.如权利要求2所述的气体调节系统，其中所述一个或更多个部件包括微粒去除单元。

10.如权利要求9所述的气体调节系统，其中所述微粒去除单元是活性碳水银抛光机。

11.如权利要求1所述的气体调节系统，其中所述第一气体调节器进一步包括在所述一个或更多个微粒去除单元上游的冷却单元。

12.如权利要求1所述的气体调节系统，其中所述第二气体调节器进一步包括在一个或更多个进一步的微粒去除单元下游的冷却单元和在所述冷却单元下游的活性碳床。

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