JP2009536259A - Heat recycling system for use with gasifier - Google Patents

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マイケル フィスビー、ダグラス
ダグラス バシャム、スコット
アラン マクリーン、アリスデア
ボニー マルソー、パスカル
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プラスコエナジー アイピー ホールディングス、エス.エル.、ビルバオ、シャフハウゼン ブランチ
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Abstract

本発明は、炭素質原料ガス化プロセスの高温産物から回収された熱を該ガス化プロセスに戻して再利用するシステムを提供する。該高温のガス状産物は、熱気、熱湯または蒸気を産生するために、空気や水等の作動流体を加熱するために使用される。該加熱流体は、熱を該ガス化プロセスに戻すために使用される。また、該システムは、エネルギー産生を最大限にしながら、該プロセスのエネルギー消費を最小限にすることによってガス化プロセスの効率を最適化する制御システムも備える。The present invention provides a system for reusing heat recovered from the hot product of a carbonaceous feedstock gasification process back to the gasification process. The hot gaseous product is used to heat working fluids such as air and water to produce hot air, hot water or steam. The heated fluid is used to return heat to the gasification process. The system also includes a control system that optimizes the efficiency of the gasification process by maximizing energy production while minimizing the energy consumption of the process.

Description

本発明は、炭素質原料のガス化、特に、ガス化プロセスによって生成される熱を回収して、システム内の使用および任意選択で外部装置のために熱を再利用するシステムに関する。 The present invention relates to a gasification of carbonaceous feedstock, and more particularly to a system that recovers heat generated by the gasification process and reuses heat for use in the system and optionally for external devices.

ガス化は、都市固形廃棄物(MSW)または石炭等の炭素質原料の、可燃性ガスへの変換を可能にするプロセスである。ガスは、電気、蒸気を生成するために、または化学物質および液体燃料を産生(produce)するための基本原材料として、使用され得る。ガスの考えられる使用法として、内部処理および/もしくはその他の外部目的用の蒸気の産生(production)のため、または、蒸気タービンによる電気の生成のためのボイラー内における燃焼;電気の生成のためのガスタービンまたはガスエンジン内における直接的な燃焼;燃料電池;メタノールおよびその他の液体燃料の産生;プラスチックおよび肥料等の化学物質の産生のためのさらなる原料として;別個の産業用燃料ガスとしての、水素および一酸化炭素両方の抽出;ならびにその他の産業上の用途が挙げられる。 Gasification is a process that allows the conversion of carbonaceous feedstock, such as municipal solid waste (MSW) or coal, into combustible gases. The gas can be used to generate electricity, steam, or as a basic raw material for producing chemicals and liquid fuels. Possible uses of the gas include the production of steam for internal processing and / or other external purposes, or combustion in a boiler for the generation of electricity by a steam turbine; for the generation of electricity Direct combustion in gas turbines or gas engines; fuel cells; production of methanol and other liquid fuels; as further raw materials for the production of chemicals such as plastics and fertilizers; hydrogen as a separate industrial fuel gas And extraction of both carbon monoxide; and other industrial applications.

概して、ガス化プロセスは、炭素質原料を、制御および/または限定された量の酸素および任意選択で蒸気とともに加熱チャンバ(ガス化装置)内へ送給することからなる。過剰な酸素によって動作してCO、HO、SO、およびNOを産生する焼却または燃焼とは対照的に、ガス化プロセスは、CO、H、HS、およびNHを含む生ガス組成物を産生する。清浄化後、興味深い一次ガス化産物はHおよびCOである。 In general, the gasification process consists of delivering a carbonaceous feedstock into a heating chamber (gasifier) with a controlled and / or limited amount of oxygen and optionally steam. In contrast to incineration or combustion, which operates with excess oxygen to produce CO 2 , H 2 O, SO x , and NO x , the gasification process produces CO, H 2 , H 2 S, and NH 3 . A raw gas composition containing is produced. After cleaning, interesting primary gasification products are H 2 and CO.

有用な原料は、あらゆる都市廃棄物、産業活動によって産生された廃棄物、および生物医学的廃棄物、下水、汚泥、石炭、重油、石油コークス、重油精製残留物、製油所廃棄物、炭化水素汚染土壌、バイオマス、および農業廃棄物、タイヤ、ならびにその他の有害廃棄物を含み得る。原料の起源に応じて、揮発物は、HO、H、N、O、CO、CO、CH、HS、NH、C、また、アセチレン類、オレフィン類、芳香族類、タール類、炭化水素液(油)、および炭化物(カーボンブラックおよび灰)等の不飽和炭化水素を含む場合がある。原料を加熱したとき、発生する第1の成分は水である。乾燥原料の温度が上昇すると、熱分解が起こる。熱分解中、原料は熱で分解されて、タール類、フェノール類、および光揮発性炭化水素ガスを放出し、その一方で、当該原料は炭化物に変換される。 Useful raw materials include all municipal waste, industrial waste, and biomedical waste, sewage, sludge, coal, heavy oil, petroleum coke, heavy oil refinery residue, refinery waste, hydrocarbon pollution It may include soil, biomass, and agricultural waste, tires, and other hazardous waste. Depending on the origin of the raw materials, the volatiles can be H 2 O, H 2 , N 2 , O 2 , CO 2 , CO, CH 4 , H 2 S, NH 3 , C 2 H 6 , acetylenes, olefins , Aromatics, tars, hydrocarbon liquids (oils), and carbides (carbon black and ash). When the raw material is heated, the first component generated is water. Thermal decomposition occurs when the temperature of the dry raw material increases. During pyrolysis, the feedstock is decomposed with heat to release tars, phenols, and photovolatile hydrocarbon gases, while the feedstock is converted to carbides.

炭化物は、有機および無機材料からなる残留固体を含む。熱分解後、炭化物は乾燥原料よりも高濃度の炭素を有し、活性炭素の源としての役割を果たし得る。高温(>1,200℃)で動作するガス化装置内、または高温ゾーンを有するシステム内において、無機鉱物質が溶解またはガラス化され、スラグと呼ばれる溶融ガラス状物質を形成する。 Carbides include residual solids composed of organic and inorganic materials. After pyrolysis, the carbide has a higher concentration of carbon than the dry feed and can serve as a source of activated carbon. In a gasifier operating at high temperatures (> 1,200 ° C.) or in a system having a high temperature zone, inorganic minerals are dissolved or vitrified to form a molten glassy material called slag.

スラグは溶解されガラス化された状態であるため、通常は無害であると考えられ、無害材料として埋立地において処分、または鉱石、路盤、もしくはその他の建設材料として販売され得る。加熱プロセスにおいて極度に燃料が無駄になること、ならびに、有用な合成ガスおよび固体材料に変換され得る材料を残留廃棄物として処分するのはさらに無駄であることから、廃棄材料を焼却によって処分することは、あまり望ましいことでなくなりつつある。 Because the slag is in a molten and vitrified state, it is usually considered harmless and can be disposed of in a landfill as a harmless material or sold as ore, roadbed, or other construction material. Dispose of waste material by incineration because it is extremely wasteful of fuel in the heating process, and it is even more wasteful to dispose of useful syngas and materials that can be converted into solid materials as residual waste Is becoming less desirable.

ガス化プロセスを実現する手段は様々に異なるが、ガス化装置内の雰囲気(酸素濃度または空気もしくは蒸気含有量)、ガス化装置の設計、内部および外部加熱手段、ならびにプロセスの動作温度という4つの主要な工学的要因に依存する。産生ガスの品質に影響を及ぼす要因として、原料組成、調製、および粒径;ガス化装置加熱速度;滞留時間;乾燥またはスラリー送給システムのいずれを用いるか、原料反応物流動形状、乾燥灰またはスラグ鉱物除去システムの設計を含むプラント構成;直接的または間接的な熱生成および移送方法を使用するか;ならびに、合成ガス清浄化システムが挙げられる。ガス化は、通常、約650℃〜1,200℃の範囲の温度で、真空下、大気圧下、または最大約100気圧の圧力下のいずれかで実行される。 The means for realizing the gasification process vary widely, but there are four options: the atmosphere in the gasifier (oxygen concentration or air or steam content), the design of the gasifier, the internal and external heating means, and the operating temperature of the process. Depends on major engineering factors. Factors affecting the quality of the product gas include: feed composition, preparation, and particle size; gasifier heating rate; residence time; using dry or slurry delivery system, feed reactant flow shape, dry ash or Plant configurations that include the design of slag mineral removal systems; whether direct or indirect heat generation and transfer methods are used; and syngas cleaning systems. Gasification is typically carried out at a temperature in the range of about 650 ° C. to 1200 ° C., either under vacuum, atmospheric pressure, or pressures up to about 100 atmospheres.

ガス化プロセスによって産生された熱を捕捉し、そのような熱を利用して電気を生成するための多数のシステムが提案されており、一般に複合サイクルシステムとして知られている。 A number of systems have been proposed for capturing heat generated by a gasification process and using such heat to generate electricity, commonly known as combined cycle systems.

産生ガス中のエネルギーは、プロセスによってガス化システム全体に産生された相当な量の回収可能な顕熱と相まって、概してプロセスを駆動するために十分な電気を産生し、それによって局所的な電力消費の費用を軽減することができる。大量の炭素質原料をガス化するために必要な電力の量は、当該原料の化学組成に直接的に左右される。 The energy in the product gas, coupled with the substantial amount of recoverable sensible heat produced by the process throughout the gasification system, generally produces enough electricity to drive the process, thereby local power consumption Can reduce the cost. The amount of electric power required to gasify a large amount of carbonaceous raw material depends directly on the chemical composition of the raw material.

ガス化プロセスにおいて生成されたガスが、「低品質の」炭素質原料により低温ガス化装置内において生成される傾向がある種類のガス等、多種多様な揮発物を含む場合、当該ガスは概してオフガスと称される。原料の特徴およびガス化装置内における条件によって、COおよびHが支配的な化学種であるガスが生成される場合、当該ガスを合成ガスと称する。いくつかのガス化施設では、ガス品質コンディショニングシステムを冷却および清浄する前に、生オフガスまたは生合成ガスをより精製されたガス組成物に変換するための技術を用いる。 If the gas produced in the gasification process contains a wide variety of volatiles, such as the types of gases that tend to be produced in low temperature gasifiers by “low quality” carbonaceous feedstock, the gas is generally off-gas. It is called. When a gas in which CO and H 2 are dominant chemical species is generated depending on the characteristics of the raw material and the conditions in the gasifier, the gas is referred to as synthesis gas. Some gasification facilities use techniques to convert raw off-gas or raw syngas into a more purified gas composition before cooling and cleaning the gas quality conditioning system.

材料をガス化するためにプラズマ加熱技術を利用することは、長年にわたって商業的に使用されてきた技術である。プラズマは、少なくとも部分的にイオン化され、ガス原子、ガスイオン、および電子で構成される、高温発光ガスである。プラズマは、このようにして、あらゆるガスによって産生され得る。ガスは、中性(例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン)、還元的(例えば、水素、メタン、アンモニア、一酸化炭素)、または酸化的(例えば、酸素、二酸化炭素)である可能性があるため、これによってプラズマ中における化学反応の優れた制御を与える。バルク相において、プラズマは電気的に中性である。 Utilizing plasma heating techniques to gasify materials is a technique that has been used commercially for many years. Plasma is a high temperature luminescent gas that is at least partially ionized and is composed of gas atoms, gas ions, and electrons. The plasma can thus be produced by any gas. Because the gas can be neutral (eg, argon, helium, neon), reductive (eg, hydrogen, methane, ammonia, carbon monoxide), or oxidative (eg, oxygen, carbon dioxide) This gives excellent control of the chemical reaction in the plasma. In the bulk phase, the plasma is electrically neutral.

いくつかのガス化システムでは、プラズマ熱を用いて、高温でガス化プロセスを駆動する、および/または、ガス状分子がプラズマ熱と接触した際におけるその他の投入物もしくは反応物の追加の有無にかかわらず、長鎖揮発物およびタール類をより小さい分子に変換、再構成、または再形成することにより、オフガス/合成ガスを精製し、それらのガスは、その構成原子に解離することになる。これらの原子の多くはその他の投入された分子と反応して新たな分子を形成することになり、一方、その他は類似原子と再結合する場合がある。プラズマ熱と接触している分子の温度が低下すると、すべての原子が完全に再結合する。投入ガスは化学量論的に制御され得るため、出力ガスは、例えば、相当レベルの一酸化炭素およびわずかなレベルの二酸化炭素を産生するように制御され得る。 In some gasification systems, plasma heat is used to drive the gasification process at high temperatures and / or with the addition of other inputs or reactants when gaseous molecules come into contact with the plasma heat. Regardless, the offgas / syngas is purified by converting, reconstituting, or reforming long chain volatiles and tars into smaller molecules that will dissociate into their constituent atoms. Many of these atoms will react with other charged molecules to form new molecules, while others may recombine with similar atoms. When the temperature of the molecule in contact with the plasma heat decreases, all atoms recombine completely. Since the input gas can be stoichiometrically controlled, the output gas can be controlled, for example, to produce a substantial level of carbon monoxide and a slight level of carbon dioxide.

プラズマ加熱によって達成可能な超高温(3,000〜7,000℃)は、あらゆる形態または組み合わせの液体、気体、および固体を含む、受け取ったままの状態の廃棄物を含む事実上あらゆる投入原料が適応し得る、高温ガス化プロセスを可能にする。プラズマ技術は、すべての反応を同時に生じさせるために一次ガス化チャンバ内に位置付けられてもよいし(高温ガス化)、それらを順次に生じさせるためにシステム内に位置付けられてもよいし(高温精製を伴う低温ガス化)、その何らかの組み合わせであってもよい。 The ultra-high temperatures (3,000-7,000 ° C.) achievable by plasma heating are the same for virtually any input material, including as-received waste, including liquids, gases, and solids in any form or combination. Enables a hot gasification process that can be adapted. The plasma technology may be positioned in the primary gasification chamber to cause all reactions to occur simultaneously (high temperature gasification), or may be positioned in the system to generate them sequentially (high temperature). Low temperature gasification with refining), or some combination thereof.

炭素質原料のガス化中に産生されたガスは、通常、極めて熱いが、少量の不要な化合物を含有する場合があり、それを使用可能な産物に変換するために、さらなる処置を必要とする。炭素質材料が気体状態に変換されると、金属、硫黄化合物、および灰等の望ましくない物質をガスから除去することができる。例えば、ガス化中に産生されたガスから粒子状物質および酸性ガスを除去するために、多くの場合、乾式濾過システムおよび湿式スクラバが使用される。ガス化プロセス中に産生されたガスを処置するためのシステムを含む、多数のガス化システムが開発されている。 The gas produced during the gasification of the carbonaceous feedstock is usually extremely hot, but may contain small amounts of unwanted compounds and requires further treatment to convert it to a usable product . When the carbonaceous material is converted to a gaseous state, undesirable substances such as metals, sulfur compounds, and ash can be removed from the gas. For example, dry filtration systems and wet scrubbers are often used to remove particulate matter and acid gases from gas produced during gasification. A number of gasification systems have been developed, including systems for treating the gas produced during the gasification process.

これらの要因は、例えば、米国特許第6,686,556号、第6,630,113号、第6,380,507号、第6,215,678号、第5,666,891号、第5,798,497号、第5,756,957号、および米国特許出願第2004/0251241号、第2002/0144981号において記載されている種々の異なるシステムの設計において、考慮されている。また、米国特許第4,141,694号、第4,181,504号、第4,208,191号、第4,410,336号、第4,472,172号、第4,606,799号、第5,331,906号、第5,486,269号、および第6,200,430号を含む、種々の用途において使用するための合成用ガスの産生のために石炭をガス化するための異なる技術に関する、多数の特許がある。 These factors include, for example, US Pat. Nos. 6,686,556, 6,630,113, 6,380,507, 6,215,678, 5,666,891, Considered in the design of the various different systems described in US Pat. Nos. 5,798,497, 5,756,957, and US Patent Application Nos. 2004/0251241, 2002/0144981. U.S. Pat. Nos. 4,141,694, 4,181,504, 4,208,191, 4,410,336, 4,472,172, 4,606,799. Gasify coal for the production of synthesis gas for use in various applications, including No. 5,331,906, 5,486,269, and 6,200,430 There are numerous patents on different technologies for.

先行技術のシステムおよびプロセスは、変化に応じて連続的に取り扱われなくてはならない課題に、十分に取り組んでこなかった。これらのタイプのガス化システムのいくつかは、ガス化反応から有用なガスを生成するプロセスを調整するための手段を説明している。したがって、プロセスの全体効率を最大化する様式で炭素質原料を十分にガス化することができるシステム、および/または、プロセス全体を含むステップを提供することは、当該技術分野において著しい進歩となるであろう。 Prior art systems and processes have not fully addressed the challenges that must be dealt with continuously in response to changes. Some of these types of gasification systems describe means for coordinating the process of producing useful gases from gasification reactions. Accordingly, providing a system that can sufficiently gasify the carbonaceous feedstock in a manner that maximizes the overall efficiency of the process, and / or steps that involve the entire process, represents a significant advance in the art. I will.

この背景事情は、出願人が信じる既知の情報を、本発明と関連する可能性を持たせる目的で提供するものである。必ずしも承認を意図するものではなく、また、前述の情報のいずれも、本発明に対する先行技術を構成するものであると解釈されるべきでない。 This background is intended to provide known information believed by the applicant to have the potential to be relevant to the present invention. It is not necessarily intended to be approved and none of the foregoing information should be construed as constituting any prior art to the present invention.

本発明は、ガス化プロセスからの顕熱を回収して、システム内の使用および任意選択で外部装置のために再利用することによって、炭素質原料をガス化する効率を最適化するためのシステムを提供する。 The present invention is a system for optimizing the efficiency of gasifying a carbonaceous feedstock by recovering sensible heat from a gasification process and reusing it for use in the system and optionally for external equipment. I will provide a.

本発明は、高温ガスから回収された熱を再利用して、回収した熱をガス化装置に戻すシステムを提供する。具体的に、システムは、高温ガスを、加熱された流体と冷却されたガスを産生するように高温ガスからの熱が流体に移動する、ガスから流体への熱交換器に移動する手段と、加熱流体をガス化装置に移動する手段とを備える。加熱された流体は、ガス化反応を起こすために必要な熱を提供するように、ガス化装置に渡される。加熱された流体は、任意選択で、ガス化される原料を、直接的または間接的に、予熱または前処理するために使用することもできる。 The present invention provides a system that reuses the heat recovered from the hot gas and returns the recovered heat to the gasifier. Specifically, the system includes means for transferring the hot gas to a gas-to-fluid heat exchanger, wherein heat from the hot gas is transferred to the fluid to produce a heated fluid and a cooled gas; Means for moving the heated fluid to the gasifier. The heated fluid is passed to the gasifier to provide the heat necessary to cause the gasification reaction. The heated fluid can optionally be used to preheat or pretreat the raw material to be gasified, either directly or indirectly.

本発明の一実施形態に従い、システムは、システムの動作パラメータを監視するための検知要素と、ガス化装置を最適化するように、システム内の動作条件を調整するための応答要素と、も備え、応答要素は、検知要素から取得されるデータに応じてシステム内の動作条件を調整することによって、エネルギー産生を最大限にしながら、プロセスのエネルギー消費を最小限にすることによってガス化プロセスの効率を最適化する。 In accordance with one embodiment of the present invention, the system also includes a sensing element for monitoring system operating parameters and a response element for adjusting operating conditions within the system to optimize the gasifier. The efficiency of the gasification process by minimizing process energy consumption while maximizing energy production by adjusting the operating conditions in the system according to the data obtained from the sensing element To optimize.

本発明の一態様に従い、ガスから流体への熱交換器を使用して、ガス化プロセスによって産生された高温ガスから顕熱をガス化プロセスに戻して再利用することによって、炭素質原料のガス化プロセスの効率を改善するためのプロセスであって、ガスから流体への熱交換器を介して高温産生ガスを渡すステップと、ガスから流体への熱交換器を介して冷却流体を渡すステップと、冷却された産生ガス出口を介して、熱交換器から排出する冷却された産生ガスと、加熱された流体出口を介して熱交換器から排出する加熱された流体とを産生するように、ガスから流体への熱交換器を介して、高温産生ガスからの熱を冷却流体に移動するプロセスと、炭素質原料ガス化プロセスのために熱を提供するように加熱された流体を使用するステップと、を備えるプロセスが提供される。 In accordance with an aspect of the present invention, a carbonaceous feed gas is obtained by using a gas to fluid heat exchanger to recycle sensible heat from the hot gas produced by the gasification process back to the gasification process. A process for improving the efficiency of a gasification process, passing a hot product gas through a gas-to-fluid heat exchanger, and passing a cooling fluid through a gas-to-fluid heat exchanger; A gas to produce a cooled production gas exhausted from the heat exchanger via the cooled production gas outlet and a heated fluid exhausted from the heat exchanger via the heated fluid outlet A process for transferring heat from a hot product gas to a cooling fluid via a heat to fluid heat exchanger, and using a heated fluid to provide heat for the carbonaceous feed gasification process; , Process provided is provided.

本発明のこれらおよびその他の特徴は、添付の図面を参照する以下の詳細説明においてより明らかになる。 These and other features of the invention will become more apparent in the following detailed description with reference to the accompanying drawings.

本発明の一実施形態に従い、ガス化プロセスの高温ガス産物から回収される熱をガス化装置に戻して再利用するためのシステムの模式図である。1 is a schematic diagram of a system for reusing heat recovered from a hot gas product of a gasification process back to a gasifier in accordance with one embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態による、熱交換器および熱回収蒸気発生器を使用するガス化プロセスの合成ガス産物からの熱の回収のブロックフロー図である。FIG. 3 is a block flow diagram of heat recovery from a syngas product of a gasification process using a heat exchanger and a heat recovery steam generator, according to one embodiment of the invention. 本発明の一実施形態に従い、高温ガス産物を冷却するためのシステムの模式図で、ガス化プロセスのガス産物からの熱を回収するための熱交換器と、さらに産生ガスを冷却するためのクエンチステップを含む。1 is a schematic diagram of a system for cooling a hot gas product, in accordance with an embodiment of the present invention, a heat exchanger for recovering heat from the gas product of the gasification process, and a quench for further cooling the product gas Includes steps. 本発明の一実施形態に従い、ガスから空気への熱交換器の機能要件を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating functional requirements of a gas to air heat exchanger according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、ガスから空気への熱交換器を描写した概略図である。1 is a schematic diagram depicting a gas to air heat exchanger according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態に従い、ガスから空気への熱交換器を表す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating a gas to air heat exchanger according to one embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態に従い、コンバータとその多様な投入の模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a converter and its various inputs, according to one embodiment of the present invention. 本発明の多様な実施形態に従い、熱回収蒸気発生器の産生ガスからの熱回収によって産生される交換/蒸気の可能な最終用途を表す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating possible end uses of exchange / steam produced by heat recovery from the product gas of a heat recovery steam generator, in accordance with various embodiments of the present invention. 本発明の一実施形態による、交換空気をコンバータへ移送するための配管システムを示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a piping system for transferring replacement air to a converter according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、システム内における高レベル概念の種々の温度制御を描写した概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram depicting various temperature controls of a high level concept in a system, according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に従い、ガス流/圧制御サブシステムの高レベル図を表す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a high level view of a gas flow / pressure control subsystem, in accordance with one embodiment of the present invention. 本発明の種々の実施形態の概要を描写したブロックフロー図である。FIG. 3 is a block flow diagram depicting an overview of various embodiments of the present invention. 本発明の一実施形態に従う、ガス化装置の一実施形態の断面図で、原料投入部、ガス出口、固体残渣出口、および交換空気入口の場所の詳細を表す。FIG. 3 is a cross-sectional view of one embodiment of a gasifier according to one embodiment of the present invention, showing details of the location of the raw material input, gas outlet, solid residue outlet, and exchange air inlet. ガス化装置の一実施形態の中心縦方向の断面図で、原料入口、ガス出口およびエアボックスの場所を詳細に表す。1 is a cross-sectional view in the center longitudinal direction of one embodiment of a gasifier showing in detail the location of the raw material inlet, gas outlet and air box. 図13に示されたガス化装置のエアボックス組み立てを詳細に表す図である。It is a figure showing in detail the air box assembly of the gasifier shown by FIG.

発明の詳細Details of the invention

別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術および科学的用語は、本発明が帰属する分野の当業者によって一般的に理解される用語と同一の意味を有する。 Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

本願において使用する場合、「約」という用語は、公称値から+/−10%の変動のことをいう。そのような変動は、具体的に言及されているか否かにかかわらず、本願において提供されるあらゆる所与の値に常に含まれることを理解されたい。 As used herein, the term “about” refers to a +/− 10% variation from the nominal value. It should be understood that such variations are always included in any given value provided in this application, whether or not specifically mentioned.

本発明の目的において、合成ガスという用語は、ガス化プロセスの産物を指し、メタン、窒素および水蒸気に加えて、一酸化炭素、水素、および二酸化炭素を含むことができる。 For the purposes of the present invention, the term synthesis gas refers to the product of the gasification process and can include carbon monoxide, hydrogen, and carbon dioxide in addition to methane, nitrogen and water vapor.

本明細書において使用されるように、「交換空気」という用語は、本発明に従い、ガスから空気への熱交換器を使用して、産生ガスからの顕熱を使用して加熱された後の空気を指す。本明細書に説明されているシステムを使用して、酸素または富化空気を含むがこれらに限定されない空気以外のガスを加熱することは、本発明の範囲内である。 As used herein, the term “exchanged air” is used in accordance with the present invention after being heated using sensible heat from product gas using a gas-to-air heat exchanger. Refers to air. It is within the scope of the present invention to use the system described herein to heat a gas other than air, including but not limited to oxygen or enriched air.

本明細書に使用されているように、「コンバータ」という用語は、炭素質原料を、産生ガスとも称される、未加工の合成ガス産物に変換するための装置を指す。コンバータは、ガス化装置とプラズマガス改質装置を含む。 As used herein, the term “converter” refers to an apparatus for converting a carbonaceous feedstock into a raw syngas product, also referred to as product gas. The converter includes a gasifier and a plasma gas reformer.

本明細書に使用されているように、「(炭素質)原料」という用語は、本ガス化プロセスにおいてガス化するために適切な任意の炭素質材料が可能であり、任意の廃棄材料、石炭(石炭発電には適切ではない、低級の高硫黄石炭を含む)、石油コークス、重油、バイオマス、下水汚泥、紙パルプ工場からの汚泥および農業廃棄物を含む可能性があるが、これらに限定されない。ガス化に最適な廃棄材料は、都市廃棄物、産業活動によって産生された廃棄物(塗装汚泥、不良塗装製品、使用済み吸着剤)、自動車のパンクした使用済みタイヤや生物医学廃棄物等の有害および無害両方の廃棄物、再利用不可能なプラスチック、下水汚泥、石炭、重油、石油コークス、重油精製残留物、精製廃棄物、単価水素汚染固体廃棄物およびバイオマスなどの再利用には不適切な炭素質材料、農業廃棄物、タイヤ、有害廃棄物、工業廃棄物およびバイオマスを含む。ガス化に有用なバイオマスの例は、廃棄または未使用木材、果実、野菜および穀物加工の残骸、紙工場の残留物、わら、草および有機質肥料を含むがこれらに限定されない。 As used herein, the term “(carbonaceous) feedstock” can be any carbonaceous material suitable for gasification in the gasification process, such as any waste material, coal May include, but is not limited to, petroleum coke, heavy oil, biomass, sewage sludge, sludge from pulp and paper mills and agricultural waste (not suitable for coal power generation, including lower high sulfur coal) . The most suitable waste materials for gasification are hazardous waste such as municipal waste, waste produced by industrial activities (painted sludge, poorly painted products, used adsorbents), used tires punctured by automobiles, and biomedical waste Unsuitable for recycling both non-hazardous and harmless plastics, non-reusable plastics, sewage sludge, coal, heavy oil, petroleum coke, heavy oil refining residue, refined waste, unit price hydrogen-contaminated solid waste and biomass Includes carbonaceous materials, agricultural waste, tires, hazardous waste, industrial waste and biomass. Examples of biomass useful for gasification include, but are not limited to, waste or unused wood, fruits, vegetables and grain processing debris, paper mill residues, straw, grass and organic fertilizers.

本願において使用する場合、「産生ガス」という用語は、概して、汚染物質を除去するように指定されたプロセスによる冷却および清浄の前に、ガス化施設によって生成されたガスを意味する。ガス化施設の設計に応じて、例えば、生オフガス、生合成ガス、再形成されたオフガス、または再形成された合成ガスのことをいうために使用される場合がある。 As used herein, the term “product gas” generally refers to the gas produced by a gasification facility prior to cooling and cleaning by a process designated to remove contaminants. Depending on the design of the gasification facility, it may be used, for example, to refer to raw offgas, raw syngas, reformed offgas, or reformed syngas.

本明細書に使用されているように、「ガスから空気への熱交換器」および「ガス熱交換器」の用語は同義に使用可能で、高温ガス産物からの顕熱を空気に移動するために使用される熱交換器を指す。 As used herein, the terms “gas to air heat exchanger” and “gas heat exchanger” can be used interchangeably to transfer sensible heat from a hot gas product to air. Refers to the heat exchanger used in

「検知要素」は、プロセス、プロセス入力またはプロセス出力の特性を検知するように構成されたシステムの任意の要素を記述するために定義され、当該特性は、システムの1つ以上の局部、領域または全体的なプロセスの監視、調整および/または制御において有用な特性値によって表現することができる。検知要素は、システム内の任意の指定時点の材料の組成および/または性質およびシステム内で使用される任意のプロセス装置の任意の動作特徴に加えて、プロセス、流体および/または材料の温度、圧力、流れ、組成および/またはその他の特性、を検知するためのセンサ、検出器、監視装置、分析装置、またはこれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない。 A “sensing element” is defined to describe any element of a system that is configured to sense a process, process input, or process output characteristic, wherein the characteristic is one or more local, area, or It can be expressed by characteristic values useful in overall process monitoring, adjustment and / or control. The sensing element is a process, fluid and / or material temperature, pressure, in addition to the composition and / or nature of the material at any specified time in the system and any operational characteristics of any process equipment used in the system. Including, but not limited to, sensors, detectors, monitoring devices, analytical devices, or any combination thereof, for sensing flow, composition and / or other properties.

「応答要素」は、1つ以上の規定済みまたは演算された制御パラメータに応じて、動作的に関連付けられているプロセス装置を動作するために、検知された特性に応答するように構成されたシステムの任意の要素を記述するために定義され、1つ以上の制御パラメータは、望ましいプロセス結果を提供するように定義される。応答要素は、1つ以上の制御パラメータに基づいて、物理的作用を装置に行わせるように構成可能なドライバ、静的および動的に可変の動力源、誘導因子、およびその他任意の要素を含むことができるが、これらに限定されない。応答要素は、多様なプロセス装置に動作可能に連結することができる。プロセス装置は、材料投入メカニズム、プラズマ熱源、添加物投入手段、ガスブロワ、添加物投入ブロワ、ガス流調整装置、添加物投入流調整装置、固体残渣コンディショナ添加物投入調子エ装置およびプラズマ熱源調整装置、および、任意の局部、領域および/または全体的なプロセスに影響を与えるように動作可能なプロセス装置を含むことができるが、これらに限定されない。 A “response element” is a system configured to respond to sensed characteristics to operate an operatively associated process device in response to one or more predefined or computed control parameters And one or more control parameters are defined to provide the desired process results. Responsive elements include drivers, static and dynamically variable power sources, inducers, and any other elements that can be configured to cause the device to perform physical actions based on one or more control parameters. Can be, but is not limited to. The response element can be operatively coupled to a variety of process devices. Process equipment includes material input mechanism, plasma heat source, additive input means, gas blower, additive input blower, gas flow adjustment device, additive input flow adjustment device, solid residue conditioner additive input conditioner and plasma heat source adjustment device And process equipment operable to affect any local, regional and / or overall process may include, but is not limited to.

本発明は、エネルギー産生を最大限にしながらもプロセスのエネルギー消費を最小限にすることによって、炭素質原料をガス状産物にガス化するプロセスの効率を最適化するためのシステムを提供する。具体的には、本発明は、ガス化プロセスからの顕熱が効率的に回収され、回収された熱がシステム内の1つ以上のプロセス、および任意選択でシステム外部のプロセスに移動する、ガス化装置と使用するための熱再利用システムを提供する。 The present invention provides a system for optimizing the efficiency of a process for gasifying a carbonaceous feedstock into a gaseous product by minimizing process energy consumption while maximizing energy production. Specifically, the present invention provides a gas in which sensible heat from a gasification process is efficiently recovered, and the recovered heat is transferred to one or more processes in the system, and optionally to processes outside the system. A heat recycling system for use with a combustor is provided.

システムは、高温産生ガスからの熱を回収するための熱交換器を備え、熱交換器は、産生ガスからの顕熱を適切な流体に移動する。本熱交換プロセスに最適な流体は、空気、水、油または窒素または二酸化炭素等のその他のガスを含むが、これらに限定されない。具体的には、システムは、ガス化プロセスの高温産生ガスをガスから流体への熱交換器に移動するための導管システムを備え、高温産生ガスからの熱は、加熱された流体と冷却された産生ガスを産生するように流体に移動する。システムは、さらに、加熱した流体をガス化プロセスに移動するための別の導管システムを備える。 The system includes a heat exchanger for recovering heat from the hot product gas, which transfers the sensible heat from the product gas to the appropriate fluid. Optimal fluids for the heat exchange process include, but are not limited to, air, water, oil or other gases such as nitrogen or carbon dioxide. Specifically, the system comprises a conduit system for transferring the hot product gas of the gasification process to a gas-to-fluid heat exchanger, wherein the heat from the hot product gas is cooled with the heated fluid. Move to fluid to produce product gas. The system further comprises another conduit system for transferring the heated fluid to the gasification process.

一実施形態では、ガスから流体への熱交換器は、ガスから空気への熱交換機であり、加熱された交換空気を産生するように、熱が産生ガスから空気に移動する。一実施形態では、ガスから流体への熱交換器は、熱回収蒸気発生器で、熱湯または蒸気を産生するように、熱が水に移動する。 In one embodiment, the gas-to-fluid heat exchanger is a gas-to-air heat exchanger where heat is transferred from the product gas to the air so as to produce heated exchange air. In one embodiment, the gas-to-fluid heat exchanger is a heat recovery steam generator where heat is transferred to the water to produce hot water or steam.

本発明の一実施形態に従い、図1に模式的に表されているように、ガス化反応を起こすために、ガス化プロセス中に産生された熱をコンバータ1000に戻すための熱再利用システム5000が提供される。本実施形態において、これは、加熱された空気産物(以下、交換空気5015と称する)と、冷却された産生ガス5025とを産生するために、ガスから空気への熱交換器5100のコンバータ1000で産生される高温産生ガス5020からの熱で、空気5010を加熱し、加熱された交換空気5015をコンバータ1000に戻すことにより、実現される。 In accordance with one embodiment of the present invention, a heat recycling system 5000 for returning the heat produced during the gasification process back to the converter 1000 to cause a gasification reaction, as schematically represented in FIG. Is provided. In this embodiment, this is done in the converter 1000 of the gas-to-air heat exchanger 5100 to produce a heated air product (hereinafter referred to as exchange air 5015) and a cooled product gas 5025. This is realized by heating the air 5010 with the heat from the high-temperature production gas 5020 to be produced and returning the heated exchange air 5015 to the converter 1000.

従って、回収された顕熱がガス化プロセスに戻された再利用されて、原料の乾燥、揮発およびガス化のステップのために、外部エネルギー源から必要なエネルギー入力量が削減されるので、このシステムによってエネルギー効率が最適化される。また、回収された顕熱は、規定の産生ガス品質を達成するために必要なプラズマ熱量を最小限にする作用もある。このように、本発明によって、炭素質原料の効率的なガス化が可能になり、ガス化に必要な熱は高温の交換空気によって提供され、交換空気は、高温産生ガスから回収される顕熱を使用して加熱される。 Therefore, the recovered sensible heat is recycled back into the gasification process, reducing the amount of energy input required from external energy sources for the raw material drying, volatilization and gasification steps. The system optimizes energy efficiency. The recovered sensible heat also has the effect of minimizing the amount of plasma heat required to achieve the specified product gas quality. As described above, the present invention enables efficient gasification of a carbonaceous raw material, and heat necessary for gasification is provided by high-temperature exchange air, and the exchange air is sensible heat recovered from the high-temperature production gas. Is heated using.

産生ガスから加熱された交換空気に移動する顕熱は、ガス化プロセスの加熱装置だけでなく、外部の加熱装置のためにも使用することが可能である。 The sensible heat transferred from the product gas to the heated exchange air can be used not only for the heating device of the gasification process but also for an external heating device.

例えば、加熱された交換空気は、ガス化される原料を予熱または前処理するために直接的または間接的に使用することが可能である。直接的な加熱/前処理ステップの場合、交換空気は、加熱および/または湿気を除去するために原料を直接通過する。間接的な加熱/前処理ステップの場合、熱は、加熱された交換空気から油(あるいは蒸気を発生するように水)に移動して、加熱された油(または蒸気産物)は、原料乾燥器/予熱器の壁を加熱するために使用される。どの場合でも、顕熱の再利用によって、これらの加熱装置に必要なエネルギー入力量が最小限になる。 For example, heated exchange air can be used directly or indirectly to preheat or pretreat the gasified feed. In the case of a direct heating / pretreatment step, the exchange air passes directly through the raw material to remove heat and / or moisture. In the case of an indirect heating / pretreatment step, heat is transferred from the heated exchange air to oil (or water to generate steam), and the heated oil (or steam product) is fed into the feed dryer. / Used to heat the preheater wall. In any case, the reuse of sensible heat minimizes the amount of energy input required for these heating devices.

従って、加熱された交換空気からの熱を対象の任意の作用流体に移動することは、本発明の範囲内である。対象の作用流体は、油、水または窒素または二酸化炭素等の別のガスを含むが、これらに限定されない。熱が空気以外の作用流体に移動する場合、適切な熱交換システムが使用される。 Therefore, it is within the scope of the present invention to transfer heat from the heated exchange air to any working fluid of interest. The working fluid of interest includes, but is not limited to, oil, water or another gas such as nitrogen or carbon dioxide. If heat is transferred to a working fluid other than air, a suitable heat exchange system is used.

ガスから空気への熱交換機において熱が回収された後、当分野において知られているように、産生ガスは、冷却されていても、フィルタリングやコンディショニングステップを受けるにはまだ過度の熱を含む場合がある。従って、本発明は、任意選択的に、以降のフィルタリングやコンディショニングステップの前に、産生ガスをさらに冷却するステップも提供する。 After heat is recovered in a gas-to-air heat exchanger, as is known in the art, the product gas may be cooled but still contain excessive heat to undergo a filtering or conditioning step There is. Thus, the present invention also optionally provides a step of further cooling the product gas prior to subsequent filtering and conditioning steps.

図2に示された実施形態では、熱再利用システム5001は、加熱空気産物(以下、交換空気5015という)および部分的に冷却された産生ガス5023を産生するように、ガスから空気への熱交換器5102の高温産生ガス5020からの熱で、空気5010を加熱して、加熱された交換空気をコンバータ1000に戻す。 In the embodiment shown in FIG. 2, the heat recycling system 5001 heats gas to air to produce a heated air product (hereinafter referred to as exchange air 5015) and a partially cooled product gas 5023. Heat from the hot product gas 5020 in the exchanger 5102 heats the air 5010 and returns the heated exchange air to the converter 1000.

熱再利用システム5001は、部分的に冷却された産生ガス5023が、ガスから空気への熱交換器5102を通過した後、産生ガスから追加の熱を回収するためのサブシステムも含む。従って、システム5001は、熱回収蒸気発生器5302をさらに備えるので、産生ガスから回収される追加の熱が、水5030を蒸気(交換蒸気5035という)に変換するために使用されて、完全に冷却された産生ガス産物5025も産生する。 The heat recycling system 5001 also includes a subsystem for recovering additional heat from the product gas after the partially cooled product gas 5023 passes through the gas-to-air heat exchanger 5102. Thus, the system 5001 further comprises a heat recovery steam generator 5302 so that additional heat recovered from the product gas is used to convert water 5030 into steam (referred to as exchange steam 5035) and is completely cooled. The produced product gas product 5025 is also produced.

熱回収蒸気発生器において産生される交換蒸気は、蒸気タービン等の下流側のエネルギー発生器の駆動に使用および/または直接駆動タービンにおいて使用することが可能、および/またはガス化プロセスに追加することが可能である。また、交換蒸気は、例えば、タールサンドからの石油の抽出、または、局所的な加熱用途など、その他のシステムに使用することも可能である。またはそれぞれの目的に応じて地域の産業クライアントに提供することも可能である。一実施形態では、産生ガスからの熱を使用して産生された蒸気は、飽和蒸気である。別の実施形態では、産生ガスからの熱を使用して産生された蒸気は、過熱蒸気で、水と産生ガスの間または飽和蒸気と産生ガスの間のいずれかの熱交換によって直接的に産生することが可能である。 Exchange steam produced in a heat recovery steam generator can be used to drive a downstream energy generator such as a steam turbine and / or used in a direct drive turbine and / or added to a gasification process Is possible. The exchange steam can also be used in other systems such as, for example, petroleum extraction from tar sands or local heating applications. Or it can be provided to local industrial clients according to their respective purposes. In one embodiment, the steam produced using heat from the product gas is saturated steam. In another embodiment, the steam produced using heat from the product gas is superheated steam, produced directly by heat exchange either between water and product gas or between saturated steam and product gas. Is possible.

本発明のシステムは、原料が高温の未加工のガス状産物に変換(オフガス中間物を経由して)されるコンバータとの使用のためのシステムである。本発明とともに使用するための典型的なコンバータは、ガス化する原料を投入するための原料入口と、ガス化プロセスを促進するために加熱された交換空気を提供するための1つ以上の交換空気入口と、高温産生ガス出口と、任意選択的に1つ以上のプロセス添加物入口と、を備える。また、コンバータは、ガス化プロセスのオフガス中間物を未加工の産生ガスに変換するために、1つ以上のプラズマ熱源も備える。 The system of the present invention is a system for use with a converter where the feed is converted (via an off-gas intermediate) to a hot raw gaseous product. A typical converter for use with the present invention comprises a feed inlet for introducing feed to be gasified and one or more exchange air for providing heated exchange air to facilitate the gasification process. An inlet, a hot product gas outlet, and optionally one or more process additive inlets. The converter also includes one or more plasma heat sources to convert off-gas intermediates of the gasification process into raw product gas.

システムが、ガスから空気への熱交換器の通過後に部分的に冷却された産生ガスから追加の熱を回収するためのシステムを含まない場合、コンディショニング前に産生ガスをさらに冷却するための別のシステムが提供される場合がある。一実施形態において、図3に示されているようにシステム5003は、部分的に冷却された産生ガス5023と加熱された交換空気5015を産生するガスから空気への熱交換器5013において高温の産生ガス5020を冷却することに加えて、コンディショニング前に産生ガスをさらに冷却するための乾燥クエンチステップ6103も備える。乾燥クエンチステップは、以降のフィルタリングとコンディショニングステップに必要となる場合があるように、冷却された産生ガス5025を提供するように、霧状の水6030の制御量の追加によって、産生ガスからの余分な熱を除去するために提供される。コンディショニング前の産生ガスをさらに冷却するために適切なシステムを選択することは、当業者の知識範囲内である。 If the system does not include a system for recovering additional heat from the partially cooled product gas after passing through the gas-to-air heat exchanger, another system for further cooling the product gas before conditioning A system may be provided. In one embodiment, as shown in FIG. 3, system 5003 produces high temperature production in a gas-to-air heat exchanger 5013 that produces partially cooled production gas 5023 and heated exchange air 5015. In addition to cooling gas 5020, a dry quench step 6103 is also provided to further cool the product gas prior to conditioning. The dry quench step is extra from the product gas by adding a controlled amount of atomized water 6030 to provide a cooled product gas 5025 as may be required for subsequent filtering and conditioning steps. Provided to remove heat. It is within the knowledge of those skilled in the art to select an appropriate system to further cool the product gas prior to conditioning.

本発明の一実施形態に従い、本システムは、システムの動作パラメータを監視するための検知要素と、ガス化装置を最適化するように、システム内の動作条件を調整するための応答要素とを備える制御サブシステムも備え、応答要素は、検知要素から取得されるデータに応じてシステム内の動作条件を調整することによって、エネルギー産生を最大限にしながら、プロセスのエネルギー消費を最小限にすることによってガス化プロセスの効率を最適化する。 In accordance with one embodiment of the present invention, the system comprises a sensing element for monitoring system operating parameters and a response element for adjusting operating conditions within the system to optimize the gasifier. It also includes a control subsystem, and the response element adjusts the operating conditions in the system according to the data obtained from the sensing element, thereby maximizing energy production while minimizing process energy consumption Optimize the efficiency of the gasification process.

また、制御サブシステムは、産生された産生ガスの組成(つまり加熱値)を最適化するために、および、任意選択で、システムが安全な動作パラメータ内で維持されていることを確実にするために使用することもできる。 The control subsystem also optimizes the composition of the produced product gas (ie heating value) and, optionally, ensures that the system is maintained within safe operating parameters. Can also be used.

熱交換器

本発明は、ガス化反応を促進するように、ガス化プロセス中に産生された熱をガス化装置に戻すためのシステムを提供する。これは、熱交換システム(例えば、ガスから流体への熱交換器)を使用して、高温の産生ガスから顕熱を回収して産生ガスからの熱を適切な作用流体に移動し、加熱された流体と冷却された産生ガスを産生することによって、実現することが可能である。一実施形態において、ガスから流体への熱交換器で産生された加熱流体は、ガス化装置に送り戻される。
Heat exchanger

The present invention provides a system for returning heat generated during the gasification process back to the gasifier to facilitate the gasification reaction. It uses a heat exchange system (eg, a gas-to-fluid heat exchanger) to recover sensible heat from the hot product gas and transfer the heat from the product gas to the appropriate working fluid and be heated. Can be achieved by producing a fresh fluid and a cooled product gas. In one embodiment, the heated fluid produced in the gas-to-fluid heat exchanger is sent back to the gasifier.

一実施形態において、ガスから流体への熱交換器は、1つ以上のガスから空気への熱交換器を備える。 In one embodiment, the gas to fluid heat exchanger comprises one or more gas to air heat exchangers.

ガスから空気への熱交換器の機能要件は、図4Aに示されているが、高温の産生ガス5020と空気5010は、ガスから空気への熱交換器5104Aをそれぞれ通過するので、顕熱は高温の産生ガス5020から空気5010(プロセス空気ブロワ5012によって送られる)に移動して、加熱された交換空気5015と冷却された産生ガス5025を提供する。 The functional requirements of a gas-to-air heat exchanger are shown in FIG. 4A, but the hot product gas 5020 and air 5010 pass through the gas-to-air heat exchanger 5104A, respectively, so sensible heat is Moving from hot product gas 5020 to air 5010 (sent by process air blower 5012), heated exchange air 5015 and cooled product gas 5025 are provided.

本システムでは、シェルアンドチューブ熱交換器、どちらも直線型単一パス設計およびU字管、複数パス設計、および板式熱交換器など、多種の熱交換器を使用することができる。適切な熱交換器の選択は、当業者の知識内である。 The system can use a variety of heat exchangers, including shell and tube heat exchangers, both straight single pass designs and U-tubes, multiple pass designs, and plate heat exchangers. The selection of a suitable heat exchanger is within the knowledge of those skilled in the art.

産生ガス内には、一部の粒子状物質が存在するので、ガスから空気への熱交換器5104Aは、高レベルの粒子負荷専用に設計されている。粒子サイズは、典型的に、0.5から100ミクロンである。図4Bに示されている一実施形態においては、熱交換器は、単一パス垂直流熱交換器5104Bで、産生ガス5020は、管側に流れ込み、空気5010はシェル側を流れる。単一パス垂直流の実施形態においては、産生ガス5020は、「ワンスルー」設計において垂直に流れるので、粒子物質の積層または侵食が発生する可能性がある面積が最小限になる。 Since some particulate matter is present in the product gas, the gas-to-air heat exchanger 5104A is designed specifically for high level particle loading. The particle size is typically 0.5 to 100 microns. In one embodiment shown in FIG. 4B, the heat exchanger is a single pass vertical flow heat exchanger 5104B, with product gas 5020 flowing into the tube side and air 5010 flowing in the shell side. In a single pass vertical flow embodiment, the product gas 5020 flows vertically in a “one-through” design, minimizing the area where particulate material buildup or erosion can occur.

産生ガスの速度は、侵食を最小限にしながら、自己清浄に十分な高速度を保つことが必要である。一実施形態においては、ガス速度は、3000から5000m/分の間である。通常の流量条件では、ガス速度は約3800m/分から約4700m/分である。 The rate of product gas needs to be kept high enough for self-cleaning while minimizing erosion. In one embodiment, the gas velocity is between 3000 and 5000 m / min. Under normal flow conditions, the gas velocity is from about 3800 m / min to about 4700 m / min.

空気の入力温度と高温産生ガスの顕著な差のために、ガスから空気への熱交換器の各管は、管破裂を回避する個別の膨張ベローズを有することが好ましい。単一管が詰まって、管束の残り部分が膨張/収縮しなくなると、管破裂が発生する場合がある。プロセス空気圧が産生ガス圧を超える場合の実施形態においては、ガス混合物に進入する空気によって発生する問題のために、管破裂は非常に危険である。 Because of the significant difference between the air input temperature and the hot product gas, each tube of the gas-to-air heat exchanger preferably has a separate expansion bellows that avoids tube rupture. If a single tube becomes clogged and the rest of the tube bundle does not expand / contract, tube rupture may occur. In embodiments where the process air pressure exceeds the product gas pressure, tube rupture is very dangerous due to problems caused by air entering the gas mixture.

本発明の実施形態においては、システムは、間欠的に、つまり、所望に応じて多数の開始と終了に応じて、稼動する。従って、機器は、繰り返される温度膨張および収縮に耐えるように設計することが重要である。 In an embodiment of the present invention, the system operates intermittently, that is, in response to multiple starts and ends as desired. Therefore, it is important that the instrument be designed to withstand repeated temperature expansion and contraction.

管の漏れからの危険性を最小限にするために、本発明のシステムは、図5に示されているように、1つ以上の個別の温度トランスミッタをさらに備える。例えば、温度トランスミッタ5581は、産生ガス入口5521に配置され、温度トランスミッタ5582は、ガスから空気への熱交換器の産生ガス出口5526に配置され、また、温度トランスミッタ5583は、交換空気出口5517に配置される。温度トランスミッタが、ガスから空気への熱交換器5105の産生ガス出口5526に関連付けられている場合、温度トランスミッタは、交換空気が産生ガス導出に漏れている場合に、燃焼による温度上昇を検知するように配置される。このような温度上昇が検知されると、酸素源を排除するように、プロセス空気ブロワ5012が自動的に停止する。 To minimize the risk from tube leaks, the system of the present invention further comprises one or more individual temperature transmitters, as shown in FIG. For example, the temperature transmitter 5581 is located at the product gas inlet 5521, the temperature transmitter 5582 is located at the product gas outlet 5526 of the gas to air heat exchanger, and the temperature transmitter 5583 is located at the exchange air outlet 5517. Is done. If a temperature transmitter is associated with the product gas outlet 5526 of the gas-to-air heat exchanger 5105, the temperature transmitter will detect a temperature rise due to combustion if the exchange air is leaking into the product gas derivation. Placed in. When such a temperature rise is detected, the process air blower 5012 automatically stops so as to eliminate the oxygen source.

温度トランスミッタが、ガスから空気への熱交換器5105の交換空気出口5517に関連付けられている場合、この温度トランスミッタは、交換空気の温度が必ずガス化プロセスに必要な温度の設定範囲内を超えないように使用される。原料が過熱する可能性があるので、ガス化プロセスに加熱された交換空気を過剰に(あるいは高温すぎる交換空気)提供することを回避するために、過剰な交換空気を大気に放出するように、制御弁5590が開く。 If a temperature transmitter is associated with the exchange air outlet 5517 of the gas-to-air heat exchanger 5105, the temperature transmitter does not necessarily exceed the temperature setting range required for the gasification process. As used. In order to avoid providing excessive (or too hot exchange air) heated exchange air to the gasification process as the feedstock can overheat, so as to release excess exchange air to the atmosphere, Control valve 5590 opens.

さらに、必要に応じて、計測、検知および保守、さらに、導管の修理および/または清浄のためのポートがある熱交換機が提供される。 In addition, a heat exchanger is provided with ports for metering, sensing and maintenance, as well as conduit repair and / or cleaning, if desired.

一実施形態では、ガスから流体への熱交換器は熱回収蒸気発生器で、交換蒸気を発生するために回収した熱を使用する。一実施形態では、水は、低温蒸気の形で熱交換器に提供される。別の実施形態では、産生された交換蒸気は飽和または過熱蒸気である。 In one embodiment, the gas-to-fluid heat exchanger is a heat recovery steam generator that uses the recovered heat to generate exchange steam. In one embodiment, the water is provided to the heat exchanger in the form of cold steam. In another embodiment, the exchange steam produced is saturated or superheated steam.

従って、産生された交換蒸気は、ガス化プロセスのためのプロセス蒸気添加剤として使用すること、あるいは、発電タービンを駆動、または、例えば、ガスブロワなどの回転プロセス設備を駆動するために使用することが可能である。 Thus, the produced exchange steam can be used as a process steam additive for a gasification process, or used to drive a power generation turbine or to drive a rotating process facility such as a gas blower. Is possible.

発電または回転プロセス設備を駆動する変換プロセスで使用されない蒸気は、局所的な加熱用途などのその他の商用目的またはタールサンドからの石油の抽出を改善するために使用することができる。また、交換蒸気は、原料コンディショナの原料を間接的に加熱して、コンバータのガス化前に原料を乾燥するために使用することが可能である。 Steam that is not used in the conversion process that drives the power generation or rotating process equipment can be used for other commercial purposes such as local heating applications or to improve the extraction of petroleum from tar sands. The exchange steam can also be used to indirectly heat the raw material of the raw material conditioner and dry the raw material before gasifying the converter.

本発明のシステムの一実施形態において採用された熱回収蒸気発生器は、シェルアンドチューブ熱交換器で、産生ガスは、管を垂直に流れて、水はシェル側で沸騰する。 The heat recovery steam generator employed in one embodiment of the system of the present invention is a shell and tube heat exchanger where the product gas flows vertically through the tube and the water boils on the shell side.

熱回収蒸気発生器のための熱交換システムは、一部の粒子物質が産生ガスに存在するだろうということを理解して設計された。ここでも、産生ガスの速度は、侵食を最小限にしながら、管の自己清浄に十分な高速で維持される。 The heat exchange system for the heat recovery steam generator was designed with the understanding that some particulate matter would be present in the product gas. Again, the product gas velocity is maintained at a high enough rate to self-clean the tube while minimizing erosion.

本システムで使用するコンバータ

本システムは、原料をガス状産物に変換するためのコンバータを含む。この変換は、原料のガス化と中間のガス状産物の改質を経て発生する。原料のガス化段階は、i)残渣湿気を排除するように原料の乾燥、ii)炭化中間物を産生するように乾燥原料の揮発性構成物質の揮発、およびiii)炭化物からオフガスと灰に変換、を含む。従って、ガス化プロセスのガス状産物は、揮発性抗生物質とオフガスを含み、これらは、任意選択で、ガス状産物を提供する改質ステップを受ける。一実施形態において、改質ステップは、プラズマ支援の改質ステップである。
Converter used in this system

The system includes a converter for converting the feedstock into a gaseous product. This conversion occurs through the gasification of the raw material and the modification of the intermediate gaseous product. The raw material gasification stage consists of i) drying the raw material to eliminate residual moisture, ii) volatilizing the volatile constituents of the dry raw material to produce carbonized intermediates, and iii) converting the carbides to off-gas and ash. ,including. Thus, the gaseous products of the gasification process include volatile antibiotics and off-gas, which are optionally subjected to a reforming step that provides the gaseous products. In one embodiment, the modification step is a plasma assisted modification step.

従って、コンバータは、少なくとも1つの原料入口、1つ以上の交換空気入口、ガス出口および固体残渣出口を有する、耐火性チャンバを備える。また、コンバータは、任意選択で、1つ以上のプロセス添加剤入口と1つ以上のプラズマ熱源を備える。 The converter thus comprises a refractory chamber having at least one feed inlet, one or more exchange air inlets, a gas outlet and a solid residue outlet. The converter also optionally includes one or more process additive inlets and one or more plasma heat sources.

一実施形態において、コンバータは、水平方向に配置されたガス化装置で、原料はガス化装置の一端に配置された原料入口を介してガス化装置に入れられる。原料は、ガス化装置の反対側の一端に配置された固体残渣出口に向かって移動するように、ガス化を受ける。 In one embodiment, the converter is a gasifier arranged in a horizontal direction, and the raw material is fed into the gasifier through a raw material inlet located at one end of the gasifier. The raw material is subjected to gasification so as to move toward a solid residue outlet disposed at one end on the opposite side of the gasifier.

また、ガス化プロセスは、当業者に知られているように、いくつかの標準ガス化装置のうちの1つで実行することもできる。当業者に知られているガス化装置の例は、同伴流反応容器、流動床反応器、および、回転炉反応器を含むがこれらに限定されない。これらの各々は、固体、粒子、スラリー、液体、ガス、またはこれらの組み合わせの形状の原料を受容するように適合される。ガス化装置は、広範囲の長さ対直径比率を有することが可能で、縦方向または水平方向のいずれかに配向することが可能である。 The gasification process can also be performed in one of several standard gasifiers, as is known to those skilled in the art. Examples of gasifiers known to those skilled in the art include, but are not limited to, entrained flow reactors, fluidized bed reactors, and rotary furnace reactors. Each of these is adapted to receive a raw material in the form of a solid, particle, slurry, liquid, gas, or a combination thereof. The gasifier can have a wide range of length to diameter ratios and can be oriented in either the longitudinal or horizontal direction.

本発明に従い、これらの実施形態の各々において、ガス化プロセスは、適切に適合された加熱流体入口を介して加熱された流体を導入することによって、促進される。一実施形態においては、ガス化プロセスは、交換空気入口を介して加熱された交換空気を導入することによって、促進される。 In accordance with the present invention, in each of these embodiments, the gasification process is facilitated by introducing a heated fluid through a suitably adapted heated fluid inlet. In one embodiment, the gasification process is facilitated by introducing heated exchange air through the exchange air inlet.

本発明に従い、加熱された流体は、独立した加熱流体の送給および分配システムを介して、ガス化装置の異なる領域の必要に応じて、提供される。 In accordance with the present invention, heated fluid is provided as needed in different areas of the gasifier via independent heated fluid delivery and distribution systems.

一実施形態において、加熱された流体の送給および分配システムは、加熱された交換空気がガス化領域に導入することを可能にする交換空気入口を備える。 In one embodiment, the heated fluid delivery and distribution system includes an exchange air inlet that allows heated exchange air to be introduced into the gasification region.

これらの入口は、原料のガス化を開始して進めるように、コンバータを介して加熱された交換空気を分配するように、コンバータ内に配置される。一実施形態では、交換空気入口は、ガス化装置の底面に配置された穿孔を備える。一実施形態では、交換空気入口は、ガス化装置の壁面に配置された穿孔を備える。 These inlets are arranged in the converter so as to distribute heated exchange air through the converter so as to start and advance the gasification of the feedstock. In one embodiment, the replacement air inlet comprises perforations disposed on the bottom surface of the gasifier. In one embodiment, the replacement air inlet comprises perforations disposed on the wall of the gasifier.

一実施形態では、交換空気入口は、各領域に、高温の交換空気がその領域のコンバータの床面にある穿孔から通過できる、個別のエアボックスを備える。一実施形態では、交換空気入口は、各領域の個別に制御されたスパージャである。 In one embodiment, the replacement air inlet comprises a separate air box in each region through which hot replacement air can pass from perforations in the converter floor of that region. In one embodiment, the replacement air inlet is a separately controlled sparger for each region.

任意選択で、プロセス中に交換空気の入口が詰まらないように、各穴全体に制約したがって圧力降下を作成するように、入口の穴のサイズが選択される。この圧力降下は、廃棄粒子が入口の穴に入ることを妨げるに十分である。入口の穴は、任意選択で、粒子が穴に詰まらないように、上部面に向かって外向きに先細にすることが可能である。 Optionally, the inlet hole size is selected to constrain the entire hole and thus create a pressure drop so that the replacement air inlet is not clogged during the process. This pressure drop is sufficient to prevent waste particles from entering the inlet hole. The inlet hole can optionally be tapered outward toward the top surface so that particles do not clog the hole.

コンバータは、原料を産生ガスに変換するためのプロセス(つまり、ガス化と改質ステップ)が、どちらも、システム内の単一領域、またはチャンバで発生するように、設計することができる。 The converter can be designed such that the process (ie, gasification and reforming steps) for converting the feedstock to product gas occurs both in a single region or chamber within the system.

また、コンバータは、原料から産生ガスへの変換プロセスが2つ以上の領域で発生するように、つまり、ガス化と改質ステップが、ある程度まで分離されて、システム内の個別の領域で発生するように設計することもできる。これらの種類のコンバータにおいて、プロセスは、1つのチャンバ内の2つ以上の領域、個別のチャンバ、あるいはこれらのいくつかの組み合わせのいずれかで発生するが、領域は互いに流体連通している。 The converter also allows the conversion process from raw material to product gas to occur in more than one region, that is, the gasification and reforming steps are separated to some extent and occur in separate regions within the system. It can also be designed as follows. In these types of converters, the process occurs in either two or more regions within a chamber, individual chambers, or some combination thereof, but the regions are in fluid communication with each other.

複数領域のコンバータにおいては、第1あるいは主要領域またはチャンバ(ガス化装置とも称される)が使用されて、原料を加熱して原料を乾燥(残渣湿気がある場合)し、原料の揮発性組成物を抽出し、得られる炭化物をガス状産物と灰に変換することによって、オフガス産物を産生するが、第2の領域またはチャンバ(改質装置とも称される)が使用されて、プラズマ熱とその他のプロセス添加剤(例えば、空気および/または蒸気)を適用して、オフガスと揮発物を産生ガスに完全に変換する。原料のガス化とオフガスから産生ガスへの変換に2つ以上の個別の領域またはチャンバが使用される場合、コンバータの最終領域に存在するガスが産生ガスである。 In a multi-region converter, the first or main region or chamber (also referred to as a gasifier) is used to heat the raw material to dry the raw material (if there is residual moisture) and to volatile composition of the raw material The off-gas product is produced by extracting the product and converting the resulting carbide to gaseous product and ash, but a second zone or chamber (also referred to as a reformer) is used to generate plasma heat and Other process additives (eg, air and / or steam) are applied to completely convert off-gas and volatiles to product gas. When two or more separate regions or chambers are used for feed gasification and off-gas to product gas conversion, the gas present in the final region of the converter is the product gas.

一実施形態において、ガス化プロセスの異なる段階は、ガス化装置の異なる領域で発生することができる。当業者は、概念的に、任意の場所でのガス化装置の条件は、ガス化装置を無数の領域に分離することによって、特定場所での原料の特性に応答して最適化される可能性があることを理解する。しかしながら、この概念の実用的実施形態は、ガス化装置をより広い面積の一般的または平均的原料の特性に応じて最適化された無数の領域に分離することである。当業者には、従って、ガス化装置は、原料の特性に応じて、2、3、4以上の領域に分離される可能性があることが明らかである。 In one embodiment, different stages of the gasification process can occur in different areas of the gasifier. Those skilled in the art can conceptually optimize gasifier conditions at any location in response to the characteristics of the raw material at a particular location by separating the gasifier into a myriad of regions. Understand that there is. However, a practical embodiment of this concept is to separate the gasifier into a myriad of regions that are optimized according to the characteristics of a larger or general feedstock. Those skilled in the art will therefore appreciate that the gasifier may be separated into two, three, four or more regions depending on the properties of the feedstock.

本発明の一実施形態に従い、ガス化装置の各段階は、適切に適合された交換空気入口を介して、加熱した交換空気の適切量を導入することによって促進される。 In accordance with one embodiment of the invention, each stage of the gasifier is facilitated by introducing an appropriate amount of heated exchange air through an appropriately adapted exchange air inlet.

原料は、原料が完全および効率的にガス状産物に変換されるために、加熱された交換空気またはその他の加熱された流体に対する原料の最大の暴露を提供するように配置されている、1つ以上の原料入口を介して導入される。 The feedstock is arranged to provide maximum exposure of the feedstock to heated exchange air or other heated fluid in order for the feedstock to be completely and efficiently converted to a gaseous product. It introduces through the above raw material inlet.

一実施形態では、本システムによって、コンバータへの導入前に原料と組み合わされて、あるいは、専用HCF出口を介して、破砕プラスチック等の高炭素原料(HCF)の供給が可能になるので、必要なガス品質を満たすように、より高いまたは低い炭素投入に対するプロセス受容に迅速に応答することができるようになる。 In one embodiment, the system enables the supply of high carbon feedstock (HCF), such as crushed plastic, in combination with feedstock before introduction into the converter or via a dedicated HCF outlet, which is necessary. It will be possible to respond quickly to process acceptance for higher or lower carbon input to meet gas quality.

任意選択のプロセス添加剤入口は、コンバータへの酸素、空気、酸素富化空気、ガス化プロセスに有用な蒸気またはその他のガス等の追加ガスを提供する。プロセス追加剤入口は、空気投入ポート、蒸気投入ポート、交換空気投入ポートおよび交換蒸気投入ポートを含むことができる。これらのポートは、プロセス添加剤を全体に最適に配分するために、コンバータ内に配置される。蒸気添加剤は、熱回収蒸気発生器によって提供することができる。 An optional process additive inlet provides additional gas to the converter, such as oxygen, air, oxygen enriched air, steam or other gases useful for the gasification process. The process additive inlet can include an air input port, a steam input port, an exchange air input port, and an exchange steam input port. These ports are located in the converter to optimally distribute the process additives throughout. The steam additive can be provided by a heat recovery steam generator.

交換空気の酸素は、必要な産生ガスを産生して、炭素の最大量を排除するように、化学平衡に使用される。また、酸素は、一酸化炭素、二酸化炭素、水素およびその他の大型炭化水素粒子を産生する発熱反応を開始または速度を加速する。発熱反応からの熱は、加熱された交換空気および/またはその他の加熱された流体によって提供される熱とともに、コンバータのプロセス温度を増加する。 The oxygen of the exchange air is used for chemical equilibration to produce the necessary product gas and eliminate the maximum amount of carbon. Oxygen also initiates or accelerates the exothermic reaction that produces carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and other large hydrocarbon particles. The heat from the exothermic reaction, along with the heat provided by the heated exchange air and / or other heated fluid, increases the converter process temperature.

図6は、本発明のシステムとともに使用するためのコンバータの一実施形態に関連付けられた多様な入力と出力をまとめた模式図である。本実施形態は、原料入口2604を有する水平方向に配向されたガス化装置2006を備えるコンバータ1006で、原料は都市固体廃棄物MSWおよび高炭素原料HCF(プラスチックなど)を備える。コンバータ1006は、ガス化反応に必要な交換空気5015を提供するように配置された複数の交換空気入口2619A、2619Bおよび2619Cを有する。また、コンバータは、プラズマ改質反応に必要な空気と蒸気添加剤を提供するように、プラズマトーチ近辺に交換空気入口3616および蒸気入口3630も有する。コンバータ1006は、固体残渣コンディショニングチャンバ4620と連通している固体残渣出口2608を有する。 FIG. 6 is a schematic diagram summarizing the various inputs and outputs associated with one embodiment of a converter for use with the system of the present invention. This embodiment is a converter 1006 comprising a horizontally oriented gasifier 2006 having a feed inlet 2604, the feed comprising municipal solid waste MSW and a high carbon feed HCF (such as plastic). Converter 1006 has a plurality of exchange air inlets 2619A, 2619B and 2619C arranged to provide the exchange air 5015 required for the gasification reaction. The converter also has an exchange air inlet 3616 and a steam inlet 3630 in the vicinity of the plasma torch so as to provide the air and steam additives necessary for the plasma reforming reaction. Converter 1006 has a solid residue outlet 2608 in communication with solid residue conditioning chamber 4620.

物質は、ガス化プロセスの特定の段階(乾燥、揮発、炭素から灰への変換)を促進するために、ガス化装置から横方向に移動する。ガス化装置を介して材料が横方向に移動することは、1つ以上の横方向移送ユニットの使用によって実現される。移送ユニットは、移動可能な棚、移動可能なプラットフォーム、プッシャーラム、プラス、スクリュー要素またはベルトを含むことが可能であるが、これらに限定されない。 The material moves laterally from the gasifier to facilitate certain stages of the gasification process (drying, volatilization, carbon to ash conversion). The lateral movement of material through the gasifier is achieved through the use of one or more lateral transfer units. The transfer unit can include, but is not limited to, movable shelves, movable platforms, pusher rams, pluses, screw elements or belts.

1つ以上の横方向移送ユニットは、強調した手法で作動することが可能である。あるいは、個別の横方向移送ユニットは独立して作動することが可能である。物質の流速および堆積物の高さの制御を最適化するために、さまざまな速度で、さまざまな移動距離で、さまざまな移動頻度で、個別の横方向移送ユニットは個別に移動可能である。横方向移送ユニットは、ガス化装置の困難な状況で効率的に動作できることが必要で、特に、高温で動作できることが必要である。 One or more lateral transfer units can operate in an emphasized manner. Alternatively, the individual lateral transfer units can operate independently. In order to optimize the control of the material flow rate and the height of the deposits, the individual lateral transfer units can be moved individually at different speeds, at different distances of movement and with different movement frequencies. The lateral transfer unit needs to be able to operate efficiently in the difficult situation of the gasifier, in particular to be able to operate at high temperatures.

コンバータは、高温(例えば、約1100℃から1400℃の温度)の圧力をかけない反応のための容器において使用するために最適であることがわかっている従来の耐火材料の1つまたは組み合わせが可能な耐火材料で覆われている。このような耐火材料の例は、高温焼成セラミック(酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、窒化ホウ素、リン酸ジルコニウム、酸化クロム)、ガラスセラミックおよび基本的にシリカ、アルミナ、およびチタニアを含む高アルミナ質煉瓦を含むがこれらに限定されない。 The converter can be one or a combination of conventional refractory materials that have been found to be optimal for use in vessels for reactions that do not apply high pressure (eg, temperatures of about 1100 ° C. to 1400 ° C.) Covered with refractory material. Examples of such refractory materials are high temperature fired ceramics (aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum silicate, boron nitride, zirconium phosphate, chromium oxide), glass ceramics and high alumina containing essentially silica, alumina, and titania. Including but not limited to quality bricks.

固体残渣出口は、コンバータから、ガス化反応の固体副産物を排除することができるように配置される。ガス化装置の固体副産物は、固体残渣とも称されるが、炭化物、灰、スラグまたはこれらの一部の組み合わせの形状になることができ、適切に適合された出口を介して、コンバータから、連続的または間欠的に排除される。炭化物は、ガス状産物に完全に変換する前に排除することができる。または、灰までさらに変更するためにガス化装置に残すことができる。灰産物は、次に、固体残渣出口を介して、例えば、灰収集チャンバ、または、任意選択でさらにプロセスするために固体残渣コンディショニングチャンバに排除される。コンバータの適切な固体残渣排除出口設計および配置は、システムの要件と排除される副産物の種類に応じて、関係技術の当業者の知識を使用して選択される。 The solid residue outlet is arranged so that the solid byproduct of the gasification reaction can be eliminated from the converter. Gasifier solid by-products, also referred to as solid residues, can be in the form of carbides, ash, slag or some combination thereof, continuously from the converter through a suitably adapted outlet. Or intermittent. The carbide can be eliminated before it is completely converted to a gaseous product. Alternatively, it can be left in the gasifier for further modification to ash. The ash product is then removed via the solid residue outlet, for example, to an ash collection chamber or optionally to a solid residue conditioning chamber for further processing. The appropriate solid residue removal outlet design and arrangement of the converter is selected using the knowledge of those skilled in the relevant art, depending on the requirements of the system and the types of by-products to be excluded.

固体残渣出口は、一般的に、残渣が重力の流れを使用して、残渣が受動的に排除できるように、チャンバの底面に、または底面近くに配置される。一部のシステムは、任意選択的に、固体残渣排除システムを採用して、コンバータの底部から残渣を能動的に運搬する。このような能動的な固体残渣排除は、分野で知られている多様な装置のうちの1つによって提供できる。例は、スクリュー、プッシャーラム、水平方向の回転パドル、水平方向の回転アームおよび水平方向の回転車輪を含むが、これらに限定されない。 The solid residue outlet is typically located at or near the bottom of the chamber so that the residue can be passively eliminated using gravity flow. Some systems optionally employ a solid residue removal system to actively carry residue from the bottom of the converter. Such active solid residue removal can be provided by one of a variety of devices known in the art. Examples include, but are not limited to, screws, pusher rams, horizontal rotating paddles, horizontal rotating arms and horizontal rotating wheels.

ガス化プロセスの固体残渣(例えば灰の副産物)がスラグにさらに変換される実施形態では、灰からスラグへの変換は、固体残渣コンディショニングチャンバで行われる。プラズマ熱源は、灰をスラグに融解するために固体残渣コンディショニングチャンバに採用することができる。融解スラグは、例えば、約1100℃から約1600℃の温度で、固体残渣コンディショニングチャンバから定期的にまたは継続的に排出することができるので、固体スラグ材料を形成するように冷却される。このようなスラグ材料は、埋立廃棄物にすることができる。固体産物は、従来の使用のために、さらに破砕して砂にすることもできる。あるいは、融解スラグは、棒状、煉瓦、タイルまたは同様な建築材料を形成するように容器に流入することが可能である。 In embodiments where the solid residue (eg, ash byproduct) of the gasification process is further converted to slag, the ash to slag conversion is performed in a solid residue conditioning chamber. A plasma heat source can be employed in the solid residue conditioning chamber to melt the ash into slag. The molten slag can be periodically or continuously discharged from the solid residue conditioning chamber, for example, at a temperature of about 1100 ° C. to about 1600 ° C., so that it is cooled to form a solid slag material. Such slag material can be landfill waste. The solid product can be further crushed into sand for conventional use. Alternatively, the molten slag can flow into the container to form a bar, brick, tile or similar building material.

ガス化プロセスの固体残渣が一部の未回収炭素を含む場合、スラグコンディショニングステップのプラズマ熱によって、未回収炭素は必ず燃料価値を有する高温ガス状産物に完全に変換される。このガス状産物は残渣ガスと称される。一実施形態では、熱は、専用の残渣ガスから空気への熱交換器を使用して、高温の残渣ガスから回収され、加熱された空気産物と冷却された残渣ガスを産生する。冷却された残渣ガスは、任意選択で、主なガス化プロセスのガス状産物と混合することが可能なガス産物を産生するように、専用ガスコンディショナサブシステムでさらにコンディションされる。 If the solid residue of the gasification process contains some unrecovered carbon, the plasma heat of the slag conditioning step ensures that the unrecovered carbon is completely converted into a hot gaseous product with fuel value. This gaseous product is called residue gas. In one embodiment, heat is recovered from the hot residue gas using a dedicated residue gas to air heat exchanger to produce a heated air product and a cooled residue gas. The cooled residue gas is optionally further conditioned in a dedicated gas conditioner subsystem to produce a gas product that can be mixed with the gaseous product of the main gasification process.

コンディショニングステップ前に産生ガスをさらに冷却するためのシステム

本発明は、ガスから流体への熱交換器に加えて、任意選択で、コンディショニングステップ前に産生ガスをさらに冷却するためのシステムを含む。一実施形態では、清浄およびコンディショニング前に産生ガスをさらに冷却するためのシステムは、追加の熱を回収するためにも提供される。産生ガスからさらに顕熱を回収することが目的である場合、熱は、ガスから、例えば、水、油または空気等の別の作用流体に移動する。このような実施形態の産物は、それぞれ、温水(または蒸気)、加熱された油、または追加の高温空気を含むことが可能である。
System for further cooling of the product gas before the conditioning step

In addition to a gas-to-fluid heat exchanger, the present invention optionally includes a system for further cooling the produced gas prior to the conditioning step. In one embodiment, a system for further cooling the product gas prior to cleaning and conditioning is also provided for recovering additional heat. If the goal is to further recover sensible heat from the product gas, heat is transferred from the gas to another working fluid such as water, oil or air. The products of such embodiments can each include hot water (or steam), heated oil, or additional hot air.

一実施形態では、本発明のシステムは、部分的に冷却された産生ガスからの熱を水に移動するように熱交換器を使用して産生ガスからさらに顕熱を回収するので、温水または蒸気のいずれか、およびさらに冷却されたガスを産生する。一実施形態では、このステップで採用される熱交換器は、熱回収蒸気発生器で、交換蒸気を発生するために回収した熱を使用する。一実施形態では、水は、低温蒸気の形で熱交換器に提供される。別の実施形態では、産生された交換蒸気は飽和または過熱蒸気である。 In one embodiment, the system of the present invention uses a heat exchanger to recover more sensible heat from the product gas to transfer heat from the partially cooled product gas to the water, so hot water or steam Any of these and further cooled gas. In one embodiment, the heat exchanger employed in this step is a heat recovery steam generator and uses the recovered heat to generate exchange steam. In one embodiment, the water is provided to the heat exchanger in the form of cold steam. In another embodiment, the exchange steam produced is saturated or superheated steam.

図7は、本発明の一実施形態に従い、ガスから空気への熱交換器5107と、熱回収蒸気発生器5307との間の関係を表す。熱回収蒸気発生器5307で産生される交換蒸気5035は、多様な下流側のアプリケーションで使用することが可能である。図7は、本発明の多様な実施形態に従い、熱回収蒸気発生器を使用して産生される交換蒸気の異なる可能なエンドユーザ(AからG)を表す。 FIG. 7 illustrates the relationship between a gas to air heat exchanger 5107 and a heat recovery steam generator 5307 in accordance with one embodiment of the present invention. The exchange steam 5035 produced in the heat recovery steam generator 5307 can be used in a variety of downstream applications. FIG. 7 depicts different possible end users (A to G) of exchange steam produced using a heat recovery steam generator, in accordance with various embodiments of the present invention.

例えば、オプションDとして表されているように、産生された交換蒸気5035は、本発明の一実施形態では、プロセス蒸気添加剤として、コンバータ1007を流れることが可能である。交換蒸気5035は、十分な自由酸素と水素によって、原料の産生ガスへの変換を必ず最大限にするように、ガス化プロセス中にプロセス蒸気添加剤として使用することが可能である。プロセス添加剤を含む酸素として蒸気を使用することは、低コストであり処理が簡単であるため、好ましい。また、蒸気は、ガス化プロセスの望ましい産物の場合がある水素を含む。 For example, as represented as Option D, the produced exchange steam 5035 can flow through the converter 1007 as a process steam additive in one embodiment of the present invention. Exchange steam 5035 can be used as a process steam additive during the gasification process to ensure maximum conversion of raw material to product gas with sufficient free oxygen and hydrogen. The use of steam as the oxygen containing process additive is preferred because of its low cost and simple processing. Steam also contains hydrogen, which may be a desirable product of the gasification process.

産生された交換蒸気は、タービン5715を通過することもできて、例えば、交換空気ブロワ5712(オプションB)または産生ガスブロワ5722(オプションC)等、回転プロセス設備を駆動する。 The produced exchange steam can also pass through a turbine 5715 to drive a rotating process facility, such as an exchange air blower 5712 (Option B) or a production gas blower 5722 (Option C).

変換プロセス内でまたは回転プロセス設備を駆動するために使用されない蒸気は、蒸気タービン5705(オプションA)または局所的な加熱用途5710(オプションE)等その他の商用目的のために使用することができる。あるいは、それぞれの目的のために地方の産業クライアントに提供することが可能である。あるいは、タールサンド5780(オプションF)からの石油抽出を改善するために使用することが可能である。また、交換蒸気は、原料コンディショナ5765の原料を間接的に加熱して、コンバータのガス化前に原料を乾燥するために使用することも可能である(オプションG)。 Steam that is not used in the conversion process or to drive the rotating process equipment can be used for other commercial purposes, such as a steam turbine 5705 (Option A) or a localized heating application 5710 (Option E). Alternatively, it can be provided to local industrial clients for their respective purposes. Alternatively, it can be used to improve petroleum extraction from tar sand 5780 (Option F). The exchange steam can also be used to indirectly heat the raw material of the raw material conditioner 5765 to dry the raw material before gasifying the converter (Option G).

コンディショニング前に産生ガスをさらに冷却するためのシステムが追加の熱の回収を含まない場合の一実施例では、冷却ステップは、乾燥クエンチステップを備え、産生ガス温度は、霧状の水を直接制御(断熱飽和)して注入することによって、下げられる。 In one embodiment where the system for further cooling the product gas prior to conditioning does not include additional heat recovery, the cooling step comprises a dry quench step and the product gas temperature directly controls the mist water. It is lowered by injecting (adiabatic saturation).

一実施形態では、異なるシステムまたはプロセスの冷却が必要な場合、過剰な熱は、水冷却ステップによって排除(及び回収)することが可能である。得られた温水は、次に、ガス化プロセスのどこかで使用するための作用流体を加熱するために使用することが可能である。温水は、ガスコンディショニングシステムのガス冷却プロセスまたはプラズマ熱源冷却システム等、しかしこれらに限定されない多様な源から得られる。また、温水は、多様な用途で油を予熱するために使用することもできる。 In one embodiment, excess heat can be removed (and recovered) by a water cooling step when cooling of different systems or processes is required. The resulting hot water can then be used to heat the working fluid for use elsewhere in the gasification process. Hot water can be obtained from a variety of sources, such as but not limited to a gas cooling process in a gas conditioning system or a plasma heat source cooling system. Hot water can also be used to preheat oil for a variety of uses.

導管システム

導管システムは、ガスをシステムのあるコンポーネントから別のコンポーネントに移動するために採用される。従って、システムは、高温の産生ガス産物を顕熱を回収するための熱交換器に移動する産生ガス導管システムを備える。また、システムは、加熱された交換空気をコンバータに移動する交換空気導管システムも備え、加熱された交換空気は交換空気入口からコンバータに導入される。導管システムは、典型的に、1つ以上のパイプ、またはラインを採用し、ここを通ってガスが運ばれる。
Conduit system

A conduit system is employed to move gas from one component of the system to another. Thus, the system comprises a product gas conduit system that moves the hot product gas product to a heat exchanger for recovering sensible heat. The system also includes an exchange air conduit system that moves the heated exchange air to the converter, where the heated exchange air is introduced into the converter from the exchange air inlet. A conduit system typically employs one or more pipes or lines through which gas is carried.

システムが熱回収蒸気発生器を備える場合、システムは、上に挙げた1つ以上の設備で使用するための加熱された交換蒸気を移動するために、交換蒸気導管システムも備える。交換蒸気導管システムは、並行に走る多数のパイプまたは分岐導管システムを備えることができ、指定の分岐は特定の用途専用である。 Where the system includes a heat recovery steam generator, the system also includes an exchange steam conduit system for moving heated exchange steam for use in one or more of the facilities listed above. The exchange steam conduit system can comprise a number of pipe or branch conduit systems running in parallel, with the designated branch dedicated to a particular application.

導管システムガスラインの材料やサイズの仕様は、安全とガスの効率的な運搬を提供する必要に応じて選択される。運搬されているガスが高温産生ガスの場合、使用される耐火物の設計の厚さや種類は、腐食を防ぐように酸性ガスの露点以上に保つために、シェル壁の温度が必ず約200℃であるように選択される。一実施形態では、高温の産生ガスラインは、炭素鋼で耐火物が塗装されている。一実施形態では、加熱された交換空気ラインは、ステンレス鋼のパイプを備える。 Conduit system gas line material and size specifications are selected as needed to provide safe and efficient transport of gas. If the gas being transported is a hot product gas, the thickness and type of the refractory design used should be approximately 200 ° C to keep the shell wall temperature above the acid gas dew point to prevent corrosion. Selected to be. In one embodiment, the hot production gas line is coated with refractory in carbon steel. In one embodiment, the heated exchange air line comprises a stainless steel pipe.

高温産生ガスから回収できる顕熱の量を最大にするために、あるいは、加熱された交換空気または交換蒸気の冷却を最小にするために、導管システムには、任意選択で、周囲環境への熱損失を最小にするための手段が提供される。熱損失は、例えば、導管周囲に、分野で知られているように断熱材を備える断熱層を使用し、導管の長さを最小にするように工場を設計することによって、最小にすることができる。これは、特に、高温導管では重要である。 In order to maximize the amount of sensible heat that can be recovered from the hot product gas or to minimize the cooling of heated exchange air or exchange steam, the conduit system optionally includes heat to the ambient environment. Means are provided for minimizing losses. Heat loss can be minimized, for example, by designing a factory to minimize the length of the conduit, using a thermal insulation layer with insulation as is known in the art around the conduit. it can. This is particularly important for high temperature conduits.

一実施形態では、加熱された交換空気は、単一パイプのガスから空気への熱交換器から排出され、次に、加熱された交換空気を必要に応じてコンバータの異なる領域に提供するために、いくつかの直径がさらに小さいパイプに分かれる。パイプシステムの各分岐は、必要に応じてコンバータの異なる領域に加熱された空気の流れを制御する空気流制御弁を含む。 In one embodiment, the heated exchange air is exhausted from a single pipe gas-to-air heat exchanger and then provided to different areas of the converter as needed. , Some diameters are divided into smaller pipes. Each branch of the pipe system includes an air flow control valve that controls the flow of air heated to different areas of the converter as needed.

産生ガス導管システムは、任意選択で、ガス状産物の流速を管理するための手段を提供するように、システム全体に配置された1つ以上の流量調整装置および/またはブロワを採用する。 The production gas conduit system optionally employs one or more flow regulators and / or blowers disposed throughout the system to provide a means for managing the gaseous product flow rate.

交換空気導管システムは、任意選択で、交換空気の流速を制御する必要に応じて、システム全体に配置された1つ以上の流量調整装置、流量測定器および/またはブロワを採用する。一実施形態では、図8に表されているように、交換空気流量制御弁5890A、5890Bおよび5890Cは、ガス化領域の各レベルへの交換空気5015の流量を制御するために提供される。制御弁は、ガス化装置2008の空気入口2812、2814および2816への交換空気の流量を制限する。一実施形態では、制御弁5890A、5890Bおよび5890Cは、ガス化装置の各領域に導入される交換空気5015の量を調整するために独立的に制御可能である。 The replacement air conduit system optionally employs one or more flow regulators, flow meters and / or blowers located throughout the system as needed to control the flow rate of the replacement air. In one embodiment, as represented in FIG. 8, replacement air flow control valves 5890A, 5890B and 5890C are provided to control the flow of replacement air 5015 to each level in the gasification region. The control valve limits the flow of exchange air to the air inlets 2812, 2814 and 2816 of the gasifier 2008. In one embodiment, control valves 5890A, 5890B and 5890C are independently controllable to adjust the amount of replacement air 5015 introduced into each region of the gasifier.

一実施形態では、改質装置3008への交換空気の流量を制御するために、1つの交換空気流量制御弁5892が存在する。この実施形態では、交換空気は、プロセス添加剤として提供される。 In one embodiment, there is one replacement air flow control valve 5892 to control the flow of replacement air to the reformer 3008. In this embodiment, exchange air is provided as a process additive.

また、交換空気導管は、任意選択で、例えば、排出出口または任意選択の追加の熱交換システムへ交換空気を送るための手段も備える。 The exchange air conduit also optionally comprises means for sending exchange air to, for example, a discharge outlet or an optional additional heat exchange system.

流量調整装置および/またはブロワ、および/または迂回手段は、以下に詳細を説明するように、制御サブシステムによって、任意選択的に制御される。 The flow regulator and / or the blower and / or the bypass means are optionally controlled by a control subsystem, as will be described in detail below.

また、導管システムは、任意選択で、導管の修理および/または清浄だけでなく、定期的保守を実行するためのシステムへのアクセスを提供するサービスポートも備える。 The conduit system also optionally includes a service port that provides access to the system for performing regular maintenance as well as conduit repair and / or cleaning.

プラズマ熱源

本発明のシステムは、ガス化プロセスによって産生されたオフガスを産生ガスに変換する1つ以上のプラズマ熱源を採用する。プラズマ熱源は、固体残渣を融解してコンディショニングする固体残渣コンディショナにも提供される。
Plasma heat source

The system of the present invention employs one or more plasma heat sources that convert off-gas produced by the gasification process into product gas. A plasma heat source is also provided for a solid residue conditioner that melts and conditions the solid residue.

作用点で持続的期間適切な高温炎を生み出すことができる多様な市販のプラズマ熱源をシステムで利用することが可能である。一般的に、このようなプラズマ熱源は、出力が約100kWから6MW以上のサイズがある。プラズマ熱源は、適切な作用ガスのうちの1つまたは組み合わせて採用することが可能である。適切な作用ガスの例は、空気、アルゴン、ヘリウム、ネオン、水素、メタン、アンモニア、一酸化炭素、酸素、窒素および二酸化炭素を含むがこれらに限定されない。本発明の一実施例では、プラズマ熱源は、オフガスを産生ガスに変換する必要に応じて、約900℃から約1300℃以上の温度をガス化装置で作り出すように、プラズマ媒体として空気を使用して連続的に動作する。 A variety of commercially available plasma heat sources can be utilized in the system that can produce a suitable high temperature flame for a sustained period at the point of action. Generally, such a plasma heat source has a size of about 100 kW to 6 MW or more. The plasma heat source can be employed in one or a combination of suitable working gases. Examples of suitable working gases include, but are not limited to, air, argon, helium, neon, hydrogen, methane, ammonia, carbon monoxide, oxygen, nitrogen and carbon dioxide. In one embodiment of the present invention, the plasma heat source uses air as the plasma medium so that the gasifier produces a temperature from about 900 ° C. to about 1300 ° C. or higher as needed to convert off-gas to product gas. Operate continuously.

この点では、本システムでの使用には、いくつかの代替プラズマ技術が適切である。例えば、適切に選択された電極物質を使用する移送式アークや非移送式アークトーチ(ADとDC両方)を採用できることがわかる。また、誘導結合プラズマトーチ(ICP)も採用できることがわかる。適切なプラズマ熱源の選択は、当業者の知識内である。 In this regard, several alternative plasma technologies are suitable for use in the present system. For example, it can be seen that a transfer arc or a non-transfer arc torch (both AD and DC) using an appropriately selected electrode material can be employed. It can also be seen that an inductively coupled plasma torch (ICP) can also be employed. The selection of a suitable plasma heat source is within the knowledge of those skilled in the art.

本発明の一実施例では、オフガスの産生ガスへの変換を最適化するように、1つ以上のプラズマ熱源が配置される。1つ以上のプラズマ熱源の位置は、例えば、システムが1段階または2段階ガス化プロセスを採用しているかどうかのような、ガス化システムの設計に応じて選択される。例えば、2段階ガス化プロセスを採用している実施形態では、プラズマ熱源は、オフガスが改質チャンバまたは改質ゾーンに入る入口に対する位置に配置、および、その方向に向けることができる。1段階ガス化プロセスを採用する実施形態では、1つ以上のプラズマ熱源は、ガス化装置の中心に向かって伸長する。全ての場合において、プラズマ熱源の位置は、システムの要件に応じて、および、産生ガスへのオフガスの変換を最適化するために選択される。 In one embodiment of the invention, one or more plasma heat sources are arranged to optimize the conversion of off-gas to product gas. The location of the one or more plasma heat sources is selected depending on the design of the gasification system, for example, whether the system employs a one-stage or two-stage gasification process. For example, in embodiments employing a two-stage gasification process, the plasma heat source can be positioned at and directed toward the inlet where off-gas enters the reforming chamber or reforming zone. In embodiments employing a one-stage gasification process, one or more plasma heat sources extend toward the center of the gasifier. In all cases, the location of the plasma heat source is selected according to system requirements and to optimize the conversion of off-gas to product gas.

一実施形態では、プラズマ改質装置で使用されるプラズマ熱源は、DC非移送式アークによって提供される。 In one embodiment, the plasma heat source used in the plasma reformer is provided by a DC non-transferred arc.

一実施形態では、プラズマ熱源は、空気および/または蒸気添加剤がプラズマ熱源のプラズマ放電の経路に注入されるように、1つ以上の空気および/または蒸気投入ポートの隣に配置される。 In one embodiment, the plasma heat source is positioned next to one or more air and / or steam input ports such that air and / or steam additives are injected into the plasma discharge path of the plasma heat source.

さらなる実施形態では、プラズマ熱源は、移動可能、固定またはこれらの組み合わせにすることができる。 In further embodiments, the plasma heat source can be movable, fixed or a combination thereof.

一実施形態では、固体残渣コンディショナで使用されるプラズマ熱は、DC非移送式アークトーチによって提供される。別の実施形態では、固体残渣コンディショナで使用されるプラズマ熱は、DC移送式アークトーチによって提供される。 In one embodiment, the plasma heat used in the solid residue conditioner is provided by a DC non-transfer arc torch. In another embodiment, the plasma heat used in the solid residue conditioner is provided by a DC transfer arc torch.

制御システム

本発明の効率を最適化するために、任意選択で、本発明に応じるシステムの動作条件だけでなく、本プロセスが実行される条件を制御するためのシステムが提供される。ガス産物の最終用途が発電である場合、制御サブシステムは、ガス組成と圧力が発電に使用されるガスエンジン/発電機の許容範囲内であることを確認することによって、最適なエネルギー産生も提供する。
Control system

In order to optimize the efficiency of the present invention, a system is optionally provided for controlling the conditions under which the process is performed as well as the operating conditions of the system according to the present invention. If the end use of the gas product is power generation, the control subsystem also provides optimal energy production by ensuring that the gas composition and pressure are within the acceptable range of the gas engine / generator used for power generation To do.

本発明の一実施形態では、制御システムによって、本明細書に開示される多様なシステムおよび/またはサブシステム内で、および/または、本明細書に開示される多様なシステムおよび/またはサブシステムによって、実装される1つ以上のプロセスを制御するために提供、および/またはこのようなプロセスに影響を与えるために本明細書において検討される1つ以上のプロセス装置の制御を提供することができる。一般的に、制御システムは、指定のシステム、サブシステムまたはそれらのコンポーネントに関連する、および/または、本発明が動作できる多様な実施形態内または協調して、ガス化システム等システム内に実装された1つ以上の全体的プロセスに関連する、多様な局部および/または領域プロセスを動作的に制御することができるので、定義された結果のためにこれらのプロセスに影響を与えるように適合されたこれらの多様な制御パラメータを調整することができる。多様な検知要素および応答要素は、従って、制御システム全体に、あるいは、それらの1つ以上のコンポーネントに関連して、配分されて、多様なプロセス、反応および/または産生特性を取得するために使用して、これらの特性を望ましい結果を実現するこれらの特性電動の適切な範囲に比較し、1つ以上の制御可能なプロセス装置から、1つ以上の実行中プロセスにおいて変更を実装することによって応答することができる。 In one embodiment of the present invention, by a control system, within the various systems and / or subsystems disclosed herein, and / or by the various systems and / or subsystems disclosed herein. Can provide control of one or more implemented processes, and / or provide control of one or more process equipment discussed herein to affect such processes. . In general, a control system is implemented in a system, such as a gasification system, associated with a specified system, subsystem, or component thereof, and / or in various embodiments or in cooperation with which the invention can operate. Since various local and / or regional processes associated with one or more overall processes can be operatively controlled, they are adapted to influence these processes for defined results These various control parameters can be adjusted. Various sensing and response elements can therefore be distributed throughout the control system or in conjunction with one or more of those components to obtain various process, reaction and / or production characteristics. Compare these characteristics to the appropriate range of these characteristics to achieve the desired result, and respond by implementing changes in one or more running processes from one or more controllable process devices can do.

制御システムは、一般的に、例えば、システム、システムに実装されたプロセス、提供される入力、および/またはこれによって生成される出力に関連して1つ以上の特性を検知するための、1つ以上の検知要素を備える。1つ以上の演算プラットフォームは、検知された特性の特性値表現にアクセスするために、これらの検知要素に連通的に連結され、特性値を、選択された動作および/または下流側の結果に適切なこれらの特性を特徴づけるように定義されたこれらの値の規定範囲と比較し、この定義範囲で特性値の維持につながる1つ以上のプロセス制御パラメータを演算する。このように、複数の応答要素は、システム、プロセス、入力および/出力に影響を与えるように動作可能な1つ以上のプロセス装置に動作的に連結することができるので、検知された特性を調整し、演算された制御パラメータにアクセスして、これらに応じてプロセス装置を動作させるために、演算プラットフォームに連通的に結合することができる。 A control system is typically one for detecting one or more characteristics in relation to, for example, the system, processes implemented in the system, inputs provided, and / or outputs generated thereby. The above detection elements are provided. One or more computing platforms are communicatively coupled to these sensing elements to access the characteristic value representation of the detected characteristic, and the characteristic value is appropriate for the selected action and / or downstream result. One or more process control parameters are computed that are compared to a defined range of these values defined to characterize these properties and that lead to the maintenance of the property values within this defined range. In this way, multiple response elements can be operatively coupled to one or more process devices operable to affect the system, process, inputs and / or outputs, thus adjusting sensed characteristics. And can be communicatively coupled to a computing platform to access the computed control parameters and operate the process equipment in response thereto.

一実施形態では、制御システムは、関連して実装された1つ以上のプロセスの効率を促進するように、炭素質原料のガスへの変換に関連する多様なシステム、プロセス、入力および/または出力のフィードバック、フィードフォワード、および/または予想制御を提供する。例えば、多様なプロセス特性が評価されて、これらのプロセスに影響を与えるように制御的に調整することができる。
これらは、加熱値および/または原料の組成、産生ガスの特性(例えば、加熱値、温度、圧力、流量、組成、炭素含有等)、このような特性に可能な変動の程度、および入力のコスト対出力の値を含むがこれらに限定されない。多様な制御パラメータに対する連続的および/またはリアルタイムの調整は、熱源出力、添加剤送給量(酸素、酸化物、蒸気等)、原料送給量(1つ以上の個別および/または混合送給)、ガスおよび/またはシステム圧/流量調整装置(ブロワ、安全/制御弁、フレア等)等を含むがこれらに限定されないが、設計および/または下流側の仕様に応じて、1つ以上のプロセス関連特性が評価されて最適化される手法で実行される。
In one embodiment, the control system may provide a variety of systems, processes, inputs and / or outputs related to the conversion of carbonaceous feedstock to gas to facilitate the efficiency of one or more processes implemented in association. Feedback, feedforward, and / or predictive control. For example, various process characteristics can be evaluated and adjusted in a controlled manner to affect these processes.
These include heating value and / or feed composition, product gas characteristics (eg, heating value, temperature, pressure, flow rate, composition, carbon content, etc.), the degree of variation possible for such characteristics, and the cost of input. Including but not limited to the value of the output. Continuous and / or real-time adjustments to various control parameters include heat source output, additive feed rate (oxygen, oxide, steam, etc.), feed rate (one or more individual and / or mixed feeds) Including, but not limited to, gas and / or system pressure / flow regulators (blowers, safety / control valves, flares, etc.), etc., depending on design and / or downstream specifications This is done in a way that the properties are evaluated and optimized.

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

一実施形態に応じて、制御システムは、指定のシステムの全体的なエネルギー的影響を監視および制御においてさらに使用することができる。例えば、指定のシステムは、例えば、実装された1つ以上のプロセスを最適化することによって、あるいは、ここでもこれらのプロセスによって生成されたエネルギー(廃棄熱等)の回復を増やすことによって、エネルギー的影響が少なくなるように、あるいは、ここでも最小になるように動作することができる。あるいは、またはさらに、制御システムは、制御プロセスから生成された産生ガスの組成および/またはその他の特性(温度、圧力、流量等)が、下流側の用途に適しているだけでなく、効率および最適用途のために実質的に最適化されているように、調整するように構成することができる。例えば、産生ガスが、ある種類の発電のガスエンジンの駆動に使用される場合の実施形態では、産生ガスの特性は、これらの特性がこのようなエンジンの最適入力特性に最も一致するように、調整することができる。 Depending on one embodiment, the control system can further use the overall energy impact of the specified system in monitoring and control. For example, a specified system can be energetic, for example, by optimizing one or more implemented processes, or again by increasing the recovery of energy generated by these processes (such as waste heat). It is possible to operate in such a way that the influence is reduced or here again. Alternatively, or in addition, the control system can not only ensure that the composition and / or other characteristics (temperature, pressure, flow rate, etc.) of the product gas generated from the control process are suitable for downstream applications, but also efficient and optimal It can be configured to adjust so that it is substantially optimized for the application. For example, in embodiments where the product gas is used to drive a gas engine for certain types of power generation, the characteristics of the product gas are such that these characteristics best match the optimal input characteristics of such an engine. Can be adjusted.

一実施形態では、制御システムは、多様なコンポーネントの反応および/または産物滞留時間に関する、または、プロセス全体の多様なプロセスに関する制限または性能ガイドラインを満たすおよび/または最適化されるように、指定のプロセスを調整するように構成することができる。例えば、上流側のプロセス量は、1つ以上の次の下流側のプロセスに実質的に一致するように制御することができる。 In one embodiment, the control system is configured with a specified process to meet and / or optimize limits or performance guidelines related to various component reactions and / or product residence times, or various processes throughout the process. Can be configured to adjust. For example, the upstream process volume can be controlled to substantially match one or more subsequent downstream processes.

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

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

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

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

本発明の制御システムは、上記のアーキテクチャ、または当該技術分野において一般的に知られているその他任意のアーキテクチャのいずれを使用してもよく、それらは本開示の一般的範囲および本質の範囲内であるとみなされる。例えば、本発明の意図内で制御され実装されたプロセスは、適用される場合、関連の上流または下流側のプロセスに使用された任意の中央および/または遠隔制御システムへの任意選択的外部通信によって、専用の局所環境で制御することができる。あるいは、制御システムは、領域的および/または全体的プロセスを協調して制御するように設計された領域的および/または全体的制御システムのサブコンポーネントを備えることができる。例えば、領域および/または全体制御の必要に応じて、モジュール間の通信を提供しながら、制御モジュールがシステムの多様なサブコンポーネントをインタラクティブに制御するように、モジュール式制御システムを設計することができる。 The control system of the present invention may use any of the architectures described above, or any other architecture generally known in the art, within the general scope and nature of the present disclosure. It is considered to be. For example, a process controlled and implemented within the intent of the present invention, if applied, by optional external communication to any central and / or remote control system used for the associated upstream or downstream process. Can be controlled in a dedicated local environment. Alternatively, the control system can comprise subcomponents of the regional and / or global control system designed to coordinately control the regional and / or overall process. For example, a modular control system can be designed such that the control module interactively controls various subcomponents of the system while providing communication between modules as needed for regional and / or overall control. .

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

処理システム、およびサブ処理システムのうちのいずれか1つは、排他的にハードウェアを、または、ハードウェアおよびソフトウェアの何らかの組み合わせを備えてもよい。サブ処理システムのうちのいずれかは、1つ以上の比例(Proportional;P)、積分型(Integral;I)、または差動(Differential;D)コントローラの何らかの組み合わせ、例えば、Pコントローラ、Iコントローラ、PIコントローラ、PDコントローラ、PIDコントローラ等を備えてもよい。P、I、およびDコントローラの組み合わせの理想的な選定は、ガス化システムの反応プロセスの部分の動力学および遅延時間、その組み合わせによって制御することを意図する動作条件の範囲、ならびに、組み合わせコントローラの動力学および遅延時間に左右されることが、当業者には明らかであろう。これらの組み合わせは、検知要素によって特徴の値を連続的に監視し、それを規定値と比較して、各制御要素に影響し、応答要素によって十分な調整を行い、観測値と規定値との間の差異を縮小することができる、アナログ配線接続形態で実装され得ることが、当業者には明らかであろう。さらに、これらの組み合わせは、デジタルハードウェア・ソフトウェア混合環境において実装され得ることが、当業者には明らかであろう。さらなる任意のサンプリング、データ取得、およびデジタル処理に関連する影響は、当業者に既知である。P、I、D組み合わせ制御は、フィードフォワードおよびフィードバック制御スキームで実装され得る。 Any one of the processing system and sub-processing system may comprise exclusively hardware or some combination of hardware and software. Any of the sub-processing systems may include any combination of one or more proportional (P), integral (I), or differential (D) controllers, eg, P controller, I controller, A PI controller, PD controller, PID controller, or the like may be provided. The ideal choice of P, I, and D controller combinations is the dynamics and delay times of the reaction process portion of the gasification system, the range of operating conditions that are intended to be controlled by the combination, and the combination controller's It will be apparent to those skilled in the art that it depends on kinetics and delay time. These combinations continuously monitor the feature value with the sensing element, compare it with the specified value, affect each control element, make sufficient adjustments with the response element, and adjust the observed value to the specified value. It will be apparent to those skilled in the art that an analog wiring topology can be implemented that can reduce the difference between them. Furthermore, it will be apparent to those skilled in the art that these combinations can be implemented in a mixed digital hardware and software environment. The effects associated with any further sampling, data acquisition, and digital processing are known to those skilled in the art. P, I, D combined control may be implemented with feedforward and feedback control schemes.

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

制御要素

本明細書で検討された検知要素は、上記のように定義および説明されたが、システム全体の特定地点での温度やガス流量速度、ガス圧、ガス化装置の原料堆積の高さ、ガス組成および加熱値など、しかしこれらに限定されない、1つ以上のパラメータを監視するために提供される。
Control element

The sensing elements discussed herein were defined and described as above, but the temperature, gas flow rate, gas pressure, gasifier raw material deposition height, gas composition at specific points throughout the system. And one or more parameters are provided for monitoring, such as but not limited to heating values.

本明細書で検討された応答要素は、上記の定義および説明のように、関連の指定の制御パラメータを調整することによって、指定のプロセスに影響を与えるように構成されたプロセス関連装置に動作的に結合された多様な制御要素を含むことが可能であるが、これらに限定されない。例えば、1つ以上の応答要素から本明細書内で動作可能なプロセス装置は、空気や産生ガスのブロワ、原料投入量、圧力や温度の調整装置、横方向移送ユニットおよびプラズマ熱源を含むことができるが、これらに限定されない。従って、制御サブシステムの応答要素によって調整できる動作条件の例は、1つ以上の交換空気流量率(つまり、プロセス空気ブロワ速度)、原料投入量、原料投入量の比率(MSW対高炭素原料)、システム圧、横方向移送ユニットの移動、蒸気等のプロセス添加剤の投入量、およびプラズマ熱源に対する電源、を含む。 The response elements discussed herein are operational to process-related devices configured to affect a specified process by adjusting the associated specified control parameters as defined and described above. May include, but is not limited to, various control elements coupled to the. For example, a process device operable within the present specification from one or more response elements may include an air or product gas blower, a feed input, a pressure or temperature regulator, a lateral transfer unit, and a plasma heat source. Although it can, it is not limited to these. Thus, examples of operating conditions that can be adjusted by response elements of the control subsystem include one or more replacement air flow rates (ie, process air blower speed), feed rate, feed rate ratio (MSW vs. high carbon feed). System pressure, lateral transfer unit movement, input of process additives such as steam, and power source for plasma heat source.

本発明の一実施形態では、制御サブシステムは、システム全体の地点での温度を監視する温度検知要素を備える。温度を監視するための温度検知要素は、必要に応じてシステム内の場所に取り付けられた熱電対または光学温度計等、温度トランスミッタにすることができる。 In one embodiment of the invention, the control subsystem comprises a temperature sensing element that monitors the temperature at a point throughout the system. The temperature sensing element for monitoring the temperature can be a temperature transmitter, such as a thermocouple or optical thermometer attached to a location in the system as needed.

図9は、システム内の温度の監視および制御のための多様な手段の概要を表し、システム全体での温度トランスミッタや流量調整装置の取り付け位置を示す。例えば、温度トランスミッタ5982は、ガスから空気への熱交換器の産生ガス出口5926の産生ガスの温度を監視するために配置されている。また、温度トランスミッタ5981は、ガスから空気への熱交換器5109の交換空気出口5917で加熱された交換空気5015の温度を監視するために配置されている。 FIG. 9 outlines various means for monitoring and controlling the temperature in the system, and shows the mounting position of the temperature transmitter and the flow regulator in the entire system. For example, the temperature transmitter 5982 is arranged to monitor the temperature of the product gas at the product gas outlet 5926 of the gas to air heat exchanger. The temperature transmitter 5981 is arranged to monitor the temperature of the exchange air 5015 heated at the exchange air outlet 5917 of the gas-to-air heat exchanger 5109.

温度トランスミッタは、ガス化および改質プロセス中にプロセス温度を監視するために、コンバータ内に配置することができる。例えば、ガス化プロセスが行われるコンバータ領域内での温度を監視することによって、原料を融解または凝集する温度に到達することなく、できるだけ長時間できるだけ高温で原料を維持するので、最適な変換効率が保証される。堆積内の温度制御は、ガス化プロセスの異なる段階の必要に追う維持手、温度を安定化するために、制御弁5994A、5994Bおよび5994Cを介して、ガス化装置2009の指定領域への加熱された交換空気の流量を調整することによって、実現される。異なる段階の温度は、それぞれ、温度トランスミッタ5984A、5984Bおよび5984Cによって測定される。ガス化プロセスの異なる段階での温度制御は、横方向移送ユニットによって、ガス化装置全体で原料の移動を制御することによっても実現することができる。 A temperature transmitter can be placed in the converter to monitor the process temperature during the gasification and reforming process. For example, by monitoring the temperature in the converter area where the gasification process takes place, the raw material is kept as high as possible for as long as possible without reaching the temperature at which the raw material is melted or agglomerated so that optimum conversion efficiency is achieved. Guaranteed. The temperature control within the deposition is heated to the designated area of the gasifier 2009 via control valves 5994A, 5994B and 5994C to stabilize the temperature following the needs of different stages of the gasification process. This is realized by adjusting the flow rate of the replacement air. The different stages of temperature are measured by temperature transmitters 5984A, 5984B and 5984C, respectively. Temperature control at different stages of the gasification process can also be achieved by controlling the movement of the raw material throughout the gasifier by means of a lateral transfer unit.

コンバータの改質領域3009の温度は、温度トランスミッタ5983によって監視される。プラズマトーチ2980への電源は、オフガス、揮発性物質、タールや煤煙を定義されたガス産物に完全に改質するための最適温度を維持するために、改質領域3009の温度を安定化するために必要に応じて調整することができる。 The temperature of the converter reforming region 3009 is monitored by a temperature transmitter 5983. The power supply to the plasma torch 2980 stabilizes the temperature of the reforming zone 3009 in order to maintain the optimum temperature for fully reforming off-gas, volatiles, tar and soot to the defined gas product. Can be adjusted as needed.

加熱された交換空気の温度を測定する交換空気出口5917に取り付けられた温度トランスミッタ5981によって、空気がガス化プロセスの使用に適した温度まで加熱されることを保証する条件下で、熱再利用プロセスが実行されることが保証される。例えば、ガス化装置で使用するための交換空気の最適温度が約600℃である場合、空気出口側に取り付けられた温度トランスミッタは、交換空気の温度が、例えば、625℃を超えないことを保証するために使用することができる。ガス化プロセスに過剰な加熱交換空気(あるいは高温すぎる交換空気)が提供されると、原料の過熱を引き起こす可能性があるので、これを防ぐために、制御弁5990が開いて、過剰な交換空気を大気に排出する。 The heat recycling process under conditions that ensure that the air is heated to a temperature suitable for use in the gasification process by a temperature transmitter 5981 attached to the exchange air outlet 5917 that measures the temperature of the heated exchange air. Is guaranteed to be executed. For example, if the optimal temperature of the replacement air for use in the gasifier is about 600 ° C, a temperature transmitter attached to the air outlet side will ensure that the temperature of the replacement air does not exceed, for example, 625 ° C. Can be used to If excessive heating exchange air (or exchange air that is too hot) is provided to the gasification process, it can cause the raw material to overheat. To prevent this, the control valve 5990 is opened to remove excess exchange air. Exhaust into the atmosphere.

従って、交換空気を大気に排出するための制御弁5990を制御するための手段も、任意選択で提供される。例えば、機器の考慮事項(例えば、停止手順の開始時)によって、プロセスの必要以上に多量の空気を加熱することが必要な場合がある。このような場合、交換空気は必要に応じて排出することが可能である。
本発明の一実施形態に応じて、制御案は、最適な加熱された交換空気出力温度のための固定設定点を、例えば、約600℃に設定する。このような実施形態の場合、ガスから空気への熱交換器を通る交換空気流量が減少した場合でも、ガスから空気への熱交換器の排出ガス温度は同じままである。ガスから空気への熱交換器を通る空気量が削減されると、従って、ガスから空気への熱交換器から排出するプロセスの次の段階、例えば、熱回収蒸気発生器に入る、産生ガスの温度が上昇する。しかし、システムを通る流量が削減すると、産生ガス流量もこれに応じて少なくなるので、熱回収蒸気発生器の産生ガス入口温度の上昇は、一時的に高くなるだけである。例えば、流量が50%に削減すると、蒸気発生器の一時的な最大産生ガス入口温度は、約800℃で、設計の温度制限内である。
Accordingly, a means for controlling the control valve 5990 for exhausting the exchanged air to the atmosphere is also optionally provided. For example, equipment considerations (eg, at the beginning of a shutdown procedure) may require heating more air than is necessary for the process. In such a case, the replacement air can be discharged as necessary.
In accordance with one embodiment of the present invention, the control scheme sets a fixed set point for optimal heated exchange air output temperature, for example, about 600 ° C. In such an embodiment, even if the exchange air flow rate through the gas to air heat exchanger is reduced, the exhaust gas temperature of the gas to air heat exchanger remains the same. When the amount of air passing through the gas-to-air heat exchanger is reduced, therefore, the next stage of the process of exhausting from the gas-to-air heat exchanger, e.g., of the product gas entering the heat recovery steam generator The temperature rises. However, as the flow rate through the system is reduced, the product gas flow rate is correspondingly reduced, so the rise in the product gas inlet temperature of the heat recovery steam generator is only temporarily increased. For example, when the flow rate is reduced to 50%, the temporary maximum product gas inlet temperature of the steam generator is about 800 ° C., which is within the design temperature limits.

ガスから空気への熱交換器入口で産生ガスの温度を監視することによって、それぞれの熱交換器に入る産生ガスの温度がその装置の理想的な動作温度を超えないことも保証することが可能である。例えば、ガスから空気への熱交換器の設計温度が1050℃である場合、熱交換器への入口ガス蒸気上の温度トランスミッタから取得される温度データは、最適な産生ガス温度を維持するために、システム全体の交換空気流量と、プラズマ熱源両方を制御するために使用することが可能である。さらに、ガスから空気への熱交換器の産生ガス出口で産生ガス温度を測定すると、熱回収段階で、顕熱の最適量が産生ガスから回収されことを保証するために有用な場合がある。 By monitoring the temperature of the product gas at the gas-to-air heat exchanger inlet, it is also possible to ensure that the temperature of the product gas entering each heat exchanger does not exceed the ideal operating temperature of the device It is. For example, if the design temperature of the gas-to-air heat exchanger is 1050 ° C., the temperature data obtained from the temperature transmitter on the inlet gas vapor to the heat exchanger is used to maintain the optimal product gas temperature It can be used to control both the exchange air flow rate of the entire system and the plasma heat source. Furthermore, measuring the product gas temperature at the product gas outlet of the gas-to-air heat exchanger may be useful to ensure that the optimum amount of sensible heat is recovered from the product gas during the heat recovery stage.

コンバータから排出するガスの温度が規定制限温度を上回る場合、管の閉塞開始を示す場合があり、この場合、保守のためにシステムを停止することが必要である。従って、熱交換器には、必要に応じて、検査や保守に便利なようにポートが提供される。 If the temperature of the gas exhausted from the converter exceeds the specified limit temperature, it may indicate the start of tube blockage, in which case it is necessary to shut down the system for maintenance. Therefore, the heat exchanger is provided with a port as needed for convenient inspection and maintenance.

本発明の一実施形態では、制御サブシステムは、ガス化システム全体で圧力とガス流量を監視する検知要素を備える。これらの圧力検知要素は、例えば、ガス化装置の垂直壁、または、ガス保管タンク等ガス化システムの下流要素に関連して、システム内に取り付けられた圧力変換機、圧力トランスミッタまたは圧力タップ等の圧力センサを含むことができる。 In one embodiment of the invention, the control subsystem comprises a sensing element that monitors pressure and gas flow rate throughout the gasification system. These pressure sensing elements may be, for example, pressure transducers, pressure transmitters or pressure taps installed in the system in relation to the vertical walls of the gasifier or downstream elements of the gasification system, such as gas storage tanks. A pressure sensor can be included.

システム内の圧力やガス流量に関連するデータは、トーチパワーまたは固体残渣物質の追加量などのパラメータへの調整が必要かどうかを決定するために、制御サブシステムによって使用される。 Data related to pressure and gas flow in the system is used by the control subsystem to determine whether adjustments to parameters such as torch power or additional amount of solid residue material are required.

本発明の一実施形態では、制御サブシステムは、システム内の圧力を調整するための応答要素を備えるので、一定の規定教養範囲内でシステムの望ましい圧力が維持される。例えば、産生ガスブロワ速度または交換空気投入量が調整されると生じる圧力の変動は、すべて、制御サブシステムによって決定される一定の動作パラメータに対して調整を行うことによって、修正される。 In one embodiment of the present invention, the control subsystem includes a response element for regulating the pressure in the system so that the desired pressure of the system is maintained within a certain prescribed culture range. For example, any pressure fluctuations that occur when the product gas blower speed or exchange air input is adjusted are corrected by making adjustments to certain operating parameters determined by the control subsystem.

図10は、システム全体の産生ガス圧と流量を監視して制御するための多様な手段の概要を表す。下流側のガス保管タンク7010の圧力トランスミッタ7095は、コンバータ1010の交換空気流量制御弁に信号を送信する。例えば、ガス保管タンク圧が減少すると、ガス化装置2010への交換空気流量を増加する信号を送信、またこの逆の信号を送信する。ガス化装置2010への交換空気の流量は、制御弁5994A、5994Bおよび5994Cを使用して制御される。ガス化装置2010に送られる交換空気5015の量が増加すると、ガス化される原料の量が増加するので、産生ガス5020流量が増加する(そして、システム圧が増加する)。 FIG. 10 represents an overview of various means for monitoring and controlling the product gas pressure and flow rate of the entire system. The pressure transmitter 7095 of the downstream gas storage tank 7010 sends a signal to the replacement air flow control valve of the converter 1010. For example, when the gas storage tank pressure decreases, a signal for increasing the exchange air flow rate to the gasifier 2010 is transmitted and vice versa. The flow rate of replacement air to the gasifier 2010 is controlled using control valves 5994A, 5994B and 5994C. As the amount of exchange air 5015 sent to the gasifier 2010 increases, the amount of feed gas 5020 increases (and the system pressure increases) because the amount of feed gasified increases.

ガス化装置2010の交換空気5015に対する需要の変化は、すべて、圧力トランスミッタ5095によって測定されるプロセス空気ブロワ排出圧力に影響を与えるので、プロセス空気ブロワ5012の変動周波ドライブ(VFD)の速度が調整される。プロセス空気ブロワの速度5012は、保管タンク7010で低圧が検出されると、増加して、速度は、保管タンクで高圧が検出されると、減少する。産生されるガス量が増加すると、制御サブシステムは、ガスブロワVFDの速度を自動的に調整して、この圧力を増加することができるので、保管タンクに送られるガス量が増加して、保管タンク圧が増加する。 Any change in demand for the replacement air 5015 of the gasifier 2010 will affect the process air blower discharge pressure measured by the pressure transmitter 5095 so that the speed of the variable frequency drive (VFD) of the process air blower 5012 is adjusted. The The process air blower speed 5012 increases when a low pressure is detected in the storage tank 7010 and the speed decreases when a high pressure is detected in the storage tank. As the amount of gas produced increases, the control subsystem can automatically adjust the speed of the gas blower VFD to increase this pressure, so the amount of gas sent to the storage tank increases and the storage tank The pressure increases.

システム全体に配置されている圧力センサによって取得されるデータに応答して、下流の誘導ブロワの速度は、システム内の圧力が増加(ファンの速度は減少)または減少(ファンの速度は減少)しているかに応じて、調整される。一実施形態では、システム全体の地点での圧力に関連するデータは、連続的に取得されるので、制御サブシステムは、規定設定内にシステム圧を維持するように、ファンの速度を頻繁に調整することができる。 In response to data acquired by pressure sensors located throughout the system, the speed of the downstream induction blower increases or decreases (fan speed decreases) or decreases (fan speed decreases) in the system. It is adjusted according to whether it is. In one embodiment, data related to pressure at a point throughout the system is continuously acquired, so the control subsystem frequently adjusts the fan speed to maintain the system pressure within a specified setting. can do.

一実施例では、システムは、ガスが周囲環境に漏れる事を防ぐように、大気圧よりやや陰圧に維持される。 In one embodiment, the system is maintained at a slightly negative pressure from atmospheric pressure to prevent gas from leaking into the surrounding environment.

一実施例では、内圧は、産生ガスをガス装置の外側に出すことによって、作動するガス装置の下流側に配置された誘導ブロワを使用して、調整される。このように、採用された誘導ブロワは、システムを大気圧または陰圧に維持する。一実施形態では、下流側のガスブロワによって排出されているガスの流量を増加または制限するように、ガス出口ラインに制御弁が提供される。 In one embodiment, the internal pressure is adjusted using an induction blower located downstream of the operating gas device by venting the product gas outside the gas device. Thus, the employed induction blower maintains the system at atmospheric or negative pressure. In one embodiment, a control valve is provided in the gas outlet line to increase or limit the flow rate of gas being discharged by the downstream gas blower.

陽圧が維持されているシステムでは、産生ガスの排出量が減少あるいは停止すると、ガスがシステム内に「押し」込まれて、高い(陽)圧となるように、ブロワが動作する。 In systems where positive pressure is maintained, the blower is operated so that when the production gas emissions are reduced or stopped, the gas is “pushed” into the system to a high (positive) pressure.

ガス量の変動は、ガス化プロセスの不均一な状態(トーチの誤作動、ガスラインの閉塞、または原料投入の停止)の結果として発生する場合がある。ガス流量の変動が続く場合、問題が解決するまで、システムを停止することができる。 Variations in the gas volume may occur as a result of a non-uniform state of the gasification process (torch malfunction, gas line blockage, or feed stop). If the gas flow continues to change, the system can be shut down until the problem is solved.

ガス化プロセス中の高炭素原料および/または蒸気プロセス添加剤の追加は、化学変換に影響を与えるので、産生ガス組成を監視することが望ましい。本発明の一実施例では、制御サブシステムは、ガス産物の組成を監視する検知要素を備える。産生ガスの組成の監視は、例えば、ガス分析器の手段によって実現することが可能である。ガス分析器は、例えば、産生ガスの水素、一酸化炭素および/または二酸化炭素の含有量を決定できる。産生ガスの化学的組成を決定するために使用可能な1つの方法は、ガスクロマトグラフィー(GC)分析である。これらの分析の採取点は、システム全体に配置することが可能である。一実施形態では、ガス組成は、ガスの赤外線スペクトラムを測定するFourier Transform Infrared(FTIR)Analyzerを使用して測定される。 The addition of high carbon feedstock and / or steam process additives during the gasification process affects chemical conversion, so it is desirable to monitor the product gas composition. In one embodiment of the invention, the control subsystem comprises a sensing element that monitors the composition of the gas product. Monitoring the composition of the product gas can be realized, for example, by means of a gas analyzer. The gas analyzer can determine, for example, the content of hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide in the product gas. One method that can be used to determine the chemical composition of the product gas is gas chromatography (GC) analysis. The collection points for these analyzes can be located throughout the system. In one embodiment, the gas composition is measured using a Fourier Transform Infrared (FTIR) Analyzer that measures the infrared spectrum of the gas.

高温のガス分析装置は存在するが、組成は、一般的に、産生ガスが冷却された後で、粒子状物質やその他の汚染物質を排除するコンディショニングステップを受けた後に測定される。 Although hot gas analyzers exist, the composition is generally measured after the product gas is cooled and after undergoing a conditioning step that eliminates particulate matter and other contaminants.

産生ガス組成は、ガス化および改質反応に追加されている空気および/蒸気プロセス添加剤の量に加えて、ガス化されている原料の組成(MSW対HCFの比率)を制御することによって、制御することが可能である。従って、制御サブシステムは、MSW対HCFの比率、原料流の追加率、ならびに、コンバータに追加されている空気および/または蒸気プロセス添加剤の量を制御する手段を提供する。 The product gas composition is controlled by controlling the composition of the gasified feedstock (MSW to HCF ratio) in addition to the amount of air and / or steam process additives added to the gasification and reforming reactions. It is possible to control. Thus, the control subsystem provides a means to control the ratio of MSW to HCF, feed rate addition rate, and the amount of air and / or steam process additives being added to the converter.

本発明の一実施形態において、制御サブシステムは、ガス化装置および/または改質装置への空気投入速度および/または量を調整する手段を備える。本発明の一実施形態において、制御サブシステムは、改質装置への蒸気投入速度および/または量を調整する手段を備える。 In one embodiment of the invention, the control subsystem comprises means for adjusting the air input rate and / or amount to the gasifier and / or reformer. In one embodiment of the present invention, the control subsystem comprises means for adjusting the rate and / or amount of steam input to the reformer.

本発明の一実施形態において、制御サブシステムは、望ましいガス組成を提供するために、炭素投入を増減するプロセスの必要性に応答して、ガス化装置への高炭素原料(HCF)投入の追加率を調整する手段を備える。 In one embodiment of the present invention, the control subsystem adds a high carbon feedstock (HCF) input to the gasifier in response to the need for a process that increases or decreases the carbon input to provide the desired gas composition. Means for adjusting the rate;

本発明の一実施形態において、制御システムは、ガス化装置に追加するMSWの量を調整する手段を備える。MSWおよび任意選択でHCFの投入は、追加される材料の形状の必要性に応じて選択および適合されているいくつかの可能な投入手段を使用してガス化装置に追加される。材料は、例えば、回転スクリューまたはオージェメカニズムを使用して、連続的手法で追加することができる。あるいは、材料は、例えば、必要に応じて材料の一部を追加するプッシャーアームを使用して、非連続的方式で追加することができる。 In one embodiment of the invention, the control system comprises means for adjusting the amount of MSW added to the gasifier. MSW and optionally HCF inputs are added to the gasifier using several possible input means that are selected and adapted according to the needs of the shape of the material being added. The material can be added in a continuous manner, for example using a rotating screw or Auger mechanism. Alternatively, the material can be added in a discontinuous manner, for example, using a pusher arm that adds a portion of the material as needed.

一実施形態では、原料投入量は、ドライブモータの可変周波数駆動(VDF)から、送給スクリューコンベヤ速度を調整することによって、制御される。投入量は、加熱された交換空気投入の加熱能力に合わせて、必要に応じて調整される。 In one embodiment, the feed rate is controlled by adjusting the feed screw conveyor speed from the drive motor variable frequency drive (VDF). The input amount is adjusted as necessary in accordance with the heating capacity of the heated exchange air input.

システムは、コンバータ内の安定的なプロセス条件を維持するために、堆積の高さ(またはレベル)を監視および制御するための手段をさらに備える。これは、コンバータ内で安定的な堆積の高さを維持する能力を提供する。堆積の高さを制御することによって、低レベルで発生する可能性がある交換空気注入による材料の流体化を防ぐと同時に、高レベルで発生する空気流の制限によって堆積全体の温度分散が損なわれることも防ぐ。安定的な堆積の高さを維持することによって、一定のコンバータ残留時間も保証される。 The system further comprises means for monitoring and controlling the deposition height (or level) to maintain stable process conditions within the converter. This provides the ability to maintain a stable deposition height within the converter. Controlling the height of the deposit prevents fluidization of the material due to exchange air injection that can occur at low levels, while at the same time impairing the temperature distribution throughout the deposit by limiting the air flow that occurs at high levels Also prevent. By maintaining a stable deposition height, a constant converter residence time is also guaranteed.

ガス化装置の一連のレベルスイッチが堆積の深さを測定する。一実施形態では、レベルスイッチは、ガス化装置の片側にエミッタと、もう片側にレシーバを備えたマイクロ波装置で、コンバータ内のその点での固体物質の存在の有無を検出する。 A series of level switches in the gasifier measure the depth of deposition. In one embodiment, the level switch is a microwave device with an emitter on one side of the gasifier and a receiver on the other side to detect the presence of solid material at that point in the converter.

本発明の一実施形態では、ガス化装置の異なる領域から、ガス化されている材料を移動する横方向移送ユニットが提供される。ガス化装置の原料の量と場所は、送給量と横方向移送ユニットの移動、さらに、加熱された交換空気投入量との関数である。従って、このような実施形態では、制御サブシステムは、必要に応じて、ガス化装置の異なる領域から、材料の移動を制御する手段を備える。 In one embodiment of the invention, a lateral transfer unit is provided for moving material being gasified from different areas of the gasifier. The amount and location of the raw material of the gasifier is a function of the feed rate, the movement of the lateral transfer unit, and the heated exchange air charge. Thus, in such an embodiment, the control subsystem comprises means for controlling the movement of material from different areas of the gasifier as needed.

一実施形態では、横方向移送ユニットは、アームで、原料は、ストロークの長さと頻度によって決定される速度で、ガス化装置の異なる領域を運ばれる。例えば、制御サブシステムは、各ストロークで移動する材料の量が制御できるように、ラムストロークの長さ、速度および/または頻度を制御するコンピュータ制御型可変速度監視ドライブ等のような、制限スイッチまたはその他の移動制御手段を備えることができる。 In one embodiment, the lateral transfer unit is an arm and the feed is carried through different areas of the gasifier at a rate determined by the length and frequency of the stroke. For example, the control subsystem may include a limit switch or a control switch, such as a computer controlled variable speed monitoring drive that controls the length, speed and / or frequency of the ram stroke so that the amount of material moving with each stroke can be controlled. Other movement control means can be provided.

一実施形態では、横方向移送ユニットは、1つ以上のスクリューコンベヤを備え、ガス化装置内の材料の移送速度は、ドライブモータ可変周波数駆動からコンベヤ速度を調整することによって制御される。 In one embodiment, the transverse transfer unit comprises one or more screw conveyors, and the transfer rate of the material in the gasifier is controlled by adjusting the conveyor speed from a drive motor variable frequency drive.

本発明の一実施形態において、制御サブシステムは、プラズマ熱源の電力、および任意選択で位置を調整する手段を備える。例えば、コンバータのガス出口での産生ガスの温度が高温すぎる場合、制御サブシステムは、プラズマ熱源の電力量を落とすように命令することができる。 In one embodiment of the present invention, the control subsystem comprises means for adjusting the power and optionally the position of the plasma heat source. For example, if the temperature of the product gas at the gas outlet of the converter is too high, the control subsystem can instruct the power source of the plasma heat source to be reduced.

ガス化システム/プロセスの使用

本発明に従うシステムは、原料を、加熱された交換空気の加熱作用に左右されるコンバータに渡すステップを一般的に備える、原料のガス化のためのプロセスを使用して、原料をガス化する。交換空気によって加熱されると、原料は乾燥されて、乾燥された原料の揮発成分は揮発する。本発明の実施形態では、加熱された交換空気は、得られる炭素のガス状構成物質への完全な変換を促進して、灰の副産物が残る。乾燥、揮発および燃焼ステップを組み合わせた産物は、オフガスを提供して、プラズマ熱源からの熱によって、さらに、オフガスは、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水蒸気(およびガス化プロセスで空気を使用することによって窒素)を含む高温ガス産物に変換される。蒸気および/空気プロセス添加剤は、ガス化段階および/またはオフガス変換段階で任意選択的に追加することができる。
Use of gasification systems / processes

The system according to the invention gasifies the feedstock using a process for gasification of the feedstock, which generally comprises the step of passing the feedstock to a converter that depends on the heating action of the heated exchange air. When heated by the exchange air, the raw material is dried and the volatile components of the dried raw material are volatilized. In an embodiment of the present invention, the heated exchange air facilitates complete conversion of the resulting carbon to gaseous constituents, leaving an ash byproduct. The product of the combination of drying, volatilization and combustion steps provides off-gas, by heat from the plasma heat source, and further off-gas uses carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, steam (and air in the gasification process) Is converted into a hot gas product containing nitrogen). Steam and / or air process additives can optionally be added in the gasification and / or off-gas conversion stages.

本発明の実施形態では、プロセスは、第2のプラズマ熱源の手段によって、スラグ産物を形成するように、副産物の灰を加熱するステップをさらに備える。 In an embodiment of the invention, the process further comprises the step of heating the byproduct ash to form a slag product by means of a second plasma heat source.

本発明のプロセスは、高温ガス産物を熱交換器に通過させるステップと、加熱された交換空気と冷却された産生ガスを産生するように高温産生ガスからの熱を空気に移動するステップと、炭素質原料のガス化に加熱された交換空気を使用するステップと、をさらに備える。 The process of the present invention includes passing a hot gas product through a heat exchanger, transferring heat from the hot product gas to air to produce heated exchange air and a cooled product gas, carbon, Using heated exchange air for gasification of the raw material.

本発明のプロセスは、冷却されたガス産物を第2の熱交換器に通過させるステップと、さらに冷却されたガスと蒸気を産生するように、第1の冷却されたガスからの熱を水に移動するステップと、をさらに備える。 The process of the present invention involves passing the cooled gas product through a second heat exchanger and further transferring heat from the first cooled gas to water to produce cooled gas and steam. A moving step.

本発明のプロセスは、ガス化プロセスを駆動する熱を作成するため、回転機械を駆動するため、および、プラズマ熱源の電力に消費された電気量を相殺することによって、純変換効率を最大にする。発電を目的とする用途では、効率は、ガス化プロセス全体で消費されたエネルギーを、産生ガス(例えば、ガスタービンの駆動または燃料電池技術)を使用して生成されたエネルギー量に比較すること、および蒸気タービンを駆動する蒸気を生成する顕熱の回収によって、測定される。 The process of the present invention maximizes net conversion efficiency by creating heat to drive the gasification process, driving a rotating machine, and offsetting the amount of electricity consumed in the power of the plasma heat source. . In applications aimed at power generation, efficiency refers to comparing the energy consumed during the entire gasification process to the amount of energy produced using the product gas (eg, driving a gas turbine or fuel cell technology), And by the recovery of sensible heat to produce the steam that drives the steam turbine.

ガス化プロセスは、産生ガスの流量/圧力、温度および/または組成の変化に基づいて、1つ以上の原料投入量、交換空気の流量、産生ガスの流量、蒸気プロセス添加剤の投入量、および、プラズマ熱源に提供された電力量を調整するフィードバック制御ステップをさらに備えることができる。このように、フィードバック制御ステップによって、合成ガスの流量、温度および/または組成は、許容範囲内に保つことができる。 The gasification process is based on changes in product gas flow / pressure, temperature and / or composition, one or more feed inputs, exchange air flow, product gas flow, steam process additive inputs, and The method may further comprise a feedback control step of adjusting the amount of power provided to the plasma heat source. In this way, the feedback control step allows the synthesis gas flow rate, temperature and / or composition to be kept within acceptable limits.

本発明の一実施形態では、プロセスは、コンバータに追加する前に炭素質原料を予熱するステップをさらに備える。 In one embodiment of the invention, the process further comprises preheating the carbonaceous feedstock before adding it to the converter.

一実施形態では、本発明に従うガス化プロセスは、ガス化装置を原料のガス化に適切な温度まで加熱するように、交換空気の使用を採用する。別の実施形態では、これは、システムの開始段階で典型的に使用されるが、空気がシステム内に送給され、プラズマ熱、あるいは、ガス化プロセスのその他の段階から回収された熱を使用して、加熱することが可能で、ガスから空気への熱交換器に入る高温の開始ガスを提供して、加熱された交換空気を生成する。交換空気は、交換空気入口に送られて、プロセス全体が燃料を使用せずに実行できるように、ガス化装置を加熱する。 In one embodiment, the gasification process according to the present invention employs the use of exchange air to heat the gasifier to a temperature suitable for raw material gasification. In another embodiment, this is typically used at the start of the system, but air is delivered into the system and uses plasma heat or heat recovered from other stages of the gasification process. To provide a hot starting gas that can be heated and enters a gas-to-air heat exchanger to produce heated exchange air. Exchange air is sent to the exchange air inlet to heat the gasifier so that the entire process can be performed without using fuel.

図11Aと11Iは、本発明に従い、熱の再利用の多様な選択肢を表す。 FIGS. 11A and 11I represent various options for heat reuse in accordance with the present invention.

図11Aは、本発明の一実施形態を表すブロックフロー図で、高温産生ガス5020Aは、コンバータ1000Aで炭素質原料をガス化することによって、産生される。高温の産生ガス5020Aは、熱交換器5100Aを通過して、熱交換器を介して、空気ブロワ5012Aによって、熱が、高温の産生ガス5020Aから、空気5010Aに移動して、加熱された交換空気5015Aと冷却された産生ガス5025Aを産生する。加熱された交換空気5015Aは、その後、コンバータ1000Aに戻されて、ガス化プロセスを促進する。冷却された産生ガス5025Aは、その後、ガスコンディショニングシステム6000Aを通過する前に、乾燥クエンチステップ6111Aによってさらに冷却される。産生ガスは、冷却および清浄後に、ガスエンジン5060Aで燃焼されて、高温の燃焼ガス5061Aが大気に排出される。 FIG. 11A is a block flow diagram representing an embodiment of the present invention, in which high-temperature production gas 5020A is produced by gasifying a carbonaceous feedstock with converter 1000A. The hot product gas 5020A passes through the heat exchanger 5100A, and through the heat exchanger, heat is transferred from the hot product gas 5020A to the air 5010A by the air blower 5012A, and heated exchange air. 5015A and the cooled production gas 5025A are produced. The heated exchange air 5015A is then returned to the converter 1000A to facilitate the gasification process. The cooled product gas 5025A is then further cooled by a dry quench step 6111A before passing through the gas conditioning system 6000A. The product gas is combusted by the gas engine 5060A after cooling and cleaning, and high-temperature combustion gas 5061A is discharged to the atmosphere.

図11Bは、本発明の一実施形態を表すブロックフロー図で、高温産生ガス5,020Bは、コンバータ1,000Bで炭素質原料をガス化することによって、産生される。高温の産生ガスは、熱交換器5100Bを通過して、熱交換器を介して、空気ブロワ5012Bによって、熱が、高温の産生ガス5020Bから、空気5010Bに移動して、加熱された交換空気5015Bと冷却された産生ガス5023Bを産生する。加熱された交換空気5015Bは、その後、コンバータ1000Bに戻されて、ガス化プロセスを促進する。ガスコンディショニングシステム6000Bを通過する前に、熱回収蒸気発生器5300Bに産生ガスを通過させることによって、冷却された産生ガス5023Bから、追加の熱が回収される。追加の熱は、水5030Bに移動して、蒸気5035Bを産生する。産生ガスは、冷却および清浄後に、ガスエンジン5060Bで燃焼されて、高温の燃焼ガス5061Bが大気に排出される。 FIG. 11B is a block flow diagram representing an embodiment of the present invention, in which high-temperature production gas 5,020B is produced by gasifying a carbonaceous feedstock with converter 1000B. The hot product gas passes through the heat exchanger 5100B, and through the heat exchanger, heat is transferred from the hot product gas 5020B to the air 5010B by the air blower 5012B, and heated exchange air 5015B. And the cooled production gas 5023B is produced. The heated exchange air 5015B is then returned to the converter 1000B to facilitate the gasification process. Additional heat is recovered from the cooled product gas 5023B by passing the product gas through the heat recovery steam generator 5300B prior to passing through the gas conditioning system 6000B. The additional heat is transferred to water 5030B to produce steam 5035B. The product gas is combusted by the gas engine 5060B after cooling and cleaning, and the high-temperature combustion gas 5061B is discharged to the atmosphere.

図11Cは、図11Bの実施形態を説明するブロックフロー図で、ガスエンジンからの高温の燃焼ガス5061Bは、第2の熱回収蒸気発生器5300Cを通過して、高温の燃焼ガスからの熱が、水5030Cに移動して、蒸気5030Cが発生する。 FIG. 11C is a block flow diagram illustrating the embodiment of FIG. 11B, where the hot combustion gas 5061B from the gas engine passes through the second heat recovery steam generator 5300C and the heat from the hot combustion gas is The water 5030C is moved to generate steam 5030C.

図11Dは、図11Bの実施形態を説明するブロックフロー図で、熱回収蒸気発生器5300Bで生成された蒸気5035Bは、蒸気タービン5065Dを駆動するために使用されて、発電する。 FIG. 11D is a block flow diagram illustrating the embodiment of FIG. 11B, where steam 5035B generated by heat recovery steam generator 5300B is used to drive steam turbine 5065D to generate electricity.

図11Eは、図11Cの実施形態を説明するブロックフロー図で、熱回収蒸気発生器(5300Bと5300C)で生成された蒸気(5035Bと5035C)は、蒸気タービン5065Eを駆動するために使用されて、発電する。 FIG. 11E is a block flow diagram illustrating the embodiment of FIG. 11C, where steam (5035B and 5035C) generated by the heat recovery steam generators (5300B and 5300C) is used to drive a steam turbine 5065E. ,Generate electricity.

図11Fは、図11Bの実施形態を説明するブロックフロー図で、加熱された交換空気5015Bも、原料のコンディショナ5067Fを通過して、ガス化のためにコンバータ1000Bに送給される前に、原料5088Fを予め乾燥する。 FIG. 11F is a block flow diagram illustrating the embodiment of FIG. 11B, where heated exchange air 5015B also passes through the raw conditioner 5067F and is delivered to the converter 1000B for gasification. The raw material 5088F is previously dried.

図11Gは、図11Bの実施形態を説明するブロックフロー図で、熱回収蒸気発生器5300Bで生成された蒸気5035Bが使用されて、原料コンディショナ5067Gを間接的に加熱して、ガス化のためにコンバータ1000Bに送給される前に、原料5088Gを予め乾燥する。 FIG. 11G is a block flow diagram illustrating the embodiment of FIG. 11B, where steam 5035B generated in heat recovery steam generator 5300B is used to indirectly heat feed conditioner 5067G for gasification. The raw material 5088G is previously dried before being fed to the converter 1000B.

図11Hは、本発明の一実施形態を表すブロックフロー図で、高温産生ガス5020Hは、コンバータ1000Hで炭素質原料をガス化することによって、産生される。高温の産生ガス5020Hは、熱交換器5100Hを通過して、空気ブロワ5012Hによって、熱が、高温の産生ガス5020Hから、熱交換器から入れられた空気に移動して、加熱された交換空気5015Hと冷却された産生ガス5025Hを産生する。加熱された交換空気5015Hは、その後、コンバータ1000Hに戻されて、ガス化プロセスを促進する。冷却された産生ガスは、その後、ガスコンディショニングシステムを通過する。産生ガスは、冷却および清浄後に、ガスエンジン5060Hで燃焼されて、高温の燃焼ガス5061Hが大気に排出される。この実施形態は、固体残渣コンディショニングステップを含み、固体残渣コンディショニング4020Hで産生された高温ガスも、熱交換器5105Hを通過して、高温ガスからの熱が熱交換器5105Hから入れられた空気5110Hに移動して、第2の加熱された空気産物5115Hを産生する。第2の加熱された空気産物5115Hは、次に、原料コンディショナ5067Hを間接的に加熱するために使用されるので、ガス化のためにコンバータ1000Hに送給される前に、原料5088Hを予め乾燥する。 FIG. 11H is a block flow diagram representing an embodiment of the present invention, in which high-temperature production gas 5020H is produced by gasifying a carbonaceous feedstock with converter 1000H. The hot product gas 5020H passes through the heat exchanger 5100H, and heat is transferred from the hot product gas 5020H to the air introduced from the heat exchanger by the air blower 5012H, and heated exchange air 5015H. And the cooled production gas 5025H is produced. The heated exchange air 5015H is then returned to the converter 1000H to facilitate the gasification process. The cooled product gas then passes through a gas conditioning system. The product gas is combusted in the gas engine 5060H after cooling and cleaning, and high-temperature combustion gas 5061H is discharged to the atmosphere. This embodiment includes a solid residue conditioning step, where the hot gas produced in the solid residue conditioning 4020H also passes through the heat exchanger 5105H and heat from the hot gas enters the air 5110H entered from the heat exchanger 5105H. To produce a second heated air product 5115H. The second heated air product 5115H is then used to indirectly heat feed conditioner 5067H, so that feed 5088H is pre-loaded before being fed to converter 1000H for gasification. dry.

図11Iは、本発明の一実施形態を表すブロックフロー図で、高温産生ガス5020Iは、コンバータ1000Iで炭素質原料をガス化することによって、産生される。高温の産生ガス5020Iは、熱交換器5100Iを通過して、空気ブロワ5012Iによって、熱が、高温の産生ガス5020Iから、熱交換器から入れられた空気に移動して、加熱された交換空気5015Iと冷却された産生ガス5025Iを産生する。加熱された交換空気5015Iは、その後、コンバータ1000Iに戻されて、ガス化プロセスを促進する。冷却された産生ガス5025Iは、その後、ガスコンディショニングシステム6000Iを通過して、ガス産物7000Iの格納および均質化のためのシステムに入る。産生ガス5125Iの一部は、その後、ガスエンジン5060Iで燃焼され、高温の燃焼ガス5061Iは大気に排出されるが、産生ガス5225Iの別の部分はバスバーナ5067Iで燃焼されて、別のガス化システムのコンバータ1005Iの予熱のための熱を提供する。 FIG. 11I is a block flow diagram representing one embodiment of the present invention, in which hot product gas 5020I is produced by gasifying a carbonaceous feedstock with converter 1000I. The hot product gas 5020I passes through the heat exchanger 5100I, and heat is transferred by the air blower 5012I from the hot product gas 5020I to the air introduced from the heat exchanger, and heated exchange air 5015I. And the cooled production gas 5025I is produced. The heated exchange air 5015I is then returned to the converter 1000I to facilitate the gasification process. The cooled product gas 5025I then passes through the gas conditioning system 6000I and enters the system for storage and homogenization of the gas product 7000I. Part of the product gas 5125I is then combusted in the gas engine 5060I and the hot combustion gas 5061I is exhausted to the atmosphere, while another part of the product gas 5225I is combusted in the bus burner 5067I for another gasification system. Provides heat for preheating the converter 1005I.

本発明は、ここで、特定の例を参照しながら説明する。以下の例は、本発明の実施形態を説明することを意図するものであり、いかようにも本発明を制限することを意図したものでないことを理解する。 The present invention will now be described with reference to specific examples. It will be understood that the following examples are intended to illustrate embodiments of the invention and are not intended to limit the invention in any way.

実施例

一般的に、本発明のシステムは、交換空気を、原料がガス化が発生できる十分な熱を受ける、コンバータに送給することによって使用される。
図12と図13に示された例示的な実施形態では、ガス化装置2100と2200は、それぞれ、3つの床レベルまたはステップを有する階段状床を有する。任意選択で、各床レベルは、約5から約10℃の間の傾斜がある。階段状床ガス化装置では、個別のステップ(床レベル)は、ガス化プロセスのそれぞれの乾燥、揮発、および炭素から灰変換段階に適切な条件を提供するので、ガス化プロセスの最適化が実現することになる。
Example

Generally, the system of the present invention is used by delivering replacement air to a converter where the feed receives sufficient heat to allow gasification to occur.
In the exemplary embodiment shown in FIGS. 12 and 13, gasifiers 2100 and 2200 each have a stepped floor with three floor levels or steps. Optionally, each floor level has a slope between about 5 and about 10 ° C. In a stepped bed gasifier, the individual steps (bed level) provide the right conditions for each drying, volatilization, and carbon to ash conversion stage of the gasification process, enabling optimization of the gasification process Will do.

これらの典型的ガス化装置の各々では、原料は、第1のステップに送給され、乾燥が主要なプロセスで、一部の揮発および炭素から灰に変換されるように、条件が提供される。このステップの通常の温度範囲は(材料堆積の底面で測定)300から900℃の間である。 In each of these typical gasifiers, the feed is fed to the first step and conditions are provided so that drying is a major process and some volatilization and conversion from carbon to ash. . The normal temperature range for this step (measured at the bottom of the material deposition) is between 300 and 900 ° C.

そして、乾燥した原料は、第2のステップに送られ、乾燥した原料を揮発して炭素を形成することが主要なプロセスで、乾燥動作のわずか(残部)と一部の炭素が灰に変換されるように、条件が提供される。このステップの通常温度範囲は400から950℃の間である。 Then, the dried raw material is sent to the second step, and the main process is to volatilize the dried raw material to form carbon, with a small part of the drying operation (remainder) and part of the carbon converted to ash. As such, conditions are provided. The normal temperature range for this step is between 400 and 950 ° C.

次に、炭素は、第3のステップに移動されて、炭素から灰への変換が主要なプロセスで、揮発が少量(残部)発生するように、条件が提供される。通常の温度範囲は600から1000℃の間である。 Next, the carbon is moved to a third step where conditions are provided such that the conversion of carbon to ash is the main process and a small amount of volatilization (remainder) occurs. The normal temperature range is between 600 and 1000 ° C.

ステップ間の移動は、横方向移送ユニットによって促進され、各ステップは、任意選択で、独立的に制御された横方向移送ユニットによって行われる。 Movement between steps is facilitated by a lateral transfer unit, each step optionally being performed by an independently controlled lateral transfer unit.

図12に表されたガス化装置の実施形態では、ガス化装置2100は、原料投入部2104、ガス出口2106および固体残渣出口2108を有する耐火物で覆われた水平方向に配向されたガス化チャンバ2102を備える。ガス化チャンバ2102は、複数の床レベル2112、2114および2116を備えた階段状床を有する。各床レベルは、交換空気を追加できるように、床レベルに近い側壁に配置された一連の交換空気入口2126を有する。交換空気の投入は、反応材料のガス化を促進するように調整される。 In the gasifier embodiment depicted in FIG. 12, the gasifier 2100 is a horizontally oriented gasification chamber covered with a refractory having a raw material input 2104, a gas outlet 2106 and a solid residue outlet 2108. 2102. The gasification chamber 2102 has a stepped floor with a plurality of floor levels 2112, 2114 and 2116. Each floor level has a series of replacement air inlets 2126 located on the side wall near the floor level so that replacement air can be added. The input of exchange air is adjusted to promote gasification of the reaction material.

図13に表されたガス化装置の実施形態では、ガス化装置2200は、原料投入部2204、ガス出口2206および固体残渣出口2208を有する耐火物で覆われた水平方向に配向されたガス化チャンバ2202を備える。ガス化チャンバ2202は、複数の床レベル2212、2214、および2216を備えた階段状の床を有する。 In the gasifier embodiment depicted in FIG. 13, the gasifier 2200 includes a horizontally oriented gasification chamber covered with a refractory having a raw material input 2204, a gas outlet 2206 and a solid residue outlet 2208. 2202. The gasification chamber 2202 has a stepped floor with a plurality of floor levels 2212, 2214, and 2216.

各レベルまたはステップは、加熱された空気が導入できるように穿孔のある床を有する。各レベルまたはステップのための空気送給は、独立的に制御可能である。穿孔のある床2270から独立的に空気を送給および配分することは、各ステップで床を形成する個別のエアボックス2272、2274および2276によって実現される。 Each level or step has a perforated floor so that heated air can be introduced. The air delivery for each level or step can be controlled independently. The delivery and distribution of air independently from the perforated floor 2270 is accomplished by separate air boxes 2272, 2274 and 2276 that form the floor at each step.

図14にはエアボックスが示されているが、エアボックスの穿孔のある上面2302と、交換空気導管システムへの接続のための接続フランジ2280を明確に表す。 Although an air box is shown in FIG. 14, the air box perforated top surface 2302 and the connection flange 2280 for connection to the replacement air conduit system are clearly represented.

ガス化装置で形成されたオフガスは、次に、プラズマ熱源と、任意選択で蒸気および追加の加熱交換空気によって、改質チャンバで処理される。これらの添加剤は、産生ガスの形成が必ず規定の組成を有するように、改質ステップで、任意選択的に追加される。改質ステップ中の温度は、汚染物質の発生を最小にしながら、規定のガス産物への完全な変換を保証する適切なレベルで反応を維持するに十分に高い範囲で維持される。例示的な実施形態では、改質ステップの温度範囲は約900℃から約1300℃である。 The off-gas formed in the gasifier is then processed in the reforming chamber by a plasma heat source and optionally steam and additional heat exchange air. These additives are optionally added in the reforming step so that the formation of the product gas necessarily has a defined composition. The temperature during the reforming step is maintained in a sufficiently high range to maintain the reaction at an appropriate level that ensures complete conversion to a defined gas product while minimizing the generation of contaminants. In an exemplary embodiment, the temperature range of the reforming step is from about 900 ° C to about 1300 ° C.

改質段階後、産生ガスの温度が高すぎる場合は、産生ガスの排出温度を下げるために、蒸気が任意選択で追加される。産生ガスは、約900℃から約1100℃の温度でプラズマ改質区域から排出する。例示的な実施形態では、産生ガス排出温度は約1000℃+/−100℃である。高温産生ガスの流量は、約6000Nm/時から約9500Nm/時で、典型的には約7950Nm/時である。高温産生ガスは、その後、ガスから空気への熱交換器に渡される。 If the temperature of the product gas is too high after the reforming step, steam is optionally added to lower the product gas discharge temperature. The product gas exits the plasma reforming zone at a temperature of about 900 ° C. to about 1100 ° C. In an exemplary embodiment, the product gas discharge temperature is about 1000 ° C. + / − 100 ° C. The flow rate of the hot product gas is about 6000 Nm 3 / hour to about 9500 Nm 3 / hour, typically about 7950 Nm 3 / hour. The hot product gas is then passed to a gas to air heat exchanger.

現在の例では、空気は、周囲温度、つまり、約−30℃から約40℃で、ガスから空気への熱交換器に入る。空気は、空気ブロワを使用してシステムを循環し、約1000Nm/時から約5150Nm/時で、典型的には約4300Nm/時でガスから空気への熱交換器に入る。 In the current example, air enters the gas-to-air heat exchanger at ambient temperature, ie, from about −30 ° C. to about 40 ° C. Air circulates system using air blowers, about 1000 Nm 3 / about 5150Nm 3 / time from the time, and typically falls between about 4300Nm 3 / hr for gas heat exchanger to the air.

この例では、空気は、熱交換器で加熱されて、約500℃から約625℃の温度を有する交換空気を産生する。例示的な実施形態では、交換空気の温度は約600℃である。高温の産生ガスは、次に、約500℃から約800℃の温度に冷却される。例示的な実施形態では、産生ガス温度は約740℃である。加熱された交換空気は、交換空気入口からガス化装置に渡されて、上記のように原料をガス化する。 In this example, the air is heated with a heat exchanger to produce exchange air having a temperature of about 500 ° C. to about 625 ° C. In the exemplary embodiment, the temperature of the exchange air is about 600 ° C. The hot product gas is then cooled to a temperature of about 500 ° C. to about 800 ° C. In an exemplary embodiment, the product gas temperature is about 740 ° C. The heated exchange air is passed from the exchange air inlet to the gasifier and gasifies the raw material as described above.

典型的実施例のガスから空気への熱交換器は、産生ガスの高レベルの特定の負荷に対して特別に設計されたシェル‐チューブ型熱交換器で、産生ガスは管側に流れて、空気は、現在シェル側のカウンタを流れる。 The gas-to-air heat exchanger of the exemplary embodiment is a shell-tube heat exchanger designed specifically for high levels of specific loads of product gas, with the product gas flowing to the tube side, The air now flows through the counter on the shell side.

例示的な実施例では、冷却された産生ガスは、乾燥クエンチステップを使用して、さらに冷却されて、産生ガスから過剰な熱を除去するので、以降のフィルタリングとコンディショニングステップに必要な冷却産生ガスが提供される。冷却された産生ガスは、その後、ガスコンディショニング段階を通過して、酸化ガス、重金属、粒子状物質やその他の汚染物質が除去される。 In an exemplary embodiment, the cooled product gas is further cooled using a dry quench step to remove excess heat from the product gas, so that the cooled product gas required for subsequent filtering and conditioning steps. Is provided. The cooled product gas then passes through a gas conditioning stage to remove oxidizing gases, heavy metals, particulate matter and other contaminants.

ガス化プロセスの残渣副産物は、専用プラズマ熱源で融解することによって、残渣コンディショニングチャンバでさらにコンディショニングされる。残渣コンディショニングステップの産物は、不活性スラグ物質と高温ガスである。 Residual by-products of the gasification process are further conditioned in a residue conditioning chamber by melting with a dedicated plasma heat source. The products of the residue conditioning step are inert slag material and hot gas.

本発明は、ある特定の実施形態を参照しながら説明したが、添付の請求項に示されるように、当業者には、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、多様な変更が明らかである。 While the invention has been described with reference to certain specific embodiments, various modifications will be apparent to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims. is there.

全ての特許、公開された特許申請書などの印刷物、および、参照されたデータベースエントリの公開は、特に、各々の個別の特許、印刷物、およびデータベースエントリが参照により組み込まれると特定および個別に示されているものとして、全体を参照することによって、特定に組み込まれる。 The publication of all patents, printed materials such as published patent applications, and referenced database entries are specifically and individually indicated as each individual patent, printed material, and database entry is incorporated by reference. As such, it is specifically incorporated by reference in its entirety.

Claims (10)

高温ガスから回収された熱を炭素質原料ガス化装置に再利用するシステムであって、
前記高温ガスを、加熱流体と冷却ガスを産生するように前記高温ガスからの熱が流体に移動する、ガスから流体への熱交換器に移動する手段と、
前記加熱流体を前記ガス化装置に移動する手段と、
前記システムの操作パラメータを監視するための検知要素と、前記ガス化プロセスを最適化するように前記システム内の動作条件を調整する応答要素とを備える制御システムと、を備え、
前記応答要素は、前記検知要素から取得されるデータに応じて前記システム内の前記動作条件を調整することによって、エネルギー産生を最大限にしながら、前記プロセスのエネルギー消費を最小限にすることによって、ガス化プロセスの効率を最適化することを特徴とするシステム。
A system for reusing heat recovered from high-temperature gas in a carbonaceous raw material gasifier,
Means for transferring the hot gas to a gas-to-fluid heat exchanger, wherein heat from the hot gas is transferred to the fluid to produce a heated fluid and a cooling gas;
Means for moving the heated fluid to the gasifier;
A control system comprising a sensing element for monitoring operating parameters of the system and a response element that adjusts operating conditions in the system to optimize the gasification process;
The response element minimizes the energy consumption of the process while maximizing energy production by adjusting the operating conditions in the system in response to data obtained from the sensing element. A system characterized by optimizing the efficiency of the gasification process.
前記高温ガスは、炭素質原料ガス化プロセス中に産生されるガスであることを特徴とする請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the hot gas is a gas produced during a carbonaceous feed gasification process. 前記流体は、空気、水、油、窒素または二酸化炭素であることを特徴とする請求項2に記載のシステム。   The system of claim 2, wherein the fluid is air, water, oil, nitrogen or carbon dioxide. 前記流体は、空気であり、前記ガスから流体への熱交換器は、ガスから空気への熱交換器であることを特徴とする請求項3に記載のシステム。   4. The system of claim 3, wherein the fluid is air and the gas-to-fluid heat exchanger is a gas-to-air heat exchanger. 前記流体は、空気であり、前記ガスから流体への熱交換器は、熱回収蒸気発生器であることを特徴とする請求項3に記載のシステム。   The system of claim 3, wherein the fluid is air and the gas-to-fluid heat exchanger is a heat recovery steam generator. 高温ガスから回収された熱を炭素質原料ガス化装置に再利用するシステムであって、
前記高温ガスを、加熱空気と冷却ガスを産生するように前記高温ガスからの前記熱が空気に移動する、ガスから空気への熱交換器に移動する手段と、
前記加熱空気を前記ガス化装置に移動する手段と、を備えることを特徴とするシステム。
A system for reusing heat recovered from high-temperature gas in a carbonaceous raw material gasifier,
Means for transferring the hot gas to a gas-to-air heat exchanger, wherein the heat from the hot gas is transferred to air to produce heated air and cooling gas;
Means for moving the heated air to the gasifier.
前記高温ガスは、炭素質原料ガス化プロセス中のガス化装置において産生されるガスであることを特徴とする請求項6に記載のシステム。   The system according to claim 6, wherein the high-temperature gas is a gas produced in a gasifier during a carbonaceous raw material gasification process. 前記高温ガスを前記ガスから空気への熱交換器に移動する前記手段は、前記ガス化装置上の高温ガス出口と前記ガスから空気への熱交換器の高温ガス入口との間の流体連通を提供する高温ガス導管システムを備え、前記加熱空気を前記ガス化装置に移動する前記手段は、前記ガスから空気への熱交換器上の空気出口と前記ガス化装置上の空気入口との間の流体連通を提供する空気導管システムを備え、前記高温ガスは、前記高温ガス導管を介して前記ガス化装置から前記ガスから空気への熱交換器に移動し、前記加熱空気は、前記空気導管システムを介して前記ガスから空気への熱交換器から前記ガス化装置の前記空気入口に移動することを特徴とする請求項6に記載のシステム。   The means for moving the hot gas to the gas to air heat exchanger provides fluid communication between a hot gas outlet on the gasifier and a hot gas inlet of the gas to air heat exchanger. A means for transferring the heated air to the gasifier is provided between an air outlet on the gas-to-air heat exchanger and an air inlet on the gasifier. An air conduit system for providing fluid communication, wherein the hot gas is transferred from the gasifier to the gas-to-air heat exchanger via the hot gas conduit, and the heated air is supplied to the air conduit system. 7. The system of claim 6, wherein the system moves from the gas-to-air heat exchanger to the air inlet of the gasifier. 冷却された産生ガス出口と連通する高温産生ガス入口と、加熱流体出口と連通する冷却流体入口とを備えるガスから流体への熱交換器を使用して、ガス化プロセスによって産生される高温ガスから顕熱をガス化プロセスに戻して再利用することによって、炭素質原料の前記ガス化プロセスの効率を改善するためのプロセスであって、
前記高温産生ガス入口を介して前記高温産生ガスを前記ガスから流体への熱交換器に渡すステップと、
前記冷却流体入口を介して前記冷却流体を前記ガスから流体への熱交換器に渡すステップと、
前記冷却された産生ガス出口を介して前記熱交換器から排出する冷却された産生ガスと、前記加熱流体出口を介して前記熱交換器から排出する加熱流体とを産生するように、前記高温産生ガスを前記ガスから流体への熱交換器を介して前記冷却流体に移動するステップと、
前記炭素質原料ガス化プロセスのための熱を提供するように、前記加熱流体を使用するステップと、を備えることを特徴とするプロセス。
From the hot gas produced by the gasification process using a gas-to-fluid heat exchanger comprising a hot product gas inlet in communication with the cooled product gas outlet and a cooling fluid inlet in communication with the heated fluid outlet A process for improving the efficiency of the gasification process of a carbonaceous raw material by returning sensible heat to the gasification process and reusing it,
Passing the hot product gas to the gas-to-fluid heat exchanger via the hot product gas inlet;
Passing the cooling fluid to the gas-to-fluid heat exchanger via the cooling fluid inlet;
The high temperature production so as to produce a cooled production gas exhausted from the heat exchanger via the cooled production gas outlet and a heated fluid exhausted from the heat exchanger via the heating fluid outlet. Moving gas to the cooling fluid via a gas-to-fluid heat exchanger;
Using the heated fluid to provide heat for the carbonaceous feedstock gasification process.
前記流体は空気であり、前記ガスから流体への熱交換器は、ガスから空気への熱交換器であることを特徴とする請求項9に記載のプロセス。   The process of claim 9, wherein the fluid is air and the gas to fluid heat exchanger is a gas to air heat exchanger.
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