JP2009536261A - 水平配向されたガス化装置を有する低温ガス化施設 - Google Patents

Abstract

廃熱を最小限に抑えながら、炭素質原料からのガス状分子の抽出を最適化する、水平配向されたガス化装置を備える低温ガス化システムを提供する。当該システムは、都市固形廃棄物（Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｓｏｌｉｄ Ｗａｓｔｅ；ＭＳＷ）を電気に変換するために共働する複数の統合サブシステムを備える。低温ガス化システムが備えるサブシステムは、都市固形廃棄物処理システム、プラスチック処理システム、横方向移送ユニットシステムを有する水平配向されたガス化装置、ガス改質システム、熱再利用システム、ガスコンディショニングシステム、残渣コンディショニングシステム、ガス均質化システム、および制御システムである。

Description

発明の詳細な説明

［発明の属する技術分野］
本発明は、炭素質原料のガス化の分野に関し、その合成ガスへの変換およびエネルギーを生成するための後の使用に関する。
［背景技術］
ガス化は、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）、バイオマス、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。

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ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、ＳＯ_x、およびＮＯ_x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、Ｈ₂、Ｈ₂Ｓ、およびＮＨ₃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Ｈ₂およびＣＯである。

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、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂、Ｎ₂、Ｏ₂、ＣＯ₂、ＣＯ、ＣＨ₄、Ｈ₂Ｓ、ＮＨ₃、Ｃ₂Ｈ₆、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。

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。

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である灰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。

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。

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。

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。

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Ｈ₂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。

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、空気、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。

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添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、その他は自身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、全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。

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、全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。

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。

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。

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。

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。
［発明の開示］
本発明は、水平配向されたガス化装置を有する低温ガス化施設を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、炭素質原料の、規定された組成の合成ガスへの変換のための低温システムであって、炭素質原料の、オフガスおよび固体残渣への変換のための水平配向されたガス化装置であって、原料投入手段、ガス出口手段、および固体残渣出力手段を有し、階段状床を備え、各段には、処理中に上述のガス化装置を介して材料を移動させるための移動棚横方向移送手段が設けられている、ガス化装置と、上述のガス化装置内で産生されたオフガスの、ＣＯおよびＨ₂を含有する合成ガスへの変換のためのガス改質サブシステムと、上述の固体残渣を融解および均質化するための残渣コンディショニングサブシステムと、システムの動作を調節するための制御システムと、を備える、低温システムが提供される。

ほんの一例として添付の図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。

ガス化装置の異なる領域を概括的に示すフロー図である。 ガス化装置の一実施形態の領域１、２、および３において発生するガス化プロセスを示す図である。 本発明の一実施形態による、下流側のガスエンジンと統合された例示的なガスコンディショニングシステムを組み込んだ、低温ガス化施設のプロセス全体を描写したフロー図である。 ガス化システム全体の現場レイアウトを示す図である。 都市固形廃棄物用の貯蔵庫のレイアウトを示す図である。 廃棄物処理システムを示す図である。 プラスチック処理システムを示す概略図である。 原料投入部、ガス出口、残渣出口、搬送用ラム筺体、およびアクセスポートを詳細に説明する、ガス化装置の一実施形態の斜視図である。 エアボックス、残渣缶、および集塵機を詳細に説明する、図６に示すガス化装置の側面図である。 原料投入部、ガス出口、残渣出口、横方向移送手段、熱電対、およびアクセスポートを詳細に説明する、図６および図７に示すガス化装置を通る中心縦方向横断面図である。 エアボックス、搬送用ラム指部、残渣抽出スクリュー、および段Ｃの鋸歯状縁を詳細に説明する、拡大横断面図である。 耐火物を詳細に説明する、図６および図７のガス化装置の断面図である。 図６〜図１０に示すガス化装置の段ＡおよびＢのエアボックスアセンブリを詳細に説明する図である。 図６〜図１０に示すガス化装置の段Ｃエアボックスの横断面図を示す図である。 エアボックスを詳細に説明する、図６〜図１０のガス化装置の横断面図を示す図である。 図６〜図１０に示すガス化装置の多指搬送用ラムの塵埃シールを詳細に説明する図である。 塵埃プッシャー、塵埃缶アタッチメント、シャッター、オペレータハンドル、およびチェーン機構を詳細に説明する、図６〜図１０に示すガス化装置の一実施形態の塵埃除去システムを示す図である。 搬送用ラム構造を詳細に説明する、図６、図７、図８、図９、および図１０に示すガス化装置の搬送用ラム筺体を詳細に説明する図である。 本発明の一実施形態におけるレベル切り替え場所を詳細に説明する説明図である。 ガス化装置、ガス改質チャンバ、および残渣コンディショニングチャンバの設定を示す図である。 ガス化装置、ガス改質チャンバ、および残渣コンディショニングチャンバの設定の横断面図である。 ガス改質チャンバの概略図である。 改質チャンバの内壁の図である。 トーチならびに空気および蒸気ノズルの位置を示す改質チャンバのトップダウンを示す図である。 改質チャンバの周囲におけるスワール入口の配置を示す図である。 改質チャンバ上にあるプラズマトーチのアタッチメントを示す図である。 図２０の改質チャンバの横断面図である。 図２０の改質チャンバを含む本発明のガス改質システムを備えるガス化装置内の空気流を示す図である。 空気投入部から図２０の改質チャンバへの空気の注入、および内部空気流に対するその影響を示す図である。 残渣コンディショニングシステムの機能ブロック図である。 残渣コンディショニングシステムの実際の実装、ならびにそのガス化装置およびバグハウスフィルタへの接続を示す図である。 残渣コンディショニングチャンバを示す横断面図である。 残渣コンディショニングチャンバを示す別の図である。 残渣コンディショニングチャンバ、および、ガラス化されたスラグのスラグ備蓄への移送用に使用されるコンベアを有するクエンチタンクを示す図である。 別の角度からの残渣コンディショニングシステム全体を示し、また、残渣コンディショニングチャンバに使用される支持構造物も示す図である。 残渣コンディショニングチャンバを有する残渣ガスコンディショニングシステムの配置を示す図である。 残渣コンディショニングチャンバを有する残渣ガスコンディショニングシステムを示す別の図である。 システム全体の、および特にガスコンディショニングシステム（Ｇａｓ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＣＳ）を描写しているプロセスフロー図である。 本発明の一実施形態による、合成ガス調節システムと統合されたガスコンディショニングシステムの設定を描写している図である。 熱交換器のさらに詳細な図面であり、当該熱交換器への空気投入の制御に使用される処理空気ブロワを示す図である。 活性炭素またはその他の吸着材を貯蔵ホッパ内に収容し、回転スクリューによって合成ガス流中へ送給する乾式注入システムを描写する図である。合成ガス流パイプは、炭素がガス流回転に飛沫同伴されてバグハウス内へ入らないように角度を付けられる。 バグハウスと組み合わせた乾式注入システムを提示する例示的な概略図である。 ＨＣｌスクラバおよび関連コンポーネントを提示する例示的な概略図である。 ガスコンディショニングシステムからの廃水を収集および貯蔵するためのシステムを示す図である。 本発明の一実施形態による、Ｔｈｉｏｐａｑベースのバイオリアクタを使用するＨ₂Ｓ除去プロセスを描写しているプロセスフロー図である。 本発明の一実施形態によるガス均質化システムの説明図であり、当該システムにおいて、ガスは単一源から単一均質化チャンバへ配送され、続いて、それぞれのエンジンがそれぞれの気体／液体分離器および加熱器を有する複数のエンジンへ配送される。 本発明の一実施形態による、固定体積均質化チャンバの説明図である。 ガス化システムおよびそのための制御システムの高レベルの概略図である。 図４３のガス化および制御システムの代替的に表示する図である。 図４３および図４４のガス化システムを制御するための制御スキームのフロー図である。 図４３および図４４のガス化システムを制御するための代替的な制御スキームのフロー図であり、このシステムは、そのガス化プロセスにおいてプロセス添加剤蒸気を使用するようにさらに適合される。 原料投入、ガス出口、灰出口、横方向移送システム、添加剤ポート、およびアクセスポートを詳細に説明する、ガス化装置の一実施形態を通る横断面図である。 熱電対およびプロセス添加剤ポートを詳細に説明する、図４７に示すガス化装置の実施形態を通る中心縦方向横断面図である。 図４７および図４８に示すガス化装置の実施形態の斜視図である。 横方向移送システムの外部要素を詳細に説明する、図４７〜図４９に示すガス化装置の実施形態の外観を示す図である。 図４７〜図４９に示すガス化装置の横方向移送ユニットの一部を示す図である。 図５１に示す横方向移送ユニットを示す底面図である。 図５１に示す横方向移送ユニットの代替的な実施形態を示す図である。 ２つのガス化装置に連結された本発明のガス改質システムの一実施形態の概略図である。 本発明のガス改質チャンバの一実施形態におけるバッフルの配置を示すである。 ガス改質システムの一実施形態を備える輸送反応器の概略図である。 ガス改質システムの一実施形態を備える２つの同伴流ガス化装置の概略図である。 ガス改質システムの一実施形態を備える２つの固定床ガス化装置の概略図である。 ガス改質システムの一実施形態を備えるサイクロン式ガス化装置の概略図である。 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。 本発明の一実施形態による、ガス化プロセスの生の合成ガス産物からの熱の回収用の熱交換器を含む、熱い生の合成ガス産物を冷却するためのシステム、およびさらなる合成ガス冷却のためのクエンチステップのブロックフロー図である。 本発明の一実施形態による、コンバータガス／空気間の熱交換器のための機能要件を示す概略図である。 本発明の一実施形態による、ガス／空気間の熱交換器を描写した概略図である。 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。 本発明の一実施形態による、ガス／空気間の熱交換器と熱回収蒸気発生器との間の関係を描写した概略図である。 本発明の一実施形態による、制御サブシステム内における合成ガス流量／圧力の高レベル図を示す概略図である。 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。 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。 ＧＣＳの異なる実施形態を含むプロセスの種々の組み合わせを描写している図である。 本発明の残渣コンディショニングシステムの投入、任意選択の投入、および出力を示すブロックフロー図である。 本発明による典型的な残渣コンディショニングチャンバの概略表示の図である。 本発明の一実施形態による、２つの残渣源と間接的に連通している残渣コンディショニングチャンバの概略描写を示す図である。 本発明の一実施形態による、１つの残渣源と間接的に連通している残渣コンディショニングチャンバの概略描写を示す図である。 残渣コンディショニングチャンバと統合された残渣コンディショニングチャンバの一実施形態を示す横断面図である。 本発明の一実施形態による、Ｓ字噴出型スラグ出口の部分断面図である。 本発明の一実施形態による、残渣コンディショニングチャンバ内の傾斜角可変のスラグ坩堝の部分断面図である。 本発明による、スラグ出口の一実施形態の部分断面図である。 本発明による、スラグ出口の一実施形態の部分断面図である。 本発明による、スラグ出口の一実施形態の部分断面図である。 本発明による、スラグ出口の一実施形態の部分断面図である。 本発明の一実施形態によるガス均質化システムの説明図であり、当該システムにおいて、ガスは単一源から単一均質化チャンバへ配送され、続いて、ガスコンディショニングスキッドを用いて単一のエンジンへ配送される。 本発明の一実施形態によるガス均質化システムの説明図であり、当該システムにおいて、ガスは単一源から単一均質化チャンバへ配送され、続いて、加熱器、フィルタ、および圧力調節弁を用いて単一のエンジンへ配送される。 本発明の一実施形態によるガス均質化システムの説明図であり、当該システムにおいて、ガスは単一源から単一均質化チャンバへ配送され、続いて、加熱器ならびに複数のフィルタおよび圧力調節弁を用いて複数のエンジンへ配送される。 本発明の一実施形態によるガス均質化システムの説明図であり、当該システムにおいて、ガスは複数源から単一均質化チャンバへ配送され、続いて、それぞれのエンジンがそれぞれのガスコンディショニングスキッドを有する複数のエンジンへ配送される。 本発明の一実施形態によるガス均質化システムの説明図であり、当該システムにおいて、ガスは、単一均質化チャンバへ配送されるガスの単一源をそれぞれの流れが備える２つの並列流れから、複数のエンジンへ配送される。 本発明の一実施形態による、一定体積均質化チャンバの説明図である。 本発明の一実施形態による、圧力容器とコンプレッサとの組み合わせとして構成された均質化チャンバの説明図である。 本発明の一実施形態による、二重膜ガスホルダとして構成された均質化チャンバの説明図である。 本発明の一実施形態による、吸収型ガスホルダとして構成された均質化チャンバの説明図である。 本発明の一実施形態による、並列に配置された複数の一定体積均質化チャンバの説明図である。 本発明の一実施形態による、炭素質原料をガスに変換するためのガス化プロセスを制御するための制御システムの使用を描写したフロー図である。 本発明の一実施形態による、炭素質原料をガスに変換するためのガス化プロセスを制御するための制御システムの、計算プラットフォームおよびその例示的なコンポーネントの概略図である。 本発明の一実施形態による、集中制御システムの概略図である。 本発明の一実施形態による、少なくとも部分的に分散された制御システムの概略図である。 本発明の一実施形態による、その中で実装される１つ以上のプロセスを制御するための制御システムによって、それぞれガス化システムから受信／へ送信される、例示的な検知および応答信号を描写した概略図である。 本発明の種々の例示的な実施形態による、炭素質原料の、特定組成のガスへの変換のためのシステムの種々のデバイス、モジュール、およびサブシステムとの統合システム制御システムの、例示的な検知および応答アクセスポイントを、種々の考えられる下流側アプリケーションとともに描写した概略図である。 本発明の一実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムのコンバータへの投入を制御するための制御システムを描写した概略図である。 ガス化システムを制御するための制御スキームのフロー図である。 ガス化システムを制御するための代替的な制御スキームのフロー図であり、このシステムは、そのガス化プロセスにおいてプロセス添加剤蒸気を使用するようにさらに適合される。 本発明のさらなる例示的な実施形態による、ガス化プロセスを制御するための代替的な制御スキームのフロー図である。 本発明のさらなる例示的な実施形態による、ガス化プロセスを制御するための代替的な制御スキームのフロー図である。 は、施設のプロセスがどのように構築され得るかの種々の組み合わせを描写しており、「１」はゾーン１（ガス化装置）を描写しており、「２」はゾーン２（残渣コンディショナ）を描写しており、「３」はゾーン３（ガス改質システム）を描写している。

（定義）
本願において、「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。

本願において同義で使用される場合、「炭素質原料」および「原料」という用語は、ガス化プロセスにおいて使用され得る炭素質材料のことをいうものとして定義される。適切な原料の例としては、都市廃棄物、産業活動によって産生された廃棄物、生物医学的廃棄物を含む廃棄材料；再利用不可能なプラスチックを含む、再利用に不適切な炭素質材料；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；炭化水素で汚染された固体；バイオマス；農業廃棄物；都市固形廃棄物；有害廃棄物および産業廃棄物を含むがこれらに限定されない。ガス化に有用なバイオマスの例としては、廃材；新鮮材；果物、野菜、および穀物加工の残骸；製紙工場の残渣；藁；草、ならびに肥料を含むがこれらに限定されない。

「廃棄材料」という用語は、炭素質の有害および無害な廃棄物のことをいうものとして定義される。これらは、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を含み得る。廃棄材料は、再利用不可能なプラスチックを含む、再利用に不適切な炭素質材料、および下水汚泥も含む。

「制御可能な固体移動手段」という用語は、制御可能な様式でガス化装置から固体を除去するための１つ以上のデバイスのことをいうものとして定義される。そのようなデバイスの例としては、回転アーム、回転ホイール、回転パドル、移動棚、プッシャーラム、スクリュー、コンベア、およびそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない。

「検知要素」という用語は、プロセス、プロセスデバイス、プロセス入力、またはプロセス出力の特徴を検知するように構成されたシステムの任意の要素を説明するものとして定義され、そのような特徴は、システムの１つ以上の局所的、領域的、および／または大域的プロセスを監視、調節、および／または制御する際に使用可能な特徴値によって表現され得る。ガス化システムの文脈の中で検知要素とみなされるものは、プロセス、流体および／もしくは材料の温度、圧力、流量、組成、ならびに／またはその他のそのような特徴、さらに、システム内における任意の所与の地点における材料の位置および／または性質、ならびに、システム内で使用される任意のプロセスデバイスのあらゆる動作特徴の検知のための、センサ、検出器、モニタ、アナライザ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。検知要素の上記の例は、それぞれガス化システムの文脈の中で関連するものであるが、本開示の文脈の中で具体的に関連するものでない場合もあるため、本願において検知要素として定義される要素は、これらの例を踏まえて限定および／または不適切に解釈されるべきではないことが、当業者には十分に理解されるであろう。

「応答要素」という用語は、それと動作可能に関連付けられたプロセスデバイスを動作させるために、１つ以上の所定の、計算された、固定された、および／または調整可能な制御パラメータに従って、検知された特徴に応答するように構成されたシステムの任意の要素を説明するものとして定義され、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ものとして定義される。ガス化システムの文脈の中で応答要素とみなされるものは、静的な、事前設定された、および／または動的に可変のドライバ、動力源、ならびに、１つ以上の制御パラメータに基づいて、機械的、電気的、磁気的、空気圧式、油圧式の、またはそれらの組み合わせであってもよいアクションをデバイスに行わせるように構成可能なその他任意の要素を含み得るが、これらに限定されない。ガス化システムの文脈の中でプロセスデバイスとみなされ、それに対して１つ以上の応答要素が動作可能に連結され得るものは、材料および／または原料投入手段、プラズマ熱源等の熱源、添加剤投入手段、種々のガスブロワおよび／またはその他のそのようなガス循環デバイス、種々のガス流量および／または圧力調節器、ならびに、ガス化システム内のあらゆる局所的、領域的、および／または大域的プロセスに対して影響を及ぼすように動作可能なその他のプロセスデバイスを含み得るが、これらに限定されない。応答要素の上記の例は、それぞれガス化システムの文脈の中で関連するものであるが、本開示の文脈の中で具体的に関連するものでない場合もあるため、本願において応答要素として定義される要素は、これらの例を踏まえて限定および／または不適切に解釈されるべきではないことが、当業者には十分に理解されるであろう。

「リアルタイム」という用語は、アクションが関連するシステムもしくはプロセスの現在もしくは最近の状況、またはその特徴を実質的に反映している任意のアクションを定義するものとして定義される。リアルタイムアクションは、プロセス、反復、計測、計算、応答、反応、データの取得、取得されたデータに呼応したデバイスの動作、および、システムまたはその中で実装される所与のプロセス内において実装されるその他のそのようなアクションを含み得るが、これらに限定されない。比較的遅く変動するプロセスまたは特徴に関連するリアルタイムアクションは、比較的速く変動するプロセスまたは特徴に関連する別の同等のリアルタイムアクション（例えば、１ｍｓ、１０ｍｓ、１００ｍｓ、１ｓ）よりもはるかに長い時間枠または期間（例えば、秒、分、時間等）内に実装され得ることが、十分に理解されるであろう。

「連続的な」という用語は、定期的に、または所与の速度もしくは頻度で実装される任意のアクションを定義するものとして定義される。連続的なアクションは、プロセス、反復、計測、計算、応答、反応、検知要素によるデータの取得、取得されたデータに呼応したデバイスの動作、および、システム内で、またはその中で実装される所与のプロセスと連携して実装されるその他のそのようなアクションを含み得るが、これらに限定されない。比較的遅く変動するプロセスまたは特徴に関連する連続的なアクションは、比較的速く変動するプロセスまたは特徴に関連する別の同等の連続的なアクション（例えば、１ＫＨｚ、１００Ｈｚ、１０Ｈｚ、１Ｈｚ）よりもはるかに遅い速度または頻度（例えば、１回／秒、１回／分、１回／時間等）で実装され得ることが、十分に理解されるであろう。
本願において、「コンバータ」という用語は、冷却およびコンディショニングの前に炭素質原料をガス産物に変換するために使用されるシステムのことをいう。変換プロセスは、１つのチャンバ、複数のゾーンを有する１つのチャンバ、または複数のチャンバ内において発生し得る。一実施形態において、コンバータは、ガス化装置およびガス改質システムを備える。

本願において、「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、改質オフガス、または改質合成ガスのことをいうために使用される場合がある。

本願において、「ガス改質」という用語は、異なる化学組成のガスを生成するために、生合成ガスまたは生オフガスをさらに処理することを意味する。空気、富化空気、蒸気等をプラズマ熱と組み合わせて使用し、ＣＯ／ＣＯ₂およびＨ₂／Ｈ₂Ｏのレベル（望ましい発熱量）を変化させることができる。

本願において、「改質合成ガス」という用語は、熱、空気、および／または蒸気等の添加剤を使用して、１つの化学組成のガスから別の化学組成（最適化発熱量）のガスに転換する改質ステップを通過したオフガスを意味する。例えば、このガスは、ガス改質システム（Ｇａｓ Ｒｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＲＳ）を通過したものである。

本願において、「改質オフガス」という用語は、熱、空気、および／または蒸気等の添加剤を使用して、１つの化学組成のガスから別の化学組成（最適化発熱量）のガスに転換する改質ステップを通過したオフガスを意味する。例えば、このガスは、ガス改質システム（ＧＲＳ）を通過したものである。

別段の定義がない限り、本願において使用する全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されているものと同じ意味を有する。

本発明は、炭素質原料の、エネルギーの生成等、さらなる任意選択の下流側アプリケーションを有するガスへの変換のためのガス化施設を提供する。当該施設は、原料を電気に変換するための統合システムとして機能するために共働する多数のシステムを備える。しかしながら、当業者であれば、各サブシステムがそのままでその他のシステムとともに機能する、および／またはその他の施設に組み込まれる可能性があるシステムとみなされ得ることを十分に理解し得る。本発明の施設を備えるサブシステムは、都市固形廃棄物処理システム、プラスチック処理システム、横方向移送ユニットシステムを有する水平配向されたガス化装置、ガス改質システム、熱再利用システム、ガスコンディショニングシステム、残渣コンディショニングシステム、ガス均質化システム、および制御システムである。

本発明の一実施形態における、ガス化施設が備える種々のコンポーネントの構成を、図３において概略的に描写する。

本発明の一実施形態に従って、ガス化システムは、その中で実装されるガス化プロセスを制御するための統合制御システムを備え、当該システムは、種々の独立型および双方向型の局所的、領域的、および大域的プロセスを含み得る。
本発明の一実施形態における、ガス化施設のコンポーネントが備える、またはそれらに関連付けられた種々の検知および応答要素を描写した高レベルプロセス制御概略図を、図４３に描写する。

制御システムは、望ましい初期段階および／または最終段階の結果のための種々のプロセスを強化し、場合によっては最適化するように構成され得る。

例えば、フロントトゥーバック制御スキームは、このタイプのシステムの規制基準を満たしながら、例えばＭＳＷのガス化用に構成されたシステム内における、原料の一定のスループットを容易にすることを含む場合がある。そのようなフロントトゥーバック制御スキームは、例えばプロセスの起動時もしくは停止時に、または、種々の異常もしくは緊急事態を緩和するために、システムが特にそのために設計および／もしくは実装される、または、より大きい制御システムのサブセットもしくは簡略版の一部として設計される、所与の結果を達成するように最適化される場合がある。

バックトゥーフロント制御スキームは、選択された下流側アプリケーションのための産生ガス品質または特徴の最適化、つまり、本例においては、下流側のガスエンジンによる電気の生成を含む可能性がある。制御システムは、そのような最終段階の結果を最適化するように構成されてもよいが、規制基準が当てはまる場合には、そのような基準に従ってシステムの正常かつ連続的な機能を確実にするために、初期段階の特徴の監視および調節が提供される可能性がある。

上記の例は限定を意味するものではないこと、ならびに、初期段階および最終段階の結果のその他の例が、本開示の一般的範囲および本質を逸脱することなく、本願において検討され得ることが、当業者には明らかであろう。さらに、当業者であれば、制御システムは、初期段階および最終段階の結果の組み合わせとして、または、ここでもシステム内の任意の点によってもたらされる結果として最もよく定義され得る相補的な結果を提供するように構成されてもよいことを十分に理解するであろう。
（都市固形廃棄物（ＭＳＷ）処理システム）
初期のＭＳＷ処理システムは、（ａ）４日分の供給量の貯蔵能力；（ｂ）ＭＳＷの長い収容期間および過剰な分解の回避；（ｃ）周囲に破片が吹き飛ばされることの防止；（ｄ）臭気の制御；（ｅ）ゴミ収集車が荷を降ろすための接近および回動空間；（ｆ）積み込み機がＭＳＷ備蓄からＭＳＷ破砕システムへＭＳＷを輸送するのに必要な運転距離および回動量の最小化；（ｇ）積み込み機とゴミ収集車との間における動作上の干渉の回避；（ｈ）プラント拡張を可能にするためのさらなるガス化の流れの可能性；（ｉ）収集車による、施設内、特に有害区域内への最小限の侵入；（ｊ）最小限の人員による安全な動作；（ｋ）積み込み機オペレータに対するコンベア投入ホッパ内の充填レベルの表示；（ｌ）受け取ったままの廃棄物の、処理に適した粒径への破砕；ならびに（ｍ）処理装置へのＭＳＷ流速の遠隔制御性およびプラスチック送給速度の独立制御を考慮に入れて設計されている。

ＭＳＷ処理システムは、ＭＳＷ貯蔵庫と、積み込み機と、ＭＳＷ破砕システムと、磁気分離器と、送給コンベアとを備える。その送給量がガス化プロセスにおける添加剤として使用されるプラスチックを貯蔵、破砕、備蓄、および送給するために、分離システムも設計される。ＭＳＷおよびプラスチック両方の処理は全て、破片および臭気を収納するための貯蔵庫内で行われる。ＭＳＷの過度の分解を最小化するために、先入れ先出し（Ｆｉｒｓｔ‐Ｉｎ‐Ｆｉｒｓｔ‐Ｏｕｔ；ＦＩＦＯ）計画アプローチが使用される。備蓄から破砕システムへ材料を移送するために、機械化されたバケツベースの積み込み機が使用される。

ＭＳＷ破砕システムは、投入コンベアと、破砕機と、選別コンベアとからなる。投入コンベアは、ＭＳＷを建物内から破砕機へ輸送する。当該コンベアは、プロセス要求に対応するために、プロセスコントローラによって遠隔制御される。破砕機は、受け取ったままのＭＳＷが処理に適していることを確実にする。破砕機は、考えられるあらゆる詰まりを検出し、適切なアクションをとるように装備されている。破砕された廃棄物は、ベルトコンベア上に投下され、過剰量の鉄類の不注意による送給を回避する磁気ピックアップシステム下で、ガス化装置を通って輸送される。このステップの後、ＭＳＷは、ガス化装置へ当該ＭＳＷを送給するスクリューコンベア上に投下される。スクリューコンベアの送給速度は、プロセス要求を満たすようにプロセスコントローラによって制御される。ＭＳＷ送給コンベアは、破砕されたプラスチックを受け入れるためにさらなるエントリを有する。
（プラスチック処理システム）
プラスチックを処理するためのシステムは、プラスチックの貯蔵を提供し、それを破砕し、それを備蓄内に置き、独立制御下で処理装置内に送給する。システムは、貯蔵施設と、投入ホッパを有する破砕機と、撤去コンベアと、備蓄とを備え、それらは全て破片を制御するために共通の建物内に位置する。送給コンベアは、破砕されたプラスチックをガス化装置内へ移動させる。コンベアトラフは、ＭＳＷコンベアを介してガス化装置内にプラスチックが導入され、当該ガス化装置への開口部を縮小するように、ＭＳＷコンベアのトラフに対して密閉される。コンベアは、材料を収納しているときにガスシーリングを提供するために密閉されたホッパを有するスクリューコンベアである。
（横方向移送ユニットシステムを有する水平配向されたガス化装置）
このシステムは、１つ以上の原料投入部、１つ以上のガス出力部、および固体残渣出力部を有する水平配向されたガス化チャンバと、チャンバ加熱システムと、処理中に上述のガス化装置を介して材料を移動させるための１つ以上の横方向移送ユニットと、上述の１つ以上の横方向移送ユニットの移動を制御するための制御システムとを備える。

このシステムは、炭素質原料のガス化の種々の段階を通して、揮発物の抽出を最適化することを可能にする。原料は、ガス化装置の一端において導入され、処理中に、１つ以上の横方向移送ユニットによってガス化装置を介して移動させられる。材料の堆積物の頂部における温度は、概して、ＣＯおよびＣＯ₂の同時産生による乾燥、揮発、炭化物から灰への変換によってガス化が進行するに伴って上昇する。制御システムは、温度および堆積物の高さ等の計測可能なパラメータ、またはプロファイルから情報を得て、各横方向移送ユニットの移動を独立に管理する。

反応材料の移動を容易にするために、個々の横方向移送ユニットを独立に制御してもよいし、２つ以上の横方向移送ユニットの群を協調的に制御してもよい。特定のガス化装置内における横方向移送ユニットの好ましい数は、反応材料が走行しなくてはならない経路長、および、反応材料が各横方向移送ユニットによって移動され得る距離によって決まり、各別個の移送によって引き起こされるプロセス外乱の規模を最小化することと、機械的な複雑性、コスト、および信頼性との間の妥協である。

したがって、水平配向されたガス化装置内の各区域は、ガス化プロセスのある段階を促進する温度範囲および任意選択のプロセス添加剤（空気、酸素、および／または蒸気等）を経験することができる。反応材料の堆積物中においては、ガス化の全ての段階が同時に発生しているが、個々の段階は、ある一定の温度範囲において有利である。

ガス化装置を介して材料を物理的に移動させることにより、揮発を促進するために材料の温度を上げる前に、エネルギー的に効率的な可能な限りの乾燥を発生させることで、ガス化プロセスが容易になり得る。続いてプロセスは、炭化物から灰への変換を促進するために材料の温度を上げる前に、エネルギー的に効率的な可能な限りの揮発を発生させようとする。

一実施形態において、灰は、灰収集チャンバ内に移し替えられる。適切な灰収集チャンバは当該技術分野において既知であり、したがって、当業者であれば、システムの要件を考慮して、適切な灰収集チャンバのサイズ、形状、および製造法を容易に知るであろう。一実施形態において、灰は冷却のために水槽内に移し替えられ、任意選択で弁の制御下において、そこから導管を介してガス化装置残渣が排出地点へ送り出されることになる。一実施形態において、灰は、灰からスラグへの変換のために、分離したスラグ変換チャンバ内に移し替えられる。

処理中、原料は、原料投入部を介してチャンバ内の一端（以後、送給端と称する）に導入され、送給端からガス化チャンバ内の種々の領域を介して灰（固体残渣）出力部または灰端の方へ輸送される。送給材料がチャンバを通って前進するにつれて、揮発性留分が揮発されてオフガスを形成し、結果として生じる炭化物が反応してさらなるオフガスおよび灰を形成することから、当該材料はその質量および体積を失う。

この漸進的変換により、材料の高さ（堆積物の高さ）は、送給端からチャンバの灰端へ向けて低下し、固体残渣（灰）のみが残存するときに水平になる。
一実施形態において、オフガスは、ガス出力部を通って、例えば、さらなる処理を受けることができるガス精製チャンバ内、または、貯蔵チャンバもしくは槽内へ逃れる。固体残渣（灰）は、灰出力部を介して、例えばさらなる処理のために灰収集チャンバまたは固体残渣コンディショニングチャンバへ輸送される。

一実施形態において、図４７に示すように、ガス化装置は、複数の床レベルまたは段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乃至１０度傾斜している。
階段状床ガス化装置の一実施形態において、個々の段（床レベル）は、上記で論じた個々の領域と少なくとも部分的に相関し、各領域または段は、程度の異なる乾燥、揮発、および炭素変換のために最適化された条件を有する。便宜上、最上段を段Ａ、次の段を段Ｂ等と称することにする。対応する横方向移送ユニットは、同じ文字によって識別されることになる、すなわち、横方向移送ユニットＡまたはラムＡが段Ａを稼働させ、横方向移送ユニットＢまたはラムＢが段Ｂを稼働させる。

三段の実施形態には、上段または段Ａ、中段または段Ｂ、および下段または段Ｃがある。送給材料は、第１の段（段Ａ）に送給される。この段の通常温度範囲は（材料の堆積物の底部において計測した場合）３００乃至９００℃である。段Ｂは、残部の乾燥動作による揮発、さらに相当な量の炭素変換を促進するために、４００乃至９５０℃の底部温度範囲を有するように設計される。段Ｃの温度範囲は５００乃至１，０００℃である。段Ｃにおける主なプロセスは、より少ない量（残部）の揮発を伴う炭素変換のものである。一実施形態において、それらの段上における移動は、任意選択で各段が独立に制御される横方向移送ユニットにより稼働する横方向移送システムによって容易になる。

処理中、酸素源として空気がチャンバ内に導入される。任意選択で、ガス化チャンバへの空気の一様流を容易にし、ホットスポット形成を防止し、および／または温度制御を改良するために、処理空気を注入する方法を選択してもよい。空気は、例えば図４７および図４８に示すように、任意選択でチャンバの底部付近から、チャンバの側面を通って導入されてもよいし、チャンバの床を通って、またはその両方を通って導入されてもよい。

ガス化装置の設計においては、プロセス添加剤投入部の位置、配向、および数も考慮すべきである。プロセス添加剤は、任意選択で、望ましい変換結果を達成するために最も効率的な反応を確実にする場所においてガス化装置に注入されてもよい。一実施形態において、ガス化チャンバの床は、材料の堆積物の基部における空気等のプロセス添加剤の導入を可能にするために、種々の程度まで穿孔されている。

一実施形態において、チャンバの側壁は、側面からの良好な空気透過のために十分な小さい幅を達成するために底部の方へ内向きに傾斜しているが、依然として必要体積の材料を有する。傾斜角は、任意選択で、処理中に材料がチャンバの底部の方へ落下することを確実にするために十分急勾配にされ得る。

ガス化チャンバは、必要とされる固体滞留時間にわたって適切な量の材料を収めるようにサイズ決定された内部体積を有する、部分的または完全に耐火物で裏打ちされたチャンバである。耐火物は、ガス化チャンバを高温および腐食性ガスから保護し、プロセスからの熱の不必要な損失を最小限に抑える。耐火物材料は、当業者に既知である従来の耐火物材料であってもよく、当該材料は、例えば最大約１１００℃の、高温非加圧反応に使用するのに適している。耐火システムを選定する際に考慮すべき要因としては、内部温度、摩耗；浸食および腐食；外部容器の温度の望ましい熱保存／制限；耐火物の望ましい寿命が挙げられる。適切な耐火物材料の例としては、高温焼成セラミック、すなわち、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、ガラスセラミック、ならびに、シリカ、アルミナ、クロミア、およびチタニアを主として含有する高アルミナ質煉瓦が挙げられる。ガス化チャンバを腐食性ガスからさらに保護するために、チャンバは、任意選択で、保護膜によって部分的または完全に裏打ちされる。そのような膜は当該技術分野において既知であるため、当業者であれば、システムの要件に基づいて、例えばＳａｕｅｒｅｉｓｅｎ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｎｏ．４９を含む適切な膜を容易に識別することができるであろう。

一実施形態において、耐火物は、高温、摩耗、浸食、および腐食に耐えるための高密度層を内側に有する多層設計である。高密度材料の外側にあるのは、耐性が低いが絶縁度は高い、より低密度の材料である。任意選択で、この層の外側は、極めて高い絶縁度を有する極めて低密度の泡板材料であり、摩耗にも浸食にもさらされないため、使用される場合がある。多層耐火物において使用するための適切な材料は、当該技術分野において既知である。一実施形態において、多層耐火物は、内側に配向されたクロミア層と、中央のアルミナ層と、外側の断熱板層とを備える。チャンバの壁は、任意選択で、耐火ライニングのための支持部または耐火アンカーを組み込んでもよい。適切な耐火支持部およびアンカーは、当該技術分野において既知である。
（横方向移送システム）
ガス化プロセスの特定の段階（乾燥、揮発、炭化物から灰への変換）を促進するために、材料はガス化チャンバを介して移動させられる。ガス化プロセスの制御を容易にするために、ガス化チャンバを介する材料の移動は、プロセス要件に応じて変動し得る（可変移動）。ガス化装置を通るこの材料の横方向移動は、１つ以上の横方向移送ユニットを備える横方向移送システムの使用によって達成される。横方向移送システムによる反応材料の移動は、移動速度、各横方向移送ユニットが移動する距離、および、複数の横方向移送ユニットが互いに対して移動させられる順序を変動させることによって最適化され得る。１つ以上の横方向移送ユニットが協調的に作用してもよいし、個々の横方向移送ユニットが独立に作用してもよい。材料流速および堆積物の高さの制御を容易にするために、個々の横方向移送ユニットを、変動する速度、変動する移動距離、変動する移動の頻度で、独立に移動させてもよい。

個々の横方向移送ユニットは、移動要素と、案内要素または位置合わせ要素とを備える。移動要素には適切な案内係合要素が装備され得ることが、当業者には明らかであろう。移動要素は、棚／プラットフォーム、ラム、プラウ、スクリュー要素、搬送用ラム、コンベア、またはベルトを含み得るが、これらに限定されない。

搬送用ラムは、単一ラムまたは多指ラムを含み得る。一実施形態において、ガス化装置設計は、単一ラムまたは多指ラムの使用を可能にするものとなる。多指ラムの使用は、好ましくは、ラムの動作中において、ガス流量による干渉を最小限にすることが望ましい場合であるのがよい。多指ラム設計において、多指ラムは、単体構造、または、個々のラム指部が任意選択で場所に応じて異なる幅のものであるラム指部がラム本体に付着した構造であってもよい。多指ラム設計における指部間の間隙は、反応材料の粒子が架橋することを回避するように選択される。

システムが超高温で動作するいくつかの実施形態において、任意選択で、移動要素に冷却が提供される。ラムまたは棚を使用する一実施形態において、ラムまたは棚内の冷却が提供され得る。そのような冷却は、チャンバの外側からラムまたは棚の内側を循環する流体（空気または水）によるものである可能性がある。

一実施形態において、例えば図４７、図５１、および図５２に示すように、横方向移送システムは、棚／プラットフォームの頂部に位置することにより、材料の大部分がガス化装置を介して移動させられる可動棚／プラットフォームであってもよい。可動棚／プラットフォームの前縁によって、わずかな材料が押される場合もある。

横方向移送システムを推進させるための動力は、モータおよび駆動システムによって提供され、アクチュエータによって制御される。個々の横方向移送ユニットが任意選択で専用モータによって動力供給され、個々のアクチュエータを有してもよいし、１つ以上の横方向移送ユニットが単一モータおよび共有アクチュエータを有してもよい。

ガス化プロセスは熱を必要とする。熱付加は、原料の部分酸化によって直接的に、または、当該技術分野において既知の１つ以上の熱源の使用によって間接的に発生し得る。一実施形態において、熱源は、循環熱気であってもよい。熱気は、例えば、エアボックス、空気加熱器、または熱交換器から供給されることができ、これらはいずれも当該技術分野において既知である。一実施形態において、熱気は、独立型の空気送給および分配システムによって各レベルに提供される。適切な空気送給および分配システムは当該技術分野において既知であり、各レベルについて分離したエアボックスを含み、そこから、当該レベルまで、または各床レベルのための独立に制御されるスパージャによって、各レベルの床の穿孔を熱気が通過することができる。

一実施形態において、各床レベルは、個々の段の長さだけ続く１つ以上の溝を有する。当該溝は、熱気および／または蒸気パイプを収めるようにサイズ決定されている。パイプは、任意選択で、段の長さにわたる熱気または蒸気の均一分布を容易にするために、その下３分の１〜半分に穿孔されている。あるいは、スパージャパイプは、当該パイプの頂部に向けて穿孔されてもよい。

ガス化装置の初期起動を容易にするために、チャンバを予熱するための、種々の従来のバーナー、例えば天然ガス、オイル／ガス、またはプロパンバーナーを収めるようにサイズ決定されたアクセスポートを含み得る。また、チャンバを予熱するために、木／バイオマス源、エンジン排気、電熱器が使用される場合もある。

原料の、特定ガスへの効率的な変換を容易にするために、任意選択でガス化装置にプロセス添加剤が添加され得る。投入原料を分解した要素の、産生ガスおよび／または無害化合物への変換を最大化するのに十分な遊離酸素および水素を確保するために、蒸気投入が使用され得る。燃料ガスへの炭素変換を最大化（遊離炭素を最小化）し、入熱のコストを最小限に抑えながら最適処理温度を維持するための処理の化学平衡を支援するために、空気投入が使用され得る。任意選択で、プロセスを最適化し、それによって排出を改良するためにその他の添加剤を使用してもよい。

したがって、本発明は、１つ以上のプロセス添加剤投入部を含み得る。これらは、蒸気注入および／または空気注入用の投入部を含む。蒸気投入部は、ガス化装置から出る直前に高温領域内および産生ガス塊内へ蒸気を方向付けるために、戦略的に位置し得る。空気投入部は、処理ゾーン内へのプロセス添加剤の完全被覆率を確実にするために、ガス化装置チャンバ内およびその周囲に戦略的に位置し得る。一実施形態において、プロセス添加剤投入部は、ガス化装置の床の近位に位置する。

一実施形態において、床の近位に位置するプロセス添加剤投入部は、耐火床に掘られた半パイプ空気スパージャである。そのような空気スパージャは、反応材料の横方向移送による干渉を最小限に抑えながら、取り換え、補修、または修正を容易にするように設計され得る。空気スパージャ内の通気孔の数、直径、および設置は、システム要件または横方向移送システム設計によって変動し得る。

一実施形態において、ガス化チャンバは、１つ以上のポートをさらに備える。これらのポートは、保守および修理のためのチャンバ内へのエントリを可能にする補修ポートを含み得る。そのようなポートは当該技術分野において既知であり、種々のサイズの密閉可能なポート孔を含み得る。一実施形態において、ガス化装置の内部へのアクセスは、動作中には密閉可能な耐火物で裏打ちされたカバーによって閉鎖されることができる、一端にある待避孔によって提供される。一実施形態において、１つ以上のエアボックスを除去することにより、さらなるアクセスが可能である。ガス化装置は、任意選択で、耐火物調査および修理のためのガス化チャンバの開口を容易にするために、ガス化チャンバのフランジ付き主要部分に接続されたフランジ付き下方部分を含んでもよい。

ガス化が完了した後の残留固体（灰）は、任意選択で、ガス化装置から除去されて処理システムに渡されてもよい。したがって、ガス化装置は、任意選択で、固体残渣または灰の除去を容易にするための制御可能な固体除去システムを含んでもよい。一実施形態において、制御可能な固体除去システムは、チャンバから灰を押し出すためのラム機構を備える。一実施形態において、制御可能な固体除去システムは、ラムを運搬するシステムからなる。任意選択で、ラムストロークの長さは、各ストロークを有する固体残渣処理チャンバ内へ送給される材料の量を制御できるように制御され得る。本発明のさらなる実施形態において、制御可能な固体除去システムは、制御可能な回転アーム機構を備えてもよい。

材料が処理されてガス化装置内の領域から領域へ移動されると、堆積物内で生成された熱が融解を引き起こすことができ、これが灰の凝集をもたらすことになる。凝集灰は、落下ポート型出口において妨害を引き起こすことがわかっている。したがって、ガス化装置は、灰凝集物を破壊するための手段を任意選択で備えてもよい。一実施形態において、いかなる凝集物もチャンバからの脱出口において妨害を生じさせないことを確実にするために、ガス化装置から灰を抽出するためのスクリューコンベア概念が使用される。ラムの運動が灰を抽出機内へ押し、当該抽出機がガス化装置から灰を押し出して、それを灰コンベアシステム内へ送給することになる。抽出スクリューの回転は、灰がコンベアシステム内へ送給される前に凝集を破壊する。この破壊アクションは、抽出スクリュー翼の縁に鋸歯状部を有することによって強化され得る。
（ガス改質システム）
本発明は、ガス化装置からのガスを望ましい化学組成の改質ガスに改質するためのガス改質システムをさらに備える。特に、改質システムは、ガス状分子を解離して、エネルギー生成等の下流側アプリケーションに有用な、より小さい分子へのそれらの再結合を可能にするために、プラズマトーチからのトーチ熱を使用する。システムは、ガス混合手段、プロセス添加剤ユニット、ならびに、１つ以上のセンサと、１つ以上のプロセスエフェクタと、改質反応を監視および／または調節するための計算手段とを有するフィードバック制御システムも備える。

ガス改質システム（ＧＲＳ）は、１つ以上の投入ガス入口と、１つ以上の改質ガス出口と、１つ以上のプラズマトーチと、酸素源と、制御システムとを有するガス改質チャンバを備える。

ＧＲＳは、例えば一酸化炭素、水素、軽質炭化水素、および二酸化炭素を含み得る揮発性分子、ならびに、炭素質原料のガス化中に産生された煤煙およびカーボンブラック等の汚染粒子状物質を含む生投入ガスを変換することができる。このＧＲＳは、プロセスを収納および制御するための密閉環境を提供する。プラズマトーチ熱を使用して揮発性分子を構成要素に解離し、その後、それらが望ましい化学組成の改質ガスとして再結合する。再結合のために必要な分子種を提供するために、空気および／または酸素、ならびに任意選択で蒸気等のプロセス添加剤が使用される。プラズマトーチ熱は、特にパラフィン類、タール類、塩素化合物等の不要な物質をＨ₂およびＣＯ等のさらに小さい分子に分解および変換することにより、これらの不要な物質の除去も行う。ＧＲＳは、プロセスを調節し、それによって当該プロセスの最適化を可能にする制御システムをさらに備える。

ＧＲＳの下流側には、ガス改質チャンバの圧力を約０〜５ｍｂａｒの圧力に維持するために、ガス改質チャンバと気体連通している誘導ブロワを設けてもよい。

ＧＲＳは、ガス化装置と気体連通しているため、投入ガスをガス化装置から直接受ける。ＧＲＳは、ガス改質チャンバをガス化装置と連結するための取り付けフランジまたはコネクタをさらに備えてもよい。保守または修理を容易にするために、ＧＲＳは、必要に応じてＧＲＳを除去することができるように、任意選択でガス化装置と可逆的に連結されてもよい。

ガス改質チャンバは、１つ以上の投入ガス入口と、１つ以上の改質ガス出口と、加熱デバイス用の１つ以上のポートと、酸素源用の１つ以上の投入部とを有する。投入ガスは、１つ以上の投入ガス入口またはチャンバ内のポートを介してプラズマトーチで加熱されたガス改質チャンバに入り、任意選択で、ガス混合要素によって混和される。ポートまたは投入部が設けられ、これを介して、酸素源がガス改質チャンバ内に注入される。１つ以上の改質ガス出口またはポートは、再形成された改質ガスがＧＲＳを出て、さらなる精製のための下流側のプロセスに、または、貯蔵施設に移送されることを可能にする。

ガス改質チャンバは、改質反応を起こすのに必要な滞留時間に適応するために十分な内部体積を有するチャンバである。ガス滞留時間は、投入ガスの改質ガスへの改質が発生することを可能にするために、ガス改質チャンバ内にガスが残存する必要がある時間の量である。

したがって、ガス改質チャンバを設計する際には、必要なガス滞留時間が考慮され得る。ガス滞留時間は、ガス改質チャンバの体積および幾何学的形状、ガス流速、ガスが走行する距離、ならびに／またはチャンバを通るガスの経路（すなわち、直線形通路または渦巻き状もしくはサイクロン状経路）の関数である。したがって、ガス改質チャンバは、チャンバを通るガスの流動力学が十分なガス滞留時間を可能にするような様式で、形状決定およびサイズ決定されなくてはならない。ガス滞留時間は、ガス改質チャンバを通るガスの旋回流を促進する空気ジェットの使用によって修正され得るため、ガスの通路は線形ではなく、したがって、より長い滞留時間を有する。

一実施形態において、ガス滞留時間は約０．５〜約２．０秒である。一実施形態において、ガス滞留時間は約０．７５〜約１．５秒である。さらなる実施形態において、ガス滞留時間は約１〜約１．２５秒である。またさらなる実施形態において、ガス滞留時間は約１．２秒である。

ガス改質チャンバは、投入ガスの、改質ガスへの十分な化学的改質ができるために適切な滞留時間を可能にする限り、いかなる形状であってもよい。ガス改質チャンバは、適切な投入ガスの混合および滞留時間が維持される限り、種々の位置に設置されてもよい。ガス改質チャンバは、略垂直に、略水平に、または角度を付けて配向されてもよく、約２：１〜約６：１の範囲をとる広範な長さと直径の比率を有し得る。一実施形態において、ガス改質チャンバの長さと直径の比率は、３：１である。

一実施形態において、ガス改質チャンバは、ガス化装置と直接気体連通している開放底（上流側）端部と、チャンバの上面（下流側）端部、またはその近位にある１つの改質ガス出口とを有する、直線状で略垂直の、耐火物で裏打ちされた、ブラインドまたはキャップ付きの管状または円筒状構造である。任意選択で、管状または円筒状のチャンバは、耐火物で裏打ちされた管または円筒の上面（下流側）端部に耐火物で裏打ちされた蓋を被せて形成される。保守または修理を容易にするために、蓋は、任意選択で、管または円筒に対して着脱可能に密閉されてもよい。

蒸気の冷却および／または生成または使用可能なトーチ熱の回収のために、ガス改質チャンバの壁を耐火材料で裏打ちしてもよいし、および／または、ウォータージャケットでガス改質チャンバを包囲してもよい。ガス改質チャンバは、熱回収のための冷却機構とともに複数の壁を有してもよく、システムは、高圧／高温蒸気産生のための熱交換器、またはその他の熱回収性能も含み得る。任意選択で、ガス改質チャンバは、ガスの逆混合および乱流を促進するために、１つ以上のチャンバを含んでもよいし、垂直または水平に配向されてもよいし、バッフル等の内部コンポーネントを有してもよい。

ガス改質チャンバは、収集されて、任意選択で、さらなる処理のためのガス化装置へ、またはさらなる処理のための固体残渣コンディショニングチャンバ等、ガス化システムの固体残渣区画へ送給され得る、改質プロセス中に形成される固体粒子状物質のためのコレクタを任意選択で含み得る。

ガス改質チャンバは、処理のために投入ガスをチャンバ内へ送給するための１つ以上の投入ガス入口またはポートと、改質反応において産生された改質ガスを下流側の処理または貯蔵へ移送するための１つ以上の改質ガス出口またはポートとを備える。投入ガス用の入口は、第１もしくは上流側端部、またはその付近に位置する。入口は、開口部を備えてもよいし、あるいは、投入ガスの改質チャンバへの流量を制御するためのコントローラ、および／または、投入ガスをガス改質チャンバ内へ注入するための注入器を備えてもよい。

一実施形態において、投入ガスをガス改質チャンバ内に配送するための１つ以上の投入ガス入口が、並行、逆流、半径方向、接線方向、またはその他の送給流方向を促進するための様式で組み込まれ得る。一実施形態において、漸増する円錐形状を有する単一の投入ガス入口が設けられる。一実施形態において、入口はガス改質チャンバの開放第１端部を備え、それによってガス化装置と直接連通している。

ＧＲＳのためのガス化装置上の付着部位は、ガス改質チャンバに入る前に、ガス流量を最適化するため、および／または投入ガスの混合を最大化するために戦略的に位置し得る。一実施形態において、ガス改質チャンバは、ガス化装置の中心に位置し、それにより、ガス改質チャンバに入る前に投入ガスの混合を最適化する。一実施形態において、入口は、ガス改質チャンバの閉鎖第１（上流側）端部に位置する開口部を備える。本実施形態では、炭素質原料のガス化中に生成された揮発物をチャンバ内へ配送するために、投入ガス入口ポートを使用する。一実施形態において、入口は、第１（上流側）端部に近位のガス改質チャンバの壁内に、１つ以上の開口部を備える。

ガス改質チャンバが１つ以上のガス化装置と接続されている実施形態において、ガス改質チャンバ内の１つ以上の入口は、共通の開口部を介して１つ以上のガス化装置と直接連通していてもよいし、配管を介して、または適切な導管を介してガス化装置と接続されてもよい。この構成を有する一実施形態を、図５４に示す。

改質反応において産生された改質ガスは、１つ以上の改質ガス出口またはポートを介してガス改質チャンバを出る。ガス改質チャンバ内で産生された改質ガス用の１つ以上の出口またはポートは、第２もしくは下流側端部、またはその付近に位置する。出口は、開口部を備えてもよいし、あるいは、ガス改質チャンバから出る改質ガスの流量を制御するための手段を備えてもよい。一実施形態において、出口は、ガス改質チャンバの開放第２（下流側）端部を備える。一実施形態において、出口は、ガス改質チャンバの閉鎖第２（下流側）端部に位置する１つ以上の開口部を備える。一実施形態において、出口は、第２（下流側）端部付近のガス改質チャンバの壁内に開口部を備える。

ガス改質チャンバは、加熱器用の１つ以上のポート、１つ以上のプロセス添加剤ポート、ならびに任意選択で、１つ以上のアクセスポート、ビューポート、および／または計装ポートを含む、種々のポートを備える。加熱器ポートは、一次熱源および任意選択の二次源用のポートを含む。一実施形態において、ガス改質チャンバは、プラズマトーチを取り付けるための１つ以上のポートを備える。一実施形態において、ガス改質チャンバは、プラズマトーチ熱を取り付けるための２つ以上のポートを備える。一実施形態において、ガス改質チャンバは、プラズマトーチを取り付けるための３つ以上のポートを備える。一実施形態において、ガス改質チャンバは、プラズマトーチを取り付けるための４つ以上のポートを備える。

一実施形態において、ガス改質チャンバの外周に沿って正反対の場所に位置付けられたプラズマ源用の２つのポートが提供される。一実施形態において、２つのプラズマトーチを接線方向に取り付けるための２つのポートが提供される。一実施形態において、接線方向に取り付けられたプラズマトーチ用のポートは、プラズマトーチ熱への最大の曝露を提供するために、空気ポートまたは入口の上に位置する。

任意選択で、プラズマトーチを取り付けるためのポートは、プラズマトーチの挿入およびそのガス改質チャンバからの除去を容易にするために摺動取り付け機構を装着されてもよく、プラズマトーチの後退後にポートを密閉するための自動仕切弁を含んでもよい。

任意選択で、二酸化炭素、その他の炭化水素、またはさらなるガス等のプロセス添加剤がガス改質チャンバ内に注入されることを可能にするために、１つ以上のプロセス添加剤ポートまたは入口が含まれる。任意選択で、品質基準を満たさない改質ガスが、さらなる処理のためにガス改質チャンバ内へ再循環させられ得るようなポートまたは入口が提供される。ガス改質チャンバ内における材料の乱流混合を促進するために、種々の角度および／または場所にポートまたは入口が位置し得る。プロセス温度、圧力、ガス組成、およびその他所望の条件の計測を可能にするために、１つ以上のポートを含んでもよい。

また、ガス改質チャンバは、二次トーチ熱源によってガス改質チャンバのプラズマトーチ予熱またはプラズマトーチ加熱を支援するための１つ以上のポートをさらに含んでもよい。任意選択で、ガス改質チャンバ内にあるポートまたは入口の１つ以上を密閉するために、プラグ、カバー、弁、および／または仕切りが設けられる。適切なプラグ、カバー、弁、および／または仕切りは当該技術分野において既知であり、手動操作型または自動型のものを含み得る。ポートは、シーリンググランド等の適切なシールをさらに含んでもよい。

上述のように、ＧＲＳは、酸素、酸素富化空気、空気、酸化媒体、および蒸気を含むがこれらに限定されない１つ以上の酸素源用の１つ以上の投入部を備え、したがって、ガス変換チャンバは、酸素源投入部用の１つ以上のポートを備える。一実施形態において、ガス変換チャンバは、空気および／または酸素投入部用の１つ以上のポート、ならびに任意選択で、蒸気投入部用の１つ以上のポートを備える。一実施形態において、ガス改質チャンバは、１つ以上の酸素源ポートを備える。一実施形態において、ガス改質チャンバは、２つ以上の酸素源ポートを備える。一実施形態において、ガス改質チャンバは、４つ以上の酸素源ポートを備える。一実施形態において、ガス改質チャンバは、６つの酸素源ポートを備える。一実施形態において、ガス改質チャンバの外周の周囲に３層で配置された９つの酸素源ポートが設けられる。酸素源ポートは、その配置が酸素源と投入ガスとの十分な混合を提供する限り、種々の配置であってもよい。

ガス改質チャンバは、任意選択で、投入ガスがより均一な組成および／もしくは温度のものとなるように投入ガスを混合するため、ならびに／または、投入ガスをプロセス添加剤と混合するために、投入ガス入口またはその付近に、付加的または補助的なガス混合器をさらに含んでもよい。一実施形態において、混合器は、投入ガス入口またはその付近に、投入ガス内に少量の空気を注入して投入ガス流中に旋回運動または乱流を生じさせ、それにより、注入された空気の速度を利用して投入ガスを混合する、２つ以上の空気旋回ジェットを備える。一実施形態において、混合器は、入口またはその付近に、投入ガス内に少量の空気を注入して投入ガス流中に旋回運動または乱流を生じさせ、それによって投入ガスを混合する、３つ以上の空気旋回ジェットを備える。一実施形態において、混合器は、入口またはその付近に、投入ガス内に少量の空気を注入して投入ガス流中に旋回運動または乱流を生じさせ、それによって投入ガスを混合する、４つ以上の空気旋回ジェットを備える。空気旋回ジェットの数は、計画された空気流量および流出速度に基づいて最大の混合および旋回を提供するように設計されているため、ジェットはチャンバの中心を貫通する可能性がある。

投入ガス中に乱流を生じさせることによって投入ガスの混合を誘起するために、バッフルを使用してもよい。バッフルは、通常のフローパターンに対する機械的障害物である。バッフルは、燃焼チャンバ断面の一部を遮断する役割を果たし、流速の急速な上昇、および、それに対応する、バッフルの下流側側面における急速な低下をもたらす。これは、高レベルの乱流を生成し、局所的混合を加速する。

バッフルは、ガス改質チャンバ内の種々の場所に位置し得る。バッフル配置は当該技術分野において既知であり、クロスバーバッフル、橋絡壁バッフル、およびチョークリングバッフル配置を含むがこれらに限定されない。したがって、一実施形態において、ガス混合手段はバッフルを含む。図５５Ａおよび図５５Ｂは、バッフルを含む実施形態を示す。

上述のように、ＧＲＳは、酸素、酸素富化空気、空気、酸化媒体、および蒸気を含み得るがこれらに限定されない酸素源を備え、したがって、ガス変換チャンバは、１つ以上の酸素源投入部を備える。一実施形態において、空気および／または酸素ならびに蒸気投入部は、耐高温噴霧ノズルまたはジェットを備える。適切な空気ノズルは当該技術分野において既知であり、あらゆる市販タイプを含み得る。ノズルのタイプは、機能要件に基づいて選定されており、ここでタイプＡノズルは、望ましい旋回を生じさせるために空気流の方向を変化させるためのものであり、タイプＢノズルは、一定の透過と最大混合とを達成するための高速の空気流を生じさせるためのものである。

ノズルは、ガスを混合するために効果的ないかなる角度にも空気を方向付けることができる。一実施形態において、空気ジェットは接線方向に位置付けられる。一実施形態において、角度のある吹き込みは、投入ノズルの先端に偏向器を有し、それにより、入口パイプおよびフランジがガス改質チャンバと直角になるようにすることで達成される。

空気および／または酸素投入部の配置は、ガス改質チャンバの直径、計画された流量、およびジェット速度に基づくものであるため、十分な透過、最大旋回、および混合が達成され得る。酸素投入部またはポート、蒸気投入部またはポート、ならびに、投入ガスと注入された酸素および蒸気との十分な混合、および、改質反応が発生するための十分な滞留時間を提供するプラズマトーチ用のポートの種々の配置が、本発明により検討されている。例えば、酸素投入部またはポート、蒸気投入部またはポート、およびプラズマトーチ用のポートは、ガス改質チャンバの外周の周囲に層を成して配置されてもよい。この配置は、プラズマガス、酸素、および蒸気の接線方向の層を成した注入を可能にし、それにより、旋回運動ならびに投入ガスの酸素および蒸気との十分な混合をもたらし、改質反応が発生するための十分な滞留時間を提供する。空気および／または酸素投入部ポートが層を成して配置されている実施形態において、混合効果を最大化するために、任意選択で空気および／または酸素ジェットを配置してもよい。

蒸気投入部またはポートの配置は、温度制御に最適化された性能を提供するための位置に位置する限り、数、レベル、配向、および角度については柔軟性がある。一実施形態において、ガス改質チャンバは、１つ以上の蒸気投入部またはポートを備える。一実施形態において、ガス改質チャンバは、２つ以上の蒸気投入部またはポートを備える。蒸気投入部またはポートは、その配置が投入ガスとの十分な混合を提供する限り、種々の配置であってもよい。一実施形態において、ガス改質チャンバの外周の周囲に２層で配置され、正反対の場所に位置付けられた２つの蒸気投入部ポートが提供される。

酸素および／または蒸気投入部ポートは、ガス改質チャンバの内部壁に対して乱流またはガスの旋回を促進する角度で、酸素および蒸気をガス改質チャンバ内に注入するように位置付けられてもよい。チャンバ直径ならびに計画された空気ジェット流量および速度に基づいて、十分なジェット貫通および最大混合を達成するように角度が選定される。

一実施形態において、酸素および／または蒸気は、ガス改質チャンバの内部壁から約５０乃至７０°の角度で、注入空気および蒸気を投入する。一実施形態において、酸素および蒸気は、ガス改質チャンバの内部壁から約５５乃至６５°の角度で、注入空気および蒸気を投入する。一実施形態において、酸素および蒸気は、ガス改質チャンバの内部壁から約６０°の角度で、注入酸素および蒸気を投入する。

空気ジェットは、全て同平面内にあるように配置されてもよいし、連続する平面内に配置されてもよい。空気ジェットの配置は、最大混合効果を達成するように設計される。一実施形態において、空気ジェットは、下位および上位に配置される。一実施形態において、下位に４つのジェット、上位に別の６つのジェットがあり、このうち３つのジェットは交差ジェット混合効果を生じさせてより良好な混合を達成するために、その他の３つよりもわずかに高い位置にある。

一実施形態において、ガス改質チャンバは、酸素投入部と、蒸気投入部ポートと、チャンバ全体においてガスと蒸気との十分な混合が行われるように配置されたプラズマトーチ用のポートとを含む。任意選択で、処理空気は、チャンバを通過するガスの回転またはサイクロン状の移動を生じさせるように角度を付けて、チャンバ内に吹き込まれ得る。蒸気のさらなる回転を提供するために、プラズマトーチに角度を付けてもよい。

改質反応を発生させるために、ガス改質チャンバは、トーチが十分に高温まで加熱されるものでなくてはならない。当業者であれば、改質反応のための十分な温度を容易に判断できるであろう。一実施形態において、温度は、約８００℃〜約１，２００℃である。一実施形態において、温度は、約９５０℃〜約１，０５０℃である。一実施形態において、温度は、約１，０００℃〜１，２００℃である。したがって、ＧＲＳは、１つ以上の非移送式アークプラズマトーチをさらに備える。非移送式アークプラズマトーチは当該技術分野において既知であり、非移送式アークＡＣ（交流）およびＤＣ（直流）プラズマトーチを含む。空気、Ｏ₂、Ｎ₂、Ａｒ、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₂、およびＣ₃Ｈ₆を含むがこれらに限定されない種々のガスが、プラズマトーチに使用されている。当業者であれば、ＧＲＳにおいて使用され得るプラズマトーチのタイプを容易に判断することができるであろう。

一実施形態において、プラズマトーチは、１つ以上の非移送式アークＡＣプラズマトーチである。一実施形態において、プラズマトーチは、１つ以上の非移送式ＤＣプラズマトーチである。一実施形態において、プラズマトーチは、２つの非移送式逆極性ＤＣプラズマトーチである。一実施形態において、空気および／または酸素投入部のそれと同じ旋回方向を生じさせるために接線方向に位置付けられた２つのプラズマトーチがある。一実施形態において、プラズマトーチは、必要とされる（部分的な）容量でそれぞれが動作する２つの３００ｋＷプラズマトーチである。一実施形態において、ガス改質装置は、１つ以上のプラズマトーチを備える。一実施形態において、ガス改質装置は、２つ以上のプラズマトーチを備える。一実施形態において、ガス改質装置は、２つの水冷銅電極ＮＴＡＴ‐ＤＣプラズマトーチを備える。

一実施形態において、プラズマトーチ熱の使用は、ガス改質チャンバ内に注入される空気および／または酸素の量を最適化することで、炭素または多重酸素分子の、主にＣＯおよびＨ₂への改質中に発生するトーチ熱の放出を最大化することにより、最小限に抑えられる。
（熱再利用システム）
本発明は、ガス化プロセスから顕熱を回収し、システム内における使用のため、および任意選択で外部の用途のために当該熱を再利用することにより、炭素質原料ガス化の効率を最適化するためのシステムをさらに含む。本発明の熱再利用システムの種々の実施形態を、図６０〜６７に示す。

一実施形態において、システムは、熱い産生ガスから回収された熱を、ガス化装置に移送し返して再利用する。特に、システムは、熱い産生ガスをガス／空気間の熱交換器へ移送するための手段であって、熱い産生ガスからの熱が周囲空気に移送されて加熱された交換空気および冷却された産生ガスを産生する手段と、加熱された交換空気をガス化装置内の交換空気入口手段へ移送するための手段とを備える。加熱された交換空気は、ガス化装置内へ渡されて、ガス化反応を駆動するために必要な熱を提供する。加熱された交換空気は、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される場合もある。

任意選択で、システムは、ガス化反応における、またはその他何らかの用途におけるプロセス添加剤として、蒸気タービンを駆動するために使用され得る蒸気を生成するために、１つ以上の熱回収蒸気発生器をさらに備える。本発明の一実施形態によれば、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、ガス化プロセスを最適化するためにシステム内の動作条件を調整するための応答要素であって、検知要素から得られたデータに従ってシステム内の動作条件を調整する応答要素と、を備える制御サブシステムも備え、それにより、プロセスのエネルギー消費を最小限に抑えることでガス化プロセスの効率を最適化し、一方で、エネルギー産生の最大化も行う。

本発明の一実施形態において、ガス化プロセス中に産生された熱を、ガス化反応を駆動するためにガス化装置へ移送し返すための熱交換システム。本実施形態において、これは、産生ガス／空気間の熱交換器内の熱いガス化装置／改質システムからの熱によって周囲空気を加熱して、加熱された空気産物（以後、交換空気と称する）を産生し、ガス／空気間の熱交換器内で産生された、加熱された交換空気を、ガス化装置内へ返すことによって実現される。

したがって、回収された顕熱をガス化プロセスへ戻す再利用が、原料を乾燥、揮発させ、ガス化するステップのために外部源が必要とするエネルギー投入の量を削減することから、このシステムにより、エネルギー効率が最適化される。回収された顕熱は、望ましい量の合成ガスを達成するために必要なプラズマ熱の量を最小限に抑える役割を果たすこともできる。このように、熱交換システムは、炭素質原料の効率的なガス化を可能にし、熱い交換空気によってガス化に必要な熱が提供され、当該交換空気は、熱い産生ガスから回収された顕熱を使用して加熱されたものである。

産生ガスから加熱された交換空気へ移送された顕熱を、ガス化プロセス内の他の所における加熱用途のみならず、外部加熱用途のために使用してもよい。例えば、加熱された交換空気は、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される場合もある。直接的に加熱／前処理するステップの場合、交換空気は、原料を直接通過して、水分を加熱および／または除去する。間接的に加熱／前処理するステップの場合、熱は加熱された交換空気からオイルへ（または蒸気を産生するために水へ）移送され、当該加熱されたオイル（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。いずれの場合も、顕熱の再利用は、これらの加熱用途に必要なエネルギー投入の量を最小限に抑える。したがって、熱再利用システムは、加熱された交換空気から所望の任意の作動流体へ熱を移送することができる。そのような所望の作動流体は、オイル、水、または、窒素もしく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。コンバータガスから直接的に所望の作動流体へ熱を移送することも、本発明の範囲内である。空気以外の作動流体へ熱が移送される場合、適切な熱交換システムが使用される。

産生ガス／空気間の熱交換器内において熱が回収された後、産生ガスは、冷却されてはいるが、一般に、当該技術分野において既知であるようなフィルタリングおよびコンディショニングステップを受けるのには過剰な量の熱を依然として含有する。したがって、本発明は、任意選択で、そのような後のフィルタリングおよびコンディショニングステップの前に、産生ガスのさらなる冷却も提供する。

したがって、システムは、任意選択で、部分的に冷却された産生ガスがガス／空気間の熱交換器を通過した後、当該ガスからさらなる熱を回収するためのサブシステムを含んでもよい。一実施形態において、システムは、熱回収蒸気発生器をさらに備え、それにより、産生ガスから回収されたさらなる熱が、水を蒸気（交換蒸気と称する）に変換するために使用される。

熱回収蒸気発生器内で産生された交換蒸気は、蒸気タービン等の下流側エネルギー発生器を駆動するために使用されても、および／または直接駆動タービンにおいて使用されてもよく、および／またはガス化プロセスに添加されてもよい。交換蒸気は、その他のシステムにおいて、例えば、タールサンドからオイルを抽出するため、または局所的な加熱用途において使用されてもよいし、地域産業クライアントへその目的のために供給されてもよい。一実施形態において、産生ガスからの熱を使用して産生される蒸気は飽和蒸気である。別の実施形態において、産生ガスからの熱を使用して産生される蒸気は過熱蒸気であり、当該蒸気は、水と産生ガスとの間、または飽和蒸気と産生ガスとの間の熱交換によって直接的に産生され得る。

システムが、ガス／空気間の熱交換器を通過した後に部分的に冷却された産生ガスからさらなる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。一実施形態において、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式クエンチステップが提供される。乾式クエンチステップは、産生ガスから過剰な熱を除去して、後のフィルタリングおよびコンディショニングステップのために必要とされ得るような冷却された産生ガスを提供するために提供されるものである。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適切なシステムの選択は、当業者の知識の範囲内である。いくつかの実施形態において、さらなる冷却システムは、以下でさらに詳細に説明するガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）の一部であるとみなされる。

制御サブシステムは、産生される産生ガスの組成（すなわち、発熱量）を最適化するため、および任意選択で、システムが安全な動作パラメータ内に維持されることを確実にするためにも使用され得る。

産生ガス／空気間の熱交換器のための機能要件は、熱い産生ガスおよび周囲空気がそれぞれ当該ガス／空気間の熱交換器を通過することであり、それにより、熱い産生ガスから周囲空気へ顕熱が移送されて、加熱された交換空気および冷却された産生ガスを提供する。プレート型熱交換器だけでなく、直線型の単一パス設計およびＵチューブ型のマルチパス設計両方のシェルアンドチューブ熱交換器を含み異なる分類の熱交換器を、本システムにおいて使用してもよい。適切な熱交換器の選択は、当業者の知識の範囲内である。

産生ガス中には何らかの粒子状物質が存在するため、ガス／空気間の熱交換器は、高レベルの粒子積み込み用に特に設計されている。粒径は一般に０．５乃至１００ミクロンである。一実施形態において、熱交換器は単一パス垂直流熱交換器であり、この場合、産生ガスはシェル側面側ではなく管内を流れる。単一パス垂直流の実施形態において、産生ガスは「ワンスルー」設計で垂直に流れ、これにより、粒子状物質による積層または浸食が発生する可能性のある区域を最小化する。

産生ガス速度は、浸食を依然として最小限に抑えながら、自己清浄のために十分高く維持されるべきである。一実施形態において、ガス速度は、３，０００乃至５，０００ｍ／分である。通常の流動条件下において、ガス速度は、約３，８００ｍ／分〜約４，７００ｍ／分である。

周囲空気投入温度および熱い産生ガスにおける有意差により、ガス／空気間の熱交換器内の各管は、好ましくは、管破裂を回避するために個々の膨張ベローズを有する。管破裂は、単一の管が詰まり、そのため、残りの管束とともに膨張／収縮しなくなった場合に発生し得る。処理空気の圧力が産生ガスの圧力よりも大きいそれらの実施形態において、管破裂は、ガス混合物に空気が入ることに起因する問題による、高い有害性を示す。

本発明の一実施形態において、システムは間欠的に運転される、すなわち、必要に応じて、多数の起動および停止サイクルにかけられる。したがって、当該設備は、繰り返される熱膨張および収縮に耐性があるように設計されなくてはならないことが重要である。

管漏れによって起こり得る害を最小限に抑えるために、熱交換システムは、交換空気出口だけでなく、例えばガス／空気間の熱交換器の産生ガス入口および産生ガス出口に、１つ以上の個々の温度トランスミッタをさらに備える。温度トランスミッタがガス／空気間の熱交換器の産生ガス出口と関連付けられている場合、これらの温度トランスミッタは、交換空気を産生ガス導管内に漏れさせるときの燃焼に起因する温度上昇を検出するように位置付けられる。そのような温度上昇が検出されると、酸素源を排除するように、処理空気ブロワが自動停止されることになる。また、導管の修理および／または清浄だけでなく、計装、調査、および保守のためのポートを有する熱交換器が必要に応じて提供される。

本発明によれば、加熱された交換空気は、必要に応じ、独立型交換空気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に提供され得る。交換空気送給および分配システムは、ガス化領域への加熱された交換空気の導入を可能にする交換空気入口を備える。これらの入口は、加熱された交換空気をコンバータ全体に分配して、原料のガス化を開始および駆動するために、コンバータ内に位置付けられる。一実施形態において、交換空気入口は、ガス化装置の床に位置する穿孔を備える。一実施形態において、交換空気入口は、ガス化装置の壁に位置する穿孔を備える。

一実施形態において、交換空気入口は、各領域について、そこから熱い交換空気がコンバータの床にある穿孔を通過して当該領域に至ることができる分離したエアボックスを備える。一実施形態において、交換空気入口は、各領域について独立に制御されるスパージャである。

本発明は、ガス／空気間の熱交換器に加え、任意選択で、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ためのシステムを含む。一実施形態において、清浄およびコンディショニングの前に産生ガスをさらに冷却するためのシステムは、産生ガスからのさらなる熱の回収も提供する。産生ガスからのさらなる顕熱の回収が目的である場合、熱は、産生ガスから別の作動流体、例えば、水、オイル、または空気へ移送される。そのような実施形態の産物として、加熱水（または蒸気）、加熱オイル、またはさらなる熱気をそれぞれ挙げることができる。

一実施形態において、本発明のシステムは、部分的に冷却された産生ガスから水へ熱を移送するための熱交換器を使用して、産生ガスからさらなる顕熱を回収し、それにより、加熱水または蒸気のいずれかと、さらに冷却された産生ガスとを産生する。一実施形態において、このステップで用いられる熱交換器は、回収熱を使用して交換蒸気を生成する熱回収蒸気発生器である。一実施形態において、水は、低温蒸気の形態で熱交換器内に提供される。別の実施形態において、産生される交換蒸気は、飽和または過熱蒸気である。

変換プロセスにおいて、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、蒸気タービンの使用による電気の産生、または局所的な加熱用途において等、その他の商業的な目的のために使用されてもよいし、地域産業クライアントへその目的のために供給されてもよいし、タールサンドからのオイルの抽出を改良するために使用されてもよい。産生される交換蒸気はタービンも通過し、それによって、例えば交換空気ブロワまたは合成ガスブロワ等の回転プロセス設備を駆動する。交換蒸気を使用して、原料を間接的に加熱し、それによってコンバータ内におけるガス化の前に原料を乾燥させることもできる。

一実施形態において、異なるシステムまたはプロセスの冷却が必要とされる場合、過剰な熱は、水冷却ステップによって除去（および回収）され得る。結果として生じる加熱水は、次に、ＨＲＳＧにおいて使用する前に水を予熱するために使用され得る。加熱水蒸気は、ＧＱＣＳシステム内の合成ガス冷却プロセス、プラズマ熱源冷却システムを含むがこれらに限定されない種々の源に由来する。加熱水を使用して、種々の用途のためにオイルを予熱することもできる。

ＨＲＳＧ用の熱交換器は、産生ガス中には何らかの粒子状物質が存在するという理解のもとに設計される。ここでも、産生ガス速度は、浸食を最小限に抑えながら、管の自己清浄のために十分高いレベルに維持される。コンディショニングの前に産生ガスをさらに冷却するためのシステムが、さらなる熱の回収を含まない一実施形態において、冷却ステップは乾式クエンチステップを含む。

システムの１つのコンポーネントから別のコンポーネントへガスを移送するために、導管システムが用いられる。したがって、システムは、産生ガス顕熱の回収のために熱い産生ガスを熱交換器へ移送するための合成ガス導管システムを備える。システムは、加熱された交換空気をコンバータへ移送するための交換空気導管システムも備え、当該空気は、交換空気入口を介してコンバータへ導入される。導管システムは、一般に、それを介してガスが輸送される１本以上のパイプ、またはラインを用いる。

システムが熱回収蒸気発生器を備える場合、当該システムは、上記に記載した用途のうちの１つ以上において使用するために加熱された交換蒸気を移送するための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、並列に伸びる複数のパイプ、または導管を分岐させるシステムを備えてもよく、この場合、所与の分岐は特定の用途に指定されている。

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手段を提供するために、システム全体に位置する１つ以上の流量調節デバイス、流量計、および／またはブロワを用いることになる。一実施形態において、ガス化装置への交換空気の流量を制御するために、複数の交換空気流量制御弁（各レベルにつき１つ）がある。制御弁のそれぞれに続いて、空気は、ガス化装置用のエアボックスと、それぞれが種々の注入地点を有する、改質器の周囲にある３つの分配リングとに、再度分割される。一実施形態において、ＧＲＳ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がある。本実施形態において、交換空気はプロセス添加剤として提供される。

交換空気導管は、任意選択で、交換空気を、例えば換気出口へ、または任意選択のさらなる熱交換システムへ迂回させるための手段も備える。流量調節デバイス、および／またはブロワ、および／または迂回手段は、任意選択で、以下で詳細に論じるような制御サブシステムによって制御される。

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、日常保守を実行する目的でシステムへのアクセスを提供するための補修ポートを備える場合もある。
（ガスコンディショニングシステム）
ガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）は、冷却された産生ガスを二段階コンディショニングプロセスでコンディショニングし、望ましい下流側アプリケーションのための適切な組成を有する最終コンディショニングガスを提供する。段階１は、１つ以上の初期乾式／固体相分離ステップを含み、１つ以上のさらなる処理ステップを含む段階２がそれに続く。概して、乾式／固体相分離ステップにおいては、かなりの割合の粒子状物質および大きな割合の重金属汚染物質が除去される。段階２において、さらなる量の粒子状物質および重金属汚染物質が、任意選択でガス中に存在するその他の汚染物質とともに除去される。このように、ＧＣＳは、処理ステップを実行して、粒子状物質、酸性ガス、および／または重金属を投入ガスから分離し、任意選択で、ＧＣＳを通過する際のガスの湿度および温度を調整する、種々のコンポーネントを備える。ＧＣＳは、コンディショニングプロセス全体を制御および最適化するための制御システムをさらに備える。

ＧＣＳは、コンバータＧＣおよび固体残渣ＧＣという２つの統合サブシステムを備え、そのいずれも、段階１および段階２の処理を実行するものである。ＧＣＳは、残渣コンディショナとも統合されており、コンバータＧＣによる段階１の処理において産生された固体残渣は、残渣コンディショナ内へ渡される。コンバータＧＣおよび固体残渣ＧＣは並列に動作することができ、この場合、両サブシステムは段階１および段階２のプロセスの両方を独立に行うことができる、または、２つのサブシステムは収束様式で動作することができ、この場合、これらは段階２の処理のためのコンポーネントの一部もしくは全てを共有する。

図６８、図７０、および図７２は、２つのサブシステムが収束様式で動作しているＧＣＳの実施形態を描写している。

一実施形態において、ＧＣＳのコンポーネントおよび処理ステップのそれぞれの順番は、処置および／または処分されなくてはならない有害廃棄物の生成を最小限に抑えるように選択される。処理ステップの存在および順序は、例えば、投入ガスの組成および選択された下流側アプリケーションに必要なコンディショニングガスの組成に基づいて選択され得る。

本発明の一実施形態において、ＧＣＳによって産生される有害廃棄物の量は、使用した炭素質原料の重量の約５％未満である。一実施形態において、産生される有害廃棄物の量は、使用した炭素質原料の重量の約２％未満である。一実施形態において、産生される有害廃棄物の量は、使用した炭素質原料の重量の約１％未満である。一実施形態において、産生される有害廃棄物の量は、使用した炭素質原料１トンにつき約１ｋｇ乃至約５ｋｇである。一実施形態において、産生される有害廃棄物の量は、使用した炭素質原料１トンにつき約１ｋｇ乃至約３ｋｇである。一実施形態において、産生される有害廃棄物の量は、使用した炭素質原料１トンにつき約１ｋｇ乃至約２ｋｇである。

ＧＣＳの段階１は、投入ガスから、重金属の少なくとも一部および粒子状物質の大部分を除去する１つ以上の乾式または固体相処理ステップを実装するためのコンポーネントを備える。適切な固体相処理ステップは当該技術分野において既知である。

例えば、重金属除去は、当該技術分野において既知である１つ以上の固体相分離コンポーネントを使用して達成され得る。そのような固体相分離コンポーネントの限定的でない例としては、乾式注入システム、粒子除去ユニット、活性炭素濾過コンポーネント、ならびに、ゼオライトおよびナノ構造等の特殊な吸着剤との接触を可能にするコンポーネントが挙げられる。選択された代表的な例を、以下でさらに詳細に説明する。当該技術分野において既知であるように、これらの粒子状物質分離コンポーネントを使用して、例えば、乾式注入プロセス、活性炭素濾過、乾式洗浄、種々の粒子除去処理ステップ、および当該技術分野において既知であるその他の乾式または固体相処理ステップで、固体／乾式相中の粒子状物質／重金属を除去または分離することができる。

本発明の一実施形態において、コンバータＧＣの段階１は、乾式注入システムおよび１つ以上の粒子除去ユニットを備え、固体残渣ＧＣの段階１は、１つ以上の粒子除去ユニットを備える。

適切な段階１の処理ステップの選択は、例えば、投入ガスの組成、投入ガスの温度、最終コンディショニングガスの望ましい組成、組成ガスの最終用途、ならびに、コスト検討および設備稼働率に基づいて、当業者によって容易に判断され得る。ＧＣＳの段階１は、必要に応じ、１つ以上のガス冷却器を任意選択で備えてもよい。

上述のように、ＧＣＳの段階１は、投入ガス中に存在する粒子状物質の大部分および重金属汚染物質の少なくとも一部の除去を提供する。一実施形態において、投入ガス中に存在する粒子状物質の少なくとも約７０％が段階１で除去される。一実施形態において、投入ガス中に存在する粒子状物質の少なくとも約８０％が段階１で除去される。一実施形態において、投入ガス中に存在する粒子状物質の少なくとも約９０％が段階１で除去される。一実施形態において、投入ガス中に存在する粒子状物質の少なくとも約９５％が段階１で除去される。一実施形態において、投入ガス中に存在する粒子状物質の少なくとも約９８％が段階１で除去される。一実施形態において、投入ガス中に存在する粒子状物質の少なくとも約９９％が段階１で除去される。一実施形態において、投入ガス中に存在する粒子状物質の９９．５％が段階１で除去される。

一実施形態において、投入ガス中に存在する重金属汚染物質の少なくとも約５０％が段階１で除去される。一実施形態において、投入ガス中に存在する重金属汚染物質の少なくとも約６０％が段階１で除去される。一実施形態において、投入ガス中に存在する重金属汚染物質の少なくとも約７０％が段階１で除去される。一実施形態において、投入ガス中に存在する重金属汚染物質の少なくとも約８０％が段階１で除去される。一実施形態において、投入ガス中に存在する重金属汚染物質の約９０％が段階１で除去される。

乾式注入プロセスは当該技術分野において既知であり、概して、重金属微粒子および煙霧が吸着剤の表面に吸着できるように、十分な滞留時間でガス流中に注入される、算出された量の適切な吸着剤を利用する。吸着剤に吸着した重金属は、以下で説明するような粒子除去によって捕捉されることができ、当該除去は、乾式／固体相中の重金属／粒子状物質を除去し、それが投入ガスとともにＧＣＳを介して移動するのを防止する。

適切な吸着剤の例としては、活性炭素；ヨウ素、硫黄、またはその他の種に含浸された促進活性炭素；長石；石灰；亜鉛ベースの吸着剤；ナトリウムベースの吸着剤；金属酸化物ベースの吸着剤；ならびに、水銀、ヒ素、セレン等の重金属を効果的に除去することができる、当該技術分野において既知のその他の物理的および化学的吸着材を含むがこれらに限定されない。吸着剤は、約６０メッシュサイズの最大サイズと約３２５メッシュサイズの最小サイズとの間で変動するメッシュサイズであってもよい。

注入は、概して、ポート、ノズル、または管等の吸着剤投入部を介するものであり、重力、係止ホッパ、またはスクリューコンベアによって達成され得る。本発明は、ＧＣＳを作成するパイプ内、例えば、粒子除去手段に繋がるパイプ内に吸着剤を設け、当該パイプを通過する際に投入ガスと混合できるようにも検討している。当該技術分野において既知であるその他の方法も含まれる。ＧＣＳは、複数の吸着剤投入部または単一の吸着剤投入部を備えてもよい。

吸着剤は、１つ以上の収容コンテナ内に貯蔵され、そこから吸着剤が投入部へ配送される。吸着剤収容コンテナ内はＧＣＳの一部であってもよいし、ＧＣＳの外部にあってもよい。

上述のように、吸着剤の種々の組み合わせを乾式注入によって投入ガス中に注入することができ、適切な組み合わせは、例えば投入ガスの組成に基づいて、当業者によって容易に判断され得る。一実施形態において、長石が投入ガス中に注入される。一実施形態において、活性炭素が投入ガス中に注入される。一実施形態において、長石が粒子除去手段用のプレコートとして使用される。一実施形態において、活性炭素が投入ガス中に注入され、粒子除去手段は長石でプレコートされる。一実施形態において、長石がシステム内へ連続的に注入される。

一実施形態において、本発明のＧＣＳは、投入ガスから粒子状物質を除去するように作用する１つ以上の粒子除去ユニットを含む。粒子除去手段は、投入ガスから、元素水銀等の重金属を除去することもできる。ＧＣＳ内で乾式注入が用いられる実施形態において、１つ以上の粒子除去ユニットは、投入ガスから汚染物質を含む吸着剤を除去する役割も果たす。適切な粒子除去ユニットの例としては、サイクロン式分離器またはフィルタ、高温セラミックフィルタ、移動床式粒状フィルタ、バグハウスフィルタ、および電気集塵装置（ＥｌｅｃｔｒｏＳｔａｔｉｃ Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒｓ；ＥＳＰ）を含むがこれらに限定されない。

当該技術分野では既知であるように、粒子除去ユニットの選定は、例えば、投入ガスの温度、除去される粒子状物質のサイズ、および、適用する場合、ガス流内へ注入される吸着剤のタイプに左右されることになる。適切な粒子除去ユニットは、当業者によって容易に選択され得る。本発明の一実施形態において、ＧＣＳの段階１は、サイクロン式フィルタ、高温セラミックフィルタ、およびバグハウスフィルタから選択される１つ以上の粒子除去ユニットを備える。一実施形態において、コンバータＧＣおよび固体残渣ＧＣの段階１のそれぞれは、バグハウスを備える。

バグハウスフィルタ等の布製コレクタは、用いられるフィルタのタイプに応じて、最小約０．０１ミクロンのサイズの粒子を収集することができる。バグハウスフィルタは、一般に、繊維性フィルタ、セルロースフィルタ、または有機ポリマーベースのフィルタである。バグハウスの文脈において使用され得るフィルタのその他の例としては、裏打ち付きおよび裏打ちなしのガラス繊維バッグ、テフロンで裏打ちされたバッグ、およびＰ８４玄武岩バッグを含むがこれらに限定されない。適切なフィルタは、投入ガスの温度、バグハウス内および投入ガス中の水分レベル、投入ガス中の粒子の静電気的性質、フィルタの酸および／またはアルカリに対する耐化学性、濾過ケーキを解放するフィルタの能力、フィルタ透過率、ならびに粒子のサイズのうちの１つ以上の検討に基づき、当業者によって容易に選択され得る。

本発明の一実施形態において、ＧＣＳはバグハウスフィルタを備え、バグハウスに入るガスの温度が約１８０℃乃至約２８０℃となるように構成される。当該技術分野において既知であるように、バグハウスフィルタを高温で動作させることにより、投入ガス中のタール類がフィルタに詰まって効率を削減するリスクを低下させることができる。さらに高温にするとバグハウスフィルタによる粒子除去の効率を削減する場合があり、例えば、動作温度を２００℃から２６０℃に上昇させると、粒子除去効率は９９．９％から９９．５％に低下する。したがって、ＧＣＳが備えるバグハウスフィルタ用にさらに高い動作温度が選択される場合、当該ＧＣＳは、残留する粒子状物質を捕捉するために、段階１または段階２のいずれかにおいてさらなる下流側コンポーネントを備えてもよい。例えば、その他の汚染物質ならびに粒子状物質を除去するための、湿式スクラバおよび活性炭素ビーズが含まれ得る。ＧＣＳがバグハウスフィルタを備える本発明の一実施形態において、ＧＣＳは、バグハウスに入るガスの温度が約２５０℃乃至約２６０℃となるように構成される。ＧＣＳがバグハウスフィルタを備える別の実施形態において、ＧＣＳは、バグハウスに入るガスの温度が約１９０℃乃至約２１０℃となるように構成される。

一実施形態において、粒子除去ユニットに入る前に投入ガスを冷却するために、ガス冷却システムが使用され得る。例えば、当該技術分野では既知であるように、バグハウスタイプのフィルタは、多くの場合、極度に高い温度に耐性を持ち得ないことから、投入ガスの冷却は、粒子状物質除去のためにバグハウスタイプのフィルタが使用される場合に特に重要なものとなり得る。

本発明の一実施形態に従って、ＧＣＳは、投入ガスがＧＣＳに入る前にガス冷却器を通過させることにより、温度が低下した投入ガスを処理するように構成される。本発明の別の実施形態において、ＧＣＳは、段階１の処理に入る前に投入ガスの温度を低下させるための１つ以上のガス冷却器を備える。ＧＣＳに組み込むための適切なガス冷却器は当該技術分野において既知であり、乾式消火装置、蒸発冷却塔、ガス冷却器、冷凍機、復熱装置、熱交換器、間接的な空気／ガス間の熱交換器、および熱回収蒸気発生器（Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ＨＲＳＧ）を含むがこれらに限定されない。一実施形態において、ＧＣＳは、熱交換器および／または乾式消火装置を備える。

一実施形態において、ＧＣＳは、例えば、制御下におけるガス流への水の直接注入を伴う断熱飽和によって合成ガスの温度を約７４０℃から約１５０〜２００℃に冷却するための蒸発冷却塔を段階１に組み込む。蒸発冷却プロセスは乾式クエンチプロセスであり、冷却されたガスが湿っていないこと、すなわち、冷却されたガスの相対湿度が、冷却温度において依然として１００％に満たないことを確実にするために、監視され得る。

ＧＣＳに組み込むための適切な残渣コンディショニングチャンバについて以下で説明する。残渣コンディショニングチャンバは、施設のコンバータと共有されてもよいし、ＧＣＳは、専用の残渣コンディショニングチャンバを含んでもよい。

図７８Ａは、ＧＣＳの固体残渣コンディショナ、コンバータ、および段階１バグハウスの、本発明の一実施形態における構成を描写している。

ＧＣＳの段階２は、さらなる量の粒子状物質および重金属汚染物質ならびに投入ガス中に存在するその他の汚染物質を除去する、さらなる処理ステップを実装するための、１つ以上のコンポーネントを備える。段階２は、段階１に関して説明したような乾式相分離ステップおよび／または湿式処理ステップを含むその他の分離ステップを含み得る。段階２において実装され得るその他の処理ステップの限定的でない例としては、酸性ガス、重金属、および粒子状物質、ならびに、ダイオキシン、フラン、ＣＯ₂、およびアンモニア等のその他の汚染物質を除去するプロセスが挙げられる。当該技術分野において既知であるように、これらのプロセスを実行するために、種々の湿式スクラバ（ベンチュリスクラバおよびインピンジェットスクラバ等）、塩化物防護床、湿式ＥＳＰ等を含む種々のコンポーネントが使用され得る。段階２は、冷却ユニットおよび／または湿度コントローラ、ならびに、投入ガスがシステムを介して移動することを確実にするためのガス移動ユニットも含み得る。段階１において既に説明したもの以外の、段階２の処理ステップの例を、以下で説明する。

ＧＣＳ内で処理される投入ガスは、汚染物質として、ＨＣｌおよびＨ₂Ｓ等の酸性ガスを含む。合成ガス中におけるこれらの酸性ガスの濃度は、ガス化プロセスにおいて使用される炭素質原料に応じて、ＨＣｌについては約０．０５〜約０．５％、Ｈ₂Ｓについては約１００ｐｐｍ〜約１，０００ｐｐｍの範囲となり得る。一実施形態において、ＧＣＳは、約０．１７８％のＨＣｌおよび約６６６ｐｐｍ（０．０７％）のＨ₂Ｓを含む投入ガスを処理するように構成される。一実施形態において、ＧＣＳは、ＧＣＳを出るコンディショニングガスが、約２０ｐｐｍ乃至約５ｐｐｍのＨＣｌおよび約３０ｐｐｍ乃至約２０ｐｐｍのＨ₂Ｓを含有するように構成される。

酸性ガス除去または分離は、乾式洗浄または湿式洗浄プロセスによって達成され得る。一実施形態において、ＧＣＳの段階２は、酸性ガスを除去するために、湿式洗浄プロセスを含む。

上記で説明したような乾式および湿式洗浄プロセスに加え、ガスからＨＣｌ蒸気を除去するための多数の処理ステップが、当該技術分野において既知である。そのような処理ステップの限定的でない例としては、活性炭素またはアルミナへのＨＣｌの吸着、アルカリもしくはアルカリ土類炭酸塩または酸化物との反応、塩化物防護材の使用、ならびに、アルカリおよびアルカリ土類化合物等の高温吸着剤、ショータイト（Ｎａ₂ＣＯ₃．２ＣａＣＯ₃）およびトロナ（Ｎａ₂ＣＯ₃．ＮａＨＣＯ₃．２Ｈ₂Ｏ）、Ｌｉ₂ＣＯ₃およびＮａ₂ＣＯ₃の共晶融液、およびアルカリ化されたアルミナ等の燃焼排ガス吸着剤の使用が挙げられる。一実施形態において、ＧＣＳの段階２は、アルカリ溶液を使用して投入ガスからＨＣｌを除去するためのＨＣｌスクラバを備える。

Ｈ₂Ｓは、上記で概説したような湿式および乾式洗浄プロセスを含む、当該技術分野において既知である種々のプロセスを使用して、投入ガスから除去され得る。適切な方法としては、例えば、ＮａＯＨもしくはトリアジンによる湿式吸着、Ｓｕｆａｔｒｅａｔによる乾式吸着、Ｔｈｉｏｐａｑ（登録商標）スクラバの使用等の生物学的プロセス、または液体レドックス（Ｌｏｗ ＣＡＴ）を含む選択的酸化が挙げられる。物理的溶媒プロセスを使用して、投入ガスからＨ₂Ｓを分離することもできる。使用され得るそのような物理的溶媒の限定的でない例としては、Ｓｅｌｅｘｏｌ（登録商標）等のポリエチレングリコール誘導体；無水プロピレンカーボネート等の蛍光溶媒；Ｒｅｃｔｉｓｏｌプロセスにおいて使用されるようなメタノールが挙げられる。一実施形態において、ＧＣＳの段階２は、投入ガスからＨ₂Ｓを除去するためにＴｈｉｏｐａｑ（登録商標）スクラバを備える。

段階１のプロセスにおいて使用するのに適したプロセスおよび粒子除去ユニットは、段階２のプロセスにおいて使用されることもでき、これについては上記で説明した。活性炭素フィルタ床または流動床を用いる活性炭素濾過も、投入ガスから重金属および／または粒子状物質を除去する際に使用され得る。一実施形態において、ＧＣＳは、段階２における粒子除去ユニットとして、炭素床フィルタまたは水銀研磨機を備える。

当該技術分野において既知であるように、５０％を超える相対湿度（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ；Ｒ．Ｈ．）で、水は炭素床フィルタの炭素への吸着と拡散の妨害を開始し、これにより、除去性能に影響を及ぼす。しかしながら、床深さを増大させることにより、これを補正することができる。炭素床フィルタは、コンディショニングガス中の望ましい水銀の最終含有量が０．００１〜０．０１μｇ／Ｎｍ３の水銀範囲内である場合にのみ性能効果が見られるため、より低い性能が許容可能である場合には、例えば約７０％Ｒ．Ｈ．乃至１００％Ｒ．Ｈ．等、さらに高い相対湿度において使用することもできる。例えば、約１９μｇ／Ｎｍ３の水銀濃度が許容可能である場合、より高いＲ．Ｈ．範囲を使用してもよい。

一実施形態において、ＧＣＳは、水銀の約９９．８％除去を達成するために、７〜８インチの水カラム圧力降下を有する活性炭素フィルタを備える。

投入ガスがダイオキシンおよびフランを含む実施形態において、ＧＣＳは、任意選択でガス中に存在するダイオキシンおよびフランの炭素表面への吸着をもたらす活性炭素注入ステップを含んでもよい。続いて、炭素は、適切な粒子除去ユニットによって除去され得る。一実施形態において、ＧＣＳは、ダイオキシン／フラン形成の可能性を最小限に抑えるために、妥当な温度範囲における滞留時間を減少させる噴霧乾燥機吸収体を備える。

ＧＣＳは、二酸化炭素および／またはアンモニアの除去が必要な場合、任意選択で、これらの化合物を除去するためのコンポーネントを含み得る。適切なコンポーネントは当該技術分野において既知である。当該技術分野において既知であるように、アンモニアは、ＨＣｌ洗浄ステップ中に投入ガスから除去され得る。

図６９、図７１、図７３、図７４、および図７５は、本発明の一実施形態におけるＧＣＳの、段階１および段階２の処理ステップのための限定的でない種々の選択肢を描写している。

任意選択で、冷却ユニットおよび／または湿度コントローラが、段階１（上記で説明）または段階２の一部として、ＧＣＳに含まれ得る。適切なコンポーネントは当該技術分野において既知であり、蒸発冷却塔、ガス冷却器、冷凍機、復熱装置、熱交換器、間接的な空気／ガス間の熱交換器、および熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を含むがこれらに限定されない。蒸発冷却塔、ガス冷却器、および冷凍機によって為されるように熱を消散させる代わりに、復熱装置およびＨＲＳＧを使用して、その熱を利用しながらガスを冷却することができる。

当該技術分野において既知であるように、水分除去および／または凝縮の防止のためにデミスタ／再熱器をＧＣＳに組み込んでもよい。望ましい下流側アプリケーションに必要な温度または相対湿度まで最終コンディショニングガスを再加熱するために、熱交換器が含まれ得る。望ましい下流側アプリケーションに必要な圧力まで最終コンディショニングガスを圧縮するために、任意選択で、コンプレッサを含んでもよい。

一実施形態において、ＧＣＳの段階２にガス冷却器が含まれ得る。ガス冷却器（水冷式）は、ガス移動ユニット（以下参照）によって加圧され、付随して加熱された投入ガスを、冷却するように機能する。一実施形態において、ガス冷却器はガスを約３５℃まで冷却する。

一実施形態において、ＧＣＳは、湿度コントローラを備える。湿度コントローラは、出力ガスの湿度が、望ましい下流側アプリケーションに適切であることを確実にするように機能する。例えば、湿度コントローラは、ガス流を冷却し、それによってガス流から出た若干の水を凝縮するために、冷凍機を含み得る。この水は、気体／液体分離器によって除去され得る。一実施形態において、ＧＣＳは、２６℃において約８０％の湿度を提供するために、コンディショニングガスの処置用の湿度コントローラを備える。一実施形態において、ＧＣＳは、コンディショニングガスをまず約２６℃まで冷却し、続いて、当該ガスを４０℃まで再加熱するように構成される。その後、コンディショニングガスを貯蔵してもよい。

一実施形態において、ＧＣＳは、ＧＣＳ全体にわたってガスに駆動力を供給し、ガス化システムの脱出口からＧＣＳの脱出口まで投入ガスを移動させる１つ以上のガス移動ユニットを含む。

適切なガス移動ユニットは当該技術分野において既知であり、例えば、プロセスガスブロワ、圧力ブロワ、真空ポンプ、容積式回転ブロワ、往復コンプレッサ、および回転スクリューコンプレッサ等を含む。一実施形態において、ＧＣＳは、ガス移動ユニットとして、プロセスガスブロワを備える。一実施形態において、ＧＣＳは、ブロワを通過するガスをさらに加圧するガス移動ユニットを備える。

ＧＣＳ内におけるガス移動ユニットの最適な設置は、当業者によって判断され得る。一実施形態において、ガス移動ユニットは、ＧＣＳの処理ステップのうちの１つ以上の効率を増大させるように位置している。例えば、一実施形態において、水銀除去が圧力下で最も効率的に発生することから、これを最適化するために、ガス移動ユニットは水銀研磨機等の重金属研磨機の上流側に位置し、サイズを縮小した水銀研磨機容器を使用することも可能にすることができる。
（残渣コンディショニングシステム）
本発明は、コンバータからの残留物質の、不活性スラグ産物および発熱量を有するガスへの変換のためのシステムをさらに備える。特に、システムは、残渣入口と、ガス出口と、スラグ出口と、プラズマ熱源と、動作パラメータを監視し、変換反応を最適化するためにシステム内の動作条件を調整するための制御サブシステムとを備える、耐火物で裏打ちされた残渣コンディショニングチャンバを備える。プラズマ熱は、残渣を融解させ、残渣中に存在する未反応の炭素を残渣ガスに変換し、当該ガスは、ガス出口を介してチャンバを出て、任意選択で、下流側検討事項で必要とされるように、冷却およびコンディショニングするためのガスコンディショニングサブシステム内に入る。

本発明の残渣コンディショニングシステムの種々の実施形態を、図７６〜図８５に示す。

チャンバは、任意選択で、コンディショニングプロセスを制御するために空気（またはその他の酸素含有添加剤）を残渣コンディショニングチャンバに導入するための、１つ以上の入口を備えてもよい。チャンバは、任意選択で、結果として生じるスラグ産物の組成を制御するために添加剤を導入するための、１つ以上のさらなる入口を備えてもよい。

本発明の残渣コンディショニングシステムは、ｉ）コンディショニングする残渣を投入し、ｉｉ）熱を投入して、溶融スラグ材料、および発熱量を有するガス状産物を形成するように残渣をコンディショニングし、ｉｉｉ）当該溶融スラグおよびガス状産物を出力するように適合される、残渣コンディショニングチャンバを備える。したがって、残渣コンディショニングチャンバは、残渣入口と、ガス出口と、スラグ出口と、プラズマ熱源ポートとを備える、耐火物で裏打ちされたチャンバである。残渣コンディショニングチャンバは、任意選択で、１つ以上の空気および／または蒸気入口をさらに含む。

残渣コンディショニングチャンバは、最小量のエネルギーを使用して残渣の完全なコンディショニングの効果を得るために、残渣コンディショニングプロセスが効率的かつ完全に実行されることを確実にするように設計される。したがって、残渣コンディショニングチャンバを設計する際には、効率的な熱移送、十分な加熱温度、滞留時間、溶融スラグ流量、投入残渣の体積および組成、ならびに、チャンバのサイズおよび絶縁等の要因が考慮される。チャンバは、残渣コンディショニングプロセスが安全な様式で実行されることを確実にするようにも設計される。したがって、システムは、残渣コンディショニング環境を外部環境から隔離するように設計される。

残渣コンディショニングチャンバには、残留するあらゆる揮発物および炭素を、発熱量を有するガス状産物に変換し、当該残渣を融解および均質化して、チャンバを流出するために十分な温度の溶融スラグを提供するのに必要なレベルまで残渣を加熱するために必要な温度を満たす、プラズマ熱源が設けられる。また、チャンバは、産生ガスによって失われる顕熱の量を最小限に抑えるために、プラズマガスと残渣との間の極めて効率的な熱移送を確実にするようにも設計される。したがって、使用するプラズマ熱源のタイプ、ならびにプラズマ加熱手段の位置および配向は、残渣コンディショニングチャンバの設計において検討すべきさらなる要因である。

残渣コンディショニングチャンバは、残渣滞留時間が、残渣を融解および均質化に十分な温度まで上げ、炭素をガス状産物へ完全に変換するために十分なものであることを確実にするようにも設計される。したがって、チャンバには、プラズマ熱源によって加熱されながら残渣が蓄積するリザーバが設けられる。リザーバは、コンディショニングプロセス中に、固体と溶融材料との混合も可能にする。十分な滞留時間および十分な混合は、コンディショニングプロセスが完全に実行されること、ならびに、結果として生じるスラグおよびガス状産物が望ましい組成を有することを確実にする。

チャンバは、溶融スラグ材料の連続的または間欠的な出力のために設計される。連続的なスラグ除去は、コンディショニングプロセスが連続方式で実行されることを可能にし、この場合、コンディショニングされる残渣は、周期的なスラグ除去を中断することなく、プラズマ熱によって連続的に投入および処理され得る。

一実施形態において、連続的なスラグ排出は、スラグ貯留を可能にする堰の一側面に隣接するリザーバを使用して、ある一定のレベル、つまり溶融スラグが堰を越えて溢れチャンバから出てしまう点を超えるまで蓄積することによって達成される。本実施形態において、残渣は、コンディショニングチャンバの頂部に位置する残渣入口を通ってリザーバ内へ落下し、そこでプラズマトーチプルームによってコンディショニングされる。溶融材料は、貯留物が堰の頂部に到達するまで、当該堰の傍のリザーバ内に収容される。その後、さらなる残渣がシステムに入ってコンディショニングされると、対応する量の溶融材料が堰を越えて溢れ、スラグ出口を介してチャンバから出る。

コンディショニングされている残渣がかなりの量の金属を含有し、残渣コンディショニングチャンバが堰に隣接するリザーバを備える場合、金属は、それらの高い融解温度および密度により、一般にそれらが除去されるときまでリザーバ内に蓄積する。したがって、本発明の一実施形態において、リザーバには任意選択で金属タップポートが設けられ、当該タップポートには、酸素ランスからの熱を使用して周期的に除去され得る軟性耐火ペーストが詰められている。タップポートが開放されて、蓄積された金属を融解するのに十分なほどチャンバ温度が上昇すると、溶融金属はリザーバの底部から取り出される。

一実施形態において、リザーバ自体にも、溶融スラグの連続的排出に適合されたスラグ出口が設けられる。一実施形態において、リザーバは間欠的なスラグ除去も提供することができ、当該リザーバは、コンディショニングプロセスが完了して溶融スラグが排出される時点まで、溶融金属の蓄積を可能にするように設計される。

残渣を融解するため、特に存在し得るあらゆる金属を融解するためには超高温が必要であることから、残渣コンディショニングチャンバは、極めて過酷な動作上の要求を受ける耐火材料で裏打ちされることになる。残渣コンディショニングチャンバの設計のための適切な材料の選択は、典型的な残渣コンディショニングプロセス中に達成される動作温度、熱衝撃への耐性、ならびに、コンディショニングプロセス中に生成される溶融スラグおよび／または熱いガスによる摩耗および浸食／腐食への耐性等、多数の基準に照らして行われる。

内部耐火物は、高い動作温度への耐性に加え、特にスラグ水線における腐食および浸食に対して極めて高い耐性を有する内部ライニングを提供するように選択される。内部耐火物材料の気孔率およびスラグ湿潤能力は、選択される耐火材料が熱面への溶融スラグの透過に対する耐性を持つことを確実にするように検討されなくてはならない。材料は、耐火材料の水素との二次反応が最小限に抑えられ、それにより、耐火物中における完全性の損失の可能性および産生ガスの汚染を回避するようにも選択される。

残渣コンディショニングチャンバは一般に、適切な場合、材料の複数の層で作製される。例えば、チャンバの外層、つまりシェルは、一般に鋼である。さらに、内部耐火物層と外側鋼シェルとの間に１つ以上の絶縁層を提供して鋼ケーシングの温度を低下させることは、有益となり得る。第２の層（例えば、絶縁耐火煉瓦層）が設けられる場合、水素と反応しない材料を選択することが必要になる場合もある。鋼ケーシングの温度を低下させるために、スラグリザーバの外表面の周囲に絶縁板が設けられる場合もある。亀裂なしに耐火物を拡張するための余地が必要とされる場合、鋼シェルに対してセラミックブランケット等の圧縮性材料を使用してもよい。絶縁材料は、そのような問題が関係する場合に酸性ガス凝縮を回避するのに十分高いが、外側シェルの完全性を損なうほどには高くない、シェル温度を提供するように選択される。

したがって、耐火材料は、極度に高い温度（例えば、約１，１００℃〜１，８００℃の温度）の非加圧反応のためにチャンバ内において使用するのに適した、当該技術分野において既知である従来の耐火材料のうちの１つ、またはその組み合わせであり得る。そのような耐火材料の例としては、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、酸化クロム、リン酸ジルコニウム等）、ガラスセラミック、ならびに、主としてシリカ、アルミナ、およびチタニアを含有する高アルミナ質煉瓦を含むがこれらに限定されない。

過酷な動作条件により、リザーバの耐火物には周期的な保守が必要となることが予期される。したがって、一実施形態において、残渣コンディショニングチャンバは分離可能な上部と下部とに設けられ、当該チャンバ下部（リザーバはここに位置する）は、チャンバ上部から取り外し可能である。一実施形態において、チャンバは、下部が上部から離れて降下し、保守を容易にできるように、支持構造物から吊設される。本実施形態は、チャンバ上部とシステムの上流側または下流側コンポーネントとの間のいかなる接続をも阻害することなく、下部の除去を提供する。

残渣コンディショニングチャンバは、任意選択で必要になり得る付加的な構造要素または計装を収めるために、１つ以上のポートを含んでもよい。チャンバは、洗浄／清浄、保守、および修理のためのチャンバ内へのエントリまたはアクセスを可能にするための補修ポートを含んでもよい。そのようなポートは当該技術分野において既知であり、種々のサイズの密閉可能なポート孔を含み得る。一実施形態において、ポートは、スラグ出口における閉塞の形成の監視を含む残渣処理の態様の、オペレータにとっての完全な可視性を維持するために、閉回路テレビを任意選択で含むビューポートであってもよい。

一実施形態において、残渣コンディショニングチャンバは、管状形状であってもよい。本実施形態は、トーチ取り付けポートと、残渣入口と、堰の一側面に隣接するリザーバと、スラグ出口と、金属タップポートとを備える。

システムは、コンディショニングチャンバの残渣入口と連係する残渣投入手段を備える。残渣入口は、残渣コンディショニングチャンバ内へ残渣を受けるように適合される。残渣投入手段は、残渣物質の源からコンディショニングチャンバの入口へ残渣を運搬する。
チャンバに入る残渣物質は、１つまたは複数の源に由来するものであってもよい。残渣の源としては、低温もしくは高温ガス化装置、残渣が貯蔵されるホッパ、または上流側のガスコンディショニングシステム、例えばバグハウスフィルタを含み得るがこれらに限定されない。

コンディショニングされる残渣が、１つを超える投入流内に、または１つを超える源から提供される場合、異なる流れが専用の残渣入口を介してそれぞれコンディショニングチャンバに渡されてもよいし、残渣コンディショニングチャンバへの導入前に結合されてもよい。後者の実施形態において、１つの残渣入口が設けられ、全ての残渣はそれを通って提供される。したがって、チャンバは、投入残渣物質のあらゆる物理的特徴に応じるために、共通の入口または複数の入口を備えてもよい。

残渣の源は、コンディショニングチャンバと直接連通して設けられてもよい、すなわち、各残渣投入は、源から残渣コンディショニングチャンバへ直接的に送給される。あるいは、源は、残渣コンディショニングチャンバと間接的に連通して設けられてもよく、この場合、残渣投入は、コンベア手段のシステムを介して、源から残渣コンディショニングチャンバへ運搬される。

残渣コンディショニングチャンバが残渣の源と間接的に接続されている場合、残渣投入手段は、源から残渣コンディショニングチャンバへ残渣を運搬するための手段を１つ以上備える。例えば、残渣投入手段は、単一のスクリューコンベアまたは一連のスクリューコンベアを含み得る。

残渣コンディショニングチャンバが、残渣の源と直接的に接続された実施形態において、用いられる残渣源および残渣コンディショニングチャンバは、残渣の源がコンディショニングチャンバと直接的に連通しており、中間運搬手段を必要としないことを除き、間接的に接続された実施形態のものと同じであってもよい。この配置において、残渣は、残渣の源から近接する（かつ一体型の）残渣コンディショニングチャンバ内へ直接的にわたる。そのような「連続型」実施形態において、残渣は、残渣源からチャンバへ能動的または受動的に（すなわち、重力によって）運搬され得る。

残渣が残渣コンディショニングチャンバへ能動的に運搬される、直接的に接続された（または連続型）実施形態において、残渣投入手段は一般に残渣源内に位置する。そのような運搬手段は、スクリューコンベア、回転アーム、回転チェーン、移動火格子、およびプッシャーラムを含み得る。

残渣投入手段は、任意選択で、残渣物質の最適な融解および均質化を確実にするために残渣の投入速度が制御されるような、制御機構を含む。

本発明の一実施形態において、スラグ産物の組成を調整するために、コンディショニングされる残渣に固体プロセス添加剤が添加される。これらの固体プロセス添加剤は、残渣コンディショニングチャンバへの導入前に残渣に添加されてもよいし、専用の添加剤入口を介して残渣コンディショニングチャンバに直接添加されてもよい。一実施形態において、固体プロセス添加剤は、専用の添加剤送給入口を介してコンディショニングチャンバに直接添加される。一実施形態において、添加剤は、コンディショニングチャンバへの導入前に残渣に導入される。

残渣コンディショニングシステムが炭素質原料のガス化プロセスと関連付けられている場合、ガス化の前に、固体プロセス添加剤を原料に添加することも可能である。

残渣コンディショニングシステムは、上流側のプロセスよって産生された残渣物質を変換するために、１つ以上のプラズマ加熱源を用いる。プラズマ熱源は、可動式であっても、固定式であっても、またはそれらの組み合わせであってもよい。

プラズマ熱源は、作用点において長期にわたって適度に高い火炎温度を発生させる種々の市販のプラズマトーチを備えてもよい。概して、そのようなプラズマトーチは、出力約１００ｋＷ〜６ＭＷ超のサイズで利用可能である。プラズマトーチは、適切な作動ガスのうちの１つ、またはそれらの組み合わせを用いる場合がある。適切な作動ガスの例としては、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。本発明の一実施形態において、プラズマ加熱手段は、残渣物質を不活性スラグ産物に変換するために必要とされるような、約９００℃〜約１，８００℃を超過する温度を産生するように、連続的に動作している。

この点において、多数の代替的なプラズマ技術が、本システムにおいて使用するのに適している。例えば、適切に選択された電極材料を使用する、移送式アークおよび非移送式アークトーチ（ＡＣおよびＤＣの両方）が用いられ得ることが理解される。誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ；ＩＣＰ）トーチが用いられ得ることも理解される。適切なプラズマ熱源の選択は、当業者の通常の技量の範囲内である。

非移送式アークトーチの代わりに移送式アークトーチを使用することは、アークが融解物を直接的に通過することから、熱いプラズマガスと融解されている材料との間の高い熱移送効率だけでなく、それらの高い電気から熱への効率により、残渣コンディショニングプロセスの効率を改善し得る。移送式アークトーチが使用される場合、チャンバの外側シェルが電源の負極と接続されるため、コンディショニングチャンバが電気的に隔離されていることを確実にする必要がある。一実施形態において、プラズマ熱源は、ＤＣ非移送式アークトーチである。

本発明の一実施形態において、残渣コンディショニングシステムは、残渣物質の不活性スラグへの変換を最適化するように位置付けられた１つ以上のプラズマ熱源を備える。プラズマ熱源の位置は、残渣コンディショニングチャンバの設計によって選択される。例えば、単一のプラズマ熱源が用いられる場合、当該プラズマ熱源は、チャンバの頂部に取り付けられ、残渣物質を融解し、スラグを流すために十分な熱曝露を確実にするために、チャンバの底部に集まっているスラグ貯留物と相対的な位置に設置されてもよい。一実施形態において、プラズマ熱源は、チャンバの頂部に垂直に取り付けられたプラズマトーチである。

プラズマ熱源は全て、動力および任意選択で（可動熱源が使用される場合）位置に合わせて制御可能である。一実施形態において、プラズマ発熱率は、変動する残渣投入速度に適応するように変動する。プラズマ発熱率は、変動する残渣融解温度特性に適応するように変動してもよい。

プラズマ熱源は、変動する残渣投入速度および融解温度特性に適応するために、オペレータの自由裁量で、連続的または非連続的に動作され得る。

コンディショニングされている残渣は、一般に、未反応または未変換の炭素の一部を含有することになる。したがって、コンディショニングされている残渣物質の変動する炭素含有量によって必要とされるような、炭素の完全な変換を確実にするために、残渣コンディショニングチャンバに空気および／蒸気を任意選択で添加してもよい。炭素は、発熱反応において酸素と反応することから、空気投入を使用して、コンディショニングプロセスにおいて必要なプラズマ熱のコストを最小限に抑えながら、最適処理温度を維持するように調整してもよい。そのようにして、空気注入の量は、炭素の、プロセスを実行するためのプラズマの最小所要熱量を有する一酸化炭素への最大変換を確実にするように維持される。

コンディショニングチャンバ内の温度が高すぎる、および／またはコンディショニングプロセスのガス状産物が高い炭素粒子（煤煙）含有量を有する場合、温度を制御するため、および／または固体炭素を一酸化炭素および水素に変換するために、蒸気が注入され得る。

したがって、チャンバは、空気注入用の１つ以上の空気投入ポートと、任意選択で、蒸気注入用の１つ以上の蒸気投入ポートとを含み得る。空気および蒸気投入ポートは、チャンバ内への空気および蒸気投入物の完全被覆率を確実にするために、残渣コンディショニングチャンバ内およびその周囲に戦略的に位置する。

本発明のシステムは、コンディショニングチャンバと連係するスラグ出口を備える。スラグ出口は、残渣コンディショニングチャンバ上に出口を含み、それを通って溶融スラグが排出される。出口は、チャンバから出る溶融スラグ貯留物の重力流を容易にするために、一般にチャンバの底部またはその付近に位置する。スラグ出力部は、溶融スラグの、その固形への冷却を容易にするために、スラグ冷却サブシステムも含む。

溶融スラグは、チャンバから間欠的に、例えば、処理期間の終了時におけるバッチ流出または周期的排出によって、出力され得る。溶融スラグは、処理の持続時間全体にわたり、連続様式で出力されてもよい。いずれかの方法による溶融スラグは、当業者には明らかであろう種々の手法で冷却および収集され、濃厚で濾過できない固体スラグを形成することができる。スラグ出力手段は、さらに、所要熱量を最小限に抑え、残渣コンディショニングチャンバを密閉したまま保つことにより、産生ガスの外気との接触を回避するように適合され得る。本発明によれば、残渣はプラズマ熱によってコンディショニングされるため、結果として生じる溶融スラグはリザーバ内に蓄積する。上記で論じたように、本発明の一実施形態において、溶融スラグは、連続様式で抽出される、すなわち、リザーバ内の溶融スラグの体積が増大すると、堰を越えてあふれ、出口を通ってコンディショニングチャンバから出る。

残渣コンディショニングチャンバの一実施形態において、溶融スラグは、Ｓ字トラップ出口を介して排出される。本実施形態において、スラグ出力手段は、出口にある溶融スラグの温度を十分高く維持して、完全なスラグ抽出期間全体を通じて出口が開放されたままであることを確実にするために、任意選択で、出口またはその付近に位置するバーナーまたはその他の加熱手段を備えてもよい。本実施形態は、スラグ貯留のレベルが所定のレベルを下回らず、それにより、外部環境とのガスの接触を回避するために融解環境を密閉したままに保つことも確実にする。

連続的流出の実施形態は、連続方式で動作するように設計されたシステム、例えば、残渣コンディショニングシステムが連続原料ガス化施設と連係して設けられる場合に特に適している。

一実施形態において、溶融スラグは、リザーバが周期的に空にされるまで、リザーバ内に蓄積する。そのような実施形態において、リザーバは、傾斜機構によって、または、溶融スラグを制御可能に排出するために設けられ得るようなリザーバ内の出口を介して、空にされ得る。

一実施形態において、傾斜機構によってリザーバから溶融スラグを制御可能に排出するための機構が提供される。本実施形態において、残渣コンディショニングチャンバは、坩堝を傾斜させるための機構として設けられた、リザーバと、噴出口と、釣り合いおもりと、レバーアームとを備える傾斜角可変の坩堝を有する。

異なる実施形態において、リザーバまたはチャンバ内の適切に適合された出口を介する溶融スラグの制御された排出のために提供され得る、異なる設計選択肢がある。溶融スラグ排出は、溶融スラグのレベルが出口の頂部より下に到達できないことを確実にするように制御されることができ、それにより、外部雰囲気からのガスは、内部融解領域内に入らない。

一実施形態において、リザーバまたはチャンバは、当該リザーバ／チャンバの底部付近の側壁に出口を有する。出口は、当該出口を取り囲む領域内の耐火物の温度を制御することができる耐火物に包囲された誘導加熱器によって取り囲まれる。スラグを溶融状態に維持するために十分に温度を上昇させることにより、スラグは出口を通って流れることが可能になる。スラグ貯留物のレベルが望ましいレベルに到達すると、誘導加熱器はオフにされ、スラグは出口において固化することが可能になる。

一実施形態において、出口には軟性耐火ペーストが「詰められる」。軟性耐火ペーストを「焼いて」孔を開けるために適切な位置に酸素ランスが設けられ、溶融スラグを流出させる。耐火物またはその他適切な材料を置くことによって流れは止まり、出口へ戻る。一実施形態において、出口は、可動式水冷プラグによって覆われる。プラグは、閉鎖位置から開放位置へ移動可能であり、それにより出口を露出し、当該出口を介して溶融スラグを排出することを可能にする。溶融材料は、水冷効果により、プラグの滑面に接着しないはずである。一実施形態において、出口にはくさび型デバイスが差し込まれる。「くさび」は、溶融スラグの排出を制御するために必要な場合、出口へ押入およびそこから押し出される。

一実施形態において、スラグ出力手段は、溶融スラグを冷却して固体スラグ産物を提供するためのスラグ冷却サブシステムも備える。一実施形態において、溶融スラグは、クエンチ用水浴に流入される。水浴は、スラグを冷却し、当該スラグを、コンクリート製作の製造または道路建設用等の商業利用に適した顆粒に粉砕させるための効率的なシステムを提供する。水浴は、スラグチャンバの基部から下降して水浴内まで伸展する水シールダクトの形態の、環境に対するシールも提供し、それにより、外部ガスが残渣コンディショニングチャンバに入るのを防止する障壁を提供することができる。

スラグ冷却サブシステムの一実施形態において、溶融スラグは、冷却のために、壁の厚い鋼捕獲コンテナ内へ投下される。一実施形態において、溶融スラグは、環境的に密閉されたケイ砂の床内、または鋳型内に受けられ、小規模処理に適した、または、いくつかのパラメータの試験が実行されるときにはいつでも、そのような試験に適した固体スラグを提供する。小さい鋳型は、予熱したオーブン内で制御冷却され得る。スラグ冷却サブシステムの一実施形態において、溶融スラグは、グラスウール等の市販用製品に変換される。

都市固形廃棄物等、かなりの量の金属を含有し得る材料のガス化後に残っている残渣をコンディショニングするために残渣コンディショニングシステムが設けられる場合、金属の一部がガス化システムを通過し、残渣コンディショニングチャンバ内に入るものと考えられる。これらの金属は、通常のスラグガラス化温度で必ずしも融解するわけではなく、したがって、スラグリザーバは、溶融スラグよりも密度が高いため、時間とともに金属でふさがれてしまう場合がある。蓄積した金属を除去するために、チャンバ温度を周期的に上昇させてあらゆる金属を融解させてもよく、溶融スラグは、必要に応じ、金属タップポートを介してリザーバの底部から取り出され得る。

コンディショニングされている残渣が未反応の炭素の一部を含有する場合、残渣コンディショニングプロセスの産物は、潜在的に有用な発熱量を有するガスであり、下流側アプリケーションにおいて使用するのに適切な場合がある。このガスを、本願においては「残渣ガス」と称する。残渣物質の不活性スラグへの変換中に残渣コンディショニングチャンバ内において産生されたガスは、ガス出口を介してチャンバから出る。その後、残渣ガスは、当該技術分野において既知のガス冷却および／または汚染軽減システムにおいて、さらに処置され得る。

したがって、本発明の一実施形態において、残渣ガスは、ガスを冷却および清浄するために設けられたシステムへ方向付けられ、当該システムを「固体残渣ガスコンディショニングシステム」と称する。固体残渣ガスコンディショニングシステムについては、上記「ガスコンディショニングシステム」の節においてさらに詳細に説明している。残渣ガスが処置されると、下流側アプリケーションにおいて使用する準備が整う。
（ガス均質化システム）
本発明は、投入ガスの化学組成を均質化し、ガスの流速、圧力、および温度等、その他の特徴を調整し、それにより、下流側の要件を満たすように調節されたガスを生じさせるためのガス均質化システムをさらに備える。このシステムは、規定された特徴のガスの連続的かつ安定な流れが、下流側アプリケーション、例えば、ガスタービン、エンジン、またはその他適切なアプリケーションに配送されることを可能にする。

特に、ガス均質化システムは、一貫した出力組成の均質ガスを獲得するために十分なガス滞留時間に適応するように設計された寸法を有するガス均質化チャンバを提供する。ガス均質化システムのその他の要素は、調節されたガスが下流側アプリケーションの性能要件を満たすように設計および構成される。システムは、プロセスのエナジェティクスおよび出力を最適化するために、フィードバック制御システムを備えてもよい。

ＧＣＳから均質化システムへ入るガスの組成は、上記で説明したように、ガス化プロセスおよびＧＣＳによって決定される。ＧＣＳから離れたガスは、規定の範囲内のターゲット組成のものであり得るが、ガスの特徴は、原料組成および送給速度、空気流、ならびに温度揺らぎ等、ガス化プロセスにおける変動性によって時間とともに揺らぎ得る。上記で説明したような最終コンディショニングガスの組成を制御するための種々の制御にもかかわらず、ガスの圧力および温度両方における揺らぎは、一般に時間とともに発生することになる。揺らぎは、圧力の場合は秒単位で、温度については、分単位で発生し得る。本発明の一実施形態において、圧力変動限度は、約０．１４５ｐｓｉ／秒未満となるように選択される。

上述のように、ガス均質化システムから出る調節されたガスは、下流側アプリケーションの仕様を満たす、実質的に安定した特徴を有する。一般に、機械メーカーは、特定の機械によって許容される要件および公差を提供し、ガスエンジンまたはガスタービンのそのようなパラメータは、当業者には既知であろう。本発明の一実施形態において、ガスエンジンは、約３０秒以内に最大約１％の変化を有するために、調節されたガス組成ＬＨＶを必要とする場合がある。本発明の一実施形態において、ガスエンジンは、最小約１２％の水素を含有するものである限り、約５０ＢＴＵ／ｓｃｆという低いＨＨＶを有するガスを受け入れることができる。本発明の一実施形態において、調節されたガスは、ウォッベ指数（温度（列氏度）／平方根（比重）として定義される）が、タービンエンジンで使用するための設計値の±４％となることを必要とする。また、タービンエンジンも、約３００Ｂｔｕ／ｓｃｆの最小ＬＨＶおよび約４７５ｐｓｉｇの最小圧力を必要とし得る。本発明の一実施形態において、エンジンは、露点温度プラス約２０°Ｆ以上の、調節されたガスの温度を必要とすることになり、この場合、相対湿度は最大約８０％である。

調節されたガスの産生のための、本発明の一実施形態に従って構成されたガス均質化システムは、冷凍機と、気体／液体分離器と、安全弁および圧力制御弁が接続された均質化チャンバと、気体／液体分離器および加熱器を備えるガスコンディショニングスキッドと、フィルタと、圧力調節弁とを備える。調節されたガスは、実質的に、適切な導管を介してエンジンへ方向付けられ得る。

図８６および図８７は、調節されたガスの産生のために構成されたガス均質化システムの種々の実施形態を描写している。図８６において、例えば、ガス均質化システム１は、冷凍機１０と、気体／液体分離器１２と、安全弁１６および圧力制御弁１８が接続された均質化チャンバ１４と、気体／液体分離器２２および加熱器２４を備えるガスコンディショニングスキッド２０と、フィルタ２６と、圧力調節弁２８とを備える。調節されたガスは、実質的に、適切な導管を介してエンジン３０へ方向付けられ得る。

実質的に清浄なガスが、冷凍機にあるＧＣＳから均質化システムに入り、ここでガスの温度は適切に調整される。その後、ガスは、適切な導管手段によって分離器へ配送され、ここでガスの湿度が調節される。これに続き、ガスは、ガス入口導管手段を用いて均質化チャンバに入る。均質化チャンバ内へ入ると、ガスは混合または混和され、安定な組成を有するガスをもたらす。混合または混和されたガスのガス流速および圧力は、混合または混和されたガスが均質化チャンバから出る際にさらに調節される。続いて、適切な導管手段は、混合または混和されたガスをガスコンディショニングスキッドへ搬送し、そこで混合または混和されたガスの温度および湿度の調節が行われる。混合または混和されたガスは、適切な導管手段によって搬送され、その後、濾過および圧力調節される。結果として生じる調節されたガスは、その時点で下流側アプリケーションのための望ましい要件を満たしており、適切な導管手段を介してエンジンへ方向付けられ得る。

均質化システムは、調節されたガスを、１つの下流側アプリケーションへ、または複数の下流側アプリケーションへ並列に方向付けるように構成されてもよい。図８８、図８９、および図９０は、均質化システムが調節されたガスを複数の下流側アプリケーションへ配送する本発明の種々の実施形態における、均質化の構成を描写している。

一般に、ガスが生成されると、当該ガスはＧＣＳから均質化チャンバへ運搬されることになる。均一な投入ガス流速を確実にするために、通気誘導デバイスを用いてもよい。同様に、投入ガス流のガス組成、流速、温度、および圧力等の要因が、望ましい範囲のターゲット特徴に合致することを確実にするために、投入ガスは、均質化の前に、当業者によって既知であるような監視システムによって監視されてもよい。これらの要因の分析の結果を前提として、ガスはその後、均質化チャンバへ方向付けられ得る。

ガス均質化チャンバは、ＧＣＳからコンディショニングガスを受け取り、ガスの混合または混和を促して、均質化チャンバ内におけるガスの化学組成の揺らぎを弱める。圧力、温度、および流速等、その他のガス特徴における揺らぎも、ガスの混合中に削減され得る。

本発明の一実施形態において、チャンバの寸法は、チャンバのサイズを可能な限り実質的に最小化することを目的として、上流側のガス化システムの性能特徴および下流側アプリケーションの要件に準じて設計される。ガス均質化チャンバは、ガス化プロセスからのガスを受けて、外乱および／または揺らぎを抑制し、実質的に一貫した化学組成を有する大量のガスを達成するために、ガスの十分な混合または混和を可能にする一定の滞留時間の間、ガスを保持するように設計される。

本発明の一実施形態において、均質化チャンバの寸法は、コンバータとアナライザサンプルプローブとの間のプロセス滞留時間を含むシステム総応答時間、ならびに、サンプルシステムのためのシステム総応答時間、分析、およびプラント制御システム（Ｐｌａｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ；ＰＣＳ）までの送出時間に基づいて算出され得る。
滞留時間は、ガスが下流側アプリケーションに方向付けられる前に均質化チャンバ内に残存する平均時間である。滞留時間は、受け入れられる公差値の範囲内のガス特徴を達成するために、ガス化反応における揺らぎの変化率の影響を抑制するための、関連するガス化システムの応答時間に略比例する。例えば、ガス組成物は、特定の下流側アプリケーションに許容されるガス組成公差の範囲内であるか否かを判断するため、さらに、ガス化プロセスに対して何らかの調整を施し、逸脱に合わせて調整するために十分長い時間、均質化チャンバ内に保持される。このようにして、システムは、高速プロセス遅延を有する上流側の制御によって、下流側アプリケーションの仕様を満たすことができるように、ガス特徴における変化率に影響を及ぼすことができる。一実施形態において、滞留時間は、約１％の低位発熱量（Ｌｏｗｅｒ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖａｌｕｅ；ＬＨＶ）／３０秒における最大変化および約０．１４５ｐｓｉ／秒の圧力における最大変化によって判断される。

均質化チャンバ内のガスの滞留時間は、ガス特徴における変動の量によって判断される。すなわち、ガス特徴における変動の量が小さいほど、この変動を補正するために均質化チャンバ内において必要とされる滞留時間は短くなる。

本発明の異なる実施形態に応じて、滞留時間は約１分未満〜約２０分の間で変動し得る。一実施形態において、滞留時間は約１５〜約２０分の範囲である。一実施形態において、滞留時間は約１０〜約１５分の範囲である。一実施形態において、滞留時間は約５〜約１０分の範囲である。本発明の一実施形態において、滞留時間は約３〜約５分の範囲である。本発明の一実施形態において、滞留時間は約１〜約３分の範囲である。本発明の一実施形態において、滞留時間は約１分未満の端数からの範囲である。

一実施形態において、滞留時間は約２０分である。一実施形態において、滞留時間は約１８分である。一実施形態において、滞留時間は約１５分である。一実施形態において、滞留時間は約１３分である。一実施形態において、滞留時間は約１０分である。一実施形態において、滞留時間は約８分である。一実施形態において、滞留時間は約６分である。一実施形態において、滞留時間は約４分である。一実施形態において、滞留時間は約３分である。一実施形態において、滞留時間は約２分である。一実施形態において、滞留時間は約１分である。一実施形態において、滞留時間は約１分未満である。

均質化チャンバの体積容量は、特定の下流側アプリケーションに必要な滞留時間および原料の不均質性により予測される揺らぎに関連する。本発明の一実施形態において、可変ガス容積は、約０〜２９０ｍ³の範囲である。一実施形態において、可変ガス容積は、約０〜１，７６０ｍ³の範囲である。一実施形態において、可変ガス容積は、約０〜２，０５０ｍ³の範囲である。一実施形態において、可変ガス容積は、約０〜３０，０００ｍ³の範囲である。本発明の一実施形態において、均質化チャンバは、約２９０ｍ³の最大容量を有する。一実施形態において、均質化チャンバは、約１，８００ｍ³の最大容量を有する。本発明の一実施形態において、均質化チャンバは、約２，３００ｍ³の最大容量を有する。本発明の一実施形態において、均質化チャンバは、約３０，０００ｍ³の最大容量を有する。

選択された下流側アプリケーションは、均質化チャンバの動作圧力に直接的に影響を与えることができる。例えば、ガスエンジンは、約１．２〜３．０ｐｓｉｇのガス圧力を必要とし、一方、ガスタービンは、約２５０〜６００ｐｓｉｇのガス圧力を必要とするであろう。それに対応して、選択されたアプリケーションに必要な動作圧力に適応するために、均質化チャンバの機械設計圧力が算出される。一実施形態において、均質化チャンバは、ガスエンジンにおいて使用するためのガス圧力を維持するのに適した機械設計圧力を有する。一実施形態において、均質化チャンバは、ガスタービンにおいて使用するためのガス圧力を維持するのに適した機械設計圧力を有する。一実施形態において、均質化チャンバは、約５．０ｐｓｉｇの機械設計圧力を有する。本発明の一実施形態において、均質化チャンバは、約１０．０ｐｓｉｇの機械設計圧力を有する。本発明の一実施形態において、均質化チャンバは、約２５．０ｐｓｉｇの機械設計圧力を有する。本発明の一実施形態において、均質化チャンバは、約１００〜約６００ｐｓｉｇの範囲の機械設計圧力を有する。

ガスエンジン等の下流側アプリケーションの要件を満たすために、低圧力システムはガスタービン等のその他のアプリケーションよりも有利となり、この場合、より高圧のガス流がより適切となることも、当業者であれば十分に理解できる。

均質化チャンバは、収容されているガス、および下流側アプリケーションの仕様に適応する機械設計温度公差を有する。一般に、これらの温度は、−約４０℃〜約３００℃の範囲となるであろう。本発明の一実施形態において、チャンバの機械設計温度は、−約３７℃〜約９３℃の範囲である。

当業者であれば、上記で論じた均質化システムの機能要件が満足されるという条件で、均質化チャンバは種々の形状で形成され得ることを十分に理解するであろう。当業者は、チャンバの形状およびサイズが、上記で論じたように、特定の設計に必要なガススループットおよび滞留時間に左右されることも十分に理解するであろう。均質化チャンバのタイプを選択する上で、コストおよび保守がさらなる検討事項である。

異なるタイプの均質化チャンバとしては、ガス留と、ガスホルダと、標準的な燃料タンクおよびサージタンク等の可変容積および固定容積のタンクとを含むがこれらに限定されない。このように、本発明の一実施形態に従って、均質化チャンバは、標準的な燃料タンクである。本発明の一実施形態に従って、均質化チャンバは、サージタンク等の固定容積のタンクである。本発明の一実施形態に従って、均質化チャンバは、可変容積のタンクである。本発明の一実施形態に従って、均質化チャンバは、ガス留またはガスホルダである。

図６は、本発明の一実施形態における均質化チャンバを描写しており、当該チャンバは、固定容積のタンク、ガス入口、ガス出口、レリーフガス出口、ドレイン、１つ以上の圧力／温度ノズル、および１つ以上のレベルスイッチノズルである。タンクのドレインは、円錐底の排水システムの特色である。

図９２〜図９４は、均質化チャンバの種々の実施形態を描写している。図９２に描写される実施形態において、ガス入口は、圧力容器内への貯蔵前にガスを圧縮するように機能するコンプレッサに接続される。図９３に描写される実施形態において、ガス収容チャンバは、内膜と外膜とによって画定される。ガスが収容チャンバから出る際、外膜と関連付けられたブロワは、膜間の領域に膨張を提供する。収容チャンバにガスが添加されると、膨張された領域の圧力を調整器が調整する。図９４に描写される実施形態において、均質化チャンバは、一定容積のタンクを備える吸収型ガスホルダである。ガス分子を吸収するように作用するタンクの横断面図も示す。

一般に、均質化チャンバは地上に位置する。しかしながら、審美的理由のために、または、燃料による地上の汚染を許可しない管轄区域において、均質化チャンバが地下に位置し得ることが検討されている。したがって、一実施形態において、均質化チャンバは地下にある。一実施形態において、均質化チャンバは地上にある。本発明の一実施形態において、均質化チャンバは、その一部が地下にあるように位置付けられる。

均質化チャンバは、１つを超えるチャンバを有する均質化システムとして構成され得る、または、並列に流体的に相互接続された１つ以上の単一均質化チャンバとして構成され得ることがさらに検討される。図９５は、チャンバが並列に相互接続された、本発明の一実施形態における均質化チャンバの構成を描写している。

固定容積の均質化チャンバのぞれぞれは、システム全体について単一のガス入口および単一のガス出口があるという条件で、上記の実施形態の１つ、例えば、圧力容器、二重膜ガスホルダ、多重吸収型ガスホルダ等として独立に選択され得ることを、当業者であれば容易に十分理解するであろう。当業者であれば、所与の目的のためのそのような設計の適合性を解明することができるであろう。

ガス化システムからのガスは、毒性が高く可燃性である場合があり、ほとんどの場合、極端な温度変化、雨、日光、雪、風等の種々の環境条件にさらされる戸外に収納されることが知られている。したがって、均質化チャンバは、適切に安全な材料から製造されることになる。材料の限定的でない例としては、プラスチック（ＰＶＣ）、鋼、ガラス繊維強化プラスチックまたは鋼等の複合材料、および合金鋼が挙げられる。適切な内面被覆を含む金属のように、これらの材料の組み合わせを含むガス均質化チャンバも本願において検討されている。被覆された金属は、例えば、そのような被覆によって提供される付加的な環境保護により、地下に位置するそれらのチャンバに有用となり得る。被覆された金属は、政府の規制を満足するためにも必要とされ得る。

当業者であれば、ガスが下流側の要件を満たすか否か、および、そのような要件を満足するためにはどのような調整が必要であるかを判断するために、ガス均質化プロセス中、投入されたコンディションガスのガス特徴が監視されることを十分に理解するであろう。ガス特徴の監視は、均質化チャンバ内で、または、均質化チャンバへのガス配送前に、発生し得る。ガス監視設備は、検知要素、応答要素、ならびに、ガスの組成、流速、温度、および圧力を監視および／または調節することができるコントローラの形態をとり得る。

本発明の一実施形態において、産生されたガスがリアルタイムで分析され、必要な調整を施すためにガス化システムの動作が適宜調整される、フィードバックループが実装され得る。一実施形態において、均質化チャンバは、ガス組成、温度、流速、および圧力等のガス特徴を分析するための１つ以上の検知要素を備え、各検知要素の構成は、当業者には容易に理解されるであろう。例えば、温度は、熱電対、またはその他の温度センサフォーマットを使用して計測でき、圧力は、絶対圧センサ、ゲージ圧センサ、真空圧力センサ、差圧センサ、またはその他の圧力センサを使用して計測でき、流速は、流量計またはその他の流量センサを使用して計測でき、ガス組成は、音響特性に基づくガス組成センサ、または、容易に理解されるようなその他のガス組成センサを使用して計測できる。

一実施形態において、特定の検知要素を、ガスの複数の特徴を計測するように構成してもよく、これらのタイプのセンサは、当業者によって容易に理解されるであろう。一実施形態において、均質化チャンバは、ガス組成、温度、流速、および圧力等のガス特徴を調節するために、１つ以上の応答要素への送出の命令を生成するように構成された１つ以上のコントローラをさらに含む。

本発明の一実施形態において、チャンバ内の異なる場所でサンプリングするガス特徴の能力を提供し、それにより、その中のガスの均質性の評価のための手段を提供するために、均質化チャンバ内に複数の検知要素が位置付けられる。さらに、１つ以上の検知要素の正確な動作、例えば障害検出を確実にするために、均質化チャンバ内に１つ以上の冗長な検知要素を位置付けてもよい。また、一実施形態において、２つ以上の検知要素を使用して同じパラメータを評価してもよく、当該パラメータの計測値は、２つ以上の検知要素によって決定された読み出し間の相関として定義される。

ガス化システムから均質化チャンバへガスを搬送するために、１つ以上の導管を備える入口が使用される。上述のように、システムの上流側のコンポーネントは、任意選択で、１つ以上の冷凍機、気体／液体分離器、通気誘導デバイス、温度および圧力コントローラを含み得るガス監視システム、ならびに制御弁を含んでもよい。

ガスは、所定の温度および圧力でガスを搬送するように設計された導管を用いて、ＧＣＳから本発明の均質化チャンバへ移送される。当業者であれば、これらの導管が、管、パイプ、ホース等の形態をとり得ることを十分に理解するであろう。

ガスは一般に、生成された際にＧＣＳから抽出されるため、ガス流量は一般に不均一である。ＧＣＳが大気圧未満で動作している場合、通気誘導デバイスは、均質化チャンバを介してガスを運搬することができる。通気誘導デバイスは、均質化チャンバより前の何処に位置していてもよい。当分野において理解されるように、適切な通気デバイスは、ブロワファンおよび真空ポンプ、またはその他適切な流れ誘導デバイスを含むがこれらに限定されない。

上記で論じたように、投入ガスのガス特徴は、均質化チャンバ内において、または投入前に、監視され得る。一実施形態において、監視システムは、入口手段の一部であってもよいし、ガスの特徴の詳細な評定を提供することができる、１つ以上の検知要素等、自動化設備を備えてもよい。例えば、これらの特徴としては、連続的なガス圧力および温度監視、ならびに、連続的な産生ガス流速および組成監視を含み得る。当業者であれば、ガスに関する上記の情報を補正するために必要なサンプリングデバイスを容易に理解するであろう。例えば、温度は、熱電対、またはその他の温度センサフォーマットを使用して計測でき、圧力は、絶対圧センサ、ゲージ圧センサ、真空圧力センサ、差圧センサ、またはその他の圧力センサを使用して計測でき、流速は、流量計またはその他の流量センサを使用して計測でき、ガス組成は、音響特性に基づくガス組成センサ、または、容易に理解されるようなその他のガス組成センサを使用して計測できる。

一実施形態において、特定の検知要素を、ガスの複数の特徴を計測するように構成してもよく、これらのタイプの検知要素は、当業者によって容易に理解されるであろう。

さらに、一実施形態において、監視システムは、統合された、プロセス制御システム（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ；ＰＣＳ）のオンライン部分として、フィードバックシステムと動作可能に接続されたガスの分析のための手段を含んでもよい。そのような統合オンラインガス分析によって提供される利点は、プロセス制御のさらなる微調整能力、ならびに、ガスの種々の用途のための、制御および均質化能力の強化である。

本発明のいくつかの実施形態において、ガス入口は、均質化チャンバへのガスの流速を制御するための手段をさらに備えてもよく、それにより、チャンバ内のガスの圧力を制御する。この圧力制御サブシステムは、当該技術分野において既知である従来の弁または遮断システムを備えてもよい。圧力調節デバイスのいくつかの限定的でない例を、例として示す。圧力制御システムは、監視システムからの信号に応答し、ガスを適切に方向付けるとともに、ガスの流速を制御することができる。一実施形態において、圧力制御システムは、合致するガスおよび合致しないガスを均質化チャンバおよび燃焼器または焼却炉へそれぞれ方向付けることができる弁を含む。

調節されたガスは、所定の温度および圧力でガスを搬送するように設計された、調節されたガス用の導管を用いて、均質化チャンバから下流側アプリケーションへ移送される。当業者であれば、これらの導管が、管、パイプ、ホース等の形態をとり得ることを十分に理解するであろう。

既に論じたように、監視システムは、均質化チャンバに入る前、または、均質化チャンバ内におけるその滞留中に、ガスを監視／制御するために使用される。同様に、監視システムを使用して、調節されたガスが下流側アプリケーション用に配送される前に、当該ガスを監視することができる。これは、特徴を確認および制御する役割を果たすことができる。

調節されたガスの出口は、均質化チャンバから下流側アプリケーションへの、調節されたガスの流速を制御するための手段をさらに備えてもよい。入口において動作可能な制御システムと交互に、またはそれと連携して作業することにより、均質化チャンバの圧力が制御され得る。出口における圧力制御部は、当該技術分野において既知である従来の弁または遮断システムを備えてもよい。上記で論じたように、流量および圧力制御システムは、調節されたガスが均質化チャンバを出る際にその特徴を監視するために用いられる監視システムからの信号に応答する。例えば、制御システムは、１つ以上の応答要素を用いてガス流速および圧力を制御するように調整され得る圧力調節弁を備えてもよい。

調節されたガスの出口は、調節されたガスが均質化チャンバを出る際に当該ガスを加熱するための手段をさらに備えてもよい。当業者であれば、本発明のシステムに気体／液体分離器をいつ組み込めば有利であるかについても十分に理解するであろう。

一般に、ガスエンジンおよびガスタービン等の下流側アプリケーションは、ガス産生プロセスのいずれかの時点でガスに入る場合がある微量元素に敏感である。この関連で、システムは、フィルタがガス流速に対して与える影響を実質的に制限しながら、これらの潜在的に干渉する汚染物質を排除するために、適切な細孔径の１つ以上のフィルタを備えてもよい。一実施形態において、フィルタは、エンジンへの共通の管寄せと関連付けられる。一実施形態において、各エンジンガストレインは独自のフィルタを有する。一実施形態において、上記のフィルタリングアプローチの両方が使用され、二段階フィルタリングプロセスとして構成され得る。

調節されたガスの出口デバイスは、下流側アプリケーションへの配送前に、調節されたガスの圧力を制御するための圧力調節弁デバイスをさらに備えてもよい。

当業者であれば、下流側アプリケーションが、調節されたガスに必要な特定のガス特徴を決定することを十分に理解するであろう。例えば、ガスエンジンの十分な動作のために必要なガス圧力は、ガスタービンのそれらとは異なるであろう。上記で論じたように、ガスタービンは、比較的高いガス圧を必要とするであろう。したがって、高いガス圧力を必要とするそれらの実施形態において、ガス加圧のための手段を均質化システム内に含み得ることが検討されている。ガス加圧デバイスは当該技術分野において既知であり、軸流コンプレッサ、往復コンプレッサ、回転スクリューコンプレッサ、遠心コンプレッサ等、種々の設計のガスコンプレッサを含み得る。その他の実装としては、対角または混合流コンプレッサ、スクロールコンプレッサ、または、当業者に既知であるようなその他のガス加圧デバイスを含む。

圧力制御システムは、制御弁を有する１つ以上の緊急脱出ポートを付加的に備えてもよい。例えば、ガスエンジンの上流側の動作不良または下流側の故障によって、ガス流が最初に十分に削減されない場合、緊急制御弁が開放され、緊急脱出ポートを介してガスを放出することができる。

緊急弁は、ガス圧力に著しい変化（＜約１％）が発生することがないように、迅速に開放され得る。当業者であれば、緊急脱出ポートおよび対応する弁は、本発明の均質化システム内の任意の地点に位置し得ることを十分に理解するであろう。一実施形態において、緊急脱出ポートは、均質化チャンバ内に位置する。一実施形態において、緊急ポートは、入口手段内に位置する。一実施形態において、緊急ポートは、出口手段内に位置する。
（制御システム）
本発明は、炭素質原料のガスへの変換のための制御システムを提供する。特に、制御システムは、そのような原料の、１つ以上の下流側アプリケーションに使用され得るガスへの変換のために、ガス化システム、またはその１つ以上のコンポーネント内で、および／またはそれらによって実装される１つ以上のプロセスを制御する上で使用するために構成可能なように設計される。開示されている制御システムの異なる実施形態によって制御可能なガス化プロセスは、コンバータ、残渣コンディショナ、復熱装置および／または熱交換器システム、１つ以上のガスコンディショナ、ガス均質化システム、ならびに１つ以上の下流側アプリケーションを種々の組み合わせで含み得る。これらのコンポーネントおよびサブシステムの例については、本制御システムによって制御され得るガス化システムの例示的な実施形態を描写し、以下でさらに詳細に説明する。

一般に、本発明によって制御されるガス化プロセスは、概して、１つ以上の処理ゾーンおよび１つ以上の熱源を備えるコンバータ内で起こり、当該源は、いくつかの実施形態において、１つ以上のプラズマ熱源を含み得る。コンバータは、概して、単一原料（例えば、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）、高炭素原料（Ｈｉｇｈ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ；ＨＣＦ）、石炭、プラスチック、液体廃棄物、有害廃棄物等）、異種原料、および／または混合原料を含み得る原料をコンバータに投入するための１つ以上の原料送給機構および／またはデバイスと、蒸気、酸化剤等の１つ以上のプロセス添加剤、および／または炭素に富む材料の添加剤（後者は、二次原料として任意選択で提供される）を添加するための手段と、を備える。ガス状産物は、１つ以上の出力ガス出口を介してコンバータから出る。以下でさらに説明するように、コンバータ主要部は、例えば、ガス化装置と改質器とを備え、ガス化および改質プロセスがそれぞれ実装される、単一ゾーンおよび／もしくはチャンバコンバータ、またはマルチゾーンおよび／もしくはチャンバコンバータを備える。

一実施形態において、蒸気および／または酸素および／または炭素に富む材料等の添加剤の投入と連携したプラズマ熱の応用（例えば、プラズマトーチ等のプラズマ熱源を介するもの）は、流量、温度、圧力、および組成等のガス特徴を制御するのを補助する。ガス化システムは、プラズマ熱を利用して、原料をガス化するために必要な高温の熱を提供し、それによって産生されたオフガスを改質し、および／または、副産物である灰を融解して、商業的価値を有するガラス状産物に変換することもできる。

本発明によって制御されるガス化プロセスは、ガス化プロセスの固体副産物の処理を管理および制御するための手段をさらに備えてもよい。特に、ガス化システムは、原料からエネルギーへの変換プロセスに起因する固体副産物つまり残渣を、浸出性の低いガラス化された均質物質に変換するための、固体残渣コンディショナを含み得る。ガス化プロセスの固体副産物は、炭化物、灰、スラグ、またはそれらの何らかの組み合わせの形態をとり得る。

本発明によって制御されるガス化プロセスは、熱い産生ガスからの熱の回収ための手段を備えてもよい。そのような熱回復は、熱い産生ガスを使用して、空気または酸素もしくは酸素富化空気等のその他の酸化剤を加熱し、続いてそれを任意選択で使用してガス化プロセスに熱を提供することができる、ガス／ガス間の熱交換器等の種々の熱交換器によって実装され得る。回収された熱を、例えば産業上の加熱用途に使用することもできる。任意選択で、１つ以上の蒸気発生熱交換器は、例えばガス化および／もしくは改質反応における添加剤として、または、蒸気タービンを駆動して例えば電気を生成するために使用され得る蒸気を生成するために、ガス化プロセスの一部として制御され得る。

本発明によって制御されるガス化プロセスは、ガス化プロセスによって産生された産生ガスを、下流側で使用するためにコンディショニングするために、コンバータガスコンディショナ、またはその他そのようなガスコンディショニング手段をさらに含んでもよい。例えば、産生ガスは、上記で論じた残渣コンバータ内の残渣の処理によって生成されたガスと同様に、コンバータガスコンディショナへ方向付けられることができ、特定順序の処理ステップを受けて、下流側での使用に適した出力ガスを産生する。

本発明によって制御されるガス化プロセスは、産生ガスの少なくとも第１レベルの均質化を提供するためのガス均質化システムをさらに備えてもよい。例えば、産生ガスに均質化システム内における所与の滞留時間を受けさせることにより、ガスの種々の特徴を少なくとも部分的に均質化し、そのような特徴の揺らぎを削減することができる。例えば、産生ガスの化学組成、ならびに流量、圧力、および／または温度等のその他の特徴は、下流側の要件を満たすために、均質化システムによって少なくとも部分的に安定化され得る。

一実施形態において、ガス化システムの均質化システムは、十分に一貫した出力組成、圧力、温度、および／または流量のガスを獲得するために十分なガス滞留時間に適応するように設計された寸法を有するガス均質化チャンバ等を提供する。概して、均質化システムの特徴は、下流側アプリケーションの要件に従って、かつ、制御システムがそのような意図で設計された場合の、産生ガス特徴における揺らぎを弱める制御システムの能力に関連して、設計されることになる。

制御システムは、ガス化プロセス全体に関連する種々の局所的、領域的、および／または大域的プロセスを動作可能に制御し、それにより、選択された結果のためのこれらの処理に影響を及ぼすように適合された、その種々の制御パラメータを調整する。したがって、制御システム全体に、またはその１つ以上のコンポーネントに関連して、種々の検知要素および応答要素が分配され、種々のプロセス、反応物、および／または産物の特徴を取得し、これらの特徴を、望ましい結果を達成するのに寄与する適切な範囲のそのような特徴と比較し、１つ以上の制御可能なプロセスデバイスを介して進行中のプロセスの１つ以上における変化を実装することによって応答するために使用される。

一実施形態において、制御システムは、炭素質原料を、選択された下流側アプリケーションにおいて使用するのに適したガスに変換するためのガス化プロセスを制御するために使用される。一例において、ガス化プロセスは、その産生ガスが、連続様式で、および／または即時使用のためにリアルタイムで使用され得るように制御される。したがって、制御システムは、例えば、下流側アプリケーションにおいて使用されるガスの１つ以上の特徴を検知するための、１つ以上のセンサを備えてもよい。１つ以上の計算プラットフォームは、検知された特徴の特徴代表値にアクセスするために、これらの検知要素と通信可能にリンクされ、特徴値を、選択された下流側アプリケーションに適したものとしてガスを特徴付けるように定義された所定範囲のそのような値と比較して、この所定範囲を有する特徴値を維持することに寄与する１つ以上のプロセス制御パラメータを計算するように構成される。複数の応答要素を、プロセスに影響を及ぼし、それによってガスの検知された特徴を調整するように動作可能な１つ以上のプロセスデバイスとこのようにリンクさせてもよく、計算されたプロセス制御パラメータにアクセスし、それに従ってプロセスデバイスを動作させるために、計算プラットフォームと通信可能にリンクさせてもよい。

例えば、制御システムは、炭素質原料の、下流側アプリケーションに適した１つ以上の特徴を有するガスへの変換を制御するように構成されてもよく、産生ガスは、ガスタービン内での燃焼による電気の生成における使用、または、燃料電池用途における使用を意図したものである。そのような用途においては、各エネルギー発生器において燃料として最も有効に使用され得る産物を得ることが望ましい。あるいは、産生ガスが、さらなる化学プロセスにおける原料として使用するためのものである場合、組成は、特定の合成応用に最も有用なものとなる。

一実施形態において、制御システムは、反応設定点を実質的に維持し、それにより、特定組成を有するガスを産生するために最適な反応条件下でガス化プロセスを実行することを可能にするために、プロセスエナジェティクスのフィードバック、フィードフォワード、および／または予測制御を提供する。例えば、適切に構成されたガス化システムを使用して、原料のガスへの変換の全体的なエナジェティクスを判断および達成することができ、種々のプロセス特徴が評価され、正味の全体的なエナジェティクスの判断に影響するように、制御可能に調整され得る。そのような特徴としては、原料の発熱量および／または組成、産生ガスの特徴（例えば、発熱量、温度、圧力、流量、組成、炭素含有量等）、そのような特徴に許容される変動の程度、ならびに投入のコスト対出力の価値を含み得るがこれらに限定されない。熱源動力、添加剤送給速度（例えば、酸素、蒸気等）、原料送給速度（例えば、１つ以上の異種および／または混合送給）、ガスおよび／またはシステム圧力／流量調節器（例えば、ブロワ、安全弁および／または制御弁、フレア等）等を含み得るがこれらに限定されない種々の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調整は、正味の全体的なエナジェティクスが評定され、設計仕様に準じて最適化される様式で実行され得る。

代替的に、または付加的に、制御システムは、正常な動作を確約するために、および任意選択で、それによって実装されるプロセスが、規制基準が当てはまる場合、そのような基準内であることを確実にするために、ガス化システムの種々のコンポーネントの動作を監視するように構成されてもよい。

一実施形態に従って、制御システムは、さらに、ガス化システムの全体的なエネルギー影響を監視および制御する際に使用されてもよい。例えば、原料の変換のためのガス化システムは、例えばそれによって実装されるプロセスのうちの１つ以上を最適化することによって、またはこれらのプロセスによって生成された廃熱の回復をやはり増大させることにより、そのエネルギー影響が削減される、または、ここでも最小限に抑えられるように動作され得る。代替的に、または付加的に、制御システムは、制御されたプロセスによって生成された産生ガスの組成および／またはその他の特徴（例えば、温度、圧力、流量等）を、そのような特徴が下流側での使用に適しているだけでなく、効率的および／または最適な使用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されてもよい。例えば、電気の産生用に所与のタイプのガスエンジンを駆動するために産生ガスが使用される実施形態において、産生ガスの特徴は、これらの特徴がそのようなエンジンに最適な投入特徴に最もよく対応するように調整され得る。

一実施形態において、制御システムは、種々のコンポーネントにおける反応物および／もしくは産物滞留時間に関する、または、ガス化プロセス全体の種々のプロセスに関連する制限または性能ガイドラインが、満たされる、および／または最適化されるように、ガス化プロセスを調整するように構成されてもよい。例えば、都市廃棄物が原料として使用される実施形態においては、前処理および／または貯蔵相において廃棄物の最大滞留時間を占めるために、そのような廃棄物のガス化プロセスを調整することが重要であるとみなされ得る。例えば、廃棄物および／またはその他の原料は、周期的に、または継続的に制御システム施設に輸送される場合があり、そのような原料の処理は、連続動作（例えば、ダウンタイムの削減または回避）を可能にしながら、その過剰在庫（例えば、前処理滞留時間の増大）を回避するように制御されなくてはならない。そのような例において、所与の原料の処理速度が、そのような原料の配送速度と実質的に対応し、それにより、配送された原料の貯蔵または前処理段階における実質的に一定の滞留時間（例えば、時間数、日数、週数等）を可能にするように制御され得る。

同様に、ガス化システムのコンバータ内における原料の滞留時間は、資源を枯渇させ、それによって下流側のプロセスおよび／またはアプリケーションを過度に削減および／または制限することなく、十分な処理を可能にするように制御され得る。例えば、所与のコンバータ構成は、原料の適切な処理が達成される、比較的安定な滞留時間（例えば、数分、数時間等）を可能にすることができる。コンバータの下流側コンポーネントは、それに適した滞留時間も実質的に尊重されるように等しく制御され得る。例えば、熱交換システム、コンディショニングシステム、および／または均質化システムを通る流動ガスは、所与のガス流動および／または滞留時間の間、そのようなコンポーネントによって最もよく処理され得る。同様に、ガス流量および／または滞留時間における変動は、そのようなシステムコンポーネントの種々の要素を制御することによって、対処および補償され得る。

当業者であれば、ガス化システムおよび制御システムは、それらの種々の実施形態において、多数の独立型および／または複合型の下流側アプリケーションを有する多数の処理システムにおいて使用され得ることを理解するであろう。さらに、制御システムは、種々の実施形態において、プロセスの種々の態様を連続および／またはリアルタイム様式で同時に制御することができる。

図９８および図９９を参照すると、制御システムは、当面の用途に適したあらゆるタイプの制御システムアーキテクチャを備えてもよい。例えば、制御システムは、実質的な集中制御システム（例えば、図９８参照）、分散制御システム（例えば、図９９参照）、またはそれらの組み合わせを備えてもよい。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。

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。

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。

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。

制御システムは、反応条件を制御し、炭素質原料の出力ガスへの変換の化学的性質および／またはエナジェティクスを管理するために、応答要素を備える。また、制御システムは、理想的な、最適な、またはそうでないガス化反応条件を維持するために、動作条件を決定および維持することができる。理想的な動作条件の決定は、炭素質原料の組成および産生ガスの特定特徴等の要因を含む、プロセスの全体的なエナジェティクスに左右される。原料の組成は、実質的に均質なものから完全に不均質なものまでの範囲となり得る。原料の組成が変動すると、いくつかの制御パラメータは、理想的な動作条件を維持するために、応答要素を介し、連続的な調整を要求する。

制御システムは、多数の応答要素を備えてもよく、当該要素のそれぞれは、専用タスク、例えば、添加剤の１つの流速の制御、ガス化システムの１つ以上の熱源のうちの１つの位置もしくは動力出力の制御、または、副産物の撤去の制御を実行するように設計されてもよい。制御システムは、処理装置と同様の処理システムをさらに備えてもよい。一実施形態において、処理システムは、多数のサブ処理システムを備え得る。

制御システムは、所与のガス化システムの現在の実装を反映するように定義された種々のシステムおよび／またはプロセス算出を対話形式で実行することによってさらに強化され得る。そのような算出は、種々のシステムおよび／またはプロセスモデルから導出されることができ、プロセスおよび／またはシステムの特徴および制御パラメータのシミュレーションは、そのようにモデル化されたシステムまたはサブシステムを制御するために、予測的および／または補正的様式で使用され得る。米国特許第６，８１７，３８８号は、そのようなシステムモデルの例を提供しており、当該モデルは、システム１０の種々のプロセスを実装する上での開始点として使用するための、種々の動作パラメータおよびそれに基づく予測結果を定義するために、制御システムと連携して使用され得る。一実施形態において、これらおよびその他のそのようなモデルは、システム１０の種々のシステム動作範囲および／またはパラメータを継続的に再評価および／または更新するために、時折または定期的に使用される。一実施形態において、ＮＲＣ ＨＹＳＹＳシミュレーションプラットフォームが使用され、投入量、廃棄物のタイプ、任意の組み合わせの投入物の化学組成、熱化学的特徴、含水量、送給速度、プロセス添加剤等を考慮することができる。

当該モデルは、例えば、部位および原料タイプの規定、エネルギー回収の最大化、排出の最小化、資本およびコストの最小化等を考慮するために、種々の任意選択の対話型プロセス最適化も提供し得る。最終的に、選択されたモデルオプションに基づいて、モデルは次に、例えば、種々の動作特徴、達成可能なスループット、システム設計特徴、産生ガス特徴、排出レベル、回収可能なエネルギー、回収可能な副産物、および最適な低コスト設計を提供することができる。種々の例示的な代表例が米国特許第６，８１７，３８８号において提供されており、当業者には明らかであるように、本文脈において容易に適用可能である。

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）、一体型（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。

組み合わせコントローラの設計における重要な態様は、各制御変数または制御パラメータを初期値から規定値へ調整する際の、短い過渡期間および過渡時間中の少ない振幅である場合がある。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。

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、規定値または規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。例えば、出力ガスが所定のＨ₂：ＣＯ比率を超えた場合、フィードバック制御手段は、Ｈ₂：ＣＯ比率を規定値に戻すために、添加酸素の量を増大させる等、入力変数の１つに対する適切な調整を判断することができる。適切な応答要素によって制御パラメータまたは制御変数への変化に影響を及ぼすための遅延時間は、時に、ループ時間と呼ばれる。例えば、プラズマ熱源の動力、システム内の圧力、炭素に富む添加剤の投入速度、または酸素もしくは蒸気の流速を調整するためのループ時間は、例えば約３０〜約６０秒に達する場合がある。

一実施形態において、産生ガス組成は、上記で説明したフィードバック制御スキームにおいて比較のために使用される規定値であり、産生ガス内におけるＣＯおよびＨ₂の量の固定値（または値の範囲）が規定されている。別の実施形態において、規定値は、産生ガスの発熱量（例えば、低位発熱量（ＬＨＶ））を表す固定値（または値の範囲）である。

フィードバック制御は、直接監視を必要とする、または、モデル予測が満足なものである、任意の数の制御変数および制御パラメータに使用され得る。フィードバック制御スキームでの使用に役立つ、ガス化システム１０の制御変数および制御パラメータが多数ある。フィードバックスキームは、直接的もしくは間接的に検知され、および／または検知された値から導出され、これらの特徴に影響を及ぼすように適合された１つ以上のプロセスデバイスを動作させるために、調整された制御パラメータを使用する応答アクションによって制御される場合がある、システムおよび／またはプロセス特徴のための制御システムの態様において、効果的に実装され得る。

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。

フィードフォワード制御プロセスは、制御変数および制御パラメータを監視することなく、パラメータを入力して作用させる。ガス化システムは、例えば、１つ以上のプラズマ熱源のうちの１つに供給される動力の量等、多数の制御パラメータに、フィードフォワード制御を使用することができる。プラズマ熱源のアークの動力出力は、種々の異なる手法で、例えば、アークを維持するためにトーチに供給される電流をパルス変調すること、電極間の距離を変動させること、トーチ電流を制限すること、または、プラズマの組成、配向、もしくは位置に影響を及ぼすことによって制御され得る。

気体もしくは液体修飾で、または微粉形態でコンバータに提供され得る、あるいは、ノズルを介して噴霧または注入され得る添加剤の供給速度は、例えば、いくつかの制御要素によりフィードフォワード手法で制御できる。しかしながら、添加剤の温度または圧力の効果的な制御には、監視および閉ループフィードバック制御が必要となる場合がある。

ファジー論理制御は、その他のタイプの制御とともに、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において等しく使用され得る。これらのタイプの制御は、規定の結果に影響を及ぼすために入力変数または入力パラメータをどのように変化させるかを予測するためにプラズマ改質反応動力学がモデル化およびシミュレートされる手法で、古典的なＰ、Ｉ、Ｄ組み合わせ制御から実質的に逸脱し得る。ファジー論理制御は、通常、反応動力学（一般に、システム動力学）の曖昧な、もしくは経験的記述、またはシステムの動作条件のみを必要とする。ファジー論理およびその他のタイプの制御の態様および実装検討事項は、当業者に既知である。
（システムのモジュール性）
この設計の一実施形態は、モジュラープラント設計である。モジュラープラントは、各機能ブロックがあらかじめ建造されたコンポーネントである施設である。これは、コンポーネントを出荷時設定で建造し、その後、施設現場へ送り出すことを可能にする。これらのコンポーネント（またはモジュール）は、機能的であるべき全ての設備および制御を含み、工場を離れる前に試験される。モジュールは、多くの場合、鉄骨フレームで建造され、一般に、ガス化装置ブロック、ガス品質制御システム、動力ブロック等、考えられる多種多様なセクションを組み込む。現場に着いたら、これらのモジュールをその他のモジュールと接続し、プラント試運転のために制御システムの準備を整えるだけでよいであろう。この設計は、構築時間の短縮と、現場での構築コスト削減による経済的節約とを可能にする。

異なるタイプのモジュラープラント設定がある。より大きいモジュラープラントは、接地面積をより小さくできるように配管のほとんどが束ねられた「基幹」配管設計を組み込む。モジュールを、動作的観点から直列または並列に置いてもよい。ここで、同様のタスクを課された設備は、負荷を共有する、または、産物流に対する処理を逐次的に提供することができる。

この技術におけるモジュラー設計の１つの考えられる用途は、複数の廃棄物のガス化においてより多くの選択肢を可能にすることである。この技術は、単一の高容量施設で複数のガス化装置を使用することを可能にし得る。これは、各ガス化装置に、一緒にまたは別々に廃棄物を共処理させるという選択肢を可能にする場合があり、構成は、廃棄物に応じて最適化され得る。

負荷の増大により拡張が必要な場合、モジュラー設計は、第２のプラントを建造するのではなく、モジュールを取り換えて、またはプラントに追加してその容量を増大させることをこの技術により可能にする。モジュールおよびモジュラープラントは、新しい場所に迅速に統合され得るその他の現場に移設されてもよい。
（機能組み合わせ）
１つを超える流れからガスまたは固体材料を取り込むことができる容器内で共通機能を実行できるように、異なるガス化トレイン（一連の設備）の機能を組み合わせることが可能である。以下の図は、ＭＳＷ／石炭／バイオマスガス化に適用する場合の本概念を実証するものである。

これらの実施形態において、２つのトレインが示されているが、トレイン間の複合機能のこの設定は、任意の数のトレインについて、および、トレイン当たりのあらゆる原料について（１つのトレインが複合原料を有する場合でも）発生し得る。流れが複合されても、下流側で並列処理設備を選定することができるが、当該並列流れは、同じガスを取り扱う場合であっても、同じサイズのものである必要はない。

各機能群は、以下のシステムを表す。
１．一次ガス化チャンバ
２．スラグチャンバ
３．精製チャンバ
複合なし、図１０７
本実施形態では、均質化タンクまたはエンジン等、下流側のシステムのために混合されたガス流を有し得る、２つの分離したシステムがある。

ＧＣＳ複合、図
本実施形態では、各トレインの機能容器２および３からのガスが、ガス流量に適切なようにサイズ決定された単一のＧＣＳへ、ともに送給される。

機能２複合、図１０８
本実施形態では、トレインは機能容器１のみが異なり、その他全ての機能は、同じ複合トレインの設備で取り扱われる。

機能３複合、図１０９
本実施形態では、機能容器１からのガスが、適切にサイズ決定された複合機能容器３へ行く。

機能２および３複合、図１１０
本実施形態では、機能容器１からのガスが複合２へ行き、機能容器１からの材料が複合機能容器３へ行き、これらの複合容器は適切にサイズ決定されている。複合機能容器２および３からのガスは、その後、複合ＧＱＣＳへ移行する。

上記の節においては、ガス化システムについて機能ブロック１、２、および３、ならびにＧＣＳを備えるものとして述べたが、その他のより小さい機能ブロックにさらに細分され得ることを、当業者であれば容易に理解するであろう。この場合、当業者は、トレインの組み合わせが成立する状況に応じて、より大きい群のスキームでトレインを複合してもよいことを容易に十分理解するであろう。
（複合制御）
複合流れがある場合、ガス品質の制御は、フィードバック制御下で１つのガス化トレインを運転させることによって行われ得る（動作は、下流側アプリケーションのために合成ガス品質を維持するように補正される）。残りのトレインは、フィードフォワード制御下で運転する（ガス品質の規定範囲内で運転する）。最適条件で運転した際に、第１のフィードバック制御されたトレインが合成ガス品質を補正できない場合のみ、フィードフォワード制御での最適条件に切り替えられ、ガス品質を改善するために、別のトレイン（最適でない）がフィードバック制御に切り替えられる。

本願に記載した発明のより良い理解を得るために、以下の実施例を説明する。これらの実施例は、本発明の例示的な実施形態を説明することを意図するものであり、本発明の範囲を何ら限定することを意図するものではないことが理解されるであろう。
［実施例］
［実施例Ｉ：都市固形廃棄物を変換するためのシステム］
本実施例では、図１乃至図４６を参照して、種々のオプションを含む本発明の一実施形態の詳細を提供する。本実施例は、本発明の各サブシステムの詳細を示すとともに、それらがどのように協働して、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）を電気に変換するための統合システムとして機能するのかを説明する。但し、当業者は、各サブシステム自体をシステムとみなすことができると理解されよう。本実施形態のサブシステムは、都市固形廃棄物処理システムと、プラスチック処理システムと、横方向移送ユニットシステムを備えた水平配向されたガス化装置と、ガス改質システムと、熱再利用システムと、ガスコンディショニングシステムと、残渣コンディショニングシステムと、ガス均質化システムと、制御システムとを備える。

図１および図２はそれぞれ、ガス化装置の異なる領域におけるガス化プロセスのフローチャートおよび代表例を示す図である。図３は、主にＭＳＷを合成ガスに変換するように設計され、電気を生成するための、ガスエンジン９２６０での改質、コンディショニング、および均質化された合成ガスの関連する使用を含む、システム１２０全体の概略機能ブロック図である。
（都市固形廃棄物（ＭＳＷ）処理システム）
最初のＭＳＷ処理システム９２００は、（ａ）４日分の供給量の貯蔵容量と、（ｂ）ＭＳＷの長期保存および過剰な分解の回避と、（ｃ）破片の周囲への飛散防止と、（ｄ）臭気の制御と、（ｅ）ゴミ収集運搬車が荷を降ろすための接近および回動空間と、（ｆ）積み込み機９２１８が、ＭＳＷ備蓄９２０２からＭＳＷ破砕システム９２２０へＭＳＷを輸送するために必要な移動距離および回動量の最小化と、（ｇ）積み込み機９２１８とゴミ収集運搬車との間の動作上の干渉の回避と、（ｈ）設備の拡張を見越したさらなるガス化流の可能性と、（ｉ）運搬車の施設への、特に危険区域への進入の最小化と、（ｊ）最小限の要員による安全な運転と、（ｋ）コンベア投入ホッパ９２２１の充填レベルの積み込み機オペレータへの表示と、（ｌ）受け取ったままの廃棄物の処理に好適な粒径への破砕と、（ｍ）処理装置へのＭＳＷ流速の遠隔制御性、およびプラスチック送給速度の独立制御（以下に記述）とを考慮するように設計されている。

ＭＳＷ処理システム９２００は、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０と、積み込み機９２１８と、ＭＳＷ破砕システム９２２０と、磁気分離器９２３０と、送給コンベア９２４０とを備える。分離システム９２５０は、高炭素材料（本実施例では再利用不可能なプラスチック類）を貯蔵、破砕、備蓄、および送給するようにも設計され、その供給量は、ガス化プロセスの添加剤として使用される。図４は、システムサイト全体の総体的なレイアウトを示す図である。ＭＳＷがガス化システム１２０に供給されるまで、ＭＳＷの貯蔵および処理の全てをＭＳＷ貯蔵庫９２１０内に限定して、破片および臭気を封じ込める。

先入れ先出し（ＦＩＦＯ）スケジューリング手法を用いて、ＭＳＷの過剰な分解を最小限に抑える。ＦＩＦＯは、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の両端に、運搬車および積み込み機９２１８のためのアクセスを設けることによって可能となる。ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の一端において積み込み機９２１８が材料を移送している間に、貯蔵庫の他端において運搬車からＭＳＷが荷を降ろすので、積み込み機９２１８を、運搬車に干渉されることなく安全に動作させることもできる。積み込み機９２１８が、材料をＭＳＷ備蓄９２０２のほぼ中間点９２０３へ除去したとき、すなわち、「古い」材料を全て使用した後に、その運転はＭＳＷ貯蔵庫９２１０の反対側に移される。

ＭＳＷ貯蔵庫９２１０のサイズを最小限に抑えるため、ゴミ収集運搬車を操縦するためのスペースは、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の外側にある。これは、運搬車を逆進させるときにだけ必要なドア９２１２のサイズも最小限に抑えるので、破片および臭気の流出の最良な制御が提供される。ドア９２１２は、常時１つだけ、および運搬車が実際に荷を降ろすときにだけ開けばよい。ドア９２１２を１日あたり約１時間しか開かなくて良いように、ＭＳＷの受け取りは、通常、１日のある時間に行われる。

図５は、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０のレイアウトを示す図である。ＭＳＷ貯蔵庫９２１０は、ＭＳＷ備蓄９２０２を通路９２１６から分離するように燃料庫壁９２１４を有し、積み込み機９２１８は、ＭＳＷ破砕システム９２２０へ通じる投入コンベア９２２２へ接近するように運転しなければならない。燃料庫壁９２１４は、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の端部まで至っておらず、積み込み機９２１８は、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０を離れることなく、ＭＳＷ備蓄９２０２から投入コンベア９２２２へ移動することができる。したがって、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の一端のドア９２１２を開いたままにしておくことができ、一方で、他端のドアは、運搬車が荷を降ろしているとき、または備蓄から破砕システムへ材料を移送するための積み込み機（下述する）が、プラスチックを移動させるために出る必要があるときにだけ開かれる。

貯蔵庫９２１０を道路９２０４に隣接して、かつ平行に配置し、運搬車をＭＳＷ貯蔵庫９２１０の両端で操作できるようにすることによって、図２に示されるように、施設内のスペースの要件および運搬車の移動の両方が減じられる。スペースレイアウト設計によって、運搬車は、施設内を運転し、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０へ後進し、その積荷を降ろして、道路９２０４へ直接戻ることができる。ごく短時間で、プロセス機器または要員のいずれかに接近する。２つの入場路の概念により、運搬車がＭＳＷ貯蔵庫９２１０の両端に接近するために、施設内に車道を追加する必要性も回避される。

機械化されたバケットベースの積み込み機９２１８を用いて、備蓄から破砕システムに材料を移送する。小型であること、操作性、運転の容易さ等から、スキッドステア積み込み機設計が用いられる。標準的な市販のスキッドステアは、ＭＳＷの送給、運搬車が荷を降ろした後の備蓄床の清浄、また、廃棄プラスチックシステムの破砕機の操作および送給処理に十分な容量を有する。

投入コンベア９２２２は、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の内部から上方向へＭＳＷを輸送し、そのＭＳＷをＭＳＷ破砕システム９２２０に投下する。このコンベア９２２２用の送給ホッパ９２２１は、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の完全に内側に位置し、破片が屋外に飛散しないようにする。コンベア９２２２は、深いトラフを有し、このトラフは、送給ホッパ９２２１の容量と組み合わせられて、１時間の運転に十分な材料を保持する。ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の外側のトラフの部分は、破片および臭気の流出を制御するように覆われる。コンベア９２２２は、プロセスの要求を整合させるように、プロセスコントローラによって遠隔制御される。積み込み機のオペレータが、ホッパ９２２１内のＭＳＷのレベルをどちらか一方の側から見ることができるように、ミラーが設けられる。トラフ内には検出器が設けられ、材料が無いことをプロセスコントローラに警告する。

ＭＳＷ破砕システム９２２０は、投入ホッパ９２２３、破砕機９２２４、および選択コンベアからなり、その後に磁気ピックアップコンベアが続く。破砕機９２２４は、廃棄物のあらゆる袋を破り、より大きな部品を切断して処理できるサイズにすることによって、受け取ったままのＭＳＷを処理に適したものにする。受け取ったＭＳＷは、破砕機９２２４が処理するには大きすぎる、および硬すぎる材料を含み、それによって破砕機に詰まりが生じる場合があるので、破砕機９２２４は、詰まりを検知したときに自動的に停止し、自動的に逆回転して詰まりを解消し、その後運転を再開するように構成される。それでも詰まりが検出された場合は、破砕機９２２４の運転を停止して、警告信号をコントローラに送信する。

破砕した廃棄物は、ベルトコンベア上に投下され、磁気ピックアップシステムの下を輸送され、次いでスクリューコンベア９２４０の送給ホッパ９２３９に投下され、このスクリューコンベアが廃棄物をガス化装置２２００内へ送給する。ガス化装置２２００を通じた過剰な量の鉄類の不用意な送給を回避するために、磁気ピックアップシステム９２３０は、選択コンベアの上に位置し、破砕した廃棄物内に存在し得る鉄類を引き付ける。非磁性ベルトは、選択コンベアの方向全体に磁石と廃棄物との間を動き、磁石に引き付けられた鉄類を、廃棄物の流れから離れて横方向に移動させる。この鉄類は、後に磁石から取り外されて、処分用の堆積物上へ投下される。

ＭＳＷ送給システムは、送給ホッパ９２３９およびスクリューコンベア９２４０からなり、破砕した廃棄物を、ＭＳＷ破砕システム９２２０からガス化チャンバ２２０２へ輸送する。破砕した廃棄物は、ＭＳＷ破砕システム９２２０から送給ホッパ９２３９内に送給され、処理装置へ送給される状態にある材料のバッファを提供する。ホッパは、破砕システムからホッパへの流れの制御に用いられる、高および低のレベル表示を有する。コンベア９２４０は、廃棄物の送給速度がプロセス要求を満たすように、プロセスコントローラの制御下にある。統合された送給ホッパ９２３９を備えたスクリューコンベア９２４０を使用することで、処理装置にガスシーリングも提供する。送給ホッパ９２３９は、カバーを備えたＭＳＷ破砕システムに接続され、破片および臭気を制御する。スクリューコンベア９２４０は、破砕されたプラスチックを受けるために、さらなるエントリを有する。
（プラスチック処理システム）
ガス化システム１２０は、プロセス添加剤としてプラスチックの添加を提供する。プラスチック類は、ガス化装置２２００に送給される前に、ＭＳＷとは別に処理される。

プラスチック処理システム９２５０は、受け取ったままの多量のプラスチックを、破砕し、備蓄９２５４内に配置し、独立制御下で処理装置内に送給する貯蔵部を提供するように設計される。プラスチック処理システム９２５０は、プラスチック貯蔵庫９２５５貯蔵施設と、投入ホッパ９２５１を備えた破砕機９２５２と、撤去コンベア９２５３と、備蓄９２５４とを備え、全てが共通の貯蔵庫９２５５内に位置して破片を制御する。送給コンベア９２４０は、破砕したプラスチックを処理装置内へ移動させる。

プラスチック貯蔵庫９２５５は、運搬車２台分の積荷のプラスチックベールを貯蔵する容量を有する。この貯蔵庫は３面が閉じられ、１面が開くので、スタッキングおよびベールを除去するためのアクセスを備えた、材料の格納容器を提供する。貯蔵庫はまた、破砕機９２５２および破片制御の保護、および破砕した材料の保護も提供する。

破砕機は、プラスチック材料がプロセス要件を満たしやすくする。受け取ったままのプラスチックは、積み込み機によって破砕機９２５２の送給ホッパ９２５１に装填される。破砕した材料は、撤去コンベア９２５３上へ投下され、コンベアは、その材料を上方に輸送して備蓄９２５４内に投下する。

破砕したプラスチックは、積み込み機によって取り出され、送給コンベアの投入ホッパに投下される。コンベアが屋外にあるので、ホッパは、一体型の屋根と上方へ延在する壁とを組み込んで、ホッパの充填中のプラスチックの飛散を最小限に抑える。プラスチックが、ＭＳＷコンベアを経てガス化装置２２００内へ導入され、ガス化装置２２００への開口を減じるように、コンベアトラフは、ＭＳＷコンベアのトラフに対して密閉される。このコンベアは、それに対して密閉されたホッパを備えたスクリューコンベアであり、材料を収容したときにガスシーリングを提供する。ホッパ内には検出器が設置され、高および低レベルを表示し、スキッドステアオペレータが充填レベルを観察するためにミラーが設けられる。このコンベアの運動は、プロセスコントローラで制御される。
（コンバータ）
コンバータ１２００は、ガス化装置２２００と、ガス改質システム（Ｇａｓ−Ｒｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＧＲＳ）３２００とを備える。ＭＳＷおよびプラスチックはガス化装置２２００に送給され、結果として生じるガスは、ＧＲＳ３２００に送られ、そこで改質される。ガス化装置２２００からの結果として生じるあらゆる残渣は、残渣コンディショニングシステム４２００に送られる。

ガス化装置２２００は、（ａ）密閉、絶縁されたスペースの廃棄物の一次処理への提供と、（ｂ）ガス化装置２２００全体にわたる、制御および分散された様式での熱風および蒸気の導入と、（ｃ）ガス化装置２２００による廃棄物の堆積物の高さおよび移動の制御を可能にすること、（ｄ）ガス化プロセスを制御する計装の提供と、（ｅ）ＧＲＳ３２００へのガスの移送と、（ｆ）更なる処理のための残渣の除去と、（ｇ）検査および保守のための内部へのアクセスの提供とに対する要件を考慮するように設計されている。

図６乃至９を参照すると、ガス化装置２２００は、原料投入口２２０４を有する水平配向され、耐火物で裏打されたガス化チャンバ２２０２と、ガス化チャンバを加熱するために使用される熱風の投入口と、プロセス添加剤として機能する蒸気の投入口と、ＧＲＳが直接連結された中央に配置されたガス出口２２０６と、残渣出口２２０８と、種々の補修ポート２２２０およびアクセスポート２２２２とを備える。ガス化チャンバ２２０２は、複数段の床２２１２、２２１４、２２１６を備えた階段状床を有する鋼溶接物として構築される。搬送用ラム２２２８、２２３０、２２３２を備えたシステムを用いて、ガス化装置２２００を通じた材料の横方向移動を容易にする。熱電対、材料高さ検出器、圧力センサ、および覗き窓のような、計装の取り付けも行われる。

ガス化チャンバ２２０２の耐火物の裏打ちは、チャンバを高温の腐食性ガスから保護し、プロセスによる熱の必要以上の損失を最小限に抑える。図１０を参照すると、耐火物は、内側には高密度クロミア層２４０２、中間には高密度アルミナ層２４０４、外側には超低密度ＩＮＳＵＬＢＯＡＲＤ材料２４０６を備えた多層設計である。耐火物は、ガス化チャンバの金属殻体２４０８に裏打ちされる。ガス化チャンバ２４０２には、さらに膜が裏打ちされ、チャンバを腐食性ガスから保護する。

ガス化チャンバ２４０２の階段状床の各段２２１２、２２１４、２２１６は、加熱空気が導入される穿孔床２２７０を有する。空気孔サイズは、絞りを形成することによって、各孔全体の圧力を低下させて、その孔への廃棄物の進入を十分防ぐように選択される。孔には、小片が孔の中に詰まらないように、上面の方へ外側にテーパが付いている。

図１および図２を参照すると、３つの個々の段の状態は、異なる程度の乾燥、蒸発、炭素変換用に設計されている。原料は、原料投入口２２０４を通じて、ガス化チャンバ２２０２内の第１のステージ上に導入される。このステージの目標温度範囲（材料の堆積物の底部で測定したとき）は、３００乃至９００℃である。ステージＩＩは、底部の温度範囲が４００乃至９５０℃となるように設計されている。ステージＩＩＩは、温度範囲が６００乃至１０００℃となるように設計されている。

ガス化チャンバ２２０２を３つの処理ステージに分ける、階段状床の３つの段２２１２、２２１４、および２２１６は、それぞれ独立して制御可能な空気送給機構を有する。この独立性は、各ステージに穿孔床２２７０を形成する別個のエアボックス２２７２、２２７４、および２２７６を用いることによって達成される。ガス化チャンバ２２０２内の材料の移動に使用される搬送用ラム２２２８、２２３０、２２３２のシステムは、その下の段１（２２１２）および２（２２１４）からのアクセスを防ぐ。したがって、これらのステージの場合、エアボックス２２７２および２２７４は、側方から挿入される。しかし、図７および図８に示されるように、第３のステージのエアボックス２２７６は、下方から挿入される。

本設計および図１１および図１２に記載のエアボックス２２７２、２２７４、２２７６の穿孔天板２３０２は、比較的薄いシートであり、曲げまたはバックリングを防ぐように、硬化リブまたは構造支持部材２３０４を備える。ボックスの平坦な前部および底部シートへの応力を最小限に抑えるために、両シート間には穿孔ウェブが取り付けられる。ボックスの熱膨張を許容するために、１つの縁部だけに取り付け、他の３つの縁部は自由に膨張させる。

図１１に示されるように、ステップ１および２のエアボックス２２７２および２２７４の固定縁部も、送給空気配管２２７８の接続点である。したがって、接続フランジ２２８０は高温となり、ガス化装置２２００の冷却壁に対して密閉しなければならない。これは、図１１に示されるように、シュラウドを使用して、応力を生じさせずに、また複雑な伸縮継手を使用せずに達成される。熱風ボックス２２７２およびパイプ２２７８は、シュラウド２２８２の一端に取り付けられ、シュラウド２２８２の他端は、冷却ガス化装置２２００に接続される。シュラウド２２８２の長さ全体に温度勾配が生じるので、いずれの接続部においても応力がほとんどまたは全く存在しない。この機構の他の利点は、応力を生じさせずに、エアボックスを所望の位置に堅固に位置付けることである。シュラウド２２８２と、エアボックス２２７２の内部ダクトとの間のスペースには断熱材を充填し、熱を保ち、温度勾配がシュラウド全体に生じるようにする。エアボックスがガス化チャンバ２２０２内の動作位置にあるとき、空気接続部の反対側の天板は、エアボックスを越えて延在して、耐火棚の上に取り付けられる。これは、運転中のエアボックスへの支持を提供し、さらに、材料をエアボックスの下に落とさないように密閉する役割を果たす。また、図１３に示されるように、自由に移動できるようにしてエアボックスの膨張を許容することもできる。

エアボックスの下流縁も同様に処理される。エアボックスの上流縁は、搬送用ラムとエアボックス２３０２の天板との間で弾性シートシーリング２３０６によって密閉される。

エアボックスは、水平フランジを使用して熱風供給配管に接続される。したがって、エアボックスを除去するには、フランジを分離するだけでよい。

第３のステージのエアボックス２２７６は、下方から挿入され、同様に、ボックスのガス化装置２２００に対する密閉および位置決めにシュラウドの概念を用いる。

第３のステージのエアボックス２２７６の縁部周辺に飛散する塵埃に対する密閉は、ボックスを第２のステージ２２１４の縁部の耐火レッジの下方に配置することによって達成される。側部は、耐火物の側部の凹部の下方から突出する可塑性シールによって密閉される。これらのシールは、ボックスの上面に位置し、壁とボックスとの間を密閉する。エアボックスの下流縁は、可撓性シールを使用して、抽出器トラフの側部に対して塵埃を密閉する。ボックスは、エアボックスの全面座の間の補剛材および穿孔ウェブによって強化され、ボックスに薄いシートメタルを使用できるようにしている。

熱風パイプは垂直に接続され、パイプ接続を分離した後に、第３のステージのエアボックス２２７６を除去することができる。

図１６を参照すると、搬送用ラム２２２８、２２３０、２２３２の一連のシステムを使用して、３つの段２２１２、２２１４、および２２１６のそれぞれにおける適切な処理のために、ＭＳＷをガス化装置２２００に沿って横方向に移動させ、使用済みの残渣を残渣出口２２０８へ移動させるようにする。３つのステージ床のそれぞれは、それ自体の搬送用ラムによって稼働される。搬送用ラムは、各ステージでの堆積物の高さ、およびガス化チャンバ内の総滞留時間の両方を制御する。各搬送用ラムは、その段の全長または一部分にわたって、可変速で起動することができる。したがって、ステージは、必要に応じて完全に清浄することもできる。

各搬送用ラムは、外部に取り付けられた案内部分と、任意の案内部分係合部材を有する搬送用ラムと、外部に取り付けられた駆動システムと、外部に取り付けられた制御システムとを備える。搬送用ラムの設計は、搬送用ラムの運転が通気孔を通る空気の妨げとならないように、エアボックスの通気孔パターンを配置することができる、複数の指部を含む。

多指搬送用ラムの設計では、搬送用ラムは、指部が搬送用ラム本体に取り付けられ、個々の指部がその位置に応じて異なる幅を有する構造である。多指搬送用ラムの設計では、指部間の間隙は、反応材料の粒子がその間隙を埋めないように選択される。個々の指部は、幅が約２乃至約３インチ（約５０．８乃至約７６．２ミリ）で、約０．５乃至約２インチ（約１２．７乃至約５０．８ミリ）幅の間隙を有する厚さが約０．５乃至約１インチ（約１２．７乃至約２５．４ミリ）である。

エアボックスの通気孔パターンは、搬送用ラムの運転が通気孔を通る空気の妨げとならないように配置される。例えば、通気孔のパターンは、加熱されたときに、それらが指部（の間隙）の間にあり、互いにオフセットすることで矢印パターンとなるようにすることができる。別様には、通気孔のパターンは、均一な送風が最大（すなわち、全く給気されない床の領域が最小）となるように、一方の孔は覆われず、他方の孔が覆われるように混成させることもできる。通気孔のパターンの選択に際して、考慮すべき因子には、床を流動化させるような高速度を避けること、耐火壁に沿った空気のチャネリングが回避されるように、孔をガス化装置の壁および端部に近付けすぎないこと、および孔と孔の間の間隔が、およそ公称送給粒径（２インチ（約５０．８ミリ））を超えないようにして、許容可能な速度を確保すること、が挙げられる。

多指搬送用ラムは、各指部の先端を、エアボックス上面におけるあらゆる起伏に、より密に適合させることができるように組み込まれた、独立した柔軟性を有することができる。この順応性は、指部を締め付けないショルダーボルトを使用して、指部を搬送用ラムの主キャリッジに取り付けることによって提供される。またこの概念は、指部の容易な置き換えも可能にする。

搬送用ラム指部の端部は、（例えば、膨張によって）搬送用ラムとエアボックスとの相対的な位置が変化した場合に、先端部が空気の上部と接触するように、下方に曲がっている。またこの特徴は、空気孔が搬送用ラムによって覆われることによる、プロセスへの有害な影響を少なくし、空気は、搬送用ラムとエアボックスとの間の間隙を通って流れ続ける。

図１３を参照すると、案内部分は、フレーム上に取り付けられた一対の略水平で略平行な細長いトラック２２４０を備える。トラックのそれぞれは、略Ｌ型断面を有する。移動部分は、搬送用ラム本体２３２６と、ガス化チャンバの壁内の対応する密閉可能な開口部を通ってスライドするようにサイズ設定された、１つ以上の細長い略矩形の搬送用ラム指部２３２８とを備える。

搬送用ラム指部は、高温度での使用に好適な材料で構成される。このような材料は、当業者に既知のものであり、ステンレス鋼、軟鋼、または耐火物によって部分的に保護された、または完全に保護された軟鋼を含む。任意選択で、特定の個々の搬送用ラム指部、または全ての搬送用ラム指部は、耐火物によって、部分的に、または完全に覆うことができる。任意選択で、ガス化チャンバ２２０２の外側から搬送用ラム指部の内部を循環する流体（空気または水）によって、搬送用ラム指部内を冷却することができる。

搬送用ラム指部は、密閉状態でガス化チャンバの壁を係合するように適合され、無制御の空気がガス化装置２２００に入って、プロセスを妨げたり、爆発性雰囲気を形成したりしないようにする。また、ガス化チャンバ２２０２からの危険な有毒物質および可燃性気体の漏出、破片の過剰な飛散を防止することも必要である。大気中へのガスの漏出は、搬送用ラム機構をシールドボックス内に収容することによって防ぐ。このボックスは、窒素パージ施設を有し、ボックス内部での爆発性ガス混合物の形成を防ぐ。破片のシーリングおよび限定されたガスシーリングは、図１４に示されるように、搬送用ラムの各指部の各表面に押圧する緩衝片２３０８を用いて、搬送用ラムの各指部に提供される。別様には、シールは、ガスおよび破片のシーリングを各指部に提供する、パッキンググランド（ｇｌａｎｄ）シールとすることができる。

このシーリングの設計は、各搬送用ラム指部に良好なガスおよび破片のシールを提供し、一方で、搬送用ラムの上下および横方向移動を許容する。指部の側部におけるシールは、それらを搬送用ラムの縦方向および横方向運動に対応させ、一方で、搬送用ラムとの密着、および搬送用ラムの上下面のシールを保持しなければならなかったため、最大の課題であった。破片の流出は、シールドボックス内の窓によって観察することができ、破片のビルドアップが過剰になる場合には、塵埃除去施設が提供される。この除去は、図１５に示されるように、搬送用ラムボックスのシールの完全性を壊さずに達成することができる。

図１５を参照すると、塵埃除去施設２３１０は、塵埃缶２３３２のためのシャッター２３１６および付着部位２３１８を備えた塵埃出口２３１４を有する金属トレイ２３１２と、手動操作の、チェーン２３２０駆動の塵埃プッシャー２３２２とを備える。オペレータハンドル２３２４を使用したときに、塵埃は、プッシャー２３２２によって塵埃出口２３１４の方に押される。

図１６を参照すると、搬送用ラム２２２８、２２３０、および２２３２を移動させるための動力は、ギアボックスおよびローラチェーンシステムを介して搬送用ラムを駆動する電気モータによって提供される。簡潔には、トラックに沿って搬送用ラムを推進する動力は、制御速度で搬送用ラムを伸縮させることができる、順方向または逆方向に選択的にモータ出力軸２２５８を駆動する、外部に取り付けられた電動可変速モータ２２５６によって供給される。位置センサ２２６９は、搬送用ラムの位置情報を制御システムに送信する。任意選択で、モータは、ギアボックスをさらに備える場合がある。２つの駆動スプロケット歯車２２６０は、モータ出力軸に取り付けられる。駆動スプロケット２２６０および軸２２６４に取り付けられた対応する被駆動スプロケット２２６２は、ブラケット２２６８によって細長い矩形ブロック２２４４に固定されたチェーン部材２２６６に動作可能に嵌合する。

モータは、システム全体の制御手段によって制御されるが、この手段は、開始および停止位置、移動速度、および移動頻度を命令することができる。各搬送用ラムは、独立して制御することができる。高強度を提供し、過酷な動作環境に耐えるため、この実装にはローラチェーンが用いられる。搬送用ラムごとに２つのチェーンを使用することで、精密な案内を必要とすることなく、搬送用ラムに角度を付けて位置合わせする手段を提供する。搬送用ラムを後退させるときに、搬送用ラムの上部にある材料が引き戻される傾向がある。これは、搬送用ラムを順番に配列することによって対処することができ、最下部の搬送用ラム２２３２を最初に延ばし、次いで中間の搬送用ラム２２３０を延ばして金属を最下部の搬送用ラム２２３２に押し出して、その搬送用ラムの移動によって形成された空隙を満たす。次いで最下部の搬送用ラム２２３２を後退させ、次に上部の搬送用ラム２２２８を延ばして中間の搬送用ラム２２３０の後部の空隙を満たし、その後中間の搬送用ラム２２３０を後退させ、送給ポートから投下された新たな材料が、上部の搬送用ラム２２２８の空隙全体を満たしたら、上部の搬送用ラム２２２８を後退させる。これら全ての運動は、システム計装のデータに応えて、システム制御手段によって自動的に独立して制御される。

図１６および図１７を参照すると、下記に要約するように、千鳥状の搬送用ラムの順序の制御方法を実行して、搬送用ラムの移動を容易にする。

搬送用ラムＣ ２２３２を（調整可能な設定点を用いて）固定距離移動させて、段Ｃ ２２１６の先端部にポケットを形成する。

搬送用ラムＣ ２２３２がトリガ距離（トリガ距離は、調整可能な設定点を有する）を通過した直後に、搬送用ラムＢ ２２３０が追従し、搬送用ラムＢは、材料を押し出し／輸送して、段Ｃ ２２３０の先端部のポケットを即座に満たす。フィードバック制御は、レベルスイッチＣ ２２１７を遮断する必要がある場合にはストロークさせ、すでに遮断されている場合は最小の設定点距離をストロークさせ、遮断されていない場合は最大の設定点距離をストロークさせるものである。搬送用ラムＢ ２２３０が段Ｃ ２２１６の先端部のポケットを満たすのと同時に、段Ｂ ２２３０の先端部にポケットを形成する。

搬送用ラムＢ ２２２８がトリガ距離を通過した直後に、搬送用ラムＡ ２２２８が追従し、搬送用ラムＡ ２２２８は、材料を押し出し／輸送して段Ｂ ２２１４の先端部のポケットを即座に満たす。フィードバック制御は、レベルスイッチＢ ２２１５を遮断する必要がある場合にはストロークさせ、すでに遮断されている場合は最小の設定点距離をストロークさせ、遮断されていない場合は最大の設定点距離をストロークさせる。搬送用ラムＡ ２２２８が段Ｂ ２２１４の先端部のポケットを満たすのと同時に、段Ａ ２２１２の先端部にポケットを形成する。これは一般的に、送給装置を起動させて、レベルスイッチＡ ２２１３が再び遮断されるまで、ガス化装置２２００を満たす。

全ての搬送用ラムは、同時に基準位置に戻る。

ガス化装置２２００には、一端に待避口を使用したアクセスが提供される。運転中、この入口は、密閉可能な耐火物で裏打ちされたカバーを使用して閉口される。第３のステージのエアボックス２２７６を除去することによって、さらに進入することも可能である。

ガス化の後に残留する残渣（例、炭化物または灰）は、ガス化装置２２００から除去して、残渣コンディショニングシステム（Ｒｅｓｉｄｕｅ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＲＣＳ）４２２０に移さなければならない。材料を処理してガス化装置２２００に移動させると、堆積物内で生成された熱によって材料が融解し、その結果、残渣が凝集する。凝集した残渣は、投下ポート型の出口に詰まりを生じさせることがわかっている。いかなる凝集物もガス化チャンバ２２０２からの出口に詰まりを生じさせないようにするために、スクリューコンベア２２０９を使用して、残渣をガス化装置２２０２から取り出す。搬送用ラムの運動によって、残渣は抽出器スクリュー２２０９内に押され、このスクリューは、残渣をガス化チャンバ２２０２から押し出して、残渣コンベアシステム内に送給する。残渣がコンベアシステムに送給される前に、抽出器スクリュー２２０９の回転によって凝集物を破壊する。この破壊動作は、抽出スクリュー翼の端部を鋸歯状にすることによって強化される。

プロセス制御を実行する場合、ガス化チャンバ２２０２内の種々のパラメータを監視しなければならない。例えば、温度は、各ステージに沿う異なる地点で、また各ステージの種々の高さにおいて監視する必要がある。これは熱電対を使用して達成されるが、運転中の交換が必要になる傾向がある。プロセスを停止させずにこれを達成するために、各熱電対は、端部密閉チューブを経てガス化チャンバ２２０２内に挿入され、次いで容器シェルに対して密閉される。この設計によって、シーリングチューブよりも長くなるようにした可撓性ワイヤを使用できるようになり、熱電対の接合部（温度検出点）は、シールドチューブの端部に押し付けられて、温度変化に正確かつ迅速に応答する。シールドチューブは、ガス化チャンバ２２０２に対して密閉され、圧縮グランドによって適所に機械的保持され、ガス化チャンバ２２０２内への突出調整に対応させることもできる。ＭＳＷの堆積物内の温度を測定する場合、シールドチューブは、堆積物の移動が必要なときに、その堆積物をせき止める可能性がある。この問題を回避するため、シールドチューブの端部には偏向器が装着され、ＭＳＷの堆積物が熱電対チューブによって遮断されないようにする。

図１８および図１９を参照すると、ガス化装置２２００内で産生されたオフガスは、次いでガス改質システム（ＧＲＳ）３２００に移動する。ＧＲＳ ３２００は、（ａ）必要な量の必要なガス改質滞留時間への提供、（ｂ）熱の保存および鋼容器の外側を保護するための断熱材の提供、（ｃ）空気および蒸気を添加するための入口の提供、（ｄ）ガスの混合を可能にすること、（ｅ）プラズマトーチ３２０８を使用した高温でのガスの処理、（ｆ）プロセス制御、およびプラズマトーチ３２０８の性能を高めるためにガス組成を監視する計装の提供、および（ｇ）処理したガスの下流側の熱交換器５２００への排出、といった広範な要件を満たすように設計される。

ガス改質システム（ＧＲＳ）３２００は、プロセス空気、蒸気、プラズマトーチ３２０８およびトーチの処理機構、計装、および排出合成ガスの排気のための、取り付けおよび接続機能を備えた密閉環境を提供する。図２０に示されるように、ＧＲＳ ３２００は、単一の円錐形のオフガス入口３２０４を有する、略垂直に取り付けられた耐火物で裏打ちされた円筒またはパイプ状の改質チャンバ３２０２を備え、オフガス入口には、取り付けフランジ３２１４を介してガス化装置２２００が接続される。ＧＲＳ ３２００は、約３：１の直径／長さの比率を有する。ＧＲＳ ３２００内の滞留時間は、１．２秒である。ＧＲＳ ３２００は、３段の接線方向に位置付けられた空気ノズルと、２つの接線方向に設置されたプラズマトーチ３２０８と、６つの熱電対ポートと、２つのバーナポートと、２つの圧力トランスミッタポートと、複数の予備ポートとをさらに備える。プラズマトーチ３２０８によってＧＲＳ ３２００内に生じる高温は、オフガス内の分子をそれらの構成分子に分離し、次いで互いに結合して合成ガスが形成されるようにする。高温粗製合成ガスは、合成ガス出口３２０６を経てＧＲＳ ３２００から出る。

図２１を参照すると、上述したように、ＧＲＳ ３２００は、耐火物で裏打ちするための支持体を組み込んでいる。耐火物のための支持体特徴は、ＧＲＳ ３２００の内側を囲む一連の棚３２２２である。運転中、これらの棚３２２２は、改質チャンバ３２０２のシェルよりもはるかに高温になる。したがって、ＧＲＳ ３２００への熱伝導によるあらゆる熱の損失を防ぎ、一方で、異なる膨張を許容できるようにする必要がある。また、棚３２２２は、非常に重量のある耐火物を支持することができなければならない。これらの要件は、棚３２２２をセグメント化してセグメント間に遊間を設け、この膨張を考慮することによって対処した。また、棚３２２２と壁との間の間隙で熱伝達を防止する。耐火物の重量を取り込むために、図２１に示されるように、各棚のセグメントは、壁に溶接された複数のガセット３２２４によって支持する。棚３２２２の長さに沿った膨張は、応力を生じさせ、棚をガセット３２２４に溶接してしまうと、ガセット３２２４に不具合が生じる可能性がある。しかし、棚３２２２を溶接せずにガセット３２２４上に取り付けることによって、棚３２２２を自由に膨張させることができる。セグメントを正しい位置に保持するために、セグメントは中央のガセット３２２４にだけ溶接されるが、この位置では膨張が少なく、それでも外側部分だけを溶接する。これは、ガセット３２２４へのあらゆる応力、および棚３２２２の潜在的なバックリングを最小限に抑える。

改質チャンバ３２０２の上部は、耐火物で裏打ちされた蓋３２０３が被せられ、それによって密閉エンクロージャが形成される。ＧＲＳ ３２００全体は、高温耐性のある膜でコーティングされ、精製されていないオフガスによる腐食を防止する。外面には、サーモクロミック塗料で塗装され、耐火物の不具合または他の原因によるホットスポットを明らかにする。

使用される耐火物は、内側に高密度層を有する多層設計であり、ＧＲＳ ３２００内に存在する高温、浸食、および腐食を阻止する。高密度材料の外側は、耐性はより低いが断熱因子はより高い、低密度材料である。この相の外側は、浸食による摩耗に晒されないので、非常に高い断熱因子を有する、超低密度の発泡板材料が使用される。発泡板と容器鋼シェルとの間の外層は、セラミックブランケット材料であり、固体耐火物と容器シェルとの間の差動膨張を許容するように、柔軟層を提供する。耐火物の垂直方向の膨張は、非圧縮性耐火物のセクションを分離する圧縮性耐火物層によって提供される。圧縮性層は、重なっているが、伸長可能な高密度耐火物によって、侵食から保護される。

図２２、図２３、および図２５に示されるように、空気は３段の空気ノズルによってオフガス流へ注入されるが、このノズルは、下位に４つのジェット、また、上位に別の６つのジェットを含み、３つのジェットが他の３つよりもわずかに高い位置にあり、交差噴流の混合効果を生じさせてより良好な混合を達成する。ＧＳＲ ３２００内への角度を付けた空気の噴出は、投入ノズルの先端の偏向器を使用して達成され、より良好な混合ももたらし、一方で、入口パイプおよびフランジを、改質チャンバ３２０２とともに正方形にできるようにする。ＧＲＳ ３２００内のガスの混合を改善することで、合成ガスの改質が改善される。これは、プロセス空気の速度を利用して、改質チャンバ３２０２の基部に渦巻き作用を誘導することによって達成される。空気は、スワールポート３２１２を通ってオフガス流に注入され、オフガス流内に渦巻き運動または乱流が発生し、それによって、オフガスを混合し、ＧＲＳ ３２００内に再循環渦パターンが発生する。

上述のとおり、図２４に示されるように、ＧＲＳ ３２００は、摺動機構上に取り付けられた、２つの接線方向に取り付けられた３００ｋｗの水冷銅電極ＮＴＡＴ−ＤＣプラズマトーチ３２０８も含む。ＤＣプラズマトーチ３２０８は、ＤＣ電源から動力が供給される。熱電対は、ＧＲＳ ３２００内の種々の場所に位置付けられ、合成ガスの温度が約１０００°Ｃに保持されるようにする。

プラズマトーチ３２０８には定期的な保守が必要であり、プロセスが実行中であっても交換可能であることが最も望ましい。上述したように、この実装では、厳密には運転に１つしか必要でないときに、ＧＲＳ ３２００内で２つのトーチ３２０８を使用する。プラズマトーチ３２０８の除去および交換は、ＧＲＳ ３２００内に高温の有害で可燃性のガスが存在する状態で行わなければならない。さらに、トーチ３２０８は、ＧＳＲ ３２００内の熱から保護するために、トーチの冷却システムの故障時にも除去する必要がある。

これらの課題は、トーチ３２０８を改質チャンバ３２０２の内外に移動させることができる、スライド機構上にトーチ３２０８を取り付けることによって対処する。トーチ３２０８は、シーリンググランドによって改質チャンバ３２０２に対して密閉される。このグランドは仕切り弁３２０９に対して密閉され、同様に容器に取り付けられて密閉される。トーチ３２０８を除去するには、スライド機構によってトーチを改質チャンバ３２０２から引き出す。安全のため、スライドの最初の移動によって、トーチの高圧電源が利用できなくなるようにする。仕切り弁３２０９は、トーチ３２０８が仕切り弁３２０９を過ぎて後退して、冷却体の循環が停止したときに、自動的に閉じる。ホースおよびケーブルはトーチ３２０８から分離され、グランドは仕切り弁３２０９から解放され、トーチ３２０８はホイストによって離れたとことへ持ち上げられる。

トーチ３２０８の交換は、上記手順を逆に用いて行われる。スライド機構は、調整して、トーチ３２０８の挿入深さを変化させることができる。

単純性および安全性のため、仕切り弁３２０９を閉じることを除いて、上述した全ての動作は手動で行われる。仕切り弁３２０９は機械的に動作されるので、その動作は自動である。冷却システムに不具合がある場合には、空気アクチュエータ３２１０を使用して、トーチを自動的に後退させる。電力に不具合がある場合でも、常に動力を利用できるように、空気アクチュエータ３２１０を動作させるための圧縮空気が、専用の空気だめから供給される。同じ空気貯蔵器が、空気を仕切り弁３２０９に提供する。更なる安全機能として、高電圧のトーチに接近させないように、電気的にインターロックされたカバー使用される。
（残渣コンディショニングシステム）
ガス化を行った後に残留する残渣は、処分前に不活性化および使用可能な状態にしなければならない。図２６を参照すると、これは、ガス化装置２２００からの残渣をプラズマベースの残渣コンディショニングチャンバ（Ｒｅｓｉｄｕｅ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｃｈａｍｂｅｒ：ＲＣＣ）４２２０内に取り出し、それを融解して不活性の融解スラグ４２０２の状態にし、現場から除去する状態にあるスラグ備蓄４２０４へ移送する前に、クエンチタンク４２４０を使用して融解スラグ４２０２を冷却して小粒に粉砕することによって行われる。最終的な副産物は、道路充填材料またはコンクリート製品としての使用に好適である。

上述したように、ガス化装置２２００からの残渣の移動は、堆積物内で生成された熱によって凝集が生じる可能性があるために複雑になる。この問題は、ガス化装置２２００の出口端部にて、スクリュー型コンベア２２０９を使用することによって解決される。コンベアは、スクリュー羽根上に鋸歯状の縁部を有し、あらゆる凝集材料を破壊する。

図２７を参照すると、残渣は、次いで、一連のスクリューコンベアを備える主コンベア４２１０によって、ＲＣＣ ４２２０に取り込まれる。このコンベアシステム４２１０は、下流側のＧＣＳバグハウスフィルタ６２３０から残渣を取り込み、それをＲＣＣ ４２２０に渡す。ＲＣＣ ４２２０へのエントリポートの数を最小限に抑えるために、全ての源からの残渣は、ＲＣＣ ４２２０への導入前に混合される。これによって、複数の送給源の要求に対応するＲＣＣ ４２２０の大型化を回避する。ＲＣＣ ４２２０の停止時間中にガス化を継続するために、残渣を転換することができる。その場合、残渣をＲＣＣ送給システムに再導入しなければならない。残渣コンディショニングシステムの全体的な構造を図２６に示す。

図２８に示されるように、残渣は、ＲＣＣ ４２２０に投下され、そこで貯蔵部４２２２内に集められるが、貯蔵部の深さは、堰４２２４の高さによって決定され、プラズマトーチ４２３０によって加熱される。貯蔵部４２２２内の溶融スラグのレベルが上昇すると、スラグは堰４２２４を越えてクエンチタンク４２４０内に落ちる。水槽４２４０は、ＲＣＣ ４２２０が大気に対して密閉されるようにする。ＭＳＷ処理システムのステージ中に除去できなかったあらゆる材料は、ＲＣＣ ４２２０に移送されるが、必ずしもスラグの通常のガラス化温度にて融解するわけではない。したがって、貯蔵部４２２２は、溶融スラグよりも濃度が高いので、金属によって詰まる場合がある。これを回避するために、貯蔵部の温度を定期的に上昇させて、あらゆる金属を融解させて、溶解金属を坩堝の底部から取り出す。

残渣の溶解、特にその中の構成金属の融解には非常に高い温度が必要なので、耐火物は、非常に過酷な動作上の要求を受ける。これらは、高温に加えて、特にスラグの水線部での腐食および浸食を含む。また、耐火物は、熱を保存するように良好な断熱を提供しなければならず、ＲＣＣ ４２２０はできる限り小さくしなければならない。耐火物は、熱、腐食、および浸食に対する耐性が非常に高い内側内壁を提供するように選択される。次いで、内壁の外側の耐火物の層には、より断熱性の大きなものが選択される。

特に坩堝の耐火物には、定期的な保守が必要になるものと予想される。これを可能にするために、坩堝を備えたＲＣＣ ４２２９の底部は、ＲＣＣ ４２２１の上部へのあらゆる接続を妨げずに除去することができる。これは、図２９および図３１に示されるように、ＲＣＣを構造体上に設置するのではなく、支持構造体４２７０からＲＣＣを吊り下げることによって達成される。したがって、貯蔵部を備えたＲＣＣ ４２２９は、いかなる接続も分離する必要なく、ＲＣＣ ４２２１の上部から取り外すことができる。また、接続を分離して下ろすことによって、ＲＣＣ全体を除去することができる。これにより、コンベア４２６０を持ち上げたり、離れたところに配管したりする必要がなくなる。

溶融スラグは、クエンチタンク４２４０に落下するときに冷却され、小粒状に粉砕される。図３０に示されるように、スラグコンベア４２６０は、次いでクエンチタンク４２４０から粒状スラグ４２０３を除去し、処分または更なる使用のために、備蓄４２０４内に配置する。スラグ投下ポートは、ＲＣＣ ４２２０の上部に対して密閉され、下縁がクエンチ媒体内に潜没したシュラウドからなる排水器によって周囲に対して密閉される。同じクエンチ媒体が、ＲＣＣ ４２２０からのスラグコンベア４２６０を密閉する。

ＲＣＣ ４２２０内で産生されたガスは、コンバータ１２００で産生されたガスと同じように処理される。図２８、３２、および３２Ａを参照すると、残留ガスは、ガス出口４２２８を経てＲＣＣ ４２２０を出て、残留ガスコンディショナ（Ｒｅｓｉｄｕｅ Ｇａｓ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ：ＲＧＣＳ）４２５０に導かれる。残留ガスは、粒子状物質および重金属汚染物質を除去するバグハウスフィルタ４２５４を通過する前に、空気／ガス熱交換器４２５２内で予冷ステップを受ける。残留ガスは、次いで第２の熱交換器４２５６を使用して冷却され、その後、重金属および粒子状物質をさらに除去するために、活性炭床４２５８を通過する。図３を参照すると、清浄化およびコンディショニングされた残留ガスは、下流側のＧＣＳ ６２００の方へ転換され、コンバータ１２００からの合成ガス流とともに戻される。

図３３および図３５を参照すると、生の合成ガスは、コンバータ１２００を出て熱再利用システムを通過する。本実施形態では、熱再利用システムは、合成ガス／空気熱交換器（ＨＸ）５２００を使用して実装され、ここで、熱は合成ガス流から空気の流れへ移送される。したがって、合成ガスが冷却され、一方で、結果として生じる高温の空気の流れが、プロセス空気としてコンバータ１２００に戻される。冷却された合成ガスは、次いで、ガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）６２００内に流れ、合成ガスは、冷却されて、粒子状物質、金属、および酸性ガスが順次に除去される。清浄化およびコンディショニングされた（所望の湿度の）合成ガスは、電気を生成するガスエンジン９２６０に送給される前に、ＳＲＳ（Ｓｙｎｇａｓ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：合成ガス調節システム）７２００に送られる。コンバータ１２００およびＲＣＳ ４２００の後の、システム内の主なコンポーネント（機器）の機能を、合成ガスが処理される順に表１に示す。これらの主なコンポーネントを図３４に示す。

表１：コンバータ１２００およびＲＣ ４２００の後のステップ
サブシステムまたは機器 主な機能
熱交換器５２００ 合成ガスの冷却および顕熱の回収
蒸発冷却器６２１０ バグハウスの前に合成ガスをさらに冷却する
乾式投入システム６２２０ 重金属の吸着
バグハウス６２３０ 小片または塵埃の収集
ＨＣＬスクラバ６２４０ ＨＣｌの除去および合成ガスの冷却／コンディショニング
炭素フィルタ床６２６０ 水銀の更なる除去
Ｈ₂Ｓ除去システム６２７０ Ｈ₂Ｓの除去および硫黄元素の採収
ＲＧＣＳ ４２５０ ＲＣＣオフガスの清浄および冷却
合成ガス貯蔵部７２３０ 合成ガスの貯蔵および均質化
冷凍器７２１０；ガス／液体分離器７２２０ 湿度の制御
ガスエンジン９２６０ 電気を生成するための一次ドライバ
フレアスタック９２９９ 起動中に合成ガスを燃焼させる
（合成ガス／空気の熱交換器）
ＧＲＳ ３２００を出る出力合成ガスの温度は、約９００℃乃至１１００℃である。合成ガスの熱エネルギーを回収するために、ＧＲＳ ３２００を出た生の合成ガスは、シェルチューブ型空気／合成ガス熱交換器（ＨＸ）５２００に送られる。空気は、周囲温度、すなわち約−３０℃乃至約４０℃でＨＸ ５２００に入る。空気は、空気ブロワ５２１０を使用して循環され、１０００Ｎｍ³／時間乃至５１５０Ｎｍ³／時間の速度で、一般的には約４３００Ｎｍ³／ｈｒの速度でＨＸ ５２００に入る。

図３５を参照すると、合成ガスは、チューブ側を通って垂直に流れ、空気は、反時計回りの形態でシェル側を通って流れる。合成ガスの温度は、１０００℃から５００℃乃至８００℃（好ましくは７４０℃）に低下し、一方で、空気の温度は、周囲温度から５００℃乃至６２５℃（好ましくは約６００℃）に上昇する。図３を参照すると、加熱された交換空気は、ガス化のためにコンバータ１２００内へ戻して再利用される。

ＨＸ ５２００は、特に合成ガス内の高レベルの粒子状物質に対して設計されたものである。合成ガスおよび空気の流れ方向は、粒子状物質によるビルドアップまたは浸食が生じる可能性のある領域を最小限に抑えるように設計される。また、ガスの速度は、自己清浄に対して十分速いが、それでも浸食を最小限に抑えるように設計される。

空気と合成ガスとの温度差が極めて大きいので、ＨＸ ５２００の各チューブ５２２０は、それぞれ伸縮ベローズを有する。これは、空気が合成ガス混合物に入るために極めて危険になり得る、チューブの破裂を防止するのに重要である。単一のチューブが詰まることによって、残りのチューブ束とともに伸縮しなくなったときに、チューブが破裂する可能性が高くなる。

空気／ガス熱交換器５２００のガス出口ボックスには、複数の温度トランスミッタが配置される。これらの送信機を使用して、空気が合成ガス内に漏れた場合の燃焼によって生じる、あらゆる可能な温度上昇を検出する。そのような場合、空気ブロワ５２１０は自動的に停止される。

ＨＸ ５２１０内のガスチューブの材料は、合成ガスに含まれる硫黄成分およびその高温での反応に関する懸念から、腐食が問題とならないように、慎重に選択しなければならない。本実装では、合金６２５を選択した。
（ガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ））
概して、ガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）６２００とは、熱交換器５２００の後に得られた粗製合成ガスを、下流端のアプリケーションに好適な形態に転換する、一連のステップのことである。本実装では、ＧＣＳ ６２００は、２つの主ステージに分割することができる。ステージ１は、（ａ）蒸発冷却器（乾式クエンチ）６２１０と、（ｂ）乾式投入システム６２２０と、（ｃ）バグハウスフィルタ（特定の物質／重金属の除去に使用）６２３０とで構成される。ステージ２は、（ｄ）ＨＣｌスクラバ６２４０と、（ｅ）合成ガス（プロセスガス）ブロワ６２５０と、（ｆ）炭素フィルタ床（水銀研磨機）６２６０と、（ｇ）Ｈ₂Ｓ（硫黄）除去システム６２７０と、（ｈ）冷凍器７２１０およびガス／液体分離器７２２０を使用した湿度制御とで構成される。

ＧＣＳ ６２００の前の熱交換器５２００は、ＧＣＳ ６２００のステージ１の一部とみなされる場合がある。合成ガス（プロセスガス）ブロワ６２５０は、一般的に、ガス冷却器６２５２を含むが、ＧＣＳ ６２００のステージ２では別々に述べられる場合がある。また、ここではＧＣＳ ６２００のステージ２の一部として述べられる湿度制御は、しばしばＧＣＳ ６２００へのさらに下流側のＳＲＳ ７２００の一部とみなされる。

図３３は、本システムに実装されるＧＣＳ ６２００のブロック図である。これは、ＧＣＳ ６２００をＲＧＣＳ ４２５０と統合した集中プロセスの一例でもある。図３４は、ＧＣＳのレイアウトを示す図である。

熱交換器５２００での初期冷却後、投入合成ガスは、乾式クエンチ６２１０によってさらに冷却され、合成ガスの温度を低下させて、凝結も防ぐ。これは、制御された様式（断熱飽和）で水をガス流に直接注入することによる、蒸発冷却タワー（別名「乾式クエンチ」）６２１０を使用して達成される。水は、合成ガス流に並流噴霧される前に、霧状にされる。このプロセスは、冷却時にいかなる液体も存在しないので、乾式クエンチとも呼ばれる。水は、蒸発するときに合成ガスから顕熱を吸収するので、その温度は、７４０℃から１５０℃乃至３００℃（一般的には約２５０℃）に低下する。制御を加えて、排出しているガスに水が含まれないようにする。したがって、排出しているガスの温度での相対湿度は、それでも１００％を下回る。

図３６および図３７を参照すると、ガス流が蒸発冷却タワー６２１０を出ると、ホッパ内に貯蔵された活性炭がガス流内に空気作用によって注入される。活性炭は、超高多孔性で、水銀およびダイオキシンのような大きな分子種の表面吸着に寄与する特徴を有する。したがって、ガス流内の大部分の重金属（カドミウム、鉛、水銀等）および他の汚染物質は、活性炭の表面に吸着される。使い終った炭素細粒は、バグハウス６２３０によって収集され、次のステップに説明するように、更なるエネルギー回収のためにＲＣＳ ４２００へ戻して再利用させる。効率的な吸着を得るために、合成ガスは、このステージにおいて十分な滞留時間を持つようにすることが必要である。長石のような他の材料、ライム、および他の吸着剤を、この乾式注入ステージ６２２０における活性炭の代わりに、またはこれに加えて使用して、合成ガス流を遮断することなく、流れ内の重金属類およびタール類を取り込むこともできる。

図３７を参照すると、その表面に重金属を有する粒子状物質および活性炭は、次いで、バグハウス６２３０内の合成ガス流から極めて高い効率で除去される。動作パラメータを調整して、あらゆる蒸気凝結を防止する。合成ガス流から除去された全ての粒子状物質は、バグハウス６２３０の効率をさらに高める濾過ケーキを形成する。したがって、新たな無コーティングの袋は、９９．５％の除去効率を有するが、バグハウス６２３０は、一般的に、９９．９％の粒子状物質の除去効率を目指して設計される。バグハウス６２３０は、裏打ち付きのガラス繊維の袋、裏打ちなしのガラス繊維の袋、またはＰ８４玄武岩の袋を用い、２００℃乃至２６０℃の温度で動作する。

バグハウス６２３０全体の圧力降下が特定の設定限度まで増加したときには、窒素のパルスジェットを用いてこの袋を清浄する。安全性の理由から、空気よりも窒素が好ましい。袋の外表面から脱落した残渣は、底部ホッパ内に収集され、更なる変換または処分のため、残渣コンディショナ４２００に送られる。バグハウス６２３０を保護するために、特殊試薬を用いて、高分子量炭化水素複合物（タール類）を吸着させることができる。図３７は、バグハウスの概略図である。バグハウスは、支持を必要としない円筒フィルタを使用する。

バグハウス６２３０の典型的な動作仕様（重金属を有するフライアッシュが投入されることを想定）を下記に示す。

設計ガス流量 ９５００Ｎｍ３／ｈｒ
塵埃充填 ７．４ｇ／Ｎｍ３
カドミウム ２．９ｍｇ／Ｎｍ３
鉛 １０６．０ｍｇ／Ｎｍ３
水銀 １．３ｍｇ／Ｎｍ３
保証濾過システム出口：
粒子状物質 １１ｍｇ／Ｎｍ３（約９９．９％除去）
カドミウム １５μｇ／Ｎｍ３（約９９．６５％除去）
鉛 １５９μｇ／Ｎｍ３（約９９．９％除去）
水銀 １９０μｇ／Ｎｍ３（約９０％除去）
バグハウス６２３０を出る重金属で汚染された残渣の量は多い。したがって、図２７および図３３に示されるように、この残渣は、ガラス質スラグ４２０３への変換のため、プラズマベースのＲＣＣ ４２２０に送られる。図３２および図３３を参照すると、ＲＣＣ ４２２０内に形成された二次ガス流は、次いで、下記のステージ１のプロセスによって、別個の残留ガスコンディショナ（ＲＧＣＳ）４２５０内で処理される。間接的なガス／空気熱交換器４２５２内で冷却し、より小型のバグハウス４２５４において粒子状物質および重金属を除去する。より小型のバグハウス４２５４は、ＲＣＣ ４２２０で生成された二次ガス流の処理専用である。図３３に示されるように、ＲＧＣＳ ４２５０によって行われる追加ステップは、ガス冷却器４２５６をさらに使用したガスを冷却するステップと、炭素床４２５８内の重金属および粒子状物質を除去するステップとを含む。図３を参照すると、処理した二次合成ガス流は、次いでＧＣＳ ６２００の方へ転換され、バグハウスフィルタ６２３０の前に、一次投入合成ガス流内に戻される。

ＲＧＣＳ ４２５０のバグハウス４２５４によって除去される残渣の量は、ＧＣＳ ６２００内のバグハウス６２３０と比較して、はるかに少ない。小型バグハウス４２５４は、重金属用のパージとしての役割を果たす。ＲＧＣＳ ４２５０からパージされる重金属の量は、ＭＳＷ送給組成物に応じて変化する。重金属が特定の限度までビルドアップしたときに、この材料を有害廃棄物処分へ移動させるように、定期的なパージが必要である。

より小型のＲＧＣＳバグハウス４２５４の典型的な設計仕様（同じく、重金属を有する飛散灰が投入されることを想定）を下記に示す。

設計ガス流量 １５０Ｎｍ３／時間
塵埃充填 ５０ｇ／Ｎｍ３
カドミウム ４４０ｍｇ／Ｎｍ３
鉛 １６．６ｍｇ／Ｎｍ３
水銀 １７５ｍｇ／Ｎｍ３
保証濾過システム出口：
粒子状物質 １０ｍｇ／Ｎｍ３（約９９．９９％除去）
カドミウム １３μｇ／Ｎｍ３（約９９．９９７％除去）
鉛 １６６μｇ／Ｎｍ３（約９９．９９９％除去）
水銀 １７５μｇ／Ｎｍ３（約９９．９％除去）
ＧＣＳ ６２００は、直接的および間接的フィードバックまたは監視システムを備えることができる。本実装では、ＧＣＳおよびＲＧＣＳバグハウスフィルタは、（直接監視して）袋の破裂を通知するように、出口に塵埃センサを有する。袋が破裂した場合、システムは保守のために停止される。任意選択で、ＨＣｌスクラバ６２４０の水の流れを起動時に分析して、粒子状物質の除去効率を確認することができる。

図３８を参照すると、バグハウス６２３０を出た粒子状物質を含まない合成ガス流は、再循環アルカリ性溶液を使用して充填タワー内で洗浄され、存在するあらゆるＨＣｌを除去する。このＨＣｌスクラバ６２４０は、約３５℃までガスを冷却するのに十分な接触領域も提供する。炭素床フィルタ６２６０を使用して、液体溶液を、金属、ＨＣＮ、アンモニア等のような可溶性の水質汚染物質から分離する。ＨＣｌスクラバ６２４０は、出口のＨＣｌ濃度を約５ｐｐｍに保持するように設計される。図３９に示されるように、廃水放出流は、処分用の廃水貯蔵タンク６２４４に送られる。

冶金学的に考慮して、ＨＣｌスクラバ６２４０は、ガスブロワ６２５０の上流側に設置される。熱交換器６２４２のような関連するコンポーネントを含む、ＨＣｌスクラバ６２４０の例示的な概略図を図３８に示す。図３９は、ＧＣＳ ６２００からの廃水を収集して貯蔵するための例示的なシステムを示す図である。炭素床を水ブローダウンに加えて、廃水からのタール類および重金属類を除去する。ＨＣｌスクラバ６２４０の典型的な仕様を下記に示す。

設計ガス流量 ９５００Ｎｍ３／時間
通常入口／スクラバへ充填する最大ＨＣｌ ０．１６％／０．２９％
ＨＣｌ出口濃度 ５ｐｐｍ
ＨＣｌを除去した後に、ガスブロワ６２５０を用いて、コンバータ１２００から下流側のガスエンジン９２６０までのシステム１２０全体を通るガスの駆動力を提供する。後ろの方が加圧下での水銀除去効率が良好なので、ブロワ６２５０は、水銀研磨機６２６０の上流側に設置される。これは、水銀研磨機６２６０のサイズも減じる。図３は、プロセスガスブロワ６２５０の位置を含む、ガス化システム１２０全体の概略図である。

ブロワ６２５０は、上流側にある全ての容器の設計圧力降下を用いて設計される。また、下流側の機器の圧力損失に対する所望の圧力が、ＨＣ ７２３０において、約２．１乃至３．０ｐｓｉｇ（一般的に２．５ｐｓｉｇ）の終圧となるようにも設計される。ガスが加圧されてブロワ６２５０を通過するときに、その温度は約７７℃に上昇する。Ｈ₂Ｓ除去システム６２７０の最高動作温度が約４０℃であるため、内蔵型ガス冷却器６２５２を使用して温度を３５℃に下げる。

炭素床フィルタ６２６０は、合成ガス流内に残留するあらゆる重金属の最終ポリッシュデバイスとして使用される。システムが真空ではなく圧力下にあり、より低い温度であり、ガスが飽和状態であり、また、ＨＣｌが除去されて炭素を劣化させないときに効率が向上する。このプロセスでは、存在する場合には、合成ガス流からダイオキシンのような他の有機汚染物質を吸着させることもできる。炭素床フィルタ６２６０は、９９％以上の水銀除去効率となるように設計される。

本システムの性能は、定期的にガスの水銀を分析することによって測定される。補正は、炭素送給速度を変化させ、研磨機６２６０全体の圧力降下を監視し、サンプリングを通じて炭素床の効率を分析することによって行われる。

炭素床フィルタ６２６０の典型的な仕様を下記に示す。

設計ガス流量 ９５００Ｎｍ３／時間
通常／最大水銀充填 １９０μｇ／Ｎｍ３および１．３ｍｇ／Ｎｍ３
炭素床の寿命 ３乃至５年
保証水銀炭素床出口 １９μｇ／Ｎｍ３（９９％）
Ｈ₂Ｓ除去システム６２７０は、Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ（Ｏｎｔａｒｉｏ、Ｃａｎａｄａ）のＡ７ガイドラインに概説された、ＳＯ₂排出規制に基づくものであり、この規制には、ガスエンジン内で燃焼される合成ガスが産生するＳＯ₂の排出が、１５ｐｐｍ以下とすることが記されている。Ｈ₂Ｓ除去システム６２７０は、排出されるＨ₂Ｓ濃度が約２０ｐｐｍとなるように設計した。図４０は、Ｈ₂Ｓ除去システム６２７０の詳細を示す図である。

Ｈ₂Ｓ除去システム６２７０には、Ｓｈｅｌｌ Ｐａｑｕｅｓ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ技術を選択した。この手法は、下記の２つのステップからなる。第１のステップでは、炭素床フィルタ６２６０からの合成ガスがスクラバ６２７２を通過し、アルカリ性溶液を再循環させることによって、Ｈ₂Ｓが除去される。第２のステップでは、規制基準を満たすように、硫黄を含有する溶液は、アルカリ度、硫黄元素への硫化物の酸化、硫黄の濾過、硫黄の殺菌、および放出流を生成するために生物反応器６２７４に送られる。Ｈ₂Ｓ除去システム６２７０は、Ｈ₂Ｓの出口濃度が約２０ｐｐｍとなるように設計される。

生物反応器６２７４では硫黄菌属を使用して、空気による酸化によって硫化物を硫黄元素に転換する。制御システムは、生物反応器への空気流速を制御して、システム内の硫黄インベントリを保持する。生物反応器６２７４の後流は、圧搾濾過器６２７６を使用して濾過処理される。圧搾濾過器６２７６からの濾液は処理に戻され、この路液からの小さな流れが、液体放出流として送られる。吐出源には２つあり、１つは、固体の排出源（いくらかのバイオマスを有する硫黄）であり、もう１つは、液体の排出源（硫酸塩、炭酸塩およびいくらかのバイオマスを有する水）である。どちらの流れも、最終処分前に殺菌される。

Ｈ₂Ｓ除去システム６２７０の典型的な仕様を下記に示す。

設計ガス流量 ８，５００Ｎｍ３／時間
通常／最大Ｈ₂Ｓ充填 ３５３ｐｐｍ／６６６ｐｐｍ
システムの保証Ｈ₂Ｓ出口 ２０ｐｐｍ
Ｈ₂Ｓの除去後、冷凍器７２１０を使用して、合成ガスからの水を凝結させて、ガスエンジン９２６０での使用に好適な温度まで再加熱する。冷凍器７２１０は、ガスを３５℃から２６℃に過冷却する。投入ガス流から凝結した水は、ガス／液体分離器７２２０によって除去される。これは、ガスが、ガスエンジン９２６０に送られる前のガス貯蔵後に、４０℃（エンジンの要件）に再加熱されたときに、８０％の相対湿度を有するようにする。

下記の表は、ＧＣＳ ６２００全体の主な仕様を示す。

上述のように、ＧＣＳ ６２００は、投入ガスを所望の特徴の出力ガスに転換する。図３３は、ＧＣＳシステム６２００のプロセス全体のフロー図であり、システムは、ガス化システム１２０および下流側のアプリケーションと統合される。ここでは、ＲＣ ４２００において生成された二次ガス流は、ＧＣＳ ６２００に送給される。
（残留ガスコンディショナ（ＲＧＣＳ））
上述したように、活性炭および金属を収容することができるＧＣＳバグハウス６２３０からの残渣は、窒素によって定期的にパージされ、ＲＣＣ ４２２０へ運搬されてガラス化される。ＲＣＣ ４２２０で生じたガスは、残留ガスコンディショナ（ＲＧＣＳ）４２５０のバグハウス４２５４を通して導かれて粒子状物質を除去し、活性炭床４２５８に入る前に、熱交換器４２５６によって冷却される。バグハウス４２５４はまた、システム全体の圧力降下に基づいて定期的にパージされる。ＲＧＣＳバグハウス４２５４内で収集された残渣は、適切な手段で処分される。ＲＧＣＳ ４２５０で二次ガス流として生じた可燃性ガスは、主ＧＣＳシステム６２００に戻されて、回収エネルギーを十分活用する。
（合成ガス調節システム）
ＧＣＳ ６２００からの清浄および冷却された合成ガスは、ガス調節システムに入る。本実施例では、ガス調節システムは、下流側のガスエンジン９２６０へ流れる合成ガスのガス品質が安定するように設計された、合成ガス調節システム（ＳＲＳ）７２００である。ＳＲＳ ７２００は、ガス組成（主に低発熱値（Ｌｏｗ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖａｌｕｅ：ＬＨＶ））およびその圧力の短期変動を平滑にする役目をする。下流側のガスエンジン９２６０は、合成ガスのＬＨＶまたは圧力が短期変動していても、運転を続けて電気を産生するが、不十分な燃焼または不十分な空燃比によって、その排出限度の閾値から外れる場合がある。

図４１を参照すると、ＳＲＳ ７２００は、冷凍器７２１０と、ガス／液体分離器７２２０と、均質化チャンバ（ＨＣ）７２３０とを備える。ガスは、エンジンの温度要件を満たすように、ガスエンジン９２６０に入る前にガス貯蔵部の出口で加熱される。

利用可能な均質化チャンバ（ＨＣ）には、固定容量ＨＣおよび可変容量ＨＣの２種類がある。前者は、一般的に流れおよび圧力変動の低減に有用であり、後者はＬＨＶの変動の低減に有用である。ＬＨＶの変動は、ＭＳＷ原料の性質のため、本アプリケーションではより顕著である。固定容量ＨＣはまた、一般的に、その構成および保守の点から見ると、可変容量よりも信頼性が高い。

図４２は、本実装に使用される均質化チャンバ（ＨＣ）７２３０の概略図である。約２分間分の合成ガス流量を保持するように設計される。このせき止め時間は、３０秒あたり約１％の変動という、ＬＨＶの変動仕様に関するガスエンジンの保証基準を満たしている。ガス分析器８１３０の最高滞留時間は、一般的に約３０秒（分析およびフィードバックを含む）である。ＬＨＶの最大変動は、一般的に約１０％である。したがって、これを平均して３％のＬＨＶの変動を得るには、１．５分間分未満の貯蔵が必要である。２分間分貯蔵することによって、若干のマージンが得られる。

ＨＣ ７２３０は、下流側のガスエンジン９２６０の燃料仕様を満たすように、２．２乃至３．０ｐｓｉｇで動作する。排出されるガス圧力は、圧力制御弁を使用して一定に保持される。ＨＣ ７２３０は、５ｐｓｉｇの最大圧力に対応するように設計され、異常な過剰圧力のシナリオに対処するように逃し弁が取り付けられている。

ＨＣ ７２３０の２分間のホールドアップ時間は、圧力変動を低減するのに十分な貯蔵部も提供する。本設計では、ガスエンジン９２６０の許容可能な圧力変動は、０．１４５ｐｓｉ／秒である。ガスエンジン９２６０の下流側に不具合が生じた場合は、圧力を下げるための時間を提供するか、過剰なガスを燃焼させるように、（制御システムの応答時間、および３０乃至３５秒のガス滞留時間に応じて）バッファが必要になる場合がある。

ＨＣ ７２３０への一般的な合成ガスの流量は、約８４００Ｎｍ３／時間である。したがって、２分間のせき止め時間の場合、ＨＣの容量は約２８０ｍ３としなければならない。

ＨＣ ７２３０は、自立型であり、雪、雨、および風に晒される屋外に設置される。したがって、ＨＣ ７２３０の寸法は、機械工学的要件を満たすように設計されている。その支持構造体は、コンクリート基礎とインターフェースする。

いくらかの水が合成ガスから凝結するので、ＨＣ ７２３０の設計には、底部排水ノズルが含まれる。ＨＣ ７２３０の排水を補助するために、その底部は、平坦なものではなくスカートを備えた円錐の底部として意図的に設計する。トレース／絶縁された配水管を使用して、ドラムフランジを形成する。ＨＣ ７２３０内の水は、床排水への重力排水としなければならないので、ＨＣ ７２３０は、わずかに高いところに保持される。
ＨＣ ７２３０は、以下の設計要件を満たすように設計される。

ＨＣ ７２３０に使用する材料は、上述の機械的設計要件、および以下の典型的なガス組成を考慮しなければならない。水、ＨＣｌ、およびＨ₂Ｓが存在するため、腐食は特別な懸念事項である。

ＨＣ ７２３０には、下記の開口部が提供される。

底部近くにアクセス用の３６インチ（約９１４ｍｍ）待避孔１つ；
上部にリリーフ用の６インチ（約１５２ｍｍ）フランジ１つ；
シェル上にガス入口用の１６インチ（約４０６ｍｍ）フランジ１つ；
シェル上にガス出口用の１６インチ（約４０６ｍｍ）フランジ１つ；
シェル上に１インチ（約２５ｍｍ）フランジ６つ（圧力用に２つ、温度用に１つ、予備として３つ）；
ＨＣ（排水）の底部に２インチ（約５１ｍｍ）フランジ１つ；および
底部の円錐体上にレベルスイッチ用の１インチ（約２５ｍｍ）フランジ１つ。

ＨＣ ７２３０は、設計要件を満たすとともに、下記も提供する。

開口部、待避孔カバー、および全ての予備ノズル用のブラインドフランジ。

天盤および逃し弁への安全なアクセスを可能にする（例えばレールを有する）ラダー。

必要な持ち上げフックおよびアンカーボルト。

コンクリート製リング壁。

必要であれば、ＨＣ ７２３０の内外部のコーティング。

ＨＣ ７２３０の底部の断熱および熱トレース。

支持用のコンクリート製スラブ。

ガスエンジン９２６０の設計では、入口ガスが、特定の相対湿度の範囲で特定の組成物であることが必要である。したがって、Ｈ₂Ｓスクラバ６２７０から出る清浄されたガスは、冷凍器７２１０を使用して、３５℃から２６℃へ過冷却される。ガス流の凝結によって形成されるあらゆる水は、ガス／液体分離器７２２０によって除去される。これは、合成ガスが、４０℃まで再加熱されたときに８０％の相対湿度を有する（ガスエンジン９２６０のための典型的な要件）ようにする。

ガスブロワ６２５０を使用して、下記の仕様に従って、全ての機器および配管を通じて十分な吸入を提供することによって、システムから合成ガスを回収する。ブロワの設計では、良好な技術的手法、および全ての全ての適用可能な州および国の規定、標準、およびＯＳＨＡガイドラインに留意した。ブロワ６２５０は、約６００ボルト、３相、６０Ｈｚで動作させた。

ガスブロワ６２５０は、下記の機能要件を満たすように設計した。

吸入される典型的なガス組成（湿量基準）を下記に示す。

合成ガスは、可燃性であり、空気によって爆発性の混合物を生じさせるので、ブロワ６２５０は、大気からの空気の取り込みが最小または全く無く、大気へのガス漏れが最小または全く無いように構成される。全てのサービス流体、すなわちシールパージを窒素によって行い、漏れの無い軸シールが用いられる。高性能漏れ検出システムを用いて、いずれの方向の漏れも監視する。

上述の設計基準に加えて、ブロワ６２５０は、下記も提供する。

漏れの無いブロワ軸シールを備えた防爆性モータ。

ガス冷却器６２５２。

１ｍで８０ｄＢＡの騒音規制を満たす音響ボックスを備えたサイレンサ。

ブロワおよびモータ用の共通ベースプレート。

モータ付き補助油ポンプ、およびブロワの補助システムに必要な全ての計装類。

全ての機器類および制御類（すなわち、低および高の油圧スイッチ、高排出圧力および温度スイッチ、差温および圧力スイッチ）。全てのスイッチは、ＣＳＡ認可の排出圧力ゲージ、排出温度ゲージ、油圧力、および温度ゲージである。全ての機器は、共通防爆性ジャンクションボックスにおいて配線され、ＶＦＤは、ブロワの上流側に取り付けられた圧力トランスミッタによって制御される。

漏れの無い排出逆止弁。

ブロワが、排出の過剰な圧力／真空／遮断を行わないようにする機器の安全装置（例、ＰＲＶおよび再利用ライン）。

ガスブロワ６２５０は建物の外側に位置するので、雨、雪、および風に晒される。ガスブロワ６２５０は、下記の環境条件に耐えるように構成される。

平均海面上高度 ８０ｍ
緯度 ４５°２４'Ｎ
経度 ７５°４０'Ｗ
平均大気圧 １４．５ｐｓｉａ
夏季の最高乾球温度 ３８℃
夏季の設計乾球温度 ３５℃
夏季の設計湿球温度 ２９．４℃
冬季の最低乾球温度 ３６．１１°Ｃ
平均風速 １２．８ｆｔ／秒
最大風速 １２３ｆｔ／秒
設計風速 １００ｍｐｈ／１６０ｋｐｈ
一般的な風向 主に南および西から
地震情報 ゾーン３
ブロワ６２５０は、爆発性ガスが存在する場合のある環境内で動作するので、合成ガスパイプ上に、または約２メートル離して取り付けられた全ての機器類および電気デバイス類は、クラス１、ゾーン２用に設計される。

信頼性を確実にするため、不良個所を迅速に取り出して修正できるように、検査および保守のための適切なアクセスが提供される。ブロワ６２５０は、連続的に（無休で）動作させることができるが、プロセス安定化の検討中は、動作の開始および停止が頻繁に行われることが多い。

構造材料は、設計条件およびガス組成に基づいて選択した。例えば、電気回路基板、コネクタ、および外部コンポーネントは、コーティングするか、または他の保護を行って、ほこり、水分、および化学物質による潜在的な問題を最小限に抑える。操作盤およびスイッチは、堅牢な構成のものであり、作業手袋を装着した要員が操作するように設計される。

概して、流れの範囲が１０％〜１００％の可変速ドライブ（ＶＳＤ）を、モータ制御に用いる。過電圧および過負荷の保護が含まれる。モータの状態、オン／オフ動作、および速度の変化は、分散制御システム（ＤＣＳ）を通じて遠隔で監視および制御される。
調節されたガスがＨＣ ７２３０から出ると、ガスはエンジン要件まで加熱されてガスエンジン９２６０に導かれる。
（ガスエンジン）
電力の産生には、５基の容量１ＭＷのＧＥ Ｊｅｎｂａｃｈｅｒ往復ガスエンジン９２６０のそれぞれを使用する。したがって、電気の生成容量は５ＭＷである。任意選択で、ガスエンジン９２６０のうちのいずれかを、全体的な要件に応じて停止することができる。ガスエンジン９２６０は、低発熱量または中発熱量の合成ガスを、高効率かつ低排出で燃焼させることができる。しかし、（天然ガスのような燃料と比較して）ガス発熱量が比較的低いため、ガスエンジン９２６０は、最も効率的な動作点のときに約７００ｋｗで動作するように定格を下げている。任意選択で、下流側のアプリケーションは、別のガスエンジン９２６０を合計６台まで含むように拡張することができる。
（フレアスタック）
密封型フレアスタック９２９９は、起動、停止、およびプロセス安定化段階の間、合成ガスの燃焼に使用される。プロセスが安定すると、フレアスタック９２９９は、緊急目的だけのために使用される。フレアスタック９２９９は、約９９．９９％の分解効率を達成するように設計される。
（制御システム）
本実装では、本実施例のガス化システム１２０は、その中に実装されたガス化プロセスを制御するための統合制御システムを備え、種々の独立型および双方向型の局所的、領域的、および大域的プロセスを含む場合がある。制御システムは、所望の初期および／または最終段階の結果に対する種々のプロセスを強化、あるいは最適化するように構成することができる。

フロントトゥーバック制御スキームは、例えばＭＳＷのガス化に構成されたシステムにおいて、原料の一定のフィードバックを容易にするステップを含み、一方で、この種のシステムに対する規制基準を満たす。このようなフロントトゥーバック制御スキームは、最適化して、例えばプロセスを起動または停止時に、または種々の異常または緊急事態を緩和するように、システムが、特に設計および／または実装されるか、またはより大きな制御システムの一部として設計される、という所与の結果を達成することができる。

バックトゥーフロント制御スキームには、産生ガスの品質、または選択された下流側のアプリケーションの特徴、すなわち、下流側のガスエンジン９２６０を介した電気の生成の最適化を含むことができる。制御システムは、このような最終段階の結果を最適化するように構成することができ、一方で、初期段階の監視および調節を、このような基準を提供するときに、規制基準に従って、システムの適切かつ連続的な機能を確実にするために提供することができる。

制御システムは、初期段階および最終段階の組み合わせとして、またはガス化システム１２０内のあらゆる地点からの流れの結果として最良に定義することができる、相補的な結果を提供するように構成することもできる。

本実装では、制御システムは、ガス化プロセスの起動時にはフロントトゥーバック制御システムとして動作し、その後、初期起動時の摂動が十分に減衰したときに、バックトゥーフロント制御システムに進むように設計される。この特定の実施例では、原料を、選択された下流側のアプリケーションに好適なガスに、すなわち、電気を生成するためにガスエンジン９２６０が消費するのに好適なガスとして転換するために、制御システムを使用して、ガス化システム１２０を制御する。概して、制御システムは、ガス化システム１２０の種々の特徴を検知するための１つ以上の検知要素と、下流側のアプリケーションに好適な当該の値の所定の範囲内の検知した特徴を代表する特徴値の維持に寄与する、１つ以上のプロセス制御パラメータを計算するための１つ以上の計算プラットフォームと、これらのパラメータに従って、ガス化システム１２０のプロセスデバイスを動作させるための１つ以上の応答要素とを備える。

例えば、１つ以上の検知要素を、プロセス中に種々の地点で合成ガスの特徴を検知するために、ガス化システム１２０全体に分散させることができる。これらの検知要素に通信で接続された１つ以上の計算プラットフォームは、検出した特徴を代表する特徴値にアクセスし、その特徴値を、選択した下流側のアプリケーションに好適なものとして産生ガスを特徴付けるように定義された所定の範囲内の当該の値と比較し、これらの所定の範囲内にこれらの特徴値を維持することに寄与する１つ以上のプロセス制御パラメータを計算するように構成することができる。１つ以上のデバイスおよび／またはプロセスに影響を及ぼし、それによって産生ガスの１つ以上の特徴を調整するように動作可能な、ガス化システムのモジュールに動作可能に接続された複数の反応要素は、１つ以上の計算したプロセス制御パラメータにアクセスするための１つ以上の計算プラットフォームに通信で接続することができ、また、それらに従って１つ以上のプロセスデバイスを動作させるように構成することができる。

制御システムは、強化された初期段階結果、例えば投入原料の強化された、または一定の消費および変換速度を提供するように、または起動、停止、および／または緊急処置の一部として提供するように構成するか、あるいは、初期段階の利益と最終段階の利益との所定のバランスを達成して、例えば原料の変換を有効にして、選択された下流側のアプリケーションに好適な産生ガスを産生し、一方で、コンバータによる源流のスループットを最大化するように、ガス化システム１２０のプロセスを実装するように構成することもできる。別の、または更なるシステム強化には、これに限定されないが、システムのエネルギー消費を最適化して、例えば、システムのエネルギー的衝撃を最小化し、それによって、選択された下流側のアプリケーションを経たエネルギーの産生を最大化するステップか、または消費可能な産生ガス、化学化合物、残渣等のような、追加的な、または別の下流側の産物の産生を補助するためのステップが挙げられる。

図４３は、本実施例に提供される高レベルプロセス制御概略図であり、制御すべきプロセスは、上述のガス化システム１２０によって提供される。図４４は、例示的な特徴およびそれに関連する検知要素を識別するように、図３のガス化システム１２０および制御システムを代替的に描写したものである。上述のように、ガス化システム１２０は、１つ以上の原料（例、ＭＳＷおよびプラスチック類）を合成ガスおよび残渣産物に変換するための、本実施例ではガス化装置２２００およびＧＲＳ ３２００を備えた、コンバータ１２００を備える。ガス化システム１２０は、合成ガスから熱を回復するのに寄与する、残渣コンディショニングシステム（ＲＣＳ）４２００と熱交換器５２００とをさらに備え、本実施例では、この回復させた熱を、コンバータ１２００内で使用される空気投入添加剤を加熱するために使用する。合成ガスをコンディショニング（例、冷却、精製、および／または清浄）するためのガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）６２００も提供され、ＳＲＳ ７２００は、下流側で使用するための、合成ガスの少なくとも部分的な均質化に使用される。本願明細書に示されるように、残渣は、コンバータ１２００およびＧＣＳ ６２００の両方からＲＣＳ ４２００に提供することができ、その組み合わせは、コンディショニングされて固体産物（例、ガラス化スラグ４２０３）をもたらし、合成ガスは、コンディショニングされて、更なるコンディショニング、均質化、および下流側での使用のためにコンバータ合成ガスと組み合わせられる。

図４３および図４４には、ガス化システム１２０に種々のレベルの制御を提供するように構成された、種々の検知および応答要素を示す。上述したように、特定の制御要素は、例えば、プロセスおよび／またはそのサブシステムの一部に影響を及ぼすために、局所的および／または領域的システム制御に使用することができ、それによって、システム全体の性能にはほとんど、または全く影響を及ぼさないようにすることができる。例えば、ＧＣＳ ６２００は、コンディショニングおよび下流側での使用のための合成ガスの調製を提供することができ、一方で、その実装、および実装によって吸収される変動が、ガス化システム１２０の全般的な性能および出力産生性にはほとんど、または全く影響を及ぼさないようにすることができる。

一方で、例えば、実質的にプロセスおよび／またはガス化システム１２０全体に影響を及ぼすために、特定の制御要素を、領域的および／または大域的システム制御に使用することができる。例えば、ＭＳＷ処理システム９２００および／またはプラスチック処理手段９２５０を経た原料投入の変動は、産生ガスに関して下流側に有意な影響を及ぼす、すなわち、組成物および／または流れの変化、およびコンバータ１２００内の局所的プロセスに影響を及ぼすことができる。同様に、添加剤投入速度の変動は、コンバータ１２００全体であろうと異なる部分に離散的であろうと、産生ガスに関して、すなわちガス組成物および流れに関して下流側に有意な影響を及ぼすこともできる。コンバータ１２００内の反応物質の移送順序、空気流分布調整、プラズマ熱源の動力変動、および他の当該の要素のような、他の制御動作も、産生ガスの特徴に影響を及ぼすことができ、したがって、そのような特徴の制御として使用するか、または他の手段によって補償して、下流側のアプリケーションへのそれらの衝撃を減じることができる。

図４３および図４４には、本実施例で使用され、ガス化プロセスの種々の局所的、領域的、および大域的特徴を制御する、種々の検知および応答要素を示す。例えば、ガス化システム１２０は、プロセス全体にわたって種々の位置でプロセス温度を検知するための種々の温度検知要素を備える。図４３では、１つ以上の温度検知要素は、プラズマ熱源３２０８およびＲＣＳ ４２００における残渣コンディショニングプロセスに関連して、コンバータ１２００内の温度変化をそれぞれ検知するように提供される。例えば、独立した検知要素（一般に、図４３の温度トランスミッタおよび表示制御８１０２によって識別される）は、ガス化装置２２００のステージ１、２、および３内で行われるプロセスに関連する、温度Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３を検知するように提供することができる（例、図４４を参照のこと）。更なる温度検知要素８１０４を使用して、ＧＳＲ ３２００の改質プロセスに関連する、特にプラズマ熱源３２０８の出力動力に関連する温度Ｔ４を検知する（例、図４４を参照のこと）ことができる。本実施例では、温度検知要素８１０６は、ＲＣＣ ４２２０（例えば図４４の温度Ｔ５）内の温度の検知も提供し、この温度は、少なくとも部分的に、プラズマ熱源４２３０の出力動力に関連付けられる。他の温度検知要素は、異なる局所的、領域的および／または、大域的プロセスに関与するように、コンバータ１２００の下流側の種々の地点で使用することもできる。例えば、温度検知要素は、熱交換器５２００とともに使用して、十分な熱伝達を確実にし、空気添加剤投入をコンバータ１２００に十分提供することができる。温度モニタをＧＣＳ ６２００に関連付けて、それによってコンディショニングされたガスが、例えば所与のサブプロセスに対して高温になり過ぎないようにすることもできる。他のこのような実施例は、当業者に明らかである。

ガス化システム１２０は、ガス化システム１２０の全体にわたって動作可能に配置された種々の圧力検知要素をさらに備える。例えば、圧力検知要素（図１に、圧力トランスミッタおよびの表示制御８１１０として示す）は、コンバータ１２００（特にＧＲＳ ３２００に関連付けたものとして図２の実施例に示す）内の圧力を検知するように提供され、コンバータ１２００内の全圧力が大気圧以下に維持されるように、速度表示制御、可変周波数ドライブ、およびモータアセンブリ８１１３を経て、ブロワ６５００に動作可能に関連付けられる。この特定の実施例では、コンバータ１２００内の圧力は、一実施形態では、約２０Ｈｚの周波数で連続的に監視され、それに応じて調節される。別の実施形態では、ブロワは、動作要件に従って約２０Ｈｚ以上の周波数に維持される。２０Ｈｚ以下のブロワ速度が必要なときには、オーバーライド弁を一時的に使用することができる。圧力検知要素８１１２はまた、ＲＣＣ ４２２０に動作可能に関連付けて提供され、残渣コンディショナガスをＲＣＣ ４２２０からＧＣＳ ６２００へ導く制御弁に動作可能に接続される。圧力検知要素８１１６は、熱交換器５２００への投入空気圧の監視にも提供され、同様に速度表示制御、変数周波数ドライブ、およびモータアセンブリ８１２０を経て、ブロワ５２１０に動作可能に接続される。圧力制御弁８１１５は二次制御として提供され、合成ガスブロワ速度６２５０がブロワの最低動作周波数以下であるときに、システム内の圧力のオーバーライドおよび調整を行う。

ＳＲＳ ７２００には別の圧力検知要素８１１４がさらに提供され、例えば起動中および／または緊急動作中の過剰な圧力により、フレアスタック９２９９を経て合成ガスを制御および／または緊急放出するための制御弁７５００に動作可能に接続される。例えば、ガスエンジン９２６０の連続的な動作を維持するように、不十分な合成ガスがＳＲＳ ７２００へ提供されている場合、この圧力検知要素８１１４は、流量トランスミッタおよび制御表示８１２４を経て、さらに制御弁８１２２に動作可能に接続されて、プロセス添加剤の投入流速を増加させる。下記に詳述するように、これは、制御システムがバックトゥーフロント制御スキームに従って動作するときに特に関連する。図４４において、空気流検知要素８１２４および制御弁８１２２を使用して、ガス化装置２２００のステージ１、２、および３への添加剤空気流（それぞれ流量Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３で示す）、およびＧＲＳ ３２００への添加剤空気流（流量Ｆ４で示す）を調節し、相対流量は、それぞれのプロセスステージにおいて、事前設定された温度範囲を実質的に維持するように定義された、事前設定された比率に従って設定される。例えば、Ｆ１：Ｆ２：Ｆ３：Ｆ４の比率を約３６：１８：６：４０として、相対温度Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３を、特に更なる原料の投入時に、それぞれ約３００乃至６００℃、５００乃至９００℃、および６００乃至１０００℃の範囲とするか、または任意選択で、それぞれ約５００乃至６００℃、７００乃至８００℃、および８００乃至９００℃の範囲として、下述するように、容量の増加による燃焼の増加を補償することができる。

システム１２０は、システム１２０全体にわたって動作可能に配置された、種々の流量検知要素をさらに備える。例えば、上述のように、流量検知要素８１２４は、コンバータ１２００への空気添加剤投入口に関連付けられ、例えば、検知要素８１１４によって検出されたＳＲＳ ７２００内の圧力降下に応えて、この流量を調整するために制御弁８１２２に動作可能に接続される。流量検知要素８１２６は、ＳＲＳ ７２００への合成ガスの流量の検出にも提供され、その要素で得られた値を使用して、流量の増加に対する高速応答としての空気添加剤投入速度の調整と、より長期的な安定性のために、それぞれＭＳＷおよび／またはプラスチック送給機構９２００および９２５０を経て、例えば現在定義されている空燃比（例、現在使用中の（ＭＳＷ＋プラスチック類）と（空気添加剤の総投入量）との比率）に従って、原料投入速度の調整との両方を行う。これも、下述するように、システムがバックトゥーフロント制御スキームに従って動作するときに特に有用である。本実施例では、空燃比は、概して約０乃至４ｋｇ／ｋｇであり、通常の動作中は概して約１．５ｋｇ／ｋｇである。流量検知要素８１２８は、下述するように、例えば起動、緊急、および／またはフロントトゥーバック制御動作中に、フレアスタック９２９９への過剰なガスの流量を監視するように提供することもできる。

図４３および図４４は、合成ガスがＳＲＳ ７２００に到達したときに該ガスの組成を分析するための外部ガスアナライザ８１３０も示し、制御システムは、該ガスの組成を分析して、合成ガスの燃料価および炭素含量の測定と、空燃比およびＭＳＷ対プラスチック類の比率それぞれの調整とを行い、それによって、ＭＳＷおよびプラスチック類のそれぞれの投入速度の調整に寄与する。同様に、この特徴は、下記に詳述するように、制御システムのバックトゥーフロント制御スキームの実装に特に有用である。

図４３および図４４には示されていないが、ガス化装置２２００の例示的な一実施形態を参照して上述したように、種々の位置、すなわち段１ ２２１２、２ ２２１４、および３ ２２１６において、ガス化装置２２００内の反応物質の高さを検出するように構成された、種々の検知要素を含む。これらの検知要素を使用して、ガス化装置２２００内の効果的な処理を強化するように、搬送用ラム２２２８、２２３０、および２２３２のような横方向移送の運動を制御することができる。このような実施例では、搬送用ラムの順序コントローラは、所望の原料投入速度の変化を、搬送用ラムの順序コントローラに通信する必要があるので、実際の原料投入速度の計算に影響を及ぼす。すなわち、搬送用ラムの順序コントローラを使用して、原料投入速度を調整することができ、搬送用ラムの順序コントローラと連通する制御システムを使用して、下流側のプロセスにおける搬送用ラムの順序の変化によって誘導される変動を補償する（例えば、反応物質の分布によって生じた問題に取り組む）ことができる。

図４５は、本実施例の制御システムによって使用される種々の検知された特徴値、コントローラ類（例、応答要素）、および動作パラメータ、および原料の適切かつ効率的な処理の促進に寄与するそれらの間の相互作用を示す、制御フロー図である。図中、
コンバータ固体レベルの検出モジュール８２５０は、移送ユニット８２５４の運動を制御し、ＭＳＷ＋ＨＣＦの総供給量８２５６を協働的に制御するように構成された、移送ユニットコントローラ８２５２を協働的に制御するように構成される。

合成ガス（産生ガス）の炭素含量検出モジュール８２５８（例えば、ガスアナライザ８１３０から得られる）は、ＭＳＷおよびＨＣＦそれぞれの送給量８２６４および８２６６をそれぞれ制御するためのＭＳＦ／ＨＣＦスプリッタ８２６２を協働的に制御するように構成された、ＭＳＷ対ＨＣＦの比率コントローラ８２６０に動作可能に連結される。

合成ガス（産生ガス）の燃料価決定モジュール８２６８（例、ＬＨＶ＝ｃ１＊［Ｈ₂］＋ｃ２＊［ＣＯ］、ここで、ｃ１およびｃ２は定数であり、［Ｈ₂］および［ＣＯ］は合成ガスアナライザ８１３０によって得られる）は、ＭＳＷ／ＨＣＦスプリッタ８２６２および移送ユニットコントローラ８２５２に導かれる、ＭＳＷ＋ＨＣＦの総供給量８２５６を協働的に制御するための空燃比コントローラ８２７０に動作可能に連結される。

合成ガス流量検出モジュール８２７２は、総空気流８２７６を制御し、協働的にＭＳＷ＋ＨＣＦの総供給量８２５６を制御するための総空気流コントローラ８２７４に動作可能に連結される。

プロセス温度検出モジュール８２７８は、空気流分布８２８２（例、図２のＦ１、Ｆ２、Ｆ３、およびＦ４）および（例えば、ＰＨＳ １００２を経て）プラズマ熱８２８４を制御するための、温度コントローラ８２８０に動作可能に連結される。

本構成では、下流側のアプリケーションの適切な範囲内、または産生ガスのエネルギー効率および／または消費の増加に寄与する範囲内の合成ガス組成物を得るように、ガス化システム１２０に投入する空気添加剤の量を決定するために、制御システムは、（例えば、合成ガスの［Ｈ₂］および［ＣＯ］の分析によって）得られたＬＨＶの特徴値に基づいて、制御パラメータを計算するように構成することができる。例えば、温度および圧力を一定に設定するか、または所望の設定値に設定することによって、下記フォーマットの線形計算を使用して、空気投入パラメータを十分な精度で推定できるように、大域的システムパラメータを実験的に定義することができる。

［ＬＨＶ］＝ａ［空気］
ここで、ａは、特定のシステム設計および所望の出力特徴に対する実験定数である。この方法を用いることで、本実施例のガス化システム１２０は、規制基準を満たすように効率的かつ連続的に動作させることができ、一方で、プロセスの効率および一貫性を最適化できることが実証された。

図４６は、わずかに変更した制御システムの構成によって使用することができる、種々の検知された特徴値、コントローラ類（例、応答要素）、および動作パラメータ、および原料の適切かつ効率的な処理の促進に寄与するそれらの間の相互作用を示す、制御フロー図である。図中、
コンバータ固体レベルの検出モジュール８３５０は、移送ユニット８３５４の運動を制御し、ＭＳＷ＋ＨＣＦの総供給量８３５６を協働的に制御するように構成された、移送ユニットコントローラ８３５２を協働的に制御するように構成される。

合成ガス（産生ガス）の炭素含量検出モジュール８３５８（例えば、ガスアナライザ８１３０から得られる）は、ＭＳＷおよびＨＣＦそれぞれの送給量８３６４および８３６６をそれぞれ制御するためのＭＳＦ／ＨＣＦスプリッタ８３６２を協働的に制御するように構成された、ＭＳＷ対ＨＣＦの比率コントローラ８３６０に動作可能に連結される。

合成ガス（産生ガス）の［Ｈ₂］含量検出モジュール８３６７（例えば、ガスアナライザ８１３０から得られる）は、移送ユニットコントローラ、ＭＳＷ／ＨＣＦスプリッタ８３６２、蒸気流量計算、および総空気流を協働的に制御するためのＭＳＷ＋ＨＣＦの総供給量８３５６を協働的に制御するための空燃比コントローラ８３７０に動作可能に連結される。

合成ガス（産生ガス）の［ＣＯ］含量検出モジュール８３６９（例えば、ガスアナライザ８１３０から得られる）は、蒸気添加物速度を制御するための蒸気流量の計算を協働的に制御するための、燃料対蒸気の比率コントローラ８３７１に動作可能に連結される（注：蒸気添加物投入機構は、コンバータ１２００（図１および図２には示さず）に動作可能に連結され、空気添加物を保管して、合成ガスの化学組成物の精製に関与するように提供される）。

合成ガス流量検出モジュール８３７２は、総空気流８３７６を協働的に制御し、協働的にＭＳＷ＋ＨＣＦの総供給量８３５６を制御するための総空気流コントローラ８３７４に動作可能に連結される。

プロセス温度検出モジュール８３７８は、空気流分布８３８２（例、図４４のＦ１、Ｆ２、Ｆ３、およびＦ４）および（例えば、ＰＨＳ １００２を経て）プラズマ熱８３８４を制御するための、温度コントローラ８３８０に動作可能に連結される。
本構成では、下流側のアプリケーションの適切な範囲内、または産生ガスのエネルギー効率および／または消費の増加に寄与する範囲内の合成ガス組成物を得るように、ガス化システム１２０に投入する空気添加剤および蒸気添加物の量を決定するために、制御システムは、［Ｈ₂］および［ＣＯ］の得られた特徴値に基づいて、制御パラメータを計算するように構成することができる。例えば、温度および圧力を一定に設定するか、または所望の設定値に設定することによって、下記フォーマットの線形計算を使用して、空気および蒸気投入パラメータを十分な精度で推定できるように、大域的システムパラメータを実験的に定義することができる。

ここで、ａ、ｂ、ｃ、およびｄは、特定のシステム設計および所望の出力特徴に対する実験定数である。当業者は、線形のシステムに簡略化してあるが、上述の実施例は、更なる特徴値を含むように拡張することができ、それによって、更なる制御パラメータの線形計算を提供することができると理解されよう。より厳しい下流側のアプリケーションに対するプロセスの変動をさらに制限する必要があるときには、制御パラメータの計算を精緻化するために、高次計算を検討することもできる。しかし、上述の方法を用いることで、本実施例のガス化システム１２０は、規制基準を満たすように効率的かつ連続的に動作させることができ、一方で、プロセスの効率および一貫性を最適化できることが実証された。

制御システムの種々のコントローラは、コントローラの一部または全てを順次に動作させることも可能であるが、概して、コントローラのそれぞれの値と並列して動作し、この値には、絶対値（例、総空気流）および相対値（例、送給対空気の比率）の両方を含むことができる。

上述のように、フロントトゥーバックの（または供給側の要因による）制御方法は、システム１２０の起動動作中に、本実施例において使用され、コンバータ１２００は固定のＭＳＷ送給量で運転される。この制御システムを使用することで、ガス化システム１２０は、ガスエンジン９２６０およびフレアスタック９２９９のような下流側の機器によって、プロセスの変化を吸収させることができる。過剰な合成ガスの少量のバッファが産生され、したがって、小さな連続したフレアが使用される。この通常の量を越えたいかなる余分の合成ガス産生も、フレアに送ることができ、フレア量を増加させる。下述するように、合成ガス産生におけるあらゆる欠陥は、最初にバッファを使い込んでしまうことであり、最終的には、発生器の出力の低減（発生器は、調節可能な動力設定値によって５０乃至１００％の出力で動作する）か、または制御システムが実装すべき更なるシステム調整が必要となる場合がある。この制御スキームは、特に起動および試運転段階を修正することができる。

このフロントトゥーバック制御スキームの主プロセス制御の目標は、ＨＣ ７２３０内の圧力を安定させること、生成されている合成ガスの組成を安定させること、ガス化チャンバ２２０２内の材料の堆積物の高さを制御すること、ガス化チャンバ２２０２内の温度を安定させること、改質チャンバ３２０２内の温度を制御すること、およびコンバータのプロセス圧力を制御することである。

ＧＥ／Ｊｅｎｂａｃｈｅｒガスエンジン９２６０を使用したときには、産生ガスの最小圧力は約１５０ｍｂａｒ（２．１８ｐｓｉｇ）であり、最大圧力は約２００ｍｂａｒ（２．９０ｐｓｉｇ）であり、燃料ガス圧力の許容される変動は約±１０％（±１７．５ｍｂａｒ、±０．２５ｐｓｉ）であり、一方で、産生ガスの圧力変動の最高速度は約１０ｍｂａｒ／ｓ（０．１４５ｐｓｉ／ｓ）である。ガスエンジン９２６０は、供給圧力の小さな外乱を処理することができる入口調節器を有し、配管内のホールドアップおよびＨＣは、これらの変化を幾分弱めるように作用する。しかし、制御システムは、それでも高速に作用する制御ループを使用して、好適な圧力レベルを維持するように作用する。上述のように、この制御スキームにあるコンバータ１２００は、十分なＭＳＷ給送速度で運転されて、過剰な合成ガス産生の小さなバッファを生成し、連続的にフレアさせる。したがって、ＨＣ ７２３０の圧力制御は、単純な圧力制御ループとなり、ＨＣ ７２３０からフレアスタック９２９９へのライン内の圧力制御弁は、必要に応じてＨＣの圧力を好適な範囲内に維持するように調整される。

制御システムは、概して、生成されている合成ガスの組成を安定させるように作用する。変化率が過剰でなければ、ガスエンジン９２６０を、広範囲の燃料価で動作させることができる。本実施例に関連する低位発熱量（ＬＨＶ）の許容可能な変化率は、３０秒あたりの合成ガスのＬＨＶにおいて１％未満の変動である。水素ベースの燃料の場合、燃料ガスは、単独で約１５％の水素で十分であり、ＬＨＶを５０ｂｔｕ／ｓｃｆ（１．８６のＭＪ／Ｎｍ３）にまで低くすることができる。システムの容量およびＨＣ ７２３０は、約２分間分の合成ガス産生を提供することによって、ＬＨＶの変化率を安定させるのを補助する。

この制御スキームでは、産生ガス組成物は、ＨＣ ７２３０の入口、またはその近位に取り付けられたガスアナライザ８１３０によって測定することができる。この測定に基づいて、制御システムは、ガスの燃料価を安定させるために、空燃比を調整する（すなわち、ＭＳＷ供給量を、空気添加剤の投入空気に対してわずかに増加／減少させる）ことができる。空気追加に対してＭＳＷまたはプラスチックの送給を増加させることで、ガスの燃料価が増加する。しかし、この制御作用は、ガス化システム１２０の全実装に応じて比較的長い応答時間を有する場合があり、したがって、短期変動への反応というよりも、比較的長期のドリフトを防ぐように調整することができるものと理解されよう。

プラスチックの供給は、それ自体でより高品位の燃料源（例えば、ＬＨＶがＭＳＷの約２倍）であるが、一般的には、ＭＳＷと約１：２０（０乃至１４％）の比率で添加され、したがって、本実施例によれば、システムに添加されている燃料に関しては支配的な作用物ではない。ガス化システム１２０に添加するプラスチック類が多すぎると不経済になり得るので、プラスチック類は、一次制御としてではなく、トリムとして使用される場合がある。概して、プラスチック類の送給は、総送給量と相関性があり、比率は、ガスアナライザ８１３０によって測定されるように、ガス化システム１２０を出る合成ガス内の総炭素量を安定させるように任意選択で調整される。したがって、これは、ＭＳＷ燃料価の変動の抑制に影響を及ぼすことができる。

さらに、反応物質の堆積レベル制御システムを使用して、コンバータ１２００内部の堆積物の安定した高さの維持を補助することができる。安定したレベル制御は、低レベルにおいて生じ得る、プロセス空気の注入による材料の流動化を防ぎ、また、高レベルで生じ得る、制限的な空気流による堆積物全体の不十分な温度分布を防ぐことができる。安定したレベルを維持することで、一貫したコンバータの滞留時間の維持を助力することもできる。ガス化チャンバ２２０２内の一連のレベルスイッチを使用して、例えば堆積物の深さを測定することができる。本実施例のレベルスイッチには、これに限定されないが、コンバータの一端にエミッタを備え、他端に受信器を備えたマイクロ波デバイスを含み、その時点でコンバータ１２００内部に材料が有るかどうかを検出する。ガス化装置２２００内のインベントリは、概して、供給量と搬送用ラムの運動（例、搬送用ラムの運動）との関数であり、より少ない程度では、変換効率である。

本実施例では、ステージ３の搬送用ラムは、固定ストローク長さでの移動によるコンバータのスループット、およびガス化装置２２００から残渣を排出する頻度を設定する。ステージ２の搬送用ラムは、必要な限り材料をステージ３へ押し出すように追従および移動し、ステージ３のステージ開始のレベルスイッチの状態を「フル」に変更する。ステージ１の搬送用ラムは、必要な限り材料をステージ２へ押し出すように追従および移動し、ステージ２のステージ開始のレベルスイッチの状態を「フル」に変更する。全ての搬送用ラムは、次いで同時に後退し、全体の順序が繰り返される前に、スケジュールされた遅延が実行される。更なる構成を使用して、連続したストローク長さの変化を、レベルスイッチによって要求される変化未満に制限して、搬送用ラム誘起の過剰な外乱を防止する。搬送用ラムは、コンバータの底部における過熱状態を防ぐために、かなり頻繁に移動させることができる。さらに、各ステージの端部まで完全伸長した搬送用ラムのストロークが時折生じるようにプログラムして、停滞した材料がステージの端部付近に積層および凝集しないようにすることができる。当業者には、本開示の全般的な範囲および本質から逸脱することなく、他の搬送用ラムの順序が、本願明細書において検討され得ることが明らかとなろう。

本発明の一実施形態に従って、変換効率を最適化するために、材料は、可能な限り高温に維持される。温度の上限は、材料が融解して凝集（例えば、焼塊を形成）し始めないように設定されるが、これは、利用可能な表面積を減少させ、したがって変換効率を低下させ、凝集塊の周辺を迂回する堆積物内の空気流を生じさせ、温度問題を悪化させて凝集の形成を促進してしまい、搬送用ラムの通常の動作を妨げ、また潜在的に、残渣除去スクリュー２２０９の詰まりによってシステムの停止を生じさせる。堆積物を通じた温度分布を制御して、第２種の凝集が、この場合はプラスチック融液を形成しないようにして、残存する材料のバインダとしての役割を果たすように制御することもできる。

一実施形態では、堆積物内の温度制御は、プロセス空気の所与のステージへの流れを変化させること（すなわち、事実上の燃焼）によって達成される。例えば、底部チャンバ内の各ステージに提供された処理空気流は、制御システムによって調整して、各ステージの温度を安定させることができる。余分の搬送用ラムストロークを用いた温度制御を用いて、ホットスポットを破壊することもできる。一実施形態では、各ステージの空気流を事前設定して、ステージ間の温度および温度比率を実質的に一定に維持する。例えば、総空気流の約３６％をステージ１に、約１８％をステージ２に、そして約６％をステージ３に導き、残り（例えば、総空気流の４０％）をＧＲＳに導くことができる。別様には、空気の投入比率を動的に変化させて、ガス化装置２２００および／またはＧＲＳ ３２００の各ステージ内に生じる温度およびプロセスを調整することができる。

プラズマ熱源動力（例、プラズマトーチ動力）を調整して、ＧＲＳ ３２００（例、改質チャンバ出力）の出口温度を、約１０００℃の設計設定値に安定させることもできる。これを用いて、ガス化チャンバ２２０２内に形成されるタールおよび煤煙を完全に分解させるようにすることができる。改質チャンバ３２０２内にプロセス空気を追加することで、合成ガスの燃焼による熱エネルギーを放出することによって、熱付加の一部を負担することができる。それに応じて、制御システムは、プロセス空気の流速を調整して、トーチの動力を良好な動作範囲に維持するように構成することができる。

さらに、コンバータの圧力は、図１の実施形態において、均質化サブシステムの投入部の近位に示された合成ガスブロワの６２５０の速度を調整することによって、安定させることができる。ブロワの最小限動作周波数を下回る速度では、二次制御が、代わりに再循環弁をオーバーライドおよび調整することができる。再循環弁が完全に閉じた状態に戻ると、一次制御が再係合する。概して、圧力センサ８１１０は、制御システムを経てブロワ６２５０に動作可能に連結され、例えば約２０Ｈｚの周波数でシステム内の圧力を監視し、システム圧力を所望の値の範囲内に維持するように該センサに動作可能に連結された、適切な応答要素８１１３を経てブロワ速度を調整するように構成される。

残渣溶融動作は、コンバータ１２００の出口に直接接続された別個の容器（例、ＲＣＣ ４２２０）内の連続的な動作においても行われる。残渣は、ガス化装置２２００の端部に取り付けられた鋸歯状のスクリューコンベア（残渣抽出スクリュー）等によってガス化チャンバ２２０２から除去され、例えば、一連のスクリューコンベアを経てＲＣＳ ４２００の上部に送給される。バグハウス６２３０からの小流を、例えば更なる処理のために、スクリューコンベアを経て残渣の本流に合流させることもできる。

ＲＣＳ ４２００は、上部に取り付けられた３００ｋＷのプラズマトーチと、ガス処理スキッドを接続するプロセスガス出口４２２８と、融解スラグ出口４２２６とを備えた、小型の、耐火物で裏打ちされた残渣コンディショニングチャンバ（ＲＣＣ）４２２０である。ガス処理スキッドを出るガスは、主バグハウス６２３０への入口において、コンバータ１２００からの合成ガスの主流と合流するように導く、すなわち更なる処理のために導くことができる。本実施例では、残渣は、ＲＣＣ ４２２０の上部に直接投下され、プラズマトーチプルーム４２３０と密に接触することによって融解される。融解スラグは、例えばＲＣＣ ４２２０内部のＶ字形ノッチ堰４２２４によってせき止められる。追加的な残渣粒子は、ＲＣＣ ４２２０内へ流れて融解すると、対応する量の融解材料が堰４２２４の外へ溢れて、スクリューコンベアと一体の水を満たしたクエンチタンク４２４０内に落下し、そこで凝固させて、ガラス状スラグの小片に粉砕して、貯蔵容器に運搬される。
残渣処理の制御中は、プラズマトーチ４２３０の動力を必要に応じて制御して、融解動作に十分な温度に維持することができる。ＲＣＣ ４２２０の温度計装（例、温度検知要素８１０６）には、例えば、表面に向けたときに表面温度を計測する２つの光学温度計（ＯＴ）と、融解プールの上のセラミック製サーモウェル内に取り付けられた３つの蒸気空間熱電対と、外側の金属シェルに取り付けられた５つの外部スキン取り付け型熱電対とを含むことができる。ＲＣＣ ４２２０には、ＲＣＣ ４２２０内部の処理圧力を測定するための圧力トランスミッタ（例、圧力検知要素８１１２）も含むことができる。

本願明細書で検討される１つの融解温度制御方法は、２つの光学温度計によって観察されているデルタ温度の測定である。１つのＯＴは、トーチ４２３０の下の融解プールに向けられ、もう１つは堰４２２４の近くの融解プールに向けられる。堰４２２４の近くの温度が、トーチ４２３０の下の温度と比較して下がっている場合は、より多くのトーチ動力が加えられる。別の方法では、ＯＴを使用して直接温度を測定する。コントローラには、大部分のＭＳＷコンポーネントの融解温度を上回ることが既知である、１４００乃至１８００℃の範囲の設定値を入力する。次いで、この設定値を満たすように、必要に応じてトーチ動力を調整する。

概して、レベルは直接測定されないが、ＯＴの温度および蒸気空間熱電対の両方によって推定される。温度が温度設定値よりも下がった場合、これは、材料が未融解であることを示しており、インターロックを使用して、一時的に残渣の供給量を下げるか、または最後の手段としてＲＣＳ ４２００を停止させる。材料の流速は、例えば、駆動モータの可変周波数駆動（ＶＦＤ）を介して、ＲＣＣ送給スクリューコンベアの速度を調整することによって制御することができる。供給量は、必要に応じて、プラズマトーチ４２３０の融解速度の能力の範囲内で、許容可能な温度制御を確実にして、未融解の材料によってＲＣＣ ４２２０内のレベルが高くならないように調整することができる。概して、ガス化チャンバ２２０２内に、ステージ３を越えた残渣に対していくらかのせき止め容量を有することができるが、持続的な動作は、ＲＣＣ ４２２０が、定常状態産生に対応する十分な融解容量を有するかどうかに依存する。

ＲＣＣ ４２２０内の圧力は、容器の蒸気空間に差し込まれた圧力トランスミッタ（例、要素８１１２）によって監視することができる。概して、ＲＣＣ ４２２０の動作圧力は、いずれかの方向にスクリューコンベアを通るガスの流量（固体残渣粒子だけの流量）に対する駆動力が最小になるように、コンバータガス化チャンバ２２０２の動作圧力に幾分対応させる。制御弁８１３４は、下流側の真空発生器（合成ガスブロワ）によって除去されているガスの流量を制限することができる、ガス出口ライン内に提供される。ＤＣＳ ＰＩＤコントローラは、所望の動作圧力の達成に必要な弁位置を計算する。

ガス化システム１２０の後部のガスエンジン９２６０が処理を推進する場合には、起動段階を越えて、バックトゥーフロント制御、すなわち要求主導の制御を用いることができる。ガスエンジン９２６０は、燃料ガス（すなわち産生ガス）のエネルギー含量および生成されている電力に応じて、特定の１時間あたりの容量の燃料を消費する。したがって、この制御システムの高レベルの目標は、十分なＭＳＷ／プラスチック送給がガス化システム１２０に入り、常に全動力で発生器を運転するのに十分なエネルギー含量の合成ガスに転換され、一方で、合成ガスのフレアが減じられるか、または排除されるように、合成ガスの産生を合成ガスの消費に十分に対応させて、ＭＳＷの消費１トンあたりに産生される電力を高める、好ましくは最適化させることである。

概して、上述のフロントトゥーバック制御スキームは、バックトゥーフロント制御スキームのサブセットを備える。例えば、全てではないが、上述のスキームに記載されたプロセス制御の大部分が保持されるが、制御システムは、さらに精緻化されて、合成ガスのフレアを減じ、一方で、ＭＳＷまたは他の当該の原料の消費１トンあたりに産生される電力を高める。プロセスの制御を高め、下流側のアプリケーションに対するプロセスの効率および効用を向上させるために、産生されている合成ガスの流量は、ガスエンジン９２６０によって消費されている燃料に実質的に対応し、したがって、フレアを減じるか、またはガス化システム１２０による過剰な産生ガスの処分を減じ、また不十分なガス産生の可能性を減じて、下流側のアプリケーションの動作を維持する。したがって、概念的には、制御システムは、下流側のアプリケーション（例、ガスエンジン／発生器）がプロセスを推進するように実装された、バックトゥーフロント制御（すなわち要求主導の制御）となる。

概して、短期的にコンバータ１２００からの合成ガス流量を安定させるために、コンバータ１２００への空気添加剤投入流量を調整して、ガス流量の変動に迅速に対応させることができるが、この変動は、概して、原料の品質の変動（例えば、原料の湿度および／または発熱量の変動）に起因する。概して、空気流の調整によって誘起される影響は、概して音速でシステム内を伝搬する。これに反して、ＭＳＷおよび／またはプラスチック供給量の調整もシステムの出力（例、合成ガス流量）、コンバータ１２００内で比較的長い滞留時間を有する原料（例、この特定の実施例の場合、最高４５分以上）に大きな影響を及ぼす場合があるが、このような調整に関連するシステム応答時間は、概して、１０乃至１５分の範囲であり、短期的には、不要な動作条件（例えば、フレアの生じた過剰なガス、最適な動作に対する不十分なガスの供給、連続的な動作に対する不十分なガスの供給）を避けるように、適時の様式で産生ガスに影響を及ぼすには不十分である。それでも空気流の増加より遅い応答を有するが、ＭＳＷの水分は、約２乃至３分で蒸気を産生することができるので、ＭＳＷの供給量の増加は、プラスチック供給量の増加よりも速く応答することになり得る。

それに応じて、総空気流を調整することで、概して、制御圧力に最高速の可能な作用を提供し、それによって、下流側のアプリケーションに対する投入流量の要件を満たす。さらに、コンバータ１２００内の材料のインベントリが大きいので、より多くの空気、または他の当該の添加物をチャンバ底部に加えても、必ずしも比例的にガスを希釈するわけではない。追加的な空気が堆積物をさらに透過して、材料とより高く反応させる。これとは逆に、空気の添加をより少なくすると、ガスは直ちに富化するが、結局は、温度を低下させ、反応速度／合成ガス流量を低下させる。

したがって、総空気流は、概して、図４５に示されるような材料供給量（ＭＳＷ＋プラスチック）に比率化され、それによって、添加剤投入の増加が原料投入量の増加を生じさせる。それに応じて、制御システムは、増加した空気の影響が直ちにわかるように調整され、それによって、追加的な送給の影響が最終的に観察されて、合成ガス流量を安定させる長期的な解決策が提供される。生成器の動力出力の一時的な低下も、ＭＳＷ／プラスチック類の供給量を増加させてから合成ガス流量の増加が見られるまでの間の不動作時間の橋渡しをする、システム力学に基づいて検討することができる。しかしこれは、特異な原料の状態に直面しない限りは不要または除外することができる。下流側のアプリケーションに対する好適なガスの特徴を維持するための、空気流の調整（最速に作用する制御ループ）、および空燃比および総燃料比（どちらも長期的な応答）の調整が、本実施例では好適であるが、ＭＳＷ対プラスチック類の供給比率の制御は不要である。しかし、この制御は、長期的な変動を平滑にするのを助力するために用いられる追加的な制御として作用し得る。

本実施例では、ＭＳＷの水分の変動は、概ね０乃至８０％であり、発熱量の変動は、約３，０００乃至３３，０００ｋＪ／ｋｇであり、ＨＣは、２分間の滞留時間、および概して約２１０ｍｂａｒの圧力を有する。約±６０ｍｂａｒの変動は、エンジンに対する約１５０ｍｂａｒの最小供給圧力を超えずに生じ得る。制御システムが無ければ、圧力は最高で約１０００ｍｂａｒまで変動し得るので、長期的な流量の変動は、必要に応じて、一定の付加でガスエンジン９２６０を運転するために、制御システムによって最高で４倍（すなわち７５％）まで能動的に減じられる。さらに、コンバータのガスの圧力変動は、制御システムが無ければ約２５ｍｂａｒ／ｓに到達する可能性があり、これは、本実施例のエンジンの最高約１０ｍｂａｒ／ｓの約２．５倍（すなわち６０％）である。したがって、本発明の制御システムは、短期的なプロセスの変動性を少なくとも２．５倍（６０％）低減させ、長期的なプロセスの変動性を約４倍（７５％）低減させることができる。本実施例におけるＨＣ ７２３０の使用は、短期変動の低減を助力することができる。

本明細書にて参照した、発行済み特許公報を含む全ての特許、刊行物、およびデータベースエントリは、このような個々の特許、刊行物、およびデータベースエントリのそれぞれが、参照することにより組み込まれるべきものとして明白かつ個々に示されているかのように、同程度にそれらを参照することによりその全体が明確に組み込まれる。

本発明は、特定の実施形態に関して説明したが、当業者には、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、その種々の変形例が明らかとなろう。当業者には明らかなように、全てのこのような変形例は、以下の請求項の範囲内に含まれることを意図したものである。

Claims (10)

1. 炭素質原料の、規定された組成の合成ガスへの変換のための低温システムであって、
   炭素質原料の、オフガスおよび残渣への変換のための水平配向されたガス化装置であって、前記ガス化装置は、原料入口、ガス出口、および残渣出口を有し、階段状床を備え、各段には、処理中に前記ガス化装置を介して材料を移動させるための横方向移送ユニットが設けられている、ガス化装置と、
   前記ガス化装置内で産生されたオフガスの、ＣＯおよびＨ₂を含有する合成ガスへの変換のためのガス改質サブシステムと、
   前記残渣を融解および均質化するための残渣コンディショニングサブシステムと、
   前記システムの動作を調節するための制御システムと、
   を備えることを特徴とする低温システム。
2. 前記改質ガスから熱を再生し、前記熱を前記ガス化装置に再利用させるための熱再利用サブシステムをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の低温システム。
3. 前記合成ガスから粒子状物質の大部分および重金属汚染物質の少なくとも一部を除去して、コンディショニングされた合成ガスを提供するためのガスコンディショニングサブシステムをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の低温システム。
4. 前記コンディショニングされた合成ガスを受けて、実質的に均質にコンディショニングされた合成ガスを提供するためのガス均質化システムをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の低温システム。
5. 前記制御システムは、前記合成ガスの組成を検知し、前記組成を前記規定された組成と比較し、前記組成を前記規定された組成の範囲内に調整することに寄与する様式で、前記システムの１つ以上のプロセスデバイスを動作させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の低温システム。
6. 前記ガス化装置は、その中への１つ以上のプロセス添加剤の投入のための１つ以上の入口を備え、前記制御システムは、前記合成ガスの組成を検知し、前記組成を前記規定された組成と比較し、前記組成を前記規定された組成の範囲内に調整するために、前記プロセス添加剤の投入量を調整するように構成されることを特徴とする請求項５に記載の低温システム。
7. それぞれの前記横方向移送ユニットは、搬送用ラムを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 炭素質原料の、合成ガスへの低温変換のための方法であって、
   ２つ以上の横方向に分散された処理ゾーンを備える、水平配向されたガス化装置を提供するステップと、
   前記ガス化装置の第１のゾーンに前記原料を送給するステップと、
   前記原料のオフガスへの変換を強化するために、前記ゾーンのそれぞれを介して前記送給された原料を横方向に移送するステップと、
   前記オフガスを、ＣＯおよびＨ₂を含有する合成ガスに改質するステップと、
   前記変換プロセスから産生された残渣を融解および均質化することにより、前記残渣をコンディショニングするステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
9. 前記原料の横方向移送ステップは、前記原料の移送を監視し、それに呼応して前記原料の横方向移送を調整するように適合された制御システムによって動作および制御されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 前記制御システムは、前記ガス化装置内に設置された原料高さセンサによって前記移送を監視することを特徴とする請求項８に記載の方法。

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