JP2011513517A - Multi-zone carbon conversion system using plasma melting - Google Patents
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Abstract
加工原料を合成ガスとスラグに変換するマルチゾーン型炭素変換装置は、プラズマ熱を利用して灰を溶融スラグへと溶かし、かつ/またはスラグを溶融状態に保つ、スラグゾーンと連絡を取り合う炭素変換ゾーンを含む室から成り、提供される。炭素変換ゾーンとスラグゾーンは、二つのゾーン間での物質移動を制限ないし防止する障壁として機能する、ゾーン間領域により隔離される。スラグゾーンからのプラズマ熱伝達に作用して、ゾーン間領域で、灰から溶融スラグへの初期溶融がもたらされることもある。 A multi-zone carbon converter that converts processing raw materials into synthesis gas and slag, which uses plasma heat to dissolve ash into molten slag and / or keeps the slag in a molten state, carbon conversion in communication with the slag zone Consisting of a chamber containing zones. The carbon conversion zone and the slag zone are separated by an inter-zone region that acts as a barrier to limit or prevent mass transfer between the two zones. Acting on the plasma heat transfer from the slag zone, there may be an initial melting from ash to molten slag in the inter-zone region.
Description
この発明は、炭素質原料のガス化にかかわっており、特にマルチゾーン型炭素変換装置に関するものである。 The present invention relates to gasification of a carbonaceous raw material, and particularly relates to a multi-zone type carbon conversion device.
ガス化とは、都市固形廃棄物(MSW)や石炭などの炭素質原料を可燃性ガスに変換することを可能にするプロセスである。発生したガスは、発電や水蒸気生成に利用できる他、化学製品や液体燃料の基本原材料として使用することもできる。
このガスの想定される利用法には、以下のものが含まれる。(イ)ボイラーで燃焼し水蒸気を生成し、内部処理の他外的用途や、蒸気タービン発電に利用。(ロ)ガスタービンまたはガスエンジンで直接燃焼し、発電に利用。(ハ)燃料電池。(ニ)メタノールやその他の液体燃料の生産。(ホ)プラスチックや肥料などの化学製品の原料。(ヘ)水素と一酸化炭素を抽出してそれぞれ産業用燃料ガスとして利用。(ト)その他の工業的用途。
Gasification is a process that allows carbonaceous raw materials such as municipal solid waste (MSW) and coal to be converted into combustible gases. The generated gas can be used for power generation and steam generation, and can also be used as a basic raw material for chemical products and liquid fuel.
Possible uses of this gas include: (B) Combustion with a boiler to generate water vapor, which is used for internal processing and other external uses and steam turbine power generation. (B) Direct combustion in a gas turbine or gas engine for power generation. (C) Fuel cell. (D) Production of methanol and other liquid fuels. (E) Raw materials for chemical products such as plastics and fertilizers. (F) Extract hydrogen and carbon monoxide and use them as industrial fuel gases. (G) Other industrial uses.
通常ガス化プロセスでは、加熱された容器(ガス化装置)に炭素原料を、酸素適量(定量または少量、あるいはその両方)と、場合により水蒸気と共に送り込む。酸素を過供給してCO2、H2O、SOx、NOxを生成する焼却や燃焼と違い、ガス化プロセスではCO、H2、H2S、NH3の混成による生ガスを生成する。浄化後、ガス化により得られる主要成分で有用なものはH2とCOである。
原料として有効なものに、都市廃棄物や産業活動から出た廃棄物の他、生物医学的廃棄物、下水、スラッジ、石炭、重油、石油、コークス、製油所の重質残さ、製油所廃棄物、炭化水素汚染土、バイオマス、農業廃棄物、タイヤ等の有害廃棄物等がある。原料の素性により、揮発性物質はH2O、H2、N2、O2、CO2、CO、CH4、H2S、NH3、C2H6の他、アセチレン類、オレフィン類、芳香族、タール類、炭化水素液類(油類)、チャー(カーボンブラック、灰)等の不飽和炭化水素を含むことがある。
In a normal gasification process, a carbon raw material is fed into a heated container (gasifier) together with an appropriate amount of oxygen (a fixed amount or a small amount, or both) and, optionally, steam. Unlike incineration and combustion in which oxygen is oversupplied to produce CO 2 , H 2 O, SOx, and NOx, the gasification process produces a raw gas by mixing CO, H 2 , H 2 S, and NH 3 . Useful main components obtained by gasification after purification are H 2 and CO.
In addition to municipal waste and industrial waste, biomedical waste, sewage, sludge, coal, heavy oil, petroleum, coke, refinery heavy residue, refinery waste , Hydrocarbon-contaminated soil, biomass, agricultural waste, and hazardous waste such as tires. Depending on the nature of the raw materials, volatile substances are H 2 O, H 2 , N 2 , O 2 , CO 2 , CO, CH 4 , H 2 S, NH 3 , C 2 H 6 , acetylenes, olefins, It may contain unsaturated hydrocarbons such as aromatics, tars, hydrocarbon liquids (oils), and char (carbon black, ash).
原料が加熱されるに当り、まずは水分が放出される。乾燥原料の温度が上昇するにつれ、熱分解が起こる。原料は、熱分解によりタール類、フェノール類、軽揮発性炭化水素ガス類を放出し、チャーに変換される。
チャーは、有機物・無機物からなる固形残さ物である。熱分解後に残るチャーは乾燥原料よりも炭素密度が高く、活性炭の供与源となることがある。高温(1,200℃超)で動作するガス化装置や高温域を擁するシステムでは、無機鉱物が融合またはガラス化して、スラグという溶融ガラスに似た物質を形成する。
スラグは融合し、ガラス化した状態にあるため通常無害と判定され、無害物質として埋立地に廃棄したり、原鉱や道床その他の建設材として販売することができる。加熱に要する燃料が多大な無駄であること、さらには有用な合成ガスや固体材料に変換できる物質を残留廃棄物として処分してしまうことも無駄であることから、焼却により廃棄物を処分することは以前に比べて望ましくなくなっている。
When the raw material is heated, first, moisture is released. As the temperature of the dry ingredients increases, pyrolysis occurs. The raw material is converted into char by releasing tars, phenols and light volatile hydrocarbon gases by thermal decomposition.
Char is a solid residue made of organic and inorganic substances. The char remaining after pyrolysis has a higher carbon density than the dry raw material and may be a source of activated carbon. In a gasifier operating at a high temperature (above 1,200 ° C.) or a system having a high temperature region, inorganic minerals are fused or vitrified to form a material similar to molten glass called slag.
Since slag is fused and vitrified, it is usually judged harmless, and can be discarded as a harmless substance in landfills or sold as raw ore, roadbed or other construction materials. Dispose of waste by incineration because the fuel required for heating is wasteful, and it is also wasteful to dispose of useful syngas and substances that can be converted into solid materials as residual waste. Is less desirable than before.
この発明の目的は、加工原料を合成ガスとスラグに変換するマルチゾーン型炭素変換装置を提供することである。本発明の一側面に従い、マルチゾーン型炭素変換装置を提供する。それは、炭素変換ゾーンと、それと連絡を取り合う、灰を溶融させたりスラグを融解した状態に保つためのスラグゾーンを設けたものである。炭素変換ゾーンは加工原料供給口を1つまたは複数、合成ガス排出口を1つまたは複数、加熱空気供給口を1つ持ち、スラグゾーンはプラズマ熱源とスラグ排出口を持つ。炭素変換ゾーンとスラグゾーンの間には、インターゾーンとも呼ばれるゾーン間領域がある。これは、炭素変換ゾーンとスラグゾーンの間の物質移動を制限ないし防止するための障壁として機能する。 An object of the present invention is to provide a multi-zone carbon conversion device that converts a processing raw material into synthesis gas and slag. According to one aspect of the present invention, a multi-zone carbon conversion device is provided. It is provided with a carbon conversion zone and a slag zone in contact with it to melt the ash and keep the slag molten. The carbon conversion zone has one or more processing material supply ports, one or more synthesis gas discharge ports, and one heated air supply port, and the slag zone has a plasma heat source and a slag discharge port. Between the carbon conversion zone and the slag zone, there is an inter-zone region also called an inter zone. This functions as a barrier to limit or prevent mass transfer between the carbon conversion zone and the slag zone.
本発明の他の側面に従い、加工原料を合成ガスとスラグに変換するためのマルチゾーン炭素変換装置を提供する。この装置は、相互に連絡を取り合う炭素変換ゾーンとスラグゾーンを持つ容器を擁し、その各ゾーンはゾーン間領域(インターゾーン)によって隔離される。炭素変換ゾーンは、供給源から加工原料を得るための加工原料供給口、合成ガス排出口、加熱空気供給口を持つ。インターゾーンとも呼ばれるゾーン間領域は、ゾーン間領域(インターゾーン)を部分的または断続的に塞ぐことで炭素変換ゾーンとスラグゾーンの間の物質移動を制限する障壁と、オプションとして開始初期に灰を溶融させるための熱伝達要素よりなる。スラグゾーンはプラズマ熱源とスラグ排出口を持つ。炭素変換ゾーンでは加工原料が合成ガスと灰に変換され、ゾーン間領域(インターゾーン)、またはスラグゾーンでプラズマ熱源からの加熱により、もしくはその双方で灰が溶融スラグに変換される。 In accordance with another aspect of the present invention, a multi-zone carbon conversion device for converting processing raw materials into synthesis gas and slag is provided. This device comprises a container with a carbon conversion zone and a slag zone in communication with each other, each zone being separated by an inter-zone region (interzone). The carbon conversion zone has a processing raw material supply port for obtaining a processing raw material from a supply source, a synthesis gas discharge port, and a heated air supply port. The interzone zone, also called the interzone, is a barrier that restricts mass transfer between the carbon conversion zone and the slag zone by partially or intermittently blocking the interzone zone (interzone), and optionally ash at the beginning of the start. It consists of a heat transfer element for melting. The slag zone has a plasma heat source and a slag outlet. In the carbon conversion zone, the processing raw material is converted into syngas and ash, and the ash is converted into molten slag in the inter-zone region (interzone), or in the slag zone by heating from the plasma heat source, or both.
この現発明の具体例は、これより例を用いてのみ、以下の様に添付の図を参照することにより今説明される:
発明の詳しい記述
定義
以下使用される技術的、科学的用語はこの発明に関わる一般的な技術者によって普通に理解されるものと同様の意味を示すもととする。
ここに使用される“加工原料”という用語は、以下のものを含む。それらは、チャー、不揮発性炭素や灰成分を伴う低/超低揮発性の原料、炭素質原料ガス化や熱分解プロセスからの副産物、炭素質原料の不完全燃焼から得られる産物、或いは、ガス調整、及びプラズマトーチからの熱源インプットを伴う清浄システムにより収集される固形物などである。
Detailed description of the invention
DEFINITIONS Technical and scientific terms used below shall have the same meaning as commonly understood by the general engineer involved in the present invention.
The term “processing raw material” as used herein includes: They are char, low / ultra low volatility raw materials with non-volatile carbon and ash components, by-products from carbonaceous raw material gasification and pyrolysis processes, products obtained from incomplete combustion of carbonaceous raw materials, or gas Such as solids collected by a cleaning system with conditioning and heat source input from the plasma torch.
ここに使用される“合成ガス”という言葉は、熱価値を持つガス状の物質に燃料を保つ炭素のガス化によって発生する多様な量の一酸化炭素や水素を持つガスの混合物と定義する。合成ガスは主に一酸化炭素、二酸化炭素、水素から成り、天然ガスの半分以下のエネルギー密度を持つ。合成ガスは可燃性であり、しばしば燃料源、あるいは、他の化学物質を生産する中間物質として使用される。
“加工合成ガス”は、プラズマ熱ガスの精製・再考案化を用いて精製されたか、再考案化された合成ガスである。
The term “syngas” as used herein is defined as a mixture of gases with various amounts of carbon monoxide and hydrogen generated by the gasification of carbon that keeps the fuel in a gaseous substance with thermal value. Syngas consists mainly of carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen, and has an energy density less than half that of natural gas. Syngas is flammable and is often used as a fuel source or intermediate for producing other chemicals.
“Processing synthesis gas” is a synthesis gas that has been purified or re-invented using plasma hot gas purification and re-invention.
以下に使用される“感知エレメント”という言葉は、ある工程、工程デバイス、工程インプット、工程アウトプットの特性を感知するために設定されたシステムの全てのエレメントと定義される。そこでは、そのような特性はそのシステムの一つ以上の地域、領域、或いは世界の工程を監視し、統制し、取り締まるために使用可能な特性価値として表現されるかもしれない。このシステムのコンテクストにあると考えられる感知エレメントは、それに限定される訳ではないが、以下のものを含むとすることが出来る。それらは、センサー類、探知機類、モニター類、分析器類等の他、工程プロセス、燃料あるいは物質温度、圧力、フロー、合成状態 その他の特性、そして、そのシステム上のいかなるポイントでの物質の状態と作用、また、そのシステム上でのいかなる工程デバイスの作動特性の感知を目的とする如何なる組み合わせも含むであろう。上記の感知エレメントの例は、それぞれがそのシステム上では重要なのであるが、近年の発明開示の中では取り立てて重要ではないかもしれないということは一般の技術者により理解されていくであろう。並びに、ここで感知エレメントとして認識されたエレメントそのものは限定されるべきものではなく、また、これらの例に照らし合わせて不適切に解釈するべきでもない。 The term “sensing element” as used below is defined as all elements of a system configured to sense the characteristics of a process, process device, process input, and process output. There, such characteristics may be expressed as characteristic values that can be used to monitor, control, and enforce one or more regional, regional, or global processes of the system. Sensing elements considered to be in the context of this system may include, but are not limited to: They include sensors, detectors, monitors, analyzers, etc. as well as process processes, fuel or material temperature, pressure, flow, synthesis state and other properties, and the substance at any point on the system. It may include any combination aimed at sensing the state and action, as well as the operational characteristics of any process device on the system. It will be appreciated by those of ordinary skill in the art that the above examples of sensing elements are each important on the system, but may not be important in recent invention disclosures. Also, the elements themselves recognized as sensing elements here should not be limited, nor should they be interpreted inappropriately in light of these examples.
ここで使用される“応答エレメント”は、前もって決められていたり、計算済みであったり、固定ないしは調整可能なコントロールパラメーターを伴い、工程デバイスを効力をもって作動させる為に知覚された特性に反応するよう設定されたシステムの全てのエレメントを描写する為に明確にされている。そこでは、一つ又は複数のコントロールパラメーターが、望ましい工程結果をもたらす為に明確にされている。このシステムのコンテクストのなかで考えられている応答エレメントは、それに限定されないが、静的でプリセットであるか、またはダイナミックに変化するドライバーであったり、パワー源や作動を伝達するために設定されたその他のエレメントを指すといえるであろう。そして、それは一つ又は複数のコントロールパラメーターを元にした装置に対して機械的、空気力学的、水力学的、或いはそれぞれのコンビネーションであるかもしれない。一つ又は複数の応答エレメントが共に作用するかもしれないが、このシステムのコンテクストの中で考えられる工程デバイスは、以下に限られるわけではないが、物質また或いは原料のインプット手段、プラズマ熱源のような熱源、付加的インプット手段、様々なガス排出器類又はガス循環デバイス、様々なガスフロー又は圧力調整装置、そして、その他このシステムのコンテクストの中でいかなる地域的、領域的、世界的のプロセスに影響を与えるべく作用するその他の工程デバイスが含まれるといってよいだろう。上記の応答エレメントの例は、それぞれがそのシステム上では重要なのであるが、近年の発明開示の中では取り立てて重要ではないかもしれないということは一般の技術者により理解されていくであろう。並びに、ここで応答エレメントとして認識されたエレメントそのものは限定されるべきものではなく、また、これらの例に照らし合わせて不適切に解釈するべきでもない。 The “response element” used here is a pre-determined, calculated, or fixed or adjustable control parameter that responds to perceived characteristics to effectively operate the process device. Clarified to depict all elements of the configured system. There, one or more control parameters are specified to produce the desired process result. Response elements considered within the context of this system include, but are not limited to, static, preset, or dynamically changing drivers, or configured to convey power sources and actions It can be said that it refers to other elements. And it may be mechanical, aerodynamic, hydraulic, or a combination of each for a device based on one or more control parameters. Although one or more response elements may work together, possible process devices in the context of this system are not limited to the following, such as material or raw material input means, plasma heat sources, etc. Heat source, additional input means, various gas evacuators or gas circulation devices, various gas flow or pressure regulators, and any other regional, regional and global processes within the context of this system It can be said that other process devices that act to influence are included. It will be appreciated by those skilled in the art that the above examples of response elements are each important on the system, but may not be important in recent invention disclosures. In addition, the elements recognized as response elements here should not be limited, nor should they be construed inappropriately in light of these examples.
このシステムの概観
図1を参照すると、加工原料を、合成ガスと不活性のスラグ物質に変換するマルチゾーン型炭素変換装置が提供されている。マルチゾーン型炭素変換装置は、耐熱性物質が並ぶ容器を構成している。そしてその容器は、加工原料を受け取る1つまたは複数の供給口、1つ又は数の排出口、1つのスラグ排出口、加工原料を合成ガスと灰とに変換するのを促進する空気供給口、そして、灰を溶解してスラグにするのに必要な熱と随意で蒸気させ、或いは付加的な産物を加工するためのプラズマ熱源を保持している。オプションとして、加工原料は変換装置に供給される前に前処理(均質化、すりつぶし、寸断また或いは粉末化)が施してある。特に、マルチゾーン型炭素変換装置は、第1ゾーンとスラグゾーンと連絡する第1ゾーンと炭素変換ゾーンを構成し、残余の事実上無炭素の固形物質を溶解スラグに溶かし、スラグを溶解状態に保つという目的を持つ。その炭素変換ゾーンとスラグゾーンは、インターゾーン領域か、或いはその2つのゾーン間での物質の動きを限定したり、制限したりする障壁を構成するインターゾーンに分断されていて、また、ある形態では残余の事実上無炭素の固形物質(例えば、灰)を溶解状態する初期溶解を提供するかもしれない。
Overview of the System Referring to FIG. 1, there is provided a multi-zone carbon converter that converts process feedstock into synthesis gas and inert slag material. The multi-zone carbon conversion apparatus constitutes a container in which heat-resistant substances are arranged. And the container may include one or more supply ports for receiving the processed raw material, one or more outlets, one slag discharge port, an air supply port that facilitates converting the processed raw material into synthesis gas and ash, It then holds the heat necessary to melt the ash into slag and optionally steam, or a plasma heat source for processing additional products. Optionally, the processed raw material is pretreated (homogenized, ground, shredded or pulverized) before being fed to the converter. In particular, the multi-zone type carbon conversion device comprises a first zone and a carbon conversion zone that communicate with the first zone and the slag zone, and dissolves the remaining substantially carbon-free solid material in the dissolved slag, thereby bringing the slag into a dissolved state. With the purpose of keeping. The carbon conversion zone and the slag zone are divided into interzone regions or interzones that constitute barriers that limit or limit the movement of materials between the two zones, and some forms It may then provide an initial dissolution that dissolves the remaining virtually carbon-free solid material (eg, ash).
現在のマルチゾーン型炭素変換装置はオプションで炭素原料から加工原料を生成するシステムと共同して使われる。例えば、マルチゾーン型炭素変換装置(10)は、低温ガス化装置(15)(図2と4を参照の事)から加工原料を得る事ができる。そのような状況では、マルチゾーン型炭素変換装置は、ガス化プロセス(例えば、炭素変換)の第3ステージは、マルチゾーン型炭素変換装置の中で事実上完了しているという意味で、ガス化装置の延長であると考えられるかもしれない。
一般に、炭素原料のガス化は3つのステージ、とりわけ、乾燥ステージ、揮発ステージ、チャーより灰(または炭素)への変換ステージに細分化できる。
Current multi-zone carbon converters are optionally used in conjunction with a system that generates processing raw materials from carbon raw materials. For example, the multi-zone carbon conversion device (10) can obtain processing raw materials from the low-temperature gasification device (15) (see FIGS. 2 and 4). In such a situation, the multi-zone carbon converter is gasified in the sense that the third stage of the gasification process (eg, carbon conversion) is virtually complete in the multi-zone carbon converter. It may be considered an extension of the device.
In general, the gasification of a carbon feedstock can be subdivided into three stages, in particular, a drying stage, a volatilizing stage, and a char to ash (or carbon) conversion stage.
第1ステージ:物質の乾燥
ガス化プロセスの最初のステージは乾燥であり、それは主に25℃と400℃の間で起こる。いくらかの揮発とチャーより灰への変換はこれらの低温状態でも生じるかもしれない。
第2ステージ:物質の揮発
ガス化プロセスの2番目のステージは乾燥であり、それは主に400℃と700℃の間で起こる。いくらかの炭素変換(チャーから合成ガス)と同様に揮発作用の少量(残り)はまたこの温度で生じるであろう。
第3ステージ:チャーより灰の変換
炭素変換のガス化プロセスの3番目のステージは600℃と1000℃の間の温度域で起こる。少量(残り)の揮発はこの温度で生じるであろう。このステージ後には、主要な物質は事実上非炭素固形残留物(灰)と合成ガスである。灰の密集を避ける為に、この温度域での最高温度は約950℃を超えてはならない。
ガス化の際、希望通りの合成ガス物質の産出を増大させるために、炭素原料を希望通りのガス物質に変換することを最大化する必要がある。それゆえ、マルチゾーン型炭素変換装置は、合成ガスとスラグ物質の回収を促す一方で、加工原料の中にある得られる残りの炭素を合成ガスへと完全に変換するのを可能にするシステムを提供する。マルチゾーン型炭素変換装置は、従って、付加の熱風もまた供給し、オプションとして、炭素を希望通りの合成ガスへと変換するのを促進するために、例えば蒸気、また或いは、濃炭素ガス、また或いは炭素などの添加物を加工し供給する。
マルチゾーン型炭素変換装置は、さらにまた、残存無機物質(例えば、灰)をガラス状の固体やスラグに完全変換するのを促進するためにプラズマ熱を提供する。
First stage: The first stage of the material dry gasification process is drying, which occurs mainly between 25 ° C and 400 ° C. Some volatilization and char to ash conversion may also occur at these low temperatures.
Second stage: The second stage of the volatile gasification process of the material is drying, which occurs mainly between 400 ° C and 700 ° C. As with some carbon conversion (char to syngas), a small amount of volatility (remaining) will also occur at this temperature.
Third stage: Char to ash conversion The third stage of the gasification process of carbon conversion occurs in the temperature range between 600 ° C and 1000 ° C. Small amounts (remaining) volatilization will occur at this temperature. After this stage, the main substances are virtually non-carbon solid residue (ash) and synthesis gas. To avoid ash crowding, the maximum temperature in this temperature range should not exceed about 950 ° C.
During gasification, it is necessary to maximize the conversion of the carbon feedstock to the desired gas material in order to increase the production of the desired syngas material. Therefore, the multi-zone carbon conversion system facilitates the recovery of synthesis gas and slag material, while providing a system that allows complete conversion of the remaining carbon in the process feed to synthesis gas. provide. The multi-zone carbon converter therefore also supplies additional hot air and optionally, for example, steam, or rich carbon gas, or to facilitate the conversion of carbon to the desired synthesis gas. Or, processing and supplying additives such as carbon.
Multi-zone carbon converters also provide plasma heat to facilitate complete conversion of residual inorganic material (eg, ash) to glassy solids or slag.
マルチゾーン型炭素変換装置は、耐熱カバーの容器からなるが、その容器は以下のものから構成されている。(イ)合成ガス排出口、(ロ)熱空気吸入口、(ハ)スラグ排出口、(二)プラズマトーチなどのプラズマ熱源のための一つ又は複数のポート、(ホ)オプションで一つ又は複数の加工付加吸入口やポート。マルチゾーン型炭素変換装置は、またオプションで動作パラメーターを監視するためや、変換反応を最適化するために変換装置内の作動状態を調整するための制御サブシステムとして機能する。
感知エレメントと応答エレメントは、変換装置の中で統合されており、応答エレメントは感知エレメントから得られるデータに従って、変換装置の中で作動状況を調節する。
マルチゾーン型炭素変換装置は、残存固形物質(例えば灰)を溶解するため、また或いは、溶解状態にスラグを維持するために、第2ゾーン或いはスラグゾーンと連絡する第1ゾーン又は炭化変換ゾーンを構成する。炭素変換ゾーンとスラグゾーンの間には、インターゾーンとも呼ばれるゾーン間領域がある。これは、2つのゾーン間の物質移動を導いたり或いは制限するための障壁として機能する。そのゾーン間領域とインターゾーンは、オプションとして、残存する事実上無炭素の固形物質(例えば灰)を溶融スラグに溶かす初期溶解をもたらしたり、また或いは、空気の拡散や混合を促進する。
The multi-zone type carbon conversion apparatus is composed of a heat-resistant cover container, which is composed of the following. (B) Synthetic gas outlet, (b) Hot air inlet, (c) Slag outlet, (ii) One or more ports for plasma heat sources such as plasma torches, (e) Optional or Multiple processing inlets and ports. The multi-zone carbon converter also serves as a control subsystem for optionally monitoring operating parameters and adjusting the operating conditions within the converter to optimize the conversion reaction.
The sensing element and the response element are integrated in the conversion device, and the response element adjusts the operating status in the conversion device according to the data obtained from the sensing element.
The multi-zone carbon conversion device includes a first zone or carbonization conversion zone that communicates with the second zone or slag zone to dissolve residual solid material (eg, ash) and / or to maintain the slag in a dissolved state. Constitute. Between the carbon conversion zone and the slag zone, there is an inter-zone region also called an inter zone. This serves as a barrier to guide or limit mass transfer between the two zones. The inter-zone region and the inter-zone optionally provide an initial dissolution that dissolves the remaining virtually carbon-free solid material (eg, ash) into the molten slag, or promotes air diffusion and mixing.
図3は、マルチゾーン型炭素交換装置(10)の1つの具体例を図式で描写したものである。マルチゾーン型炭素交換装置(10)は、加工原料供給口(20)を耐熱カバーの容器(15)の炭素変換ゾーン(11)につなげて作られている。そこでは、熱空気供給口(35)が、加工原料のうちで未到着の炭素を合成ガスに転化させる。残存する事実上無炭素の固形物質(例えば灰)は、溶解スラグ物質に転化されるが、それはゾーン間領域で生じるか、或いはインターゾーン及び、直接また間接的に(熱転移エレメントを通して)プラズマ熱の効用を持つスラグゾーンで生じる。オプションとして、ゾーン間領域やインターゾーンの障壁は、熱転移エレメントとしてプラズマ熱源を残存固形物質(例えば灰)へ転化させたり、それにより初期溶解に作用したりする役割を持つ。ゾーン間領域やインターゾーンはさらにプラズマ熱を効率的に転化させるために付加的な熱転移エレメントを構成するかもしれない。溶融スラグ物質は、マルチゾーン型炭素交換装置のスラグゾーンからの生産物であり、冷却のために最適なスラグ冷却サブシステムへと通過する。合成ガスは変換装置からの産出物あり、オプションとして、メインのガス化容器に戻され、そこではメインのガス化プロセスからのガス物質と組み合わされるか、或いはさらに流されて加工されるか、貯蓄タンクに蓄積されるかである。
マルチゾーン型炭素交換装置に送り込まれる投入物としての加工原料は、多様な物質が源となる。それは、炭化原料ガス化の副産物からであったり、炭素燃料の不完全燃焼から得られる熱分解処理物であったり、或いは、プラズマトーチからの熱源物とともに、ガス調整したり洗浄したりして得られる固形物だったりする。
FIG. 3 is a graphical depiction of one specific example of a multi-zone carbon exchange device (10). The multi-zone type carbon exchange device (10) is made by connecting a processing raw material supply port (20) to a carbon conversion zone (11) of a heat-resistant cover container (15). There, the hot air supply port (35) converts unarrived carbon of the processing raw material into synthesis gas. The remaining virtually carbon-free solid material (eg, ash) is converted to dissolved slag material, which occurs in the interzone region, or in the interzone and directly or indirectly (through the heat transfer element) Occurs in slag zones with the utility of Optionally, interzone zones and interzone barriers serve as heat transfer elements to convert the plasma heat source into residual solid material (eg, ash) and thereby affect initial dissolution. The inter-zone region and inter-zone may further constitute additional heat transfer elements to efficiently convert the plasma heat. The molten slag material is the product from the slag zone of the multi-zone carbon exchanger and passes to the optimal slag cooling subsystem for cooling. Syngas is the output from the converter and is optionally returned to the main gasification vessel where it is combined with the gas material from the main gasification process or further flowed to be processed or saved. It is accumulated in the tank.
A variety of materials are used as raw materials for processing as inputs to the multi-zone type carbon exchange apparatus. It can be obtained from by-products of carbonization raw material gasification, pyrolysis-treated products obtained from incomplete combustion of carbon fuel, or obtained by adjusting the gas or washing together with heat source materials from the plasma torch. It can be a solid.
マルチゾーン型炭素交換装置は、炭素変換や残存する事実上無炭素(例えば灰)の溶解を連続的に促進することにより、合成ガスやスラグの生産を促進する。これは、炭素交換が、残存する事実上無炭素(例えば灰)が、より高温域にさらされる前に一定の温度下で起こることを可能にさせる事により達成される。マルチゾーン型炭素交換装置は、溶解物のなかに閉じ込められた幾らかの炭素を最小限にするか取り除く。
特に、炭素変換プロセスは、適正な水準の酸素を加工原料に与えることから成り、また、加工原料の温度が、加工原料を炭素変換ゾーンの特定の環境にさらすことにより、その加工原料の中の炭素を合成ガスに変質するのに必要なレベルにまで引き上げることで構成される。その変換プロセスで作られた合成ガスは、ガス排出口を通ってその容器から出る。
Multi-zone carbon exchange equipment promotes the production of synthesis gas and slag by continuously promoting carbon conversion and dissolution of the remaining virtually carbon-free (eg, ash). This is accomplished by allowing carbon exchange to occur at a constant temperature before remaining carbon free (eg, ash) is exposed to higher temperatures. A multi-zone carbon exchange device minimizes or removes some carbon trapped in the melt.
In particular, the carbon conversion process consists of providing the processing material with the proper level of oxygen, and the temperature of the processing material is exposed to the specific environment of the carbon conversion zone by exposing the processing material to the specific environment of the carbon conversion zone. It consists of raising carbon to the level necessary to transform it into synthesis gas. Syngas produced in the conversion process exits the container through a gas outlet.
作られた合成ガスは、重金属と微粒子汚染物質を含有するかもしれない。従って、ある形態において、マルチゾーン型炭素交換装置は、さらにオプションで、ダウンストリームアプリケーションのために必要な残留ガスを冷却し調節するためのガス調節サブシステムを構成する。或いは、マルチゾーン型炭素交換装置は、後続のガス調節、また或いはガス貯蔵システムと連結している場合もある。
加工原料の基点は、これに限ったものではないが、低温/高温ガス化装置、又は、熱分解器、そして、留物を貯蔵する箇所にあるホッパーであったり、或いは、例えばバグハウス・フィルターや集塵器のような、ガス調整システムの中にある微粒子質分離器であり得る。マルチゾーン型炭素交換装置は、直接または間接的に加工原料の基点と連結している。この加工原料は、連続的/断続的に、加工原料の基点から適度に調整された排出口や運搬媒介を通過して、容器の加工原料注入口へと運ばれ、この時それは、システムの必要条件と取り除くべき副産物のタイプに従って熟練者により確認されるであろう。オプションとして、加工原料はその容器に投入される前に前処理される。前処理は、同質化、すりつぶし、粉末化、寸断化、原資分断、或いは、メタル除去、などが含まれるが、これに限ったものではない。
The produced synthesis gas may contain heavy metals and particulate contaminants. Thus, in one form, the multi-zone carbon exchange device further optionally constitutes a gas conditioning subsystem for cooling and regulating the residual gas required for downstream applications. Alternatively, the multi-zone carbon exchange device may be coupled to a subsequent gas conditioning or gas storage system.
The starting point of the processing raw material is not limited to this, but it may be a low-temperature / high-temperature gasifier, a pyrolyzer, and a hopper at a location for storing a distillate, or a baghouse filter, for example. Or a particulate separator in a gas conditioning system, such as a dust collector. The multi-zone type carbon exchange apparatus is directly or indirectly connected to the base point of the processing raw material. This raw material is conveyed continuously / intermittently from the raw material's origin through a moderately adjusted outlet and transport medium to the container's raw material inlet, at which time it is necessary for the system. It will be confirmed by a skilled worker according to the conditions and type of by-product to be removed. Optionally, the processing ingredients are pretreated before being charged into the container. Pretreatment includes, but is not limited to, homogenization, grinding, powdering, slicing, source fragmentation, or metal removal.
例えば、約1200℃から約1800℃の温度で溶融スラグは、マルチゾーン型炭素交換装置から連続的に産出され、その後、固形スラグ物質を形成するため冷却される。
そのようなスラグ物質は、埋立地に廃棄されるか、または、更に一般的用途のために砂利状に粉砕されるかもしれない。代わって、溶解スラグは、インゴット、レンガ、タイル、又は類似の建設用資材を鋳造する為に型に注入されることもできる。その出来上がったスラグ物質は、コンクリートへの補充的セメント物質として、軽量砂利、及びミネラルウールの製造やフォームガラスの生産において、そして包装資材の発展の場においても利用されるであろう。
さらに、マルチゾーン型炭素交換装置は、溶解スラグを冷却して固形状態にするサブシステムも含んでいる。そのスラグ冷却サブシステムは、要求に見合ったフォーマットで冷却されたスラグ物質を適切に許容できるように提供されている。
For example, molten slag is continuously produced from a multi-zone carbon exchanger at a temperature of about 1200 ° C. to about 1800 ° C. and then cooled to form a solid slag material.
Such slag material may be discarded in landfills or crushed into gravel for further general use. Alternatively, the molten slag can be injected into a mold to cast ingots, bricks, tiles, or similar construction materials. The resulting slag material will be utilized as a supplemental cement material for concrete, in the production of lightweight gravel and mineral wool, foam glass, and in the development of packaging materials.
Further, the multi-zone carbon exchange device also includes a subsystem that cools the molten slag to a solid state. The slag cooling subsystem is provided to adequately tolerate slag material cooled in a format that meets the requirements.
マルチゾーン型炭素交換装置はまた、オプションとして、その炭素変換と溶解プロセスを管理するためのコントロールシステムを持つ。特に、マルチゾーン型炭素交換装置は、そのシステムの作動パラメーターに対する感知エレメント、及び、変換プロセスを管理するシステムの中でその作動状況を調整するための応答エレメントを併せ持ち、そこでは、応答エレメントが、感知エレメントから得られたデータに基づいて、そのシステムの中で作動状況を調整し、それによって効率的に、完全な炭素変換と溶解が促進されている。調整可能な作動パラメーターは、例として以下のものが含まれる。それらは、プラズマ熱レート(力)と位置、加工原料レート、空気そして、又は蒸気、そして又は濃炭素ガス、そして又は炭素含有ガスインプット、そして又は、炭素インプットなどである。
マルチゾーン型炭素交換装置
新たに図3を参照すると、マルチゾーン型炭素交換装置(10)は、最初のエンド(加工原料供給口エンドと第2のエンド(スラグ排出口エンド)を併せ持つ耐熱カバーされた容器(15)から構成させている。その変換器は以下のものから構成されている。それらは、加工原料供給口(20)、合成ガス排出口(25)とスラグ排出口(30)、プラズマ熱源(40)、熱空気供給口(35)、1つまたは複数の付加供給口群(図には無し)があり、またオプションとしてコントロールシステムがある。
さらに、図4では、メインのガス化容器と関連する代表的なマルチゾーン型炭素交換装置が図解で描写されている。マルチゾーン型炭素交換装置(10)は、加工原料供給口(20)が炭素変換ゾーン(11)に繋がっていて、そこでは、熱空気供給口(35)が、加工原料を合成ガスや残存する実質無炭素固体(例えば灰)に転化させている。 合成ガス物質は合成ガス排出口(25)を通じて排出される。残存固形物質(例えば灰)は、間接的に(例えば、熱転化エレメントの使用を通して)、或いはプラズマ熱の直接的な適用を通して、ゾーン間領域、或いはインターゾーン(12)、そして又は、スラグゾーン(13)でスラグに溶かされる。溶融スラグ物質は、スラグゾーンでの生産物であり、冷却のためにオプションの冷却サブシステムに送られる。その容器からの合成ガス生産物は、オプションでメインのガス化容器に送り戻され、そこでは、メインのガス化プロセスからのガス状物質と混ぜ合わされるか、ないしは後続過程か、貯蔵システムに送られる。
The multi-zone carbon exchange device also optionally has a control system to manage its carbon conversion and dissolution process. In particular, the multi-zone carbon exchange device has both a sensing element for the operating parameters of the system and a response element for adjusting its operating status in the system that manages the conversion process, where the response element is: Based on the data obtained from the sensing element, the operating conditions are adjusted in the system, thereby efficiently promoting complete carbon conversion and dissolution. Examples of adjustable operating parameters include the following: They are plasma heat rate (force) and position, process feed rate, air and / or steam, and / or rich carbon gas, and / or carbon-containing gas input, and / or carbon input.
Multizone Carbon Exchanger Referring again to FIG. 3, the multizone carbon exchanger (10) has a heat-resistant cover that has both a first end (processing raw material supply port end and a second end (slag discharge port end). The converter is composed of the following: a processing raw material supply port (20), a synthesis gas discharge port (25) and a slag discharge port (30); There is a plasma heat source (40), a hot air supply port (35), one or more additional supply port groups (not shown), and optionally a control system.
Further, in FIG. 4, a representative multi-zone carbon exchange device associated with the main gasification vessel is depicted schematically. In the multi-zone type carbon exchange device (10), the processing raw material supply port (20) is connected to the carbon conversion zone (11), in which the hot air supply port (35) is used to leave the processing raw material as synthesis gas or residual gas. Converted to a substantially carbon-free solid (eg ash). The synthesis gas material is discharged through the synthesis gas outlet (25). Residual solid material (e.g. ash) can be removed indirectly (e.g., through the use of thermal conversion elements) or through direct application of plasma heat, between zones, or inter-zone (12), and / or slag zones ( 13) is dissolved in slag. The molten slag material is the product in the slag zone and is sent to an optional cooling subsystem for cooling. The syngas product from that vessel is optionally sent back to the main gasification vessel, where it is mixed with gaseous material from the main gasification process, or it is sent to a subsequent process or storage system. .
容器デザインの考察
マルチゾーン型炭素交換装置の容器は、加工原料を合成ガスに加工するために密封、断熱されたスペースを供給し、また、合成ガスが、冷却、精製、その他の後続過程へ続くの通路として備えられ、且つ灰をスラグに加工することを可能にするようデザインされている。その容器のデザインは、2つのゾーンの形成を促し、それらゾーン個々の特定の必要条件に反映する。そのデザインはオプションで、検査、メンテナンス、修理のために、マルチゾーン型炭素交換装置の内部までのアクセスを提供することができうる。図5を参照すると、その容器はオプションで個々のゾーン、ゾーン間領域、或いは個々のゾーンのパーツの交換を容易にするためにフランジ型容器になっている。
マルチゾーン型炭素交換装置は、炭素変換ゾーン、ゾーン間領域或いはインターゾーン、そしてスラグゾーンから構成されている。炭素変換ゾーンは以下の様に利用される:イ)加工原料を供給し調整する、ロ)熱空気を供給し、その加工原料内の無作用な炭素を発熱価と実質無炭素残存を持つ合成ガスへ転化させる、ハ)蒸気や或いは濃炭素ガスのようなオプショナルな加工添加物を供給する、二)その合成ガスと固形残存物を排出する。ゾーン間領域とインターゾーンは、炭素変換ゾーンとスラグゾーンを分離したり、その2ゾーン間の物質の流れを調整するよう設計されており、またオプションとして、プラズマ熱が固形残存物に変化するのに作用することにより固形残存物がスラグに初期溶解するのに備えるようにできる。スラグゾーンは、炭素変換による実質無炭素固形残存物が融解スラグを形成するように(またオプションでいかなる残存炭素もガスに転化するように)、或いは溶解スラグを溶解状態に維持する為に調節する熱を供給するように、さらに溶解スラグとガス物質を適切な場所で排出するように設計されている。オプションとして、さらにスラグゾーンは、溶解スラグの固体化を促す為にスラグ冷却サブシステムを構成するか、またはそれと接続させることが出来る。従って、二つのゾーンを持つ炭素変換装置の容器は、加工原料供給口、熱空気供給口、ガス排出口、スラグ排出口、プラズマ熱源とオプションで一つ又は複数の付加物供給口、などから構成される耐熱式で、一般には垂直的志向の容器である。個々のゾーンの規模を決定するにあたり、その個々のゾーンの機能が考慮される。炭素変換ゾーンでは、出来るだけ多くの炭素がガス相に転化される。スラグゾーンは、灰を完全に溶解するために機能する。炭素変換ゾーンは、作動可能な最高温度でサブ化学量論(SUBSTIOCHOIMETRIC)的環境どどまる一方で、最も多くの量の炭素が転化される時点の空気流入出により測られる。クロスセクションの部分は、必要とされる外見上の速度が基準となるので、作動状態は移動層性ではなく、固定層モードを基盤とする。そのスラグゾーンの寸法は、温度バランスを基礎としたならば、灰がプラズマ熱源からの熱供給物としっかりと溶け合うように高温レベルで維持するために計算される。
Container Design Considerations The multi-zone carbon exchange vessel provides a sealed, insulated space for processing raw materials into syngas, and the syngas continues to cooling, purification, and other subsequent processes. And is designed to allow ash to be processed into slag. The container design encourages the formation of two zones and reflects the specific requirements of each of those zones. The design can optionally provide access to the interior of the multi-zone carbon exchange for inspection, maintenance, and repair. Referring to FIG. 5, the container is optionally a flanged container to facilitate replacement of individual zones, inter-zone regions, or individual zone parts.
The multi-zone type carbon exchange apparatus is composed of a carbon conversion zone, an inter-zone region or inter-zone, and a slag zone. The carbon conversion zone is used as follows: a) Supplying and adjusting processing raw materials, b) Supplying hot air, synthesizing inactive carbon in the processing raw materials with exothermic value and virtually no carbon residue C) convert to gas, c) supply optional processing additives such as steam or concentrated carbon gas, and 2) discharge the synthesis gas and solid residue. The interzone zone and interzone are designed to separate the carbon conversion zone and the slag zone, or to regulate the flow of material between the two zones, and optionally, the plasma heat is transformed into a solid residue. The solid residue can be prepared for initial dissolution in the slag. The slag zone is adjusted so that substantially carbon-free solid residue from carbon conversion forms molten slag (and optionally any residual carbon is converted to gas) or to maintain the dissolved slag in a molten state It is designed to discharge the molten slag and gaseous substances at appropriate locations to supply heat. Optionally, the slag zone can further configure or be connected to a slag cooling subsystem to facilitate solidification of the molten slag. Therefore, the container of the carbon conversion device having two zones is composed of a processing raw material supply port, a hot air supply port, a gas discharge port, a slag discharge port, a plasma heat source, and optionally one or a plurality of additional supply ports. A heat-resistant type, generally a vertically oriented container. In determining the size of an individual zone, the function of that individual zone is considered. In the carbon conversion zone, as much carbon as possible is converted to the gas phase. The slag zone functions to completely dissolve the ash. The carbon conversion zone is measured by the inflow and outflow of air at the point where the most amount of carbon is converted while remaining in a sub-stoichiometric environment at the highest operable temperature. The cross-section portion is based on the apparent speed required, so the operating state is not moving bed but is based on a fixed bed mode. The dimensions of the slag zone are calculated to maintain the ash at a high temperature level so that the ash is intimately melted with the heat supply from the plasma heat source, based on temperature balance.
マルチゾーン型炭素交換装置の容器は、炭素転換と灰加工が効率よく、完全に遂行されるのを確かにするよう設計されており、これらの加工プロセスが効率よく終了するためにエネルギー量の使用を最小限にするという目的がある。従って、その容器を設計する際に考慮されるのは、効率的熱転化、十分な熱温度、滞在時間、溶解スラグフロー、投入残存量、混合物、などの要素の他、そのサイズやその容器の絶縁性である。その容器はまた確実にそれらの加工が安全な方法で遂行されるべく設計されている。従って、マルチゾーン型炭素交換装置は、加工環境を外部環境から隔離するよう設計されている。一般に、その容器は加工原料の基部に近いところの上部エンドが特に炭素交換過程に順応し、スラグ排出口の基部に近いところは特に溶解過程に適用される。
代わって、その容器は、炭素変換ゾーンが中核設定ゾーンであり、スラグゾーンがその炭素交換ゾーンを取り囲んだ状態になるよう設計されている。そのような形態では、炭素交換ゾーンとスラグゾーンの分離は、傾いたフロアを使用することにより、スラグと比較して炭素変換ゾーンを引き上げることにより達成される。
オプションで、その容器は炭素交換ゾーンとスラグゾーンの分離を促進し、容易にするように形造られる。従って、ある形態では、ゾーン間領域とインターゾーンが容器のくびれ部分を形成している(図20参照)。
Multi-zone carbon exchange equipment containers are designed to ensure that carbon conversion and ash processing are performed efficiently and completely, and the amount of energy used to complete these processing processes efficiently. There is a purpose to minimize. Therefore, when designing the container, factors such as efficient thermal conversion, sufficient heat temperature, residence time, dissolved slag flow, residual charge, mixture, etc., as well as its size and container Insulating. The containers are also designed to ensure that their processing is performed in a safe manner. Thus, multi-zone carbon exchange devices are designed to isolate the processing environment from the external environment. In general, the container is particularly adapted for the carbon exchange process at the top end near the base of the processing raw material, and particularly for the dissolution process at the base near the slag outlet.
Instead, the vessel is designed such that the carbon conversion zone is the core setting zone and the slag zone surrounds the carbon exchange zone. In such a form, the separation of the carbon exchange zone and the slag zone is achieved by raising the carbon conversion zone relative to the slag by using an inclined floor.
Optionally, the vessel is shaped to facilitate and facilitate the separation of the carbon exchange zone and the slag zone. Accordingly, in one form, the inter-zone region and the interzone form a constricted portion of the container (see FIG. 20).
物質類
マルチゾーン型炭素交換装置は、耐熱性系の容器であり、必要な固体滞在時間の間に適量の物質を順応できるサイズの内部容積をもっている。
その容器は、典型的に、適度な状態にある物質の幾重もの層で製造されている。例えば、外側の層、或いは外板は、典型的に金属である。さらに、鉄管の温度を下げる為に、内部の耐熱層と外部の金属外版の間に一つ又は複数の断熱層を加えるというのは有益であるかもしれない。スラグ貯蔵部分の外側表面全体の断熱ボードはまた、鉄管の温度を下げるために提供されているといえよう。オプションで、セラミック製の覆いを絶縁物として使用し得る。亀裂することなく耐熱性物質の膨張する余地が必要な際は、セラミック製の覆いなどの圧縮力のある物質は金属の外板に代わって使用できる。その絶縁物質は、もしそれが重要な問題ならば、酸性ガスの液化を避ける為に外板に十分な高温を提供するために選ばれる。しかし、外側の外板の好状態を危うくすることのない高さまでの温度である。
The substance multi-zone type carbon exchange device is a heat-resistant container, and has an internal volume of a size that can accommodate an appropriate amount of substance during the required solid residence time.
The container is typically made of multiple layers of material in a reasonable condition. For example, the outer layer, or skin, is typically metal. Furthermore, it may be beneficial to add one or more thermal insulation layers between the internal heat-resistant layer and the external metal outer plate to reduce the temperature of the iron pipe. It can be said that the insulation board on the entire outer surface of the slag storage part is also provided to lower the temperature of the iron pipe. Optionally, a ceramic covering may be used as the insulator. When there is room for expansion of the refractory material without cracking, a compressible material such as a ceramic covering can be used in place of the metal skin. The insulating material is selected to provide a sufficiently high temperature to the skin to avoid acid gas liquefaction if it is an important issue. However, the temperature is up to a height that does not compromise the good condition of the outer skin.
耐熱性物質は、その容器を高熱や腐食性ガスから保護し、その過程で生じる不必要な熱のロスを最小限にする。その耐熱性物質は、技術者にとってはよく知られた平凡な耐熱性物質であり得るし、また、高温に対しての使用(例えば約1100℃から1800℃の温度)で非加圧反応の状態に適している。耐熱性システムを選ぶ際に考慮されるべき要素は以下のものが含まれるが、それは、イ)磨耗、ロ)侵食と腐食、ハ)適した熱保護/外管の温度の制限、二)耐熱物質の適した寿命などである。適した耐熱物質の例は、高温の燃焼セラミック、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、アルミノケイ酸、立方晶窒化ホウ素、ジルコニウムリン酸塩、ガラスセラミックス、そして、シリカ、アルミナ、クロミア、ティアニアなどを含む高アルミニウム片、などがある。さらに侵食の集積からその容器を守るためには、その容器は、オプションとしても、部分的にも、全体的にも、保護用メンブランで覆われる。そのようなメンブランは、学術的に認知されており、熟練した者であれば、そのシステムの必要に応じて正しいメンブランを簡単に見つけ出す事が出来るであろう。そして、その例として含まれるのが、ソウエレイセン高温メンブラン49番である。 The refractory material protects the container from high heat and corrosive gases, minimizing unnecessary heat loss in the process. The refractory material can be an ordinary refractory material well known to engineers, and can be used in a non-pressurized reaction state at high temperatures (eg, temperatures of about 1100 ° C. to 1800 ° C.). Suitable for Factors to be considered when choosing a heat-resistant system include the following: a) wear, b) erosion and corrosion, c) suitable thermal protection / outer tube temperature limits, and b) heat resistance. Such as a suitable lifetime for the substance. Examples of suitable refractory materials are high temperature combustion ceramics, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminosilicate, cubic boron nitride, zirconium phosphate, glass ceramics, and high aluminum pieces including silica, alumina, chromia, tiania, etc. ,and so on. In addition, to protect the container from erosion build-up, the container is optionally, partially, or entirely covered with a protective membrane. Such membranes are academically recognized and a skilled person can easily find the right membrane according to the needs of the system. Also included as an example is Sowereisen high temperature membrane No. 49.
ある形態では、耐熱性物質は、高密度の層を内側にもつマルチ層設計であり、高温、磨耗、侵食と腐食に耐えられる。高密度物質の外側は、抵抗力は低い特性を持つが、高い断熱性要素を持つ低密度物質である。オプションでは、この層の外側は非常に高い断熱性要素を持つ非常に低い密度のフォーム板物質であり、侵食作用による磨耗にさらられないので使用可能である。マルチ層耐熱性物質で使用される適切な物質は学術的に知られるところである。
ある形態では、マルチ層耐熱性物質は、内的に集まるクロミア層、つまり、中間アルミナ層と外側インスボード層である。
オプションとして、個々それぞれのゾーンと領域にある耐熱性物質は、その容器の中での特定の部分の環境に応じて限定して適用してよいだろう。例えば、容器の底の部分は、実際の温度が高いので濃密な耐熱性物質を使う。更に、スラグゾーンの耐熱性物質はより高い温度に耐性を持つように適用され、スラグが耐熱物質に浸み込むのを防ぎ、それにより耐熱性物質の腐食を軽減するための設計がされているだろう。
In one form, the refractory material is a multi-layer design with a dense layer inside and can withstand high temperatures, wear, erosion and corrosion. The outer side of the high density material is a low density material having a low resistance but a high thermal insulation element. Optionally, the outside of this layer can be used because it is a very low density foam board material with a very high thermal insulation element and is not subject to erosive wear. Suitable materials for use in multi-layer refractory materials are known academically.
In one form, the multi-layer refractory material is an internally gathered chromia layer, ie, an intermediate alumina layer and an outer insboard layer.
Optionally, the refractory material in each individual zone and region may be applied in a limited manner depending on the environment of the particular part within the container. For example, a dense heat-resistant substance is used for the bottom part of the container because the actual temperature is high. In addition, slag zone refractory materials are applied to withstand higher temperatures and are designed to prevent slag from penetrating into refractory materials, thereby reducing refractory material corrosion. right.
その容器の壁は、耐熱性壁や耐熱性固定剤に対してのサポートを組み込むことができる。適切な耐熱サポートや固定剤は学術的にも知られている。
過酷な作動状態のために、この耐熱性物質は定期的なメンテナンスが必要であるであろうと予想される。従って、ある形態では、その容器はフランジが付いていて取り離し出来る上部と下部が提供されており、そこでは、容器の下部(貯蓄器が取り付けられている)が容器の上部から取り外しできる。ある形態では、メンテナンスがし易いように下部分を上部分から落とし出すことが出来る。この形態は、容器の上部とそのシステムのアップストリーム/ダウンストリーム部分との間のいかなる連結部分にも障害をきたすことなく下部を取り外す事ができるよう備えられている。
炭素転換ゾーン
この炭素転換ゾーンは、加工原料の温度をその加工原料中の炭素を加工原料が合成ガスに転換するのに必要なレベルに温度を引き上げることにより達成されるのが、その転換は加工原料を炭素転換ゾーンの特定の環境にさらされる事により成される。この転換プロセスで産出された合成ガスは、ガス排出口を通じて排出される。ある形態では、その合成ガスはガス化容器に押し戻され、そこでメインのガス化プロセスで作られた様々なガスと混ざり合う。
The container wall can incorporate support for heat resistant walls and heat resistant fixatives. Appropriate heat resistant supports and fixatives are also known academically.
Due to harsh operating conditions, it is expected that this refractory material will require regular maintenance. Thus, in one form, the container is flanged to provide an detachable top and bottom, where the bottom of the container (with the reservoir attached) can be removed from the top of the container. In one form, the lower part can be dropped from the upper part to facilitate maintenance. This configuration is provided so that the lower part can be removed without obstructing any connection between the upper part of the container and the upstream / downstream part of the system.
Carbon conversion zone This carbon conversion zone is achieved by raising the temperature of the processing raw material to the level necessary for the processing raw material to convert the carbon in the processing raw material into synthesis gas, the conversion being processed This is done by exposing the raw material to the specific environment of the carbon conversion zone. The synthesis gas produced in this conversion process is discharged through the gas outlet. In one form, the synthesis gas is pushed back into the gasification vessel where it mixes with the various gases produced in the main gasification process.
図4を参照すると、炭素変換ゾーン(11)は、加工原料を受け取る一つまたは複数の供給口(20)と一つ又は複数の合成ガス排出口(25)からなり、スラグゾーン(13)を伴ってゾーン間領域、或いはインターゾーン(12)を通じて連絡を取り合っている。
その炭素交換ゾーン(11)は、残存するいかなる揮発性物質や炭素をも合成ガスに変換するために必要な温度を提供するための熱空気供給口を供えている。 この容器はまた、熱空気に対して残存物が非常に効率よくさらされることを確かにするよう設計されており、物質ガスを通して失った適当な熱の量を最小限に留める目的がある。
加工原料供給口
マルチゾーン型炭素交換装置は、変換容器の加工原料注入口と結合する加工原料供給口から成る。加工原料の注入口は、加工原料がその容器の炭素変換ゾーンを通って受け取られる様に適用される。加工原料の容器へのインプットは受動的(例えば、重力によってなど)であるか、或いは能動的でもある可能性もある。オプションとして、加工原料供給口は、加工原料をその出所から変換器容器の注入口まで活発に運ぶ。適切で活動的な運搬メカニズムは学術的にも知られており、2重ロックホッパー、スクリューコンベヤー、ドラッグチェーン、などがあるが、空気作用で押さえるなど、その他の手段も学術的に知られている。
Referring to FIG. 4, the carbon conversion zone (11) comprises one or more supply ports (20) for receiving processing raw materials and one or more synthesis gas discharge ports (25). Accordingly, communication is made through the inter-zone area or the inter-zone (12).
The carbon exchange zone (11) provides a hot air supply port to provide the temperature necessary to convert any remaining volatiles and carbon to synthesis gas. This container is also designed to ensure that the remnant is very efficiently exposed to hot air and has the purpose of minimizing the amount of suitable heat lost through the material gas.
The processing raw material supply port multi-zone type carbon exchange apparatus includes a processing raw material supply port coupled to a processing raw material injection port of the conversion container. The processing material inlet is applied such that the processing material is received through the carbon conversion zone of the vessel. The input to the processing material container may be passive (eg, by gravity, etc.) or may be active. As an option, the processing raw material supply port actively carries the processing raw material from its source to the inlet of the converter vessel. Appropriate and active transport mechanisms are also known academically, including double lock hoppers, screw conveyors, drag chains, etc., but other means are also known academically, such as holding down by air. .
その容器に入れられる加工原料は、1つまたは、複数の出所から来ると言えよう。例えば、以下に限ったものではないが、低温又は高温のガス化装置、ガス化プロセスでの残存物が貯蔵されてる場所にあるホッパー、或いは、バグハウスフィルターや集塵機からでる飛散灰のようなアップストリームのガス調製システムなどのものが含まれる。
加工原料が複数の供給ストリーム、或いは、複数の出所から供給される場合では、それぞれ違ったストリームが、各専用の注入口を通って容器に送られるだろう。或いは、それらは、その容器に導入される前に混合されるかもしれない。後者の形態では、加工原料の全てが通るための1つの加工原料注入口が供給されている。従って、この容器は、共有の注入口、或いは複数の注入口があると言えるであろう。
この加工原料の出所は、マルチゾーン型炭素交換装置の容器と直接連絡する形で供給されていると言えよう。つまり、それぞれの加工原料インプットは、その出所から容器に直接送られるということである。それに代わって、その出所はその容器と直接連絡する形で供給されているとも言えよう。そこでは、残存インプットは、その出所から容器へと運搬手段のシステムを通して運ばれる。
It can be said that the processing ingredients placed in the container come from one or more sources. For example, but not limited to the following, ups such as low-temperature or high-temperature gasifiers, hoppers in places where residues from the gasification process are stored, or fly ash from baghouse filters and dust collectors Such as a stream gas preparation system.
If the process feed is supplied from multiple feed streams, or from multiple sources, a different stream will be sent to the container through each dedicated inlet. Alternatively, they may be mixed before being introduced into the container. In the latter form, one processing raw material inlet for supplying all of the processing raw material is supplied. Therefore, it can be said that this container has a common inlet or a plurality of inlets.
It can be said that the source of this processing raw material is supplied in direct communication with the container of the multi-zone type carbon exchange apparatus. That is, each processing raw material input is sent directly from its source to the container. Instead, the source is supplied in direct communication with the container. There, the residual input is conveyed from its source to the container through a system of means of transport.
マルチゾーン型炭素交換装置の容器が、間接的に加工原料の出所と繋がっている場合では、その加工原料供給口は加工原料をその出所から容器に運ぶ一つ又は複数の手段を持つ。例えば、その加工原料は、単一のスクリューコンベアー、あるいは一連と成ったスクリューコンベアー、ベルト、ピストン、すき、ローテーティングアーム、ローテーティングチェーン、トラベリンググレイト、そして、プッシャーラムなどを含む。
マルチゾーン型炭素交換装置の容器は、オプションとして、加工原料供給口と共同してエアロックが備えられる。このオプションのエアロックは、加工原料(そして、余分な空気吸入を防ぐ為の周囲の空気)の出所とその容器の内部との間のバリヤーを供給する為に設置されているである。
その加工原料供給口は、オプションで、あるコントロールシステムを持つ。それは、加工原料の供給度を、最適な炭素変換と溶解、そして残存物質の同質化を達成するようにコントロールすることができる。
In the case where the container of the multi-zone type carbon exchange apparatus is indirectly connected to the source of the processing raw material, the processing raw material supply port has one or more means for transporting the processing raw material from the source to the container. For example, the processing material includes a single screw conveyor or a series of screw conveyors, belts, pistons, plows, rotating arms, rotating chains, traveling greats, pusher rams, and the like.
The container of the multi-zone type carbon exchange device is optionally equipped with an air lock in cooperation with the processing raw material supply port. This optional airlock is installed to provide a barrier between the source of processing ingredients (and ambient air to prevent excess air inhalation) and the interior of the container.
The processing material supply port has an optional control system. It can control the feed rate of processing raw materials to achieve optimal carbon conversion and dissolution, and homogenization of residual materials.
その加工原料供給口は、オプションで、前処理モジュールがそれに含まれるか、或いはそれに関係される。前処理は加工原料の素子同一化したり、削減したりする処置を含み、それは例えば、研磨作業、粉砕作業、同質化作業などを含む。適切な研磨機、粉砕機、同質化器は、学術的に知られている。
炭素変換ゾーン熱システム
炭素変換プロセスには熱が必要である。熱の付加は、加工原料の部分的酸化(例えば、加工原料に存在する炭素や揮発性物質と空気物質にある酸素との放熱反応)により直接起こるか、或いは学術的に知られる1つまたは複数の熱源の利用によって間接的におこる。
The processing feed port is optionally included with or associated with a pretreatment module. The pretreatment includes a process for making the processing raw material identical or reducing, and includes, for example, a polishing operation, a pulverization operation, a homogenization operation, and the like. Appropriate polishers, grinders and homogenizers are known academically.
Carbon conversion zone heat system The carbon conversion process requires heat. Heat addition may occur directly by partial oxidation of the processing material (eg, a heat release reaction of carbon or volatile material present in the processing material with oxygen in the air material) or one or more known in the art. It happens indirectly by using the heat source.
加工原料の中の未到達の炭素を変換するために必要な熱は、燃焼済空気の利用を通して(少なくとも部分的には)供給される。
熱風は、例えば、全てが学術的に知られるところの、エアボックス、エアヒーター、熱交換器、によって供給される。
ある形態では、熱風は、ゾーン間領域とインターゾーンとの近くにある供給口を持つ熱の給付及び分配システムにより炭素交換ゾーンへと送られる。適切な空気給付および分配システムは学術的に知られたところであり、熱風がその容器の壁の穿孔を通って、又は空気ノズルや散布器をつたって通り抜けることが出来ることに続くそれぞれの段階の為のエアボックスを含む。
必要になるかもしれない付加的、補完的なヒーティングは、学術的に知られる一つ以上の手段から得られるが、これはガスバーナーに限られるものではない。
The heat needed to convert unreachable carbon in the process feed is supplied (at least in part) through the use of burned air.
Hot air is supplied, for example, by air boxes, air heaters, heat exchangers, all known academically.
In one form, hot air is sent to the carbon exchange zone by a heat benefit and distribution system with a supply port located near the inter-zone region and the inter-zone. Appropriate air benefits and distribution systems are known in the art and for each stage following hot air can pass through a hole in the container wall or through an air nozzle or sprayer. Including air box.
Additional, complementary heating that may be needed is obtained from one or more academically known means, but is not limited to gas burners.
ある形態では、その付加的熱源は循環する熱砂であり得る。
ある形態では、その付加的熱源は、電気ヒーターか或いは電気ヒーティングエレメントもあり得る。
マルチゾーン型炭素交換装置の初期始動を促進するために、その容器は、予熱するために様々な一般的バーナー、例えば、天然ガス、オイル/ガス或いはプロパンバーナーを収容しうるサイズのアクセスポートを持つ。
加工添加物供給口
加工添加物は、オプションで、加工原料の合成ガスへの効率的転換を促進する為に炭素交換ゾーンへ加える事ができる。蒸気供給口は、十分に遊離酸素と水素が、加工原料の分解された要素が合成ガス、また或いは無害混合物へと変換するのを最大限にするのを確実にする為に使うことが出来る。空気供給口は、炭素変換を燃料ガス(遊離炭素を最小限にする)に対して最大限にし、供給口の熱コストを最小限にしながら最適な加工温度を維持するという化学的均衡のプロセスを助けるために使用することが出来る。さらに、酸素又或いは、オゾンは加工添加物供給口ポートを通して炭素変換ゾーンに供給されるかもしれない。
In one form, the additional heat source can be circulating hot sand.
In some forms, the additional heat source can be an electric heater or an electric heating element.
To facilitate the initial start-up of the multi-zone carbon exchange device, the vessel has an access port sized to accommodate various common burners, such as natural gas, oil / gas or propane burners, for preheating. .
Processing additive feed port Processing additives can optionally be added to the carbon exchange zone to facilitate efficient conversion of processing raw materials to synthesis gas. The steam inlet can be used to ensure that sufficient free oxygen and hydrogen are maximized to convert the decomposed elements of the process feedstock into synthesis gas or even a harmless mixture. The air supply port maximizes carbon conversion to fuel gas (minimizing free carbon) and maintains a chemical equilibrium process that maintains the optimum processing temperature while minimizing the heat cost of the supply port. Can be used to help. In addition, oxygen or ozone may be supplied to the carbon conversion zone through the processing additive feed port.
オプションで、他の添加物が、炭素変換プロセスを最適化するために使うことができ、それにより排気を改善する。
オプションで、濃炭ガスを加工添加物として使用することができる。
それゆえ、炭素変換ゾーンは、1つ又は複数の加工添加物供給口を持つことができる。これらは、蒸気注入、そして或いは、空気注入、そして或いは、濃ガスの為の、供給口を含む。蒸気供給口は、戦略的に、蒸気が変換機から排出される直前に、高温領域へ、そして或いは、合成ガスの集積へ導くために設置できる。空気供給口は、戦略的に、加工添加物の全体が炭素変換ゾーンに存在することを確実にするためにその容器の中かその周りに取り付ることが出来る。
ある具体例では、加工添加物供給口は、ゾーン間領域、或いは、インターゾーンの近くに設置されている。
Optionally, other additives can be used to optimize the carbon conversion process, thereby improving emissions.
Optionally, rich coal gas can be used as a processing additive.
Thus, the carbon conversion zone can have one or more processing additive feeds. These include inlets for steam injection and / or air injection and / or rich gas. A steam inlet can be strategically installed to direct the steam to the hot zone and / or to the synthesis gas accumulation just before the steam is discharged from the converter. An air supply can be strategically installed in or around the container to ensure that the entire processing additive is present in the carbon conversion zone.
In one embodiment, the processing additive supply port is located in the inter-zone region or near the interzone.
ある具体例では、加工添加物供給口は、添加物の放散した低速インプットを提供する。
熱空気がその容器の付加的な空気/酸素注入供給口として使われうるという、具体例の数々はオプションで提供される。
ゾーン間領域、或いは、インターゾーン
ゾーン間領域、或いは、インターゾーンは、炭素変換ゾーンをスラグゾーンから、はっきりと、空間的に分離する機能を持つ。そして、そのオプションとして、プラズマ熱を効率的に残存固形物質に転化することにから炭素転換された残存固形物質(例えば灰)の初期溶解を可能にする。ゾーン間領域、或いは、インターゾーンは、さらに、その2つのゾーン間に、導管や連結部を備える。ゾーン間領域、或いは、インターゾーンは、部分的に、或いは所々にゾーン間領域、或いはインターゾーンンを吸蔵することにより炭素変換とインターゾーンの間の物質の動きを制限したり、調節したりする障壁を持ち、また、未変換の炭素がその溶解物に移動するのを妨げ、更に、オプションとして熱転化エレメントを構成することが出来る。
In one embodiment, the processing additive feed provides a diffused low speed input of additive.
A number of examples where hot air can be used as an additional air / oxygen inlet for the vessel are optionally provided.
The inter-zone zone or inter-zone zone zone or inter-zone has the function of clearly and spatially separating the carbon conversion zone from the slag zone. And as an option, it allows the initial dissolution of the carbon-converted residual solid material (eg, ash) from efficiently converting the plasma heat into the residual solid material. The inter-zone region or inter-zone further includes a conduit or a connection between the two zones. Inter-zone zone or inter-zone limits or regulates the movement of materials between carbon conversion and inter-zone by occlusion of inter-zone zones or inter-zones in part or in places It has a barrier and prevents unconverted carbon from migrating to the melt, and can optionally constitute a thermal conversion element.
図6を参照すると、ある具体例では、そのゾーン間は、オプションで、スラグゾーンと接触させることが出来る。
障壁
障壁は、部分的に、或いは所々に、ゾーン間領域、或いはインターゾーンンを吸蔵することにより、炭素変換とスラグゾーンとの間の物質の動きを制限、或いは、調整したりする。また、オプションで、熱転化に対しての備えもあるかもしれない。
その障壁は、ゾーン間領域、或いは、インターゾーンの範囲内に取り付けられており、様々な形、デザインがある。それは、ドーム型、ピラミッド型、格子、ムービングクレイと、ブリッククレイと、無数のセラミック球、多数のチューブ、はめ歯歯車型であったりするが、これらに限定されるものではない。 その障壁やいかなる必要な装着エレメントは、マルチゾーン型炭素交換装置の過酷な状況下でも効率的に作動し、とりわけ、高温の下で作動することが出来る。従って、その障壁は、高温に耐えられるよう設計された物質で組みたれられている。オプションとしては、その障壁は耐熱系、或いは固形の耐熱物質であるかもしれない。
Referring to FIG. 6, in certain embodiments, the zones can optionally be contacted with a slag zone.
Barriers Barriers limit or regulate the movement of matter between the carbon conversion and slag zones by occlusion of interzone zones, or interzones, in part or in places. To do. There may also optionally be provision for thermal conversion.
The barrier is attached within the inter-zone region or the inter-zone, and has various shapes and designs. It may be, but is not limited to, a dome shape, a pyramid shape, a lattice, a moving clay, a brick clay, a myriad of ceramic spheres, a large number of tubes, and a cogwheel type. The barrier and any necessary mounting elements work efficiently even under the harsh conditions of a multi-zone carbon exchange device, especially at high temperatures. Thus, the barrier is constructed of a material designed to withstand high temperatures. Optionally, the barrier may be a refractory system or a solid refractory material.
図6から図10までを参照すると、それらは、様々な代替的な、無制限の障壁を詳細に示している。
図6で示されるある具体例では、その障壁は無数のセラミック球から成る。
図7で示されるある具体例では、その障壁は、はめ歯歯車型の耐熱性ドームから成る。
Referring to FIGS. 6-10, they illustrate various alternative, unlimited barriers in detail.
In one embodiment shown in FIG. 6, the barrier consists of a myriad of ceramic spheres.
In one embodiment shown in FIG. 7, the barrier comprises a heat-resistant dome of the cogwheel type.
図8で示されるある具体例では、その障壁は、ゾーン間領域にある楔形をしたはめ込みブリック(150)が取り付けられた1つの固形耐熱性ドーム(145)である。その固形耐熱性ドームは、ドームの外側のエッジと、容器のその内側の壁との間にある程度のギャップ(155)ができるように測られている。オプションで、その耐熱性ドームは、さらに無数の穴(160)から構成されるかもしれない。
その示された具体例では、オプションで、直径20ミリから100ミリの間の無数のアルミニウム/セラミック球が1つのベッドを形成する為に耐熱性ドームの最上部に置かれていて、そらは、熱空気の拡散を供給し、灰を初期的にスラグに溶解するために、その灰へプラズマ熱のを転化させるのを促進するのである。この具体例においては、灰が溶けるにつれ、その灰は、そのドームの外側のエッジ(145)とその容器の内側の壁の間の隙間(160)を通るようにゾーン間領域を抜け、スラグゾーンに移動する。
図9を参照によると、その障壁は1つの固形耐熱性ブリック格子から成る。その固形耐熱性ブリック格子(245)は、炭素変換ゾーンとゾーン間領域を通るスラグゾーンとの間の連絡を可能にするために個々のブリックの間に隙間(255)を擁している。
In one embodiment shown in FIG. 8, the barrier is one solid refractory dome (145) fitted with a wedge-shaped inset brick (150) in the interzone region. The solid refractory dome is measured such that there is some gap (155) between the outer edge of the dome and its inner wall. Optionally, the refractory dome may further consist of a myriad of holes (160).
In the illustrated embodiment, optionally an infinite number of aluminum / ceramic spheres between 20 and 100 mm in diameter are placed on top of the heat-resistant dome to form one bed, It provides the diffusion of hot air and facilitates the conversion of plasma heat into the ash in order to initially dissolve the ash into the slag. In this embodiment, as the ash melts, the ash passes through the interzone region to pass through the gap (160) between the outer edge (145) of the dome and the inner wall of the container, and the slag zone Move to.
Referring to FIG. 9, the barrier consists of one solid refractory brick grid. The solid refractory brick grid (245) has gaps (255) between the individual bricks to allow communication between the carbon conversion zone and the slag zone through the interzone region.
図10を参照すると、その障壁は、1つのはめ込み式リング(350)の中に取り付けられた耐熱系チューブ(345)から製造されている。
図12を参照すると、その障壁は可動式格子から成っている。
熱転化エレメントと拡散エレメント
オプションでは、そのゾーン間領域は、さらに、プラズマ熱の転化を促進する熱転化および拡散エレメントから成るかもしれない。熱転化エレメントは、学術的にも知られるように、セラミック球、めのう、ブリックである。
Referring to FIG. 10, the barrier is made from a refractory tube (345) mounted in a single telescoping ring (350).
Referring to FIG. 12, the barrier consists of a movable grid.
In the thermal conversion element and diffusion element option, the inter-zone region may further comprise a thermal conversion and diffusion element that facilitates the conversion of plasma heat. The thermal conversion element is a ceramic sphere, an agate, or a brick, as is known in the academic field.
1つの具体例では、熱転化エレメントは、1つのベッドを形成する、直径20ミリから100ミリの間の無数のアルミニウム/セラミック球が無数のアルミニウム質、或いは、セラミック球(165)から出来ていて、熱空気の拡散を供給し、また、プラズマ熱を灰に転化する事により、初期溶解で灰をスラグに溶かすように促進する。
オプションでは、その障壁はその熱転化エレメントから成るかもしれない。
オプションの加熱エレメント
オプションとして、ゾーン間領域とインターゾーンは、ある熱源を伴っている。適切な熱のソースとしては、空気はぐち、電気ヒーター、或いは、電気加熱エレメント、バーナー、或いはプラズマトーチなどを含むプラズマ熱のソースなどがある。
In one embodiment, the thermal conversion element is made up of a myriad of aluminum or ceramic spheres (165), with a myriad of aluminum / ceramic spheres between 20 and 100 mm in diameter forming one bed. By supplying hot air diffusion and converting the plasma heat into ash, it promotes the ash to be dissolved in the slag by the initial dissolution.
Optionally, the barrier may consist of the thermal conversion element.
As an optional heating element option, the interzone area and the interzone are accompanied by a heat source. Suitable sources of heat include air sources, electric heaters, or plasma heat sources including electric heating elements, burners, plasma torches and the like.
そのオプションのプラズマトーチは、ゾーン間領域内に、そして或いは、炭素変換ゾーン/ゾーン間領域インターフェイスに、そして或いは、ソーン間領域/スラグゾーンインターフェイスに取り付け可能である。
オプションで、灰の中に残存する炭素は、ゾーン間領域、或いは、インターゾーンのプラズマ熱を適用することにより合成ガスに転換される。
従って、そのゾーン間領域の容器の壁は、様々な熱源を収納できるようなサイズのアクセスポートを含むことが出来る。
The optional plasma torch can be attached within the interzone region and / or at the carbon conversion zone / interzone region interface and / or at the interzone zone / slag zone interface.
Optionally, the carbon remaining in the ash is converted to synthesis gas by applying interzone or interzone plasma heat.
Thus, the container wall in the interzone region can include an access port sized to accommodate various heat sources.
スラグゾーン
溶融プロセスは、実質上炭素を含まない残りの固形材料(灰)が溶けるレベルまで温度を上げることによって達成され、ゾーン間領域および/またはスラグゾーンで起きる。溶融プロセスに必要な熱は、一つあるいは複数のプラズマ熱源から供給される。この熱は直接加えられることもあるが、熱伝達要素を介して加えられることもある。プラズマ熱は、加熱空気入力による炭素変換の後、残基に残ったごく少量の炭素も完全に変換する役割も果たす。追加の、あるいは補足的な熱は 、必要に応じて、当技術分野では周知の誘導加熱やジュール加熱などの(しかし、それらに限らない)一つ、または複数の加熱方法によって供給される。
スラグゾーンはプラズマ熱源により供給される。プラズマ熱源は、残りの固形物が溶け、均質化するのに必要なレベルまで(直接にしろ間接にしろ)灰を加熱するのに必要な温度を満たしており、マルチゾーン型炭素変換装置から十分流れ出るに足りる温度に溶融したスラグを供給する。必要に応じて、灰に残っている炭素は合成ガスに変換される。スラグゾーンはまた、失われる顕著な熱の量を最小限におさえ、プラズマガスと残基またはスラグの間の極めて効率のよい熱伝達が確保されるよう設計されている。そのため、使用されるプラズマ熱源の種類の他、プラズマ加熱法の位置と方向も、スラグゾーンの設計にあたり考慮されるべき付加的要素となっている。
The slag zone melting process is accomplished by raising the temperature to a level at which the remaining solid material (ash) that is substantially free of carbon melts, occurring in the interzone region and / or slag zone. The heat required for the melting process is supplied from one or more plasma heat sources. This heat may be applied directly but may also be applied via a heat transfer element. Plasma heat also plays a role in completely converting even a small amount of carbon remaining in the residue after carbon conversion by heated air input. The additional or supplemental heat is supplied as needed by one or more heating methods such as (but not limited to) induction heating and joule heating that are well known in the art.
The slag zone is supplied by a plasma heat source. The plasma heat source meets the temperature required to heat the ash to the level required to melt and homogenize the remaining solids (directly or indirectly) and is sufficient from the multi-zone carbon converter. Supply molten slag to a temperature sufficient to flow out. If necessary, the carbon remaining in the ash is converted to synthesis gas. The slag zone is also designed to ensure a very efficient heat transfer between the plasma gas and the residue or slag while minimizing the amount of significant heat lost. Therefore, in addition to the type of plasma heat source used, the position and direction of the plasma heating method are additional factors to be considered in designing the slag zone.
スラグゾーンはまた、残りの無機物質が完全に溶け、均質化するのに十分な温度まで残基の温度があがるよう、残基の滞留時間が十分であるように設計されている。
図13から16を参照すると、必要に応じて、スラグゾーンはプラズマ熱源により加熱された残基がたまる貯留層を備えている。この貯留層により、固形物と溶融物質の調整プロセスにおける混合も可能となる。十分な滞留時間をもち、適切に混合されることで、調整プロセスが完全に実行され、その結果生成したスラグが望ましい組成となることが保証される。
スラグゾーンは溶融スラグが脱出しやすいよう、スラグの排出口に向かい細くなるか、傾いた床となっている。
The slag zone is also designed so that the residence time of the residue is sufficient so that the temperature of the residue is raised to a temperature sufficient to completely dissolve and homogenize the remaining inorganic material.
Referring to FIGS. 13 to 16, if necessary, the slag zone is provided with a reservoir that accumulates residues heated by a plasma heat source. This reservoir also allows mixing in the adjustment process of solids and molten material. Having sufficient residence time and proper mixing ensures that the conditioning process is fully performed and that the resulting slag has the desired composition.
The slag zone has a sloping or sloping floor toward the slag outlet so that molten slag can escape easily.
スラグゾーンは溶融スラグ物質が絶えず生産されるよう設計されている。絶えずスラグを取り除くことにより、調整プロセスは継続的に行なわれ、その中で調整されるべき残基も、周期的スラグ除去に通常要求されるように、中断なく、絶えず入力され、プラズマ熱により処理される。
一つの実施形態では、片側に堰(33)によって仕切りのつけられた貯留層を使うことにより、継続的なスラグの排出が達成されている。この堰により、スラグプールが一定のレベルに達するまで蓄積し、その時点で溶融したスラグが堰を越えて貯留層外に出て行くことを可能にしている。
加工原料が調整される場所は大量の金属を含み、スラグゾーンは堰によって仕切られた貯留層から成る。金属はその高度な融解温度と密度から、概して除去される時点までタンク内に蓄積する。しかるべく、一つのマルチゾーン変換装置実施例では、貯留層に必要に応じて、柔らかい耐熱性ペーストで塞がれた金属のタップポートが備え付けられており、そこから酸素ランスの熱を使って定期的に穴が開閉するようになっている。一旦タップポートが開き、室内の温度が蓄積した金属を溶かすのに十分なところまで上がったら、溶融金属は貯留層の底から取り出される。排出口は、穴に耐熱物質あるいは他の適当な物質を詰めることで再び封じられる。
The slag zone is designed to constantly produce molten slag material. By constantly removing slag, the adjustment process is carried out continuously, and the residues to be adjusted therein are also continuously input without interruption and processed by plasma heat, as normally required for periodic slag removal. Is done.
In one embodiment, continuous slag discharge is achieved by using a reservoir partitioned on one side by a weir (33). This weir allows the slag pool to accumulate until it reaches a certain level, at which point the molten slag can pass over the weir and out of the reservoir.
The place where the processing raw material is adjusted contains a large amount of metal, and the slag zone consists of reservoirs partitioned by weirs. The metal accumulates in the tank from its high melting temperature and density until it is generally removed. Accordingly, in one multi-zone converter embodiment, the reservoir is optionally provided with a metal tap port plugged with a soft heat-resistant paste, from which oxygen lance heat can be used for periodic maintenance. The hole is opened and closed. Once the tap port is opened and the room temperature has risen to a level sufficient to melt the accumulated metal, the molten metal is removed from the bottom of the reservoir. The outlet is re-sealed by filling the hole with a refractory material or other suitable material.
灰を調整し、殊に残存する全ての金属を溶かすのにかなりの高温が必要とされるため、スラグゾーンの室壁や床は必要に応じて、非常に厳しい操作上の要求にさらされる耐熱性物質で覆われている。スラグゾーンの設計に適した材料の選択は、いくつかの基準の下なされる。例えば、残基の典型的な調整プロセスの間に達する操作温度、耐熱衝撃性、溶融スラグおよび/または溶融処理中に生成される高温ガスによる摩耗と浸食/腐食への耐性などである。材料の空隙率もスラグゾーンの材質選択の際、考慮される。
スラグゾーンはまた、必要とされる追加の構成要素、または機器に対応するため、必要に応じて、一つまたは複数のポートを含むこともある。一つの実施形態では、妨害物の形成に対するスラグ排出口の監視を含め、灰処理の状況をオペレーターが完全に見られるよう、ポートが必要に応じて、閉回路テレビを含むビューポートになっている場合がある。貯留層の室は整備や修理のために中に入ったり、アクセスできるようなサービスポートを含むこともある。このようなポートは当技術分野では周知であり、様々なサイズの密閉可能なポート穴をもつことも可能である。
The slag zone walls and floors are exposed to very rigorous operational requirements, if necessary, because of the high temperatures required to condition the ash and, in particular, dissolve any remaining metal. It is covered with a sex substance. The selection of a suitable material for the slag zone design is made under several criteria. For example, the operating temperature reached during a typical residue adjustment process, thermal shock resistance, molten slag and / or resistance to wear and erosion / corrosion due to hot gases produced during the melting process. The porosity of the material is also taken into account when selecting the material for the slag zone.
The slug zone may also include one or more ports as needed to accommodate additional components or equipment needed. In one embodiment, the port is a viewport that includes a closed circuit television, if necessary, to allow the operator to fully see the ash treatment status, including monitoring the slag outlet for obstruction formation. There is a case. Reservoir rooms may include service ports that can be accessed and accessed for maintenance and repair. Such ports are well known in the art and can have seal holes of various sizes.
プラズマ熱
スラグゾーンは、炭素変換プロセスによって生成された灰材料を変換するために、一つまたは複数のプラズマ熱源を用いる。プラズマ熱源は可動の場合もあれば、固定の場合もあり、あるいはそれらの組み合わせであることもある。
プラズマ熱源は、適用の際、適切な高温ガスを長時間にわたり提供する、市販の様々なプラズマトーチから成る場合もある。このようなプラズマトーチは、一般的に、出力約100kWから6MW以上にわたる各サイズが用意されている。プラズマトーチは、単一のまたは組み合わされた適当な作業ガスを用いることができる。適当な作業ガスの例としては(ただしこれらに限定されないが)空気、アルゴン、ヘリウム、ネオン、水素、メタン、アンモニア、一酸化炭素、酸素、二酸化炭素がある。本発明の一実施形態では、プラズマ加熱法は、残基が不活性スラグ製品に変換されるよう、約900度から約1800度までの温度を生成する限りにおいて、継続的に作動する。
Plasma heat
The slag zone uses one or more plasma heat sources to convert the ash material produced by the carbon conversion process. The plasma heat source may be movable, fixed, or a combination thereof.
The plasma heat source may consist of various commercially available plasma torches that provide a suitable hot gas over time for application. Such plasma torches are generally prepared in sizes ranging from about 100 kW to 6 MW or more. The plasma torch can use a suitable working gas, either single or combined. Examples of suitable working gases include (but are not limited to) air, argon, helium, neon, hydrogen, methane, ammonia, carbon monoxide, oxygen, carbon dioxide. In one embodiment of the present invention, the plasma heating method operates continuously as long as it produces a temperature from about 900 degrees to about 1800 degrees so that the residue is converted to an inert slag product.
この点で、多くの代替プラズマ技術がスラグゾーン内での使用に適している。 例えば適切に選ばれた電極材料を使用する場合、移行アークと非移行アークのトーチ(ACとDCの両方)が用いられると認識される。また、誘導結合プラズマトーチ(ICP)も用いられる場合があると認識される。当業者であれば、適切なプラズマ熱源の選択は難しくないはずである。
非移行アークトーチの代わりに移行アークトーチを使うことにより、残基調整プロセスの効率を向上させることができる。これは後者の場合、アークは溶融物中を直接通過するため、高温プラズマガスと溶融中の材料間のより高い熱伝達効率を可能にするだけでなく、より高い電気から熱への変換効率を有するためである。移行アークトーチが用いられる場合、スラグゾーンの外殻は電源に接続されるため、スラグゾーンが確実に電気的に隔離されるようにする必要がある。
一つの実施形態では、プラズマ熱源はDC非移行アークトーチである。
一つの実施形態では、プラズマ熱源は黒鉛トーチである。
In this regard, many alternative plasma technologies are suitable for use in the slag zone. For example, when using appropriately selected electrode materials, it is recognized that transitional and non-transitional arc torches (both AC and DC) are used. It is also recognized that inductively coupled plasma torches (ICP) may also be used. Those skilled in the art should not have difficulty selecting an appropriate plasma heat source.
By using a transfer arc torch instead of a non-transfer arc torch, the efficiency of the residue adjustment process can be improved. This is because, in the latter case, the arc passes directly through the melt, which not only allows higher heat transfer efficiency between the hot plasma gas and the material being melted, but also increases the efficiency of electricity-to-heat conversion. It is for having. When a transition arc torch is used, the slag zone shell is connected to a power source, so it is necessary to ensure that the slag zone is electrically isolated.
In one embodiment, the plasma heat source is a DC non-transfer arc torch.
In one embodiment, the plasma heat source is a graphite torch.
マルチゾーン型炭素変換装置の一つの実施形態では、残留物質から不活性スラグへの変換を最適化するよう、一つまたは複数のプラズマ熱源が配置される。プラズマ熱源の位置は残基調整室の設計に従って選択される。例えば、単一のプラズマ熱源が用いられる場合、プラズマ熱源は室の上部に取り付けられ、残留物質が溶けるのに十分な熱があたり、スラグが強制的に流れ出るよう、室の下部に集積しているスラグプールに対する形で配置される。一つの実施形態では、プラズマ熱源は室の上部に垂直に取り付けられたプラズマトーチである。
全てのプラズマ熱源は、出力と(可動熱源が使用される場合)必要に応じて位置も、制御可能である。一つの実施形態では、プラズマ熱効率は、様々な残基入力レートに対応するために変化する。プラズマ熱効率はまた、様々な残基溶融温度の特性に対応するためにも変化する。
In one embodiment of the multi-zone carbon conversion device, one or more plasma heat sources are arranged to optimize the conversion of residual material to inert slag. The location of the plasma heat source is selected according to the design of the residue conditioning chamber. For example, if a single plasma heat source is used, the plasma heat source is attached to the top of the chamber and is accumulated at the bottom of the chamber so that enough heat is applied to melt the residual material and the slag is forced to flow out. Arranged against the slag pool. In one embodiment, the plasma heat source is a plasma torch mounted vertically at the top of the chamber.
All plasma heat sources can be controlled in terms of power and position (if a moving heat source is used) as needed. In one embodiment, the plasma thermal efficiency varies to accommodate various residue input rates. Plasma thermal efficiency also varies to accommodate various residue melting temperature characteristics.
プラズマ熱源は、様々な残基入力レートや溶融温度の特性に対応するために、オペレーターの裁量により、継続的にも非継続的にも作動する。
プラズマ熱をそらしたり、または向けるために、必要に応じて、スラグゾーンはデフレクター(61)を装備していることもある(図15と16を参照)。
プロセス添加剤
蒸気、空気、炭素、および/または炭酸ガス、および/または酸素に富んだガス、および/または袋灰などのプロセス添加剤は、必要に応じて、スラグゾーンに加えられる。従って、スラグゾーンは様々な入力装置を備えているか、および/またはスラグゾーンのある室はさらにこれらの入力装置のポートを含む。
The plasma heat source operates continuously and discontinuously at the operator's discretion to accommodate various residue input rates and melting temperature characteristics.
If necessary, the slag zone may be equipped with a deflector (61) to divert or direct the plasma heat (see FIGS. 15 and 16).
Process additives such as process additive vapor, air, carbon, and / or carbon dioxide, and / or oxygen rich gas, and / or bag ash are added to the slag zone as needed. Thus, the slag zone is equipped with various input devices and / or the chamber with the slag zone further includes ports for these input devices.
スラグの生産
スラグゾーンはスラグ出力装置を含む。スラグ出力装置は、室内の溶融スラグが排出される排出口を含む。溶融スラグプールが室外に流れ出る重力流を促すために、排出口は通常、室の下部か、またはその近くにある。スラグ出力装置はまた、溶融スラグが冷めて固化するのを促すため、必要に応じて、スラグを冷却するサブシステムも有する。このような冷却サブシステムには、例として、水のプールやスプレーなどがある。
溶融スラグは、調整の全期間を通して継続的に抽出される。溶融スラグは冷却され、当業者には明示の様々な方法で集められ、濃厚で、非浸出性の固形スラグを形成する。
灰がプラズマ熱によって調整されるに従い、必要に応じて、その結果生じる溶融スラグは貯留層に蓄積される。結果として生じる溶融スラグは継続的に抽出される。即ち、貯留層内の溶融スラグ量が増加するに従い、堰を越えて排出口から調整室を脱する。
The slag production slag zone includes a slag output device. The slag output device includes a discharge port through which molten slag in the room is discharged. The outlet is usually at or near the bottom of the chamber in order to encourage gravity flow out of the molten slag pool. The slag output device also has a subsystem that cools the slag as needed to encourage the molten slag to cool and solidify. Such cooling subsystems include, for example, water pools and sprays.
Molten slag is continuously extracted throughout the entire period of conditioning. The molten slag is cooled and collected in various ways apparent to those skilled in the art to form a thick, non-leachable solid slag.
As the ash is conditioned by the plasma heat, the resulting molten slag accumulates in the reservoir as needed. The resulting molten slag is continuously extracted. That is, as the amount of molten slag in the reservoir increases, the adjustment chamber is removed from the discharge port over the weir.
連続抽出という実施形態は、特に継続的に作動するよう設計されたシステムに適している。
一つの実施形態では、スラグの出力法はまた、溶融スラグを冷却し、固形スラグ製品を供給するスラグ冷却サブシステムを含む。一つの実施形態では、溶融スラグは急冷水浴槽(78)に注がれる。水浴槽はスラグを冷却し、コンクリート製造や道路建設のような商業用途に適した顆粒に粉砕する効率的なシステムとなっている。水浴槽はまた、スラグ室の底面から下の水浴槽まで延びる、周囲環境への封鎖幕を提供する場合もあり、それは外部からのガスが残基調整室に入るのを防ぐ障壁となる。固形スラグ製品はコンベヤーシステムにより水浴槽から取り出される。また、スラグ冷却サブシステムは水スプレーを含む場合もある。
The continuous extraction embodiment is particularly suitable for systems designed to operate continuously.
In one embodiment, the slag output method also includes a slag cooling subsystem that cools the molten slag and provides a solid slag product. In one embodiment, molten slag is poured into a quench water bath (78). The water tub is an efficient system that cools the slag and crushes it into granules suitable for commercial applications such as concrete manufacturing and road construction. The water tub may also provide a blockade to the surrounding environment that extends from the bottom of the slag chamber to the lower water tub, which is a barrier that prevents external gases from entering the residue conditioning chamber. The solid slag product is removed from the water bath by a conveyor system. The slag cooling subsystem may also include a water spray.
スラグ冷却サブシステムの一つの実施形態では、溶融スラグは冷却用の厚い壁鋼の受け取りコンテナに落とされる。一つの実施形態では、溶融スラグは環境に配慮して密閉されたシリカ砂床か、あるいは型に受けとられ、小規模処理や特定のパラメータ検査の際、それに適した固形スラグを供給する。小さな型は予熱したオーブンで制御冷却される。
スラグ冷却サブシステムの一つの実施形態では、溶融スラグはグラスウールなどの商業製品に変換される。
制御
マルチゾーン型炭素変換装置の一つの実施形態では、変換装置の中に(あるいは装置によって)組み込まれた、一つまたは複数のプロセスを制御するために、制御システムが搭載されている。一般的に、制御システムは、加工原料が効率的に、かつ完全に合成ガス製品に変換されるよう、そして固形残さ物(即ち灰)がスラグに効率的に溶融するよう、様々なプロセスを監視、調節する。
In one embodiment of the slag cooling subsystem, the molten slag is dropped into a thick wall steel receiving container for cooling. In one embodiment, the molten slag is received in an environmentally sealed silica sand bed or mold that provides solid slag suitable for small scale processing or specific parameter inspection. Small molds are controlled and cooled in a preheated oven.
In one embodiment of the slag cooling subsystem, the molten slag is converted into a commercial product such as glass wool.
In one embodiment of a controlled multi-zone carbon converter, a control system is installed to control one or more processes incorporated into (or by) the converter. In general, the control system monitors the various processes so that the process feed is efficiently and completely converted into a syngas product and the solid residue (ie ash) is efficiently melted into the slag. Adjust.
制御システムは、システムの運転パラメータの即時監視のため、一つ、または複数のセンサーからなる。また、同システムはシステム内運転条件の調整のために、一つ、または複数の応答要素も有し、変換反応を最適化する。変換反応においては、検出要素と応答要素はシステム内で統合され、応答要素は検出要素から得られたデータに従って、システム内の運転条件を調整する。
制御要素
現在の状況において考慮される検出要素には、システム内各所の温度、圧力、ガス流などの運転パラメータを監視する方法および、合成ガス製品の化学組成を分析する方法がある(ただし、それらに限定されない)。
検出要素から得られるデータは、プロセスの効率と合成ガス製品の組成を最適化するために、マルチゾーン型炭素変換装置内の条件あるいは運転パラメータを調整する必要があるかどうかの決定に用いられる。反応材料(例えば、加工原料の添加率、加熱空気および/または蒸気の入力量)や、システム内の様々なコンポーネントの圧力などの一定の運転条件が継続的に調整されることで、合成ガスが着実に、かつ効率的に生産される条件のもと、このプロセスを実施することが可能になっている。
The control system consists of one or more sensors for immediate monitoring of system operating parameters. The system also has one or more response elements to adjust the operating conditions in the system and optimize the conversion reaction. In the conversion reaction, the detection element and the response element are integrated in the system, and the response element adjusts the operating conditions in the system according to the data obtained from the detection element.
Control elements Detection elements that are considered in the current situation include methods for monitoring operating parameters such as temperature, pressure, gas flow, etc., in various parts of the system and methods for analyzing the chemical composition of syngas products (however, Not limited to).
The data obtained from the sensing elements is used to determine whether conditions or operating parameters in the multi-zone carbon converter need to be adjusted to optimize process efficiency and syngas product composition. By continuously adjusting certain operating conditions such as reaction materials (e.g., rate of processing feed addition, heated air and / or steam input) and the pressure of various components in the system, the synthesis gas is It has become possible to carry out this process under conditions of steady and efficient production.
制御システムは、変換プロセスの効率を最大化し、環境への影響を軽減する目的で設計、構成される場合がある。制御システムはまた、マルチゾーン型炭素変換装置が連続運転条件の下で操作するよう設計される場合もある。
以下の運転パラメータは、断続的または継続的に、検出要素によって監視される。そして、得られるデータは、システムが最適設定点内で作動しているか、トーチによってさらに動力が供給されるべきか、空気または蒸気がシステム内に注入されるべきか、あるいは加工原料入力レートが調整される必要があるか、などの決定に用いられる。
The control system may be designed and configured for the purpose of maximizing the efficiency of the conversion process and reducing the impact on the environment. The control system may also be designed so that the multi-zone carbon converter operates under continuous operating conditions.
The following operating parameters are monitored by the sensing element intermittently or continuously. And the data obtained is whether the system is operating within the optimal set point, whether it should be powered further by the torch, air or steam should be injected into the system, or the raw material input rate can be adjusted Used to determine whether or not
温度
一つの実施形態では、制御システムは、必要に応じて、炭素変換ゾーン、ゾーン間領域、あるいはスラグゾーン内など、マルチゾーン型炭素変換装置の各所にあるサイトの温度を監視する手段を備えている。システム内の各所に、必要に応じて設置された熱電温度計や光学温度計が温度監視の手段となる。
高温合成ガス製品の温度を監視する手段も、炭素変換ゾーンの合成ガス排出口に設置される場合がある。
システム圧力
一つの実施形態では、制御システムは、マルチゾーン型炭素変換装置の各所での圧力を監視する手段を備えている。これらの圧力監視手段は、圧力変換器、圧力送信器、または圧力栓などの圧力センサーを含み、例えば室の垂直壁など、システムのどこにでも配置される。
Temperature In one embodiment, the control system comprises means for monitoring the temperature of sites at various locations of the multi-zone carbon conversion device, such as within a carbon conversion zone, an inter-zone region, or a slag zone, as required. Yes. Thermoelectric thermometers and optical thermometers installed at various places in the system as a means for temperature monitoring.
A means for monitoring the temperature of the hot synthesis gas product may also be installed at the synthesis gas outlet of the carbon conversion zone.
System pressure In one embodiment, the control system comprises means for monitoring the pressure at various points of the multi-zone carbon converter. These pressure monitoring means include pressure sensors such as pressure transducers, pressure transmitters, or pressure plugs, and are located anywhere in the system, for example, the vertical wall of the chamber.
ガス流量
一つの実施形態では、制御システムは、合成ガス流量を監視する手段を備えている。ガス流の変動は、非均質状態(例えば、トーチの機能不良や材料供給の中断など)の結果である。従って、ガス流の変動が続く場合、システムは問題が解決されるまで運転停止することもある。
ガス組成
一つの実施形態では、制御システムは、合成ガス製品の組成を監視する手段を備えている。変換プロセスの過程で生成されたガスは、当業者にはよく知られる方法でサンプルをとられ、分析される。
Gas Flow In one embodiment, the control system comprises means for monitoring the synthesis gas flow. Variations in gas flow are the result of non-homogeneous conditions (eg, torch malfunction or material supply interruption). Thus, if gas flow fluctuations continue, the system may shut down until the problem is resolved.
Gas Composition In one embodiment, the control system comprises means for monitoring the composition of the syngas product. The gas produced during the conversion process is sampled and analyzed in a manner well known to those skilled in the art.
一つの実施形態では、合成ガス組成はガスモニターによって監視される。これは例えば、水素、一酸化炭素、二酸化炭素などの、合成ガスの化学組成を決定するのに用いられる。一つの実施形態では、合成ガス製品の化学組成は、ガスクロマトグラフィー(GC)分析を通して監視される。これらの分析のための試料採取ポイントはシステムの至るところに配置されている。一つの実施形態では、ガス組成は、ガスの赤外線スペクトルを測定するフーリエ変換赤外(FTIR)分析器を使って監視される。
高温ガス分析法は存在するものの、当業者であれば、ガス分析に用いられるシステムの種類によっては、組成分析の前にガスを冷却する必要性を理解できるはずである。
In one embodiment, the synthesis gas composition is monitored by a gas monitor. This is used, for example, to determine the chemical composition of synthesis gas, such as hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide. In one embodiment, the chemical composition of the syngas product is monitored through gas chromatography (GC) analysis. Sampling points for these analyzes are located throughout the system. In one embodiment, the gas composition is monitored using a Fourier Transform Infrared (FTIR) analyzer that measures the infrared spectrum of the gas.
Although hot gas analysis methods exist, those skilled in the art will understand the need to cool the gas prior to composition analysis, depending on the type of system used for gas analysis.
応答要素
現在の状況において予期される応答要素には、プロセス関連装置に作動して結合した様々な(ただし、それらに限定されない)制御要素があり、装置はそこに関連づけられた特定の制御パラメータを調整することにより、特定のプロセスに作用するように設定されている。例えば、一つ、あるいは複数の応答要素を介して、現在の状況で操作可能なプロセス装置には、加工原料、空気および/もしくは蒸気の添加レート、およびトーチへの動力、トーチの位置などの操作条件など、様々な操作パラメータを調節する方法が含まれる(ただし、それらに限らない)。
プラズマ熱源
現在の炭素変換装置は、灰がスラグに完全に溶融し、確実にガラス化するよう、プラズマ熱の可制御性を利用している。
一つの実施形態では、制御システムは、プラズマ熱源の出力と、必要に応じて位置を調整する手段を備えている。例えば、溶融物の温度が低すぎる場合、制御システムはプラズマ熱源の出力定格引き上げを指令する場合があり、逆に、室の温度が高すぎる場合、制御システムはプラズマ熱源の電力定格引き下げを指示する場合もある。
Response elements Expected response elements in the current situation include various (but not limited to) control elements that are operatively coupled to the process-related device, and the device may have specific control parameters associated with it. By adjusting, it is set to affect a specific process. For example, process equipment that can be operated in the current situation via one or more response elements includes processing raw material, air and / or steam addition rates, and power to the torch, torch position, etc. This includes, but is not limited to, adjusting various operating parameters such as conditions.
Plasma Heat Source Current carbon converters utilize the controllability of plasma heat to ensure that ash is completely melted into slag and vitrified reliably.
In one embodiment, the control system comprises means for adjusting the output of the plasma heat source and, if necessary, the position. For example, if the temperature of the melt is too low, the control system may command to increase the power rating of the plasma heat source, and conversely if the temperature of the chamber is too high, the control system will command to reduce the power rating of the plasma heat source. In some cases.
一つの実施形態では、トーチ出力は、残基添加レートに比例したレベルに維持される。つまり、残基供給レートが上がると、その結果、トーチ出力も引き上げられる。トーチ出力はまた、温度、特定の熱容量、溶融熱などの溶融特性に関する残基の性質と組成の変化に反応して、調整される。
一つの実施形態では、溶融プールが完全にカバーされ、不完全反応物質の領域が取り除かれるよう、プラズマ熱源の位置は調節可能である。
加工原料の添加率
発明の一実施形態では、制御システムは、加工原料の炭素変換ゾーンへの供給レートを調節する手段を備えている。加工原料は、例えば、回転ネジやオージェ機構を使うことにより、継続的な方法で加えられる場合もあれば、非継続的に加えられる場合もある。
加工原料の入力法が一連の押し込みラムからなる場合、それぞれのケースで、制御システムは必要に応じて、リミットスイッチ、またはコンピュータ制御の変速モータードライブなど、他の進行制御法を採用することがあり、各ストロークで各々の室に供給される材料の量が制御されるよう、ラムストロークの長さ、速度、および/または頻度が制御される。入力法が一つ、または複数のネジコンベヤからなる場合、炭素変換ゾーンへの材料添加レートは、駆動モータ可変周波数ドライブ経由で、コンベヤ速度を調整することにより制御される。
入力レートは、加工原料の変換段階に対して、許容範囲の制御ができるよう、必要に応じて調整される。その結果、不完全変換物質が炭素変換ゾーンから運ばれるのが阻止される。
In one embodiment, the torch power is maintained at a level proportional to the residue addition rate. That is, when the residue supply rate increases, the torch output is also raised as a result. Torch power is also adjusted in response to changes in residue properties and composition with respect to melting properties such as temperature, specific heat capacity, heat of fusion.
In one embodiment, the position of the plasma heat source is adjustable so that the molten pool is completely covered and areas of incomplete reactants are removed.
Process Raw Material Addition Rate In one embodiment of the invention, the control system comprises means for adjusting the feed rate of the process raw material to the carbon conversion zone. The processing material may be added in a continuous manner or in a non-continuous manner, for example, by using a rotating screw or an Auger mechanism.
If the raw material input method consists of a series of push-in rams, in each case the control system may employ other progress control methods, such as limit switches or computer controlled variable speed motor drives, as required. The length, speed, and / or frequency of the ram stroke is controlled so that the amount of material delivered to each chamber is controlled with each stroke. If the input method consists of one or more screw conveyors, the material addition rate to the carbon conversion zone is controlled by adjusting the conveyor speed via a drive motor variable frequency drive.
The input rate is adjusted as necessary so that an allowable range can be controlled with respect to the conversion stage of the processing raw material. As a result, incompletely converted material is prevented from being carried from the carbon conversion zone.
プロセス添加剤の添加
発明の一実施形態では、制御システムは、空気の、あるいは炭素や蒸気を含む他のプロセス添加剤の、炭素変換ゾーンおよび/またはスラグゾーンへの入力レートおよび/または入力量を調節する手段を備えている。
加熱空気の入力は、必要に応じて、最適な加工原料変換温度を維持するよう、なされる場合がある。
一つの実施形態では、制御システムは、合成ガスの組成を監視、分析することで得られるデータに基づき、プロセス添加剤を調整するプロセス制御手段を備えている。ガス組成データが継続的に得られることで、空気や蒸気などの添加剤材料の調整が即時にできるようになっている。プロセス添加剤の種類と量は、規制当局の排出制限を遵守し、かつ運転コストを最小限におさえながら、合成ガスの化学組成を最適化するよう、細心の注意を払って選択される。
In one embodiment of the invention, the control system controls the input rate and / or input of air or other process additives including carbon and steam into the carbon conversion zone and / or slag zone. Means to adjust are provided.
The input of heated air may be made as necessary to maintain an optimum processing raw material conversion temperature.
In one embodiment, the control system includes process control means for adjusting process additives based on data obtained by monitoring and analyzing the composition of the synthesis gas. By continuously obtaining gas composition data, it is possible to immediately adjust additive materials such as air and steam. The types and amounts of process additives are selected with great care to optimize the chemical composition of the syngas while complying with regulatory emission limits and minimizing operating costs.
実施例
実施例1
図8、11、18から25を参照すると、マルチゾーン型炭素変換装置(110)はゾーン間領域(112)により、上部の炭素変換ゾーン(111)と下部のスラグ溶融ゾーン(113)へとゾーン分離されている。炭素変換ゾーン(111)は、約950度から約1100度の温度に維持されており、スラグ溶融ゾーンは約1350度から約1600度に維持されている。
図8、11、18から25を参照すると、図に示された実施形態では、マルチゾーン型炭素変換装置(110)は、耐熱内張りされた垂直方向の室(115)で構成され、加工原料供給口(120)、ガス排出口(125)、スラグ排出口(130)、空気箱(135)とプラズマトーチ(140)からなるゾーン別加熱システム(即ち、二つの温度ゾーンを確立できるシステム)を有する。必要であれば、入力材料のサイズを均質化するため、加工原料供給口に、必要に応じて粉砕機(図なし)を付けることもできる。
Example
Example 1
Referring to FIGS. 8, 11, 18 to 25, the multi-zone carbon conversion device (110) is divided into an upper carbon conversion zone (111) and a lower slag melting zone (113) by an inter-zone region (112). It is separated. The carbon conversion zone (111) is maintained at a temperature from about 950 degrees to about 1100 degrees, and the slag melting zone is maintained from about 1350 degrees to about 1600 degrees.
Referring to FIGS. 8, 11, 18 to 25, in the illustrated embodiment, the multi-zone carbon converter (110) is comprised of a vertical chamber (115) lined with a heat resistant lining to supply processing raw material. It has a zone-by-zone heating system (ie, a system capable of establishing two temperature zones) consisting of a mouth (120), a gas outlet (125), a slag outlet (130), an air box (135) and a plasma torch (140). . If necessary, a pulverizer (not shown) can be attached to the processing raw material supply port as necessary in order to homogenize the size of the input material.
室(115)は、耐熱内張りされた鋼溶接物であり、形は屋根のあるほぼ円筒状で、最も幅の広い箇所における長さと直径の比率は約3.6:1となっている。室の直径は、喉元にあたるゾーン間領域で狭められ、スラグ排出口に向かってさらに細くなっていく。ゾーン間領域内のコンポーネントを含む、種々のコンポーネントの交換を容易にするため、室は各部分によって構築されている。
耐熱物質は三層から成り、内側の層は、高温耐性のため、クロミア・アルミナ型キャスタブル(不定形耐火材)、中間層、外側の層は、各々プライキャスト(Plicast)断熱不定形耐熱材と断熱ボードである。室容器の下部では、より高温の運転温度のため、耐熱部は厚くなっており、190ミリ Shamrock 493、115ミリ Plicast LWI−28、76ミリ Insboard 2300HD、そして25ミリ Durablanketが適用されている。耐熱部の上部は、190ミリ Plicast Hymor 2800、114ミリ IFB、そして100ミリ Legrit Super Lite CDから構成されている。
The chamber (115) is a heat-resistant lining steel weldment, the shape is substantially cylindrical with a roof, and the ratio of length to diameter at the widest point is about 3.6: 1. The chamber diameter is narrowed in the inter-zone region at the base of the throat and becomes thinner toward the slag outlet. In order to facilitate the exchange of various components, including components in the inter-zone region, the chamber is constructed by parts.
The refractory material consists of three layers. The inner layer is resistant to high temperatures, so the chromia-alumina castable (non-uniform refractory material), the intermediate layer, and the outer layer are plycast (Plicast) heat-insulating amorphous heat-resistant material It is an insulation board. In the lower part of the chamber container, the heat-resistant part is thicker due to a higher operating temperature, and 190 mm Shamrock 493, 115 mm Plicast LWI-28, 76 mm Insboard 2300HD, and 25 mm Durablanket are applied. The upper part of the heat-resistant portion is composed of 190 mm Plicast Hymor 2800, 114 mm IFB, and 100 mm Legrit Super Lite CD.
図22を参照すると、加熱空気は、炭素変換ゾーンの下流端付近にある空気箱(135)を経由してゾーン内に導入される。空気箱への空気の供給は、変換プロセスが調節できるよう、制御可能である。空気流量は供給/空気比率と運転温度変化により制御されている。必要に応じて、蒸気注入ポート(136)を介して、蒸気が炭素変換ゾーンに注入される場合がある。
図21を参考にすると、炭素変換ゾーン(111)は、狭くなったゾーン間領域(112)へと先細りしている。ゾーン間領域は、炭素変換ゾーンからスラグゾーンへの材料の流れを導くため、物理的障害(145)を含む。図8と11を参照すると、物理的障害は、4つのくさび形耐熱レンガ(150)を用いてゾーン間領域に設置された、固形プレキャスト耐熱ドーム(145)から成る。耐熱ドームは、マルチゾーン型炭素変換装置の内壁とドームの間に溝(155)または空間ができるような大きさになっており、そこでゾーン間の物質移動が可能になる。溝はちょうど溶融スラグが通過できるような大きさとなっている。必要に応じて、耐熱ドームは複数の穴(151)をもつことができる。
直径20ミリから100ミリの複数のアルミナまたはセラミックのボール(165)が耐熱ドームの上部に据えられることで、ベッドが形成され、加熱空気の拡散がもたらされ、ゾーン間領域内において、最初に灰をスラグへ溶融させるため、灰へのプラズマ熱伝達が促進される。この実施形態では、灰は溶融するにつれ、ドームの外端と室の内壁の間の溝(155)を通って、スラグゾーンへと、ゾーン間領域を通過する。
Referring to FIG. 22, heated air is introduced into the zone via an air box (135) near the downstream end of the carbon conversion zone. The supply of air to the air box is controllable so that the conversion process can be adjusted. The air flow rate is controlled by the supply / air ratio and operating temperature change. If desired, steam may be injected into the carbon conversion zone via the steam injection port (136).
Referring to FIG. 21, the carbon conversion zone (111) tapers into a narrower inter-zone region (112). The inter-zone region includes physical obstacles (145) to direct material flow from the carbon conversion zone to the slag zone. Referring to FIGS. 8 and 11, the physical obstacle consists of a solid precast refractory dome (145) installed in the interzone region using four wedge refractory bricks (150). The heat-resistant dome is sized so that a groove (155) or space is formed between the inner wall of the multi-zone type carbon conversion device and the dome, and mass transfer between the zones can be performed there. The groove is just sized to allow molten slag to pass through. If desired, the heat-resistant dome can have a plurality of holes (151).
A plurality of alumina or ceramic balls (165) of 20 to 100 mm in diameter are placed on top of the refractory dome to form a bed, resulting in the diffusion of heated air, first in the inter-zone region, Because the ash is melted into the slag, plasma heat transfer to the ash is facilitated. In this embodiment, as the ash melts, it passes through the groove (155) between the outer edge of the dome and the inner wall of the chamber and into the slag zone through the interzone region.
ゾーン間領域の下流に位置するのがスラグゾーン(113)である。スラグゾーン(113)は、単一の円錐形スラグ排出口(130)をもつ、耐熱内張りされた円筒である。
スラグゾーンは、プラズマトーチポート、室を予熱するバーナー(139)対応用のバーナーポート、加熱空気、炭素および/または袋灰などのプロセス添加剤用のポートを含む、様々なポートから構成される。図23を参照すると、スラグ溶融ゾーンは、プラズマトーチ(140)と、接線方向に設置された、空気コンベヤガスと加熱空気注入ノズルの付いた空気ノズル(141)を備えている。加熱空気、炭素、および/あるいは袋灰とプラズマトーチは、高温ガス生成器(HGG)を形成し、灰溶融を促進する高温ガス(1600度以上)が得られる。プラズマトーチは、300kW、水冷式、銅電極、NTAT、DCプラズマと格付けされる。必要に応じて、炭素および/または袋灰が、炭素供給口を使って、あるいは空気ノズルを通して注入される場合がある。 図24を参照すると、室はさらに、始動を促進するバーナー(139)に対応するポートも含む。
図25を参照すると、溶融スラグは、スラグゾーンを出ると、水スプレー(113)を通過し、そこで粉々に凝固する。スラグの粒末は、制動チェーンアセンブリ(114)を用いて除去される。
Slag zone (113) is located downstream of the inter-zone region. The slag zone (113) is a heat resistant lined cylinder with a single conical slag outlet (130).
The slag zone is comprised of various ports including a plasma torch port, a burner port for the burner (139) that preheats the chamber, and a port for process additives such as heated air, carbon and / or bag ash. Referring to FIG. 23, the slag melting zone comprises a plasma torch (140) and an air nozzle (141) with tangentially installed air conveyor gas and a heated air injection nozzle. The heated air, carbon, and / or bag ash and the plasma torch form a high temperature gas generator (HGG) to obtain a high temperature gas (1600 ° C. or higher) that promotes ash melting. The plasma torch is rated as 300 kW, water-cooled, copper electrode, NTAT, DC plasma. If necessary, carbon and / or bag ash may be injected using a carbon supply port or through an air nozzle. Referring to FIG. 24, the chamber further includes a port corresponding to a burner (139) that facilitates starting.
Referring to FIG. 25, upon exiting the slag zone, the molten slag passes through a water spray (113) where it solidifies into pieces. Slag particles are removed using the brake chain assembly (114).
プラズマトーチ(140)は、トーチ(140)をスラグ溶融ゾーンの中へも外へも移動できる、スライド機構の上に設置されている。必要に応じて、トーチはより高い熱強度のために近づけられる。トーチ(140)は、密閉グランドによって、室に密閉される。このグランドはゲートバルブに対して封されており、同じように、そのバルブは容器に設置、密閉されている。トーチ(140)を取り出すには、スライド機構によって、室(115)の中から引き出される。安全のため、スライドの初期動作により、高電圧のトーチ電力供給が無効にされる。トーチ(140)がバルブを通過して引き込み、冷却剤循環が停止すると、ゲートバルブは自動的に閉じる。ホースやケーブルはトーチ(140)から切断され、グランドはゲートバルブから解除され、トーチ(140)は引き上げ機によって、持ち上げられる。
トーチ(140)の交換は、上記の手順の逆を利用して行なわれる。スライド機構は、トーチ(140)の挿入深度が変えられるよう調節される。
運転が自動化されるよう、ゲートバルブは機械的に操作される。冷却システム不具合の際、トーチを自動的に引き込むには、空気圧式アクチュエータが用いられる。アクチュエータを操作するための圧縮空気は、停電の際でも出力が常に利用できるよう、専用の空気タンクから供給される。同じ空気タンクは、ゲートバルブの空気も提供する。電気連動カバーは、高電圧トーチ接続へのアクセスを防止することで、さらなる安全機能として用いられる。
ゾーン内の温度が予め決められた温度に維持されるよう、そして、もしこの温度より下がった場合、プラズマトーチへの動力や空気注入が増加するよう、熱電温度計は、炭素変換装置と共に、様々な場所に配置される。
The plasma torch (140) is installed on a slide mechanism that can move the torch (140) into and out of the slag melting zone. If necessary, the torch is approached for higher heat intensity. The torch (140) is sealed in the chamber by a sealed gland. The gland is sealed with respect to the gate valve. Similarly, the valve is installed and sealed in the container. To remove the torch (140), it is pulled out of the chamber (115) by a slide mechanism. For safety, the initial operation of the slide disables the high voltage torch power supply. When the torch (140) is pulled through the valve and the coolant circulation stops, the gate valve automatically closes. The hose and cable are disconnected from the torch (140), the gland is released from the gate valve, and the torch (140) is lifted by a lifting machine.
The torch (140) is replaced using the reverse of the above procedure. The sliding mechanism is adjusted so that the insertion depth of the torch (140) can be changed.
The gate valve is mechanically operated so that operation is automated. A pneumatic actuator is used to automatically retract the torch in the event of a cooling system failure. The compressed air for operating the actuator is supplied from a dedicated air tank so that the output is always available even in the event of a power failure. The same air tank also provides gate valve air. The electrical interlock cover is used as an additional safety feature by preventing access to the high voltage torch connection.
Thermoelectric thermometers, along with carbon converters, can be used in various ways to maintain the temperature in the zone at a pre-determined temperature and to increase power and air injection into the plasma torch if it falls below this temperature. It is arranged in a place.
実施例2
炭素変換ゾーンとスラグゾーンは、実質的に、実施例1で記述された内容と同じであるから、マルチゾーン型炭素変換装置の一般的な構造と設計は上に記述される通りである。図10と26を参照すると、図示された実施形態では、マルチゾーン型炭素変換装置(310)は、耐熱内張りされた、垂直方向の室(315)から構成され、加工原料供給口(図なし)、合成ガス排出口(325)、スラグ排出口(330)、そして、空気吸入口(図なし)とプラズマトーチ(340)からなるゾーン別加熱システム(即ち、二つの温度ゾーンを確立できるシステム)を有する。
図10と26を参照すると、ゾーン間領域は、炭素変換ゾーンからスラグゾーンへの材料の流れを規制するため、物理的障害を含む。インスタント実施形態では、物理的障害は、取り付けリング(350)の中に取り付けられた、一連のほぼ平行な耐熱内張りチューブ(345)から構成される。チューブは、隣接するチューブとの間に溝(355)ができるよう、取り付けられている。必要に応じて、直径20ミリから100ミリの複数のアルミナまたはセラミックのボールが耐熱ドームの上部に据えられることで、ベッドが形成され、拡散がもたらされ、ゾーン間領域内において、最初に灰をスラグへ溶融させるため、灰へのプラズマ熱伝達が促進される。
加熱空気は、ほぼ平行な耐熱内張りチューブ(345)の上面にある穿孔を通して、炭素変換ゾーンへと供給される。
Example 2
Since the carbon conversion zone and slag zone are substantially the same as described in Example 1, the general structure and design of the multi-zone carbon conversion device is as described above. Referring to FIGS. 10 and 26, in the illustrated embodiment, the multi-zone carbon converter (310) is comprised of a heat resistant lining, vertical chamber (315), and a process feed inlet (not shown). , A syngas outlet (325), a slag outlet (330), and a zoned heating system (ie, a system capable of establishing two temperature zones) consisting of an air inlet (not shown) and a plasma torch (340). Have.
Referring to FIGS. 10 and 26, the interzone region contains physical obstacles to regulate the flow of material from the carbon conversion zone to the slag zone. In the instant embodiment, the physical obstacle consists of a series of generally parallel heat resistant lining tubes (345) mounted in a mounting ring (350). The tubes are mounted so that there is a groove (355) between adjacent tubes. If necessary, a plurality of alumina or ceramic balls of 20 to 100 mm in diameter are placed on top of the refractory dome to form a bed and provide diffusion, first in the interzone region, the ash As the slag is melted into the slag, plasma heat transfer to the ash is promoted.
Heated air is supplied to the carbon conversion zone through perforations in the upper surface of a generally parallel heat resistant lining tube (345).
実施例3
炭素変換ゾーンとスラグゾーンは、実質的に、実施例1で記述された内容と同じであるから、マルチゾーン型炭素変換装置の一般的な構造と設計は上に記述される通りである。図27を参照すると、図示された実施形態では、マルチゾーン型炭素変換装置(210)は、耐熱内張りされた、垂直方向の室(315)から構成され、加工原料供給口(図なし)、合成ガス排出口(図なし)、スラグ排出口(230)、そして、空気吸入口(図なし)とプラズマトーチ(240)からなるゾーン別加熱システム(即ち、二つの温度ゾーンを確立できるシステム)を有する。
図27を参照すると、ゾーン間領域は、炭素変換ゾーンからスラグゾーンへの材料の流れを規制するため、物理的障害を含む。インスタント実施形態では、物理的障害は、一連の相互接続された耐熱レンガ(245)から成る。レンガは、隣接するレンガとの間に溝(255)ができるよう、取り付け要素(250)に設置されている。
実施例4
図28を参照すると、図示された実施形態では、マルチゾーン型炭素変換装置(部分的に表示)は、耐熱内張りされた、垂直方向の室(415)から構成され、加工原料供給口(図なし)、合成ガス排出口(図なし)、スラグ排出口(430)、そして、空気吸入口(435)、プラズマトーチ(440)、必要に応じて、湯出し口(446)を含むゾーン別加熱システム(即ち、二つの温度ゾーンを確立できるシステム)を有する。
Example 3
Since the carbon conversion zone and the slag zone are substantially the same as described in Example 1, the general structure and design of the multi-zone carbon conversion device is as described above. Referring to FIG. 27, in the illustrated embodiment, the multi-zone carbon converter (210) is comprised of a heat resistant lining, vertical chamber (315), a process feed inlet (not shown), a synthesis Has a gas outlet (not shown), a slag outlet (230), and a zoned heating system (ie a system capable of establishing two temperature zones) consisting of an air inlet (not shown) and a plasma torch (240) .
Referring to FIG. 27, the inter-zone region includes physical obstacles to regulate material flow from the carbon conversion zone to the slag zone. In the instant embodiment, the physical failure consists of a series of interconnected refractory bricks (245). The brick is installed on the mounting element (250) so that there is a groove (255) between adjacent bricks.
Example 4
Referring to FIG. 28, in the illustrated embodiment, the multi-zone carbon conversion device (partially indicated) is comprised of a heat resistant lining, vertical chamber (415), and a raw material feed port (not shown). ), Synthesis gas outlet (not shown), slag outlet (430), and air inlet (435), plasma torch (440), and zoned heating system including hot water outlet (446) if necessary (Ie, a system capable of establishing two temperature zones).
図28を参考にすると、炭素変換ゾーンは、中央に位置し、スラグゾーンは室の周辺に向かって設置される。室の床は、炭素変換ゾーンがスラグゾーンの上流になるよう傾斜している。これにより、これらのゾーン間で材料が一方方向に動くことを促している。二つのゾーンは、ゾーン間領域で隔離されている。ゾーン間領域は、炭素変換ゾーンからスラグゾーンへの材料の流れを規制するため、物理的障害を含む。インスタント実施形態では、物理的障害は、一連のほぼ垂直方向の、ほぼ平行な、耐熱内張りされた穿孔パイプ(445)から成る。加熱空気は、加工原料の山の中央へ、パイプの穿孔を通って、炭素変換ゾーンに導入される。そこで、加工原料内の炭素を加熱、変換する。空気は底から送られるに従い、パイプを冷却しつつ、やや加熱される。空気は、スラグゾーン内の空気吸入口(441)を通して、パイプ列の外側に注入され、スラグが凍結しないよう、パイプの外面を高温に保つ役割をする。
スラグゾーンの傾斜した底は、残基が溶融スラグへと溶けるよう、プラズマトーチが設置される側に残基を流しだすのに役立つ。スラグは排出するに従い、水スプレーを通って、下のホッパーへと落ちる。
実施例5
炭素変換ゾーンとスラグゾーンは、実質的に、実施例1で記述された内容と同じであるから、マルチゾーン型炭素変換装置の一般的な構造と設計は上に記述される通りである。炭素変換ゾーン、ゾーン間領域、スラグゾーンの一部を示した図29を参照すると、マルチゾーン型炭素変換装置(510)は、耐熱内張りされた、垂直方向の室(515)から構成され、加工原料供給口(図なし)、合成ガス排出口(図なし)、スラグ排出口(530)、そして、空気吸入口(図なし)とプラズマトーチ(540)からなる、ゾーン別加熱システム(即ち、二つの温度ゾーンを確立できるシステム)を有する。
図29を参照すると、ゾーン間領域は、炭素変換ゾーンからスラグゾーンへの材料の流れを規制するための物理的障害を含む。インスタント実施形態では、物理的障害は歯車形ドーム(545)から成る。
Referring to FIG. 28, the carbon conversion zone is located in the center, and the slag zone is installed toward the periphery of the chamber. The chamber floor is inclined so that the carbon conversion zone is upstream of the slag zone. This encourages the material to move in one direction between these zones. The two zones are separated by an inter-zone region. The inter-zone region contains physical obstacles to regulate the flow of material from the carbon conversion zone to the slag zone. In the instant embodiment, the physical obstacle consists of a series of generally vertical, generally parallel, heat resistant lined perforated pipes (445). Heated air is introduced into the carbon conversion zone through the drilling of pipes into the center of the pile of processing raw materials. Therefore, the carbon in the processing raw material is heated and converted. As the air is sent from the bottom, it is heated slightly while cooling the pipe. Air is injected outside the pipe row through the air inlet (441) in the slag zone and serves to keep the outer surface of the pipe at a high temperature so that the slag does not freeze.
The slanted bottom of the slag zone helps flush out the residue on the side where the plasma torch is installed so that the residue melts into the molten slag. As the slag drains, it passes through the water spray and falls to the lower hopper.
Example 5
Since the carbon conversion zone and the slag zone are substantially the same as described in Example 1, the general structure and design of the multi-zone carbon conversion device is as described above. Referring to FIG. 29 showing a part of the carbon conversion zone, the inter-zone region, and the slag zone, the multi-zone carbon conversion device (510) is composed of a vertical chamber (515) lined with a heat resistant lining and processed. A zone-specific heating system (i.e., a two-phase heating system (i.e., two) System that can establish two temperature zones.
Referring to FIG. 29, the inter-zone region includes physical obstacles to regulate material flow from the carbon conversion zone to the slag zone. In the instant embodiment, the physical obstacle consists of a geared dome (545).
実施例6
炭素変換ゾーンとスラグゾーンは、実質的に、スラグゾーンの設計を除き、実施例1で記述された内容と同じであるから、マルチゾーン型炭素変換装置の構造と設計は上に記述される通りである。(炭素変換ゾーン、ゾーン間領域、スラグゾーンの一部を示した)図30を参照すると、スラグゾーンの室は、プラズマトーチ(640)、炭素および/または袋灰供給口(642)、そして加熱空気吸入口(641)をもった、ブランチまたは高温ガス生成器(622)を含む。
実施例7
図6を参照すると、炭素変換ゾーンとスラグゾーンは、実質的に、実施例1で記述された内容と同じであるから、マルチゾーン型炭素変換装置の一般的な構造と設計は上に記述される通りである。炭素変換ゾーン、ゾーン間領域、スラグゾーンの一部を示した図6を参照すると、マルチゾーン型炭素変換装置(610)は、耐熱内張りされた、垂直方向の室(615)から構成され、加工原料供給口(図なし)、合成ガス排出口(図なし)、スラグ排出口(630)、そして、空気吸入口(図なし)とプラズマトーチ(640)からなる、ゾーン別加熱システム(即ち、二つの温度ゾーンを確立できるシステム)を有する。
図6を参照すると、(スラグゾーンと連続した)ゾーン間領域は、炭素変換ゾーンからスラグゾーンへの材料の流れを規制するための物理的障害を含む。インスタント実施形態では、物理的障害は、複数のセラミックボール(645)から成る。
Example 6
Since the carbon conversion zone and the slag zone are substantially the same as described in Example 1 except for the design of the slag zone, the structure and design of the multi-zone carbon conversion device is as described above. It is. Referring to FIG. 30 (shown carbon conversion zone, inter-zone region, part of slag zone), the slag zone chamber comprises a plasma torch (640), carbon and / or bag ash feed (642), and heating. A branch or hot gas generator (622) with an air inlet (641) is included.
Example 7
Referring to FIG. 6, since the carbon conversion zone and slag zone are substantially the same as described in Example 1, the general structure and design of the multi-zone carbon conversion device is described above. That's right. Referring to FIG. 6 which shows a part of the carbon conversion zone, the inter-zone region, and the slag zone, the multi-zone carbon conversion device (610) is composed of a vertical chamber (615) lined with a heat resistant lining and processed. A zone-specific heating system (i.e., a two-phase heating system (i.e., two). System that can establish two temperature zones.
Referring to FIG. 6, the inter-zone region (continuous with the slag zone) contains physical obstacles to regulate the flow of material from the carbon conversion zone to the slag zone. In the instant embodiment, the physical obstacle consists of a plurality of ceramic balls (645).
実施例8
図32を参照すると、炭素変換ゾーンとゾーン間領域は、実質的に、実施例1で記述された内容と同じであるから、マルチゾーン型炭素変換装置の一般的な構造と設計は上に記述される通りである。スラグゾーンの床は、回転傾斜式の耐熱テーブルから成る。テーブルトップの回転が溶融スラグの排出を促進する。必要に応じて、プラズマ熱伝達を促進するため、テーブルは複数のセラミックボールを含むことがある。スラグゾーンの床は、処理ゾーンから引き込んで、高められている場合がある。
炭素変換ゾーン、ゾーン間領域、スラグゾーンの一部を示した図32を参照すると、マルチゾーン型炭素変換装置(810)は、耐熱内張りされた、垂直方向の室(815)から構成され、加工原料供給口(図なし)、合成ガス排出口(図なし)、スラグ排出口(830)、そして、空気吸入口(図なし)、プラズマトーチ(840)、そして障壁(845)からなる、ゾーン別加熱システム(即ち、二つの温度ゾーンを確立できるシステム) を有する。
耐熱内張りされたテーブルトップは、外部モーター(847)に操作上つながった駆動軸(846)に設置されている。スラグ床アセンブリは、ゾーン間領域と炭素変換ゾーンから容易に取り外し可能であり、一掃しやすいよう、レール上の昇降テーブルに設置されている。複数のセラミックボール(848)は、プラズマ熱伝達を促進する。
必要に応じて、溶融スラグは、スラグ排出口(830)を出る際、水スプレーによって冷却され、固形化したスラグは、除去のため、制動チェーンの上に落ちる。
Example 8
Referring to FIG. 32, the carbon conversion zone and the inter-zone region are substantially the same as described in Example 1, so the general structure and design of the multi-zone carbon conversion device is described above. It is as it is done. The floor of the slag zone consists of a rotating and tilting heat-resistant table. The rotation of the table top facilitates the discharge of molten slag. If necessary, the table may include a plurality of ceramic balls to facilitate plasma heat transfer. The slag zone floor may be raised from the treatment zone.
Referring to FIG. 32 showing a part of the carbon conversion zone, the inter-zone region, and the slag zone, the multi-zone type carbon conversion device (810) is composed of a heat resistant lining, a vertical chamber (815), and processed. By zone, consisting of raw material supply port (not shown), synthesis gas discharge port (not shown), slag discharge port (830), air inlet (not shown), plasma torch (840), and barrier (845) It has a heating system (ie a system that can establish two temperature zones).
The heat resistant lining table top is installed on a drive shaft (846) operatively connected to an external motor (847). The slag floor assembly is easily removable from the interzone area and the carbon conversion zone and is installed on a lifting table on rails for easy cleaning. A plurality of ceramic balls (848) facilitate plasma heat transfer.
If necessary, the molten slag is cooled by water spray as it exits the slag outlet (830), and the solidified slag falls onto the brake chain for removal.
実施例9
図33は炭素変換ゾーン、ゾーン間領域、スラグゾーンの一部を示しており、マルチゾーン型炭素変換装置(910)は、耐熱内張りされた、垂直方向の室(915)から構成され、加工原料供給口(図なし)、合成ガス排出口(図なし)、スラグ排出口(930)、そして、空気吸入口(図なし)とプラズマトーチ(940)、プロパンまたは天然ガスバーナー(937)、そして障壁(945)からなる、ゾーン別加熱システム(即ち、二つの温度ゾーンを確立できるシステム) を有する。
障壁は、外部モーター(942)につながった駆動軸(933)をもつ、駆動台に設置された回転耐熱コーン(921)から成る。回転耐熱物の下部は、室からの排出前にスラグがたまる井戸(978)を含む。障壁/スラグ床アセンブリは、ゾーン間領域と炭素変換ゾーンから容易に取り外し可能であり、一掃しやすいよう、レール上の昇降テーブルに設置されている。
必要に応じて、溶融スラグは、スラグ排出口(930)を出る際、水スプレーによって冷却され、固形化したスラグは、除去のため、制動チェーンの上に落ちる。
Example 9
FIG. 33 shows a part of the carbon conversion zone, the inter-zone region, and the slag zone. The multi-zone type carbon conversion device (910) is composed of a vertical chamber (915) lined with a heat resistant lining, and is processed raw material. Supply port (not shown), synthesis gas outlet (not shown), slag outlet (930), air inlet (not shown) and plasma torch (940), propane or natural gas burner (937), and barrier (945), a zoned heating system (ie, a system capable of establishing two temperature zones).
The barrier consists of a rotating heat-resistant cone (921) installed on the drive base with a drive shaft (933) connected to an external motor (942). The lower part of the rotating refractory includes a well (978) in which slag accumulates prior to discharge from the chamber. The barrier / slag floor assembly is easily removable from the interzone area and the carbon conversion zone and is installed on a lifting table on the rails for easy cleaning.
If necessary, the molten slag is cooled by water spray as it exits the slag outlet (930), and the solidified slag falls onto the brake chain for removal.
実施例10
図12を参照すると、図示された実施形態では、マルチゾーン型炭素変換装置(1010)は、耐熱内張りされた、垂直方向の室(1015)から構成され、加工原料供給口(1020)、プラズマガス精製室(1066)とつながっている合成ガス排出口(1025)、スラグ排出口(1030)、外部設置モーターアセンブリ(1032)の付いたかくはん器(1031)、そして空気吸入口(1041)とプラズマトーチ(1040)からなるゾーン別加熱システム(即ち、二つの温度ゾーンを確立できるシステム)を有する。
ゾーン間領域は、炭素変換ゾーンからスラグゾーンへの材料の流れを規制するため、物理的障害を含む。インスタント実施形態では、物理的障害は、ゾーン間領域内に設置された回転火格子(1045)から成る。残留固体材料は、ゾーン間領域を通過し、スラグゾーン内で溶融する。 図12AとBは、典型的な火格子の設計を示している。
Example 10
Referring to FIG. 12, in the illustrated embodiment, the multi-zone carbon converter (1010) is comprised of a heat resistant lining, vertical chamber (1015), a processing material supply port (1020), a plasma gas. Syngas outlet (1025) connected to the purification chamber (1066), slag outlet (1030), agitator (1031) with externally installed motor assembly (1032), air inlet (1041) and plasma torch (1040) with a zoned heating system (ie a system capable of establishing two temperature zones).
The inter-zone region contains physical obstacles to regulate the flow of material from the carbon conversion zone to the slag zone. In the instant embodiment, the physical obstacle consists of a rotating grate (1045) placed in the interzone area. The residual solid material passes through the inter-zone region and melts in the slag zone. 12A and B show a typical grate design.
Claims (12)
スラグゾーンと連絡を取り合う、炭素変換ゾーンからなる室(ただし、炭素変換ゾーンとスラグゾーンはゾーン間領域により隔離される)
供給源から加工原料を受け取る加工原料供給口、 合成ガス排出口、空気吸入口からなる炭素変換ゾーン
部分的に、あるいは断続的にゾーン間領域を塞ぐことで、炭素変換ゾーンとスラグゾーン間の材料の流れを制限する障壁を含む、ゾーン間領域
プラズマ熱源とスラグ排出口からなるスラグゾーン
そこでは、プラズマ熱源からの熱を利用して、加工原料は炭素変換ゾーンで合成ガスと灰に変換され、灰はゾーン間領域および/またはスラグゾーンで溶融スラグに変換される。 A chamber consisting of a carbon conversion zone that communicates with the multi-zone carbon converter slag zone that converts the process feedstock into synthesis gas and slag (however, the carbon conversion zone and the slag zone are separated by an inter-zone region)
A carbon conversion zone consisting of a processing raw material supply port that receives processing raw material from a supply source, a syngas outlet, and an air inlet
Inter-zone region including a barrier that restricts material flow between the carbon conversion zone and the slag zone by partially or intermittently plugging the inter-zone region
A slag zone consisting of a plasma heat source and slag outlet where the raw material is converted into syngas and ash in the carbon conversion zone using the heat from the plasma heat source, and the ash melts in the interzone and / or slag zone Converted to slag.
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