JP4602624B2 - ガス化システムからスラグを引き出して脱水するための装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、ガス化システムからスラグを引き出して脱水するための装置および方法に関する。より詳細には、本発明は、搬送ロックホッパと、搬送ロックホッパをガス化システムと共に使用する方法とに関する。
【０００２】
（関連技術）
ガス化は、石炭、重油、および石油コークスなど炭化水素供給原料から電力、化学物質、および工業ガスを発生するための最もクリーンであり、最も効率の良い技術の１つである。ガス化は、炭化水素供給原料を、主に水素（Ｈ₂）および一酸化炭素（ＣＯ）からなるクリーンな合成ガスに変換する。ガス化により、精製所が自己発電し、追加の生成物を生成できるようになる。したがってガス化によって、効率がより良くなり、エネルギーが節約でき、よりクリーンな環境を提供できる。例えば、Ｅｌ Ｄｏｒａｄｏ（Ｋａｎｓａｓ）の精製所におけるガス化プラントは、石油コークスおよび精製所廃棄物を電気および蒸気に変換し、精製所がエネルギー需要を完全に自給自足するようにし、廃棄物およびコークス処理コストを大幅に削減している。これらの理由により、ガス化は世界中の精製所でますます広まっている。現在、動作しているガス化プラントは世界に数百箇所ある。
【０００３】
ガス化プラントでは、供給原料が酸素（Ｏ₂）と混合されて、ガス化装置内に注入される。ガス化装置内部で、供給原料およびＯ₂は高温および高圧にさらされ、これにより供給原料とＯ₂が反応して合成ガスが生成される。ガス化可能でない灰材料は、副生成物として溶融スラグを生成する。ガス化装置から出る高温の合成ガスは、急冷室内で水と直接接触させることによって冷却され、あるいは余剰の熱／エネルギーを回収するために合成ガス冷却器内で間接的に冷却される。直接焼入れモードでは、ガス化装置から出る高温の合成ガスが、ガス化装置容器の底部に位置された急冷室内で水と接触する。ガスは冷却され、蒸気で飽和される。溶融された灰は急速に冷却され、様々なサイズの不規則形状粒子に固化される。したがって、急冷室は、合成ガスを冷却して飽和するだけでなく、合成ガスからスラグ粒子を分離し、スラグ粒子を焼入れ水中に拿捕する。
【０００４】
合成ガス冷却器モードでは、高温ガスは、高圧移出蒸気が発生される特別設計熱交換器内で間接的に冷却される。冷却された合成ガスは、合成ガス冷却器の出口で、合成ガス冷却器サンプと呼ばれる水のプールを介して進むときに急速に方向を変えられる。したがって、冷却された合成ガス中に混入している溶融スラグおよび部分固化スラグは、重力とモーメントの組合せ効果によって合成ガスから分離される。次いで、合成ガス冷却器サンプ水中に落ちたスラグ粒子が急速に固化されて、様々なサイズの不規則形状粒子となる。
【０００５】
合成ガスは、Ｈ₂およびＣＯに加えて、二酸化炭素（ＣＯ₂）、水、アンモニア、メタン、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、窒素、およびアルゴンなど少量の他のガスを含む。合成ガス中に存在するＨ₂ＳおよびＣＯＳの９９パーセント以上を回収し、硫黄元素に変換して、肥料または化学工業に使用することができる。次いで、クリーンな合成ガスを使用して電気を発生し、工業化学物質およびガスを生成する。
【０００６】
固体供給原料中に存在する灰の多くは、水封減圧ロックホッパ・システムを介して固体のガラス状スラグ粒子としてガス化装置から除去される。ロックホッパは従来、上部バルブおよび下部バルブを有して垂直に向けられた円筒形容器である。この容器は、ガス化装置急冷室または合成ガス冷却器サンプのすぐ下に位置される。
【０００７】
従来のロックホッパは、収集モードとダンプ・モードを循環する。収集モードでは、上部バルブ（ロックホッパ入口）がガス化装置に対して開き、底部バルブ（ロックホッパ出口）が閉じる。ロックホッパ全体が、急冷室・モードでは、焼入れ水と共に連続する水柱を形成する水で充填され、合成ガス冷却器モードでは、合成ガス冷却器サンプ水で充填される。したがって収集モード中、急冷室または合成ガス冷却器サンプに入るスラグは、ロックホッパ入口バルブを介してロックホッパ容器内へ、下方向へ妨害されずに浮動することができる。
【０００８】
ガス化装置からのガス収集は通常、１５〜３０分続く。ダンプ・モードでは、入口が閉じられ、ロックホッパが減圧される。減圧後、底部バルブ（ロックホッパ出口）が短時間、通常は数秒間だけ開かれる。この期間中、スラグは、大きなオーバーヘッド・フラッシュ水タンクからの大量の水で洗い流される。大量の水が、スラグを従来のロックホッパから流し出して、ドラッグ・コンベヤを用いてスラグ・サンプ内に、またはスラグ・パッド上に流す。従来のロックホッパは、スラグを脱水して輸送できるように調製するために、スラグ・サンプ、ドラッグ・コンベヤ、およびスラグ・パッドに依拠している。
【０００９】
スラグ・サンプを使用する場合、ドラッグ・コンベヤは、梯子状の構成で平行チェーンによって接続されている一連のヘビーデューティ・スクレーパによって、長い傾斜を上るように浸水スラグをゆっくりと引き上げる。ドラッグ・コンベヤは、エスカレータのようにスラグ・サンプを介して巡回する。スラグは、傾斜を上がり、上部を越え、スラグ・ビン内に引張られるときに、重力による排水により脱水される。スラグが従来のロックホッパから流し出されてスラグ・パッド上に流れる場合、スラグは、傾斜コンクリート・パッドの頂部に位置するときに重力によって排水される。定期的にフロント・エンド・ローダを使用して脱水スラグをすくい上げ、スラグ・ビンに送ってオフサイトで処理する。スラグ・サンプ／ドラッグ・コンベヤを使用するか、スラグ・パッドを使用するかに関わらず、スラグから重力によって排出される水は、より粗い材料と共には残っていないスラグの微粒子を含む。このスラグ水は、スラグ水サンプ内に収集され、そこから希釈スラリとしてポンプされて処理され、さらに分離または濾過される。通常、スラグ・サンプ／ドラッグ・コンベヤ、スラグ・パッド、および同様の機器は通常、ロックホッパの底部に機器を位置決めすることができるように、ガス化装置およびロックホッパの下方の地面に大きな基礎を掘削する必要がある。
【００１０】
ロックホッパは、ガス化装置のすぐ下に位置される、上部バルブおよび底部バルブを有する大きな細長い円筒形容器であるので、ガス化装置構造を地上の高い位置で支持しなければならない。工業用ガス化機器は非常に重く、サイズが大きいので、機器を高い位置で支持するという構造面での必要性は、ガス化プロセスにかなりの費用を追加する。高架ガス化装置は、その高さのために保守がより困難である。
【００１１】
高架ガス化装置を支持することに関連する効率の悪さに加え、各ダンプ・サイクル中に従来のロックホッパからスラグを流し出すのに必要な水の量が通常、ロックホッパの全体積の２〜４倍である。これは、スラグおよび水の処分に、スラグ・ドラッグ・コンベヤやサンプ・システムなど相当な量の処理機器を必要とする。また、取水を貯蔵し、結果として生じる廃水を処理して処分するための機器も必要である。廃水は、環境品質基準に合うように処理しなければならない。廃水を処理し、新たな取水を追加するプロセスは非常にコストがかかる。さらに、システム内部の水からアンモニアを除去するためには、高価な逆流ストリッパが通常必要である。いくつかのシステムでは、アンモニアおよび大きな割合の汚染物質を除去した後でさえ、依然としてパージ水が厳しい環境規制に適合しない。
【００１２】
この理由から、大きな垂直ロックホッパの上方に大きなガス化機器を支持することに関わる通常の関連機器および費用を伴わず、かつ費用がかかり無駄が多い水処理プロセスおよび機器を伴わずに、ガス化装置からスラグを引き出して処理することができる改良型ロックホッパの必要性が本発明者によって理解された。
【００１３】
（発明の概要）
本発明は、ガス化システムからスラグを引き出して脱水するための装置および方法に関する。より詳細には、本発明は、搬送ロックホッパと、搬送ロックホッパをガス化システムと共に使用する方法とに関する。本発明は、従来のガス化システムに関わる問題を解決し、その欠点を克服する。
【００１４】
本発明の一態様では、スラグを引き出して脱水するための装置（本発明では以後、当業者によって呼ばれるようにロックホッパと呼ぶ）が開示される。本発明のロックホッパは、回転オーガまたはそれと等価な搬送デバイスを内部に有する傾いた円筒形圧力容器である。「搬送ロックホッパ」と呼ばれるこの新たなロックホッパ設計は、水平から好ましくは約５度から６０度の間の角度で傾けられている。搬送ロックホッパのハウジングは、入口および出口を有し、好ましくはどちらもバルブを用いて制御される。入口は、ガス化装置からスラグを受け取るように構成され、出口は、スラグを搬送して除去するのに適した容器内に処理済スラグを直接排出するように構成されている。搬送ロックホッパは傾いており、好ましくは出口が入口よりも高い位置にある。ハウジング内部の回転オーガまたは他の適切な搬送デバイスが、入口から出口にスラグを搬送する。オーガおよびハウジングの長さ、オーガ・フライト（オーガ羽根）のピッチ、ならびにオーガの回転速度は全て本発明の範囲内で変えることができ、所望の割合で搬送ロックホッパからスラグを排出する。搬送ロックホッパのわずかな部分のみがガス化装置の下方に配設されているので、ガス化システム機器の高さ、したがってその機器を支持するのに必要な構造の量が大幅に減少する。
【００１５】
本発明の別の態様では、改良型のガス化プロセスが提供される。一般に、ガス化プロセスは、供給原料およびＯ₂または空気を注入装置を介してガス化装置に供給すること、急冷室、合成ガス冷却器、または他の合成ガス冷却装置内で冷却される合成ガスを生成すること、スラグ副生成物を搬送ロックホッパに送ること、次いで、スラグを処理し、搬送ロックホッパを介して排出することを含む。搬送ロックホッパは、収集モードとダンプ・モードで交互に動作する。スラグ収集モードでは、搬送ロックホッパの出口バルブが閉じられ、入口バルブが開かれ、それによりスラグが、合成ガス冷却デバイスと搬送ロックホッパとの間に延在する連続水柱を介してガス化装置から搬送ロックホッパへ連続的に進むことができるようにする。
【００１６】
このモード中、ガス化装置からの入口バルブは開いたままであるので、搬送ロックホッパ内部の圧力は、ガス化装置内部の圧力と同じ圧力である。通常約３．４４８×１０⁶Ｐａ（約５００ｐｓｉｇ）であり、しかし約２．０７×１０⁶〜１．０３４×０⁷Ｐａ（３００〜１５００ｐｓｉｇ）の範囲のどこであってもよい。通常は１０〜３０分続く収集モード中、オーガが常に回転してスラグを分解し、スラグを水から分離して、出口へ向けて搬送する。ダンプ・モードでは、入口バルブが閉じられ、オーガが止まっている。搬送ロックホッパ内部の水位は、窒素の加圧キャップを使用して水を大気ヒール・タンク内に押し込むことによって低減される。水がヒール・タンク内に押された後、ヒール・タンク・バルブが閉じ、逃がしバルブが開いて搬送ロックホッパを減圧する。減圧後、出口バルブが短時間、通常は１〜２分開かれ、オーガが再始動してスラグを排出する。次いで、脱水スラグが出口バルブを介して排出され、スラグを輸送するのに適した待機容器内に堆積される。次いで、次の収集サイクルのための準備として、搬送ロックホッパにヒール・タンクから水が充填され、窒素などの不活性ガスを使用してガス化装置動作圧力まで加圧される。ヒール・タンクへの水の出入りの循環により、ロックホッパの無駄の多いフラッシング、およびそれを行うための対応する高価な機器が必要なくなる。
【００１７】
本発明の別の態様では、ガス化プロセスの操作、特に搬送ロックホッパの操作がコンピュータ制御される。処理装置または他のタイプのコンピュータ・システムが搬送ロックホッパに結合されて、収集モードおよびダンプ・モードでの動作を制御する。
【００１８】
本発明の別の態様では、材料を移動させるための装置が提供される。装置は、入口および出口を有する傾いたコンベヤを備え、材料が入口を介してコンベヤに導入され、コンベヤが出口に向けて材料を輸送し、材料が出口を介してコンベヤから放出される。
【００１９】
本発明の別の態様では、パイプ、パイプ・スプール、または他のタイプの貯蔵バッファが、搬送ロックホッパの出口に取り付けられて、排出前に脱水スラグを貯蔵しておくためのバッファとして働く。パイプ・スプールの追加は、脱水スラグが搬送ロックホッパの排出端部に集まらないことを保証する。この収集は、回転封止を妨げ、オーガ動作を妨害する可能性がある。パイプ・スプールの利用により、オーガはより高い回転速度で動作することができ、それによりモータから必要とされるオーガ・シャフト速度に関してトルクの量を低減する。さらに、パイプ・スプールを採用する実施形態は、搬送ロックホッパが、スラグを連続的に収集して処理し、その一方で脱水されたスラグがパイプ・スプールからパージされるようにする。
【００２０】
したがって、本発明は、ガス化システムからスラグを除去するためのコストのかかる余分な構造、機器、およびプロセスをなくする装置および方法を提供する。
【００２１】
（特徴と利点）
本発明は、ガス化装置と共に使用するためのロックホッパを位置付けるためにガス化装置を上げなければならない高さを著しく減らす。この結果、高くしたガス化装置を支持するための丈夫な支持物の必要性は大きく減少する。
【００２２】
本発明は、ロックホッパからスラグを回収して処理するためのドラッグ・コンベヤまたはスラグ・サンプ・システムの必要性を除去する。したがって、ドラッグ・コンベヤまたはスラグ・サンプ・システムは不必要であり、このような設備に適応するためにガス化装置とロックホッパの下の表面を掘削する必要はない。
【００２３】
本発明は、従来のロックホッパ・ドラッグ・コンベヤおよびスラグ・サンプ水システムに関連する実質的な量の処理設備が排除されるので、費用効果が高く、より効率的である。したがって、スラグ・ハンドリング・システムの設置費は大幅に減少する。
【００２４】
本発明は、脱水スラグを運搬可能なコンテナの中に直接排出することによって脱水スラグの処分工程を簡単にして、運搬のために処理済みスラグを準備することに伴う労力とメンテナンス主体の作業の必要性を排除する。
【００２５】
本発明は、脱水スラグの全重量が減るので、ロックホッパからの排出スラグを処分するための運搬費を大幅に減らす。
【００２６】
本発明は、スラグの洗浄またはスラグ上のリーチング可能な金属の濃度を下げるためのｐＨ調整などの、スラグ処理作業を簡単にする。
【００２７】
本発明のその他の特徴および利点を下記の説明で述べるが、一部分はこの説明から明らかになり、または本発明の実施において学ぶことができよう。
【００２８】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を図示するものであり、説明と共に本発明の特徴、利点、および原理の解釈に役立つものである。
【００２９】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
そこで、本発明の好ましい実施形態を詳細に参照するが、この例は添付の図面に図示されている。わかり易くするために本発明に関係のないいくつかの特徴が示されていないことは当業者には明らかであろうが、本発明の例示的な実施形態をある程度詳細に示す。まず本発明の装置を説明する。装置の説明に続いて、本発明の装置を使用するための工程を説明する。
【００３０】
図１には、従来の垂直方向に向いたロックホッパ５ａを含む例示的なガス化システムが図示されている。図１は、インジェクタ２を含むガス化装置１を図示しており、インジェクタ２の中に供給原料が供給される。最も一般に使用される供給原料の例としては、石炭、重油、石油コークス、および天然ガスがある。広範囲の廃棄物、原料、オリマルジョン（登録商標）などの新しい燃料、および産業副産物を供給原料として使用できることは、当業者には理解される。炭質の供給原料に加えて、酸素も通常はインジェクタ２の中に供給される。
【００３１】
インジェクタ２は反応室３に通じており、この反応室３は、供給原料をその元素構成要素に分解してこれらを反応させて合成ガスを形成するために、炭質供給原料とＯ₂を高温と高圧の条件に当てることのできる室である。結果的に得られる合成ガスは主としてＨ₂とＣＯから構成されている。反応室において作られた合成ガスは非常に高温であり、冷却が必要である。合成ガスを冷却するための最も通常の手段は急冷室および合成ガス冷却装置である。効率的なガス化システムは、高温合成ガス冷却工程を使用して過剰の熱／エネルギーを回収し、次にこれらの熱／エネルギーをガス化装置で使用するために循環することもできる。
【００３２】
図１は、反応室３の直下にある急冷室４を使用するガス化システムを示す。急冷室は、高温合成ガスを水と接触させることによって合成ガスを直接冷却する。これによって合成ガスは冷却され、水蒸気で飽和される。冷却された合成ガスはガス化装置１を離れて、次に硫黄除去を含む一連の清浄化工程にかけられ、それから電気や工業化学製品などの有用な最終製品を製造するために使用される。急冷室の代わりに、合成ガス冷却装置、または高温ガスを冷却するための類似の装置を使用することもできる。合成ガス冷却装置は、ガス化装置反応室３において再使用するために熱／エネルギーを回収する必要はない。低効率のガス冷却装置は簡単に過剰の熱を大気またはリザーバの中に放出する。本発明は、ある特定の形式のガス冷却装置または方法に限定されるものではない。
【００３３】
合成ガスの他に、反応室３は、ガス化不可能な灰物質および極めて少量の非変換炭質供給原料からなる融解スラグ副産物６ａを作る。図１に示すように、重力によってこの溶融副産物６ａは急冷室４の中に落ちる。急冷室４では、副産物６ａは急速に冷却され、水と直接に接触することによって凝固する。次に、急冷されて凝固したスラグ６ｂは、急冷室４とロックホッパ５ａとの内部に形成された連続水柱を通って下方へ移動する。
【００３４】
図１は従来のロックホッパ５ａを示すが、これは一般的には、ガス化装置１の下に垂直方向に向けられて、入口バルブ５ｂが開いているときには急冷室４とロックホッパ５ａとの間に連続水柱が形成されるように完全に水が満たされている円筒状の容器である。図１は一定の縮尺では画かれていないが、従来のロックホッパ５ａではガス化装置１をかなり高く上げることが必要になることは明らかである。さらに、従来のロックホッパはスラグを脱水しない。したがって、ドラッグ・コンベヤまたはスラグ・パッド・システム（図示せず）を有するスラグ・サンプなどの追加の重機械を、ロックホッパの下に設置しなければならない。さらにまた、ロックホッパを浄化するために必要な大量の洗浄水を準備するために、洗浄タンク７を従来のロックホッパ・システムと共に使用しなければならない。
【００３５】
図２ａ、２ｂには、本発明の原理を採用する改善されたガス化システムが各線図に部分的に示されている。図２ａは急冷室４を示し、ここからスラグがロックホッパ・システムに渡される。スラグは急冷室４から入口バルブ８ａを通って本発明による搬送ロックホッパ９の入口８ｂへ移る。上に説明したように、いずれかの特定の合成ガス冷却装置とは関係なく、本発明の利点を認識することができる。したがって、ここに説明する急冷室は単に例示的なもので、本発明を急冷室と共に使用するためのみに限定されると解釈してはならない。さらに、本発明はスラグを回収することに限定されるものではない。そうではなく、本発明はさまざまな広範囲の工業副産物またはその他の形式の物質に採用することができる。
【００３６】
図２ａでは、入口バルブ８ａがスラグをロックホッパ９の中に入れている。バルブ８ａとしては、広範囲のさまざまな周知の機械式またはコンピュータ調整式のバルブのいずれであってもよい。バルブ８ａは、スラグ収集モード中は開かれて、スラグがロックホッパ９内に収集できるようにしなければならない。スラグがロックホッパからパージされるときのダンプ・モード中は、ダンプ・モードの準備の一部は通常、入口バルブ８ａを閉じることを含み、これによって、スラグはロックホッパ９のパージ中はロックホッパ９に入ることができないのみならず、放出されるまえにロックホッパ９を減圧することができる。減圧段階を含むロックホッパ９からのスラグ放出工程は、下記のロックホッパ・システム設備の説明でさらに詳細に論述する。
【００３７】
図２ａに示す搬送ロックホッパ９の実施形態は、水平位置に対して約４５度の角度をなすロックホッパ９を示す。水平位置とは、ロックホッパ９の縦軸が急冷室４から入口８ｂへのスラグの流れを示す線に直角をなすようにロックホッパの延長側に沿って、ロックホッパが置かれた場合を指す。搬送ロックホッパ９は４５度の角度にある必要はなく、実際には、ロックホッパ９を傾斜させる必要はまったくない。好ましい実施形態では、搬送ロックホッパ９は水平位置から約５度〜約６０度の間で配置されている。
【００３８】
入口８ｂはロックホッパ９の頂縁部に配置されて、急冷室４からのスラグを受け取る。好ましい実施形態では、入口８ｂは、ロックホッパ９が水平位置に対して傾斜している角度と等価の角度でロックホッパ９の頂縁部に固定されている。この結果、ロックホッパ９がその傾斜した運転位置に取り付けられると、入口８ｂは垂直方向に向くことになり、すなわち水平位置に対して直角になるので、急冷室４からのスラグは直接に妨害されることなく通過してロックホッパ９の中に入る。好ましい実施形態では、出口１０はロックホッパ９の底側の反対端部に配置されており、こうしてスラグを排出することができる。出口１０を入口８ｂと同様にある角度でロックホッパ９に取り付けることができ、こうして出口１０から排出されるスラグは、コンテナ１２などの処理されたスラグを運搬するのに適したコンテナの中に直接落下する。さらに、入口８ｂにおけるように、出口バルブ１１を使用して、出口１０からの処理されたスラグの流れを制御することができる。
【００３９】
搬送ロックホッパ９については、図３ａ、３ｂ、４、５に則して後でさらに詳しく論ずるが、これは一般にオーガ２３を包み込んだハウジング２１を含む。オーガ２３は回転軸２４と、スラグを入口８ｂから出口１０へ搬送する複数のフライト２５を含む。本発明の一実施形態では、複数のフライト２５は、軸２４の出口端部に少なくとも１つの逆フライト２６を含む。逆フライト２６はまた出口に向かってスラグを搬送するように形成され、こうして、スラグが出口１０を通過してハウジング２１の上端部へ押されないことを確証する。軸２４はハウジング２１の上端部を通過して延びているので、モータ２０と結合することができる。外側にあってハウジング２１の上端部に配置されることが好ましいモータ２０は、液圧駆動、可変速、および可逆モータなどの、さまざまな周知のモータのいずれであってもよい。図２ａ、２ｂにも示されているポンプ１９は、搬送ロックホッパ９の入口端部におけるベアリングを清浄なコンデンセート水でパージする。本発明のこの態様をさらに詳しく説明する。
【００４０】
入口８ｂと出口１０に加えて、搬送ロックホッパ９は、水ポート１３や窒素ポート１５などの他の開口部を含むことができる。まず水ポート１３を考えると、これを、図２ａに示すように、ヒール・タンク１６につながる水タンク・バルブ１４によってバルブ制御することができる。タンク１６には好ましい実施形態では水が入っているが、本発明の代替実施形態では、ガス化システムにおいて同じ目的に役立つ他の液体を入れることもできる。水はバルブ１４を通じてタンク１６の中へまたはタンク１６から、いずれの方向にも流れることに注目されたい。同様に窒素ポート１５に関して窒素は搬送ロックホッパ９から、または搬送ロックホッパ９へ流れることができ、窒素入口バルブ１７や通気バルブ１８などのバルブも、窒素またはその他のガスの流れを制御するために使用することができる。
【００４１】
水ポートおよび窒素ポートの機能をさらに明瞭に説明するために、下に例を挙げる。下記に説明する詳細は工程内に含まれる主たる要素を説明するために単純化されていることを、理解すべきである。当業者には明らかであろうが、その他の副次的要素も工程に影響することができる。この例は本発明の何らかの限界を示すものではない。適切な場合には対応する参照番号が使用されている。
【００４２】
スラグの収集は、搬送ロックホッパ９が出口１０の高さの僅かに下のレベルまで水を満たすことによって始まる。こうして、ハウジング２１はほとんど完全に水で満たされる。入口バルブ８ａが開くことによって、ロックホッパ９と急冷室４との間に連続水柱が形成される。したがって、急冷室４の中で合成ガスから離れたスラグ粒子は下向きに浮動できるようになり、急冷室４から出て、バルブ８ａと入口８ｂとを経て搬送ロックホッパ９の中に入る。スラグ収集モードでは、搬送ロックホッパが急冷室と直接連絡しているので、搬送ロックホッパ内の水とハウジング２１の上端部における（窒素などの）圧縮ガス・キャップは急冷室４およびガス化反応室３と本質的に同じ圧力にあることに注目されたい。
【００４３】
搬送ロックホッパ９を空にする時間になると、搬送ロックホッパをスラグダンプ・モードにする。このモードでは、入口バルブ８ａは閉じられ、搬送ロックホッパ９は減圧のために準備される。急冷室４から搬送ロックホッパ９内への管路はスラグ収集モードでは開いているので、搬送ロックホッパ９は、急冷室４およびガス化反応室３内とほぼ同じ圧力で動作しているはずである。好ましい実施形態では、動作圧力は周辺圧力より実質的に高く、したがって、爆発的な減圧を回避するために出口バルブ１１を開く前に搬送ロックホッパ９を減圧することが賢明である。本発明の一代替実施形態では、ガス化システムは低圧または周囲圧力に近い圧力で動作することができる。したがってロックホッパを減圧する必要がなくなることになる。しかし、好ましい実施形態では、ガス化装置を高圧で動作させることが好ましく、より効率的である。したがって、急冷室とロックホッパも高圧で動作することになる。
【００４４】
いったん入口バルブ８ａが閉じられて、出口バルブ１１が開かれる前に、搬送ロックホッパ９は、搬送ロックホッパ９の中に存在する水の一部分をタンク１６の中に押し込むことによって、放出のための準備がなされる。これを行なうために、もちろんバルブ１４は開いていなければならない。搬送ロックホッパ９から出てタンク１６の中へ入る最初の水流は、ハウジング２１の上出口端部におけるガス・キャップの減圧と膨張によって駆動される。搬送ロックホッパ９からタンク１６へ押し込まれる水の最終部分は、高圧窒素を搬送ロックホッパ９の中に入れて水をタンク１６の中へ押し込むことによって駆動することができる。窒素の流れは窒素入口バルブ１７によって制御される。窒素を搬送ロックホッパ９の中へ強制するときには、通気バルブ１８を閉じなければならず、さもないと高圧窒素がシステムから漏出することになる。水が搬送ロックホッパ９から押し出された後、水タンク・バルブ１４と窒素入口バルブ１７とを閉じ、通気バルブ１８を開いてハウジング２１を周辺圧力と同じにすることによって、ロックホッパを減圧することができる。いったん搬送ロックホッパ９を周辺空気圧力に近い圧力まで減圧すると、出口バルブ１１を開いて搬送ロックホッパ９の中のスラグを待機するコンテナ１２の中へ排出することができるようになる。
【００４５】
水ポート１３と窒素ポート１５は、図２ａに示す位置にある必要はない。本発明の範囲内に留まりながら本発明の別の実現内容に合せるために、これらのポートの位置を変更できることは、当業者には認識されよう。しかしながら、ハウジング２１の中において水ポートの高さの上に存在する多くの水が押し出されることになるという理由のみで、水ポート１３をハウジング２１の下端部の近くに位置付けることが好ましい。水ポート１３より低い高さにあるハウジング２１内の水は、高圧ガスの使用にもかかわらず、ハウジング２１内に残ることになる。水ポート１３の最適配置は、システム内の水量や搬送ロックホッパ９の傾斜角度を含むがこれらに限定されないさまざまな要素に依存する。同様に、窒素ポート１５の最適配置は、当業者には明白なさまざまな要素に依存する。好ましい実施形態では、窒素ポート１５はハウジング２１の上端部または出口端部の近くにあるので、窒素ポート１５は、ハウジング２１の中にかなりの水量があっても、ロックホッパ内部の水レベルの上に残ることになる。
【００４６】
使用されるガスが必ずしも窒素である必要はないことは、当業者には明らかなはずである。搬送ロックホッパ９の内容物と望ましくない反応を引き起こさないガスであれば、どれでも使用することができる。使用すべき適切なガスの選択においては、当業者によって考慮される多くの要素がある。これらの要素には、費用、効率、可用性、および保健保安関連が含まれるが、これに限定されるものではない。
【００４７】
図２ｂに示す本発明の一代替実施形態では、ガス化システムは図２ａに示すものと本質的に同じであるが、ヒール・タンク１６が採用されていない点が異なる。この実施形態では、ロックホッパ入口バルブ８ａはスラグ収集段階の終わりにおいて開いたままであり、窒素を使用して搬送ロックホッパ９内の水を急冷室４の中に押し上げる。いったん十分な量の水が押し出されると、バルブ８ａを閉じることができ、通気バルブ１８を開いてシステムを減圧することができる。この実施形態では、バルブ１４は、スラグ収集を再開する前に搬送ロックホッパ９の中に加えることのできるプロセス用水または中水道水の流れを制御する。この代替実施形態は、急冷室４の中に水を押し入れるために図２ａの実施形態よりも多くの窒素を必要とする。しかしながら、設備の数量は少なくなる（例えばヒール・タンク１６がない）。
【００４８】
図２ｃに示す本発明の別の実施形態では、パイプ・スプール６０が出口１０に加えられている。パイプ・スプール６０は、緩衝貯蔵域を提供するために適した管、チューブ、またはその他の適当な装置として形成することができる。この実施形態では、出口バルブ１１は示されていない。しかしこの実施形態は、スラグの排出を制御するためにパイプ・スプール・バルブ６２を採用している。パイプ・スプール６０は収集モード中に脱水スラグのための緩衝貯蔵域を提供するとともに、待機しているコンテナ１２の中へスラグを簡単に排出するという本発明の利点を保存する。脱水スラグを中に収集できるパイプ・スプール６０を設けることによって、スラグがハウジング２１の上端部に集って、迅速に排出されない場合に出口１０と窒素ポート１５を変速させる可能性はかなり減少すると思われる。さらに、オーガ２３を高い回転数で運転することができ、スラグ放出に必要な時間を減らすことができる。過剰な脱水スラグの緩衝のためにパイプ・スプール６０を使用することによって、スラグ収集時限が終わったときに処理されたスラグがちょうどオーガ２３の頂部に到達するようにオーガの回転速度を計算する必要はない。さらにまた、下記の説明するあるいくつかの実施形態では、スラグ収集は脱水スラグがパイプ・スプール６０からパージされている間にも続けられ、こうしてさらに効率的なスラグ回収工程を提供する。
【００４９】
パイプ・スプール６０は出口１０と同じ直径であることが好ましく、通常は商用プラントのために約１２インチ（約３０ｃｍ）〜約２０インチ（約５１ｃｍ）の間である。当業者には、パイプ・スプール６０の長さと直径は本発明の範囲内において変更できることは認識されよう。適切なサイズのパイプ・スプール６０を選択する場合の特に関係の深い１つの要素は、ロックホッパ・サイクル当りの発生スラグ容積である。パイプ・スプール６０の容積は、収集サイクル当りの発生スラグ容積の２５〜７５パーセントを保持するのに十分であることが好ましい。パイプ・スプール６０の寸法設計に重要になる別の要因は、オーガ２３を運転するのに望まれる回転速度である。例えばパイプ・スプール６０の容積を、所与のオーガ速度について、収集サイクル当り脱水スラグの約２５〜７５パーセントが収集サイクルの終りまでにパイプ・スプール６０の中に収集されるように、設計することができる。残るスラグはすべてハウジング２１の頂部に分布されることになる。この過剰脱水スラグを、放出サイクル中に非常に短い時間で排出することができる。したがって、放出サイクル時間をかなり短縮することができる。さらに、パイプ・スプール６０の長さは、搬送ロックホッパ９がガス化装置の必要な構造全体の高さを減少し、またパイプ・スプール６０の位置がガス化装置の構造と無関係であるから、ガス化装置の高さに大きく影響することはないはずである。
【００５０】
図２ｃの実施形態は、ヒール・タンク１６を含む図２ａのガス化システムにおいてパイプ・スプール６０を採用している。図２ｄに示す一代替実施形態では、パイプ・スプール６０は図２ｂのガス化システムと共に採用されており、タンク１６は必要ではない。パイプ・スプール６０の使用は、ガス化システムの他の部分について選択される外形とは無関係である。
【００５１】
図２ｅに示す別の実施形態では、パイプ・スプール６０は出口バルブ１１付きで使用されるが、パイプ・スプール・バルブ６２も採用する。両バルブ１１、６２の存在によって、パイプ・スプール６０は上述と同じ方法でハウジング２１とは無関係に加圧および減圧されることが可能になる。図２ｅに示すように、パイプ・スプール６０内への窒素の流れはバルブ６５によって制御される。通気バルブ６６が減圧を可能にする。図２ｅに示す実施形態には２つの主な利点がある。第１に、スラグを放出する前にハウジング２１を減圧する必要がない。第２に、排水段階とスラグ排出段階とが実現できるようにするために、搬送ロックホッパ９内部の水位の低下させる必要がない。実際に、ハウジング２１の上端部に大きな加圧されたガス・キャップを維持することによって、スラグが搬送ロックホッパ９の乾燥した上部分を通って搬送されるときにスラグの脱水が自然に起るように、ロックホッパの容積の１０〜５０パーセントが好ましい低い水位を常に維持することができる。こうして、バルブ１４を介する再補充水は、脱水スラグと共に排出された表面水として失われた水を埋め合わせるためにのみ必要である。
【００５２】
放出すべき脱水スラグのすべてがパイプ・スプール６０の中に含まれている場合には、出口バルブ１１を閉じることができ、パイプ・スプール６０だけを放出のために減圧することができる。この結果、窒素の消費は、減圧される容積（パイプ・スプール６０）は搬送ロックホッパ９全体の容積より小さいので、大きく減少する。さらに、放出サイクルの時間幅は短くなり、搬送ロックホッパ９はパイプ・スプール６０が放出している間にスラグの処理を続けることができる。この実施形態では、バルブ１４、１７、１８を使用して、バルブ１４を通じて水を加え、バルブ１８を通じて大気に通して水位を上げることによって、またはバルブ１７を通じて窒素を加えて、急冷室４の中に水を逆流させることで水位の下げることによって、ロックホッパ内に望みの水位が維持される。
【００５３】
図３ａには、本発明の好ましい一実施形態の詳細な線図が示されている。図３ａでは、ハウジング２１を含む搬送ロックホッパ９は、わかり易くするために水平位置に対して０度の角度に位置付けて示されている。この好ましい実施形態では、ハウジング２１は、ほぼその全長に沿って一定の直径を有する細長い円筒状ケーシングを含む。もちろん、本発明の利点を実現するために一定の直径は必要ではなく、当業者は必要に応じて直径を変更することができる。さらに、好ましい実施形態のハウジング２１はその直径の少なくとも２倍の長さを有する。この比率は本発明の範囲内で変えることもできる。さらにまた、さまざまな材料をハウジング２１の製造のために選択することができる。最も普通に使用される好ましい材料は鋼であるから、搬送ロックホッパ９は激しい工業的処置の苛酷さに耐えることができ、ガス化装置の高い圧力まで保つことができる。
【００５４】
図示の目的で下記の実例を挙げる。下記の詳細は厳密には例示的なもので、本発明を何ら限定するものではないことを理解すべきである。適切なところには対応する参照番号が使用されている。ハウジング２１は長さ５．５ｍ（１８フィート）で直径０．４６ｍ（１８インチ）に構成された。オーガ２３は長さ５．１８ｍ（１７フィート）、その軸２４の直径は２０．３ｃｍ（８インチ）であった。フライト２５の直径は３９．３７ｃｍ（１５．５インチ）、そのピッチは２４．１３ｃｍ（９．５インチ）であった。フライトの寸法はオーガ軸の全長に沿ってほぼ一貫していた。搬送ロックホッパは、約１５分間にわたってスラグ収集モードで走行し、この間オーガ２３は１分間４回（４ｒｐｍ）の一定速度で回転し、搬送ロックホッパは５４４ｋｇ（１２００ポンド）／時の容量でスラグを排出した。それから搬送ロックホッパはダンプ・モードで運転され、そこでオーガ２３は８ｒｐｍで回転した。搬送ロックホッパは約２分間ダンプ・モードで運転された。収集モードとダンプ・モードの両方において、計装ノズル３８（図３ａを参照）を使用して、内部圧力、温度、および流体レベルを監視した。
【００５５】
図３ａから、入口８ｂと出口１０とをそれぞれハウジング２１の頂表面と底表面とに、搬送ロックホッパ９の傾斜角に対応する角度でどのように固定できるかがわかる。同様にハウジング２１は、搬送ロックホッパ９をその運転傾斜で支持するための支持物を含むことができる。図３ａの実施形態は３つの支持物２２ａ、２２ｂ、２２ｃを示すが、使用される支持物はこれより多くても少なくてもよい。使用される支持物の数は、ロックホッパの大きさや重量、傾斜角度、支持物の大きさや強度を含むがこれらに限定されることはない、さまざまな要素によって変ることになる。搬送ロックホッパ９がその運転傾斜でガス化システムに取り付けられると、入口８ｂ、出口１０、支持物２２ａ、２２ｂ、２２ｃは好ましく垂直に向けられるはずである。言い換えれば、入口８ｂ、出口１０、支持物２２ａ、２２ｂ、２２ｃが水平位置に対して９０度に位置付けられることは好ましい。入口８ｂと出口１０を垂直に位置付けることは、スラグが自由に搬送ロックホッパ９に入ってそこから出ることを可能にする。しかし本発明の代替実施形態は、ガス化装置１の下における搬送ロックホッパ９の位置付けに適応する必要性を含むさまざまな理由で、入口８ｂと出口１０を取り付ける角度を変えることができる。ハウジング２１にはまた、工程の連結と計装のために他のノズル３８を固定することができる。
【００５６】
ハウジング２１の中には、入口８から出口１０へスラグを搬送するためにオーガ２３が配置されている。オーガ２３はモータ２０によって駆動される回転軸２４を含む。軸２４には複数のフライト２５が取り付けられており、複数のフライトは軸２４に沿ってスラグを搬送する働きをする。ハウジング２１の長さを決定するオーガ２３の長さと直径は、軸２４の長さにわたって均一に分布される負荷のために２．５４ｃｍ（１．０インチ）より小さい偏差をもたらすように設計されることが好ましい。ロックホッパの直径とオーガ・フライト間の距離は、所定のオーガ回転速度と所定のスラグ発生量について、各フライトが約３０〜４５パーセントだけ満たされるように選ばれることが好ましい。ハウジング２１とオーガ２３との長さは、スラグ収集モードにおける所定のオーガ回転速度について、収集された最初のスラグが収集時限の終わりにおいて出口にちょうど近づいているかまだ到達していないように選ぶことができる。好ましい実施形態はオーガを採用するが、等価の結果すなわちハウジング２１の一端から他端へスラグを搬送することを達成するどんな装置でも採用できることは、当業者には明白であるはずである。本発明の一代替実施形態は、軸に取り付けられたねじ付きの大きなスクリューを採用する。別の実施形態は、スラグを出口１０の方へ搬送する部分を有するハウジング２１の長軸に沿って長手方向に回転するコンベヤを使用する。
【００５７】
好ましい実施形態では、フライト２５は、ほぼ軸２４の全長に沿って軸２４のまわりにらせん状に配置されている。フライト２５のピッチがハウジングの直径の０．５〜１．０の間にあることは好ましい。フライト２５のピッチとオーガの長さは、フライトの数とスラグ収集モードとスラグダンプ・モード中に必要な回転速度を決定するための要素である。フライト２５の直径は、ハウジング２１の内壁と１．２７〜２．５４ｃｍ（０．５〜１．０インチ）の隙間を有するように設計されることが好ましい。本発明の一実施形態では、軸２４の底部における入口８ｂの直下のフライトはその他のフライトよりも厚くて、大きなスラグ粒子のクラッシャとして役立つ。本発明の特定の実施形態に適合させるように、フライト２５の厚さを軸２４におけるどの位置においても変えることができる。
【００５８】
本発明の別の態様では、フライト２５を図６、７、８に示すものを含めてさまざまな外形に構成することができる。図６では、穴あきフライトが示されており、これはフライトの中心のまわりに放射状に位置する穴または打ち抜き６０を有する。穴は、ロックホッパ内の水の通過を可能にしてスラグの脱水を強化することを含む多くの目的に役立つことができる。同様に、図７に示す別の実施形態は、外縁部に沿って放射状に位置するスロット７０を有するフライトを示す。図８に示す別の実施形態では、切形のフライトが示されており、切られていなければ完全なフライトの一部分８０が除去されている。穴、スロット、および切形部分の大きさ、数、および位置は、さまざまな目的に適応するために変えることができる。さらにまた、オーガまたは等価の搬送機構は、その軸の長さに沿って複数の形式のフライトを採用することもできる。図６、７、８は、本発明によって採用できるさまざまな外形のいくつかにすぎない。さまざまな大きさと外形のフライトを採用することができ、これらはすべて本発明の範囲内にあることを当業者は認識されよう。
【００５９】
本発明の別の態様では、軸２４に沿ったある点で逆フライト２６を採用することができる（図３ａに最もよく示されている）。好ましい実施形態は、軸２４の上端部に逆フライト２６を採用する。逆フライト２６は、フライト２５がスラグを搬送する方向とは反対の方向にスラグを搬送するように、軸２４の上に位置する。逆フライト２６はスラグを出口１０へ搬送するために形成されている。逆フライトの使用は、砕片がハイジング２１の上端部に決して溜まらないようにする。過剰な砕片は軸２４の回転を妨げ、シール３０を損傷し、または出口１０を通って出るスラグの通過を阻害し、または窒素ポート１５を閉塞して、軸を回転させるためにモータ２０が重負荷で稼働することを必要にする可能性がある。逆フライト２６を図６、７、８に示す外形の１つまたは複数、または当業者には明らかな他の適当な外形で構成することができる。
【００６０】
モータ２０は、外側においてハウジング２１の上端部に配置されることが好ましい。モータ２０は、上記形式の設備を運転するための広範囲のさまざまな周知のモータのいずれであってもよい。例示的なモータとしては、液圧駆動、可変速、および可逆式のモータがある。好ましい実施形態では、歯車減速システムを有する液圧駆動モータが採用されて、収集モード中にスラグ全負荷でオーガ２３を低速回転させるために必要な高いトルクを提供する。ハウジング２１は頂部フランジ２７と底部フランジ２８を有する。好ましい実施形態では、軸２４は頂部フランジ２７における開口部３３を通って延びているので、軸２４はモータ２０に結合することができる。図３ａに示すように、可とう性カップリング２９を使用して軸２４をモータ２０に結合することができる。可とう性カップリング２９は、衝撃負荷を吸収して軸２４をひねりから防止するために採用される。
【００６１】
軸２４は頂部フランジ２７を通過して延びているので、また搬送ロックホッパ９はスラグ収集中に好ましく加圧されているので、軸２４が通過して延びる頂部フランジ２７における開口部３３を密封するためにシール３０を採用することは好ましい。シール３０はさまざまな周知のシールのいずれかにすることができるが、好ましい実施形態は、ハウジング２１内に望みの圧力を維持しながら十分な自由度で軸２４を効率的な回転可能にするために、二重機械的シールまたはパッキン・シールのいずれかを採用する。二重機械的シールまたは急速交換可能なパッキン・シールは、ロックホッパを動作圧力に保つためには好ましい。
【００６２】
本発明の一実施形態では、冷却剤循環システムを有する二重機械的シール組立品が使用される。冷却剤循環システムは２つのシールの間で圧力を吸収するために形成されている。別の実施形態では、シール３０に接触しているオーガ軸２４の表面と開口部３３を清浄化するために、図３ｂに示すように高圧水パージ・システムが使用される。シール３０に接触している軸２４の表面は、シールを破損から守るために、スラグ粒子が全くないように保たなければならない。好ましいパージ・システムは、直径が３．７１５〜１２．７ｍｍ（０．１２５〜０．５０インチ）であることが好ましい２本の水管路５０ａ、５０ｂを含む。水管路５０ａ、５０ｂは、図３ｂに示すように、これらの管路が頂部フランジ２７の内表面に接線上に接して互いに対向して配置されるように、頂部フランジ２７を貫通している。パージ管路５０ａ、５０ｂは頂部フランジ２７の内表面に接線上に接して、１８０度離間しているので、水の渦巻運動が軸２４のまわりに生じ、これによって軸２４またはシール３０の表面に付着するあらゆる個体粒子を洗い落とす。水管路５０ａ、５０ｂを通って流れる水は、各管路に１つずつある２つのバルブ５２ａ、５２ｂによって制御される。代替案として、両管路を連結する単一バルブが使用される。水管路バルブ５２ａ、５２ｂを、シール３０と接触している軸２４の部分への水パージが定時ベースで発生するように、コンピュータ式または機械式に制御することができる。例えば、水管路バルブ５２ａ、５２ｂを、ロックホッパ運転中に１５〜６０分間に１回の１〜１０秒の短いバーストで開くようにプログラミングすることもできる。このような実施形態では、ごく少量の水がシステムに導かれ、これによって脱水スラグの湿分への影響は小さくなる。シール３０に接触している軸２４の部分を砕片がないように保つことによって、シールの全寿命を著しく長くすることができ、これによって維持と破損したシールの取替えに関連する操業費と資本費とを節減する。
【００６３】
ベアリングがオーガ２３を支持し、同時にオーガ２３が自由に効率的に運転されることを確証する。図３ａでは、ベアリングは軸２４の上端部と下端部の両方に位置する。上端部では、上部ベアリング３１は軸２４に沿って、シール３０と可とう性カップリング２９との間に配置されている。反対側の端部では、下部ベアリング３２が配置されて、ここでは軸２４が底部フランジ２８と合っている。下部ベアリング３２が底部フランジ２８に溶接されていることは好ましい。本発明の好ましい実施形態では、上部ベアリング３１は、放射方向の衝撃負荷を吸収するために設計されたピロー形ベアリングであり、下部ベアリング３２はスラスト・ベアリングである。ベアリングを覆うためにシュラウドを採用することができる。図３ａに示す実施形態では、シュラウド３４は下部ベアリング３２を囲む。シュラウド３４は、これが軸２４のまわり全体に非常に小さな隙間、好ましくは０．６３５〜６．３５ｍｍ（０．０２５〜０．２５インチ）の隙間を有するように、下部ベアリング・ブロックの上にボルトで止められている。下部ベアリング３２は、ハウジング２１の内部でスラグ、水、およびその他の物質が集るところにあるため、特に腐食や誤動作の可能性が高い。したがって、ベアリングを保護するためのシュラウドが好ましい。採用される本発明の確実な実施形態に応じて、さまざまな形式のベアリングを使用することができる。さらにまた、本発明は、オーガ軸の各端部に１つずつある２つのベアリングに限られるものではない。
【００６４】
図４は、搬送ロックホッパ９の下端部を実質的に詳細に示す。この透視図では、好ましい実施形態における下部ベアリング３２の配置が明らかである。下部ベアリング３２を囲むベリング・シュラウド３４も見ることができる。図４はまた、ベアリング・パージ水入口３５とベアリング・グリース・プラグ３６も示している。下部ベアリング３２はハウジング２１内部に配置されているので、下部フランジ２８を通るアクセスを下部ベアリング３２の日常保守のために準備しなければならない。適正な作業順序で下部ベアリング３２を保守するために、これを定期的に水でパージしてグリースを塗らなければならない。ベアリング・グリース・プラグ３６によって、システムの運転中に下部ベアリング３２にグリースを塗ることができる。図４の中に図５が挿入されており、この図５は、シュラウド３４とオーガ軸２４との間の隙間３７の拡大図である。軸２４の全周において０．６３５〜６．３５ｍｍ（０．０２５〜０．２５インチ）であることが好ましい隙間３７は、当業者には明白であるさまざまな要素に応じて変えることができる。主として、隙間３７は、ベアリング域に入る微粒子を保つために必要なパージ流速に基づいて決定される。下部ベアリング３２のパージングは、ベアリング・パージ水入口３５を通じてシュラウド３４に清水またはプロセス用水コンデンセートを加えることによって達成される。
【００６５】
提供された本発明の前述の説明と共に、本発明による装置がガス化システムと共に使用される本発明の他の態様も説明する。本発明の工程をさらに明確に説明するために、下記の説明を例示的な意味で提供する。下記に説明する詳細は、ガス化に関与する主たる要素を説明するために簡略化されていることを理解すべきである。当業者には明白であるように、他の二次的要素が工程に影響する。この例は本発明についてどのような制限も課するものではない。図２ａ、２ｂは本発明の工程を説明する上で特に有用である。適切な場合には、対応する参照番号が使用される。
【００６６】
上述のように、搬送ロックホッパ９は２つのモード、すなわちスラグ収集モードとスラグダンプ・モードで動作する。図２ａを考慮すると、スラグ収集モードでは、入口バルブ８ａは開き、出口バルブ１１は閉じられて、搬送ロックホッパ９はガス化装置と大体同じ圧力にある。収集モードは一般的には１０〜３０分間持続し、この時間中に、スラグは急冷室４と搬送ロックホッパ９との間に形成された共通水柱を通って連続的に流下し、入口８ｂを通って搬送ロックホッパ９に入る。収集モード中に、オーガ２３は約０．２５ｒｐｍ〜約１０ｒｐｍの速度で回転している。回転速度はフライトをスラグで１００パーセント未満に満たすようにすることが好ましい。収集中のロックホッパにおける水位は出口１０の下にあり、ハウジング２１の約６０〜８５パーセントを満たすことが好ましい。スラグは上向きの方向に出口１０に向かってゆっくり搬送される。オーガ２３の収集時間と速度は、収集モードの開始時において第１フライトの中に収集されたスラグが、収集時限の終りまでにハウジング２１上端部の出口１０の直下に搬送されるように、設計される。
【００６７】
ある実施形態では、搬送ロックホッパ９からのスラグの放出は４段階、すなわち（１）ロックホッパの減圧、（２）スラグの脱水と放出、（３）ロックホッパへの水の再補充、および（４）ロックホッパの加圧からなる。段階３、４は次の収集サイクルのためにロックホッパを準備するために実施される。
【００６８】
ロックホッパの減圧で始めて、スラグ収集モードの終りに、ロックホッパ入口バルブ８ａは閉じられ、オーガ２３は停止する。ロックホッパ内の水位は入口８ｂの丁度上まで低下され、好ましくは水がロックホッパの約１〜５パーセントだけを満たすようにする。水位は、窒素を使用して大気中のヒール・タンク１６の中に水を押し込むことによって低下される。搬送ロックホッパの水をヒール・タンク１６の中に移動させるための初期駆動力は、ハウジング２１の頂部における窒素ガス・キャップの減圧と膨張に由来する。この減圧と膨張は、バルブ１４が開いて加圧された搬送ロックホッパ９を大気中のヒール・タンク１６に連結すると直ちに起る。ヒール・タンク１６の中に水を移動させるための最終駆動力は追加の加圧窒素を加えることに由来し、この加圧窒素は窒素ポート１５を通じてハウジング２１に入り、窒素入口バルブ１７によって制御される。通気バルブ１８がこの作業中に閉じられていることは重要である。水がヒール・タンク１６内に押し込まれた後に、ヒール・タンク・バルブ１４は閉じられ、通気タンク１８は開かれて、あらゆる残留窒素のハウジング２１を減圧する。
【００６９】
次の段階はスラグを脱水および放出することである。いったんロックホッパ内の圧力が約０．７ｋｇ／ｃｍ²（約１０ｐｓｉｇ）以下になると、出口バルブ１１が開かれる。オーガ２３は、好ましくは１〜２０ｒｐｍの速度で約１〜２分間再始動される。この時限中に、オーガ２３は連続的に回転しているか、または所定の速度で周期的にオン・オフに切り替えられる。オーガ２３のオン・オフ周期は、必要とされるスラグ脱水の程度に基づいて決定される。この段階の終わりに、脱水スラグのすべてが排出されると、出口バルブ１１が閉じられる。この段階中に脱水されたスラグは、直ちに運搬するために適したコンテナ１２の中に直接、脱水スラグとして貯められる。
【００７０】
スラグ脱水放出段階に続いて、搬送ロックホッパ９はタンク・バルブ１４を開くことによってタンク１６からの水で再充填される。水は重力によってロックホッパの中に流れるが、ロックホッパ内部の大気圧にある窒素は通気バルブ１８を通じて大気に通じる。いったんロックホッパが、好ましくはロックホッパ容積の６０〜８５パーセントのレベルまで、また好ましくは水位が出口１０の直ぐ下になるように充填されると、通気バルブ１８とタンク・バルブ１４は閉じられる。
【００７１】
搬送ロックホッパ９の放出と次の収集サイクルの準備における最終段階は、ハウジング２１をガス化装置の動作圧力、好ましくは約３５ｋｇ／ｃｍ²（約５００ｐｓｉｇ）にまで加圧することを含む。窒素または別の不活性ガスが、窒素入口バルブ１７を通じて窒素ポート１５の中に供給される。ガス化装置とロックホッパとの間の差圧が好ましくは１．０５ｋｇ／ｃｍ²（１５ｐｓｉｇ）以下になると、入口バルブ８ａは開かれて収集モードを開始し、スラグが重力によって搬送ロックホッパ９の中に置かれることを可能にする。ロックホッパ運転全体にわたって、ポンプ１９が連続的に稼働して、ベアリング・パージ水入口３５を通じて清浄なコンデンセート水によって下部ベアリング３２をパージする。
【００７２】
図２ｂを参照して説明された本発明の一代替実施形態では、搬送ロックホッパ９は、個別のタンク１６を使用することなくガス化システムで採用されている。この実施形態では、ロックホッパ９の動作は、ロックホッパの減圧とロックホッパの水による再充填とにおける作業の順序を除いて、上に説明したものと非常に類似している。
【００７３】
ロックホッパの減圧に関して、スラグ収集モードの終わりに、ロックホッパからの水が急冷室４の中に押し戻されるように、入口バルブ８ａは開いたままである。上に説明したように、これは窒素ポート１５を通じて入る高圧窒素を使用して達成される。ロックホッパの水位は入口８ｂのちょうど上のレベルまで下げられ、それから入口バルブ８ａが閉じられる。次に通気バルブ１８が開かれて、ハウジング２１を減圧する。水によるロックホッパの再充填段階に関しては、この実施形態は、ハウジング２１がタンク１６からの水ではなくプロセス用水または中水道水によって満たされる点で異なる。動作の残りの段階は上述の場合と類似している。
【００７４】
図２ｃ、２ｄの実施形態では、パイプ・スプール・バルブ６２が出口バルブ１１の代わりをする。スラグ収集と放出の手順は基本的に上述のものと同じであるが、パイプ・スプール６０が脱水スラグの緩衝域として作用するので、好ましい場合には、より長い収集サイクルを適応させることができる。オーガの収集時間と速度を変えて、望みのスラグ排出量を達成できるか、または特定の所要オーガ回転速度に適応することができる。
【００７５】
出口バルブ１１とパイプ・スプール・バルブ６２の両方を有するパイプ・スプール６０が採用されている図２ｅに示す実施形態では、スラグ収集の手順は、ハウジング２１の中でより低い水位が維持されていることを除いて、図２ｃ、２ｄの実施形態に関するものと同じである。しかしながら、スラグ放出の手順は僅かに異なる。搬送ロックホッパ９全体を減圧するのではなく、パイプ・スプール６０だけを減圧することによって脱水スラグを放出することができる。パイプ・スプール６０から放出するために、ロックホッパ出口バルブ１１は閉じられる。通気バルブ６６は短時間開かれて、パイプ・スプール６０を好ましくは７ｋｇ／ｃｍ²（１００ｐｓｉｇ）以下に減圧する。この作業中に、オーガ２３は連続的に稼働し、入口バルブ８ｂは開いたままで、ロックホッパにおける付随のスラグ収集を可能にする。パイプ・スプール６０内の圧力が許容レベルにまで低下すると、パイプ・スプール・バルブ６２が開かれる。パイプ・スプール６０内に収集された脱水スラグは運搬可能なコンテナ１２の中に直接放出される。パイプ・スプール６０内の圧力が周辺圧力よりも僅かに低い場合には、この差圧はスラグを押し出すことによってスラグ放出を強化し、これによってスラグ排出に必要な時間を短縮する。スラグが放出された後、バルブ６２は閉じられる。それからパイプ・スプール６０を、搬送ロックホッパ９とガス化装置の動作圧力にまで再加圧しなければならない。パイプ・スプール６０の加圧は、窒素バルブ６５を通じてパイプ・スプール６０の中に送られる窒素などの不活性ガスを使用して達成することができる。いったんパイプ・スプール６０が加圧されると、出口バルブ１１を開いて脱水スラグの収集を再開することができる。パイプ・スプール６０だけを加圧及び減圧する必要があるので、使用される窒素の量とこれらの作業を実施するために必要な時間は大幅に減少する。
【００７６】
本発明の一代替実施形態では、本発明のシステムと方法は、図９に示すコンピュータ・システム９０２などのコンピュータ・システムによって制御される。このような実施形態では、（バルブ８ａ、１１、１４、１７、１８、６２、６５、６６などの）システム内のさまざまなバルブが、当業者には周知の方式によるコンピュータによる制御と運転のために構成されている。同様に、ポート１３、１５、入口８ｂ、出口１０を、当業者には周知の方式によるコンピュータによる制御と運転のために構成することができる。本発明の機能性と上述の方法の段階は、コンピュータ・システムを使用して実施可能である。さらにまた、レベル、圧力、および温度などの条件を観察するための計装を、異常状態や特定の状態に自動的に応答するためにプログラミングすることができるコンピュータ・システムによって監視することができる。特に、コンピュータ・システムを使用して、収集モードおよびダンプ・モードにおける搬送ロックホッパ９の運転を制御することができる。
【００７７】
ここに説明する機能性を実施することができるコンピュータ・システムを、図９にさらに詳細に示す。コンピュータ・システム９０２は、プロセッサ９０４などの１つまたは複数のプロセッサを含む。プロセッサ９０４は通信バス９０６に接続されている。他のコンピュータ・システムおよび／またはコンピュータ構成を使用して本発明をいかに実施するかは、当業者には明らかなはずである。
【００７８】
コンピュータ・システム９０２はまた、主記憶装置９０８、好ましくはランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）も含み、二次記憶装置９１０も含むことができる。二次記憶装置９１０には、例えばハード・ディスク・ドライブ９１２および／または、フロッピ・ディスク・ドライブ、磁気テープ・ドライブ、光ディスク・ドライブなどを表す取外し可能な記憶装置ドライブ９１４を含むことができる。取外し可能な記憶装置ドライブ９１４は、周知の方式で取外し可能な記憶装置９１８からの読取りおよび／または書込みを行なう。取外し可能な記憶装置９１８は、取外し可能な記憶装置ドライブ９１４によって読取りと書込みがなされるフロッピ・ディスク、磁気テープ、光ディスクなどを示す。正しく認識されるように、取外し可能な記憶装置９１８は、コンピュータ・ソフトウェアおよび／またはデータを記憶するコンピュータで使用可能な記憶媒体を含む。
【００７９】
代替実施形態では、二次記憶装置９１０は、コンピュータ・プログラムまたはその他の命令をコンピュータ・システム９０２の中にロードできるようにするための、他の類似手段を含むことができる。このような手段は、例えば取外し可能な記憶装置９２２とインタフェース９２０を含むことができる。このような例は、（ビデオ・ゲーム装置で見られるものなどの）プログラム・カートリッジおよびカートリッジのインタフェース、（ＥＰＲＯＭまたはＰＲＯＭなどの）取外し可能なメモリ・チップと付属のソケット、およびその他の取外し可能な記憶装置９２２と、ソフトウェアとデータを取外し可能な記憶装置９２２からコンピュータ・システム９０２へ転送することを可能にするインタフェース９２０を含むことができる。
【００８０】
コンピュータ・システム９０２はまた、通信インタフェース９２４を含むこともできる。通信インタフェース９２４によって、ソフトウェアとデータをコンピュータ・システム９０２と外部装置との間で転送することができる。通信インタフェース９２４の例には、モデム、（イーサネット（登録商標）・カードなどの）ネットワーク・インタフェース、通信ポート、ＰＣＭＣＩＡスロットおよびカードなどが含まれる。通信インタフェース９２４を介して転送されるソフトウェアとデータは、電子式、電磁式、光学式にすることができる信号、または通信インタフェース９２４によって受信されることが可能なその他の信号の形をなす。信号９２６はチャネル９２８を介して通信インタフェースに供給される。チャネル９２８は信号９２６を搬送し、電線またはケーブル、光ファイバ、電話線、セルラー・フォン・リンク、ＲＦリンク、およびその他の通信チャネルを使用して実行可能である。
【００８１】
この資料において、「コンピュータ・プログラム媒体」および「コンピュータ使用可能媒体」という用語は、取外し可能な記憶装置９１８、ハード・ディスク・ドライブ９１２に取り付けられるハード・ディスク、および信号９２６などの媒体を呼ぶために一般に使用される。これらのコンピュータ・プログラム製品はソフトウェアをコンピュータ・システム９０２に提供するための手段である。
【００８２】
コンピュータ・プログラム（コンピュータ制御論理とも呼ばれる）は主メモリ９０８および／または二次記憶装置９１０に記憶されている。コンピュータ・プログラムは通信インタフェース９２４を介して受信可能である。このようなコンピュータ・プログラムは、実行されると、本明細書で検討するように、コンピュータ・システム９０２が本発明の特徴を実施することを可能にする。特にコンピュータ・プログラムは、実行されると、プロセッサ９０４が本発明の特徴を実施することを可能にする。したがって、このようなコンピュータ・プログラムはコンピュータ・システム９０２の制御装置を表わす。
【００８３】
ソフトウェアを使用して本発明が実行される実施形態では、ソフトウェアをコンピュータ・プログラム製品の中に記憶し、取外し可能な記憶装置ドライブ９１４、ハード・ドライブ９１２、または通信インタフェース９２４を使用してコンピュータ・システム９０２の中にロードすることができる。制御論理（ソフトウェア）は、プロセッサ９０４によって実行されると、プロセッサ９０４に本明細書に記載の本発明の機能を実施させる。
【００８４】
別の実施形態では、本発明は主として、例えば特定用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）などのハードウェア構成要素を使用するハードウェアにおいて実行される。本明細書に記載の機能を実施するようなハードウェア状態機械の実行は当業者には明らかであろう。
【００８５】
さらに別の実施形態では、本発明はハードウェアとソフトウェア両方の組合せを使用して実行される。
【００８６】
上述のように、また上の例に示すように、本発明はガス化のためにシステムと方法とを提供する。本発明は能率を向上させて設備費と操業費を低減すると共に、さらに望ましい結果を達成するために使用することができる。
【００８７】
（結論）
本発明のさまざまな実施形態を説明したが、これらの実施形態は例示としてのみ示されたもので、限定するものではないことを理解すべきである。したがって、本発明の広さと範囲は上記の例示的実施形態のいずれによっても限定されてはならず、添付の特許請求の範囲とその等価内容によってのみ定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の垂直ロックホッパを採用するガス化システムの線図である。
【図２ａ】 本発明の一実施形態を採用するガス化システムの線図である。
【図２ｂ】 本発明の一代替実施形態を採用するガス化システムの線図である。
【図２ｃ】 本発明の一代替実施形態を採用するガス化システムの線図である。
【図２ｄ】 本発明の一代替実施形態を採用するガス化システムの線図である。
【図２ｅ】 本発明の一代替実施形態を採用するガス化システムの線図である。
【図３ａ】 本発明の一実施形態の詳細図である。
【図３ｂ】 本発明のシールの一実施形態を示す線図である。
【図４】 図３ａの実施形態の一部を示す詳細図である。
【図５】 図４の実施形態の一部を示す詳細図である。
【図６】 本発明のフライト外形の一実施形態を示す線図である。
【図７】 本発明のフライト外形の、別の実施形態を示す線図である。
【図８】 本発明のフライト外形の、さらに別の実施形態を示す線図である。
【図９】 本発明と共に使用するために適したコンピュータ・システムのブロック図である。

Claims (24)

1. ガス化装置を備えるガス化システムからスラグを引き出して脱水する方法において、
   ガス化システムから搬送ロックホッパの入口へスラグを受け取るステップと、
   搬送ロックホッパの入口から、入口よりも高い位置にある搬送ロックホッパの出口にスラグを搬送するステップであって、スラグを搬送する前記ステップが、入口から出口にスラグを搬送するために、搬送ロックホッパ内に配設されているオーガを回転させてスラグを物理的に分解し、スラグを水から分離することを含む、ステップと、
   スラグを出口から排出するステップと
   を含む方法。
2. スラグを受け取る前記ステップが、入口でバルブを開いて、スラグが搬送ロックホッパ内に集まることができるようにするステップを含む請求項１に記載の方法。
3. スラグを受け取る前記ステップが、出口でバルブを閉じるステップを含む請求項１に記載の方法。
4. スラグを受け取る前記ステップ中、搬送ロックホッパ内部の圧力が、ガス化システム内部の圧力とほぼ同じであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. スラグを搬送する前記ステップが、毎分０．２５回転から毎分１０回転の間の回転速度でオーガを回転するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
6. 前記搬送ロックホッパの出口にスラグ貯蔵バッファが取り付けられており、スラグを搬送する前記ステップが、排出前に貯蔵しておくためにスラグ貯蔵バッファにスラグを搬送するステップを含む請求項１に記載の方法。
7. 前記スラグ貯蔵バッファが出口からスラグを受け取る請求項６に記載の方法。
8. スラグを排出する前記ステップが、搬送ロックホッパの入口でバルブを閉じるステップと、搬送ロックホッパの出口でバルブを開くステップとを含む請求項１に記載の方法。
9. スラグを排出する前記ステップが、搬送ロックホッパから、搬送ロックホッパに結合されたタンク内に水を押し進めるステップを含む請求項１に記載の方法。
10. スラグを排出する前記ステップが、搬送ロックホッパからタンク内に水を押し進めるために不活性ガスを使用するステップをさらに含む請求項９に記載の方法。
11. 不活性ガスが窒素である請求項１０に記載の方法。
12. タンクが大気ヒール・タンクである請求項９に記載の方法。
13. タンクがガス化システムの急冷室である請求項９に記載の方法。
14. タンクがガス化システムの合成ガス冷却装置である請求項９に記載の方法。
15. スラグを排出する前記ステップの前に搬送ロックホッパを減圧するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
16. スラグを出口から排出する前記ステップの後に、搬送ロックホッパに結合されたタンクから搬送ロックホッパに水を追加するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
17. 水を追加する前記ステップの後に、ガス化システム内部の圧力とほぼ同じ圧力に搬送ロックホッパを加圧するステップをさらに含む請求項１６に記載の方法。
18. 搬送ロックホッパを加圧する前記ステップが不活性ガスを使用して実施される請求項１７に記載の方法。
19. 不活性ガスが窒素である請求項１８に記載の方法。
20. 前記搬送ロックホッパの出口にスラグ貯蔵バッファが取り付けられており、スラグを排出する前記ステップが、スラグ貯蔵バッファの入口でバルブを閉じるステップと、スラグ貯蔵バッファの出口でバルブを開くステップとを含む請求項１に記載の方法。
21. スラグを排出する前記ステップの前にスラグ貯蔵バッファを減圧するステップをさらに含む請求項２０に記載の方法。
22. スラグ貯蔵バッファの出口でバルブを開く前記ステップの後で、搬送ロックホッパ内部の圧力とほぼ同じ圧力にスラグ貯蔵バッファを加圧するステップをさらに含む請求項２１に記載の方法。
23. スラグ貯蔵バッファを加圧する前記ステップが不活性ガスを使用して実施される請求項２２に記載の方法。
24. 不活性ガスが窒素である請求項２３に記載の方法。

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