JP5259031B2 - 統合ガス化制御システム - Google Patents

Description

Ｉ．発明の分野
本発明は、ガス化に関し、特に、統合ガス化制御システム及び方法に関する。

ＩＩ．関連技術
ガス化は、石炭、重油、石油コークスのような炭化水素供給原料から電力、化学物質及び工業用ガスを製造するための、最もクリーンで最も効率的な技術である。簡単に言えば、ガス化は炭化水素供給原料を、主に水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）からなるクリーンな合成ガス（シンガスともいう。）へと変換する。ガス化プラントでは、供給原料を酸素（Ｏ₂）と混合してガス化炉に投入する。ガス化炉内部では、供給原料及びＯ₂は高温・高圧に付される。その結果、供給原料及びＯ₂は分解されて合成ガスとなる。

Ｈ₂とＣＯに加えて、合成ガスは、アンモニア、メタン及び硫化水素（Ｈ₂Ｓ）のような他のガスを少量含んでいる。合成ガス中に存在する９９％以上のＨ₂Ｓは回収されて元素状硫黄の形態に変換され、化学肥料又は化学工業で使用される。灰分及び金属はスラグ状態で除去され、合成ガスからは微粒子が取り除かれる。クリーンな合成ガスは発電並びに工業用化学物質及びガスの生産に利用される。

ガス化によって精油所は自家発電及び追加の製品の生産が可能となる。こうして、ガス化は効率の増大、エネルギーの節約及びクリーンな環境をもたらす。例えば、米国カンザス州エルドラドにあるガス化プラントでは、石油コークス及び石油精製廃棄物を電気及び蒸気に変換し、精油所はそのエネルギー需要を自給し、廃棄物及びコークスの取扱いコストを格段に低減している。これらの理由により、ガス化は世界中の石油精製業者に普及しつつある。現在世界中で、数百のガス化プラントが稼動している。

ガス化プラントの運転は、ガス化炉及びそれに接続された他の装置を制御する種々の制御システムが必要である。現在、ガス化プラントは、例えば、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラのような独立したコントローラをガス化プラント内の種々の処理を独立に制御するために使用する。独立式コントローラは別々に動作し、互いに相互作用しない。従って、各コントローラに望ましい設定値を別々入力しなければならない。独立式コントローラは応答性に劣ることが多く、そのためガス化炉及び他の関連装置の摩耗や亀裂が増す結果となる。特に、コントローラの応答の悪さは、ガス化炉の耐火性容器（ガス化炉内の熱を保つように設計されたガス化炉内のレンガの層）とガス化炉内の温度を測定する熱電対温度センサに損傷を与える。コントローラの応答の悪さは、ガス化炉の運転停止並びに所要の規格を満足しない「規格外」の合成ガスを生じる結果となる。

これらの理由により、ガス化プラントの種々の重要な部品を制御する統合制御システムの必要性が認識される。統合制御システムは、ガス化炉の運転停止の低減及び運転時間の最大化によってガス化プラントの信頼性を向上させるべきである。また、統合制御システムは、ガス化炉及び他の関連装置の摩耗及び亀裂を低減すべきである。

発明の概要
本発明は、ガス化プラントの統合制御システム（ＩＣＳ）に関する。ＩＣＳは、ガス化プラントのガス化炉及び他の重要な部品の運転を制御する。本発明は、統合コントローラでガス化炉及び他の重要な部品の運転を制御することによって、幾つかの独立式コントローラを使用する場合よりも、ガス化プラントの性能を向上させる。

ＩＣＳはガス化プラントの運転を制御する大規模な分散型御システムのサブシステムである。簡潔に述べると、ＩＣＳは、
（ｉ）ガス化炉内の酸素対炭素（Ｏ／Ｃ）比、
（ｉｉ）合成ガス要求量つまりガス化炉の望ましい出力、
（ｉｉｉ）仕込制約、
（ｉｖ）ガス化炉内の減速剤の流量、
（ｖ）空気分離ユニット（ＡＳＵ）、
（ｖｉ）酸素ヘッダーベント弁、及び
（ｖｉｉ）合成ガスヘッダー圧
を制御する。

ＩＣＳは、Ｏ／Ｃ比の制御によってガス化炉及び他の重要な部品の安全な運転及び装置寿命の向上をもたらす。最適な炭化水素変換はＯ／Ｃ比を制御したときに起こる。本発明では、Ｏ／Ｃ比はガス化炉への酸素及び炭素流量の制御によって制御される。

合成ガス要求量は要求量設定値及び要求量信号から決定される。要求量信号は炭素流量のマクロ変換によって得られる。

仕込制約は供給ポンプ設定値、供給ポンプのＰＶ／ＳＰ（ＰＶ／ＳＰは実際のパワーと望ましいパワーの比である。）、酸素弁位置及び酸素ベント／再循環値から決定される。

ガス化炉への減速剤（蒸気）の流量は、１以上の酸素ライン蒸気弁及び炭素ライン蒸気弁の調整によって制御される。再循環黒水も減速剤として使用する場合には、黒水流量は黒水ポンプの速度の調整によって制御される。

ＡＳＵからの酸素吐出は、酸素圧縮器入口弁の調整によって制御される。酸素ヘッダーベント弁を通して排出される酸素の量は、ベント弁の位置の制御によって制御される。合成ガスヘッダー圧力は、高圧制御、低圧制御及び「低低」圧制御の３通りの方法で制御される。

本発明は、ガス化プラントで酸素対炭素（Ｏ／Ｃ）比を制御する方法を提供する。本方法は、ガス化炉の望ましい出力を表す合成ガス要求量を仕込制約に基づいて決定するステップと、酸素対炭素比（Ｏ／Ｃ）設定値及び合成ガス要求量に基づいて、酸素制御設定値及び炭素制御設定値を決定するステップと、酸素制御設定値及び炭素制御設定値に基づいてそれぞれガス化プラント内の酸素及び炭素値を調整するステップとを含む。

本発明は、ガス化プラントで酸素設定値を決定する方法を提供する。本方法は、酸素設定値に炭素流量を乗じて酸素設定値の上限を得るステップと、合成ガス要求量及び酸素設定値の上限から、ロー選択器で、炭素流量で制約される酸素要求量を決定するステップと、酸素設定値の上限に所定の係数を乗じて酸素設定値の下限を得るステップと、酸素設定値の下限及び炭素流量で制約される酸素要求量から、ハイ選択器で、制約酸素設定値を決定するステップとを含む。

本発明は、ガス化プラントで炭素設定値を決定する方法を提供する。本方法は、酸素流量及び合成ガス要求量からハイ選択器で炭素設定値の下限を決定するステップと、酸素流量に所定の係数を乗じて炭素設定値の上限を得るステップと、炭素設定値の上限及び炭素設定値の下限から、ロー選択器で制約炭素設定値を決定するステップと、制約炭素設定値をＯ／Ｃ比設定値で除して炭素制御設定値を得るステップとを含む。

本発明は、ガス化プラントで酸素流量を制御する方法を提供する。本発明は、流量補償器で、酸素流量及び酸素温度から補償酸素流量を計算するステップと、モル変換器で、補償酸素流量をモル酸素流量に変換するステップと、モル酸素流量に酸素純度値を乗じて酸素流量信号を生成させるステップと、ＰＩＤコントローラで酸素流量信号及び酸素制御設定値を受信してＰＩＤコントローラ出力信号を生成させるステップと、速度リミッタでＰＩＤコントローラ出力信号を速度制限するステップと、速度制限されたＰＩＤコントローラ出力信号を使用して酸素値を調整するステップとを含む。

本発明は、ガス化プラントで炭素流量を制御する方法に関する。本方法は、仕込ポンプ速度から炭素流量を計算するステップと、信号選択器で、計算された炭素流量及び測定された炭素流量から実際の炭素流量を選択するステップと、モル変換器で、炭素流量をモル炭素流量に変換するステップと、モル炭素流量、速度制限されたスラリー濃度と速度制限された炭素含有量から炭素流量信号を生成させるステップと、ＰＩＤコントローラで、炭素流量信号及び炭素制御設定値を使用して炭素ポンプ速度信号を生成させるステップと、炭素ポンプ速度信号によって炭素ポンプの速度を調整するステップとを含む。

本発明は、ガス化プラントで減速剤を制御する方法を提供する。本発明は、第１の流量補償器で、酸素ライン蒸気流量、蒸気温度及び蒸気圧から補償酸素ライン蒸気流量信号を生成させるステップと、第２の流量補償器で、炭素ライン蒸気流量、蒸気温度及び蒸気圧から補償炭素ライン蒸気流量信号を生成させるステップと、第１の加算器で、補償酸素ライン蒸気流量信号及び補償炭素ライン蒸気流量信号を加算して合計蒸気流量信号を生成させるステップと、合計蒸気流量信号及び再循環黒水流量から合計減速剤流量を決定するステップと、第１の除算器で、合計減速剤流量を炭素流量で除して減速剤／炭素比を求めるステップと、減速剤／炭素比信号及び減速剤／炭素比設定値から、比コントローラで、望ましい酸素ライン蒸気流量を決定するステップと、望ましい酸素ライン蒸気流量及び酸素ライン蒸気流量信号から酸素ライン蒸気弁信号を決定するステップと、酸素ライン蒸気弁信号によって酸素ライン蒸気弁を調整するステップと、補償炭素ライン蒸気流量信号及び炭素ライン蒸気流量設定値から炭素ライン蒸気弁信号を決定するステップと、炭素ライン蒸気弁信号によって炭素ライン蒸気弁を調整するステップとを含む。

本発明は、ガス化プラントに酸素を供給する空気分離ユニット（ＡＳＵ）を制御する方法を提供する。本発明は、同時運転されている複数のガス化炉の酸素弁位置をハイ選択器で比較し、値ｘを出力するステップと、Ｆ（ｘ）＝０．００２ｘ＋０．０８（ただし、Ｆ（ｘ）＞０．９９であり、ｘはハイ選択器の出力である。）を計算するステップと、Ｆ（ｙ）＝０．００２ｙ＋０．８１（ただし、Ｆ（ｙ）＞１．０であり、ｙは選択されたガス化炉の酸素弁位置である。）を計算するステップとを含む。

本発明は、ガス化プラントで合成ガスヘッダーの高圧を制御する方法を提供する。本発明は、合成ガスヘッダー流量、合成ガスヘッダー温度及び合成ガスヘッダー圧力信号を流量補償器で受信して補償合成ガスヘッダー流量を計算するステップと、補償合成ガスヘッダー流量、合成ガスヘッダー温度及び合成ガスヘッダー弁の最大許容流量から、合成ガスヘッダーフレアベント弁バイアスを計算するステップとを含む。

本発明は、酸素と炭化水素供給原料を主に水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）からなる合成ガスに変換するガス化プラントで酸素対炭素比（Ｏ／Ｃ）を制御する方法ステップを行うための機械で実行可能な命令のプログラムを具体的に実現する機械で読出し可能なプログラム記憶装置であって、上記方法ステップが、ガス化炉の望ましい出力を表す合成ガス要求量を仕込制約に基づいて決定するステップと、酸素対炭素比（Ｏ／Ｃ）の要求量と合成ガス設定値に基づいて、酸素制御設定値及び炭素制御設定値を決定するステップと、酸素制御設定値及び炭素制御設定値に基づいてそれぞれガス化プラント内の酸素と炭素値を調整するステップとを含む、装置を提供する。

本発明は、酸素と炭化水素供給原料を主に水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）からなる合成ガスに変換するガス化プラントで酸素設定値を決定する方法ステップを行うための機械で実行可能な命令のプログラムを具体的に実現する機械で読出し可能なプログラム記憶装置であって、上記方法ステップが、酸素設定値に炭素流量を乗じて酸素設定値の上限を得るステップと、合成ガス要求量と酸素設定値の上限から、ロー選択器で、炭素流量で制約される酸素要求量を決定するステップと、酸素設定値の上限に所定の係数を乗じて酸素設定値の下限を得るステップと、酸素設定値の下限及び炭素流量で制約される酸素要求量から、ハイ選択器で制約酸素設定値を決定するステップとを含む、装置を提供する。

本発明は、酸素と炭化水素供給原料を主に水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）からなる合成ガスに変換するガス化プラントで炭素設定値を決定する方法ステップを行うための機械で実行可能な命令のプログラムを具体的に実現する機械で読出し可能なプログラム記憶装置であって、上記方法ステップが、酸素流量及び合成ガス要求量からハイ選択器で炭素設定値の下限を決定するステップと、酸素流量に所定の係数を乗じて炭素設定値の上限を得るステップと、炭素設定値の上限及び炭素設定値の下限から、ロー選択器で制約炭素設定値を決定するステップと、制約炭素設定値をＯ／Ｃ比設定値で除して炭素制御設定値を得るステップとを含む、装置を提供する。

本発明は、酸素と炭化水素供給原料を主に水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）からなる合成ガスに変換するガス化プラントで酸素流量を制御する方法ステップを行うための機械で実行可能な命令のプログラムを具体的に実現する機械で読出し可能なプログラム記憶装置であって、上記方法ステップが、流量補償器で、酸素流量及び酸素温度から補償酸素流量を計算するステップと、モル変換器で、補償酸素流量をモル酸素流量に変換するステップと、モル酸素流量に酸素純度値を乗じて酸素流量信号を生成させるステップと、ＰＩＤコントローラで酸素流量信号及び酸素制御設定値を受信してＰＩＤコントローラ出力信号を生成させるステップと、速度リミッタでＰＩＤコントローラ出力信号を速度制限するステップと、速度制限されたＰＩＤコントローラ出力信号を使用して酸素値を調整するステップとを含む、装置を提供する。

本発明は、酸素と炭化水素供給原料を主に水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）からなる合成ガスに変換するガス化プラントで炭素流量を制御する方法ステップを行うための機械で実行可能な命令のプログラムを具体的に実現する機械で読出し可能なプログラム記憶装置であって、上記方法ステップが、仕込ポンプ速度から炭素流量を計算するステップと、信号選択器で、計算された炭素流量及び測定された炭素流量から実際の炭素流量を選択するステップと、モル変換器で、炭素流量をモル炭素流量に変換するステップと、モル炭素流量、速度制限されたスラリー濃度と速度制限された炭素含有量から炭素流量信号を生成させるステップと、炭素流量信号及び炭素制御設定値を使用して、ＰＩＤコントローラで、炭素ポンプ速度信号を生成させるステップと、炭素ポンプ速度信号によって炭素ポンプの速度を調整するステップとを含む、装置を提供する。

本発明は、酸素と炭化水素供給原料を主に水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）からなる合成ガスに変換するガス化プラントで減速剤を制御する方法ステップを行うための機械で実行可能な命令のプログラムを具体的に実現する機械で読出し可能なプログラム記憶装置であって、上記方法ステップが、第１の流量補償器で、酸素ライン蒸気流量、蒸気温度及び蒸気圧から補償酸素ライン蒸気流量信号を生成させるステップと、第２の流量補償器で、炭素ライン蒸気流量、蒸気温度及び蒸気圧から補償炭素ライン蒸気流量信号を生成させるステップと、第１の加算器で、補償酸素ライン蒸気流量信号と補償炭素ライン蒸気流量信号を加算して合計蒸気流量信号を生成させるステップと、合計蒸気流量信号及び再循環黒水流量から合計減速剤流量を決定するステップと、第１の除算器で、合計減速剤流量を炭素流量で除して減速剤／炭素比を求めるステップと、減速剤／炭素比信号及び減速剤／炭素比設定値から、比コントローラで、望ましい酸素ライン蒸気流量を決定するステップと、望ましい酸素ライン蒸気流量及び酸素ライン蒸気流量信号から酸素ライン蒸気弁信号を決定するステップと、酸素ライン蒸気弁信号によって酸素ライン蒸気弁を調整するステップと、補償炭素ライン蒸気流量及び炭素ライン蒸気流量設定値から炭素ライン蒸気弁信号を決定するステップと、炭素ライン蒸気弁信号によって炭素ライン蒸気弁を調整するステップとを含む、装置を提供する。

本発明は、酸素と炭化水素供給原料を主に水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）からなる合成ガスに変換するガス化プラントに酸素を供給する空気分離ユニット（ＡＳＵ）を制御する方法ステップを行うための機械で実行可能な命令のプログラムを具体的に実現する機械で読出し可能なプログラム記憶装置であって、上記方法ステップが、ハイ選択器で同時に運転している複数のガス化炉の酸素弁位置を比較し、値ｘを出力するステップと、Ｆ（ｘ）＝０．００２ｘ＋０．０８（ただし、Ｆ（ｘ）＞０．９９であり、ｘはハイ選択器の出力である。）を計算するステップと、Ｆ（ｙ）＝０．００２ｙ＋０．８１（ただし、Ｆ（ｙ）＞１．０であり、ｙは選択されたガス化炉の酸素弁位置である。）を計算するステップとを含む、装置を提供する。

本発明は、酸素と炭化水素供給原料を主に水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）からなる合成ガスに変換する、ガス化プラントに酸素を供給する合成ガスヘッダーの高圧を制御する方法ステップを行うための機械で実行可能な命令のプログラムを具体的に実現する機械で読出し可能なプログラム記憶装置であって、上記方法ステップが、合成ガスヘッダー流量、合成ガスヘッダー温度及び合成ガスヘッダー圧力信号を流量補償器で受信して補償合成ガスヘッダー流量を計算するステップと、補償合成ガスヘッダー流量、合成ガスヘッダー温度及び合成ガスヘッダー弁の最大許容流量から、合成ガスヘッダーフレアベント弁バイアスを計算するステップとを含む、装置を提供する。

本発明の構造及び動作、特徴及び利点について、図を参照して以下に説明する。

図において、同じ符号は一般的には、同一の、機能的に類似及び／又は構造的に類似した構成要素を示す。符号の最も左の桁は要素が最初に現れた図を示す。

好適な実施形態の詳細な説明
図１は、本発明の実施形態に係るガス化システム１００を示す。ガス化システム１００は、酸素ユニット１０４、供給原料ユニット１０８、ガス化炉１１２及び硫黄除去器１１６を有する。

酸素ユニット１０４は、大気から空気を受け取って酸素を生じる空気分離ユニット（ＡＳＵ）であればよい。ＡＳＵはＰａｒａｘａｉｒ ａｎｄ Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔ社のような種々の製造業者により販売されている。酸素ユニット１０４は、典型的には、ガス化炉１１２に１以上の酸素ライン１２０を介して接続される。

或いは、ガス化システム１００は、複数のガス化炉１１２を有していてもよい。そのような配置では、複数のガス化炉は酸素ヘッダー（主ライン）を介してＡＳＵに接続できる。酸素は酸素ヘッダーを介して種々のガス化炉に分配される。

酸素ライン１２０は、ガス化炉１１２の１以上酸素インジェクタを終端とする。酸素インジェクタはガス化炉１１２に酸素を投入する。酸素ライン１２０は、１以上の酸素弁１２４を有する。酸素弁１２４は、ガス化炉１１２への酸素の流量を制御するために調整される。

供給原料ユニット１０８は、１以上の供給ライン１２８を介してガス化炉１１２へ接続される。供給原料は、供給ライン１２８を介してガス化炉１１２へ供給される。供給ライン１２８は、ガス化炉１１２へ供給原料を投入するガス化炉１１２の１以上のフィードインジェクタを終端とする。供給ライン１２０は、１以上の供給弁１３２を有する。気体状供給原料が使用されるときには、供給弁１３２を用いて、気体状供給原料のガス化炉１１２への流量を制御する。対照的に、固体又は液体状供給原料が使用されるときには、それらの流量は可変速度仕込ポンプの速度によって制御される。

ガス化システム１００は固体（例えば、石炭、石油コークス、プラスチック、ゴム）、液体（例えば、重油、オリマルジョン（orimulsion）、精製副産物）又はガス（例えば、天然ガス、精製排気ガス）等を処理するように設計される。気体状供給原料は、一般的には、ガス化炉１１２に送られそこで酸素と混合される。液体状供給原料は、一般的には、ガス化炉１１２へポンプで送られる。

対照的に、固体状供給原料は、一般的には、ガス化炉１１２へ送られる前に、微粒子へと粉砕され、水又は廃油と混合されてスラリーを形成する。スラリーは、スラリーポンプによりガス化炉１１２へ送られ、フィードインジェクタによりガス化炉１１２へ供給される。ガス化炉１１２へのスラリー流量も、スラリーポンプの速度の調整によって制御される。

蒸気及び再循環黒水のような減速剤が、ガス化前に供給原料と酸素へ加えられる。減速剤の添加は、ガス化炉１１２の効率を上昇する。蒸気は典型的には、蒸気ラインを介して供給される。黒水（煤水、black water）はガス化炉の底から回収された水であり、減速剤としてガス化炉へポンプで戻される。

図１を参照すると、供給原料と酸素はフィードインジェクタを通してガス化炉１１２へ供給される。ガス化炉１１２は、高温高圧に耐えるように設計された耐火性容器である。ガス化炉１１２には可動部品又は大気開放点はない。ガス化炉１１２内では、供給原料と酸素の混合物つまり「供給原料混合物」が約２５００°Ｆの温度及び約１２００ｐｓｉ以下の圧力にさらされる。これらの極端な条件にさらされると、供給原料混合物は、２種類の主成分Ｈ₂とＣＯを含む気体混合物に分解される。主にＨ₂とＣＯの気体混合物は、合成ガス又は「シンガス」と呼ばれる。

これらの合成ガスは、合成ガスが洗浄される合成ガス洗浄機を通して送られる。合成ガスは蒸気の発生に使用できる熱を含む。

気体混合物は少量の硫化水素（Ｈ₂Ｓ）、アンモニア、メタン及び他の供給原料混合物の副産物も含む。これらの気体混合物は、硫黄除去器１１６を通され、ガスからＨ₂Ｓが除去される。

合成ガスは硫黄除去器１１６から合成ガスヘッダー１３６で搬送される。合成ガスは発電用の燃料として燃焼させることができる。或いは、合成ガスは化学肥料、プラスチックその他の化学物質の製造に使用される。

前述のように、本発明は、ガス化プラント１００に関する統合制御システムに関する。統合制御システムはガス化炉１１２と他の関連部品、例えば、ＡＳＵ、酸素ヘッダー、合成ガスヘッダー及び減速剤を制御する。

一実施形態では、重要な制御システムはガス化システム１００の運転を制御する分散型御システムの一部である。図２はガス化システム１００の運転を制御する分散型御システム２００のブロック図である。

図２を参照すると、分散型御ネットワーク２０４は、分散型御システム２００のバックボーンを構成する。１以上の陰極線管（ＣＲＴ）局２０８は、ネットワーク２０４に接続されている。ＣＲＴ局２０８は、ガス化システム１００の現在の状態を表示する。オペレータは、ガス化炉１１２と他の部品の運転をＣＲＴ局２０８を介して監視する。

アプリケーション局２１２は、ネットワーク２０４に接続されている。オペレータは一般的には、例えば、警告モニタ、ポンプモニタのような監視アプリケーションを、アプリケーション局２１２を介して実行する。

統合制御システム（ＩＣＳ）２１６は、ネットワーク２０４に接続されている。一実施形態では、ＩＣＳ２１６はコンピュータマイクロプロセッサと１以上のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有する。ＩＣＳ２１６は、ガス化システム１００のガス化炉１１２と他の重要な部品の運転を制御する。ＲＡＭは特にＩＣＳ２１６のために開発された１以上のプログラムを記憶する。コンピュータマイクロプロセッサは、ＲＭＡに記憶されたプログラムを実行する。１以上の入力／出力（Ｉ／Ｏ）カードがＩＣＳ２１６に接続される。Ｉ／Ｏカードは、マイクロプロセッサと種々のセンサ、弁及びポンプモータ速度コントローラの間のインターフェースを提供する。

１以上の重大でない制御システム２２０もネットワーク２０４に接続される。重大でない制御システム２２０は、ガス化システム１００の重大でない部品を制御する。通信ゲートウェイ２２４がネットワーク２０４に接続される。通信ゲートウェイ２２４は、ネットワーク２０４が第３者システム、例えば、安全装置システム又は緊急運転停止システムと通信することを可能とする。

図３は、本発明の実施形態に係るＩＣＳ２１６の高レベルなブロック図を示す。広義には、ＩＣＳ２１６は、酸素対炭素（Ｏ／Ｃ）比制御システム３０４、ＡＳＵ制御システム３０８、減速剤制御システム３１２及び合成ガスヘッダー制御システム３１６を有する。これらの各システムについて以下で説明する。

１．Ｏ／Ｃ比制御
簡潔には、最適な炭化水素変換は、ガス化の際にＯ／Ｃ比を制御したときに起こる。好ましくは、Ｏ／Ｃ比を連続的に監視及び制御すべきである。連続的なＯ／Ｃ比の制御なしでは、Ｏ／Ｃ比は高くなりすぎたり低くなりすぎたりする。Ｏ／Ｃ比が高くなりすぎる場合には、ガス化炉１１２内の温度は広く変化し、ガス化炉の耐火材寿命と熱電対の寿命を減少する。一方、Ｏ／Ｃ比が低くなりすぎると、炭化水素変換が落ち、それによりガス化炉１１２の効率が低下する。低Ｏ／Ｃ比も、ガス化炉１１２内で生成する固体量が増加し、固体をすぐに除去しなければ、ガス化炉が運転停止される。

本発明は、ガス化炉１１２の性能を改善する新しいＯ／Ｃ比制御を提供する。また、本発明は、ガス化炉１１２内の温度変化を最小限にすることにより、ガス化システム１００の安全な運転と部品の寿命を上昇することを提供する。
ＡＳＵがガス化システム１００に統合される場合には、Ｏ／Ｃ制御システムは、ガス化炉１１２とＯ₂圧縮器の安定な運転のために、ＡＳＵ内のＯ₂圧縮器制御と結合すべきである。

簡単に述べると、本発明では、Ｏ／Ｃ比は酸素と炭素流量信号の計算によって決定される。図４は、本発明の実施形態によるＯ／Ｃ比を制御する方法のフローを示す。ステップ４０４では、合成ガス要求量が仕込制約に基づいて決定される。合成ガス要求量はガス化炉１１２の望ましい出力である。合成ガス要求量の実際の計算は、図５で説明する。仕込制約は、ガス化炉１１２の性能を制限する供給原料混合物の制限因子である。仕込制約の計算は図６でも説明する。

ステップ４０８では、酸素設定値はＯ／Ｃ比設定値及び合成ガス要求量に基づいて決定される。Ｏ／Ｃ比設定値計算については、以下でさらに詳しく説明する。ステップ４１２では、炭素設定値が、Ｏ／Ｃ比設定値及び合成ガス要求量に基づいて決定される。ステップ４１６では、酸素流量は酸素弁の調整によって制御される。酸素弁は酸素設定値に基づいて調整される。ステップ４２０では、炭素流量が炭素設定値に基づいて調整される。

（ａ）合成ガス要求量制御
図５は、ステップ４０４（合成ガス要求量の計算）を更に詳しく説明する。ステップ５０４では、炭素流量が単位マクロ変換によって要求量コントローラ信号に変換される。或いは、統合ＡＳＵでは、酸素流量は、ＡＳＵ変動を最小限にするために単位マクロ変換によって要求量コントローラ信号に変換される。要求量コントローラ信号は、トン／日単位の純粋な炭素質量流量で表される。純粋な炭素質量流量は以下の式で計算される。
ｍ＝（Ｆ）×（１２．０１１）×（２４／２０００）
式中、ｍ＝トン／日単位の純粋な炭素質量流量、Ｆ＝ｌｂ−ｍｏｌ／時単位の基本スラリー流量である。

一実施形態では、炭素流量（基本スラリー流量）は磁気メータ又は可変速度仕込ポンプにより測定される。ステップ５０８では、要求量コントローラ信号及び要求量コントローラ設定値は比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラで受信される。要求量コントローラ設定値は望ましい値であり、且つ一般的には、オペレータから入力される。

ＰＩＤコントローラの動作は、当業者には良く理解される。ＰＩＤコントローラは、信号と設定値（又は基準信号）との差を表す誤差信号を計算し、誤差信号にゲインを乗じる。ＰＩＤコントローラの出力は、０．０〜１．０（０％〜１００％）の間の値である。特に、ＰＩＤコントローラは、要求量コントローラ信号と要求量コントローラ設定値との差を表す誤差信号を計算し、誤差信号にゲインを乗じる。

ステップ５１２では、信号選択器はＰＩＤコントローラの出力及び自動要求量値を受信する。自動要求量値の決定については以下で詳しく説明する。ガス化炉１１２の運転モードに依存して、信号選択器はＰＩＤコントローラの出力又は自動要求量値のいずれかを選択要求量値として選択する。手動モード中は、信号選択器はＰＩＤコントローラを選択する。自動モード中は、信号選択器は自動要求量値を選択する。オーバーライドモード中は、信号選択器は２つの入力の高い方を選択する。なお、「自動要求量値」は自動モードでの要求量値である。

ステップ５１６では、ロー選択器は選択要求量値（即ち信号選択器の出力）及び合成ガス要求量オーバーライド値を受信する。合成ガス要求量オーバーライド値の決定については、以下で説明する。ロー選択器は、選択要求量信号及び合成ガス要求量オーバーライド値の低い方を、仕込制約要求量値として選択する。ステップ５２０では、仕込制約要求量値は、バイアス信号に変換される。バイアス信号は、フルスケールの−２％〜＋２％の範囲内の値を有する。ここで、フルスケールは０〜最大許容元素流量の範囲に対応し、元素流量は体積流量ではなく、モル（１モル＝６．０２×１０²³分子）単位の流量をいう。

最後に、ステップ５２４で、酸素流量はバイアス信号によってバイアスされる。バイアスされた酸素流量は合成ガス要求量信号である。

（ｉ）仕込制約
図６は、本発明の一実施形態による仕込制約又は「合成ガス要求量オーバーライド値」を決定するための方法のフロー図を示す。ステップ６０４では、ハイ選択器は、以下の値、（１）供給ポンプ設定値、（２）供給ポンプパワーＰＶ／ＳＰ（ここで、ＰＶ／ＳＰは実測パワーと最大許容パワーの比である。）、（３）酸素圧縮器パワーＰＶ／ＳＰ、（４）ガス化炉酸素弁位置値（この弁は、統合ＡＳＵが使用されないときのみ使用される）、（５）圧縮吸入ベント弁位置値又は酸素ポンプ再循環弁位置値（この値は統合ＡＳＵが使用されないときのみ使用される）、（６）酸素圧縮器吸入弁位置値（この値は統合ＡＳＵが使用されないときのみ使用される）、のうち最も高い値を選択する。このハイ選択器は制約コントローラ信号として最も高い値を出力する。

ステップ６０８では、乗算器で制約コントローラ設定値に９８％（つまり０．９８）を乗じる。０．９８が好ましい係数であるが、他の係数（例えば、０．９５，０．９０）も使用できる。

制約コントローラ設定値は望ましい値であり、オペレータにより入力される。ステップ６１２では、ＰＩＤコントローラはハイ選択器からの制約コントローラ信号及び乗算器からの出力（制約コントローラ設定値の９８％）を受信する。ＰＩＤコントローラの出力は合成ガス要求量オーバーライド値である。

２．Ｏ／Ｃ設定値制御
図７は、本発明の一実施形態によるＯ／Ｃ設定値を決定する方法のフロー図である。ステップ７０４では、Ｏ／Ｃ比値を得るために、除算器で、酸素流量を炭素流量で除算する。

しかし、固体まガスの供給原料が使用されるときには、以下のステップが上述のステップ７０４に加えて行われねばならない。ステップ７０８では、上述のステップ７０４からの測定されたＯ／Ｃ設定値が、ガス化炉温度を推定するのに使用される。一実施形態では、ガス化炉温度を推定するのに線形補間法が使用される。推定されたガス化気温度は、実質的な温度信号である。

ステップ７１２では、オペレータは、実質的な温度信号を、実質的な温度設定値を選択するのに使用する。ステップ７１６では、Ｏ／Ｃ比設定値は実質的な温度設定値から補間される。

３．酸素設定値制御
図８は本発明の一実施形態による酸素設定値を計算する方法のフロー図である。ステップ８０４では、第１の乗算器でＯ／Ｃ設定値に炭素流量を乗じる。第１の乗算器の出力は、酸素バイアス（又は酸素設定値上限）内の炭素流量である。ステップ８０８では、合成ガス要求量信号（図５のステップ５２４からバイアスされた酸素流量）と第１の乗算器の出力がロー選択器で受信される。ロー選択器は、炭素流量で制約される酸素要求量信号を出力する。

ステップ８１２では、第１の乗算器の出力（即ち、酸素設定値上限）は、第２の乗算器で受信され、ここで、さらに係数０．９８を乗じる。第２の乗算器の出力は、酸素設定値下限である。酸素設定値の下限は、酸素設定値上限の９８％に設定されるが、他の係数（例えば、９５％、９０％）も酸素設定値上限を設定するのにも使用され得る。

ステップ８１６では、酸素設定値の下限及びロー選択器の出力は、即ち、炭素流量により制約される酸素要求量は、ハイ選択器で受信される。ハイ選択器出力は、制約酸素設定値である。このように、酸素流量は、炭素流量の９８％〜１００％の間に制約される。言い換えると、炭素流量は、２％だけ異なる酸素流量を導く。当業者には、酸素流量が、炭素流量の他のパーセント値の間に制約される得ることは明らかである。言い換えると、炭素流量は他のパーセント値だけ異なる酸素流量を導くことも許される。

ＡＳＵがガス化システム１００に統合される場合には、以下の更なるステップを実行することも必要とされる。ステップ８２０では、式Ｆ（ｘ）＝０．００２ｘ＋０．８１、式中、Ｆ（ｘ）＞１．０であり、ｘは選択されたガス化炉の酸素弁位置である。Ｆ（ｘ）は、全開、即ち酸素がＡＳＵによって制御されるときは制御外の、酸素設定値を駆動するのに使用される酸素設定値修正因子である。

酸素弁位置計算を、以下に説明する。ステップ８２４では、Ｆ（ｘ）にハイ選択器の出力（即ち、制約酸素設定値）を乗じて酸素制御設定値を得る。

４．炭素設定値制御
本発明では、炭素設定値は制約炭素設定値及びＯ／Ｃ比設定値から計算される。図９は、炭素制御設定値を決定するための方法のフロー図を示す。ステップ９０４では、酸素流量及び合成ガス要求量はハイ選択器で受信される。ハイ選択器は、酸素バイアス内の炭素設定値下限を出力する。ステップ９０８では、乗算器で酸素流量に１．０２を乗じる。乗算器の出力は、炭素設定値上限である。炭素設定値上限を設定するために、酸素流量に他の数（例えば、１．０５、１．１を乗じる。

ステップ９１２では、炭素設定値上限と炭素設定値下限はロー選択器で受信される。ロー選択器は、制約炭素設定値を出力する。最後に、ステップ９１６で、制約炭素設定値をＯ／Ｃ比設定値で除算して、炭素制御設定値を得る。

５．酸素流量制御
酸素流量は、酸素ライン中の弁位置の調整によって制御される。図１０は、酸素流量制御のフロー図を示す。ステップ１００４では、酸素温度、酸素圧力及び酸素流量が流量補償器で受信される。酸素温度は酸素ライン内の熱電対で測定される。酸素圧力は酸素ライン中の圧力伝達器により測定される。酸素流量は、酸素ライン中の酸素流量伝達器により測定される。流量補償器は、圧力と温度変化に基づいて酸素流量を補正する。

補償酸素流量は、以下の式で計算される。

【数１】

流量補償器は、補償酸素流量を出力する。ステップ１００８では、補償酸素流量がモル酸素流量に変換される。

酸素流量は、以下の式でモル酸素流量に変換される。

Ｆ＝ｑ×（２／３７９．５）、
式中、
ｑ＝標準立方フィート／時（ｓｃｓｈ）単位の体積酸素流量であり、
Ｆ＝ｌｂ−ｍｏｌ／時単位の基本酸素流量である。

ステップ１０１２では、モル酸素流量は、乗算器で酸素純度値を乗じる。酸素純度値（例えば、９６％）は、酸素純度分析器により得られる。乗算器は酸素流量信号を出力する。

ステップ１０１６では、酸素流量信号及び酸素制御設定値はＰＩＤコントローラで受信される。ステップ１０２０では、ＰＩＤコントローラの出力は、上昇速度制限器と下降速度制限器の２つの速度制限器により受信される。ＰＩＤコントローラの出力は、出力の変化の率に依存する２つの速度制限器の１つにより制限される率である。ＰＩＤコントローラの出力が上昇（即ち、変化の正の率）する場合には、上昇速度制限器により制限された率である。一方、ＰＩＤコントローラの出力が下降（即ち、変化の負の率）する場合には、下降速度制限器により制限された率である。

ステップ１０２４では、２つの速度制限器の出力は、信号選択器で受信され、信号選択器は信号の変化の率が正か又は負であるか否かに基づいて信号の，１つを選択する。ＰＩＤコントローラの出力が上昇する場合には、信号選択器は上昇速度制限器を選択する。ＰＩＤコントローラの出力が下降する場合には、信号選択器は下降速度制限器を選択する。信号選択器の出力は酸素弁位置を調整するのに使用される。

６．炭素流量制御
本発明では、ガス化炉１１２への炭素流量は、炭素ポンプ速度によって制御される。簡潔には、炭素ポンプ速度は測定された炭素流量及び望ましい制御設定値によって制御される。ＰＩＤコントローラは炭素ポンプ速度を調整するのに使用される。

図１１は、炭素流量制御のための方法ののフローを示す。ステップ１１０４では、炭素流量は仕込ポンプ速度から決定される。炭素流量は以下の式から計算される。

ｑ＝ｑ_r ×（ｓ／ｓ_r）、
式中、
ｑ＝ｇｐｍ単位の仕込ポンプ流量、
ｑ_r＝仕込ポンプ設計流量、
ｓ＝ｒｐｍ単位の仕込ポンプ速度、
ｓ_r＝ｒｐｍ単位の仕込ポンプ設計速度である。

ステップ１１０８では、信号選択器は、推定された炭素流量及び測定された炭素流量を受信する。一実施形態では、測定された炭素流量は、磁気的流量計から得られる。信号選択器は運転の状態に依存して、信号の１つを選択する。信号選択器は実際の炭素流量を出力する。

ステップ１１１２では、モル変換器で、炭素流量はモル炭素流量に変換される。固体状供給原料に対しては、炭素流量は、以下の式でモル炭素流量に変換される。

Ｆ＝［｛（ｑ×８．０２１）｝／｛（１２．０１１×（０．０１７−０．００００５６×Ｘ _slurry ）｝］×（．０１Ｘ _slurry ）×（．０１Ｘ _coke ）
式中、
Ｆ＝ｌｂ−ｍｏｌ／時単位の基本炭素流量、
ｑ＝スラリー流量（スラリーポンプ速度を示す）、
Ｘ_coke＝コークス炭素濃度、８５％〜９２％、及び
Ｘ_slurry＝スラリーコークス濃度、５５％〜６５％である。

液体供給原料に対しては、炭素流量は、以下の式でモル炭素流量に変換される。

Ｆ＝（ｑ×Ｓ_g ×８．０２１／１２．０１１）×．０１×Ｘ_c
式中、
Ｑ＝ｇａｌ／分単位の炭素流量、
Ｆ＝ｌｂ−ｍｏｌ／時単位の基本炭素流量、
Ｓ_g＝炭素の比重、
Ｘ_c＝液体中の炭素含有量である。

モル変換は、速度制限された炭素含有量と速度制限されたスラリー濃度を考慮する。速度制限された炭素含有量と速度制限されたスラリー濃度について以下で説明する。

最初に、炭素含有量が供給原料例えば、コークスの仕込から決定される。、炭素含有量は、速度制限器により、速度制限又は「流速制限」される。例えば、現在の供給原料の仕込の炭素含有量が、ガス化炉で前回の仕込の炭素含有量から例えば２０％のように大きく異なる場合には、速度制限器は変化の率を例えば、分当り．０５％に制限する。言い換えると、速度制限器は、炭素含有量が、劇的な突然の変化２０％よりも、例えば、分当り．０５％の率でしか変化しないように炭素流量制御に知らせる。スラリー濃度もラボ分析で決定され同様に流速制限される。

ステップ１１１６では、モル炭素流量が、第１の乗算器で速度制限されたスラリー濃度を乗じる。ステップ１１２０では、第１の乗算器出力は再び、第２の乗算器で速度制限された炭素含有量を乗じる。第２の乗算器の出力は、炭素流量信号である。ステップ１１２４では、ＰＩＤコントローラは、炭素流量信号及び炭素制御設定値を受信し、炭素ポンプ速度を出力する。ＰＩＤコントローラの出力は、一般的には、炭素ポンプを保護するために、速度制限器により速度制限される。

７．フィードインジェクタ酸素制御
前述のように、酸素はＡＳＵからガス化炉へ供給される。本発明の一実施形態では、酸素ラインはガス化炉１１２へ送られる前に２つのラインに分割される。供給原料ユニットからの２つの酸素ラインと炭素ラインは、合流しフィードインジェクタ内の３つの同軸パイプを構成する。中央パイプは酸素を供給する。中央パイプの周りの中間パイプは供給原料を供給する。中間パイプの周りの外側パイプは酸素を供給する。酸素は２つの弁によって制御される。分割前に設けられた中央酸素弁即ちパイプの上流であり、同心部に配置された環状の酸素弁即ちパイプの下流である。

図１２は、フィードインジェクタ制御のフローを示す。ステップ１２０４では、環状の酸素分流値が決定される。環状酸素分流値は、Ｆ（ｘ）＝１−ｘにより与えられる（ここで、ｘは酸素分流設定値である。）。酸素分流設定値は、中央ラインを流れる全酸素のパーセント値（例えば、３０％）である。ｘ＝３０％ならＦ（ｘ）＝１−０．３＝０．７である。

ステップ１２０８では、第１の乗算器で酸素分流設定値に補償酸素流量信号を乗じる。第１の乗算器は、酸素設定値を出力する。ステップ１２１２で、第２の乗算器で環状の酸素分流信号に補償酸素流量信号を乗じて、環状の酸素設定値が得られる。ステップ１２１６では、酸素流量信号から酸素分流信号を減算して環状の酸素流量信号を得る。酸素流量信号は、酸素ラインの伝達器により測定される。ステップ１２２０では、環状の酸素流量信号及び環状の酸素設定値はＰＩＤコントローラで受信される。ＰＩＤコントローラは、環状の酸素弁位置を出力する。ステップ１２２４では、酸素流量信号及び酸素設定値は、中央酸素弁位置を出力するＰＩＤコントローラで受信される。

８．減速剤制御
前述のように、ガス化プロセスでは、酸素と供給原料がガス化炉１１２へ送られる前に、酸素と供給原料に減速剤が添加される。本発明のでは、酸素と供給原料に蒸気が添加される。随意に、再循環黒水が供給原料に添加され得る。黒水はガス化炉の底から回収された水であり、減速剤として炭素へ添加される。典型的には、ガス化炉から回収された黒水は、減速剤としてポンプにより戻される。

酸素と炭素内の減速剤の量は、酸素ライン蒸気弁と炭素ライン蒸気弁の調整によって制御される。再循環黒水も、減速剤として使用され、黒水量は再循環黒水ポンプの速度の調整によって制御される。

図１３Ａと１３Ｂはガス化炉１１２における減速剤の制御のフローを示す。ステップ１３０４では、酸素ライン蒸気流量、蒸気温度及び蒸気圧が第１の流量補償器により受信される。酸素ライン蒸気流量は、蒸気ライン内の流量計により測定される。蒸気温度は蒸気ライン内の１以上の熱電対により測定される。蒸気圧は、蒸気ライン内の１以上の圧力伝達器により測定される。

流量補償器は、蒸気圧と蒸気温度に関して補償酸素ライン蒸気流量信号を出力する。補償蒸気流量信号は、以下の式から計算される。

【数２】

ステップ１３０８では、炭素ライン蒸気流量、蒸気圧及び蒸気温度は第２の流量補償器で受信され且つ、流量補償器は補償炭素ライン蒸気流量信号を出力する。ステップ１３１２では、補償酸素ライン蒸気流量信号と、補償炭素ライン蒸気流量信号は第１の加算器で加算され、合計流量信号が発生される。ステップ１３１６では、合計蒸気流量が再循環黒水流量に加算され、合計減速剤流量が決定される。一実施形態では、黒水流量は炭素ライン内の磁気的メーターでにより測定される。

ステップ１３２０では、合計減速剤流量が、第１の除算器で炭素流量により除算され、減速剤／炭素比が発生される。ステップ１３２４では、減速剤／炭素比、炭素流量及び減速剤／炭素比設定値が第１の比コントローラで受信される。比コントローラは、減速剤／炭素比信号と減速剤／炭素比設定値を比較することにより望ましい酸素ライン蒸気流量を出力する。比コントローラは、典型的には、望ましい比が達成されるまで比の他の成分は固定で維持しながら比の１つの成分を変化させることにより、望ましい比に追従する。以下の例は、比コントローラの動作を示す。

望ましい比を２／３又は．６６６とする。比コントローラは比ｘ／ｙを受信するとする。比コントローラはｘ／ｙ＝．６６６となるまでｘをそのまま維持しながらｙを変化させる。或いは、ｙをそのまま維持しながらｘを変化させてもよい。

ステップ１３２８では、望ましい酸素ライン蒸気流量は、安全システム設定値オーバーライドで、所定の値により置換され得る。ステップ１３３２では、酸素ライン蒸気流量信号及び安全システム設定値オーバーライドからの出力は、第１のＰＩＤコントローラで受信される。第１のＰＩＤコントローラは、酸素ライン蒸気弁を調整するのに使用される酸素ライン蒸気弁信号を出力する。

ステップ１３３６では、補償炭素ライン蒸気流量信号及び炭素ライン蒸気流量設定値が第２のＰＩＤコントローラで受信される。ＰＩＤコントローラは、炭素ライン蒸気弁を調整するのに使用される、炭素ライン蒸気弁信号を出力する。

ステップ１３４０では、炭素流量が第２の除算器で、再循環黒水流量により除算される。ステップ１３４４では、第２の比コントローラは、除算器の出力から、黒水コントローラ設定値を生成させる。ステップ１３４８では、第３のＰＩＤコントローラは、再循環黒水流量及び黒水コントローラ設定値即ち、第２の比コントローラの出力を受信する。第３のＰＩＤコントローラは、再循環黒水ポンプの速度を制御するのに使用される、再循環黒水ポンプ速度信号を出力する。

９．ＡＳＵ／酸素制御
本発明は、ＡＳＵがガス化システム１００に統合されている、ＡＳＵ／酸素制御を提供する。ＡＳＵからの酸素吐出は、酸素圧縮器入力弁の調整によって制御される。

図１４Ａと１４Ｂは、本発明の実施形態によるＡＳＵ／酸素制御に関するフローを示す。ステップ１４０４では、ガス化炉１１２及び同時に運転し得る他のガス化炉の酸素弁位置は、ハイ選択器で比較される。ステップ１４０８で、以下の式が解かれる。Ｆ（ｘ）＝０．００２ｘ＋０．０８（ここで、Ｆ（ｘ）＞０．９９であり、ｘはハイ選択器の出力である。）。Ｆ（ｘ）は、下流ガス化炉設定弁をＡＳＵへの酸素の制御を開放する点へ開くために、ＡＳＵで、酸素を制限するのに使用される酸素設定値修正因子である。

ステップ１４１２では、以下の式が解かれる。Ｆ（ｙ）＝０．００２ｙ＋０．８１、ここで、Ｆ（ｙ）＞１．０であり、ｙはガス化炉１１２の酸素弁位置である。Ｆ（ｙ）は、ステップ８２０の酸素設定値修正因子Ｆ（ｘ）を打ち消すのに使用される、酸素設定値修正因子である。

ステップ１４１６では、実際の酸素設定値が除算器でＦ（ｙ）により除算される。実際の酸素設定値は、オペレータにより計算され、システムへ入力される。ステップ１４２０では、除算器の出力と他のガス化炉からの同様な出力は第１の加算器で加算される。ステップ１４２４では、第１の加算器の出力は、乗算器により、ステップ１４０８で得られたＦ（ｘ）を乗じる。乗算器は吐出コントローラ設定値を出力する。吐出コントローラ設定値は、結合された合計酸素設定値即ち、ＡＳＵの吐出を表す。

ステップ１４２８では、全てのガス化炉からの酸素流量が第２の加算器で加算され、合計酸素流量が計算される。ステップ１４３２では、ＰＩＤコントローラは、吐出コントローラ設定値及び合計酸素値設定値を受信する。ＰＩＤコントローラは、吐出コントローラ出力信号を出力する。ステップ１４３６では、ＰＩＤコントローラの出力は速度制限器で速度制限されている。ステップ１４４０では、速度制限された吐出コントローラ出力信号は、他のＡＳＵコントローラ（例えば、圧縮器吸入流量コントローラ、ＡＳＵ吸入ベントコントローラ）と圧縮器保護コントローラからの出力と共にロー選択器で受信される。ロー選択器の出力は、酸素圧縮器入力弁信号である。

１０．酸素ヘッダーベント値制御
ガス化システム１００では、「酸素ヘッダー」と呼ばれる共通ラインが種々のガス化炉に亘って酸素を配布するのに使用される。緊急状態中は、ヘッダー内の酸素は、ヘッダー弁を通して排出される。ヘッダーベント弁から排出された酸素の量は、ヘッダーベント弁の調整によって制御される。

図１５Ａと１５Ｂは、酸素ヘッダーベント弁を制御するためのフローを示す。ステップ１５０４では、酸素ヘッダー圧力信号は乗算器で１．０２を乗じる。ステップ１５０８では、乗算器の出力は、速度制限器により速度制限される。速度制限器の出力は、酸素ヘッダー制御設定値である。

ステップ１５１２では、予測酸素流量は、酸素圧力、酸素温度、酸素弁位置、酸素ライン蒸気流量及び合成ガス洗浄機圧力より計算される。酸素圧力は、酸素ライン内の１以上の圧力伝達器により測定される。酸素温度は、酸素ライン内の１以上の熱電対により測定される。酸素ライン蒸気流量計算は前述した。合成ガス洗浄機圧力は合成ガス洗浄機内の圧力伝達器により測定される。

予測酸素流量は、ガス化炉酸素弁とガス化炉フィードインジェクタを連続して２つの制約として扱うことにより計算することができる。制限を通した流量は、上流と下流圧力と制限の大きさの関数である。フィードインジェクタに対する下流圧力は、合成ガス洗浄機圧力である。フィードインジェクタに対する上流圧力を、直接には測定できない。このため、或いは、フィードインジェクタの酸素ライン上流への蒸気流量から推定される。推定された圧力も、酸素弁制限に関する下流圧力として働く。酸素弁が開閉するにつれて、その制限の値が変化する。所定の通常位置の上下の場合には、風数の繰返し式が酸素弁の衝撃を決定するために使用しなければならない。

本実施形態では、予測酸素流量が、以下に示される式から計算される。しかし、多くの他の形式の式が予測酸素流量を計算するのに簡単に使用されうることは理解されるべきである。当業者には、予測酸素流量を計算するのに代わりの式を簡単に代用することができる。

【数３】

予測酸素圧力は、以下の通り制約される。

【数４】

予測酸素流量は、以下の式より計算される。

【数５】

ステップ１５１６では、予測酸素流量が加算器で、他のガス化炉トレインからの予測酸素流量に加算される。ステップ１５２０では、合計の予測酸素流量が設計酸素ヘッダー流量値から減算され、予測酸素ヘッダーベント流量が得られる。設計酸素ヘッダー流量値は、一定であり、酸素パイプが送れるように設計された酸素の総量を表す。ステップ１５２４では、酸素ヘッダーベント弁バイアス値は、予測酸素ヘッダーベント流量及び酸素ヘッダーベント弁臨界流量から計算される。酸素ヘッダベント弁バイアス計算は、Ｔｅｘａｃｏ Ｄｅｓｉｇｎ Ｄｏｃｕｍｅｎｔに記載されている。酸素ヘッダーベント弁臨界流量はベント弁を通した最大許容流量である。

ステップ１５２８では、ＰＩＤコントローラは、酸素ヘッダー制御設定値及び酸素ヘッダー圧力信号を受信する。ＰＩＤコントローラは、バイアスされていない酸素ヘッダーベント弁信号を出力する。最後に、ステップ１５３２で、ＰＩＤコントローラの出力は、酸素ヘッダー弁バイアス値でバイアスされ、バイアスされた酸素ヘッダーベント弁信号が得られる。酸素ヘッダーベント弁信号は、酸素ヘッダーのベント弁を調整するのに使用される。

１１．合成ガスヘッダー圧力制御
前述のように、合成ガスは、１以上の合成ガスヘッダーによりガス化炉から搬送される。一般的には、オペレータは、合成ガスヘッダー圧力設定値及びも呼ばれる通常の圧力制御設定値を入力する。合成ガスヘッダー圧力設定値は、高圧制御、低圧制御及び「低低」圧制御に対して使用される。

図１６は、合成ガスヘッダーの通常の圧力制御を決定するフローを示す。ステップ１６０４では、合成ガスヘッダー圧力信号は、合成ガスヘッダー内の１以上の圧力伝達器により測定される。ステップ１６０８では、ＰＩＤコントローラは、合成ガスヘッダー圧力設定値及び合成ガス圧力信号を受信する。ＰＩＤコントローラは、ボイラー合成ガス設定値を出力する。ボイラーは、ガス化炉のボイラー下流をいい、合成ガスを取り入れ且つ発電のために合成ガスを燃焼する。ボイラー合成ガス設定値は、ボイラーが消費すべき合成ガス及び量を表す。

本発明は、合成ガスヘッダー内の高圧の制御を提供する。図１７Ａと１７Ｂは、合成ガスヘッダーの高圧の制御のフローを示す。ステップ１７０４では、合成ガスヘッダー流量、合成ガスヘッダー温度及び合成ガスヘッダー圧力信号が、流量補償器で受信される。流量補償器は、補償合成ガスヘッダー流量を計算する。ステップ１７０８では、合成ガスフレアベント弁バイアスが、補償合成ガスヘッダー流量、合成ガスヘッダー温度及び合成ガスヘッダー弁を通した最大許容流量から計算される。合成ガスヘッダーフレアベント弁バイアスは以下の式から計算される。

【数６】

ステップ１７１２では、合成ガスヘッダーフレアベントバイアスと、燃焼タービントリップ信号はバイアスランプで受信される。ステップ１７１６では、バイアスランプの出力は、他のタービンからの燃焼タービントリップ信号へ、加算器で加算される。ステップ１７２４で、合成ガスヘッダー圧力設定値は、乗算器で１．０２を乗じる。乗算器の出力は、高圧設定値である。ステップ１７２０では、合成ガスヘッダー圧力信号及び高圧設定値がＰＩＤコントローラで受信される。ＰＩＤコントローラは、合成ガスヘッダー圧力が高圧設定値の２％以上上昇するときに、出力する。ステップ１７２８では、ＰＩＤコントローラの出力は、加算器の出力でバイアスされ、合成ガスヘッダーフレアベント弁値が得られる。

図１８は、合成ガスヘッダーの低圧制御の方法のフロー図である。ステップ１８０４では、ガス化炉トリップ信号及びランプ開始信号がバイアスランプで受信される。ランプ開始信号は、オペレータにより入力される。ステップ１８０８では、合成ガスヘッダー圧力設定値に乗算器で０．９８を乗じて、低圧設定値となる。言い換えると低圧設定値は、合成ガスヘッダー圧力設定値の９８％である。

ステップ１８１２で、ＰＩＤコントローラは、合成ガスヘッダー圧力信号及び低圧設定値を受信し、バイアスされていない低合成ガス圧力信号を出力する。ステップ１８１６では、低合成ガス圧力信号を得るために、バイアスされていない低合成ガス圧力信号が、バイアスランプの出力でバイアスされる。

図１９は、ガス化圧力制御のための方法のフロー図である。ステップ１９０４では、ガス化炉トリップ信号及びランプ開始信号をバイアスランプで受信される。ガス化炉トリップ信号は、ガス化炉が運転停止されたときに生成される。ランプ開始信号は、一定値である。バイアスランプは、ガス化炉の合成ガスの在庫を合成ガスヘッダをアンロードするのに使用されるバイアス信号を生成させる。

ステップ１９０８では、高圧設定値に乗算器で０．９８を乗じる。ステップ１９１６では、乗算器の出力がバイアスランプの出力即ち、バイアス信号によってバイアスされ、通常の圧力設定値が得られる。ステップ１９１２では、第１のＰＩＤコントローラは、洗浄機圧力と高圧設定値を受信する。洗浄機圧力は、合成ガス洗浄機のオーバーヘッド内の圧力伝達機により測定される。第１のＰＩＤコントローラはフレア弁位置を出力する。ステップ１９２０では、第２のＰＩＤコントローラが洗浄機圧力と通常の圧設定値を受信し、合成ガス降下弁コントローラ信号を生成させる。前述の自動要求量値は、炭素ポンプ速度と低合成ガス圧力信号から得られる。

図２０は、自動要求量を決定するための方法のフロー図を示す。ステップ２００４では、（２つのガス化炉トレインからの）２つの炭素ポンプの速度差が計算される。差は、予測トレイン差を示す。ステップ２００８では、ＰＩＤコントローラは予測トレイン差とゼロ（０）設定値を受信する。ＰＩＤコントローラの出力は０と１００％の間である。ステップ２０１２では、ＰＩＤコントローラの出力は、バイアス値に変換される。一実施形態では、ＰＩＤコントローラの出力は、−１０〜＋１０の間の値に変換される。ステップ２０１６では、低合成ガス圧力信号は、バイアス値でバイアスされ、自動要求量を生成させる。ステップ２０２０では、バイアス値に−１を乗じて、自動要求量として他のガス化トレインに供給される。

１２．コンピュータシステム内でのＩＣＳの実行
本発明は、一実施形態では、ＩＣＳ２１６は上述のＩＣＳ２１６の機能を実行できるコンピュータシステムにより実行され、その詳細を図２１に示す。コンピュータシステム２１００は、プロセッサ２１０４のような１以上のプロセッサを含む。プロセッサ２１０４は通信バス２１０８と接続されている。種々のソフトウェアの実施形態を、この例示のコンピュータシステムに関して説明する。この説明を読めば、当業者には他のコンピュータシステム及び／又はコンピュータ構造を使用してどのように発明を実行するか明らかになろう。

コンピュータシステム２１００は、好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の主メモリ２１１２を有し、２次メモリ２１１６を有することもできる。２次メモリ２１１６は、例えば、ハードディスクドライブ２１２０及び／又はフロッピーディスク、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ等を表すリムーバブル記憶ドライブ２１２４を含むことができる。リームバブル記憶ドライブ２１２４は、既知の方法で、リムーバブル記憶ユニット２１３２と読出し及び／又は書き込みを行う。リムーバブル記憶ユニット２１３２は、フロッピーディスク、磁気テープ、光ディスク等を示し、リムーバブル記憶ドライブ２１２４により、読出し及び書き込みが行われる。理解されたように、リムーバブル記憶ユニット２１３２はコンピュータソフトウェア及び／又はデータが記憶されたコンピュータが使用できる記憶媒体を含む。

代わりの実施形態では、２次メモリ２１１６は、コンピュータプログラム又は他の命令をコンピュータシステム２１００にロードすることを可能とする他の同様な手段を有し得る。そのような手段は、例えば、リムーバブル記憶ユニット２１３４及びインターフェース２１２８を有することができる。そのような例は、プログラムカートリッジ及びカートリッジインターフェース（ビデオゲーム装置にあるような）、リムーバブルメモリチップ（ＥＰＲＯＭ又はＰＲＯＭのような）及び関連ソケット、及び他のリムーバブル記憶ユニットを有するユニット２１３４及びソフトウェアとデータをリムーバブル記憶ユニット２１３４からコンピュータシステム２１００へ伝送することを可能とするインターフェース２１２８を有することができる。

コンピュータシステム２１００は通信インターフェース２１３６も有することができる。通信インターフェース２１３６は、ソフトウェアとデータをコンピュータシステム２１００と外部装置の間で伝送することを可能とする。通信インターフェース２１００の例は、モデム、ネットワークインターフェース（例えば、イーザネットカード）、通信ポート、ＰＣＭＣＩＡスロット及びカード等を含むことができる。通信インターフェース２１３６を介して伝送されるソフトウェアとデータは、電気的、電磁気的、光学的又は通信インターフェース２１３６により受信可能な他の信号である、信号２１４０の形式である。信号２１４０は、チャネル１２４４を介して通信インターフェースへ供給される。チャネル２１４４は、信号２１４０を担い、且つ、有線又はケーブル、光ファイバー、電話線、セルラ電話リンク、ＲＦリンク及び他の通信チャネルを使用して実行できる。

この書類では、用語「コンピュータプログラム媒体」と「コンピュータが使用できる記憶媒体」は、一般的には、リムーバブル記憶ドライブ２１２４、ハードディスクドライブ２１２０に取り付けられたハードディスク及び信号２１４０のような媒体を参照するのに使用される。これらのコンピュータプログラムプロダクトは、コンピュータシステム２１００へソフトウェアを提供する手段である。

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２１１２及び／又は２次メモリ２１１６内に記憶される。コンピュータプログラムは、通信インターフェース２１３６を介しても受信されうる。そのようなコンピュータプログラムは、実行されるときに、コンピュータシステム２１００がここで説明するように、本発明の特徴を実行することを可能とする。特に、コンピュータプログラムは、実行されるときに、プロセッサ２１０４が、本発明の特徴を実行することを可能とする。

ソフトウェアを使用して本発明が実行される一実施形態では、ソフトウェアはコンピュータプログラムプロダクトに記憶され、且つ、リムーバブル記憶ドライブ２１２４、ハードドライブ２１２０又は通信インターフェース２１３６を使用して、コンピュータシステム２１００にロードされることができる。制御論理（ソフトウェア）は、プロセッサ２１０４により実行されるときに、プロセッサ２１０４がここに説明するように、本発明の特徴を実行することを可能とする。

他の実施形態では、本発明を、第１に例えば、アプリケーションに特定の集積回路（ＡＳＩＣ）のようなハードウェア部品を使用して実行することができる。ここで説明した機能を実行するためのそのようなハードウェアステートマシンの実行は、当業者には明らかである。

さらに、他の実施形態では、本発明は、ハードウェアとソフトウェアの組合せを使用して実行される。

本発明の種々の実施形態について上述したが、それらは例であり、制限ではないことは理解されるべきである。このように、本発明の範囲は上述の例示の実施形態に制限されるべきではなく、請求項及びそれらの等価なものに従ってのみ画定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施形態に係るガス化システムを示す図である。
【図２】
本発明の実施形態に係る分散型御システムのブロック図である。
【図３】
本発明の実施形態に係る統合制御システム（ＩＣＳ）の高レベルなブロック図である。
【図４】
本発明の実施形態による酸素対炭素（Ｏ／Ｃ）比を制御するための方法のフローを示す図である。
【図５】
本発明の実施形態による合成ガス要求量を計算するための方法のフローを示す図である。
【図６】
本発明の実施形態による仕込制約を決定するための方法のフローを示す図である。
【図７】
本発明の実施形態によるＯ／Ｃ設定値を決定するための方法のフローを示す図である。
【図８】
酸素設定値を計算するための方法のフローを示す図である。
【図９】
炭素設定値を決定するための方法のフローを示す図である。
【図１０】
酸素流量制御のための方法のフローを示す図である。
【図１１】
炭素流量制御のための方法のフローを示す図である。
【図１２】
フィードインジェクタ制御のための方法のフローを示す図である。
【図１３Ａ】
ガス化システム内の減速剤の制御を示す図である。
【図１３Ｂ】
ガス化システム内の減速剤の制御を示す図である。
【図１４Ａ】
本発明の実施形態による空気分離ユニット（ＡＳＵ）制御のためのフローを示す図である。
【図１４Ｂ】
本発明の実施形態による空気分離ユニット（ＡＳＵ）制御のためのフローを示す図である。
【図１５Ａ】
酸素ヘッダーベント弁を制御するためのフローを示す図である。
【図１５Ｂ】
酸素ヘッダーベント弁を制御するための方法のフローを示す図である。
【図１６】
合成ガスヘッダーの通常の圧力制御のための方法のフローを示す図である。
【図１７Ａ】
合成ガスヘッダーの高圧制御のための方法のフローを示す図である。
【図１７Ｂ】
合成ガスヘッダーの高圧制御のための方法のフローを示す図である。
【図１８】
合成ガスヘッダーの低圧制御のための方法のフローを示す図である。
【図１９】
ガス化圧力制御のための方法のフローを示す図である。
【図２０】
自動要求量を決定するための方法のフローを示す図である。
【図２１】
本発明の機能を実行することができるコンピュータシステムを示す図である。

Claims (14)

1. 酸素と炭化水素供給原料を主に水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）からなる合成ガスに変換するガス化プラントにおいて酸素対炭素比（Ｏ／Ｃ）を制御する方法であって、当該方法が、
   仕込制約に基づいて、ガス化炉の望ましい出力を表す合成ガス要求量を決定するステップと、
   酸素対炭素比（Ｏ／Ｃ）設定値及び合成ガス要求量に基づいて、酸素制御設定値及び炭素制御設定値を決定するステップと、
   酸素制御設定値及び炭素制御設定値に基づいてそれぞれガス化プラント内の酸素弁及び炭素弁を調整し、もって酸素対炭素比（Ｏ／Ｃ）を制御するステップと
   を含んでおり、前記仕込制約に基づいて、ガス化炉の望ましい出力を表す合成ガス要求量を決定するステップが、
   単位マクロ変換によって炭素流量を要求量コントローラ信号に変換するステップと、
   ＰＩＤコントローラで要求量コントローラ信号及び要求量コントローラ設定値を受信してＰＩＤコントローラ信号を生成させるステップと、
   信号選択器でＰＩＤコントローラ信号及び自動要求量値を受信して選択要求量値を生成させるステップと、
   ロー選択器で選択要求量値及び合成ガス要求量オーバーライド値を受信して、仕込制約要求量値を生成させるステップと、
   仕込制約要求量値をバイアス値に変換するステップと、
   酸素流量をバイアス値でバイアスして合成ガス要求量を得るステップと
   を含んでいる、方法。
   
2. 前記炭素流量が以下の式によって要求量コントローラ信号に変換される、請求項１記載の方法。
   ｍ＝Ｆ×１２．０１１×（２４／２０００）
   式中、ｍはトン／日単位の純粋な炭素質量流量で表される要求量コントローラ信号であり、Ｆはｌｂ−ｍｏｌ／時単位のスラリー流量である。
   
3. 前記合成ガス要求量オーバーライド値が、
   ハイ選択器で、（１）供給ポンプ設定値、（２）供給ポンプパワーＰＶ／ＳＰ（ここで、ＰＶ／ＳＰは実測パワーと最大許容パワーの比である。）、（３）酸素圧縮器パワーＰＶ／ＳＰ、（４）ガス化炉酸素弁位置値、（５）圧縮吸入ベント弁位置値又は酸素ポンプ再循環弁位置値及び（６）酸素圧縮器吸入弁位置値から、制約コントローラ信号を決定するステップと、
   制約コントローラ設定値の９８％を計算するステップと、
   制約コントローラ設定値の９８％及び制約コントローラ信号から合成ガス要求量オーバーライド値を決定するステップと
   によって計算される、請求項１又は請求項２記載の方法。
   
4. 前記酸素制御設定値及び炭素制御設定値を決定するステップが、
   酸素対炭素比（Ｏ／Ｃ）設定値に炭素流量を乗じて酸素設定値の上限を得るステップと、
   合成ガス要求量及び酸素設定値の上限から、ロー選択器で、炭素流量で制約される酸素要求量を決定するステップと、
   酸素設定値の上限に所定の係数を乗じて酸素設定値の下限を得るステップと、
   酸素設定値の下限及び炭素流量で制約される酸素要求量から、ハイ選択器で、制約酸素設定値を決定するステップと、
   制約酸素設定値に酸素設定値修正因子Ｆ（ｘ）を乗じて酸素制御設定値を得るステップと
   を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
   
5. 前記所定の係数が０．９８である、請求項４記載の方法。
   
6. 前記酸素制御設定値及び炭素制御設定値を決定するステップが、
   酸素流量及び合成ガス要求量からハイ選択器で炭素設定値の下限を決定するステップと、
   酸素流量に所定の係数を乗じて炭素設定値の上限を得るステップと、
   炭素設定値の上限及び炭素設定値の下限から、ロー選択器で、制約炭素設定値を決定するステップと、
   制約炭素設定値をＯ／Ｃ比設定値で除して炭素制御設定値を得るステップと
   を含む、請求項４又は請求項５記載の方法。
   
7. 前記所定の係数が１．０２である、請求項６記載の方法。
   
8. 酸素と炭化水素供給原料を主に水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）からなる合成ガスに変換するガス化プラントにおいて酸素対炭素比（Ｏ／Ｃ）を制御する方法ステップを行うための機械で実行可能な命令のプログラムを具体的に実現する機械で読出し可能なプログラム記憶装置であって、上記方法ステップが、
   仕込制約に基づいて、ガス化炉の望ましい出力を表す合成ガス要求量を決定するステップと、
   酸素対炭素比（Ｏ／Ｃ）設定値及び合成ガス要求量に基づいて、酸素制御設定値及び炭素制御設定値を決定するステップと、
   酸素制御設定値及び炭素制御設定値に基づいてそれぞれガス化プラント内の酸素弁及び炭素弁を調整するステップと
   を含んでおり、前記仕込制約に基づいて、ガス化炉の望ましい出力を表す合成ガス要求量を決定するステップが、
   単位マクロ変換によって炭素流量を要求量コントローラ信号に変換するステップと、
   ＰＩＤコントローラで要求量コントローラ信号及び要求量コントローラ設定値を受信してＰＩＤコントローラ信号を生成させるステップと、
   信号選択器でＰＩＤコントローラ信号及び自動要求量値を受信して選択要求量値を生成させるステップと、
   ロー選択器で選択要求量値及び合成ガス要求量オーバーライド値を受信して、仕込制約要求量値を生成させるステップと、
   仕込制約要求量値をバイアス値に変換するステップと、
   酸素流量をバイアス値でバイアスするステップと
   を含んでいる、プログラム記憶装置。
   
9. 前記炭素流量が要求量コントローラ信号へ以下の式により変換される、請求項８記載のプログラム記憶装置。
   ｍ＝Ｆ×１２．０１１×（２４／２０００）
   式中、ｍはトン／日単位の純粋な炭素質量流量で表される要求量コントローラ信号であり、Ｆはｌｂ−ｍｏｌ／時単位のスラリー流量である。
   
10. 前記合成ガス要求量オーバーライド値が、
    ハイ選択器で制約コントローラ信号を決定するステップと、
    制約コントローラ設定値の９８％を計算するステップと、
    制約コントローラ設定値の９８％及び制約コントローラ信号から合成ガス要求量オーバーライド値を決定するステップとによって計算される、請求項８又は請求項９記載のプログラム記憶装置。
    
11. 前記酸素制御設定値及び炭素制御設定値を決定するステップが、
    酸素対炭素比（Ｏ／Ｃ）設定値に炭素流量を乗じて酸素設定値の上限を得るステップと、
    合成ガス要求量及び酸素設定値の上限から、ロー選択器で、炭素流量で制約される酸素要求量を決定するステップと、
    酸素設定値の上限に所定の係数を乗じて酸素設定値の下限を得るステップと、
    酸素設定値の下限及び炭素流量で制約される酸素要求量から、ハイ選択器で、制約酸素設定値を決定するステップと、
    制約酸素設定値に酸素設定値修正因子Ｆ（ｘ）を乗じて酸素制御設定値を得るステップと
    を含む、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項記載のプログラム記憶装置。
    
12. 前記所定の係数が０．９８である、請求項１１記載のプログラム記憶装置。
    
13. 前記酸素制御設定値及び炭素制御設定値を決定するステップが、
    酸素流量及び合成ガス要求量からハイ選択器で炭素設定値の下限を決定するステップと、
    酸素流量に所定の係数を乗じて炭素設定値の上限を得るステップと、
    炭素設定値の上限及び炭素設定値の下限から、ロー選択器で、制約炭素設定値を決定するステップと、
    制約炭素設定値をＯ／Ｃ比設定値で除して炭素制御設定値を得るステップと
    を含む、請求項１１又は請求項１２記載のプログラム記憶装置。
    
14. 前記所定の係数が１．０２である、請求項１３記載のプログラム記憶装置。