TWI427140B - 具水平方向汽化器之低溫汽化系統 - Google Patents

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TWI427140B
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Margaret Swain
Kenneth Craig Campbell
Douglas Michael Feasby
Thomas Edward Wagler
Scott Douglas Basham
Mao Pei Cui
Zhiyuan Shen
Ashish Chotaliya
Nipun Soni
Alisdair Alan Mclean
Geoffrey Dobbs
Pascale Bonnie Marceau
Xiaoping Zou
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Description

具水平方向汽化器之低溫汽化系統
本發明係有關於含碳進料汽化之領域，並且係有關於其轉化成為合成氣並且隨後用來產生能量。
汽化是一種使含碳進料，例如都市固體廢棄物(MSW)或煤，能夠轉化為可燃氣體的製程。該氣體可用來產生電力、蒸氣或做為基礎進料以生產化學品及液態燃料。
該氣體的可能用途包含：在鍋爐內燃燒以生產內部製程和/或其他外部用途的蒸氣，或透過蒸氣渦輪機(steam turbine)產生電力；直接在燃氣渦輪機或氣體引擎內燃燒以生產電力；燃料電池；生產甲醇及其他氣態燃料；做為生產例如塑膠及肥料之化學品的進一步進料；氫氣及一氧化碳兩者的萃取，做為分離的工業燃料氣體；以及其他工業應用。
一般來說，該汽化製程係由提供含碳進料連同受控制和/或限制數量的氧氣以及選擇性的蒸氣進入一加熱的反應室(該汽化器)構成。與焚化或燃燒對比，其以過量的氧氣運作以產生二氧化碳、水、氧化硫(SOx )、及氧化氮(NOx )，汽化製程產生含有一氧化碳、氫氣、硫化氫(H2 S)、及氨氣的進料氣體。在清潔之後，主要的目標汽化產物是氫氣和一氧化碳。
有用的進料可包含任何都市廢棄物、工業活動產生的廢棄物以及生醫廢棄物、污水、污泥、煤、重油、石油焦(petroleum coke)、重精鍊殘餘物、精鍊廢棄物、遭到碳氫化合物污染的土壤、生質(biomass)、以及農業廢棄物、輪胎、和其他有害廢棄物。取決於該進料的來源，該等揮發物可包含水、氫氣、氮氣、氧氣、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、硫化氫、氨氣、乙烷、不飽和碳氫化合物，例如乙炔、烯烴(olefins)、芳烴(aromatics)、焦油、液態烴(油)和焦炭(char)(碳黑及灰渣)。
加熱該進料時，水是第一種釋放出的成分。隨著乾燥進料的溫度增加，熱解(pyrolysis)即發生。在熱解期間，該進料熱分解而釋放焦油、酚、以及輕度揮發的碳氫化合物氣體，而該進料則轉化為焦炭。
焦炭包含由有機和無機材料組成的殘餘固體。在熱解之後，焦炭擁有比乾燥進料高的碳濃度，並且可做為活性碳的來源。在以高溫(>1,200℃)運作的汽化器中或在擁有高溫區的系統中，無機礦物質熔合或玻璃化而形成一種稱為熔渣(slag)的熔化玻璃狀物質。
因為熔渣是處於熔合的、玻璃化的狀態下，故通常不認為其有危險，並且可能被當成非危險物質拋棄在垃圾掩埋場中，或售出做為礦砂、路基、或其他建築材料。因為在加熱過程中極度浪費燃料以及處理，當作殘餘廢棄物，可能轉化為有用的合成氣和固體材料之材料的進一步浪費，越來越不傾向於用焚化法來處理廢棄物質。
完成汽化製程的方法變化多端，但取決於四個關鍵操縱因素：該汽化器內的環境(氧氣或空氣量或蒸氣含量)；該汽化器的設計；內部及外部加熱方法；以及該製程的操作溫度。影響產物氣體品質的因素包含：進料成分、製備及微粒尺寸；汽化器加熱速率；留置時間；工廠配置，包含其運用乾式亦或漿式(slurry)進料系統，該進料反應物流的幾何形狀，乾灰或熔渣礦物移除系統的設計；其使用直接或是間接熱產生及傳輸方法；以及該合成氣清潔系統。汽化通常是在約650℃至1200℃範圍內的溫度下執行，在真空、大氣壓力下或在高至約100大氣壓下。
已提出過許多捕捉該汽化製程產生的熱並利用此種熱來產生電力的系統，通常稱為結合循環系統。
該產物氣體的能量與該製程所產生並遍佈該汽化系統之大量的可復原顯熱(sensible heat)結合通常可產生足以驅動該製程的電力，因此減輕局部電力消耗的支出。用來汽化一噸的含碳進料所需的電力直接取決於該進料的化學成分。
若該汽化製程所產生的氣體含有種類繁多的揮發物，例如傾向於在低溫汽化器內利用”低品質”含碳進料產生的該類氣體，則其通常被稱為逸氣(off－gas)。若該進料的特性和該汽化器內的條件產生出以一氧化碳和氫氣為主要化學物種的氣體，該氣體即稱為合成氣。某些汽化構件在利用氣體品質調整系統冷卻及淨化之前使用將未加工逸氣或未加工合成氣轉化為更純的氣體組合物的技術。
利用電漿加熱技術來汽化材料是一種已商用許多年的技術。電漿是一種至少部分離子化的高溫發光氣體，並且係由氣體原子、氣體離子、和電子構成。可利用任何氣體以此方式產生電漿。這提供對於電漿中的化學反應之絕佳控制，因為氣體可能是中性(例如，氬氣、氦氣、氖氣)、還原的(例如，氫氣、甲烷、氨、一氧化碳)、或氧化的(例如，氧氣、二氧化碳)。在巨觀相時，電漿是電中性的。
某些汽化系統使用電漿熱在高溫下驅動該汽化製程和/或在有或沒有添加其他輸入或反應物下在氣態分子與該電漿熱接觸時藉由將較長鏈揮發物及焦油轉化、重組、或再形成為較小分子來精鍊該逸氣(offgas)/合成氣，它們會解離成為其組成原子。許多這些原子會與其他輸入分子反應而形成新的分子，而其他的可與自身再結合。當與該電漿熱接觸的該等分子的溫度降低時，所有原子完全再結合。因為可計量控制輸入氣體，故可控制輸出氣體而，例如，產生基本位準的一氧化碳和非基本位準的二氧化碳。
可利用電漿加熱達到的超高溫(3000至7000℃)使高溫汽化製程可以發生，其中幾乎可適應任何輸入進料，包含常態狀況的廢棄物，包含任何型態或組合之液態、氣態、及固態。該電漿技術可設置在主要汽化室內，以使所有反應同時發生(高溫汽化)，可設置在該系統內以使其依序發生(利用高溫精鍊的低溫汽化)，或其某些組合。
含碳進料汽化期間產生的氣體通常很熱，但可含有小量的無用化合物，並需要進一步的處理以將其轉化為可用產物。一旦含碳材料轉為氣態，可從該氣體除去例如金屬、硫化合物和灰等不想要的物質。例如，常用乾式過濾系統和濕式刷洗器來從汽化期間產生的氣體中除去微粒物質和酸性氣體。已研發出一些含有用來處理汽化製程期間產生的氣體之系統的汽化系統。
這些因素已在各種不同系統的設計中列入考慮，其在，例如，美國專利第6,686,556號、第6,630,113號、第6,380,507號、第6,215,678號、第5,666,891號、第5,798,497號、第5,756,957號，以及美國專利申請案第2004/0251241號、第2002/0144981號中描述。也有一些與汽化煤以產生合成氣體以運用在各種應用中之不同技術有關的專利，包含美國專利第4,141,694號；第4,181,504號；第4,208,191號；第4,410,336號；第4,472,172號；第4,606,799號；第5,331,906號；第5,486,269號，以及第6,200,430號。
先前系統及製程並沒有充分解決必須在不斷改變的基礎上處理的問題。某些此類型的汽化系統描述用來調整從汽化反應產生有用氣體之製程的方法。據此，提供一種能夠以最大化該製程之整體效能，和/或含有全部製程之步驟的方式有效汽化含碳進料的系統會是技藝中的一大進步。
提供此先前技術資料以揭露發明人相信可能與本發明有關聯的資訊。並不必然意指，也不應如此解讀，任何前述資訊構成與本發明相悖的先前技藝。
本發明之一目的在於提供具水平方向汽化器之低溫汽化系統。
根據本發明之一態樣，提供一種用來將含碳進料轉化為擁有限定成分的合成氣之低溫系統，該系統包含一水平方向汽化器，以將含碳進料轉化為逸氣和固態殘餘物，該汽化器擁有一進料輸入構件、氣體輸出構件以及固態殘餘物輸出構件，並包含一階梯板，其中提供每一階一移動架橫向傳輸構件，用以在處理期間將材料移動通過該汽化器；一氣體重組子系統，用以將在該汽化器中產生的逸氣轉化為含有一氧化碳和氫氣的合成氣；一殘餘物調整子系統，用以熔化並均質化該固態殘餘物，以及一控制系統，以調節該系統的操作。
 定義
如在此所使用者，”大約”一詞表示與標稱值之間有+/-10%的差異。應了解此間所提供的任何值總是存有此種差異，無論有無特別提及。
“含碳進料”和”進料”，如在此交換使用者，係定義為可用於汽化製程的含碳材料。適合進料的範例包含，但不限於，廢棄材料，包含都市廢棄物；工業活動所產生的廢棄物；生醫廢棄物；不適合回收的含碳材料，包含不可回收的塑膠；污泥；煤；重油；石油焦(petroleum coke)；重精鍊殘餘物；精鍊廢棄物；遭到碳氫化合物污染的土壤；生質(biomass)；農業廢棄物；都市固體廢棄物；有害廢棄 物和工業廢棄物。可用來汽化之生質的範例包含，但不限於，廢棄木材；新鮮木材；水果、蔬菜和榖粒處理的殘餘物；造紙廠殘餘物；稻草；草；和肥料。
“廢棄材料”係定義為含碳的有害和無害廢棄物。這些可包含都市廢棄物、工業活動所產生的廢棄物和生醫廢棄物。廢棄材料也包含不適合回收的含碳材料，包含不可回收的塑膠、以及污泥。
“可控制的固體移動構件”係定義為用來以可控制方式將固體從汽化器移出的一或多種構件。此種構件的範例包含，但不限於，旋轉手臂、轉輪、旋轉翼(rotating paddles)、移動板、推進溜塊、螺桿、輸送帶、及其組合。
“感應元件”係定義來描述配置來感應製程、製程元件、製程輸入或製程輸出的特徵之系統的任何元件，其中此種特徵能夠以可用來監控、調整和/或控制該系統的一或多種局部、區域和/或整體製程的特徵值來表示。汽化系統背景內所考量到的感應元件可包含，但不限於，感應器、偵測器、監視器、分析器或其任何組合，用以感應製程、流體和/或材料溫度、壓力、流量、成分和/或其他此類特徵，以及該系統內任何點的材料位置和/或配置以及該系統內所使用的任何製程元件的任何操作特徵。熟知技藝者可了解上述感應元件範例，雖然每一者皆與汽化系統的背景相關，可能不特別與本揭示之上下文相關，因此，在此指稱為感應元件的元件不應依據這些範例被限制和/或不當地解釋。
“回應元件”係定義為描述配置來回應所感應到的特徵之系統的任何元件，以根據一或多種預定的、經計算的、固定的和/或可調整的控制參數操作與其操作性連結的製程元件，其中該一或多種控制參數係經定義以提供預期製程結果。在汽化系統背景中所考量到的回應元件可包含，但不限於，靜態、預設定和/或動態可變的驅動器、電源、以及可配置來基於一或多種控制參數授予一元件動作的任何其他元件，該動作可以是機械的、電子的、磁性的、氣動的、液壓的或其組合。汽化系統背景中所考量到，並且一或多種回應元件可與其操作性連結，的製程元件可包含，但不限於，材料和/或進料輸入構件、例如電漿熱源之熱源、添加劑輸入構件、各種鼓風機和/或其他此類氣體循環構件、各種氣體流量和/或壓力調整器、及其他可操作以影響汽化系統內之任何局部、區域和/或整體製程的製程元件。熟知技藝者可了解上述回應元件範例，雖然每一者皆與汽化系統的背景相關，可能不特別與本揭示之上下文相關，因此，在此指稱為回應元件的元件不應依據這些範例被限制和/或不當地解釋。
“即時”係定義為界定實質上反映系統或製程的當下或現時狀態，或其與該動作相關之特徵的任何動作。一即時動作可包含，但不限於，製程、反覆操作(iteration)、測量、計算、回應、反應、資料擷取、反應所取得資料的元件操作、以及在該系統或在其中實施的特定製程內實施的其他此種動作。可了解與改變相對慢的製程或特徵有關的即時 動作可在一時間段或期間內實施(例如，秒、分鐘、小時等)，其係比與改變相對快的製程或特徵(例如，1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒)有關的另一個相等即時動作長許多。
“連續”係定義為在規律基礎上或以特定速率或頻率實施的任何動作。連續動作可包含，但不限於，製程、反覆操作、測量、計算、回應、反應、透過感應元件之資料擷取、反應所取得資料的元件操作、以及在該系統中或與在其中實施的特定製程結合實施的其他此種動作。可了解與改變相對慢的製程或特徵有關的連續動作可以比與改變相對快的製程或特徵(例如，1KHz、100Hz、10Hz、1Hz)有關的另一個相等連續動作慢許多的速率或頻率實施(例如，次/秒、次/分鐘、次/小時等)。
如在此所使用者，”轉化器”係指用來在冷卻和調整之前將含碳進料轉化為氣體產物的系統。該轉化製程可在一反應室內、擁有多個區域的一個反應室、或多個反應室內發生。在一實施例中，該轉化器包含汽化器及氣體重組系統。
如在此所使用者，”產物氣體”通常表示，該汽化系統產生的氣體，在運用指定用來除去污染物的製程冷卻和淨化之前。取決於汽化系統的設計，其可用來指，例如，原始逸氣(offgas)、原始合成氣、重組逸氣或重組的合成氣。
如在此所使用者，”氣體重組”表示進一步處理原始合成氣或原始逸氣，以產生化學成分不同的氣體。空氣、高 氧空氣(enriched air)、蒸氣等可與電漿熱並用來改變一氧化碳/二氧化碳及氫氣/水的位準(預期發熱量(heating value))。
如在此所使用者，”重組合成氣”表示已經過重組步驟的合成氣，因此已使用例如熱、空氣和/或蒸氣的添加物來將氣體從一種化學成分變換為擁有另一種化學成分的氣體(最佳加熱值)。例如，此氣體已經過一氣體重組系統(GRS)。
如在此所使用者，”重組逸氣”表示已經過重組步驟的逸氣，因此已使用例如熱、空氣和/或蒸氣的添加物來將氣體從一種化學成分變換為擁有另一種化學成分的氣體(最佳加熱值)。例如，此氣體已經過一氣體重組系統(GRS)。
除非另外定義，在此所使用的所有技術及科學詞彙擁有與本發明所屬的熟知技藝人士一般認定者相同的涵義。
本發明提供一種汽化設備，用以將含碳進料轉化為擁有例如產生能量之進一步選擇性下游應用的氣體。該設備包含一些系統，其協力運作以作用為一整合系統，以將進料轉化為電力。但是熟知技藝者可了解，每一個子系統自身皆可被視為是能與其他系統一起運作和/或併入其他設備的系統。組成本發明設備之該等子系統係：都市固體廢棄物處理系統；塑膠處理系統；具有橫向輸送單元系統的水平方向汽化器；氣體重組系統；熱回收系統；氣體調整系統；殘餘物調整系統；氣體均質化系統及控制系統。
根據本發明之一實施例，該汽化系統包含一整合控制系統，用來控制在其中實施的汽化製程，其可包含各種獨 立及互動的局部、區域和整體製程。該控制系統可經配置以增強，並且可能最佳化各種製程，以得到預期的前段和/或後段結果。
例如，一前至後控制機制可包含促進進料的固定產能，例如在配置來進行MSW的汽化之系統內，同時符合此類型系統的管理標準。此種前至後控制機制可被最佳化以得到特別指定和/或實施該系統所要的特定結果，或設計為更大的控制系統之子集的一部分或簡化版，例如在該製程開始或關閉時或緩和各種不尋常或緊急情況。
一前至後控制機制可包含針對所選下游應用之產物氣體品質或特性的最佳化，在此範例中也就是透過下游氣體引擎產生電力。雖然該控制系統可經配置以最佳化此種後段結果，但可監控及調整前段特徵以確保該系統根據管理標準的適當及連續的作用，當應用此類標準時。
熟知技藝者會了解上述範例並非限制性的，並且在此也可考慮其他前段和後段結果的範例而不會背離本揭示的一般範圍和性質。此外，熟知技藝者會了解該控制系統可經配置以提供互補結果，其可最佳定義為前段和後段結果的合併，或再次定義為從該系統內的任何點流出的結果。
都市固體廢棄物(MSW)處理系統
初始MSW處理系統係經設計以將如下數點納入考慮：(a)四天的供應量儲存能力；(b)避免長的留置期及MSW的過度分解；(c)避免垃圾隨風飛揚；(d)控制臭氣；(e)垃 圾車傾倒垃圾的進出及迴轉空間；(f)最小化加載器(loader)將MSW從MSW料堆輸送至MSW絞碎系統所需的推進距離和轉彎量；(g)避免加載器和垃圾車之間的操作干擾；(h)附加汽化流以容許廠區擴大的可能性；(i)最小化卡車進入該設施，特別是進入危險區；(j)以最少人員進行安全操作；(k)指示加載器操作員該輸送帶輸入槽的填充程度；(l)將所收到的廢棄物絞碎至適於處理的顆粒尺寸；以及(m)進入該處理器之MSW流速的遠端控制性和塑膠饋送速率的獨立控制。
該MSW處理系統包含MSW儲存建築、加載器、MSW絞碎系統、磁性分離器及進料輸送帶。也設計一分開的系統以儲存、絞碎、堆放和饋送塑膠，其饋送速率係用來做為該汽化製程中的添加物。MSW和塑膠兩者的所有處理均在建築物內完成，以控制碎屑和臭氣。使用先進先出(FIFO)排程來最小化MSW的過度分解。使用機械化、桶狀底的加載器來將材料從料堆傳送至該絞碎系統。
該MSW絞碎系統係由輸入輸送帶、絞碎機和挑揀輸送帶組成。該輸入輸送帶將MSW從建築物內輸送至絞碎機內。該輸送帶係由製程控制器遠端控制，以配合製程要求。該絞碎機確保所收到的MSW適於處理。該絞碎機能夠偵測任何可能的堵塞並採取適當動作。絞碎的廢棄物被投放到帶式輸送帶上，在一磁性撿拾系統下傳送，其避免不慎饋送過量含鐵金屬通過該汽化器。在此步驟後，該MSW被投放至一螺旋輸送帶上，其將MSW饋送至該汽化 器內。該螺旋輸送帶的饋送速率係由該製程控制器控制，以符合製程要求。該MSW饋送輸送帶有另一個入口，以接收絞碎的塑膠。
塑膠處理系統
用來處理塑膠的系統提供塑膠的儲存、其絞碎、將其置於料堆內並在獨立控制下將其饋送至該處理器內。該系統包含儲存構件、擁有輸入槽的絞碎機、移出輸送帶和料堆，所有均位於共同的建築物內以控制碎屑。一饋送輸送帶將絞碎的塑膠移至該汽化器內。該輸送槽係封在該MSW輸送帶的輸送槽上，因此塑膠係透過該MSW輸送帶進入該汽化器，以減少進入該汽化器的開口。該輸送帶係一螺旋輸送帶，擁有封在其上的料槽，以在其含有材料時提供氣體密封。
具有橫向輸送單元系統的水平方向汽化器
此系統包含水平方向的汽化室，其擁有一或多個進料輸入、一或多個氣體出口和一個固體殘餘物出口；一反應室加熱系統；一或多個橫向輸送單元，用以在處理期間將材料移動通過該汽化器；以及一控制系統，用以控制該一或多個橫向輸送單元的移動。
此系統使含碳進料汽化的各個階段之揮發物汲取可以最佳化。進料在該汽化器的一端進入，並在處理期間藉由一或多個橫向輸送單元移動通過該汽化器。該材料堆頂部 的溫度通常會隨著汽化程序進行乾燥、揮發、焦炭至灰渣轉化而增加，連同一氧化碳及二氧化碳的同步產生。一控制系統從可測量參數獲取資訊，例如溫度和堆放高度或輪廓，並獨立控制每一個橫向輸送單元的移動。
為促進反應材料的移動，可獨立控制個別的橫向輸送單元，或者是可以協調方式控制一組兩個或更多個的橫向輸送單元。一特定汽化器內之較佳的橫向輸送單元數量取決於反應材料必須行進的通道長度，以及每一個橫向輸送單元可移動反應材料之距離，並且係最小化每一個不連續輸送所造成的製程擾亂度和機械複雜度、成本、及可靠度之間的妥協。
因此，該水平方向汽化器內的每一個區域皆可經驗到溫度範圍及選擇性地製程添加物(例如空氣、氧氣和/或蒸氣)，其有助於汽化製程的特定階段。在一堆反應材料中，汽化的所有階段皆同步發生，但是個別階段在特定溫度範圍下較容易發生。
藉由實際上將該材料移動通過該汽化器，可藉由在提高該材料溫度之前容許發生具能量效率下盡可能多的乾燥以促進揮發來輔助該汽化製程。該製程然後尋求在提高該材料溫度之前容許發生具能量效率下盡可能多的揮發，以促進焦炭至灰渣的轉化。
在一實施例中，該灰渣被移至灰渣收集室內。適當的灰渣收集室在技藝中是已知的，因此，注意系統要求的熟知技藝者會輕易知道適當的灰渣收集室的尺寸、形狀和製 造。在一實施例中，該灰渣會被移至水槽以冷卻，該汽化器殘餘物從此處被傳送通過一導管，選擇性地，在一閥門的控制下，至排出點。在一實施例中，該灰渣係被移至一分開的熔渣轉化室內，以進行灰渣至熔渣的轉化。
在處理期間，進料係透過該進料輸入從一端進入該反應室；之後稱為饋送端，並且係從該饋送端輸送通過該汽化室的各個區域朝向該灰渣(固體殘餘物)出口或灰渣端，它隨著其易揮發部分揮發形成逸氣而損失其質量和體積，並且所形成的焦炭經反應形成額外的逸氣和灰渣。
因為此漸進轉化，該材料的高度(料堆高度)從該反應室的饋送端至灰渣端降低，並且在僅剩固體殘餘物(灰渣)時夷平。
在一實施例中，該逸氣從該氣體出口逸散進入，例如，一氣體純化室，在此其可經歷進一步的處理或進入一儲存室或槽。該氣體殘餘物(灰渣)係經傳送通過該灰渣出口至，例如，一灰渣收集室或一固體殘餘物調整室，以進行進一步處理。
在一實施例中，該汽化器擁有階梯板，其擁有複數個板層或梯級。選擇性地，每一個板層傾斜約5和約10度之間。
在該階梯板汽化器之一實施例中，個別的梯級(板層)，至少部分地，與上述的個別區域互相關聯，每一個區域或梯級擁有針對不同程度的乾燥、揮發和碳轉化最佳化的條件。為了簡便，將最上端的梯級稱為梯級A；將下一 個梯級稱為梯級B等等。相應的橫向輸送單元會以相同字母識別，亦即橫向輸送單元A或溜塊A服務梯級A，橫向輸送單元B或溜塊B服務梯級B。
在三梯級實施例中，有上梯級或梯級A，中間梯級或梯級B，以及下梯級或梯級C。該饋送材料係經饋送至該第一梯級(梯級A)上。此梯級的正常溫度範圍(在該材料堆底部處測得者)在300和900℃之間。梯級B係經設計而擁有400和950℃之間的底部溫度範圍，以促進乾燥操作之剩餘物的揮發以及實質數量的碳轉化。梯級C溫度範圍在500和1000℃之間。梯級C的主要製程是擁有較少量(剩餘物)揮發的碳轉化。在一實施例中，通過該等梯級的移動係由該橫向輸送系統來輔助，同時每一個梯級選擇性地由一獨立控制的橫向輸送單元服務。
在處理期間，做為氧氣來源的空氣被通入該反應室。選擇性地，可選擇注入製程空氣的方式以促進空氣均勻流入該汽化室，避免熱點形成和/或改善溫度控制。空氣可透過反應室側邊通入，選擇性地從接近反應室底部處，或者可透過反應室底層通入，或透過兩者。
在該汽化室的設計中也應納入考慮的是製程添加物輸入的位置、方向和數量。該等製程添加物可在其可確保最有效的反應以達到預期轉化結果的位置選擇性地注入該汽化室。在一實施例中，該汽化室的底層係經打孔至不同程度以容許在該材料堆底部通入製程添加物，例如空氣。
在一實施例中，該反應室側壁往內朝底部傾斜以得到 足夠小的寬度，以便有良好的空氣穿透同時仍擁有需要的材料量。可選擇性地使傾斜角度足夠陡峭以確保製程期間該材料會朝反應室底部掉落。
該汽化室係一部分或完全以耐火材襯裡的反應室，擁有訂製的內部體積以為所需固體留置時間容納適當數量的材料。該耐火材保護該汽化室不受高溫和腐蝕性氣體傷害，並最小化熱從該製程的不必要流失。該耐火材料可以是熟知技藝者知之甚詳的習知耐火材料，並且其係適用於高溫，例如，高至1100℃，未加壓反應。在選擇耐火系統時，應考慮的因素包含內部溫度、磨耗；侵蝕和腐蝕；預期的保溫/外部容器的溫度限制；耐火材的預期壽命。適合的耐火材料之範例包含高溫燒製陶瓷，即，氧化鋁、氮化鋁、矽酸鋁、氮化硼、磷酸鋯、玻璃陶瓷及主要含有氧化矽、氧化鋁、氧化鉻和氧化鈦的高氧化鋁磚。為了進一步保護該汽化室不受腐蝕性氣體傷害，該反應室係，選擇性地，部分或全部以保護膜襯裡。此類薄膜在技藝中是已知的，因此，熟知技藝者可基於系統要求輕易識別適當的薄膜，並且，例如，包含Sauereisen高溫薄膜第49號。
在一實施例中，該耐火材係多層設計，擁有高密度層在內側以抵抗高溫、磨耗、侵蝕和腐蝕。該高密度材料外側是較低密度材料，其擁有較低的抵抗性但是較高的絕緣常數。選擇性地，此層外側係非常低密度的發泡板材，其擁有非常高的絕緣常數並且因為不會暴露在磨耗或侵蝕下而可被使用。適用於多層耐火材的材料在技藝中是已知 的。在一實施例中，該多層耐火材包含一內部方向的氧化鉻層；一中間的氧化鋁層和一外部的板層。反應室壁可選擇性地包含耐火材內襯或耐火材支撐(refractory anchor)用的支托。適當的耐火材支托和支撐在技藝中是已知的。
橫向輸送系統
材料移動通過該汽化室以便促進汽化製程的特定階段(乾燥、揮發、焦炭至灰渣轉化)。為了輔助對於汽化製程的控制，可取決於製程要求改變通過該汽化室的材料移動(可變移動)。材料通過該汽化器的橫向移動係透過使用含有一或多個橫向輸送單元的橫向輸送系統來完成。利用該橫向輸送系統的反應材料之移動可藉由改變移動速率、每一個橫向輸送單元的移動距離和複數個橫向輸送單元相對於彼此的移動順序來最佳化。該一或多個橫向輸送單元可以協調方式行動，或者各別的橫向輸送單元可獨立行動。為了促進對於材料流速和料堆高度的控制，該等個別的橫向輸送單元可以不同速度，以不同移動距離，以不同移動頻率獨立移動。
該等個別的橫向輸送單元包含移動元件和導引元件或校準元件。對熟知技藝者而言顯而易見的是該移動元件可配備有適當的導引嚙合元件。該移動元件可包含，但不限於，架子/平台、溜塊(ram)、犁(plow)、螺桿元件、承載溜塊、輸送帶或皮帶。
該承載溜塊可包含單一溜塊或多指溜塊。在一實施例中，該汽化器設計會容許使用單一溜塊或多指溜塊。在該等溜塊操作期間欲與氣流之間擁有最小干擾時使用多指溜塊是較佳的。在多指溜塊設計中，該多指溜塊可以是一體成形結構或是該等溜塊指狀物與溜塊主體連結的結構，其中個別的溜塊指狀物選擇性地取決於位置而擁有不同寬度。該多指溜塊設計中該等指狀物之間的縫隙係經選擇以避免反應材料顆粒橋接。
在該系統以非常高溫操作的特定實施例中，可選擇性地提供該等移動元件之冷卻。在使用溜塊或架子之一實施例中，可提供在該溜塊或架子內的冷卻。此種冷卻可利用來自該反應室外部之在該溜塊或架子內部循環的流體(空氣或水)進行。
在一實施例中，該橫向輸送系統可以是可動架子/平台，例如承載溜塊(也作用為推進溜塊)，其中藉由擱置在該架子/平台上主導材料移動通過該汽化器。一部分的材料也可被該可移動架子/平台的前緣推動。
一馬達及驅動系統提供推動該橫向輸送系統的動力，並且係由促動器控制。該等個別的橫向輸送單元可選擇性地由指定馬達供應動力，並擁有各別的促動器，或者一或多個橫向輸送單元可由單一個馬達和共用的促動器來提供動力。
該汽化製程需要熱。加熱可藉由該進料的部分氧化直接發生或藉由使用技藝中已知的一或多個熱源間接發生。 在一實施例中，該熱源可以是循環的熱空氣。該熱空氣可從，例如，風箱、空氣加熱器或熱交換器供應，所有這些在技藝中皆是已知的。在一實施例中，藉由獨立的空氣饋送和分配系統提供熱空氣給每一個層。適當的空氣饋送和分配系統在技藝中是已知的，並且包含分離的用於每一層的風箱，熱空氣可從其通過每一層底板的穿孔或透過每一底板層之獨立控制的分佈器通至該層。
在一實施例中，每一底板層均擁有一或多個沿著各別梯級的長度延伸的溝槽。該等溝槽係經訂製以容納熱空氣和/或蒸氣管線。該等管線選擇性地在其下三分之一至一半處穿孔，以促進熱空氣或蒸氣在該梯級長度上的均勻分佈。或者，該分佈器管線可朝向該等管線頂部穿孔。
為了輔助該汽化器的最初啟動，該汽化器可包含進出埠，其係經訂製以容納各種習知燃燒器，例如天然氣、油/氣或丙烷燃燒器，以預熱該反應室。此外，可用木材/生質來源、引擎排氣、電子式加熱器來預熱該反應室。
可選擇性地添加製程添加物至該汽化器，以促進進料有效轉化成為特定氣體。可用蒸氣輸入來確保足夠的自由氧氣和氫氣，以最大化輸入進料的分解元素轉化為產物氣體和/或無害化合物。可用空氣輸入來輔助製程化學平衡，以最大化碳轉化為燃氣(最小化自由碳)並且維持最佳製程溫度同時最小化輸入熱的成本。選擇性地，可用其他添加物來最佳化該製程，因而改善氣體放射。
因此，本發明可包含一或多個製程添加物輸入。這些 包含蒸氣注入和/或空氣注入的輸入。該等蒸氣輸入可策略性地設置以引導蒸氣進入高溫區並進入該產物氣團，恰好在其從該汽化器排出之前。該等空氣輸入可策略性地設置在該汽化室內及周圍，以確保製程添加物在該製程區內的完整覆蓋。在一實施例中，該製程添加物輸入係設置在該汽化器底板附近。
在一實施例中，設置在該底板附近的製程添加物輸入係切割進入該耐火底板內的半管狀空氣分佈器。此類空氣分佈器可經設計以促進置換、保養或調整，同時最小化干擾反應材料的橫向輸送。該等空氣分佈器內的氣孔數量、直徑和位置可根據系統需求或橫向輸送系統設計而改變。
在一實施例中，該汽化室可進一步包含一或多個埠。這些埠可包含保養埠，容許進入該反應室進行維修。此類埠在技藝中是已知的，並且可包含各種尺寸的可密封埠孔。在一實施例中，近接至該汽化器內部係由位於一端的出入孔提供，其在操作期間可利用一可密封的具耐火襯裡覆蓋來關閉。在一實施例中，可藉由移開一或多個風箱得到進一步的近接。該汽化器可選擇性地包含具凸緣的下半部分，其與該汽化室之具凸緣的主要部分連結，以促進該汽化室的開啟以進行耐火材檢視和修復。
可選擇性地從該汽化器移出汽化完成之後的該等殘餘固體(灰渣)並轉送至一處理系統。該汽化器因此可選擇性地包含一可控制的固體移除系統，以促進固體殘餘物或灰渣的移除。在一實施例中，該可控制的固體移除系統包含 一溜塊機構，以將灰渣推出該反應室。在一實施例中，該可控制固體移除系統係由一輸送溜塊系統組成。選擇性地，可控制該溜塊操作可及的長度，因此可控制每一次操作時送進固體殘餘物處理室內的材料量。在本發明之進一步實施例中，該可控制固體移除系統可含有一可控制的旋轉手臂機構。
在材料於該汽化器內處理並從一個區域移動至另一個區域時，料堆內產生的熱可造成熔化，其會導致灰渣結塊。已顯示出結塊的灰渣會使掉落埠式的出口堵塞。該汽化器因此可選擇性地包含一種打散灰渣結塊的構件。在一實施例中，為了確保任何結塊均不會在該反應室出口造成堵塞，使用一螺旋輸送帶態樣來從該汽化器取出灰渣。該溜塊運動會將灰渣推送到汲取器，並且該汲取器會將灰渣推出該汽化器並將其饋送至灰渣輸送系統內。汲取器螺桿的旋轉在灰渣被饋送至該輸送系統之前打散結塊。此打散動作可藉由位於該汲取器螺桿螺紋邊緣上的鋸齒狀突起來加強。
氣體重組系統
本發明更包含一氣體重組系統，用以將來自該汽化器的氣體重組為擁有預期化學組成的重組氣體。明確地說，該重組系統使用來自電漿炬的電漿炬熱來分解氣體分子，並容許其再結合成為可用於下游應用的較小分子，例如發電。該系統也包含氣體混合構件、製程添加物單元、以及 擁有一或多個感應器、一或多個製程效應器和計算構件的反饋控制系統，以監控和/或調節該重組反應。
該氣體重組系統(GRS)含有一氣體重組室，其擁有一或多個輸入氣體入口、一或多個重組氣體出口、一或多個電漿炬、一氧氣來源和控制系統。
該GRS能夠轉化原始輸入氣體，其含有可包含，例如，一氧化碳、氫氣、輕碳氫化合物(light hydrocarbons)、以及二氧化碳之揮發性分子和例如在含碳進料汽化期間產生的煤灰和碳黑等污染微粒物質。此GRS提供一密閉環境，以容納並控制該製程。其使用電漿炬熱來將該等揮發性分子分解為其組成元素，其然後再結合成為擁有預期化學組成的重組氣體。使用例如空氣和/或氧氣以及選擇性地蒸氣之製程添加物來提供再結合所需的分子物種。該電漿炬熱也除去不想要的物質，例如石蠟、焦油、氯化的化合物，除了其他的之外，藉由分解並轉化這些不想要的物質成為例如氫氣和一氧化碳之較小分子。該GRS更含有一控制系統，其調節該製程，因而最佳化該製程。
在該GRS下游，可提供與該氣體重組室氣體交流的進氣鼓風機(induction blower)，以將該氣體重組室的壓力維持在約0至-5mbar的壓力下。
該GRS係與該汽化器氣體交流，因此，直接從該汽化器接收輸入氣體。該GRS可進一步包含一安裝凸緣或連接器，以將該氣體重組室與該汽化器連結。為了輔助維修，該GRS可選擇性地與該汽化器反向連結，因此若需要的 話，可移開該GRS。
該氣體重組室擁有一或多個輸入氣體入口、一或多個重組氣體出口、一或多個加熱元件用的埠、以及一或多個氧氣來源用的輸入。輸入氣體透過該反應室內的一或多個輸入氣體入口或埠進入該電漿炬加熱的氣體重組室，並且選擇性地利用氣體混合元件混合。提供氧氣來源透過其間注入該氣體重組室的埠或輸入。該一或多個重組氣體出口或埠使重組氣體能夠離開GRS，並被輸送至下游製程以進一步純化或輸送至儲存構件。
該氣體重組室係擁有足夠內部體積以配合重組反應發生所需的留置時間的反應室。該氣體留置時間是氣體需要保留在該氣體重組室內以使輸入氣體轉化為重組氣體之重組可以發生的時間。
據此，在設計該氣體重組室時，可考量所需的氣體留置時間。氣體留置時間是氣體重組室體積和構形、氣體流速、氣體行進距離和/或氣體通過該反應室的路徑(即，直線路徑或漩渦或旋轉路徑)的函數。因此，該氣體重組室的形狀和尺寸必須製作得使該氣體通過該反應室的流體力學容許適當的氣體留置時間。該氣體留置時間可利用促進該氣體漩渦式流動通過該氣體重組室的空氣噴射器來調整，因此該氣體的路徑為非線性，並因而擁有較長的留置時間。
在一實施例中，該氣體留置時間約為0.5至約2.0秒。在一實施例中，該氣體留置時間約為0.75至約1.5秒。在另一實施例中，該氣體留置時間約為1至約1.25秒。在又 一實施例中，該氣體留置時間約為1.2秒。
該氣體重組室可以是任何形狀，只要其容許適當的留置時間，以使輸入氣體可充分化學重組為重組氣體。該氣體重組室可以數種位置設置，只要可維持適當的輸入氣體混合和留置時間。該氣體重組室可以實質上垂直、實質上水平或具角度地定向，並擁有大範圍的長度對直徑比例，範圍從約2：1至約6：1。在一實施例中，該氣體重組室的長度對直徑比是3：1。
在一實施例中，該氣體重組室係筆直的，實質上，垂直的具耐火襯裡遮蔽或覆蓋的管狀或圓柱狀結構，擁有與該汽化器直接氣體交流的開放底部(上游)端，以及位於該反應室頂(下游)端處或附近的重組氣體出口。選擇性地，該管狀或圓柱狀反應室係藉由以具耐火襯裡的上蓋覆蓋具耐火襯裡的管狀物或圓柱體頂(下游)端形成。為了輔助維修，該上蓋可，選擇性地，可移除地封在該管子或圓柱體上。
該氣體重組室的側壁可襯以耐火材料和/或一水套(water jacket)可將該氣體重組室封在其內，以冷卻和/或產生蒸氣或回收可用的電漿熱。該氣體重組室可擁有複數個側壁，連同一冷卻機構以進行熱回收，並且該系統也可包含熱交換器以產生高壓/高溫蒸氣，或其他熱回收能力。選擇性地，該氣體重組室可包含一或多個反應室，可以是垂直或水平方向，並且可擁有內部零組件，例如擋板，以促進氣體的逆混合(back mixing)和湍流。
該氣體重組室可選擇性地包含在重組製程期間形成的固體微粒物質的收集器，其可被收集並選擇性地饋送至該汽化器以進行進一步處理，或送至汽化系統的固體殘餘物室，例如固體殘餘物調整室，以進行進一步處理。
該氣體重組室含有一或多個輸入氣體入口或埠，以將輸入氣體饋送至該反應室進行處理，以及一或多個重組氣體出口或埠，以將重組反應中產生的重組氣體輸送至下游製程或儲存。輸入氣體的該(等)入口係設置在或接近該第一或上游端。該入口可包含一開口或，選擇性地，可包含一控制器以控制進入該氣體重組室的輸入氣體流和/或一注入器以將該輸入氣體注入該氣體重組室。
在一實施例中，用來輸送該輸入氣體至該氣體重組室的該一或多個輸入氣體入口可運用促進同流、逆流、徑向、切線、或其他餽流方向的方式併入。在一實施例中，提供具有漸增的圓錐形狀之單一輸入氣體入口。在一實施例中，該入口組成該氣體重組室開放的第一端，藉此與該汽化器直接交流。
該汽化器上該GRS的連接位置可經策略性地設置，以最佳化氣流和/或最大化進入該氣體重組室前該輸入氣體的混合。在一實施例中，該氣體重組室係設置在該汽化器中央，藉此最佳化進入該氣體重組室前該輸入氣體的混合。在一實施例中，該入口包含位在該氣體重組室封閉的第一(上游)端內的開口。此實施例使用一輸入氣體入口埠來輸送含碳進料汽化期間產生的揮發物至該反應室內。在 一實施例中，該入口包含位於該氣體重組室的側壁內接近該第一(上游)端處之一或多個開口。
在氣體重組室與一或多個汽化器連接的實施例中，該氣體重組室內的一或多個入口可透過一共同的開口與該一或多個汽化器直接交流，或者可透過管路或透過適當的導管與該汽化器連接。
在該重組反應中產生的重組氣體透過一或多個重組氣體出口或埠離開該氣體重組室。在該重組反應室中產生的重組氣體之一或多個出口或埠係位在或接近該第二或下游端。該出口可包含一開口或，選擇性地，可包含一構件以控制離開該氣體重組室的重組氣體流。在一實施例中，該出口構成該氣體重組室開放的第二(下游)端。在一實施例中，該出口包含位於該氣體重組室封閉的第二(下游)端內的一或多個開口。在一實施例中，該出口包含位於該氣體重組室的側壁內接近該第二(下游)端處之一開口。
該氣體重組室擁有多個埠，包含加熱器用的一或多個埠、一或多個製程添加物埠、以及選擇性地一或多個進出埠、檢視埠和/或儀表埠。加熱器埠包含主要熱源和選擇性的第二熱源用的埠。在一實施例中，該氣體重組室包含裝設電漿炬的一或多個埠。在一實施例中，該氣體重組室包含裝設電漿炬的兩或多個埠。在一實施例中，該氣體重組室包含裝設電漿炬的三或多個埠。在一實施例中，該氣體重組室包含裝設電漿炬的四或多個埠。
在一實施例中，提供沿著該氣體重組室周圍的直徑位 置設置的電漿源用的兩個埠。在一實施例中，提供兩個埠以正切裝設兩個電漿炬。在一實施例中，該等正切裝設之電漿炬的埠係位在該空氣埠或入口上方，以提供對於電漿炬的最大暴露。
選擇性地，裝設電漿炬的埠可安裝有滑軌裝設機構，以輔助該(等)電漿炬對該氣體重組室的嵌入和移除，並且可包含一自動化閘閥，以在取出該(等)電漿炬之後封住該埠。
選擇性地，含有一或多個製程添加物埠或入口，以使製程添加物，例如二氧化碳、其他碳氫化合物或添加氣體可被注入該氣體重組室。選擇性地，提供埠或入口以使不符合品質標準的重組氣體可再循環至該氣體重組室進行進一步的處理。埠或入口可以若干角度和/或位置設置，以促進該等材料在該氣體重組室內的湍流混合。可含有一或多個埠以容許測量製程溫度、壓力、氣體成分和其他感興趣的條件。
此外，該氣體重組室可進一步包含第二電漿炬熱源用之一或多個埠，以輔助該氣體重組室的預電漿炬加熱或電漿炬加熱。選擇性地，提供插捎、覆蓋、閥門和/或閘門來封住該氣體重組室內的一或多個埠或入口。適當的插捎、覆蓋、閥和/或閘在技藝中是已知的，並且可包含手動操作或自動者。該等埠可進一步包含適當的密封件，例如密封蓋(sealing glands)。
如上所註，該GRS包含一或多個氧氣來源用之一或多 個入口，該(等)氧氣來源包含，但不限於，氧氣、富含氧的空氣、空氣、氧化媒介和蒸氣，因此該氣體轉化室包含氧氣來源輸入用的一或多個埠。在一實施例中，該氣體轉化室包含空氣和/或氧氣輸入用的一或多個埠，並且選擇性地蒸氣輸入用的一或多個埠。在一實施例中，該氣體重組室包含一或多個氧氣來源埠。在一實施例中，該氣體重組室包含兩或多個氧氣來源埠。在一實施例中，該氣體重組室包含四或多個氧氣來源埠。在一實施例中，該氣體重組室包含六個氧氣來源埠。在一實施例中，提供設置在該氣體重組室周圍附近的三個層內的九個氧氣來源埠。該等氧氣來源埠可以若干種方法設置，只要該設置提供該氧氣來源與該輸入氣體的充份混合即可。
該氣體重組室可進一步選擇性地在該輸入氣體入口處或附近包含附加的或輔助的氣體混合器，以混合該輸入氣體，而使該輸入氣體擁有更均勻的組成和/或溫度和/或以將該輸入氣體與製程添加物混合。在一實施例中，該混合器在該輸入氣體入口處或附近包含兩或多個空氣漩渦噴射器，其注入小量空氣至該輸入氣體內並在該輸入氣體流內造成漩渦運動或湍流，因而利用所注入空氣之速度來混合該輸入氣體。在一實施例中，該混合器在該入口處或附近包含三或多個空氣漩渦噴射器，其注入小量空氣至該輸入氣體內並在該輸入氣體流內造成漩渦運動或湍流，因而混合該輸入氣體。在一實施例中，該混合器在該入口處或附近包含四或多個空氣漩渦噴射器，其注入小量空氣至該輸 入氣體內並在該輸入氣體流內造成漩渦運動或湍流，因而混合該輸入氣體。空氣漩渦噴射器的數量係經設計以基於所設計的空氣流和排出速度提供最大限度的混合和漩渦，因此該噴射流可貫穿至該反應室中央。
也可使用擋板藉由在該輸入氣體內產生湍流來誘發該輸入氣體的混合。擋板對正常流動形態而言是一種機械性阻礙。擋板作用為阻斷一部分的燃燒室剖面，造成流速的快速增加以及相對應的在該擋板下游側的快速降低。這產生高度的湍流並加速局部混合。
擋板可設置在該氣體重組室內若干位置。擋板配置在技藝中是已知的，包含但不限於，橫溜塊擋板(cross bar baffles)、壩牆擋板(bridge wall baffles)和扼流圈擋板(choke ring baffles)配置。據此，在一實施例中，該氣體混合包含檔板。
如上所註，該GRS包含氧氣來源，該氧氣來源可包含但不限於氧氣、富含氧的空氣、空氣、氧化媒介和蒸氣，因此該氣體轉化室包含一或多個氧氣來源輸入。在一實施例中，該空氣和/或氧氣和蒸氣輸入包含耐高溫霧狀噴嘴或噴射器。適當的空氣噴嘴在技藝中是已知的，並且可包含任何商用類型。噴嘴類型係基於功能要求來選擇，其中類型A噴嘴係用來改變空氣流方向，以產生預期的漩渦，而類型B噴嘴係用來產生高速空氣流，以達到特定貫穿，並最大化混合。
該等噴嘴可將空氣引導至可有效混合該氣體的任何角 度。在一實施例中，該空氣噴射器係正切設置。在一實施例中，利用位於該輸入噴嘴末端處的偏轉器來達到有角度的吹氣，因此使入口管線和凸緣可與該氣體重組室相符。
空氣和/或氧氣輸入的配置係基於氣體重組室的直徑、設計的流動及噴射速度，因此可達到適當的貫穿、最大化的漩渦和混合。本發明預期到該等氧氣輸入或埠、蒸氣輸入或埠及電漿炬用的埠之各種配置，其提供該輸入氣體與注入的氧氣和蒸氣間的充份混合，以及使該重組反應可發生之充足的留置時間。例如，該等氧氣輸入或埠、蒸氣輸入或埠以及電漿炬用的埠可設置在該氣體重組室周圍附近的數層內。此配置容許電漿氣體、氧氣和蒸氣之正切及分層的注入，這造成漩渦運動以及該輸入氣體和氧氣及蒸氣的適當混合，並提供使該重組反應可發生之充足的留置時間。在該等空氣和/或氧氣輸入埠分層設置的實施例中，可選擇性地設置該空氣和/或氧氣噴射器以最大化混合效果。
蒸氣輸入或埠的配置在數量、高度、方向和角度上是有彈性的，只要其位於提供最佳溫度控制能力的位置即可。在一實施例中，該氣體重組室包含一或多個蒸氣輸入或埠。在一實施例中，該氣體重組室包含兩或多個蒸氣輸入或埠。該等蒸氣輸入或埠可以有各種配置，只要該等配置提供與該輸入氣體的充份混合即可。在一實施例中，提供設置在該氣體重組室周圍附近的兩個層內並且位於直徑位置處的兩個蒸氣輸入埠。
該等氧氣和/或蒸氣輸入埠也可經設置而使其以相對於該氣體重組室的內壁之一角度將氧氣和蒸氣注入該氣體重組室，其促進該等氣體的湍流或漩渦。該角度係基於反應室直徑和設計的空氣噴射流及速度選擇，以達到足夠的噴射流貫穿和最大化的混合。
在一實施例中，該氧氣和/或蒸氣輸入以和該氣體重組室內壁間介於約50-70°之間的角度注入空氣和蒸氣。在一實施例中，該等氧氣和蒸氣輸入以和該氣體重組室內壁間介於約55-65°之間的角度注入空氣和蒸氣。在一實施例中，該等氧氣和蒸氣輸入以和該氣體重組室內壁間約60°的角度注入空氣和蒸氣。
該等空氣噴射器可經設置而使其均在相同平面內，或者其可經設置在連續平面中。該等空氣噴射器的配置係經設計以達到最大混合效果。在一實施例中，該等空氣噴射器設置在下及上層。在一實施例中，有四個噴射器在下層，並且另外六個噴射器在上層，其中三個噴射器稍微比另外三個噴射器高，以形成橫向射流(cross-jet)混合效應而達到更佳的混合。
在一實施例中，該氣體重組室包含氧氣輸入、蒸氣輸入埠、和電漿炬用的埠，其係經設置而使該等氣體和蒸氣在該反應室內適當混合。選擇性地，該製程空氣可以有角度地吹進該反應室內，以使該空氣讓通過該反應室的氣體產生轉動或旋轉運動。也可傾斜該等電漿炬以提供該氣流的進一步旋轉。
為了使重組反應發生，該氣體重組室必須以電漿炬加熱至足夠高溫。熟知技藝者可輕易判定用於重組反應的適當溫度。在一實施例中，該溫度係約800℃至約1200℃。在一實施例中，該溫度係約950℃至約1050℃。在一實施例中，該溫度係約1000℃至約1200℃。該GRS因此更包含一或多個非傳輸式電弧電漿炬。非傳輸式電弧電漿炬在技藝中是已知的，並包含非傳輸式電弧交流和直流電漿炬。已有多種與電漿炬並用的氣體，包含但不限於空氣、氧氣、氮氣、氬氣、甲烷、乙炔和丙烯。熟知技藝者可輕易判定可用於該GRS的電漿炬類型。
在一實施例中，該電漿炬係一或多個非傳輸式電弧交流電漿炬。在一實施例中，該電漿炬係一或多個非傳輸式電弧直流電漿炬。在一實施例中，該電漿炬係兩個非傳輸式、反極性的直流電漿炬。在一實施例中，有兩個正切設置的電漿炬以產生與空氣和/或氧氣輸入者相同的漩渦方向。在一實施例中，該電漿炬係兩個300千瓦的電漿炬，每一個皆以所要求的(部分)能力運作。在一實施例中，該氣體重組構件包含一或多個電漿炬。在一實施例中，該氣體重組構件包含兩或多個電漿炬。在一實施例中，該氣體重組構件包含兩個水冷式、銅電極、NTAT(硝基三唑並氨基四唑)直流電漿炬。
在一實施例中，藉由最大化碳或多碳分子主要重組為一氧化碳和氧氣的期間發生的電漿炬熱的釋放來最小化電漿炬熱的使用，主要重組為一氧化碳和氧氣係藉由最大化 注入該氣體重組室的空氣和/或氧氣量來實現。
熱回收系統
本發明更包含一種用以最佳化汽化含碳進料的功效之系統，藉由回收來自該汽化製程的顯熱(sensible heat)並將其再利用，以用於該系統中並且選擇性地用於外部應用。
在一實施例中，該系統再利用從熱的產物氣體回收到的熱，將其傳輸回汽化器。明確地說，該系統包含將該熱的產物氣體輸送至氣體對空氣熱交換器的構件，來自該熱的產物氣體的熱在該處被傳輸至周圍空氣，而產生熱的交換空氣和冷的產物氣體，以及將該熱的交換空氣傳輸至該汽化器的交換空氣入口的構件。該熱的交換空氣被送至該汽化器以提供驅動該汽化反應所需的熱。該熱的交換空氣也可選擇性地用來，直接或間接，預熱或預處理欲汽化的進料。
選擇性地，該系統額外包含一或多個熱回收蒸氣產生器以產生蒸氣，其可用來驅動蒸氣渦輪機，做為該汽化反應的製程添加物，或用於某些其他應用。根據本發明之一實施例，該系統也包含一控制子系統，其含有感應元件，用以監控該系統的操作參數，以及回應元件，用以調整該系統內的操作條件以最佳化該汽化製程，其中該等回應元件根據取自該等感應元件的資料來調整該系統內的操作條件，從而藉由最小化該製程的能量消耗來最佳化汽化製程的效能，同時也最大化能量的產生。
在本發明之一實施例中，該熱交換系統係用來將汽化製程期間產生的熱傳回汽化器以驅動該汽化反應。在此實施例中，這係藉由以來自熱的汽化器/重組系統的熱在一產物氣體對空氣熱交換器內加熱周圍空氣以產生熱的空氣產物(此後稱為交換空氣)，並將在該氣體對空氣熱交換器內產生的熱的交換空氣送回該汽化器內達成。
能源效率因此藉由此系統最佳化，因為回收的顯熱再利用回該汽化製程可降低乾燥、揮發和汽化該進料等步驟所需的來自外部來源之能量輸入量，所回收的顯熱也可發揮作用以最小化達到預期合成氣品質所需的電漿熱。因此，該熱交換系統容許含碳進料的有效汽化，其中汽化所需的熱係由熱的交換空氣提供，而該交換空氣係利用從熱的產物氣體回收到的顯熱來加熱。
從該產物氣體傳輸至該熱的交換空氣之顯熱也可用於外部加熱應用，以及該汽化製程內別處的加熱應用。例如，可直接或間接使用該熱的交換空氣來預熱或預處理欲汽化的進料。在直接加熱/預處理步驟的情況中，該交換空氣係直接通過該進料而加熱和/或除去溼氣。在間接加熱/預處理步驟的情況中，熱係從該熱的交換空氣傳輸至油(或至水以產生蒸氣)，其中使用該熱油(或蒸氣產物)來加熱進料乾燥器/預熱器的側壁。在所有情況中，顯熱的回收最小化這些熱應用所需的能量輸入量。因此，熱回收系統可將熱從該熱的交換空氣傳輸至任何目標工作流體。此類目標工作流體包含，但不限於，油、水、或另一種氣體，例如 氮氣或二氧化碳。將熱從該轉化器氣體直接傳輸至目標工作流體也落在本發明範圍內。當熱係傳輸至空氣以外的工作流體時，使用一適當的熱交換系統。
在該產物氣體對空氣熱交換器內回收熱之後，該產物氣體，雖然冷卻了，通常仍含有太多熱能無法接受如技藝中已知的過濾和調整步驟。本發明因此也選擇性地提供該產物氣體的進一步冷卻，在此種後續的過濾和調整步驟之前。
據此，該系統可選擇性包含用來在其已通過該氣體對空氣熱交換器之後從該部分冷卻的產物氣體回收額外的熱之子系統。在一實施例中，該系統更包含一熱回收蒸氣產生器，藉此利用從該產物氣體回收的額外的熱來將水轉化為蒸氣(稱為交換蒸氣)。
該熱回收蒸氣產生器內所產生的交換蒸氣可用來驅動下游能量產生器，例如蒸氣渦輪機和/或用在直接驅動渦輪機內和/或可被添加至該汽化製程。該交換蒸氣也可用在其他系統內，例如，用來從瀝青砂萃取油或用於局部加熱應用，或者可將其供應至當地工業客戶以應付其用途。在一實施例中，用來自該產物氣體的熱產生的蒸氣是飽和蒸氣。在一實施例中，用來自該產物氣體的熱產生的蒸氣是過熱蒸氣，其可直接經由水和產物氣體間或飽和蒸氣和產物氣體間的熱交換產生。
在該系統不含有用來在其已通過該氣體對空氣熱交換器之後從該部分冷卻的產物氣體回收額外的熱之系統時， 提供調整前進一步冷卻該產物氣體的另一種系統。在一實施例中，提供一乾式焠熄步驟，以在調整前進一步冷卻該產物氣體。提供該乾式焠熄步驟以從該產物氣體除去過量的熱，以提供如後續過濾及調整步驟可能要求的冷卻的產物氣體。選擇一適當的系統來在調整前進行該產物氣體的進一步冷卻係在熟知技藝者的知識範圍內。在某些實施例中，該進一步的冷卻系統被認為是在下面更詳細描述的氣體調整系統(GCS)的一部分。
也可用該控制子系統來最佳化所產生的產物氣體的組成(即，加熱值)，並且選擇性地確保該系統係維持在安全的操作參數下。
對於該產物氣體對空氣熱交換器的功能要求係在該熱產物氣體和該周圍空氣的每一個通過該氣體對空氣熱交換器時，藉此從該熱產物氣體將顯熱傳輸至該周圍空氣以提供熱的交換空氣和冷的產物氣體。可在本系統中使用不同等級的熱交換器，包含殼式和管式熱交換器，兩者均有筆直的、單道(single-pass)設計和U形管、多道(multiplepass)設計，以及平板式熱交換器。選擇適當的熱交換器係在熟知技藝者的知識範圍內。
某些微粒物質會存在於該產物氣體中，因此該氣體對空氣熱交換器係特別為含有高位準微粒載荷所設計的。微粒尺寸通常介於0.5至100微米間。在一實施例中，該熱交換器係一單道垂直流熱交換器，其中該產物氣體在該等管線內流動而非在該外殼側。在單道垂直流實施例中，該 產物氣體以”一次通過(once through)”設計垂直流動，其最小化可發生微粒物質累積或侵蝕的區域。
應將該產物氣體速度保持足夠高以自潔，同時仍最小化侵蝕。在一實施例中，氣體速率係介於3000至5000m/min。在正常流動情況下，氣體速度係約3800m/min至約4700m/min。
因為該周圍空氣輸入溫度和熱產物氣體的顯著差異，該氣體對空氣熱交換器的每一個管線較佳地均擁有各自的膨脹摺管以避免管線破裂。管線破裂可在一個管線堵塞住因而無法再與其他管束(tube bundle)一起膨脹/收縮時發生。在製程空氣壓力大於產物氣壓的實施例中，管線破裂造成高度危險，因為空氣進入氣體混合物所產生的問題。
在本發明之一實施例中，該系統係間歇運轉，亦即經歷如所述之多次啟始和關閉循環。因此，必須將該設備設計為可承受重複的熱膨脹和收縮是很重要的。
為了最小化來自管線洩漏的潛在危險，該熱交換器系統更包含一或多個個別的溫度傳輸器，例如，在該氣體對空氣熱交換器的產物氣體入口和產物氣體出口處，以及在該交換空氣出口處。在該溫度傳輸器與該氣體對空氣熱交換器的產物氣體出口連結時，這些溫度傳輸器係經設置以偵測有交換空氣洩漏至該產物氣體導管內而燃燒所造成的溫度上升。偵測到此種溫度上升會使製程空氣鼓風機自動關閉，因而除去氧氣來源。此外，提供該等熱交換器，如所要求者，測試構件、檢視及維修，以及修理和/或清潔該 等導管所需的埠。
根據本發明，可依要求透過獨立的交換空氣饋送及分配系統提供該熱的交換空氣至該汽化器的不同區域。該等交換空氣饋送和分配系統包含交換空氣入口，其容許熱的交換空氣通入該汽化區域。這些入口係設置在該轉化器內，以在該轉化器內四處分佈該熱的交換空氣，以啟始並驅動該進料的汽化。在一實施例中，該等交換空氣入口包含位於該汽化器底板內的穿孔。在一實施例中，該交換空氣入口包含位於該汽化器側壁內的穿孔。
在一實施例中，該等交換空氣入口構成每一區域之分離的風箱，熱交換空氣可從其通過該轉化器底板內的穿孔至該區域。在一實施例中，該等交換空氣入口係每一個區域之獨立控制的分佈器。
本發明，除了該氣體對空氣熱交換器之外，選擇性地包含一種在調整步驟之前進一步冷卻該產物氣體的系統。在一實施例中，在淨化和調整之前進一步冷卻該產物氣體的系統也提供來自該產物氣體之額外的熱的回收。當回收來自該產物氣體的更多顯熱是目標時，該熱從該產物氣體被傳輸至另一種工作流體，例如水、油、或空氣。此種實施例的產物可包含，分別，熱水(或蒸氣)、熱油、或額外的熱空氣。
在一實施例中，本發明之該系統利用熱交換器從該產物氣體回收更多顯熱，將熱從部分冷卻的產物氣體傳送至水，因此產生熱水或蒸氣，以及更加冷卻的產物氣體。在 一實施例中，此步驟所使用的熱交換器係熱回收蒸氣產生器，其使用回收熱來產生交換蒸氣。在一實施例中，將水以低溫蒸氣的型態供應至該熱交換器內。在另一實施例中，所產生的交換蒸氣是飽和或過熱蒸氣。
未用於轉化製程或用來驅動旋轉製程設備的蒸氣可用在其他商業用途上，例如透過蒸氣渦輪機的使用來產生電力，或用於局部加熱應用，或者可將其供應至當地工業客戶以應付其用途，也或者可用來改善油從瀝青砂的萃取。所產生的交換蒸氣也可通過渦輪機，因此驅動旋轉製程設備，例如，交換空氣鼓風機或合成氣鼓風機。該交換蒸氣也可用來間接加熱進料，因而在於該轉化器內汽化之前先乾燥該進料。
在一實施例中，當需要冷卻不同系統或製程時，可利用一水冷步驟來除去(並回收)過量的熱。所形成的熱水可轉而用來預熱水，在其用於HRSG之前。熱水蒸氣來自各種來源，包含但不限於，GQCS系統內的合成氣冷卻製程、電漿熱源冷卻系統。也可用熱水來為各種應用預熱油。
HRSG的熱交換器係在某些微粒物質會存在該產物氣體中的認知下設計。再一次，此時的產物氣體速度也被維持在足夠高的位準以自潔該等管路，同時最小化侵蝕。在一實施例中，當在調整之前進一步冷卻該產物氣體的系統不包含回收額外的熱時，該冷卻步驟含有一乾式焠熄步驟。
使用導管系統將氣體從該系統的一個零組件輸送至另一個。據此，該系統含有一合成氣導管系統，以傳送該熱 的產物氣體至一熱交換器以回收產物氣體顯熱。該系統也含有一交換空氣導管系統，以將該熱的交換空氣輸送至該轉化器，在此其透過交換空氣入口通入該轉化器。該等導管系統通常使用一或多個管路、或線路，透過其間輸送該等氣體。
在該系統含有熱回收蒸氣產生器時，該系統也會含有一交換蒸氣導管系統，以輸送熱的交換蒸氣用於一或多種上列應用中。該交換蒸氣導管系統可含有多個平行延伸的管路，或一個分支導管的系統，其中一特定分支係經設計用於一種特定應用。
該交換空氣導管系統會選擇性運用位於該系統四處之一或多個流量調整元件、流量計和/或鼓風機，以提供控制該交換空氣流速的方法。在一實施例中，有複數個控制送至該汽化器的交換空氣流之交換空氣流量控制閥(每一層一個)。在每一個控制閥之後，該空氣再次分散至該汽化器的風箱以及位於該重組器周圍的三個分配環，每一個皆擁有若干注入點。在一實施例中，有一個控制送至該GRS的交換空氣流之交換空氣流量控制閥。在此實施例中，該交換空氣係經提供為製程添加物。
該等交換空氣導管也選擇性包含轉移交換空氣的構件，例如，轉移至排氣口或至任選的其他熱交換系統。該等流量調整構件、和/或鼓風機、和/或轉移構件係由一控制子系統選擇性控制，如下面詳細討論者。
該導管系統也會選擇性含有維修埠，以利進出該系統 進行該等導管的例行性保養，和修復和/或清潔。
氣體調整系統
氣體調整系統(GCS)以一兩階段調整製程調整冷卻的產物氣體，並提供擁有適於預期的下游應用之組成的最終調整氣體。第一階段包含一或多個初始乾燥/固相分離步驟，接著是第二階段，包含一或多個進一步的製程步驟。 一般來說，在該等乾燥/固相分離步驟中，大部分的微粒物質和一大部分的重金屬污染物會被除去。在第二階段，額外的微粒物質和重金屬污染物以及選擇地其他存在該氣體內的污染物會被除去。因此，該GCS包含若干零組件，其執行製程步驟、從該輸入氣體分離微粒物質、酸性氣體、和/或重金屬以及，選擇性地，在該氣體通過該GCS時調整其溼度和溫度。該GCS更包含控制及最佳化整個調整製程的控制系統。
該GCS含有兩個整合子系統：一轉化器GC和一固體殘餘物GC，兩者皆執行第一階段和第二階段處理。該GCS也與殘餘物調整器整合，並且在第一階段處理中該轉化器GC產生的固體殘餘物被送至該殘餘物調整器內。該轉化器GC和該固體殘餘物GC可平行操作，其中兩個子系統均能獨立執行第一階段和第二階段製程，或者兩個子系統均可以會聚方式操作，其中其分享第二階段處理的某些或所有零組件。
在一實施例中，該GCS的零組件以及每一個製程步驟 的次序係經選擇以最小化必須處理和/或拋棄的危險廢棄物的產生。該等製程步驟的存在和順序可基於，例如，該輸入氣體的成分和選擇的下游應用所需的調整氣體成分來選擇。
在本發明之一實施例中，該GCS產生的危險廢棄物的量係低於所用的含碳進料重量之約5%。在一實施例中，所產生的危險廢棄物的量係低於所用的含碳進料重量之約2%。在一實施例中，所產生的危險廢棄物的量係低於所用的含碳進料重量之約1%。在一實施例中，每使用1公噸的含碳進料所產生的危險廢棄物的量係介於約1公斤和約5公斤之間。在一實施例中，每使用1公噸的含碳進料所產生的危險廢棄物的量係介於約1公斤和約3公斤之間。在一實施例中，每使用1公噸的含碳進料所產生的危險廢棄物的量係介於約1公斤和約2公斤之間。
該GCS的第一階段包含實施一或多個乾燥或固相製程步驟的零組件，其從該輸入氣體除去至少一部分的重金屬及大部分的微粒物質。適合的固相製程步驟在技藝中是已知的。
例如，重金屬移除可利用技藝中已知的一或多種固相分離零組件來完成。此種固相分離零組件的非限制性範例包含乾式注入系統、微粒移除單元、活性碳過濾零組件、以及可與專門吸收物，例如沸石和奈米結構，接觸的零組件。選擇的代表範例在下面另加詳述。如技藝中已知者，這些微粒分離零組件可用來除去或分離固體/乾燥相的微 粒物質/重金屬，例如，在乾式注入製程，活性碳過濾、乾式刷洗、若干微粒移除製程步驟和技藝中已知的其他乾燥或固相製程步驟中。
在本發明之一實施例中，該轉化器GC的第一階段含有一乾式注入系統和一或多個微粒移除單元，而該固體殘餘物GC的第一階段包含一或多個微粒移除單元。
熟知技藝者可基於，例如，該輸入氣體的成分、該輸入氣體的溫度、該最終調整氣體的預期成分、該組成氣體的最終用途、以及成本考量和構件可得性輕易判定適當的第一階段製程步驟之選擇。該GCS的第一階段可選擇性包含一或多個氣體冷卻器，若需要的話。
如上所註，該GCS的第一階段提供存在該輸入氣體內之大部分的微粒物質和至少一部分的重金屬污染物的移除。在一實施例中，第一階段除去存在該輸入氣體內之至少約70%的微粒物質。在一實施例中，第一階段除去存在該輸入氣體內之至少約80%的微粒物質。在一實施例中，第一階段除去存在該輸入氣體內之至少約90%的微粒物質。在一實施例中，第一階段除去存在該輸入氣體內之至少約95%的微粒物質。在一實施例中，第一階段除去存在該輸入氣體內之至少約98%的微粒物質。在一實施例中，第一階段除去存在該輸入氣體內之至少約99%的微粒物質。在一實施例中，第一階段除去存在該輸入氣體內之至少約99.5%的微粒物質。
在一實施例中，第一階段除去存在該輸入氣體內之至 少約50%的重金屬污染物。在一實施例中，第一階段除去存在該輸入氣體內之至少約60%的重金屬污染物。在一實施例中，第一階段除去存在該輸入氣體內之至少約70%的重金屬污染物。在一實施例中，第一階段除去存在該輸入氣體內之至少約80%的重金屬污染物。在一實施例中，第一階段除去存在該輸入氣體內之至少約90%的重金屬污染物。
乾式注入製程在技藝中是已知的，並且通常使用量經過計算的適合吸收物，其係經注入該氣流中並擁有足夠的留置時間，因此微細的重金屬微粒和煙氣會吸附在該吸收物表面上。吸附在吸收物上的重金屬可藉由例如下面描述的微粒移除來擷取，其除去乾燥/固相的重金屬/微粒物質，並避免其連同該輸入氣體移動通過該GCS。
適合的吸收物之範例包含，但不限於，活性碳；掺有碘、硫磺、或其他物種的促進化活性碳；長石；石灰；鋅基吸收物；鈉基吸收物；氧化金屬基吸收物；以及技藝中已知能有效除去重金屬的其他物理和化學吸收劑，例如汞、砷、硒和諸如此類者。該等吸收物可以是在約60網目(mesh size)的最大尺寸和約325網目的最小尺寸之間變動的網目。
注入通常係經由一吸收物輸入，例如埠、噴嘴、或管子，並且可用重力、固定槽、或螺旋輸送帶完成。本發明也預期到可在構成該GCS的管線內提供該吸收物，例如在通到一微粒移除構件的管線中，以在該輸入氣體通過該管 線時與其混合。也包含技藝中已知的其他方法。該GCS可包含多個吸收物輸入或單一個吸收物輸入。
該等吸收物可儲存在一或多個容納罐中，該(等)吸收物由此被送至該(等)輸入。該等吸收物容納罐可以是該GCS的一部分或是在該GCS外部。
如上所註，可利用乾式注入將各種吸收物組合注入該輸入氣體中，並且熟知技藝者可基於，例如，該輸入氣體的成分輕易判定適合的組合。在一實施例中，將長石注入該輸入氣體中。在一實施例中，將活性碳注入該輸入氣體中。在一實施例中，長石係用來做為該微粒移除構件的預覆質(pre-coat)。在一實施例中，將活性碳注入該輸入氣體中，並且將該微粒移除構件預塗覆上長石。在一實施例中，將長石連續注入該系統中。
在一實施例中，本發明之GCS包含一或多個微粒移除單元，其作用以從該輸入氣體除去微粒物質。微粒移除構件也可從該輸入氣體除去重金屬，例如元素汞。在該GCS內使用乾式注入的實施例中，該一或多個微粒移除單元也從該輸入氣體除去充滿污染物的吸收物。適合的微粒移除單元包含，但不限於，旋風分離機或過濾器、高溫陶瓷過濾器、移動床粒狀分離器、濾袋過濾器(baghouse filter)、以及靜電集塵器(ESP)。
如技藝中已知者，微粒移除單元的選擇會取決於，例如，該輸入氣體的溫度、欲移除的微粒物質之尺寸、以及，當可運用時，注入該氣流的吸收物類型。熟知技藝者可輕 易選擇適合的微粒移除單元。在本發明之一實施例中，該GCS的第一階段包含一或多個係選自旋風過濾器、高溫陶瓷過濾器和濾袋過濾器之微粒移除單元。在一實施例中，該轉化器GC和該固體殘餘物GC的第一階段皆含有濾袋(baghouse)。
例如濾袋過濾器的織物收集器可收集尺寸小至約0.01微米的微粒，取決於所使用的過濾器類型。濾袋過濾器通常是織品過濾器(fabric filter)、纖維過濾器或有機高分子基過濾器。可用於濾袋背景下的其他過濾器範例包含，但不限於，有內襯及無內襯的玻纖袋、鐵氟龍內襯袋和P84玄武岩袋。熟知技藝者可輕易選擇適合的過濾器，基於例如，該等輸入氣體的溫度、該濾袋內及該輸入氣體內的溼度、該輸入氣體內該等微粒的靜電性、該過濾器對於酸和/或鹼化學品的耐受度、該過濾器釋放該濾餅(filter cake)的能力、過濾器可透性及該等微粒的尺寸中的一或多者。
在本發明之一實施例中，該GCS包含濾袋過濾器，並且係經配置得使進入該濾袋之氣體的溫度介於約180℃和約280℃之間。如技藝中已知者，在較高溫度下操作濾袋過濾器可減少該輸入氣體內的焦油堵塞該等過濾器的風險並且降低效率。較高溫度可降低該濾袋過濾器的微粒移除效率，例如，將操作溫度從200度增加到260度會使微粒移除效率從99.9%降低至99.5%。因此，當為該GCS內含的濾袋過濾器選用較高操作溫度時，該GCS可包含其他下游零組件，在第一階段或第二階段，以捕捉剩餘的微粒。 例如，可包含濕式刷洗器和活性碳顆粒以除去微粒，除了其他污染物之外。在本發明之一實施例中，其中該GCS含有濾袋過濾器，該GCS係經配置得使進入該濾袋之氣體的溫度介於約250℃和約260℃之間。在另一實施例中，其中該GCS含有濾袋過濾器，該GCS係經配置得使進入該濾袋之氣體的溫度介於約190℃和約210℃之間。
在一實施例中，可用氣體冷卻系統來冷卻該輸入氣體，在其進入該微粒移除單元之前。例如，如技藝中已知者，冷卻該輸入氣體可能是異常重要的，當使用濾袋式過濾器來進行微粒移除時，因為濾袋式過濾器無法承受極高的溫度。
根據本發明之一實施例，該GCS係經配置以處理製程輸入氣體，其中溫度已藉由使該輸入氣體在進入該GCS前通過氣體冷卻器降低。在本發明之另一實施例中，該GCS包含一或多個氣體冷卻器，以在進入第一階段處理前降低該輸入氣體的溫度。適於併入該GCS的氣體冷卻器在技藝中是已知的，並包含，但不限於，乾式焠熄器、蒸發式冷卻塔、氣體冷卻器、降溫器、同流換熱器(recuperator)、熱交換機、間接空氣對氣體熱交換機、以及熱回收蒸氣產生器(HRSG)。在一實施例中，該GCS包含熱交換機和/或乾式焠熄器。
在一實施例中，該GCS在第一階段中併入一蒸發式冷卻塔，以將該合成氣的溫度從約740℃降至約150-200℃，例如，藉由絕熱飽合，其包含以受控制方式直接將水注入 該氣流內。該蒸發式冷卻製程係一乾式焠熄製程，並且可經監控以確保冷卻氣體不是潮濕的，即該冷卻氣體的相對溼度在該冷卻溫度下仍然低於100%。
適於併入該GCS之殘餘物調整室在下面詳述。可與該設備的轉化器共用該殘餘物調整室，或者該GCS可包含一專用的殘餘物調整室。
該GCS的第二階段包含用來實施進一步的製程步驟之一或多個零組件，其除去額外量的微粒物質和重金屬污染物，以及存在該輸入氣體內的其他污染物。第二階段製程可包含如為第一階段所述的乾燥相分離步驟和/或其他分離步驟，包含濕式製程步驟。可在第二階段實施的其他製程步驟之非限制性範例包含除去酸性氣體、重金屬和微粒物質、以及例如戴奧辛、砆喃(furan)、二氧化碳、和氨水等其他污染物之製程。如技藝中已知者，可用若干零組件來執行這些製程，包含各種濕式刷洗器(例如文氏刷洗器(venture scrubbers)和impinjet刷洗器)、氯化物護床(guard bed)、濕式靜電集塵器和諸如此類者。第二階段也可包含冷卻單元和/或濕度控制器，以及氣體移動單元，用以確保該輸入氣體移動通過該系統。第二階段製程步驟的範例，除了已在第一階段中描述者，在下面描述。
欲在該GCS中處理的輸入氣體包含污染物酸性氣體，例如氯化氫和硫化氫。合成氣內這些酸性氣體的濃度就氯化氫而言可在約0.05至約0.5%，並且就硫化氫而言在約100ppm至約1000ppm，取決於該汽化製程使用的含 碳進料。在一實施例中，該GCS係經配置以處理含有約0.178%的氯化氫和約666ppm(0.07%)的硫化氫之輸入氣體。在一實施例中，該GCS係經配置以使排出該GCS的調整氣體含有約20ppm和約5ppm之間的氯化氫以及約30ppm和約20ppm之間的硫化氫。
可利用乾氏刷洗或濕式刷洗製程完成酸性氣體移除或分離。在一實施例中，該GCS的第二階段包含濕式刷洗製程以除去酸性氣體。
除了上述乾式和濕式刷洗製程外，技藝中已知多種從氣體除去氯化氫蒸氣的製程步驟。此種製程步驟之非限制性範例包含：氯化氫在活性碳或氧化鋁上的吸附、與鹼或鹼土碳酸鹽或氧化物反應、氯化物防護的使用、以及例如鹼和鹼土化合物、碳鈣鈉石(Na2 Co3 .2CaCO3 )和天然鹼(trona)(Na2 CO3 .NaHCO3 .2H2 O)、碳酸鋰(Li2 CO3 )和碳酸鈉(Na2 CO3 )的共晶熔化物、和例如鹼化的氧化鋁之煙氣吸收物等高溫吸收物的使用。在一實施例中，該GCS的第二階段包含氯化氫刷洗器，以利用鹼性溶液從該輸入氣體除去氯化氫。
可使用技藝中已知的若干製程從該輸入氣體除去硫化氫，包含上述濕式及乾式刷洗製程。適合方法包含，例如，利用氫氧化鈉或三氮六環(triazine)的濕式吸附、利用Sufatreat的乾式吸附、例如Thiopaq®刷洗器之使用的生物製程、或選擇性氧化物，包含液態氧化還原(Low CAT)。也可用物理溶劑製程從該輸入氣體分離硫化氫。可用的此 種物理溶劑之非限制性範例包含聚乙二醇衍生物，例如Selexol®；例如無水碳酸丙烯酯之flour溶劑；如用於Rectisol製程之甲醇。在一實施例中，該GCS的第二階段包含Thiopaq®刷洗器，以從該輸入氣體除去硫化氫。
適用於第一階段製程的製程和微粒移除單元也可用於第二階段製程，並且已經在上面描述過。使用活性碳濾床或流體化床的活性碳過濾也可用來從該輸送氣體除去重金屬和/或微粒物質。在一實施例中，該GCS包含碳床過濾器或汞精製器(mercury polisher)做為第二階段的微粒移除單元。
如技藝中已知者，在相對溼度(R.H.)大於50%時，水會開始吸附在該碳床過濾器的碳上並阻礙擴散，這會影響移除效能。但是，這種情形可藉由增加床的深度來校正。碳床過濾器也可在較高相對濕度下使用，例如介於~70% R.H.和100% R.H.之間，當可接受較低效能時，因為效能影響僅在該調整氣體內預期的最終汞含量在0.001至0.01ug/Nm3汞範圍內時方可看出。例如，當可接受約19ug/Nm3的汞含量時，可使用較高的R.H.範圍。
在一實施例中，該GCS包含擁有7-8吋水柱壓降的活性碳過濾器，以達到約99.8%的汞移除。
在該輸入氣體含有戴奧辛和砆喃的實施例中，該GCS可選擇性包含活性碳注入步驟，這會致使存在該氣體內的戴奧辛和砆喃被吸附在碳表面上。然後可利用適合的微粒移除單元移除碳。在一實施例中，該GCS含有活性碳噴入 半乾式刷洗塔注入吸附劑(spray dryer absorber)，其減少相應溫度範圍的留置時間以最小化戴奧辛/砆喃形成的可能性。
該GCS可選擇性包含用來移除二氧化碳和/或氨水的零組件，若需要移除這些化合物。適合的零組件在技藝中是已知的。如技藝中已知者，可在氯化氫刷洗步驟期間從該輸入氣體移除氨水。
可在該GCS中選擇性包含冷卻單元和/或濕度控制器做為第一階段(如上所述)或第二階段的一部分。適合的零組件在技藝中是已知的，並且包含，但不限於，蒸發式冷卻塔、氣體冷卻器、降溫器、同流換熱器、熱交換機、間接空氣對氣體熱交換機、以及熱回收蒸氣產生器(HRSG)。同流換熱器和HRSG可用來冷卻該氣體，同時使用該熱而非將其驅散，如蒸發式冷卻塔、氣體冷卻器、和降溫器所實行者。
可在該GCS內併入除霧器/再加熱器以除濕和/或防止冷凝，如技藝中已知者。可包含熱交換機以為預期的下游應用再加熱該最終調整氣體至所需溫度或相對濕度。也可選擇性包含壓縮機以為預期的下游應用壓縮該最終調整氣體至所需壓力。
在一實施例中，可在該GCS的第二階段中包含氣體冷卻器。該氣體冷卻器(水冷式)作用來冷卻輸入氣體，其係經由一氣體移動單元(見下方)加壓並隨之加熱。在一實施例中，該氣體冷卻器冷卻該氣體至約35℃。
在一實施例中，該GCS包含濕度控制器。該溼度控制器作用以確保該輸出氣體的溼度對預期的下游應用而言是適當的。例如，濕度控制器可包含降溫器，以冷卻該氣流因而從該氣流凝結出一些水。可利用氣體/液體分離器除去此水。在一實施例中，該GCS包含用來處理該調整氣體的溼度控制器，以在26℃下提供約80%的溼度。在一實施例中，該GCS係經配置以先行將該調整氣體冷卻至約26℃，然後再加熱該氣體至40℃。而後可儲存該調整氣體。
在一實施例中，該GCS包含一或多個氣體移動單元，其供應遍佈該GCS內的氣體驅動力，並將該輸入氣體從該汽化系統的出口往上移至該GCS的出口。
適合的氣體移動單元在技藝中是已知的，並包含，例如，製程氣體鼓風機、壓力鼓風機、真空幫浦、正排量旋轉式鼓風機(positive displacement rotary blowers)、往復式壓縮機、以及螺旋壓縮機(rotary screw compressors)和諸如此類者。在一實施例中，該GCS包含一製程氣體鼓風機做為氣體移動單元。在一實施例中，該GCS包含另外加壓通過該鼓風機的氣體之氣體移動單元。
熟知技藝者可判定該氣體移動單元在該GCS內的最佳位置。在一實施例中，該氣體移動單元係經設置以便提升該GCS的一或多個製程步驟的效率。例如，在一實施例中，該氣體移動單元係位於重金屬精製器上游處，例如汞精製器，以最佳化汞移除，因為這在壓力下發生是最有效率的，並且也可容許使用尺寸降低的汞精製器容器。
殘餘物調整系統
本發明更包含用來將來自該轉化器的殘餘物質轉化為惰性熔渣產物以及擁有發熱量(heating value)的氣體之系統。明確地說，該系統包含一具耐火材襯裡的殘餘物調整室，其含有殘餘物入口、氣體出口、熔渣出口、電漿熱源、以及用來監控操作參數並調整該系統內的操作條件以最佳化該轉化反應的控制子系統。該電漿熱使該殘餘物熔化，並使存在該殘餘物內的未反應碳轉化為殘餘氣體，其透過該氣體出口離開該反應室，並選擇性進入氣體調整子系統以如下游考量要求般冷卻並調整。
該反應室也可選擇性包含一或多個入口以通入空氣(或其他含氧添加物)至該殘餘物調整室，以控制該調整製程。該反應室也可選擇性包含一或多個添加物入口以通入添加物，以控制所形成的熔渣產物的成分。
本發明之殘餘物調整系統包含一殘餘物調整室，其係適於i)輸入欲調整的殘餘物，ii)輸入熱並調整該殘餘物，以形成熔化的熔渣材料以及擁有發熱量的氣態產物，以及iii)輸出該熔化的熔渣和氣態產物。據此，該殘餘物調整室係具耐火材襯裡的反應室，其含有殘餘物入口、氣體出口、熔渣出口、以及電漿熱源埠。該殘餘物調整室更選擇性包含一或多個空氣和/或蒸氣入口。
該殘餘物調整室係經設計以確保該殘餘物調整製程係有效率且完整地執行，以使用最少量的能量來執行完整的 殘餘物調整。據此，例如有效的熱傳輸、適當的熱溫度、留置時間、熔化的熔渣流、輸入殘餘物體積及成分、和該反應室的尺寸和絕緣等因素均在設計該殘餘物調整室時納入考慮。該反應室也經設計以確保該殘餘物調整製程係以安全方式執行。據此，該系統係經設計以將殘餘物調整環境與外部環境隔離。
該殘餘物調整室係經提供以一電漿熱源，其符合所需溫度，以加熱該殘餘物至轉化任何剩餘的揮發物及碳成為擁有發熱量的氣態產物，以及熔化並均質化該殘餘物以提供溫度足以流出該反應室之熔化的熔渣所需的程度。該反應室也經設計以確保該電漿氣體和該殘餘物之間的高效熱傳輸，以最小化經由該產物氣體流失的顯熱量。因此，該電漿加熱構件所使用的電漿熱源類型，以及位置和方向，是在設計該殘餘物調整室時應納入考慮的額外因素。
該殘餘物調整室也經設計以確保該殘餘物留置時間足夠長，以將該殘餘物升高至適當溫度以利熔化及均質化，並且將碳完全轉化為氣體產物。據此，該反應室係經提供以一儲存槽，該殘餘物在在其中累積同時被該電漿熱源加熱。該儲存槽也容許調整製程期間固體和熔化材料的混合。足夠的留置時間和恰當的混合確保該調整製程的完整執行，並且形成的熔渣和氣態產物擁有預期成分。
該反應室係經設計以持續或間歇輸出該熔化的熔渣材料。連續的熔渣移除容許該調整製程在連續基礎上執行，其中可連續輸入及由該電漿熱處理欲調整的殘餘物，不需 中斷以進行週期性的熔渣移除。
在一實施例中，連續的熔渣排出係利用一側以一欄堰(weir)為界的儲存槽來達成，其容許該熔渣池累積至超過特定位準為止，在此時該熔化的熔渣會越過該欄堰並流出該反應室。在此實施例中，該殘餘物從位於該調整室頂端的殘餘物入口掉進儲存槽，在此其由一電漿炬羽流(plasma torch plume)調整。該熔化材料被欄堰擋在該儲存槽內直到該熔渣池達到該欄堰頂部。因此，當再有殘餘物進入該系統並被調整時，相對應量的熔化材料會溢出該欄堰並透過熔渣出口離開該反應室。
當被調整的殘餘物含有大量金屬，並且該殘餘物調整室含有以一欄堰為界的儲存槽時，該等金屬，因為其較高的熔化溫度和密度，通常會累積在該儲存槽內直到被移除為止。據此，在本發明之一實施例中，該儲存槽係經選擇性提供以一金屬流出埠，其中該流出埠係塞有一軟式耐火膏，其可利用來自氧氣槍(oxygen lance)的熱週期性移除。一旦該流出埠已經開啟並且該反應室溫度被升高至足以熔化累積的金屬時，該熔化的金屬即從該儲存槽底部流出。
在一實施例中，也可提供該儲存槽自身適於連續排出熔化的熔渣之熔渣出口。在一實施例中，該儲存槽也可提供間歇的熔渣移除，其中該儲存槽係經設計以容許熔化材料累積直到該調整製程完成為止，在此時排出該熔化的熔渣。
因為熔化該殘餘物所需的超高溫，並且明確地說為了 熔化可能存在的任何金屬，該殘餘物調整室壁係經襯以耐火材料，其會遭受非常嚴苛的操作要求。設計一殘餘物調整室之適當材料的選擇係根據一些標準來決定，例如典型的殘餘物調整製程期間會達到的操作溫度、對於熱衝擊的耐受度、以及對於來自在調整製程期間產生的熔化的熔渣和/或熱氣體之磨蝕和侵蝕/腐蝕的耐受力。
該內部耐火材係經選擇以提供對於腐蝕和侵蝕有非常高耐受力的內襯，特別是在溶渣吃水線處，除了對於高操作溫度的耐受力之外。必須考慮該內部耐火材料的孔隙度和熔渣潤濕能力，以確保所選的耐火材料對於熔化的熔渣貫穿進入該熱面(hot face)會有抗拒力。該材料也經選擇以使該耐火材料和氫氣之間的次級反應可以最小化，因此避免耐火材完整性的可能喪失以及產物氣體污染。
該殘餘物調整室通常係以多個適當的材料層製造。例如，該反應室外層，或外殼，通常是鋼鐵。此外，在該內部耐火層和該外部鋼鐵外殼之間提供一或多個絕緣層可能是有益的，以降低該鋼鐵外殼的溫度。在提供第二層時(例如，一絕緣耐火磚層)，可能也需要選擇不與氫氣反應的材料。也可提供圍繞該熔渣儲存槽外表面的絕緣板，以降低該鋼鐵外殼的溫度。當需要該耐火材膨脹而不會破裂的空間時，可使用一可壓縮材料，例如陶瓷覆蓋層，倚靠該鋼鐵外殼。該絕緣材料係經選擇以提供足夠高的外殼溫度，以避免酸性氣體凝結，若此問題是關係重大的，但不會過高而損及該外殼的完整性。
因此該耐火材料可以是技藝中已知的習知耐火材料之一，或其組合，其適於用在非常高溫(例如約1100℃至1880℃的溫度)未加壓反應用的反應室內。此種耐火材料的範例包含，但不限於，高溫燒製陶瓷(例如氧化鋁、氮化鋁、矽酸鋁、氮化硼、氧化鉻、磷酸鋯)、玻璃陶瓷和主要含有氧化矽、氧化鋁和氧化鈦的高氧化鋁磚。
因為嚴苛的操作條件，預期到該儲存槽耐火材會需要週期性保養。據此，在一實施例中，該殘餘物調整室係以可分離的上半及下半部分提供，其中該反應室下半部分(設有該儲存槽處)可從該反應室上半部分移開。在一實施例中，該反應室係懸吊在一支撐結構上，因此該下半部分可從該上半部分卸下以利保養。此實施例提供該下半部分的移動，且不會妨礙到該反應室上半部分和該系統上游或下游零組件之間的任何連結。
該殘餘物調整室也可包含一或多個埠，以容納可能選擇性需要的額外結構元件或儀器。該反應室也可包含維修埠，以容許進入該系統進行刷洗/清潔、保養、及修復。此種埠在技藝中是已知的，並且可包含各種尺寸的可密封埠孔。在一實施例中，該埠可以是檢視埠，其選擇性包含一閉路電視以使操作員對於該殘餘物製程之態樣維持最大能見度，包含監控該熔渣出口障礙物的形成。
在一實施例中，該殘餘物調整室可以是管狀。此實施例包含電漿炬裝設埠、殘餘物入口、一側以欄堰為界的儲存槽、熔渣出口、以及金屬流出埠。
該系統包含與該調整室的殘餘物入口有關聯的殘餘物輸入構件。該殘餘物入口係適於接收該殘餘物進入該殘餘物調整室。該殘餘物輸入構件將該殘餘物從該殘餘材料來源輸送至該調整室入口。
進入該反應室的殘餘物材料可來自一或多個來源。該殘餘物來源可包含，但不限於，低溫或高溫汽化器、儲存該殘餘物的料槽、或上游氣體調整系統，例如，濾袋過濾器。
當以多於一個輸入流，或從多於一個來源提供欲調整的殘餘物時，該等不同的輸入流的每一個均可透過特定殘餘物入口送進該調整室，或者可在通入該殘餘物調整室之前先合併。在後者的實施例中，提供一個殘餘物入口，所有殘餘物皆透過其間供應。據此，該反應室可包含一個共同入口或多個入口，以迎合該輸入殘餘物材料的任何物理性質。
可提供與該調整室直接交流的殘餘物來源，即每一次殘餘物輸入係從該來源直接饋送進入該殘餘物調整室。或者，可提供與該調整室間接交流的殘餘物來源，其中該等殘餘物輸入係透過輸送構件系統從該來源輸送至該殘餘物調整室內。
當該殘餘物調整室與該殘餘物來源間接連接時，該殘餘物輸入構件包含一或多個將該殘餘物從該來源輸送到該殘餘物調整室的構件。例如，該殘餘物輸入構件可包含單一個螺旋輸送帶或一系列的螺旋輸送帶。
在該殘餘物調整室與該殘餘物來源直接連接的實施例中，所用的殘餘物來源和殘餘物調整室可與間接連接的實施例者相同，除了該殘餘物來源直接與調整室交流，不需要一中介輸送構件之外。在此配置中，該殘餘物從該殘餘物來源直接傳入該鄰接(並且整合的)殘餘物調整室。在此”接觸”實施例中，該殘餘物可從該殘餘物來源主動或被動(即利用重力)輸送至該反應室。
在該殘餘物係主動輸送至該殘餘物調整室之直接連接(或接觸)的實施例中，該殘餘物輸入構件通常係位於該殘餘物來源內。此種輸送構件可包含螺旋輸送帶、旋轉手臂、轉動鏈、移動床(traveling grates)和推進溜塊。
該殘餘物輸入構件選擇性包含一控制機構，因此可控制該殘餘物的輸入速率以確保該殘餘材料的最佳熔化及均質化。
在本發明之一實施例中，添加固體製程添加物至欲調整的殘餘物，以調整該熔渣產物的成分。這些固體製程添加物可在通入該殘餘物調整室前先加入該殘餘物，或者可透過專用的添加物入口直接加進該殘餘物調整室。在一實施例中，該固體製程添加物係透過專用的添加物饋送入口直接加進該調整室。在一實施例中，該添加物係在通入該調整室前先加入該殘餘物。
當該殘餘物調整系統與含碳進料汽化製程結合時，也可能在汽化之前先將該固體製程添加物加入該進料。
該殘餘物調整系統使用一或多個電漿加熱源以轉化該 等上游製程所產生的殘餘物材料。該等電漿熱源可以是可動的、固定的或其組合。
該等電漿熱源可包含各式商用電漿炬，形成適當的高火焰溫度以在應用時持續一段期間。一般來說，可取得輸出功率約100kW至超過6MW大小的此類電漿炬。該電漿炬可使用適合的工作氣體之一或組合。適合的工作氣體之範例包含，但不限於，氬氣、氦氣、氖氣、氫氣、甲烷、氨、一氧化碳、氧氣、氮氣、和二氧化碳。在本發明之一實施例中，該電漿加熱構件係連續操作，以產生超過約900℃至約1800℃的溫度，如將該殘餘材料轉化為惰性熔渣產物所需者。
以此觀點，一些其他電漿技術適用於本系統中。例如，了解到可應用傳輸式電弧和非傳輸式電弧電漿炬(交流和直流兩者)，使用適當選擇的電極材料。也了解到也可應用感應耦合電漿炬(ICP)。適當電漿熱源的選擇係在熟知技藝者的一般技巧範圍內。
使用傳輸式電弧電漿炬而不是非傳輸式電弧電漿炬可改善該殘餘物調整製程的效率，肇因於其較高的電對熱效率，以及在該等熱電漿氣體和被熔化的材料間之較高的熱傳輸效率，因為該電弧直接通過該熔化物。當使用傳輸式電弧電漿炬時，必須確保該調整室是電氣隔離的，因為該反應室外殼會與該電源供應器的負極連接。在一實施例中，該電漿熱源係直流非傳輸式電弧電漿炬。
在本發明之一實施例中，該殘餘物調整系統包含一或 多個電漿熱源，其係經設置以最佳化該殘餘材料轉化成為惰性熔渣。該(等)電漿熱源的位置係根據該殘餘物調整室的設計來選擇。例如，當使用單一個電漿熱源時，該電漿熱源可裝設在該反應室頂部，並以相對於聚集在該反應室底部的熔渣池的位置設置以確保足夠的熱暴露，以熔化該殘餘材料並迫使該熔渣流動。在一實施例中，該電漿熱源係垂直裝設在該反應室頂部的電漿炬。
所有電漿熱源的功率及選擇性地(在使用可移動熱源時)位置皆是可控制的。在一實施例中，改變該電漿熱率(heat rate)以適應不同的殘餘物輸入速率。也可改變該電漿熱率以適應不同的殘餘物熔化溫度特性。
操作員可自行斟酌以連續或不連續基礎操作該等電漿熱源，以適應不同的殘餘物輸入速率和熔化溫度特性。
被調整的殘餘物通常會含有一部分未反應或未轉化的碳。據此，可選擇性加入空氣和/或蒸氣至該殘餘物調整室以確保碳的完全轉化，如被調整的殘餘材料之不同碳含量所需者。因為碳在一放熱反應中與氧發生反應，也可使用並調整空氣輸入以維持最佳製程溫度，同時最小化調整製程所需的電漿熱之成本。因此，維持空氣注入量以確保最大量的碳轉化為一氧化碳，並擁有執行該製程之最小的電漿熱需求。
若該調整室內的溫度過高和/或該調整製程的氣態產物有高的碳微粒(煤煙)含量，可注入蒸氣以控制溫度和/或將固體碳轉化為一氧化碳和氫氣。
因此，該反應室可包含一或多個用來注入空氣的空氣輸入埠，以及選擇性地一或多個用來注入蒸氣的蒸氣輸入埠。該等空氣和蒸氣輸入埠係經策略性地設置在該殘餘物調整室內及周圍，以確保該等空氣和蒸氣輸入至該反應室的完全覆蓋。
本發明之系統包含與該調整室結合的熔渣輸出。該熔渣輸出包含位於該殘餘物調整室上的出口，熔化的熔渣透過其間排出。該出口通常係設置在該反應室底部或附近，以利該熔化的熔渣池受重力作用流出該反應室。該熔渣輸出也包含熔渣冷卻子系統，以利該熔化的熔渣冷卻至其固體形式。
該熔化的熔渣可從該反應室間歇輸出，例如，經由製程週期末尾的批次傾瀉或週期性排放。該熔化的熔渣也可在整個製程期間以連續方式輸出。來自任一種方法的熔化的熔渣可以對於熟知技藝者而言顯而易見的數種方式冷卻並收集，以形成稠密的、無法濾取的固態熔渣。該熔渣輸出構件可進一步適於最小化加熱需求，並且藉由將該殘餘物調整室保持密封而避免該產物氣體與外部空氣接觸。根據本發明，在該殘餘物由該電漿熱調整時，所形成的熔化的熔渣累積在儲存槽內。如上所述般，在本發明之一實施例中，該熔化的熔渣係以連續方式取出，即當該儲存槽內熔化的熔渣體積增加時，其超過欄堰並經由出口離開該調整室。
在殘餘物調整室之一實施例中，該熔化的熔渣係透過 S形彎管出口排出。在此實施例中，該熔渣輸出構件可選擇性包含位於該出口處或附近的燃燒器或其他加熱構件，以將該出口處的熔化的熔渣之溫度維持足夠高，以確保該出口在整個熔渣取出週期中保持暢通。此實施例也確保該熔渣池的水位不會低於預定位準，因此保持該熔化環境密封而避免與外部環境氣體接觸。
連續傾瀉實施例特別適於被設計來在連續基礎上操作的系統，例如，當提供與連續進料汽化構件結合的殘餘物調整系統時。
在一實施例中，該熔化的熔渣在儲存槽內累積直到週期性排空儲存槽為止。在此種實施例中，可利用傾瀉機構來排空儲存槽，或透過可提供在該儲存槽內的出口以可控制地排出該熔化的熔渣。
在一實施例中，提供一機制以利用傾瀉機構從儲存槽可控制地排放該熔化的熔渣。在此實施例中，該殘餘物調整室擁有可傾斜的熔爐(crucible)，包含儲存槽、噴口、砝碼以及力臂，提供做為傾斜該熔爐的機構。
在不同實施例中，可提供不同設計選擇來控制熔化的熔渣透過該儲存槽或反應室內適當的出口之排出。可控制該熔化的熔渣排出以確保熔化的熔渣水位無法達到低於該出口頂端的地步，因此來自外部環境的氣體不會進入熔渣區域內部。
在一實施例中，儲存槽或反應室擁有在側壁內接近儲存槽/反應室底部的出口。該出口被一封在該耐火材內的 感應加熱器圍繞，其可控制圍繞該出口區域內的耐火材溫度。充份增加溫度以使熔渣保持在熔化狀態可使熔渣流過該出口。當熔渣池的水位達到預期位準時，關閉該感應加熱器，而使熔渣可在出口內固化。
在一實施例中，該出口被一軟式耐火膏”塞住”。在適於在該軟式耐火膏內”燒”出孔洞而使熔化的熔渣可以傾瀉出的位置提供氧氣槍。該輕瀉流係藉由將耐火材或其他適當材料放回該出口來止住。在一實施例中，利用一可動式水冷塞來覆蓋該出口。該水冷塞可從一關閉位置移至一開啟位置，因此露出該出口以使熔化的熔渣可排放通過該出口。因為水冷效應的緣故，該熔化材料應不會附著在該水冷塞的光滑表面上。在一實施例中，利用一楔形裝置塞住該出口。依需求將該”楔子”推進及出出口以控制熔化的熔渣之排放。
在一實施例中，該熔渣輸出設備也包含熔渣冷卻子系統，以冷卻熔化的熔渣以提供固體熔渣產物。在一實施例中，該熔化的熔渣被傾瀉入一焠熄水浴。該水浴提供一種有效的熔渣冷卻系統，並使其碎成適於商用的細粒，例如用在混凝土製造上或鋪路。該水浴也可以從熔渣室底部往下延伸進入該水浴的水密封管型態提供對於環境的密封，因此提供避免外部氣體進入殘餘物調整室的障壁。
在熔渣冷卻子系統之一實施例中，該熔化的熔渣掉進一厚壁鋼鐵接料槽(catch container)以進行冷卻。在一實施例中，該熔化的熔渣係容納在密封環境的矽砂床或進入鑄 模，以提供適於小規模處理或測試某些參數的固體熔渣，每當執行此種測試時。可在一預熱烤箱內控制該小型鑄模的冷卻。在熔渣冷卻子系統之一實施例中，該熔化的熔渣係經轉化為商用產物，例如玻璃絨(glass wool)。
在提供殘餘物調整系統來調整汽化可能含有大量金屬的材料，例如都市固體廢棄物，後餘留的殘餘物時，一部分的金屬很可能會通過汽化系統並進入該殘餘物調整室。這些金屬不一定會在正常的熔渣玻璃化溫度下熔化，因此，該熔渣儲存槽可能會日漸被金屬塞滿，因為其密度比熔化的熔渣高。為了除去累積的金屬，可週期性提高該反應室溫度以熔化任何金屬，而熔化的金屬可依需求透過一金屬流出埠從儲存槽底部流出。
當被調整的殘餘物含有一部分未反應的碳時，該殘餘物調整製程的產物會是擁有可能有用的發熱量的氣體，並且可能適於用在下游應用中。在此將此氣體稱為”殘餘氣體”。在該殘餘材料轉化為惰性熔渣期間於該殘餘物調整室內產生的氣體透過氣體出口離開該反應室。然後可在技藝中已知的氣體冷卻和/或污染防治系統內進一步處理該殘餘氣體。
據此，在本發明之一實施例中，將該殘餘氣體引導至提供來冷卻和淨化該氣體的系統，其係被稱為”固態殘餘物氣體調整系統”。該固態殘餘物氣體調整系統在上面的”氣體調整系統”部分內更詳細描述。在該殘餘氣體已經過處理之後，其即已準備好用於下游應用中。
氣體均質化系統
本發明更包含一氣體均質化系統，用以均質化輸入氣體的化學成分並調整其他性質，例如該氣體的流速、壓力、和溫度，因此形成經調節的氣體而符合下游要求。此系統使一擁有規定性質的連續且穩定氣流可以被輸送至下游應用中，例如，氣體渦輪機、發動機或其他適合應用。
明確地說，該氣體均質化系統提供一氣體均質室，其擁有設計來適應充分的氣體留置時間以獲得擁有固定輸出成份的均質氣體之尺寸。該氣體均質化系統的其它元件係經設計及配置而使該經調節的氣體符合下游應用的效能要求。該系統也可包含一反饋控制系統，以最佳化該製程的能量學和輸出。
該氣體的成分，其會從該GCS進入該均質化系統，係由上述汽化製程和該GCS決定。離開該GCS的氣體可在規定的目標成份範圍內，但是，該氣體的性質可能會因為汽化製程的變動性而隨時變化，例如進料成分和饋送速率、氣流和溫度變動。盡管有如上所述之控制該最終調整氣體的各種控制，但氣體壓力和溫度的變動通常會隨時間發生。在壓力的情況中，變動可能在每一秒鐘發生；至於溫度，則是在每分鐘發生。在本發明之一實施例中，選擇小於約0.145psi/秒的壓力變異限制。
如上所註，離開該氣體均質化系統的經調節的氣體實質上有符合下游應用規格的穩定性質。通常，機器製造者 會提供特定機器所容許的要求和容許度；氣體引擎或氣體渦輪機的此類氣體參數對熟知技藝者而言是已知的。在本發明之一實施例中，一氣體引擎可要求經調節的氣體成分LHV(低發熱量)在約30秒內擁有最大約1%的變化。在本發明之一實施例中，氣體引擎可接受HHV(高發熱量)低至約50BTU/scf的氣體，只要其最少含有約12%的氫氣即可。在本發明之一實施例中，該經調節的氣體需要渥貝指數(Wobbe Index)(定義為T(R度)/sq.rt(比重))是設計值的+/-4%，以用於渦輪發動機。此外，一渦輪發動機也可要求約300Btu/scf的最小LHV和約475psi的最小壓力。在本發明之一實施例中，該發動機會要求經調節的氣體溫度大於或等於露點溫度加上約20℉，此時最大相對濕度是約80%。
根據本發明之一實施例配置的用來產生經調節的氣體的氣體均質化系統包含：降溫器；氣體/液體分離器；均質室，一釋壓閥和一壓力控制閥與其連接；氣體調整道(gas conditioning skid)，包含氣體/液體分離器和加熱器；過濾器；以及壓力調整閥。隨後可引導該經調節的氣體通過一適合導管至發動機。
實質上清潔的氣體從該GCS在該冷卻器處進入該均質化系統，在此該氣體溫度被適當調整。然後該氣體被送至該分離器，利用適合的導管構件，在此處該氣體的溼度被調節。接著，該氣體進入該均質室，利用氣體入口導管構件。一旦位於該均質室內，該氣體即被調配或混合，形 成擁有穩定成份的氣體。該調配或混合氣體的氣體流速和壓力在該調配或混合氣體從該均質室離開時再次被調節。適合的導管構件然後將該調配或混合氣體攜至該氣體調整道，在此進行該調配或混合氣體的溫度和濕度調整。該調配或混合氣體，由適合的導管構件攜送，然後被過濾並調節以適於壓力。所形成的經調節氣體，現在符合下游應用的預期要求，可被引導通過適合的導管構件至該發動機。
通常，氣體會在其形成時從GCS輸送至該均質室。為了確保一致的輸入氣體流速，也可運用一氣流感應構件。同樣的，為了確保該輸入氣流例如氣體成份、流速、溫度和壓力等因素符合預期的目標性質範圍，可在均質化之前用一監控系統來監控該輸入氣體，如熟知技藝者會知道者。若有這些因素的分析結果，接著即可將氣體引導至該均質室。
該氣體均質室從GCS接收調整氣體，然後支援該氣體的調配或混合以減少該均質室內之氣體的化學成分的變動。其它氣體性質的變動，例如壓力、溫度和流速，也可在該氣體的調配期間降低。
在本發明之一實施例中，該反應室的尺寸係根據上游汽化系統的效能性質和下游應用的要求來設計，目標為實質上盡量最小化該反應室的尺寸。該氣體均質室係經設計來接收來自汽化製程的氣體，並保留該氣體一段特定留置時間以容許該氣體有充分的調配或混合，以降低干擾和/或變動並得到化學成分實質上固定的氣體。
在本發明之一實施例中，均質室的尺寸可基於總系統反應時間來計算，其包含轉化器和分析器採樣探針之間的製程留置時間，加上採樣系統、分析及傳輸至工廠控制系統(PCS)的時間之總系統反應時間。
該留置時間是氣體被引導至下游應用前留在該均質室內的平均時間。該留置時間實質上與相關的汽化系統反應時間成比例，以減輕該汽化系統內變動的改變率的影響，以得到落在可接受的容限值內的氣體性質。例如，該氣體組成被保留在該均質室內足夠長的時間以判定其是否落在特定下游應用所許可的氣體成份容限內，並且對該汽化製程執行任何調整以解決異常。以此方式，該系統可影響氣體性質的改變率，因此擁有快速製程延遲的上游控制能夠符合下游應用的規格。在一實施例中，利用每30秒約1%的最大低發熱量(LHV)改變以及約0.145psi/秒的最大壓力改變來判定留置時間。
氣體在該均質室內的留置時間係由氣體性質的變異量來判定。也就是說，氣體性質的變異越小，需要停留在該均質室內以校正此變異的時間就越短。
取決於本發明之不同實施例，留置時間可在低於約1分鐘至約20分鐘之間改變。在一實施例中，留置時間範圍從約15至約20分鐘。在一實施例中，留置時間範圍從約10至約15分鐘。在一實施例中，留置時間範圍從約5至約10分鐘。在本發明之一實施例中，留置時間範圍從約3至約5分鐘。在本發明之一實施例中，留置時間範圍從約 1至約3分鐘。在本發明之一實施例中，留置時間在低於約1分鐘的量變動。
在一實施例中，留置時間約為20分鐘。在一實施例中，留置時間約為18分鐘。在一實施例中，留置時間約為15分鐘。在一實施例中，留置時間約為13分鐘。在一實施例中，留置時間約為10分鐘。在一實施例中，留置時間約為8分鐘。在一實施例中，留置時間約為6分鐘。在一實施例中，留置時間約為4分鐘。在一實施例中，留置時間約為3分鐘。在一實施例中，留置時間約為2分鐘。在一實施例中，留置時間約為1分鐘。在一實施例中，留置時間係低於約1分鐘。
均質室的體積容量與特定下游應用以及因為該進料的異質性而預期到的變動所需要的留置時間相關。在本發明之一實施例中，可變氣體體積範圍係從約0-290立方公尺。在一實施例中，可變氣體體積範圍係從約0-1760立方公尺。在一實施例中，可變氣體體積範圍係從約0-2050立方公尺。在一實施例中，可變氣體體積範圍係從約0-30,000立方公尺。在本發明之一實施例中，均質室的最大容量為約290立方公尺。在一實施例中，均質室的最大容量為約1800立方公尺。在本發明之一實施例中，均質室的最大容量為約2300立方公尺。在本發明之一實施例中，均質室的最大容量為約30,000立方公尺。
所選擇的下游應用可直經影響該均質室的操作壓力。例如，氣體引擎會需要約1.2-3.0psig的氣壓，而氣體渦 輪機會需要約250-600psig的氣壓。該均質室的機械設計壓力係經相對應計算以適應所選應用需要的操作壓力。在一實施例中，該均質室的機械設計壓力適於保持用於氣體引擎的氣壓。在一實施例中，該均質室的機械設計壓力適於保持用於氣體渦輪機的氣壓。在一實施例中，該均質室擁有約5.0psig的機械設計壓力。在本發明之一實施例中，該均質室擁有約10.0psig的機械設計壓力。在本發明之一實施例中，該均質室擁有約25.0psig的機械設計壓力。在本發明之一實施例中，該均質室擁有範圍從約100至約600psig的機械設計壓力。
熟知技藝者也可理解為了符合下游應用的需求，例如氣體引擎，一較低壓系統會比其他應用佔優勢，例如氣體渦輪機，此時較高壓的氣流會是較恰當的。
該均質室擁有會適應所容納的氣體以及下游應用的規格之機械設計溫度容限。通常，溫度範圍會在約-40℃至約300℃之間。在本發明之一實施例中，該反應室的機械設計溫度範圍在約-37℃至約93℃之間。
不同類型的均質室包含，但不限於氣量計(gasometer)、儲氣器(gas holder)、可變體積及固定體積槽，例如標準燃料槽和清潔槽。因此，根據本發明之一實施例，該均質室係一標準燃料槽。根據本發明之一實施例，該均質室係一固定體積槽，例如清潔槽。根據本發明之一實施例，該均質室係一可變體積槽。根據本發明之一實施例，該均質室係一氣量計或儲氣器。
通常該均質室會位於地面上。但是，預期到為了美觀因素，或在不容許地面上的燃料貯藏的審判中，均質室可位於地面下。因此，在一實施例中，該均質室位於地面下。在一實施例中，該均質室位於在地面上。在本發明之一實施例中，該均質室係經設置而使其一部分在地面下。
進一步預期到可將均質室配置為擁有多於一個反應室的均質化系統，或者可配置為流體平行互聯的一或多個單獨均質室。熟知技藝者可輕易察知每一種固定體積均質室均可被獨立選為上述實施例之一，例如，壓力瓶、雙膜儲氣器、多重吸收型儲氣器等，只要整個系統有單一個氣體入口和單一個氣體出口。熟知技藝者會能夠斷定每一種設計在一已知用途上的適用性。
已知來自汽化系統的氣體可能具高度毒性且是高度可燃的，並且在大部分情況中會被儲存在室外暴露於各種環境條件下，例如極大的溫度改變、雨水、太陽、雪、風、及諸如此類者。據此，均質室會以適合的安全材料製成。材料的非限制性範例包含塑膠(PVC)、鋼鐵、複合材料，例如玻璃纖維、強化塑膠或鋼鐵、以及鋼鐵合金。在此也預期到由這些材料的組合物構成的氣體均質室，例如含有適合的內部塗層之金屬一般。具塗層的金屬，例如，對於那些位於地面下的反應室而言可以是有用的，因為此種塗層提供附加的環境保護。也可能要求具塗層的金屬以滿足政府規定。
熟知技藝者會理解該輸入調整氣體的氣體性質會在氣 體均質化製程期間被監控，以判定該氣體是否符合下游要求以及需要什麼樣的調整來滿足此種要求。氣體性質的監控可在該均質室內發生或在氣體輸送至該均質室之前發生。該氣體監控構件可採用感應元件、回應元件、和可監控和/或調節氣體成份、流速、溫度和壓力的控制器形式。
在本發明之一實施例中，可實施反饋循環(feedback loop)，其中所產生的氣體被即時分析並據此調整該汽化系統的操作以執行必要的校正。在一實施例中，該均質室包含一或多個感應元件，用以分析例如氣體成份、溫度、流速和壓力等氣體性質，熟知技藝者會輕易瞭解每一個感應元件的配置。例如，可利用熱耦，或其他溫度感應器形式來測量溫度；可利用絕對壓力感應器、計示壓力感應器(gauge pressure sensor)、真空壓力感應器、差壓感應器或其他壓力感應器來測量壓力；可利用流量計或其他流速感應器來測量流速；可利用基於聲學特性(acoustic properties)的氣體成分感應器、或可輕易理解的其他氣體成份感應器來測量氣體成分。
在一實施例中，可配置一特殊感應元件來測量該氣體的多種性質，其中熟知技藝者會輕易了解這些感應器類型。在一實施例中，該均質室更包含一或多個控制器，配置來產生傳送至一或多個回應元件的指令以調節氣體性質，例如氣體成份、溫度、流速和壓力。
在本發明之一實施例中，在該均質室內設置多個感應元件，以提供在該反應室內不同位置處進行氣體性質抽樣 的能力，藉此提供評估其內氣體均質性的方式。此外，可在該均質室內設置一或多個冗餘感應元件以確保一或多個感應元件的準確操作。此外，在一實施例中，使用兩或多個感應元件來評估相同參數，並且所測得的參數值係經定義為該兩或多個感應元件判定的讀數之間的相互關係。
使用含有一或多個導管的入口來將該氣體從該汽化系統攜送至該均質室。如上所註，該系統的上游零組件可選擇性包含一或多個降溫器、氣體/液體分離器、感應式氣流元件、氣體監控系統，其可包含溫度和壓力控制器，以及控制閥。
該氣體係利用設計來在預定溫度和壓力下攜送該氣體的導管從該GCS輸送至本發明的均質室。熟知技藝者會理解這些導管可採取輸送管、導管、軟管、或諸如此類的形式。
因為氣體通常在其產生時從該GCS取出，故氣流一般是不均勻的。當該GCS在低於大氣壓下操作時，一感應器流元件可輸送該氣體通過該均質室。該感應氣流元件可位在該均質室前面的任何位置。如技藝中會瞭解者，適合的氣流元件包含，但不限於，鼓風扇和真空幫浦，或其他適合的流量感應元件。
如上所述，可在該均質室內或在輸入之前監控該輸入氣體的氣體性質。在一實施例中，該監控系統可以是該入口設備的一部分，並且可包含自動化設備，例如一或多個感應元件，能夠提供氣體性質的詳細評估。例如，這些性 質可包含連續氣壓和溫度監控加上連續產物氣體流速和成分監控。熟知技藝者會輕易了解收集關於該氣體的上述資訊所需的採樣構件。例如，可利用熱耦，或其他溫度感應器形式來測量溫度；可利用絕對壓力感應器、計示壓力感應器、真空壓力感應器、差壓感應器或其他壓力感應器來測量壓力；可利用流量計或其他流速感應器來測量流速；可利用基於聲學特性的氣體成分感應器、或可輕易理解的其他氣體成份感應器來測量氣體成分。
在一實施例中，可配置一特殊感應元件來測量該氣體的多種性質，其中熟知技藝者會輕易了解這些感應元件類型。
此外，在一實施例中，該監控系統可包含一種用來做氣體分析的構件，其與一反饋系統操作性結合為製程控制系統(PCS)之一整合的連線部件。此種整合的連線氣體分析所提供的優勢是製程控制之較佳調整能力及對於該氣體的各種應用之強化的控制和均質化能力。
在本發明之某些實施例中，該氣體入口可進一步包含一種用來控制進入該均質室的氣體流速的構件，因此控制該反應室內的氣體壓力。此壓力控制子系統可包含習知閥門或技藝中已知的關閉系統。示出壓力調整元件之若干非限制性範例做為例子。該壓力控制系統回應來自該監控系統的訊號，並且可控制該氣體的流速並且適當地引導該氣體。在一實施例中，該壓力控制系統包含一閥門，符合要求和不符合要求的氣體可藉其分別被引導至該均質室和燃 燒室或焚化爐。
該經調節的氣體係利用設計來在預定溫度和壓力下攜送該氣體的經調節的氣體導管從該均質室輸送至下游應用。熟知技藝者會理解這些導管可採取輸送管、導管、軟管、或諸如此類的形式。
如已經討論者，使用一監控系統來監視/控制該氣體，在其進入該均質室之前或在其停留在該均質室期間。同樣的，可用一監控系統來監控該經調節的氣體，在其被輸送至下游應用之前。這可用來確認和控制該等性質。
該經調節的氣體出口可進一步包含一種用來控制從該均質室送至下游應用的經調節的氣體流速的構件。與在該入口操作的控制系統輪流工作，或同時工作，可控制該均質室的壓力。該出口內的壓力控制可包含習知閥門或技藝中已知的關閉系統。如上所討論者，該流量及壓力控制系統回應來自監控該經調節的氣體性質的監控系統之訊號，在該氣體離開該均質室時。例如，該控制系統可包含一壓力調整閥，其可利用一或多個回應元件調整以控制氣體流速和壓力。
該經調節的氣體出口可進一步包含一種用來在該經調節的氣體離開該均質室時將其加熱的構件。熟知技藝者也會了解將一氣體/液體分離器併入本發明系統產生的優勢。
例如氣體引擎和氣體渦輪機的下游應用通常對於可能在氣體產生製程的任何時間點進入該氣體的微量元素 (trace elements)是很敏感的。關於此，該系統可包含擁有適當孔隙的一或多個過濾器以篩掉這些可能造成干擾的污染物，同時實質上限制該過濾器對氣體流速造成的影響。在一實施例中，一過濾器與該等發動機共同的集管(header)結合。在一實施例中，每一個發動機燃油車擁有其自身的過濾器。在一實施例中，上述的兩個過濾方法皆被使用並且可配置為兩階段過濾製程。
該經調節的氣體出口元件可進一步包含壓力調節閥元件，以在傳送至該下游應用之前控制該經調節的氣體的壓力。
熟知技藝者會了解下游應用會指定該經調節的氣體所需的特定氣體性質。例如，有效操作氣體引擎所需的氣壓與氣體渦輪機者不同。如上所討論者，氣體渦輪機會需要相對高的氣壓。因此，預期到在需要高的氣壓之實施例中，可在該均質化系統內包含一氣體加壓構件。氣體加壓構件在技藝中是已知的並且可包含各種設計的氣體壓縮機，例如軸流壓縮機、往復式壓縮機、螺旋壓縮機、離心壓縮機。其它實施包含對角或混流壓縮機、渦卷式壓縮機(scroll compressor)、或其他氣體加壓構件，如熟知技藝者會知道者。
該壓力控制系統可另外包含一或多個擁有控制閥的緊急排出埠。當氣流無法以足夠快的速度減少時，例如因為上游的操作失靈，或氣體引擎的下游故障，可開啟緊急控制閥以透過緊急排出埠釋放氣體。
該緊急閥可快速開啟，因此氣壓不會有顯著改變(約<1%)。熟知技藝者會了解該緊急排出埠和相應的閥門可位於本發明之均質化系統內任何位置。在一實施例中，該緊急埠係位於該均質室內。在一實施例中，該緊急埠係位於該入口設備內。在一實施例中，該緊急埠係位於該出口設備內。
本發明提供用來將含碳進料轉化為氣體的控制系統。明確地說，該控制系統係經設計以使其可配置來控制在汽化系統內，和/或由汽化系統實施的一或多個製程，或是其一或多個零組件，以將此類進料轉化為氣體，其可用在一或多種下游應用中。可由所揭示的控制系統之不同實施例控制的汽化製程可包含在，以各種組合，轉化器、殘餘物控制器、同流換熱器和/或熱交換機系統、一或多種氣體調整器、氣體均質化系統和一或多種下游應用中。這些零組件和子系統的範例會在下面參考圖式更詳細描述，其示出可利用本控制系統控制的汽化系統之例示實施例。
一般來說，利用本發明控制的汽化製程通常在包含一或多個製程區域以及一或多個熱源的轉化器內發生，其在某些實施例中可包含一或多個電漿熱源。該轉化器通常也包含一或多個進料饋送機構和/或元件以輸入該進料，其可包含單一進料(例如，都市固體廢棄物(MSW)、高碳進料(HCF)、煤、塑膠、液體廢棄物、危險廢棄物等)、特殊進料(distinct feedstocks)、和/或混合進料進入該轉化器，以及設備，以添加一或多種製程添加物，例如蒸氣、氧化劑、 和/或富含碳的材料等添加物(後者係選擇性提供為次級進料)。該等氣態產物透過一或多個輸出氣體出口離開該轉化器。如下面會進一步描述者，該轉化器主要包含單一區和/或反應室轉化器、或多區和/或反應室轉化器，例如包含一汽化器和重組器，其中汽化和重組製程係分別實施。這些及其他轉化器配置會在下面參考圖式更詳細描述，其提供此類轉化器的多種例示實施例。
在一實施例中，電漿熱的應用(例如，透過電漿熱源，例如電漿炬或諸如此類者)，結合添加物的輸入，例如蒸氣和/或氧氣和/或富含碳的材料，輔助控制氣體性質，例如流速、溫度、壓力和成分。該汽化系統也可使用電漿熱來重組所產生的逸氣，和/或熔化副產物灰渣並將其轉化為擁有商業價值的類玻璃產物所需的高溫熱。
利用本發明控制的汽化製程可進一步包含用來管理並控制汽化製程之固體副產物的處理之構件。明確地說，汽化系統可包含一固體殘餘物調整器，用以將進料至能量轉化製程所產生的固體副產物，或殘餘物，轉化為玻璃化、均質的低濾取性物質。汽化製程的固體副產物可採取焦炭、灰渣、熔渣、或其某些組合的形式。
利用本發明控制的汽化製程也可包含用來回收來自熱的產物氣體之熱的構件。此種熱回收可利用多種熱交換器實施，例如氣體對氣體熱交換器，其中用該熱的產物氣體來加熱空氣或其他氧化劑，例如氧氣或富含氧的空氣，其然後可選擇性用來提供熱給該汽化製程。回收的熱也可用 在工業加熱應用上，例如。選擇性地，一或多種蒸氣產生熱交換器可被控制為該汽化製程的一部分以產生蒸氣，其能夠，例如，用來做為汽化和/或重組反應的添加物，或驅動一蒸氣渦輪機以產生電力。
利用本發明控制的汽化製程可進一步包含一轉化器氣體調整器，或其他此類氣體構件，以調整該汽化製程產生的產物氣體供下游使用。例如，該產物氣體可被引導至一轉化器氣體調整器，如從處理上述殘餘物轉化器中的殘餘物產生的氣體般，在此其經歷特定程序的製程步驟而產生適於供下游使用的輸出氣體。
利用本發明控制的汽化製程可進一步包含一氣體均質化系統，用以提供該產物氣體至少第一程度的均質化。例如，藉由使該產物氣體在該均質化系統內經歷一段特定留置時間，該氣體的各種性質可至少部分均質化而降低此類性質的變動性。例如，該產物氣體的化學成分，以及例如流速、壓力、和/或溫度等其他性質可藉由該均質化系統至少部分地穩定以符合下游要求。在一實施例中，汽化系統的均質化系統提供氣體均質室或諸如此類，其尺寸係經過設計以適應足以獲得擁有足夠一致的輸出成份、壓力、溫度和/或流速的氣體之氣體留置時間。一般來說，均質化系統的性質會根據下游應用的要求來設計，並且，與控制系統減少產物氣體性質變動的能力有關，當該控制系統係以此目的設計時。
該控制系統操作性控制與整個汽化製程相關的各種局 部、區域和/或整體製程，藉此調整其適於影響這些製程的各種控制參數而達到所選擇的結果。各種感應元件和回應元件因此分布在控制系統四處，或與其一或多個零組件相關聯，並用來取得各種製程、反應劑和/或產物性質，將這些性質與可引導此類性質達到預期結果的適合範圍做比較，並藉由透過一或多個可控制製程元件對一或多個正在進行的製程實施改變來做出反應。
在一實施例中，該控制系統係用來控制汽化製程以將含碳進料轉化為適用於所選的下游應用的氣體。在一範例中，控制該汽化製程而使其產物氣體可以連續方式使用和/或即時方式，以便立即使用。據此，該控制系統可包含，例如，一或多個感應器，以感應將用在下游應用中的氣體之一或多種性質。一或多個計算平台與這些感應元件通信地連接，以存取代表該(等)感應到的性質之特徵值，並經配置以將該(等)特徵值和定義來表示該氣體適於所選的下游應用之此類值的預定範圍做比較，並計算引導特徵值維持此預定範圍的一或多個製程控制參數。因此複數個回應元件可與可操作以影響該製程因此調整該氣體的感應特性之一或多個製程元件操作性連接，並與該(等)計算平台通信地連接，以存取該(等)計算的製程控制參數並據此操作該(等)元件。
例如，該控制系統可經配置以控制含碳進料轉化為擁有適於下游應用的一或多種性質之氣體，其中意欲透過在氣體渦輪機內燃燒利用該產物氣體產生電力，或用於燃料 電池應用。在此類應用中，希望可得到能夠最有效地用來做為各個能量產生器的燃料之產物。或者，若該產物氣體是要用來做為進一步化學處理的進料，則成份會是對特定合成應用而言最有用的。
在一實施例中，該控制系統提供反饋、前餽和/或製程能量學的預測性控制以實質上維持反應設定點，因此使汽化製程可在最佳反應條件下執行，以產生擁有特定成分的產物。例如，進料轉化為氣體的總能量學可利用適當配置的汽化系統來判定並達到，其中可評估並可控制地調整各種製程性質以影響淨整體能量學的判定。此類性質可包含，但不限於，該進料的發熱量和/或成分、該產物氣體的性質(例如，發熱量、溫度、壓力、流速、成分、碳含量等)、容許此類性質變異的程度、以及輸入成本相對於輸出價值。對於各種控制參數的連續和/或即時調整，其可包含，但不限於，熱源功率、添加物饋送速率(例如，氧氣、蒸氣等)、進料饋送速率(例如，一或多種分別和/或混合饋送)、氣體和/或系統壓力/流速調節器(例如，鼓風機、釋壓和/或控制閥、燃燒塔(flares)等)、以及諸如此類者，可以根據設計規格評估並最佳化淨整體能量學的方式執行。
或者，或此外，該控制系統可經配置來監控汽化系統的各種零組件的操作以確保適當的操作，並且選擇性地。以確保如此實施的製程係在管理標準內，當施用此類標準時。
根據一實施例，該控制系統可進一步用來監視及控制 汽化系統的總能量衝擊。例如，用來轉化進料的汽化系統可經操作而使其能量衝擊降低，又或是最小化，例如，藉由最佳化此時實施的一或多個製程，亦或是藉由增加這些製程產生的廢熱的回收。或者，或此外，該控制系統可經配置以透過受控制的製程來調整所產生的產物氣體之成分和/或其他性質(例如溫度、壓力、流速等)，而使此類性質不僅適合下游使用，並且實質上也最佳化而有高效和/或最佳的使用。例如，在該產物氣體係用來驅動一特定類型的氣體引擎以產生電力的實施例中，該產物氣體的性質可經調整以使這些性質最符合用於此類發動機的最佳輸入性質。
在一實施例中，該控制系統可經配置以調整汽化製程，以符合和/或最佳化與反應物和/或產物在各種零組件內的留置時間有關、或與整體汽化製程的各個製程有關的限制或效能之指導方針。例如，在使用都市廢棄物做為進料的實施例中，調整此種廢棄物的汽化製程可能被視為是很重要的，以估計該廢棄物在預處理和/或儲存階段中的最大留置時間。例如，廢棄物和/或其他進料可週期性或以繼續的方式傳送至該受控制的系統設備，其中此進料的處理必須受到控制以避免其庫存過多(例如增加的預處理留置時間)，同時容許連續操作(例如減少或避免停機時間)。在此範例中，可控制一已知進料的處理速率以實質上符合此進料的輸送速率，因此容許輸送的進料在儲存或預處理階段有實質上固定的留置時間(例如數小時、數天、數週等)。
同樣地，可控制進料在汽化系統的轉化器內的留置時間以容許充分處理，而不會耗盡資源因此不當減少和/或限制下游製程和/或應用。例如，一特定轉化器配置可容許完成適當的進料處理之相對穩定的留置時間(例如分鐘、小時等)。同樣可控制該轉化器的下游零組件而使其適合的留置時間實質上被遵守。例如，使氣體流過熱交換系統、調整系統和/或均質化系統可在特定氣流和/或滯留時間下利用此類零組件得到最佳地處理。同樣地，氣流和/或滯留時間的變異可藉由控制此類系統零組件的各個元件來處理及補償。
熟知技藝者會了解該汽化系統和控制系統，在其各種實施例中，可用在一些擁有許多獨立和/或合併的下游應用之製程系統內。該控制系統進一步能夠，在各種實施例中，以連續和/或即時方式同時控制一製程的多個態樣。
參見第？及？圖，該控制系統可包含適合手邊應用之任何類型的控制系統結構。例如，該控制系統可含有實質上集中的控制系統(例如，見第？圖)、分散的控制系統(例如，見第？圖)、或其組合。一集中控制系統通常會含有中央控制器，其係經配置以與各種原位和/或遠端感應元件和回應元件交流，其係分別配置來感應與該受控制的製程相關的各種性質以及透過適於直接或間接影響該受控制的製程之一或多個可控制製程元件對其做出反應。使用集中結構，大部分的計算係透過集中的處理器做中央處理，因此用來實施製程控制必須的硬體和/或軟體大部分在相同位置。
分散式控制系統通常會含有兩或多個分散的控制器，其每一個皆可與各自的感應和回應元件交流，以監控局部和/或區域性質，並透過配置來影響局部製程或子製程的局部和/或區域製程元件對其做出反應。分散式控制器之間也可透過各種網路配置而發生交流，其中由第一控制器感應到的特性可與第二控制器交流以在該處反應，其中此種遠端反應可對在第一位置感應到的特性產生影響。例如，可利用下游監控元件來感應下游產物氣體的特性，並藉由調整與被上游控制器控制的轉化器有關的控制參數來調整。在分散式結構中，控制硬體和/或軟體也分散在控制器之間。其中可在每個控制器上實施相同但模組化配置的控制機制，或者可在各個控制器上實施各種合作性模組控制機制。
或者，該控制系統可細分為不同但通信地連接的局部、區域和/或整體的控制子系統。此種結構可容許一特定製程、或一系列相互關聯的製程發生，並以與其他局部控制子系統有最少交互作用的方式局部控制。一整體的總控制系統然後可與每一個個別的局部控制子系統交流，以指揮對於局部製程的必要調整以達到總體結果。
本發明之控制系統可使用上述任何結構，或技藝中眾所周知的其他結構，這被視為是落在本發明的一般範圍和性質中。
該控制系統200包含回應元件，以控制反應條件並管理含碳進料轉化為輸出氣體的化學作用和/或能量學。此 外，該控制系統可判斷並維持操作條件，以維持理想的汽化反應狀態，無論是否是最佳的。理想操作條件的判斷取決於製程的整體能量學，包含例如含碳進料的成分和產物氣體的特定性質等因素。該進料的成分可在實質上同質至完全異質的範圍內變動。當進料的成分變化時，則特定控制參數可能需要持續調整，透過回應元件206，以維持理想操作狀態。
該控制系統200可包含許多回應元件，每一個均可經設計以執行指定工作，例如，控制該等添加物之一的流速，控制汽化系統一或多個熱源之一的位置或功率輸出，或控制副產物的收回。該控制系統200可進一步包含志成系統，例如計算構件204的處理器208內者。在一實施例中，該製程系統可包含許多子製程系統。
該控制系統可利用交互執行定義來反應一特定汽化系統的現行實施之各種系統和/或製程計算來進一步強化。此類計算可得自各種系統和/或製程模式，其中製程和/或系統性質和控制參數的模擬可以預測和/或校正方式運用，以控制如此模式化的系統或子系統。美國專利第6,817,388號提供此種系統模式之一範例，其可與控制系統200並用以定義各種操作參數，並據此預測結果，以用來做為實施系統10的各個製程之起始點。在一實施例中，這些及其他此類模式係偶而或規律使用，以持續地重新評估和/或更新該系統10的各種系統操作範圍和/或參數。在一實施例中，使用NRC HYSYS模擬平台，並且可考量如輸入、廢 棄物類型、輸入化學成分的任意組合、熱化學性質、含水量、饋送速率、製程添加物等。該模式也可提供各種選擇性互動製程最佳化以考量，例如，位置及進料類型特性、最大化能量回收、最小化放射、最小化資金及成本等。最後，基於所選的模式選擇，該模式然後可提供，例如，各種操作特徵、可得產能、系統設計特徵、產物氣體性質、放射程度、可回收能量、可回收副產物和最佳低成本設計。美國專利第6,817,388號提供各種範例表示，其可輕易應用在本發明中，如對於熟知技藝者顯而易見般。
該製程系統和任何一個子製程系統可僅包含硬體或硬體及軟體的任意組合。任何子製程系統可包含沒有或多個比例(P)、積分(I)或微分(D)控制器之任意組合，例如，P控制器、I控制器、PI控制器、PD控制器、PID控制器等。P、I、和D控制器組合的理想選擇取決於部分汽化系統之反應製程的動力學和延遲時間和該組合想要控制的操作條件範圍，以及該組合控制器的動力學和延遲時間，這對於熟知技藝者而言是顯而易見的。
組合控制器之設計的重要態樣可以是在將各自的控制變量或控制參數從起始值調整至特定值時，暫態時間期間的短暫態期(transient periods)和微小震動。對於熟知技藝者而言顯而易見的是，這些組合可以類比電路型態實施，其可持續監控，透過感應元件202，一特徵值，並將其與一特定值比較以影響各自的控制元件而做出適當調整，透過回應元件204，以減少觀察值和特定值之間的差異。
進一步對於熟知技藝者而言顯而易見的是，該等組合可在一混合的數位硬體軟體環境中實施。額外的任意採樣、資料取得、以及數位處理之相關影響對熟知技藝者而言是眾所皆知的。P、I、D組合控制可在前餽和反饋控制機制中實施。
在校正，或反饋，控制時，控制參數或控制變量值，透過適當感應元件監控，係與一特定值或範圍比較。控制訊號係基於兩個值之間的偏差來判斷，並提供給控制元件以減少該偏差。例如，當輸出氣體超過預定的氫氣：一氧化碳比例時，反饋控制構件可決定對於輸入變量之一的適當調整，例如增加添加氧氣的量以使氫氣：一氧化碳比例回到該特定值。透過適當回應元件造成控制參數或控制變量之改變的延遲時間有時稱為迴圈時間(loop time)。調整，例如，電漿熱源功率、系統內壓力、富含碳添加物輸入速率、或氧氣或蒸氣流速的迴圈時間可能是約30至60秒，例如。
在一實施例中，產物氣體成份係在上述反饋控制中用來做比較的指定值，其中詳細指明產物氣體中一氧化碳和氫氣量的固定值(或值的範圍)。在另一實施例中，該指定值係產物氣體加熱值(例如低發熱量(LHV))的固定值(或值的範圍)。
反饋控制可用在需要直接監控或模式預測符合要求的任何數量的控制變量和控制參數上。有許多提供自身使用在反饋控制機制中的汽化系統10之控制變量和控制參 數。反饋機制可在系統和/或製程性質的控制系統態樣中有效實施，其中該等性質可直接或間接感應、和/或從感應值取得、並透過運用調整的控制參數來操作適於影響這些性質的一或多個製程元件之回應動作控制。
會了解習知反饋或回應控制系統可進一步適於包含一適應性和/或預測性零組件，其中對於一特定條件的回應可根據模式化和/或先前監控的反應來調整，以提供對於感應到的特性之反應性回應，同時限制潛在的過分補償動作。例如，可合併使用為一特定系統配置提供之取得的和/或歷史資料，以調整對於被感應到落在距離經先前回應監控並調整以提供預期結果之最佳值一特定範圍內的系統和/或製程性質的回應。此種適應性和/或預測性控制機制在技藝中是已知的，因此，不視為背離本揭示之一般範圍和性質。
前餽控制製程輸入參數來影響，在不監控的下，控制變量及控制參數。該汽化系統可為一些控制參數使用前餽控制，例如供應給一或多個電漿熱源之一的功率量，例如。電漿熱源(15,44)之電弧的功率輸出可以各種不同方法控制，例如，藉由脈衝調變施加給該電漿炬以維持電弧的電流、改變電極之間的距離、限制電漿炬電流、或影響電漿的成分、方向或位置。
可以氣態或液態變型或受研磨型態提供給該轉化器14之添加物，或，例如，可透過噴嘴噴灑或以其他方式注入者，的供應速率可以前餽方法利用特定控制元件來控制。但是，添加物溫度或壓力的有效控制可能需要監控及 封閉迴路反饋控制。
模糊邏輯控制以及其他類型的控制同樣可用在前餽和反饋控制機制中。這些類型的控制實質上可脫離標準的P、I、D組合控制，以電漿重組反應動力學被模式化並模擬以預測如何改變輸入動量或輸入參數以影響指定結果的方式。模糊邏輯控制通常僅要求含糊的或經驗上的反應動力學(通常是系統動力學)或系統操作條件描述。模糊邏輯和其他類型的控制之態樣及實施考量對於熟知技藝者來說是眾所皆知的。
系統的模組化
此設計之一實施例係一模組化工廠設計。模組化工廠是每一個功能區塊均是預建構零組件的設施。這使該等零組件可在工廠設定中建造，然後送至設施位址。這些零組件(或部件)包含欲功能化的所有構件和控制，並且在離開工廠之前測試過。該等部件通常係用鋼架建造，並且通常含有各種可能部份，例如：汽化區塊、氣體品質控制系統、電力區塊等。一旦到了現場，這些部件僅需要與其他部件連結，而該控制系統即準備好進行好工廠任務。此設計容許有較短的建構時間並節省成本，因為降低的現場建構成本。
存在有不同類型的模組化工廠設置。較大的模組化工廠包含一”骨幹”管線設計，其中大部分管線被束在一起以容許有較小的面積。在操作觀點上，該等部件也可串聯或 並聯設置。此時功能相似的構件可分攤工作或先後提供生產線處理。
在此技術中模組化設計之一可能應用係其使多重廢棄物的汽化有更多選擇。此技術可容許在單一高產能設施中使用多個汽化器。這會容許使每一個汽化器一起或分開共處理廢棄物的選擇；可取決於該等廢棄物來最佳化該配置。
若因為增加的工作量而需擴廠，模組化設計容許此技術置換或添加組件至該工廠以增加其產能，而非建造第二個工廠。部件和模組化工廠可以重置到其可以快速整合進入新位置的其他位址。
功能組合
合併不同汽化串流(一系列構件)的功能是有可能的，因此可在從多於一個材料流接受氣態或固態材料的容器內執行共同功能。如下圖式顯示出應用在MSW/煤/生質汽化上之此觀點。
在此實施例中示出兩個串流，雖然合併串流之間的功能之此設置可發生在任何數量的串流以及每一個串流的任意進料上(即使一個串流擁有組合進料)。一旦一進料流已經被合併，操作者仍然可選擇平行處理構件下游；該等平行材料流不需要是相同大小，即使處理相同的氣體。
每一個功能族群代表如下系統
1.主要汽化室
2.熔渣室
3.精鍊室
無合併，第107圖在此實施例中，有兩個可使氣流為下游系統混合的不同系統；例如均質化槽或引擎。
GCS合併，圖式在此實施例中，來自每一個串流之功能容器2&3的氣體一起饋送進入單一個GCS內，其為了該氣流被適當裁製。
功能2合併，第108圖在此實施例中，該等串流僅有功能容器1不同，而所有其他功能均由相同的合併構件串流處理。
功能3合併，第109圖在此實施例中，來自功能容器1的氣體進入合併的功能容器3，其係經適當裁製。
功能2&3合併，第110圖在此實施例中，來自功能容器1的氣體進入合併的2，而來自功能容器1的材料進入合併的功能容器3；其係經適當裁製。來自合併的功能容器2&3的氣體然後行進至一合併的GQCS。
合併控制
當有合併流時，氣體品質的控制可藉由使一汽化串流進行反饋控制來執行(校正操作以維持合成氣品質至下游 應用)。其餘的串流進行前餽控制(在特定氣體品質限制內進行)。只要第一個反饋控制的串流無法在以最佳條件下執行時校正合成氣品質，其即被轉化成前餽控制的最佳條件，並且另一個串流(未最佳化)被轉化成反饋控制以改善氣體品質。
為了對在此所述之本發明有較佳了解，提出如下範例。可理解這些範例旨在描述本發明之例示實施例，而不是要以任何方式限制本發明範圍。
範例 範例I：轉化都市固體廢棄物的系統
在此範例中，參考第1至46圖，提供本發明之一實施例的細節，包含各種選擇。此範例表示本發明每一個子系統的細節，並示出其如何一起運作以發揮轉化都市固體廢棄物(MSW)為電力之一個整合系統的功能。但是，熟知技藝者可了解，每一個子系統自身皆可被視為是一個系統。組成本實施例之該等子系統是：都市固體廢棄物處理系統；塑膠處理系統；具有橫向輸送單元系統的水平方向汽化器；氣體重組系統；熱回收系統；氣體調整系統；殘餘物調整系統；氣體均質化系統及控制系統。
第1圖示出主要設計來轉化MSW為合成氣的整個系統的功能區塊圖綜述，具有在氣體引擎9260內重組、調整、和均質化合成氣的組合用途以產生電力。
都市固體廢棄物(MSW)處理系統
初始MSW處理系統9200係經設計來將如下數點列入考慮：(a)四天的供應量儲存能力；(b)避免長的留置期及MSW的過度分解；(c)避免垃圾隨風飛揚；(d)控制臭氣；(e)垃圾車傾倒垃圾的進出及迴轉空間；(f)最小化加載器9218將MSW從MSW料堆9202輸送至MSW絞碎系統9220所需的推進距離和轉彎量；(g)避免加載器9218和垃圾車之間的操作干擾；(h)附加氣流以容許廠區擴大的可能性；(i)最小化卡車進入該設施，特別是進入危險區；(j)以最少人員進行安全操作；(k)指示加載器操作員該輸送帶輸入槽9242的填充程度；(l)將所收到的廢棄物絞碎至適於處理的顆粒尺寸；以及(m)進入該處理器之MSW流速的遠端控制性和塑膠饋送速率的獨立控制(在下面描述)。
該MSW處理系統9200包含MSW儲存建築9210、加載器9218、MSW絞碎系統9220、磁性分離器9230及進料輸送帶9240。也設計一分開的系統9250以儲存、絞碎、堆放和饋送高碳材料(在此例中為不可回收塑膠)，其饋送速率係用來做為該汽化製程中的添加物。第4圖示出整個系統位址的總佈局。MSW直到其饋送進入汽化系統120為止的所有儲存和處理係限制在MSW儲存建築9210內以控制碎屑和臭氣。
使用先進先出(FIFO)排程來最小化MSW的過度分解。FIFO能夠運作係藉由使垃圾車和加載器9218可從MSW儲存建築9210的兩端進出。MSW在該建築的一端從 垃圾車卸下，同時利用位於MSW儲存建築9210另一端的加載器9218輸送材料，因此也使該加載器9218可以安全地運作而不會被垃圾車干擾。當該加載器9218已將該材料移回該MSW料堆9202大約的中點時，即”舊”的材料已經用完了，操作即改變至該MSW儲存建築9210的另一端。
為了最小化儲存建築9210的尺寸，調度垃圾車的空間係在該MSW儲存建築9210外面。這也最小化門9212所需的尺寸，因為僅需讓一輛垃圾車倒車入庫，因此提供碎屑和臭氣逸散的最佳控制。只有一個門9212必須不時開啟，並且僅在垃圾車正在傾倒垃圾時。MSW的接收通常在每天的某個時段，因此門9212每天只需要開啟約一小時。
第5圖示出MSW儲存建築9210的佈局。該MSW儲存建築9210擁有倉壁9214，以隔離MSW料堆9202和走道9216，其中該加載器9218必須在此驅動以近接MSW絞碎系統9220的輸入輸送帶9222。該倉壁9214在未及該MSW儲存建築9210末端處中止，以使該加載器9218可從該MSW料堆9202前進至該輸入輸送帶9222，而不需離開該MSW儲存建築9210。因此，位於該MSW儲存建築9210一端的該等門9212可隨時保持關閉，而另一端則僅在垃圾車傾倒垃圾時才開啟。
藉由使該MSW儲存建築9210鄰近道路9204並與其平行，並使垃圾車可在該MSW儲存建築9210的兩端調度，如第2圖所示者，空間需求和垃圾車在該設施內的移動兩者均降低。該空間佈局設計使垃圾車可開進該設施、 倒車進入該MSW儲存建築9210、傾倒其裝載物然後直接開回道路9204上。其在任何時候都不會接近任何製程設備或人員。該兩路口概念也避免在該設施內設置額外道路以使垃圾車可近接該MSW儲存建築9210兩端的需要。
使用機械化、桶狀底的加載器9218來將材料從料堆傳送至該絞碎系統。使用滑移裝載器(skid steer loader)設計，因為其尺寸小巧、可調動性、操作簡單等。一標準商用滑移裝載器有適合的能力可饋送MSW、在垃圾車傾倒完後清潔料堆地板，並且也處理廢棄塑膠系統絞碎機和製程饋送。
該MSW絞碎系統係由輸入輸送帶9222、絞碎機、挑揀輸送帶和磁性撿拾輸送帶組成。該輸入輸送帶9222將MSW從MSW儲存建築9210內往上輸送並將其丟進絞碎機內。此輸送帶的饋送槽係完全位於該MSW儲存建築9210內，以避免碎屑被吹到外面去。該輸送帶有一深的槽，其，與該饋送槽的容量合併，可持有足以運作一小時的材料。該槽位於該MSW儲存建築9210外部的部分被蓋住，以控制碎屑和臭氣逸散。該輸送帶係由製程控制器遠端控制，以配合製程要求。提供鏡子使該加載器操作員可從任一側看到槽內MSW的高度。提供在槽內的偵測器通知該製程控制器材料沒有了。
該絞碎機確保所收到的MSW適於處理，藉由碎裂任何袋子並將較大的廢棄物切割成能夠處理的尺寸。因為所收到的MSW可能含有過大且該絞碎機難以處理的材料， 因而使絞碎機堵住，故該絞碎機係經過配備以在感應到堵塞時自動停止、自動倒退以清除堵塞然後重新啟動。若仍然偵測到堵塞，該絞碎機會關閉並送出警告訊號給控制器。
絞碎的廢棄物被投放到帶式輸送帶上以在一磁性撿拾系統下傳送，然後被投放至一螺旋輸送帶的饋送槽內，其會將廢棄物饋送進入該汽化器2200內。
為了避免不慎饋送過量含鐵金屬通過該汽化器2200，一磁性檢拾器係位於該挑揀輸送帶上，其除去可能存在絞碎的廢棄物內的含鐵金屬。一非磁性皮帶在該挑揀輸送帶的方向上運轉，在該磁鐵及廢棄物之間，因此被吸引的含鐵金屬會從該廢棄物流中橫向移除。然後從該磁鐵上除去該含鐵金屬並投放至一料堆上以處理。
該MSW饋送系統係由一饋送槽及螺旋輸送帶組成，以將絞碎的廢棄物從該絞碎機輸送至該汽化室2202。絞碎的廢棄物從該絞碎系統投放至該饋送槽，其提供準備好進入該製程的材料之緩衝。該饋送槽擁有高及低水位指示器，其係用來控制來自該絞碎系統的材料流進入該料槽。該輸送帶係在該製程控制器的控制下，以匹配廢棄物饋送速率以符合製程要求。使用螺旋輸送帶與整合的饋送槽也提供處理器氣密環境。該輸送槽係以覆蓋物與該絞碎系統連接以控制碎屑和臭氣。該MSW饋送輸送帶具有另一個入口以接收絞碎的塑膠。
塑膠處理系統
該汽化系統120提供塑膠的添加做為製程添加物。塑膠係與MSW分開處理，在饋送至汽化器2200之前。
用來處理塑膠的系統係經設計以提供所接收到的大束塑膠的儲存、其絞碎、將其置於料堆內並在獨立控制下將其饋送至該處理器內。該系統包含儲存構件、擁有輸入槽的絞碎機、移出輸送帶和料堆，所有均位於共同的建築物內以控制碎屑。一饋送輸送帶將絞碎的塑膠移至該處理器內。
該塑膠儲存建築的容量可儲存兩輛垃圾車載運量的塑膠束。其三面封閉並且一側開啟，因此提供可近接以堆放及移出材料束的材料儲存。該建築也可保護絞碎系統和控制碎屑以及保護絞碎材料。
該絞碎機幫助塑膠材料符合製程要求。以加載器將所接收到的塑膠載入該絞碎機的饋送槽。絞碎的材料掉到將其往上傳輸並投放到料堆內的帶式輸送帶上。
一加載器鏟起絞碎的塑膠並投放至該饋送輸送帶的輸入槽內。因為該輸送帶係在戶外，該輸入槽含有一體成形的屋頂和往上延伸的牆壁，使填充該輸入槽時塑膠的散出被最小化。該輸送槽係封在該MSW輸送帶的輸送槽上，因此塑膠係透過該MSW輸送帶進入該汽化器2200，以減少進入該汽化器2200的開口。該輸送帶係一螺旋輸送帶，擁有封在其上的料槽，以在其含有材料時提供氣體密封。在該槽內設置偵測器以表示高及低水位，並且提供鏡子以使滑移裝載器操作員可監控填充高度。此輸送帶的動作係 在製程控制器的控制下。
轉化器
該轉化器1200包含汽化器2200以及氣體重組系統(GRS)3200。MSW和塑膠係經饋送進入該汽化器2200，並且所形成的氣體被送到GRS 3200，其在此重組。任何汽化器2200形成的殘餘物均被送至該殘餘物調整系統4200。
該汽化器2200係經設計以考量如下要求：(a)提供廢棄物主要處理之密封的、絕緣的空間；(b)以受控制及分散方式導入熱空氣和蒸氣通過該汽化器2200；(c)使通過該汽化器2200的廢棄物堆的高度及移動能夠受到控制；(d)提供控制該汽化製程的儀器；(e)將氣體輸送至GRS 3200；(f)移動殘餘物以進一步處理；以及(g)提供至內部的出入以進行檢測及保養。
參見第6至9圖，該汽化器2200含有水平方向的具內襯的汽化室2202，其擁有進料入口2204、用來加熱汽化室的熱空氣入口、汽化室、作用為製程添加物的蒸氣入口、GRS直接與其連接之位於中央的氣體出口、殘餘物出口2208以及各種維修2220和近接2222埠。該汽化室2202係建構為一鋼鐵焊件，擁有階梯板，其包含複數個梯級2212、2214、2216。利用含有承載溜塊2228、2230、2232的系統來促進該材料通過該汽化器2200的橫向移動。也準備好儀器的安裝，例如熱耦、材料高度偵測器、壓力感應器和檢視埠。
該汽化室2202的耐火內襯保護其不受高溫、腐蝕性氣體的傷害，並且也最小化熱從該製程的不必要流失。參見第10圖，該耐火材係多層設計，擁有高密度氧化鉻層2402在內側，中間的高密度氧化鋁層2404以及外側的非常低密度絕緣板材2406。該耐火材做為汽化室之金屬外殼2408的內襯。該汽化室2402更襯以一薄膜以進一步保護其不受腐蝕性氣體的傷害。
該汽化室2402的梯級之每一階2212、2214、2216均有孔狀地板2270，熱空氣透過其間通入。該空氣孔尺寸係經選擇而使其產生限制，因此每一個孔洞的壓力降足以避免廢棄材料進入該等孔洞。該等孔洞係呈錐形往外朝向上表面以防止顆粒塞在孔洞中。
參見第1&2圖，三個個別的梯級之情況係為不同程度的乾燥、揮發和碳轉化設計。該進料係經通入該汽化室2202，透過該進料入口2204至該第一梯級上。此梯級的目標溫度範圍(在材料堆底部測得者)落在300和900℃之間。梯級II係經設計而擁有400和950℃之間的底部溫度範圍。梯級III係經設計而擁有600和1000℃之間的溫度範圍。
該階梯板的三階2212、2214&2216，其將該汽化室2202分為三個處理階段，擁有本身獨立的可控制空氣饋送機構。該獨立性係藉由使用不同風箱2272、2274、和2276達成，其在每一梯級形成孔狀地板2270。用來在該汽化室2202內移動材料的承載溜塊2228、2230&2232之系統防止 從梯級1&2，2212&2214底部的近接。因此對這些梯級而言，風箱2272&2274係從側邊嵌入。但第三個梯級風箱2276係從底部嵌入，如第7&8圖所示者。
該等風箱2272、2274、2276之孔狀頂板2302，在此設計中並參見第11&12圖，是一相對薄的薄板，具有硬挺的肋脈或結構支撐件2304以避免彎曲或變形。為了最小化該等風箱平坦的前及底薄板的壓力，在兩個薄板之間連接孔狀網狀物。為了容許在該等風箱內的熱膨脹，其僅有一邊連接住，而其他三邊可自由膨脹。
如第11圖所示，該梯級1&2風箱2272和2274的固定邊也是該空氣輸入管2278的連接點。因此，該連接凸緣2280會處於高溫下，並且必須封在該汽化器2200的冷側壁上。使用一護罩，如第11圖所示般，來達此目的而不會產生應力並且不使用複雜的膨脹接頭。該熱的風箱2272和管線2278連接至該護罩2282一端，而該護罩2282的另一端則與該冷的汽化器2200連接。因為一溫度梯度會在該護罩的長度上產生，故任一連接會有極小的或沒有應力。此配置的另一個優點是其將風箱牢牢安置在要求位置上而不會造成應力。該護罩2282和該風箱2272內管之間的空間係經填充以絕緣物，以保留熱並確保溫度梯度在該護罩上產生。當該風箱位於其在該汽化室2202內的操作位置上時，與該空氣連接相對的頂板延伸到該風箱後而停留在耐火材架上。這提供操作期間風箱的支撐，並且也發揮密封件的作用而避免材料掉落至低於風箱。其也容許自由移動 而使該風箱可以膨脹，如第13圖所示般。
也以同樣方式處理該風箱的下游邊緣。該風箱的上游邊緣係以彈性板密封件2306封在該承載溜塊和該風箱2302的頂板之間。
該風箱係利用一水平凸緣與該熱的空氣供應管連接。因此，要移除一風箱僅需分離該凸緣。
該第三梯級風箱2276係從底部嵌入，並且也使用護罩概念來密封並定位該風箱至該汽化器2200。
避免灰塵落在該第三梯級風箱2276邊緣周圍的密封係藉由使其設置在該第二梯級2214邊緣處的耐火突出部完成。該等邊緣可用從該耐火材側邊內的凹槽下方突出的彈性密封件封住。這些密封件設置在該風箱上表面上，將該等側壁和該風箱之間封住。該風箱的下游邊緣係利用一彈性密封件防塵封至一汲取槽側邊上。該風箱係以位於該等風箱平坦面之間的加固件和孔狀網狀物強化，以使該等風箱可使用薄片金屬。
該熱空氣管連接是垂直的，以使該第三梯級風箱2276可在分離該管線連接後移出。
參見第16圖，使用一系列的承載溜塊2228、2230、2232系統以確保該MSW沿著該汽化器2200橫向移動，以在該三階2212、2214&2216的每一階中適當處理，並且將用過的殘餘物移至該殘餘物出口2208。該三個梯級的每一個皆由其自身的承載溜塊提供服務。該等承載溜塊控制每一梯級的料堆高度和在該汽化室內的總留置時間。每一個 承載溜塊均能夠移動通過該階的整個或部分長度，以可變速度。因此，若有要求，也可完全清空該梯級。
每一個承載溜塊包含一安裝在外部的引導部分、擁有選擇性的引導部分嚙合件之一承載溜塊、安裝在外部的驅動系統和安裝在外部的控制系統。該承載溜塊設計包含多個指狀物，其使該風箱氣孔圖案可以配置得使該等承載溜塊的操作不會干擾通過該等氣孔的空氣。
在多指承載溜塊設計中，該承載溜塊係該等指狀物與該承載溜塊主體連結的結構，其中個別的指狀物取決於位置而有不同寬度。該多指承載溜塊設計中該等指狀物之間的縫隙係經選擇以避免反應材料顆粒橋接。該等個別指狀物係約2至約3吋寬，約0.5至約1吋厚，並擁有約0.5至約2吋寬之間的縫隙。
該風箱氣孔圖案係經配置得使該等承載溜塊的操作不會干擾通過該等氣孔的空氣。例如，該等氣孔的圖案可使得加熱時，其係在該等指狀物之間(在該等縫隙內)，並且係呈彼此偏移的箭號圖形。或者，該氣孔圖案也可混合，其中某些孔未被覆蓋而其他孔被覆蓋住，以最佳化空氣的平均分佈(即，最小化完全沒有空氣輸入的梯級區)。在選擇該等氣孔的圖案時，需考慮的因素包含避免會流化該床的高速、避免孔洞太靠近汽化器側壁和末端因此避免空氣沿著耐火材側壁的傳送、以及確保孔洞之間的空間大約不大於標稱饋送顆粒尺寸(2”)，以確保可接受的動力學。
該多指承載溜塊可有獨立的內建彈性，因此每一個指 狀物的頂端可更密切符合該風箱頂面的任何起伏。此符合性係藉由利用凸肩螺絲(shoulder bolts)將該等指狀物連結至該承載溜塊主托架上來提供，其不會勒緊該指狀物。此概念也讓指狀物可以輕易更換。
該承載溜塊指狀物末端被下彎以確保頂端接觸風箱頂端，在該承載溜塊和風箱的相對位置改變時(例如，因為膨脹)。此特徵也減少因為氣孔被該承載溜塊覆蓋對該製程產生的任何有害影響，空氣會繼續流過該承載溜塊和該風箱之間的縫隙。
參見第13圖，該引導部分包含一對安裝在框架上的通常水平的、通常平行的狹長形軌道2240(a)、2240(b)。每一個軌道均擁有實質上L形的剖面。該移動元件包含承載溜塊主體2326和一或多個狹長的、實質上矩形的承載溜塊指狀物2328，其係經裁製以滑過相應的汽化室側壁中之可密封開口。
該承載溜塊指狀物係利用適合材料構成以在高溫下使用。此類材料對熟知技藝者而言是眾所皆知的，並且可包含不繡鋼、或軟鋼(mild steel)、或以耐火材部分保護或全部保護的軟鋼。選擇性地，特定的個別承載溜塊指狀物或所有承載溜塊指狀物可部份或全部覆以耐火材。選擇性地，可在該等承載溜塊指狀物內提供冷卻，利用來自該汽化室2202外部在該等承載溜塊指狀物內循環的流體(空氣或水)。
該承載溜塊指狀物係適於與該汽化室側壁密封地嚙合 以避免未控制的空氣進入該汽化器2200，這會干擾製程或可能產生爆炸性環境。也需要避免有害的毒性及可燃氣體從汽化室2202逸出，以及碎屑的過量漏出。可藉由將該等承載溜塊機構容納在一密封的箱子內來避免氣體逸散至周圍環境。此箱子擁有氮氣淨化設施以避免爆炸性氣體混合物在該箱子內形成。碎屑密封和限制氣體密封係提供給該承載溜塊的每一個指狀物，利用按壓在該等承載溜塊的每一個指狀物之每一個表面上之彈性條2308，如第14圖所示。或者，該密封可以是提供每一個指狀物氣體和碎屑密封的封裝氣封(packing gland seal)。
此密封的設計提供每一個承載溜塊指狀物良好的氣體及碎屑密封，同時不干預該承載溜塊的垂直和水平移動。該等指狀物側邊的密封是最大的挑戰，因為其必須順應該承載指狀物的垂直和橫向動作，同時保持與該承載溜塊及該承載溜塊的上及下表面之密封的緊密接觸。可利用位於密封箱內的窗口來監控碎屑的洩漏，並且若碎屑的累積變得過度，則提供除塵設施。此移除可在不破壞該承載溜塊箱的密封整體性下完成，如第15圖所示。
該除塵設施2310包含金屬盤2312，其擁有配備有百葉窗2316和塵土罐2332之連接位置2318的塵土出口2314，以及手動的、鏈條2320驅動式推塵器2322。灰塵係被該推塵器2322推送至該塵土出口2314，當使用操作桿2324時。
移動該等承載溜塊2228、2230&2232的電力係由電動 馬達提供，其透過齒輪箱和傳動鏈條系統驅動該承載溜塊。簡單的說，沿著該等軌道推動該等承載溜塊的電力係由安裝在外部的電動可變速馬達2256提供，其選擇地在前進或後退方向上驅動馬達輸出桿2258，使該承載溜塊可以控制速率伸出和縮回。位置感應器2269傳送該承載溜塊位置資訊給該控制系統。選擇性地，該馬達可進一步包含齒輪箱。兩個驅動鏈齒輪(driver sprocket gears)2260係安裝在該馬達輸出桿上。該等驅動鏈2260和相應的安裝在一軸2264上的被驅動鏈2262與鏈條構件2266操作性嚙合，其係利用托座2268固定在該狹長的矩形區塊2244上。
該等馬達係藉由整體系統控制設備來控制，其可指揮開始及停止位置、移動速度和移動頻率。可獨立控制每一個承載溜塊。在本實施中使用傳動鏈條，因為其提供高強度並且耐受嚴苛的操作環境。為每個承載溜塊使用兩個鏈條提供保持該等承載溜塊角度對準的方法，而不需要精密導引件。在退回該承載溜塊時，該承載溜塊頂部上的材料有被拉回的傾向。這可藉由排序該等承載溜塊來解決，其中該最低的承載溜塊2232先伸出；然後伸出該中間的承載溜塊2230，其將材料往下推到該最低承載溜塊2232上，填充該等承載溜塊移動所產生的空隙；該最低承載溜塊2232然後縮回；該上承載溜塊2228接著伸出，填充該中間承載溜塊2230後方的空隙；接下來縮回該中間承載溜塊2230；從該饋送埠落下的新的材料填充該上承載溜塊2228上的任何空隙，然後該上承載溜塊2228縮回。所有這些動 作皆由系統控制設備回應系統儀器數據自動且獨立控制。
參見第16圖，實施一交錯承載溜塊順序控制策略以促進該等承載溜塊的移動，如下總結般：承載溜塊C 2232移動固定距離(利用可調整設定點)，在梯級C 2216的起始處產生小塊區域。
承載溜塊B 2230在承載溜塊C 2232通過一啟動距離後馬上跟進(啟動距離有可調整設定點)。承載溜塊B推動/攜帶材料以立即填充梯級C 2216起始處的小塊區域。反餽控制是伸長至所需的最遠距離以阻斷液位開關C 2217，或最小化設定點距離，若已經阻斷的話，或最大化設定點距離，若沒有發生阻斷。在承載溜塊B 2230填充該梯級C 2216起始處的小塊區域的同時，其也在梯級B 2230起使處產生小塊區域。
承載溜塊A 2228在承載溜塊B 2228通過一啟動距離後馬上跟進。承載溜塊A 2228推動/攜帶材料以立即填充梯級B 2214起始處的小塊區域。反餽控制是伸長至所需的最遠距離以阻斷液位開關B 2215，或最小化設定點距離，若已經阻斷的話，或最大化設定點距離，若沒有發生阻斷。在承載溜塊A 2228填充該梯級B 2214起始處的小塊區域的同時，其也在梯級A 2212起使處產生小塊區域。這通常會引發該饋送器運作並填充該汽化器2200，直到液位開關A 2213再次被阻斷為止。所有的承載溜塊同時倒退回起始位置。
利用位於一端的岐管提供該汽化器2200的近接。在操 作期間，利用一可密封耐火內襯覆蓋將其關閉。進一步的近接也是可能的，藉由移動該第三梯級風箱2276。
汽化之後剩下的殘餘物(例如焦炭或灰渣)必須從該汽化器2200移除，並送至該殘餘物調整系統(RCS)4220。在材料在該汽化器2200內處理並移動時，該料堆內產生的熱可造成熔化，其會導致該殘餘物結塊。已顯示出結塊的殘餘物會使掉落埠式的出口堵塞。為了確保任何結塊均不會在該汽化室2202出口造成堵塞，使用一螺桿傳送器2209來從該汽化室2202取出殘餘物。該承載溜塊運動會將殘餘物推送到該汲取器螺桿2209，其會將殘餘物推出該汽化室2202並將其饋送至殘餘物輸送系統內。汲取器螺桿2209的旋轉在殘餘物被饋送至該輸送系統之前打散結塊。此打散動作係藉由位於該汲取器螺桿螺紋邊緣上的鋸齒狀突起來加強。
為了實施製程控制，必須監控汽化室2202內的各種參數。例如，必須在沿著每一個梯級的不同點處以及每一個梯級的各個高度處監控溫度。這是利用熱耦來完成，其在操作期間有需要置換的傾向。為了在不停止製程下完成此工作，每一個熱耦係透過一密封的終端管嵌入該汽化室2202，其然後密封在該容器外殼上。此設計容許使用一柔線(flexible wire)熱耦，其比該密封管長，因此該熱耦的連接點(溫度感應點)會貼著該密封管末端，以確保對溫度改變之準確及快速的反應。該密封管係封在該汽化室2202上，並利用壓縮密封(gland)機械性地保持在適當位置上， 其也可適應進入該汽化室2202的突出調整。就該MSW料堆內的溫度測量而言，該密封管可能在料堆必須移動時將其限制住。為了避免此問題，在該密封管的端點裝設一偏轉器，其避免MSW被該熱耦管阻擋住。
在該汽化器2200內產生的逸氣然後移進該氣體重組系統(GRS)3200。該GRS 3200係經設計以滿足大範圍的要求：(a)提供需要的氣體精鍊留置時間之必要容量；(b)提供保熱及該外部鋼鐵容器保護之絕緣；(c)提供添加空氣和蒸氣的入口；(d)使該等氣體能夠混合；(e)利用電漿炬3208在高溫下處理該等氣體；(f)為製程控制和強化該電漿炬3208的效能提供儀器以監控氣體成分；以及(g)輸出處理過的氣體至下游熱交換器5200。
該氣體重組系統(GRS)3200提供一密封環境，其擁有製程空氣、蒸氣、電漿炬3208和電漿炬處理機構、儀器以及排放輸出氣體的安裝及連接特徵。如第20圖所示，該GRS 3200包含實質上垂直安裝的具耐火襯裡的圓柱狀或管狀重組室3202，其擁有單一個圓錐狀的逸氣入口3204，該汽化器2200透過安裝凸緣3214與其連接。該GRS 3200擁有約3：1的長度對直徑比。在該GRS 3200內的留置時間是1.2秒。該GRS 3200更包含三層正切設置的空氣噴嘴、兩個正切設置的電漿炬3208、六個熱耦埠、兩個燃燒器埠、兩個壓力傳送器埠和數個備用埠。電漿炬3208在該GRS 3200內產生的高溫確保該逸氣內的分子分解為其組成元素，然後合併而形成合成氣。該熱的未加工合成器透 過該合成氣出口3206離開該GRS 3200。
如先前所述，該GRS 3200包含耐火內襯的支撐件。該耐火材的主要支撐特徵是圍繞該GRS 3200內部的一系列擱架3222。在操作時，這些擱架3222會處於比該重組室3202外殼高許多的溫度下。因此，必須藉由導至該GRS 3200防止任何熱的浪費，同時提供差異膨脹的餘地。此外，該等擱架3222必須能夠支撐該耐火材可觀的重量。這些要求藉由使該等擱架3222以區段之間的膨脹縫隙分段以容許膨脹來滿足。此外，該擱架3222和該側壁之間有縫隙以避免熱傳輸。為了承載該耐火材的重量，每一個擱架區段均由一些焊接在該側壁上的角板支撐，如第21圖所示。沿著該擱架3222的長度之膨脹會產生應力，並可能使該等角板失效，若其係焊接在該等角板上。但是，藉由使該擱架3222無焊接地支撐在角板上，即可容許該擱架3222自由膨脹。為了將區段保持在其正確位置，其僅焊接在膨脹很小的中央角板上，然後甚至僅有外側部分被焊接。這最小化該等角板上的任何應力及該擱架3222可能的彎曲。
該重組室3202頂端係覆蓋以一具耐火內襯的上蓋3203，因此形成一密封的圍封空間。整個GRS 3200內部被塗覆上抗高溫薄膜，以避免被未精鍊的逸氣腐蝕。其外表面被漆上感溫變色漆，以顯示出因為耐火材失效或其他因素造成的熱點。
所用的耐火材係多層設計，擁有高密度層在內側以抵抗存在該GRS 3200內的高溫、磨耗、侵蝕和腐蝕。該高 密度材料外側是較低密度材料，其擁有較低的抵抗性但是較高的絕緣常數。在此層外側，使用擁有非常高的絕緣常數之密度非常低的發泡板材，因為其不會暴露在磨耗或侵蝕下。該外層，在該發泡板材和該容器鋼鐵外殼之間，是一陶瓷全覆材料，以提供一柔順層以容許該固體耐火材和該容器外殼之間的差異膨脹。利用不可壓縮的耐火材之可壓縮耐火層分隔區提供該耐火材的垂直膨脹。該可壓縮層係藉由重疊但可延伸的高密度耐火材來保護其不受腐蝕。
如第22&23圖所示，空氣係利用三層的空氣噴嘴注入該逸氣流內，其包含四個噴射器在下層，以及另外六個噴射器在上層，其中三個噴射器稍微比另外三個噴射器高，以形成橫向射流(cross-jet)混合效應而達到更佳的混合。將空氣有角度地吹入該GRS 3200，利用位於該噴嘴末端的偏轉器，也導致較佳的混合，同時容許該等進氣管和凸緣可與該重組室3202相符。該等氣體在該GRS 3200內的改善的混合容許該合成氣之最佳精練。這是藉由在該重組室3202底部利用製程空氣速度誘發漩渦運動來實現。空氣係透過漩渦埠3212注入該逸氣流中，以在該逸氣流中造成漩渦運動或湍流，因此混合該逸氣並在該GRS 3200內產生再循環渦流圖案。
如先前所述，該GRS 3200也包含安裝在一滑動機構上的兩個正切安裝的300kW、水冷式、銅電極、NTAT(硝基三唑並氨基四唑)直流電漿炬3208，如第？圖所示。該直流電漿炬3208係由直流電源供應器供電。熱耦係設置在該 GRS 3200內的多個位置，以確保該合成氣的溫度維持在約1000℃。
該等電漿3208需要週期性維修，並且最期望他們可在製程仍在運作下被置換。如先前所述，本實施在該GRS 3200內使用兩個電漿炬3208，當僅需一個來進行操作時。該等電漿炬3208的移出和置換必需在該GRS 3200內高溫毒性及可燃氣體存在下完成。此外，該電漿炬3208在電漿炬冷卻系統失效時也會需要移出，以保護其不受GRS 3200內的熱傷害。
這些挑戰係藉由將電漿炬3208安裝在可將電漿炬3208移動進出該重組室的滑動機構上來滿足。電漿炬3208係藉由密封蓋(sealing gland)封在該重組室3202上。此密封蓋係倚靠著閘閥封住，其轉而安裝並封在該容器上。要移出電漿炬3208，利用該滑動機構將其拉出該重組室3202。該滑動件的初始移動因為安全問題而使該高壓電漿炬電源供應器停止運作。該閘閥在電漿炬3208收回通過該閥時自動關閉，並且該冷卻劑循環終止。將軟管及電線從電漿炬3208分離，從該閘閥上鬆脫該密封蓋，然後利用起吊裝置將電漿炬3208吊離。
電漿炬3208的置換係利用與上述相反的程序來完成；該滑動機構可以調整以容許電漿炬3208嵌入深度的變異。
為了簡易及安全，所有上述操作，除了關閉閘閥外，皆是手動執行。該閘閥係機械操作，因此操作是自動式的。 使用一氣動式促動器來在冷卻系統失效時自動撤離電漿炬。用來操作該促動器的壓縮空氣係從一指定空氣貯存槽供應，因此動力是隨時可得的，即使在電力失效時。相同的空氣貯存槽提供用於閘閥的空氣。使用一電氣連結覆蓋來做為進一步的安全特徵，藉由防止近接該高壓電漿炬連接。
殘餘物調整系統
汽化後剩下的殘餘物必須在處理之前成為惰性及可用的。這是藉由將其從該汽化器2200汲取進入電漿基殘餘物調整室(RCC)4220內、將其熔化並使其成為惰性玻璃化熔渣4203、在傳送至熔渣料堆4204準備好從該位址移走之前利用焠熄桶4240冷卻並粉碎該熔渣4203成為細粒來完成。該最終副產物係適於用在鋪路或混凝土製造上。
如先前所述，欲從汽化器2200移出殘餘物的過程可能因為料堆內所產生的熱引起結塊而變得複雜。此問題係藉由在該汽化器2200出口端使用螺桿傳送器2209得到解決。該輸送帶在螺桿螺紋上擁有鋸齒狀邊緣，以打散任何結塊材料。
然後利用含有一系列螺旋輸送帶的主要輸送帶4210系統將該殘餘物送至RCC 4220。此輸送系統4210也從GCS濾袋過濾器6230下游取得殘餘物並將其送至該RCC 4220。為了最小化進入該RCC 4220的入口埠，來自所有來源的殘餘物在通入該RCC 4220之前結合。這避免加大 RCC 4220以滿足多個饋送來源。可能也必需滿足額外的殘餘物來源。為了使汽化在RCC 4220停機時繼續進行，殘餘物可被轉移。在此情況中其必須被再導入該RCC饋送系統。該殘餘物調整系統的完整概要圖在第26圖示出。
如第28圖所示，該殘餘物掉進該RCC 4220內，在此其累積在一貯存槽4222內，其深度係由欄堰4224的高度決定，並利用電漿炬4230加熱。隨著該貯存槽4222內熔化的熔渣水位上升，其超越該欄堰4224，掉到焠熄桶4240內。該水槽4240確保RCC 4220與環境密封分離。未在MSW處理系統階段期間除去的任何金屬被傳送至RCC 4220，並且不一定會在熔渣的正常玻璃化溫度下熔化。因此，熔化鍋可能被金屬堵塞，因為其密度高於熔化的熔渣。未了避免此現象，週期性升高該RCC溫度以熔化任何金屬，並且熔化的金屬係從該熔化鍋底部流出。
因為需要熔化殘餘物並且特別是其中成分金屬的非常高的溫度，該耐火材會遭受非常嚴苛的操作要求。這些包含腐蝕和侵蝕，特別是在熔渣吃水線處。除了高溫之外。此外，該耐火材必須提供良好的絕緣性以保存熱，並且RCC 4220必須儘可能小。該耐火材係經選擇以提供非常耐熱、耐腐蝕和耐侵蝕的內部襯裡。在該內襯外側的耐火層然後被選擇以擁有較佳的絕緣性。
預期到特別是該熔化鍋耐火材會需要週期性保養。為了容許此動作發生，帶有熔化鍋的RCC底部可在不干擾至該RCC的任何連接下移除。這是藉由將RCC懸吊在其支 撐結構4270上而非將其設置在一結構上來實現，如第31圖所示。因此帶有該熔化鍋的RCC下半部分可在不需要將任何連接分離的情況下，從該上半部脫離。此外，可藉由分離該等連接並將其降低來移除整個RCC。這避免昇離輸送帶4260和管線的需要。
當該熔化的熔渣落入該焠熄桶4240時，其係經冷卻並粉碎為細粒狀。一熔渣輸送帶4260然後將細粒狀熔渣4203從焠熄桶4240移出，並將其置入料堆4204內以處理或進一步使用，如第30圖所示。該熔渣掉落埠係利用水阱(water trap)與環境密封分離，該水阱係由頂端封在RCC 4220上並且其下緣浸在該焠熄媒介中的護罩組成。相同的焠熄媒介將熔渣輸送帶4260和RCC 4220密封分離。
在該RCC 4220內產生的氣體係以與在該轉化器1200內產生的氣體類似的方式處理。該殘餘氣體透過該氣體出口4228離開RCC 4220，並且被引導至殘餘氣體調整器(RGCS)4250。其在通過除去微粒和重金屬污染物的濾袋過濾器4254前先在一間接空氣對氣體熱交換器4252內經歷預冷卻步驟。然後利用第二熱交換器4256在該殘餘物氣體通過活性碳床4258以進一步除去重金屬和微粒物質前將其冷卻。該清潔的及調整過的殘餘物氣體被轉送回該下游GCS 6200以饋送回來自該轉化器1200的合成氣流。
該原始合成氣離開該轉化器1200並通過一合成氣對空氣熱交換器(HX)5200，在此熱從該合成氣流傳送至空氣流。因此，該合成氣被冷卻同時所形成的熱空氣流被饋送 回該轉化器1200做為製程空氣。該冷卻的合成氣然後流入氣體調整系統(GCS)6200，在此該合成氣進一步冷卻並依序進行微粒、金屬和酸性氣體的清除。該乾淨且經調整的合成氣(擁有預期溼度)在饋送至產生電力的氣體引擎9260前係儲存在該合成氣HC 7230內。在該轉化器1200和RCS 4200之後該系統內的主要零組件(構件)的功能在表I中概述，依照處理合成氣的順序。
合成氣對空氣熱交換器(同流換熱器)
離開該GRS 3200的輸出合成氣之溫度為約900℃至1100℃。為了回收合成氣內的熱能，從GRS 3200離開的原始合成氣被送至管殼式合成氣對空氣熱交換器(HX)5200。空氣以環境溫度進入HX 5200，即從約-30至約40℃。空氣係利用鼓風機5210循環，並以1000Nm3 /hr至5150Nm3 /hr之間的速率進入HX 5200，通常是以約4300Nm3 /hr的速率。
該合成氣垂直流過該管側5202，並且空氣以反時針方向流過該殼側5206。該合成氣溫度從1000℃降至500℃和800℃之間(較佳地約740℃)，同時空氣溫度從環境溫度升高至500℃和625℃之間(較佳地約600℃)。該熱的交換空氣係經再循環回該轉化器1200以進行汽化。
該HX 5200係特別針對合成氣內具有高量微粒所設計。合成氣和空氣的流動方向係經設計以最小化微粒物質的累積或侵蝕可發生的區域。此外，氣體速度係設計得足夠高使其能自動清潔，同時仍然最小化侵蝕。
因為空氣和合成氣之間溫度差異顯著，HX 5200內的每一個管線5220均有其個別的膨脹摺管5222。這在避免管線破裂上是不可或缺的，管線破裂可能是非常危險的，因為空氣會進入合成氣混合物中。當單一個管線堵塞住因而無法再與其他管束一起膨脹/收縮時，管線破裂的可能性是很高的。
多個溫度傳送器係經設置在該氣體對空氣熱交換器 5200的氣體輸出盒上。這些係用來偵測因為空氣洩漏至該合成氣內時燃燒產生的任何可能的溫度上升。該鼓風機5210在此情況下會自動關閉。
用於HX 5210內的氣管之材料必須謹慎選擇以確保不會產生腐蝕問題，因為合成氣內硫含量及其在高溫下的反應之顧慮。在我們的實施中，選擇合金625。
氣體調整系統(GCS)
一般來說，氣體調整系統(GCS)6200表示一系列的步驟，其將在熱交換器5200之後獲得的未加工合成氣轉化為適於下游終端應用的形式。在我們的實施中，GCS 6200可分為兩個主要階段。階段1包含：(a)蒸發式冷卻器(乾式焠熄)6210；(b)乾式注入系統6220；以及(c)濾袋過濾器(用於微粒物質/重金屬移除)6230。階段2包含(d)氯化氫刷洗器6240；(e)合成氣(製程氣體)鼓風機6250；(f)碳過濾床(汞精製機)6260；(g)硫化氫(硫磺)移除系統6270；以及(h)使用降溫器7210和氣體/液體分離器7220的濕度控制。
在GCS 6200之前的熱交換器5200有時候被視為GCS 6200的階段1的一部分。該合成氣(製程氣體)鼓風機6250通常包含一氣體冷卻器6252，其有時候在GCS 6200的階段2分開提及。此外，在此提到的做為GCS 6200階段2的一部分之濕度控制常被視為是在GCS 6200更下游的合成氣調節系統7200的一部分。
第33圖示出在我們的系統中實施的GCS 6200的方塊圖。這也是轉化製程之一範例，其中GCS 6200與RGCS 4250整合。第34圖示出GCS的佈局圖。
在該熱交換器5200內的初步冷卻後，利用乾式焠熄進一步冷卻該輸入合成氣，其降低合成氣溫度並且也防止凝結。這是利用蒸發式冷卻塔(又稱”乾式焠熄”)6210藉由以控制方式(絕熱飽和)直接將水注入該氣流中來完成。水在其同流噴入合成氣流之前即原子化。因為冷卻中並沒有液體存在，該製程也被稱為乾式焠熄。當水蒸發時，其從合成氣吸收顯熱，因此將其溫度從740℃降至150℃和300℃之間(較佳地約250℃)。增加控制以確保水不存在於排放氣體中。在排放氣體溫度下的相對溼度因此仍低於100%。
一旦氣流離開該蒸發式冷卻塔6210，活性碳，儲存在一槽內，即被氣動地注入該氣流中。活性碳的孔隙度非常高，這是造成大分子物種的表面吸附之特徵，例如汞和戴奧辛。因此，氣流內大部分的重金屬(鎘、鉛、汞等)和其他污染物會吸附在活性碳表面上。利用濾袋6230收集失效的碳細粒並再循環回RCS 4200以進行進一步的能量回收，如在下個步驟中描述般。為了獲得有效吸附，必須確保合成氣在此階段有足夠的留置時間。也可在此乾式注入階段6220使用其它材料，例如長石、石灰、和其他吸收物，取代活性碳，或除了活性碳之外，以捕捉合成氣流內的重金屬和焦油，並且不會將其堵住。
然後在濾袋過濾器6230內從合成氣流除去微粒物質 和擁有重金屬在其表面上的活性碳，以極高的效率。調整操作參數以避免任何水蒸氣凝結。從該合成氣流除去的所有微粒物質形成一濾餅，其進一步增強濾袋過濾器6230的效率。因此雖然新的未被覆蓋的濾袋擁有99.5%的移除效率，但濾袋過濾器6230通常係針對99.9%的微粒物質移除效率設計。濾袋過濾器6230使用具內襯的玻纖袋、無內襯的玻纖袋或P84玄武岩袋，並且在200℃和260℃之間的溫度下操作。
當橫越該濾袋過濾器6230的壓降增加至特定設定限度時，使用氮氣脈衝來清潔濾袋。因為安全原因而較偏好氮氣而非空氣。從濾袋外表面落下的殘餘物被收集在底槽內，並送至該殘餘物調整器4200以進一步轉化或處理。可用特別的反應劑來吸收高分子量碳氫化合物(焦油)，以保護濾袋過濾器6230。第37&36圖分別示出該濾袋過濾器的概要圖和設計。
該濾袋過濾器使用不需要支撐的圓柱狀過濾器。
該濾袋過濾器6230之典型操作規格(假設輸入是飛灰和重金屬)如下： 保証的過濾系統輸出：
遭存在該濾袋過濾器6230內的重金屬污染之殘餘物的量很大。因此，如第33圖所示，此殘餘物被送至電漿基RCC 4220內以轉化為玻璃化熔渣4203。在該RCC 4220內產生的第二氣流然後在一不同的殘餘氣體調整器(RGCS)4250內處理，以如下階段1製程：在一間接空氣對氣體熱交換器4252內冷卻並在一較小的濾袋過濾器4254內移除微粒物質和重金屬。該較小的濾袋過濾器4254係專門用來處理在該RCC 4220內產生的第二氣流。如第33圖所示，該RGCS 4250執行的額外步驟包含使用氣體冷卻器4256進一步冷卻該氣體，並且在一碳床4258內除去重金屬和微粒物質。處理過的第二合成氣流然後轉移回該GCS 6200以在該濾袋過濾器6230之前饋送回該主要輸入合成氣流內。
從RGCS 4250的濾袋過濾器4254除去的殘餘物量與GCS 6200內的濾袋過濾器6230比起來顯著較少。該小濾袋過濾器4254作用為該等重金屬的清除。清出RGCS 4250的重金屬量會取決於MSW饋送成分而變。需要週期性清潔以將此材料移至危險廢棄物處理，當重金屬累積至一指定限度時。
下面是較小的RGCS濾袋過濾器4254典型的設計規格，再一次假設該輸入是飛灰和重金屬： 保証的過濾系統輸出：
該GCS6200可包含直接和間接反饋或監控系統。在我們的實施中，GCS和RGCS濾袋過濾器兩者均有塵土感應器在出口(直接監控)，以通報濾袋破裂。若發生濾袋破裂，該系統即關閉以進行維修。選擇性地，可在啟動時分析氯化氫刷洗器6240內的水流，以確認微粒物質移除效率。
從該濾袋過濾器6230離開的無微粒合成氣流在一填充塔內刷洗，利用再循環鹼溶液來除去任何存在的氯化氫。氯化氫刷洗器6240也提供足夠的接觸區域以將氣體冷卻至約35℃。使用一碳床過濾器6260來分離液態溶液和可能可溶的水污染物，例如金屬、氰化氫、氨水等。氯化氫刷洗器6240係經設計以將輸出氯化氫濃度保持在約5 ppm。一廢水放流被送至廢水儲存槽6244以進行處理。
為了冶金學考量，氯化氫刷洗器6240係設置在鼓風機6250上游。含有相關零組件，例如熱交換器6242，之氯化氫刷洗器6240之一範例簡要圖在第38圖示出。第39圖示出收集並儲存來自GCS 6200的廢水之例示系統。一碳床6245被添加至水沖放(blowdown)，以從廢水中除去焦油和重金屬。氯化氫刷洗器6240的典型規格如下：
在除去氯化氫後，使用一鼓風機6250，其提供氣體從轉化器1200通過整個系統120至氣體引擎9260下游的驅動力。該鼓風機6250係位於該汞精製機6260上游，因為後者在壓力下有較佳的汞移除效率。這也降低汞精製機6260的尺寸。第G8至330圖示出整個系統120和製程氣體鼓風機6250的位置之簡要圖。
該鼓風機6250係利用所有上游容器設計壓降來設計。其也經設計以提供下游設備壓力損失的所需壓力，以在HC 7230內擁有~2.1至3.0psig的最終壓力(通常是2.5psig)。因為氣體在通過鼓風機6250時會被加壓，其溫度上升至約77℃。使用內建的氣體冷卻器6252來將溫度降回35℃，因為硫化氫移除系統6270的最大操作溫度是約40℃。
使用碳床過濾器6260來做為餘留在合成氣流內的任何重金屬之最後精製構件。其效率在該系統處於壓力而非真空下、在較低溫度下、氣體係飽和的、並且當氯化氫已除去因此不會劣化碳時會改善。此製程也能夠從合成氣流吸收其他有機污染物，例如戴奧辛，若存在的話。該碳床過濾器6260係針對超過99%的汞移除效率設計。
此系統的效能藉由週期性分析氣體內的汞來測量。修正係藉由調整碳饋送速率並監控越過該精製器6260的壓降，以及藉由採樣來分析碳床效率做出。
碳床過濾器6260的典型規格如下：
該硫化氫移除系統6270係基於加拿大渥太華環保署的A7指導方針所概述的二氧化硫排放限制，其說明在氣體引擎內燃燒的合成氣會產生低於15ppm的二氧化硫排放。硫化氫移除系統6270係針對約20ppm的輸出硫化氫濃度設計。第40圖示出硫化氫移除系統6270的細節。
為硫化氫移除6270選擇Shell Paques生物科技。此技術係由兩個步驟組成：第一，來自碳床過濾器6260的合成氣通過刷洗器6272，在此藉由再循環鹼溶液將硫化氫從合成氣中移除。接著，將含硫溶液送至生物反應器6274以進 行鹼性的再生、硫化物氧化為元素硫、硫的過濾、硫以及放流的消毒以符合規定要求。該硫化氫移除系統6270係針對20ppm的輸出濃度設計。
在生物反應器6274內使用硫桿菌(thiobacillus bacteria)以利用與空氣的氧化將硫化物轉化為元素硫。一控制系統8200控制進入該生物反應器內的空氣流速，以維持該系統內的硫存量。利用壓濾機6276過濾該生物反應器6274的滑流(slip stream)。來自壓濾機6276的濾液被送回製程，來自此濾液的微量流被送出做為液態放流。有兩個排放來源：一個固體排放-擁有某些生質的硫，以及一個液體排放-擁有硫酸鹽、碳酸鹽和某些生質的水。兩種排放流皆在最終處理前消毒。
硫化氫移除系統6270的典型規格如下：
在除去硫化氫後，使用降溫器7210來將水凝結出合成氣，並將其再加熱至適於用在氣體引擎9260的溫度。該降溫器7210將氣體從35℃過冷卻至26℃。從該輸入氣流冷凝出的水被氣體/液體分離器7220除去。這確保該氣體擁有80%的相對溼度，一旦在氣體儲存之後在被送到氣體引擎9260之前重新加熱至40℃(發動機需求)。
如下表格提供整個GCS 6200的主要規格：
如上所註，GCS 6200將輸入氣體轉化為擁有預期性質的輸出氣體。第33圖示出GCS系統6200的整體製程流程圖，其係與電漿汽化系統和下游應用整合。在此，在RCS 4200內產生的第二氣流被饋送至GCS 6200內。
殘餘氣體調整器(RGCS)
如先前所述，來自GCS濾袋過濾器6230的殘餘物，其可包含活性碳及金屬，係利用氮氣週期性清潔並傳送至RCC 4220，其在此被玻璃化。出自RCC 4220的氣體被引 導通過殘餘氣體調整器(RGCS)4250濾袋過濾器4254以除去微粒，並在進入活性碳床4258前利用熱交換器4256冷卻。該濾袋過濾器4254也基於穿過該系統的壓降週期性清潔。在RGCS濾袋過濾器4254中所收集到的殘餘物利用適當方法處理。從RGCS 4250離開的做為第二氣流之可燃氣體被送回主要GCS 6200以完全使用回收熱。
合成氣調節系統
來自GCS 6200之乾淨及冷卻的合成氣進入合成氣調節系統(SRS)7200，其係設計來確保流至下游氣體引擎9260的合成氣擁有一致的氣體品質。SRS 7200作用為消除氣體成分(主要是其低發熱量-LHV)和其壓力的短期變異。雖然下游氣體引擎9260會繼續運轉並產生電力，即使合成氣的LHV或壓力有短期變異，但其可能會因為不佳的燃燒或不佳的燃料對空氣比例而脫離其門限放射限制。
SRS 7200包含降溫器7210、氣體/液體分離器7220和均質室(HC)7230。該氣體於該氣體引擎9260之前在該氣體儲存的出口加熱以符合發動機溫度要求。
可取得兩種類型的均質室(HC)：固定體積HC和可變體積HC。後者在降低流速和壓力變動上是較有用的，而前者在降低LHV變動上是較有用的。因為MSW進料的性質，LHV變動在我們的應用中是較顯著的。混合體積HC在其建構及維修上通常也比可變體積可靠。
第42圖示出用於本實施之均質室(HC)的圖示。其係 經設計以保留約2分鐘的合成氣流。此保留時間符合約1%LHV變動/30秒之燃氣引擎保證的LHV變異規格量。取決於該氣體分析器8130的留置時間通常是約30秒(包含分析和反饋)。最大LHV變動通常是10%。因此，為了平均下來得到3%的LHV變動，需要>1.5分鐘的儲存。該2分鐘儲存容許一些餘裕。
該HC 7220在2.2至3.0psig的範圍內運作，以符合下游氣體引擎9260的燃料規格。離開的氣壓用壓力控制閥保持固定。HC 7230係針對5psig的最大壓力設計，並且安裝閘閥以處理不尋常的壓力過大情況。
HC 7230的2分鐘保留時間也提供降低壓力變動之足夠的儲存。就我們的設計而言，氣體引擎9260的可容許壓力變動是0.145PSI/sec。在下游氣體引擎9260失效的情況中，可能需要緩衝(取決於控制系統回應時間和30-35秒的留置時間)，以提供減緩製程或燃燒過量氣體的時間。
一般進入HC 7230的合成氣流速是~8400Nm3 /hr。因此，就2分鐘的留置時間而言，HC體積必須是約280m3 。
HC 7230為落地式(free-standing)並且位於戶外，在此其會暴露在雪、雨和風之中。因此，HC 7230的尺寸係經設計以符合機械工程要求。其支撐結構7232與混凝土地基接合。
因為有一些水會從合成氣凝結出，在HC 7230的設計中包含一底部排水噴嘴。為了輔助HC 7230排水，故意不將其其底部設計為平坦的，而是擁有護板的圓錐狀底部。 使用追蹤/絕緣排水管來形成該排水凸緣。因為HC 7230內的水必須重力排放至地板排水口，故將HC 7230保持稍微升高。
HC7230係經設計以符合如下設計要求。
用於HC 7230的材料必須考慮上述機械設計要求和如下的典型氣體成分兩者。因為水、氯化氫、和硫化氫的存在，腐蝕是一特別的考量點。
濾化氫 5ppm
在HC 7230內提供如下開口：一個36英吋歧管，靠近底部以近接；一個6英吋凸緣，在頂部以釋壓；一個16英吋凸緣，在外殼上以便輸入氣體；一個16英吋凸緣，在外殼上以便輸出氣體；六個1英吋凸緣，在外殼上(2個用於壓力、1個用於溫度並且3個備用)
一個2英吋凸緣，在HC底部(排水)；以及一個1英吋凸緣，在底部錐狀物上以用於液壓開關。
除了滿足設計要求外，HC 7230也提供：開口、歧管覆蓋、和盲法蘭(blind flanges)，用於所有備用噴嘴。
梯子，容許安全近接(例如，具有軌道)至屋頂和釋壓閥。
所需的吊鉤和錨定螺栓。
混凝土環狀壁。
HC 7230的內部及外部塗層，若需要的話。
HC 7230底部的絕緣和熱追蹤。
用以支撐的混凝土厚板。
該氣體引擎9260設計要求輸入氣體在指定相對濕度下有指定成份範圍。因此，使用降溫器7210將離開流化氫刷洗器6270之乾淨氣體從35℃過冷卻至26℃。利用氣體 /液體分離器7220除去因為該氣流的冷凝而形成的任何水。這確保該合成氣一旦重新加熱至40℃會擁有80%的相對溼度，氣體引擎9260的典型要求。
使用鼓風機6250從該系統抽出合成氣，藉由提供通過所有構件和管路之適當的抽吸，如經由如下規格者。鼓風機設計注意良好的工程實施和所有可應用的省份及國家規範、標準和OSHA準則。鼓風機6250的操作係在約600伏特、3階段、以及60Hz下進行。
鼓風機6250係經設計以符合如下功能要求。
汲取的典型氣體成分(濕量基準)如下：
因為合成氣是可燃的並與空氣產生爆炸性混合，鼓風機6250係經配置而使極微至沒有空氣會從大氣吸收進入，並且極微至沒有氣體洩漏至大氣。所有的工作流體，即，密封清潔係以氮氣來完成並使用無洩漏軸封。使用先進的洩漏偵測系統來監控任何方向的洩漏。
除了上述設計標準，鼓風機6250也提供：擁有無洩漏鼓風機軸封的防爆馬達。
氣體冷卻器6252。
擁有消音罩的消音器，以符合1公尺處80dBA的噪音規範。
鼓風機和馬達的共同底盤。
擁有馬達的附屬油壓幫浦，以及所有鼓風機附屬系統 需要的儀器。
所有構件和控制(即，低和高油壓開關、高排放壓力和溫度開關、溫差和壓差開關)。所有開關均為CSA認證的排放壓力計、排放溫度計、油壓和油溫計。所有構件皆在共同的防爆接線箱處接線，必且VFD係藉由安裝在鼓風機上游的壓力傳輸器控制。
零洩漏排放止回閥(check valve)。
設備安全系統，以防止鼓風機遭遇過度壓力/真空/關閉排放(例如，類似PRV和回收線的系統)。
因為鼓風機6250位於建築外，暴露在雨、雪和風之中。鼓風機6250係經配置以承擔如下環境條件。
因為鼓風機6250在爆炸性氣體環境下工作，安裝在合成氣管線上或在約2公尺距離內的所有設備和電氣元件皆針對1級、2區的分級設計。
為了確保可靠度，提供適當的近接以進行檢測和保養，例如近接以快速隔離和修正故障。雖然鼓風機6250可持續操作(24/7)，頻繁的啟動/停止操作在預期到製程穩定期間是更常見的。
建構材料係基於設計條件和氣體成份選擇。例如電路板、連接器和外部零組件被覆以塗層或以其他方式保護，以最小化灰塵、溼氣和化學品的潛在問題。控制板和開關是耐用的建構體，設計來由佩帶工作手套的人員操作。
一般來說，使用流量範圍10%至100%的變頻器(VSD)來控制馬達。包含過電壓和過負載保護。馬達狀態、開/關操作和速度改變係透過分散式控制系統(DCS)遠端監視並控制。
一旦經調節的氣體離開HC 7230，其即被加熱至發動機要求位準並引導至該氣體引擎9260。
氣體引擎
五個擁有1MW生產力的往復式GE Jenbacher氣體引擎，每一個均用來產生電力。因此，整體的供電能力是5MW。選擇性地，任何氣體引擎9260均可關閉，取決於整體要求。該氣體引擎9260能夠以高效率和低放射燃燒低或 中發熱量的合成氣。但是，因為相對低的氣體發熱量(與例如天然氣的燃料相比)，該氣體引擎9260被減速，以在700kW左右以其最有效率的操作點操作。
燃燒塔
會使用一密閉式燃燒塔9299來在起始、關閉和製程穩定期期間燃燒合成氣。一旦製程已經穩定，該燃燒塔9299會僅用來做緊急用途。該燃燒塔9299係經設計以達到約99.99%的去除效率。
控制系統
在此實施中，本範例之汽化系統包含整合的控制系統，以控制在其中實施的汽化製程，其可包含多種獨立及互動式局部、區域和整體製程。該控制系統可經配置以強化，並且可能最佳化，各種製程以達到預期的前段和/或後段結果。
一前至後控制機制可包含促進進料的固定產能，例如在配置來進行MSW的汽化之系統內，同時符合此類型系統的管理標準。此種前至後控制機制可被最佳化以得到特別指定和/或實施該系統所要的特定結果，或設計為更大的控制系統之子集的一部分或簡化版，例如在該製程開始或關閉時或緩和各種不尋常或緊急情況。
一前至後控制機制可包含針對所選下游應用之產物氣體品質或特性的最佳化，也就是透過下游氣體引擎9260 產生電力。雖然該控制系統可經配置以最佳化此種後段結果，但可監控及調節前段特徵以確保該系統根據管理標準的適當及連續的作用，當應用此類標準時。
該控制系統也可經配置以提供互補結果，其可最佳定義為前段和後段結果的組合，或再次定義為從該系統120內的任何點流出的結果。
在此實施中，該控制系統係經設計而在起始時以前至後控制系統操作，然後當初始啟動騷亂已經足夠減弱時進展至後至前控制系統。在此特定範例中，該控制系統係用來控制汽化系統120，以將進料轉化為適於所選下游應用的氣體，也就是適於讓氣體引擎9260消耗以產生電力的氣體。一般來說，該控制系統通常包含一或多個感應元件，以感應系統120的各種性質，一或多個計算平台，以計算一或多個製程控制參數，其引導表示所感應到的性質之特徵值維持在適於下游應用之此值的預定範圍內，以及一或多個回應元件，以根據這些參數操作汽化系統120的製程元件。
例如，一或多個感應元件可分佈在汽化系統120內四處，以在製程中多個點感應合成氣的性質。與這些感應元件通信地連接的一或多個計算平台可經配置以存取代表所感應到的性質之特徵值，將該等特徵值和定義來表示該產物氣體適於所選的下游應用之此類值的預定範圍做比較，並計算引導特徵值維持此預定範圍的一或多個製程控制參數。該複數個回應元件，與可操作以影響該製程因此調整 該產物氣體的一或多個特性之該汽化系統的一或多個製程元件和/或模組操作性連接，可與該一或多個計算平台通信地連接，以存取一或多個經計算的製程控制參數，並經配置以據此操作一或多個製程元件。
該控制系統也可經配置以提供強化的前段結果，例如，該輸入進料之強化或固定的消耗或轉化速率，又或是做為起始、關閉和/或緊急程序的一部分，再或是配置來實施汽化系統120之製程以達到前段得益和後段得益之間的預定平衡，例如使進料的轉化產生適於所選下游應用的產物氣體，同時最大化進料通過該轉化器的產能。或者或進一步的系統強化可包含，但不限於，最佳化系統能量消耗，例如最小化系統的能量衝擊因而最大化透過所選下游應用的能量產生，或幫助更多或另外的下游產物之產生，例如可消耗產物氣體、化學化合物、殘餘物及諸如此類者。
第43圖提供此範例一高位準的製程控制機制，其中欲控制的製程係由上述汽化系統120提供。第44圖提出另一個系統120和第1圖控制系統的描繪，以識別與其相關的例示性質和感應元件。如上所述，該系統120包含轉化器1200，含有根據本範例之汽化器2200和GRS 3200，以將一或多種進料(例如MSW和塑膠)轉化為合成氣和殘餘產物。該系統120更包含一殘餘物調整系統(RCS)4200和一熱交換器5200，引導回收來自該合成氣的熱並且，在此範例中，使用此回收的熱來加熱用於轉化器1200的空氣輸入添加物。也提供用來調整(例如冷卻、淨化和/或清潔)該合 成氣的氣體調整系統(GCS)6200，以及用來至少部份均質化該合成氣以利下游使用的調節系統7200。如在此所描繪者，可從轉化器1200和GCS 6200兩者提供殘餘物給RCS 4200，其組合被調整而產生固體產物(例如玻璃化熔渣4203)和合成氣，該合成氣將被調整並與轉化器合成氣組合以利進一步調整、均質化和下游應用。
在第43和44圖中，示出各種感應和回應元件，其係經配置以提供系統120各種程度的控制。如上所述，特定控制元件可用來進行局部和/或區域系統控制，例如以影響一部分的製程和/或其子系統，因此，可能對系統的整體效能有很小的或沒有影響。例如，雖然GCS 6200可提供合成氣體之調整和準備以利下游使用，但其實施，及因此產生的變化，對於系統120的總效能和輸出生產力可能有非常小的影響。
另一方面，某些控制元件可用來做區域和/或整體系統控制，例如，以實質上影響整個製程和/或系統120。例如，透過MSW處理系統9200和/或塑膠處理設備9250的進料輸入變異可對產物氣體有非常顯著的下游影響，也就是影響成分和/或流速的改變，以及影響轉化器1200內的局部製程。相同地，該轉化器1200不同區段的添加物輸入速率的變異，無論是整體或分散，也可對產物氣體有顯著的下游影響，也就是氣體成分和流速。其它受控制的操作，例如在轉化器1200內的反應物傳輸順序、氣流分布調整、電漿熱源功率變異和其他此類要素也會影響產物氣體的性 質，因此可用來控制此類性質，又或是被其他設備納入考量以降低其對下游應用的衝擊。
在第43和44圖中，示出各種感應元件並用於本範例中以控制汽化製程的各種局部、區域和整體性質。例如，該系統120包含各種溫度感應元件，以在該製程的各個位置感應製程溫度。在第43圖中，提供一或多個溫度感應元件以分別偵測轉化器1200內的溫度變異，關於電漿熱源3208，以及關於RCS 4200內的殘餘物調整製程。例如，可提供獨立的感應元件(通常由第1圖的溫度傳送和指示器控制8102識別)以感應與在汽化器2200(見第2圖)的階段1、2和3內發生的製程有關的溫度T1、T2和T3。可使用另一個溫度感應元件8104來感應與GRS 3200之重組製程有關，並且特別是與電漿熱源3208的輸出功率有關的溫度T4(例如見第2圖)。在此範例中，也提供一溫度感應元件8106來感應RCC 4220內的溫度(例如第2圖的溫度T5)，其中此溫度至少部分與殘餘物調整器電漿熱源4230的輸出功率有關。可了解也可在轉化器1200下游的各種位置使用其他溫度感應元件，以分擔不同的局部、區域和/或整體製程。例如可與熱交換器5200合併使用溫度感應元件，以確保適當的熱傳輸並提供充分的熱空氣添加輸入給轉化器1200。溫度監控器也可與GCS 6200連接以確保如此調整出的氣體對於特定子製程而言不會過熱，例如。其它此類範例對熟知記憶者而言應該是顯而易見的。
該系統120更包含各種壓力感應元件，操作性設置在 該系統120內四處。例如，提供一壓力感應元件(在第1圖中示為壓力傳送和指示器控制8110)以感應轉化器1200內的壓力(在第2圖範例中示為與GRS 3200特別有關)，並且透過速度指示器控制與鼓風機5200、變頻器和馬達組件8113操作性結合，以將轉化器1200內的整體壓力維持在低於大氣壓；在此特定範例中，以約20Hz的頻率持續監控該轉化器1200內的壓力並據此調節。也提供與RCC 4220操作性結合並與將殘餘物調整氣體從RCC 4220引導至GCS 6200的控制閥操作性連接的壓力感應元件8112。壓力感應元件8116，也提供來監控對於熱交換器5200的輸入空氣壓力並且與鼓風機5210操作性連接以透過速度指示器控制、變頻器和馬達組件來調整該鼓風機。選擇性提供一壓力控制閥8115做為第二控制，以凌駕(override)並調整系統內的壓力，當合成氣鼓風機速度6250落至鼓風機最小操作頻率之下時。
進一步提供另一個壓力感應元件8114與合成氣調節系統(SRS)7200併用，並且與控制閥7500操作性連接以透過燃燒塔9299進行合成氣之受控制的和/或緊急釋放，因為例如起始和/或緊急操作期間之過壓。此壓力感應元件8114更透過流速傳送和控制指示器8124與控制閥8122操作性連接，以在提供給SRS 7200的合成氣不時夠增加通至該轉化器1200的製程添加物輸入流，以維持氣體引擎9260的持續操作，例如。這在控制系統根據後至前控制機制操作時是特別重要的，如會在下面更詳細描述般。注意 到在第2圖中，空氣流感應元件8124和控制閥8122係用來調節汽化器2200的階段1、2和3的添加空氣流，如分別由氣流F1、F2和F3所示出者，以及GRS 3200的添加空氣流，如由氣流F4所示出者，其中相對氣流係根據定義來實質上維持每一個製程階段的預設溫度範圍之預定比例設定。例如，可用約36：18：6：40的F1：F2：F3：F4比例來將相對溫度T1、T2和T3分別維持在約500-600℃、700-800℃和800-900℃範圍內，特別是在輸入更多進料以補償因為體積增加而增加的燃燒時，如下面所述般。
該系統120也包含各種氣流感應元件，操作性設置在該系統120內四處。例如，如上所述，一氣流感應元件8124係與通至該轉化器1200的空氣添加物輸入結合，並與控制閥8122操作性連接以調整此氣流，例如回應透過感應元件8114在該SRS 7200內偵測到的壓力降。也提供一氣流感應元件8126來偵測通至SRS 7200的合成氣流，由此得到的值被用來調節空氣添加物輸入速率以做為對氣流減少的快速反應，以及調整進料輸入速率，例如根據目前定義的燃料對空氣比例(例如，目前使用的(MSW+塑膠)：(總添加空氣輸入)比)，分別透過MSW和/或塑膠饋送機構9200和9250，以有較長久的穩定性；這再次在該系統係根據後至前控制機制操作時是特別有用的，如下面所述般。在此範例中，空氣對燃料比例通常維持在約0至4kg/kg之間，並且在正常操作期間通常是約1.5kg/kg。也可提供一氣流感應元件8128以監控通至該燃燒塔9299的過量氣流，例 如在起始、緊急和/或前至後控制操作期間，如下所述般。
第43和44圖也示出一氣體分析器8130，用來分析合成氣抵達SRS 7200時的成分，該控制系統係經配置以使用此氣體成分分析來判定合成氣燃料值和碳含量，並分別調整燃料對空氣比例和MSW對塑膠比例，因而提供來調節MSW和塑膠各自的輸入速率。再一次，此特徵在控制系統之後至前控制機制實施中是特別有用的，在下面更詳細描述。
注意到在第43和44圖中示出，但參考汽化器2200之例示實施例在上面描述，者包含配置來偵測汽化器2200內各種位置之反應物高度的各種感應元件，也就是在步驟1、2和3 2212、2214&2216處。這些感應元件可用來控制橫向輸送構件的動作，例如承載溜塊2228、2230&2232，以輔助汽化器2200內的有效處理。在此範例中，一承載溜塊順序控制器會影響實際進料輸入速率的計算，如預期進料輸入速率的變異般，其需要與該承載溜塊順序控制器交流。也就是說，該承載溜塊順序控制器可用來調整進料輸入速率，而該控制系統，與該承載溜塊順序控制器交流，可用來在下游製程中補償承載溜塊順序改變所造成的變異(例如，以處理各種偵測到的反應物分佈所造成的問題)。
第45圖提供控制流程圖，示出各種感應到的特徵值、本範例之控制系統使用的控制器(例如回應元件)和操作參數、以及引導促進適當及有效的進料處理之其間的互動。在此圖式中： 轉化器固體高度偵測模組8250係經配置來合作控制傳送單元控制器8252，其係配置來控制傳送單元8254的動作，以及合作控制總MSW+氯化氫饋送速率8256；合成氣(產物氣體)碳含量偵測模組8258(例如，得自氣體分析器8130)與MSW：HCF比例控制器8260操作性連結，該比例控制器係配置來合作控制MSW/HCF分離器8262，以分別控制個別的MSW和HCF饋送速率8264和8266；合成氣(產物氣體)燃料值判定模組8268(例如，LHV-c1＊ [H2 ]+c2＊ [CO]，其中c1和c2是常數，而[H2 ]和[CO]得自合成氣分析器8130)與燃料：空氣比例控制器8270操作性連結，以結合控制引導至MSW/HCF分離器8262的總MSW+HCF饋送速率8256和傳送單元控制器8252；合成氣流偵測模組8272係與一總空氣流控制器8274操作性連結以控制總空氣流8276，並合作控制總MSW+HCF饋送速率8256；以及製程溫度偵測模組8278係與溫度控制器8280操作性連結，以控制空氣流分佈8282(例如，第2圖的F1、F2、F3和F4)和電漿熱8284(例如透過PHS 1002)。
在此配置中，為了判定輸入該系統120的空氣添加量，以得到落在下游應用適當範圍內，又或是落在引導增加能量效率和/或產物氣體消耗的範圍內，的合成氣成分，該控制系統可經配置以基於取得的LHV(例如，來自合成氣的[H2 ]和[CO]分析)特徵值計算控制參數。例如，藉由將 溫度和壓力設定為固定值，或在一預期設定點，可依經驗法則界定整體系統參數，因此可利用如下形式的線性計算以足夠的精確度估計空氣輸入參數：[LHV]=a[空氣]
其中a是特定系統設計和預期輸出性質之經驗常數。使用此方法，顯示出本範例之系統120可有效且持續操作以符合管理標準，同時最佳化製程效率和一致性。
第46圖提供另一個控制流程圖，示出各種感應到的特徵值、可被稍微調整配置的控制系統8000使用的控制器(例如回應元件)和操作參數、以及引導促進適當及有效的進料處理之其間的互動。在此圖式中：轉化器固體高度偵測模組8350係經配置來合作控制傳送單元控制器8352，其係配置來控制傳送單元8354的動作，以及合作控制總MSW+氯化氫饋送速率8356；合成氣(產物氣體)碳含量偵測模組8358(例如，得自氣體分析器8130)與MSW：HCF比例控制器8360操作性連結，該比例控制器係配置來合作控制MSW/HCF分離器8362，以分別控制個別的MSW和HCF饋送速率8364和8366；合成氣(產物氣體)[H2 ]含量偵測模組8367(例如，得自氣體分析器8130)與燃料：空氣比例控制器8370操作性連結，以結合控制總MSW+HCF饋送速率8356，進而結合控制傳送單元控制器、MSW/HCF分離器8362、蒸氣流計算和總空氣流； 合成氣(產物氣體)[CO]含量偵測模組8369(例如，得自氣體分析器8130)與燃料：蒸氣比例控制器8371操作性連結，以結合控制蒸氣流計算，進而控制蒸氣添加速率(註：蒸氣添加輸入機構可與輸送帶1000(未在第1和2圖示出)操作性連結，並提供來補充空氣添加及參與精練合成氣的化學成份)；合成氣流偵測模組8372係與一總空氣流控制器8374操作性連結以合作控制總空氣流8376，並合作控制總MSW+HCF饋送速率8356；以及製程溫度偵測模組8378係與溫度控制器8380操作性連結，以控制空氣流分佈8382(例如，第2圖的F1、F2、F3和F4)和電漿熱8384(例如透過PHS 1002)。
在此配置中，為了判定輸入該系統120的空氣添加和蒸氣添加量，以得到落在下游應用適當範圍內，又或是落在引導增加能量效率和/或產物氣體消耗的範圍內，的合成氣成分，該控制系統可經配置以基於取得的[H2 ]和[CO]特徵值計算控制參數。例如，藉由將溫度和壓力設定為固定值，或在一預期設定點，可依經驗法則界定整體系統參數，因此可利用如下形式的線性計算以足夠的精確度估計空氣和蒸氣輸入參數：
其中其中a、b、c和d是特定系統設計和預期輸出性質之經驗常數。熟知技藝者會了解雖然簡化為一線性系 統，但可延伸上述範例以包含更多特徵值，因此提供更多控制參數的線性計算。也可考慮較高階(order)的計算，以依照需要精化控制參數的計算，以進一步限制更嚴厲的下游應用之製程變異。但是，使用上述者，顯示出本範例之系統120可有效且持續操作以符合管理標準，同時最佳化製程效率和一致性。
可理解控制系統的各種控制器一般係平行操作，以調整其個別值，其可包含絕對(例如總空氣流)和相對值(例如進料對空氣比例)，雖然某些或所有控制器也可能依序操作。
如上所述，在本範例中該系統120的起始操作期間使用前對後(或供應-驅動)控制策略，此時轉化器1200以固定的MSW饋送速率運作。使用此控制機制，汽化系統120容許製程變異被下游設備吸收，例如氣體引擎9260和燃燒塔9299。產生少量的過量合成氣緩衝，因此使用一小型連續燃燒塔。超過此正常量的額外合成氣產物可送至該燃燒塔，增加燃燒量。合成氣產物的任何不足首先耗盡該緩衝，然後最終可能需要產生器功率輸出降低(產生器可透過可調整功率設定點在50-100%功率輸出下運作)，或控制系統實施之進一步的系統調整，如下所述般。此控制機制對於起始和使用階段是特別可行的。
此前對後控制機制的主要製程控制目標包含穩定HC 7230內的壓力、穩定產生的合成氣成分、控制汽化室2202內材料的堆放高度、穩定汽化室2202內的溫度、控制再重 組室3202內的溫度、以及控制轉化器製程壓力。
在使用GE/Jenbacher氣體引擎9260時，產物氣體的最小壓力是約150mbar(2.18psig)，最大壓力是約200mbar(2.90psig)，容許的燃料氣壓變異是約+/-10%(+/-17.5mbar、+/-0.25psi)，而最大產物氣體壓力變異速率是約10mbar/s(0.145psi/s)。該等氣體引擎9260擁有輸入調節器，其可處理壓力供應的小混亂，並且管線和HC內的阻滯稍微發揮緩和這些改變的作用。但是該控制系統仍然使用快速行動控制迴圈以作用來維持適當的壓力位準。如上所述，此控制機制中的轉化器1200係在充分的MSW饋送速率下運作，以形成少量的過量合成氣產物緩衝，其被連續燃燒。因此，HC 7230壓力控制變成簡單的壓力控制迴圈，其中在從HC 7230至燃燒塔9299的線路上之壓力控制閥係依需要模組化，以將HC壓力保持在適當範圍內。
該控制系統通常作用來穩定所產生的合成氣成分。該氣體引擎9260可在一大範圍的燃料值內運作，只要改變速率不會太過度。與此範例相關的低發熱量(LHV)之可容許改變速率係每30秒低於1%的合成氣LHV變異。就氫氣基燃料而言，自身擁有少至15%氫氣的燃氣是適當的，並且LHV可低至50btu/scf(1.86MJ/Nm3 )。系統體積和HC 7230輔助穩定LHV的改變速率，藉由提供約2分鐘的合成氣產物。
在此控制機制中，可用安裝在HC 7230入口處的氣體分析器8130來測量產物氣體成分，或其大約成分。基於此 測量，該控制系統可調整燃料對空氣比例(即，相對於空氣添加之輸入空氣稍微增加/減少MSW饋送速率)，以穩定氣體燃料值。增加相對於空氣添加的MSW或塑膠饋送會增加該氣體的燃料值。但是，可了解此控制動作可能有相對長的回應時間，取決於系統120的整體實施，因此，可經調整以避免長期傾向而非回應短期變異。
雖然塑膠進料自身是肥沃許多的燃料來源(例如約兩倍於MSW的LHV)，但其與MSW通常係以約1：20(0-14%)的比例添加，因此，根據此範例，其並非添加至該系統之燃料的主導者。因為添加太多塑膠進入系統120可能是不經濟的，塑膠進料可被用來做為平衡而非主要控制。一般來說，塑膠進料係以選擇性調整至穩定離開該系統120的合成氣中的總碳量，如由氣體分析器8130測得者，之比例來和總饋送進料成比例。這因此可有減輕MSW燃料值變異的作用。
此外，可使用反應物料堆高度控制系統來輔助保持轉化器1200內穩定的料堆高度。穩定的高度控制可避免該材料因為製程氣體注入而流體化(fluidisation)，其可在低高度時產生，並避免因為會在高水位發生之受限的空氣流所造成的料堆之不良溫度分佈。維持穩定高度也可幫助維持一致的轉化器留置時間。可在汽化室2202內使用一系列的液位開關，例如，來測量料堆深度。本範例中的液位開關可包含，但不限於，擁有發射器在轉化器一側以及接收器在另一側的微波元件，其偵測材料在該轉化器1200內該點 處的存在與否。汽化器2200內的庫存通常是饋送速率和承載溜塊動作(例如承載溜塊動作)的函數，並且在較低程度上，該轉化效率的函數。
在此範例中，梯級3承載溜塊藉由以固定伸出長度和頻率的移動以從汽化器2200排放殘餘物來設定轉化器產能。梯級2承載溜塊跟進並移動至需要的最遠距離以將材料推到梯級3上，並將梯級3的梯級開端液位開關狀態變為”滿”。該梯級1承載溜塊跟進並移動至需要的最遠距離以將材料推到梯級2上，並將梯級2的梯級開端液位開關狀態變為”滿”。所有承載溜塊然後同時退回，並且在整個程序重複之前執行排定的延遲。可用額外的配置來限制連兩次伸出長度的改變至低於液位開關要求者，以避免承載溜塊產生過量干擾。該等承載溜塊可相當頻繁的移動，以避免轉化器底部的過溫情況。此外，可偶爾規劃伸長至每一個梯級末端的完全延伸承載溜塊，以避免停滯材料在該梯級末端附近累積和附聚。在此可考慮其他承載溜塊程序而不會背離本揭示的一般範圍和特性，這對熟知技藝者而言是顯而易見的。
為了最佳化轉化效率，根據本發明之一實施例，將材料維持在儘可能高的溫度下，持續盡可能久的時間。設定溫度上限以避免材料開始熔化並結塊(例如形成渣塊)，其降低可得表面積因而降低轉化效率，使料堆內的空氣流轉移至附聚塊的周圍，惡化溫度問題並加速結塊的形成，干擾承載溜塊的正常操作，並且可能因為堵塞殘餘物移除螺 桿2209而造成系統停工。也可控制該料堆內的溫度分佈以避免第二種結塊形成；在此情況中，塑膠熔化並變為其他材料的黏結劑。
在一實施例中，料堆內的溫度控制係藉由改變進入特定梯級的製程空氣流(即，更多或更少的燃燒)來實現。例如，在反應室底部提供至每一個梯級的製程空氣流可利用控制系統調整，以穩定每一個梯級的溫度。也可利用額外的承載溜塊伸出之溫度控制，以破壞熱點。在一實施例中，每一個梯級的空氣流係經預先設定，以實質上維持固定溫度和梯級之間的溫度比。例如，可將總空氣流之約36%引導至梯級1，約18%至梯級2，並且約6%至梯級3，剩下的被引導至GRS(例如，總空氣流的40%)。或者，可動態改變空氣輸入比例以調整溫度和發生在汽化器2200的每一個梯級和/或GRS 3200內的製程。
電漿熱源功率(例如電漿炬功率)也可經調整以將GRS 3200的離開溫度(例如，重組室輸出)穩定在約1000℃的設計設定點。這可被使用以確保在該汽化室2202內形成的焦油和煤灰完全分解。製程空氣進入該重組室3202的添加也可承擔一部分的熱承載，藉由合成氣燃燒之熱能釋放。據此，該控制系統可經配置以調整製程空氣的流速，以將電漿炬功率保持在良好的操作範圍內。
此外，可藉由調整合成氣鼓風機6250的速度來穩定轉化器壓力，在第1圖實施例中，示出近似的均質化子系統輸入。在低於鼓風機最小操作頻率的速度下，一第二控制 可凌駕(override)並取而代之調整再循環閥。一旦該再循環閥回到全關，主要控制即再加入。一般來說，壓力感應器8110係透過該控制系統與鼓風機6250操作性結合，其係經配置以監控系統內的壓力，例如以約20Hz的頻率，並透過與其操作性結合之適當的回應元件8113調整鼓風機速度，以將系統壓力維持在預期值範圍內。
也在不同容器內(例如RCC 4220)以連續操作執行殘餘物熔化操作，該容器係與該轉化器出口1200直接連接。該殘餘物係利用安裝在汽化器2200末端的鋸齒狀螺旋輸送帶(殘餘物汲取螺桿)或諸如此類者從該汽化室2202移出，並透過一系列螺旋輸送帶饋送至RCS 4200頂端，例如，來自濾袋過濾器6230的小型微粒流也可透過螺旋輸送帶加入殘餘物主流內，例如，以進一步處理。
該RCS 4200是小的、具耐火內襯的殘餘物調整室(RCC)4220，擁有安裝在頂部的300kW電漿炬4230、與氣體處理道連接的製程氣體出口4228、以及熔化的熔渣出口4226。離開該氣體處理道的氣體可被引導以在該主要濾袋過濾器6230的入口加入來自轉化器1200的合成氣主流，或被另外引導以進行進一步處理。在此範例中，殘餘物直接落入RCC 4220頂端，在此其藉由與電漿炬羽流4230的近距離接觸而熔化。該熔化的熔渣係，例如，利用該RCC 4220內部的V形凹口欄堰來保留。當更多殘餘微粒流入RCC 4220並熔化時，相對應量的熔化材料會超過欄堰4224並掉到填充水的與螺旋輸送帶整合的焠熄桶 4240，在此其固化、碎裂成小塊的玻璃狀熔渣，然後輸送至儲存器。
在控制殘餘物處理時，可依照需要調整電漿炬4230的功率以將溫度保持在適於熔化操作下。RCC 4220溫度儀器(例如，溫度感應元件8106)可包含，例如，兩個光學溫度計(OT)，其測量所瞄準的表面之表面溫度，3個蒸氣空間熱耦，安裝在熔化池上方陶瓷感溫井(thermo well)內，以及5個裝設外殼的熱耦，安裝在外部金屬殼上。該RCC 4220也可包含壓力傳送器，以測量RCC 4220內的製程壓力(例如，壓力感應元件8112)。
在此預期到的一個熔化溫度控制策略是測量兩個光學溫度計觀察到的delta溫度。一個光學溫度計瞄準電漿炬4230下方的熔化池，另一個瞄準熔化池接近該欄堰4224處。若接近該欄堰的溫度比電漿炬4230下方的溫度冷，則供應更多的電漿炬功率。另一個方法是直接使用光學溫度計溫度。在1400-1800℃範圍內的設定點，已知高於大部分MSW成分的熔化溫度，被輸入該控制器。然後依照要求調整電漿炬功率以符合此設定點。
一般來說，並不直接測量水位，而是利用OT溫度和蒸氣空間熱耦兩者來推斷。若溫度落在溫度設定點之下，這是未熔化材料的表示，並且會使用聯鎖(interlock)來暫時減緩殘餘物饋送速率，或關閉RCS 4200做為最後一個手段。材料流速可藉由透過驅動馬達變頻器(VDS)調整RCC饋送螺旋輸送帶的速度來控制，例如。可依照要求調 整饋送速率，以確保可接受的溫度控制，在電漿炬熔化速率的能力範圍內，並且避免因為未熔化材料造成RCC 4220內的高水位。一般來說，汽化室2202內可能有某些保留超過梯級3的殘餘物的容量，但保留操作會取決於擁有符合穩定狀態之殘餘物生產的適當熔化能力之RCC 4220。
RCC 4220內的壓力可利用裝設在該容器的蒸氣空間內的壓力傳送器來監控(例如，元件8112)。一般來說，該RCC 4220的操作壓力稍微與轉化器汽化室2202者相符，因此存有使氣流以任意方向通過該螺旋輸送帶之最小驅動力(僅固體殘餘微粒流)。在氣體排放線內提供控制閥(例如閥8134)，其可限制從下游真空產生器(合成氣鼓風機)除去的氣流。一DCS PID控制器計算需要達到預期操作壓力的閥門位置。
在起始階段後，可使用後至前控制，或需求-驅動控制，此時是位於系統120後段的氣體引擎9260驅動該製程。氣體引擎9260消耗某體積/小時的燃料，取決於燃料氣體(即產物氣體)的能量含量和產生的電力。因此此控制系統的高位準目標是確保適當的MSW/塑膠進料進入系統120，並轉化為擁有適當能量含量的合成氣，以能夠隨時用全力運轉該等產生器，同時適切地使合成氣產生和合成氣消耗相符，因而減少合成氣的燃燒，或甚至消除，並且增加消耗每噸MSW產生的電力，較佳地最佳化。
一般來說，上述前至後控制機制包含該後至前控制機制的子集。例如，大部分，若非全部，的上列製程控制目 標實質上會被維持住，但是控制系統進一步精進而減少合成氣的燃燒同時增加消耗每噸MSW，或其他此類進料，所產生的電量。為了提供強化的製程控制並達到提高的製程效率和針對下游應用之效用，產生的合成氣流實質上符合氣體引擎9260所消耗的燃料；這因此減少來自系統120之過量產物氣體的燃燒或其他處置法，並降低氣體產量不足的可能性，以維持下游應用的操作。概念上，該控制系統因此變成後至前控制(或需求-驅動控制)，其係經實施而使該下游應用(例如，氣體引擎/產生器)驅動該製程。
一般來說，為了在短時間內穩定離開該轉化器1200的合成氣流，可調整進入該轉化器1200的空氣添加物輸入流，提供氣流變化的快速回應，該變化通常係歸因於進料品質的變異(例如，進料溼度和/或發熱量的變異)。一般來說，調整空氣流造成的效果通常會在系統內以聲速傳播。相反地，雖然調整MSW和/或塑膠饋送速率也可顯著影響系統輸出(例如，合成氣流)，但進料在該轉化器1200內擁有相對長的留置時間(例如，在此特定範例中多至45分鐘或更多)，與此調整有關的系統回應時間一般會在約10至15分鐘範圍內，其在短期內，可能不足以及時影響產物氣體而避免不想要的操作情況(例如，燃燒過量氣體、不足的用於最佳操作之氣體供應、不足的用於持續操作之氣體供應等)。雖然仍有慢於空氣流增加的回應，但MSW饋送速率的增加會造成比塑膠饋送的增加快的回應，因為MSW的溼度含量可在2到3分鐘內產生蒸氣。
據此，調整總空氣流通常可提供最快可能的控制壓力動作迴圈，因此滿足下游應用的輸入氣流要求。此外，因為轉化器1200內大量的材料庫存，添加更多空氣，或其他此類添加物，至反應室底部不必然會成比例的稀釋氣體。所添加的空氣進一步貫穿進入料堆，並與較高的材料反應。相反的，添加較少空氣會立即使氣體豐足，但最終造成溫度降低以及反應速率/合成氣流的降低。
因此，總空氣流通常與材料饋送速率(MSW+塑膠)成比例，如第45圖所示者，因此添加物輸入的增加會使進料輸入速率增加。據此，調整控制系統而使增加空氣的效應可以立即見到，而額外進料饋送的效應最終被觀察到以提供較長期的穩定合成氣流的解決辦法。也可取決於系統動力學考慮暫時減少產生器功率輸出，以橋接增加MSW/塑膠饋送速率和見到增加的合成氣流之間的靜止時間(dead time)，但是，這並非必要或預期的，除非面對不尋常的進料情況。雖然在本發明中調整空氣流(最快的動作控制迴圈)和調整燃料對空氣比例以及總燃料速率(兩者皆有較長時間的回應)以維持下游應用之適合的氣體特性是較佳的，MSW對塑膠饋送比例控制並非必要，但可用來做為輔助消除長期變異性的額外控制。
在此範例中，MSW溼度含量通常在0和80%之間變化，而發熱量則在約3000和33000kJ/kg之間變化，並且HC擁有2分鐘的留置時間以及通常約210mbar的壓力。約+/-60mbar的變異是可能的，而不會超出約150mbar的 發動機之最小供應壓力。沒有控制系統，壓力改變可多至約1000mbar，因此長期流速變化被控制系統主動降低多至4倍(或75%)，以在預期的固定負載下運轉該氣體引擎9260。此外，沒有控制系統下轉化器氣體的壓力變化可達到約25mbar/s，這是此範例發動機約10mbar/s的最大值的2.5倍(或約60%)。因此，本發明之控制系統可將短期製程變異減少至少2.5倍(60%)，並將長期製程變異減少約4倍(75%)。使用此範例中的HC 7230可幫助減少短期變異。
在此說明書中參考的所有專利、出版品，包含公開的專利申請案，以及資料庫登錄之揭示均藉由引用其全文至相同程度來特意併入，如同每一個此種個別專利、出版品、和資料庫登錄經特意及個別指明藉由引用的方式併入本文中。
雖然已參考某些特定實施例描述本發明，但其各種調整對於熟知技藝者而言會是顯而易見的，而不會背離本發明之精神及範圍。如對於熟知技藝者而言顯而易見的所有此類調整旨在被包含在如下申請專利範圍的範圍內。
1002‧‧‧PHS
1200‧‧‧轉化器
2200‧‧‧汽化器
2202‧‧‧汽化室
2204‧‧‧進料入口
2208‧‧‧殘餘物出口
2209‧‧‧螺桿傳送器
2212、2214、2216‧‧‧梯級
2215、2217‧‧‧液位開關
2220‧‧‧維修埠
2222‧‧‧進出埠
2228、2230、2232‧‧‧承載溜塊
2240(a)、2240(b)‧‧‧軌道
2244‧‧‧矩形區塊
2256‧‧‧馬達
2258‧‧‧馬達輸出桿
2260‧‧‧驅動鏈齒輪
2262‧‧‧被驅動鏈
2264‧‧‧軸
2266‧‧‧鏈條構件
2268‧‧‧托座
2269‧‧‧位置感應器
2270‧‧‧底板
2272、2274、2276‧‧‧風箱
2278‧‧‧空氣輸入管
2280‧‧‧連接凸緣
2282‧‧‧護罩
2302‧‧‧頂板
2304‧‧‧結構支撐件
2306‧‧‧彈性板密封件
2308‧‧‧彈性條
2310‧‧‧除塵設施
2312‧‧‧含金屬盤
2314‧‧‧塵土出口
2316‧‧‧百葉窗
2318‧‧‧連接位置
2320‧‧‧鏈條
2324‧‧‧操作桿
2326‧‧‧承載溜塊主體
2328‧‧‧指狀物
2322‧‧‧推塵器
2332‧‧‧塵土罐
2402‧‧‧高密度氧化鉻層
2404‧‧‧高密度氧化鋁層
2406‧‧‧非常低密度絕緣板材
2408‧‧‧外殼
3200‧‧‧氣體重組系統
3202‧‧‧重組室
3202‧‧‧上蓋
3204‧‧‧逸氣入口
3206‧‧‧合成氣出口
3208、4230‧‧‧電漿炬
3222‧‧‧擱架
3212‧‧‧漩渦埠
3214‧‧‧安裝凸緣
4200、4220‧‧‧殘餘物調整系統
4203‧‧‧熔渣
4204‧‧‧熔渣料堆
4210‧‧‧主要輸送帶
4222‧‧‧貯存槽
4224‧‧‧欄堰
4228‧‧‧氣體出口
4240‧‧‧焠熄桶
4250‧‧‧殘餘氣體調整器
4252、4256、5200‧‧‧熱交換器
4254‧‧‧濾袋過濾器
4258‧‧‧碳床
4260‧‧‧輸送帶
4270‧‧‧支撐結構
5202‧‧‧管側
5206‧‧‧殼側
5210、6250‧‧‧鼓風機
5220‧‧‧管線
5222‧‧‧膨脹摺管
6200‧‧‧氣體調整系統
6210‧‧‧蒸發式冷卻器
6220‧‧‧乾式注入系統
6230‧‧‧濾袋過濾器
6240‧‧‧氯化氫刷洗器
6244‧‧‧廢水儲存槽
6245‧‧‧碳床
6252‧‧‧氣體冷卻器
6260‧‧‧碳過濾床
6270‧‧‧硫化氫移除系統
6274‧‧‧生物反應器
6276‧‧‧壓濾機
7210‧‧‧降溫器
7220‧‧‧氣體/液體分離器
7230‧‧‧合成氣均質室
7232‧‧‧支撐結構
7500、8122‧‧‧控制閥
8000、8200‧‧‧控制系統
8102‧‧‧溫度傳送和指示器控制
8104、8106‧‧‧溫度感應元件
8110‧‧‧壓力傳送和指示器控制
8112、8114、8116‧‧‧壓力感應元件
8113‧‧‧馬達組件
8115‧‧‧壓力控制閥
8124‧‧‧流速傳送和控制指示器
8126、8128‧‧‧氣流感應元件
8130‧‧‧氣體分析器
8250、8258、8272、8278、8350、8358、8367、8369、8372、8378‧‧‧偵測模組
8252、8352‧‧‧傳送單元控制器
8254、8354‧‧‧傳送單元
8256、8264、8266、8356、8364、8366‧‧‧饋送速率
8260、8270、8360、8370、8371‧‧‧比例控制器
8262、8362‧‧‧分離器
8268‧‧‧燃料值判定模組
8274、8374‧‧‧總空氣流控制器
8276、8376‧‧‧總空氣流
8280、8380‧‧‧溫度控制器
8282、8382‧‧‧空氣流分佈
8284、8384‧‧‧電漿熱
9200‧‧‧MSW處理系統
9202‧‧‧料堆
9204‧‧‧道路
9210‧‧‧MSW儲存建築
9212‧‧‧門
9214‧‧‧倉壁
9216‧‧‧走道
9218‧‧‧加載器
9220‧‧‧MSW絞碎系統
9222‧‧‧輸入輸送帶
9230‧‧‧磁性分離器
9240‧‧‧進料輸送帶
9250‧‧‧系統
9260‧‧‧氣體引擎
9299‧‧‧燃燒塔
已描述本發明之實施例，僅藉由範例，並參考附圖。
第1圖係示出一般條件下汽化器之不同區域的流程圖；第2圖係在該汽化器之一實施例的區域1、2和3內發生的汽化製程之表示； 第3圖示出含有根據本發明之一實施例的例示氣體調整系統，與下游氣體引擎整合，的低溫汽化設備之概要製程流程圖；第4圖係整個汽化系統的位址佈局；第5圖示出都市固體廢棄物之儲存建物的佈局；第6圖係該汽化器之一實施例的透視圖，詳細示出進料輸入、氣體排出口、殘餘物排出口、承載溜塊圍封件以及進出埠；第7圖係第6圖所示之汽化器的側視圖，詳細示出風箱(air boxes)、殘餘物容器及集塵機；第8圖係穿透第6和7圖所示之汽化器的中央縱向剖面圖，詳細示出進料輸入、氣體排出口、殘餘物排出口、橫向傳輸構件、熱耦及進出埠；第9圖示出分解剖面圖，詳細示出風箱、承載溜塊指狀物、殘餘物汲取器螺栓以及梯級C的鋸齒狀邊緣；第10圖係第6和7圖之汽化器的剖面圖，詳細示出耐火材料；第11圖示出第6至10圖所示之汽化器的梯級A和B之風箱組件；第12圖示出第6至10圖所示之汽化器的梯級C風箱的剖面圖；第13圖示出第6至10圖之汽化器的剖面圖，詳細示出風箱；第14圖詳細示出第6至10圖所示之汽化器的多指承 載溜塊的防塵封(dust seal)；第15圖示出第6至10圖所示之汽化器之一實施例的除塵系統，詳細示出塵土推進器(dust pusher)、塵土罐連結(dust can attachment)、擋板、操作柄及鏈機構；第16圖詳細示出第6、7、8、9&10圖所示之汽化器的承載溜塊圍封件，詳細示出該承載溜塊結構；第17圖係詳細示出本發明之一實施例的液位開關(level switch)位置的圖示；第18圖示出該汽化器、氣體重組室及該殘餘物調整室的結構；第19圖係該汽化器、氣體重組室及該殘餘物調整室的結構之剖面圖；第20圖係該氣體重組室的概要圖；第21圖係該重組室內壁的示圖；第22圖係該重組室的俯視圖，示出該等電漿炬、以及該等空氣和蒸氣噴嘴的位置；第23圖示出該重組室周圍的旋轉入口之配置；第24圖示出該等電漿炬在該重組室上的連結；第25A圖係第20圖之重組室的剖面圖。第25B圖係示出包含本發明之該氣體重組系統的汽化器內之氣流的圖示，該氣體重組系統含有第20圖的重組室。第25C圖示出從該空氣入口將空氣注入第20圖所示之該重組室及對於其內氣流的影響；第26圖係該殘餘物調整系統的作用方塊圖； 第27圖示出該殘餘物調整系統的實際實施圖及其至該汽化器和該濾袋過濾器(baghouse filter)的連結；第28圖示出該殘餘物調整室的剖面圖；第29圖示出該殘餘物調整室的另一視圖；第30圖示出該殘餘物調整室和具有用來輸送玻璃化熔渣至熔渣料堆(stockpile)的輸送帶之驟冷槽之視圖；第31圖從另一角度示出整個殘餘物調整系統，並且也示出用於該殘餘物調整室的支持結構；第32圖示出具有該殘餘物調整室之殘餘氣體調整系統的配置；第33圖示出整個系統的製程流程圖，並且更明確地說，該氣體調整系統(GCS)；第34圖示出根據本發明之一實施例與合成氣調整系統整合的氣體調整系統之配置；第35圖係熱交換器的詳細圖示，並示出用來控制至該熱交換器的空氣輸入之製程空氣排氣機；第36圖示出一乾式注入系統，藉以將碳保持在一儲存斗內，並且利用旋轉螺桿供應至該合成氣流中。該合成氣流管係經傾斜一角度，因此未進入該氣流的碳會滾進該濾袋(baghouse)中；第37圖示出與該濾袋結合的乾式注入系統之例示概要圖；第38圖示出氯化氫刷洗機和相關零組件的例示概要圖； 第39圖示出收集並儲存來自該氣體調整系統的廢水之系統；第40圖示出使用Thiopaq基生物反應器的硫化氫移除製程之製程流程圖，根據本發明之一實施例；第41圖係氣體均質化系統的圖示，根據本發明之一實施例，其中氣體係從單一來源輸送至單一均質室，然後輸送至多個引擎，每一個引擎擁有其自身的氣體/液體分離器及加熱器；第42圖係一定容均質室的圖示，根據本發明之一實施例；第43圖係汽化系統及其控制系統的高層概要圖；第44圖係第42圖的汽化及控制系統之另一個圖示；第45圖係用來控制第43和44圖的汽化系統之一控制機制的流程圖；第46圖係用來控制第43和44圖的汽化系統之另一控制機制的流程圖，其中此系統更適於在其汽化製程中使用製程添加蒸氣；第47圖係穿透該汽化器之一實施例的剖面圖，詳細示出該進料輸入、氣體排出口、灰渣排出口、橫向傳輸構件、添加埠及進出埠；第48圖係穿透第47圖所示之汽化器之實施例的中央縱向剖面圖，詳細示出該等熱耦及製程添加埠；第49圖係第47和48圖所示之汽化器之實施例的透視圖； 第50圖示出第47至49圖所示之汽化器之實施例的外側視圖，詳細示出該橫向傳輸系統的外部元件；第51圖示出第47至49圖所示之汽化器的橫向傳輸單元的一部分；第52圖示出第51圖所示之橫向傳輸單元的底部視圖；第53圖示出第51圖所示之橫向傳輸單元的另一實施例；第54圖係與兩個汽化器連結的本發明之氣體重組系統之一實施例的圖示；第55A和B圖示出本發明之氣體重組室之一實施例的擋板配置。第55A圖係示出含有壩牆(bridge wall)擋板之氣體重組室內的氣流之圖示。第55B圖係示出含有湍流器(turbulator)或扼流圈(choke ring)擋板之氣體重組室內的氣流之圖示。
第56圖係含有氣體重組系統之一實施例的傳輸反應器之圖示；第57圖係含有氣體重組系統之一實施例的兩個噴流(entrained flow)汽化器之圖示；第58圖係含有氣體重組系統之一實施例的兩個固定床汽化器之圖示；第59圖係含有氣體重組系統之一實施例的氣旋式汽化器之圖示；第60圖係使用熱交換器以及熱回收蒸氣產生器從該汽化製程之合成氣產物回收熱之方塊流程圖，根據本發明 之一實施例；第61圖係用來冷卻熱的原始合成氣產物之系統的方塊流程圖，包含一熱交換器以回收來自該汽化製程之原始合成氣產物的熱，以及一焠熄步驟以進行進一步的合成氣冷卻，根據本發明之一實施例；第62A圖係示出對於一轉化器(converter)氣體對空氣熱交換器的功能要求之概要圖，根據本發明之一實施例；第62B圖係示出一氣體對空氣熱交換器之概要圖，根據本發明之一實施例；第63圖係示出傳送該交換空氣至該轉化器之管線系統之概要圖，根據本發明之一實施例；第64圖係示出氣體對空氣熱交換器和熱回收蒸氣產生器之間的關係之概要圖，根據本發明之一實施例；第65圖係示出合成氣流量/壓力控制子系統之高層視圖，根據本發明之一實施例；第66圖係示出該系統內之各種溫度控制的高層態樣之概要圖，根據本發明之一實施例；第67A至67K圖係示出本發明之各個實施例的概觀之方塊流程圖；第68至75圖示出含有不同的GCS實施例的製程之各種組合；第76圖係示出本發明之殘餘物調整系統的該等輸入、選擇性輸入及輸出之方塊流程圖；第77圖係根據本發明之典型殘餘物調整室的圖示表 示；第78A圖係與兩個殘餘物來源間接交流之殘餘物調整室的概要圖，根據本發明之一實施例；第78B圖係與一個殘餘物來源間接交流之殘餘物調整室的概要圖，根據本發明之一實施例；第79圖示出與一殘餘物調整室整合之殘餘物調整室之一實施例的剖面圖；第80圖係一S噴口型熔渣出口之部分剖面圖，根據本發明之一實施例；第81圖係根據本發明之一實施例之殘餘物調整室內的可傾斜熔渣熔化鍋之部分剖面圖；第82圖係熔渣出口之一實施例的部分剖面圖，根據本發明之一實施例；第83圖係熔渣出口之一實施例的部分剖面圖，根據本發明之一實施例；第84圖係熔渣出口之一實施例的部分剖面圖，根據本發明之一實施例；第85圖係熔渣出口之一實施例的部分剖面圖，根據本發明之一實施例；第86圖係氣體均質化系統之圖示，根據本發明之一實施例，其中氣體係從單一來源輸送至單一均質室，然後藉由氣體調整軌輸送至單一引擎；第87圖係氣體均質化系統之圖示，根據本發明之一實施例，其中氣體係從單一來源輸送至單一均質室，然後藉 由加熱器、過濾器及壓力調整閥輸送至單一引擎；第88圖係氣體均質化系統之圖示，根據本發明之一實施例，其中氣體係從單一來源輸送至單一均質室，然後藉由加熱器以及複數個過濾器和壓力調整閥輸送至多個引擎；第89圖係氣體均質化系統的圖示，根據本發明之一實施例，其中氣體係從多個來源輸送至單一均質室，然後輸送至多個引擎，每一個引擎擁有其自身的氣體調整軌；第90圖係氣體均質化系統的圖示，根據本發明之一實施例，其中氣體係從兩個平行的氣流輸送至多個引擎，每一個氣流含有輸送至單一均質室之氣體的單一來源；第91圖係一定容均質室的圖示，根據本發明之一實施例；第92圖係配置為壓力槽和壓縮器組合之均質室的圖示，根據本發明之一實施例；第93圖係配置為雙膜貯氣槽之均質室的圖示，根據本發明之一實施例；第94圖係配置為吸收型貯氣槽之均質室的圖示，根據本發明之一實施例；第95圖係平行設置之複數個定容均質室的圖示，根據本發明之一實施例；第96圖係示出使用控制系統來控制汽化製程以將含碳進料轉化為氣體的流程圖，根據本發明之一實施例；第97圖係用來控制汽化製程以將含碳進料轉化為氣 體的控制系統之電腦平台，及其例示零組件，的概要圖；第98圖係一中央控制系統的概要圖，根據本發明之一實施例；第99圖係一至少部分分散式控制系統的概要圖，根據本發明之一實施例；第100圖係示出分別藉由控制系統接收自並傳送至汽化系統以控制在其內實施的一或多個製程的例示感應及回應訊號的概要圖，根據本發明之一實施例；第101圖係示出該整合控制系統至一系統的各種構件、模組和子系統之例示感應及回應存取點，以將含碳進料轉化為擁有特定組成的氣體，連同各種可能的下游應用的概要圖，根據本發明之各個例示實施例；第102圖係示出用來控制對於一系統之轉化器之輸入以將含碳進料轉化為氣體的控制系統之概要圖，根據本發明之一實施例；第103圖係用來控制該汽化系統之控制機制的流程圖；第104圖係用來控制該汽化系統之另一控制機制的流程圖，其中此系統更適合在其汽化製程中使用製程添加蒸氣；第105圖係用來控制汽化製程之另一控制機制的流程圖，根據本發明之又一例示實施例；第106圖係用來控制汽化製程之另一控制機制的流程圖，根據本發明之又一例示實施例；以及 第107至110圖示出如何建構出該構件的製程之各種組合，其中”1”表示區1(汽化器)、”2”表示區2(殘餘物調整器)、而：3”表示區3(氣體重組系統)。
2204．．．進料入口
2208．．．殘餘物出口
2212、2214、2216．．．梯級
2220．．．維修埠
2222．．．進出埠
2272、2274、2276．．．風箱

Claims (23)

  1. 一種用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，該設施包括：一汽化器，其用於將含碳進料轉化為逸氣和一固體殘餘物，該汽化器包括：兩個或更多個實質上橫向分佈的製程區域；蒸氣與一或更多個製程添加物的輸入，所述製程添加物是由空氣與氧氣選出；以及一或更多個橫向輸送單元，用於將材料移動通過該兩個或更多個實質上橫向分佈的製程區域；一氣體重組系統，其與該汽化器氣體相通，該氣體重組系統包括一氣體重組室，該氣體重組室包括一個或更多個電漿炬、蒸氣與氧來源，以及視情況任選的二氧化碳輸入，該蒸氣與氧來源選自氧氣、富含氧之空氣、空氣、和氧化媒介，並且該氣體重組室被配置成將來自該汽化器的逸氣轉化為包括電漿重組氣體的一氣體，該電漿重組氣體含有CO和H2 ，一控制系統，其用於調節該設施的操作，並且配置為執行反饋控制機制，該反饋控制機制配置為確保重組氣體的H2 ：CO的比例保持在指定的預設H2 與CO比例範圍之內及/或重組氣體中的H2 與CO的量各自保持在指定的預設的範圍之內，以及任選地，以下各項中的一個或更多個： 一殘餘物調整系統，用於將來自該汽化器的該固體殘餘物熔融並且均質化，和/或一熱回收(recycle)系統，其用於收回(reclaim)來自包括電漿重組氣體的該氣體的熱，並且將該熱回收至該汽化器，一氣體調整系統，其用於從包括電漿重組氣體的該氣體中去除大部分微粒物質和至少一部分重金屬污染物，和/或一氣體均質化系統，其用於接收包括電漿重組氣體的氣體，並且提供包括電漿重組氣體的一實質上均質化的氣體。
  2. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其包括一個或更多個殘餘物調整系統，且其中每個殘餘物調整系統與一個或更多個電漿熱源可操作地相關聯，以將來自該汽化器的該殘餘物轉化為熔渣和一殘餘氣體。
  3. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其包括一個或更多個熱回收系統，該一個或更多個熱回收系統用於收回來自包括電漿重組氣體的該氣體的熱，且將該熱回收至該汽化器。
  4. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其包括一個或更多個氣體調整系統，該一個或更多個氣體調整系統用於從包括電漿重組氣體的氣體中去除大部分微粒物質和至少一部分重金屬污染物。
  5. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其包括一個或更多個氣體均質化系統，該一個或更多個氣體均質化系統用於接收包括電漿重組氣體的該氣體，並且提供包括電漿重組氣體的一實質上均質化的氣體。
  6. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中該控制系統包括：a)一個或更多個感應元件，其用於監控在該設施內發生的一個或更多個製程；b)一個或更多個回應元件，其配置成實現該製程中的一個或更多個製程中的一個或更多個改變；以及c)一個或更多個計算平台，其通信地連接到該一個或更多個或應元件和該一個或更多個回應元件，該一個或更多個計算平台配置成接收來自至少一個感應元件的輸入訊號，並且提供控制訊號給至少一個回應元件，以維持或者調整該設施內的製程特性， 其中該控制系統任選地包括一個或更多個比例控制器(P)、積分控制器(I)或者微分控制器(D)，並且利用適應性控制、預測性控制和/或模糊邏輯控制。
  7. 如請求項5所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中該汽化器包括一個或更多個入口，用於在其中輸入一個或更多個製程添加物，且其中該控制系統經配置以確定該設施內的一個或更多個參數，將該一個或更多個參數與一指定參數比較，並且調整製程添加物和/或進料進入該汽化器的輸入，以在該指定參數的指定範圍內調整該製程之該等參數。
  8. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中該控制系統包括比例控制器(P)、積分控制器(I)或者微分控制器(D)之一或多者，並且利用適應性控制、預測性控制和/或模糊邏輯控制。
  9. 如請求項1或7所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中該控制系統配置成確定該設施內的一個或更多個參數，將該一個或更多個參數與一指定參數比較，並且調整製程添加物和/或進料進入該汽化器的輸入，以將該製程之該等參數調整至指定範圍 內。
  10. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中該汽化器包括一階梯狀底板，且其中每一階梯設有一橫向輸送單元。
  11. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中該控制系統配置成監控橫向輸送以及回應監控而調整橫向輸送。
  12. 如請求項11所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中所述控制系統經由佈置在該汽化器內的進料高度感應器監控該輸送。
  13. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中該汽化器系統包括一熱耦、材料高度偵測器、壓力感應器、及/或氣體分析器之一或多者。
  14. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中所述汽化器中橫向分佈的製程區域之每一者配置為促進一汽化階段程序，且其中該階段程序是乾燥、揮發、或碳轉化。
  15. 如請求項14所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中所述汽化器中橫向分佈的製程區域之每一者配置為維持不同的溫度範圍，且其中該一個或更多個橫向輸送單元配置成使反應材料移動通過每一個區域。
  16. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中每一個橫向輸送單元包含架子、平台、溜塊(ram)、犁、螺桿、承載溜塊、輸送帶、皮帶、或其組合。
  17. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中該氣體重組室包含一個或更多個空氣噴射器，該一個或更多個空氣噴射器促進通過該氣體重組室的氣體的混合。
  18. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中該氣體重組系統包括一實質上垂直定向的氣體重組室。
  19. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中該氣體重組系統包括用於固 體微粒物質的一收集器，該等固體微粒物質可視情況進一步受到處理。
  20. 如請求項1所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體的氣體的設施，其中包含電漿重組氣體的該氣體是具有一致特性的氣體，該特性適合用於所選的下游應用。
  21. 一種用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體之氣體的方法，該方法包括以下步驟：a)將該進料進給到一汽化器的一第一區域，該汽化器包括：兩個或更多個實質上橫向分佈的製程區域、蒸氣與一或更多個製程添加物的輸入、以及一或更多個橫向輸送單元，所述製程添加物是由空氣與氧氣選出；b)使用該一或更多個橫向輸送單元將該進料作為一反應材料橫向輸送通過該汽化器的每個區域，並且處理該反應材料，以提供逸氣；以及c)將該逸氣送入一氣體重組室，該氣體重組室包括一個或更多個電漿炬、蒸氣與氧來源，以及視情況任選的二氧化碳輸入，該蒸氣與氧來源選自氧氣、富含氧之空氣、空氣、和氧化媒介；藉由將該逸氣暴露於該一個或更多個電漿炬，而使該逸氣重組為包括電漿重組氣體的氣體，該包括電漿重組氣體的氣體含有CO和H2 ， 其中該方法受到反饋控制，且該含碳進料視情況包括一進料添加物，以調整該反應材料中的碳量，該反饋控制的機制配置為確保該重組氣體的H2 ：CO的比例保持在指定的預設H2 ：CO比例範圍之內及/或該重組氣體中的H2 與CO的量各自保持在指定的預設的範圍之內。
  22. 如請求項21所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體之氣體的方法，其包括以下步驟：監控步驟(b)中正被處理的該反應材料之橫向輸送，並回應該監控而調整該反應材料的橫向輸送之速率。
  23. 如請求項22所述之用於將含碳進料轉化為包括電漿重組氣體之氣體的方法，其中監控該反應材料的橫向輸送的該步驟是經由與該汽化器可操作地相關聯的一系列液位開關進行。
TW096116178A 2006-05-05 2007-05-07 具水平方向汽化器之低溫汽化系統 TWI427140B (zh)

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