(57)【要約】  本発明は、炭素質原料のガスへの変換のための制御システムを提供する。特に、該制御システムは、そのような原料のガスへの変換のためのガス化システム中で、および／または該ガス化システムによって実装される１つ以上のプロセスの制御への使用に設定可能に設計され、１つ以上の下流側のアプリケーションに使用され得る。開示される制御システムの異なる実施形態により制御可能なガス化プロセスは、様々な組み合わせで、コンバータ、残渣コンディショナ、復熱装置および／または熱交換器システム、１つ以上のガスコンディショナ、ガス均質化システム、および１つ以上の下流側のアプリケーションを含んでもよい。該制御システムは、該ガス化プロセス全体に関連する様々な局所的、領域的および／または大域的プロセスを動作可能に制御し、それにより、選択した結果に対してこれらのプロセスに影響を及ぼすように適合されたその様々な制御パラメータを調整する。したがって、様々な検知要素および応答要素は該制御されたシステム全体に分散され、様々なプロセス、反応物および／または産物の特徴を得て、これらの特徴を、望ましい結果の実現に寄与するそのような特徴の好適な範囲と比較し、１つ以上の制御可能なプロセスデバイスを介して、進行中のプロセスの１つ以上に変化をもたらすことにより応答するために使用される。
2009536260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択した下流側のアプリケーションでの使用に好適な炭素質原料をガスに変換するための、ガス化プロセスの制御で用いるための制御システムであって、
前記ガスの１つ以上の特徴を検知するための１つ以上の検知要素と、
前記検知された１つ以上の特徴を代表する特徴値にアクセスし、前記特徴値を、前記選択した下流側のアプリケーションに好適なものとして前記ガスを特徴付けるように定義された、そのような値の所定範囲と比較し、前記所定範囲内に前記特徴値を維持することに寄与する１つ以上のプロセス制御パラメータを計算するために、前記１つ以上の検知要素に通信で接続される、１つ以上の計算プラットフォームと、
前記プロセスに影響を及ぼし、それにより前記ガスの前記１つ以上の特徴を調整するように動作可能な、１つ以上のプロセスデバイスに動作可能に接続され、前記１つ以上の計算したプロセス制御パラメータにアクセスし、それらに従い前記１つ以上のプロセスデバイスを動作させるために、前記１つ以上の計算プラットフォームに通信で接続される複数の反応要素と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記制御システムは、前記検知された１つ以上の特徴にリアルタイム応答を提供するために、リアルタイムで実行されることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記制御システムは、前記検知された特徴に対する実質的に連続的な制御を提供することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】
前記１つ以上の検知された特徴は、前記ガスの流れと、前記ガスの圧力と、前記ガスの組成のうちの１つ以上を含み、前記プロセス制御パラメータは、添加剤投入速度と、原料投入速度と、空気対燃料の投入比率と、都市固形廃棄物ＭＳＷ対高炭素原料ＨＣＦの投入比率と、蒸気対燃料の投入比率のうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項５】
前記検知された特徴は、検知されたガス圧力と検知されたガス組成とを含み、前記応答要素は、前記ガス圧力と前記ガス組成とに呼応して、添加剤投入速度と原料投入速度とを調整するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項６】
前記検知された特徴は、検知されたガス組成を含み、前記ガス化プロセスに対する添加剤投入速度は、前記ガス組成の関数として調整されることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項７】
前記検知されたガス組成は、前記ガスの発熱量を定義するために使用され、前記添加剤投入速度は、前記発熱量の関数として調整される空気添加剤投入速度を含むことを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
【請求項８】
前記空気添加剤投入速度は、前記発熱量の線形関数として調整されることを特徴とする請求項７に記載の制御システム。
【請求項９】
前記検知された特徴は、前記ガスの検知したＣＯ含有量とＨ2含有量とを含み、前記ガス化プロセスに対する添加剤投入速度は、前記ガス組成の関数として調整されることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記添加剤投入速度は、前記ＣＯ含有量と前記Ｈ2含有量との線形関数として調整される、空気添加剤投入速度と蒸気添加剤投入速度とを含むことを特徴とする請求項９に記載
の制御システム。
【請求項１１】
前記線形関数は、実験的に得られる１つ以上のパラメータを含むことを特徴とする請求項７または９に記載の制御システム。
【請求項１２】
前記炭素質原料は不均質組成を含み、前記制御システムは、前記原料の前記不均質組成により、前記１つ以上の特徴のうちの１つ以上に誘起される長期の揺らぎを、少なくとも４倍に弱めるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項１３】
前記炭素質原料は不均質組成を含み、前記制御システムは、前記原料の前記不均質組成により、前記１つ以上の特徴のうちの１つ以上に誘起される短期の揺らぎを、少なくとも２．５倍に弱めるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項１４】
前記１つ以上の特徴の前記１つ以上は、前記ガスの圧力と流れのうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の制御システム。
【請求項１５】
前記不均質組成は、約３０００ＫＪ／Ｋｇから３３０００ＫＪ／Ｋｇの炭素質原料の発熱量により定義されることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１つに記載の制御システム。
【請求項１６】
前記ガスは、ガスエンジンによる下流側の燃焼に使用されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１つに記載の制御システム。
【請求項１７】
選択した下流側のアプリケーションでの使用に好適な、炭素質原料のガスへの変換を制御する方法であって、
原料をガスに変換するためのコンバータであって、原料投入部と、１つ以上の添加剤投入部と、１つ以上の熱源と、出力部とを備えるコンバータを提供するステップと、
前記出力部から下流側で前記ガスの１つ以上の特徴を検知し、それらを代表する値を、前記選択した下流側のアプリケーションに好適なものとして前記ガスを特徴付けるために定義される、そのような値の所定範囲と比較するステップと、
前記所定範囲内に前記特徴値を維持することに寄与する１つ以上のプロセス制御パラメータを計算するステップと、
それらに従い前記原料投入部と、前記１つ以上の添加剤投入部と、前記１つ以上の熱源のうちの１つ以上を動作させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記変換のリアルタイム制御を提供するために、検知、計算および動作ステップをリアルタイムで実行するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記変換の連続的な制御を提供するために、検知、計算および動作ステップを連続的に実行するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記１つ以上の特徴は、前記ガスの流れと、前記ガスの圧力と、前記ガスの組成のうちの１つ以上を含み、前記プロセス制御パラメータは、添加剤投入速度と、原料投入速度と、空気対燃料の投入比率と、都市固形廃棄物ＭＳＷ対高炭素原料ＨＣＦの投入比率と、蒸気対燃料の投入比率のうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記特徴は、ガス組成、およびガス圧力とガス流のうちの１つ以上を含み、前記制御パラメータは、前記特徴に呼応して添加剤投入速度と原料投入速度とを調整するように計算されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記計算ステップは、前記１つ以上の特徴と前記１つ以上の制御パラメータとの間に定義される直線関係の値を求めるステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記直線関係は、前記ガスの発熱量と添加剤投入速度とを関連付ける線形方程式により定義されることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記直線関係は、前記ガスのＣＯ含有量とＨ2含有量、および空気と蒸気の添加剤投入速度を関連付けるマトリクスにより定義されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記直線関係は実験的に決定されることを特徴とする請求項２２から２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２６】
炭素質原料のガスへの前記変換を制御する方法であって、
原料をガスに変換するためのコンバータであって、原料投入部と、１つ以上の添加剤投入部、１つ以上の熱源と、出力部とを含むコンバータを提供するステップと、
ガス組成と、ガス流と、ガス圧力のうちの１つ以上を検知し、それらを代表する値を、そのような値のそれぞれの所定範囲と比較するステップと、
前記代表する値の１つ以上が、前記それぞれの所定範囲から得られるとき、前記偏差への速い応答を提供するために、前記１つ以上の添加剤投入部を介して添加剤投入速度を調整するステップと、
前記偏差へのより長期の応答を提供するために、前記原料投入部を介して原料投入速度を調整するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記添加剤投入速度は酸化添加剤投入速度を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
それらの１つ以上の代表する値を定義するために、前記ガスのガス組成を検知するステップを含む検知ステップは、前記ガスのＣＯ含有量と、前記ガスのＨ2含有量と、前記ガスの発熱量のうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記添加剤投入速度は、前記１つ以上の代表する値の線形関数として調整されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記線形関数は実験的に定義されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記原料は都市固形廃棄物ＭＳＷを含み、前記原料投入速度の前記調整ステップは、都市固形廃棄物ＭＳＷ送給量を調整するステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記原料は高炭素原料ＨＣＦをさらに含み、前記原料投入速度の前記調整ステップは、前記ガスの炭素含有量をさらに調整するために高炭素原料ＨＣＦ送給量を調整するステップを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
請求項１７から３３のいずれか１つに記載の方法のステップに従い、炭素質原料のガスへの変換を制御するための説明および命令を含むことを特徴とするコンピュータ読取可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、制御システム、特に、炭素質原料のガスへの変換のための制御システムに関する。
［発明の背景］
ガス化は、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）、または石炭等の炭素質原料の、可燃性ガスへの変換を可能にするプロセスである。ガスは、電気、蒸気を生成するために、または化学物質および液体燃料を産生(produce)するための基本原材料として使用され得る。
【０００２】
ガスの考えられる使用法として、内部処理および／またはその他の外部目的用の蒸気の産生のため、または、蒸気タービンによる電気の生成のためのボイラー内における燃焼；電気の生成のためのガスタービンまたはガスエンジン内における直接的な燃焼；燃料電池；メタノールおよびその他の液体燃料の産生(production)；プラスチックおよび肥料等の化学物質の産生のためのさらなる原料として；別個の産業用燃料ガスとしての、水素および一酸化炭素両方の抽出；ならびにその他の産業上の用途が挙げられる。
【０００３】
概して、ガス化プロセスは、炭素質原料を、制御および／または限定された量の酸素および任意選択で蒸気とともに加熱チャンバ（ガス化装置）内へ送給することからなる。過剰な酸素によって動作してＣＯ2、Ｈ2Ｏ、ＳＯx、およびＮＯxを産生する焼却または燃焼とは対照的に、ガス化プロセスは、ＣＯ、Ｈ2、Ｈ2Ｓ、およびＮＨ3を含む生ガス組成物を産生する。清浄化後、注目される一次ガス化産物はＨ2およびＣＯである。
【０００４】
有用な原料は、あらゆる都市廃棄物、産業活動によって産生された廃棄物、および生物医学的廃棄物、下水、汚泥、石炭、重油、石油コークス、重油精製残留物、製油所廃棄物、炭化水素汚染土壌、バイオマス、および農業廃棄物、タイヤ、ならびにその他の有害廃棄物を含み得る。原料の起源に応じて、揮発物は、Ｈ2Ｏ、Ｈ2、Ｎ2、Ｏ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＣＨ4、Ｈ2Ｓ、ＮＨ3、Ｃ2Ｈ6、また、アセチレン類、オレフィン類、芳香族類、タール類、炭化水素液（油）、および炭化物（カーボンブラックおよび灰）等の不飽和炭化水素を含む場合がある。
【０００５】
原料を加熱したとき、発生する第１の成分は水である。乾燥原料の温度が上昇すると、熱分解が起こる。熱分解中、原料は熱で分解されて、タール類、フェノール類、および光揮発性炭化水素ガスを放出し、その一方で、当該原料は炭化物に変換される。
【０００６】
炭化物は、有機および無機材料からなる残留固体を含む。熱分解後、炭化物は乾燥原料よりも高濃度の炭素を有し、活性炭素の源としての役割を果たし得る。高温（＞１，２００℃）で動作するガス化装置内、または高温ゾーンを有するシステム内において、無機鉱物質が溶解またはガラス化され、スラグと呼ばれる溶融ガラス状物質を形成する。
【０００７】
スラグは溶解されガラス化された状態であるため、通常は無害であると考えられ、無害材料として埋立地において処分、または鉱石、路盤、もしくはその他の建設材料として販売され得る。加熱プロセスにおいて極度に燃料が無駄になること、ならびに、有用な合成ガスおよび固体材料に変換され得る材料を残留廃棄物として処分するのはさらに無駄であることから、廃棄材料を焼却によって処分することは、あまり望ましいことでなくなりつつある。
【０００８】
ガス化プロセスを実現する手段は様々に異なるが、ガス化装置内の雰囲気（酸素濃度ま
たは空気もしくは蒸気含有量）、ガス化装置の設計、内部および外部加熱手段、ならびにプロセスの動作温度という４つの主要な工学的要因に依存する。産生ガスの品質に影響を及ぼす要因として、原料組成、調製、および粒径；ガス化装置加熱速度；滞留時間；乾燥またはスラリー送給システムのいずれを用いるか、原料反応物流動形状、乾燥灰またはスラグ鉱物除去システムの設計を含むプラント構成；直接的または間接的な熱生成および移送方法を使用するか；ならびに、合成ガス清浄化システムが挙げられる。ガス化は、通常、約６５０℃〜１，２００℃の範囲の温度で、真空下、大気圧下、または最大約１００気圧の圧力下のいずれかで実行される。
【０００９】
ガス化プロセスによって産生された熱を捕捉し、そのような熱を利用して電気を生成するための多数のシステムが提案されており、一般に複合サイクルシステムとして知られている。
【００１０】
産生ガス中のエネルギーは、プロセスによってガス化システム全体に産生された相当な量の回収可能な顕熱と相まって、概してプロセスを駆動するために十分な電気を産生し、それによって局所的な電力消費の費用を軽減することができる。大量の炭素質原料をガス化するために必要な電力の量は、当該原料の化学組成に直接的に左右される。
【００１１】
ガス化プロセスにおいて生成されたガスが、「低品質の」炭素質原料により低温ガス化装置内において生成される傾向を有する種類のガス等、多種多様な揮発物を含む場合、当該ガスは概してオフガスと称される。原料の特徴およびガス化装置内における条件によって、ＣＯおよびＨ2が支配的な化学種であるガスが生成される場合、当該ガスを合成ガスと称する。いくつかのガス化施設では、ガス品質コンディショニングシステムを冷却および清浄する前に、生オフガスまたは生合成ガスをより精製されたガス組成物に変換するための技術を用いる。
【００１２】
材料をガス化するためにプラズマ加熱技術を利用することは、長年にわたって商業的に使用されてきた技術である。プラズマは、少なくとも部分的にイオン化され、ガス原子、ガスイオン、および電子で構成される、高温発光ガスである。プラズマは、このようにして、あらゆるガスによって産生され得る。ガスは、中性（例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン）、還元的（例えば、水素、メタン、アンモニア、一酸化炭素）、または酸化的（例えば、酸素、二酸化炭素）である可能性があるため、これによってプラズマ中における化学反応の優れた制御が与えられる。バルク相において、プラズマは電気的に中性である。
【００１３】
いくつかのガス化システムでは、プラズマ熱を用いて、高温でガス化プロセスを駆動する、および／または、ガス状分子がプラズマ熱と接触した際におけるその他の投入物もしくは反応物の添加の有無にかかわらず、長鎖揮発物およびタール類をより小さい分子に変換、再構成、または再形成することにより、オフガス／合成ガスを精製し、それらのガスは、その構成原子に解離することになる。これらの原子の多くはその他の投入された分子と反応して新たな分子を形成することになり、一方、その他は自身と再結合する場合がある。プラズマ熱と接触している分子の温度が低下すると、全ての原子が完全に再結合する。投入ガスは化学量論的に制御され得るため、出力ガスは、例えば、相当レベルの一酸化炭素およびわずかなレベルの二酸化炭素を産生するように制御され得る。
【００１４】
プラズマ加熱によって達成可能な超高温（３，０００〜７，０００℃）は、あらゆる形態または組み合わせの液体、気体、および固体を含む、受け取ったままの状態の廃棄物を含む事実上あらゆる投入原料が適応し得る、高温ガス化プロセスを可能にする。プラズマ技術は、全ての反応を同時に生じさせるために一次ガス化チャンバ内に位置付けられてもよく（高温ガス化）、それらを順次に生じさせるためにシステム内に位置付けられてもよ
く（高温精製を伴う低温ガス化）、またはその何らかの組み合わせであってもよい。
【００１５】
炭素質原料のガス化中に産生されたガスは、通常、極めて熱いが、少量の不要な化合物を含有する場合があり、それを使用可能な産物に変換するために、さらなる処置を必要とする。炭素質材料が気体状態に変換されると、金属、硫黄化合物、および灰等の望ましくない物質をガスから除去することができる。例えば、ガス化中に産生されたガスから粒子状物質および酸性ガスを除去するために、多くの場合、乾式濾過システムおよび湿式スクラバが使用される。ガス化プロセス中に産生されたガスを処置するためのシステムを含む、多数のガス化システムが開発されている。
【００１６】
これらの要因は、例えば、米国特許第６，６８６，５５６号、第６，６３０，１１３号、第６，３８０，５０７号、第６，２１５，６７８号、第５，６６６，８９１号、第５，７９８，４９７号、第５，７５６，９５７号、および米国特許出願第２００４／０２５１２４１号、第２００２／０１４４９８１号において記載されている様々な異なるシステムの設計において、考慮されている。また、米国特許第４，１４１，６９４号、第４，１８１，５０４号、第４，２０８，１９１号、第４，４１０，３３６号、第４，４７２，１７２号、第４，６０６，７９９号、第５，３３１，９０６号、第５，４８６，２６９号、および第６，２００，４３０号を含む、様々な用途において使用するための合成用ガスの産生のために石炭をガス化するための異なる技術に関する、多数の特許がある。
【００１７】
先行技術のシステムおよびプロセスは、変化に応じて連続的に取り扱われなくてはならない課題に、十分に取り組んでこなかった。これらのタイプのガス化システムのいくつかは、ガス化反応から有用なガスを生成するプロセスを調整するための手段を説明している。したがって、プロセスの全体効率を最大化する様式で炭素質原料を十分にガス化することができるシステム、および／または、プロセス全体を含むステップを提供することは、当該技術分野において著しい進歩となるであろう。
【００１８】
したがって、既知の制御システムの欠点のいくつかを克服する、炭素質原料のガスへの変換のための制御システムの必要性がある。
【００１９】
この背景事情は、出願人が信じる既知の情報を、本発明と関連する可能性を持たせる目的で提供するものである。必ずしも承認を意図するものではなく、また、前述の情報のいずれも、本発明に対する先行技術を構成するものであると解釈されるべきでない。
［発明の開示］
本発明は、炭素質原料のガスへの変換のための制御システムを提供することを目的とする。本発明の一態様によると、選択した下流側のアプリケーションでの使用に好適な、炭素質原料をガスに変換するためのガス化プロセスを制御するための制御システムであって、ガスの１つ以上の特徴を検知するための１つ以上の検知要素と、前記検知された１つ以上の特徴を代表する特徴値にアクセスし、該特徴値を、選択した下流側のアプリケーションに好適なものとしてガスを特徴付けるために定義される、そのような値の所定範囲と比較し、該特徴値を該所定範囲内に維持することに寄与する１つ以上のプロセス制御パラメータを計算するために、前記１つ以上の検知要素に通信で接続された１つ以上の計算プラットフォームと、プロセスに影響を及ぼし、それによりガスの該１つ以上の特徴を調整するように動作可能な、１つ以上のプロセスデバイスに動作可能に接続され、該１つ以上の計算したプロセス制御パラメータにアクセスし、それらに従い該１つ以上のプロセスデバイスを動作させるために、該１つ以上の計算プラットフォームに通信で接続される複数の反応要素と、を備えるシステムが提供される。
【００２０】
本発明の別の態様によると、選択した下流側のアプリケーションでの使用に好適な、炭素質原料のガスへの変換を制御するための方法であって、原料をガスに変換するためのコ
ンバータであって、原料投入部、１つ以上の添加剤投入部および１つ以上の熱源、ならびに出力部を備えるコンバータを提供するステップと、該出力部から下流側で、ガスの１つ以上の特徴を検知し、それらを代表する値を、選択した下流側のアプリケーションに好適なものとしてガスを特徴付けるために定義される、そのような値の所定範囲と比較するステップと、該特徴値を該所定範囲内に維持することに寄与する１つ以上のプロセス制御パラメータを計算するステップと、それらに従い該原料投入部、該１つ以上の添加剤投入、および該１つ以上の熱源のうちの１つ以上を動作させるステップと、を含む方法が提供される。
【００２１】
本発明の別の態様によると、炭素質原料のガスへの変換を制御する方法であって、原料をガスに変換するためのコンバータであって、原料投入部、１つ以上の添加剤投入および１つ以上の熱源、ならびに出力部を備えるコンバータを提供するステップと、ガス組成、ガス流、およびガス圧力のうちの１つ以上を検知し、それらの代表する値を、そのような値のそれぞれの所定範囲と比較するステップと、該代表する値の１つ以上が、該それぞれの所定範囲から得られるとき、偏差に対する速い応答を提供するために、該１つ以上の添加剤投入を介して添加剤投入速度を調整するステップと、偏差に対するより長期の応答を提供するために、該前記原料投入部を介して原料投入速度を調整するステップと、を含む方法が提供される。
【００２２】
添付の図面を参照する以下の詳細な説明において、本発明のこれらおよびその他の特性はより明白になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムにより実行されるガス化プロセスを制御するための、制御システムを描写した概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムを描写した概略図である。
【図３】本発明の一実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムを描写した概略図である。
【図４】本発明の一実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムを描写した概略図である。
【図５】本発明の一実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムを描写した概略図である。
【図６】本発明の一実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムを描写した概略図である。
【図７】本発明の一実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムにより提供される産物のための、様々な下流側のアプリケーションを描写した概略図である。
【図８】本発明の一実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムにより提供される産物のための、様々な下流側のアプリケーションを描写した概略図である。
【図９】本発明の一実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムにより提供される産物のための、様々な下流側のアプリケーションを描写した概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムにより提供される産物のための、様々な下流側のアプリケーションを描写した概略図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、炭素質原料をガスに変換するためのガス化プロセスを制御するための、制御システムの使用を描写したフロー図である。
【図１２】本発明の一実施形態による、炭素質原料をガスに変換するためのガス化プロセスを制御するための制御システムの、計算プラットフォームおよびその例示的なコンポーネントの概略図である。
【図１３】本発明の一実施形態による、集中制御システムの概略図である。
【図１４】本発明の一実施形態による、少なくとも部分的に分散された制御システムの概略図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、そこで実行される１つ以上のプロセスを制御する制御システムにより、それぞれガス化システムから受信、および該ガス化システムに送信される例示的な検知および応答信号を描写した概略図である。
【図１６】本発明の様々な例示的な実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムの様々なデバイス、モジュール、およびサブシステムへの統合システム制御システムの、例示的な検知および応答アクセスポイントを、様々な考えられる下流側のアプリケーションとともに描写した概略図である。
【図１７】本発明の一実施形態による、炭素質原料のガスへの変換のためのシステムのコンバータへの投入を制御するための制御システムを描写した概略図である。
【図１８】図１４の制御システムにより実行される例示的な制御順序を描写した概略図である。
【図１９】本発明の一実施形態による、炭素質原料をガスに変換するためのコンバータの概略図である。
【図２０】本発明の一実施形態による、炭素質原料をガスに変換するためのコンバータの概略図である。
【図２１】本発明の一実施形態による、炭素質原料をガスに変換するためのコンバータの概略図である。
【図２２】本発明の一実施形態による、炭素質原料をガスに変換するためのコンバータの概略図である。
【図２３】本発明の一実施形態による、炭素質原料をガスに変換するためのコンバータの概略図である。
【図２４】本発明の一実施形態による、炭素質原料をガスに変換するためのガス化プロセスの熱回収サブシステムを描写した概略図である。
【図２５】本発明の一実施形態による、炭素質原料をガスに変換するためのガス化プロセスの熱回収サブシステムを描写した概略図である。
【図２６】本発明の一実施形態による、炭素質原料をガスに変換するためのガス化プロセスの熱回収サブシステムを描写した概略図である。
【図２７】本発明の例示的な実施形態による、制御システムにより制御される例示的なガス化システムのガス化装置の異なる領域を示すフロー図である。
【図２８】図２７のガス化装置の領域１、２および３において発生するガス化プロセスを図示したものである。
【図２９】本発明の一実施形態による、下流側のガスエンジンと統合された例示的なガスコンディショニングシステムを組み込んだ、低温ガス化施設のプロセス全体のフロー図である。
【図３０】本発明の例示的な実施形態による、ガス化システム全体の現場レイアウトを示す図である。
【図３１】都市固形廃棄物用の貯蔵庫のレイアウトを示す図である。
【図３２】原料投入部、ガス出口、残渣出口、搬送用ラム筺体、およびアクセスポートを詳細に説明する、ガス化装置の一実施形態の斜視図である。
【図３３】エアボックス、残渣缶、および集塵機を詳細に説明する、図３２に示すガス化装置の側面斜視図である。
【図３４】原料投入部、ガス出口、残渣出口、横方向移送手段、熱電対、およびアクセスポートを詳細に説明する、図３２および図３３に示すガス化装置を通る中心縦方向横断面図である。
【図３５】エアボックス、搬送用ラム指部、残渣抽出スクリュー、および段Ｃの縁を詳細に説明する、拡大横断面図である。
【図３６】耐火物を詳細に説明する、図３２および図３３のガス化装置の断面図である。
【図３７】図３２から図３６に示すガス化装置の段Ａおよび段Ｂのエアボックスアセンブリを詳細に説明する図である。
【図３８】図３２から図３６に示すガス化装置の段Ｃエアボックスを示す横断面図である。
【図３９】エアボックスを詳細に説明する、図３２から図３６のガス化装置を示す横断面図である。
【図４０】図３２から図３６に示すガス化装置の多指搬送用ラムの塵埃シールを詳細に説明する図である。
【図４１】塵埃プッシャー、塵埃缶アタッチメント、シャッター、オペレータハンドル、およびチェーン機構を詳細に説明する、図３２から図３６に示すガス化装置の一実施形態の塵埃除去システムを示す図である。
【図４２】搬送用ラム構造を詳細に説明する、図３２から図３６に示すガス化装置の搬送用ラム筺体を詳細に説明する図である。
【図４３】本発明の一実施形態におけるレベル切り替え場所を詳細に説明する説明図である。
【図４４】ガス化装置、ガス改質チャンバ、および残渣コンディショニングチャンバの設定を示す図である。
【図４５】ガス化装置、ガス改質チャンバ、および残渣コンディショニングチャンバの設定の横断面図である。
【図４６】ガス改質チャンバの概略図である。
【図４７】改質チャンバの内壁の図である。
【図４８】トーチならびに空気および蒸気ノズルの位置を示す改質チャンバを上から見た図である。
【図４９】改質チャンバの周囲におけるスワール入口の配置を示す図である。
【図５０】改質チャンバ上にあるプラズマトーチのアタッチメントを示す図である。
【図５１Ａ】図４６の改質チャンバの横断面図である。
【図５１Ｂ】図４６の改質チャンバを含む本発明のガス改質システムを備えるガス化装置内の空気流を示す図である。
【図５１Ｃ】空気投入から図４６の改質チャンバへの空気の注入、および内部空気流に対するその影響を示す図である。
【図５２】残渣コンディショニングシステムの機能ブロック図である。
【図５３】残渣コンディショニングシステムの実際の実装、ならびにそのガス化装置およびバグハウスフィルタへの接続を示す図である。
【図５４】残渣コンディショニングチャンバを示す横断面図である。
【図５５】残渣コンディショニングチャンバの別の図である。
【図５６】残渣コンディショニングチャンバ、および、ガラス化されたスラグのスラグ備蓄への移送用に使用されるコンベアを有するクエンチタンクを示す図である。
【図５７】別の角度からの残渣コンディショニングシステム全体を示し、また、残渣コンディショニングチャンバ用に使用される支持構造物も示す図である。
【図５８】残渣コンディショニングチャンバを有する残渣ガスコンディショニングシステムの配置を示す図である。
【図５９】システム全体の、および特にガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）を描写しているプロセスフロー図である。
【図６０】本発明の一実施形態による、合成ガス調節システムと統合されたガスコンディショニングシステムの設定を描写している図である。
【図６１】熱交換器のさらに詳細な図面であり、熱交換器への空気投入の制御用に使用される処理空気ブロワを示す図である。
【図６２】炭素を貯蔵ホッパ内に収容し、回転スクリューにより合成ガス流中へ送給する乾式注入システムを描写している図である。合成ガス流パイプは、炭素がガス流ロールに飛沫同伴されてバグハウス内へ入らないように角度がつけられる。
【図６３】バグハウスと組み合わせた乾式注入システムの例示的な概略図である。
【図６４】ＨＣｌスクラバおよび関連コンポーネントの例示的な概略図である。
【図６５】ガスコンディショニングシステムからの廃水を収集および貯蔵するためのシステムを示す図である。
【図６６】本発明の一実施形態による、Ｔｈｉｏｐａｑベースのバイオリアクタを使用するＨ2Ｓ除去プロセスを描写しているプロセスフロー図である。
【図６７】本発明の一実施形態によるガス均質化システムの説明図であり、該システムにおいて、ガスは単一源から単一均質化チャンバへ配送され、続いて、それぞれのエンジンがそれぞれの気体／液体分離器および加熱器を有する複数のエンジンへ配送される。
【図６８】本発明の一実施形態による、固定体積均質化チャンバの説明図である。
【図６９】ガス化システムおよびそのための制御システムの高レベルの概略図である。
【図７０】図６９のガス化および制御システムの代替的な図である。
【図７１】図６９および図７０のガス化システムを制御するための制御スキームのフロー図である。
【図７２】図６９および図７０のガス化システムを制御するための代替的な制御スキームのフロー図であり、このシステムは、そのガス化プロセスにおいてプロセス添加剤蒸気を使用するようにさらに適合される。
【図７３】本発明のさらなる例示的な実施形態による、ガス化プロセスを制御するための代替的な制御スキームのフロー図である。
【図７４】本発明のさらなる例示的な実施形態による、ガス化プロセスを制御するための代替的な制御スキームのフロー図である。
【図７５】本発明のさらなる例示的な実施形態による、ガス化プロセスを制御するための代替的な制御スキームのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
別段の定義がない限り、本願において使用する全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されているものと同じ意味を有する。
【００２５】
本願において使用する場合、「約」という用語は、公称値から±１０％の変動のことをいう。そのような変動は、具体的に言及されているか否かにかかわらず、本願において提供されるあらゆる所与の値に常に含まれることを理解されたい。
【００２６】
本願において使用する場合、「炭素質原料」および「原料」という用語は、本ガス化プロセスにおけるガス化に適しているいかなる炭素質材料であってもよく、いかなる廃棄材料、石炭（石炭燃焼発電機での使用に不適切な低質高硫黄炭を含む）、石油コークス、重油、バイオマス、下水汚泥、紙パルプ工場からの汚泥、および農業廃棄物を含むことができるが、これらに限定されない。ガス化に好適な廃棄材料は、都市廃棄物、産業活動によって産生された廃棄物（塗料汚泥、規格外塗料製品、使用済み吸着剤）、自動車のフラッフ、使用済みタイヤ、および生物医学的廃棄物等の有害および無害廃棄物の両方、再利用不可能なプラスチック、下水汚泥、石炭、重油、石炭コークス、重油精製残留物、製油所廃棄物、炭化水素汚染固形廃棄物およびバイオマスを含む、再利用に不適切な炭素質材料、農業廃棄物、タイヤ、有害廃棄物、産業廃棄物およびバイオマスを含む。ガス化に有用なバイオマスの例としては、廃材または新鮮材、果物、野菜および穀物加工の残骸、製紙工場の残渣、藁、草および肥料を含むがこれらに限定されない。
【００２７】
本願において使用する場合、「検知要素」という用語は、プロセス、プロセスデバイス、プロセス入力、またはプロセス出力の特徴を検知するように構成されたシステムの任意の要素を説明するものとして定義され、そのような特徴は、システムの１つ以上の局所的、領域的、および／または大域的プロセスを監視、調節、および／または制御する際に使用可能な特徴値によって表現され得る。ガス化システムの文脈の中で検知要素とみなされるものは、プロセス、流体および／または材料の温度、圧力、流量、組成、および／またはその他のそのような特徴、さらに、システム内における任意の所与の地点における材料
の位置および／または性質、ならびに、システム内で使用される任意のプロセスデバイスのあらゆる動作特徴の検知のための、センサ、検出器、モニタ、アナライザ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。検知要素の上記の例は、それぞれガス化システムの文脈の中で関連するものであるが、本開示の文脈の中で具体的に関連するものでない場合もあるため、本願において検知要素として定義される要素は、これらの例を踏まえて限定および／または不適切に解釈されるべきではないことが、当業者には十分に理解されるであろう。
【００２８】
本願において使用する場合、「応答要素」という用語は、それと動作可能に関連付けられたプロセスデバイスを動作させるために、１つ以上の所定の、計算された、固定された、および／または調整可能な制御パラメータに従って、検知された特徴に応答するように構成されたシステムの任意の要素を説明するものとして定義され、１つ以上の制御パラメータは、望ましいプロセス結果を提供するものとして定義される。ガス化システムの文脈の中で応答要素とみなされるものは、静的な、事前設定された、および／または動的に可変のドライバ、動力源、ならびに、１つ以上の制御パラメータに基づいて、機械的、電気的、磁気的、空気圧式、油圧式の、またはそれらの組み合わせであってもよいアクションをデバイスに行わせるように構成可能なその他任意の要素を含み得るがこれらに限定されない。ガス化システムの文脈の中でプロセスデバイスとみなされ、それに対して１つ以上の応答要素が動作可能に連結され得るものは、材料および／または原料投入手段、プラズマ熱源等の熱源、添加剤投入手段、様々なガスブロワおよび／またはその他のそのようなガス循環デバイス、様々なガス流量および／または圧力調整器、ならびに、ガス化システム内のあらゆる局所的、領域的、および／または大域的プロセスに対して影響を及ぼすように動作可能なその他のプロセスデバイスを含み得るがこれらに限定されない。応答要素の上記の例は、それぞれガス化システムの文脈の中で関連するものであるが、本開示の文脈の中で具体的に関連するものでない場合もあるため、本願において応答要素として定義される要素は、これらの例を踏まえて限定および／または不適切に解釈されるべきではないことが、当業者には十分に理解されるであろう。
【００２９】
本願において使用する場合、「リアルタイム」という用語は、アクションが関連するシステムもしくはプロセスの現在もしくは最近の状況、またはその特徴を実質的に反映している任意のアクションを定義するものとして使用される。リアルタイムアクションは、プロセス、反復、計測、計算、応答、反応、データの取得、取得されたデータに呼応したデバイスの動作、および、システムまたはその中で実装される所与のプロセス内において実装されるその他のそのようなアクションを含み得るが、これらに限定されない。比較的遅く変動するプロセスまたは特徴に関連するリアルタイムアクションは、比較的速く変動するプロセスまたは特徴に関連する別の同等のリアルタイムアクション（例えば、１ｍｓ、１０ｍｓ、１００ｍｓ、１ｓ）よりもはるかに長い時間枠または期間（例えば、秒、分、時間等）内に実装され得ることが、十分に理解されるであろう。
【００３０】
本願において使用する場合、「連続的な」という用語は、定期的に、または所与の速度もしくは頻度で実装される任意のアクションを定義するものとして使用される。連続的なアクションは、プロセス、反復、計測、計算、応答、反応、検知要素によるデータの取得、取得されたデータに呼応したデバイスの動作、および、システム内で、またはその中で実装される所与のプロセスと連携して実装されるその他のそのようなアクションを含み得るが、これらに限定されない。比較的遅く変動するプロセスまたは特徴に関連する連続的なアクションは、比較的速く変動するプロセスまたは特徴に関連する別の同等の連続的なアクション（例えば、１ｋＨｚ、１００Ｈｚ、１０Ｈｚ、１Ｈｚ）よりもはるかに遅い速度または頻度（例えば、１回／秒、１回／分、１回／時間等）で実装され得ることが、十分に理解されるであろう。
【００３１】
本願において使用する場合、「反応材料」という用語は、原料、または部分的にもしくは完全に処理された原料を意味し得る。
【００３２】
本願において使用する場合、「産生ガスの組成」という用語は、ガス内の化学種のことをいう。しかしながら、実際には、この用語は概して、下流側のアプリケーションに最も関連する化学成分の種および濃度を表現するために使用される。例えば、ガスタービンに望ましいガス組成は概して、合成用ガス中の窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水および／または水素の量に関して説明される。化学組成もまた、特定の化学種、すなわち、「Ｈ2Ｓのない」ガス等の、下流側のアプリケーションへの移送に望ましくないであろう種を欠くとして定義され得る。合成ガスの化学組成は、合成ガスを生成するために使用される原料の組成、ならびにガス化プロセス、ガス清浄化およびコンディショニングが実行された様式に応じて、大きく変動する可能性がる。当業者には明らかとなるであろうが、文脈に応じて、ガスの組成は微量要素を考慮する、または考慮しない。
【００３３】
本願において使用する場合、「ガスの特徴」という用語は、ガスの化学的および／または物理的品質のことをいい、その化学組成、温度、圧力、流速、色、臭気等を含み得るがこれらに限定されない。
【００３４】
本願において使用する場合、「オフガス」という用語は、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、軽質炭化水素、ならびに煤煙およびカーボンブラック等の汚染粒子状物質を含み得る炭素質原料のガス化により生成される、揮発性分子を含む。
【００３５】
本願において使用する場合、「合成ガス」という用語は、主に一酸化炭素、二酸化炭素、および水素を含むガス化プロセスのガス状産物である。合成ガスは、オフガスから得られるか、またはコンバータ内の条件が、このガス組成の形成を可能にする場合、ガス化プロセスから直接生成することができる。
【００３６】
本発明の目的のために、合成ガス（または合成用ガス）という用語は、ガス化プロセスの産物のことをいい、メタンおよび水等の他のガス状成分に加えて、一酸化炭素、水素および二酸化炭素を含むことができる。
【００３７】
本発明は、炭素質原料のガスへの変換の制御システムを提供する。特に、制御システムは、そのような原料のガスへの変換のためのガス化システムもしくはその１つ以上のコンポーネント中で、および／または該ガス化システムもしくはその１つ以上のコンポーネントによって実装される１つ以上のプロセスの制御への使用に設定可能に設計され、１つ以上の下流側のアプリケーションに使用され得る。一例として提供され、以下の開示の一般的範囲および本質を制限するように意図されていない図１の例示的な実施形態を参照すると、開示される制御システムの異なる実施形態により制御可能なガス化プロセスは、様々な組み合わせで、コンバータ１１０、残渣コンディショナ４１０、復熱装置および／または熱交換器システム５１０、１つ以上のガスコンディショナ６１０、ガス均質化システム７１０、および１つ以上の下流側のアプリケーションを含むことができる。これらのコンポーネントおよびサブシステムの例は、本制御システムにより制御可能なガス化システムの例示的な実施形態を描写する図１から図１０を参照して、以下により詳細に説明される。
【００３８】
該制御システムは、該ガス化プロセス全体に関連する様々な局所的、領域的および／または大域的プロセスを動作可能に制御し、それにより、選択した結果に対してこれらのプロセスに影響を及ぼすように適合されたその様々な制御パラメータを調整する。したがって、制御システム全体に、またはその１つ以上のコンポーネントに関連して、様々な検知要素および応答要素が分配され、様々なプロセス、反応物、および／または産物の特徴を
取得し、これらの特徴を、望ましい結果を達成するのに寄与する適切な範囲のそのような特徴と比較し、１つ以上の制御可能なプロセスデバイスを介して進行中のプロセスの１つ以上における変化を実装することによって応答するために使用される。
【００３９】
一実施形態において、制御システムは、炭素質原料を、選択された下流側アプリケーションにおいて使用するのに適したガスに変換するためのガス化プロセスを制御するために使用される。一例において、ガス化プロセスは、その産生ガスが、連続様式で、および／または即時使用のためにリアルタイムで使用され得るように制御される。したがって、制御システムは、例えば、下流側アプリケーションにおいて使用されるガスの１つ以上の特徴を検知するための、１つ以上のセンサを備えてもよい。１つ以上の計算プラットフォームは、検知された特徴の特徴代表値にアクセスするために、これらの検知要素と通信可能にリンクされ、特徴値を、選択された下流側アプリケーションに適したものとしてガスを特徴付けるように定義された所定範囲のそのような値と比較して、この所定範囲を有する特徴値を維持することに寄与する１つ以上のプロセス制御パラメータを計算するように構成される。複数の応答要素を、プロセスに影響を及ぼし、それによってガスの検知された特徴を調整するように動作可能な１つ以上のプロセスデバイスとこのようにリンクさせてもよく、計算されたプロセス制御パラメータにアクセスし、それに従ってプロセスデバイスを動作させるために、計算プラットフォームと通信可能にリンクさせてもよい。
【００４０】
例えば、制御システムは、炭素質原料の、下流側アプリケーションに適した１つ以上の特徴を有するガスへの変換を制御するように構成されてもよく、産生ガスは、ガスタービン内での燃焼による電気の生成における使用、または、燃料電池用途における使用を意図したものである。そのような用途においては、各エネルギー発生器において燃料として最も有効に使用され得る産物を得ることが望ましい。あるいは、産生ガスが、さらなる化学プロセスにおける原料として使用するためのものである場合、組成は、特定の合成応用に最も有用なものとなる。
【００４１】
一実施形態において、制御システムは、反応設定点を実質的に維持し、それにより、特定組成を有するガスを産生するために最適な反応条件下でガス化プロセスを実行することを可能にするために、プロセスエナジェティクスのフィードバック、フィードフォワード、および／または予測制御を提供する。例えば、適切に構成されたガス化システムを使用して、原料のガスへの変換の全体的なエナジェティクスを判断および達成することができ、様々なプロセス特徴が評価され、正味の全体的なエナジェティクス(energetics)の判断に影響するように、制御可能に調整され得る。そのような特徴としては、原料の発熱量および／または組成、産生ガスの特徴（例えば、発熱量、温度、圧力、流量、組成、炭素含有量等）、そのような特徴に許容される変動の程度、ならびに投入のコスト対出力の価値を含み得るがこれらに限定されない。熱源動力、添加剤送給速度（例えば、酸素、蒸気等）、原料送給速度（例えば、１つ以上の異種および／または混合送給）、ガスおよび／またはシステム圧力／流量調節器（例えば、ブロワ、安全弁および／または制御弁、フレア等）等を含み得るがこれらに限定されない様々な制御パラメータに対する、連続的および／またはリアルタイム調整は、正味の全体的なエナジェティクスが評定され、設計仕様に準じて最適化される様式で実行され得る。
【００４２】
代替的に、または付加的に、制御システムは、正常な動作を確約するために、および任意選択で、それによって実装されるプロセスが、規制基準が当てはまる場合、そのような基準内であることを確実にするために、ガス化システムの様々なコンポーネントの動作を監視するように構成されてもよい。
【００４３】
一実施形態に従って、制御システムは、さらに、ガス化システムの全体的なエネルギー影響を監視および制御する際に使用されてもよい。例えば、原料の変換のためのガス化シ
ステムは、例えばそれによって実装されるプロセスのうちの１つ以上を最適化することによって、またはこれらのプロセスによって生成された廃熱の回復をやはり増大させることにより、そのエネルギー影響が削減される、または、ここでも最小限に抑えられるように動作され得る。代替的に、または付加的に、制御システムは、制御されたプロセスによって生成された産生ガスの組成および／またはその他の特徴（例えば、温度、圧力、流量等）を、そのような特徴が下流側での使用に適しているだけでなく、効率的および／または最適な使用のために実質的に最適化されているように調整するように構成されてもよい。例えば、電気の産生用に所与のタイプのガスエンジンを駆動するために産生ガスが使用される実施形態において、産生ガスの特徴は、これらの特徴がそのようなエンジンに最適な投入特徴に最もよく対応するように調整され得る。
【００４４】
一実施形態において、制御システムは、様々なコンポーネントにおける反応物および／または産物滞留時間に関する、または、ガス化プロセス全体の様々なプロセスに関連する制限または性能ガイドラインが、満たされる、および／または最適化されるように、ガス化プロセスを調整するように構成されてもよい。例えば、都市廃棄物が原料として使用される実施形態においては、前処理および／または貯蔵相において廃棄物の最大滞留時間を占めるために、そのような廃棄物のガス化プロセスを調整することが重要であるとみなされ得る。例えば、廃棄物および／またはその他の原料は、周期的に、または継続的に制御システム施設に輸送される場合があり、そのような原料の処理は、連続動作（例えば、ダウンタイムの削減または回避）を可能にしながら、その過剰在庫（例えば、前処理滞留時間の増大）を回避するように制御されなくてはならない。そのような例において、所与の原料の処理速度が、そのような原料の配送速度と実質的に対応し、それにより、配送された原料の貯蔵または前処理段階における実質的に一定の滞留時間（例えば、時間数、日数、週数等）を可能にするように制御され得る。
【００４５】
同様に、ガス化システムのコンバータ内における原料の滞留時間は、資源を枯渇させ、それによって下流側のプロセスおよび／またはアプリケーションを過度に削減および／または制限することなく、十分な処理を可能にするように制御され得る。例えば、所与のコンバータ構成は、原料の適切な処理が達成される、比較的安定な滞留時間（例えば、数分、数時間等）を可能にすることができる。コンバータの下流側コンポーネントは、それに適した滞留時間も実質的に尊重されるように等しく制御され得る。例えば、熱交換システム、コンディショニングシステム、および／または均質化システムを通る流動ガスは、所与のガス流動および／または滞留時間の間、そのようなコンポーネントによって最もよく処理され得る。同様に、ガス流量および／または滞留時間における変動は、そのようなシステムコンポーネントの様々な要素を制御することによって、対処および補償され得る。
【００４６】
本発明の制御システムは、実質的に不均質な特徴および／または組成の原料を効果的に変換し、下流側のアプリケーションに寄与する実質的に安定した特徴を有するガスを産生するために使用され得る。したがって、本制御システムにより制御されるガス化システムの特定の構成に応じて、本システムの連続的、および／またはリアルタイム制御により原料特徴の揺らぎを弱め、例えば長期のプロセス変動性を少なくとも４倍減少させることができる。代替的な実施形態では、本システムの連続的および／またはリアルタイム制御により原料特徴の揺らぎを弱め、長期のプロセス変動性を約４倍減少させることができる。代替的な実施形態では、本システムの連続的および／またはリアルタイム制御により原料特徴の揺らぎを弱め、長期のプロセス変動性を約３．５倍減少させることができる。代替的な実施形態では、本システムの連続的および／またはリアルタイム制御により原料特徴の揺らぎを弱め、長期のプロセス変動性を約３倍減少させることができる。代替的な実施形態では、本システムの連続的および／またはリアルタイム制御により原料特徴の揺らぎを弱め、長期のプロセス変動性を約２．５倍減少させることができる。代替的な実施形態では、本システムの連続的および／またはリアルタイム制御により原料特徴の揺らぎを弱
め、長期のプロセス変動性を約２倍減少させることができる。代替的な実施形態では、本システムの連続的および／またはリアルタイム制御により原料特徴の揺らぎを弱め、長期のプロセス変動性を約１．５倍減少させることができる。
【００４７】
また、本制御システムにより制御されるガス化システムの特定の構成に応じて、本システムの連続的、および／またはリアルタイム制御により原料特徴の揺らぎを弱め、例えば短期のプロセス変動性を少なくとも２．５倍減少させることができる。代替的な実施形態では、本システムの連続的および／またはリアルタイム制御により原料特徴の揺らぎを弱め、短期のプロセス変動性を約２．５倍減少させることができる。代替的な実施形態では、本システムの連続的および／またはリアルタイム制御により原料特徴の揺らぎを弱め、短期のプロセス変動性を約２倍減少させることができる。代替的な実施形態では、本システムの連続的および／またはリアルタイム制御により原料特徴の揺らぎを弱め、短期のプロセス変動性を約１．５倍減少させることができる。
【００４８】
当業者であれば、ガス化システムおよび制御システムは、それらの様々な実施形態において、多数の独立型および／または複合型の下流側アプリケーションを有する多数の処理システムにおいて使用され得ることを理解するであろう。さらに、制御システムは、様々な実施形態において、プロセスの様々な態様を連続および／またはリアルタイム様式で同時に制御することができる。
（制御システムアーキテクチャ）
図１３および図１４を参照すると、制御システムは、当面の用途に適したあらゆるタイプの制御システムアーキテクチャを備えてもよい。例えば、制御システムは、実質的な集中制御システム（例えば、図１３参照）、分散制御システム（例えば、図１４参照）、またはそれらの組み合わせを備えてもよい。集中制御システムは、概して、様々な局所的および／またはリモート検知デバイスと通信を行うように構成される中央コントローラと、制御されているプロセスに関連する様々な特徴をそれぞれ検知するように構成される応答要素とを備え、制御されたプロセスに直接的または間接的に影響を及ぼすように適合された１つ以上の制御可能なプロセスデバイスを介して、それに応答することになる。集中アーキテクチャを使用して、集中処理装置によりほとんどの計算が集中的に実装されるため、プロセスの制御を実装するために必要なハードウェアおよび／またはソフトウェアのほとんどは、同じ場所に位置する。
【００４９】
分散制御システムは、概して、局所的および／または領域的特徴を監視するために各検知および応答要素とそれぞれ通信を行うことができる２つ以上の分散コントローラを備え、局所的プロセスまたはサブプロセスに影響を及ぼすように構成された局所的および／または領域的プロセスデバイスを介して、それに応答することになる。様々なネットワーク構成を介して分散コントローラ間で通信を行うこともでき、第１のコントローラによって検知された特徴は、そこで応答するための第２のコントコーラへ伝達されることができ、そのような遠位の応答は、第１の場所で検知された特徴に対して影響を与える場合がある。例えば、下流側の産生ガスの特徴は、下流側の監視デバイスによって検知され、上流側のコントローラによって制御されるコンバータと関連付けられた制御パラメータを調整することによって調整され得る。分散アーキテクチャにおいて、コントローラ間に制御ハードウェアおよび／またはソフトウェアも分配され、この場合、同じではあるがモジュール構成された制御スキームが各コントローラにおいて実装され得る、または、様々な協調型のモジュラー制御スキームがそれぞれのコントローラにおいて実装され得る。
【００５０】
あるいは、制御システムは、分離しているが通信可能にリンクされた局所的、領域的、および／または大域的制御サブシステムに細分され得る。そのようなアーキテクチャは、所与のプロセス、または一連の相関するプロセスを行い、その他の局所的制御サブシステムとの最小限の相互作用で局所的に制御することを可能にする場合がある。大域的マスタ
制御システムは、続いて各それぞれの局所的制御サブシステムと通信を行い、大域的結果のために局所的プロセスに必要な調整を指示することができる。
【００５１】
本発明の制御システムは、上記のアーキテクチャ、または当該技術分野において一般的に知られているその他任意のアーキテクチャのいずれを使用してもよく、それらは本開示の一般的範囲および本質の範囲内であるとみなされる。
【００５２】
制御システムは、反応条件を制御し、炭素質原料の出力ガスへの変換の化学的性質および／またはエナジェティクスを管理するために、応答要素を備える。また、制御システムは、理想的な、最適な、またはそうでないガス化反応条件を維持するために、動作条件を決定および維持することができる。理想的な動作条件の決定は、炭素質原料の組成および産生ガスの特定特徴等の要因を含む、プロセスの全体的なエナジェティクスに左右される。原料の組成は、実質的に均質なものから完全に不均質なものまでの範囲となり得る。原料の組成が変動すると、いくつかの制御パラメータは、理想的な動作条件を維持するために、応答要素を介し、連続的な調整を要求する。
【００５３】
制御システムは、多数の応答要素を備えてもよく、当該要素のそれぞれは、専用タスク、例えば、添加剤の１つの流速の制御、ガス化システムの１つ以上の熱源のうちの１つの位置もしくは動力出力の制御、または、副産物の撤去の制御を実行するように設計されてもよい。制御システムは、処理システムをさらに備えてもよい（例えば、図１２を参照）。一実施形態において、処理システムは、多数のサブ処理システムを備え得る。
【００５４】
図１２を参照すると、制御システムは、概して１つ以上の中央、ネットワーク化および／または分散処理器８１２、様々な検知要素から電流検知された特徴を受信するための１つ以上の入力部８１４、および新規または更新された管理パラメータを様々な応答要素に通信するための１つ以上の出力部８１６を含む。制御システムの１つ以上の計算プラットフォームはまた、様々な所定のおよび／または再調整された管理パラメータ、セットまたは好ましいシステムおよびプロセス特徴動作範囲、システム監視および制御ソフトウェア、動作データ等をそこに保存するための１つ以上の局所的および／または遠隔のコンピュータ可読メディア８１８（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、取り外し可能なメディア、ローカルおよび／またはネットワークアクセスメディア等）を含む。任意選択で、計算プラットフォームはまた、直接もしくは様々なデータ記憶デバイスを介して、プラズマガス化プロセスシミュレーションデータ８２０、および／またはシステムパラメータ最適化およびモデリング手段にアクセスすることができ、その例示的な実施形態は米国特許第６，８１７，３８８号に記載され、それが本文脈において容易に適用できることを、当業者は十分に理解するであろう。また、計算プラットフォームは、１つ以上の任意のグラフィカルユーザーインターフェース、および制御システム（システム更新、保守、修正、新規システムモジュールおよび／または設備への適合等）への管理上のアクセスを提供するための入力周辺機器８２２、ならびにデータおよび情報を外部ソース（例えば、モデム、ネットワーク接続、プリンタ等）に通信するための様々な任意の出力周辺機器（例えば、８２４）を備えてもよい。
【００５５】
この図に示されるように、制御システムは、所与のガス化システムの現在の実装を反映するように定義された様々なシステムおよび／またはプロセス算出を対話形式で実行することによってさらに強化され得る。そのような算出は、様々なシステムおよび／またはプロセスモデルから導出されることができ、プロセスおよび／またはシステムの特徴および制御パラメータのシミュレーションは、そのようにモデル化されたシステムまたはサブシステムを制御するために、予測的および／または補正的様式で使用され得る。米国特許第６，８１７，３８８号は、そのようなシステムモデルの例を提供しており、当該モデルは、システムの様々なプロセスを実装する上での開始点として使用するための、様々な動作
パラメータおよびそれに基づく予測結果を定義するために、制御システムと連携して使用され得る。一実施形態において、これらおよびその他のそのようなモデルは、システムの様々なシステム動作範囲および／またはパラメータを継続的に再評価および／または更新するために、時折または定期的に使用される。一実施形態において、ＮＲＣ、ＰＬＡＳＣＯ、および／またはＰＬＡＳＣＯ／ＨＹＳＹＳシミュレーションプラットフォームが使用され、投入量、廃棄物のタイプ、任意の組み合わせの投入物の化学組成、熱化学的特徴、含水量、送給速度、プロセス添加剤等を考慮することができる。当該モデルは、例えば、部位および原料タイプの規定、エネルギー回収の最大化、排出の最小化、資本およびコストの最小化等を考慮するために、様々な任意選択の対話型プロセス最適化も提供し得る。最終的に、選択されたモデルオプションに基づいて、モデルは次に、例えば、様々な動作特徴、達成可能なスループット、システム設計特徴、産生ガス特徴、排出レベル、回収可能なエネルギー、回収可能な副産物、および最適な低コスト設計を提供することができる。様々な例示的な代表例が米国特許第６，８１７，３８８号において提供されており、当業者には明らかであるように、本文脈において容易に適用可能である。
【００５６】
処理システム、およびサブ処理システムのうちのいずれか１つは、排他的にハードウェアを、または、ハードウェアおよびソフトウェアの何らかの組み合わせを備えてもよい。サブ処理システムのうちのいずれかは、１つ以上の比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ；Ｐ）、一体型（Ｉｎｔｅｇｒａｌ；Ｉ）、または差動（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ；Ｄ）コントローラの何らかの組み合わせ、例えば、Ｐコントローラ、Ｉコントローラ、ＰＩコントローラ、ＰＤコントローラ、ＰＩＤコントローラ等を備えてもよい。Ｐ、Ｉ、およびＤコントローラの組み合わせの理想的な選定は、ガス化システムの反応プロセスの部分の動力学および遅延時間、その組み合わせによって制御することを意図する動作条件の範囲、ならびに、組み合わせコントローラの動力学および遅延時間に左右されることが、当業者には明らかであろう。
【００５７】
組み合わせコントローラの設計における重要な態様は、各制御変数または制御パラメータを初期値から規定値へ調整する際の、短い過渡期間および過渡時間中の少ない振幅である場合がある。これらの組み合わせは、検知要素によって特徴の値を連続的に監視し、それを規定値と比較して、各制御要素に影響し、応答要素によって十分な調整を行い、観測値と規定値との間の差異を縮小することができる、アナログ配線接続形態で実装され得ることが、当業者には明らかであろう。
【００５８】
さらに、これらの組み合わせは、デジタルハードウェア・ソフトウェア混合環境において実装され得ることが、当業者には明らかであろう。さらなる任意のサンプリング、データ取得、およびデジタル処理に関連する影響は、当業者に既知である。Ｐ、Ｉ、Ｄ組み合わせ制御は、フィードフォワードおよびフィードバック制御スキームで実装され得る。
【００５９】
補正またはフィードバック制御において、適切な検知要素によって監視された制御パラメータまたは制御変数の値は、規定値または規定範囲と比較される。制御信号は、２つの値の間の偏差に基づいて決定され、当該偏差を縮小するために、制御要素に提供される。例えば、出力ガスが所定のＨ2：ＣＯ比率を超えた場合、フィードバック制御手段は、Ｈ2：ＣＯ比率を規定値に戻すために、添加酸素の量を増大させる等、入力変数の１つに対する適切な調整を判断することができる。適切な応答要素によって制御パラメータまたは制御変数への変化に影響を及ぼすための遅延時間は、時に、ループ時間と呼ばれる。例えば、プラズマ熱源の動力、システム内の圧力、炭素に富む添加剤の投入速度、または酸素もしくは蒸気の流速を調整するためのループ時間は、例えば約３０〜約６０秒に達する場合がある。
【００６０】
一実施形態において、産生ガス組成は、上記で説明したフィードバック制御スキームに
おいて比較のために使用される規定値であり、産生ガス内におけるＣＯおよびＨ2の量の固定値（または値の範囲）が規定されている。別の実施形態において、規定値は、産生ガスの発熱量（例えば、低位発熱量（ＬＨＶ））を表す固定値（または値の範囲）である。
【００６１】
フィードバック制御は、直接監視を必要とする、または、モデル予測が満足なものである、任意の数の制御変数および制御パラメータに使用され得る。フィードバック制御スキームでの使用に役立つ、ガス化システムの制御変数および制御パラメータが多数ある。フィードバックスキームは、直接的もしくは間接的に検知され、および／または検知された値から導出され、これらの特徴に影響を及ぼすように適合された１つ以上のプロセスデバイスを動作させるために、調整された制御パラメータを使用する応答アクションによって制御される場合がある、システムおよび／またはプロセス特徴のための制御システムの態様において、効果的に実装され得る。
【００６２】
従来のフィードバックまたは応答制御システムは、さらに、適応および／または予測コンポーネントを備えるように適合されてもよく、所与の条件に対する応答は、補償アクションにおける潜在的な超過を制限しながら、検知された特徴に対する反応応答を提供するために、モデル化された、および／または以前に監視された反応に従って編成され得ることが十分に理解されるであろう。例えば、所与のシステム構成に提供される、取得および／または履歴データを協調的に使用して、以前の応答が監視され、望ましい結果を提供するように調整された最適値から所与の範囲内にあることが検知されているシステムおよび／またはプロセス特徴に対する応答を調整することができる。そのような適応および／または予測制御スキームは当業者に既知であり、よって、本開示の一般的範囲および本質から逸脱するものとはみなされない。
【００６３】
フィードフォワード制御プロセスは、制御変数および制御パラメータを監視することなく、パラメータを入力して作用させる。ガス化システムは、例えば、１つ以上のプラズマ熱源のうちの１つに供給される動力の量等、多数の制御パラメータに、フィードフォワード制御を使用することができる。プラズマ熱源のアークの動力出力は、様々な異なる手法で、例えば、アークを維持するためにトーチに供給される電流をパルス変調すること、電極間の距離を変動させること、トーチ電流を制限すること、または、プラズマの組成、配向、もしくは位置に影響を及ぼすことによって制御され得る。
【００６４】
気体もしくは液体修飾で、または微粉形態でコンバータに提供され得る、あるいは、ノズルを介して噴霧または注入され得る添加剤の供給速度は、例えば、いくつかの制御要素によりフィードフォワード手法で制御できる。しかしながら、添加剤の温度または圧力の効果的な制御には、監視および閉ループフィードバック制御が必要となる場合がある。
【００６５】
ファジー論理制御は、その他のタイプの制御とともに、フィードフォワードおよびフィードバック制御スキームにおいて等しく使用され得る。これらのタイプの制御は、規定の結果に影響を及ぼすために入力変数または入力パラメータをどのように変化させるかを予測するためにプラズマ改質反応動力学がモデル化およびシミュレートされる手法で、古典的なＰ、Ｉ、Ｄ組み合わせ制御から実質的に逸脱し得る。ファジー論理制御は、通常、反応動力学（一般に、システム動力学）の曖昧な、もしくは経験的記述、またはシステムの動作条件のみを必要とする。ファジー論理およびその他のタイプの制御の態様および実装検討事項は、当業者に既知である。
【００６６】
本発明の前述の実施形態は例示的であり、様々に変動する場合があることが理解されるであろう。かかる現在または今後の変動は、本発明の精神および範囲からの逸脱とはみなされないものとし、当業者には明白であろう全てのかかる修正は、以下の請求項の範囲内に含まれることを意図する。
（プロセス制御全体）
上述のように、制御システムは、１つ以上のプロセスおよび／またはシステム特徴（例えば、ガス組成（％ＣＯ、％ＣＯ2、％Ｈ2等）、ガス温度、ガス流速等）を検知し、検知された特徴から特徴値を生成する検知要素、および検知要素から産生された値を収集および分析し、適切な制御パラメータを、出力制御パラメータに従い１つ以上のプロセスデバイスを制御するように構成された１つ以上の応答要素に出力するための１つ以上の計算プラットフォームを備える。
【００６７】
一実施形態では、制御システムは、コンバータからの、および任意にガス化システム中のガス流およびガス組成が、異なる種類の原料の組成または同じ種類の原料の源の任意の変動性にかかわらず、産生ガスの、およびシステム副産物（市販スラグ、ガス回収、蒸気生成等）の最適産生をもたらすように、所定の公差内に留まることを確実にする。このように、制御システムは、そのような変動性を補うために必要な調整を認識し実行することができる。温度、流速および組成等の産生ガスのパラメータは監視され、合成用ガスの最終用途によって定義されるような所定の公差内に産生ガスの特徴を維持するために、関連するプロセスデバイス制御パラメータは変動する（例えば、適切な応答要素によって）。
【００６８】
一実施形態では、本発明の制御システムは、産生ガスの流速、温度および組成のうちの１つ以上を監視し、炭素質原料投入速度、酸素投入速度、蒸気投入速度、炭素に富む添加剤投入速度、およびプラズマ熱源に供給される電力量のうちの１つ以上に補正を行う補正フィードバックを提供する。調整は、産生ガスの流速、温度および／または組成の計測された変化に基づき、これらが許容可能な範囲内に留まることを確実にする。概して、産生ガスの流速、温度および／または組成の範囲は、特定の下流側のアプリケーションのためにガスを最適化するために選択される。
【００６９】
一実施形態では、本発明の制御システムは、ガス化プロセスを駆動するため、および原料の組成が本来の変動性を示したとしても、プロセスからのガス流および組成が許容可能な範囲内に留まることを確実にするために、プラズマ熱の制御性を同時に使用する。別の実施形態では、制御システムは、単位時間当たり処理される炭素の総量が、可能な限り一定に維持されることを可能にし、単位時間当たりコンバータに入り離れる総熱量が、プロセス範囲内に保持されることを確実にするために、プラズマ熱を利用する。他の実施形態では、制御システムは、例えば、流れ／圧力の揺らぎ、および／または産生ガス発熱量の揺らぎに応答するために、空気および／または蒸気投入の調整等、調整することができる。制御システムはまた、例えば図１に概略的に示されるような固体残渣コンディショナ、コンバータガスコンディショナ、熱交換器、および／または均質化システムのいずれか１つにより発生するプロセスを監視、かつ／または調節するように構成することができる。
【００７０】
一例として提供され、本開示の一般的範囲および本質を制限するように意図されていない図１の例示的な実施形態を参照すると、概して、本発明により制御されるガス化プロセスは、１つ以上の処理ゾーン、およびいくつかの実施形態では１つ以上のプラズマ熱源（図１のプラズマ熱源１１２にあるような）を含む場合がある１つ以上の熱源を備えるコンバータ１１０で通常起こる。コンバータ１１０はまた、概して原料を投入するための１つ以上の原料送給機構および／またはデバイスを備え、単一原料（例えば、ＭＳＷ供給投入部１１４にあるような都市固形廃棄物（ＭＳＷ）、ＨＣＦ供給投入部１１６にあるような高炭素原料（ＨＣＦ）、石炭、プラスチック、液体廃棄物、有害廃棄物等）、異なる原料、および／またはコンバータ１１０に混合される原料、さらに、蒸気、酸化剤および／または炭素に富む材料添加剤（その後者は、任意選択で二次原料として提供される）等、１つ以上のプロセス添加剤を添加するための手段を含むことができる。ガス状産物は、１つ以上の出力ガスの出口を介してコンバータ１１０を出る。以下にさらに記載されるように、コンバータ１１０は、単一ゾーンおよび／またはチャンバのコンバータ（例えば、図１
９から図２２を参照）、または例えばガス化、および改質プロセスがそれぞれ実行されるガス化装置、および改質器を備えるマルチゾーンおよび／またはチャンバのコンバータ（例えば、図２３を参照）を備えることができる。これら、および他のコンバータ構成は、そのようなコンバータの様々な例示的な実施形態を提供する図１９から図２３、および実施例１の図３２から図５１を参照して以下にさらに詳細に記載される。
【００７１】
一実施形態では、コンバータ１１０からの産生ガスの組成および流れは、反応環境を制御することにより所定の公差内で制御される。温度は、コンバータ１１０に注入される原料が、可能な限り安定した環境に入ることを確実にするために、大気圧下で制御される。制御システムは、コンバータ１１０内に送給される原料、蒸気、酸素、および／または炭素に富む材料の量を制御する手段を提供することができる。選択した反応設定点または範囲を維持するために調整することができる動作パラメータは、原料送給量、添加剤送給量、特定の圧力を維持するための誘導ブロワへの電力、ならびにプラズマ熱源（例えば、プラズマ熱源１１２）への電力および該プラズマ熱源の位置を含むことができるがこれらに限定されない。これらの制御態様は、各パラメータを考慮してさらに論じられる。
【００７２】
一実施形態では、プラズマ熱の利用（例えば、プラズマトーチ等のプラズマ熱源による）は、蒸気および／または酸素、ならびに／または炭素に富む材料等の添加剤の投入と連携して、流れ、温度、圧力および組成等のガス特徴を制御するのに役立つ。ガス化システムはまた、原料をガス化し、それにより産生されるオフガスを改質するため、かつ／または副産灰を融解し、それを商品価値のあるガラス状産物に変換するために必要な高温加熱を提供するために、プラズマ熱を利用することができる。
【００７３】
本発明により制御されるガス化プロセスは、ガス化プロセスの固形副産物の処理を管理および制御するための手段を、さらに備えることができる。特に、ガス化システムは、原料からエネルギーへの変換プロセスに起因する固形副産物または残渣の、低浸出性を有するガラス化された均質物質への変換のための固体残渣コンディショナ４１０を含むことができる。ガス化プロセスの固形副産物は、炭化物、灰、スラグ、またはこれらのある組み合わせの形をとることができる。
【００７４】
例示的に、固体残渣コンディショナ４１０は、固体残渣コンディショニングチャンバまたは領域、プラズマ加熱手段（例えば、プラズマ熱源１１８）または十分な高温を提供するように適合されたそのような他の加熱手段、スラグ出力手段、および制御手段（ガス化システムの制御システム全体に動作可能に接続される）を備え、それによりプラズマ熱を使用し、固体を融解、混和および化学反応させ、チャンバまたは領域外に流出したときに濃厚で濾過できないシリコンメタルの固体スラグに冷却される、濃厚なシリコンメタルのガラス質材料を形成する。特に、本願に開示される制御システムは、ＳＲＣ内で、すなわち、完全な融解および均質化を促進するためにプラズマ発熱率および固体残渣投入速度を制御することによって、実行されるプロセスを最適化するように適合することができる。
【００７５】
本発明により制御されるガス化プロセスはまた、熱い産生ガスからの熱回収のための手段を含むことができる。そのような熱回復は、ガスからガスへの熱交換器（例えば、復熱装置５１０）等の様々な熱交換器によって実行することができ、それにより熱い産生ガスが使用され、空気または酸素もしくは酸素富化空気等の他の酸化剤を加熱し、次に、ガス化プロセスに熱を提供するために任意選択で使用され得る。回収熱はまた、例えば産業上の加熱用途に使用され得る。任意選択で、１つ以上の蒸気発生器熱交換器は、例えばガス化および／または改質反応において添加剤として使用され得る蒸気を生成するために、または例えば電気を生成するために蒸気タービンを駆動するために、ガス化プロセスの一部として制御することができる。
【００７６】
また、図２４および図２５に見られるように、熱交換器はまた、プラズマ熱源冷却プロセス、スラグ冷却および処理プロセス、コンバータガスコンディショナ冷却プロセス等を介する等、他の様々なシステムコンポーネントおよびプロセスから熱を動作可能に抽出する、追加の熱交換器を含むことができる。本発明の制御システムはまた、ガス化システム中のエネルギー移送を最適化するために、システムの制御システム全体に動作可能に連結することができる、熱回収システムを制御するための制御サブシステムを含むことができる（例えば、図１５および図１６を参照）。
【００７７】
本発明により制御されるガス化プロセスは、下流側での使用のためにガス化プロセスにより産生される産生ガスを調整するために、コンバータガスコンディショナＧＣＳ（例えば、図１から図１０、および図２９、実施例１の図５９から図６６を参照）、またはそのような他のガスコンディショニング手段をさらに含むことができる。例えば、上記の残渣コンバータにおける残渣の処理からガスが生成されるように、産生ガスは、コンバータガスコンディショナ（例えば、図１のコンバータガスコンディショナ６１０）に方向付けることができ、そこで、下流側での使用に好適な出力ガスを産生するために、特定の順序の処理ステップを受ける。一実施形態では、コンバータガスコンディショナは、例えば、合成用ガスからの粒子状物質（例えば、バグハウス、サイクロン等を介した）、酸性ガス（ＨＣｌ、Ｈ2Ｓ）、および／または重金属の除去、またはガス化システムを通過する際のガスの湿度および温度の調整を含むことができる処理ステップを実行するコンポーネントを供える。処理ステップの有無および順序は、合成用ガスの組成、および下流側のアプリケーションに対する出力ガスの特定組成によって決定される。ガスコンディショニングシステムはまた、コンバータガスコンディショナプロセスを最適化するために、制御システム全体に動作可能に接続することができる制御システムを備えることができる（例えば、図１５および図１６を参照）。
【００７８】
本発明により制御されるガス化プロセスは、産生ガスの少なくとも第１レベルの均質化を提供するために、ガス均質化システム（例えば、図１の均質化システム７１０）をさらに備えることができる。例えば、産生ガスに、均質化システム内の所与の滞留時間を受けさせることによって、様々なガスの特徴は、そのような特徴の揺らぎを減少させるために、少なくとも部分的に均質化することができる。例えば、産生ガスの化学組成、さらに流れ、圧力および／または温度等の他の特徴は、下流側の要件を満たすために、均質化システムにより少なくとも部分的に安定化することができる。それにより、ガスタービン、エンジン、燃料電池アプリケーション等の下流側のアプリケーションに対して、ガス特徴の安定性増加を促進するために、均質化システムが使用され得る。
【００７９】
一実施形態では、ガス化システムの均質化システムは、十分に一貫した出力組成、圧力、温度、および／または流れのガスを獲得するために十分なガス滞留時間を確保するように設計される寸法を有する、ガス均質化チャンバ等を提供する。概して、均質化システムの特徴は、下流側のアプリケーションの要件に従い、また制御システムがそのような意図で設計されるとき産生ガス特徴の揺らぎを弱めるための制御システムの容量に対して設計される。
【００８０】
ここで図５から図１０を参照すると、本制御システムは、多数の独立型および／または複合の下流側のアプリケーションを有する、多くのエネルギー生成および変換システムに使用可能な、多くのガス化システムを制御するために使用され得ることを、当業者は理解するであろう。例えば、図５の例示的な実施形態では、１つ以上の蒸気タービンでの使用のための、１つ以上の蒸気発生器熱交換器を介したガスタービンに関連する合成ガスおよび排気ガスの両方を冷却することにより生成される、１つ以上のガスタービンでの使用のための合成ガス、および蒸気の両方を提供することにより、出力エネルギー（例えば電気）を産生するために、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｂｉｎ
ｅｄ  Ｃｙｃｌｅ（ＩＧＣＣ）システムが制御および使用され得る。
【００８１】
図６の例示的な実施形態では、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｃｙｃｌｅ（ＩＧＣＣ）を、固体酸化物燃料電池システムと組み合わせるガス化システムを制御するために、制御システムを使用することができ、該固体酸化物燃料電池システムは、エネルギー（例えば、電気）を産生するために、合成ガスの水素に富む副産物を使用する。
【００８２】
図７の例示的な実施形態では、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｃｙｃｌｅ（ＩＧＣＣ）システムを、溶融炭酸塩型燃料電池システムと組み合わせるガス化システムを制御するために、制御システムを使用することができ、該溶融炭酸塩型燃料電池システムは、図６にあるように、エネルギー（例えば、電気）を産生するために、合成ガスの水素に富む副産物を使用する。
【００８３】
図８の例示的な実施形態では、図６にあるように固体酸化物燃料電池システムを、合成ガスおよび燃料電池出力から熱を回復する１つ以上の蒸気発生器熱交換器により生成される蒸気により活性される、１つ以上の蒸気タービンと組み合わせるガス化システムを制御するために、制御システムを使用することができる。
【００８４】
図９の例示的な実施形態では、固体酸化物燃料電池システムで使用される水素に富む合成ガスを提供するために、水−ガスシフトコンバータを図８の実施形態に追加する。
【００８５】
図１０の例示的な実施形態では、図９の固体酸化物燃料電池システムは、溶融炭酸塩型燃料電池システムに置き換えられる。
【００８６】
当業者には明らかとなるように、本開示の一般的範囲および精神から逸脱することなく、開示される制御システムが適合される、そのような他のシステム構成および組み合わせを提供することができることを当業者は理解するであろうことから、本発明の制御システムの様々な実施形態により制御可能なガス化システムの上記の例示的な実施形態は、制限するように意図されていない。
【００８７】
図１５および図１６を参照すると、また上記のように、エナジェティクスを管理し、特定の公差内にプロセスのそれぞれの態様を維持するために、検知要素２０２により様々なシステムプロセスまたは産物特徴を監視し、応答要素２０６により制御パラメータに様々な修正を実行するために、制御システム８００を所与のガス化システム１０中に統合することができる。これらのパラメータは、以下にさらに詳細に論じられるが、プラズマコンバータ１００、固体残渣コンディショナ４００、プラズマ熱源１５０およびスラグ処理熱源４５０、熱交換器（例えばガス／空気間の熱交換器５００、および／または蒸気発生器熱交換器５９９）およびそれの関連する添加剤投入部、一次および／または二次原料投入部（例えば、炭素に富む添加剤（ＨＣＦ））、コンバータガスコンディショナ６００、均質化システム７００、およびガス化システムの他の任意の処理要素またはモジュールの１つ以上に関連するプロセスから得ることができる。
【００８８】
さらに、これらのパラメータへのアクセス、ならびに様々な局所的および／または遠隔記憶デバイスを介した、制御システムの１つ以上の計算プラットフォーム、多くの所定の、および／または再調整されたステムパラメータ、システム動作範囲、システム監視および制御ソフトウェア、動作データ、および任意選択でのプラズマガス化プロセスシミューションデータおよび／またはシステムパラメータ最適化およびモデリング手段へのアクセスを有することで、制御システムは、システム出力を最適化するためにガス化システムとさらに相互作用することができる。
【００８９】
図１の例示的な実施形態は一例として提供され、本開示の一般的範囲および本質を制限するように意図されていない。
（産生ガスの組成）
本発明の制御システムは、所定範囲内で、産生ガスの１つ以上の特徴を検知、比較、および維持するために使用され得る。前述のように、産生ガスが電気の生成で使用するためのものである場合、エネルギー発生器に動力供給するための燃料として使用され得る産物を得ることが望ましい。
【００９０】
出力ガスの主要構成要素は、コンバータを、本発明の制御システムにより制御されるガス化プロセスでの使用に適した状態のままにしておくとき、概して一酸化炭素、二酸化炭素、水素、蒸気、および窒素（酸素富化空気、酸素等を使用するとき、存在する窒素の量はより少ない）である。存在するメタン、アセチレン、および硫化水素の量が、はるかに小さい場合もある。出力ガス中の一酸化炭素または二酸化炭素の割合は、コンバータ内に送給される酸素の量に左右される。例えば、二酸化炭素への炭素の化学量論的変換を排除するために、酸素の流量が制御されると、一酸化炭素が産生され、プロセスは主に一酸化炭素を産生するためにそのように動作する。
【００９１】
産生合成用ガスの組成は、例えば、加えられるプラズマ熱、酸素、および／または蒸気、および／または炭素豊富添加剤の間のバランスを調整することにより、特定の用途（例えば、電気生成のためのガスタービン、および／または燃料電池用途）に最適化され得る。ガス化プロセス中の酸化剤および／または蒸気添加剤の添加は、変換化学反応に影響を及ぼすため、本発明の制御システムが、合成ガス組成を監視するために、検知要素を提供することが望ましい。合成ガスの特徴値を、選択した下流側のアプリケーションに好適な所定範囲内に維持するために、例えば応答要素を介する等、反応物の投入部は異なる。
【００９２】
一例として提供され、本開示の一般的範囲および本質を制限することを意図されていない、図１の例示的な実施形態を参照すると、ガス組成検知要素（例えば、ガスアナライザ８０１）、ガス流検知要素（例えば、流量検知要素８０２、８０３、および８０４）、ガス圧力検知要素（例えば、圧力検知要素８０５、８０６、８０７、および８０８）、ガス温度検知要素（例えば、温度検知要素８０９、８１０、および８１１）、およびガス不透明度検知要素等、様々な検知要素を使用して、産生ガスの監視が達成され得る。ガス組成検知要素（例えば、ガスアナライザ８０１）は、合成用ガスの水素、一酸化炭素、および／または二酸化炭素含有量を決定するために使用することができ、その値は、様々な制御ステップに使用可能である（例えば、図１８、および図７１から図７５の例示的な実施形態を参照）。計測は、プロセス中のいかなる時点でも行われ得るが、産生ガスの組成は、粒子状物質を除去するために、ガスが冷却された後、およびそれがコンディショニングステップを受けた後に、概して計測される。
【００９３】
産生ガスは、当業者に周知の方法を使用して試料を取得および分析することができる。産生ガスの化学組成を計測するために使用可能な方法は、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）分析によるものである。これらの分析のための試料ポイントは、システムの全体において配置することができる。一実施形態では、ガス組成は、ガスの赤外線スペクトルを測るフーリエ変換赤外線分析器（ＦＴＩＲ）を使用して計測する。
【００９４】
一実施形態では、温度、流速、および組成などの産生ガスの特徴は、コンバータの出口に位置する検知要素を介して監視することができる。別の実施形態では、サンプリングポートもまた、産生ガス処理システム内のいかなる場所で取り付けることができる。上述のように、応答要素は、産生ガスの特徴値を、選択した下流側のアプリケーションに好適な所定範囲内に維持するために、反応物の投入部を多様にするように提供される。
【００９５】
本発明の態様は、出口流れの組成を決定し、それに応じてプロセスを調整することにより、ガス化プロセス中に添加されている酸素が、あまりに多い、またはあまりに少ないかどうか決定することにある。一実施形態では、一酸化炭素流中のアナライザ、センサ、またはそのような他の検知要素は、二酸化炭素、または他の好適な基準酸素豊富物質の濃度等、関連のある特徴値を検出する。
【００９６】
主に一酸化炭素が産生されているかどうか決定するために、他の技術が使用され得ることは、明らかとなろう。代替的な一実施形態では、本発明の制御システムは、二酸化炭素と一酸化炭素の比を計測および分析することができる。別の代替的な実施形態では、制御システムは、プラズマ発生器の下流側で、酸素の量および炭素の量を決定するためにセンサを使用し、これらの特徴値を所定範囲と比較し、特徴値を所定範囲内に維持することに寄与する、１つ以上のプロセス制御パラメータを計算し、プロセスに影響を与え、特徴値を調整するために、リアルタイムで応答要素を動作させる。一実施形態では、ＣＯおよびＨ2の値は計測され、ターゲット値または範囲と比較される。別の実施形態では、以下に記載されるように、産生ガス発熱量（例えば、ＬＨＶ）が計測され、ターゲット値または範囲と比較される。
【００９７】
上記の、またはそのような他の検知要素を介して所与のシステム全体に搬送され得る、これら、およびそのような他の産生ガス特徴計測は、産生ガス特徴値を、関連する好適な所定範囲内に維持するために、進行中のプロセスを応答要素を介して監視、および調整するために使用することができ、したがって、上記に挙げられ、添付の図面に描写される、説明目的のシステムおよび制御システムにより提供される実施例により、制限されるべきではないことを、当業者は理解するであろう。
（システム内の様々な場所での温度）
本発明の一実施形態では、システム全体に位置する場所で、温度を監視するための、検知要素にあるような手段が提供され（例えば、温度検知要素８０９、８１０、および８１１）、そのようなデータは、継続的または間欠的に取得される。本制御システムでの使用に適したコンバータにおいて、温度を監視するための検知要素は、例えば、コンバータの外壁に、またはコンバータの頂部、中心、および底部の耐火物内に位置することができる。
【００９８】
産生ガスの温度を監視するための検知要素は、産生ガス出口、および産生ガスコンディショニングシステム全体の様々な場所に位置することができる（例えば、コンバータガスコンディショナ内）。複数の熱電対は、コンバータ周囲の重要な箇所で温度を監視するために、使用することができる。
【００９９】
ガス化プロセスにより産生される顕熱を回収するためのシステムが用いられる場合（熱交換器、または同様の技術等）、熱回収システムの箇所で温度を監視するための検知要素もまた、組み込むことができる（例えば、冷却流体入口および出口）。一実施形態では、ガス化プロセスにより産生される高温ガスから熱を回収するために、ガス／空気間の熱交換器、蒸気発生器熱交換器、または両方が使用される。熱交換器を用いる実施形態では、温度トランスミッタは、例えば、熱交換器の入口および出口で、産生ガスの温度を計測するように位置する。温度トランスミッタはまた、熱交換器における加熱後、冷却剤の温度を計測するために設けることができる。
【０１００】
これらの温度計測は、それぞれの熱交換器に入るときの産生ガスの温度が、デバイスの好適な動作温度または温度範囲内にあることを確実にするために、制御システムによって使用することができる。例えば、一実施形態では、ガス／空気間の熱交換器の設計温度が１０５０℃である場合、熱交換器への入口ガス流上の温度トランスミッタは、最適産生ガ
ス温度を維持するために、システムを通る冷却空気流速、およびプラズマ熱動力の両方を制御するために使用することができる。さらに、産生ガス出口温度の計測は、顕熱の最適量が、全ての熱回収段階で産生ガスから回収されたことを確実にするために、有用となり得る。
【０１０１】
加熱された交換空気の温度を計測するための、空気出口流れに取り付けられる温度トランスミッタは、処理空気が、ガス化プロセスでの使用に適している温度に加熱されることを確実にする条件下で、プロセスが実行されることを確実にする。一実施形態では、冷却空気出口温度は、例えば約６２５℃であり、その結果、空気出口流れに取り付けられる温度トランスミッタは、システムを通る空気流速と、プラズマコンバータ内のトーチ動力のうちの１つ、または両方への調整が、最適産生ガス投入温度を維持するために行われるべきであるかどうか決定するために使用されるデータを提供し、それは同様に、冷却空気の温度を制御するために使用することができる。プロセスのあらゆるサブシステムにおける温度調整は、その特定のサブシステムを最適化するだけではなく、下流側のアプリケーションの要件を考慮するために決定されることが、当業者には明らかとなろう。例えば、大域的要件は、特定の局所的、および／または領域的プロセスを制御するときに考慮される。
【０１０２】
本発明の制御システムで使用されるガス化システムが蒸気発生器熱交換器を備える一実施形態によれば、制御戦略は、最適冷却空気出力温度の固定設定点を、例えば約６００℃に、および蒸気発生器熱交換器ガス出口温度の固定値を、例えば約２３５℃に設定する。したがって、本実施形態によれば、産生ガス流が減少するとき、ガス／空気間の熱交換器の出口での産生ガス温度は、より冷たくなり、蒸気発生器熱交換器ガス出口温度もまた、固定値に設定されるため、蒸気産生の低下をもたらす。
【０１０３】
システムを通る空気流が減少するとき、同じ概念が適用される。本発明の一実施形態によれば、出口冷却空気温度は、固定された状態のままであり、その結果、ガス／空気間の熱交換器の出口産生ガス温度は、より熱く、その結果、蒸気発生器熱交換器内でより多くの蒸気を産生する。しかしながら、システムを通る空気流が減少するとき、産生ガス流もその結果減少し、したがって、蒸気発生器熱交換器への増加した入口温度は、一瞬だけ高くなる。例えば、空気流が５０％減少する場合、蒸気発生器熱交換器が一瞬読む可能性がある、最大入口ガス温度は、約８００℃であり、熱交換器設計の温度限度内である。
【０１０４】
本発明の一実施形態では、温度を監視するための検知要素は、必要に応じてシステム内の場所に取り付けられる、熱電対により提供される。そのような温度計測は、次に、上記のように制御システムにより使用され得る。上記、またはそのような他の検知要素を介して、システムの所与の実施形態を通じて実行される温度計測の他のタイプは、選択した下流側のアプリケーションでの使用に好適な産生ガスを生成するために、応答要素を介して進行中のプロセスを監視、および調整するために、かつプロセス出力および効率を任意選択で最大化するために使用することができ、したがって、上記に挙げられ、添付の図面に描写される、説明目的のシステムおよび制御手段構成により提供される実施例により、制限されるべきではないことを、当業者は理解するであろう。
（システムの圧力）
本発明の一実施形態では、コンバータ内、および本制御システムでの使用に適したガス化システム全体にわたる圧力を監視するための、検知要素が提供され、そのようなデータは、連続的または間欠的に取得される。さらなる実施形態では、これらの圧力検知要素（例えば、図１の圧力検知要素８０５、８０６、８０７、および８０８）は、例えば、垂直なコンバータの壁に位置する、圧力トランデューサ等の圧力センサを備える。システムの圧力に関連するデータは、プラズマ熱源動力、または原料もしくは添加剤の添加速度等の、パラメータの調整が必要であるかどうかを、リアルタイムで決定するために、制御シス
テムにより使用される。
【０１０５】
ガス化されている原料の量の変動性は、急速なガス化に繋がり、コンバータ内の圧力の著しい変化をもたらす。例えば、増加した数量の原料がコンバータに導入される場合、コンバータ内の圧力は急増する可能性がある。連続的に圧力を監視するための検知要素を有することにより、リアルタイムで調整を行うために必要なデータを、応答要素を介してプロセス制御パラメータに提供し（例えば、誘導ブロワの速度）、システム圧力を減少させることは（例えば、コンバータ内、および復熱装置への投入で測定されるように）、かかる場合において有利であろう。別の任意の圧力検知要素（例えば、図１の圧力検知要素８０７）は、固体残渣コンディショナで使用されてもよく、固体残渣コンディショナから合成ガスコンディショナに、固体残渣コンディショナガスを導く制御弁に、動作可能に連結されてもよい。別の任意の圧力検知要素（例えば、図１の圧力検知要素８０８）は、均質化システムが備わっていてもよく、フレアスタックを介して、合成ガスの放出用の制御弁に動作可能に連結され、かつ例えば、ガスエンジンの連続的動作を維持するために、コンバータへの添加剤投入流量を増加させるために、制御弁に動作可能に連結されてもよい。また、流量検知要素（例えば、図１の流量検知要素８０２、８０３、および８０４）は、例えば、コンバータへの原料および添加剤投入速度を調整するために、システム全体で使用されてもよい（例えば、均質化システムへの合成ガス流を検出するため）。
【０１０６】
さらなる実施形態では、完全なシステムにわたる差圧の連続的読み出しは、例えば、多数の圧力検知要素を介して提供される。このように、各個々のコンポーネントにわたる圧力降下は、処理中に生じる問題を迅速に特定するために、監視することができる。上記、およびそのような他のシステム圧力監視および制御手段は、選択した下流側のアプリケーションでの使用に好適な産生ガスを生成するために、応答要素を介して進行中のプロセスを監視、および調整するために、かつプロセス出力および効率を任意選択で最大化するために、上記、またはそのような他の検知要素を介して、システムの様々な実施形態にわたって使用することができ、したがって、上記に挙げられ、添付の図面に描写される、説明目的のシステムおよび制御システム構成により提供される実施例により制限されるべきではないことを、当業者は理解するであろう。
（ガス流の速度）
一実施形態では、制御システムは、本発明での使用に適したシステム全体に位置する場所で、産生ガス流の速度を監視するために、検知要素（例えば、図１の流量検知要素８０２、８０３、および８０４）を備え、そのようなデータは、連続的または間欠的に取得される。
【０１０７】
システムの異なるコンポーネントを通るガス流の速度は、特定のコンポーネント内のガスの滞留時間に影響を及ぼす。コンバータの改質領域を通るガスの流速が速過ぎる場合、ガス状成分が、均衡になるために十分な時間がない場合があり、非最適ガス化プロセスをもたらす。流量検知要素は、例えば、コンバータへの原料および添加剤投入速度を調整するために、均質化システム/貯蔵タンクへの合成ガス流を検出するために、使用されてもよい（例えば、図１の流量検知要素８０３）。システムの様々な実施形態にわたって位置する、上記、およびそのような他のガス流監視および制御手段は、選択した下流側のアプリケーションでの使用に好適な産生ガスを生成するために、進行中のプロセスを、応答要素を介して監視、および調整するために、かつプロセス出力および効率を任意選択で最大化するために、使用されてもよい。
（プロセスコンバータ）
概して、本発明の制御システムでの使用に適したコンバータは、ガス化装置および改質器を形成する、１つ以上の処理ゾーンおよび／またはチャンバを備えてもよい。ガス化装置および改質器は、同一の、または異なる配向であってもよい同一の、または異なるチャンバおよび／またはゾーン内にあってもよい。コンバータはまた、例えば、都市固形廃棄
物（ＭＳＷ）、高炭素減量ＨＣＦ、ＭＳＷおよびＨＣＦの全て、または石炭を含む、原料のための原料投入手段など、さらなるプロセスデバイスを備えてもよい。さらなる他のプロセスデバイスは、産生ガスの１つ以上の特徴値を、選択した下流側のアプリケーションに好適なそれぞれの範囲内に維持するために、必要に応じて、蒸気、酸素、空気、酸素富化空気、酸化剤、および炭素豊富添加剤（後者は、二次原料として任意選択で提供されてもよい）を含むがこれらに限定されない、１つ以上の添加剤を添加するための手段を含んでもよい。コンバータはまた、制御システムの応答要素により接続、および任意選択で動作可能に制御される、１つ以上のプラズマ熱源および／または他の熱源を備えてもよい。コンバータはまた、ガス出力および灰除去のための手段を提供してもよい。コンバータは、熱電対、材料高さ検出器、圧力センサ、およびプロセスの様々な特徴を検知するための同様のもの等、様々な検知手段（すなわちセンサ）を装備することができる。本発明の制御システムは、原料の投入量、添加剤の投入量、プラズマトーチ動力、廃棄物堆積高さ、およびコンバータを通る廃棄物の移動を含むがこれらに限定されない、コンバータプロセスの様々な側面の制御を可能にすることができる。
【０１０８】
コンバータは、広範囲の長さ対直径比を有することができ、垂直または水平に配向することができる。コンバータは、１つ以上のガス出口手段、およびいくつかの実施形態では、残渣が重力流を使用して除去されることを可能にするために、チャンバの底部のどこかに設置される出口を備える、固体残渣（例えば、炭化物、灰、スラグ、またはこれらのある組み合わせ）を除去するための手段を有する。一実施形態では、コンバータは、コンバータの底部から固体残渣を除去するために、物理的移送手段を使用する。例えば、灰副産物を固体残渣コンディショナに運搬するために、ホットスクリューが使用されてもよい。スラグを処理し、取り扱うための手段は、以下により詳細に論じられる。ここで留意すべきは、スラグはまた、ガス化が発生する同一のチャンバ（図１９から図２２）、または図２３の固体残渣コンディショナにあるような、分離したチャンバにおいて処理されてもよいことである。
【０１０９】
本発明の一実施形態では、プラズマ熱の１つ以上の源は、原料／ガス間の変換プロセスを支援する。一実施形態では、蒸気および／または酸素添加剤の投入と連携して、１つ以上のプラズマ熱源の使用は、ガス組成を制御するのに役立つ。プラズマ熱はまた、ガス化プロセスにより産生されるオフガスの、構成要素への完全な（またはほぼ完全な）変換を確実にし、これらの構成要素の、特定組成を有する産生ガスへの改質を可能にするために使用されてもよい（例えば、ガス化装置とは別個の、または該装置内に統合される改質器において）。この改質は、ガス化として同一のゾーンまたはチャンバで、または本明細書で改質器と呼ばれる、コンバータ内の異なるゾーンまたはチャンバで起こってもよい。次に、産生ガスは、１つ以上の出力ガス出口を介して、コンバータから流出する。
【０１１０】
炭素質原料のガス化（すなわち、炭素質原料の合成ガスへの実質的変換）は、コンバータで起こり、高温度もしくは低温度、または高圧力もしくは低圧力で進行することができる。多数の反応は、炭素質原料を合成ガス産物に変換するプロセスで起こる。炭素質原料がコンバータ内でガス化されるとき、ガス化に必要な物理的、化学的、および熱プロセスは、コンバータ設計に応じて順次に、または同時に起こることができる。
【０１１１】
コンバータにおいて、炭素質原料は加熱を受け、それにより、原料はあらゆる残留水分を除去するために乾燥される。乾燥した原料の温度が上昇すると、熱分解が起こる。熱分解中、揮発性成分は揮発され、原料は、炭化物に変換されると同時に、例えばタール類、フェノール類、および光揮発性炭化水素ガスを放出するために、熱で分解される。炭化物は、有機および無機材料からなる残留固体を含む。
【０１１２】
結果として生じる炭化物は、後にスラグへの変換される灰副産物を残しながら、そのガ
ス状成分への完全変換を確実にするために、さらに加熱されてもよい。一実施形態では、炭素質原料のガス化は、起こる燃焼の量を最小化するために、任意選択で本発明の制御システムの制御下で、制御された量の酸素の存在下で起こる。
【０１１３】
乾燥、揮発、および炭化物／灰間の変換ステップの複合産物は、中間オフガス産物を提供する。この中間オフガスは、炭素質原料の合成ガスへの変換を助長するために、通常１つ以上のプラズマ熱源により、空気および蒸気等、制御された量の添加剤の存在下で、さらなる加熱を受けてもよい。このステップは、改質ステップとも呼ばれ、ガス化として同一の、または異なるチャンバ内で起こることができる（例えば、統合された、または異なるガス化装置／改質器）。
【０１１４】
１つ以上のプラズマ熱源は、全ての反応が同時に起こるように位置付けられてもよく、またはそれらが順次に起こるように、コンバータ内に位置付けられてもよい。いずれの構成においても、熱分解プロセスの温度は、コンバータ内にプラズマ熱源を含むことにより上昇する。
【０１１５】
ガス化反応は熱により駆動され、電気式および／または化石燃料による（例えば、プロパン）加熱手段により、または反応に熱を提供する、発熱ガス化反応をするための反応物として、空気を添加することにより、燃料を供給することができる。いくつかのガス化プロセスはまた、間接的な加熱を使用し、コンバータ内の送給材料の燃焼を回避し、窒素および過剰なＣＯ2による産生ガスの希釈を回避する。
【０１１６】
コンバータの設計は、単一段階または多段階の変換プロセスを可能にすることができる。様々な例示的なコンバータ設計は、当業者には明らかとなるように、本文脈において容易に適用される、国際出願番号ＷＯ/２００６/１２８２８５、および国際出願番号ＷＯ/２００６/１２８２８６において提供される。一実施例において、一段階のプロセス、すなわち、ガス化（原料からオフガス）、および改質（オフガスから合成ガス）ステップが、概してシステム内の単一ゾーンで起こるプロセスで、原料を合成ガスに変換するためのプロセスが起こるように、コンバータは設計される。原料から合成ガスへの変換プロセスが、２つ以上のゾーンで起こるように、他のコンバータが設計される、別の実施例において、プロセスは、１つのチャンバ内の２つ以上のゾーン（例えば、図２０および図２２の実施形態は、多ゾーン、単一チャンバコンバータを表現するとして解釈することができる）、分離したチャンバ（例えば、図２３の実施形態）、またはこれらのある組み合わせのいずれかで起こり、ゾーンは、互いに流体連通状態にある。
【０１１７】
コンバータは、添加剤投入手段等の、１つ以上のさらなるプロセスデバイスを、任意選択で備え、酸素、空気、酸素富化空気、蒸気、またはガス化プロセスに有用な他のガス等、ガスのコンバータへの添加のために提供されてもよい。添加剤投入手段はまた、コンバータへの炭素豊富添加剤の添加のための手段を提供してもよく、それはまた、二次原料投入手段を介して提供されてもよい（例えば、図１９から図２３は、一次原料投入手段、および任意の二次原料投入手段を説明的に複合する、混合原料投入手段を備える、プロセスデバイスを定義する）。したがって、添加剤投入手段は、空気（または酸素）投入ポート、および／または蒸気投入ポート、および／または炭素豊富材料投入ポートを含むことができ、その後者は、二次（または混合）原料選択肢を介して、任意選択で提供される。これらのポートは、コンバータ全体の添加剤の最適分配のために、コンバータ内に位置付けられる。添加剤の添加は、以下により詳細に論じられる。
【０１１８】
炭素豊富添加剤（または二次原料）は、ガス化プロセスに利用可能な炭素の量を増加させるために、ガス化を受ける原料に添加することができる炭素源である、いかなる材料であってもよい。ガス化される原料を炭素豊富材料で補うことは、特定の組成を有する産生
ガスの形成を確実にするのに役立つ。ガス化プロセスに使用することができる炭素豊富添加剤の例は、タイヤ、プラスチック、高品位炭、またはこれらの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。
【０１１９】
図２３の例示的な実施形態を参照すると、そこに描写されるコンバータは、各乾燥、揮発、および炭化物／灰間の変換（または炭素変換）を、それぞれのゾーンにおいて順次に促進することにより、炭素質原料からのガス状分子の抽出の最適化のために提供される、３つのガス化ゾーンに細分される水平配向されたコンバータを備える。これは、第２のゾーンに材料を移動させる前に、第１のゾーンで、原料の乾燥が、特定の温度範囲（例えば、３００から９００℃）で起こることを可能にすることにより実現され、該第２のゾーンでは、炭化物／灰間の変換（または炭素変換）が、別の温度範囲（例えば、６００から１０００℃）で起こる、第３のゾーンに材料を移動させる前に、揮発が別の温度範囲（例えば、４００から９５０℃）で起こる。各段階で起こる主要プロセスは、概して図２７および図２８に描写され、以下の実施例１においてより詳細に記載される。
【０１２０】
３つのゾーンは、図２７および図２８に概略的に表現され、例示的な反応比は、乾燥プロセスが、揮発および炭素変換プロセスに優先して最も重要である第１のゾーン、揮発プロセスが優先する第２のゾーン、および材料が実質的に完全に乾燥しており、炭素変換プロセスが優先する第３のゾーンから、前進するように図示される。
【０１２１】
ガス化プロセスの水平な展開は、図２３のコンバータ内のその特定の位置における、原料材料の特徴に呼応して、ガス化プロセスの段階の１つ以上を、領域的に促進することにより、ガス化プロセスの最適化を可能にする。したがって、このコンバータは、使用される原料の特徴に応じて、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上のステップに分離され得ることを、当業者は理解するであろう。以下の考察は、コンバータの３つのステップへの分離を説明する。しかしながら、図２３のコンバータにより提供される例示的な実施形態は、技術的には３つのステップに制限されない。
【０１２２】
一実施形態では、ガス化プロセスの特定の段階（乾燥、揮発、炭化物／灰間の変換）を容易にするために、コンバータを通じて材料を移動させるために、手段が提供される。ガス化プロセスの制御を可能にするために、コンバータを通る材料移動を制御するための手段もまた、提供されてもよい。コンバータを通る材料のこの移動は、１つ以上の材料移送ユニットの使用を介して、達成することができる。これは、移動速度、各材料移送手段が移動する距離、および複数の材料移送手段が、互いに関連して移動する順序を多様にすることにより、材料移送手段で達成される。１つ以上の材料移送手段が協調的に作用することができ、または個々の材料移送手段が独立して作用することができる。材料流速、チャンバ内の全滞留時間、および堆積高さの制御を最適化するために、個々の材料移送手段は、変動する速度で、変動する移動距離で、および変動する移動頻度で個々に移動させることができる。材料移送手段は、コンバータの厳しい条件下で、効果的に動作可能でなければなく、特に、高温で動作可能でなければならない。.材料移送手段は、オーガー、棚、プラットフォーム、ラム、および当業者には容易に明らかな、そのような他の手段を含むことができるが、これらに限定されない。
【０１２３】
様々な例示的な材料移送手段は、当業者には明らかとなるように、本文脈において容易に適用される、国際出願番号ＷＯ/２００６/１２８２８５、および国際出願番号ＷＯ/２００６/１２８２８６において提供される。例えば、横方向移送手段は、横方向移送ユニット、モータ手段、および個々の横方向移送ユニットが、移動要素および案内要素を備える、アクチュエータを備える。応答要素は、モータ、油圧式、および空気圧式等、当技術分野で容易に知られる、いかなる手段を介して、移送手段を動作させることができる。
【０１２４】
一実施形態では、適切な処理が、コンバータの適切な段階で起こり、使用済みの残渣が、コンバータの固体残渣出口に移動するように、コンバータに沿ってＭＳＷを移動させるために、材料移動システムが提供される。各段階での堆積物の高さもまた、コンバータ内の全滞留時間のように制御することができる。これらの機能は、各段階の床で搬送用ラムのシステムにより制御される。各搬送用ラムは、その段階の完全、または部分的長さの移動ができ、その速度もまた可変である。これは、材料堆積高さおよび滞留時間を制御する能力を提供し、また、段階は必要であれば完全に除去することができる。搬送用ラムは、単一搬送用ラム、または多指であってもよい。ギアボックスおよびローラーチェーンシステムを介して、搬送用ラムを駆動する電気モータにより、搬送用ラムを移動させる動力を提供することができる。モータは、移動の開始および停止位置、速度、および移動頻度を命令することができる制御システムにより、制御される。各搬送用ラムは、独立して制御することができる。一実施形態では、ローラーチェーンが使用される。ローラーチェーンは、高力を提供し、厳しい負荷環境に対する耐性がある。一実施形態では、搬送用ラムを角度を付けて位置合わせされた状態に保持するために、精密誘導を使用することができる。別の実施形態では、１つの搬送用ラムにつき、２つのチェーンの使用は、精密誘導の必要なく、搬送用ラムを角度を付けて位置合わせされた状態に保持するための手段を提供する。搬送用ラムが引き出されるとき、搬送用ラムの頂部の材料が、引き戻されることを回避するために、制御システムは、特定の搬送用ラム移動順序のためにプログラミングされる。例えば、最下部の搬送用ラムが初めに伸展し、次に、中央の搬送用ラムが伸展し、その搬送用ラムの移動により生じる空洞を充填する最下部の搬送用ラムに、材料を押し下げ、次に、最下部の搬送用ラムが後退し、次に、上部の搬送用ラムが伸展し、中央の搬送用ラムの後部の空洞を充填し、次に、中央の搬送用ラムが後退し、送給ポートから投下する新しい材料が、上部の搬送用ラム上のいかなる空洞も充填し、上部の搬送用ラムが後退する、順序である。これらの運動の全ては、システム計装データに呼応して、制御システムにより自動制御することができる。
【０１２５】
一実施形態では、コンバータ用の温度監視は、熱電対等のセンサを使用して達成される。温度は、各段階に沿った箇所で、および各段階の様々な高さで、監視することができる。監視は熱電対を使用して達成され、動作中、取り換えを必要とする傾向がある。プロセスを停止することなく、これを実現するために、各熱電対は、密閉端チューブを介してコンバータに挿入することができ、次に、コンバータシェルに密閉される。温度変化への正確かつ迅速な応答を確実にするために、熱電対の接点（温度検知点）が、密閉チューブの端部に押し付けられるように、この設計は、密閉チューブよりも長い、柔軟性がある線熱電対の使用を可能にする。密閉チューブは、コンバータに密閉され、圧縮グランドを用いて機械的に適所に保持され得て、それはまた、コンバータへの突出の調整を適応させることができる。温度計測が、材料堆積に必要である場合、密閉チューブは、移動が要求されるとき、ＭＳＷの堆積の妨げを引き起こす可能性がある。この問題を回避するために、密閉チューブの端部は、ＭＳＷが熱電対チューブにより遮断されることを防ぐ、偏向器を装着することができる。
【０１２６】
コンバータは、当技術分野で既知の、多数の標準的なコンバータの１つに基づくことができる。当技術分野で既知のコンバータの例には、同伴流コンバータ、移動床コンバータ、流動床コンバータ、および回転炉コンバータが含まれるが、これらに限定されず、それらのそれぞれは、固体、粒子状物質、スラリー、液体、気体、またはこれらのいかなる組み合わせの形での原料を、原料投入手段を通じて受け入れるように適合される。原料は、１つ以上の入口を通じて導入され、それらは、原料の産生ガスへの完全かつ効率的な変換のために、加熱への最適な曝露を提供するように設置される。
【０１２７】
本発明の一実施形態に従って、コンバータの壁は、耐火材料で裏打ちされる。耐火材料は、高温（例えば、約１１００℃から１４００℃の温度）の非加圧反応のための、コンバ
ータでの使用に好適な、当技術分野で既知の従来の耐火材料の１つ、または組み合わせであってもよい。コンバータ組成、構成等とともに、様々な例示的なコンバータが、国際出願番号ＷＯ/２００６/１２８２８５、および国際出願番号ＷＯ/２００６/１２８２８６において詳細に記載され、当業者には明らかなように、本文脈において容易に適用される。
【０１２８】
１つ以上のプラズマ熱源を移動させることにより、他のプラズマ熱源、他の熱源等を追加することにより、図示されるコンバータは、本開示の一般的範囲および本質から逸脱することなく、単一、または多ゾーンコンバータとして、動作することができることを、当業者は理解するであろう。さらに、本制御システムは、上記、またはそのような他のコンバータ構成のいずれかで実装されてもよいことが、理解されるであろう。実際に、コンバータの所与のタイプ内に実装される、ガス化および／または改質プロセスに関連する、１つ以上の直接または間接プロセス特徴を監視することにより、これらのプロセスが、単一または多チャンバ内の、単一ゾーンまたは多ゾーンで起ころうと、応答要素を介して、プロセス出力および効率を最大化するために、進行中のプロセスを監視および調整するために、検知要素を介して制御システムを使用することができる。制御システムは、直接制御を介して、または制御システムが制御のサブシステムを備える、モジュール式制御を介して実装されてもよい。
【０１２９】
上記の説明は、そのために使用される多数の例示的なコンバータタイプ、構成、および材料を提供するが、他のコンバータタイプ、構成、および／または材料が、本開示の一般的範囲および本質から逸脱することなく使用されてもよいことを、当業者はさらに理解するであろう。
（加熱手段）
炭素質原料を産生ガスに変換するためのプロセスは、選択した下流側のアプリケーションでの使用に好適な産生ガスへの、オフガスの実質的変換を確実にするために、本発明の制御システムにより制御することができる、１つ以上のプラズマ加熱手段を用いる。プラズマ加熱手段はまた、初期のガス化プロセスを駆動するために、炭素質原料を加熱するために、任意選択で提供されてもよい。
【０１３０】
一実施形態では、１つ以上のプラズマ熱源は、好適な産生ガスへのオフガス変換を最適化するように位置付けられる。ガス化プロセスの設計により、例えば、プロセスが一段階、または二段階のガス化プロセスを用いるかどうか、１つ以上のコンバータがあるかどうか、改質器が統合されているか、別個であるか、またはコンバータは水平、および／または垂直配向されているかどうかにより、１つ以上のプラズマ熱源の位置が選択される。
【０１３１】
アプリケーションの箇所で長期にわたって、適当な高温を発生させることができる、多様な市販のプラズマ熱源が、プロセスで利用可能である。概して、そのようなプラズマ熱源は、オフガスを合成ガス産物に変換するために必要に応じて、例えば、約９００から約１１００℃を超過する温度を産生するために、約１００ｋＷから６ＭＷを超える出力動力のサイズで入手可能である。
【０１３２】
例としては、誘導結合プラズマトーチ（ＩＣＰ）、ならびに移送式アークおよび非移送式アークトーチ（ＡＣおよびＤＣの両方）が含まれ得る。適切なプラズマ加熱手段の選択は、当業者の通常の技術の範囲内である。
【０１３３】
一実施形態では、空気／酸素、および／または蒸気添加剤が、プラズマ熱源のプラズマ排出の経路内に注入されるように、プラズマ熱源は、１つ以上の空気／酸素、および／または蒸気投入ポートに隣接して位置する。
【０１３４】
さらなる実施形態では、プラズマ熱源は、可動、固定、またはこれらのいかなる組み合
わせであってもよく、その位置および／または配向を調整するために、本発明の制御システムにより、任意選択で動作可能であってもよい。
【０１３５】
一実施形態では、変換プロセスを駆動し、コンバータからのガス流およびガス組成が、所定範囲内に留まることを確実にするために、ガス化プロセスは、プラズマ熱の制御性を使用する。プラズマ熱の制御はまた、異なる炭素質原料源の組成、または同一タイプの原料の源のいかなる天然の変動性にかかわらず、産生ガスの効率的な産生を支援することができる。
【０１３６】
一実施形態では、反応の基本的エナジェティクス全体を管理するために、プラズマ熱源の動力を調整するために、本発明の制御システムは応答要素を備える。反応のエナジェティクスを管理するために、原料の組成のいかなる揺らぎ、および蒸気、空気／酸化剤、および炭素豊富添加剤の対応する送給量にかかわらず、プラズマ熱源への動力を、一定のガス化システム温度を維持するために調整することができる。
【０１３７】
一実施形態では、制御システムは、炭素質原料および添加剤が、コンバータに導入される速度、ならびにシステム全体の戦略的位置に位置する温度検知要素、およびそのような他の検知要素（例えば、図１の温度検知要素８０９、８１０、および８１１）により決定されるような、システムの温度等、パラメータに関連するプラズマ熱源の電力定格を制御する。プラズマ熱源の電力定格は、例えば、コンバータ内の熱の損失を補うために、かつ添加された原料を効率的に処理するために、十分でなければならない。
【０１３８】
例えば、コンバータの温度が高すぎるとき、制御システムは、プラズマ熱源の電力定格の低下を命令することができ（例えば、図１８、および図７１から図７５を参照）、反対に、融解の温度が低すぎるとき、制御システムは、プラズマ熱源の電力定格の増加を命令することができる。
【０１３９】
本発明の一実施形態では、制御システムは、最適な高温処理ゾーンの保守を確実にするために、トーチの位置を制御するために、またコンバータ全体周囲に有利なガス流パターンを誘導するために、応答要素を備える。
【０１４０】
１つ以上のプラズマ熱源はまた、後で論じられるように、ガス化プロセスの固体残渣の完全な処理を確実にするために、任意選択で提供される。いくつかの実施形態では、コンバータは、ガス化がプラズマ熱の存在なしで起こる、別個のガス化装置領域、およびプラズマ熱がガス改質のために使用される、別個の改質器領域を備える。
（原料投入手段）
図１から図４、および図１９から図２４を参照すると、ガス化プロセスは、任意選択で本発明の制御システムの制御下で、炭素質原料（例えば、石炭、都市廃棄物、および／または高炭素混合原料を含み得る）を、コンバータに導入するための、投入手段にあるような手段を含む。高炭素原料は、二次原料投入手段を介して、または以下に記載される添加剤投入手段を介して添加剤として、任意選択で投入されてもよい。投入手段は、原料が、ガス化熱源への最適な曝露のために、コンバータ内の適切な位置に置かれることを確実にするように位置する。
【０１４１】
一実施形態では、制御システムは、選択した下流側のアプリケーションでの使用に好適な産生ガスを維持するために、プロセスデバイスを介して原料投入速度を調整するために、応答要素を備える。例えば、原料の好適な産生ガスへの効率的な変換を容易にするために、コンバータへの原料添加速度を調整することができる。産生ガスの検知された特徴を代表する特徴値を、所定範囲内に維持するために、原料添加速度は、ガス化プロセスの設計仕様に準じて選択される。
一実施形態では、制御システムは、選択した下流側のアプリケーションへの必要に応じて、ガス化反応を維持するために、原料が最適な速度でコンバータ内に送給されることを確実にするために、投入手段等のプロセスデバイスを介して、送給量を調整する。
【０１４２】
投入手段は、送給分散、動作圧力、および原料粒径の要件により選択される。投入手段は、例えば、スクリューオーガー、空気圧式輸送システム、プランジャーシステム、ラムシステム、回転弁システム、または頂部重力式送給システムを含んでもよい。
【０１４３】
一実施形態では、都市廃棄物を、ガス化プロセスの原料として使用することができる。都市廃棄物は、固形または液状で提供されてもよい。固形廃棄物のために、廃棄物は、固形廃棄物入口送給ポートを通じて、コンバータに導入されてもよい。コンバータはまた、液体廃棄物の処理のために、液体廃棄物入口送給ポートを、任意選択で含むように設計されてもよい。
【０１４４】
コンバータへの導入前に、原料を調製するためのコンディショニングプロセスもまた、利用されてもよい。一実施形態では、原料は、その本質により、また効率を増加させ、好適な産生ガスを達成するために、例えば、その全体の体積を減少させるように、または破砕、微粉砕、せん断等により、その表面積と体積の比を増加させるように、前処理可能である。別の実施形態では、原料はまた、必要に応じて、あらゆる残留水分も除去するために、予備乾燥ステップを受けてもよい。
【０１４５】
例えば、いくつかの実施形態では、本制御システムでの使用に適したガス化システムは、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）破砕システムをさらに備える。ＭＳＷ破砕システムは、投入コンベア、破砕機、および選別コンベアを備えてもよい。コンベアの停止、開始、および速度は、プロセス要求に対応するために、制御システムにより遠隔制御されてもよい。センサは、材料が存在しない場合、制御システムに警告するために、トラフ内に提供されてもよい。破砕機は、詰まりが検知されるとき、自動的に止まり、詰まりを除去するために自動的に反転し、次に再開するように装備されてもよい。一実施形態では、詰まりがなお検出される場合、破砕機は停止し、制御システムに警告信号を送信する。破砕された廃棄物は、破砕機システムから送給ホッパに、任意選択で投下されてもよく、それは、すぐにコンバータに送給できる材料の緩衝装置を提供する。ホッパは、破砕システムからホッパへの流量を制御するために使用可能な、高および低レベルインジケータ等、センサが装備されてもよい。コンベアは、プロセス要求を満たすように廃棄物送給量を適合させるために、任意選択で制御システムの制御下にある。いくつかの実施形態では、ＭＳＷ送給コンベアは、コンバータへの第２の投入点の必要性を回避しながら、必要なガス品質を満たすために、高または低炭素投入に対するプロセス要求への迅速な応答を可能にする、高炭素原料（例えば、破砕されたプラスチック）を受け入れるためのさらなるエントリを有してもよい。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、本制御システムでの使用に適したガス化システムは、高炭素原料および／または添加剤として、プラスチックを調製するために、プラスチック処理システムを、さらに備える。都市再利用プログラムは、現在のところ、埋立地に送られなければならなかった、大量の再利用不可能なプラスチック材料を生じさせるが、例えば、この材料は、ガス化プロセスの高炭素材料の要件を満たすことができる。プラスチック等は、コンバータへの投入前に、任意選択で破砕されてもよい。受け取った状態のままのプラスチック用の貯蔵を提供し、それを破砕し、それを備蓄に置き、任意選択で独立制御下で、それをコンバータに送給するように、プラスチックシステムを設計することができる。システムは、貯蔵施設、投入ホッパ搭載の破砕機、撤去コンベア、および備蓄を備えてもよい。また、送給コンベアは、破砕されたプラスチックをコンバータに導入するために、使用されてもよい。レベル検出器は、ｈｉおよびｌｏ状態を指示するために、ホッパ内に
位置することができる。このコンベアの運動は、制御システムの制御下にあってもよい。プラスチック処理システムの制御は、直接制御を介して、または本発明の制御システムが、制御のサブシステムを備える、モジュール式制御を介して実装されてもよい。
（添加剤投入手段）
図１から図４、および図１９から図２４を参照すると、好適な産生ガスへの炭素質原料の効率的な変換を容易にするために、添加剤は、任意選択でコンバータに添加されてもよい（添加剤ポートを介して）。規制当局の排出限度を維持し、操業費を最小限に抑えながら、炭素質原料変換を最適化するように、添加剤のタイプおよび量を慎重に選択することができる。また、投入廃棄物の分解された要素の、燃料ガスおよび／または無害化合物への変換を最大化するのに、十分な遊離酸素および水素を促進するのに役立つために、蒸気投入も使用することができる。燃料ガスへの炭素変換を最大化（遊離炭素を最小化）し、プラズマ熱投入の比較的高コストを最小限に抑えながら、最適処理温度を維持するための、処理の化学平衡を支援するために、空気／酸化剤投入を使用することができる。追加および／または補足原料として提供されてもよい、炭素豊富添加剤もまた、ガス化を受ける原料の炭素含有量を補うために添加することができる。各添加剤の量は、選択した下流側のアプリケーションに対して設定、および制御される。いくつかの実施形態では、プロセス全体が、燃焼に関連する望ましくないプロセス特徴の、いずれも接近しないことを確実にし、局所的領域の排出基準を満たし、かつ改善させながら、比較的高コストのプラズマアーク入熱に対する最大のトレードオフを確実にするために、酸化剤注入の量を慎重に設定することができる。
【０１４７】
電気エネルギーの産生を目的としている、それらの実施形態にとって、高い燃焼値を有するガス（例えば、ガス高発熱量（ＨＨＶ）、および／または低発熱量（ＬＨＶ）により計測される）を産生することは、有益である。高品質の燃料ガスの産生は、反応条件を制御することにより、例えば、変換プロセスの様々なステップで添加される、添加剤の量を制御することにより、達成することができる。
【０１４８】
したがって、コンバータは、複数の添加剤投入ポートを含むことができ、酸素、空気、酸素富化空気、蒸気、またはガス化プロセスに有用な他のガスの添加のために提供されてもよい。添加剤投入手段は、空気投入ポート、および蒸気投入ポートを含むことができる。これらのポートは、コンバータを通じた添加剤の最適分配のために、コンバータ内に位置付けられてもよい。蒸気投入ポートは、蒸気を、コンバータからのその流出前に、高温処理ゾーンに、また産生ガス質量に方向付けるように、戦略的に位置することができる。空気／酸化剤投入ポートは、添加剤の処理ゾーンへの被覆率を強化するために、コンバータ内、および周囲に戦略的に位置することができる。
【０１４９】
添加剤投入ポートはまた、炭素豊富材料の添加用の投入ポートを含んでもよく、それはまた、追加および／または補足原料投入手段を介して添加されてもよい。本発明のガス化プロセスに有用な原料は、考えられる限り、あらゆる炭素質材料であることができ、そのようなものとして本質的に、それらの炭素含有量は非常に可変である場合がある。本発明の一実施形態では、システムは、ガス化を受ける原料の炭素含有量を補うために、炭素豊富原料添加用の、専用の炭素豊富添加剤ポートにあるような、手段を提供する。炭素豊富材料は、コンバータへの添加前に、原料と予混合することにより、任意選択で添加されてもよい（混合原料投入）。高炭素含有量を有する原料の供給は、産生ガス内の炭素収支を増加させる。
【０１５０】
一実施形態では、産生ガスを、選択した下流側のアプリケーションに好適と特徴付けるために画定される、それぞれの所定範囲内に、検知された特徴の１つ以上の特徴値を維持するように、反応物を調整するために、制御システムは、応答要素等のプロセスデバイスを介して、炭素豊富原料の添加を制御するための手段を備える。例えば、添加剤は、好適
な産生ガスへの原料の効率的な変換を容易にするために、コンバータに添加されてもよい。添加剤のタイプおよび量は、好適な産生ガスの上述の目的のために、慎重に選択することができる。本発明の別の実施形態では、制御システムは、好適な産生ガスの産生を維持するために、添加剤の添加を制御するために、応答要素を備える。制御システムの別の実施形態では、応答要素は、好適な産生ガスの産生を維持するために、２つ以上の添加剤の添加を制御するために、提供される。さらに別の実施形態では、応答要素は、好適な産生ガスの産生を維持するために、３つ以上の添加剤の添加を制御するために提供される。
【０１５１】
二段階プロセスを含む、すなわち、ガス化および改質ステップが両方、単一チャンバのコンバータで起こる、それらの実施形態では、処理ゾーンへの添加剤の十分な被覆率を確実にするために、コンバータ内、および周囲に添加剤投入ポートを戦略的に位置付けることが有益となり得る。プロセスが、二段階で起こる、すなわち、ガス化および改質がシステム内の異なる領域で起こる、それらの実施形態では、プラズマ熱源による改質が起こる領域の近位に、特定の添加剤ポート（例えば、蒸気投入部）を位置付けることが有益となり得る。
【０１５２】
さらなる実施形態では、制御システムは、様々な検知要素、およびこれらのデータが原料の組成を評価するために使用される、計算手段を介する、産生ガスの特徴の監視および分析から得られたデータに基づき、添加剤投入を調整するための応答要素を備える。産生ガス特徴データは、連続的に得られることができ、それにより、空気、蒸気、および／または炭素豊富添加剤等添加剤投入の、リアルタイムでの調整を可能にする。産生ガス特徴データはまた、間欠的に取得および／または分析することができる。
【０１５３】
したがって、本発明の制御システムは、産生ガスを下流側のアプリケーションに好適と特徴付けるために画定される、特徴値の所定範囲により、様々な検知要素により検知されるような特徴値に基づき、システム内への添加剤の導入のための応答要素にあるような手段を含む。例えば、ガスセンサが、過剰な二酸化炭素を検出する場合には、制御システムは、二酸化炭素の産生を削減するために、コンバータへの酸化剤の配送を削減することができる。
【０１５４】
本発明の一実施形態では、プロセスは、二酸化炭素よりもむしろ、一酸化炭素を主に産生するように調整される。そのような実施形態において、一酸化炭素の産生を促進するために、システムは、センサ、アナライザ、または気体出力流中の酸素量を決定するためのそのような他の検知要素を含む。蒸気または空気／酸化剤投入部からの酸素投入の特定の範囲（原料投入部等の他の投入部の組成および速度による）が、ガス化プロセスで使用される場合、産生ガスは主に一酸化炭素である。酸素が少な過ぎる場合、相当量の元素炭素またはカーボンブラックが形成される場合があり、コンバータから下流側にある設備が最終的に詰まる可能性がある。システム内の酸素が過剰な場合、過剰な二酸化炭素が産生され、これはプロセスの目的が燃料ガスの産生である場合は望ましくない。システム内の過剰な二酸化炭素に呼応して、注入されているあらゆる蒸気または空気／酸化剤は、制御システムからの適切な信号により削減、または排除することができる（例えば、図１、図１８、および図７１から図７５を参照）。
【０１５５】
一実施形態では、合成ガス燃焼値決定モジュールは、低発熱量ＬＨＶ＝ｃ１*［Ｈ2］＋ｃ２*［ＣＯ］を計算することができ、ｃ１およびｃ２は定数であり、［Ｈ2］および［ＣＯ］は、合成ガスアナライザから得られる。モジュールは、例えば、ＭＳＷ＋ＨＣＦの総送給量を協働的に制御するための、空燃比コントローラ、ならびに任意選択で、ＭＳＷ／ＨＣＦの比率コントローラ、および搬送用ラム順序コントローラに、動作可能に連結され得る。一実施形態では、下流側のアプリケーションに対する適切な範囲内、さらにまた、産生ガスのエネルギー効率および／または消費の増加に寄与する範囲内の合成ガス組成を
得るために、システムに投入するための空気添加剤の量を決定するために、制御システムは、ＬＨＶの取得された特徴値（例えば、合成ガスの［Ｈ2］および［ＣＯ］の分析から）に基づき、制御パラメータを計算するように構成されてもよい。例えば、温度および圧力を一定に、または望ましい設定点に設定することにより、空気投入パラメータが、［ＬＨＶ］＝ａ［Ａｉｒ］の形式の線形計算を使用して、十分正確に評価することができるように、大域的システムパラメータは、実験的に定義されてもよく、ここでａは、特定のシステム設計、および望ましい出力特徴に対する実験定数である。
【０１５６】
別の実施形態では、下流側のアプリケーションに対する適切な範囲内、または産生ガスのエネルギー効率および／または消費の増加に寄与する範囲内の合成ガス組成を得るために、システムに投入するための空気添加剤および蒸気添加剤の量を決定するために、制御システムは、［Ｈ2］および［ＣＯ］の取得された特徴値に基づき、制御パラメータを計算するように構成されてもよい。例えば、温度および圧力を一定に、または望ましい設定点に設定することにより、空気および蒸気投入パラメータが、以下の形式の線形計算を使用して、十分正確に評価することができるように、大域的システムパラメータは、実験的に定義されてもよい。
【０１５７】
【数１】
2009536260.tif 000003
【０１５８】
ここで、ａ、ｂ、ｃ、およびｄは、特定のシステム設計、および望ましい出力特徴に対する実験定数である。線形システムに簡略化されているが、本実施形態は、さらなる特徴値を含むように拡張されてもよく、それにより、追加の制御パラメータの線形計算を提供することを、当業者は十分に理解するであろう。高次計算はまた、より厳格な下流側のアプリケーションに対する、プロセス揺らぎをさらに制限するために、必要に応じて、制御パラメータの計算を精緻化するとみなすことができる。
【０１５９】
コンバータ内の炭素質原料の燃料ガスへの変換は、吸熱反応であり、すなわち、反応物が好適な燃料ガス産物に改質することを可能にするために、反応物にエネルギーが提供される必要がある。本発明の一実施形態では、ガス化プロセスに必要な割合のエネルギーは、コンバータ内の初期のガス状産物または炭素質原料の一部の酸化により、提供される。
【０１６０】
コンバータへの酸化剤の導入は、コンバータ内に部分酸化状態を生じさせる。部分酸化において、原料内の炭素は、完全酸化を達成するために必要な酸素の化学量論的量未満で反応する。利用可能な酸素の量が限定されることにより、固体炭素は、一酸化炭素および少量の二酸化炭素に変換され、それにより、気体の炭素を提供する。
【０１６１】
そのような酸化はまた、熱エネルギーを遊離させ、それにより、プラズマ熱によりコンバータ内に導入される必要があるエネルギーの量を削減する。同様に、増加した熱エネルギーは、コンバータ内の特定の反応状態を産生するために、プラズマ熱源により消費される、電力の量を削減する。したがって、プラズマ熱源が、酸化剤の添加を用いる、システム内のそのような電力生成デバイスから、より少ない電気を必要とするため、電力生成デバイス（例えば、燃料電池アプリケーション、ガスタービン等）内で、燃料ガスを電力に変換することにより産生される、大きな割合の電気は、電力として使用者に提供されるか、転送されてもよい。
【０１６２】
したがって、添加剤としての酸化剤投入物の使用は、燃料ガスへの炭素の変換の最大化を支援し、比較的高コストのプラズマ入熱を最小限に抑えながら、必要に応じて最適処理
温度を維持するのに役立つ。酸化剤注入量は、気体の炭素（ＣＯおよびＣＯ2）の最大の除去を確実にするために、慎重に設定することができる。同時に、炭素反応（酸素との組み合わせ）のガス化は発熱反応であるため、相当量の熱が産生される。これは、プロセス全体が、燃焼に関連する望ましくないプロセス特徴の、いずれも接近しないことを確実にすることに役立ちながら、比較的高コストのプラズマ入熱の必要性を最小限に抑える。
【０１６３】
部分的酸化条件が存在するとき、コンバータ内で産生される燃料ガスはより少ないが（燃料ガスまたは原料の一部は、熱エネルギーを遊離させるために酸化され、したがって、電力生成デバイスに利用可能な燃料ガスは、より少ないため）、プラズマ熱による電力消費量の削減は、電力産生の考えられる損失を相殺する。本発明の一実施形態では、制御システムは、プロセスからのエネルギー産生全体を考慮しながら、下流側のアプリケーションに好適な産生ガスに対して、画定される所定範囲内に、検知された特徴の１つ以上の特徴値を維持するために、添加剤の添加を調整するための手段を備える。
【０１６４】
本発明の一実施形態では、酸化添加剤が、空気、酸素、酸素富化空気、蒸気、または二酸化炭素から選択される。酸化添加剤として二酸化炭素を使用する、それらの実施形態では、二酸化炭素は産生ガスから回収され、添加剤流に再利用される。
【０１６５】
いくつかの実施形態では、処理空気が、ガス化プロセスが起こる領域全体にかなり均一に分配されるように、空気送給システムが提供される。一実施形態では、加熱された空気は、穿孔された床を通じて導入される。処理中の通気孔の遮断を回避するために、通気孔のサイズは、廃棄物粒子が、孔から入ることを防ぐための十分な制限、ひいては各孔にわたる圧力降下を生じさせるように、選択することができる。孔はまた、孔に詰まる粒子を排除するために、上面に向かって上方に先細であってもよい。多段階水平設計の実施例がここで提示されるが、垂直配向と同様に、様々な段階も含まれる。多段階ガス化構成において、各段階での流量は、独立制御下にあってもよい。本実施例の一実施形態では、各レベルに対する独立して制御可能な空気送給を有する、三段階の処理がある。穿孔された床を通じる独立した空気送給および分配は、一実施形態においては、各段階で床を形成する別個のエアボックスにより、達成されてもよい。
【０１６６】
適切な酸化添加剤の選択は、変換プロセスの経済的目的により、行われてもよい。例えば、経済的目的が、電気生成である場合、酸化添加剤は、所与のエネルギー生成技術のための最適出力ガス組成を提供するように、選択されてもよい。産生ガスからエネルギーを生成するためにガスエンジンを用いる、それらのシステムに対して、より高い割合の窒素が、産生ガス組成において許容可能となり得る。そのようなシステムでは、空気が許容可能な酸化添加剤となり得る。しかしながら、エネルギーを生成するためにガスタービンを用いる、それらのシステムに対して、産生ガスは、使用前に圧縮を受けなければならない。そのような実施形態では、産生ガス中のより高い割合の窒素は、産生ガスの圧縮に関連するエネルギーコストの増加に繋がり、その割合は、エネルギーの産生に寄与しない。したがって、特定の実施形態では、酸素、酸素富化空気等、窒素の割合がより低い酸化剤を使用することが有益である。
【０１６７】
ガス化プロセスにより産生される燃料ガスを使用して、電力産生を最大化しようとする、本発明のそれらの実施形態では、コンバータで起こる燃料ガスの酸化を最小限に抑えることが有益となり得る。部分的酸化状態による、燃料ガス産生のいかなる増加も相殺するために、蒸気もまた、酸化添加剤として使用することができる。添加剤としての蒸気投入物の使用は、投入原料の分解された要素の、燃料ガスおよび／または無害化合物への変換を最大化するのに、十分な遊離酸素および水素を促進するのに役立つことができる。
【０１６８】
電力産生を目的としている、それらの実施形態にとって、高燃焼値を有するガスを産生
することは有益である。蒸気の存在下での炭素質原料のガス化は、大部分が水素および一酸化炭素から成る合成ガスを産生する。燃料ガス産物中の水素と一酸化炭素の相対的割合は、異なる量の添加剤、すなわち、空気、酸素、酸素富化空気、他の酸化剤、蒸気等をコンバータに導入することにより、操作可能である。
【０１６９】
蒸気投入ポートは、蒸気を、コンバータからのその流出前に、高温処理ゾーンに、および／または産生ガス質量に方向付けるように、戦略的に位置することができる。
（固体残渣コンディショナ）
実施例１の図１から図４、図１９から図２３、および図５２から図５８を参照すると、本制御システムでの使用に適した炭素質原料ガス化システムはまた、原料／エネルギー間の変換プロセスに起因する、固形副産物、または様々な相における他の残渣の、低浸出性を有するガラス化された均質物質への変換のための、固体残渣コンディショナ等、ガス化プロセスの固形副産物を管理するための手段を提供する。
【０１７０】
本発明の制御システムは、完全融解および均質化を促進するために、プラズマ発熱率および固体残渣投入速度を線御することにより、固体残渣／スラグ間の変換の最適化を提供することができる。一実施形態では、固体残渣コンディショナは、固体残渣入口、プラズマ加熱手段、スラグ出口、任意選択で１つ以上のポート、およびスラグを冷却し、その最終形態に固化するための、下流側の冷却手段を有する、固体残渣コンディショナを備える。本発明の制御システムはまた、固体残渣コンディショナ全体で温度および圧力を監視するための検知要素、固体残渣のスラグへの効率的な変換を調整するための応答要素、および例えば、プロセスデバイスを介して、プラズマ熱源への動力および固体残渣投入速度として、そのような動作パラメータを制御するための手段を提供してもよい。
【０１７１】
固体残渣コンディショナは、炭素質原料を異なる形態のエネルギーに変換する、いかなるプロセスから出る固体残渣を処理するように適合可能である。この固体残渣は通常粒状態であり、コンバータ、および任意選択でコンバータガスコンディショナ等、１つ以上の源に由来し得る。全ての源からの固体残渣は、冷却および固化されるとき極端に低い浸出性を示す、ガラス化された均質物質に、固体を変換するために必要な温度に、加熱することができる。したがって、固体残渣コンディショナは、固体残渣を融解および均質化するために十分な温度まで、固体残渣を上げることを確実にする。固体残渣コンディショナはまた、スラグ中の汚染固体（すなわち、重金属）の捕捉、および無公害の均質（および潜在的に商業的に有用な）スラグ産物の形成を促進する。
【０１７２】
固体残渣の本質的に完全な処理を確実にするために、固体残渣コンディショナは、固体残渣コンディショナ内の十分な滞留時間を提供するように、設計することができる。一実施形態では、システムは、少なくとも１０分の滞留時間を提供する。別の実施形態では、固体残渣コンディショナは、最大１時間の滞留時間を提供する。さらに別の実施形態では、固体残渣コンディショナは、最大２時間の滞留時間を提供する。
【０１７３】
炭化物、灰、スラグ、またはこれらのある組み合わせの形をとってもよい固体残渣は、システム要件、および除去される副産物のタイプにより、適切に適合された出口、および当業者に既知のような運搬手段を通じて、１つ以上の上流側のプロセスから連続的、または間欠的に除去される。一実施形態では、固体残渣は、ホッパおよび運搬スクリューのシステムを通じて、固体残渣コンディショナ内に押される。
【０１７４】
固体残渣は、例えば、回転スクリューまたはオーガー機構を使用することにより、連続的に添加することができる。例えば、一実施形態では、スクリューコンベアは、灰を固体残渣コンディショナに運搬するために用いられる。
【０１７５】
あるいは、固体残渣が、非連続的に添加することができる。一実施形態では、固体残渣コンディショナに接続される固体残渣投入手段は、運搬または搬送用ラムのシステムからなってもよい。そのような実施形態では、各ストロークでコンバータに送給される材料の量が、制御されることができるように、搬送用ラムストロークの長さを制御するために、リミットスイッチが制御システムにより用いられてもよい。
【０１７６】
本発明の制御システムは、固体残渣物質の最適融解および均質化を確実にするために、固体残渣の投入速度が制御されることができるように、制御手段をさらに含んでもよい。
【０１７７】
一実施形態では、灰を加熱しスラグに融解するために、プラズマ熱源が用いられる。例えば、約１３００℃から約１７００℃の温度での溶融スラグは、固体残渣コンディショナから周期的または連続的に排出され、その後、固体スラグ材料を形成するために冷却されてもよい。そのようなスラグ材料は、埋立処分用であってもよい。あるいは、例えば、インゴット、煉瓦、タイル、または埋立道路またはコンクリート製造での使用のための、同様の建設材料を形成するために、溶融スラグがコンテナに流入されてもよい。固体産物は、通常の使用のために、さらに凝集体にされてもよい。
【０１７８】
したがって、固体残渣コンディショナは、任意選択で制御システムの制御下にある、スラグ出力手段を含み、一実施形態では、それを通じて、溶融スラグが固体残渣コンディショナから排出される。出力手段は、スラグ出口ポートを備えてもよく、通常、コンバータからの溶融スラグ貯蓄物の自然な流出を容易にするために、コンバータの底部またはその近くに位置する。溶融スラグが固体残渣コンディショナから流出する速度は、様々な方法で制御することができる。例えば、一実施形態では、例えば、コンバータ内で溜まる固体残渣物質の体積の調整により、溶融スラグの再固化を制御するために、プラズマ加熱手段の最接近点と、出口点との間の温度差を調整することができる。
【０１７９】
スラグ出力手段は、固体残渣コンディショナを密閉状態に保つことにより、所要熱量を最小限に抑えるように、さらに適合され得る。一実施形態では、出力手段は、注ぎ口およびＳ字トラップを備える。
【０１８０】
前述の通り、溶融スラグの温度を維持し、完全なスラグ抽出期間を通じて、スラグ出口ポートが開口した状態のままであることを確実にするために、プラズマ熱源の１つ以上のプルームを、スラグ出口ポートで、またはその周囲でスラグ貯蓄物に向けることもまた、有用となり得る。この実行はまた、ある不完全に処理された材料が、スラグ抽出中に固体残渣コンディショナから不用意に出る可能性を避けるために、スラグをできる限り均質に維持するのに役立つ。
【０１８１】
溶融スラグは、多数の異なる方法で、固体残渣コンディショナから抽出されることができる。例えば、処理期間の終わりでのバッチ流出、または処理の全期間にわたる連続的流出により、スラグを抽出することができる。いずれの流出方法からのスラグも、水浴に流入され得て、水は、外部環境とガス化システムとの間のシールとしての機能を果たす。スラグはまた、除去用カート、ケイ砂床、または鋳型に投下されることができる。
【０１８２】
高温（例えば、約１３００℃から１８００℃の温度）の非加圧反応のための、コンバータでの使用に好適な、当技術分野で既知の従来の耐火材料の１つ、または組み合わせであってもよい耐火材料で、固体残渣コンディショナの壁は裏打ちされる。そのような耐火材料の例は、アルミナ、チタニア、および／またはクロミアを含む、クロミア耐火物およびアルミナ耐火物を含むが、これらに限定されない。
【０１８３】
固体残渣コンディショナの物理的設計特徴は、多数の要因により決定することができる
。これらの要因は、例えば、処理される固体残渣の投入物の組成、体積、および動作特徴、効率的な熱移送、溶融スラグ流量、固体残渣を融解および均質化するために十分な温度まで、固体残渣を上げることを確実にするために必要な滞留時間、ならびに使用されるプラズマ加熱手段のタイプ、およびプラズマ加熱手段の位置および配向を含み得る。
【０１８４】
本発明の制御システムは、固体残渣コンディショナ全体に位置する箇所で、温度および任意選択で圧力を監視するために、検知要素を提供することにより、固体残渣のスラグへの十分な変換を調整することができ、そのようなデータは、連続的または間欠的に取得される。例えば、コンディショナ内の温度を監視するための検知要素は、コンディショナの外壁に、またはコンディショナの頂部、中心、および底部の耐火物の内側に位置してもよい。本発明の制御システムはまた、例えば、プラズマ熱源への動力および固体残渣投入速度を制御するために、プロセスデバイスに動作可能に連結される、応答要素を提供する。
【０１８５】
例えば、融解温度が高過ぎるとき、制御システムは、プラズマ熱源の電力定格の降下を命令することができ、反対に、融解温度が低過ぎるとき、制御システムは、プラズマ熱源の電力定格の増加を命令することができる。固体残渣コンディショナの制御は、制御システムの直接制御を介して、または制御システムが制御のサブシステムを備えるモジュール式制御を介して実装されてもよい。
【０１８６】
一実施形態では、固体残渣コンディショナはまた、熱を回収するための手段を備えることができ（例えば、図２４および図２５のプラズマ熱源冷却手段、およびスラグ冷却手段）、生成される廃熱の量を削減することができる。そのような熱回収手段は、例えば熱交換器を含み得る。そのような実施形態では、制御システムは、熱交換器の動作条件をさらに制御することができる。熱交換器は、例えば、多数の温度センサ、流量制御要素、およびそのような他の監視および応答要素を有することができる。
【０１８７】
一実施形態では、固体残渣は、一次コンバータから抽出され、高温融解チャンバに送給され、クエンチタンク内で冷却および顆粒に粉砕され、現場からの除去に備えて備蓄に移送される。別の実施形態では、スクリュー型コンベアを用いて、コンバータから固体残渣を抽出する固体残渣送給システムが提供される。これは、あらゆる造粒物を破壊するために、スクリュー翼上に鋸歯状縁を有することができる。次に、コンベアシステムを用いて、固体残渣をスラグ融解チャンバに運ぶことができる。固体残渣の追加源もまた提供することができる。固体残渣コンディショナのダウンタイム中、ガス化が継続するために、固体残渣は迂回し、後に固体残渣コンディショナ送給システムに再導入されてもよい。
【０１８８】
一実施形態では、送給システムから受け取る固体残渣は、融解坩堝に移送され、プラズマトーチを使用して融解される。溶融スラグが坩堝内で上昇すると、堰に到達し、堰を越えて溢れ、クエンチタンク内に落下する。
【０１８９】
固体残渣コンディショナ内で産生されるガスは、コンバータ内で産生されるガスと同様に処理されてもよい（例えば、同一、または代替の下流側のアプリケーションでの下流側の使用のために）。ＭＳＷ処理システム段階中に除去されなかったいかなる金属も、スラグ坩堝に送給され得て、必ずしも通常のスラグガラス化温度で融解されず、したがって、坩堝は、金属が融解スラグよりも高い密度を有するため、金属でふさがれる可能性がある。これを取り扱うために、チャンバ温度は、いくつかの実施形態では、あらゆる金属を融解するために周期的に上げられることができ、溶融金属は、それらを除去するために坩堝の底部から、取り出すことができる。固体残渣中の固体残渣、および特に金属を融解するために、非常に高い温度が必要とされるため、耐火物は、極めて過酷な動作上の要求を受ける。これらは、高温に加えて、特にスラグ水線での腐食および浸食を含む。耐火物は、熱、腐食、および浸食への非常に高い耐性を有する、内部ライニングを提供するように選
択されてもよい。次に、ライニング外部の耐火物の層は、より大きい絶縁のために選択されてもよい。
【０１９０】
いくつかの実施形態では、固体残渣は、コンバータおよびガスコンディショナの両方から、固体残渣コンディショナに提供されてもよく、さらなるコンディショニング、均質化、および下流側の使用のために、コンディショニングされ、コンバータ合成ガスと結合される、固体産物（例えば、ガラス化されたスラグ）、および合成ガスを算出するために、これらの組み合わせをコンディショニングすることができる。固体残渣処理の制御において、プラズマトーチの動力は、温度を融解動作に十分な温度に維持するために、必要に応じて調整されてもよい。スラグチャンバは、様々な温度検知要素および圧力検知要素を含んでもよい。いくつかの実施形態では、下流側の真空産生装置（合成ガスブロワ）により除去されているガスの流量を制限するために、制御弁がガス出口ラインに提供されてもよい。プラズマトーチの融解速度の能力内で、許容可能な温度制御を確実にし、未融解材料によるスラグチャンバ内の高レベルを防止するために、必要に応じて、固体残渣コンディショナへの送給量が調整されてもよい。
（熱交換器）
ここで、図１から図４、および図２４から図２６を参照すると、本発明の制御システムでの使用に適した炭素質原料ガス化システムはまた、熱交換器を介して、熱い産生ガスから熱を回収するための手段を提供する。熱交換器は、１つ以上のガス／空気間の熱交換器を備えてもよく、それにより、加熱された交換空気を提供するために、熱い産生ガスが使用される。次に、回収熱（加熱された交換空気の形で）は、図２６に具体的に図示されるように、ガス化プロセスに熱を提供するために、任意選択で使用されてもよく、それにより、ガス化プロセスを駆動するために必要な、１つ以上のプラズマ熱源により提供されなければならない熱量を削減する。回収熱はまた、産業用または住宅用加熱用途に使用されてもよい。一実施例では、空気温度を周囲温度から約６００℃まで上昇させる一方で、合成ガス温度は、約１０００℃から約７４０℃まで減少する。
【０１９１】
別の実施形態では、酸素または酸素富化空気等の酸化剤を加熱するために、ガス／空気間の熱交換器が用いられ、次に、ガス化プロセスに熱を提供するために、任意選択で使用することができる。
【０１９２】
プレート型熱交換器だけでなく、直線型の単一パス設計およびＵチューブ型のマルチパス設計両方の、シェルアンドチューブ熱交換器を含む、異なる分類の熱交換器が使用されてもよい。一実施形態では、産生ガスはチューブ内部を流れ、処理空気は、ガス／空気間の熱交換器のシェル側を向流的に流れる。熱交換器の設計はまた、管破裂を回避するために、ベローズ等の手段を考慮してもよい。適切な熱交換器の選択は、当業者の知識の範囲内である。
【０１９３】
管漏れによって起こり得る害を最小限に抑えるために、ガス化システムは、ガス／空気間の熱交換器の産生ガス出口に関連する、１つ以上の個々の温度検知要素をさらに備えてもよい。これらの温度検知要素は、合成ガス導管内への交換空気の漏れを有する場合、燃焼に起因する温度上昇を検出するように位置付けられる。そのような温度上昇の検出は、熱回収システムを通じて冷却空気を移動させる、誘導空気ブロワの自動停止に影響を与えるように使用することができる。また、チューブが詰まり始めていることの表示として、所定の下限も使用してもよく、いくつかの実施形態では、保守のためにシステムが停止されるべきであることを指示するために、使用することができる。熱交換器は、本発明の制御システムの直接制御下、および／またはモジュラー式制御サブシステムの制御下にあってもよい。
【０１９４】
任意選択で、熱交換器は、蒸気を生成するための、１つ以上の蒸気発生器熱交換器を備
え、蒸気タービンを駆動するため、または誘導ブロワ等の回転プロセス設備を駆動するために、図２６に具体的に図示されるように、ガス化反応における添加剤として使用することができる。産生ガスからの熱は、蒸気発生器熱交換器（例えば、図２、図３、および図２５を参照）、廃熱ボイラー（例えば、図２６を参照）等の熱交換手段を使用して、蒸気を生成するために、水を加熱するために使用される。一実施形態では、産生ガスからの熱を使用して産生される蒸気は、過熱蒸気である。
【０１９５】
図２６を具体的に参照すると、ガス／空気間の熱交換器と、蒸気発生器熱交換器との関係が、本発明の一実施形態に従い描写される。原料の合成ガス産物への変換を最大化するために、十分な遊離酸素および水素を確実にするのに役立つために、交換蒸気はまた、ガス化プロセス中、蒸気添加剤として使用することができる。
【０１９６】
変換プロセスにおいて、または回転プロセス設備を駆動するために使用されない蒸気は、蒸気タービンの使用による電気の産生、または局所的な加熱用途において等、その他の商業的な目的のために使用されてもよいし、地域産業クライアントへその目的のために供給されてもよいし、タールサンドからのオイルの抽出を改良するために使用されてもよい。
（任意の蒸気発生器熱交換器）
図２を参照すると、一実施形態では、様々な蒸気タービン（例えば、合成ガスを冷却するために使用される、蒸気発生器熱交換器により生成される蒸気から動作する蒸気タービン、それにより生成されるガスタービン／エンジン、および排気ガスを冷却するために使用される、蒸気発生器熱交換器により生成される蒸気から動作する蒸気タービン、またはこれらのあらゆる組み合わせ）の出力から回復した蒸気は、これもまた本発明の制御システムにより制御可能な、追加の熱交換器により冷却され、冷却塔ポンプ等により送給される。一実施形態では、交換器からの流出後、冷却された蒸気／水は、脱気装置を通じて汲み上げられ、そこから空気および過剰な酸素を除去し、次に、処理され、排気ガス蒸気発生器熱交換器、合成ガス蒸気発生器熱交換器等のボイラー送給水に戻すために、適切な化学物質を有する軟水源を供給される。
【０１９７】
本発明の制御システムは、いくつかの実施形態では、システム全体のエネルギー移送を最適化するために使用可能であり、それにより、原料／エネルギー間の変換のエナジェティクスを管理する。回収された顕熱のガス化プロセスへの再利用が、原料の乾燥および揮発ステップのための、外部源から必要なエネルギー投入量を削減するため、原料／エネルギー間の変換のエナジェティクスは、熱交換器を使用して最適化することができる。回収された顕熱はまた、特定の品質の合成ガスを達成するために必要な、プラズマ熱の量を最小限に抑える働きをすることができる。したがって、本発明は、炭素質原料の効率的なガス化を可能にし、そこで、ガス化熱源は、産生ガスから回収された顕熱を使用して加熱される空気により、任意選択で補われる。
【０１９８】
効率を最適化するために、制御システムはまた、熱交換器プロセスが実行される条件を制御するための手段を、任意選択で提供する。システム全体の特定の位置での温度、およびガス流速を含むがこれらに限定されない、１つ以上のパラメータを監視するために、またはそれに応じて、定義されたパラメータ内にシステムを維持するために、動作条件を調整するために、これらの制御手段が提供される。応答要素を介して、制御手段により調整することができる動作条件の例は、交換空気流速、産生ガス流速、原料投入速度、蒸気等の添加剤投入速度、およびプラズマ熱源への動力のうちの１つ以上を含む。
【０１９９】
例えば、温度トランスミッタ（およびそのような他の検知要素）等のセンサは、本発明での使用に適したガス化システム全体の、特定の位置に設置されてもよい。温度トランスミッタは、例えば、ガス／空気間の熱交換器入口および出口での産生ガスの温度、ならび
に蒸気発生器熱交換器入口および出口での産生ガスの温度を計測するように、位置してもよい。温度トランスミッタはまた、ガス／空気間の熱交換器での加熱後の、処理空気の温度を計測するために、かつ蒸気発生器熱交換器から流出するときの蒸気の温度を計測するために、提供されてもよい。
【０２００】
合成ガスがそれぞれの熱交換器に入るときの温度が、そのデバイスの理想的動作温度を超えないことを確実にするために、これらの温度計測を使用することができる。例えば、ガス／空気間の熱交換器の設計温度が、１０５０℃である場合、熱交換器への入口ガス流上の温度トランスミッタは、最適合成ガス温度を維持するために、システムを通る交換空気流速、およびプラズマ熱動力の両方を制御するために、使用可能である。さらに、産生ガス出口温度の計測は、最適量の顕熱が、両方の熱回収段階で産生ガスから回収されたことを確実にするために、有用となり得る。
【０２０１】
一実施形態では、加熱された交換空気の温度を計測するために、空気出口流れ上に設置された温度トランスミッタ等の温度検知要素は、処理空気がガス化プロセスでの使用に適切な温度に加熱されることを確実にする条件下で、プロセスが実行されることを確実にするのに役立つ。一実施形態では、交換空気出口温度は、例えば約６００℃であり、したがって、空気出口流れ上に設置された温度トランスミッタは、同様に加熱された交換空気の温度を制御するために使用可能な、最適合成ガス投入温度を維持するために、システムを通じる空気流速、およびプラズマ改質チャンバ内のプラズマ熱動力の１つ、または両方を制御するために、使用される。
【０２０２】
本発明の一実施形態によると、制御戦略は、最適加熱された交換空気出力温度の固定設定点を、例えば約６００℃に、また蒸気発生器熱交換器ガス出口温度の固定値を、例えば約２３５℃に設定する。したがって、本実施形態によると、合成ガス流が削減される場合、ガス／空気間の熱交換器の流出ガス温度はより冷たくなり、蒸気発生器熱交換器ガス出口温度も固定値に設定されるため、蒸気産生の減少をもたらす。
【０２０３】
システムを通じる空気流が削減されるとき、同一の概念が適用される。本発明の一実施形態によると、出口交換空気温度が、固定された状態のままであることにより、ガス／空気間の熱交換器の出口産生ガス温度はより熱くなり、したがって、蒸気発生器熱交換器内により多くの蒸気を産生する。しかしながら、システムを通じる空気流が削減されるとき、産生ガス流もその結果として減少するため、蒸気発生器熱交換器への入口温度の上昇は、一瞬だけ高くなる。例えば、空気流が５０％減少する場合、蒸気発生器熱交換器５０が一瞬読む可能性がある、最大入口ガス温度は、約８００℃であり、熱交換器設計の温度限度内である。
【０２０４】
さらに、いくつかの実施形態では、本制御システムは、ガス化プロセスに必要とされる以上の空気が予熱される場合、処理空気を大気中に放出するための自動弁を制御するための、応答要素を提供する。例えば、場合によっては、設備を考慮して、プロセスに必要とされる以上のガスを加熱する必要がある（例えば、停止手順を開始するとき）。そのような場合、過剰な交換空気は、必要に応じて放出される。
【０２０５】
図２４および図２５を参照すると、上述の熱交換器はまた、後の粒子状濾過およびガスコンディショニングステップ、すなわちコンバータガスコンディショナ（例えば、コンバータガスコンディショナ冷却手段）に関するステップへの必要に応じて、産生ガスの冷却を提供し、またプラズマ熱源（例えば、源冷却手段）、スラグ取り扱いおよび処理手段（例えば、スラグ冷却手段）等の冷却を提供してもよい。
（コンバータガスコンディショナ）
ここで図１および図４を参照すると、本発明の制御システムは、ガス化プロセスの産物
を、特定の特徴の出力ガスに変換するために、コンバータガスコンディショナ、またはそのような他のガスコンディショニング手段を任意選択で提供する、ガス化システムでの使用に適している。コンバータガスコンディショナを通じる産生ガスの通路は、産生ガスが汚染化学物質および粒子状汚染物質をほぼ含まず、したがって、エネルギー生成システム、または化学物質製造で使用可能であることを確実にするのに役立つ。
【０２０６】
一実施形態では、産生ガスは、コンバータガスコンディショナに方向付けられ、そこで、下流側のアプリケーションに必要な特徴を有する、出力ガスを産生するために、特定の順序の処理ステップを受ける。コンバータガスコンディショナは、合成用ガスからの粒子状物質、産生ガス（ＨＣｌ、Ｈ2Ｓ）、および／または重金属の除去、またはガスがシステムを通過するときの湿度および温度の調整を含み得るが、これらに限定されない処理ステップを実行する、コンポーネントを備える。必要な処理ステップの有無および順序は、合成用ガスの組成、および下流側のアプリケーションのための出力ガスの特定組成により決定される。コンバータガスコンディショナプロセスの最適化は、本発明の制御システムの使用によっても達成することができる。
【０２０７】
一実施形態では、ガス化システムの誘導ファンの真空抽出条件下で、熱い産生ガスは、ガス化システムの流出ガス出口を通じて、ガス化システムから連続的に引き出される。パイプまたは他の導管等のガス移送手段は、コンバータからコンバータガスコンディショナにガスを移送するために使用される。
【０２０８】
一次コンバータガスコンディショナ、および二次コンバータガスコンディショナ等、１つ以上のコンバータガスコンディショナが使用されてもよいことも、検討される。この場合、二次コンバータガスコンディショナは、一次コンバータガスコンディショナにおいてガス流から除去される粒子状物質、および重金属等、材料を処理するために使用される。コンバータガスコンディショナからの出力ガスは、ガス貯蔵タンク（例えば、図３を参照）に貯蔵され、均質化システム等のさらなる処理手段（例えば、図１および４を参照）を通じて送給されるか、あるいは、そのために設計された下流側のアプリケーション（例えば、図２を参照）に、直接送給されてもよい。
【０２０９】
上述の通り、そのようなコンディショニングステップの前に、熱い産生ガスを冷却するための手段を提供することは有益である。この冷却ステップは、システム内の感熱コンポーネントへの損傷を防止するために必要となる場合がある。一実施形態では、冷却ステップは、熱交換器により実行され、それにより、産生ガスから回収される別はまた、任意選択で回収され、ガス化プロセスでの使用に再利用される（たとえば、図１、図４、および図２６を参照）。
【０２１０】
別の実施形態では、ガス化システムからのガスは、最初に、消火装置等の蒸発器（例えば、図１および図４を参照）における直接水分蒸発により冷却される。さらに別の実施形態では、蒸発冷却塔（例えば、図４を参照）は、ガス化システムからコンバータガスコンディショナに入る、合成ガスを冷却するために使用されてもよい。蒸発冷却塔は、合成ガスの温度を約７４０℃から、約１５０から２００℃まで冷却することができる。このプロセスは、断熱飽和を使用して達成されてもよく、制御下でのガス流への水の直接注入を伴う。蒸発冷却プロセスは乾式クエンチプロセスであり、冷却されたガスが湿っていないこと、すなわち、冷却されたガスの相対湿度が、冷却温度において依然として１００％に満たないことを確実にするために、本発明の制御システムにより監視、および制御することができる。
【０２１１】
上述の通り、コンバータガスコンディショナは、任意選択で冷却されたガスからの粒子状物質、および産生ガスの下流側の使用に適合しない、ガス状汚染物質を除去するための
手段を備えてもよい。粒子状除去システムは、コンバータから流出する燃料ガス内に飛沫同伴し得る、粒子状物質を除去するために統合されてもよい。粒子および塵埃除去システム５４は、広く利用可能であり、例えば、高温度（セラミック）フィルタ、サイクロン式分離器（例えば、図７を参照）、ベンチュリスクラバ（例えば、図７を参照）、電子フィルタ、キャンドルフィルタ、クロスフローフィルタ、粒状フィルタ、水スクラバ、または繊維性バグハウスフィルタ（例えば、図４を参照）等を含むことができ、ガスコンディショニングの実行者にはよく知られている。代替の実施形態は、代替のガス清浄デバイスの特徴をより効率的に使用するために、異なる順番の様々なガス清浄化ステップを使用してもよい。様々な例示的な実施形態は、当業者には明らかとなるように、本文脈において容易に適用される、国際出願番号ＷＯ／２００６／１２８２８５および国際出願番号ＷＯ／２００６/１２８２８６に提供される。
【０２１２】
産生ガスから水銀、または他の重金属を除去するための手段もまた、提供されてもよい。例えば、乾式注入システムは、重金属微粒子および煙霧が、活性炭素表面に吸着することができるように、十分な滞留時間でガス流に注入される、算出された量の活性炭素を利用する。活性炭素に吸着した重金属は、例えばバグハウスフィルタ、または湿式ＥＳＰシステムに捕捉され得る。
【０２１３】
一実施形態では、コンバータガスコンディショナは、重金属を除去するために、酸洗浄システムを任意選択で備える。例えば、本システムは、重金属を含むガスが、低ｐＨ（通常、１〜２）溶液循環で充満したカラムを通過することを必要とし得る。酸性ガス除去は、乾式洗浄または湿式洗浄で達成可能である。乾式洗浄の主要コンポーネントは、バグハウス濾過前に、噴霧乾燥吸収体、およびソーダ灰または石灰粉注入であってもよい。
【０２１４】
一実施形態では、水銀除去手段は、活性炭素水銀研磨機（例えば、図４を参照）により提供される。活性炭素フィルタ床は、重金属の最終研磨デバイスとして使用可能である。
【０２１５】
酸回収サブシステムは、市価を有し得る硫黄または硫酸および塩酸（塩素化炭化水素から）を回収するために、コンバータガスコンディショナに任意選択で連結されてもよい。酸除去システムは、スクラバシステム（例えば、ＨＣｌスクラバ）、酸除去システム、および硫黄および／または酸除去システムに関連する、他の従来の設備を含んでもよい。
【０２１６】
さらに別の実施形態では、湿度制御手段を提供することができる。湿度制御手段は、出力ガスの湿度が、必要な下流側のアプリケーションに適切であることを確実にする働きをする。例えば、湿度制御手段は、ガス流を冷却する冷凍機を含み、したがって、ガス流から一部の水を凝縮することができる。この水は、気体／液体分離器により除去可能である。
【０２１７】
別の実施形態では、ガス処理システムは、二酸化炭素、および／またはアンモニア、および／または塩素、および／または元素硫黄の回収のための手段を含むことができる。好適な手段は当技術分野で既知であり、様々な例示的な実施形態が、国際出願番号ＷＯ／２００６／１２８２８５および国際出願番号ＷＯ／２００６／１２８２８６に提供される。
【０２１８】
一実施形態では、制御システムは、コンバータガスコンディショナのプロセスにおける、効率の低下、または代替機能の欠損を検知し、ガス流を、バックアッププロセス、またはバックアップコンディショニングシステムに迂回させる。別の実施形態では、制御システムは、コンバータガスコンディショナのステップを微調整し、最適条件から最小のドリフトを提供するための手段を提供してもよい。
【０２１９】
本発明の制御システムは、コンバータガスコンディショナを通るガス流の化学組成、プ
ロセスのガス流および熱パラメータを分析するための検知要素、ならびに処理効率および出力ガスの組成を最適化するために、コンバータガスコンディショナ内の条件を調整するための応答要素を含むことができる。反応物の進行中の調整（例えば、十分な滞留時間での活性炭素注入、ＨＣｌスクラバのｐＨ制御）は、本プロセスが、効率的に行われ、設計仕様に準じて最適化されることを可能にする方法で、実行可能である。
（均質化システム）
本ガス化システムはまた、例えば、産生ガスの化学組成を少なくとも部分的に均質化し、下流側の要件を満たすために、産生ガスの流量、圧力、および温度等、他の特徴を調整することにより、産生ガスを調整するための手段を任意選択で提供する。
【０２２０】
当業者には理解されるように、ガス化プロセスは、変化する組成、温度、または流速のガスを産生し得る。産生ガスの特徴の揺らぎを削減するために、削減された揺らぎを有するガスを、下流側の設備に配送するのに有益な、捕捉手段の形で、均質化システムが任意選択で提供される。
【０２２１】
一実施形態では、本発明は、ガス化プロセスのガス状産物を収集し、均質化システム等におけるガス組成の化学反応の揺らぎを弱める、均質化システムを提供する。流量、温度、および圧力等、ガスの特徴を調整するのに役立つように、システムの他の要素を任意選択で使用してもよい。
【０２２２】
特に、均質化システムは、比較的均質なガスを獲得する支援をするために十分な、滞留時間を適応させるように設計される寸法を有する、ガス均質化システム（例えば、図１および図４、実施例１の図６０、図６７、および図６８を参照）等を提供する。均質化システムの他の要素は、下流側のアプリケーションのガス性能要件を満たす支援をするように、設計されてもよい。上述の通り、制御システムは、そこからの出力後のガスが、下流側のアプリケーションに好適な特徴を有するように、均質化システムに入る前に、産生ガスの様々な特徴を能動的に制御するために、使用されてもよい。
【０２２３】
均質化システムに入る産生ガスの組成は、ガス化プロセス内で決定される。ガス化プロセス中の制御システムによる調整は、産生ガスが、特定の下流側のアプリケーション（例えば、ガスタービン、または電気生成用の燃料電池アプリケーション）に最適化されることを可能にする。それに応じて、ガス化プロセスの動作パラメータを調整することにより、使用される異なるタイプの原料および添加剤により、特定のエネルギー生成技術（例えば、特定のガスエンジン、またはガスタービン用の）、および最大の全体変換効率に合わせて、産生ガスの組成を調整することができる。
【０２２４】
ガス化システムを離れる産生ガスは、ターゲット組成の定義された範囲内にあることができるが、時間とともに、原料組成および送給量、ならびに空気流および温度揺らぎ等の、ガス化プロセスの変動性により、産生ガスは、その特徴が変化する可能性がある。
【０２２５】
産生ガスの組成の制御と同様に、産生ガスの流速および温度は、例えば検知要素を介して監視され、ガスのパラメータを最終用途に好適な所定範囲内に維持するために、例えば応答要素を介して制御システムにより制御することができる。制御システムによる調整は、産生ガスが下流側のアプリケーションに好適であることを確実にするために、均質化システムの滞留時間を考慮することができる。均質化システムは、産生ガスの流速および温度の、残る揺らぎを弱めるのに役立つ。流速の場合、これらの揺らぎは秒毎に生じ、温度は分毎に生じ得る。
【０２２６】
均質化システムは、産生ガス入口手段、均質化ガス出口手段、および任意選択で緊急出口ポートを有する、１つ以上のガス均質化チャンバ等を備える。
【０２２７】
均質化システムは、ガス化システムから産生される産生ガスを受け取り、均質化システム内の産生ガスの化学組成の、いかなる残る揺らぎも弱めるために、産生ガスの混合を促す。圧力、温度、および流速等、他のガス特徴の残る揺らぎもまた、産生ガスの混合中に削減することができる。
【０２２８】
均質化システムの寸法は、可能な限りチャンバのサイズを最小化する目的で、上流側のガス化システムの性能特徴、および下流側の機械の要件により設計される。均質化システムは、ガス化プロセスからの産生ガスを受け取り、残る揺らぎを弱めるために、ガスの十分な混合を可能にするために、特定の滞留時間、ガスを保持するように設計される。
【０２２９】
滞留時間は、下流側の設備に方向付けられる前に、産生ガスが均質化システム内に残存する時間である。所定範囲内に入るガス組成を達成するために、ガス化反応の揺らぎの残る変動を補正するために、本発明の制御下で関連するガス化システムの応答時間に比例するように、滞留時間が選択されてもよい。例えば、ガスは、その特徴が、特定の下流側のアプリケーションおよび制御システムが、変動を補正するためにガス化プロセスのあらゆる調整を行うために許容される、所定範囲内に入るかどうかを決定するために十分長い時間、均質化システム内に保持される。
【０２３０】
さらに、均質化システム内の産生ガスの滞留時間は、産生ガス特徴の残る変動量により決定されてもよい。つまり、産生ガス特徴の残る変動がより小さいと、残る変動を補正するために、均質化システム内で必要な滞留時間は、より短くなる。
【０２３１】
所与の滞留時間の均質化システムの使用時、産生ガスが、下流側のアプリケーションの仕様を満たす、安定した特徴を有するように、本発明の制御システムは、ガス化プロセスを制御するために使用可能である。通常、機械メーカーは、特定の機械によって許容される要件および公差を提供し、当業者には既知であろう。
【０２３２】
ここで特定の実施例を参照して、本発明が説明される。以下の実施例は、本発明の実施形態を説明することを意図するものであり、本発明を何ら限定することを意図するものではないことが、理解されるであろう。
［実施例１］
本実施例では、図２７から図７２を参照して、様々な選択肢を含む、本発明の例示的な一実施形態の詳細が提供される。本実施例は、本発明の制御システムでの使用に適した、ガス化システムの各サブシステムの詳細を図示し、それらが共働して、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の電気への変換のための統合システムとして、機能する方法を実例説明する。本実施例で論じられるサブシステムは、都市固形廃棄物処理システム、プラスチック処理システム、横方向移送ユニットシステムを備える、水平配向されたガス化装置、ガス改質システム、熱再利用システム、ガスコンディショニングシステム、残渣コンディショニングシステム、およびガス均質化システムである。
【０２３３】
図１は、電気生成のために、ガスエンジン内で改質化され、コンディショニングされ、均質化された合成ガスを関連して使用することにより、主にＭＳＷの合成ガスへの変換のために設計される、本発明の制御システムでの使用に適した、ガス化システム１２０全体の機能ブロック図を示す。
（都市固形廃棄物（ＭＳＷ）処理システム）
最初のＭＳＷ処理システム９２００は、（ａ）４日分の供給量の貯蔵容量と、（ｂ）ＭＳＷの長期保存および過剰な分解の回避と、（ｃ）破片の周囲への飛散防止と、（ｄ）臭気の制御と、（ｅ）ゴミ収集運搬車が荷を降ろすための接近および回動空間と、（ｆ）積み込み機９２１８が、ＭＳＷ備蓄９２０２からＭＳＷ破砕システム９２２０へＭＳＷを輸
送するために必要な移動距離および回動量の最小化と、（ｇ）積み込み機９２１８とゴミ収集運搬車との間の動作上の干渉の回避と、（ｈ）設備の拡張を見越したさらなるガス化流の可能性と、（ｉ）運搬車の施設への、特に危険区域への進入の最小化と、（ｊ）最小限の要員による安全な運転と、（ｋ）コンベア投入ホッパ９２４２の充填レベルの積み込み機オペレータへの表示と、（ｌ）受け取ったままの廃棄物の処理に好適な粒径への破砕と、（ｍ）処理装置へのＭＳＷ流速の遠隔制御性、およびプラスチック送給速度の独立制御（以下に記述）とを考慮するように設計されている。
【０２３４】
ＭＳＷ処理システム９２００は、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０と、積み込み機９２１８と、ＭＳＷ破砕システム９２２０と、磁気分離器９２３０と、送給コンベア９２４０とを備える。分離システム９２５０は、高炭素材料（本実施例では再利用不可能なプラスチック類）を貯蔵、破砕、備蓄、および送給するようにも設計され、その供給量は、ガス化プロセスの添加剤として使用される。図３０は、システムサイト全体の総体的なレイアウトを示す図である。ＭＳＷがガス化システム１２０に供給されるまで、ＭＳＷの貯蔵および処理の全てをＭＳＷ貯蔵庫９２１０内に限定して、破片および臭気を封じ込める。
【０２３５】
先入れ先出し（ＦＩＦＯ）スケジューリング手法を用いて、ＭＳＷの過剰な分解を最小限に抑える。ＦＩＦＯは、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の両端に、運搬車および積み込み機９２１８のためのアクセスを設けることによって可能となる。ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の一端において積み込み機９２１８が材料を移送している間に、貯蔵庫の他端において運搬車からＭＳＷが荷を降ろすので、積み込み機９２１８を、運搬車に干渉されることなく安全に動作させることもできる。積み込み機９２１８が、材料をＭＳＷ備蓄９２０２のほぼ中間点へ除去したとき、すなわち、「古い」材料を全て使用した後に、その運転はＭＳＷ貯蔵庫９２１０の反対側に移される。
【０２３６】
ＭＳＷ貯蔵庫９２１０のサイズを最小限に抑えるため、ゴミ収集運搬車を操縦するためのスペースは、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の外側にある。これは、運搬車を逆進させるときにだけ必要なドア９２１２のサイズも最小限に抑えるので、破片および臭気の流出の最良な制御が提供される。ドア９２１２は、常時１つだけ、および運搬車が実際に荷を降ろすときにだけ開けばよい。ドア９２１２を１日あたり約１時間しか開かなくて良いように、ＭＳＷの受け取りは、通常、１日のある時間に行われる。
【０２３７】
図３１は、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０のレイアウトを示す図である。ＭＳＷ貯蔵庫９２１０は、ＭＳＷ備蓄９２０２を通路９２１６から分離するように燃料庫壁９２１４を有し、積み込み機９２１８は、ＭＳＷ破砕システム９２２０の投入コンベア９２２２へ接近するように運転しなければならない。燃料庫壁９２１４は、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の端部まで至っておらず、積み込み機９２１８は、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０を離れることなく、ＭＳＷ備蓄９２０２から投入コンベア９２２２へ移動することができる。したがって、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の一端のドア９２１２を開いたままにしておくことができ、一方で、他端のドアは、運搬車が荷を降ろしているとき、または備蓄から破砕システムへ材料を移送するための積み込み機（下述する）が、プラスチックを移動させるために出る必要があるときにだけ開かれる。
【０２３８】
貯蔵庫９２１０を道路９２０４に隣接して、かつ平行に配置し、運搬車をＭＳＷ貯蔵庫９２１０の両端で操作できるようにすることによって、図２８に示されるように、施設内のスペースの要件および運搬車の移動の両方が減じられる。スペースレイアウト設計によって、運搬車は、施設内を運転し、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０へ後進し、その積荷を降ろして、道路９２０４へ直接戻ることができる。ごく短時間で、プロセス機器または要員のいずれかに接近する。２つの入場路の概念により、運搬車がＭＳＷ貯蔵庫９２１０の両端に接近するために、施設内に車道を追加する必要性も回避される。
【０２３９】
機械化されたバケットベースの積み込み機９２１８を用いて、備蓄から破砕システムに材料を移送する。小型であること、操作性、運転の容易さ等から、スキッドステア積み込み機設計が用いられる。標準的な市販のスキッドステアは、ＭＳＷの送給、運搬車が荷を降ろした後の備蓄床の清浄、また、廃棄プラスチックシステムの破砕機の操作および送給処理に十分な容量を有する。
【０２４０】
ＭＳＷ破砕システムは、投入コンベア９２２２、破砕機、選別コンベア、および磁気ピックアップコンベアから成る。投入コンベア９２２２は、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の内部から上方向へＭＳＷを輸送し、そのＭＳＷを破砕機に投下する。このコンベア用の送給ホッパは、ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の完全に内側に位置し、破片が屋外に飛散しないようにする。コンベアは、深いトラフを有し、このトラフは、送給ホッパの容量と組み合わせられて、１時間の運転に十分な材料を保持する。ＭＳＷ貯蔵庫９２１０の外側のトラフの部分は、破片および臭気の流出を制御するように覆われる。当該コンベアは、プロセス要求に対応するために、プロセスコントローラによって遠隔制御される。積み込み機のオペレータが、ホッパ内のＭＳＷのレベルをどちらか一方の側から見ることができるように、ミラーが設けられる。トラフ内には検出器が設けられ、材料が無いことをプロセスコントローラに警告する。
【０２４１】
破砕機は、廃棄物のあらゆる袋を破り、より大きな部品を切断して処理できるサイズにすることによって、受け取ったままのＭＳＷを処理に適したものにする。受け取ったＭＳＷは、破砕機が処理するには大きすぎる、および硬すぎる材料を含み、それによって破砕機に詰まりが生じる場合があるので、破砕機は、詰まりを検知したときに自動的に停止し、自動的に逆回転して詰まりを解消し、その後運転を再開するように構成される。それでも詰まりが検出された場合は、破砕機の運転を停止して、警告信号をコントローラに送信する。
【０２４２】
破砕した廃棄物は、ベルトコンベア上に投下され、磁気ピックアップシステムの下を輸送され、次いでスクリューコンベアの送給ホッパに投下され、このスクリューコンベアが廃棄物をガス化装置２２００内へ送給する。
【０２４３】
ガス化装置２２００を通じた過剰な量の鉄類の不用意な送給を回避するために、磁気ピックアップは、選択コンベアの上に位置し、破砕した廃棄物内に存在し得る鉄類を引き付ける。非磁性ベルトは、選択コンベアの方向全体に磁石と廃棄物との間を動き、磁石に引き付けられた鉄類を、廃棄物の流れから離れて横方向に移動させる。この鉄類は、後に磁石から取り外されて、処分用の堆積物上へ投下される。
【０２４４】
ＭＳＷ送給システムは、ホッパおよびスクリューコンベアからなり、破砕した廃棄物を、破砕システムからガス化チャンバ２２０２へ輸送する。破砕した廃棄物は、破砕システムから送給ホッパ内に送給され、処理装置へ送給される状態にある材料のバッファを提供する。ホッパは、破砕システムからホッパへの流れの制御に用いられる、高および低のレベル表示を有する。コンベアは、廃棄物の送給速度がプロセス要求を満たすように、プロセスコントローラの制御下にある。統合された送給ホッパを備えたスクリューコンベアを使用することで、処理装置にガスシーリングも提供する。投入ホッパは、カバーを備えた破砕システムに接続され、破片および臭気を制御する。ＭＳＷ送給コンベアは、破砕されたプラスチックを受け入れるためにさらなるエントリを有する。
（プラスチック処理システム）
ガス化システム１２０は、プロセス添加剤としてプラスチックの添加を提供する。プラスチック類は、ガス化装置２２００に送給される前に、ＭＳＷとは別に処理される。プラスチックを処理するためのシステムは、受け取ったままの多量のプラスチックの貯蔵を提
供し、破砕し、それを備蓄内に配置し、独立制御下で処理装置内に送給する貯蔵部を提供するように設計される。システムは、貯蔵施設と、投入ホッパを有する破砕機と、撤去コンベアと、備蓄とを備え、それらは全て破片を制御するために共通の建物内に位置する。送給コンベアは、破砕されたプラスチックを処理装置内へ移動させる。
【０２４５】
プラスチック貯蔵庫は、運搬車２台分の積荷のプラスチックベールを貯蔵する容量を有する。この貯蔵庫は３面が閉じられ、１面が開くので、スタッキングおよびベールを除去するためのアクセスを備えた、材料の格納容器を提供する。貯蔵庫はまた、破砕システムおよび破片制御の保護、および破砕した材料の保護も提供する。
【０２４６】
破砕機は、プラスチック材料がプロセス要件を満たしやすくする。受け取ったままのプラスチックは、積み込み機によって破砕機の送給ホッパに装填される。破砕した材料は、ベルトコンベア上へ投下され、コンベアは、その材料を上方に輸送して備蓄内に投下する。
【０２４７】
破砕したプラスチックは、積み込み機によって取り出され、送給コンベアの投入ホッパに投下される。コンベアが屋外にあるので、ホッパは、一体型の屋根と上方へ延在する壁とを組み込んで、ホッパの充填中のプラスチックの飛散を最小限に抑える。プラスチックが、ＭＳＷコンベアを経てガス化装置２２００内へ導入され、ガス化装置２２００への開口を減じるように、コンベアトラフは、ＭＳＷコンベアのトラフに対して密閉される。このコンベアは、それに対して密閉されたホッパを備えたスクリューコンベアであり、材料を収容したときにガスシーリングを提供する。ホッパ内には検出器が設置され、高および低レベルを表示し、スキッドステアオペレータが充填レベルを観察するためにミラーが設けられる。このコンベアの運動は、プロセスコントローラで制御される。
（コンバータ）
コンバータ１２００は、ガス化装置２２００と、ガス改質システム（Ｇａｓ  Ｒｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＧＲＳ）３２００とを備える。ＭＳＷおよびプラスチックはガス化装置２２００に送給され、結果として生じるガスは、ＧＲＳ３２００に送られ、そこで改質される。ガス化装置２２００からの結果として生じるあらゆる残渣は、残渣コンディショニングシステム４２００に送られる。
【０２４８】
ガス化装置２２００は、（ａ）密閉、絶縁されたスペースの廃棄物の一次処理への提供と、（ｂ）ガス化装置２２００全体にわたる、制御および分散された様式での熱風および蒸気の導入と、（ｃ）ガス化装置２２００による廃棄物の堆積物の高さおよび移動の制御を可能にすること、（ｄ）ガス化プロセスを制御する計装の提供と、（ｅ）ＧＲＳ３２００へのガスの移送と、（ｆ）更なる処理のための残渣の除去と、（ｇ）検査および保守のための内部へのアクセスの提供とに対する要件を考慮するように設計されている。
【０２４９】
図３２乃至図３５を参照すると、ガス化装置２２００は、原料投入口２２０４を有する水平配向され、耐火物で裏打されたガス化チャンバ２２０２と、ガス化チャンバを加熱するために使用される熱風の投入口と、プロセス添加剤として機能する蒸気の投入口と、ＧＲＳが直接連結された中央に配置されたガス出口２２０６と、残渣出口２２０８と、様々な補修ポート２２２０およびアクセスポート２２２２とを備える。ガス化チャンバ２２０２は、複数段の床２２１２、２２１４、２２１６を備えた階段状床を有する鋼溶接物として構築される。搬送用ラム２２２８、２２３０、２２３２を備えたシステムを用いて、ガス化装置２２００を通じた材料の横方向移動を容易にする。熱電対、材料高さ検出器、圧力センサ、および覗き窓のような、計装の取り付けも行われる。
【０２５０】
ガス化チャンバ２２０２の耐火物の裏打ちは、チャンバを高温の腐食性ガスから保護し、プロセスによる熱の必要以上の損失を最小限に抑える。図３６を参照すると、耐火物は
、内側には高密度クロミア層２４０２、中間には高密度アルミナ層２４０４、外側には超低密度ＩＮＳＵＬＢＯＡＲＤ材料２４０６を備えた多層設計である。耐火物は、ガス化チャンバの金属殻体２４０８に裏打ちされる。ガス化チャンバ２４０２には、さらに膜が裏打ちされ、チャンバを腐食性ガスから保護する。
【０２５１】
ガス化チャンバ２４０２の階段状床の各段２２１２、２２１４、および２２１６は、加熱空気が導入される穿孔床２２７０を有する。空気孔サイズは、絞りを形成することによって、各孔全体の圧力を低下させて、その孔への廃棄物の進入を十分防ぐように選択される。孔には、小片が孔の中に詰まらないように、上面の方へ外側にテーパが付いている。
【０２５２】
図２７および図２８を参照すると、３つの個々の段の状態は、異なる程度の乾燥、蒸発、炭素変換用に設計されている。原料は、原料投入口２２０４を通じて、ガス化チャンバ２２０２内の第１のステージ上に導入される。このステージの目標温度範囲（材料の堆積物の底部で測定したとき）は、３００乃至９００℃である。ステージＩＩは、底部の温度範囲が４００乃至９５０℃となるように設計されている。ステージＩＩＩは、温度範囲が６００乃至１０００℃となるように設計されている。
【０２５３】
ガス化チャンバ２２０２を３つの処理ステージに分ける、階段状床の３つの段２２１２、２２１４、および２２１６は、それぞれ独立して制御可能な空気送給機構を有する。この独立性は、各ステージに穿孔床２２７０を形成する別個のエアボックス２２７２、２２７４、および２２７６を用いることによって達成される。ガス化チャンバ２２０２内の材料の移動に使用される搬送用ラム２２２８、２２３０、および２２３２のシステムは、その下の段１（２２１２）および２（２２１４）からのアクセスを防ぐ。したがって、これらのステージの場合、エアボックス２２７２および２２７４は、側方から挿入される。しかし、図３３および３４に示されるように、第３のステージのエアボックス２２７６は、下方から挿入される。
【０２５４】
本設計および図３７および図３８に記載のエアボックス２２７２、２２７４、２２７６の穿孔天板２３０３は、比較的薄いシートであり、曲げまたはバックリングを防ぐように、硬化リブまたは構造支持部材２３０４を備える。ボックスの平坦な前部および底部シートへの応力を最小限に抑えるために、両シート間には穿孔ウェブが取り付けられる。ボックスの熱膨張を許容するために、１つの縁部だけに取り付け、他の３つの縁部は自由に膨張させる。
【０２５５】
図３７に示されるように、ステップ１および２のエアボックス２２７２および２２７４の固定縁部も、送給空気配管２２７８の接続点である。したがって、接続フランジ２２８０は高温となり、ガス化装置２２００の冷却壁に対して密閉しなければならない。これは、図３７に示されるように、シュラウドを使用して、応力を生じさせずに、また複雑な伸縮継手を使用せずに達成される。熱風ボックス２２７２およびパイプ２２７８は、シュラウド２２８２の一端に取り付けられ、シュラウド２２８２の他端は、冷却ガス化装置２２００に接続される。シュラウド２２８２の長さ全体に温度勾配が生じるので、いずれの接続部においても応力がほとんどまたは全く存在しない。この機構の他の利点は、応力を生じさせずに、エアボックスを所望の位置に堅固に位置付けることである。シュラウド２２８２と、エアボックス２２７２の内部ダクトとの間のスペースには断熱材を充填し、熱を保ち、温度勾配がシュラウド全体に生じるようにする。エアボックスがガス化チャンバ２２０２内の動作位置にあるとき、空気接続部の反対側の天板は、エアボックスを越えて延在して、耐火棚の上に取り付けられる。これは、運転中のエアボックスへの支持を提供し、さらに、材料をエアボックスの下に落とさないように密閉する役割を果たす。また、図３９に示されるように、自由に移動できるようにしてエアボックスの膨張を許容することもできる。
【０２５６】
エアボックスの下流縁も同様に処理される。エアボックスの上流縁は、搬送用ラムとエアボックス２３０２の天板との間で弾性シートシーリング２３０６によって密閉される。
【０２５７】
エアボックスは、水平フランジを使用して熱風供給配管に接続される。したがって、エアボックスを除去するには、フランジを分離するだけでよい。
第３のステージのエアボックス２２７６は、下方から挿入され、同様に、ボックスのガス化装置２２００に対する密閉および位置決めにシュラウドの概念を用いる。
【０２５８】
第３のステージのエアボックス２２７６の縁部周辺に飛散する塵埃に対する密閉は、ボックスを第２のステージ２２１４の縁部の耐火レッジの下方に配置することによって達成される。側部は、耐火物の側部の凹部の下方から突出する可塑性シールによって密閉されるこれらのシールは、ボックスの上面に位置し、壁とボックスとの間を密閉する。エアボックスの下流縁は、可撓性シールを使用して、抽出器トラフの側部に対して塵埃を密閉する。ボックスは、エアボックスの全面座の間の補剛材および穿孔ウェブによって強化され、ボックスに薄いシートメタルを使用できるようにしている。
【０２５９】
熱風パイプは垂直に接続され、パイプ接続を分離した後に、第３のステージのエアボックス２２７６を除去することができる。
【０２６０】
図４２を参照すると、搬送用ラム２２２８、２２３０、２２３２の一連のシステムを使用して、３つの段２２１２、２２１４、および２２１６のそれぞれにおける適切な処理のために、ＭＳＷをガス化装置２２２０に沿って横方向に移動させ、使用済みの残渣を残渣出口２２０８へ移動させるようにする。３つのステージ床のそれぞれは、それ自体の搬送用ラムによって稼働される。搬送用ラムは、各ステージでの堆積物の高さ、およびガス化チャンバ内の総滞留時間の両方を制御する。各搬送用ラムは、その段の全長または一部分にわたって、可変速で起動することができる。したがって、ステージは、必要に応じて完全に清浄することもできる。
【０２６１】
各搬送用ラムは、外部に取り付けられた案内部分と、任意の案内部分係合部材を有する搬送用ラムと、外部に取り付けられた駆動システムと、外部に取り付けられた制御システムとを備える。搬送用ラムの設計は、搬送用ラムの運転が通気孔を通る空気の妨げとならないように、エアボックスの通気孔パターンを配置することができる、複数の指部を含む。
【０２６２】
多指搬送用ラムの設計では、搬送用ラムは、指部が搬送用ラム本体に取り付けられ、個々の指部がその位置に応じて異なる幅を有する構造である。多指搬送用ラムの設計では、指部間の間隙は、反応材料の粒子がその間隙を埋めないように選択される。個々の指部は、幅が約２乃至約３インチ（約５０．８乃至約７６．２ミリ）で、約０．５乃至約２インチ（約１２．７乃至約５０．８ミリ）幅の間隙を有する厚さが約０．５乃至約１インチ（約１２．７乃至約２５．４ミリ）である。
【０２６３】
エアボックスの通気孔パターンは、搬送用ラムの運転が通気孔を通る空気の妨げとならないように配置される。例えば、通気孔のパターンは、加熱されたときに、それらが指部（の間隙）の間にあり、互いにオフセットすることで矢印パターンとなるようにすることができる。別様には、通気孔のパターンは、均一な送風が最大（すなわち、全く給気されない床の領域が最小）となるように、一方の孔は覆われず、他方の孔が覆われるように混成させることもできる。通気孔のパターンの選択に際して、考慮すべき因子には、床を流動化させるような高速度を避けること、耐火壁に沿った空気のチャネリングが回避される
ように、孔をガス化装置の壁および端部に近付けすぎないこと、および孔と孔の間の間隔が、およそ公称送給粒径（２インチ（約５０．８ミリ））を超えないようにして、許容可能な速度を確保すること、が挙げられる。
【０２６４】
多指搬送用ラムは、各指部の先端を、エアボックス上面におけるあらゆる起伏に、より密に適合させることができるように組み込まれた、独立した柔軟性を有することができる。この順応性は、指部を締め付けないショルダーボルトを使用して、指部を搬送用ラムの主キャリッジに取り付けることによって提供される。またこの概念は、指部の容易な置き換えも可能にする。
【０２６５】
搬送用ラム指部の端部は、（例えば、膨張によって）搬送用ラムとエアボックスとの相対的な位置が変化した場合に、先端部が空気の上部と接触するように、下方に曲がっている。またこの特徴は、空気孔が搬送用ラムによって覆われることによる、プロセスへの有害な影響を少なくし、空気は、搬送用ラムとエアボックスとの間の間隙を通って流れ続ける。
【０２６６】
図３９を参照すると、案内部分は、フレーム上に取り付けられた一対の略水平で略平行な細長いトラック２２４０（ａ）、２２４０（ｂ）を備える。トラックのそれぞれは、略Ｌ型断面を有する。移動部分は、搬送用ラム本体２３２６と、ガス化チャンバの壁内の対応する密閉可能な開口部を通って摺動するようにサイズ設定された、１つ以上の細長い略矩形の搬送用ラム指部２３２８とを備える。
【０２６７】
搬送用ラム指部は、高温度での使用に好適な材料で構成される。このような材料は、当業者に既知のものであり、ステンレス鋼、軟鋼、または耐火物によって部分的に保護された、または完全に保護された軟鋼を含む。任意選択で、特定の個々の搬送用ラム指部、または全ての搬送用ラム指部は、耐火物によって、部分的に、または完全に覆うことができる。任意選択で、ガス化チャンバ２２０２の外側から搬送用ラム指部の内部を循環する流体（空気または水）によって、搬送用ラム指部内を冷却することができる。
【０２６８】
搬送用ラム指部は、密閉状態でガス化チャンバの壁を係合するように適合され、無制御の空気がガス化装置２２００に入って、プロセスを妨げたり、爆発性雰囲気を形成したりしないようにする。また、ガス化チャンバ２２０２からの危険な有毒物質および可燃性気体の漏出、破片の過剰な飛散を防止することも必要である。大気中へのガスの漏出は、搬送用ラム機構をシールドボックス内に収容することによって防ぐ。このボックスは、窒素パージ施設を有し、ボックス内部での爆発性ガス混合物の形成を防ぐ。破片のシーリングおよび限定されたガスシーリングは、図４０に示されるように、搬送用ラムの各指部の各表面に押圧する緩衝片２３０８を用いて、搬送用ラムの各指部に提供される。別様には、シールは、ガスおよび破片のシーリングを各指部に提供する、パッキンググランド（ｇｌａｎｄ）シールとすることができる。
【０２６９】
このシーリングの設計は、各搬送用ラム指部に良好なガスおよび破片のシールを提供し、一方で、搬送用ラムの上下および横方向移動を許容する。指部の側部におけるシールは、それらを搬送用ラムの縦方向および横方向運動に対応させ、一方で、搬送用ラムとの密着、および搬送用ラムの上下面のシールを保持しなければならなかったため、最大の課題であった。破片の流出は、シールドボックス内の窓によって観察することができ、破片のビルドアップが過剰になる場合には、塵埃除去施設が提供される。この除去は、図４１に示されるように、搬送用ラムボックスのシールの完全性を壊さずに達成することができる。
【０２７０】
塵埃除去施設２３１０は、塵埃缶２３３２のためのシャッター２３１６および付着部位
２３１８を備えた塵埃出口２３１４を有する金属トレイ２３１２と、手動操作の、チェーン２３２０駆動の塵埃プッシャー２３２２とを備える。オペレータハンドル２３２４を使用したときに、塵埃は、プッシャー２３２２によって塵埃出口２３１４の方に押される。
【０２７１】
ギアボックスおよびローラーチェーンシステムを介して、搬送用ラムを駆動する電気モータにより、搬送用ラム２２２８、２２３０、および２２３２を移動させる動力を提供することができる。簡潔には、トラックに沿って搬送用ラムを推進する動力は、制御速度で搬送用ラムを伸縮させることができる、順方向または逆方向に選択的にモータ出力軸２２５８を駆動する、外部に取り付けられた電動可変速モータ２２５６によって供給される。位置センサ２２６９は、搬送用ラムの位置情報を制御システムに送信する。任意選択で、モータは、歯車ボックスをさらに備えてもよい。２つの駆動スプロケット歯車２２６０は、モータ出力軸に取り付けられる。駆動スプロケット２２６０および軸２２６４に取り付けられた対応する被駆動スプロケット２２６２は、ブラケット２２６８によって細長い矩形ブロック２２４４に固定されたチェーン部材２２６６に動作可能に嵌合する。
【０２７２】
モータは、システム全体の制御手段によって制御されるが、この手段は、開始および停止位置、移動速度、および移動頻度を命令することができる。各搬送用ラムは、独立して制御することができる。高強度を提供し、過酷な動作環境に耐えるため、この実装にはローラーチェーンが用いられる。搬送用ラムごとに２つのチェーンを使用することで、精密な案内を必要とすることなく、搬送用ラムに角度を付けて位置合わせする手段を提供する。搬送用ラムを後退させるときに、搬送用ラムの上部にある材料が引き戻される傾向がある。これは、最下部の搬送用ラム２２３２が初めに伸展し、次に、中央の搬送用ラム２２３０が伸展し、その搬送用ラムの移動により生じる空洞を充填する最下部の搬送用ラム２２３２に、材料を押し下げ、次に、最下部の搬送用ラム２２３２が後退し、次に、上部の搬送用ラム２２２８が伸展し、中央の搬送用ラム２２３０の後部の空洞を充填し、次に、中央の搬送用ラム２２３０が後退し、送給ポートから投下する新しい材料が、上部の搬送用ラム２２２８上のいかなる空洞も充填し、上部の搬送用ラム２２２８が後退する、連続する搬送用ラムによって取り扱うことができる。これら全ての運動は、システム計装のデータに応えて、システム制御手段によって自動的に独立して制御される。
【０２７３】
図４３を参照すると、下記に要約するように、千鳥状の搬送用ラムの順序の制御方法を実行して、搬送用ラムの移動を容易にする。
【０２７４】
搬送用ラムＣ２２３２を（調整可能な設定点を用いて）固定距離移動させて、段Ｃ２２１６の先端部にポケットを形成し、
搬送用ラムＣ２２３２がトリガ距離（トリガ距離は、調整可能な設定点を有する）を通過した直後に、搬送用ラムＢ２２３０が追従し、搬送用ラムＢは、材料を押し出し／輸送して、段Ｃ２２１６の先端部のポケットを即座に満たす。フィードバック制御は、レベルスイッチＣ２２１７を遮断する必要がある場合にはストロークさせ、すでに遮断されている場合は最小の設定点距離をストロークさせ、遮断されていない場合は最大の設定点距離をストロークさせるものである。搬送用ラムＢ２２３０が段Ｃ２２１６の先端部のポケットを満たすのと同時に、段Ｂ２２３０の先端部にポケットを形成し、
搬送用ラムＢ２２３０がトリガ距離を通過した直後に、搬送用ラムＡ２２２８が追従し、搬送用ラムＡ２２２８は、材料を押し出し／輸送して段Ｂ２２１４の先端部のポケットを即座に満たす。フィードバック制御は、レベルスイッチＢ２２１５を遮断する必要がある場合にはストロークさせ、すでに遮断されている場合は最小の設定点距離をストロークさせ、遮断されていない場合は最大の設定点距離をストロークさせる。搬送用ラムＡ２２２８が段Ｂ２２１４の先端部のポケットを満たすのと同時に、段Ａ２２１２の先端部にポケットを形成する。これは一般的に、送給装置を起動させて、レベルスイッチＡ２２１３が再び遮断されるまで、ガス化装置２２００を満たし、
全ての搬送用ラムは、同時に基準位置に戻る。
【０２７５】
ガス化装置２２００には、一端に待避口を使用したアクセスが提供される。運転中、この入口は、密閉可能な耐火物で裏打ちされたカバーを使用して閉口される。第３のステージのエアボックス２２７６を除去することによって、さらに進入することも可能である。
【０２７６】
ガス化の後に残留する残渣（例、炭化物または灰）は、ガス化装置２２００から除去して、残渣コンディショニングシステム（Ｒｅｓｉｄｕｅ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＲＣＳ）４２２０に移さなければならない。材料を処理してガス化装置２２００に移動させると、堆積物内で生成された熱によって材料が融解し、その結果、残渣が凝集する。凝集した残渣は、投下ポート型の出口に詰まりを生じさせることがわかっている。いかなる凝集物もガス化チャンバ２２０２からの出口に詰まりを生じさせないようにするために、スクリューコンベア２２０９を使用して、残渣をガス化装置２２０２から取り出す。搬送用ラムの運動によって、残渣は抽出器スクリュー２２０９内に押され、このスクリューは、残渣をガス化チャンバ２２０２から押し出して、残渣コンベアシステム内に送給する。残渣がコンベアシステムに送給される前に、抽出器スクリュー２２０９の回転によって凝集物を破壊する。この破壊動作は、抽出スクリュー翼の端部を鋸歯状にすることによって強化される。
【０２７７】
プロセス制御を実行する場合、ガス化チャンバ２２０２内の様々なパラメータを監視しなければならない。例えば、温度は、各ステージに沿った異なる地点で、また各ステージの様々な高さにおいて監視する必要がある。これは熱電対を使用して達成されるが、運転中の交換が必要になる傾向がある。プロセスを停止させずにこれを達成するために、各熱電対は、端部密閉チューブを経てガス化チャンバ２２０２内に挿入され、次いで容器シェルに対して密閉される。この設計によって、シーリングチューブよりも長くなるようにした可撓性ワイヤを使用できるようになり、熱電対の接合部（温度検出点）は、シールドチューブの端部に押し付けられて、温度変化に正確かつ迅速に応答する。シールドチューブは、ガス化チャンバ２２０２に対して密閉され、圧縮グランドによって適所に機械的保持され、ガス化チャンバ２２０２内への突出調整に対応させることもできる。ＭＳＷの堆積物内の温度を測定する場合、シールドチューブは、堆積物の移動が必要なときに、その堆積物をせき止める可能性がある。この問題を回避するため、シールドチューブの端部には偏向器が装着され、ＭＳＷの堆積物が熱電対チューブによって遮断されないようにする。
【０２７８】
ガス化装置２２００内で産生されたオフガスは、次いでガス改質システム（ＧＲＳ）３２００に移動する。ＧＲＳ３２００は、（ａ）必要な量の必要なガス改質滞留時間への提供、（ｂ）熱の保存および鋼容器の外側を保護するための断熱材の提供、（ｃ）空気および蒸気を添加するための入口の提供、（ｄ）ガスの混合を可能にすること、（ｅ）プラズマトーチ３２０８を使用した高温でのガスの処理、（ｆ）プロセス制御、およびプラズマトーチ３２０８の性能を高めるためにガス組成を監視する計装の提供、および（ｇ）処理したガスの下流側の熱交換器５２００への排出、といった広範な要件を満たすように設計される。
【０２７９】
ガス改質システム（ＧＲＳ）３２００は、プロセス空気、蒸気、プラズマトーチ３２０８およびトーチの処理機構、計装、および排出合成ガスの排気のための、取り付けおよび接続機能を備えた密閉環境を提供する。図４６に示されるように、ＧＲＳ３２００は、単一の円錐形のオフガス入口３２０４を有する、略垂直に取り付けられた耐火物で裏打ちされた円筒またはパイプ状の改質チャンバ３２０２を備え、オフガス入口には、取り付けフランジ３２１４を介してガス化装置２２００が接続される。ＧＲＳ３２００は、約３：１の直径／長さの比率を有する。ＧＲＳ３２００内の滞留時間は、１．２秒である。ＧＲＳ３２００は、３段の接線方向に位置付けられた空気ノズルと、２つの接線方向に設置され
たプラズマトーチ３２０８と、６つの熱電対ポートと、２つのバーナポートと、２つの圧力トランスミッタポートと、複数の予備ポートとをさらに備える。プラズマトーチ３２０８によってＧＲＳ３２００内に生じる高温は、オフガス内の分子をそれらの構成分子に分離し、次いで互いに結合して合成ガスが形成されるようにする。高温粗製合成ガスは、合成ガス出口３２０６を経てＧＲＳ３２００から出る。
【０２８０】
上述したように、ＧＲＳ３２００は、耐火物で裏打ちするための支持体を組み込んでいる。耐火物のための支持体特徴は、ＧＲＳ３２００の内側を囲む一連の棚３２２２である。運転中、これらの棚３２２２は、改質チャンバ３２０２のシェルよりもはるかに高温になる。したがって、ＧＲＳ３２００への熱伝導によるあらゆる熱の損失を防ぎ、一方で、異なる膨張を許容できるようにする必要がある。また、棚３２２２は、非常に重量のある耐火物を支持することができなければならない。これらの要件は、棚３２２２をセグメント化してセグメント間に遊間を設け、この膨張を考慮することによって対処した。また、棚３２２２と壁との間の間隙で熱伝達を防止する。耐火物の重量を取り込むために、図４７に示されるように、各棚のセグメントは、壁に溶接された複数のガセットによって支持する。棚３２２２の長さに沿った膨張は、応力を生じさせ、棚をガセットに溶接してしまうと、ガセットに不具合が生じる可能性がある。しかし、棚３２２２を溶接せずにガセット上に取り付けることによって、棚３２２２を自由に膨張させることができる。セグメントを正しい位置に保持するために、セグメントは中央のガセットにだけ溶接されるが、この位置では膨張が少なく、それでも外側部分だけを溶接する。これは、ガセットへのあらゆる応力、および棚３２２２の潜在的なバックリングを最小限に抑える。
【０２８１】
改質チャンバ３２０２の上部は、耐火物で裏打ちされた蓋３２０３が被せられ、それによって密閉エンクロージャが形成される。ＧＲＳ３２００全体は、高温耐性のある膜でコーティングされ、精製されていないオフガスによる腐食を防止する。外面には、サーモクロミック塗料で塗装され、耐火物の不具合または他の原因によるホットスポットを明らかにする。
【０２８２】
使用される耐火物は、内側に高密度層を有する多層設計であり、ＧＲＳ３２００内に存在する高温、浸食、および腐食を阻止する。高密度材料の外側は、耐性はより低いが断熱因子はより高い、低密度材料である。この相の外側は、浸食による摩耗に晒されないので、非常に高い断熱因子を有する、超低密度の発泡板材料が使用される。発泡板と容器鋼シェルとの間の外層は、セラミックブランケット材料であり、固体耐火物と容器シェルとの間の差動膨張を許容するように、柔軟層を提供する。耐火物の垂直方向の膨張は、非圧縮性耐火物のセクションを分離する圧縮性耐火物層によって提供される。圧縮性層は、重なっているが、伸長可能な高密度耐火物によって、浸食から保護される。
【０２８３】
図４８および図４９に示されるように、空気は３段の空気ノズルによってオフガス流へ注入されるが、このノズルは、下位に４つのジェット、また、上位に別の６つのジェットを含み、３つのジェットが他の３つよりもわずかに高い位置にあり、交差噴流の混合効果を生じさせてより良好な混合を達成する。ＧＲＳ３２００内への角度を付けた空気の噴出は、投入ノズルの先端の偏向器を使用して達成され、より良好な混合ももたらし、一方で、入口パイプおよびフランジを、改質チャンバ３２０２とともに正方形にできるようにする。ＧＲＳ３２００内のガスの混合を改善することで、合成ガスの改質が改善できるようになる。これは、プロセス空気の速度を利用して、改質チャンバ３２０２の基部に渦巻き作用を誘導することによって達成される。空気は、スワールポート３２１２を通ってオフガス流に注入され、オフガス流内に渦巻き運動または乱流が発生し、それによって、オフガスを混合し、ＧＲＳ３２００内に再循環渦パターンが発生する。
【０２８４】
上述のとおり、ＧＲＳ３２００は、摺動機構上に取り付けられた、２つの接線方向に取
り付けられた３００ｋｗの水冷銅電極ＮＴＡＴ、ＤＣプラズマトーチ３２０８も含む。ＤＣプラズマトーチ３２０８は、ＤＣ電源から動力が供給される。熱電対は、ＧＲＳ３２００内の様々な場所に位置付けられ、合成ガスの温度が約１０００℃に保持されるようにする。
【０２８５】
プラズマトーチ３２０８には定期的な保守が必要であり、プロセスが実行中であっても交換可能であることが最も望ましい。上述したように、この実装では、厳密には運転に１つしか必要でないときに、ＧＲＳ３２００内で２つのトーチ３２０８を使用する。プラズマトーチ３２０８の除去および交換は、ＧＲＳ３２００内に高温の有害で可燃性のガスが存在する状態で行わなければならない。さらに、トーチ３２０８は、ＧＳＲ３２００内の熱から保護するために、トーチの冷却システムの故障時にも除去する必要がある。
【０２８６】
これらの課題は、トーチ３２０８を改質チャンバの内外に移動させることができる、摺動機構上にトーチ３２０８を取り付けることによって対処する。トーチ３２０８は、シーリンググランドによって改質チャンバ３２０２に対して密閉される。このグランドは仕切り弁に対して密閉され、同様に容器に取り付けられて密閉される。トーチ３２０８を除去するには、摺動機構によってトーチを改質チャンバ３２０２から引き出す。安全のため、摺動の最初の移動によって、トーチの高圧電源が利用できなくなるようにする。仕切り弁は、トーチ３２０８が弁を過ぎて後退して、冷却体の循環が停止したときに、自動的に閉じる。ホースおよびケーブルはトーチ３２０８から分離され、グランドは仕切り弁から解放され、トーチ３２０８はホイストによって離れたとことへ持ち上げられる。
【０２８７】
トーチ３２０８の交換は、上記の手順の逆を使用して行われ、摺動機構は、トーチ３２０８を様々な深さに挿入できるように、調節することができる。
【０２８８】
容易化および安全のために、仕切り弁の閉鎖を除き、上記の全ての動作は、手動で実行される。仕切り弁は機械的に動作されるので、その動作は自動である。冷却システムに不具合がある場合には、空気アクチュエータを使用して、トーチを自動的に後退させる。電力に不具合がある場合でも、常に動力を利用できるように、アクチュエータを動作させるための圧縮空気が、専用の空気だめから供給される。同じ空気貯蔵器が、空気を仕切り弁に提供する。高電圧トーチの接触部にアクセスすることを防止することによるさらなる安全機能に、電気的にインターロックされたカバーが使用される。
（残渣コンディショニングシステム）
ガス化を行った後に残留する残渣は、処分前に不活性化および使用可能な状態にしなければならない。これは、ガス化装置２２００からの残渣をプラズマベースの残渣コンディショニングチャンバ（Ｒｅｓｉｄｕｅ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｃｈａｍｂｅｒ：ＲＣＣ）４２２０内に取り出し、それを融解して不活性のガラス質スラグ４２０３の状態にし、現場から除去する状態にあるスラグ備蓄４２０４へ移送する前に、クエンチタンク４２４０を使用してスラグ４２０３を冷却して小粒に粉砕することによって行われる。最終的な副産物は、道路充填材料またはコンクリート製品としての使用に好適である。
【０２８９】
上述したように、ガス化装置２２００からの残渣の移動は、堆積物内で生成された熱によって凝集が生じる可能性があるために複雑になる。この問題は、ガス化装置２２００の出口端部にて、スクリュー型コンベア２２０９を使用することによって解決される。コンベアは、スクリュー羽根上に鋸歯状の縁部を有し、あらゆる凝集材料を破壊する。
【０２９０】
残渣は、次いで、一連のスクリューコンベアを備える主コンベア４２１０によって、ＲＣＣ４２２０に取り込まれる。このコンベアシステム４２１０は、下流側のＧＣＳバグハウスフィルタ６２３０から残渣を取り込み、それをＲＣＣ４２２０に渡す。ＲＣＣ４２２０へのエントリポートの数を最小限に抑えるために、全ての源からの残渣は、ＲＣＣ４２
２０への導入前に混合される。これによって、複数の送給源の要求に対応するＲＣＣ４２２０の大型化を回避する。さらなる残渣の源の要求に対応しなければいけない場合もある。ＲＣＣ４２２０の停止時間中にガス化を継続するために、残渣を転換することができる。その場合、残渣をＲＣＣ送給システムに再導入しなければならない。残渣コンディショニングシステムの全体的な構造を図５２に示す。
【０２９１】
図５４に示されるように、残渣は、ＲＣＣ４２２０に投下され、そこで貯蔵部４２２２内に集められるが、貯蔵部の深さは、堰４２２４の高さによって決定され、プラズマトーチ４２３０によって加熱される。貯蔵部４２２２内の溶融スラグのレベルが上昇すると、スラグは堰４２２４を越えてクエンチタンク４２４０内に落ちる。水槽４２４０は、ＲＣＣ４２２０が大気に対して密閉されるようにする。ＭＳＷ処理システムのステージ中に除去できなかったあらゆる材料は、ＲＣＣ４２２０に移送されるが、必ずしもスラグの通常のガラス化温度にて融解するわけではない。したがって、坩堝は、溶融スラグよりも濃度が高いので、金属によって詰まる場合がある。これを回避するために、ＲＣＣの温度を定期的に上昇させて、あらゆる金属を融解させて、溶解金属を坩堝の底部から取り出す。
【０２９２】
残渣の溶解、特にその中の構成金属の融解には非常に高い温度が必要なので、耐火物は、非常に過酷な動作上の要求を受ける。これらは、高温に加えて、特にスラグの水線部での腐食および浸食を含む。また、耐火物は、熱を保存するように良好な断熱を提供しなければならず、ＲＣＣ４２２０はできる限り小さくしなければならない。耐火物は、熱、腐食、および浸食に対する耐性が非常に高い内側内壁を提供するように選択される。次いで、内壁の外側の耐火物の層には、より断熱性の大きなものが選択される。
【０２９３】
特に坩堝の耐火物には、定期的な保守が必要になるものと予想される。これを可能にするために、坩堝を備えたＲＣＣの底部は、ＲＣＣへのあらゆる接続を妨げずに除去することができる。これは、図５７に示されるように、ＲＣＣを構造体上に設置するのではなく、支持構造体４２７０からＲＣＣを吊り下げることによって達成される。したがって、坩堝を備えたＲＣＣの下部は、いかなる接続も分離する必要なく、上部から取り外すことができる。また、接続を分離して下ろすことによって、ＲＣＣ全体を除去することができる。これにより、コンベア４２６０を持ち上げたり、離れたところに配管したりする必要がなくなる。
【０２９４】
溶融スラグは、クエンチタンク４２４０に落下するときに冷却され、小粒状に粉砕される。図５６に示されるように、スラグコンベア４２６０は、次いでクエンチタンク４２４０から粒状スラグ４２０３を除去し、処分または更なる使用のために、備蓄４２０４内に配置する。スラグ投下ポートは、ＲＣＣ４２２０の上部に対して密閉され、下縁がクエンチ媒体内に潜没したシュラウドからなる排水器によって周囲に対して密閉される。同じクエンチ媒体が、ＲＣＣ４２２０からのスラグコンベア４２６０を密閉する。
【０２９５】
ＲＣＣ４２２０内で産生されたガスは、コンバータ１２００で産生されたガスと同じように処理される。残留ガスは、ガス出口４２２８を経てＲＣＣ４２２０を出て、残留ガスコンディショナ（Ｒｅｓｉｄｕｅ  Ｇａｓ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ：ＲＧＣＳ）４２５０に導かれる。残留ガスは、粒子状物質および重金属汚染物質を除去するバグハウスフィルタ４２５４を通過する前に、空気／ガス熱交換器４２５２内で予冷ステップを受ける。残留ガスは、次いで第２の熱交換器４２５６を使用して冷却され、その後、重金属および粒子状物質をさらに除去するために、活性炭床４２５８を通過する。清浄化およびコンディショニングされた残留ガスは、下流側のＧＣＳ６２００の方へ転換され、コンバータ１２００からの合成ガス流とともに戻される。
【０２９６】
生合成ガスは、コンバータ１２００を出て、合成ガス／空気熱交換器（ＨＸ）５２００
を通過し、ここで、熱は合成ガス流から空気の流れへ移送される。したがって、合成ガスが冷却され、一方で、結果として生じる高温の空気の流れが、プロセス空気としてコンバータ１２００に戻される。冷却された合成ガスは、次いで、ガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）６２００内に流れ、合成ガスは、冷却されて、粒子状物質、金属、および酸性ガスが順次に除去される。清浄化およびコンディショニングされた（所望の湿度の）合成ガスは、電気を生成するガスエンジン９２６０に送給される前に、合成ガスＨＣ７２３０に送られる。コンバータ１２００およびＲＣＳ４２００の後の、システム内の主なコンポーネント（機器）の機能を、合成ガスが処理される順に表１に示す。
【０２９７】
表１：コンバータ１２００およびＲＣＳ４２００の後のステップ
サブシステムまたは設備          主要機能
熱交換器５２００                合成ガスを冷却し、顕熱を回収する
蒸発冷却器６２１０              バグハウス前に、合成ガスをさらに冷却する
乾式注入システム６２２０        重金属吸着
バグハウス６２３０              粒子および塵埃収集
ＨＣＬスクラバ６２４０        ＨＣｌ除去、および合成ガス冷却／コンディショニング
炭素フィルタ床６２６０        さらなる水銀 除去
Ｈ2Ｓ除去システム６２７０    Ｈ2Ｓ除去、および元素硫黄回収
ＲＧＣＳ４２５０              ＲＣＣオフガス清浄および冷却
合成ガス貯蔵７２３０          合成ガス貯蔵および均質化
冷凍機７２１０；気体／液体分離器７２２０    湿度制御
ガスエンジン９２６０          電気生成のための一次ドライバ
フレアスタック９２９９        起動中に合成ガスを燃焼する
（合成ガス／空気の熱交換器（復熱装置））
ＧＲＳ３２００を出る出力合成ガスの温度は、約９００℃乃至１１００℃である。合成ガスの熱エネルギーを回収するために、ＧＲＳ３２００を出た生の合成ガスは、シェルチューブ型空気／合成ガス熱交換器（ＨＸ）５２００に送られる。空気は、周囲温度、すなわち約−３０℃乃至約４０℃でＨＸ５２００に入る。空気は、空気ブロワ５２１０を使用して循環され、１０００Ｎｍ3／時間乃至５１５０Ｎｍ3／時間の速度で、一般的には約４３００Ｎｍ3／時間の速度でＨＸ５２００に入る。
【０２９８】
合成ガスは、チューブ側５２０２を通って垂直に流れ、空気は、反時計回りの形態でシェル側５２０６を通って流れる。合成ガスの温度は、１０００℃から５００℃乃至８００℃（好ましくは約７４０℃）に低下し、一方で、空気の温度は、周囲温度から５００℃乃至６２５℃（好ましくは約６００℃）に上昇する。加熱された交換空気は、ガス化のためにコンバータ１２００内へ戻して再利用される。
【０２９９】
ＨＸ５２００は、特に合成ガス内の高レベルの粒子状物質に対して設計されたものである。合成ガスおよび空気の流れ方向は、粒子状物質によるビルドアップまたは浸食が生じる可能性のある領域を最小限に抑えるように設計される。また、ガスの速度は、自己清浄に対して十分速いが、それでも浸食を最小限に抑えるように設計される。
【０３００】
空気と合成ガスとの温度差が極めて大きいので、ＨＸ５２００の各チューブ５２２０は、それぞれ伸縮ベローズ５２２２を有する。これは、空気が合成ガス混合物に入るために極めて危険になり得る、チューブの破裂を防止するのに重要である。単一のチューブが詰まることによって、残りのチューブ束とともに伸縮しなくなったときに、チューブが破裂する可能性が高くなる。
【０３０１】
空気／ガス熱交換器５２００のガス出口ボックスには、複数の温度トランスミッタが配
置される。これらの送信機を使用して、空気が合成ガス内に漏れた場合の燃焼によって生じる、あらゆる可能な温度上昇を検出する。そのような場合、空気ブロワ５２１０は自動的に停止される。
【０３０２】
ＨＸ５２１０内のガスチューブの材料は、合成ガスに含まれる硫黄成分およびその高温での反応に関する懸念から、腐食が問題とならないように、慎重に選択しなければならない。本実装では、合金６２５を選択した。
（ガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ））
概して、ガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）６２００とは、熱交換器５２００の後に得られた粗製合成ガスを、下流端のアプリケーションに好適な形態に転換する、一連のステップのことである。本実装では、ＧＣＳ６２００は、２つの主ステージに分割することができる。ステージ１は、（ａ）蒸発冷却器（乾式クエンチ）６２１０と、（ｂ）乾式投入システム６２２０と、（ｃ）バグハウスフィルタ（特定の物質／重金属の除去に使用）６２３０とで構成される。ステージ２は、（ｄ）ＨＣｌスクラバ６２４０と、（ｅ）合成ガス（プロセスガス）ブロワ６２５０と、（ｆ）炭素フィルタ床（水銀研磨機）６２６０と、（ｇ）Ｈ2Ｓ（硫黄）除去システム６２７０と、（ｈ）冷凍器７２１０およびガス／液体分離器７２２０を使用した湿度制御とで構成される。
ＧＣＳ６２００の前の熱交換器５２００は、ＧＣＳ６２００のステージ１の一部とみなされる場合がある。合成ガス（プロセスガス）ブロワ６２５０は、一般的に、ガス冷却器６２５２を含むが、ＧＣＳ６２００のステージ２では別々に述べられる場合がある。また、ここではＧＣＳ６２００のステージ２の一部として述べられる湿度制御は、しばしばＧＣＳ６２００へのさらに下流側の合成ガス調節システム７２００の一部とみなされる。
【０３０３】
図５９は、本システムに実装されるＧＣＳ６２００のブロック図である。これは、ＧＣＳ６２００をＲＧＣＳ４２５０と統合した集中プロセスの一例でもある。図６０は、ＧＣＳのレイアウトを示す図である。
【０３０４】
熱交換器５２００での初期冷却後、投入合成ガスは、乾式クエンチによってさらに冷却され、合成ガスの温度を低下させて、凝結も防ぐ。これは、制御された様式（断熱飽和）で水をガス流に直接注入することによる、蒸発冷却タワー（別名「乾式クエンチ」）６２１０を使用して達成される。水は、合成ガス流に並流噴霧される前に、霧状にされる。このプロセスは、冷却時にいかなる液体も存在しないので、乾式クエンチとも呼ばれる。水は、蒸発するときに合成ガスから顕熱を吸収するので、その温度は、７４０℃から１５０℃乃至３００℃（一般的には約２５０℃）に低下する。制御を加えて、排出しているガスに水が含まれないようにする。したがって、排出しているガスの温度での相対湿度は、それでも１００％を下回る。
【０３０５】
ガス流が蒸発冷却タワー６２１０を出ると、ホッパ内に貯蔵された活性炭がガス流内に空気作用によって注入される。活性炭は、超高多孔性で、水銀およびダイオキシンのような大きな分子種の表面吸着に寄与する特徴を有する。したがって、ガス流内の大部分の重金属（カドミウム、鉛、水銀等）および他の汚染物質は、活性炭の表面に吸着される。使い終った炭素細粒は、バグハウス６２３０によって収集され、次のステップに説明するように、更なるエネルギー回収のためにＲＣＳ４２００へ戻して再利用させる。効率的な吸着を得るために、合成ガスは、このステージにおいて十分な滞留時間を持つようにすることが必要である。長石のような他の材料、ライム、および他の吸着剤を、この乾式注入ステージ６２２０における活性炭の代わりに、またはこれに加えて使用して、合成ガス流を遮断することなく、流れ内の重金属類およびタール類を取り込むこともできる。
【０３０６】
その表面に重金属を有する粒子状物質および活性炭は、次いで、バグハウス６２３０内の合成ガス流から極めて高い効率で除去される。動作パラメータを調整して、あらゆる蒸
気凝結を防止する。合成ガス流から除去された全ての粒子状物質は、バグハウス６２３０の効率をさらに高める濾過ケーキを形成する。したがって、新たな無コーティングの袋は、９９．５％の除去効率を有するが、バグハウス６２３０は、一般的に、９９．９％の粒子状物質の除去効率を目指して設計される。バグハウス６２３０は、裏打ち付きのガラス繊維の袋、裏打ちなしのガラス繊維の袋、またはＰ８４玄武岩の袋を用い、２００℃乃至２６０℃の温度で動作する。
【０３０７】
バグハウス６２３０全体の圧力降下が特定の設定限度まで増加したときには、窒素のパルスジェットを用いてこの袋を清浄する。安全性の理由から、空気よりも窒素が好ましい。袋の外表面から脱落した残渣は、底部ホッパ内に収集され、更なる変換または処分のため、残渣コンディショナ４２００に送られる。バグハウス６２３０を保護するために、特殊試薬を用いて、高分子量炭化水素複合物（タール類）を吸着させることができる。図６３および６２はそれぞれ、バグハウスの概略図および設計である。
【０３０８】
バグハウスは、支持を必要としない円筒フィルタを使用する。
【０３０９】
バグハウス６２３０の典型的な動作仕様（重金属を有するフライアッシュが投入されることを想定）を下記に示す。
【０３１０】
設計ガス流速    −    ９５００Ｎｍ３／時間
塵埃負荷        −    ７．４ｇ／Ｎｍ３
カドミウム      −    ２．９ｍｇ／Ｎｍ３
鉛              −    １０６．０ｍｇ／Ｎｍ３
水銀            −    １．３ｍｇ／Ｎｍ３
保証された濾過システム出口：
粒子状物質      −    １１ｍｇ／Ｎｍ３（約９９.９％除去）
カドミウム      −    １５μｇ／Ｎｍ３（約９９.６５％除去）
鉛              −    １５９μｇ／Ｎｍ３（約９９.９％除去）
水銀            −    １９０μｇ／Ｎｍ３（約９０％除去）
バグハウス６２３０を出る重金属で汚染された残渣の量は多い。したがって、図５９に示されるように、この残渣は、ガラス質スラグ４２０３への変換のため、プラズマベースのＲＣＣ４２２０に送られる。ＲＣＣ４２２０内に形成された二次ガス流は、次いで、下記のステージ１のプロセスによって、別個の残留ガスコンディショナ（ＲＧＣＳ）４２５０内で処理される。間接的なガス／空気熱交換器４２５２内で冷却し、より小型のバグハウス４２５４において粒子状物質および重金属を除去する。より小型のバグハウス４２５４は、ＲＣＣ４２２０で生成された二次ガス流の処理専用である。図５９に示されるように、ＲＧＣＳ４２５０によって行われる追加ステップは、ガス冷却器４２５６をさらに使用したガスを冷却するステップと、炭素床４２５８内の重金属および粒子状物質を除去するステップとを含む。処理した二次合成ガス流は、次いでＧＣＳ６２００の方へ転換され、バグハウスフィルタ６２３０の前に、一次投入合成ガス流内に戻される。
【０３１１】
ＲＧＣＳ４２５０のバグハウス４２５４によって除去される残渣の量は、ＧＣＳ６２００内のバグハウス６２３０と比較して、はるかに少ない。小型バグハウス４２５４は、重金属用のパージとしての役割を果たす。ＲＧＣＳ４２５０からパージされる重金属の量は、ＭＳＷ送給組成物に応じて変化する。重金属が特定の限度までビルドアップしたときに、この材料を有害廃棄物処分へ移動させるように、定期的なパージが必要である。
【０３１２】
より小型のＲＧＣＳバグハウス４２５４の典型的な設計仕様（同じく、重金属を有する飛散灰が投入されることを想定）を下記に示す。
【０３１３】
設計ガス流速    −    １５０Ｎｍ３／時間
塵埃負荷        −    ５０ｇ／Ｎｍ３
カドミウム      −    ４４０ｍｇ／Ｎｍ３
鉛              −    １６．６ｍｇ／Ｎｍ３
水銀            −    １７５ｍｇ／Ｎｍ３
保証された濾過システム出口：
粒子状物質      −    １０ｍｇ／Ｎｍ３（約９９．９９％除去）
カドミウム      −    １３μｇ／Ｎｍ３（約９９．９９７％除去）
鉛              −    １６６μｇ／Ｎｍ３（約９９．９９９％除去）
水銀            −    １７５μｇ／Ｎｍ３（約９９．９％除去）
ＧＣＳ６２００は、直接的および間接的フィードバックまたは監視システムを備えることができる。本実装では、ＧＣＳおよびＲＧＣＳバグハウスフィルタは、（直接監視して）袋の破裂を通知するように、出口に塵埃センサを有する。袋が破裂した場合、システムは保守のために停止される。任意選択で、ＨＣｌスクラバ６２４０の水の流れを起動時に分析して、粒子状物質の除去効率を確認することができる。
【０３１４】
バグハウス６２３０を出た粒子状物質を含まない合成ガス流は、再循環アルカリ性溶液を使用して充填タワー内で洗浄され、存在するあらゆるＨＣｌを除去する。このＨＣｌスクラバ６２４０は、約３５℃までガスを冷却するのに十分な接触領域も提供する。炭素床フィルタ６２６０を使用して、液体溶液を、金属、ＨＣＮ、アンモニア等のような可溶性の水質汚染物質から分離する。ＨＣｌスクラバ６２４０は、出口のＨＣｌ濃度を約５ｐｐｍに保持するように設計される。廃水放出流は、処分用の廃水貯蔵タンク６２４４に送られる。
【０３１５】
冶金学的に考慮して、ＨＣｌスクラバ６２４０は、ガスブロワ６２５０の上流側に設置される。熱交換器６２４２のような関連するコンポーネントを含む、ＨＣｌスクラバ６２４０の例示的な概略図を図６４に示す。図６５は、ＧＣＳ６２００からの廃水を収集して貯蔵するための例示的なシステムを示す図である。炭素床６２４５を水ブローダウンに加えて、廃水からのタール類および重金属類を除去する。ＨＣｌスクラバ６２４０の典型的な仕様を下記に示す。
【０３１６】
設計ガス流速                            −    ９５００Ｎｍ３／時間
スクラバへの通常入口／最大ＨＣｌ負荷    −    ０．１６％／０．２９％
ＨＣｌ出口濃度                          −    ５ｐｐｍ
ＨＣｌを除去した後に、ガスブロワ６２５０を用いて、コンバータ１２００から下流側のガスエンジン９２６０までのシステム１２０全体を通るガスの駆動力を提供する。後ろの方が加圧下での水銀除去効率が良好なので、ブロワ６２５０は、水銀研磨機６２６０の上流側に設置される。これは、水銀研磨機６２６０のサイズも減じる。図２９は、システム１２０全体の概略図およびプロセスガスブロワ６２５０の位置である。
【０３１７】
ブロワ６２５０は、上流側にある全ての容器の設計圧力降下を用いて設計される。また、下流側の機器の圧力損失に対する所望の圧力が、ＨＣ７２３０において、約２．１乃至３．０ｐｓｉｇ（一般的に２．５ｐｓｉｇ）の終圧となるようにも設計される。ガスが加圧されてブロワ６２５０を通過するときに、その温度は約７７℃に上昇する。Ｈ2Ｓ除去システム６２７０の最高動作温度が約４０℃であるため、内蔵型ガス冷却器６２５２を使用して温度を３５℃に下げる。
【０３１８】
炭素床フィルタ６２６０は、合成ガス流内に残留するあらゆる重金属の最終ポリッシュデバイスとして使用される。システムが真空ではなく圧力下にあり、より低い温度であり、ガスが飽和状態であり、また、ＨＣｌが除去されて炭素を劣化させないときに効率が向
上する。このプロセスでは、存在する場合には、合成ガス流からダイオキシンのような他の有機汚染物質を吸着させることもできる。炭素床フィルタ６２６０は、９９％以上の水銀除去効率となるように設計される。本システムの性能は、定期的にガスの水銀を分析することによって測定される。補正は、炭素送給速度を変化させ、研磨機６２６０全体の圧力降下を監視し、サンプリングを通じて炭素床の効率を分析することによって行われる。
【０３１９】
炭素床フィルタ６２６０の典型的な仕様を下記に示す。
【０３２０】
設計ガス流速                −    ９５００Ｎｍ３／時間
通常／最大水銀負荷          −    １９０μｇ／Ｎｍ３／１．３ｍｇ／Ｎｍ３
炭素床寿命                  −    ３〜５年
保証された水銀炭素床出口    −    １９μｇ／Ｎｍ３（９９％）
Ｈ2Ｓ除去システム６２７０は、Ｍｉｎｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ（Ｏｎｔａｒｉｏ、Ｃａｎａｄａ）のＡ７ガイドラインに概説された、ＳＯ2排出規制に基づくものであり、この規制には、ガスエンジン内で燃焼される合成ガスが産生するＳＯ2の排出が、１５ｐｐｍ以下とすることが記されている。Ｈ2Ｓ除去システム６２７０は、排出されるＨ2Ｓ濃度が約２０ｐｐｍとなるように設計した。図６６は、Ｈ2Ｓ除去システム６２７０の詳細を示す図である。
【０３２１】
Ｈ2Ｓ除去システム６２７０には、Ｓｈｅｌｌ  Ｐａｑｕｅｓ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ技術を選択した。この手法は、下記の２つのステップからなる。第１のステップでは、炭素床フィルタ６２６０からの合成ガスがスクラバ６２７２を通過し、アルカリ性溶液を再循環させることによって、Ｈ2Ｓが除去される。第２のステップでは、規制基準を満たすように、硫黄を含有する溶液は、アルカリ度、硫黄元素への硫化物の酸化、硫黄の濾過、硫黄の殺菌、および放出流を生成するために生物反応器６２７４に送られる。Ｈ2Ｓ除去システム６２７０は、Ｈ2Ｓ出口濃度が２０ｐｐｍとなるように設計される。
【０３２２】
生物反応器６２７４では硫黄菌属を使用して、空気による酸化によって硫化物を硫黄元素に転換する。制御システム８２００は、生物反応器への空気流速を制御して、システム内の硫黄インベントリを保持する。生物反応器６２７４の後流は、圧搾濾過器６２７６を使用して濾過処理される。圧搾濾過器６２７６からの濾液は処理に戻され、この路液からの小さな流れが、液体放出流として送られる。吐出源には２つあり、１つは、固体の排出源（いくらかのバイオマスを有する硫黄）であり、もう１つは、液体の排出源（硫酸塩、炭酸塩およびいくらかのバイオマスを有する水）である。どちらの流れも、最終処分前に殺菌される。
【０３２３】
Ｈ2Ｓ除去システム６２７０の典型的な仕様を下記に示す。
【０３２４】
設計ガス流速                        −    ８５００Ｎｍ３／時間
通常／最大Ｈ2Ｓ負荷                −    ３５３ｐｐｍ／６６６ｐｐｍ
システム用の保証されたＨ2Ｓ出口    −    ２０ｐｐｍ
Ｈ2Ｓの除去後、冷凍器７２１０を使用して、合成ガスからの水を凝結させて、ガスエンジン９２６０での使用に好適な温度まで再加熱する。冷凍器７２１０は、ガスを３５℃から２６℃に過冷却する。投入ガス流から凝結した水は、ガス／液体分離器７２２０によって除去される。これは、ガスが、ガスエンジン９２６０に送られる前のガス貯蔵後に、４０℃（エンジンの要件）に再加熱されたときに、８０％の相対湿度を有するようにする。
【０３２５】
下記の表は、ＧＣＳ６２００全体の主な仕様を示す。
【０３２６】
【表１】
2009536260.tif 000004
【０３２７】
上述のように、ＧＣＳ６２００は、投入ガスを所望の特徴の出力ガスに転換する。図５９は、ＧＣＳシステム６２００のプロセス全体のフロー図であり、システムは、プラズマガス化システムおよび下流側のアプリケーションと統合される。ここでは、ＲＣＳ４２００において生成された二次ガス流は、ＧＣＳ６２００に送給される。
（残留ガスコンディショナ（ＲＧＣＳ））
上述したように、活性炭および金属を収容することができるＧＣＳバグハウス６２３０からの残渣は、窒素によって定期的にパージされ、ＲＣＣ４２２０へ運搬されてガラス化される。ＲＣＣ４２２０で生じたガスは、残留ガスコンディショナ（ＲＧＣＳ）４２５０のバグハウス４２５４を通して導かれて粒子状物質を除去し、活性炭床４２５８に入る前に、熱交換器４２５６によって冷却される。バグハウス４２５４はまた、システム全体の圧力降下に基づいて定期的にパージされる。ＲＧＣＳバグハウス４２５４内で収集された残渣は、適切な手段で処分される。ＲＧＣＳ４２５０で二次ガス流として生じた可燃性ガスは、主ＧＣＳシステム６２００に戻されて、回収エネルギーを十分活用する。
（合成ガス調節システム）
ＧＣＳ６２００からの冷却された合成ガスは、下流側のガスエンジン９２６０へ流れる合成ガスのガス品質が安定するように設計された合成ガス調節システム（ＳＲＳ）７２００に入る。ＳＲＳ７２００は、ガス組成（主に低発熱値（Ｌｏｗ  Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｖａｌｕｅ：ＬＨＶ）およびその圧力の短期変動を平滑にする役目をする。下流側のガスエンジン９２６０は、合成ガスのＬＨＶまたは圧力が短期変動していても、運転を続けて電気を産生するが、不十分な燃焼または不十分な空燃比によって、その排出限度の閾値から外れる場合がある。
【０３２８】
ＳＲＳ７２００は、冷凍器７２１０と、ガス／液体分離器７２２０と、均質化チャンバ（ＨＣ）７２３０とを備える。ガスは、エンジンの温度要件を満たすように、ガスエンジン９２６０に入る前にガス貯蔵部の出口で加熱される。
利用可能な均質化チャンバ（ＨＣ）には、固定容量ＨＣおよび可変容量ＨＣの２種類がある。前者は、一般的に流れおよび圧力変動の低減に有用であり、後者はＬＨＶの変動の低減に有用である。ＬＨＶの変動は、ＭＳＷ原料の性質のため、本アプリケーションではよ
り顕著である。固定容量ＨＣはまた、一般的に、その構成および保守の点から見ると、可変容量よりも信頼性が高い。
【０３２９】
図６８は、本実装に使用される均質化チャンバ（ＨＣ）７２３０の概略図である。約２分間分の合成ガス流量を保持するように設計される。このせき止め時間は、３０秒あたり約１％の変動という、ＬＨＶの変動仕様に関するガスエンジンの保証基準を満たしている。ガス分析器８１３０の最高滞留時間は、一般的に約３０秒（分析およびフィードバックを含む）である。ＬＨＶの最大変動は、一般的に約１０％である。したがって、これを平均して３％のＬＨＶの変動を得るには、１．５分間分未満の貯蔵が必要である。２分間分貯蔵することによって、若干のマージンが得られる。
【０３３０】
ＨＣ７２３０は、下流側のガスエンジン９２６０の燃料仕様を満たすように、２．２乃至３．０ｐｓｉｇで動作する。排出されるガス圧力は、圧力制御弁を使用して一定に保持される。ＨＣ７２３０は、５ｐｓｉｇの最大圧力に対応するように設計され、異常な過剰圧力のシナリオに対処するように逃し弁が取り付けられている。
【０３３１】
ＨＣ７２３０の２分間のホールドアップ時間は、圧力変動を低減するのに十分な貯蔵部も提供する。本設計では、ガスエンジン９２６０の許容可能な圧力変動は、０．１４５ｐｓｉ／秒である。ガスエンジン９２６０の下流側に不具合が生じた場合は、圧力を下げるための時間を提供するか、過剰なガスを燃焼させるように、（制御システムの応答時間、および３０乃至３５秒のガス滞留時間に応じて）バッファが必要になる場合がある。
【０３３２】
ＨＣ７２３０への一般的な合成ガスの流量は、約８４００Ｎｍ３／時間である。したがって、２分間のせき止め時間の場合、ＨＣの容量は約２８０ｍ３としなければならない。
【０３３３】
ＨＣ７２３０は、自立型であり、雪、雨、および風に晒される屋外に設置される。したがって、ＨＣ７２３０の寸法は、機械工学的要件を満たすように設計されている。その支持構造体７２３２は、コンクリート基礎とインターフェースする。
【０３３４】
いくらかの水が合成ガスから凝結するので、ＨＣ７２３０の設計には、底部排水ノズルが含まれる。ＨＣ７２３０の排水を補助するために、その底部は、平坦なものではなくスカートを備えた円錐の底部として意図的に設計する。トレース／絶縁された配水管を使用して、ドラムフランジを形成する。ＨＣ７２３０内の水は、床排水への重力排水としなければならないので、ＨＣ７２３０は、わずかに高いところに保持される。ＨＣ７２３０は、以下の設計要件を満たすように設計される。
【０３３５】
【表２】
2009536260.tif 000005
【０３３６】
ＨＣ７２３０に使用する材料は、上述の機械的設計要件、および以下の典型的なガス組成を考慮しなければならない。水、ＨＣｌ、およびＨ2Ｓが存在するため、腐食は特別な懸念事項である。
【０３３７】
【表３】
2009536260.tif 000006
【０３３８】
ＨＣ７２３０には、下記の開口部が提供される。
【０３３９】
底部近くにアクセス用の３６インチ（約９１４ｍｍ）待避孔１つ；
上部にリリーフ用の６インチ（約１５２ｍｍ）フランジ１つ；
シェル上にガス入口用の１６インチ（約４０６ｍｍ）フランジ１つ；
シェル上にガス入口用の１６インチ（約４０６ｍｍ）フランジ１つ；
シェル上に１インチ（約２５ｍｍ）フランジ６つ（圧力用に２つ、温度用に１つ、予備として３つ）；
ＨＣ（排水）の底部に２インチ（約５１ｍｍ）フランジ１つ；および
底部の円錐体上にレベルスイッチ用の１インチ（約２５ｍｍ）フランジ１つ。
【０３４０】
ＨＣ７２３００は、設計要件を満たすとともに、下記も提供する。
【０３４１】
開口部、待避孔カバー、および全ての予備ノズル用のブラインドフランジ。
【０３４２】
天盤および逃し弁への安全なアクセスを可能にする（例えばレールを有する）ラダー。
【０３４３】
必要な持ち上げフックおよびアンカーボルト。
【０３４４】
コンクリート製リング壁。
【０３４５】
必要であれば、ＨＣ７２３０の内外部のコーティング。
【０３４６】
ＨＣ７２３０の底部の断熱および熱トレース。
【０３４７】
支持用のコンクリート製スラブ。
【０３４８】
ガスエンジン９２６０の設計では、入口ガスが、特定の相対湿度の範囲で特定の組成物であることが必要である。したがって、Ｈ2Ｓスクラバ６２７０から出る清浄されたガスは、冷凍器７２１０を使用して、３５℃から２６℃へ過冷却される。ガス流の凝結によって形成されるあらゆる水は、ガス／液体分離器７２２０によって除去される。これは、合成ガスが、４０℃まで再加熱されたときに８０％の相対湿度を有する（ガスエンジン９２６０のための典型的な要件）ようにする。
【０３４９】
ガスブロワ６２５０を使用して、下記の仕様に従って、全ての機器および配管を通じて十分な吸入を提供することによって、システムから合成ガスを回収する。ブロワの設計では、良好な技術的手法、および全ての全ての適用可能な州および国の規定、標準、およびＯＳＨＡガイドラインに留意した。ブロワ６２５０は、約６００ボルト、３相、６０Ｈｚで動作させた。
【０３５０】
ガスブロワ６２５０は、下記の機能要件を満たすように設計した。
【０３５１】
【表４】
2009536260.tif 000007
【０３５２】
吸入される典型的なガス組成（湿量基準）を下記に示す。
【０３５３】
【表５】
2009536260.tif 000008
【０３５４】
合成ガスは、可燃性であり、空気によって爆発性の混合物を生じさせるので、ブロワ６２５０は、大気からの空気の取り込みが最小または全く無く、大気へのガス漏れが最小または全く無いように構成される。全てのサービス流体、すなわちシールパージを窒素によって行い、漏れの無い軸シールが用いられる。高性能漏れ検出システムを用いて、いずれの方向の漏れも監視する。
【０３５５】
上述の設計基準に加えて、ブロワ６２５０は、下記も提供する。
【０３５６】
漏れの無いブロワ軸シールを備えた防爆性モータ。
【０３５７】
ガス冷却器６２５２。
【０３５８】
１ｍで８０ｄＢＡの騒音規制を満たす音響ボックスを備えたサイレンサ。
【０３５９】
ブロワおよびモータ用の共通ベースプレート。
【０３６０】
モータ付き補助油ポンプ、およびブロワの補助システムに必要な全ての計装類。
【０３６１】
全ての機器類および制御類（すなわち、低および高の油圧スイッチ、高排出圧力および温度スイッチ、差温および圧力スイッチ）。全てのスイッチは、ＣＳＡ認可の排出圧力ゲージ、排出温度ゲージ、油圧力、および温度ゲージである。全ての機器は、共通防爆性ジャンクションボックスにおいて配線され、ＶＦＤは、ブロワの上流側に取り付けられた圧力トランスミッタによって制御される。漏れの無い排出逆止弁。
【０３６２】
ブロワが、排出の過剰な圧力／真空／遮断を行わないようにする機器の安全装置（例、ＰＲＶおよび再利用ライン）。
【０３６３】
ガスブロワ６２５０は建物の外側に位置するので、雨、雪、および風に晒される。ガスブロワ６２５０は、下記の環境条件に耐えるように構成される。
【０３６４】
平均海面上の高度    −    ８０ｍ
緯度                −    ４５°２４'Ｎ
経度                −    ７５°４０'Ｗ
平均大気圧          −    １４．５ｐｓｉａ
最大夏季乾球温度    −    ３８℃
設計夏季乾球温度    −    ３５℃
設計夏季湿球温度    −    ２９．４℃
最小冬季乾球温度    −    ３６．１１℃
平均風速            −    １２．８ｆｔ／秒
最大風速            −    １２３ｆｔ／秒
設計風速            −    １００ｍｐｈ／１６０ｋｍ／時間
一般的風向          −    主に南および西から
地震情報            −    ゾーン３
ブロワ６２５０は、爆発性ガスが存在する場合のある環境内で動作するので、合成ガスパイプ上に、または約２メートル離して取り付けられた全ての機器類および電気デバイス類は、クラス１、ゾーン２用に設計される。
【０３６５】
信頼性を確実にするため、不良個所を迅速に取り出して修正できるように、検査および保守のための適切なアクセスが提供される。ブロワ６２５０は、連続的に（無休で）動作させることができるが、プロセス安定化の検討中は、動作の開始および停止が頻繁に行われることが多い。
【０３６６】
構造材料は、設計条件およびガス組成に基づいて選択した。例えば、電気回路基板、コネクタ、および外部コンポーネントは、コーティングするか、または他の保護を行って、ほこり、水分、および化学物質による潜在的な問題を最小限に抑える。操作盤およびスイッチは、堅牢な構成のものであり、作業手袋を装着した要員が操作するように設計される。
【０３６７】
概して、流れの範囲が１０％〜１００％の可変速ドライブ（ＶＳＤ）を、モータ制御に用いる。過電圧および過負荷の保護が含まれる。モータの状態、オン／オフ動作、および速度の変化は、分散制御システム（ＤＣＳ）を通じて遠隔で監視および制御される。
【０３６８】
調節されたガスがＨＣ７２３０から出ると、ガスはエンジン要件まで加熱されてガスエンジン９２６０に導かれる。
（ガスエンジン）
電力の産生には、５基の容量１ＭＷのＧＥ  Ｊｅｎｂａｃｈｅｒ往復ガスエンジン９２６０のそれぞれを使用する。したがって、電気の生成容量は５ＭＷである。任意選択で、ガスエンジン９２６０のうちのいずれかを、全体的な要件に応じて停止することができる。ガスエンジン９２６０は、低発熱量または中発熱量の合成ガスを、高効率かつ低排出で燃焼させることができる。しかし、（天然ガスのような燃料と比較して）ガス発熱量が比較的低いため、ガスエンジン９２６０は、最も効率的な動作点のときに約７００ｋｗで動作するように定格を下げている。
（フレアスタック）
密封型フレアスタック９２９９は、起動、停止、およびプロセス安定化段階の間、合成ガスの燃焼に使用される。プロセスが安定すると、フレアスタック９２９９は、緊急目的だけのために使用される。フレアスタック９２９９は、約９９．９９％の分解効率を達成するように設計される。
（制御システム）
本実装では、本実施例のガス化システム１２０は、その中に実装されたガス化プロセスを制御するための統合制御システムを備え、様々な独立型および双方向型の局所的、領域的、および大域的プロセスを含む場合がある。制御システムは、所望の初期および／または最終段階の結果に対する様々なプロセスを強化、あるいは最適化するように構成することができる。
【０３６９】
フロントトゥーバック制御スキームは、例えばＭＳＷのガス化に構成されたシステムにおいて、原料の一定のフィードバックを容易にするステップを含み、一方で、この種のシ
ステムに対する規制基準を満たす。このようなフロントトゥーバック制御スキームは、最適化して、例えばプロセスを起動または停止時に、または様々な異常または緊急事態を緩和するように、システムが、特に設計および／または実装されるか、またはより大きな制御システムの一部として設計される、という所与の結果を達成することができる。
【０３７０】
バックトゥーフロント制御スキームには、産生ガスの品質、または選択された下流側のアプリケーションの特徴、すなわち、下流側のガスエンジン９２６０を介した電気の生成の最適化を含むことができる。制御システムは、このような最終段階の結果を最適化するように構成することができ、一方で、初期段階の監視および調節を、このような基準を提供するときに、規制基準に従って、システムの適切かつ連続的な機能を確実にするために提供することができる。制御システムは、初期段階および最終段階の組み合わせとして、またはシステム１２０内のあらゆる地点からの流れの結果として最良に定義することができる、相補的な結果を提供するように構成することもできる。
【０３７１】
本実装では、制御システムは、ガス化プロセスの起動時にはフロントトゥーバック制御システムとして動作し、その後、初期起動時の摂動が十分に減衰したときに、バックトゥーフロント制御システムに進むように設計される。この特定の実施例では、原料を、選択された下流側のアプリケーションに好適なガスに、すなわち、電気を生成するためにガスエンジン９２６０が消費するのに好適なガスとして転換するために、制御システムを使用して、ガス化システム１２０を制御する。概して、制御システムは、システム１２０の様々な特徴を検知するための１つ以上の検知要素と、下流側のアプリケーションに好適な当該の値の所定の範囲内の検知した特徴を代表する特徴値の維持に寄与する、１つ以上のプロセス制御パラメータを計算するための１つ以上の計算プラットフォームと、これらのパラメータに従って、ガス化システム１２０のプロセスデバイスを動作させるための１つ以上の応答要素とを備える。
【０３７２】
例えば、１つ以上の検知要素を、プロセス中に様々な地点で合成ガスの特徴を検知するために、ガス化システム１２０全体に分散させることができる。これらの検知要素に通信で接続された１つ以上の計算プラットフォームは、検出した特徴を代表する特徴値にアクセスし、その特徴値を、選択した下流側のアプリケーションに好適なものとして産生ガスを特徴付けるように定義された所定の範囲内の当該の値と比較し、これらの所定の範囲内にこれらの特徴値を維持することに寄与する１つ以上のプロセス制御パラメータを計算するように構成することができる。１つ以上のデバイスおよび／またはプロセスに影響を及ぼし、それによって産生ガスの１つ以上の特徴を調整するように動作可能な、ガス化システムのモジュールに動作可能に接続された複数の反応要素は、１つ以上の計算したプロセス制御パラメータにアクセスするための１つ以上の計算プラットフォームに通信で接続することができ、また、それらに従って１つ以上のプロセスデバイスを動作させるように構成することができる。
【０３７３】
制御システムは、強化された初期段階結果、例えば投入原料の強化された、または一定の消費および変換速度を提供するように、または起動、停止、および／または緊急処置の一部として提供するように構成するか、あるいは、初期段階の利益と最終段階の利益との所定のバランスを達成して、例えば原料の変換を有効にして、選択された下流側のアプリケーションに好適な産生ガスを産生し、一方で、コンバータによる源流のスループットを最大化するように、ガス化システム１２０のプロセスを実装するように構成することもできる。別の、または更なるシステム強化には、これに限定されないが、システムのエネルギー消費を最適化して、例えば、システムのエネルギー的衝撃を最小化し、それによって、選択された下流側のアプリケーションを経たエネルギーの産生を最大化するステップか、または消費可能な産生ガス、化学化合物、残渣等のような、追加的な、または別の下流側の産物の産生を補助するためのステップが挙げられる。
【０３７４】
図６９は、本実施例に提供される高レベルプロセス制御概略図であり、制御すべきプロセスは、上述のガス化システム１２０によって提供される。図７０は、例示的な特徴およびそれに関連する検知要素を識別するように、図６９のシステム１２０および制御システムを代替的に描写したものである。上述のように、システム１２０は、１つ以上の原料（例、ＭＳＷおよびプラスチック類）を合成ガスおよび残渣産物に変換するための、本実施例ではガス化装置２２００およびＧＲＳ３２００を備えた、コンバータ１２００を備える。システム１２０は、合成ガスから熱を回復するのに寄与する、残渣コンディショニングシステム（ＲＣＳ）４２００と熱交換器５２００とをさらに備え、本実施例では、この回復させた熱を、コンバータ１２００内で使用される空気投入添加剤を加熱するために使用する。合成ガスをコンディショニング（例、冷却、精製、および／または清浄）するためのガスコンディショニングシステム（ＧＣＳ）６２００も提供され、調節システム７２００は、下流側で使用するための、合成ガスの少なくとも部分的な均質化に使用される。本願明細書に示されるように、残渣は、コンバータ１２００およびＧＣＳ６２００の両方からＲＣＳ４２００に提供することができ、その組み合わせは、コンディショニングされて固体産物（例、ガラス化スラグ４２０３）をもたらし、合成ガスは、コンディショニングされて、更なるコンディショニング、均質化、および下流側での使用のためにコンバータ合成ガスと組み合わせられる。
【０３７５】
図６９および図７０には、システム１２０に様々なレベルの制御を提供するように構成された、様々な検知および応答要素を示す。上述したように、特定の制御要素は、例えば、プロセスおよび／またはそのサブシステムの一部に影響を及ぼすために、局所的および／または領域的システム制御に使用することができ、それによって、システム全体の性能にはほとんど、または全く影響を及ぼさないようにすることができる。例えば、ＧＣＳ６２００は、コンディショニングおよび下流側での使用のための合成ガスの調製を提供することができ、一方で、その実装、および実装によって吸収される変動が、システム１２０の全般的な性能および出力産生性にはほとんど、または全く影響を及ぼさないようにすることができる。一方で、例えば、実質的にプロセスおよび／またはシステム１２０全体に影響を及ぼすために、特定の制御要素を、領域的および／または大域的システム制御に使用することができる。例えば、ＭＳＷ処理システム９２００および／またはプラスチック処理手段９２５０を経た原料投入の変動は、産生ガスに関して下流側に有意な影響を及ぼす、すなわち、組成物および／または流れの変化、およびコンバータ１２００内の局所的プロセスに影響を及ぼすことができる。同様に、添加剤投入速度の変動は、コンバータ１２００全体であろうと異なる部分に離散的であろうと、産生ガスに関して、すなわちガス組成物および流れに関して下流側に有意な影響を及ぼすこともできる。コンバータ１２００内の反応物質の移送順序、空気流分布調整、プラズマ熱源の動力変動、および他の当該の要素のような、他の制御動作も、産生ガスの特徴に影響を及ぼすことができ、したがって、そのような特徴の制御として使用するか、または他の手段によって補償して、下流側のアプリケーションへのそれらの衝撃を減じることができる。
【０３７６】
図６９および図７０には、本実施例で使用され、ガス化プロセスの様々な局所的、領域的、および大域的特徴を制御する、様々な検知および応答要素を示す。例えば、システム１２０は、プロセス全体にわたって様々な位置でプロセス温度を検知するための様々な温度検知要素を備える。図６９では、１つ以上の温度検知要素は、プラズマ熱源３２０８およびＲＣＳ４２００における残渣コンディショニングプロセスに関連して、コンバータ１２００内の温度変化をそれぞれ検知するように提供される。例えば、独立した検知要素（一般に、図６９の温度トランスミッタおよび表示制御８１０２によって識別される）は、ガス化装置２２００のステージ１、２、および３内で行われるプロセスに関連する、温度Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３を検知するように提供することができる（例、図７０を参照のこと）。更なる温度検知要素８１０４を使用して、ＧＳＲ３２００の改質プロセスに関連す
る、特にプラズマ熱源３２０８の出力動力に関連する温度Ｔ４を検知する（例、図７０を参照のこと）ことができる。本実施例では、温度検知要素８１０６は、ＲＣＣ４２２０（例えば図７０の温度Ｔ５）内の温度の検知も提供し、この温度は、少なくとも部分的に、プラズマ熱源４２３０の出力動力に関連付けられる。他の温度検知要素は、異なる局所的、領域的および／または、大域的プロセスに関与するように、コンバータ１２００の下流側の様々な地点で使用することもできる。例えば、温度検知要素は、熱交換器５２００とともに使用して、十分な熱伝達を確実にし、空気添加剤投入をコンバータ１２００に十分提供することができる。温度モニタをＧＣＳ６２００に関連付けて、それによってコンディショニングされたガスが、例えば所与のサブプロセスに対して高温になり過ぎないようにすることもできる。他のこのような実施例は、当業者に明らかである。
【０３７７】
システム１２０は、システム１２０全体にわたって動作可能に配置された、様々な圧力検知要素をさらに備える。例えば、圧力検知要素（図６９に、圧力トランスミッタおよびの表示制御８１１０として示す）は、コンバータ１２００（特にＧＲＳ３２００に関連付けたものとして図７０の実施例に示す）内の圧力を検知するように提供され、コンバータ１２００内の全圧力が大気圧以下に維持されるように、速度表示制御、可変周波数ドライブ、およびモータアセンブリ８１１３を経て、ブロワ６５００に動作可能に関連付けられ、この特定の実施例では、コンバータ１２００内の圧力は、一実施形態では、約２０Ｈｚの周波数で連続的に監視され、それに応じて調節される。別の実施形態では、ブロワは、動作要件に従って約２０Ｈｚ以上の周波数に維持され、２０Ｈｚ以下のブロワ速度が必要なときには、オーバーライド弁を一時的に使用することができる。圧力検知要素８１１２はまた、ＲＣＣ４２２０に動作可能に関連付けて提供され、残渣コンディショナガスをＲＣＣ４２２０からＧＣＳ６２００へ導く制御弁に動作可能に接続される。圧力検知要素８１１６は、熱交換器５２００への投入空気圧の監視にも提供され、同様に速度表示制御、変数周波数ドライブ、およびモータアセンブリ８１２０を経て、ブロワ５２１０に動作可能に接続される。圧力制御弁８１１５は、任意選択で、二次制御として提供され、合成ガスブロワ速度６２５０がブロワの最低動作周波数以下であるときに、システム内の圧力のオーバーライドおよび調整を行う。
【０３７８】
合成ガス調節システム（ＳＲＳ）７２００には別の圧力検知要素８１１４がさらに提供され、例えば起動中および／または緊急動作中の過剰な圧力により、フレアスタック９２９９を経て合成ガスを制御および／または緊急放出するための制御弁７５００に動作可能に接続される。例えば、ガスエンジン９２６０の連続的な動作を維持するように、不十分な合成ガスがＳＲＳ７２００へ提供されている場合、この圧力検知要素８１１４は、流量トランスミッタおよび制御表示８１２４を経て、さらに制御弁８１２２に動作可能に接続されて、コンバータ１２００へのプロセス添加剤の投入流速を増加させる。下記に詳述するように、これは、制御システムがバックトゥーフロント制御スキームに従って動作するときに特に関連する。図７０において、空気流検知要素８１２４および制御弁８１２２を使用して、ガス化装置２２００のステージ１、２、および３への添加剤空気流（それぞれ流量Ｆ１、Ｆ２およびＦ３で示す）、およびＧＲＳ３２００への添加剤空気流（流量Ｆ４で示す）を調節し、相対流量は、それぞれのプロセスステージにおいて、事前設定された温度範囲を実質的に維持するように定義された、事前設定された比率に従って設定される。例えば、Ｆ１：Ｆ２：Ｆ３：Ｆ４の比率を約３６：１８：６：４０として、相対温度Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３を、特に更なる原料の投入時に、それぞれ約３００乃至６００℃、５００乃至９００℃、および６００乃至１０００℃の範囲とするか、または任意選択で、それぞれ約５００乃至６００℃、７００乃至８００℃、および８００乃至９００℃の範囲として、下述するように、容量の増加による燃焼の増加を補償することができる。
【０３７９】
システム１２０は、システム１２０全体にわたって動作可能に配置された、様々な流量検知要素をさらに備える。例えば、上述のように、流量検知要素８１２４は、コンバータ
１２００への空気添加剤投入口に関連付けられ、例えば、検知要素８１１４によって検出されたＳＲＳ７２００内の圧力降下に応えて、この流量を調整するために制御弁８１２２に動作可能に接続される。流量検知要素８１２６は、ＳＲＳ７２００への合成ガスの流量の検出にも提供され、その要素で得られた値を使用して、流量の増加に対する高速応答としての空気添加剤投入速度の調整と、より長期的な安定性のために、それぞれＭＳＷおよび／またはプラスチック送給機構９２００および９２５０を経て、例えば現在定義されている空燃比（例、現在使用中の（ＭＳＷ＋プラスチック類）と（空気添加剤の総投入量）との比率）に従って、原料投入速度の調整との両方を行う。これも、下述するように、システムがバックトゥーフロント制御スキームに従って動作するときに特に有用である。本実施例では、空燃比は、概して約０乃至４ｋｇ／ｋｇであり、通常の動作中は概して約１．５ｋｇ／ｋｇである。流量検知要素８１２８は、下述するように、例えば起動、緊急、および／またはフロントトゥーバック制御動作中に、フレアスタック９２９９への過剰なガスの流量を監視するように提供することもできる。
【０３８０】
図６９および図７０は、合成ガスがＳＲＳ７２００に到達したときに該ガスの組成を分析するための外部ガスアナライザ８１３０も示し、制御システムは、該ガスの組成を分析して、合成ガスの燃料価および炭素含量の測定と、空燃比およびＭＳＷ対プラスチック類の比率それぞれの調整とを行い、それによって、ＭＳＷおよびプラスチック類のそれぞれの投入速度の調整に寄与する。同様に、この特徴は、下記に詳述するように、制御システムのバックトゥーフロント制御スキームの実装に特に有用である。
【０３８１】
図６９および図７０には示されていないが、ガス化装置２２００の例示的な一実施形態を参照して上述したように、様々な位置、すなわち段１、２および３において、ガス化装置２２００内の反応物質の高さを検出するように構成された、様々な検知要素を含む（２２１２，２２１４および２２１６）。これらの検知要素を使用して、ガス化装置２２００内の効果的な処理を強化するように、搬送用ラム２２２８、２２３０、および２２３２のような横方向移送の運動を制御することができる。このような実施例では、搬送用ラムの順序コントローラは、所望の原料投入速度の変化を、搬送用ラムの順序コントローラに通信する必要があるので、実際の原料投入速度の計算に影響を及ぼす。すなわち、搬送用ラムの順序コントローラを使用して、原料投入速度を調整することができ、搬送用ラムの順序コントローラと連通する制御システムを使用して、下流側のプロセスにおける搬送用ラムの順序の変化によって誘導される変動を補償する（例えば、反応物質の分布によって生じた問題に取り組む）ことができる。
【０３８２】
図７１は、本実施例の制御システムによって使用される様々な検知された特徴値、コントローラ類（例、応答要素）、および動作パラメータ、および原料の適切かつ効率的な処理の促進に寄与するそれらの間の相互作用を示す、制御フロー図である。図中、
コンバータ固体レベルの検出モジュール８２５０は、移送ユニット８２５４の運動を制御し、ＭＳＷ＋ＨＣＦの総供給量８２５６を協働的に制御するように構成された、移送ユニットコントローラ８２５２を協働的に制御するように構成される。
【０３８３】
合成ガス（産生ガス）の炭素含量検出モジュール８２５８（例えば、ガスアナライザ８１３０から得られる）は、ＭＳＷおよびＨＣＦそれぞれの送給量８２６４および８２６６をそれぞれ制御するためのＭＳＷ／ＨＣＦスプリッタ８２６２を協働的に制御するように構成された、ＭＳＷ対ＨＣＦの比率コントローラ８２６０に動作可能に連結される。
【０３８４】
合成ガス（産生ガス）の燃料価決定モジュール８２６８（例、ＬＨＶ＝ｃ１*［Ｈ2］＋ｃ２*［ＣＯ］、ここで、ｃ１およびｃ２は定数であり、［Ｈ2］および［ＣＯ］は合成ガスアナライザ８１３０によって得られる）は、ＭＳＷ／ＨＣＦスプリッタ８２６２および移送ユニットコントローラ８２５２に導かれる、ＭＳＷ＋ＨＣＦの総供給量８２５６を協
働的に制御するための空燃比コントローラ８２７０に動作可能に連結される。
【０３８５】
合成ガス流量検出モジュール８２７２は、総空気流８２７６を制御し、協働的にＭＳＷ＋ＨＣＦの総供給量８２５６を制御するための総空気流コントローラ８２７４に動作可能に連結される。
【０３８６】
プロセス温度検出モジュール８２７８は、空気流分布８２８２（例、図２８のＦ１、Ｆ２、Ｆ３、およびＦ４）および（例えば、ＰＨＳ１００２を経て）プラズマ熱８２８４を制御するための、温度コントローラ８２８０に動作可能に連結される。
【０３８７】
本構成では、下流側のアプリケーションの適切な範囲内、または産生ガスのエネルギー効率および／または消費の増加に寄与する範囲内の合成ガス組成物を得るように、ガス化システム１２０に投入する空気添加剤の量を決定するために、制御システムは、（例えば、合成ガスの［Ｈ2］および［ＣＯ］の分析によって）得られたＬＨＶの特徴値に基づいて、制御パラメータを計算するように構成することができる。例えば、温度および圧力を一定に設定するか、または所望の設定値に設定することによって、下記フォーマットの線形計算を使用して、空気投入パラメータを十分な精度で推定できるように、大域的システムパラメータを実験的に定義することができる。
［ＬＨＶ］＝ａ［Ａｉｒ］
ここで、ａは、特定のシステム設計および所望の出力特徴に対する実験定数である。この方法を用いることで、本実施例のシステム１２０は、規制基準を満たすように効率的かつ連続的に動作させることができ、一方で、プロセスの効率および一貫性を最適化できることが実証された。
【０３８８】
図７２は、わずかに変更した制御システム８０００の構成によって使用することができる、様々な検知された特徴値、コントローラ類（例、応答要素）、および動作パラメータ、および原料の適切かつ効率的な処理の促進に寄与するそれらの間の相互作用を示す、制御フロー図である。図中、
コンバータ固体レベルの検出モジュール８３５０は、移送ユニット８３５４の運動を制御し、ＭＳＷ＋ＨＣＦの総供給量８３５６を協働的に制御するように構成された、移送ユニットコントローラ８３５２を協働的に制御するように構成される。
【０３８９】
合成ガス（産生ガス）の炭素含量検出モジュール８３５８（例えば、ガスアナライザ８１３０から得られる）は、ＭＳＷおよびＨＣＦそれぞれの送給量８３６４および８３６６をそれぞれ制御するためのＭＳＷ／ＨＣＦスプリッタ８３６２を協働的に制御するように構成された、ＭＳＷ対ＨＣＦの比率コントローラ８３６０に動作可能に連結される。
【０３９０】
合成ガス（産生ガス）の［Ｈ2］含量検出モジュール８３６７（例えば、ガスアナライザ８１３０から得られる）は、移送ユニットコントローラ８３５２、ＭＳＷ／ＨＣＦスプリッタ８３６２、蒸気流量計算８３９０、および総空気流８３７６を協働的に制御するためのＭＳＷ＋ＨＣＦの総供給量８３５６を協働的に制御するための空燃比コントローラ８３７０に動作可能に連結される。
【０３９１】
合成ガス（産生ガス）の［ＣＯ］含量検出モジュール８３６９（例えば、ガスアナライザ８１３０から得られる）は、蒸気添加物速度８３９２を制御するための蒸気流量の計算８３９０を協働的に制御するための、燃料対蒸気の比率コントローラ８３７１に動作可能に連結される（注：蒸気添加物投入機構は、コンバータ１０００（図６９および図７０には示さず）に動作可能に連結され、空気添加物を保管して、合成ガスの化学組成物の精製に関与するように提供される）。
【０３９２】
合成ガス流量検出モジュール８３７２は、総空気流８３７６を制御し、協働的にＭＳＷ＋ＨＣＦの総供給量８３５６を制御するための総空気流コントローラ８３７４に動作可能に連結される。
【０３９３】
プロセス温度検出モジュール８３７８は、空気流分布８３８２およびプラズマ熱８３８４を制御するための、温度コントローラ８３８０に動作可能に連結される。
【０３９４】
本構成では、下流側のアプリケーションの適切な範囲内、または産生ガスのエネルギー効率および／または消費の増加に寄与する範囲内の合成ガス組成物を得るように、システム１２０に投入する空気添加剤および蒸気添加物の量を決定するために、制御システムは、［Ｈ2］および［ＣＯ］の得られた特徴値に基づいて、制御パラメータを計算するように構成することができる。例えば、温度および圧力を一定に設定するか、または所望の設定値に設定することによって、下記フォーマットの線形計算を使用して、空気および蒸気投入パラメータを十分な精度で推定できるように、大域的システムパラメータを実験的に定義することができる。
【０３９５】
【数２】
2009536260.tif 000009
【０３９６】
ここで、ａ、ｂ、ｃ、およびｄは、特定のシステム設計および所望の出力特徴に対する実験定数である。当業者は、線形のシステムに簡略化してあるが、上述の実施例は、更なる特徴値を含むように拡張することができ、それによって、更なる制御パラメータの線形計算を提供することができると理解されよう。より厳しい下流側のアプリケーションに対するプロセスの変動をさらに制限する必要があるときには、制御パラメータの計算を精緻化するために、高次計算を検討することもできる。しかし、上述の方法を用いることで、本実施例のシステム１２０は、規制基準を満たすように効率的かつ連続的に動作させることができ、一方で、プロセスの効率および一貫性を最適化できることが実証された。
【０３９７】
制御システムの様々なコントローラは、コントローラの一部または全てを順次に動作させることも可能であるが、概して、コントローラのそれぞれの値と並列して動作し、この値には、絶対値（例、総空気流）および相対値（例、送給対空気の比率）の両方を含むことができる。
【０３９８】
上述のように、フロントトゥーバックの（または供給側の要因による）制御方法は、システム１２０の起動動作中に、本実施例において使用され、コンバータ１２００は固定のＭＳＷ送給量で運転される。この制御システムを使用することで、ガス化システム１２０は、ガスエンジン９２６０およびフレアスタック９２９９のような下流側の機器によって、プロセスの変化を吸収させることができる。過剰な合成ガスの少量のバッファが産生され、したがって、小さな連続したフレアが使用される。この通常の量を越えたいかなる余分の合成ガス産生も、フレアに送ることができ、フレア量を増加させる。下述するように、合成ガス産生におけるあらゆる欠陥は、最初にバッファを使い込んでしまうことであり、最終的には、発生器の出力の低減（発生器は、調節可能な動力設定値によって５０乃至１００％の出力で動作する）か、または制御システムが実装すべき更なるシステム調整が必要となる場合がある。この制御スキームは、特に起動および試運転段階を修正することができる。
【０３９９】
このフロントトゥーバック制御スキームの主プロセス制御の目標は、ＨＣ７２３０内の圧力を安定させること、生成されている合成ガスの組成を安定させること、ガス化チャン
バ２２０２内の材料の堆積物の高さを制御すること、ガス化チャンバ２２０２内の温度を安定させること、改質チャンバ３２０２内の温度を制御すること、およびコンバータのプロセス圧力を制御することである。
【０４００】
ＧＥ／Ｊｅｎｂａｃｈｅｒガスエンジン９２６０を使用したときには、産生ガスの最小圧力は約１５０ｍｂａｒ（２．１８ｐｓｉｇ）であり、最大圧力は約２００ｍｂａｒ（２．９０ｐｓｉｇ）であり、燃料ガス圧力の許容される変動は約＋／−１０％（＋／−１７．５ｍｂａｒ、＋／−０．２５ｐｓｉ）であり、一方で、産生ガスの圧力変動の最高速度は約１０ｍｂａｒ／ｓ（０．１４５ｐｓｉ／ｓ）である。ガスエンジン９２６０は、供給圧力の小さな外乱を処理することができる入口調節器を有し、配管内のホールドアップおよびＨＣは、これらの変化を幾分弱めるように作用する。しかし、制御システムは、それでも高速に作用する制御ループを使用して、好適な圧力レベルを維持するように作用する。上述のように、この制御スキームにあるコンバータ１２００は、十分なＭＳＷ給送速度で運転されて、過剰な合成ガス産生の小さなバッファを生成し、連続的にフレアさせる。したがって、ＨＣ７２３０の圧力制御は、単純な圧力制御ループとなり、ＨＣ７２３０からフレアスタック９２９９へのライン内の圧力制御弁は、必要に応じてＨＣの圧力を好適な範囲内に維持するように調整される。
【０４０１】
制御システムは、概して、生成されている合成ガスの組成を安定させるように作用する。変化率が過剰でなければ、ガスエンジン９２６０を、広範囲の燃料価で動作させることができる。本実施例に関連する低位発熱量（ＬＨＶ）の許容可能な変化率は、３０秒あたりの合成ガスのＬＨＶにおいて１％未満の変動である。水素ベースの燃料の場合、燃料ガスは、単独で約１５％の水素で十分であり、ＬＨＶを５０ｂｔｕ／ｓｃｆ（１．８６ＭＪ／Ｎｍ３）にまで低くすることができる。システムの容量およびＨＣ７２３０は、約２分間分の合成ガス産生を提供することによって、ＬＨＶの変化率を安定させるのを補助する。
【０４０２】
この制御スキームでは、産生ガス組成物は、ＨＣ７２３０の入口、またはその近位に取り付けられたガスアナライザ８１３０によって測定することができる。この測定に基づいて、制御システムは、ガスの燃料価を安定させるために、空燃比を調整する（すなわち、ＭＳＷ供給量を、空気添加剤の投入空気に対してわずかに増加／減少させる）ことができる。空気追加に対してＭＳＷまたはプラスチックの送給を増加させることで、ガスの燃料価が増加する。しかし、この制御作用は、システム１２０の全実装に応じて比較的長い応答時間を有する場合があり、したがって、短期変動への反応というよりも、比較的長期のドリフトを防ぐように調整することができるものと理解されよう。
【０４０３】
プラスチックの供給は、それ自体でより高品位の燃料源（例えば、ＬＨＶがＭＳＷの約２倍）であるが、一般的には、ＭＳＷと約１：２０（０乃至１４％）の比率で添加され、したがって、本実施例によれば、システムに添加されている燃料に関しては支配的な作用物ではない。システム１２０に添加するプラスチック類が多すぎると不経済になり得るので、プラスチック類は、一次制御としてではなく、トリムとして使用される場合がある。概して、プラスチック類の送給は、総送給量と相関性があり、比率は、ガスアナライザ８１３０によって測定されるように、システム１２０を出る合成ガス内の総炭素量を安定させるように任意選択で調整される。したがって、これは、ＭＳＷ燃料価の変動の抑制に影響を及ぼすことができる。
【０４０４】
さらに、反応物質の堆積レベル制御システムを使用して、コンバータ１２００内部の堆積物の安定した高さの維持を補助することができる。安定したレベル制御は、低レベルにおいて生じ得る、プロセス空気の注入による材料の流動化を防ぎ、また、高レベルで生じ得る、制限的な空気流による堆積物全体の不十分な温度分布を防ぐことができる。安定し
たレベルを維持することで、一貫したコンバータの滞留時間の維持を助力することもできる。ガス化チャンバ２２０２内の一連のレベルスイッチを使用して、例えば堆積物の深さを測定することができる。本実施例のレベルスイッチには、これに限定されないが、コンバータの一端にエミッタを備え、他端に受信器を備えたマイクロ波デバイスを含み、その時点でコンバータ１２００内部に材料が有るかどうかを検出する。ガス化装置２２００内のインベントリは、概して、供給量と搬送用ラムの運動（例、搬送用ラムの運動）との関数であり、より少ない程度では、変換効率である。
【０４０５】
本実施例では、ステージ３の搬送用ラムは、固定ストローク長さでの移動によるコンバータのスループット、およびガス化装置２２００から残渣を排出する頻度を設定する。ステージ２の搬送用ラムは、必要な限り材料をステージ３へ押し出すように追従および移動し、ステージ３のステージ開始のレベルスイッチの状態を「フル」に変更する。ステージ１の搬送用ラムは、必要な限り材料をステージ２へ押し出すように追従および移動し、ステージ２のステージ開始のレベルスイッチの状態を「フル」に変更する。全ての搬送用ラムは、次いで同時に後退し、全体の順序が繰り返される前に、スケジュールされた遅延が実行される。更なる構成を使用して、連続したストローク長さの変化を、レベルスイッチによって要求される変化未満に制限して、搬送用ラム誘起の過剰な外乱を防止する。搬送用ラムは、コンバータの底部における過熱状態を防ぐために、かなり頻繁に移動させることができる。さらに、各ステージの端部まで完全伸長した搬送用ラムのストロークが時折生じるようにプログラムして、停滞した材料がステージの端部付近に積層および凝集しないようにすることができる。当業者には、本開示の全般的な範囲および本質から逸脱することなく、他の搬送用ラムの順序が、本願明細書において検討され得ることが明らかとなろう。
【０４０６】
本発明の一実施形態に従って、変換効率を最適化するために、材料は、可能な限り高温に維持される。温度の上限は、材料が融解して凝集（例えば、焼塊を形成）し始めないように設定されるが、これは、利用可能な表面積を減少させ、したがって変換効率を低下させ、凝集塊の周辺を迂回する堆積物内の空気流を生じさせ、温度問題を悪化させて凝集の形成を促進してしまい、搬送用ラムの通常の動作を妨げ、また潜在的に、残渣除去スクリュー２２０９の詰まりによってシステムの停止を生じさせる。堆積物を通じた温度分布を制御して、第２種の凝集が、この場合はプラスチック融液を形成しないようにして、残存する材料のバインダとしての役割を果たすように制御することもできる。
【０４０７】
一実施形態では、堆積物内の温度制御は、プロセス空気の所与のステージへの流れを変化させること（すなわち、事実上の燃焼）によって達成される。例えば、底部チャンバ内の各ステージに提供された処理空気流は、制御システムによって調整して、各ステージの温度を安定させることができる。余分の搬送用ラムストロークを用いた温度制御を用いて、ホットスポットを破壊することもできる。一実施形態では、各ステージの空気流を事前設定して、ステージ間の温度および温度比率を実質的に一定に維持する。例えば、総空気流の約３６％をステージ１に、約１８％をステージ２に、そして約６％をステージ３に導き、残り（例えば、総空気流の４０％）をＧＲＳに導くことができる。別様には、空気の投入比率を動的に変化させて、ガス化装置２２００および／またはＧＲＳ３２００の各ステージ内に生じる温度およびプロセスを調整することができる。
【０４０８】
プラズマ熱源動力（例、プラズマトーチ動力）を調整して、ＧＲＳ３２００（例、改質チャンバ出力）の出口温度を、約１０００℃の設計設定値に安定させることもできる。これを用いて、ガス化チャンバ２２０２内に形成されるタールおよび煤煙を完全に分解させるようにすることができる。改質チャンバ３２０２内にプロセス空気を追加することで、合成ガスの燃焼による熱エネルギーを放出することによって、熱付加の一部を負担することができる。それに応じて、制御システムは、プロセス空気の流速を調整して、トーチの
動力を良好な動作範囲に維持するように構成することができる。
【０４０９】
さらに、コンバータの圧力は、図６９の実施形態において、均質化サブシステムの投入部の近位に示された合成ガスブロワの６２５０の速度を調整することによって、安定させることができる。ブロワの最小限動作周波数を下回る速度では、二次制御が、代わりに再循環弁をオーバーライドおよび調整することができる。再循環弁が完全に閉じた状態に戻ると、一次制御が再係合する。概して、圧力センサ８１１０は、制御システムを経てブロワ６２５０に動作可能に連結され、例えば約２０Ｈｚの周波数でシステム内の圧力を監視し、システム圧力を所望の値の範囲内に維持するように該センサに動作可能に連結された、適切な応答要素８１１３を経てブロワ速度を調整するように構成される。
【０４１０】
残渣溶融動作は、コンバータ１２００の出口に直接接続された別個の容器（例、ＲＣＣ４２２０）内の連続的な動作においても行われる。残渣は、ガス化装置２２００の端部に取り付けられた鋸歯状のスクリューコンベア（残渣抽出スクリュー）等によってガス化チャンバ２２０２から除去され、例えば、一連のスクリューコンベアを経てＲＣＳ４２００の上部に送給される。バグハウスフィルタ６２３０からの小流を、例えば更なる処理のために、スクリューコンベアを経て残渣の本流に合流させることもできる。
【０４１１】
ＲＣＳ４２００は、上部に取り付けられた３００ｋＷのプラズマトーチ４２３０と、ガス処理スキッドを接続するプロセスガス出口４２２８と、融解スラグ出口４２２６とを備えた、小型の、耐火物で裏打ちされた残渣コンディショニングチャンバ（ＲＣＣ）４２２０である。ガス処理スキッドを出るガスは、主バグハウス６２３０への入口において、コンバータ１２００からの合成ガスの主流と合流するように導く、すなわち更なる処理のために導くことができる。本実施例では、残渣は、ＲＣＣ４２２０の上部に直接投下され、プラズマトーチプルーム４２３０と密に接触することによって融解される。融解スラグは、例えばＲＣＣ４２２０内部のＶ字形ノッチ堰４２２４によってせき止められる。追加的な残渣粒子は、ＲＣＣ４２２０内へ流れて融解すると、対応する量の融解材料が堰４２２４の外へ溢れて、スクリューコンベアと一体の水を満たしたクエンチタンク４２４０内に落下し、そこで凝固させて、ガラス状スラグの小片に粉砕して、貯蔵容器に運搬される。
【０４１２】
残渣処理の制御中は、プラズマトーチ４２３０の動力を必要に応じて制御して、融解動作に十分な温度に維持することができる。ＲＣＣ４２２０の温度計装（例、温度検知要素８１０６）には、例えば、表面に向けたときに表面温度を計測する２つの光学温度計（ＯＴ）と、融解プールの上のセラミック製サーモウェル内に取り付けられた３つの蒸気空間熱電対と、外側の金属シェルに取り付けられた５つの外部スキン取り付け型熱電対とを含むことができる。ＲＣＣ４２２０には、ＲＣＣ４２２０内部の処理圧力を測定するための圧力トランスミッタ（例、圧力検知要素８１１２）も含むことができる。
【０４１３】
本願明細書で検討される１つの融解温度制御方法は、２つの光学温度計によって観察されているデルタ温度の測定である。１つのＯＴは、トーチ４２３０の下の融解プールに向けられ、もう１つは堰４２２４の近くの融解プールに向けられる。堰４２２４の近くの温度が、トーチ４２３０の下の温度と比較して下がっている場合は、より多くのトーチ動力が加えられる。別の方法では、ＯＴを使用して直接温度を測定する。コントローラには、大部分のＭＳＷコンポーネントの融解温度を上回ることが既知である、１４００乃至１８００℃の範囲の設定値を入力する。次いで、この設定値を満たすように、必要に応じてトーチ動力を調整する。
【０４１４】
概して、レベルは直接測定されないが、ＯＴの温度および蒸気空間熱電対の両方によって推定される。温度が温度設定値よりも下がった場合、これは、材料が未融解であることを示しており、インターロックを使用して、一時的に残渣の供給量を下げるか、または最
後の手段としてＲＣＳ４２００を停止させる。材料の流速は、例えば、駆動モータの可変周波数駆動（ＶＦＤ）を介して、ＲＣＣ送給スクリューコンベアの速度を調整することによって制御することができる。供給量は、必要に応じて、プラズマトーチ４２３０の融解速度の能力の範囲内で、許容可能な温度制御を確実にして、未融解の材料によってＲＣＣ４２２０内のレベルが高くならないように調整することができる。概して、ガス化チャンバ２２０２内に、ステージ３を越えた残渣に対していくらかのせき止め容量を有することができるが、持続的な動作は、ＲＣＣ４２２０が、定常状態産生に対応する十分な融解容量を有するかどうかに依存する。
【０４１５】
ＲＣＣ４２２０内の圧力は、容器の蒸気空間に差し込まれた圧力トランスミッタ（例、要素８１１２）によって監視することができる。概して、ＲＣＣ４２２０の動作圧力は、いずれかの方向にスクリューコンベアを通るガスの流量（固体残渣粒子だけの流量）に対する駆動力が最小になるように、コンバータガス化チャンバ２２０２の動作圧力に幾分対応させる。制御弁８１３４は、下流側の真空発生器（合成ガスブロワ）によって除去されているガスの流量を制限することができる、ガス出口ライン内に提供される。ＤＣＳ  ＰＩＤコントローラは、所望の動作圧力の達成に必要な弁位置を計算する。
【０４１６】
システム１２０の後部のガスエンジン９２６０が処理を推進する場合には、起動段階を越えて、バックトゥーフロント制御、すなわち要求主導の制御を用いることができる。ガスエンジン９２６０は、燃料ガス（すなわち産生ガス）のエネルギー含量および生成されている電力に応じて、特定の１時間あたりの容量の燃料を消費する。したがって、この制御システムの高レベルの目標は、十分なＭＳＷ／プラスチック送給がシステム１２０に入り、常に全動力で発生器を運転するのに十分なエネルギー含量の合成ガスに転換され、一方で、合成ガスのフレアが減じられるか、または排除されるように、合成ガスの産生を合成ガスの消費に十分に対応させて、ＭＳＷの消費１トンあたりに産生される電力を高める、好ましくは最適化させることである。
【０４１７】
概して、上述のフロントトゥーバック制御スキームは、バックトゥーフロント制御スキームのサブセットを備える。例えば、全てではないが、上述のスキームに記載されたプロセス制御の大部分が保持されるが、制御システムは、さらに精緻化されて、合成ガスのフレアを減じ、一方で、ＭＳＷまたは他の当該の原料の消費１トンあたりに産生される電力を高める。プロセスの制御を高め、下流側のアプリケーションに対するプロセスの効率および効用を向上させるために、産生されている合成ガスの流量は、ガスエンジン９２６０によって消費されている燃料に実質的に対応し、したがって、フレアを減じるか、またはシステム１２０による過剰な産生ガスの処分を減じ、また不十分なガス産生の可能性を減じて、下流側のアプリケーションの動作を維持する。したがって、概念的には、制御システムは、下流側のアプリケーション（例、ガスエンジン／発生器）がプロセスを推進するように実装された、バックトゥーフロント制御（すなわち要求主導の制御）となる。
【０４１８】
概して、短期的にコンバータ１２００からの合成ガス流量を安定させるために、コンバータ１２００への空気添加剤投入流量を調整して、ガス流量の変動に迅速に対応させることができるが、この変動は、概して、原料の品質の変動（例えば、原料の湿度および／または発熱量の変動）に起因する。概して、空気流の調整によって誘起される影響は、概して音速でシステム内を伝搬する。これに反して、ＭＳＷおよび／またはプラスチック供給量の調整もシステムの出力（例、合成ガス流量）、コンバータ１２００内で比較的長い滞留時間を有する原料（例、この特定の実施例の場合、最高４５分以上）に大きな影響を及ぼす場合があるが、このような調整に関連するシステム応答時間は、概して、１０乃至１５分の範囲であり、短期的には、不要な動作条件（例えば、フレアの生じた過剰なガス、最適な動作に対する不十分なガスの供給、連続的な動作に対する不十分なガスの供給）を避けるように、適時の様式で産生ガスに影響を及ぼすには不十分である。それでも空気流
の増加より遅い応答を有するが、ＭＳＷの水分は、約２乃至３分で蒸気を産生することができるので、ＭＳＷの供給量の増加は、プラスチック供給量の増加よりも速く応答することになり得る。
【０４１９】
それに応じて、総空気流を調整することで、概して、制御圧力に最高速の可能な作用を提供し、それによって、下流側のアプリケーションに対する投入流量の要件を満たす。さらに、コンバータ１２００内の材料のインベントリが大きいので、より多くの空気、または他の当該の添加物をチャンバ底部に加えても、必ずしも比例的にガスを希釈するわけではない。追加的な空気が堆積物をさらに透過して、材料とより高く反応させる。これとは逆に、空気の添加をより少なくすると、ガスは直ちに富化するが、結局は、温度を低下させ、反応速度／合成ガス流量を低下させる。
【０４２０】
したがって、総空気流は、概して、図７１に示されるような材料供給量（ＭＳＷ＋プラスチック）に比率化され、それによって、添加剤投入の増加が原料投入量の増加を生じさせる。それに応じて、制御システムは、増加した空気の影響が直ちにわかるように調整され、それによって、追加的な送給の影響が最終的に観察されて、合成ガス流量を安定させる長期的な解決策が提供される。生成器の動力出力の一時的な低下も、ＭＳＷ／プラスチック類の供給量を増加させてから合成ガス流量の増加が見られるまでの間の不動作時間の橋渡しをする、システム力学に基づいて検討することができるが、しかしこれは、特異な原料の状態に直面しない限りは不要または除外することができる。下流側のアプリケーションに対する好適なガスの特徴を維持するための、空気流の調整（最速に作用する制御ループ）、および空燃比および総燃料比（どちらも長期的な応答）の調整が、本実施例では好適であるが、ＭＳＷ対プラスチック類の供給比率の制御は不要であるが、この制御は、長期的な変動を平滑にするのを助力するために用いられる追加的な制御として作用し得る。
【０４２１】
本実施例では、ＭＳＷの水分の変動は、概ね０乃至８０％であり、発熱量の変動は、約３，０００乃至３３，０００ｋＪ／ｋｇであり、ＨＣは、２分間の滞留時間、および概して約２１０ｍｂａｒの圧力を有する。約＋／−６０ｍｂａｒの変動は、エンジンに対する約１５０ｍｂａｒの最小供給圧力を超えずに生じ得る。制御システムが無ければ、圧力は最高で約１０００ｍｂａｒまで変動し得るので、長期的な流量の変動は、必要に応じて、一定の付加でガスエンジン９２６０を運転するために、制御システムによって最高で４倍（すなわち７５％）まで能動的に減じられる。さらに、コンバータのガスの圧力変動は、制御システムが無ければ約２５ｍｂａｒ／ｓに到達する可能性があり、これは、本実施例のエンジンの最高約１０ｍｂａｒ／ｓの約２．５倍（すなわち６０％）である。したがって、本発明の制御システムは、短期的なプロセスの変動性を少なくとも２．５倍（６０％）低減させ、長期的なプロセスの変動性を約４倍（７５％）低減させることができる。本実施例におけるＨＣ７２３０の使用は、短期変動の低減を助力することができる。
【０４２２】
したがって、先述の結果を考慮して、下流側のアプリケーションに寄与する、実質的に安定した特徴を有するガスを生成するために、実質的に不均質な特徴および／または組成の原料を、効果的に変換するために、本発明の制御システムが使用可能であることが、十分に理解されるであろう。したがって、本制御システムにより制御される、ガス化システムの特定の構成に応じて、例えば、長期のプロセス変動性を少なくとも４倍削減する、本システムの連続的および／またはリアルタイム制御を介して、原料特徴の揺らぎを弱めることができる。代替の実施形態では、長期のプロセス変動性を約３倍削減するために、本システムの連続的および／またはリアルタイム制御を介して、原料特徴の揺らぎを弱めることができる。代替の実施形態では、長期のプロセス変動性を約２倍削減するために、本システムの連続的および／またはリアルタイム制御を介して、原料特徴の揺らぎを弱めることができる。
［実施例２］
本実施例では、実施例１に図示されるもの等、ガス化システムに対して代替制御スキームが図示される。本代替制御スキームは図７３に図示され、図７１に図示される制御スキームの変形であり、合成ガス流量検出モジュールの代わりに、合成ガス圧力検出モジュールが使用される。
［実施例３］
本実施例では、実施例１に図示されるもの等、ガス化システムに対して代替制御スキームが図示される。図７４は、本実施例の制御システム８０００により使用される、様々な検知された特徴値、コントローラ（例えば、応答要素）、および動作パラメータ、ならびに原料の適切かつ効率的な処理の促進に寄与する、それらの間の相互関係を描写する、代替制御フロー図を提供する。本実施例では、
コンバータ固体レベルの検出モジュール８５５０は、移送ユニット８５５４の運動を制御し、ＭＳＷ＋ＨＣＦの総送給量８５５６を協働的に制御するように構成された、移送ユニットコントローラ８５５２を協働的に制御するように構成される。
【０４２３】
合成ガス（産生ガス）の炭素含有量検出モジュール８５５８（例えば、ガスアナライザから得られる）は、ＭＳＷ／ＨＣＦスプリッタ８５６２（ＭＳＷおよびＨＣＦそれぞれの送給量８５６４および８５６６をそれぞれ制御するため）を制御するための総合ＭＳＷ＋ＨＣＦ送給量８５５６を協働的に制御するように構成された、ＭＳＷ対ＨＣＦの比率コントローラ８５６０に動作可能に連結され、移送ユニットコントローラ８５５２、および総空気流コントローラ８５７４の両方を協働的に制御する。
【０４２４】
合成ガス（産生ガス）流動値検出モジュール８５７２は、総空気流コントローラ８５７４、およびＭＳＷ＋ＨＣＦの総送給量８５５６の両方を協働的に制御するために、全送給コントローラ８５９６に動作可能に連結される。
【０４２５】
合成ガス（産生ガス）の燃料値決定モジュール８５６８（例えば、ＬＨＶ＝ｃ１*［Ｈ2］＋ｃ２*［ＣＯ］、ここで、ｃ１およびｃ２は定数であり、［Ｈ2］および［ＣＯ］は合成ガスアナライザから得られる）は、総空気流８５６６、およびＭＳＷ＋ＨＣＦの総送給量８５５６を制御するための、総空気流コントローラ８５７４を協働的に制御するための、空燃比コントローラ８５７０に動作可能に連結される。
【０４２６】
プロセス温度検出モジュール８５７８は、空気流分配８５８２およびプラズマ熱８５８４を制御するための、温度コントローラ８５８０に動作可能に連結される。
［実施例４］
本実施例では、実施例１に図示されるもの等、ガス化システムに対して代替制御スキームが図示される。図７５は、制御システム８０００の若干修正された構成により使用することができる、様々な検知された特徴値、コントローラ（例えば、応答要素）、および動作パラメータ、ならびに原料の適切かつ効率的な処理の促進に寄与する、それらの間の相互関係を描写する、代替制御フロー図を提供する。本構成では、
コンバータ固体レベルの検出モジュール８６５０は、移送ユニット８６５４の運動を制御し、ＭＳＷ＋ＨＣＦの総送給量８６５６を協働的に制御するように構成された、移送ユニットコントローラ８６５２を協働的に制御するように構成される。
【０４２７】
合成ガス（産生ガス）の炭素含有量検出モジュール８６５８（例えば、ガスアナライザから得られる）は、ＭＳＷおよびＨＣＦそれぞれの送給量８６６４および８６６６をそれぞれ制御するための、ＭＳＷ／ＨＣＦスプリッタ８６６２を協働的に制御するように構成された、ＭＳＷ対ＨＣＦの比率コントローラ８６６０に動作可能に連結される。
【０４２８】
合成ガス（産生ガス）の［Ｈ2］含有量検出モジュール８６６７（例えば、ガスアナラ
イザから得られる）は、ＭＳＷ＋ＨＣＦの総送給量８６５６を協働的に制御するための、空燃比コントローラ８６７０を協働的に制御するように構成される。
【０４２９】
合成ガス（産生ガス）の不透明度検出モジュール８６９８は、空燃比コントローラ８６７０、および燃料対蒸気の比率コントローラ８６７１の両方を、協働的に制御するためのものである。
【０４３０】
合成ガス（産生ガス）の［ＣＯ］含有量検出モジュール８６６９（例えば、ガスアナライザから得られる）は、蒸気添加速度８６９２を制御するための、蒸気流量計算８６９０を協働的に制御するための、燃料対蒸気の比率コントローラ８６７１を協働的に制御するように構成される。
【０４３１】
合成ガス流量検出モジュール８６７２は、
総空気流８６７６を協働的に制御し、ＭＳＷ＋ＨＣＦの総送給量８６５６を協働的に制御するための、総空気流コントローラ８６７４に動作可能に連結される。
【０４３２】
プロセス温度検出モジュール８６７８は、空気流分配８６８２およびプラズマ熱８６８４を制御するための、温度コントローラ８６８０に動作可能に連結される。
［実施例５］
図１７および図１８は、炭素質原料のガスへの変換を制御するために、制御システムを使用することができる方法のさらなる実施例を提供する。本実施例では、水は添加剤投入として蒸気に予熱され、酸素は空気添加剤投入として予熱され、炭素質原料は、変換のためのコンバータ内への送給のために、予熱される。コンバータの出力において、産生ガスの流速、温度、および組成が、１つ以上の検知要素を使用して検知される。
【０４３３】
図１８に示すように、検知されたガス流速、％ＣＯおよび％ＣＯ2は、産生ガスの炭素含有量を評価し、それにより原料送給量を調整するために使用される。検知された％ＣＯおよび％ＣＯ2は、望ましいガス組成を達成するために、新たなＯ2および蒸気投入速度を評価するために、検知された％Ｈ2と同様に、さらに使用される。最後に、検知されたガス温度は、必要であればプラズマ熱源を調整するために使用される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１Ａ】
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【図５１Ｂ】
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【図５１Ｃ】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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