(57)【要約】ガス化反応による投入ガスを改質ガスに改質する方法および装置について説明する。より具体的には、ガス改質チャンバと、１つ以上のプラズマトーチと、１つ以上の酸素源投入部と、制御システムとを有するガス改質システムを供給することにより、ガス化反応による投入ガスを所望する組成のガスに変換することを可能とする。
2009536258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化反応からの投入ガスを定義された化学組成の改質ガスに改質するシステムであって、
（ａ） 第１の末端と第２の末端とを有する耐熱性の円筒チャンバであって、チャンバの第１の末端またはその近くに配設された、投入ガスを受け取るための投入部と、
チャンバの第２の末端またはその近くに配設された、改質ガスを放出するための改質ガス出力部と、
チャンバと流体連通状態にある１つ以上の酸素源投入部とを有する、前記円筒チャンバと、
（ｂ） 前記チャンバを加熱し、これにより投入ガスが改質ガスに変換される、１つ以上のプラズマトーチと、を含む、システム。
【請求項２】
１つ以上の酸素源は、１つ以上の酸素投入部、または１つ以上の蒸気投入部である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
酸素投入部および蒸気投入部は、前記チャンバと流体連通状態にある耐トーチ熱噴霧ノズルを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
出力ガスの内容を分析し、流量を測定するセンサと、センサからデータを受け取り、酸素および蒸気の注入を制御するプロセス制御器とをさらに含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
ガス化反応からの投入ガスを改質ガスに改質する方法であって、
（ａ） 耐熱性のチャンバの入口に投入ガスを供給するステップと、
（ｂ） 酸素源をチャンバ内に注入するステップと、
（ｃ） チャンバを１つ以上のプラズマトーチでトーチ加熱し、これにより改質ガスを産生するステップと、
（ｄ） チャンバから改質ガスを取り出すステップとを含む、方法。
【請求項６】
投入ガスを予混合するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
改質ガスの内容を分析するステップと、分析ステップに基づいて酸素および／または蒸気の注入を制御するステップとをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
酸素源は、空気、酸素富化空気、および酸素からなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
原料を改質ガスに変換する変換器であって、変換器はガス改質システムと気体連通状態にある水平に配向されたガス化装置を含み、水平に配向されたガス化装置は、
１つ以上の原料投入部、１つ以上のガス出口および灰出口を有する、水平に配向されたガス化チャンバと、
チャンバ加熱システムと、
処理中に前記ガス化チャンバ内において材料を移動させるための１つ以上の横方向移送ユニットと、
前記１つ以上の横方向移送ユニットの動きを制御する制御システムとを含み、
ガス改質システムは、
第１の末端および第２の末端を有する、耐熱性の円筒チャンバを含み、円筒チャンバは、
円筒チャンバの第１の末端またはその近くに配設された、ガス化装置の１つ以上のガス出口からガスを受け取るための投入部と、
チャンバの第２の末端またはその近くに配設された、改質ガスを放出するための出力部と、
円筒チャンバと流体連通状態にある１つ以上の酸素源投入部と、
円筒チャンバを加熱する１つ以上のプラズマトーチとを含み、
円筒チャンバに入る、原料のガス化によるガスは、前記１つ以上の酸素源と混合され、１つ以上のプラズマトーチによって加熱され、これにより改質ガスを産生する、変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素質原料のガス化の分野に関する。特に、プラズマトーチ熱を使用したガス精製システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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するための基本原材料として、使用され得る。
ガスの考えられる使用法として、内部処理および／もしく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；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、興味深い一次ガス化産物はＨ２およびＣＯである。
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。
【０００４】
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。
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。
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である灰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。
【０００５】
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。
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。
【０００６】
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。
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がある種類のガス等、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。
【０００７】
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を与える。バルク相において、プラズマは電気的に中性である。
【０００８】
いくつかのガス化システムでは、その他の投入物もしくは反応物の追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、高温でガス化プロセスを駆動する、および／またはオフガス／合成ガスを精製するために、プラズマ熱を用いる。ガス状分子がプラズマ熱と接触した際、それらは、その構成原子に解離する。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、その他は類似原子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、すべ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。
【０００９】
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。すべ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プラズマ技術を配設されてもよいし（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配設されてもよいし（高温精製を伴う低温ガス化）、その何らかの組み合わせであってもよい。
【００１０】
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。
【００１１】
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種々の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、種々の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。
【００１２】
米国特許番号第６，８１０，８２１号には、二酸化炭素と酸素の混合物を含み、窒素を含まない作動ガスを用いたプラズマトーチを使用して廃棄物処理システムのガス副生成物を処理する装置および方法が記載されている。窒素の除外は、空気プラズマ作動ガス中における酸素との、および高温の槽／反応器内における炭化水素との窒素の反応によって生成される窒素酸化物やシアン化水素の形成を防ぐためである。
米国特許番号第５，７８５，９２３号には、揮発性材料を破壊するためのプラズマトーチ等の投入ガストーチ加熱器を有する投入ガス受取チャンバを含む連続供給材料溶解の装置が記載されている。
【００１３】
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。
【００１４】
発明の要約
本発明は、プラズマトーチ熱を使用するガス精製システムの供給を目的とする。本発明の一側面によれば、第１の末端と第２の末端とを有する耐熱性の円筒チャンバであって、このチャンバの第１の末端またはその近くに配設された、投入ガスを受け取るための投入部と、このチャンバの第２の末端またはその近くに配設された、改質ガスを放出するための改質ガス出力部と、このチャンバと流体連通状態にある１つ以上の酸素源投入部とを有する、チャンバと、このチャンバを熱し、これにより投入ガスが改質ガスに変換される、１つ以上のプラズマトーチを含む、ガス化反応による投入ガスを定義された化学組成の改質ガスに改質するシステムが提供される。
【００１５】
本発明の別の側面によれば、耐熱性のチャンバの入口に投入ガスを送るステップと、酸素源をこのチャンバ内に注入するステップと、このチャンバを１つ以上のプラズマトーチでトーチ加熱し、これにより改質ガスを産生するステップと、を含む、ガス化反応からの投入ガスを改質ガスに改質する方法が提供される。
本発明は、炭素質原料のガス化に由来する投入ガスを、定義された化学組成の改質ガスに改質するガス改質システムを提供する。特に、このガス改質システムはプラズマトーチからのトーチ熱を使用してガス状分子を分離し、これによりエネルギー発生等の下流のアプリケーションに有用な、より小型の分子への再結合を可能にする。このシステムはまた、ガス混合手段、プロセス添加剤手段、および１つ以上のセンサ、１つ以上のプロセスエフェクタおよび改質反応を監視および／または規制するコンピューティング手段を持つ制御システムを含んでもよい。
【００１６】
発明の詳細な説明
別様に定義されない限り、本願において使用されるすべての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野における当業者によって広く理解されるものと同一の意味を有する。
本願において、「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／もしくは材料の温度、圧力、流量、組成、ならびに／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。
【００１７】
本願において、「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、かつ／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、かつ／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、種々のガスブロワおよび／またはその他のそのようなガス循環デバイス、種々のガス流量および／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。
【００１８】
システムの概要
図１を参照すると、本発明は１つ以上の投入ガス入口３００４、１つ以上の改質ガス出口３００６、１つ以上のプラズマトーチ３００８、１つ以上の酸素源投入部３０１０および制御システムを有するガス改質チャンバ３００２を含むガス改質システム（ＧＲＳ）３０００を提供する。
本発明は、例えば、一酸化炭素、水素、軽質炭化水素、ならびに二酸化炭素および炭素質原料のガス化中に産出される煤やカーボンブラック等の汚染粒子状物質を含みうる揮発性分子を含む原投入ガスを変換するためのＧＲＳを提供する。このＧＲＳは、プロセスを含み、制御するための密閉環境を提供する。これは、プラズマトーチ熱を使用して揮発性分子をその構成要素に分離し、次に定義された化学組成の改質ガスとして再結合する。空気および／または酸素ならびに任意に蒸気等のプロセス添加剤が、再結合に必要な分子種を提供するために使用される。また不必要な物質を分解してＨ２やＣＯ等のより小さな分子に変換することによって、プラズマトーチ熱は、とりわけパラフィン、タール、塩素化合物等の不必要な物質を除去する。ＧＲＳはさらにプロセスを規制する制御システムを含み、これによりプロセスは最適化される。
ＧＲＳは、比例してより小さい分子および下流の事柄にとって望ましい組成を含む化学構造によって、ガス化反応からの投入ガスを定義された組成に変換することができるように設計される。
【００１９】
ガス改質システム（ＧＲＳ）
図１を参照すると、ＧＲＳ３０００は、１つ以上の投入ガス入口３００４、１つ以上の改質ガス出口３００６、１つ以上のプラズマトーチ３００８、１つ以上の酸素源投入部３０１０および制御システムを有するガス改質チャンバ３００２を含む。
ＧＲＳの下流には、ガス改質チャンバの圧力を所望の圧力、例えば約０〜−５ｍｂａｒに保つため、ガス改質チャンバと気体連通状態にある誘導ブロワが供給されてもよい。
【００２０】
図２を参照すると、一実施形態において、ＧＲＳ３０００は、ガス改質チャンバ３００２がガス化装置２０００と気体連通状態にあるように、ガス化装置２０００に直接取り付けられるように設計される。したがって、ガス改質チャンバ３００２はガス化装置２０００から投入ガスを直接受け取る。かかる実施形態において、ＧＲＳ３０００はさらに、ガス改質チャンバ３００２をガス化装置２０００に取り付けるために、取り付けフランジ３０１４またはコネクタを含んでもよい。整備または修理を容易にするために、必要であればＧＲＳ３０００を取り除くことができるように、ＧＲＳ３０００は任意にガス化装置２０００に可逆的に取り付けられてもよい。
一実施形態において、図３によって実証されるように、ＧＲＳ３０００は、投入ガスを配管３００９または適切な導管を介して１つ以上の貯蔵タンクまたは１つ以上のガス化装置２０００から受け取るスタンドアロン型のユニットである。かかるスタンドアロン型のユニットにおいて、ＧＲＳはさらに適切な支柱構造を含んでもよい。
【００２１】
ガス改質チャンバ
図１〜４を参照すると、ガス改質チャンバ３００２は、１つ以上の投入ガス入口３００４、１つ以上の改質ガス出口３００６、加熱器３０１６用の１つ以上のポートおよび酸素源投入部用の１つ以上のポートを有する。
投入ガスは、チャンバ３００２内の１つ以上の投入ガス入口３００４を通ってプラズマトーチで加熱されたガス改質チャンバ３００２に入り、ガス混合器３０１２によって任意に混和される。１つ以上の投入部３０１０が提供され、これを通して酸素源がガス改質チャンバ３００２内に注入される。１つ以上の改質ガス出口３００６は、改質ガスがＧＲＳ３０００を出、例えばさらなる精製や貯蔵設備における貯蔵等の下流のプロセスに送られるようにする。
【００２２】
設計目標
ガス改質チャンバ３００２は、投入ガスが改質反応を起こし、改質したガスが生じるのに必要な滞留時間に適応するために十分な内部体積を有するチャンバである。
したがって、ガス改質チャンバを設計する際には、必要なガス滞留時間が考慮され得る。ガス滞留時間は、ガス改質チャンバの体積および幾何学的形状、ガス流速、ガスが走行する距離、ならびに／またはチャンバを通るガスの経路（すなわち、直線形通路または渦巻き状、サイクロン状、らせん状、またはその他の非直線形経路）の関数である。したがって、ガス改質チャンバは、チャンバを通るガスの流動力学が十分なガス滞留時間を可能にするような様式で、形状決定およびサイズ決定されなくてはならない。ガス滞留時間は、ガス改質チャンバを通るガスの旋回流を促進する空気ジェットの使用によって修正され得るため、ガスの通路は線形ではなく、したがって、より長い滞留時間を有する。
一実施形態において、ガス滞留時間は約０．５〜約２．０秒である。一実施形態において、ガス滞留時間は約０．７５〜約１．５秒である。さらなる実施形態において、ガス滞留時間は約１〜約１．２５秒である。またさらなる実施形態において、ガス滞留時間は約１．２秒である。
ガス改質チャンバの特定の設計が、プロセス投入の適正な混合および適正な条件の成立を容易にし、必要な化学的改質が起こるように、ＧＲＳの流れモデルを実施してもよい。
【００２３】
形状および配向
ガス改質チャンバ３００２は、投入ガスの、改質ガスへの十分な化学的改質ができるために適切な滞留時間を可能にする限り、いかなる形状であってもよい。ガス改質チャンバ３００２は、適切な投入ガスの混合を生じ、望ましい滞留時間が維持される限り、種々の位置に設置されてもよい。
ガス改質チャンバは、略垂直に、略水平に、または角度を付けて配向されてもよく、約２：１〜約６：１の範囲をとる広範な長さと直径の比を有し得る。一実施形態において、ガス改質チャンバ３００２の長さと直径の比は、３：１である
一実施形態において、ガス改質チャンバ３００２は、第１の（上流）端および第２の（下流）端を含む直線の管形またはベンチュリ形の構造であり、略垂直位にまたは略水平位に配向される。
一実施形態において、ガス改質チャンバ３００２は、略水平位にまたは略垂直位に配設され、投入ガス中の炭化水素有機化合物の分解を完了するよう、十分なガス滞留時間があるように設計された体積、およびガス速度が最適範囲内であるように設計された長さと径の比を有する。
【００２４】
一実施形態において、ＧＲＳ３２０２はガス化装置に取り付けられるように構成される図５に示すとおり、ガス改質チャンバ３２０２は、ガス化装置２０００およびチャンバの上部（下流）端または隣接する１つの改質ガス出口３２０６と直接気体連通状態にあるように開口下部（上流）端３２０４を有する、直線の、略垂直の、耐熱性の密封円柱構造である。円筒チャンバは、耐熱性の円柱の上部（下流）端を耐熱性の蓋３２０３で密封することにより形成される。整備または修理を容易にするために、この蓋は取り外し可能に円柱を密閉する。
ガス改質チャンバの壁は、耐熱性材料で覆われてもよく、および／または冷却および／または蒸気の発生または使用可能なトーチ熱の回収のためにウォータージャケットにガス改質チャンバを封入してもよい。
ガス改質チャンバは、熱回収のための冷却機構に加え、複数の壁を有してもよく、ガス改質システムもまた、高圧／高温の蒸気生成、またはその他の熱回収能力のために、熱交換器を含んでもよい。
【００２５】
任意に、ガス改質チャンバは、垂直にまたは水平に配向されることができる、１つ以上のチャンバを含むことができ、ガスの逆混合および乱流を促進するためのバッフル等の内部コンポーネントを有することができる。
ガス改質チャンバは、固体の粒子状物質用のコレクタを任意に有してもよく、これは集められて任意にガス化装置に送られ、さらなる処理がされるか、または固形残渣調整チャンバ等のガス化システムの固形残渣コンパートメントに送られ、さらなる処理がされる。
固体の粒子状物質のコレクタは当業者に周知であり、遠心分離機、慣性衝突バッフル、フィルタ等を含むがこれに限定されない。
ＧＲＳがガス化装置に直接取り付けられている実施形態において、形成された微粒子は部分的に直接ガス化装置に戻りうるため、追加的な固形粒子コレクタは必ずしも必要でない。
ＧＲＳ３０００を出る改質ガスの温度は、約４００℃〜１０００℃以上の範囲となる。温度は、熱の回収および改質ガスの冷却に使用される下流熱交換システムによって任意に下げられてもよい。下流のアプリケーションまたはコンポーネントによって必要であれば、改質ガスの出口温度は、冷却された改質ガスおよび新規に産出した改質ガスが混合するように、冷却された改質ガスをガス改質チャンバ３００２の上部で再循環させることにより下げられてもよい。ガス改質チャンバ３００２は、したがって、冷却された改質ガスを新規に形成された高温の改質ガスの中に注入するために、チャンバの下流端に隣接した入口を任意に含むことができる。
【００２６】
材料
ガス改質チャンバは概して、必要なガス滞留時間のための適合する量のガスを留めることができる大きさの内部体積を持つか、または高温に耐えられるように別様に製造された、耐熱性のチャンバである。
高温（例えば、約１２００℃以下）の非加熱型チャンバにおける使用に適した従来の耐熱性材料は当業者に周知である。適した耐熱性材料の例として、高温焼成セラミック、すなわち酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム窒化ホウ素、リン酸ジルコニウム、ガラスセラミック、および主にシリカ、アルミナ、クロミア、チタニアを含む高アルミナ質耐火れんが、セラミックブランケットおよび耐火断熱れんがを含むがこれに限定されない。より頑強な耐熱性材料が必要な場合、Ｄｉｄｉｅｒ  Ｄｉｄｏｆｌｏ  ８９ＣＲおよびＲａｄｅｘ  Ｃｏｍｐａｃｆｌｏ  Ｖ２５３等の材料が使用されてもよい。
【００２７】
一実施形態において、耐火物は、内部がガス改質チャンバ内に存在する高温、浸食および腐食に耐える高密度層である多層設計であることができる。高密度材料の外側は、耐性はそれより低いが、より高い断熱因子を持つ低密度材料である。任意に、この層の外側は、ガス改質チャンバ内に存在しうる腐食環境に曝露されることがないために使用されることのできる、非常に高い断熱因子を持つ非常に低密度の発泡板材料である。この多層設計はさらに任意に、発泡板と、セラミックブランケット材料である槽の外郭構造との間に、固形の耐火物と外郭構造との間の差分膨張を許容する柔軟層を提供するために、外層を含むことができる。多層耐火物において使用される適切な材料は、当業者に周知である。
一実施形態において、多層耐火物はさらに、耐火物の垂直方向の膨張を許容するために、非圧縮性の耐火物の区分を分割する圧縮性の耐火物の区域を含むことができる。この圧縮性の層は、任意に拡張可能な高密度の耐火物を重ねることによって浸食から保護されることができる。
一実施形態において、多層耐火物は、内部配向のクロミア層、中間アルミナ層および外側のインスボード層を含むことができる。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態において、ガス改質チャンバは、処理中に形成される中間化学成分による化学反応に影響されない一方で、トーチ熱処理の最大限の保持力を確保するため、約１７インチまでの層、またはそれ以上の、ガス改質チャンバ全体にわたる特別に選択された耐火性の内張りを含む。
【００２９】
ガス改質チャンバの底部区分の耐火性内張りは、プラズマトーチ熱の作動源によるさらなる高温に耐えなければならないため、磨耗および劣化を起こしがちでありうる。一実施形態において、したがって、下部区分の耐火物は、ガス改質チャンバの壁および上面の耐火物よりも耐久性のある「加熱面」耐火物を含むように設計される。例えば、壁および上面の耐火物は、ＤＩＤＩＥＲ  ＲＫ３０れんがで作られてもよく、下部区分用の異なる「加熱面」耐火物は、ＲＡＤＥＸ  ＣＯＭＰＡＣ−ＦＬＯ  Ｖ２５３で作られてもよい。
ガス改質チャンバの内側が耐熱性である実施形態において、ガス改質チャンバの壁は、任意に耐火性内張りまたは耐火性アンカー用の支柱を組み込んでもよい。
【００３０】
ガス入口および出口
ガス改質チャンバ３００２は、処理する投入ガスをチャンバ内に送る１つ以上の投入ガス入口３００４と、改質反応において産出した改質ガスを下流の処理または貯蔵に通すための１つ以上の改質ガス出口またはポート３００６を含む。投入ガス用の入口は、第１のまたは上流端またはその近くに位置する。この入口は、開口を含んでもよく、あるいは、ガス改質チャンバ内に流れる投入ガスの量を制御するデバイスおよび／または投入ガスをガス改質チャンバ内に注入するデバイスを含んでもよい。
【００３１】
一実施形態において、投入ガスをガス改質チャンバに配送するための１つ以上の投入ガス入口３００４は、並行、向流、径方向、接線方向、またはその他の送り流れ方向を促進するような形に組み込まれてもよい。
一実施形態において、増大する円錐形を持つ単一投入ガス入口が提供される。
一実施形態において、入口は、ガス改質チャンバの，開口する第１の端を含み、これによりガス化装置と直接気体連通状態にある。
ガス化装置とＧＲＳが直接取り付けられている実施形態において、ＧＲＳに取り付けるガス化装置上の接続部位は、ガス改質チャンバに入る前に、ガス流量を最適化するように、および／または投入ガスの混合を最大化するように、戦略的に配置されてもよい。
一実施形態において、ガス改質チャンバは、ガス化装置の中央に配置され、これにより、ガス改質チャンバに入る前に、投入ガスの混合を最適化する。
一実施形態において、入口は、ガス改質チャンバの閉鎖した第１（上流）端に配置された開口を含む。本実施形態は、投入ガス入口ポートを使用して、炭素質原料のガス化中に生成された揮発物をチャンバ内に配送する。
一実施形態において、入口は、第１（上流）端に隣接するガス改質チャンバの壁に、１つ以上の開口を含む。
【００３２】
図３を参照すると、ガス改質チャンバ３０００が１つ以上のガス化装置２０００に接続された実施形態において、ガス改質チャンバ３００２内の１つ以上の入口は、共通の開口を通じて１つ以上のガス化装置２０００と直接連通状態にあるか、または配管３００９を介してまたは適切な導管を介して、ガス化装置２０００に接続されてもよい。
改質反応中に産生された改質ガスは、１つ以上の改質ガス出口３００６を通ってガス改質チャンバを出る。
ガス改質チャンバ内で産生された改質ガス用の１つ以上の出口３００６は、第２のまたは下流端に、またはその近くに配置される。出力部は、開口を含んでもよく、あるいは、ガス改質チャンバを出る改質ガスの流量を制御するデバイスを含んでもよい。
一実施形態において、この出口はガス改質チャンバの開口第２（下流）端を含む。
一実施形態において、この出口はガス改質チャンバの閉鎖第２（下流）端に位置する１つ以上の開口を含む。
一実施形態において、この出口は第２（下流）端の近くのガス改質チャンバの壁に１つの開口を含む。
【００３３】
ポート
ガス改質チャンバは、加熱器用の１つ以上のポートと、１つ以上のプロセス添加剤ポートと、および任意に１つ以上の点検用ポートと、のぞき用ポートおよび／または計測用ポートを含む、さまざまなポートを含む。
加熱器のポートは、プラズマトーチおよび任意の二次的供給源を含む主熱源用ポートを含む。
一実施形態において、ガス改質チャンバは、プラズマトーチ３０１６を取り付けるための１つ以上のポートを含む。
一実施形態において、ガス改質チャンバ３００２は、プラズマトーチ３０１６を取り付けるための２つ以上のポートを含む。
一実施形態において、ガス改質チャンバは、プラズマトーチを取り付けるための３つ以上のポートを含む。
一実施形態において、ガス改質チャンバは、プラズマトーチを取り付けるための４つ以上のポートを含む。
一実施形態において、ガス改質チャンバの円周に沿って正反対の位置に配設される、プラズマトーチ用の２つのポートが提供される。
一実施形態において、接線方向に取り付けられている２つのプラズマトーチ用の２つのポートが提供される。
一実施形態において、接線方向に取り付けられているプラズマトーチ用のポートは、空気入口の上方に配置され、プラズマトーチ熱への最大限の曝露を提供する。
【００３４】
任意に、プラズマトーチを取り付けるポートは、ガス改質チャンバからのプラズマトーチの挿入および除去を容易にするための滑り取り付け機構を内蔵してもよく、プラズマトーチの反応に続いてポートを密閉する自動仕切り弁を含んでもよい。
【００３５】
任意に、二酸化炭素、その他の炭化水素またはガス改質チャンバに注入される追加的なガス等のプロセス添加剤を可能にするために、１つ以上のプロセス添加剤ポートまたは入口が含まれる。任意に、ポートまたは入口は、品質基準を満たしていない改質ガスがガス改質チャンバ内に再循環してさらに処理されるように供給される。ポートまたは入口は、ガス改質チャンバ内における材料の乱流混合促進するために、さまざまな角度でおよび／または位置に配置されてもよい。
【００３６】
処理温度、圧力、ガス組成および関連するその他の条件を測定するため、１つ以上のポートが含まれることができる。
また、ガス改質チャンバ３００２はさらに、ガス改質チャンバの余熱またはトーチによる加熱を補助するための、補助的なトーチ熱源用の１つ以上のポートを含んでもよい。
ガス改質チャンバ３００２中の１つ以上のポートまたは入口を密封するために、任意に、プラグ、カバー、弁および／または仕切りが提供される。適切なプラグ、カバー、弁および／または仕切りは当業者に周知であり、手動のまたは自動のものを含むことができる。このポートは、さらに適切な密封グランド等の密封を含んでもよい。
【００３７】
酸素源ポート
上述のとおり、ＧＲＳは酸素源用の１つ以上の投入部を含み、この酸素源は、酸素、酸素富化空気、空気、酸化媒体、蒸気または簡単に理解されるその他の酸素源を含む。それゆえ、ガス変換チャンバは酸素源投入部用の１つ以上のポートを含む。
一実施形態において、ガス改質チャンバは、空気および／または酸素投入部用の１つ以上のポートおよび蒸気投入部用の１つ以上のポートを任意に含む。
一実施形態において、ガス改質チャンバ３００２は１つ以上の酸素源ポートを含む。一実施形態において、ガス改質チャンバは２つ以上の酸素源ポートを含む。一実施形態において、ガス改質チャンバは４つ以上の酸素源ポートを含む。一実施形態において、ガス改質チャンバは６つの酸素源ポートを含む。一実施形態において、ガス改質チャンバの円周に沿って３層に配置された９つの酸素源ポートが提供される。酸素源ポートは、酸素源が投入ガスと十分に混合するような配置である限り、さまざまに配置されてもよい。
【００３８】
ガス混合器
ガス改質チャンバ３００２は、投入ガスがより均一な組成および／または温度になるように投入ガスを混合するために、および／または投入ガスをプロセス添加剤または酸素源と混合するために、任意に１つ以上の追加的なまたは補助的なガス混合器を投入ガス入口またはその近くにさらに含んでもよい。混合器は、少量の空気を投入ガスに注入し、投入ガス流内に渦運動または乱流を発生させ、これにより投入ガスを混合する１つ以上の空気ジェット（空気旋回噴射）を投入ガス入口またはその近くに含んでもよい。
【００３９】
一実施形態において、混合器は、少量の空気を投入ガスに注入し、投入ガス流内に渦運動または乱流を発生させ、これにより注入された空気の速度を利用して投入ガスを混合する２つ以上の空気旋回噴射を投入ガス入口またはその近くに含む。
一実施形態において、混合器は、少量の空気を投入ガスに注入し、投入ガス流内に渦運動または乱流を発生させ、これにより投入ガスを混合する３つ以上の空気旋回噴射を入口またはその近くに含む。
一実施形態において、混合器は、少量の空気を投入ガスに注入し、投入ガス流内に渦運動または乱流を発生させ、これにより投入ガスを混合する４つ以上の空気旋回噴射を入口またはその近くに含む。空気旋回噴射の回数は、ジェットがチャンバの中央を突き抜けるように、設計された通気および出口速度に基づき、略最大限の混合および旋回を提供するように設計される。
【００４０】
バッフルはまた、投入ガス流内に乱流を発生させることにより、投入ガスの混合を誘起するために使用されてもよい。バッフルは、正常なフローパターンに対する機械的閉鎖である。バッフルは、ガス改質チャンバ断面の区分を阻害するように機能し、その結果急速な流速の上昇およびバッフルの下流側の付随する急速な低下が生じる。これは高レベルの乱流を生み出し、局所混合の速度を上昇させる。
バッフルは、ガス改質チャンバ内のさまざまな位置に配置されてもよい。バッフルの配置は当業者に周知であり、クロスバーバッフル、耐火壁バッフル（図６Ａ）、チョークリングバッフル（図６Ｂ）配置等を含むがこれに限定されない。ゆえに、実施形態において、ガス混合器はバッフルを含む。
【００４１】
酸素源
上述のとおり、ＧＲＳは１つ以上の酸素源投入部を含み、酸素源は酸素、酸素富化空気、空気、酸化媒体および蒸気を含んでもよいがこれに限定されない。
一実施形態において、１つ以上の酸素源投入部は、１つ以上の空気および／または酸素、および任意に１つ以上の蒸気投入部を含む。
一実施形態において、空気および／または酸素および蒸気投入部は、高温抵抗の噴霧ノズルまたはジェットを含む。適切な空気ノズルは当業者に周知であり、市販の型を含んでもよい。ＧＲＳにおいて、単一の型のノズルまたは複数の異なる型のノズルが使用されてもよい。ノズルの例として、図７に示すように、Ａ型ノズルおよびＢ型ノズルを含む。ノズルの型は、例えば通気の方向を変えて所望の旋回を生み出すためにＡ型ノズル、高速の通気を生み出して一定の貫通および最大混合を達成するためにＢ型ノズルというように、機能的要件に基づいて選ぶことができる。
【００４２】
ノズルは、空気を所望の角度に方向付けすることができ、これはガスの混合に効果的である。一実施形態において、空気ジェットは接線方向に配向される。一実施形態において、投入ノズルの先端に偏向器を有することにより、角度のある噴き出しが達成され、それゆえ入口パイプおよびフランジがガス改質チャンバと直交することが可能となる。
空気および／または酸素投入部の配置は、適当な貫通、略最大の旋回および混合が達成されるように、ガス改質チャンバの直径、設計された流速およびジェット速度に基づく。酸素投入部またはポート、蒸気投入部またはポート、および投入ガスの注入された酸素および蒸気との十分な混合、および改質反応が起こるために十分な滞留時間を提供するプラズマトーチ用のポートのさまざまな配置は、本発明により意図される。例えば、酸素投入部またはポート、蒸気投入部またはポート、およびプラズマトーチ用のポートは、ガス改質チャンバの円周に沿って層状に配置されてもよい。この配置は、プラズマガス、酸素および蒸気の接線方向および層状の注入を可能にし、これは結果として渦運動および投入ガスの酸素および蒸気との混合適当な混合を生じ、改質反応が起こるために十分な滞留時間を提供する。
空気および／または酸素投入ポートが層状に配置された実施形態において、空気および／または酸素投入ポートは、混合効果を略最大化するように任意に配置されてもよい。
一実施形態において、すべての空気および／または酸素投入ポートは、接線方向に配設され、これにより下位の投入ポートがガスを予混合し、トーチがこれを加熱し、ガス中の旋回運動を開始させる。上位の空気投入ポートのキャブは、旋回運動を加速させ、これにより再循環の渦パターンが発生し、持続することが可能となる。
【００４３】
図９を参照すると、一実施形態において、空気投入ポートの最下位は、４つのジェット３２１２からなり、これらは低位のガス化装置から発生するガスを予混合し、トーチで加熱する。別の上位の２つの空気ノズル３２１１は、ガスを混合し、必要な温度までトーチで加熱するために、主運動および酸素を提供する。
蒸気投入部またはポートの配置は、数、レベル、方位および角度において、これらが最適化された温度制御の能力を提供する位置にある限り柔軟である。
一実施形態において、ガス改質チャンバは１つ以上の蒸気投入部またはポートを含む。  一実施形態において、ガス改質チャンバは２つ以上の蒸気投入部またはポートを含む。この蒸気投入部またはポートは、投入ガスと十分に混合するような配置である限り、さまざまに配置されてもよい。一実施形態において、ガス改質チャンバの円周に沿って２層に配置され、正反対の位置に配設された２つの蒸気投入ポートが提供される。
【００４４】
また、酸素および／または蒸気投入ポートは、ガス改質チャンバの内壁に対し、ガスの乱流または旋回を促進するような角度で酸素および蒸気をガス改質チャンバ内に噴射するように配設されてもよい。この角度は、チャンバの直径および設計された空気投入ポートの流れおよび速度に基づき、必要十分なジェット貫通および最大の混合を達成するように選択される。
一実施形態において、酸素および／または蒸気投入部は、ガス改質チャンバの内壁から約５０〜７０°の間の角度で空気および蒸気を噴射する。一実施形態において、酸素および蒸気投入部は、ガス改質チャンバの内壁から約５５〜６５°の間の角度で空気および蒸気を噴射する。一実施形態において、酸素および蒸気投入部はガス改質チャンバの内壁から約６０°の角度で酸素および蒸気を噴射する。
一実施形態において、空気投入ポートは、そのすべてが同一面にあるように、または連続した面にあるように配置されることができる。空気投入ポートの配置は、最大の混合効果を達成するように設計される。一実施形態において、空気投入ポートは下位および上位に配置される。一実施形態において、４つの空気投入ポートが下位に、別の６つの空気投入ポートが上位にあり、よりよい混合を達成するようにクロスジェット混合効果を生み出すため、そのうち３つの投入ポートが別の３つよりもやや高くにある。
一実施形態において、ガス改質チャンバは、酸素投入部、蒸気投入ポート、およびチャンバの全体にわたって適当なガスと蒸気の混合があるように配置されたプラズマトーチ用のポートを含む。
空気がチャンバを通るガスの回転またはサイクロン運動を作ることができるように、空気は任意にチャンバ内に角度を持って噴射されることができる。プラズマトーチはまた、さらなる蒸気の回転を提供するように角度決定されてもよい。
【００４５】
プラズマトーチおよび補助的トーチ熱源
改質反応が起こるためには、ガス改質チャンバ３００２はトーチによって十分な高温まで加熱されなければならない。当業者であれば、改質反応のための適当な温度を容易に決定することができるであろう。一実施形態において、この温度は約８００℃〜約１２００℃である。一実施形態において、この温度は約９５０℃〜約１０５０℃である。一実施形態において、この温度は約１０００℃〜１２００℃である。
したがって、ＧＲＳは１つ以上の非移行型アークプラズマトーチ３００８をさらに含む。非移行型アークプラズマトーチは当業者に周知であり、非移行型アークＡ．Ｃ．およびＤ．Ｃ．プラズマトーチを含む。空気、Ｏ２、Ｎ２、Ａｒ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２およびＣ３Ｈ６を含むがこれに限定されないさまざまな気体がプラズマトーチに使用されてきた。当業者であれば、ＧＲＳで使用されるプラズマトーチの型を容易に決定することができるであろう。
一実施形態において、プラズマトーチは１つ以上の非移行型アークＡ．Ｃ．プラズマトーチである。一実施形態において、プラズマトーチは１つ以上の非移行型Ｄ．Ｃ．プラズマトーチである。一実施形態において、プラズマトーチは２つの非移行型逆極性Ｄ．Ｃ．プラズマトーチである。
一実施形態において、空気および／または酸素投入部のそれと同じ旋回方向を作る、２つの接線方向に配設されたプラズマトーチがある。一実施形態において、このプラズマトーチは、それぞれ必要な（部分的）能力で作動する２つの３００ｋＷプラズマトーチである。
一実施形態において、ガス改質システムは１つ以上のプラズマトーチを含む。一実施形態において、ガス改質システムは２つ以上のプラズマトーチを含む。一実施形態において、ガス改質システムは２つの水冷銅電極ＮＴＡＴ  ＤＣプラズマトーチを含む。
一実施形態において、プラズマトーチ熱の使用は、炭素または多炭素分子の主にＣＯおよびＨ２への改質中に起こるトーチ熱の放出を、ガス改質チャンバに注入された空気および／または酸素の量を最適化することによって最大限にすることにより最小限とされる。
【００４６】
制御システム
本発明の一実施形態において、本願において開示されるさまざまなシステムおよび／またはサブシステムにおいて、および／またはこれによって実行される１つ以上の処理を制御するための、および／または本願において意図される１つ以上の制御デバイスの制御を提供するための、かかる処理に作用する制御システムが提供されてもよい。概して、制御システムは、その中でまたはそれと相まって本発明のさまざまな実施形態が行われる、あるシステム、サブシステムまたはそのコンポーネントに関連する、および／またはシステムにおいて実行される、ガス化システム等の１つ以上のグローバルな処理に関連する、さまざまな局所および／または局地的な処理を、動作可能に制御してもよく、そしてこれにより、これらの処理を定義された結果に作用するように適合されたさまざまなその管理パラメータを調整する。したがって、さまざまな検出要素および応答要素が、制御されるシステム全体において、またはその１つ以上のコンポーネントに関連して割り当てられ、さまざまな処理、反応および／または産物特性を取得するために使用され、これらの特性を、所望の結果をもたらすかかる特性の適した範囲と比較し、１つ以上の実施中の処理において、制御可能な処理デバイスを介して変更を実施することによって応答してもよい。
【００４７】
制御システムは、システム、そこで実施される処理、そこに提供される投入部および／またはそこから産生される出力部に関連する、１つ以上の特性を検出するために、概して例えば１つ以上の検出要素を含む。１つ以上のコンピューティングプラットフォームが、検出された特性を代表する固有値にアクセスするためにこれらの検出要素に通信可能に接続され、この固有値をこれらの特性を選択された作動および／または下流の結果に適合するものであると定義する既定の範囲のかかる値と比較するように構成され、この固有値を維持することにつながる１つ以上のプロセス管理パラメータを、この既定の範囲と計算する。したがって、複数の反応器が、システム、処理、投入部および／または出力部に作用する１つ以上の制御デバイスに動作可能に接続されてもよく、それゆえ検出された特性を調整し、計算されたプロセス管理パラメータにアクセスし、処理デバイスをこれにしたがって操作するために、コンピューティングプラットフォームに通信可能に接続される。
【００４８】
一実施形態において、制御システムは、これに関連して実施される１つ以上の処理の効率化を促進するために、炭素質原料のガスへの変換に関連するさまざまなシステム、処理、投入および／または出力のさまざまなフィードバック、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、さまざまな処理特性は、これらの処理に影響を及ぼすために評価され、制御可能に調節されてもよく、これは、発熱量および／または原料の組成、産生ガスの特性（例えば、発熱量、温度、圧力、流量、組成、炭素含有量等）、かかる特性に許容される変動の度合い、投入のコスト対出力の値を含むがこれに限定されない。熱源力、添加剤供給量（例えば、酸素、酸化体、蒸気等）、原料供給量（例えば、１つ以上の別個のおよび／または混合供給）、ガスおよび／またはシステム圧／流量調節弁（例えば、ブロワ、安全弁および／または制御弁、フレア等）等を含むがこれに限定されないさまざまな管理パラメータに対する連続的および／または実時間調節が、１つ以上の処理関連の特性が、設計および／または下流の仕様にしたがって査定され、最適化されるように実行されることができる。
【００４９】
あるいは、またはこれに加えて、制御システムは、あるシステムのさまざまなコンポーネントを監視し、適正な作動を確実にするように構成されてもよく、任意にこれによって実施される処理が、規制基準が適応される場合、この規制基準内にあるようにする。
一実施形態によれば、制御システムはさらに、あるシステムの総エネルギー的影響を監視し、制御するために使用されてもよい。例えば、あるシステムは、例えば、それによって実行された１つ以上の処理を最適化することにより、または再度これらの処理によって生じるエネルギー回収（例えば廃熱）を増加させることにより、そのエネルギー的影響が減少するように、または再度最小化するように操作されてもよい。あるいは、またはこれに加えて、制御システムは、制御された処理によって生じる産生ガスの組成および／またはその他の特性（例えば、温度、圧力、流量等）を、かかる特性が下流の使用に適するばかりでなく、効率的および／または最適な使用のため略最適化するように、調節するように構成されてもよい。例えば、産生ガスが発電のためのある型のガスエンジンを駆動するために使用されるような実施形態において、この産生ガスの特性は、これらの特性がかかるエンジンの最適な投入特性に最もよく適合するように調節されてもよい。
一実施形態において、本制御システムは、反応物質および／またはさまざまなコンポーネントにおける産物滞留時間に関する制限または性能ガイドライン、または全体としての処理に関するさまざまな処理が適合および／または最適化されるように、所与の処理を調節するように構成されてもよい。例えば、上流の処理率は、１つ以上の下流のプロセスと適合するように制御されてもよい。
【００５０】
また、制御システムは、さまざまな実施形態において、逐次および／または同時のある処理の連続的および／または実時間の手法におけるさまざまな側面の制御に適合されてもよい。
概して、制御システムは、手近な用途に適合するいかなる型の制御システムアーキテクチャを含んでもよい。例えば、制御システムは、略中央集中型の制御システム、分散制御システム、またはその組み合わせを含んでもよい。 中央集中型の制御システムは、制御された処理に関連する、それぞれにさまざまな特性を検出するように構成されたさまざまな局所および／または遠隔の検出デバイスおよび反応器と通信し、制御された処理に直接または間接に影響を及ぼすように調整された１つ以上の制御可能な制御デバイスを介して、これらに応答するように構成された中央制御器を概して含むであろう。ほとんどの計算は集中アーキテクチャを使用して、単数または複数の集中型の処理器を介して中央的に実行されるため、ほとんどの処理の制御を実行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は、同じ場所に位置する。
【００５１】
分散制御システムは、局所および／または局地の特性を監視するために、それぞれに個別の検出器および反応器と通信し、局地の処理または副処理に影響を及ぼすように構成された局所および／または局地の制御デバイスを介してこれに応答する、概して２つ以上の分散制御器を含む。また、分散制御器間において、さまざまなネットワーク構成を介して通信が行われ、第１の制御器を介して検出された特性は、これに対する応答のために第２の制御器に通信してもよく、かかる遠位の応答は、第１の位置において検出された特性上に影響を与えることがある。例えば、下流の産生ガスの特性は、下流監視デバイスによって検出されてもよく、上流の制御器によって制御される変換器に関連する管理パラメータを調節することによって調節される。分散アーキテクチャにおいて、制御器間において制御ハードウェアおよび／またはソフトウェアがまた分散され、同一であるがモジュール式に構成された制御スキームがそれぞれ実行されてもよく、または、それぞれの制御器上において、さまざまな共同のモジュラー制御スキームが実行されてもよい。
【００５２】
あるいは、制御システムは、分かれていながらも通信可能に接続された局地および／またはグローバル制御サブシステムにさらに再分割されてもよい。かかるアーキテクチャは、ある処理または一連の相関する処理を行い、別の局地的制御サブシステムとの最小の相互作用によって局所的に制御されることを可能にしうる。グローバルな主制御システムは次に、グローバルな結果のために必要な調節を局所的な処理に指示するために、各局所的制御サブシステムと通信しうる。
【００５３】
本発明の制御システムは、上述のどのアーキテクチャ、または当業者に広く周知のその他のアーキテクチャを使用してもよく、これは本開示の一般的範囲および性質であると見なされる。例えば、本発明の脈絡において制御または実行される処理は、任意の適用される場合、関連する上流または下流のプロセスに使用されるいかなる中央および／または遠隔制御システムとの外部通信とともに、専用の局地環境において制御されてもよい。あるいは、制御システムは、局地および／またはグローバル処理を共同的に制御するように構成された局所および／またはグローバル制御システムのサブコンポーネントを含んでもよい。例えば、モジュラー制御システムは、局地および／またはグローバル制御のためのモジュール間通信を提供する一方で、制御モジュールが相互作用的にシステムのさまざまなサブコンポーネント制御するように設計されてもよい。
【００５４】
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、さまざまな検出要素から電流検出で検出された特性を受け取るための１つ以上の投入部、および新規または更新された管理パラメータをさまざまな応答要素に通信するための１つ以上の出力部を含む。制御システムの１つ以上のコンピューティングプラットフォームはまた、さまざまな既定のおよび／または再調節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処理特性作動範囲、システム監視および制御ソフトウェア、作動データ等をそこに保存するための１つ以上の局地および／または遠隔のコンピュータ可読メディア（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。任意に、コンピューティングプラットフォームはまた、直接またはさまざまなデータ保存デバイスを介して、処理シミュレ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してもよい。また、コンピューティング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、変更、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、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）に通信するためのさまざまな任意の出力周辺機器を備えてもよい。
【００５５】
処理システムおよびあらゆるサブ処理システムは、独占的にハードウェアまたはハードウェアとソフトウェアのあらゆる組み合わせを含むことができる。いかなるサブ処理システムも、１つ以上の比例（Ｐ）、積分（Ｉ）または差分（Ｄ）制御器、例えば、Ｐ制御器、Ｉ制御器、Ｐｉ制御器、ＰＤ制御器、ＰＩＤ制御器等のあらゆる組み合わせを含むことができる。Ｐ、Ｉ、Ｄ制御器の理想的な組み合わせは、ガス化システムの反応処理の部品の力学および遅延時間、およびその組み合わせが制御することを意図する動作条件の範囲、およびその組み合わせの制御器の力学および遅延時間によって異なることは、当業者には明白である。これらの組み合わせが、検出要素を介して特性の値を継続的に監視し、観察された値と規定値との差を低減するために、応答要素を介して、関連する制御要素に影響を及ぼして適当な調整を行わせるために、これを規定値と比較することのできるアナログ式の配線接続方式において実行されうることは、当業者には明白である。また、混合デジタルハードウェア・ソフトウェア環境において実行されうることも、当業者には明白である。追加的に自由裁量のサンプリング、データ取得およびデジタル処理の関連作用は、当業者に周知である。Ｐ、Ｉ、Ｄ結合制御は、フィードフォワードおよびフィードバックの制御スキームにおいて使用されることができる。
【００５６】
補正またはフィードバックにおいて、適切な検出要素を介して監視される、管理パラメータまたは制御変数の値の制御は、規定の値または範囲と比較される。制御信号は、２つの値間の偏差に基づいて決定され、この偏差を低減するために制御要素に提供される。適応および／または予測コンポーネントを含むために、従来のフィードバックまたは応答制御システムがさらに適用されてもよいことは理解されよう。ある条件に対する応答は、補償作用におけるオーバーシュートの可能性を制限しつつ、検出された特性に反応性の応答を提供するために、模範的に作られたおよび／または事前に監視された反応に従って調整されることができる。例えば、あるシステム構成に提供された取得データおよび／または史料データは、所望の結果を提供するために事前の反応が監視され、調整された最適値からある範囲内であると検出されたシステムおよび／または処理特性に対する反応を調節するために、共同で使用されてもよい。かかる適合および／または予測制御スキームは、当業者に周知であるため、本開示の一般的範囲および性質を逸脱するものとは見なされない。
【００５７】
制御要素
本願の文脈内に意図される検出要素は、上記において定義および説明されるとおり、ガス化学組成、産生ガスの流速および温度を監視し、圧力を監視し、ガスの不透過率およびトーチに関連するさまざまなパラメータ（すなわち、トーチの力および位置）を監視する要素を含むことができるがこれに限定されない。
【００５８】
監視パラメータ
ガス化技術は、概してＨ２：ＣＯの割合が約６：１の高さから約１：１の低さまでさまざまである、最適なＨ２：ＣＯの割合を決定する下流のアプリケーションを有する産生ガスを産する。一実施形態において、得られるＨ２：ＣＯの割合は、１．１〜１．２：１である。一実施形態において、得られるＨ２：ＣＯの割合は、１．１：１である。
得られる改質ガス中のＨ２：ＣＯの割合は、作業シナリオ（熱分解または適当なＯ２／空気を有する）、処理温度、含水量およびガス化される原料のＣ，Ｈ相対含有量、ならびに補助的な炭素供給量によって異なる。
上記の要因のうちの１つ以上を考慮すると、本発明の制御システムは、可能なＨ２：ＣＯの割合の範囲にわたって、加えられるプラズマトーチ熱、空気および／または酸素、炭素および蒸気間の釣り合いを調整することにより、改質ガスの組成を規制し、これにより改質ガス組成が規定の下流のアプリケーション用に最適化される。
操作パラメータの数は、システムが最適な定値内で作動しているかどうか判定するために、定期的にまたは連続的に監視されてもよい。監視されるパラメータは、産生ガスの化学組成、流速および温度、システム内のさまざまなポイントにおける温度、システムの圧力、およびトーチに関連するさまざまなパラメータ（すなわち、トーチの力および位置）を含むがこれに限定されず、データはシステムパラメータの調整が必要であるかどうかを判定するために使用される。
【００５９】
改質ガスの組成および不透過性
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されることができる。産生ガスの化学組成を測定するために使用されることができる方法は、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。一実施形態において、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）を使用して測定する。
本発明の一部は、過度に多いまたは少い酸素が出口の流れに存在するかどうかを判断し、それによって処理を調整することである。一実施形態において、一酸化炭素の流れの中における分析器または検出器は、二酸化炭素またはその他の適切な参照の酸素を豊富に含む材料の有無および濃度を検出する。一実施形態において、酸素は直接測定される。
【００６０】
一実施形態において、センサは改質ガスの組成を分析し、この分析データから制御器は酸素および／または蒸気入口に信号を送信して、ガス改質チャンバおよび／またはプラズマトーチへの信号に注入される酸素および／または蒸気の量を制御する。
一実施形態において、不透過率の実時間フィードバックを提供するために１つ以上の任意の不透過率モニタがシステム内に実装され、これにより、粒子状物質の水準を最大許容濃度以下に維持するための、プロセス添加剤投入率、最初の蒸気の自動化のための任意の機構を提供する。
【００６１】
システム中のさまざまな場所における温度
一実施形態において、改質ガスの温度およびシステム全体にわたって置かれたサイトにおける温度を監視するための手段が提供され、かかるデータは原則として連続的に取得される。例えば、チャンバ内の温度を監視するための手段は、チャンバの外壁、上部の耐火物の内側、チャンバの中間および底部に配置されてもよい。また、改質ガスの出口温度を監視するためのセンサが提供される。
一実施形態において、温度の監視手段は、システム内に必要に応じて設置された熱電温度計によって提供される。
【００６２】
システムの圧力
一実施形態において、反応槽内の圧力を監視するための手段が提供され、かかるデータは連続的な、実時間を原則として取得される。さらなる実施形態において、これらの圧力監視手段は、例えば反応槽の垂直壁上の、反応槽上のあらゆる場所に置かれる圧力変換器または圧力タップ等の圧力センサを含む。
【００６３】
ガス流の速度
一実施形態において、システム全体にわたって置かれたサイトにおける産生ガス流の速度をを監視するための手段が提供され、かかるデータは原則として連続的に取得される。
ガス流の変動は、非同次条件（例えば、トーチの不具合または電極交換切れまたはその他の周辺装置の不具合）の結果であることがある。一時的な措置として、ガス流における変動は、ブロワ速度のフィードバック制御、材料の供給速度、補助的原料、空気、蒸気、およびトーチの力によって修正される。ガス流の変動が続く場合、システムは問題が解決するまで停止されてもよい。
【００６４】
処理添加剤の付加
一実施形態において、制御システムは、あらゆるプロセス添加剤を含む、反応物質を調節するための、投入ガスの改質ガスへの化学改質を管理するための応答要素を含む。例えば、特定の化学組成を異なる所望の化学組成の改質ガスにする、効率的な投入ガスの改質を促進するために、プロセス添加剤がチャンバに送られてもよい。
一実施形態において、センサが改質ガス内に余剰の二酸化炭素を検出した場合、蒸気および／または酸素の注入は低減する。
本願の文脈において意図される応答要素は、上記で定義および説明されるとおり、それに関連するある与えられた管理パラメータの調整によって所与の処理に影響を及ぼすように構成される、処理に関するデバイスに操作可能に取り付けられたさまざまな制御要素を含むことができるがこれに限定されない。例えば、１つ以上の応答要素を介して本願の文脈内で動作可能な制御デバイスは、酸素源投入部およびプラズマトーチ熱を規制する要素を含むことができるがこれに限定されない。
【００６５】
力のトーチへの調整（トーチ熱）
本発明のプロセスは、プラズマトーチ熱の制御性を使用して反応を推進する。また処理空気の精製チャンバへの付加は、改質ガスの燃焼とともにトーチ熱エネルギーを放出することにより、トーチ熱の部分的な負荷を担う。処理空気の流速は、トーチ力を良好な操作範囲内に保つように調整される。
プラズマトーチの力は、改質ガスの設計設定点における出口温度を安定させるように調整される。一実施形態において、ガス化装置において形成されるタールやすすが完全に分解されることを確実にするため、設計設定点は約１０００℃である。
【００６６】
システム内の圧力の調整
一実施形態において、制御システムは、チャンバの内圧を制御するための反応要素を含む。
一実施形態において、内圧は、陰圧、すなわち大気圧をやや下回る圧力に保たれる。例えば、反応器の圧力は約１〜３ｍｂａｒの真空度に保たれる。一実施形態において、システムの圧力は陽圧に保たれる。
内圧を制御するためのかかる手段の模範的な実施形態は、ＧＲＳと気体連通状態にある誘導ブロワによって提供される。ゆえに、用いられる誘導ブロワはシステムを陰圧に保つ。陽圧が保たれるシステム内において、ブロワは陰圧のケースより低いＲＰＭで作動するか、コンプレッサが使用されるように命令される。
システム全体において置かれる圧力センサによって取得されるデータに応答して、誘導ブロワの速度は、システム内の圧力が上昇するか（それによりファンの速度は上昇する）下降するか（それによりファンの速度は下降する）にしたがって調整される。さらに、本発明の処理によれば、システムは、ガスが大気中に排出されることを妨げるため、大気圧に相対してやや陰圧下に維持されてもよい。
圧力は、改質ガスブロワの速度を調整することによって安定されることができる。任意に、ブロワの最低動作周波数を下回る速度において、補助的な制御が代わりに優先され、再循環弁を調整する。再循環弁がいったん完全に閉じられると、主制御が再び従事する。
【００６７】
ＧＲＳに使用されるガス化装置
本発明は、１つ以上のガス化装置およびさまざまな型のガス化装置に使用するように適合される。ガス化装置は、炭素質原料を投入ガス産物に変換する。原料のガス化の段階は、以下を含む。ｉ）原料を乾燥させて残留湿気を除去する、ｉｉ）乾燥された原料の揮発性の成分を揮発させて炭化物の中間物を産生する、ｉｉｉ）炭化物を投入ガスおよび灰に改質する。したがってガス化プロセスの気体は、揮発性の成分および投入ガスを含み、これは本発明のプラズマ改質ステップを受けて原改質ガス産物を提供する。
概して、ガス化装置は、１つ以上の原料入口、トーチ加熱手段、１つ以上の任意のプロセス添加剤入口、ガス出口、および任意の固形残渣またはスラグ出口または除去システムを有する耐熱性のチャンバを含む。
【００６８】
ガス化プロセスは、以下に記載の実施例において説明されるガス化装置、または当業者に周知の数ある標準ガス化装置のうちのひとつを含むさまざまな異なるガス化装置内において実行されることができる。当業者に周知のガス化装置の例は、噴流床反応器、流動層反応器および回転キルン反応器を含むがこれに限定されず、これらはそれぞれ原料を固体、微粒子、スラリー、液体、気体またはその組み合わせの形態で受け入れるように適合される。ガス化装置は、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。
【００６９】
一実施形態において、本発明において使用されるガス化装置は、輸送反応器ガス化装置３４０１（図１０）であり、これはガスの流れの中の原料を取り込み、原料の投入ガスへの最大限の改質を確実にするため、これをガス化ゾーンを通して再利用する。ＧＲＳ３０００は、ガス出口の移送反応器ガス化装置に任意に直接取り付けられることができる。
一実施形態において、本発明において使用されるガス化装置は、噴流床ガス化装置３４０２Ａ、３４０２Ｂ（図１１）である。ＧＲＳ３０００の噴流床ガス化装置への取り付けは、反応が完了ための滞留時間を増加させ、ガスの品質をさらに確実にするために、２番目に高い温度帯を追加する。
一実施形態において、本発明において使用されるガス化装置は、固定床ガス化装置３４０３Ａ、３４０３Ｂ（図１２）である。固定床ガス化装置は、多様な設計であることができ、これはガス化（および熱分解）のための積み重ねの流れおよび特性を制御する。ＧＲＳ３０００は、ガスのより単純な気体分子への完全な反応を確実にするために、投入ガス出口に取り付けられる。
一実施形態において、本発明において使用されるガス化装置は、サイクロンガス化装置３４０４（図１３）である。
【００７０】
実施例
図１４〜図１８は、図５に示すガス改質チャンバを含む、ＧＲＳの実施形態を組み込む変換器を示す。
ガス化装置２２００は、原料投入部２２０４、ガス出口２２０６および固形残渣出口２２０８を有する耐熱性の水平に配向された段床ガス化チャンバ２２０２を含む。ガス化チャンバ２２０２は、複数の床レベル２２１２、２２１４、２２１６を持つ段床を有する耐熱性の鋼溶接物である。
固形残渣出口は、取り出しねじ２２０９を含む灰取出し器を備え、これは灰をガス化装置外に押し出し、これを灰コンベヤシステムに送る。
各ステップは、加熱された空気がこれを通って導入される有孔床２２７０を有する。処理中における空気孔の閉塞を避けるため、空気孔の大きさは制約を作り、それにより圧力が各孔にわたって落ちるように選択される。この圧力低下は、余剰の粒子が孔に入ることを防ぐのに十分である。
【００７１】
各レベルまたはステップへの空気供給は、個別に制御可能である。有孔床２２７０を通じた個別の空気供給および分配は、各ステップの床を形成する別個の空気ボックス２２７２、２２７４、２２７６によって達成される。
ステップを通じた動きは、一連の多指搬送用ラム２２２８、２２３０、２２３２によって、各ステップの床が単一の多指搬送用ラムによって作動することとともに、促進される。この一連の搬送用ラムは、さらに各ステップにおけるパイルの高さおよびガス化チャンバ内の反応物質材料の合計滞留時間の制御を可能にする。各ラムは、そのステップの完全なまたは部分的な長さにわたって、さまざまな速度で移動することができる。
【００７２】
各ラムユニットは、外部に取り付けられた誘導部分、任意の誘導部分咬合部材、外部に取り付けられた駆動システムおよび外部に取り付けられた制御手段を有する多指ラムを含む。この誘導部分は、フレームに取り付けられた、一対の概して水平な、概して平行な細長い軌道２２４０（ａ）、２２４０（ｂ）（図示せず）を含む。この各軌道は、略Ｌ型の断面を有する。ラムは、ラム本体２３２６および一連の細長い略長方形の、対応する密閉可能なチャンバ壁内の開口を通ってスライド可能に移動するような大きさのラム指部２３２８を含む。
ラムを軌道に沿って推進させる力は、モータ出力部シャフト２２５８を選択的にラムの前方にまたは後方方向に制御された速度で駆動する、外部に取り付けられた電気量速度モータ２２５６によって供給される。位置センサ２２６９は、ラム位置情報を制御システムに伝送する。任意に、このモータはさらにギアボックスを含んでもよい。２つのドライバスプロケットギア２２６０が、モータ出力部シャフトに取り付けられる。このドライバスプロケット２２６０および対応する駆動スプロケット２２６２は、作動可能に鎖部材２２６６とぴったり合うように軸２２６４に取り付けられ、これはブラケット２２６８によって細長い長方形のブロック２２４４に留められる。
【００７３】
ステップ床ガス化装置において、個別のステップの条件は、異なる乾燥、揮発度および炭素改質の度合いに最適化される。
原料は、チャンバ内、第１のステップ上に原料投入部（４２１）を介して導入される。このステップの正常温度範囲（材料パイルの底部において測定される）は、３００〜９００℃の間である。ここでの主な処理は、いくらかの揮発度のある乾燥および炭素変換である。
ステップＩＩは、４００〜９５０℃の底部温度範囲を有するように設計される。主な処理は、わずかな（残余）乾燥操作のある揮発ならびに相当量の炭素変換である。
ステップＩＩＩ温度範囲は、６００〜１０００℃の間である。ステップＩＩＩにおける主な処理は、より少ない量（残余）の揮発のある炭素変換である。
固形供給材料がチャンバを通って前進することにともない、揮発留分が揮発して投入ガスを形成し、得られる炭化物が反応して追加的な投入ガスおよび灰を形成するため、その質量および体積は減少する。
未精製の投入ガスは、ガス化装置２２００のガス出口２２０６を通って、ガス化装置ガス出口を単一の円錐型のＧＲＳの投入ガス入口に直接接続取り付けフランジ３２１４を介して、密閉可能にガス化装置に取り付けられているＧＲＳ３２００に出る。空気は、旋回ポート３２１２を通って投入ガス流に注入され、投入ガス流内に渦運動または乱流を生じさせ、これにより投入ガスを混合し、再循環の渦をＧＲＳ中に生じさせる。ＧＲＳ内におけるガスの滞留時間は、約１．２秒である。
【００７４】
図５を参照すると、ＧＲＳは、約３：１の長さ対直径比およびガス化装置が取り付けフランジ３２１４を介して接続されている単一の円錐型の投入ガス入口を有する、略垂直に取り付けられた耐熱性の円筒チャンバを含む。チャンバには耐熱性の蓋３２０３がかぶせられ、これにより密封ガス改質チャンバ３２０２が作られる。
ガス改質チャンバは、加熱器３２１６用の１つ以上のポート、１つ以上の酸素源３２１０用の１つ以上のポート、および任意に１つ以上のアクセスまたはのぞき用ポート３３２６および／または計測用ポート３２２６を含むさまざまなポートを含む。また、ガス改質チャンバは、持ち上げ位置３２３０を備える。
【００７５】
チャンバの壁に使用される耐火物は、チャンバ内に存在する高温、浸食および腐食に耐えられるような、内側が高密度層、より低い耐性を持つが高い断熱要因を持つ中間のより密度の低い材料の層、および非常に高い断熱要因を持つ外側の非常に低密度の発泡ボードの多層設計である。発泡ボードと槽鋼外郭の間の外側の層は、固体の耐火物と槽外郭との間の差分の膨張を許容する柔軟層を提供するためのセラミックブランケット材料である。耐火物の垂直方向の膨張は、非圧縮性の区分を分割する圧縮可能な耐火性の層の手段によって提供される。この圧縮可能な層は、重なっているが伸張可能な高密度の耐火物により、浸食から保護される。
【００７６】
図１９を参照すると、ガス改質チャンバは一連の円周方向に伸張可能なシェルフ３２２０を含む耐火性の支持システムをさらにを含む。各シェルフは分割され、膨張を許容するための溝を含む。各シェルフのセグメント３２２２は、一連の支持ブラケット３２２４によって支持されている。
このＧＲＳの実施形態において、１つ以上の酸素源用の１つ以上の投入部は、空気および蒸気投入部を含む。
ＧＲＳは、３段階の接線方向に配向された空気ノズル、２つの接線方向に置かれたプラズマトーチ、６つの熱電対ポート、２つのバーナーポート、２つの圧力伝送器およびいくつかの予備ポートをさらに含む。
【００７７】
図９を参照すると、空気は、下位３２１２に４つのジェット、および上位３２１１に、交差ジェット混合効果を生じさせてよりよい混合を達成するために、３つのジェットがやや他の３つのジェットよりも高い別の６つのジェットを含む３段階の空気ノズルによってガス流中に注入される。
ＧＲＳは、２つの接線方向に取り付けられた３００ｋＷ、水冷、銅電極、ＮＴＡＴ、すべり機構に取り付けられたＤＣプラズマトーチをさらに含む。この２つのプラズマトーチは、プラズマトーチ熱への最大限の曝露を提供するために、空気ノズルの上方に配置される（図９、３２１６参照）。
プラズマ力供給は、各プラズマトーチ用に、３つのフェーズのＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。中間ステップとして、ユニットはまずこの３つのフェーズのＡＣ投入部を単一の高周波フェーズに変換する。これは、チョッパ区分における最終ＤＣ出力部のよりよい線形化を可能にする。このユニットは、安定したＤＣ電流を維持するために出力部ＤＣ電圧の変動を許容する。
各プラズマトーチ３２０８は、トーチ３２０８をガス改質チャンバの中におよび外に移動することができるすべり機構上に取り付けられる。トーチ３２０８は、密封グランド手段によって、ガス改質チャンバ３２０２に密閉される。このグランドは、順番に槽に密封されて取り付けられている仕切り弁に対して密封される。トーチ３２０８を取り外すには、すべり機構によって改質チャンバ３２０２から引き抜く。安全のため、すべりの最初の動きが高電圧トーチ力供給を無効にする。トーチ３２０８が弁を越えて後退すると、仕切り弁は自動的に閉じ、冷却剤循環は停止する。管およびケーブルは、トーチ３２０８から切断され、グランドが仕切り弁から解除され、トーチ３２０８がホイストによって引き上げられる。
【００７８】
トーチ３２０８の交換は、上記の手順の逆を使用して行われ、すべり機構はトーチ３２０８の挿入深度の変動を許可するように調整することができる。
仕切り弁は、操作が自動であるように、機械的に操作される。冷却剤システムが故障した場合、自動的にトーチを引き上げるために空気圧式アクチュエータ３２３３を使用する。このアクチュエータを操作するための圧縮空気は、電力障害の場合においても力が常に利用可能であるように、専用の空気だめから供給される。同じ空気だめが、仕切り弁３２３４に空気を提供する。電力インターロックカバーが、高電圧のトーチ接続へのアクセスを防ぐことにより、さらなる安全機能として使用される。
熱電温度計は、ＧＲＳ中における改質ガスの温度が約１０００℃に保たれるようにガス改質チャンバのさまざまな場所に配設され、この温度を下回れば、プラズマトーチへの力または空気の注入が増加される。
【００７９】
本実施形態において、各ステップの通気は、各ステップ間において略恒常的な温度範囲および割合を維持するように予め設定されている。例えば、合計の通気の約３６％がステップＡに導かれてもよく、約１８％がステップＢに、約６％がステップＣに導かれてもよく、残余が付属のＧＲＳに導かれる（例えば、合計の通気の４０％）。あるいは、空気投入割合は、温度およびガス化装置および／またはＧＲＳの各ステップ内において発生する処理を調節するために、動的に異なってもよい。
ガス改質チャンバ内のガス状混合物中における微粒子は、プラズマアーク領域内のその構成要素へと分離され、次に改質ガスへと改質される。高温の粗改質ガスは、改質ガス出口３２０６を介してＧＲＳから出る。
以上のように説明される本発明は、同様のものが多くの方途において異なることがあることは明白である。かかる変動は、本発明の精神および範囲からの逸脱とは見なされず、当業者には明白であるすべてのかかる変更は、以下の請求項に含まれることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
本発明におけるこれらのおよびその他の特徴は、添付の図面を参照した下記の詳細な説明によってさらに明確となるであろう。
【図１】本発明の実施形態によるガス改質システムの概略図である。
【図２】１つのガス化装置に連結した、本発明のガス改質システムの一実施例の概略図である。
【図３】２つのガス化装置に連結した、本発明のガス改質システムの一実施例の概略図である。
【図４】本発明の一実施例のガス改質チャンバの概略図である。
【図５】ガス改質チャンバの一実施例の概略図である。
【図６】図６Ａおよび６Ｂは、ガス改質チャンバの一実施例のバッフルの配置の説明図である。図６Ａは、耐火壁バッフルを含むガス改質チャンバ内の通気を説明する図である。図６Ｂは、攪拌器またはチョークリングバッフルを含むガス改質チャンバ内の通気を説明する図である。
【図７】図７Ａは、Ａ型ノズルからの通気の説明図である。図７Ｂは、Ｂ型ノズルからの通気の説明図である。
【図８】一実施形態の入口およびプラズマトーチのポートの方向を示す概略図である。
【００８１】
【図９Ａ】図５のガス改質チャンバの断面図である。
【図９Ｂ】図５のガス改質チャンバを含む本発明のガス改質システムを含む、ガス化装置内の通気を示す図である。
【図９Ｃ】空気投入部からチャンバへ空気の注入、および図５のチャンバ内におけるその通気への効果を示す。
【図１０】は、ガス改質システムの一実施形態に取り付けられた輸送反応器の概略図である。
【図１１】それぞれガス改質システムの一実施形態に取り付けられた２つの噴流床ガス化装置の概略図である。
【図１２】それぞれガス改質システムの一実施形態に取り付けられた２つの固定床ガス化装置の概略図である。
【図１３】ガス改質システムの一実施形態に取り付けられたサイクロンガス化装置の概略図である。
【００８２】
【図１４】図５のガス改質チャンバを含むガス改質システムの一実施形態を含む、水平に配向されたガス化装置の概略図である。
【図１５】ガス化装置および図１４のガス改質システムの別の図である。
【図１６】ガス化装置および図１４のガス改質システムの断面図である。
【図１７】ステップＣの空気ボックス、搬送用ラム指部、灰抽出ねじおよび鋸歯状の端を詳細に示す、図１４に図示されるガス化装置の拡大断面図である。
【図１８】図１４に図示されるガス化装置の搬送用ラムの筐体の詳細図である。
【図１９】耐火物の支柱を詳細に示す図５のガス改質チャンバの断面図である。
【図２０】トーチ取り付けシステムを詳細に示す、および本発明の実施形態による、実施例１のガス改質システムの一部分の概略図である。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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