(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸（２３２）に結合された対向するディスク（１００、１０２）、流体（１４）を第１の圧力で連続的に受け入れるように構成された第１の出口（８２）、および前記流体（１４）を前記第１の圧力より低い第２の圧力で連続的に排出するように構成された第１の入口（８４）を備える第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）であって、逆動ポンプモードおよび減圧タービンモードに構成することができる第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）と、
前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）に結合された第１のモータ（８６）であって、前記逆動ポンプモードにおいて、前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）の前記対向するディスク（１００、１０２）を、前記第１の軸（２３２）の周りに、かつ前記流体（１４）の流れに逆らって駆動して、前記第１の圧力と前記第２の圧力との間の差を制御するように構成された第１のモータ（８６）と、
前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）に結合された第１のブレーキであって、前記対向するディスク（１００、１０２）の前記第１の軸（２３２）の周りの回転に抵抗するように構成され、前記減圧タービンモードにおいて、前記第１の圧力と前記第２の圧力との間の前記差を制御するように構成された第１のブレーキと、
を備える、連続スラグ処理システム（２００）。
【請求項２】
前記第１のブレーキが、摩擦ブレーキ（２４０）、渦電流ブレーキ（２３８）、またはこれらの任意の組合せを含む、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項３】
前記第１のブレーキが発電機を含み、前記対向するディスク（１００、１０２）の前記第１の軸（２３２）の周りの回転に抵抗することが電力を発生するように構成される、請求項１または２に記載のシステム（２００）。
【請求項４】
前記第１のモータ（８６）および前記第１のブレーキに接続された制御器（１８）であって、前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）から前記流体（１４）を受け入れる下流システムの所望の圧力に少なくとも部分的に基づいて、前記第１のモータ（８６）および前記第１のブレーキを制御するように構成され、かつ、前記第２の圧力が前記所望の圧力にほぼ等しくなるように、前記第１のモータ（８６）および前記第１のブレーキを制御するように構成された制御器（１８）を備える、請求項１から３のいずれかに記載のシステム（２００）。
【請求項５】
前記回転並行ディスクポンプ（８０、２３０）の対向するディスク（１００、１０２）の間の間隔（１１８）を制御するように構成された制御器（１８）を備える、請求項１から４のいずれかに記載のシステム（２００）。
【請求項６】
前記逆動ポンプモードにおいて、前記第１の出口（８２）における前記流体（１４）の流量、前記第１の出口（８２）における前記流体（１４）の温度、またはこれらの任意の組合せに少なくとも部分的に基づいて、前記第１のモータ（８６）、および前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）の前記対向するディスク（１００、１０２）の速度を制御するように構成された制御器（１８）を備える、請求項１から５のいずれかに記載のシステム（２００）。
【請求項７】
第２の軸（２３２）に結合された対向するディスク（１００、１０２）、前記流体（１４）を前記第２の圧力で連続的に受け入れるように構成された第２の出口（８２）、および前記流体（１４）を前記第２の圧力より低い第３の圧力で連続的に排出するように構成された第２の入口（８４）を備えた第２の回転並行ディスクポンプ（３５０）であって、前記逆動ポンプモードおよび前記減圧タービンモードに構成することができる第２の回転並行ディスクポンプ（３５０）と、
前記第２の回転並行ディスクポンプ（３５０）に結合された第２のモータ（８６）であって、前記逆動ポンプモードにおいて、前記第２の回転並行ディスクポンプ（３５０）の前記対向するディスク（１００、１０２）を、前記第２の軸（２３２）の周りに、かつ前記流体（１４）の流れに逆らって駆動して、前記第２の圧力と前記第３の圧力との間の差を制御するように構成された第２のモータ（８６）と、
前記第２の回転並行ディスクポンプ（３５０）に結合された第２のブレーキであって、前記対向するディスク（１００、１０２）の前記第２の軸（８８、２３２）の周りの回転に抵抗するように構成され、前記減圧タービンモードにおいて、前記第２の圧力と前記第３の圧力との間の前記差を制御するように構成された第２のブレーキと、
を備え、
前記第１の圧力と前記第２の圧力との間の前記差が、前記第２の圧力と前記第３の圧力との間の前記差にほぼ等しい、
請求項１から６のいずれかに記載のシステム（２００）。
【請求項８】
前記逆動ポンプモードでは、前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）の上流の前記流体（１４）の量が増大したとき、前記第１のモータ（８６）の速度を上げるように構成された制御器（１８）であって、前記減圧タービンモードでは、前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）の上流の前記流体（１４）の前記量が増大したとき、前記第１のブレーキの前記抵抗を増やすように構成された制御器（１８）を備える、請求項１から７のいずれかに記載のシステム（２００）。
【請求項９】
前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）の前記逆動ポンプモードにおいて、上流システムから前記第１の出口（８２）への前記流体（１４）流れが少なくとも部分的に塞がれたとき、ある時間間隔の間、前記第１のモータ（８６）の速度を第１の速度に上げて、前記流体（１４）の流れを逆にして前記第１の出口（８２）から排出されるように構成された制御器（１８）であって、前記時間間隔が経過すると、前記第１のモータ（８６）の前記速度を第２の速度に下げるように構成され、前記時間間隔が約１５秒より短い、制御器（１８）を備える、請求項１から８のいずれかに記載のシステム（２００）。
【請求項１０】
炭素質供給原料（２６）を反応させてガスとスラグの混合物にするように構成されたガス化装置（１２）であって、スラグ出口を経て前記スラグ（５８）を排出するように構成されたクエンチチャンバ（２２）を備えるガス化装置（１２）と、
前記ガス化装置（１２）に結合されたスラグ粉砕機（６４）であって、前記スラグ（５８）およびクエンチ液体（４２）を前記スラグ出口から第１の圧力で連続的に受け入れて、前記受け入れたスラグの粒子のサイズを小さくして、第１の圧力で、前記スラグ（５８）の前記小さくした粒子と前記クエンチ液体（４２）でスラグスラリー（１４）を形成するように構成されたスラグ粉砕機（６４）と、
軸（８８）に結合された対向するディスク（１００、１０２）、前記第１の圧力で前記スラグスラリー（１４）を連続的に受け入れるように構成された出口（８２）、および、前記第１の圧力より低い第２の圧力で前記スラグスラリー（１４）を連続的に排出するように構成された入口（８４）を備える回転並行ディスクポンプ（８０）であって、逆動ポンプモードおよび減圧タービンモードに構成することができる、回転並行ディスクポンプ（８０）と、
前記回転並行ディスクポンプ（８０）に結合されたモータ（８６）であって、前記逆動ポンプモードにおいて、前記回転並行ディスクポンプ（８０）の前記対向するディスク（１００、１０２）を、前記軸（８８）の周りに、かつ前記スラグスラリー（１４）の流れに逆らって駆動して、前記第１の圧力と前記第２の圧力との間の差を制御するように構成されたモータ（８６）と、
前記回転並行ディスクポンプ（８０）に結合されたブレーキであって、前記対向するディスク（１００、１０２）の前記軸（８８）の周りの回転に抵抗するように構成され、前記減圧タービンモードにおいて、前記第１の圧力と前記第２の圧力との間の前記差を制御するように構成されたブレーキと、
を備える、ガス化システム（１１）。
【請求項１１】
前記ブレーキが、摩擦ブレーキ（２４０）、渦電流ブレーキ（２３８）、発電機、またはこれらの任意の組合せを含む、請求項１０に記載のシステム（１１）。
【請求項１２】
前記回転並行ディスクポンプ（８０）の前記逆動ポンプモードにおいて、前記スラグ粒子が前記出口（８２）または前記スラグ粉砕機（６４）を少なくとも部分的に塞いだとき、ある時間間隔の間、前記モータ（８６）の速度を第１の速度に上げて、前記スラグスラリー（１４）の流れを逆にして前記出口（８２）から排出されるように構成された制御器（１８）であって、前記時間間隔が経過すると、前記モータ（８６）の前記速度を第２の速度に下げるように構成され、前記時間間隔が約１５秒より短い、制御器（１８）を備える、請求項１０または１１に記載のシステム（１１）。
【請求項１３】
前記逆動ポンプモードにおいて、前記第１の圧力、前記出口（８２）における前記スラグスラリー（１４）の流量、前記出口（８２）における前記スラグスラリー（１４）の温度、またはこれらの任意の組合せに少なくとも部分的に基づいて、前記モータ（８６）および前記対向するディスク（１００、１０２）の速度、ならびに前記回転並行ディスクポンプ（８０）の前記対向するディスク（１００、１０２）の間隔（１１８）のうちの少なくとも１つを制御するように構成された制御器（１８）を備える、請求項１０から１２のいずれかに記載のシステム（１１）。
【請求項１４】
スラグスラリー流（１４）を第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）の第１の出口（８２）で連続的に受け入れることと、
前記受け入れたスラグスラリー（１４）を第１の圧力から第２の圧力に減圧することであって、前記減圧することが、前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）の前記第１の出口（８２）から第１の入口（８４）への前記スラグスラリー（１４）の前記流れに抵抗することを含み、前記スラグスラリー（１４）の前記流れに抵抗することが、
前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）が逆動ポンプモードにあるとき、前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）を第１のモータ（８６）によって前記スラグスラリー（１４）の流れに逆らって駆動することと、
前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）が減圧タービンモードにあるとき、前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）の第１の軸（２３２）に結合された第１のブレーキを作動させることと、
を含む、減圧することと
を含む、方法。
【請求項１５】
前記スラグスラリー（１４）の前記流れに抵抗することが、前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）の対向するディスク（１００、１０２）の間の間隔（１１８）を調節することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）が前記減圧タービンモードにあるとき、前記スラグスラリー（１４）の前記流れに抵抗することが、前記第１の軸（２３２）を発電機に結合することを含み、前記発電機が、前記スラグスラリー（１４）の前記流れに抵抗することによって電力を発生するように構成される、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）の前記逆動ポンプモードにおいて、上流システムから前記第１の出口（８２）への前記スラグスラリー（１４）の流れが少なくとも部分的に塞がれたとき、ある時間間隔の間、前記第１のモータ（８６）の速度を上げて、前記スラグスラリー（１４）の前記流れを逆にして前記第１の出口（８２）から排出されることと、前記時間間隔が経過すると、前記第１のモータ（８６）の前記速度を第２の速度に下げることであって、前記時間間隔が約１５秒より短い、前記速度を下げることと
を含む、請求項１４から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記スラグスラリー流（１４）を前記第１の回転並行ディスクポンプ（２３０）の前記第１の入口（８４）から第２の回転並行ディスクポンプ（３５０）の第２の出口（８２）で連続的に受け入れることと、
前記受け入れたスラグスラリー（１４）を前記第２の圧力から第３の圧力に減圧することであって、前記減圧することが、前記第２の回転並行ディスクポンプ（３５０）の前記第２の出口（８２）から第２の入口（８４）へのスラグスラリー（１４）の前記流れに抵抗することを含み、前記スラグスラリー（１４）の前記流れに抵抗することが、
前記第２の回転並行ディスクポンプ（３５０）が逆動ポンプモードにあるとき、前記第２の回転並行ディスクポンプ（３５０）を第２のモータ（８６）によって前記スラグスラリー（１４）の流れに逆らって駆動することと、
前記第２の回転並行ディスクポンプ（３５０）が減圧タービンモードにあるとき、前記第２の回転並行ディスクポンプ（３５０）の第２の軸（２３２）に結合された第２のブレーキを作動させることと、
を含む、減圧することと、
を含む、請求項１４から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記受け入れたスラグスラリー（１４）を前記第１の圧力から前記第２の圧力に前記減圧することを、前記第１の圧力と前記第２の圧力との間の差が、前記第２の圧力と前記第３の圧力との間の差にほぼ等しくなるように制御することを含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する主題は、スラグ処理システムに関し、より詳細には、連続スラグ処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業プロセスでは、スラリー、すなわち固体粒子を液体（たとえば水）中に懸濁させた流体混合物を利用して各プロセスを通して固体粒子を運搬する場合がある。例えば、部分酸化システムは、酸素を含む環境の中で炭素を含む化合物を部分的に酸化して様々な製品および副産物を生成することができる。例えば、ガス化装置は、炭素質材料を、合成ガスまたはシンガスと呼ばれる一酸化炭素および水素の有用な混合物に変換することができる。灰分を含む炭素質材料の場合、生じたシンガスにはまた、溶融スラグとしても知られる溶融灰などのあまり望ましくない成分が含まれる場合があり、これは、生産した有用な合成ガスとともにガス化装置から取り出される場合がある。したがって、ガス化反応中に生じた溶融スラグの副産物を、溶融スラグを固化してスラリーを生成するために、ガス化装置のクエンチ液体内に導くことができる。一般に、このスラリーは高温かつ高圧のガス化装置から排出される。ガス化装置から排出されたスラリーは減圧されて、そのスラリーを廃棄する、またはさらに処理することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１５００８６３Ａ２号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本来、特許請求される発明の範囲に相応する特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求する本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろ、これらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡潔な概要を提供することのみを意図する。実際、本発明は、下記に説明する実施形態と同様であるか、または異なる様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態では、連続スラグ処理システムは、第１の軸に結合された対向するディスク、流体を第１の圧力で連続的に受け入れるように構成された第１の出口、および流体を第１の圧力より低い第２の圧力で連続的に排出するように構成された第１の入口を有する第１の回転並行ディスクポンプを含む。第１の回転並行ディスクポンプは、逆動ポンプモードおよび減圧タービンモードに構成することができる。第１の回転並行ディスクポンプに結合された第１のモータであって、逆動ポンプモードにおいて、第１の回転並行ディスクポンプの対向するディスクを、第１の軸の周りに、かつ流体の流れに逆らって駆動して、第１の圧力と第２の圧力との間の差を制御するように構成された第１のモータを、連続スラグ処理システムは含む。第１の回転並行ディスクポンプに結合された第１のブレーキであって、減圧タービンモードにおいて、対向するディスクの第１の軸の周りの回転に抵抗して、第１の圧力と第２の圧力との間の差を制御するように構成された第１のブレーキを、連続スラグ処理システムは含む。
【０００６】
別の実施形態では、ガス化システムは、ガス化装置と、ガス化装置に結合されたスラグ粉砕機と、回転並行ディスクポンプと、回転並行ディスクポンプに結合されたモータと、回転並行ディスクポンプに結合されたブレーキとを含む。ガス化装置は、炭素質供給原料を反応させてガスとスラグの混合物にするように構成される。ガス化装置は、スラグ出口を経てスラグを排出するように構成されたクエンチチャンバを含む。スラグ粉砕機は、スラグおよびクエンチ液体をスラグ出口から第１の圧力で連続的に受け入れて、受け入れたスラグの粒子のサイズを小さくして、第１の圧力で、スラグの小さくした粒子とクエンチ液体でスラグスラリーを形成するように構成される。回転並行ディスクポンプは、軸に結合された対向するディスク、第１の圧力でスラグスラリーを連続的に受け入れるように構成された出口、および、第１の圧力より低い第２の圧力でスラグスラリーを連続的に排出するように構成された入口を含む。回転並行ディスクポンプは、逆動ポンプモードおよび減圧タービンモードに構成することができる。モータは、逆動ポンプモードにおいて、回転並行ディスクポンプの対向するディスクを、軸の周りに、かつスラグスラリーの流れに逆らって駆動して、第１の圧力と第２の圧力との間の差を制御するように構成される。ブレーキは、対向するディスクの軸の周りの回転に抵抗するように構成され、かつ、ブレーキは、減圧タービンモードにおいて、第１の圧力と第２の圧力との間の差を制御するように構成される。
【０００７】
別の実施形態では、方法は、スラグスラリー流を第１の回転並行ディスクポンプの第１の出口で連続的に受け入れることと、受け入れたスラグスラリーを第１の圧力から第２の圧力に減圧することとを含む。減圧することは、第１の回転並行ディスクポンプの第１の出口から第１の入口へのスラグスラリーの流れに抵抗することを含む。スラグスラリーの流れに抵抗することは、第１の回転並行ディスクポンプが逆動ポンプモードにあるとき、第１の回転並行ディスクポンプを第１のモータによってスラグスラリーの流れに逆らって駆動することと、第１の回転並行ディスクポンプが減圧タービンモードにあるとき、第１の回転並行ディスクポンプの第１の軸に結合された第１のブレーキを作動させることと含む。
【０００８】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、図面全体を通して同様の符号が同様の部品を表わす添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】減圧システムを有する連続スラグ除去システムの実施形態の概略図である。
【図２】図１の減圧システムの逆動ポンプの実施形態の斜視図である。
【図３】図２の逆動ポンプの回転ディスクの実施形態の線３−３に沿った断面図である。
【図４】図２の逆動ポンプの回転ディスクの実施形態の線３−３に沿った断面図である。
【図５】減圧システムの実施形態の概略図である。
【図６】１つの回転並行ディスクポンプを有する減圧システムを備える連続スラグ除去システムの実施形態の概略図である。
【図７】２つの回転並行ディスクポンプを有する減圧システムを備える連続スラグ除去システムの実施形態の概略図である。
【図８】ガス化装置の運転圧力プロファイルを示すグラフである。
【図９Ａ】回転並行ディスクポンプの断面図である。
【図９Ｂ】回転並行ディスクポンプの断面図である。
【図１０】減圧タービンモードまたは逆動ポンプモードにおける回転並行ディスクポンプの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つまたは複数の具体的な実施形態を以下に説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、本明細書では実際の実施態様の特徴すべてを説明することはできない。いかなるこうした実際の実施態様の開発に際しても、あらゆるエンジニアリングプロジェクトまたは設計プロジェクトと同様に、システム関連およびビジネス関連の制約を遵守することなど、実施態様ごとに変わり得る開発者の特定の目標を達成するために、実施態様特有の多くの決定を行われなければならないことを理解されたい。さらに、このような開発の取り組みは複雑であり時間を要する場合があるが、それにもかかわらず、この開示の恩恵を受ける当業者にとっては、設計、製作、および製造の定常作業であることを理解されたい。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を導入するときに、冠詞「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、それらの要素のうちの１つまたは複数があることを意味することを意図する。用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であることを意図し、列挙した要素以外に追加の要素があり得ることを意味する。
【００１２】
様々な工業プロセスでは、スラリーを処理することが含まれる。スラリーは、水などの流体中に分散された微粒子状固体を含む場合がある。特定の状況では、スラリーは、第１の場所（例えば、容器）から第２の場所に輸送される。スラリーは、第１の場所から第２の場所に輸送中に減圧および／または冷却される場合がある。例えば、部分酸化システム（ガス化装置）の反応チャンバは、炭素質供給原料（例えば、石炭またはバイオマスなどの炭素質微粒子状固体のスラリー、微粒子状固体の空気搬送流、液体、気体、またはこれらの組合せ）および酸化剤（例えば、高純度酸素）を受け入れる場合がある。いくつかの実施形態では、反応チャンバは、スラリーにするために水（例えば、水噴霧または蒸気）を受け入れる場合がある。供給原料、酸化剤、およびいくつかの場合には水を部分的に酸化すると、有用なガス状製品および灰または溶融スラグの副産物を生成することができる。例えば、ガス化装置は、供給原料、酸素、および水を受け入れて合成ガスすなわちシンガス、および溶融スラグを生成することができる。特定の場合、溶融スラグはガス化装置を通って水などのクエンチ液体内に流れてスラグスラリーを生成する場合がある。ガス化装置から排出されるスラグスラリーの圧力は、ゲージ圧で約１，０００から１０，０００キロパスカル（ｋＰａｇ）（例えば、ゲージ圧で平方インチあたり約１４５ポンド（ｐｓｉｇ）から１，４５０ｐｓｉｇ）の間になり得る。スラグスラリーがさらに処理または廃棄される前に、スラグスラリーは、大気圧などのより低い圧力に減圧される場合がある。高温でスラグスラリーを減圧すると、スラグスラリー内の液体（例えば、水）の少なくとも一部分が蒸発する蒸気フラッシュが生じる場合がある。したがって、スラグスラリーは、ガス化装置を出る前に（例えば、ガス化装置の下流端部分に結合された冷却システムによって）、または、ガス化装置と減圧システムとの間で（例えば、熱交換器によって、および／または低温の水を噴射して）冷却される場合がある。
【００１３】
開示する実施形態は、スラリーをバッチ処理ではなく連続処理で移動する。ロックホッパシステムはスラリーを効果的に取り除くことができるが、それはバッチ方式で周期的に作動し、大きな垂直空間を占め、また腐食を受けることがある高価な弁を含む場合がある。ロックホッパシステムの弁は大きさが制限される場合があり、非常に大きなシステムに合うようにスケールアップすることができない。さらに、ロックホッパシステムは追加の水量を使用する場合があり、これは追加のスラリー処理で取り除かれる場合がある。したがって、開示する実施形態は、逆動ポンプを用いてスラグスラリーの圧力を連続的に下げ、スラグスラリーを高圧域から低圧域に輸送する減圧システムを含む。理解できるように、開示する実施形態は、バッチ処理よりも使用する空間を小さくすることができ、バッチ処理よりも実装する機器を小さくすることができる。
【００１４】
例えば、開示する実施形態は、逆動ポンプを使用してスラリーの圧力を連続的に下げる減圧システムを含む。逆動ポンプは、スラリーの少なくとも一部分をスラリーの正味の流れに逆らって、逆流ポンプを通して出口から入口へ駆動する。逆動ポンプは、回転ディスクを利用して、回転ディスクの表面近くのスラリーの少なくとも一部分を、ある排出圧力で入口から出口に駆動する。出口に駆動されたスラリーの部分は再循環して、出口に結合された高圧システムからのスラリーを付け加えて入口に戻る。再循環するスラリーの部分と付け加えられたスラリーは、回転ディスクの間の中間域に沿って出口から入口に流れる。スラリーの再循環する部分と、出口に結合された高圧システムから付け加えられたスラリーは、高圧システムの圧力より低い下流圧力で入口を通って下流に流れることができる。言い換えると、逆動ポンプは、スラリーを入口から出口に駆動して、出口から入口へのスラリーの正味の流れに抵抗する。逆動ポンプの抵抗によって、出口から入口へのスラリーの圧力が、高圧システムの圧力から下流圧力へ下がる。
【００１５】
特定の実施形態では、減圧システムは、部分酸化システムまたは他の加圧されたスラリーシステムから連続的にスラグを取り除くために使用されて、スラリーの初期圧力（例えば、上流圧力）を、大気圧、または減圧されたスラグスラリーをスラグスラリー除去システムの残りの部分（例えば、下流スラグ処理システム）を通して駆動するのに十分な圧力など、より低い圧力に下げる。
【００１６】
上記を踏まえると、図１は、ガス化システム１１および連続スラグ除去システム１０を有するシステム９の実施形態の概略図であり、図１に示すように、連続スラグ除去システム１０は、スラグスラリー１４、減圧システム１６（例えば、１つまたは複数の逆動ポンプ）、および制御器１８を含むことができる。
【００１７】
ガス化システム１１は、ガス化装置１２などの部分酸化システムを含むことができ、それは、反応チャンバ２０およびクエンチチャンバ２２をさらに含むことができる。防護壁２４は、反応チャンバ２０を取り囲むことができ、物理的な障壁、熱的な障壁、化学的な障壁、またはこれらの任意の組合せとして働くことができる。防護壁２４用に使用することができる材料の例としては、限定するものではないが、耐火材、非金属材料、セラミック、ならびにクロム、アルミニウム、ケイ素、マグネシウム、鉄、チタン、ジルコニウム、およびカルシウムの酸化物が含まれる。さらに、防護壁２４用に使用される材料は、れんが、キャスタブル耐火物、コーティング、能動的に冷却される（例えば、水冷）金属壁、またはこれらの任意の組合せの形態とすることができる。一般に、反応チャンバ２０は、部分酸化化学反応を起こすための制御された環境を提供することができる。部分酸化化学反応は、燃料または炭化水素が高温反応器内で準化学量論的な酸素量と混合したときに起きて、ガス状製品および副産物を生成することができる。例えば、炭素質供給原料２６は酸素２８とともに反応チャンバ２０に導入されて、未処理のシンガス３０および溶融スラグ３２を生成することができる。炭素質供給原料２６は、バイオ燃料または化石燃料などの材料を含むことができ、固体、液体、ガス、スラリー、またはこれらの任意の組合せの形態とすることができる。反応チャンバ２０に導入される酸素２８を、空気または酸素富化空気に置き換えてもよい。特定の実施形態では、オプションのスラグ添加剤３４もまた反応チャンバ２０に加えてもよい。スラグ添加剤３４を使用して、反応チャンバ２０内の溶融スラグ３２の粘度を変えて、スラグの流動特性を改善して、溶融スラグを反応チャンバ２０からクエンチチャンバ２２に確実に移動させることができる。さらに他の実施形態では、水または蒸気などのオプションの調整剤３６もまた反応チャンバ２０に導入してもよい。反応チャンバ２０内の化学反応は、炭素質供給原料２６を、使用するガス化装置１２のタイプに応じて、高圧（例えば、約２，０００から１０，０００ｋＰａ、または３，０００から８，５００ｋＰａ、すなわち、約２９０から１，４５０ｐｓｉ、または４３５から１，２３３ｐｓｉ）、および高温（例えば、約１，１００度Ｃから１，５００度Ｃ、または１，２００度Ｃから１，４５０度Ｃ、すなわち、約２，０１２度Ｆから２，７３２度Ｆ、または２，１９２度Ｆから２，６４２度Ｆ）で蒸気および酸素に触れさせて達成することができる。これらの条件の下で、炭素質供給原料２６内の灰の成分に応じて、灰は溶融状態となる場合があり、これは溶融灰または溶融スラグ３２と呼ばれる。
【００１８】
ガス化装置１２のクエンチチャンバ２２は、防護壁２４の底端部３８（または喉部）を通って反応チャンバ２０を出る未処理のシンガス３０および溶融スラグ３２を受け入れることができる。未処理のシンガス３０および溶融スラグ３２は、高圧（例えば、上流圧力）かつ高温でクエンチチャンバ２２に入る。一般に、クエンチチャンバ２２を使用して、未処理のシンガス３０の温度を下げ、未処理のシンガス３０から溶融スラグ３２を分離し、かつ溶融スラグ３２をクエンチすることができる。特定の実施形態では、防護壁２４の底端部３８に配置されたクエンチリング４０は、クエンチ液体システム４３からクエンチ液体４２（例えば、水）をクエンチチャンバ２２に供給するように構成される。クエンチ液体は、ライン４６を通ってクエンチ入口４４によって受け入れられてクエンチリング４０内に入ることができる。一般に、クエンチ液体４２はクエンチリング４０を通って、浸漬管４７の内面を流下してクエンチチャンバ溜め部４８に入ることができる。クエンチ液体４２は、クエンチ液体排出ライン４９を経てクエンチ液体システム４３に戻って冷却および洗浄されてからクエンチリング４０に戻ることができる。同様に、未処理のシンガス３０および溶融スラグ３２もまた、防護壁２４の底端部３８を通り、浸漬管４７を通ってクエンチチャンバ溜め部４８内に流れることができる。未処理のシンガス３０がクエンチチャンバ溜め部４８内のクエンチ液体４２のプールを通過すると、溶融スラグ３２は固化されてシンガスから分離され、シンガスは冷却およびクエンチされ、その後矢印５２で示すようにシンガス出口５０を通ってクエンチチャンバ２２を出る。クエンチされたシンガス５４は、シンガス出口５０を通って出て、ガス処理システム５６でさらに処理される。ガス処理システム５６において、クエンチされたシンガス５４はさらに処理されて、酸性ガス、微粒子などを取り除いて処理済シンガスを形成することができる。固化したスラグ５８は、クエンチチャンバ溜め部４８の底に溜めることができ、ガス化装置１２からスラグスラリー１４として連続的に取り除くことができる。特定の実施形態では、クエンチ液体４２の一部分はまた、クエンチチャンバ溜め部４８からクエンチ液体排出ライン４９を経て連続的に取り出してクエンチ液体システム４３で処理することができる。例えば、細かな微粒子、すす、細かなスラグ、および他の物質をクエンチ液体システム４３のクエンチ液体４２から取り除くことができ、処理されたクエンチ液体４２をクエンチチャンバ溜め部４８にクエンチ入口４４を通して戻すことができる。
【００１９】
スラグスラリー１４は、クエンチ液体４２中に懸濁された様々な成分の固体を含む場合があり、それらには、限定するものではないが、チャー（すなわち、部分的に反応した燃料）、様々な大きさの固化した灰の粒子、および／または反応チャンバの防護壁２４の部分が含まれる。ガス化装置１２から排出されるスラグスラリー１４は、高圧（例えば、上流圧力）かつ高温の場合がある。例えば、スラグスラリー１４の圧力は、約１，０００から１０，０００ｋＰａｇ（例えば、１４５から１，４５０ｐｓｉｇ）、２，０００から９，０００ｋＰａｇ（例えば、２９０から１，３０５ｐｓｉｇ）、または３，０００から８，０００ｋＰａｇ（例えば、４３５から１，１６０ｐｓｉｇ）の間の場合があり、スラグスラリーの温度は、約１５０から３５０度Ｃ（例えば、３００から６６０度Ｆ）、２００から３００度Ｃ（例えば、３９０から５７０度Ｆ）、または２２５から２７５度Ｃ（例えば、４３５から５２５度Ｆ）の間の場合がある。いくつかの実施形態では、ガス化装置１２に結合した、またはガス化装置１２と一体で形成された冷却システム５９は、スラグスラリー１４がガス化装置１２を出る前に、スラグ５８およびスラグスラリー１４を冷却することができる。冷却システム５９は、ガス化装置１２の下流端部にあるスラグスラリー１４内に冷却流体６１（例えば、水）を注入（例えば、噴射）してスラグスラリー１４の温度を下げることができる。これに加えて、またはこれに代えて、スラグスラリー１４が減圧システム１６に送られる前に、熱交換器７２（例えば冷却器）がスラグスラリー１４の温度を下げて、減圧システム１６を通るときにスラグスラリー１４のフラッシュ（すなわち、蒸発）を少なくする、または防ぐことができる。熱交換器７２によって、水などの追加のクエンチ液体４２なしにスラグスラリー１４を冷却することができ、これは、スラグスラリー１４の追加の処理（例えば、脱水）が取り除かれることを意味する。いくつかの実施形態では、追加の水を使用しないでスラグスラリー１４を冷却することは、例えば、スラグスラリー１４の廃棄前に取り除く水の量が減少することによって、スラグスラリー１４の下流の処理を簡素化することができる。さらに、スラグスラリー１４が熱交換器７２を通るとき、スラグスラリー１４の圧力が下がり、これによって、スラグスラリー１４の最終処理および／または廃棄を簡素化することができる。
【００２０】
特定の実施形態では、制御器１８は、連続スラグ除去システム１０全体にわたって配置された様々なセンサからの信号を受け取ることができる。例えば、センサは、スラグスラリー１４の特性、連続スラグ除去システム１０内の運転状態、スラグスラリー１４の流量、様々な場所でのスラグスラリー１４の温度、様々な場所でのスラグスラリー１４の圧力などに関する情報を提供することができる。例えば、流量センサ「Ｆ1」６０は、ガス化装置１２から出るスラグスラリー１４の流量に関する情報を提供することができる。第１の圧力センサ「Ｐ1」６２は、ガス化装置１２から出るスラグスラリー１４の第１の圧力（例えば、上流圧力）に関する情報を提供することができる。第１の圧力は、ガス化装置１２の圧力とほぼ等しい場合がある。いくつかの実施形態では、制御器１８は、限定するものではないが、粘度、温度、粒子サイズなどのガス化装置１２を出るときのスラグスラリー１４についての追加のセンサ情報を受け取ることができる。さらに、以下で詳細に説明するように、制御器１８は、受け取ったセンサ情報に応答して連続スラグ除去システム１０の運転状態を調節することができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、スラグ粉砕機駆動機６６（例えば、油圧モータ、電気モータ、または他の動力源）に結合された１つまたは複数のスラグ粉砕機６４は、スラグスラリー１４が減圧システム１６に供給される前にスラグスラリー１４を任意選択的に受け入れることができる。スラグ粉砕機６４は、スラグスラリー１４内の粒子を粉砕して、スラグスラリー１４内の粒子を所望の最大粒子サイズ（例えば、トップサイズ）にすることができる。スラグ粉砕機６４は、トップサイズより大きな粒子（例えば、固化したスラグ５８および／または反応チャンバ防護壁２４の部分の比較的大きな塊）のサイズを小さくすることができる。スラグ粉砕機６４は１つまたは複数の段を含む場合がある。適切なトップサイズにすることは、特定の通路を塞ぐことなしにスラグスラリー１４を流すことができるようにするため有用となる、また減圧システム１６の運転にとって有用になる場合がある。特定の実施形態では、スラグ粉砕機６４は、粒子のトップサイズが約２５ｍｍ（１．０インチ）、１９ｍｍ（０．７５インチ）、または１３ｍｍ（０．５インチ）より小さくなるように、粒子のサイズを小さくすることができる。特定の実施形態では、このトップサイズにするには単一のスラグ粉砕機６４で十分な場合があり、また、他の実施形態では、粒子をこのトップサイズにするために２つ以上のスラグ粉砕機６４が（例えば、直列で）一緒に働く場合がある。例えば、第１のスラグ粉砕機がスラグスラリー１４を粗く粉砕し、第２のスラグ粉砕機がスラグスラリー１４を細かく粉砕する場合がある。１つの実施形態では、制御器１８は、スラグ粉砕機モータ６６を制御することによってスラグ粉砕機６４を制御することができる。制御器１８は、センサから受け取った情報に基づいてスラグ粉砕機モータ６６を調節することができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、制御器１８は、スラグ除去システム１０の様々な場所に配置された温度センサ「Ｔ」７４から、スラグスラリー１４の温度についての情報を受け取ることができる。例えば、温度センサ「Ｔ」７４を、スラグスラリー１４がガス化装置１２を出る前に配置する、スラグスラリー１４が熱交換器７２に入る前に配置する、熱交換器７２に取り付ける、またはスラグスラリー１４が熱交換器７２を出た後に配置することができる。温度センサ「Ｔ」７４によって受け取られた情報に応答して、制御器１８は、冷却システム５９および／または熱交換器７２が行う冷却を制御することができる。例えば、制御器１８は、冷却システム５９への冷却流体６１の流量、および／または熱交換器７２を通る冷媒の流量を制御する制御弁を調節することができる。いくつかの実施形態では、温度センサ「Ｔ」７４によって受け取られた情報に応答して、制御器１８は、スラグスラリー１４に直接冷水７８を加えるように流量制御弁７６を調節することができる。冷水７８は、スラグスラリー１４が減圧システム１６内に供給される前に、スラグスラリー１４をさらに冷却することができる。冷水７８は、下流スラグ処理システム９４によって、スラグスラリー１４の追加の処理で取り除くことができる。冷水７８を加えることを省くことができる。特定の実施形態では、熱交換器７２の下流、または冷水７８を加えた下流のスラグスラリー１４の温度は、約１０から１５０度Ｃ（例えば、約５０から３０２度Ｆ）、２０から１２５度Ｃ（例えば、６８から２５７度Ｆ）または３０から１００度Ｃ（例えば、８６から２１２度Ｆ）の間とすることができる。
【００２３】
特定の実施形態では、スラグスラリー１４を減圧システム１６内へ供給することができる。出口８２を通してスラグスラリー１４を受け入れ、入口８４を通してスラグスラリー１４を排出する少なくとも１つの逆動ポンプ８０を減圧システム１６は有する。従来、ポンプは、相対的に低い圧力で流体を入口で受け入れ、相対的に高い圧力で流体を出口から排出する。言い換えると、逆動ポンプ８０は、スラグスラリー１４を従来のポンプとは反対方向にポンプを通して移動させるように構成される。モータ８６は、軸８８を介して逆動ポンプ８０を駆動する。以下で詳細に論じるように、逆動ポンプ８０は、ガス化装置１２からのスラグスラリー１４の流れに逆らうように駆動される。モータ８６は逆動ポンプ８０を駆動して、入口圧力（例えば、大気圧）にあるスラグスラリー１４の少なくとも一部分を入口８４から排出圧力にある出口８２に移動させる。排出圧力にある出口へ移動されるスラグスラリー１４の部分は、出口８２を超えて上流には流れることができず、むしろ、出口８２における上流圧力（例えば、「Ｐ1」６２での圧力）が、そのときのポンプの回転速度でポンプによって生じる排出圧力以上のときには、入口８４に再循環する。排出圧力、および入口圧力と排出圧力との差は、逆動ポンプ８０の速度に少なくとも部分的に基づくことがある。ガス化装置１２からのスラグスラリー１４の上流圧力（例えば、圧力センサ「Ｐ1」６２によって検知される圧力）が、そのときのポンプの回転速度でポンプによって生じる排出圧力より高いとき、逆動ポンプ８０は、以下に論じるように、スラグスラリー１４を減圧しながら出口８２から入口８４へ連続的にスラグスラリー１４を流すことができる。すなわち、スラグスラリー１４の上流圧力は、逆動ポンプ８０を通って流れる間に、圧力センサ「Ｐ1」６２によって検知される上流圧力から、入口８４における入口圧力に下がる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、圧力センサ「Ｐ2」９０は、少なくとも１つの逆動ポンプ８０の下流にあるスラグスラリー１４の下流圧力を検知することができる。逆動ポンプ８０の前後間のスラグスラリー１４の圧力降下は、約１００から１０，０００ｋＰａ、２，０００から９，０００ｋＰａ、または３，０００から８，０００ｋＰａ（例えば、約１４．５から１，４５０ｐｓｉ、２９０から１，３０５ｐｓｉ、または４３５から１，１６０ｐｓｉ）の間とすることができる。第２の圧力センサ「Ｐ2」９０によって示されるようなスラグスラリー１４の下流圧力は、すべてゲージ圧で表すと、約大気圧（０ｋＰａ）から６９０ｋＰａ、６９から５２０ｋＰａ、または、１３８から３４５ｋＰａ（例えば、約０から１００ｐｓｉ、１０から７５ｐｓｉ、または２０から５０ｐｓｉ）の間とすることができる。特定の実施形態では、入口８４における第２の（例えば、下流の）圧力は大気圧にほぼ等しい。これに加えて、またはこれに代えて、流量センサ「Ｆ2」９２は、逆動ポンプ８０と下流スラグ処理システム９４との間のスラグスラリー１４の流量を検知することができる。下流スラグ処理システム９４は、スラグスラリー１４を脱水および／または廃棄することができる。
【００２５】
制御器１８は、モータ８６の制御を通じて、逆動ポンプ８０を通るスラグスラリー１４の流れを制御することができる。逆動ポンプ８０は、可変速度ポンプであり、それにより、モータ８６が逆動ポンプ８０の速度を制御することができる。逆動ポンプ８０の速度の制御を通じて、制御器１８は出口８２における排出圧力を制御することができ、それにより、逆動ポンプ８０を通って高圧の出口８２から低圧の入口８４へ流れるスラグスラリー１４の流量を制御する。
【００２６】
本明細書で論じる際、上流および下流という用語は、連続スラグ除去システム１０を通る流体（例えば、スラグスラリー１４）の流れに対する方向を指す。概して、スラグスラリー１４の流れを示す図１の矢印は、ガス化装置１２から下流スラグ処理システム９４へ下流方向に延びている。したがって、ガス化装置１２は、１つまたは複数のスラグ粉砕機６４および減圧システム１６の上流に配置される。出口８２における上流圧力は、逆動ポンプ８０の直ぐ上流の流体（例えば、スラグスラリー１４）の圧力であり、入口８４における下流圧力は、逆動ポンプ８０の直ぐ下流の流体（例えば、スラグスラリー１４）の圧力である。すなわち、スラグスラリー１４は、逆動ポンプ８０を通って相対的に高い上流圧力の出口８２から相対的に低い下流圧力の入口８４へ流れる。したがって、スラグスラリー１４は、ポンプを通る流れの従来の方向（例えば、低圧の入口から高圧の出口）とは逆方向（例えば、高圧の出口から低圧の入口へ）へ逆動ポンプを通って流れる。したがって、本明細書で論じる際、上流圧力および下流圧力という用語は、逆動ポンプ８０の設置の向きに対するものであり、その結果、流体（例えば、スラグスラリー１４）が逆動ポンプ８０を通って高圧システム（例えば、ガス化装置１２）から低圧システム（例えば、下流スラグ処理システム９４）へ下流に流れる（すなわち、逆流する）とき、出口８２は上流圧力で流体（例えば、スラグスラリー１４）を受け入れ、入口８４は下流圧力で流体（例えば、スラグスラリー１４）を排出する。
【００２７】
図２は、図１の逆動ポンプ８０の実施形態の斜視図を示す。逆動ポンプ８０の対向するディスク１００、１０２は、ハウジング１０５内を接線方向１０４に回転して、流体（例えば、スラグスラリー１４）の少なくとも一部分を入口８４から出口８２に引く。図２に示すように、入口８４の軸線１０６に対する逆動ポンプ８０の相対方向を説明するために、極座標が使われている。例えば、入口８４は、逆動ポンプ８０に対する長手方向の軸線１０６と実質的に平行である（例えば、一直線になっている）。出口８２は、ハウジング１０５の外周１１２における時計回りの接線方向１０４とは実質的に反対向きに配置することができる。対向するディスク１００、１０２は、長手方向の軸線１０６の周りを時計回りの接線方向１０４に回転し、流体（例えば、スラグスラリー１４）を半径方向外向きの方向１０８かつ時計回りの接線方向１０４に駆動する。理解できるように、対向するディスク１００、１０２からの摩擦力は、ディスク１００、１０２に隣接する流体層に時計回りの回転（例えば矢印１０４に沿う）運動かつ半径方向外向きの（例えば、矢印１０８に沿う）運動を与える。流体内の粘性力によって、時計回りの回転運動および半径方向外向きの運動は、ディスク１００、１０２からさらに漸進的に離れていき、２つのディスク１００、１０２の間の中心線１３６に漸進的に近づいていく隣接する流体の層へと伝達される。ディスク１００、１０２の回転速度が比較的高いとき、および／または出口８２に接続されたシステム（例えば、ガス化装置１２）の上流圧力が逆動ポンプ８０のそのときの回転速度での排出圧力よりも低いとき、逆動ポンプ８０は、流体を矢印１１０で示すように逆動ポンプ８０を通るように駆動することができる。矢印１１０は、逆動ポンプ８０を、従来のポンプのように、入口８４から出口８２へ流体を駆動するように設置および運転した場合の流体の流れの方向を示す。ディスク１００、１０２の回転速度が比較的低いとき、および／または逆動ポンプ８０の出口８２における上流圧力が逆動ポンプ８０のそのときの回転速度での排出圧力よりも高いとき、流体は逆動ポンプ８０を通って、従来の方向１１０とは反対の方向１１４（例えば、出口８２から入口８４）へ逆流する。以下で詳細に論じるように、逆動ポンプ８０の出口８２における上流圧力が排出圧力とほぼ等しいときには、流体は逆動ポンプ８０内を再循環する。逆動ポンプ８０の出口８２における上流圧力が排出圧力より高いとき、逆動ポンプ８０を通る流体の正味の流れは出口８２から入口８４へ流れる。流体の少なくとも一部分は逆動ポンプ８０内を再循環し、流体の残りの部分は、出口８２から入口８４への矢印１１４に示すように、逆動ポンプ８０を通って逆流する。
【００２８】
対向するディスク１００、１０２は、ほぼ同じ速度で長手方向の軸線１０６の周りを回転する。対向するディスク１００、１０２の回転速度は、出口８２における排出圧力に影響を与える。いくつかの実施形態では、排出圧力は、約２５０、５００、２０００、３０００、または４０００ｋＰａ、あるいはそれ以上に高くすることができる。逆動ポンプ８０としては、限定するものではないが、Ｄｉｓｃｆｌｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｓａｎｔｅｅ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａのディスクポンプが含まれる。１つまたは複数のスペーサ１１６は対向するディスク１００、１０２を間隔１１８だけ隔てる。１つまたは複数のスペーサ１１６は、ディスクポンプ８０を通る流体を駆動または付勢するなどによって流体（例えば、スラリー）に大きな影響を与えないように構成される。すなわち、流体（例えば、スラリー）は、１つまたは複数のスペーサ１１６の周りを実質的に流れることができる。いくつかの実施形態では、スペーサ１１６は、１つまたは複数のアクチュエータ１２０によって、間隔１１８を制御するように長手方向の軸線１０６に沿って調節することができる。例えば、１つまたは複数のスペーサ１１６は伸縮式のスペーサとすることができる。１つまたは複数のアクチュエータ１２０は、ディスク１００、１０２に結合することができる、かつ／または１つまたは複数のスペーサ１１６に直接結合することができる。１つまたは複数のアクチュエータ１２０としては、限定するものではないが、油圧アクチュエータ、空圧アクチュエータ、電気モータ、またはこれらの任意の組合せが含まれる。対向するディスク１００、１０２の回転速度を維持したまま間隔１１８を狭めると排出圧力を上げることができ、回転速度を維持したまま間隔１１８を広げると排出圧力を下げることができる。
【００２９】
図３は、図２の逆動ポンプ８０の実施形態の線３−３に沿った断面図を示す。図３に示した断面図は、ディスク１００、１０２の回転によって生じる排出圧力が出口８２における上流圧力より高いときの作動中の逆動ポンプ８０の実施形態を描いている。対向するディスクのうちの少なくとも１つ（例えば、ディスク１０２）は、ディスク１０２を接線方向１０４に駆動する軸８８に直接結合される。軸８８および直接結合されたディスク１０２の回転運動は、図３には１つだけが示されている、２つ以上のスペーサ１１６によって、対向するディスク１００に伝達される。回転ディスク１００、１０２は、逆動ポンプ８０内の流体に力を及ぼす。図３に示した逆動ポンプ８０内の流体の半径方向の速度プロファイル１３０は、ディスク１００、１０２の回転によって生じる排出圧力が出口８２における上流圧力よりも高いときの、流体（例えば、スラグスラリー）とディスク表面１３２との間に滑りがない状態に基づいている。滑りがない状態とは、ディスク表面１３２と接する流体がディスク表面１３２に対して付着する、かつ／または動かない（例えば、速度がない）ことを意味するが、ディスク表面１３２間の中間域１３４の流体はより低速度で動く場合があり、その速度は、逆動ポンプ８０の２つのディスク１００、１０２の間の中心線１３６に向かって下がる。粘性による引張りは、ディスク１００、１０２の間の１つの流体層から別の流体層へ運動量（すなわち、速度）を伝達する。しかしながら、粘性による引張りは非効率であるので、中心線１３６近く（例えば、中間域１３４）の流体層は、ディスク１００、１０２の表面１３２に隣接する流体層よりも速度が低い。ディスク１００、１０２の回転によって生じる排出圧力が出口８２における上流圧力より高いとき、流体は、矢印１１０に示すように、入口８４から外周１１２にある出口８２に向かって半径方向外向きに流れる。したがって、半径方向の速度プロファイル１３０のベクトル１３８のそれぞれもまた、外周１１２の方へ外向きに延びており、それは、流体の正味の流れを示している。
【００３０】
図３は、長手方向の軸線１０６および半径方向の軸線１０８に沿う流れを示しているが、ディスク１００、１０２が軸８８の周りを回転するとき、流体（例えば、スラグスラリー１４）もまた長手方向の軸線１０６の周りを時計回りの接線方向１０４に回転することは理解することができる。いくつかの実施形態では、制御器１８は、矢印１１０で示すように、いかなる流体も上流へ向ける（例えば、従来のポンプの正規の方向に流す）ように逆動ポンプ８０を動作させるように構成することができる。いくつかの実施形態では、制御器１８は、逆動ポンプ８０またはモータ８６を制御して、流体がこのように入口８４から出口８２へ正味として流れるようにすることができる。例えば、制御器１８は逆動ポンプ８０の速度を下げて、ガス化装置１２内へのスラグスラリー１４の流れなど、入口８４から出口８２への流体の上流の流れを減らすことができる。
【００３１】
図４は、図２の逆動ポンプ８０の実施形態の線３−３に沿った断面図を示す。図４に示した断面図は、ディスク１００、１０２の回転によって生じる排出圧力が出口８２における上流圧力より低いときの作動中の逆動ポンプ８０の実施形態を描いている。軸８８は、対向するディスク１００、１０２を時計回りの接線方向１０４に駆動する。いくつかの運転状態の下では、逆動ポンプ８０のディスク１００、１０２の間の流体（例えば、スラグスラリー１４）は、矢印１４８で示すように、半径方向を向く２重の再循環パターンで流れることができる。例えば、ディスク１００、１０２の回転によって生じる排出圧力が出口８２における上流圧力とほぼ等しくなって（例えば、上流圧力と排出圧力との差がほぼゼロとなって）、出口８２が塞がれる、かつ／または入口８４が塞がれる、あるいは、これらを組み合わせたものになるとき、流体は再循環することができる。流体（例えば、スラグスラリー１４）の２重の半径方向再循環パターンでは、ディスク１００、１０２の表面１３２近くの流体は、外周１１２の方へ半径方向外向きに流れ、中間域１３４近くの流体は、長手方向の軸線１０６の方へ半径方向内向きに流れる。
【００３２】
出口８２における上流圧力が、ディスク１００、１０２の回転によって生じる排出圧力より高いとき、逆動ポンプ８０を通る正味の流れは、矢印１１４で示すように、出口８２から入口８４である。図４に示した半径方向の速度プロファイル１３０は、ディスク１００、１０２の回転によって生じる排出圧力が出口８２における上流圧力よりも低いとき、流体（例えば、スラグスラリー）とディスク表面１３２との間に滑りがない状態に基づいている。流体（例えば、スラグスラリー１４）とディスク表面１３２との間の相互作用（例えば、摩擦、付着）は、ディスク１００、１０２に隣接する流体を外周１１２の方へ半径方向外向きに駆動するが、ディスク１００、１０２の回転によって生じる排出圧力に対してより高い上流圧力は、中間域１３４近くの流体を長手方向の軸線１０６の方へ半径方向内向きに駆動する。例えば、ディスク１００、１０２近くの流体に対する速度ベクトル１５０は、ディスク１００、１０２によって駆動される半径方向外向きの流れを示し、中間域１３４の流体に対する速度ベクトル１５２は、出口８２における圧力差によって駆動される半径方向内向きの流れを示す。上流圧力がディスク１００、１０２の回転によって生じる排出圧力よりも高いとき、中間域１３４内の流体（例えば、スラグスラリー１４）は、矢印１１４で示すように、下流に流れる。
【００３３】
理解できるように、半径方向の速度プロファイル１３０（例えば、速度ベクトル１５０および１５２）は、対向するディスク１００、１０２の回転速度に少なくとも部分的に基づいて変わる場合がある。ディスク１００、１０２の回転速度は、逆動ポンプ８０を通る逆流１１４の大きさに影響を与える。ディスク１００、１０２の回転速度を上げると、速度ベクトル１５０の大きさを増大させ、中間域１３４の幅を減少させ、かつ速度ベクトル１５２の大きさを減少させ、それにより、出口８２で生じる排出圧力を増大させることができる。同様に、ディスク１００、１０２の回転速度を下げると、速度ベクトル１５０の大きさを減少させ、中間域１３４の幅を増大させ、かつ速度ベクトル１５２の大きさを増大させ、それにより、出口８２で生じる排出圧力を減少させることができる。逆動ポンプ８０を通る逆流１１４の流量は、出口８２における上流圧力と逆動ポンプ８０によって生じる排出圧力との差に少なくとも部分的に基づく。逆動ポンプ８０を通る逆流１１４の流量は、上流圧力と回転ディスク１００、１０２による出口８２において生じる排出圧力との差が増大するにつれて増大する。理解できるように、下流への流れ１１４の流量と、上流圧力と発生する排出圧力との間の差との間の関係は、比例関係、指数関係、対数関係、またはこれらの組合せとなる場合がある。したがって、ディスク１００、１０２の回転速度を上げると、出口８２において生じる排出圧力は増大し、上流圧力と排出圧力との差は減少し、それにより、逆動ポンプ８０を通る逆流１１４の流量を減少させることができる。同様に、ディスク１００、１０２の回転速度を下げると、出口８２において生じる排出圧力は減少し、上流圧力と排出圧力との差は増大し、それにより、逆動ポンプ８０を通る逆流１１４の流量を増大させることができる。
【００３４】
流体（例えば、スラグスラリー１４）内の粒子１５１（例えば、スラグ５８）は、逆流１１４とともに出口８２から入口８４へ流れることができる。理解できるように、様々なサイズのスラグ粒子１５１が、ディスク１００、１０２の間の逆流１１４とともに移動するとき、ディスク１００、１０２の間の再循環流れパターン１４８に入る場合がある。粒子１５１の大部分は、概ね、ディスク１００、１０２の間の中間域１３４に取り込まれ、ここでは、半径方向内向きの速度１５２、およびポンプ出口８２における上流圧力と回転ディスク１００、１０２によって生じる圧力との間の正の圧力差が粒子１５１を、逆動ポンプ８０を通って出口８２から入口８４に逆方向へ駆動する。いくつかの状況では、スラグ粒子１５１のいくらかは、外向きに流されて、中心線１３６から離れて、中間域１３４の外側の領域に入る場合があり、対向するディスク１００、１０２の表面１３２近くの半径方向外向きの速度ベクトル１５０によって画定される流れプロファイルの部分に取り込まれる場合がある。このような状況では、粒子１５１は、入口８４から出口８２へ半径方向外向きに動き、それにより、ポンプの出口８２から入口８４への正味として流れる逆流流れ１１４とは反対の方向に移動する。より小さな粒子１５３の方が、より大きな粒子１５５よりも、この再循環流れパターン１４８に取り込まれやすい場合がある。それにもかかわらず、上流圧力がポンプ出口８２において生じる圧力より高いため、かつ、ポンプ出口８２からポンプ入口８４へスラグスラリー１４は正味として逆流１１４するため、これらのより小さな粒子１５３は逆動ポンプ８０内に溜まりにくい。すなわち、スラグスラリー１４の正味の逆流１１４は、より小さな粒子１５３を再循環パターン１４８から追い出し、その結果、より小さな粒子１５３は、逆流の流れ１１４の一部分として、ポンプ入口８４を経て逆動ポンプ８０を出る。
【００３５】
出口８２を通って逆動ポンプ８０に入る比較的大きな粒子１５５は、各粒子の直径が、速度ベクトル１５２が半径方向内向きに向く中間域１３４の幅を超えていても、逆動ポンプ８０を通って逆流する場合がある。大きな粒子１５５の一部分が、中間域１３４の外側のディスク表面１３２近くの領域に入り、それにより、速度ベクトル１５０が半径方向外向きに向いている速度プロファイル１３０の一部分に入る場合があるという事実にもかかわらず、逆流１１４の流れの推進力は、大きな粒子１５５をポンプ出口８２からポンプ入口８４に向けるのに十分である。しかしながら、いくつかの場合では、大きな粒子１５５の直径が、速度ベクトル１５２が半径方向内向きに向いている流れプロファイル１３０の中央部分１３４とともに、速度ベクトル１５０が半径方向外向きに向いている速度プロファイル１３０のかなりの部分に入るほど十分大きな場合がある。このような場合、流れプロファイル１３０の半径方向内向きの部分１５２が大きな粒子１５５を引っ張る力は、流れプロファイルの半径方向外向きの部分１５０が大きな粒子１５５を引っ張る力にほぼ釣り合う場合がある。このような場合、このような大きな粒子１５５は、逆動ポンプ８０内に溜り始める場合がある。したがって、中央域１５４が存在することによって、流れプロファイル１３０の中央域１５４内に入る直径の大きな粒子１５５は逆動ポンプ８０を通って逆流することができ（例えば、矢印１１４）、一方、中央域１５４の幅より大きな直径の大きな粒子１５５は、逆動ポンプ８０の回転速度が下がって中央域１５４が広くなるまで、逆流ポンプ８０内に溜まる場合がある。したがって、半径方向外向きの流れ（例えば、半径方向の速度ベクトル１５０）のいくらかを含む中央域１５４の幅が、逆動ポンプ８０の出口８２から入口８４へ流れることができる最大粒子サイズを決める場合がある。いくつかの実施形態で、中央域１５４より幅が広い粒子１５５（例えば、スラグ５８）は、逆動ポンプ８０を通って流れることができない。中央域１５４は中間域１３４より広い。
【００３６】
制御器１８は、１つまたは複数のスラグ粉砕機６４を制御して粒子サイズを小さくすることができ、その結果、スラグスラリー１４は逆動ポンプ８０を通って流れることができる。これに加えて、またはこれに代えて、制御器１８は、中央域１５４の幅を制御するように、逆動ポンプ８０を長手方向の軸線１０６に沿って長手方向に調節することができる。例えば、制御器１８は、１つまたは複数のスペーサ１１６を制御して、ディスク１００、１０２の間の間隔１１８を広げて、または狭めて制御することができる。間隔１１８を制御することを通じて、制御器１８はまた中間部１３４および中央域１５４の幅を制御することができ、それにより制御器１８は、逆動ポンプ８０を通って流れる粒子１５１のサイズを制御することができる。上記のように、間隔１１８は出口８２における排出圧力に影響を与えることができる。排出圧力と上流圧力との間の差は中央域１５４に影響を与えることができる。例えば、圧力差が大きいと、中央域１５４が広くなって、流体（例えば、スラグスラリー１４）の逆流の流量をより多く受け入れることができる。いくつかの実施形態では、制御器１８は、間隔１１８および逆動ポンプ８０の速度を制御して、排出圧力および中央域１５４の幅を制御することができ、それにより、逆動ポンプ８０の出口８２から入口８４への流体（例えば、スラグスラリー１４）の流れを制御することができる。
【００３７】
図５は、高圧域１７０（例えば、ガス化装置１２）と低圧域１７２（例えば、下流処理システム９４）の間に配置された減圧システム１６の実施形態の概略図である。高圧域１７０には、限定するものではないが、ガス化装置１２、反応器、タンク、またはこれらの任意の組合せが含まれる。低圧域１７２には、限定するものではないが、高圧域１７０に比べて低圧（例えば、大気圧、ゲージ圧で約２０６ｋＰａ、３４５ｋＰａ、または４８３ｋＰａ（例えば、約３０ｐｓｉｇ、５０ｐｓｉｇ、または７０ｐｓｉｇ）、あるいはそれより高い）の下流処理システム９４、反応器、タンク、または貯槽、あるいはこれらの任意の組合せが含まれる。理解できるように、流体には、限定するものではないが、スラグスラリー１４、炭素質スラリー、鉱物スラリー、またはこれらの任意の組合せが含まれる。高圧域１７０は、流体（例えば、スラグスラリー１４）を、圧力センサ「Ｐ1」６２によって検知することができる上流圧力で減圧システムに供給する。逆動ポンプ８０は、流体を、出口８２における上流圧力から入口８４における下流圧力に減圧する。圧力センサ「Ｐ2」９０は、入口８４からの流体の下流圧力を検知することができる。これに加えて、またはこれに代えて、圧力センサ「Ｐ1」６２の位置にある高圧口および圧力センサ「Ｐ2」９０の位置にある低圧口を有する差圧センサ１７３は、ポンプ８０前後間の圧力降下を直接検知することができる。逆動ポンプ８０の回転速度は、逆動ポンプ８０の軸８８に接続された速度センサ「Ｓ1」８７によって検知することができ、逆動ポンプ８０の回転速度は、制御器１８およびモータ８６によって制御することができる。ディスク１００、１０２の間の間隔は、制御器１８およびディスク間隔アクチュエータ「Ａ1」８９によって制御することができる。逆動ポンプ８０の出口８２から入口８４までの圧力降下は、逆動ポンプ８０のサイズ、逆動ポンプ８０の速度、逆動ポンプ８０のディスク１００、１０２の間の間隔１１８、または逆動ポンプ８０を通る流量、あるいはこれらの任意の組合せに少なくとも部分的に基づく場合がある。いくつかの実施形態では、逆動ポンプ８０の出口８２から入口８４までの圧力降下は、約５，０００、４，０００、３，０００、２，０００、１，０００、５００、２００、１００、５０ｋＰａより小さい（例えば、約７２５、５８０、４３５、２９０、１４５、７３、２９、１４．５、７．３ｐｓｉより小さい）場合がある。制御器１８は、モータ８６および／またはディスク間隔アクチュエータ「Ａ1」８９を制御して、逆動ポンプ８０の速度および／またはディスク１００、１０２の間の間隔１１８を制御することによって圧力降下を調節することができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、減圧システム１６は、所望の圧力降下を可能にするために、直列に連結された複数の逆動ポンプ８０を有することができる。例えば、第１および第２の逆動ポンプはそれぞれ、流体の流れを最大約５，０００ｋＰａ（例えば、約７２５ｐｓｉ）減圧することができる。第１の逆動ポンプの入口８４を第２の逆動ポンプの出口８２に直列に連結すると、第１および第２の逆動ポンプを有する減圧システム１６は流体の流れを最大約１０，０００ｋＰａ（例えば、約１，４５０ｐｓｉ）減圧することができる。複数の逆動ポンプ８０を有する実施形態は、第１のポンプの上流のセンサ（例えば、圧力センサ、流量センサ）および最終のポンプの下流のセンサ（例えば、圧力センサ、流量センサ）に加えて、逆動ポンプ８０間に１つまたは複数のセンサ（例えば、圧力センサ、流量センサ）を含むことができる。
【００３９】
減圧システム１６は、流体を高圧域１７０から低圧域１７２へ連続的に移動させる。流量センサ「Ｆ2」９２は逆動ポンプ８０からの流量を検知し制御器１８にフィードバックを提供することができる。流量センサ「Ｆ2」９２からのフィードバックに少なくとも部分的に基づいて、制御器１８は、上記のようにモータ８６および／またはディスク間隔アクチュエータ８９を制御して、流体（例えば、スラグスラリー１４）の流量を所望の閾値の範囲内に維持することができる。さらに、制御器１８は流量センサ「Ｆ2」９２からのフィードバックを監視して、制御器１８によって制御される減圧システム１６からの所望の出力と、減圧システム１６からの検知出力との間のいかなる不一致も同定することができる。例えば、制御器１８は、流体の流量が減少していることから、逆動ポンプ８０内の粒子の閉塞または蓄積を同定することができる。これに加えて、またはこれに代えて、制御器１８は、検知された流量および／または検知された圧力および／または検知された軸速度の変化（例えば、上昇）より、逆動ポンプ８０が予想外に停止することを同定することができる。例えば、制御器１８は、圧力センサ「Ｐ2」９０で検知された圧力の突然の増大、および／または流量センサ「Ｆ2」９２で検知された流量の突然の増大から、高圧域１７０からの流体が急速に減圧したことを同定することができる。流量が減少している場合には、制御器１８は、逆動ポンプ８０の速度を下げるためにモータ８６の速度を下げることによって、かつ／またはディスク間の間隔を広げるためにディスク間隔アクチュエータ「Ａ1」８９を制御することによって対応することができる。制御器は、逆動ポンプ８０のメンテナンスを可能にするために、かつ／または逆動ポンプ８０が突然停止した場合、および流体が急速に減圧した場合に減圧を停止するために、隔離弁６８を閉じることができる。
【００４０】
減圧システム１６は、例えば、流体を高圧域１７０から低圧域１７２へ定常な流量で連続的に移動させることなどによって、高圧域１７０内（例えば、図１に示す、ガス化装置のクエンチチャンバ２２のクエンチ溜め部４８内）の流体の液位を定常に維持することを助けることができる。いくつかの実施形態では、制御器１８は、図５のレベルセンサ６３「Ｌ1」によって検知されたクエンチ溜め部４８（すなわち、高圧域１７０）の液位の上昇から、図１のクエンチ液体排出ライン４９の閉塞を同定することができる。制御器１８は、図１のクエンチ液体排出ライン４９を通じて取り除かれない流体と釣り合わせるために、逆動ポンプ８０を通る流体の流量を増大させることによって、検知したクエンチ溜りの液位の上昇に対応することができる。制御器１８は、逆動ポンプ８０を通る流れを増大させるために、モータ８６の速度を下げることができる、かつ／または、ディスク１００、１０２の間の間隔を広げるために、ディスク間隔アクチュエータ「Ａ1」８９を調節することができ、それにより、逆動ポンプ８０を通る流れを増大させることができる。
【００４１】
これに加えて、またはこれに代えて、減圧システム１６は、ポンプ入口８４、および／または低圧域１７２（例えば、下流スラグ処理システム９４）への入口で圧力（例えば、Ｐ2）を定常に維持することを助けることができる。制御器１８は、モータ８６の速度、および／またはディスク１００、１０２の間の間隔を制御して、第２の圧力センサ９０および／または差圧センサ１７３によって検知される圧力を制御することができる。いくつかの実施形態では、低圧域１７２は閾圧力を有する場合があり、その閾圧力より高い、またはほぼ等しい圧力で受け入れた流体（例えば、スラグスラリー１４）が低圧域１７２（例えば、下流スラグ処理システム９４）を通って流れるようにすることができる。理解できるように、制御器１８は、低圧域１７２が受け入れる流体の圧力を、システム９の起動時、定常運転時、または停止時に、１つまたは複数の所望の圧力に制御することができる。１つまたは複数の所望の圧力は、予め設定することができる、またはシステム９によって受け取ることができ、またそれは、低圧域１７２の構成部品に少なくとも部分的に基づくことができる。
【００４２】
本発明の技術的効果は、逆動ポンプが流体を連続的に減圧することを可能にすることを含む。逆動ポンプは、出口を通して流体（例えば、スラグスラリー）を高圧域から上流圧力で受け入れ、入口を通して流体を上流圧力より低い下流圧力で低圧域に排出する。逆動ポンプは、ポンプの幾何形状およびディスクの回転速度の特性である排出圧力で流体の一部分を入口から出口へ駆動し、それにより、高圧域からの流体の流れに対する調節可能な抵抗を発生する。排出圧力で出口に駆動される流体の部分は、ポンプによって発生した排出圧力が上流圧力より低い、または等しいとき、出口から逆動ポンプ内に戻って再循環する。逆動ポンプの排出圧力は、出口から入口への流体の流量を調節するために、ディスクの回転速度を変えることによって、またはディスクの間の間隔を変えることによって制御される。逆動ポンプの速度を上げると、ポンプによって生じる排出圧力を増大させ、逆動ポンプの速度を下げると、ポンプによって生じる排出圧力を減少させる。さらに、逆動ポンプのディスク間の間隔を制御して、流体の流量、および逆動ポンプを通って出口から入口へ流れることができる最大粒子サイズの両方を調節することができる。
【００４３】
図６は、連続スラグ減圧（ＣＳＬ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｓｌａｇ  ｌｅｔｄｏｗｎ）システム２００の実施形態を示す。スラグ５８およびクエンチ液体４２（例えば、水）は、ガス化装置のクエンチチャンバ２２の底部出口ノズル２０２を経てＣＳＬシステムに入る。上記のように、スラグ５８はガス化プロセスの副産物であり、限定するものではないが、典型的には直径が１／４インチ以下の小さくもろいガラス状の固体を含む場合があるが、時には、それより大きな粒子が生成される場合がある。いくつかの実施形態では、スラグ５８は、クエンチチャンバ２２の直ぐ上にある反応チャンバの耐火物内張り２４からのれんが部分を含む場合がある。これらのれんが部分は、ＣＳＬシステム２００に入るスラグスラリーの流れ１４の一部となる場合がある。スラグまたはれんが部分のいかなる過大な破片も下流の機器を通って容易に流れることができるサイズにまで小さくするスラグ粉砕機６４がクエンチチャンバ２２に接続される。スラグ粉砕機６４の下流の固体の最大トップサイズは、約２．５４ｃｍ、１．９ｃｍ、または１．２７ｃｍ（例えば、約１インチ、０．７５インチ、または０．５インチ）、あるいはそれより小さくすることができる。
【００４４】
スラグ粉砕機６４を通過した後、スラグスラリー１４は第１の冷却ファンネル２０４に入る。冷却流体６１（例えば、水）の流れは、冷却ファンネル２０４の周りの１つまたは複数の高さおよび／または位置で冷却システム５９から冷却ファンネル２０４内に噴射することができる。例えば、流量制御弁２０６および２０８は、冷却流体（例えば、水）の噴流２１０、２１２を様々な高さで冷却ファンネル２０４へ供給することができる。いくつかの実施形態では、スラグ粉砕機出口の直径２１４は、下流の機器（例えば、減圧タービン、逆動ポンプ）の入口直径２１６より大きい場合がある。冷却ファンネル２０４は、スラグスラリー１４をスラグ粉砕機出口のより大きな直径２１４から下流の機器のより小さな直径２１６内に送り込むことができる。これに加えて、またはこれに代えて、冷却ファンネル２０４は、冷却水をスラグスラリー１４と混ぜて温度を下げた混合流れを生じさせるためのチャンバを提供する。ＣＳＬシステム２００を通って減圧されるスラグスラリー１４の温度を下げることは、溶解したプロセスガスが減圧装置および／または下流の機器内でフラッシュする可能性を減じる、または除く。図６は異なる高さでの２つの水噴流２１０、２１２を示しているが、その高さのそれぞれで、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれより多い水噴流を周囲に配置することができる、または冷却ファンネル２０４内に延在させることができる。いくつかの実施形態では、水噴流２１０、２１２のうちの１つまたは複数は、冷却ファンネル２０４の出口に向けて下流方向へ角度を付けることができる。これに加えて、またはこれに代えて、水噴流２１０、２１２のうちの１つまたは複数は、接線方向に冷却ファンネル２０４に接続することができる。水噴流２１０、２１２をこのように下流方向へ、かつ接線方向へ向けると、冷却水の旋回する下向きの流れが生じ、それが冷却ファンネル２０４を移動し、それにより、２つの流れ（例えば、スラグスラリー１４と冷却水）の混合を強化し、固体の流れが下流の機器のより小さな直径２１６内に入ることを助けることができる。水噴流の高さ位置の数、１つの高さでの水噴流の量、または水噴流のそれぞれの向き、あるいはこれらの任意の組合せは、冷却ファンネル２０４の実施形態ごとに変わり得ることを理解されたい。同様に、図６には、水制御弁２０６、２０８に接続された１つの流量計Ｆ4（例えば、２１８）が示されているが、個別の流量計が各流量制御弁と関連する場合があり、各高さでの冷却流体６１の流量が異なる場合があることもまた理解されたい。
【００４５】
スラグスラリー１４と冷却水が冷却ファンネル２０４内で混合した後、スラグスラリー１４は２つの遮断弁２２０、２２２を通過する。遮断弁のそれぞれはフルポートボール弁を含むことができ、それにより、遮断弁２２０、２２２は速やかに閉じて、ＣＳＬシステム２００の下流部分２２４をクエンチチャンバ２２から隔離することができる。遮断弁２２２は、遮断弁２２０のバックアップとして構成することができる。
【００４６】
遮断弁２２０、２２２を通過した後、スラグスラリー１４は連続スラグ減圧装置２３０に入る。連続スラグ減圧装置２３０は、スラグスラリー１４の圧力を、クエンチチャンバ２２の比較的高い圧力Ｐ0から、Ｐ0より低いが、スラグスラリー１４を駆動して、連続スラグ減圧装置２３０の下流のＣＳＬシステム２００の機器の残りを通すには十分な圧力Ｐ3まで連続して下げる。連続スラグ減圧装置２３０としては、限定するものではないが、Ｄｉｓｃｆｌｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｓａｎｔｅｅ、ＣＡ．から入手可能な、上記の回転並行ディスクポンプが含まれる。以下で詳細に説明するように、連続スラグ減圧装置２３０（例えば、ディスクポンプ）は、「減圧タービンモード」および／または「逆動ポンプモード」で動作することができる。連続スラグ減圧装置２３０の軸２３２はクラッチ２３４を介して可変速度モータ８６に接続される。回転軸はまた、速度センサ２３６と、減速タービンモードにおいて可変速度モータ８６が連続スラグ減圧装置２３０から切り離されているときに軸２３２の回転を遅くする、または止めるための渦電流（すなわち、電磁）ブレーキ２３８と、渦電流ブレーキ２３８のバックアップとしての摩擦ブレーキ２４０とを有する。
【００４７】
連続減圧装置２３０として回転並行ディスクポンプを使用することは、回転並行ディスクポンプを従来の動作モードとは異なるように使用することになることを留意されたい。従来、材料は入口８４から出口８２へ流れるが、これは、図２、４、および６に示された逆流１１４とは反対である。入口８４の直径は出口８２の直径よりも大きくすることができる。しかしながら、回転並行ディスクポンプを連続減圧装置２３０として使用するとき、入口８４と出口８２はその目的を変えて、出口８２は上流の構成部品（例えば、冷却ファンネル２０４）からスラグスラリー１４を受け入れるように構成され、入口８４はスラグスラリー１４を下流の構成部品へ排出するように構成される。したがって、温度の下がったスラグスラリー１４が、連続減圧装置２３０の出口８２（例えば、相対的に小さな直径の出口８２）から入り、連続減圧装置２３０を通って移動しながら圧力を下げ、低い圧力で入口８４（例えば、相対的に大きな直径の入口８４）から出る。いくつかの実施形態では、水の中に溶解したＮＨ3、Ｈ2Ｓ、ＣＯ2、ＣＯ、およびＨ2などのガスのいくらかは、連続減圧装置２３０（例えば、回転並行ディスクポンプ）の動作にあまり影響を与えることなしに、連続減圧装置２３０内部の溶液から出てくる場合がある。
【００４８】
いくつかの実施形態では、減圧されたスラグスラリー１４および取り込まれたいくらかの気泡は、目的が変わった減圧装置２３０の入口８４を第２の冷却ファンネル２４４に接続する導管２４２（例えば、水平の導管）を通過する。第２の冷却ファンネル２４４は、第１の冷却ファンネル２０４用の冷却流体６１と同じ源、または冷却流体６１とは異なる源に、流量制御弁２４６を介して接続することができる。いくつかの実施形態では、第２の冷却ファンネル２４４を使用してスラグスラリーをさらに冷却することができ、それにより、溶解したガスが下流の構成部品内でフラッシュする可能性を減じることができる。これに加えて、またはこれに代えて、第２の冷却ファンネル２４４を使用して、スラグスラリー１４を連続減圧装置２３０のより大きな直径の入口８４から下流の機器の相対的により小さな直径の入口内に移動させることを助けることができる。第１の冷却ファンネル２０４に関して上記したように、１つまたは複数の冷却水噴流２４８は、下流方向および／または第２の冷却ファンネル２４４の周囲に対して接線方向になる角度で第２の冷却ファンネル２４４に取り付けることができる。図６は、第２の冷却ファンネル２４４に結合された冷却水噴流２４８を１つだけ示しているが、追加の冷却水噴流を、かつ／あるいは、１つまたは複数の冷却水噴流を追加の高さの位置で、第２の冷却ファンネル２４４に対して様々な角度で、および／または向きで第２の冷却ファンネル２４４に結合することができることは理解されよう。
【００４９】
第２の冷却ファンネル２４４を通過した後、スラグスラリー１４はバックアップ遮断弁２５０を通過して、水から固体（例えば、スラグ５８）をバルク分離する液体サイクロン２５２に入ることができる。液体サイクロン２５２は、スラグスラリー１４のうちの固体のほとんど、および水のいくらかを底部の隔離弁２５４を通るように向けるように構成することができる。底部の隔離弁２５４から、スラグスラリー１４の固体は、真空ベルトフィルタ２５６でさらに処理することができ、真空ベルトフィルタ２５６では、最終の脱水された固体流２５８および濾過流２６０（例えば、水）が生じ、濾過流２６０はポンプ２６４によって水溜め部２６２に吸い上げられる。水の大部分は、取り込まれたいくらかの細かな固体および気泡とともに、架空ライン２６６を通って液体サイクロン２５２を出て、背圧制御弁２６８を通過して入口流２７２としてフラッシュタンク２７０に入る。
【００５０】
フラッシュタンク２７０は、入口流２７２を、フラッシュタンク２７０の頂部から出るフラッシュガス流２７４、制御弁２７８を経てタンクの底部を出る水流を含む細かな固体２７６、およびポンプ２８２および冷却器２８４を経て冷却ファンネル２０４および２４４で再生利用することができる清澄水２８０に分離するように構成することができる。図６に示すように、フラッシュタンク２７０のいくつかの実施形態は、様々な流れを分離するための様々な内部構成部品を有することができる。例えば、フラッシュタンク２７０は、下方に湾曲した入口管２８６、フラッシュタンク２７０の底部からフラッシュタンク２７０の中間部まで延在するより大きな円筒状の堰２８８、およびフラッシュタンク２７０の中間部に吊るされたより小さな円筒状の入口隔壁２９０を有することができる。より大きな円筒状の堰２８８は、頂部に鋸歯状の縁２９２を有することができ、より小さな円筒状の入口隔壁２９０は、鋸歯状の堰２８８および湾曲した入口管２８６の上方を延在する上部縁を有することができ、かつ、より小さな円筒状の入口隔壁２９０は、円筒状の堰２８８の鋸歯状の縁２９２の下方を延在する下部縁を有することができる。湾曲した入口管２８６を経てフラッシュタンク２７０に入る水、細かな固体、およびガスは、フラッシュタンク２７０の中心線に沿って下方２９４に向けられ、円筒状の堰２８８の鋸歯状の縁２９２の高さあたりにある水線の直ぐ上方の入口隔壁２９０の中間に入る。
【００５１】
入口流２７２のガス部分（例えば、シンガス５４）は逆方向に流れてフラッシュタンク２７０の頂部に集めることができる。ガス部分は、フラッシュガス流２７４としてフラッシュタンク２７０を出て、ガス化プラントの黒水部の真空フラッシュタンクへ行くことができる。入口流２７２の水２８０および細かな固体２７６は、隔壁２９０内の水のプール内に下向きに向けられる。水が弁２７８およびポンプ２８２によってフラッシュタンクから引き抜かれ、入口流２７２が入口管２８６を通って入り続けると、水の下方２９４への一定の流れが隔壁２９０の下半分内で生じる。細かな粒子が隔壁２９０の底縁に達すると、それらの慣性によって下方２９４に進み続けようとするが、水の少なくとも一部分は、逆方向に動いて、隔壁２９０と円筒状の堰２８８との間の環状の隙間内を上方向に移動する。したがって、細かな固体は水の中で集中するようになって、フラッシュタンク２７０内を下方２９４に動き続け、制御弁２７８を経て水溜め部２６２内に入る。対照的に、清澄水２８０は、隔壁２９０と円筒状の堰２８８との間を上方２９６に動いて、固体をあまり含まなくなる。すなわち、隔壁２９０と円筒状の堰２８８との間の清澄水２８０は非常に細かな固体しか含まないようにすることできる。清澄水２８０が上方２９６に動き続けると、最終的に円筒状の堰２８８の鋸歯状の縁２９２に達し、円筒状の堰２８８とフラッシュタンク２７０の壁との間の環状空間内にあふれ出る。この外側の環状空間内の清澄水２８０は水の貯槽となってポンプ２８２に吸引される。ポンプ２８２は冷却器２８４を通して水を循環させて、冷却された冷却水を冷却ファンネル２０４および２４４へ供給する。新しい補給水２９８は、ポンプ２８２に利用可能な水を供給するために、制御弁３００を経てフラッシュタンクに付け加えることができる。
【００５２】
水溜め部２６２は、水溜め部２６２の右側の、図６に示した第１の部分３０２（例えば、「汚濁側」）、および水溜め部２６２の左側の、図６に示した第２の部分３０４（例えば、「清浄側」）を有する。フラッシュタンク２７０の底部からの微粉（例えば、細かなスラグ粒子）を有する水は、制御弁２７８を経て第１の部分３０２に入る。微粉３０６を有する水は、ポンプ３０８によって第１の部分３０２から吸い出されて、ガス化プラントの黒水システムに入ってさらに処理される。真空フィルタ２５６からの濾過水３１０は、ポンプ２６４によって第２の部分３０４に入る。濾過水３１０は、ポンプ３１２によって第２の部分３０４から吸い出されて、ガス化プラントの雑排水システムに入って、ガス化プラントで再使用することができる。ポンプ３０８および３１２はそれぞれ、水溜め部２６２の第１および第２の部分３０２、３０４の液位制御器（例えば、フロート弁）によって制御することができる。
【００５３】
図６に示すように、ＣＳＬシステム２００は、システムを監視、制御するために使用されるいくつかのセンサ、弁、およびモータスタータを備えることができる。上記のようにコンピュータ化された制御器１８を使用して、様々な流量、圧力、温度、液位、位置、速度、成分センサからのデータを受け取ることができる。制御器はまた、ＣＳＬシステム２００を望むように制御するために、可変速度モータ８６、クラッチ２３４、ブレーキ２３８、２４０、真空ベルトフィルタ装置２５６、ポンプ２６４、２８２、３０８、３１２、および弁２２０、２２２、２５０、２０６、２０８、２４６、２６８、２５４、２７８、３００を作動させる信号を送るために使用することができる。
【００５４】
４１３６〜４８２６ｋＰａ（例えば、６００〜７００ｐｓｉｇ）程度、またはそれより低い圧力で作動するガス化装置に対しては、ガス化装置クエンチチャンバ２２からのスラグスラリー１４の圧力を下げるには、図６に示されるような単一の連続減圧装置２３０で十分な場合がある。より高い圧力のガス化装置では、第１の減圧装置２３０と直列の第２の減圧装置３５０を使用して所望の圧力降下を得ることができる。図７は、直列の２つの回転並行ディスクポンプ（例えば、２３０および３５０）を使用するＣＳＬシステム２００の実施形態を示す。直列に減圧装置を有するＣＳＬシステム２００のいくつかの実施形態では、ベンド３５２（例えば、約９０度のベンド）が２つの減圧装置２３０、３５０の間の導管２４２に挿入される。これに加えて、またはこれに代えて、第３の冷却ファンネル３５４が、第２の減圧装置３５０の直ぐ上流に付け加えることができる。ベンド３５２によって、第２の減圧装置３５０の出口８２への下向きの接続が可能になり、第３の冷却ファンネル３５４はスラグスラリー１４が第２の減圧装置３５０の出口８２内に入ることを容易にすることができる。理解できるように、水噴流３５６の高さ位置の数、１つの高さでの水噴流の量、または水噴流のそれぞれの向き、あるいはこれらの任意の組合せは、第３の冷却ファンネル３５４の実施形態ごとに変わり得る。例えば、第３の冷却ファンネル３５４は、冷却システム５９の１つの流量制御弁３５８によって供給される１つの水噴流３５６を有することができる。第２の減圧装置３５０は、第１の減圧装置２３０と同様に動作させることができる。
【００５５】
図８は、時間ｔ0〜ｔ9のガス化装置の運転の実施形態に対する、ガス化装置の運転圧力４０２対時間４０４を示すグラフ４００である。理解できるように、ｔ4とｔ5との間の時間尺度は、ｔ4とｔ5との間で線を切って示されているように、圧縮されている。ガス化装置の様々な圧力レベルは以下のように同定される。
【００５６】
ＰPは、ガス化装置の予熱が完了し、ガス化プラントの高温ガス通路を不活性ガスでパージし始めるときの圧力である。これは本質的に大気圧に等しい。
【００５７】
ＰS/Uはガス化装置の起動時の圧力である。不活性パージガスがガス化システム内に溜まっているため、これは大気圧よりわずかに高い。
【００５８】
ＰL/Cは、ＰS/Uと通常運転圧力との間で一時的に保持する圧力で、この点で、ガス化プラント全体にわたってリークチェックが行われる。ガス化装置の運転圧力の高さ、およびプラントが起動前にメンテナンスのために開放されていた範囲に応じて、ＰL/C保持圧力は１つより多い場合がある。
【００５９】
ＰNOCは、ガス化装置の通常運転状態圧力であり、プラントに応じて、約２４１３から８２７４ｋＰａ（例えば、３５０から１２００ｐｓｉｇ）までのどこかの圧力とすることができる。
【００６０】
ＰUは、ガス化装置内の圧力が、おそらくガス化装置の直ぐ下流の運転装置内のシステムの不調から、仮想的に急速に降下したことを表している。
【００６１】
ＰS/Dは、ガス化装置が停止したときのシステムの圧力である。この場合には、ＰS/DはＰNOCと同じであるように示されている。しかしながら、ガス化プラントの圧力は、停止後にシステムに残る製品ガスを少なくするために、停止前に下げられる場合がある。それにもかかわらず、ＰS/Dは、システム内の残留圧力を使用して停止過程で特定のプロセス流を駆動するために大気圧よりも高い。
【００６２】
ＰFは、すべての停止手順が完了した後のガス化装置の最終圧力である。これは、本質的に大気圧および／またはＰPに等しい。
【００６３】
ＣＳＬシステム２００は、スラグスラリー１４（例えば、スラグと水）の圧力を、ガス化装置の圧力からほぼ大気圧（例えば、ＰP）に下げるので、図８に示す圧力プロファイルは、時間４０４の関数としてＣＳＬシステム２００に生じる差圧の種類を示している。
【００６４】
また図８に示した斜線部分４０６は、ガス化装置の運転中にＣＳＬシステム２００が上記のようにスラグスラリー１４を処理している時間をほぼ表している。理解できるように、スラグがガス化装置の反応チャンバ２０の壁に溜まって、反応チャンバ２０から流れ出て、クエンチチャンバ２２内にいかなる程度にも溜まるのに時間（例えば、蓄積期間）がかかるので、スラグスラリー１４は、起動してすぐに（例えば、ｔ0で）ＣＳＬシステム２００に入り始めることはない。図８は、スラグがＣＳＬシステム２００に入る点が、ガス化装置の起動ＰS/U（例えば、ｔ1）とガス化装置のリークチェックの保持点ＰL/C（例えば、ｔ2）との間で生じることを示している。これは、ガス化装置がそれ以前に運転されていくらかのスラグがガス化装置の壁に残っている場合を表している。新しいガス化装置、または反応チャンバ２０の耐火物内張りが新しいガス化装置の場合には、斜線部分４０６の左端は、ｔ4またはｔ4とｔ5との間の時間に近づいていくことができる。停止に関しては、ＣＳＬシステムは、ＣＳＬシステムに残る残留スラグの量を減らすためにガス化装置が停止した後ある時間間隔の間、運転される場合がある。
【００６５】
図２〜４で上記した回転並行ディスクポンプ８０は、対向するディスクの回転方向に関わらず、入口８４から出口８２への流体の正の流れを発生させることができる。図９Ａおよび９Ｂは回転並行ディスクポンプ（例えば、連続減圧装置２３０、３５０）の断面であり、ディスクポンプ端面の断面を示している。ここで、図９Ａは、両ディスク１００、１０２の従来（例えば、反時計回り４２０）の回転を示し、図９Ｂは、両ディスクの逆（例えば、時計回り）の回転を示している。回転並行ディスク１００、１０２は、回転方向に関わらず、それらの間の流体（例えば、スラグスラリー１４）に運動量を伝達するので、従来４２０の回転および逆４２２の回転とも遠心力を発生して、流体を半径方向外向き方向４２４に、流入ディスクの入口（例えば、穴）８４から両ディスクの周縁部４２６へ移動させる。流入ディスクの入口８４からポンプケーシング４３０への図９Ａの実線の矢印４２８は、従来（例えば、反時計回り４２０）の回転中のディスク１００、１０２の間の流体の動きを示し、ここでは、ディスク１００、１０２は、出口ノズル８２に実質的に向かう反時計回り方向４２０に回転する。従来の反時計回り方向４２０に回転している状態では、ディスク１００、１０２を出る流体の流れは、出口８２を通る比較的真直ぐな矢印４３２で示すように、出口ノズル８２を通って出る流体の流れと実質的に方向が合っている。流入ディスクの入口８４からポンプケーシング４３０への図９Ｂの実線の矢印４３４は、逆（例えば、時計回り４２２）の回転中のディスク１００、１０２の間の流体の動きを示し、ここでは、ディスク１００、１０２は、出口ノズル８２に実質的に離れるように時計回り方向４２２に回転している。逆の（例えば、時計回り４２２）方向に回転している状態では、ディスク１００、１０２を出る流体の流れは、出口８２を通る曲がった矢印４３６で示すように、出口ノズル８２を通って出る流体と実質的に方向が合っていない。図９Ｂの逆回転の実施形態でこのように方向が合っていないため、流体は、出口８２を通る曲がった矢印４３６で示すように、急旋回して出口ノズル８２に入る。流体の流線がこのように急旋回することによっていくらかのエネルギーが消費され、それにより、従来の回転（例えば、反時計回り４２０）モードに対して逆回転（例えば、時計回り４２２）モードの効率は下がる。それにもかかわらず、ディスク１００、１０２が反時計回り４２０および時計回り４２２に回転すると、流体（例えば、スラグスラリー１４）を流入ディスクの入口８４から出口８２に吸い出すことができる。さらに、ＣＳＬシステム２００では、固体流（例えば、スラグスラリー１４）を高圧から低圧へ連続的に減圧するために両方向の回転を用いることができる。
【００６６】
回転並行ディスクポンプ８０は、固体微粒子状物質（例えば、スラグ）を含む水スラリー用の減圧装置２３０、３５０として、少なくとも２つのモードで使用することができる。第１のモードは、本明細書では「減圧タービンモード」と呼ばれる。第２のモードは、「逆動ポンプモード」と呼ばれる。減圧タービンモードおよび逆動ポンプモードは両方とも、ディスク１００、１０２が、図１０に示すように出口ノズル８２から離れるように回る、逆（例えば、時計回り４２２）の回転で回転並行ディスクポンプ８０を動作させることができる。理解できるように、図１、２および５〜７に示す回転並行ディスクポンプ８０は、以下で詳細に論じるように、減圧タービンモードおよび／または逆動ポンプモードで動作することができる。
【００６７】
減圧タービンモードでは、ガス化装置のクエンチチャンバからの高圧のスラグ−水スラリーは、図１０に示すように、逆動ポンプの接線方向の出口８２に入り、ポンプ８０内を時計回りの方向４２２に動き、ディスク１００、１０２を時計回りの方向４２２に回す。ディスク１００、１０２内のスラグおよび水の時計回り４２２かつ半径方向内向き４４０の動きが図１０の実線の矢印４４２で示される。ディスク１００、１０２の表面では滑りがない状態のため、かつ、ディスク１００、１０２の回転によって生じる遠心力のため、半径方向外向き４２４の運動量がディスク１００、１０２に隣接する流体に伝えられる。これによって、ディスク１００、１０２に接する薄い層にある流体は、図１０の破線の矢印４４４で示すように、時計回り４２２で半径方向外向き４２４に動く。その結果、再循環パターンがディスク表面１００、１０２の近くに形成され、ここでは、流体の薄い層は半径方向外向き４２４に矢印４４４とともに動くが、流体の大部分は半径方向内向き４４０に矢印４４２とともに動く。流入ディスクの入口８４に達する流体（例えば、スラグスラリー１４）は、（実線の矢印４４２によって示された経路を経て）入口８４を通って軸方向外向き（例えば、紙面の外）に移動し、矢印１１４で示すように、吸込みポートを通って逆動ポンプ８０を出る。タービン減圧モードにおけるディスク１００、１０２の回転速度は、ポンプ軸に取り付けられた渦電流ブレーキまたは摩擦ブレーキなどのブレーキによって制御することができる。ブレーキはディスク１００、１０２が回ることに対する抵抗を与える。減圧タービンモードにおいて逆動ポンプ８０によって生じる圧力降下、したがって流量は、ブレーキシステムによって流体から取り出される仕事の関数である。回転に対する抵抗を増やす、または減らすことによって、圧力降下をそれぞれ大きくする、または小さくするためブレーキを使用することができる。これに加えて、またはこれに代えて、回転に対する抵抗を増やす、または減らすことによって、逆動ポンプ８０を通るスラグ−水スラリーの流量をそれぞれ増大させる、または減少させるためにブレーキを使用することができる。別の実施形態では、発電機などの代替の負荷をブレーキの代わりに使用することができることに留意されたい。さらに、上記のように、制御器は、ディスク１００、１０２の間の間隔を調節して、圧力降下、流量、または粒子サイズ、あるいはこれらの任意の組合せに影響を与えることができる。
【００６８】
逆動ポンプモードでは、逆動ポンプを通る高圧のスラグ−水スラリーの流れパターンは、図１０に示すような減圧タービンモードの流れパターンと同様である。しかしながら、減圧タービンモードでのディスクの時計回り４２２の動きはスラリーの動きによって駆動されるのに反して、逆動ポンプモードでは、ディスク１００、１０２は、軸に接続されたモータ（例えば、可変速度モータ）によって外部から駆動される。図４に関して上記したように、ディスク１００、１０２の間の流体は、ポンプのヘッドがない（例えば、ディスク１００、１０２の回転によって生じる排出圧力が、出口８２における上流圧力にほぼ等しい）ときは常に逆動ポンプ内を再循環する。図４に関して上記したように、流体は、逆動ポンプの排出部（例えば、出口８２）における圧力が、逆動ポンプによってそのときの回転速度で生じる供給圧力を超えるときは常に逆動ポンプを通って逆方向に流れる（例えば、逆流する）。したがって、図４および１０に示す逆流１１４の状態は、以下のいくつかの方法で生じさせることができる。１）逆流ポンプの排出部（例えば、出口８２）における上流圧力を、逆動ポンプが供給することができる圧力より高くする、２）逆動ポンプの供給圧力が、逆動ポンプの排出部（例えば、出口８２）に接続されたシステムの上流圧力より低くなるように逆動ポンプの速度を下げる、３）逆動ポンプの供給圧力が、逆動ポンプの排出部（例えば、出口８２）に接続されたシステムの上流圧力より低くなるように逆動ポンプのディスク１００、１０２の間の間隔を広げる。逆動ポンプが可変速度モータに接続されているとき、逆動ポンプの速度を下げると逆動ポンプを通る逆流１１４の量が増大し、逆動ポンプの速度を上げると逆流１１４の量は減少する。実際、適切な大きさの可変速度モータおよび適切な大きさの回転並行ディスクポンプ８０を使えば、逆動ポンプの速度を調節することによって、流体（液体、スラリーなど）を、高圧容器内に吸い出すことも、または高圧容器から圧力を抜くこともできる。いくつかの実施形態では、逆動ポンプモードで使う回転並行ディスクポンプ８０の寸法と回転速度は、減圧タービンモードで使う回転並行ディスクポンプ８０の寸法と回転速度とは異なる場合がある。
【００６９】
以下の段落では、減圧タービンモードおよび逆動ポンプモードで運転する時の、図６および７に示したＣＳＬシステム２００の運転および制御の方法の詳細をともに説明する。運転手順は、起動、通常運転、停止、および不調時の対応に対して提供される。ＣＳＬシステム２００のいくつかの実施形態は、コンピュータ化された制御システム（例えば、制御器１８）を使用して、図６および７に示すセンサからの入力を受け、制御装置（例えば、弁（２０６、２０８、２２０、２２２、２４６、２５０、２５４、２６８、２７８、３００、３５８）、可変速度モータ８６、クラッチ２３４、ブレーキ２３８、２４０）に対する出力を発生する。制御器１８に接続されるセンサは、限定するものではないが、温度センサ（例えば、Ｔ0、Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3）、圧力センサ（例えば、Ｐ0、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4）、流量計（例えば、Ｆ0、Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3、Ｆ4、Ｆ5、Ｆ6、Ｆ7）、ガス成分センサ（Ａ1）、レベルセンサ（Ｌ1、Ｌ2）、または速度センサ２３６、あるいはこれらの任意の組合せを含むことができる。いくつかの実施形態では、人間の操作員の入力を使用して、適切な制御設定点（例えば、液体サイクロン２５２への入口における目標圧力Ｐ3）をコンピュータ化された制御システムに入力することができる。コンピュータ化された制御システム（例えば、制御器１８）は、ＣＳＬシステム２００を監視および運転するように構成することができる。
減圧タービンモード
以下の段落では、減圧タービンモードに構成された、図６に示すＣＳＬシステム２００の運転を説明する。ここでは、ＣＳＬシステム２００に結合されたガス化装置１２は、図８のグラフで説明した、経時的なガス化装置の圧力で動作する。理解できるように、減圧タービンモードで図６のＣＳＬシステム２００を運転するための初期状態は、限定するものではないが、以下のことを含むことができる。
【００７０】
１）すべての弁（例えば、２０６、２０８、２２０、２２２、２４６、２５０、２５４、２６８、２７８、３００）を閉じる；
２）減圧タービンロータの速度がほぼゼロとなるように、１つまたは複数の減圧タービンモータ８６を止める、かつ／あるいは、渦電流ブレーキ２３８または摩擦ブレーキ２４０を作動させる；
３）他のポンプ（例えば、２６４、２８２、３０８、３１２）を止める；
４）真空ベルトフィルタ２５６を止める；
５）クエンチチャンバ２２、真空ベルトフィルタ装置２５６、水溜め部２６２、およびフラッシュタンク２７０内の初期水位を確立する；
６）スラグ粉砕機６４、第１の冷却ファンネル２０４、減圧タービン２３０、第２の冷却ファンネル２４４、液体サイクロン２５２、および他の接続管を流体（例えば、水）で満たす。
【００７１】
減圧タービンモードでの図６のＣＳＬシステム２００に対する起動シーケンスは、限定するものではないが、以下のことを含むことができる。
【００７２】
１）ガス化装置１２の起動後、クエンチチャンバの圧力Ｐ0を、減圧タービン（例えば、逆動ポンプ２３０）が摩擦抵抗に打ち勝って滑らかに回る最低速度で回転する最低限の圧力を超えるレベルまで上げる。この圧力は、図８のＰS/UとＰL/Cとの間のどこかの圧力であり、減圧タービンの起動トリガ圧力ＰS/Tである。
【００７３】
２）クエンチチャンバの圧力Ｐ0＞ＰS/Tのとき、可変速度モータ８６を作動させ、クラッチ２３４をつなぎ、タービン２３０を起動速度で、すなわち、ＰS/Tに対して適切な回転速度で逆回転方向４２２の回転を開始させる。
【００７４】
３）背圧制御弁２６８、フラッシュタンク液位制御弁２７８、および給水弁３００を自動制御モードに、かつそれらの起動設定点にする。
【００７５】
４）弁２５４、２２２、２２０、および２５０をこの順番で開けて、システムを通る流れを生じさせる。（ステップ２、３、および４は、制御器１８によって比較的すばやく連続して行うことができることに留意されたい。）
５）冷却水再循環ポンプ２８２を作動させ、冷却水流量制御弁２０６、２０８、および２４６をそれらの初期動作設定点まで開ける。スラグを減圧タービン２３０および液体サイクロン２５２のより小さな直径の入口に入りやすくする冷却ファンネル２０４および２４４内の旋回運動を確立する最低限の水の流量を冷却噴流に与えるために初期設定点は選ばれる。
【００７６】
６）制御器１８を使って真空ベルトフィルタ２５６、ならびにポンプ２６４、３０８、および３１２を起動して、真空ベルトフィルタ装置２５６および水溜め部２６２内の水位をＣＳＬシステム２００の運転全体を通して自動的に維持する。
【００７７】
７）スラグスラリー１４および冷却噴流水が減圧タービン２３０を通って流れ始め、クエンチチャンバの圧力が上がり続けると、減圧タービン２３０を通る質量流量は増大し、その結果、減圧タービン２３０の速度はモータの速度を超えて上昇しようとする。この点に達すると、制御器１８はモータが無負荷であることを検出し、クラッチ２３４を切り（したがって、モータ８６を切り離し）、渦電流ブレーキ２３８および／または摩擦ブレーキ２４０を作動させる。減圧タービン速度センサ２３６、圧力センサＰ0、Ｐ1、およびＰ3、ならびに流量センサＦ1およびＦ3からの入力を使用して、制御器１８は渦電流ブレーキ２３８の抵抗を調節して、減圧しているスラグ−水流れから仕事を取り出して、減圧タービン２３０前後間の圧力降下（例えば、ΔＰ）を生じさせる。減圧タービン２３０前後間の圧力降下（例えば、ΔＰ）を調節することによって、制御器１８は、下流の機器２２４の残りの部分を通るようにスラグスラリー１４を駆動するのに、減圧されたスラグスラリー１４の圧力Ｐ3が確実にちょうど十分であるようにすることができる。
【００７８】
８）クエンチチャンバの圧力Ｐ0がＰNOCまで上がり続けると、制御器１８は、ステップ７で列挙した圧力の入力のうちの１つまたは複数、ならびに／あるいは流量の入力のうちの１つまたは複数を使って、下流の機器への入口における目標圧力Ｐ3を維持するように減圧タービン２３０の前後間の圧力降下を増大させるために、ブレーキ２３８、２４０によって生じる抵抗を連続的に調節する。ＰNOCに達すると、制御器１８は、ブレーキの抵抗を調節してＰ3を適切な圧力、すなわち、減圧タービン２３０の下流のシステムの残りの部分を通るようにスラグスラリー１４を駆動する圧力に維持するために、１つまたは複数のセンサからの入力を監視し続ける。
【００７９】
９）クエンチチャンバの圧力Ｐ0がＰNOCまで上がり続けると、スラグスラリー１４の温度、およびスラグスラリー１４内に溶解するガスの量もまた通常運転レベルまで増大する。回転並行ディスクポンプ２３０は、ポンプ内でかなりの量のガス抜きをすることができるが、スラグスラリー１４は、この目的のために専用に設計された下流の機器によってガス抜きすることができる。例えば、スラグスラリー１４を下流のガス抜き機器でガス抜きできることが好ましい。スラグスラリー１４を冷却してガス抜きを行って、減圧タービン２３０内でガス抜きされようとすることを抑えることができる。温度センサ（Ｔ0、Ｔ1、およびＴ3）、圧力センサ（Ｐ0、Ｐ1、Ｐ3、Ｐ4）、流量センサ（Ｆ1、Ｆ3、Ｆ6）、ならびにガス成分センサ（Ａ1）からの入力を使って、ガス抜きの内の少なくともいくらか（例えば、２０、３０、４０、５０，６０、７０、８０、９０、９５パーセントまたはそれより多く）を減圧タービン２３０内部からフラッシュタンク２７０内部に効果的に移すために、減圧タービン２３０に入るスラグスラリー１４を冷却しようとする冷却目標温度ＴCTを計算するアルゴリズムを制御器１８は使用する。次いで、制御器１８は、この冷却目標温度ＴCTを使って、冷却水流量制御弁２０６および２０８の設定を調節して、スラグスラリーの温度をＴCTより下げるためにさらに水を加える。スラグスラリーの温度がすでにＴCTより低い場合には、制御器１８は、所望の負の、すなわち削減する冷却水流れを計算することができる。いくつかの実施形態では、制御器１８は、弁２０６、２０８、または２４６を通る冷却水の流量を、スラグスラリー１４が冷却ファンネル２０４および２４４を通って減圧タービン２３０内に、および液体サイクロン２５２内に効果的に移動する最低限の流量より少なく削減することはできない。
【００８０】
１０）流量制御弁２０６および２０８を通る冷却水の流量を増大させてスラグスラリーの温度を低下させると、減圧タービン２３０を通る物質の全流量は増大する。これによって、減圧タービン２３０の回転ディスクをより速く回転させることができる。制御器１８は、冷却水を加えたときにディスクの回転速度がこのように上昇しようとすることに対して、渦電流ブレーキ２３８によって加えられる回転に対する抵抗をさらに増やすことによって補正することができる。さらに、上記のように、制御器１８は、圧力降下、流量、または粒子サイズ、あるいはこれらの任意の組合せに影響を与えるために、ディスク１００、１０２の間の間隔１１８を調節することができる。例えば、制御器１８は、さらに冷却水を加えたときに間隔１１８を広げて、それによりディスク１００、１０２の回転を遅くすることができる。いくつかの実施形態では、制御器１８は、渦電流ブレーキ２３８を制御することと組み合わせてディスク１００、１０２の間の間隔１１８を制御することができる。
【００８１】
図８に示すような、ほぼ時間ｔ4からｔ5、およびｔ7からｔ8の間の減圧タービンモードでの図６のＣＳＬシステム２００の運転は、ＣＳＬシステム２００の通常運転と呼ぶことができる。通常運転中、ガス化装置１２が動いている限り、ガス化装置１２内の状態は可能な範囲で定常に保たれる。これは、次のプロセスパラメータ、すなわち、クエンチチャンバの圧力Ｐ0、温度Ｔ0、ならびにＣＳＬシステム２００に入るスラグと水の液位および流量Ｆ1が比較的一定であることを意味する。通常運転中のＣＳＬシステム制御器１８の目標としては、限定するものではないが、クエンチチャンバの圧力Ｐ0が変動しても液体サイクロンの入口圧力Ｐ3を定常に維持すること、ＣＳＬシステム２００を通るスラグスラリー１４の流量を定常に維持すること、およびガス抜きの大部分がフラッシュタンク２７０内で起きるようにＣＳＬシステム２００内の温度プロファイルを定常に維持することが含まれる。理解できるように、液体サイクロンの入口圧力Ｐ3を定常に維持することは、減圧タービン２３０の前後間の圧力降下（ΔＰ）を一定に維持することと本質的には同じである。ＣＳＬシステム制御器１８は、渦電流ブレーキ２３８、摩擦ブレーキ２４０によって加えられる抵抗を調節することによって、またはディスク間の間隔を調節することによって、あるいはこれらの組合せによって、液体サイクロンの入口圧力Ｐ3を定常に維持することができ、かつＣＳＬシステム２００を通るスラグスラリー１４の流量Ｆ1を定常に維持することができる。ＣＳＬシステム２００内の温度プロファイルは、冷却ファンネル２０４および２４４への冷却水の流量Ｆ4を調節することによって定常に維持することができる。
【００８２】
時には、ＣＳＬシステム２００の制御器１８は、ＣＳＬシステム２００に影響を与えるガス化プラント内、または関連するプロセス装置内のどこかでの不調に反応する。最もありふれた不調は、クエンチチャンバの液位の突然の上昇、および／またはクエンチチャンバの圧力Ｐ0の突然の変化である。他の不調（例えば、スラグ生成の変化、クエンチチャンバの温度Ｔ0の変化）は、時間をかけて比較的ゆっくり起きる場合があり、通常運転中に制御器１８によって補正することができる。
【００８３】
クエンチチャンバの液位の上昇：３つの流れがクエンチチャンバ２２の液位に影響を与える：新しいクエンチ水の供給、使用済みのクエンチ水（例えば、黒水）排出流れ、およびスラグスラリー１４内の水。時には、黒水排出システムの不調によって黒水の流れが減少し、それによりクエンチチャンバの液位が突然上昇することがある。これが起きると、ＣＳＬシステム２００は、黒水排出システムの不調を解消している間、クエンチチャンバの液位を維持するために追加の水の圧力を下げる場合がある。より多くの水をスラグとともにＣＳＬシステム２００を通過させることができるようにするため、制御器１８は、渦電流ブレーキ２３８または摩擦ブレーキ２４０によって加えられる抵抗を減らし、それにより減圧タービン２３０によって生じる圧力降下を小さくする。さらに、制御器１８は、ディスク１００、１０２の間の間隔を広げ、それにより減圧タービン２３０によって生じる圧力降下を小さくすることができる。このように圧力降下が小さくなることによって、より多くの水がスラグとともにＣＳＬシステム２００を通ることができる。さらに、制御器１８は、減圧されたスラグ−スラリーの処理サブシステムの下流の機器（真空ベルトフィルタ２５６、水溜め部のポンプ３０８、３１２、フラッシュタンクのポンプ２８２）の反応を調節して、より多くの水の流量を真空ベルトフィルタ装置２５６および水溜め部２６２に通すことができ、より多くの冷却水の流量を冷却ファンネル２０４、２４４に供給することができる。ＣＳＬシステム制御器１８は、クエンチ液位の不調が起こりそうであることについての早期警報を受け取るために、ガス化装置制御コンピュータからの黒水流量の情報を受け取る。黒水システムの事象が解消されると、ＣＳＬシステム制御器１８は、行った変更を戻し、それによりＣＳＬシステム２００を減圧タービンモードの通常運転に戻す。
【００８４】
クエンチチャンバの圧力の変化：クエンチチャンバの圧力Ｐ0の突然の変化は、通常、ガス化装置１２に接続された別の処理装置の圧力または流量の変化の結果である。図８は、通常運転圧力ＰNOCから不調となった圧力ＰUまで突然降下するような変化を示す。これが起きると、スラグスラリー１４をＣＳＬシステム２００内に移動させる駆動力が突然減少し、それは、スラグスラリー１４の流れもまた減少することを意味する。これを補正するため、制御器１８は、減圧タービン２３０での圧力降下（ΔＰ）を小さくするために、渦電流ブレーキ２３８の抵抗を減らす、摩擦ブレーキ２４０の抵抗を減らす、またはディスク１００、１０２の間の間隔１１８を広げる。これによって、ガス化装置１２およびＣＳＬシステム２００は低い圧力で動作することができる。圧力の不調が解消されると、制御器１８は、ＣＳＬ２００の操作に対して行った変更を戻して、それにより通常運転を再開する。
【００８５】
ガス化装置１２を停止すると、ガス化装置１２への供給（例えば、炭素質供給原料２６、酸素２８）が停止され、高温シンガスおよび溶融スラグの生成が止まる。次いで、ガス化装置１２を減圧し、ガス化システムの温度を下げ、かつガス化システム全体で液位およびプロセス流量を下げることを含む一連の動作が完了する。これらの動作のすべては、停止期間中のＣＳＬシステム２００の動作に影響を与える。さらに、運転中にガス化装置の反応チャンバ２０の壁に溜まった残留溶融スラグは、スラグが流れなくなるほど温度が下がるまでクエンチチャンバ２２内に流れ続ける。したがって、ＣＳＬシステム２００内へのスラグの流れは、図８のハッチング部分で示すように、ガス化装置停止期間（ｔ8からｔ9）の一部分で続き、その後、止まる。図８に示すように、ガス化装置の圧力がＰS/DからＰFに下がると、ＣＳＬシステム２００の所望の圧力降下は小さくなる。クエンチチャンバ２２への新しいクエンチ水の流量が減少すると、クエンチチャンバ２２の液位を定常に維持するために、ＣＳＬシステム２００および黒水排出システムを通じて受け入れる水の流量が減少する。熱損失の結果としてガス化システム全体の温度が下がると、クエンチチャンバ２２内の温度がより低くなる。したがって、ガス化装置１２の停止中、より低温のスラグスラリー１４がＣＳＬシステム２００に入ることができる。
【００８６】
ＣＳＬシステム制御器１８は、停止期間中に生じる温度（Ｔ0、Ｔ1、Ｔ3）の低下を検知し、ＣＳＬシステム２００内の所望の温度プロファイルを維持するために、冷却ファンネル２０４および２４４への冷却水の流量を減少させる。ガス化プラント制御はＣＳＬ制御器１８に指令して、クエンチチャンバ２２内の液位を定常に維持することを助けるために、ＣＳＬシステム２００内へのスラグスラリー１４の流量Ｆ1を減らすことができる。停止期間中に減圧タービン２３０の動作に対して行われる調節を計算する際、制御器１８は、システムを通る冷却水の流量の減少、クエンチチャンバの液位の維持を助けるためにスラグスラリー１４の流量を減少させるというガス化プラント制御からの指令、およびガス化装置１２の減圧から生じるシステム圧力の全体的な低下を考慮する。削減した冷却水流れ、およびスラグスラリー流れを削減する要求に応答して、制御器１８は、渦電流ブレーキ２３８によって加えられる回転抵抗を増やす、かつ／またはディスク１００、１０２の間の間隔を狭めることができる。減圧タービン２３０の流れ抵抗を増やすと、スラグスラリー１４の流量が減少する。クエンチチャンバの圧力Ｐ0が下がることから生じる駆動力の減少に応答して、制御器１８は、渦電流ブレーキ２３８によって加えられる回転抵抗を減らす、かつ／またはディスク１００、１０２の間の間隔を広げることができる。減圧タービン２３０の流れ抵抗を適切な量減らすと、圧力駆動力が減少しても減圧タービン２３０を通る流量は同じに維持される。したがって、システム圧力が下がることに応答して、渦電流ブレーキ２３８によって加えられる抵抗を減らすこと、および／またはディスク１００、１０２の間の間隔を広げることは、冷却水の流量の減少、およびＣＳＬシステム２００内へのスラグスラリー１４の流れを減少させるというガス化プラント制御からの指令に応答して、渦電流ブレーキ２３８によって加えられる抵抗を増やすこと、および／またはディスク１００、１０２の間の間隔を狭めることで、ある程度相殺する。この複雑な相殺計算は、ＣＳＬ制御器１８内の停止制御アルゴリズムによって実行される。このアルゴリズムでは、全体のシステム圧力が下がっている時に、スラグスラリー１４および冷却水が低流量でＣＳＬシステム２００を通って流れることができるように、渦電流ブレーキ２３８の設定を調節する。結局、クエンチチャンバ２２内に残ったスラグ５８はＣＳＬシステム２００を通じて減圧される。ＣＳＬシステム２００内にスラグがないことは、スラグ粉砕機６４のトルクセンサ、真空ベルトフィルタ２５６の重量センサ、真空ベルトフィルタモータのトルクセンサ、またはフィルタベルト２５６の目視、あるいはこれらの任意の組合せによって検出することができる。スラグ流れが止まると、ＣＳＬシステム２００は、以下のシーケンスのステップのうちの少なくともいくつかを使って止められる。
【００８７】
１）冷却水流量制御弁２０６、２０８、および２４６を閉め、冷却水循環ポンプ２８２を止める。
【００８８】
２）ガス化装置１２およびＣＳＬシステム２００をすぐに再起動する場合は、弁２５４および２７８を閉じた後、弁２２０、２５０、および２２２を閉じる。これによって、再起動のためにシステム内の液位が保たれる。弁２２０および２５０が閉じている状態では、減圧タービン２３０を通る流れがないため、ディスクの回転は止まる。
【００８９】
３）ガス化装置１２およびＣＳＬシステム２００を長期間のメンテナンスのために停止する場合、弁２２０を閉じてＣＳＬシステム２００をガス化装置１２から隔離する。しかし、減圧タービン２３０、液体サイクロン２５２、およびフラッシュタンク２７０から流体を真空ベルトフィルタ装置２５６、および水溜め部２６２内へ排出することができるように、弁２２２、２５０、２５４、および２７８は開けたままにする。排出が完了すると、開いている弁をすべて閉じる。
【００９０】
４）ポンプ２６４、３０８、および３１２を止める。
【００９１】
以下の段落では、減圧タービンモードに構成された、図７に示したＣＳＬシステム２００の運転を説明する。ここでは、ＣＳＬシステム２００に結合されたガス化装置１２は、図８のグラフで説明した、経時的なガス化装置の圧力で動作する。理解できるように、減圧タービンモードで図７のＣＳＬシステム２００を運転するための初期状態は、限定するものではないが、以下のことを含むことができる。
【００９２】
１）すべての弁（例えば、２０６、２０８、２２０、２２２、２４６、２５０、２５４、２６８、２７８、３００、３５８）を閉じる；
２）減圧タービンロータの速度がほぼゼロとなるように、１つまたは複数の減圧タービンモータ８６を止める、かつ／あるいは、渦電流ブレーキ２３８または摩擦ブレーキ２４０を作動させる；
３）他のポンプ（例えば、２６４、２８２、３０８、３１２）を止める；
４）真空ベルトフィルタ２５６を止める；
５）クエンチチャンバ２２、真空ベルトフィルタ装置２５６、水溜め部２６２、およびフラッシュタンク２７０内の初期水位を確立する；
６）スラグ粉砕機６４、第１の冷却ファンネル２０４、減圧タービン２３０、第２の冷却ファンネル２４４、第３の冷却ファンネル３５４、液体サイクロン２５２、および他の接続管を流体（例えば、水）で満たす。
【００９３】
減圧タービンモードでの図７のＣＳＬシステム２００に対する起動シーケンスは、限定するものではないが、以下のことを含むことができる。
【００９４】
１）ガス化装置１２の起動後、クエンチチャンバの圧力Ｐ0を、減圧タービン（例えば、逆動ポンプ２３０）が摩擦抵抗に打ち勝って滑らかに回る最低速度で回転する最低限の圧力を超えるレベルまで上げる。この圧力は、図８のＰS/UとＰL/Cとの間のどこかの圧力であり、減圧タービンの起動トリガ圧力ＰS/Tである。理解できるように、図７のＣＳＬシステム２００の実施形態のトリガ圧力ＰS/Tは、図６のＣＳＬシステム２００の同等の実施形態のトリガ圧力ＰS/Tよりも高い場合がある。なぜならば、図７のＣＳＬシステム２００の実施形態の２つの直列の減圧タービン２３０、３５０を摩擦抵抗に打ち勝って回すために必要なクエンチチャンバ２２内の圧力Ｐ0は、図６のＣＳＬシステム２００の実施形態に比べて高いためである。
【００９５】
２）クエンチチャンバの圧力Ｐ0＞ＰS/Tのとき、可変速度モータ８６を作動させ、クラッチ２３４をつなぎ、タービン２３０および３５０を起動速度で、すなわち、ＰS/Tに対して適切な回転速度で逆回転方向４２２の回転を開始させる。
【００９６】
３）背圧制御弁２６８、フラッシュタンク液位制御弁２７８、および給水弁３００を自動制御モードに、かつそれらの起動設定点にする。
【００９７】
４）弁２５４、２２２、２２０、および２５０をこの順番で開けて、システムを通る流れを生じさせる。（ステップ２、３、および４は、制御器１８によって比較的すばやく連続して行うことができることに留意されたい。）
５）冷却水再循環ポンプ２８２を作動させ、冷却水流量制御弁２０６、２０８、２４６、および３５８をそれらの初期動作設定点まで開ける。スラグを減圧タービン２３０、３５０および液体サイクロン２５２のより小さな直径の入口に入りやすくする冷却ファンネル２０４、２４４、および３５４内の旋回運動を確立する最低限の水の流量を冷却噴流に与えるために初期設定点は選ばれる。
【００９８】
６）制御器１８を使って真空ベルトフィルタ２５６、ならびにポンプ２６４、３０８、および３１２を起動して、真空ベルトフィルタ装置２５６および水溜め部２６２内の水位をＣＳＬシステム２００の運転全体を通して自動的に維持する。
【００９９】
７）スラグスラリー１４および冷却噴流水が減圧タービン２３０、３５０を通って流れ始め、クエンチチャンバの圧力が上がり続けると、減圧タービン２３０、３５０を通る質量流量は増大し、その結果、減圧タービン２３０、３５０の速度はモータの速度を超えて上昇しようとする。この点に達すると、制御器１８はモータが無負荷であることを検出し、クラッチ２３４を切り（したがって、モータ８６を切り離し）、渦電流ブレーキ２３８および／または摩擦ブレーキ２４０を作動させる。制御器１８は、第１および第２の減圧タービン２３０および３５０を同時に制御することができる。減圧タービン速度センサ２３６、圧力センサＰ0、Ｐ1、Ｐ2、およびＰ3、ならびに流量センサＦ1、Ｆ2、およびＦ3からの入力を使用して、制御器１８は渦電流ブレーキ２３８および／または摩擦ブレーキ２４０の抵抗を調節して、減圧しているスラグ−水流れから仕事を取り出して、減圧タービン２３０、３５０それぞれの前後間の圧力降下（ΔＰ）を生じさせる。減圧タービン２３０、３５０それぞれの前後間の圧力降下（ΔＰ）を調節することによって、制御器１８は、下流の機器２２４の残りの部分を通るようにスラグスラリー１４を駆動するのに、減圧されたスラグスラリー１４の圧力Ｐ3が確実に十分であるようにすることができる。制御器１８は、２つの減圧タービン２３０、３５０のそれぞれの前後間の所望の圧力降下を計算することができ、各減圧タービン２３０、３５０が、ＣＳＬシステム２００の前後間の所望の圧力降下（ΔＰTOT）のほぼ半分を生じるように、両方のブレーキによって加えられる回転に対する抵抗を調節することができる。
【０１００】
８）クエンチチャンバの圧力Ｐ0がＰNOCまで上がり続けると、制御器１８は、ステップ７で列挙した圧力の入力のうちの１つまたは複数、ならびに／あるいは流量の入力のうちの１つまたは複数を使って、下流の機器への入口における目標圧力Ｐ3を維持するように減圧タービン２３０、３５０前後間の圧力降下を増大させるために、ブレーキ２３８、２４０によって生じる抵抗を連続的に調節する、かつ／またはディスク間の間隔を連続的に調節する。ＰNOCに達すると、制御器１８は、ブレーキの抵抗、および／またはディスク間隔を調節してＰ3を適切な圧力、すなわち、減圧タービン２３０、３５０の下流のシステムの残りの部分を通るようにスラグスラリー１４を駆動する圧力に維持するために、１つまたは複数のセンサからの入力を監視し続ける。
【０１０１】
９）クエンチチャンバの圧力Ｐ0がＰNOCまで上がり続けると、スラグスラリー１４の温度、およびスラグスラリー１４内に溶解するガスの量もまた通常運転レベルまで上がる。回転並行ディスクポンプ２３０、３５０は、ポンプ内でかなりの量のガス抜きをすることができるが、スラグスラリー１４は、この目的のために専用に設計された下流の機器によってガス抜きすることができる。例えば、スラグスラリー１４を下流のガス抜き機器でガス抜きできることが好ましい。スラグスラリー１４を冷却してガス抜きを行って、減圧タービン２３０、３５０内でガス抜きされようとすることを抑えることができる。温度センサ（Ｔ0、Ｔ1、Ｔ2、およびＴ3）、圧力センサ（Ｐ0、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4）、流量センサ（Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3、Ｆ6）、ならびにガス成分センサ（Ａ1）からの入力を使って、ガス抜きの内の少なくともいくらか（例えば、２０、３０、４０、５０，６０、７０、８０、９０、９５パーセントまたはそれより多く）を減圧タービン２３０、３５０内部からフラッシュタンク２７０内部に効果的に移すために、減圧タービン２３０に入るスラグスラリー１４を冷却しようとする冷却目標温度ＴCTを計算するアルゴリズムを制御器１８は使用する。次いで、制御器１８は、この冷却目標温度ＴCTを使って、冷却水流量制御弁２０６および２０８の設定を調節して、スラグスラリーの温度をＴCTより下げるためにさらに水を加える。減圧タービンモードでの図７のＣＳＬシステム２００の実施形態では、制御器１８のこのアルゴリズムは、ＴCTを計算して、追加の冷却水を流量制御弁２０６および２０８を経て冷却ファンネル２０４に加えることができる。追加の水を２０４と３５４との間で配分するのではなくて、冷却水のすべてを２０４に加えるというアルゴリズムでＴCTを決定することによって、両方の減圧タービン２３０、３５０が同じ質量流量を処理することができる。ＴCTをこのように決定すると、制御器１８は、２つの減圧タービン２３０、３５０のブレーキ２３８、２４０、および／またはディスク間隔アクチュエータ１２０に対して同様の設定点を使用することができる。スラグスラリーの温度がすでにＴCTより低い場合には、制御器１８は、所望の負の、すなわち削減する冷却水流れを計算することができる。いくつかの実施形態では、制御器１８は、弁２０６、２０８、２４６、または３５８を通る冷却水の流量を、固体が冷却ファンネル２０４、２４４、３５４を通って減圧タービン２３０、３５０内に、および液体サイクロン２５２内に効果的に移動する最低限の流量より少なく削減することはできない。
【０１０２】
１０）流量制御弁２０６および２０８を通る冷却水の流量を増大させてスラグスラリーの温度を低下させると、減圧タービン２３０、３５０を通る物質の全流量は増大する。これによって、減圧タービン２３０、３５０の回転ディスクをより速く回転させることができる。制御器１８は、冷却水を加えたときにディスクの回転速度がこのように上昇しようとすることに対して、ブレーキ２３８、２４０によって加えられる回転に対する抵抗をさらに増やすことによって、かつ／または２組のディスクの間の間隔を狭めることによって補正することができる。
【０１０３】
図８に示すような、ほぼ時間ｔ4からｔ5、およびｔ7からｔ8の間の減圧タービンモードでの図７のＣＳＬシステム２００の運転は、ＣＳＬシステム２００の通常運転と呼ぶことができる。通常運転中、ガス化装置１２が動いている限り、ガス化装置１２内の状態は可能な範囲で定常に保たれる。これは、次のプロセスパラメータ、すなわち、クエンチチャンバの圧力Ｐ0、温度Ｔ0、ならびにＣＳＬシステム２００に入るスラグと水の液位および流量Ｆ1が比較的一定であることを意味する。通常運転中のＣＳＬシステム制御器１８の目標としては、限定するものではないが、クエンチチャンバの圧力Ｐ0が変動しても液体サイクロンの入口圧力Ｐ3を定常に維持すること、ＣＳＬシステム２００を通るスラグスラリー１４の流量を定常に維持すること、およびガス抜きの大部分がフラッシュタンク２７０内で起きるようにＣＳＬシステム２００内の温度プロファイルを定常に維持することが含まれる。理解できるように、液体サイクロンの入口圧力Ｐ3を定常に維持することは、ＣＳＬシステム２００の減圧タービン２３０、３５０の前後間の圧力降下（ΔＰTOT）を一定に維持することと本質的には同じである。ＣＳＬシステム制御器１８は、ブレーキ２３８、２４０によって加えられる抵抗を調節することによって、かつ／または２組のディスクの間の間隔を調節することによって、液体サイクロンの入口圧力Ｐ3を定常に維持することができ、かつＣＳＬシステム２００を通るスラグスラリー１４の流量Ｆ1を定常に維持することができる。例えば、ＣＳＬシステム制御器１８は、渦電流ブレーキ２３８によって第１の減圧タービン２３０に加えられる抵抗と渦電流ブレーキ２３８によって第２の減圧タービン３５０に加えられる抵抗とを同時に調節し、配分することができる。ＣＳＬシステム２００内の温度プロファイルは、冷却ファンネル２０４、３５４、および２４４への冷却水の流量Ｆ4、Ｆ7、Ｆ5を調節することによって定常に維持することができる。両減圧タービン２３０および３５０を通る流量をほぼ等しく保つために、制御器１８は、通常運転中の冷却水流れを流量制御弁２０６および２０８によってのみ調節することができる。冷却水流量制御弁２４６および３５８は、冷却ファンネル２４４および３５４内に旋回を引き起こす噴流を維持するために使用することができる。
【０１０４】
時には、ＣＳＬシステム２００の制御器１８は、ＣＳＬシステム２００に影響を与えるガス化プラント内、または関連するプロセス装置内のどこかでの不調に反応する。最もありふれた不調は、クエンチチャンバの液位の突然の上昇、および／またはクエンチチャンバの圧力Ｐ0の突然の変化である。他の不調（例えば、スラグ生成の変化、クエンチチャンバの温度Ｔ0の変化）は、時間をかけて比較的ゆっくり起きる場合があり、通常運転中に制御器１８によって補正することができる。
【０１０５】
クエンチチャンバの液位の上昇：３つの流れがクエンチチャンバ２２の液位に影響を与える：新しいクエンチ水の供給、使用済みのクエンチ水（例えば、黒水）排出流れ、およびスラグスラリー１４内の水。時には、黒水排出システムの不調によって黒水の流れが減少し、それによりクエンチチャンバの液位が突然上昇することがある。これが起きると、ＣＳＬシステム２００は、黒水排出システムの不調を解消している間、クエンチチャンバの液位を維持するために追加の水の圧力を下げる場合がある。より多くの水をスラグとともにＣＳＬシステム２００を通過させることができるようにするため、制御器１８は、渦電流ブレーキ２３８または摩擦ブレーキ２４０によって加えられる抵抗を減らし、かつ／または２組のディスクの間の間隔を広げ、それにより減圧タービン２３０、３５０によって生じる圧力降下を小さくする。いくつかの実施形態では、制御器１８は、各減圧タービン２３０、３５０の前後間の圧力降下（ΔＰ）がほぼ等しくなるように、減らす抵抗を減圧タービン２３０、３５０間で配分することができる。このように圧力降下が小さくなることによって、より多くの水がスラグとともにＣＳＬシステム２００を通ることができる。さらに、制御器１８は、減圧されたスラグ−水の処理サブシステムの下流の機器（真空ベルトフィルタ２５６、水溜め部のポンプ３０８、３１２、フラッシュタンクのポンプ２８２）の反応を調節して、より多くの水の流量を真空ベルトフィルタ装置２５６および水溜め部２６２に通すことができ、より多くの冷却水の流量を冷却ファンネル２０４、３５４、２４４に供給することができる。ＣＳＬシステム制御器１８は、クエンチ液位の不調が起こりそうであることについての早期警報を受け取るために、ガス化装置制御コンピュータからの黒水流量の情報を受け取る。黒水システムの事象が解消されると、ＣＳＬシステム制御器１８は、行った変更を戻し、それによりＣＳＬシステム２００を減圧タービンモードの通常運転に戻す。
【０１０６】
クエンチチャンバの圧力の変化：クエンチチャンバの圧力Ｐ0の突然の変化は、通常、ガス化装置１２に接続された別の処理装置の圧力または流量の変化の結果である。図８は、通常運転圧力ＰNOCから不調となった圧力ＰUまで突然降下するような変化を示す。これが起きると、スラグスラリー１４をＣＳＬシステム２００内に移動させる駆動力が突然減少し、それは、スラグスラリー１４の流れもまた減少することを意味する。これを補うため、制御器１８は、減圧タービン２３０、３５０のそれぞれでの圧力降下（ΔＰ）を小さくするために、渦電流ブレーキ２３８、摩擦ブレーキ２４０の抵抗を減らす、かつ／または２組のディスクの間の間隔を広げる。いくつかの実施形態では、制御器１８は、各減圧タービン２３０、３５０の前後間の圧力降下（ΔＰ）がほぼ等しくなるように、減らす抵抗を減圧タービン２３０、３５０間で配分することができる。これによって、ガス化装置１２およびＣＳＬシステム２００は低い圧力で動作することができる。圧力の不調が解消されると、制御器１８は、ＣＳＬ２００の操作に対して行った変更を戻す。
【０１０７】
図７に示したＣＳＬシステム２００の実施形態のガス化装置１２が、減圧タービンモードにおいて停止されると、制御器１８は、減圧タービンモードで停止したときの図６に示したＣＳＬシステム２００に対して上記で説明したのと同様の態様でＣＳＬシステム２００の運転を制御することができる。しかしながら、図７に示したＣＳＬシステム２００の制御器１８は、削減する冷却水流れ、およびスラグ−水スラリー流れを削減する要求に応答して、ブレーキ２３８、２４０によって第１の減圧タービン２３０に加えられる抵抗と、ブレーキ２３８、２４０によって第２の減圧タービン３５０に加えられる抵抗を配分することができ、それにより、各減圧タービン２３０、３５０の前後間の圧力降下（ΔＰ）をほぼ等しくすることができる。
逆動ポンプモード
以下の段落では、逆動ポンプモードに構成された、図６および７に示したＣＳＬシステム２００の運転を説明する。ここでは、ＣＳＬシステム２００に結合されたガス化装置１２は、図８のグラフで説明した、経時的なガス化装置の圧力で動作する。理解できるように、逆動ポンモードプで図６および７のＣＳＬシステム２００を運転するための初期状態は、限定するものではないが、以下のことを含むことができる。
【０１０８】
１）すべての弁（例えば、２０６、２０８、２２０、２２２、２４６、２５０、２５４、２６８、２７８、３００、３５８）を閉じる；
２）１つまたは複数の逆動ポンプ８０のロータ速度がほぼゼロとなるように、１つまたは複数の逆動ポンプモータ８６を止める；
３）他のポンプ（例えば、２６４、２８２、３０８、３１２）を止める；
４）真空ベルトフィルタ２５６を止める；
５）クエンチチャンバ２２、真空ベルトフィルタ装置２５６、水溜め部２６２、およびフラッシュタンク２７０内の初期水位を確立する；
６）スラグ粉砕機６４、第１の冷却ファンネル２０４、逆動ポンプ２３０、第２の冷却ファンネル２４４、液体サイクロン２５２、および他の接続管を流体（例えば、水）で満たす。さらに、図７に示す実施形態の場合、逆動ポンプ３５０および第３の冷却ファンネル３５４は流体（例えば、水）で満たすことができる。
【０１０９】
ＣＳＬシステム２００の１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０は、可変速度モータ８６によって能動的に駆動されて、中央再循環域によるポンプ内のスラグ−水スラリーの逆流に対して調節可能な抵抗を与える。いくつかの実施形態では、逆動ポンプの内部構成部品の設計は、減圧タービンの内部構成部品の設計とは異なる場合がある。逆動ポンプ２３０、３５０は、クラッチ２３４を使用しないで低圧でディスクの回転を開始するのを助けることができる。逆動ポンプ２３０、３５０のいくつかの実施形態は、クラッチ２３４を使用せずに、共通軸２３２を介して可変速度モータ８６に直接接続することができる。これに加えて、またはこれに代えて、逆動ポンプ２３０、３５０は、渦電流ブレーキ２３８またはバックアップの摩擦ブレーキ２４０を使用しないでポンプ２３０、３５０のディスクの回転を減速させることができる。
【０１１０】
さらに、減圧タービンの起動に関して上記したような起動トリガ圧力ＰS/Tを待つということなしに１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０を作動させることができる。したがって、１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０を、ガス化装置１２がｔ0で起動する前（例えば、ガス化装置の圧力はほぼ大気圧である）に作動させることができる。したがって、逆動ポンプモードに構成された図６および７のＣＳＬシステム２００は動作し続けて、ガス化装置が短時間停止した場合、ガス化装置の反応チャンバ２０から排出されるすべての残留スラグを処理することができる。ガス化装置１２を冷態から起動するとき、ガス化装置の予熱温度が反応チャンバ２０の壁に溜まったスラグがクエンチチャンバ２２内に流れ始めるのに十分高くなると、ＣＳＬシステム２００を作動させることができる。
【０１１１】
逆動ポンプモードでの図６および７のＣＳＬシステム２００に対する起動シーケンスは、限定するものではないが、以下のことを含む。
【０１１２】
１）ガス化装置１２が起動する前、背圧制御弁２６８、フラッシュタンク液位制御弁２７８、および給水弁３００を自動制御モーにド、かつそれらのそれぞれの起動設定点にする。
【０１１３】
２）図６のＣＳＬシステム２００に関しては、ガス化装置１２が起動した後、逆動ポンプ２３０を、ポンプ入口圧力Ｐ1に対して所望の起動流量（Ｆ1で測定）を生じさせるのに適した速度で作動させる。制御器１８は、任意の所与の入口圧力Ｐ1および入口温度Ｔ1で任意の所与の流量Ｆ1に対して逆動ポンプ２３０内に流れ抵抗（すなわち、圧力降下）を生じさせる回転速度を計算するアルゴリズムを含む。図７のＣＳＬシステム２００に関しては、ガス化装置１２が起動した後、両方の逆動ポンプ２３０および３５０を、ポンプ入口圧力Ｐ1に対して所望の起動流量（Ｆ1で測定）を生じさせるのに適した速度で作動させる。第１のポンプ入口圧力Ｐ1および入口温度Ｔ1に基づいて、制御器のアルゴリズムは同様のアルゴリズムを用いて、ＣＳＬシステム２００を通る流れを生じさせるために弁（例えば、２２０、２２２、２５０、２５４）を開けたときに、両方の逆動ポンプ２３０、３５０がそれらの間に所望の流れ抵抗（圧力降下）を生じさせるように、両方の逆動ポンプ２３０、３５０に対する適切な回転速度を計算する。
【０１１４】
３）弁２２０、２２２、２５０、および２５４をこの順番で開けて、ＣＳＬシステム２００を通る流れを生じさせる。図６のＣＳＬシステム２００に関しては、流れが始まると、制御器のアルゴリズムは、圧力Ｐ1およびＰ3とともに流量計Ｆ1およびＦ3のフィードバックを用いて、ポンプ２３０の可変速度モータ８６の速度を再調節する。２つの逆動ポンプ２３０、３５０を有する、図７のＣＳＬシステム２００に関しては、流れが始まると、制御器のアルゴリズムは、圧力センサＰ1、Ｐ2、およびＰ3とともに流量計Ｆ1、Ｆ2、およびＦ3のフィードバックを用いて、両方のポンプ２３０および３５０の可変速度モータ８６の速度を再調節する。
【０１１５】
４）図６のＣＳＬシステム２００に関しては、冷却水再循環ポンプ２８２を作動させ、冷却水流量制御弁２０６、２０８、および２４６をそれらの初期動作設定点まで開ける。スラグを逆動ポンプ２３０および液体サイクロン２５２のより小さな直径の入口に入りやすくする冷却ファンネル２０４および２４４内の旋回運動を確立する最低限の水の流量を冷却噴流に与えるために初期設定点は選ばれる。２つの逆動ポンプ２３０、３５０を有する、図７のＣＳＬシステム２００に関しては、冷却水再循環ポンプ２８２を作動させ、固体を第１および第２の逆動ポンプ２３０、３５０、および液体サイクロン２５２のより小さな直径の入口に入りやすくするために、冷却水流量制御弁２０６、２０８、２４６、および３５８をそれらの初期動作設定点まで開ける。
【０１１６】
５）真空ベルトフィルタ装置２５６および水溜め部２６２内の水位をＣＳＬシステム２００の運転全体を通して自動的に維持するように、真空ベルトフィルタ２５６およびポンプ２６４、３０８、および３１２を制御する。
【０１１７】
６）図６のＣＳＬシステム２００に関しては、クエンチチャンバの圧力Ｐ0がＰNOCまで上がり続けると、制御器１８は、逆動ポンプ２３０の入口の圧力、温度、および流量センサからの入力（Ｐ1、Ｔ1、Ｆ1）、ならびに液体サイクロン２５２の入口の圧力、温度、および流量センサからの入力（Ｐ3、Ｔ3、Ｆ3）を使って、Ｐ3を所望の圧力に維持してスラグスラリー１４を逆動ポンプ２３０の下流のシステムの残りの部分を通るように駆動するために、逆動ポンプ２３０を通る流量および圧力降下を連続的に監視し、逆動ポンプ２３０の速度、流れ抵抗、および圧力降下（ΔＰ）を調節する。２つの逆動ポンプ２３０、３５０を有する、図７のＣＳＬシステム２００に関しては、クエンチチャンバの圧力Ｐ0がＰNOCまで上がり続けると、制御器１８は、逆動ポンプ２３０の入口での圧力、温度、および流量センサからのデータ（Ｐ1、Ｔ1、Ｆ1）、逆動ポンプ３５０の入口での圧力、温度、および流量センサからのデータ（Ｐ2、Ｔ2、Ｆ2）、ならびに液体サイクロンの入口での圧力、温度、および流量センサからのデータ（Ｐ3、Ｔ3、Ｆ3）を、両方のポンプの速度に対する必要な調節を計算するアルゴリズムへの入力として使用して、液体サイクロンの入口圧力Ｐ3が定常に維持されるように、両方のポンプ２３０、３５０の間で流れ抵抗および圧力降下をほぼ等しく配分する。
【０１１８】
７）クエンチチャンバの圧力Ｐ0がＰNOCまで上がり続けると、スラグスラリー１４の温度、およびスラグスラリー１４内に溶解するガスの量もまた通常運転レベルまで上がる。図６のＣＳＬシステム２００に関しては、逆動ポンプ２３０は、ポンプ内でかなりの量のガス抜きをすることができるが、スラグスラリー１４は、この目的のために専用に設計された下流の機器によってガス抜きすることができる。例えば、スラグスラリー１４を下流のガス抜き機器でガス抜きできることが好ましい。スラグスラリー１４を冷却してガス抜きを行って、逆動ポンプ２３０内でガス抜きされようとすることを抑えることができる。温度センサ（Ｔ0、Ｔ1、およびＴ3）、圧力センサ（Ｐ0、Ｐ1、Ｐ3、Ｐ4）、流量センサ（Ｆ1、Ｆ2、Ｆ6）、ならびにガス成分センサ（Ａ1）からの入力を使って、ガス抜きの内の少なくともいくらか（例えば、２０、３０、４０、５０，６０、７０、８０、９０、９５パーセントまたはそれより多く）を逆動ポンンプ２３０内部からフラッシュタンク内部に効果的に移すために、逆動ポンプ２３０に入るスラグスラリー１４を冷却しようとする冷却目標温度ＴCTを計算するアルゴリズムを制御器１８は使用する。図７のＣＳＬシステム２００に関しては、逆動ポンプ２３０および３５０は、ポンプ内でかなりの量のガス抜きをすることができるが、スラグスラリー１４は、この目的のために専用に設計された下流の機器によってガス抜きすることができる。例えば、スラグスラリー１４を下流のガス抜き機器でガス抜きできることが好ましい。スラグスラリー１４を冷却してガス抜きを行って、逆動ポンプ２３０、３５０内でガス抜きされようとすることを抑えることができる。制御器１８は、図６のＣＳＬシステム２００の実施形態の制御器１８のように、様々なセンサからの入力を利用することができ、また、センサＴ2、Ｐ2、およびＦ2からのデータを入力として使用することができる。次いで、制御器１８は、この計算された冷却目標温度ＴCTを使って、冷却水流量制御弁２０６および２０８の設定を調節して、流入スラグスラリーの温度をＴCTより下げるためにさらに水を加える。スラグスラリーの温度がすでにＴCTより低い場合には、コンピュータのアルゴリズムは、所望の負の、すなわち削減する冷却水流れを計算することができる。いくつかの実施形態では、制御器１８は、弁２０６、２０８、または２４６（または、図７の構成の場合には、３５８）を通る冷却水の流量を、固体が冷却ファンネル２０４、２４４、３５４のいずれかを通って１つまたは複数の逆流ポンプ２３０、３５０内に、および液体サイクロン２５２内に効果的に移動する最低限の流量より少なく削減することはできない。
【０１１９】
８）図６のＣＳＬシステム２００に関しては、流量制御弁２０６および２０８を通る冷却水の流量を増大させてスラグスラリーの温度を低下させると、圧力降下（ΔＰ）と同様に、逆動ポンプ２３０を通る物質の全流量は増大する。制御器１８は、増大する圧力降下に対して、逆動ポンプ２３０に結合された可変速度モータ８６の速度を下げることによって、かつ／または回転ディスク間の間隔を広げることによって補正する。図７のＣＳＬシステム２００に関しては、流量制御弁２０６および２０８を通る冷却水の流量を増大させてスラグスラリーの温度を低下させると、各ポンプ２３０、３５０の前後間の圧力降下（ΔＰ）と同様に、逆動ポンプ２３０、３５０を通る物質の全流量は増大する。制御器１８は、逆動ポンプ２３０および３５０の間で圧力降下（ΔＰTOT）をほぼ等しく再分配すために、両方の可変速度モータ８６の速度を下げる、かつ／または、２組の回転ディスクの間の間隔を狭めることができる。
【０１２０】
逆動ポンプモードでのＣＳＬシステム２００（図６および７に示したシステム）の通常運転は、図８に示したほぼｔ4からｔ5、およびｔ7からｔ8の間の運転を含むことができる。通常運転中、ガス化装置１２が動いている限り、ガス化装置１２内の状態は可能な範囲で定常に保たれる。これは、次のプロセスパラメータ、すなわち、クエンチチャンバの圧力Ｐ0、温度Ｔ0、ならびにＣＳＬシステム２００に入るスラグと水の液位および流量Ｆ1が比較的一定であることを意味する。上記の減圧タービンモードに構成されたＣＳＬシステム２００の実施形態のように、逆動ポンプモードに構成されたＣＳＬシステム２００の目標としては、限定するものではないが、クエンチチャンバの圧力Ｐ0が変動しても液体サイクロンの入口圧力Ｐ3を定常に維持すること、ＣＳＬシステム２００を通るスラグスラリー１４の流量を定常に維持すること、およびガス抜きの大部分がフラッシュタンク２７０内で起きるようにＣＳＬシステム２００内の温度プロファイルを定常に維持することが含まれる。理解できるように、液体サイクロンの入口圧力Ｐ3を定常に維持することは１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０の前後間の圧力降下（Ｐ1−Ｐ3）を一定に維持することと本質的には同じである。ＣＳＬシステム制御器１８は、各逆動ポンプポンプ２３０、３５０によって与えられる流れ抵抗（例えば、圧力降下Ｐ1−Ｐ3）を調節することになる、１つまたは複数の可変速度モータ８６の速度を調節することによって、かつ／または１組または複数組の回転ディスクの間の間隔を調節することによって、液体サイクロンの入口圧力Ｐ3を定常に維持することができ、かつＣＳＬシステム２００を通るスラグスラリー１４の流量Ｆ1を定常に維持することができる。これに加えて、またはこれに代えて、ＣＳＬシステム制御器１８は、冷却ファンネル２０４、２４４、および３５４への冷却水の流量を調節することによって、ＣＳＬシステム２００内の温度プロファイルを定常に維持することができる。
【０１２１】
時には、逆動ポンプモードに構成された図６および７のＣＳＬシステム２００のうちの１つの制御器１８は、各ＣＳＬシステム２００に影響を与えるガス化プラント内、または関連するプロセス装置内のどこかでの不調に反応する。逆動ポンプモードに構成されたＣＳＬシステム２００の制御器１８は、限定するものではないが、クエンチチャンバの液位の上昇に少なくとも部分的に基づく不調、クエンチチャンバの圧力Ｐ0の突然の変化に基づく不調、および／またはクエンチチャンバの閉塞に基づく不調を含む不調に対応することができる。他の不調（例えば、スラグ生成の変化、クエンチチャンバの温度Ｔ0の変化）は、時間をかけて比較的ゆっくり起きる場合があり、通常運転中に制御器１８によって補正することができる。
【０１２２】
クエンチチャンバの液位の上昇：黒水システムの不調によってクエンチチャンバの液位が上昇したとき、過剰な水が減圧されたスラグとともにＣＳＬシステム２００を通して取り出される。これは、逆動ポンプモードでは、逆流１１４への抵抗を減らすために、１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０の速度を下げることによって、かつ／または１組または複数組の回転ディスクの間の間隔を広げることによって行われる。抵抗を減らすと、１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０での圧力降下（例えば、Ｐ1−Ｐ3）が小さくなり、それにより、黒水システムの不調が解消されるまで、流量を増大させることができる。減圧タービンモードに構成されたＣＳＬシステム２００に関して上記したように、制御器１８は、真空ベルトフィルタ装置２５６および水溜め部２６２の動作を調節して一時的に水の増大を処理することができる。制御器１８はまた、冷却ファンネル２０４への冷却水の流量を増大させて、追加の流入水を目標の冷却温度ＴCTまで冷却することができる。
【０１２３】
クエンチチャンバの圧力の変化：クエンチチャンバの圧力Ｐ0の突然の降下に対して補正するために、制御器１８は、１つまたは複数の可変速度モータ８６の速度を下げる、かつ／または１組または複数組の回転ディスクの間の間隔を広げて、流れ抵抗を減らし、したがって、１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０での圧力降下（Ｐ1−Ｐ3）を小さくする。これによって、ガス化装置１２およびＣＳＬシステム２００は低い圧力で動作することができる。圧力の不調が解消されると、制御器１８は、ＣＳＬ２００の動作に対して行った変更を戻して、ＣＳＬシステム２００を通常運転に戻すことができる。
【０１２４】
クエンチチャンバの閉塞：図６および７に示したＣＳＬシステム２００の実施形態は、いかなるスラグの過大な破片も、下流の機器での閉塞の問題を減らすのに十分小さいサイズにするスラグ粉砕機６４を含む。スラグの塊がクエンチチャンバ２２の出口、またはスラグ粉砕機６４の入口で詰まるようにスラグの大きな塊がクエンチチャンバ２２に入るというまれな事象では、制御器１８は１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０を制御して、スラグの塊の向きを変えることができる。理解できるように、塊の方向を変えなければ、塊の上にさらにスラグが溜まって、ＣＳＬシステム２００を通るスラグの流れを最後には塞いでしまう場合があるが、大きなスラグの塊の向きを変えることによってこの蓄積を減らすことができる。例えば、スラグの塊の寸法が、スラグの塊の向きをスラグ粉砕機の入口に対して変えることによって、スラグの塊がスラグ粉砕機６４に入ることができるような大きさの場合には、流れの方向を逆にして水がＣＳＬシステム２００からクエンチチャンバ２２内に流れるようにすることによって、ＣＳＬシステム２００はこの動作事象を解消することを助けることができる。このように流れの方向をクエンチチャンバ２２の方へ変えることは、１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０の速度を、逆流１１４が止まって、順流（例えば、入口８４から出口８２への流れ）が生じる点まで上げることによって達成される。このように流れの方向をクエンチチャンバ２２の方へ変えることは、スラグの塊を移動させることができ、また、スラグの塊をスラグ粉砕機６４に入ることができる新たな向きにすることができる。この向きを変える操作を実行するための事象のシーケンスは、以下のことを含むことができる。
【０１２５】
１）弁２５０、２５４、および２７８を閉じる。
【０１２６】
２）より多くの流れを受け入れるように弁２４６の開度を広げ、冷却水再循環ポンプ２８２の速度を上げ、かつ、回転ディスク１００、１０２の間の再循環パターンを閉ざして逆流１１４を止めて、正規の流れ１１０（すなわち、図６および７に示した実線の矢印とは反対で、クエンチチャンバ２２に向かう方向）が生じるように、１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０の速度をすばやく上げることをほぼ同時に行う。いくつかの実施形態では、この処置の間に再循環ポンプ２８２によって供給される冷却水の量は、スラグ粉砕機６４を通りクエンチチャンバ２２に入る、１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０によって生じた正規の流れと少なくとも等しい。この処置の間、再循環ループを通してかなり大量になる可能性のある流量を受け入れるために、弁２４６と並行したより大きなトリムサイズの制御弁、冷却器２８４を迂回するバイパス弁、および再循環ポンプ２８２と並行した第２のより大きなポンプを含むいくつかの追加の機器を再循環ループに取り付けることができる。
【０１２７】
３）クエンチチャンバ２２の液位を監視する。いくらかの追加の水は、所望の液位を維持することを助けるために黒水システムに排出される場合がある。
【０１２８】
４）適切な時間（例えば、約１２０、６０、３０、１５、１０、５、３、２、または１秒より短く）が経過した後、１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０の速度を通常運転値にすばやく下げる、弁２４６の流れ開口を小さくする、ポンプ２８２の速度を下げる、かつ弁２５０、２５４、および２７８を再び開けることによって、クエンチチャンバ２２への水の流れを止める。１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０の通常運転速度は、他の要因のなかでも、ポンプケーシングのサイズ、ディスク１００、１０２の直径、およびディスク１００、１０２の間の間隔に少なくとも部分的に基づく。
【０１２９】
５）向きを変える操作がうまくいったならば、スラグの塊が通過したことはスラグ粉砕機６４のトルクの増大によって示されるはずである。したがって、そのあとすぐに、ＣＳＬシステム２００を通る通常のスラグの流れが再開するはずである。上記の手順は、スラグの塊を移動させる、かつ向きを変えることが必要なときに１回または複数回追加して繰り返すことができる。繰り返して向きを変える操作は、大きな水力学的引張力を生じさせてスラグの塊を動かすために、最初の試みに比べて大流量で実行される場合がある。
【０１３０】
逆動ポンプモードにおいて、図６および７で示したＣＳＬシステム２００の実施形態のガス化装置１２を停止するとき、制御器１８は、ＣＳＬシステム２００の減圧タービンモードでの停止に対して上記したのと同様の態様で、ＣＳＬシステム２００の停止動作を始めるのを制御することができる。例えば、ガス化装置１２を停止すると、ガス化装置１２への供給が停止され、高温シンガスおよび溶融スラグの生成が止まる。次いで、ガス化装置１２を減圧し、ガス化システムの温度を下げ、かつガス化システム全体で液位およびプロセス流量を下げることを含む一連の動作が完了する。これらの動作のすべては、停止期間中のＣＳＬシステム２００の動作に影響を与える場合がある。さらに、運転中にガス化装置の反応チャンバ２０の壁に溜まった残留溶融スラグは、スラグが流れなくなるほど温度が下がるまで、クエンチチャンバ２２内に流れ続ける。したがって、ＣＳＬシステム２００内へのスラグの流れは、図８の灰色の部分で示すように、ガス化装置停止時（ｔ8からｔ9）の一部分で続き、その後、止まる。図８に示すように、ガス化装置の圧力がＰS/DからＰFに下がると、ＣＳＬシステム２００の所望の圧力降下は小さくなる。クエンチチャンバ２２への新しいクエンチ水の流量が減少すると、クエンチチャンバ２２の液位を定常に維持するために、ＣＳＬシステム２００および黒水排出システムを通じて受け入れる水の流量が減少する。熱損失の結果としてガス化システム全体の温度が下がると、クエンチチャンバ２２内の温度がより低くなる。したがって、ガス化装置１２の停止中、より低温のスラグスラリー１４がＣＳＬシステム２００に入ることができる。
【０１３１】
ガス化装置１２の停止期間中、ＣＳＬシステム制御器１８は、停止過程中に生じる温度Ｔ0、Ｔ1、およびＴ3（図７に示した実施形態の場合には、これに加えてＴ2）の低下を検知し、また、制御器１８は、ＣＳＬシステム２００内の所望の温度プロファイルを維持するために、冷却ファンネル２０４および２４４（図７の構成の場合には、これに加えて３５４）への冷却水の流量を減少させる。ガス化プラント制御はＣＳＬ制御器１８に指令して、クエンチチャンバ２２内の液位を定常に維持することを助けるために、ＣＳＬシステム２００内へのスラグスラリー１４の流量Ｆ1を減らすことができる。停止期間中の１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０の動作に対してなされる調節を計算する際、制御器１８は、システムを通る冷却水の流量の減少、クエンチチャンバの液位の維持を助けるためにスラグスラリー１４の流量を減少させるというガス化プラント制御からの指令、およびガス化装置１２の減圧から生じるシステム圧力の全体的な低下を考慮する。削減した冷却水流れ、およびスラグスラリー流れを削減する要求に応答して、制御器１８は、逆流１１４への抵抗を増やすために、１つまたは複数の可変速度モータ８６の速度を上げることができる、かつ／または、１組または複数組の回転ディスクの間の間隔を狭めることができる。１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０の逆流抵抗を増やすと、１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０を通る流量が減少する。クエンチチャンバの圧力Ｐ0が下がることから生じる駆動力の減少に応答して、制御器１８は、１つまたは複数の可変速度モータ８６の速度を下げる、かつ／または１組または複数組の回転ディスクの間の間隔を広げることができる。１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０の逆流抵抗を適切な量減らすと、クエンチチャンバ２２内の圧力駆動力が減少しても１つまたは複数の逆動ポンプ２３０、３５０を通る流量は同じに維持される。したがって、システム圧力が下がることに応答して、１つまたは複数の可変速度モータ８６の速度を下げること、および／または１組または複数組の回転ディスクの間の間隔を広げることは、冷却水の流量の減少、およびＣＳＬシステム２００内へのスラグスラリー１４の流れを減少させるというガス化プラント制御からの指令に応答して、１つまたは複数の可変速度モータ８６の速度を上げること、および／または１組または複数組の回転ディスクの間の間隔を狭めることで、ある程度、相殺する。この複雑な相殺計算は、ＣＳＬシステム制御器１８内の停止制御アルゴリズムによって実行される。このアルゴリズムでは、全体のシステム圧力が下がっている時に、スラグスラリー１４および冷却水が低流量でＣＳＬシステム２００を通って流れることができるように、１つまたは複数の可変速度モータ８６の速度設定を調節する、かつ／または１つまたは複数の間隔アクチュエータ１２０の設定を調節する。結局、クエンチチャンバ２２内に残ったスラグ５８はＣＳＬシステム２００を通じて減圧される。ＣＳＬシステム２００内にスラグがないことは、スラグ粉砕機６４のトルクセンサ、真空ベルトフィルタ２５６の重量センサ、真空ベルトフィルタモータのトルクセンサ、またはフィルタベルト２５６の目視、あるいはこれらの任意の組合せによって検出することができる。スラグ流れが止まると、ＣＳＬシステム２００は、以下のシーケンスのステップを使って止められる。
【０１３２】
１）冷却水流量制御弁２０６、２０８、２４６、および３５８を閉め、冷却水循環ポンプ２８２を止める。
【０１３３】
２）ガス化装置１２およびＣＳＬシステム２００をすぐに再起動する場合は、弁２５４および２７８を閉じた後、弁２２０、２５０、および２２２を閉じる。これによって、再起動のためにシステム内の液位が保たれる。２２０を閉じるとすぐ、１つまたは複数の逆動ポンプモータ８６を止める。
【０１３４】
３）ガス化装置１２およびＣＳＬシステム２００を長期間のメンテナンスで停止する場合、弁２２０を閉じてＣＳＬシステム２００をガス化装置１２から隔離し、１つまたは複数の可変速度モータ８６を止める。１つまたは複数の逆動タービン２３０、３５０、液体サイクロン２５２、およびフラッシュタンク２７０から流体を真空ベルトフィルタ装置２５６、および水溜め部２６２内へ排出することができるように、弁２２２、２５０、２５４、および２７８は開けたままにする。排出が完了すると、開いている弁をすべて閉じる。
【０１３５】
４）ポンプ２６４、３０８、および３１２を止める。
【０１３６】
理解できるように、タービン減圧モードで使用される渦電流ブレーキ２３８の代替としては、発電機を負荷に取り付けることを含むことができる。さらに、減圧タービンモードおよび／または逆動ポンプモードに構成されたポンプの上記実施形態は回転並行ディスクポンプを含むが、他のタイプの遠心ポンプを使用することができる。さらに、遮断弁２５０の下流にある減圧されたスラグスラリーの処理サブシステムが図６および７に示されているが、代替のサブシステムは、限定するものではないが、ドラグコンベヤまたはスラグピットを含むことができる。遮断弁２５０の下流のサブシステムは、スラグを脱水し、分離された水を取り込んで再生利用し、スラグ−水スラリーのガス抜きをし、ガス化プラントのどこかの適切な処理過程で処理するすべての放出されたガスを含むサブシステムとすることができる。遮断弁２５０の下流のサブシステムの様々な実施形態は目標入口圧力Ｐ3を有し、制御器１８は、起動、通常運転、不調対応、および停止のすべてにわたってその圧力を定常に維持することができる。
【０１３７】
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明を実施できるように本発明を開示している。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例も含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。
【符号の説明】
【０１３８】
９  システム
１０  連続スラグ除去システム
１１  ガス化システム
１２  ガス化装置
１４  スラグスラリー
１６  減圧システム
１８  制御器
２０  反応チャンバ
２２  クエンチチャンバ
２４  防護壁
２６  炭素質供給原料
２８  酸素
３０  未処理のシンガス
３２  溶融スラグ
３４  スラグ添加剤
３６  調整剤
３８  底端部
４０  クエンチリング
４２  クエンチ液体
４３  クエンチ液体システム
４４  クエンチ入口
４６  ライン
４７  浸漬管
４８  クエンチチャンバ溜め部
４９  クエンチ液体排出ライン
５０  シンガス出口
５２  シンガスの流れ
５４  クエンチされたシンガス
５６  ガス処理システム
５８  スラグ
５９  冷却システム
６０  流量センサ
６１  冷却流体
６２  圧力センサ
６３  レベルセンサ
６４  スラグ粉砕機
６６  スラグ粉砕機駆動機
６８  隔離弁
７２  熱交換器
７４  温度センサ
７６  流量制御弁
７８  冷水
８０  逆動ポンプ、回転並行ディスクポンプ
８２  出口
８４  入口
８６  モータ
８７  速度センサ
８８  軸
８９  ディスク間隔アクチュエータ
９０  圧力センサ
９２  流量センサ
９４  下流スラグ処理システム
１００  ディスク
１０２  ディスク
１０４  時計回りの接線方向
１０５  ハウジング
１０６  長手方向の軸線
１０８  半径方向外向きの方向
１１０  従来の流れ方向
１１２  外周
１１４  従来の流れ方向と反対の方向
１１６  スペーサ
１１８  間隔
１２０  ディスク間隔アクチュエータ
１３０  半径方向の速度プロファイル
１３２  ディスク表面
１３４  中間域
１３６  中心線
１３８  速度ベクトル
１４８  再循環流れパターン
１５０  速度ベクトル
１５１  スラグ粒子
１５２  速度ベクトル
１５３  小さな粒子
１５４  中央域
１５５  大きな粒子
１７０  高圧域
１７２  低圧域
１７３  差圧センサ
２００  連続スラグ減圧（ＣＳＬ）システム
２０２  底部出口ノズル
２０４  第１の冷却ファンネル
２０６  流量制御弁
２０８  流量制御弁
２１０  冷却流体の噴流
２１２  冷却流体の噴流
２１４  スラグ粉砕機出口の直径
２１６  下流の機器の入口直径
２１８  流量計
２２０  遮断弁
２２２  遮断弁
２２４  ＣＳＬシステムの下流部分
２３０  連続スラグ減圧装置、回転並行ディスクポンプ
２３２  軸
２３４  クラッチ
２３６  速度センサ
２３８  渦電流ブレーキ
２４０  摩擦ブレーキ
２４２  導管
２４４  第２の冷却ファンネル
２４６  流量制御弁
２４８  冷却水噴流
２５０  遮断弁
２５２  液体サイクロン
２５４  隔離弁
２５６  真空ベルトフィルタ
２５８  脱水された固体流
２６０  濾過流
２６２  水溜り部
２６４  ポンプ
２６６  架空ライン
２６８  背圧制御弁
２７０  フラッシュタンク
２７２  入口流
２７４  フラッシュガス流
２７６  細かな固体
２７８  制御弁
２８０  清澄水
２８２  ポンプ
２８４  冷却器
２８６  入口管
２８８  円筒状の堰
２９０  入口隔壁
２９２  鋸歯状の縁
２９４  下方
２９６  上方
２９８  新しい補給水
３００  制御弁
３０２  第１の部分
３０４  第２の部分
３０６  微粉
３０８  ポンプ
３１０  濾過水
３１２  ポンプ
３５０  連続スラグ減圧装置、回転並行ディスクポンプ
３５２  ベンド
３５４  第３の冷却ファンネル
３５６  水噴流
３５８  流量制御弁
４００  ガス化装置の運転圧力対時間のグラフ
４０２  ガス化装置の運転圧力
４０４  時間
４０６  スラグスラリー処理していることを表す部分
４２０  反時計回り方向
４２２  時計回り方向
４２４  半径方向外向き
４２６  周縁部
４２８  流体の流れ
４３０  ポンプケーシング
４３２  ディスクを出る流体の流れ
４３４  流体の動き
４３６  ディスクを出る流体の流れ
４４０  半径方向内向き
４４２  流体の大部分の動き
４４４  流体の薄い層の動き
ＰF  停止完了後最終圧力
ＰL/C  リークチェック保持圧力
ＰNOC  通常運転圧力
ＰP  パージ開始圧力
ＰS/U  起動時圧力
ＰS/D  停止時圧力
ＰU  降下圧力
【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１０】
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