專利名稱：包括豎直相繼布置的處理區(qū)域的氣化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣化領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及用于將含碳原
料轉(zhuǎn)化為氣體的豎向的氣化器。
背景技術(shù)：
氣化是能夠?qū)⒅T如城市固體廢物(MSW)、生物體或煤的含碳原料轉(zhuǎn)化為可燃產(chǎn)物氣體的工藝。產(chǎn)物氣體可用于發(fā)電或者作為基礎(chǔ)原材料來(lái)生產(chǎn)化學(xué)制品和液體燃料。通常，氣化反應(yīng)包括將含碳原料連同受控量和/或受限量的氧氣/空氣和任選的蒸汽進(jìn)給到加熱的氣化器中。與用過(guò)量氧反應(yīng)以產(chǎn)生C02、 H20、 SOx和NOx的焚化或燃燒相比，氣化反應(yīng)產(chǎn)生包括CO、 H2、 H2S和NHb的未凈化氣體組合物。在凈化和適當(dāng)?shù)奶幚砗?，主要目?biāo)氣化產(chǎn)物是H2和CO。來(lái)自氣化反應(yīng)的產(chǎn)物氣體的可能應(yīng)用包括在鍋爐中燃燒以生成蒸汽，用于內(nèi)部加工和/或其它外用應(yīng)用目的，或者用于通過(guò)蒸汽輪機(jī)發(fā)電；在燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中直接燃燒用于發(fā)電；燃料電池；制造甲醇和其它液體燃料；作為進(jìn)一步的原料用于生產(chǎn)諸如塑料和肥料的化學(xué)制品；提取氫氣和 一 氧化碳作為獨(dú)立的工業(yè)燃料氣體；以及其它工業(yè)應(yīng)用。已經(jīng)提議了許多系統(tǒng)用于捕獲氣化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱，并且利用這樣的熱來(lái)發(fā)電，通常稱為組合循環(huán)系統(tǒng)。產(chǎn)物氣體中的能量，與整個(gè)氣化系統(tǒng)中工藝所產(chǎn)生的大量可回收顯熱(焓)相關(guān)聯(lián)，通常可產(chǎn)生足夠的電以驅(qū)動(dòng)工藝處理，由此減輕當(dāng)?shù)仉娤牡拈_(kāi)支。有用的原料可包括城市廢物、工業(yè)活動(dòng)所產(chǎn)生的廢物和生物醫(yī)學(xué)廢物、污水污泥、煤、重油、石油焦炭、重質(zhì)精煉殘余物(heavyrefinery residual)、煉油廠廢物、烴污染的土壤、生物體和農(nóng)業(yè)廢物、
7輪胎，以及其它有害廢物。取決于原料的來(lái)源，揮發(fā)物可包括1120、
H2、 N2、 02、 C02、 CO、 CH4、 H2S、 NH3、 C2H6、諸如乙炔的不飽 和烴、烯烴、芳香族化合物、焦油、烴類液體(烴油)和燒焦物(碳 黑和灰分)。實(shí)現(xiàn)氣化反應(yīng)的手段能夠在許多方面變化，但是依賴于四 個(gè)關(guān)鍵工程因素氣化器中的氣氛(氧或空氣或蒸汽含量水平)，氣 化器的配置和尺寸，內(nèi)部和外部加熱裝置，以及用于所述工藝的操作 溫度。影響產(chǎn)物氣體質(zhì)量的因素包括原料組成、制備和顆粒大??； 氣化器加熱速率；停留時(shí)間；物料進(jìn)給方法(干式或槳料式進(jìn)給系統(tǒng))， 原料一反應(yīng)物流動(dòng)布置，干灰或爐渣去除系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；是使用直接的 還是間接的熱產(chǎn)生以及移動(dòng)方法；以及合成氣凈化系統(tǒng)。通常，在大 約65(TC至120(TC范圍的溫度、在真空下、在大氣壓下或高達(dá)大約 IOO個(gè)大氣壓的壓力下實(shí)施氣化。隨著加熱原料，水是首先離析出的組分。隨著干原料的溫 度上升，發(fā)生揮發(fā)。在揮發(fā)期間，原料被熱分解以釋放焦油和輕質(zhì)揮 發(fā)性烴類氣體，同時(shí)形成燒焦物，燒焦物是由有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)組 成的殘余固體。在高溫(例如高于120(TC)，無(wú)機(jī)礦物質(zhì)熔化或者 玻璃化，以形成熔融的玻璃狀物質(zhì)，稱為爐渣。通常，爐渣是無(wú)害的， 并且可作為無(wú)害物質(zhì)通過(guò)廢渣填埋來(lái)處置，或者作為礦石、路基或其 它建筑材料來(lái)銷售。如果在氣化反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體包括很多種揮發(fā)物，例如 "低品質(zhì)"含碳原料在低溫氣化器中產(chǎn)生的氣體類型，通常稱作廢氣。 如果氣化器中的原料特性和條件產(chǎn)生的氣體中CO和H2是主要化學(xué) 物種類，那么這種氣體稱作合成氣。任選地，在通過(guò)氣體調(diào)整系統(tǒng) (GCS)冷卻和凈化之前，在氣體重整系統(tǒng)(GRS)中，未凈化的廢 氣或者未凈化的合成氣被轉(zhuǎn)化為更精制的氣體組成。GRS可使用等離子體熱，通過(guò)添加或不添加其它輸入或
反應(yīng)物，將較長(zhǎng)鏈揮發(fā)物和焦油轉(zhuǎn)化、重組或者重整為較小分子，以
重整廢氣/合成氣。當(dāng)氣態(tài)分子與等離子體熱相接觸時(shí)，氣態(tài)分子離 解為其構(gòu)成原子。這些原子中的許多原子與其它輸入分子反應(yīng)以形成新的分子，同時(shí)這些原子中的其它原子可與類似的原子重新結(jié)合(例 如， 一個(gè)氫原子與其它氫原子結(jié)合)。當(dāng)與等離子體熱相接觸的分子 的溫度降低時(shí)，所有原子完全重新結(jié)合。因?yàn)檩斎霘怏w可以化學(xué)計(jì)量 地控制，所以可以控制輸出氣體，從而，例如，產(chǎn)生大量的一氧化碳 和少量的二氧化碳?？蛇x擇地，等離子體加熱可用于氣化反應(yīng)本身。
等離子體是至少部分地電離的高溫發(fā)光氣體，并且由氣體
原子、氣體離子和電子組成。按這種方法可用任何氣體生產(chǎn)等離子體。 由于氣體可以是中性的(例如氬氣、氦氣、氖氣)，還原性的(例如
氫氣、甲烷、氨氣、 一氧化碳)，或氧化性的(例如氧氣、二氧化碳)， 這將等離子體中的化學(xué)反應(yīng)置于很好的控制之中。從體相上說(shuō)，等離
子體是電中性的。來(lái)自GRS的重整氣體可含有少量的不需要的化合物，需
要進(jìn)一步處理，以將其轉(zhuǎn)化為可用的產(chǎn)物?？蓪⒉黄谕奈镔|(zhì)如金屬、
硫化物和灰分從氣體中去除。這通常在氣體調(diào)整系統(tǒng)(GCS)中進(jìn)行。 例如，干式過(guò)濾系統(tǒng)和濕式凈化器經(jīng)常用在GCS中，以從氣體中去 除顆粒物質(zhì)和酸性氣體。在多種不同系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中已經(jīng)考慮了這些因素，這些系統(tǒng) 描述在例如下述文獻(xiàn)中美國(guó)專利第6,686,556、6,630,113、6,380,507; 6,215,678、 5,666,891、 5,798,497、 5，756，957號(hào)，以及美國(guó)專利申請(qǐng) 第2004/0251241、 2002/0144981號(hào)中。還有許多涉及不同的煤氣化 技術(shù)用以生產(chǎn)用于各種應(yīng)用中的合成氣的專利，包括美國(guó)專利第 4,141,694; 4,181,504; 4,208,191; 4,410,336; 4,472,172; 4,606,799; 5,331,906; 5,486,269和6,200,430號(hào)。本領(lǐng)域已知許多種轉(zhuǎn)化器，然而，實(shí)際有效的系統(tǒng)尚未達(dá) 到有意義的商業(yè)應(yīng)用。這些轉(zhuǎn)化器中的大多數(shù)在揮發(fā)階段被熱轉(zhuǎn)移問(wèn) 題所影響，熱轉(zhuǎn)移問(wèn)題會(huì)帶來(lái)原料組成和濕分含量的較大變化。為了 獲得相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的操作，必須使揮發(fā)溫度接近無(wú)機(jī)物料在氣化器內(nèi) 發(fā)生渣化的溫度。然而，實(shí)際應(yīng)用中，由于原料的含量和濕度的變化， 氣化器中的溫度經(jīng)常升到高于渣化溫度。這導(dǎo)致在氣化器暴露于廢物 的所有表面上形成頑固粘附的爐渣覆蓋層，該覆蓋層包括廢物熔體的無(wú)機(jī)組分。已知的豎向的氣化器己利用固定床處理室和移動(dòng)床處理 室，由于后者無(wú)需玻璃化即可處理殘余物，所以后者較好，并且氣化 器包括重力作用的豎直處理室、機(jī)械輔助流處理室、夾帶流處理室(氣
流床處理室entrained flow processing chamber)、流化床處理室及其
任意組合。所有已知設(shè)計(jì)中輸入空氣的流動(dòng)方向逆流于反應(yīng)物物料的 流動(dòng)方向。豎向氣化器的現(xiàn)有系統(tǒng)和工藝沒(méi)有充分解決在連續(xù)變化 的基礎(chǔ)上必須解決的問(wèn)題。因此，在本領(lǐng)域中，以加工和/或含有全 部加工的步驟的總效率最大化的方式，提供能有效氣化含碳原料的系 統(tǒng)是重要的改進(jìn)。上述背景信息是申請(qǐng)人認(rèn)為與本發(fā)明相關(guān)的信息，并非意 味著承認(rèn)上述信息皆構(gòu)成本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于將含碳原料轉(zhuǎn)化為氣體的豎向 的氣化器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于將含碳原料轉(zhuǎn)化 成氣體和殘余物的氣化器，所述氣化器包括 一個(gè)或更多個(gè)處理室， 兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域分布在所述一個(gè)或更多個(gè)處 理室內(nèi)，在其中的每一個(gè)處理區(qū)域內(nèi)使選自干燥、揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化的相 應(yīng)工藝至少部分有利化，通過(guò)分別允許每個(gè)所述相應(yīng)工藝的溫度范圍 來(lái)識(shí)別所述處理區(qū)域； 一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件，其與所述處理區(qū) 域相關(guān)聯(lián)，用于輸入助劑以促進(jìn)其中每一個(gè)所述至少部分有利化的工 藝； 一個(gè)或更多個(gè)物料移置控制模塊，其適于控制原料通過(guò)所述處理 區(qū)域的豎向移動(dòng)，以改善每一個(gè)所述至少部分有利化的工藝； 一個(gè)或 更多個(gè)原料輸入口，其位于所述處理區(qū)域中的第一處理區(qū)域附近；一 個(gè)或更多個(gè)氣體輸出口；以及一個(gè)或更多個(gè)殘余物輸出口。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于將含碳原料轉(zhuǎn)化 成氣體和殘余物的豎向的氣化器，所述氣化器包括 一個(gè)或更多個(gè)處理室，其中每一個(gè)處理室包括一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件，用于將助 劑輸入到處理室中，其中所述一個(gè)或更多個(gè)處理室的組合以及所述一 個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件在處理室中的定位，促進(jìn)在所述氣化器內(nèi)產(chǎn) 生兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域，在其中每個(gè)處理區(qū)域內(nèi)使 相應(yīng)的工藝至少部分有利化，通過(guò)分別允許每個(gè)所述相應(yīng)工藝的溫度 范圍來(lái)識(shí)別所述處理區(qū)域； 一個(gè)或更多個(gè)原料輸入口，其接近于所述 處理區(qū)域中的第一處理區(qū)域； 一個(gè)或更多個(gè)物料移置控制模塊，其適 于控制原料豎向移動(dòng)通過(guò)所述處理區(qū)域，以改善每一個(gè)所述至少部分 有利化的工藝； 一個(gè)或更多個(gè)氣體輸出口；以及一個(gè)或更多個(gè)殘余物 輸出口。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于將含碳原料轉(zhuǎn)化 成氣體和殘余物的方法，所述方法包括下列步驟提供氣化器；在所 述氣化器內(nèi)產(chǎn)生兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域，在其中的每 一個(gè)處理區(qū)域內(nèi)使選自干燥、揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化的相應(yīng)工藝至少部分有利 化，通過(guò)分別允許每個(gè)所述相應(yīng)工藝的溫度范圍來(lái)識(shí)別所述處理區(qū) 域；在所述氣化器內(nèi)輸入助劑以促進(jìn)每個(gè)所述至少部分有利化的工 藝；控制原料向下移動(dòng)通過(guò)所述處理區(qū)域，由此使每一個(gè)所述至少部 分有利化的工藝最優(yōu)化；以及將氣體和殘余物從所述氣化器輸出。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的豎向的氣化器的概 略示意圖。圖2示出根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案的豎向的氣化器的 概略示意圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的豎向的氣化器的概 略示意圖，所述豎向的氣化器包括使反應(yīng)物物料從一個(gè)室豎直相繼布 置移動(dòng)到下一個(gè)室的多個(gè)處理室，每一個(gè)室具有自己的成套的一個(gè)或 更多個(gè)助劑和廢氣抽氣口 (extraction point)。圖4是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的氣化器中處理區(qū)域的 圖示，所述氣化器包括單一處理室，具有對(duì)稱布置的助劑輸入元件。
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圖5是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的氣化器中處理區(qū)域的
圖示，所述氣化器包括單一處理室，具有非對(duì)稱布置的助劑輸入元件。圖6是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的理想氣化器中處理區(qū) 域的圖示，所述氣化器包括三個(gè)處理室，每一個(gè)處理室具有對(duì)稱布置 的助劑輸入元件，以能夠形成單獨(dú)的用于干燥、揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化的處理 區(qū)域。圖7是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的氣化器中處理區(qū)域的 圖示，所述氣化器包括三個(gè)處理室，每一個(gè)處理室具有對(duì)稱布置的助 劑輸入元件以能夠形成處理區(qū)域，在所述處理區(qū)域中發(fā)生不同比例的 干燥、揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化工藝。圖8是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的氣化器中處理區(qū)域的 圖示，所述氣化器具有兩個(gè)處理室，第一個(gè)處理室包含干燥區(qū)域和揮 發(fā)區(qū)域，而第二處理室主要包含碳轉(zhuǎn)化區(qū)域。圖9是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的氣化器中處理區(qū)域的 圖示，所述氣化器具有兩個(gè)處理室，第一個(gè)處理室主要包含干燥區(qū)域， 而第二處理室包含揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化區(qū)域。圖10示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的氣化系統(tǒng)的示意 圖，該氣化系統(tǒng)具有具有橫向物料移置控制模塊的氣化器、隨后的 具有豎向物料移置控制模塊的氣化器。圖11示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的氣化系統(tǒng)的示意 圖，該氣化系統(tǒng)具有具有豎向物料移置控制模塊的氣化器、隨后的 具有橫向物料移置控制模塊的氣化器。圖12是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案具有基于旋轉(zhuǎn)臂的物料 移置控制模塊的處理室的橫截面示意圖。圖12B是基于旋轉(zhuǎn)臂的物 料移置控制模塊的俯視圖。圖13A是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案采用基于提取器螺桿 的物料移置控制模塊的處理室的軸測(cè)剖視圖。圖13B示出根據(jù)本發(fā) 明一種實(shí)施方案略有不同的處理室的橫截面視圖，其中，殘余物出口 設(shè)置為遠(yuǎn)離主處理室，以避免殘余物直接落下。圖14A是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案采用基于推動(dòng)器推桿
12的物料移置控制模塊的處理室的軸測(cè)剖視圖。圖14B和圖14C示出 根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案采用基于推動(dòng)器推桿的物料移置控制模塊 的兩種不同處理室的橫截面視圖。圖15A和圖15B示出根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施方案可用于物 料移置控制模塊中的旋轉(zhuǎn)柵的實(shí)施方案。圖16 (圖16A和圖16B)示出用于在兩處理室的氣化器 中將反應(yīng)物物料從一個(gè)處理室移動(dòng)到另一處理室的多種實(shí)施方案。所 使用的物料移置控制模塊包括(A)重力；(B)帶有側(cè)向頂閥 (sideways top valve)的重力；(C)帶有料斗的重力；(D)帶有 螺桿的重力；(E)豎向螺桿；(F)水平提取器螺桿；(G)帶有料 斗的豎向螺桿；(H)帶有螺桿和料斗的重力；和(I)水平提取器 螺桿和料斗。圖17是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施 方案的夾帶流處理室的示意圖。圖18是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施 方案的流化床處理室的示意圖。圖19是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施 方案的移動(dòng)床處理室的示意圖。圖20A到圖20D示出根據(jù)本發(fā)明 一種實(shí)施方案用于在處 理室周圍布置助劑輸入元件的不同實(shí)施方案，并示出在每種情況下的 處理區(qū)域。圖21A和圖21B示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案，根據(jù)本 發(fā)明不同實(shí)施方案的處理室的不同形狀。圖22示出原料輸入裝置到氣化器的不同的實(shí)施方案 (A) 二次進(jìn)給，被進(jìn)給到初次進(jìn)給螺桿；(B)初次和二次進(jìn)給， 被進(jìn)給到混合料斗中，并經(jīng)由螺桿輸送到氣化器；以及(C)兩個(gè)或 更多個(gè)進(jìn)給流。圖23 (圖23A到圖23C)示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方 案，單一室或多個(gè)室的豎向的氣化器與氣體調(diào)整系統(tǒng)(GCS)的連接， 可通過(guò)氣體重整系統(tǒng)(GRS)或者沒(méi)有氣體重整系統(tǒng)(GRS)。
圖24 (圖24A和圖24B)示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方 案，與圖23系統(tǒng)類似的系統(tǒng)，進(jìn)一步連接到殘余物調(diào)整系統(tǒng)。圖25 (圖25A和圖25B)示出與圖23和圖24系統(tǒng)類似 的系統(tǒng)，進(jìn)一步將產(chǎn)物氣體從殘余物調(diào)整系統(tǒng)傳輸?shù)紾RS或者GCS。圖26A示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，使用GCS用于 殘余物調(diào)整系統(tǒng)中所產(chǎn)生的產(chǎn)物氣體。圖26B示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，在殘余物調(diào)整 系統(tǒng)中所產(chǎn)生的產(chǎn)物氣體輸送到主GCS之前，使用小型GCS用于該 產(chǎn)物氣體。圖27示出用于建立包括具有獨(dú)立GRS和GCS的兩個(gè)并 行流的氣化設(shè)施的模塊化方法。圖28是具有單一處理室的氣化器與基于等離子體的殘余 物調(diào)整系統(tǒng)相串聯(lián)(cascade)的橫截面示意圖。圖29是具有兩個(gè)處理室的氣化器與基于等離子體的殘余 物調(diào)整系統(tǒng)相串聯(lián)(cascade)的橫截面示意圖。圖30示出用于氣化設(shè)施的分布式控制系統(tǒng)的一種實(shí)施方 案，該氣化設(shè)施采用氣化器、GRS、 GCS、 GHS和上游所產(chǎn)生輸出 合成氣的下游應(yīng)用。圖31至圖34示出氣化設(shè)施不同功能塊工藝如何構(gòu)建的多 種組合，其中"1"表示功能塊1 (氣化器)、"2"表示功能塊2(殘 余物調(diào)整系統(tǒng))，而"3"表示功能塊3 (氣體重整系統(tǒng))。
具體實(shí)施例方式
定義如用于本文的，術(shù)語(yǔ)"大約"是指與標(biāo)稱值有+/-10%的變 動(dòng)。應(yīng)當(dāng)理解，這樣的變動(dòng)總是包括在本文提供的任何給定值中，而 無(wú)論其是否被特別提到。術(shù)語(yǔ)"含碳原料"和"原料"在本文中是可互換地使用的， 限定成指能用于氣化工藝中的含碳物料。合適原料的例子包括但不局
限于有害廢料和無(wú)害廢料，包括城市廢物；工業(yè)活動(dòng)所產(chǎn)生的廢物；生物醫(yī)學(xué)廢物；不適合再循環(huán)的含碳物料，包括不可再循環(huán)的塑料； 污水污泥；煤；重油；石油焦炭；重質(zhì)精煉殘余物；煉油廠廢物；烴 污染的固體；生物體；農(nóng)業(yè)廢物；城市固體廢物；有害廢物和工業(yè)廢 物。用于氣化的生物體的例子包括但不局限于廢木料；新木料；水 果、蔬菜和谷物的加工殘余物；造紙廠殘余物；麥桿；^和肥料。術(shù)語(yǔ)"反應(yīng)物物料"限定成指任何原料，包括但不限于， 部分地或完全地處理的原料。如用于本文的，術(shù)語(yǔ)"輸入"表示將要進(jìn)入或被傳遞到任 何系統(tǒng)或其組件，當(dāng)前正進(jìn)入或正被傳遞到任何系統(tǒng)或其組件，或者 先前已經(jīng)進(jìn)入或己經(jīng)被傳遞到任何系統(tǒng)或其組件。輸入包括但不局限 于物質(zhì)組成、信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)，或其任意組合。關(guān)于物質(zhì)組成， 輸入可包括但不局限于流入物、反應(yīng)物、試劑、燃料、物體或其任意 組合。關(guān)于信息，輸入可包括但不局限于，系統(tǒng)的規(guī)格和操作參數(shù)。 關(guān)于數(shù)據(jù)，輸入可包括但不局限于，由系統(tǒng)中產(chǎn)生的或收集的結(jié)果、 度量、觀察、描述、統(tǒng)計(jì)或其任意組合。關(guān)于信號(hào)，輸入可包括但不 局限于，氣動(dòng)的、電的、聲的、光的(視覺(jué)的和非視覺(jué)的)、機(jī)械的 或其任意組合?？筛鶕?jù)系統(tǒng)或其組件來(lái)限定輸入，所述的系統(tǒng)或其組 件是輸入將要進(jìn)入或被傳遞到的，當(dāng)前正進(jìn)入或正被傳遞到的，或者 先前已經(jīng)進(jìn)入或已經(jīng)被傳遞到的，從而，給定系統(tǒng)或系統(tǒng)組件的輸入 還可以是關(guān)于另一個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)組件的輸出。輸入也可表示進(jìn)入系統(tǒng) 或與系統(tǒng)相通的動(dòng)作或工藝。如用于本文的，術(shù)語(yǔ)"輸出"表示將要離開(kāi)任何系統(tǒng)或其 組件或者從任何系統(tǒng)或其組件傳遞出，當(dāng)前正離開(kāi)任何系統(tǒng)或其組件 或正從任何系統(tǒng)或其組件傳遞出，或者先前己經(jīng)離開(kāi)任何系統(tǒng)或其組 件或已經(jīng)從任何系統(tǒng)或其組件傳遞出。輸出包括但不局限于，物質(zhì)組 成、信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)，或其任意組合。關(guān)于物質(zhì)組成，輸出可包括 但不局限于流出物、反應(yīng)產(chǎn)物、工藝廢物、燃料、物體或其任意組合。 關(guān)于信息，輸出可包括但不局限于，系統(tǒng)的規(guī)格和操作參數(shù)。關(guān)于數(shù) 據(jù)，輸出可包括但不局限于，由系統(tǒng)中產(chǎn)生的或收集的結(jié)果、度量、 觀察、描述、統(tǒng)計(jì)或其任意組合。關(guān)于信號(hào)，輸出可包括但不局限于，
15氣動(dòng)的、電的、聲的、光的(可視的和非可視的)、機(jī)械的或其任意 組合?？筛鶕?jù)系統(tǒng)或其組件來(lái)限定輸出，所述的系統(tǒng)或其組件是輸出 將要離開(kāi)或從其中傳遞出的，當(dāng)前正離開(kāi)或正從其中傳遞出的，或者 先前己經(jīng)離開(kāi)或已經(jīng)從其中傳遞出的，從而，給定系統(tǒng)或系統(tǒng)組件的 輸出還可以是另一個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)組件的輸入。輸出也可表示離開(kāi)系統(tǒng) 或與系統(tǒng)相通的動(dòng)作或工藝。術(shù)語(yǔ)"殘余物"通常是指在含碳原料的氣化或焚化工藝期 間所產(chǎn)生的殘余物料。這些殘余物料包括固態(tài)和半固態(tài)的工藝副產(chǎn) 物。這樣的殘余物通常由存在于含碳物料中的無(wú)機(jī)的、不可燃的物質(zhì) (諸如氧化硅、氧化鋁、氧化鐵和氧化鈣)以及一定比例的未反應(yīng)或 未完全轉(zhuǎn)化的碳組成。這樣，殘余物可包括炭、灰和/或從氣化室輸 送的任何未完全轉(zhuǎn)化的原料。殘余物還可包括從下游氣體調(diào)整工藝回 收的物料，例如，氣體過(guò)濾步驟中收集的固體，諸如袋式過(guò)濾器中收 集的固體。殘余物還可包括含碳原料焚化工藝的固體產(chǎn)物，可以是焚 化爐底灰的形式和在焚化爐的污染消除套件中收集的粉煤灰的形式。術(shù)語(yǔ)"感測(cè)元件"限定成描述系統(tǒng)中配置用于對(duì)工藝、工
藝設(shè)備、工藝輸入或工藝輸出的特性進(jìn)行感測(cè)的任何元件，其中這樣 的特性可由特性值表示，特性值可用于對(duì)系統(tǒng)的一個(gè)或更多個(gè)局部 的、區(qū)域的和/或全局工藝進(jìn)行監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)和/或控制?？捎迷跉饣?br> 統(tǒng)的感測(cè)元件可包括但不局限于傳感器、檢測(cè)器、監(jiān)測(cè)器、分析儀 或其任意組合，用于對(duì)工藝、流體和/或物料溫度、壓力、流量、組 成和/或其它這樣的特性進(jìn)行感測(cè)，以及對(duì)系統(tǒng)內(nèi)任意給定位置的物 料位置和/或布置進(jìn)行感測(cè)，以及，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所使用的任何工藝設(shè)備 的任何操作特性進(jìn)行感測(cè)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，雖然每個(gè) 感測(cè)元件例子適合用于氣化系統(tǒng)，但是感測(cè)元件并不限于本文公開(kāi)的 內(nèi)容，因此，本文中被標(biāo)識(shí)為感測(cè)元件的元件不應(yīng)該限制于這些例子 和/或不適當(dāng)?shù)亟忉?。術(shù)語(yǔ)"響應(yīng)元件"限定成描述系統(tǒng)中的這樣的元件，該元
件被配置成對(duì)感測(cè)的特性進(jìn)行響應(yīng)，以便根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)預(yù)先確定 的、計(jì)算的、固定的和/或可調(diào)節(jié)的控制參數(shù)，來(lái)操作與該響應(yīng)元件
16可操作地相關(guān)聯(lián)的工藝設(shè)備，其中所述一個(gè)或更多個(gè)控制參數(shù)被限定 成提供所期望的工藝結(jié)果?？捎糜跉饣到y(tǒng)的響應(yīng)元件可包括但不局 限于靜態(tài)的、預(yù)設(shè)的和/或動(dòng)態(tài)可變的驅(qū)動(dòng)器、動(dòng)力源和可配置成 基于一個(gè)或更多個(gè)控制參數(shù)對(duì)設(shè)備給予動(dòng)作的任何其它元件，所述動(dòng) 作可以是機(jī)械的、電的、磁的、氣動(dòng)的、液壓的或其組合。可用于氣 化系統(tǒng)并與一個(gè)或更多個(gè)響應(yīng)元件可操作地連結(jié)的工藝設(shè)備，可包括 但不局限于物料和/或原料輸入裝置、諸如等離子體熱源的熱源、 助劑輸入裝置、各種鼓風(fēng)機(jī)和/或其它這樣的氣體循環(huán)設(shè)備、各種氣 體流量和/或壓力調(diào)節(jié)器，以及可操作以影響氣化系統(tǒng)內(nèi)任何局部的、 區(qū)域的和/或全局工藝的其它工藝設(shè)備。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理 解，雖然上述響應(yīng)元件的例子適用于氣化系統(tǒng)，但是響應(yīng)元件并不限 于本文公開(kāi)的內(nèi)容，因此，本文中稱為響應(yīng)元件的元件不應(yīng)該受限于 這些例子和/或不適當(dāng)?shù)亟忉?。如用于本文的，術(shù)語(yǔ)"實(shí)時(shí)"用來(lái)限定一種動(dòng)作，這種動(dòng) 作基本上反映與該動(dòng)作相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)或工藝的現(xiàn)在或當(dāng)前狀態(tài)、或其 特性。實(shí)時(shí)動(dòng)作可包括但不局限于工藝、重復(fù)、測(cè)量、計(jì)算、響應(yīng)、 反應(yīng)、獲取數(shù)據(jù)、響應(yīng)所獲取數(shù)據(jù)來(lái)操作設(shè)備、以及在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施的 其它這樣的動(dòng)作或在其中實(shí)施的給定工藝。應(yīng)當(dāng)理解，相比于與相對(duì) 快速變化的工藝或特性相關(guān)的實(shí)時(shí)動(dòng)作的時(shí)間范圍或周期(例如1毫 秒、IO毫秒、100毫秒、l秒)，與相對(duì)緩慢改變的工藝或特性有關(guān) 的另一同樣的實(shí)時(shí)動(dòng)作的實(shí)施時(shí)間范圍或周期(例如秒、分鐘、小時(shí) 等等)要長(zhǎng)得多。如用于本文的，術(shù)語(yǔ)"連續(xù)的"用于限定定期地或以給定
速率或頻率實(shí)施的任何動(dòng)作。連續(xù)動(dòng)作可包括但不局限于工藝、重 復(fù)、測(cè)量、計(jì)算、響應(yīng)、反應(yīng)、經(jīng)由感測(cè)元件獲取數(shù)據(jù)、響應(yīng)所獲取 數(shù)據(jù)來(lái)操作設(shè)備、以及在系統(tǒng)內(nèi)或與在其中實(shí)施的給定工藝相聯(lián)合的 其它這樣的動(dòng)作。應(yīng)當(dāng)理解，相比于與相對(duì)快速變化的工藝或特性相 關(guān)的連續(xù)動(dòng)作所實(shí)施的速率或頻率(例如lKHz、 100Hz、 10Hz、 1Hz)， 與相對(duì)緩慢改變工藝或特性有關(guān)的另一個(gè)同樣的連續(xù)動(dòng)作所實(shí)施的 速率或頻率(例如一次/秒、 一次/分鐘、 一次/小時(shí)等等)要慢得多。
除非另有限定，本文中所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā) 明所屬領(lǐng)域中普通技術(shù)人員通常地理解相同的含義。本發(fā)明提供了包括兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū) 域的氣化器，在每個(gè)處理區(qū)域內(nèi)使諸如干燥、揮發(fā)或碳轉(zhuǎn)化的某種工 藝至少部分有利化。處理區(qū)域通過(guò)它們的不同溫度范圍來(lái)識(shí)別，這些 不同的溫度范圍允許處理區(qū)域中不同的工藝。氣化器包括了一個(gè)或更 多個(gè)處理室；豎直相繼布置的處理區(qū)域被貫穿分布于一個(gè)或更多個(gè)處 理室。助劑輸入元件與處理區(qū)域相關(guān)聯(lián)，以促進(jìn)處理區(qū)域中的至少部 分有利化的工藝。因此，可以考慮通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)處理室的組合和 /或通過(guò)將一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件定位在各所述處理室，促進(jìn)處 理區(qū)域可以考慮。氣化器包括一個(gè)或更多個(gè)原料輸入口 (定位成靠近 第一處理區(qū)域)、 一個(gè)或更多個(gè)氣體輸出口、 一個(gè)或更多個(gè)殘余物輸 出口、 一個(gè)或更多個(gè)物料移置控制模塊和任選地包括全局控制系統(tǒng)。在下述論述中，整個(gè)氣化工藝視為由三個(gè)工藝按順序組 成干燥、揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化。應(yīng)當(dāng)理解，這些工藝僅僅是示例性的，并
且不應(yīng)該考慮成由實(shí)施例構(gòu)成限定，這是由于氣化工藝可限定成由任 何兩個(gè)或更多個(gè)工藝組成，任何這樣的工藝可被限定成由一個(gè)或更多 個(gè)適合的子工藝組成。為了清楚和一致性的目的，下面將集中描述本 發(fā)明的多種實(shí)施方案，其中氣化工藝由下述三種示例性的工藝組成。
(a) 物料的干燥
輸送到氣化器中的原料在介于25"C與20(TC的溫度范圍
下經(jīng)歷干燥工藝。在此溫度范圍，干燥也可伴有少量揮發(fā)。
(b) 物料的揮發(fā)該工藝主要發(fā)生在350"C和800'C之間，并且也可伴有少 量剩余的干燥操作以及顯著量的碳轉(zhuǎn)化。在該區(qū)域中所供應(yīng)空氣的組 成通常根據(jù)所供應(yīng)的原料而改變(例如富氧的空氣或貧氧的空氣)。
(c) 碳轉(zhuǎn)化在介于900。C與IOOO"C的溫度，發(fā)生的主要工藝反應(yīng)是碳 轉(zhuǎn)化，伴有剩余的揮發(fā)。到此時(shí)，大多數(shù)水分已經(jīng)被從物料去除。取 決于所供應(yīng)的反應(yīng)物物料，可改變所供應(yīng)的空氣的流速。任選地，在該區(qū)域中還添加蒸汽。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，在給定的溫度范圍內(nèi)，雖然取 決于溫度范圍這些工藝中的一種工藝至少部分有利化，在某種程度 上，所有的這三種工藝同時(shí)地和連續(xù)地發(fā)生。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，氣化器包括了三個(gè)豎直相繼
布置的處理區(qū)域，第一處理區(qū)域使至少部分有利于干燥，第二處理區(qū) 域至少部分有利于揮發(fā)，而第三處理區(qū)域至少部分有利于碳轉(zhuǎn)化。本 領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，氣化器通?？砂ㄔS多處理區(qū)域，在每一個(gè) 處理區(qū)域中發(fā)生不同比例的干燥、揮發(fā)或碳轉(zhuǎn)化。因此，處理區(qū)域的 數(shù)目可以如所期望的較多或較少，而不喪失一般性。本發(fā)明提供了用于將含碳原料轉(zhuǎn)化為燃料氣體的豎向的 氣化器。通常地，氣化器包括了一個(gè)或更多個(gè)處理室，每一個(gè)處理室 包括用于將助劑輸入其中的一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件，其中一個(gè)或 更多個(gè)處理室的組合和一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件(或元件組)的定 位，允許氣化器內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域，在其中
的每一個(gè)處理區(qū)域內(nèi)至少部分有利于相應(yīng)的工藝。氣化器還包括一
個(gè)或更多個(gè)原料輸入口，用于將原料輸入到所述處理區(qū)域的第一處理
區(qū)域中； 一個(gè)或更多個(gè)物料移置控制模塊，用于控制原料向下移置通 過(guò)處理區(qū)域，以改善每個(gè)的相應(yīng)工藝； 一個(gè)或更多個(gè)氣體輸出口，用 于從氣化器輸出氣體；以及一個(gè)或更多個(gè)殘余物輸出口，用于從氣化 器輸出殘余物。例如，參照?qǐng)D1的實(shí)施方案，具有單一處理室20的氣化 器10可包括兩個(gè)或更多個(gè)不同的助劑輸入元件30 (或元件組)，助 劑輸入元件30定位成分別促進(jìn)或有利于單一處理室20內(nèi)相應(yīng)的豎直 相繼布置處理區(qū)域40內(nèi)的工藝。原料輸入口 50將原料提供到處理區(qū) 域40的第一處理區(qū)域，氣體輸出口 60用于從氣化器10輸出氣體， 而殘余物輸出口 70用于從氣化器10輸出殘余物。在圖1中用于原料、 助劑、殘余物和氣體的輸入元件和輸出元件的方向和位置僅僅是示例 性的，其方向和位置的任何變化都在本文所公開(kāi)的發(fā)明范圍和特性之 內(nèi)。
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還提供了可操作地控制一個(gè)或更多個(gè)工藝設(shè)備和/或機(jī)械
裝置(未示出)的物料移置控制模塊，其被配置成控制物料通過(guò)豎直 相繼布置處理區(qū)域的豎向位移或豎向移置速率，由此促進(jìn)有效處理這 些處理區(qū)域中的每個(gè)處理區(qū)域內(nèi)的物料，在所述處理區(qū)域中至少部分 有利于某種工藝過(guò)程。例如，如以下將更詳細(xì)地描述的，各種設(shè)備和 /或機(jī)械裝置可以通過(guò)物料移置控制模塊來(lái)控制，或者通過(guò)直接控制 在每一個(gè)處理區(qū)域之間的物料移置，或者通過(guò)從最底下的處理區(qū)域?qū)?物料進(jìn)行受控提取，由此間接地控制物料在重力作用下從最上面的處 理區(qū)域向最底下的處理區(qū)域的向下移置，或者通過(guò)使用其任意組合， 以實(shí)施物料的向下移置。如圖1中助劑輸入和廢氣輸出假想線所描繪的，應(yīng)當(dāng)理解 助劑可輸入每個(gè)處理區(qū)域中，例如經(jīng)由適合的助劑輸入元件的適當(dāng)定 位，或可被提供到選定數(shù)量的處理區(qū)域中，以適合于氣化器10的給 定設(shè)計(jì)和實(shí)施方案。應(yīng)當(dāng)理解，助劑輸入元件可通過(guò)公共的響應(yīng)元件
來(lái)主動(dòng)地控制，公共的響應(yīng)元件被配置成對(duì)于給定的感測(cè)工藝特性 (例如工藝溫度、壓力、通過(guò)量等等；產(chǎn)物氣體質(zhì)量、量、組成、壓 力、流量、熱值等等；原料輸入速率、質(zhì)量、組成等等；和類似工藝 特性)，提供預(yù)定量或輸入速率的助劑(例如，設(shè)定絕對(duì)或相對(duì)輸入)； 或者另一方面，可通過(guò)可操作地經(jīng)由相同局部的、區(qū)域的和/或全局 的控制系統(tǒng)連接的不同的響應(yīng)元件，來(lái)控制助劑輸入元件。類似地，氣體輸出口可獨(dú)立地提供給每個(gè)處理區(qū)域，或者 通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)共同作用的氣體輸出口來(lái)提供，以容許從多于一個(gè) 處理區(qū)域同時(shí)從處理室20輸出廢氣。在圖2的實(shí)施方案中，氣化器110可包括豎向地并可操作 地連結(jié)的兩個(gè)或更多個(gè)處理室120，每個(gè)處理室120包括一個(gè)或更多 個(gè)助劑輸入元件130 (或元件組)，助劑輸入元件130被定位成分別 地促進(jìn)或有利于每個(gè)處理室120的各處理區(qū)域140內(nèi)的工藝，由此當(dāng) 處理室120組合時(shí)，提供豎直相繼布置排列的兩個(gè)或更多個(gè)處理區(qū)域 140。原料輸入口 150將原料提供到處理區(qū)域140的第一處理區(qū)域， 氣體輸出口 160提供從氣化器110的氣體輸出，而殘余物輸出口 17020提供從氣化器110的殘余物輸出。圖2中用于原料、助劑、殘余物和氣體的輸入元件和輸出元件的方向和位置僅僅是示例性的，其方向和
位置的任何變化都在本文所公開(kāi)的發(fā)明的范圍和特性之內(nèi)。還提供了可操作地控制一個(gè)或更多個(gè)工藝設(shè)備和/或機(jī)械
裝置(未示出)的物料移置控制模塊，其被配置成控制物料通過(guò)豎直相繼布置處理區(qū)域(即，在室之間和/或通過(guò)同一室的處理區(qū)域)的豎向移置，由此促進(jìn)對(duì)每個(gè)處理區(qū)域內(nèi)物料的有效處理，所述處理區(qū)域內(nèi)至少部分有利于特定的工藝。例如，如以下將更詳細(xì)地描述的，各種設(shè)備和/或機(jī)械裝置可以通過(guò)物料移置控制模塊來(lái)控制，或者通過(guò)直接控制在各處理區(qū)域之間的物料移置，或者通過(guò)從最底下的處理區(qū)域?qū)ξ锪线M(jìn)行受控提取，由此間接地控制物料在重力作用下從最上面的處理區(qū)域向最底下的處理區(qū)域的向下移置，或者通過(guò)使用其任意組合，以實(shí)施物料的向下移置。如圖2的助劑輸入實(shí)線和假想線所描繪的，應(yīng)當(dāng)理解，助劑通常被輸入進(jìn)每一個(gè)處理室中，但不排除也可選在多個(gè)位置將助劑輸入到給定的處理室，以促進(jìn)界定處理室中兩個(gè)或更多個(gè)處理區(qū)域。還應(yīng)當(dāng)理解，助劑輸入元件可通過(guò)公共的響應(yīng)元件來(lái)主動(dòng)地控制，公共的響應(yīng)元件被配置成對(duì)于給定的感測(cè)工藝特性(例如工藝溫度、壓力、通過(guò)量等等；產(chǎn)物氣體質(zhì)量、量、組成、壓力、流量、熱值等等；原料輸入速率、質(zhì)量、組成等等；和類似工藝特性)，提供預(yù)定的量或輸入速率的助劑(例如設(shè)定絕對(duì)或相對(duì)輸入)；或者另一方面，可通過(guò)可操作地經(jīng)由相同的局部、區(qū)域和/或全局的控制系統(tǒng)連接的不同響應(yīng)元件，來(lái)控制助劑輸入元件。類似地，廢氣輸出口可獨(dú)立地提供給每個(gè)處理室，或者通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)共同作用的廢氣輸出口來(lái)提供，以容許從多于一個(gè)處理室120同時(shí)輸出氣體。如將參照本發(fā)明許多說(shuō)明性實(shí)施方案更詳細(xì)地描述的，處理室及其助劑輸入元件的各種組合可適于提供如本文預(yù)期的兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域，其中適當(dāng)?shù)奈锪弦浦每刂颇K可適用于給定的實(shí)施方案，以使物料能夠受控移置通過(guò)這些處理區(qū)域，以
21改善對(duì)物料的處理。這樣的控制可單獨(dú)施加到氣化器的一個(gè)或更多個(gè)處理室中的每一個(gè)處理室，任選地使物料間接移置通過(guò)同一處理室(其中限定了多于一個(gè)處理區(qū)域)的相繼處理區(qū)域，禾B/或使物料從氣化器(包括多于一個(gè)處理室)的第一處理室移置到其后的豎直相繼布置處理室?？蛇x擇地，可對(duì)各種共同作用的控制設(shè)備和/或機(jī)械裝置進(jìn)行控制，這些控制設(shè)備和/或機(jī)械裝置配置成直接控制物料從一個(gè)處理區(qū)域到另一個(gè)處理區(qū)域的移置，這些處理區(qū)域可能處在在同一處理室內(nèi)。在一種實(shí)施方案310中，參照?qǐng)D4,三套助劑輸入元件(或元件組)330圍繞一個(gè)處理室320對(duì)稱布置，從而促進(jìn)了所得的三個(gè)處理區(qū)域340之間界面的大致水平的平面特性。在一種實(shí)施方案410中，參照?qǐng)D5，三套助劑輸入元件(或元件組)430非對(duì)稱地圍繞處理室420放置，在所得的三個(gè)處理區(qū)域440之間產(chǎn)生非水平的平面界面。通常情況下應(yīng)當(dāng)理解為，對(duì)稱的處理區(qū)域可促進(jìn)最優(yōu)化的氣化，并且通?？刹捎没旌?攪拌裝置(例如參見(jiàn)圖19)來(lái)提供改善的效果。這樣的攪拌裝置可包括，例如，使用機(jī)動(dòng)化驅(qū)動(dòng)裝置控制的轉(zhuǎn)軸。在一種實(shí)施方案中，這些攪拌器軸也可作為集成的全局控制系統(tǒng)的感測(cè)元件來(lái)操作，其中在這些軸上的轉(zhuǎn)矩測(cè)量可作為物料堆髙度的指示，尤其要是攪拌器具有多級(jí)葉片時(shí)。為減少由于在葉片上形成
結(jié)塊而導(dǎo)致的誤報(bào)，可使用兩個(gè)攪拌器軸，當(dāng)它們旋轉(zhuǎn)時(shí)互相清理，這樣敲掉結(jié)塊物。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，可考慮其它這樣的攪拌器而不背離本公開(kāi)內(nèi)容的總體范圍和本質(zhì)。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，氣化器包括兩個(gè)或更多個(gè)處理室，其中的每一個(gè)處理室包括一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件。所述的兩個(gè)或更多個(gè)處理室中的每一個(gè)處理室提供不同的處理區(qū)域，且這些不同的處理室被排列成豎直相繼布置的方式。在一種實(shí)施方案中，參照?qǐng)D6，氣化器510包括三個(gè)處理室520，每一個(gè)處理室520具有自己的助劑輸入元件(或元件組)530，助劑輸入元件定位成促進(jìn)每個(gè)處理室520中的一個(gè)處理區(qū)域540的界定，其中分別有利于三種氣化工藝(干燥、揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化)中的每一種工藝。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，圖6中的情形是理想的，實(shí)際中，氣化工藝的每種氣化工藝將以不同比例在每個(gè)處理區(qū)域發(fā)生，例如，如圖7中所示的。不同的處理室也可分別最優(yōu)化到最大效率。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，參照?qǐng)D8，氣化器710包括兩個(gè)處理室720，其中第一處理室主要用于干燥和揮發(fā)，而第二處理室主要用于碳轉(zhuǎn)化。在此實(shí)施方案中，氣化器710中的每個(gè)處理室720通過(guò)出口 760排出其廢氣流，出口 760可保持為分開(kāi)的或合并的。這些廢氣流可送到儲(chǔ)罐，或者用于在氣體重整系統(tǒng)(GRS)中進(jìn)一步處理。在可選擇的實(shí)施方案中，參照?qǐng)D9，第一處理室主要用于干燥，而第二處理室主要用于揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化。如果原料具有高含量的塑料，還可使用多個(gè)處理室。在此情況下，可應(yīng)用第二處理室來(lái)回收額外的有價(jià)值化合物，諸如石蠟和蠟。這可通過(guò)使第一處理室的工作溫度低于第二處理室來(lái)實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，盡管我們已經(jīng)將豎向的氣化器描述為收進(jìn)含碳原料并輸出殘余物，但它也可從另一個(gè)氣化器收進(jìn)經(jīng)部分處理的含碳反應(yīng)物物料和/或?qū)⑵錃堄辔镙敵龅搅硪粋€(gè)氣化器。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，參照?qǐng)D10，水平(橫向)定向的氣化器后面跟著豎向的氣化器。在本發(fā)明的可選實(shí)施方案中，參照?qǐng)D11，豎向的氣化器后面跟著水平(橫向)定向的氣化器。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，圖10和圖11中所示的氣化器輸入和輸出方向和位置僅僅是示例性的，并非有意將輸入的方向和位置限制于這些系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)施。
物料移置控制模塊與依賴于逐漸消耗氣化器中反應(yīng)物物料以向下移動(dòng)物料的標(biāo)準(zhǔn)下降床(descending bed)氣化器相比，本發(fā)明的豎向氣化器通過(guò)物料移置控制模塊主動(dòng)地控制反應(yīng)物物料通過(guò)氣化器的移動(dòng)，這樣，即使對(duì)于一套給定的工藝條件來(lái)說(shuō)不是最優(yōu)化的，但是使整個(gè)氣
23化工藝得到改善。如以下將更詳細(xì)地描述的，物料移置控制模塊還可與局部的、區(qū)域的和/或全局控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，或被集成在局部的、區(qū)域的和/或全局控制系統(tǒng)內(nèi)，適于響應(yīng)感測(cè)的一個(gè)或更多個(gè)氣化器內(nèi)或者外部的工藝特性來(lái)主動(dòng)地控制氣化器的各種元件，例如，在產(chǎn)物氣體的下游工藝或應(yīng)用中。在物料移置控制模塊與局部的、區(qū)域的和/或全局工藝控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)地主動(dòng)操作的實(shí)施方案中，可實(shí)現(xiàn)物料的進(jìn)一步精煉處理以滿足下游需要，例如，當(dāng)產(chǎn)物氣體或其進(jìn)一步處理的衍生物被用于選定的下游應(yīng)用時(shí)?？蛇x擇地，或與其組合，可實(shí)施氣化工藝的組合控制以使物料的氣化最大化，例如以符合現(xiàn)有環(huán)境法規(guī)的要求，和/或以使工藝的能量影響最小化。通常，物料移置控制模塊可配置成在預(yù)先設(shè)定的操作參數(shù)
下操作，例如，容許在每個(gè)處理區(qū)域中大致恒定的物料停留時(shí)間，或者，物料移置控制模塊可配置成在動(dòng)態(tài)更新的或產(chǎn)生的操作參數(shù)下操作，適于使物料處理最優(yōu)化以達(dá)到給定結(jié)果。在任一情形中，物料移置控制模塊和可操作地連結(jié)到其的任何控制系統(tǒng)可包括一個(gè)或更多個(gè)感測(cè)元件，用于感測(cè)一個(gè)或更多個(gè)工藝特性，諸如工藝溫度、壓力、反應(yīng)物組成、產(chǎn)物氣體組成、以及對(duì)一個(gè)或更多個(gè)工藝設(shè)備的調(diào)節(jié)，諸如由物料移置控制模塊可操作地控制的機(jī)械裝置和/或設(shè)備，用于響應(yīng)于這些特性，實(shí)現(xiàn)物料通過(guò)氣化器內(nèi)處理區(qū)域的受控移置。
通常，物料移置控制模塊的主要功能是促進(jìn)反應(yīng)物物料按
主動(dòng)地受控方式通過(guò)氣化器不同的處理區(qū)域的向下移動(dòng)，以便有助于
有效的整個(gè)氣化。物料移置控制模塊還可任選地設(shè)置有打碎殘余結(jié)塊
物的裝置，該結(jié)塊物可導(dǎo)致氣化器殘余物出口堵塞。物料移置控制模
塊可配置成操作本領(lǐng)域多種已知機(jī)械裝置或設(shè)備中的一種，用于實(shí)現(xiàn)物料從一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域的移置。例子包括但不局限于，旋轉(zhuǎn)臂、
旋轉(zhuǎn)輪、旋轉(zhuǎn)葉片、移動(dòng)架子、推動(dòng)器推桿、螺桿、輸送器及其組合。
除了控制物料通過(guò)氣化器的移置以外，物料移置控制模塊還可以特定地被最優(yōu)化，以另外使殘余物中的碳含量最小化。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，采用反應(yīng)物物料移動(dòng)的塞式流動(dòng)模式(plugflow pattern)和對(duì)殘余物去除速率的總控制來(lái)實(shí)現(xiàn)這種最優(yōu)化。選擇由物料移置控制模塊所操作的設(shè)備或機(jī)械裝置的具體類型時(shí)要考慮的因素包括但不局限于(a)可控制性和速度對(duì)反應(yīng)物物料通過(guò)氣化器的流動(dòng)能夠準(zhǔn)確控制到何種程度；(b)反應(yīng)器流動(dòng)變化如果在物料移置控制模塊下方添加助劑，是否對(duì)流動(dòng)有破壞，以及，這種破壞是否可管理；和/或(C)能量需求和耐久性需要多少能量和維護(hù)以適當(dāng)?shù)夭僮髟O(shè)備或機(jī)械裝置，例如在適當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)，旋轉(zhuǎn)柵比螺桿和推動(dòng)器推桿需要更多維護(hù)。圖12描繪了本發(fā)明的一種實(shí)施方案，其中物料移置控制模塊包括在每個(gè)處理室20底部的旋轉(zhuǎn)葉片81，旋轉(zhuǎn)葉片81通過(guò)小的殘余物出口 70將反應(yīng)物物料移出處理室20。為避免經(jīng)部分處理/未處理的反應(yīng)物物料通過(guò)殘余物出口 70直接落下造成浪費(fèi)，將帽覆蓋物82放置在殘余物出口 70上方?？蛇x限位開(kāi)關(guān)用于控制棒旋轉(zhuǎn)速度，并由此控制殘余物的去除速度。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，在多個(gè)處理室可操作連結(jié)的實(shí)施方案中，旋轉(zhuǎn)葉片可僅用在最底下處理室的底部，并且反應(yīng)物物料通過(guò)重力作用從最上面的處理室輸送到最底下的處理室。圖13A描繪了本發(fā)明的一種實(shí)施方案，其中物料移置控制模塊包括在每個(gè)處理室20底部的一套提取器螺桿83，提取器螺桿83將殘余物移出處理室20。提取器螺桿螺紋的邊緣上的鋸齒狀突起幫助打碎殘余物結(jié)塊，否則結(jié)塊會(huì)堵塞氣化器10的殘余物出口 70。如圖13B中所示的實(shí)施方案，如果處理室20不使用殘余物出口 70，則不需要帽覆蓋物82。限位開(kāi)關(guān)可任選地用于控制螺桿的速度，并由此控制殘余物的去除速度。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，在多個(gè)處理室可操作連結(jié)的實(shí)施方案中，一套提取器螺桿可僅用在最底下處理室的底部，并且反應(yīng)物物料通過(guò)重力作用從最上面的處理室輸送到最底下的處理室。圖14描繪了本發(fā)明的一種實(shí)施方案，其中物料移置控制模塊包括用于每個(gè)處理室20的單一且較細(xì)的推動(dòng)器推桿85，推動(dòng)器推桿85通過(guò)小的殘余物出口 70將殘余物移出處理室20。取決于殘余物出口70的位置，可需要或不需要帽覆蓋物82，如圖14中所示。
限位開(kāi)關(guān)可任選地用于控制推動(dòng)器推桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)的距離，并由此控制
隨每次往復(fù)運(yùn)動(dòng)去除的殘余物的量。使用細(xì)的推動(dòng)器推桿85與橫向轉(zhuǎn)移氣化器不相似，橫向轉(zhuǎn)移氣化器所使用的推桿通常是載運(yùn)器推桿，載運(yùn)大量的反應(yīng)物物料從一個(gè)處理區(qū)域到另一個(gè)處理區(qū)域。由于使用的推動(dòng)器推桿85是細(xì)的，僅僅少量的殘余物被移出處理室20。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，在多個(gè)處理室可操作連結(jié)的實(shí)施方案中，推動(dòng)器推桿可僅用在最底下處理室的底部，并且反應(yīng)物物料通過(guò)重力作用從最上面的處理室輸送到最底下的處理室。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，在每個(gè)處理室內(nèi)， 一個(gè)或更多個(gè)處理區(qū)域被一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件所促進(jìn)，物料移置控制模塊可在每個(gè)處理室內(nèi)包括一個(gè)或更多個(gè)推動(dòng)器推桿的陣列，其中每個(gè)推動(dòng)器推桿用于主動(dòng)地控制反應(yīng)物物料從一個(gè)處理區(qū)域到下一個(gè)區(qū)域的移動(dòng)，直到最后的推動(dòng)器推桿將殘余物推出處理室。于是，在單一處理室的整個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)主動(dòng)控制反應(yīng)物物料。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，這樣的物料移置控制模塊允許在不同處理區(qū)域設(shè)定不同的"停留時(shí)間"，即使這些不同處理區(qū)域是在同一個(gè)處理室內(nèi)。在物料移置控制模塊包括移動(dòng)元件和導(dǎo)引元件的實(shí)施方案中，適合的移動(dòng)元件包括但不局限于架子/平臺(tái)、推動(dòng)器推桿、開(kāi)溝器(plow)、螺桿元件或帶。導(dǎo)引元件可包括一個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)引通道(位于處理室底壁中)、導(dǎo)軌或?qū)U、導(dǎo)引槽或?qū)б湣？蛇x擇地，導(dǎo)引元件可包括大小適合于可移動(dòng)方式接合導(dǎo)引元件的一個(gè)或更多個(gè)輪或輥。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，導(dǎo)引接合構(gòu)件是滑動(dòng)構(gòu)件，該滑動(dòng)構(gòu)件包括適于沿導(dǎo)軌的長(zhǎng)度滑動(dòng)的底座(shoe)。任選地，底座還包括至少一個(gè)可更換的耐磨墊?？墒褂冒l(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或者本領(lǐng)域容易已知的其它這樣的裝置，提供動(dòng)力給物料移置控制模塊。在一種實(shí)施方案中，發(fā)動(dòng)機(jī)裝置是電動(dòng)變速發(fā)動(dòng)機(jī)，其可選擇地正向或反向驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸。任選地，滑動(dòng)離合器可設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸之間。發(fā)動(dòng)機(jī)還可包括齒輪箱。
可選擇地，可通過(guò)液壓或氣動(dòng)系統(tǒng)、鏈和鏈輪傳動(dòng)、或齒 條和小齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)施物料移置控制模塊的操作。這些方法將發(fā)動(dòng)機(jī) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性運(yùn)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是，它們可以同步方式應(yīng)用在物料移 置控制模塊(例如推動(dòng)器推桿)的每側(cè)，以有助于保持機(jī)械裝置對(duì)齊， 從而使堵塞的可能性最小化。在一種實(shí)施方案中，使用兩條鏈提供了 一種維持角對(duì)準(zhǔn)而無(wú)需精密導(dǎo)引件的裝置。對(duì)于使用兩個(gè)處理室的實(shí)施方案，圖16顯示了許多種不 同設(shè)備和/或機(jī)械裝置，可通過(guò)用于將反應(yīng)物物料從一個(gè)處理室移置 到另一個(gè)處理室的物料移置控制模塊，來(lái)使用這些設(shè)備和/或機(jī)械裝 置。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，該圖中的選項(xiàng)僅僅是示例性的，針對(duì) 這樣設(shè)備/機(jī)械裝置的其它適當(dāng)設(shè)計(jì)也在此處所公開(kāi)的本發(fā)明的范圍 和特性之內(nèi)。
處理室豎向的氣化器包括一個(gè)或更多個(gè)處理室。處理室可選自固 定床處理室、重力作用的豎向處理室、機(jī)械輔助流處理室、夾帶流處 理室和流化床處理室，上述類型的處理室僅是舉出的幾個(gè)例子。在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的固定床處理室中，原料從頂部進(jìn) 入系統(tǒng)并擱在一表面上，通過(guò)該表面可傳遞諸如加熱的空氣或蒸汽 (或其它助劑)的輸入氣體。輸入氣體按逆流方式從底部輸送通過(guò)原 料床，并且，通過(guò)處理室頂部的通氣口或其它出口，包括廢氣、合成 氣、冷卻的空氣和蒸汽、或揮發(fā)物的所有輸出氣體離開(kāi)處理室。諸如 灰或燒焦物的任何殘余物穿過(guò)可傳遞表面，并通過(guò)底部離開(kāi)處理室。在夾帶流處理室22中，參照?qǐng)Dn，輸入氣體相對(duì)于原料 逆流行進(jìn)。此處，通過(guò)助劑的移動(dòng)使原料至少部分懸浮，由此促進(jìn)在 輸入和原料之間更分散的接觸。隨著反應(yīng)物物料受重力驅(qū)動(dòng)而相反于 助劑傳送方向向下移動(dòng)，發(fā)生反應(yīng)，助劑的流動(dòng)具有足夠的力以使正 在下降的原料部分地懸浮。包括廢氣、合成氣、冷卻空氣、冷卻蒸汽、 和其它揮發(fā)物的輸出氣體在處理室的頂部離開(kāi)，并且所得的殘余物從 底部離開(kāi)。
27
在流化床處理室24中，參照?qǐng)D18，原料懸浮于向上移動(dòng) 的助劑中，類似于夾帶流處理室。然而原料在床中的行為存在區(qū)別。 在流化床中，助劑以顯著克服重力作用的速度進(jìn)入處理室，并且原料 床以更強(qiáng)湍流作用的方式移動(dòng)，由此促成更均質(zhì)的反應(yīng)區(qū)域，并且， 即使原料實(shí)際上可以是固體，其行為方式也類似于湍流流體的行為方 式。助劑從底部進(jìn)入處理室，逆流地輸送到原料，并且，包括廢氣、 合成氣、冷卻空氣和蒸汽、或揮發(fā)物的輸出氣體從頂部離開(kāi)處理室。在本發(fā)明使用移動(dòng)床處理室26的一種實(shí)施方案中，處理 室26包括原料輸入口，其靠近處理室頂部；兩個(gè)或更多個(gè)助劑輸 入元件，用于注入預(yù)熱空氣，并且上述兩個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件定 位成使得每個(gè)助劑輸入元件促進(jìn)不同處理區(qū)域的確定；產(chǎn)物氣體出 口；殘余物出口；和主動(dòng)控制的物料移置控制模塊，位于處理室基部。 在一種實(shí)施方案中，參照?qǐng)D19，分開(kāi)的助劑輸入元件還用于將蒸汽 添加到處理室中。此外，可使用混合機(jī)械裝置27，以促進(jìn)處理室內(nèi) 助劑與反應(yīng)物物料之間增強(qiáng)的相互作用。在本發(fā)明使用移動(dòng)床處理室的一種實(shí)施方案中，氣化器包 括兩個(gè)或更多個(gè)移動(dòng)床處理室，每個(gè)移動(dòng)床處理室具有助劑輸入元件 或元件組，用于在處理室的底部注入預(yù)熱的空氣。從底部注入預(yù)熱的 空氣能夠氧化處理室底部附近形成的燒焦物。預(yù)熱空氣相對(duì)于原料的 逆流流動(dòng)也增強(qiáng)了能量利用。隨著預(yù)熱空氣輸送通過(guò)移動(dòng)的原料床而 溫度降低，在處理室內(nèi)形成溫度梯度，這與氣化后面的工藝所需的較 高溫度相一致。在本發(fā)明使用移動(dòng)床處理室的一種實(shí)施方案中，用于每個(gè) 處理室的一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件全部分布在處理室周圍。多個(gè)輸 入元件的這種分布容許更好地控制氣化工藝。圖20A至圖20D示出 了本發(fā)明的其它實(shí)施方案，不同點(diǎn)是助劑輸入元件的布置和類型。還
示出了各情況下處理區(qū)域的大致形狀。使用的處理室可以具有任何形狀，只要內(nèi)部體積足夠容納 適量反應(yīng)物物料持續(xù)設(shè)定停留時(shí)間，并且足以達(dá)到適當(dāng)?shù)臍怏w表觀速 度即可。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，處理室是內(nèi)襯耐火材料的圓筒，
28并且它的長(zhǎng)度是其直徑的大約l倍至3倍之間。在一種實(shí)施方案中， 處理室的長(zhǎng)度是其直徑的大約l倍至2倍之間。在一種實(shí)施方案中， 處理室的長(zhǎng)度是其直徑的大約1.5倍。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，處理室具有圓筒狀的外壁和
內(nèi)襯耐火材料并向下傾斜的內(nèi)壁。圖21A和圖21B示出了處理室的
一些可能的形狀。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易選擇其它適合的形狀。耐火材料襯里保護(hù)處理室不受高溫和腐蝕性氣體的影響， 并使工藝的不必要熱損失最小化。耐火材料是常規(guī)的耐火材料，是本 領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，適合用于高溫例如高達(dá)大約180(TC、不加
壓的反應(yīng)。這種耐火材料的例子包括但不局限于高溫?zé)铺沾?，艮P，
氧化鋁、氮化鋁、硅酸鋁、氮化硼、磷酸鋯、玻璃陶瓷和主要包含二 氧化硅、氧化鋁、氧化鉻和二氧化鈦的高鋁磚。為了進(jìn)一步保護(hù)處理 室不受腐蝕性氣體的影響，可以用膜來(lái)加襯。這樣的膜是本領(lǐng)域已知 的，因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地基于氣化器的要求來(lái)確定適合 的膜。處理室的頂或上部也應(yīng)該針對(duì)氣體的最優(yōu)化流動(dòng)和停留 時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)。頂部可以是平的、圓頂狀的或促進(jìn)氣體流動(dòng)通過(guò)處理 室的其它實(shí)用結(jié)構(gòu)，于是避免了死點(diǎn)(dead spot)(也稱作"冷"點(diǎn))。由本領(lǐng)域技術(shù)人員能容易確定的許多因素來(lái)確定處理室 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。例如，通過(guò)分析待處理輸入原料的化學(xué)組成，由操 作特性來(lái)確定處理室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和大小。其它設(shè)計(jì)因素包括所使用的 加熱裝置的類型和所使用的加熱裝置的位置和方向。這些加熱裝置通 常放置在處理室內(nèi)期望深度位置處，以便集中其最有效的高溫處理區(qū) 域，同時(shí)使熱損失最小化。有時(shí)，除了預(yù)熱的空氣以外，還將諸如蒸 汽的其它助劑添加到氣化器中，以改進(jìn)產(chǎn)物合成氣的品質(zhì)。這些附加 助劑注射口的位置、方向和數(shù)目也必須考慮在處理室的設(shè)計(jì)中，以確 保其注入位置能促進(jìn)有效的反應(yīng)以達(dá)到期望的轉(zhuǎn)化結(jié)果。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，豎向的氣化器中使用的一個(gè)或 更多個(gè)處理室中的每一個(gè)處理室可使用不同的耐火材料、不同的形 狀、不同的大小和不同的物料移置控制模塊，以適于在該室內(nèi)進(jìn)行的
29處理。通過(guò)考慮諸如有效熱轉(zhuǎn)移、氣體流動(dòng)、助劑的混合等因素， 各種基于計(jì)算機(jī)的模擬和建模工具可有助于處理室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。基于 計(jì)算機(jī)的工具幾乎消除了在初步系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前的實(shí)驗(yàn)需求，并實(shí)現(xiàn)了 快速確定任意輸入廢氣流的工藝特性和效率?；谟?jì)算機(jī)的工具還容 許交互式的重復(fù)，以在系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)之前使任意特定系統(tǒng)的操作特性最 優(yōu)化，而且有助于基于作為輸入的產(chǎn)物氣體特性對(duì)非均質(zhì)物料的工藝 進(jìn)行實(shí)時(shí)最優(yōu)化。 —種這樣的模擬器是化工過(guò)程模擬器，如美國(guó)專利 6,817,388中所述的(以引用方式并入)。該模擬器使用吉布斯自由 能最小化的原理，以容許預(yù)測(cè)特定溫度和特定輸入?yún)?shù)設(shè)定時(shí)的產(chǎn)物 氣體組成。通常，模擬器由三個(gè)主要計(jì)算塊組成
a. 理想反應(yīng)模型其通過(guò)使在絕熱等壓平衡中的產(chǎn)物化學(xué) 物種的吉布斯自由能最小化，計(jì)算產(chǎn)物氣體的理想穩(wěn)定狀態(tài)平衡 組成。在此處使用通用的吉布斯最小化方法以發(fā)現(xiàn)任意較大系統(tǒng) 的平衡組成，而無(wú)需寫出平衡反應(yīng)。
b. 碳沉積模型其通過(guò)比較輸入組成與平衡曲線，計(jì)算形
成的煤煙(固體碳c)的量或?yàn)橄簾熜纬伤枵羝牧?。?br> 模型還可用于遞歸地解決為了減少所形成固體碳的量所必須添
加的水的量。
C.非理想反應(yīng)模型其確定在超過(guò)由系統(tǒng)中碳量乘以實(shí)驗(yàn) 導(dǎo)出比所計(jì)算理想值時(shí)所形成的甲垸、乙炔和乙烯的量。這近似 于長(zhǎng)鏈烴或聚合物非全部分解的結(jié)果。除了使用化工過(guò)程模擬器以外，在工藝設(shè)計(jì)中還可使用處
理室的流動(dòng)建模，以確保工藝輸入的恰當(dāng)混合，分析動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的影 響，并調(diào)節(jié)模擬器內(nèi)的反應(yīng)溫度曲線。由于能夠容易地被識(shí)別耐火材 料表面的所有操作特性，流動(dòng)建模結(jié)果也有助于耐火材料設(shè)計(jì)。任選地，如前文提及的，氣化器的一個(gè)或更多個(gè)處理室中
的一個(gè)或更多個(gè)處理室可包括混合裝置，用于確保將反應(yīng)物物料有效 地暴露于預(yù)熱的空氣，從而容許有效的氣化。混合裝置防止氣體溝流(channelling)，氣體溝流是諸如預(yù)熱空氣的助劑輸入燃燒出貫穿床 的通路的情形，導(dǎo)致更多的預(yù)熱空氣沿著那條"溝道"行進(jìn)而完全地 避開(kāi)反應(yīng)物物料。預(yù)熱空氣進(jìn)入氣相的通道，也稱作"貫穿"，會(huì)引 起與氣相可燃物的快速燃燒、反應(yīng)物物料的結(jié)塊和溝道燃燒。良好的 混合還穩(wěn)定了氣體組成并減少了下游氣體爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。氣化需要熱和諸如氧或蒸汽的氧化劑?？赏ㄟ^(guò)原料部分氧 化所釋放的熱而直接進(jìn)行加熱，或者通過(guò)使用本領(lǐng)域已知的熱源而間 接進(jìn)行加熱。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，熱源是通過(guò)助劑輸入元件添 加到處理室中的預(yù)熱空氣。空氣是從空氣加熱器或熱交換器所獲得 的，這兩者都是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，并且使用獨(dú)立的空氣進(jìn)給和 分布系統(tǒng)，諸如風(fēng)箱，將空氣輸送到每個(gè)處理區(qū)域?？蛇x擇地，間接 的熱源可以是循環(huán)熱砂或電加熱元件。為了有助于氣化器的初始啟動(dòng)，處理室可包括進(jìn)入口，其 大小適合容納例如天然氣或丙烷燃燒器的各種常規(guī)燃燒器，以預(yù)熱氣 化器。另外，處理室還可包括一個(gè)或更多個(gè)檢修端口，以容許進(jìn) 入來(lái)維護(hù)和修理。這樣的端口是本領(lǐng)域己知的，并且可包括具有各種 尺寸的可密封端口孔。在一種實(shí)施方案中，通過(guò)在一端的人孔來(lái)提供 進(jìn)入處理室的通道，在操作期間，可通過(guò)可密封的耐火材料加襯蓋關(guān) 閉該人孔。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，人孔設(shè)置在處理室的兩端用 于維護(hù)。
助劑輸入元件如前文提及的，可將助劑添加到豎向氣化器的一個(gè)或更多 個(gè)處理室中的每個(gè)處理室，以有助于將原料有效地轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物氣體。 在保持遵守監(jiān)管機(jī)構(gòu)的排放限制并使運(yùn)行成本最小化的同時(shí)，選擇助 劑的類型和數(shù)量以使工藝反應(yīng)最優(yōu)化。不同類型的助劑輸入元件包括 但不局限于，空氣、富氧空氣、氧氣、蒸汽和臭氧。在確定處理室內(nèi) 的溫度時(shí)，以及，在確定處理區(qū)域(不同工藝至少部分占主導(dǎo))的范
31圍時(shí)，助劑輸入元件起關(guān)鍵作用。可使用空氣或氧氣輸入，以在使輸入熱的成本最小化的同 時(shí)，使碳轉(zhuǎn)化最大化(即，使游離碳最小化)并維持最優(yōu)化的處理溫 度。如通過(guò)正處理原料的輸出所確定的，可確定并嚴(yán)格地控制兩種助 劑的量。確定空氣注射的量，以確保整個(gè)工藝不接近與焚化相關(guān)的不 期望特征中的任何一個(gè)(諸如在產(chǎn)物氣體中的有害的二隨英、呋喃、 N0X、 S0X，灰分中的金屬和較低的碳轉(zhuǎn)化)，并且滿足當(dāng)?shù)氐呐欧?標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)使加熱的成本最小化。蒸汽輸入促進(jìn)了足夠的游離氧和氫，以使原料的分解元素
最大程度轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物氣體和/或無(wú)害的化合物。由于反應(yīng)物物料經(jīng)由 與蒸汽反應(yīng)而轉(zhuǎn)換成氣體的過(guò)程是吸熱的，它可用來(lái)抵消經(jīng)由空氣反
應(yīng)的吸熱性質(zhì)。另外，蒸汽提供了額外的氫，用于恰當(dāng)?shù)仄胶釩、 H、 0反應(yīng)。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，還引入二次原料流作為工藝 助劑。取決于感測(cè)元件所感測(cè)的諸如產(chǎn)物氣體品質(zhì)、壓力等的氣化器 下游參數(shù)，通過(guò)全局控制系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)地操縱該原料流。代表性的二次 原料是高碳原料，諸如塑料。因此，所述處理室中的每個(gè)處理室可包括多個(gè)助劑輸入元 件，助劑輸入元件包括用于蒸汽注射和/或空氣注射的入口。蒸汽入 口可戰(zhàn)略性地設(shè)置，以導(dǎo)引蒸汽進(jìn)入高溫區(qū)域中，并在產(chǎn)物氣體物質(zhì) 剛要從處理室離開(kāi)之前將蒸汽導(dǎo)引入其中。助劑輸入元件可戰(zhàn)略性地設(shè)置，以確保完全覆蓋進(jìn)入處理 區(qū)域。在一種實(shí)施方案中，助劑輸入元件定位成靠近處理室的底面。 可選擇地，助劑輸入元件位于處理室的底面中，或者都圍繞處理室的 壁分布。在預(yù)熱空氣用作氣化器加熱裝置的實(shí)施方案中，任選地，可 包括附加的空氣/氧注射輸入元件。可基于任意數(shù)量的下述因素確定助劑輸入元件的實(shí)際位 置(a)使熱轉(zhuǎn)移最大化；(b)使與碳的接觸最大化；(C)使壓 力損失最小化；(d)避免堵塞；(e)使氣體溝流的可能性最小化。對(duì)于本發(fā)明從處理室的頂部添加助劑的實(shí)施方案，在頂部添加的氣體可幫助使床頂部的濕含碳原料干燥，或者通過(guò)使用噴口 (通過(guò)圍繞堆頂部噴灑物料，而不是使用機(jī)械攪拌裝置)幫助分布物 料。如果在頂部添加空氣或熱蒸汽，那么產(chǎn)物氣體的溫度升高，導(dǎo)致 氣相中的焦油分解?？蛇x擇地，低溫蒸汽或氮?dú)?或其它液態(tài)流體) 的添加降低了氣體溫度，并保護(hù)了下游設(shè)備。然而，在該室的頂部上 具有助劑輸入元件的主要缺點(diǎn)是產(chǎn)物氣體被稀釋的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于本發(fā)明從處理室底部添加助劑的實(shí)施方案，助劑在處 理室中的停留時(shí)間最大化，這對(duì)反應(yīng)較慢的低溫系統(tǒng)是有利的。雖然 差的設(shè)計(jì)會(huì)有產(chǎn)生爐渣、結(jié)塊等干擾操作的高風(fēng)險(xiǎn)，但是適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì) 可減少這些問(wèn)題的可能性。在底部注射助劑促進(jìn)了對(duì)整個(gè)處理室產(chǎn)生 影響，并且在灰分離開(kāi)處理室前將碳從中去除。對(duì)于本發(fā)明從處理室側(cè)面添加助劑的實(shí)施方案，促進(jìn)了助
劑的均勻分布，并從而促進(jìn)了更穩(wěn)定的反應(yīng)。這種設(shè)計(jì)也使處理區(qū)域 均勻，并減少了一些助劑(諸如氧氣或臭氧)的濃度，以避免局部的 燃燒或結(jié)塊。然而，主要缺點(diǎn)是沿側(cè)面所注射的助劑達(dá)不到處理室的 中部，除非使用高流速，而高流速往往使床流體化或者在壁附近產(chǎn)生 熱點(diǎn)?？墒褂脭嚢杵饕源龠M(jìn)中間的反應(yīng)物物料與側(cè)面的反應(yīng)物物料相 混合。
原料輸入裝置豎向的氣化器包括物料進(jìn)料器系統(tǒng)，物料進(jìn)料器系統(tǒng)包括 適合于輸入原料的任意物理特性的一個(gè)或更多個(gè)輸入進(jìn)料口，每個(gè)進(jìn) 料口直接地進(jìn)給到氣化器中。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，物料進(jìn)給 子系統(tǒng)由進(jìn)料斗和用于將原料傳送到氣化器的螺桿輸送器組成。在本 發(fā)明的一些實(shí)施方案中，進(jìn)給到豎向氣化器中的物料可以是來(lái)自上游 氣化器的經(jīng)部分處理的反應(yīng)物物料。進(jìn)料斗作為待進(jìn)給到氣化器中的 物料的緩沖器。料斗可任選地具有高料位和低料位指示器，以控制進(jìn) 入到料斗的流量，并且任選地，料斗處在工藝控制器的控制下，以使 進(jìn)給速率滿足工藝需求。任選地，參照?qǐng)D22A，物料進(jìn)給子系統(tǒng)還可包括附加的入
33口，以接收二次進(jìn)給(通常為諸如碎塑料的高碳原料)，由此允許快 速響應(yīng)于較高或較低碳輸入的工藝需求，以滿足下游應(yīng)用所需的氣體 品質(zhì)。參照?qǐng)D22，本發(fā)明可實(shí)施為多種實(shí)施方案，通過(guò)這些實(shí) 施方案，不同的進(jìn)給流在進(jìn)入氣化器之前在公共料斗中被混合在一
起，或者不混合在一起。任選地，氣化器具有分開(kāi)的進(jìn)給子系統(tǒng)，用 于將高碳原料進(jìn)給到氣化器中。同樣地，還可考慮具有多于兩條進(jìn)給 流的更普通的例子。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，物料進(jìn)給系統(tǒng)由矩形的進(jìn)料 斗和液壓輔助推桿組成。閘門可安裝在進(jìn)料槽的中間，以作為處理室 和進(jìn)料斗之間的熱屏蔽。進(jìn)料器上的限位開(kāi)關(guān)控制推桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)距 離，以控制每次往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)給到處理室中的物料的量。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，初級(jí)物料進(jìn)給系統(tǒng)也可改變 成適應(yīng)于箱式進(jìn)給(feeding of boxes)，在這種形式中，提供醫(yī)院生 物醫(yī)學(xué)類型廢物用于處理。矩形的雙門料口容許這些箱進(jìn)給入初級(jí)進(jìn) 料斗中，在那里液壓推桿可將它們輸入處理室中。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，螺旋推運(yùn)器可液壓方式插入 到處理室中，以提供顆粒狀廢物物料進(jìn)給。此外，推桿、旋轉(zhuǎn)閥、頂 部重力進(jìn)給是可用在本文中以有助于引入期望原料的其它進(jìn)料器例 子。此外，液體和氣體可通過(guò)其自己的專用料口同時(shí)進(jìn)給到處理室中。任選地，在進(jìn)給到原料輸入裝置中之前，原料將輸送通過(guò) 預(yù)處理系統(tǒng)。預(yù)處理子系統(tǒng)可包括粉碎機(jī)，以將所收到的原料弄碎成 更適于處理的大小。因?yàn)樵系慕M成可包括大到足以堵塞粉碎機(jī)的物 料，所以粉碎機(jī)任選地設(shè)置成在感測(cè)到堵塞時(shí)中止，自動(dòng)反轉(zhuǎn)以清除 堵塞，然后重新啟動(dòng)。如果仍舊檢測(cè)到堵塞，那么粉碎機(jī)停機(jī)，并發(fā) 送警告信號(hào)給控制器。適合的粉碎機(jī)和粉碎機(jī)設(shè)計(jì)是本領(lǐng)域已知的。預(yù)處理子系統(tǒng)還可包括位于輸送器上方的磁性檢拾器，以 避免過(guò)量金屬不期望地進(jìn)給通過(guò)氣化器。適合的磁性檢拾器是本領(lǐng)域 己知的，并且由檢拾輸送器帶上方的強(qiáng)力磁體組成，以吸引可能存在 于粉碎廢物中的任意含鐵金屬。任選地，無(wú)磁性的帶可橫貫于檢拾輸
34送器的方向在磁體和原料之間運(yùn)行，以便將吸引到磁體的任意金屬橫 向地從原料流移出。當(dāng)金屬已經(jīng)從磁體移出時(shí)，該金屬可落下成為堆 料以待處置或銷售。
氣體出口在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，使用位于處理室20頂部的 氣體出口60，取出每個(gè)處理室20中所產(chǎn)生的廢氣。在被傳送到儲(chǔ)罐 用于進(jìn)一步使用或者用于在氣體重整系統(tǒng)(GRS) 92中進(jìn)一步處理 之前，來(lái)自不同的處理室20的廢氣流可以保持分開(kāi)或者合并，如圖 23C所示。可選擇地，在處理室底部處設(shè)置氣體出口，并且使用保持 在下游的風(fēng)箱或本領(lǐng)域己知的其它抽吸裝置將產(chǎn)物氣體抽出。本領(lǐng)域 技術(shù)人員容易理解，在處理室內(nèi)其它位置處設(shè)置氣體出口都在本發(fā)明 的范圍內(nèi)，即使在本文中未明確提及。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，氣化器直接地或者經(jīng)由管系 連接到氣體重整系統(tǒng)(GRS) 92，用于將得自含碳原料氣化的輸入氣 體重整為具有限定化學(xué)組成的重整氣體。特別地，氣體重整系統(tǒng)使用 來(lái)自一個(gè)或更多個(gè)等離子體焰炬的焰炬熱，離解氣態(tài)分子，由此容許 它們重組成對(duì)于諸如能量產(chǎn)生的下游應(yīng)用有用的更小分子。在由等離 子體焰炬提供的高溫，通常為90(TC — 120(TC的高溫下，通常還發(fā)生 "焦油裂解"，以消除焦油。系統(tǒng)還可包括氣體混合裝置、工藝助劑 裝置和控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有一個(gè)或更多個(gè)傳感器、 一個(gè)或更多 個(gè)工藝效應(yīng)器(process effectors)和計(jì)算裝置，以監(jiān)測(cè)和/或調(diào)節(jié)重 整反應(yīng)。參照?qǐng)D23，在GRS中生產(chǎn)的合成氣可以傳送到氣體調(diào)整系 統(tǒng)(GCS) 90和/或氣體均化系統(tǒng)(GHS)和/或儲(chǔ)罐。在本發(fā)明的其它實(shí)施方案中，可使用低溫氣體重整系統(tǒng)， 該系統(tǒng)不導(dǎo)致焦油裂解，而是使氣體轉(zhuǎn)化為適于特定下游應(yīng)用的不同 組成。GCS 90用于從合成氣去除顆粒物質(zhì)和其它雜質(zhì)，而GHS 用于通過(guò)在均化室內(nèi)提供適合的混合裝置和停留時(shí)間，來(lái)使合成氣的 組成和壓力的任何時(shí)間變化平緩。如果經(jīng)調(diào)節(jié)的均化合成氣需要存儲(chǔ)用于進(jìn)一步使用，那么任選地使用儲(chǔ)罐。否則，經(jīng)調(diào)節(jié)的均化合成氣 可用于下游應(yīng)用，諸如氣體發(fā)動(dòng)機(jī)、鍋爐等。過(guò)剩的合成氣也可使用
燃燒組(flare stack)安全地處理掉。 殘余物出口殘余物出口 70用于從氣化器10的最后處理區(qū)域40去除 殘余物。殘余物離開(kāi)處理室的構(gòu)型取決于后序工藝的設(shè)計(jì)和功能，并 且可容易地由本領(lǐng)域技術(shù)人員確定。如前文提及的，通過(guò)物料移置控制模塊從氣化器去除殘余 物。在本發(fā)明的不同實(shí)施方案中，殘余物可去除并進(jìn)入例如灰收集氣 化器或者進(jìn)入本領(lǐng)域已知的用于冷卻的水箱，從這里在閥的控制下通 過(guò)導(dǎo)管將殘余物傳送到排放點(diǎn)。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，來(lái)自豎 向氣化器的殘余物被傳送到另一個(gè)氣化器用于進(jìn)一步氣化。如果豎向 的氣化器不能達(dá)到徹底的揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化，前述方式是有利的。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，參照?qǐng)D24，殘余物移到殘 余物調(diào)整系統(tǒng)94，殘余物調(diào)整系統(tǒng)94或者直接地連接到氣化器10 或者經(jīng)由輸送器連接到氣化器10。在殘余物調(diào)整系統(tǒng)94中，使用等 離子體弧加熱，通過(guò)提高殘余物的溫度到完全熔融和均化所需要程 度，將殘余物(燒焦物、灰分)轉(zhuǎn)化成爐渣，以保證沒(méi)有故障、連續(xù) 且自動(dòng)(即無(wú)人看管)的爐渣去除。其它加熱機(jī)械裝置也可使用在殘 余物調(diào)整系統(tǒng)的其它實(shí)施方案中。熔渣在水箱中驟冷以形成玻璃狀固 體爐渣，該爐渣可用于建筑工業(yè)，或者按無(wú)害方式丟棄在垃圾填埋場(chǎng)。 參照?qǐng)D25，在殘余物調(diào)整系統(tǒng)94中所產(chǎn)生的任意產(chǎn)物氣體，在輸送 通過(guò)GRS 92之后或者以另外的方式，被傳送到GCS 90。此外，參照?qǐng)D26，在GCS 90中所收集的殘余顆粒可送回 到殘余物調(diào)整系統(tǒng)94，用于轉(zhuǎn)化成熔渣和驟冷。對(duì)于產(chǎn)物氣體從殘 余物調(diào)整系統(tǒng)94傳送到GCS 90而沒(méi)有輸送通過(guò)GRS 92的情形，氣 體可直接或者通過(guò)次級(jí)GCS 96到達(dá)GCS 90，如圖26中所示。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，參照?qǐng)D27，使用模塊方法 構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)，其中，沒(méi)有將來(lái)自氣化器多個(gè)處理室20的產(chǎn)物氣體輸出口合并以輸送通過(guò)單一GRS和GCS，而是分成兩條平行流，每 條流具有自己的GRS 92和GCS 90。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，圖 27僅僅是示例性的，并且使用多個(gè)平行處理流中不同組件相互連接 的整個(gè)系統(tǒng)的其它設(shè)計(jì)也在本文所公開(kāi)的本發(fā)明的范圍和特性之內(nèi)。圖28和圖29示出氣化器的具體實(shí)施，其中基于等離子體 焰炬95的殘余物調(diào)整系統(tǒng)94按豎直相繼布置的方式接合到包括一個(gè) 或兩個(gè)豎直相繼布置處理室20的氣化器。如前文提及的，本發(fā)明的氣化器IO可與各種其它系統(tǒng)組 合以形成完整的氣化設(shè)施，上述其它系統(tǒng)諸如殘余物調(diào)整系統(tǒng)94、 氣體重整系統(tǒng)92、氣體調(diào)整系統(tǒng)90、氣體均化系統(tǒng)。該設(shè)施將接收 含碳原料并將其轉(zhuǎn)化為精制的、經(jīng)調(diào)整和均化的合成氣，該合成氣可 用于各種下游應(yīng)用。使用如上所述的全局控制系統(tǒng)98可控制整個(gè)氣 化設(shè)施，以確保整個(gè)工藝滿足特定下游應(yīng)用和相關(guān)規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)定的 要求。用于整個(gè)氣化設(shè)施的控制系統(tǒng)的一種實(shí)施方案顯示在圖30中。
控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)98通常設(shè)置成控制在豎向的氣化器中實(shí)施的和/ 或由豎向的氣化器實(shí)施的一個(gè)或更多個(gè)工藝，或者影響所生產(chǎn)氣體的 任何下游工藝或應(yīng)用，和/或提供對(duì)本文所設(shè)想用于影響這樣的工藝 的一個(gè)或更多個(gè)工藝設(shè)備的控制。通常，控制系統(tǒng)可以可操作地控制 與豎向氣化器有關(guān)的各種工藝，和/或與在包括這樣的氣化器的氣化 系統(tǒng)內(nèi)所實(shí)施的一個(gè)或更多個(gè)全局、上游和/或下游工藝有關(guān)的各種 工藝，從而調(diào)節(jié)這些工藝中適于影響這些工藝以獲得限定結(jié)果的各種 控制參數(shù)。因此，各種感測(cè)元件和響應(yīng)元件可分布遍及受控的系統(tǒng)， 或者與其一個(gè)或更多個(gè)組件相關(guān)聯(lián)，并且用于獲取各種工藝、反應(yīng)物
和/或產(chǎn)物特性，將這些特性與這種特性有助于達(dá)到期望結(jié)果的適當(dāng) 范圍相比較，并且，經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)可控制的工藝設(shè)備，在正在進(jìn) 行的工藝中的一個(gè)或更多個(gè)工藝中實(shí)施改變，來(lái)進(jìn)行響應(yīng)?？刂葡到y(tǒng)通常包括例如一個(gè)或更多個(gè)感測(cè)元件，用于感測(cè) 與系統(tǒng)、系統(tǒng)中所實(shí)施工藝、為系統(tǒng)提供的輸入、禾P/或由系統(tǒng)產(chǎn)生
37的輸出有關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)特性。一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算平臺(tái)通信地連接 到這些感測(cè)元件，用于獲取代表所感測(cè)特性的特性值，并且配置成將 特性值與這種值的預(yù)定范圍(限定為表示適于選定操作和/或下游結(jié) 果)相比較，并且計(jì)算一個(gè)或更多個(gè)工藝控制參數(shù)，這樣的參數(shù)有助 于將特性值維持在該預(yù)定范圍內(nèi)。這樣，可將多個(gè)響應(yīng)元件可操作地 連接到可操作來(lái)影響該系統(tǒng)、工藝、輸入和/輸出從而調(diào)節(jié)感測(cè)特性 的一個(gè)或更多個(gè)工藝設(shè)備，并通信地連接到計(jì)算平臺(tái)，用于獲取所計(jì) 算的工藝控制參數(shù)，并且根據(jù)該參數(shù)操作工藝設(shè)備。在一種實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)提供與將含碳原料轉(zhuǎn)化成氣 體有關(guān)的各種系統(tǒng)、工藝、輸入和/或輸出的反饋、前饋和/或預(yù)測(cè)控 制，以便提高相應(yīng)實(shí)施的一個(gè)或更多個(gè)工藝的效率。舉例來(lái)說(shuō)，可評(píng) 價(jià)和可控制地調(diào)節(jié)各種工藝特性，以影響這些工藝，這些工藝特性可 包括但不局限于原料的熱值和/或組成、產(chǎn)物氣體的特性(例如熱 值、溫度、壓力、流量、組成、碳含量等)、對(duì)于這種特性的允許變 化程度、以及輸入成本與輸出價(jià)值的比值。各種控制參數(shù)被連續(xù)調(diào)節(jié) 和/或?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)，這些控制參數(shù)可包括但不局限于熱源功率、助劑 (例如氧氣、氧化劑、蒸汽等)進(jìn)給速率、原料進(jìn)給速率(例如一個(gè) 或更多個(gè)不同的進(jìn)給和/或混合進(jìn)給)、氣體和/或系統(tǒng)壓力/流量調(diào)節(jié) 器(例如鼓風(fēng)機(jī)、安全閥和/或調(diào)節(jié)閥、火炬(flare)等)、氣化器 內(nèi)的物料移置(例如在豎直相繼布置的處理區(qū)域之間)及類似的控制 參數(shù)，這些連續(xù)調(diào)節(jié)和/或?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)可按這樣一種方式來(lái)執(zhí)行，使得 根據(jù)設(shè)計(jì)和/或下游規(guī)格來(lái)評(píng)價(jià)和最優(yōu)化一個(gè)或更多個(gè)與工藝有關(guān)的 特性?？蛇x擇地，或除上述之外，控制系統(tǒng)可配置成監(jiān)測(cè)給定系 統(tǒng)的各種組件的操作，用于保證正確的操作，以及，可任選地，用于 在應(yīng)用規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)時(shí)確保實(shí)施的工藝處在這種標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。根據(jù)一種實(shí)施方案，控制系統(tǒng)還可用于監(jiān)測(cè)和控制給定系 統(tǒng)的總能量沖擊。舉例來(lái)說(shuō)，可以操作給定系統(tǒng)以便其能量沖擊被減 少或者最小化，例如，通過(guò)最優(yōu)化所實(shí)施工藝中的一個(gè)或更多個(gè)工藝， 或者通過(guò)增加由對(duì)這些工藝所產(chǎn)生能量(例如廢熱)的同流換熱?？蛇x擇地，或除上述以外，控制系統(tǒng)可配置成調(diào)節(jié)經(jīng)由受控工藝所產(chǎn)生 的產(chǎn)物氣體的組成和/或其它特性(例如溫度、壓力、流量等)，以 便這些特性不僅適于下游使用，而且對(duì)于有效的和/或最適使用，基 本上是最優(yōu)化的。例如，在產(chǎn)物氣體用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電用給定類型氣體發(fā) 動(dòng)機(jī)的實(shí)施方案中，可調(diào)節(jié)產(chǎn)物氣體的特性，以便這些特性與這種發(fā) 動(dòng)機(jī)的最適輸入特性最優(yōu)匹配。在一種實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)可配置成調(diào)節(jié)給定工藝，以 便滿足和/或最佳化關(guān)于各種組件中反應(yīng)和/或產(chǎn)物停留時(shí)間或關(guān)于 整個(gè)工藝中各種工藝的限制或性能原則。例如，上游工藝速率可控制 成基本上匹配一個(gè)或更多個(gè)后續(xù)的下游工藝。即，通過(guò)物料移置控制 模塊，可設(shè)定和/或動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)物料在氣化器內(nèi)和/或在氣化器處理區(qū) 域內(nèi)的停留時(shí)間，該物料移置控制模塊可獨(dú)立地、共同作用地和/或 作為整個(gè)或全局控制系統(tǒng)的子模塊來(lái)操作，以滿足下游工藝和/或應(yīng) 用的某種偏好和/或需求。控制系統(tǒng)可適合于維持適于本地和/或下游需求的條件，
例如，可以控制溫度、原料輸入速率、物料的位移等，來(lái)滿足諸如廢 物快速處理的本地需求和/或滿足諸如適當(dāng)氣體組成的下游需求。此外，在各種實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)可適合于按連續(xù)和/ 或?qū)崟r(shí)方式對(duì)給定工藝的各方面進(jìn)行順序和/或同時(shí)控制。通常，控制系統(tǒng)可包括適于即將的應(yīng)用的任意類型控制系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)。例如，控制系統(tǒng)可包括大致集中式控制系統(tǒng)、分布式控制系 統(tǒng)或其組合。集中式控制系統(tǒng)通常包括中央控制器，中央控制器配置 成與各種本地和/或遠(yuǎn)程的感測(cè)設(shè)備和響應(yīng)元件通信，感測(cè)設(shè)備和響
應(yīng)元件配置成分別感測(cè)與受控工藝有關(guān)的各種特性，并經(jīng)由適合于直 接或間接影響該受控工藝的一個(gè)或更多個(gè)可控制的工藝設(shè)備對(duì)所感 測(cè)特性做出響應(yīng)。采用集中式結(jié)構(gòu)，大多數(shù)計(jì)算經(jīng)由一個(gè)集中式處理 器或多個(gè)處理器集中執(zhí)行，以便用于執(zhí)行工藝控制的必需硬件和/或 軟件中的大部分位于同一位置中。分布式控制系統(tǒng)通常包括兩個(gè)或更多個(gè)分布式控制器，每 個(gè)分布式控制器可與各自的感測(cè)元件和響應(yīng)元件通信，用于監(jiān)測(cè)局部
39和/或區(qū)域的特性，并經(jīng)由配置成影響局部工藝或子工藝的局部和/或 區(qū)域的工藝設(shè)備對(duì)所監(jiān)測(cè)特性做出響應(yīng)。經(jīng)由各種網(wǎng)絡(luò)配置，通信也 可發(fā)生在分布式控制器之間，其中經(jīng)由第一控制器感測(cè)的特性可通信 到第二控制器用于在那里獲得響應(yīng)，其中這樣的遠(yuǎn)端響應(yīng)可對(duì)第一位 置處所感測(cè)的特性產(chǎn)生影響。例如，可以通過(guò)下游監(jiān)測(cè)設(shè)備感測(cè)下游 產(chǎn)物氣體的特性，并且，通過(guò)調(diào)節(jié)與受上游控制器所控制的轉(zhuǎn)化器相 關(guān)聯(lián)的控制參數(shù)，調(diào)節(jié)下游產(chǎn)物氣體的特性。在分布式結(jié)構(gòu)中，控制 硬件和/或軟件也分布在控制器之間，其中相同但模塊化配置的控制 方案可在每個(gè)控制器上執(zhí)行，或者各種共同作用的模塊化控制方案可 在相應(yīng)的控制器上執(zhí)行。可選擇地，控制系統(tǒng)可分成分開(kāi)但通信地連接的局部、區(qū) 域和/或全局控制子系統(tǒng)。這樣的結(jié)構(gòu)可容許進(jìn)行給定工藝或者相互 關(guān)聯(lián)的一系列工藝，并且用與其它局部控制子系統(tǒng)相互作用最小的方 式來(lái)局部對(duì)這些工藝進(jìn)行控制。然后全局主控制系統(tǒng)可與每個(gè)相應(yīng)的 局部控制子系統(tǒng)通信，以為了全局結(jié)果而對(duì)局部工藝進(jìn)行必要的調(diào) 節(jié)。本發(fā)明的控制系統(tǒng)可使用以上結(jié)構(gòu)中的任意結(jié)構(gòu)，或者本
領(lǐng)域通常己知的任意其它結(jié)構(gòu)，這些都在本文公開(kāi)內(nèi)容的總范圍和特 性之內(nèi)。舉例來(lái)說(shuō)，可用在本發(fā)明的受控的和所實(shí)施的工藝可以控制
在專用的局部環(huán)境中，任選地與用于有關(guān)上游或下游工藝(如果應(yīng)用 這些系統(tǒng))的任意中央和/或遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行外部通信?？蛇x擇地， 控制系統(tǒng)可包括區(qū)域和/或全局控制系統(tǒng)的子組件，這些子組件設(shè)計(jì) 成共同作用地控制區(qū)域和/或全局的工藝。舉例來(lái)說(shuō)，模塊化控制系 統(tǒng)可設(shè)計(jì)成控制模塊交互地控制系統(tǒng)的各種子組件，同時(shí)提供區(qū)域和 /或全局控制所需的模塊間通信。控制系統(tǒng)通常包括 一個(gè)或更多個(gè)中央的、網(wǎng)絡(luò)式和/或 分布式處理器；用于從各種感測(cè)元件接收當(dāng)前感測(cè)特性的一個(gè)或更多 個(gè)輸入；和用于將新的或更新的控制參數(shù)通信到各種響應(yīng)元件的一個(gè)
或更多個(gè)輸出?？刂葡到y(tǒng)的一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算平臺(tái)也可包括一個(gè)或更
多個(gè)本地的和/或遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如ROM、 RAM、可移動(dòng)
40介質(zhì)、本地的和/或網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)介質(zhì)等)，用于在其中存儲(chǔ)各種預(yù)先確 定的和/或校正的控制參數(shù)、設(shè)定的或優(yōu)選的系統(tǒng)和工藝特性操作范 圍、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制軟件、操作數(shù)據(jù)及類似物。任選地，計(jì)算平臺(tái)也 可具有直接地或者經(jīng)由各種數(shù)據(jù)存貯設(shè)備的入口，通到過(guò)程模擬數(shù)據(jù) 和/或系統(tǒng)參數(shù)最優(yōu)化和建模裝置。同樣地，計(jì)算平臺(tái)可裝有一個(gè)或 更多個(gè)任選的圖形用戶接口和輸入外圍設(shè)備，用于提供到控制系統(tǒng)的 管理入口 (系統(tǒng)升級(jí)、維護(hù)、改進(jìn)、新系統(tǒng)模塊和/或裝置的調(diào)試等)， 以及各種任選的輸出外圍設(shè)備，用于將數(shù)據(jù)和信息與外部源(例如調(diào) 制解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)連接、打印機(jī)等)通信。處理系統(tǒng)和子處理系統(tǒng)中的任一子處理系統(tǒng)可以包括專 用硬件或軟件和硬件的任何組合。所述子處理系統(tǒng)中的任意子處理系
統(tǒng)可包括一個(gè)或更多個(gè)比例(P)控制器、積分(I)控制器或微分(D) 控制器中的任意組合，例如P控制器、I控制器、PI控制器、PD控 制器、PID控制器等。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，P控制器、I控制 器和D控制器的組合的理想選擇取決于氣化系統(tǒng)的反應(yīng)工藝部分 和該組合將要控制的操作條件范圍的動(dòng)力學(xué)和延遲時(shí)間，及組合控制 器的動(dòng)力學(xué)和延遲時(shí)間。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，可按模擬硬 接線的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)這些組合，這些組合可以經(jīng)由感測(cè)元件連續(xù)地監(jiān)測(cè) 特性的值，并將該值與指定的值比較，以影響相應(yīng)的控制元件，從而 經(jīng)由響應(yīng)元件做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以減少觀測(cè)值與指定值之間的差異。 本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)理解的是，組合可以在混合的數(shù)字軟硬件環(huán)境中 實(shí)施。附加離散取樣、數(shù)據(jù)獲取和數(shù)字處理的相關(guān)影響對(duì)于本領(lǐng)域技 術(shù)人員是熟知的，P、 I、 D的組合控制可以以前饋和反饋控制方案來(lái) 實(shí)施。在校正或反饋控制中，將經(jīng)由適當(dāng)感測(cè)元件所監(jiān)測(cè)的控制 參數(shù)或控制變量的值與指定值或范圍進(jìn)行比較?；趦蓚€(gè)值之間的偏 差來(lái)確定控制信號(hào)，并將信號(hào)提供到控制元件以便減少偏差。應(yīng)當(dāng)理 解的是，常規(guī)的反饋或響應(yīng)控制系統(tǒng)還可適于包括自適應(yīng)和/或預(yù)測(cè) 組件，其中對(duì)給定條件的響應(yīng)可以是根據(jù)模型和/或在先所監(jiān)測(cè)反應(yīng)
來(lái)定制的，以提供針對(duì)感測(cè)特性的反應(yīng)性響應(yīng)，同時(shí)限制補(bǔ)償動(dòng)作中可能的過(guò)沖。舉例來(lái)說(shuō)，針對(duì)給定系統(tǒng)配置所獲取的和/或提供的歷 史數(shù)據(jù)，可共同作用地用于調(diào)節(jié)對(duì)于被感測(cè)的系統(tǒng)和/或工藝特性的 響應(yīng)，使其處在最優(yōu)化值的給定范圍內(nèi)，針對(duì)所述給定范圍，先前響 應(yīng)己經(jīng)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)以提供期望的結(jié)果。這樣的自適應(yīng)和/或預(yù) 測(cè)控制方案是本領(lǐng)域所熟知的，因此都在本文公開(kāi)內(nèi)容的總范圍和特 性之內(nèi)。如以上所限定和所述的，可用在本發(fā)明的感測(cè)元件可包括
但不限于，溫度感測(cè)元件、位置傳感器、近程傳感器(proximity sensor)、堆高度傳感器和用于監(jiān)測(cè)氣體的裝置。在一種實(shí)施方案中，氣化器包括具有一個(gè)或更多個(gè)可拆裝 熱電偶的溫度傳感器陣列。熱電偶可戰(zhàn)略性地布置成監(jiān)測(cè)氣化器每個(gè) 處理區(qū)域內(nèi)的各個(gè)位置點(diǎn)的溫度。適當(dāng)?shù)臒犭娕际潜绢I(lǐng)域已知的，并且包括裸線熱電偶、表 面探針、包括接地?zé)犭娕嫉臒犭娕继结?、未接地?zé)犭娕己烷_(kāi)放式熱電 偶或其組合。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，單獨(dú)的熱電偶經(jīng)由端部密封 管(sealed end tube)(熱電偶套管)插入室中，然后被密封到容器 殼體，容許使用比密封管更長(zhǎng)的軟線熱電偶，以便熱電偶的接合處(溫 度感測(cè)點(diǎn))壓抵密封管的端部，以保證對(duì)溫度變化的準(zhǔn)確且快速響應(yīng)。 任選地，為防止物料被熱電偶管阻擋，密封的管帽端裝有偏轉(zhuǎn)器。在 一種實(shí)施方案中，偏轉(zhuǎn)器是方形平板，具有接觸耐火材料并與反應(yīng)物 物料流順行(in-line)的彎曲角，以使顆粒滑流過(guò)熱電偶套管。此外，本發(fā)明可包括用于監(jiān)測(cè)產(chǎn)物氣體排出的設(shè)備。這些 設(shè)備可包括但不局限于，氣體組成監(jiān)測(cè)器和氣體流量計(jì)。例如，如圖 30中所示的，在該實(shí)施方案中，在產(chǎn)物氣體為用于下游而均化之前， 為了調(diào)節(jié)氣化工藝的各個(gè)方面，在氣化器下游設(shè)置了氣體分析儀，以 允許對(duì)產(chǎn)物氣體進(jìn)行分析。例如，當(dāng)確定產(chǎn)物氣體的碳含量不足時(shí)， 如果可行的話，相應(yīng)提高高碳進(jìn)料進(jìn)給速率的增量(例如原料輸入中 的塑料)。在另一個(gè)例子中，當(dāng)確定產(chǎn)物氣體的熱值(例如高熱值、 低熱值)太低時(shí)，可調(diào)節(jié)進(jìn)給速率和助劑輸入比，或者，同樣地，調(diào)
42節(jié)高碳進(jìn)料進(jìn)給速率與MSW進(jìn)給速率的比率。類似地，氣體流量/壓力的變化和/或絕對(duì)值波動(dòng)不利地影
響了選定下游應(yīng)用的實(shí)施方案中，可使用氣體流量或壓力監(jiān)測(cè)器。例如，響應(yīng)于所感測(cè)到的產(chǎn)物氣體壓力變化，可調(diào)節(jié)助劑輸入進(jìn)給速率，從而調(diào)節(jié)氣化器的氣體輸出。響應(yīng)于這樣的調(diào)節(jié)，還可調(diào)節(jié)其它工藝
特性，諸如原料輸入速率、HCF輸入速率、工藝溫度等，以使工藝再平衡，并基本上維持期望的輸出特性。此外，通過(guò)測(cè)量整個(gè)物料堆的工藝溫度、在堆上方的氣相溫度，以及，通過(guò)測(cè)量生成的廢氣流速和分析廢氣組成，可以最優(yōu)化空氣的注射量使效率最大化，并使不期望的工藝特性和產(chǎn)物最小化，由此滿足或優(yōu)于當(dāng)?shù)嘏欧艠?biāo)準(zhǔn)，上述不期望的工藝特性和產(chǎn)物包括灰分渣化、燃燒、差的廢氣熱值、過(guò)多的顆粒物質(zhì)和二鵬英/呋喃的形成。在氣化器的初始啟動(dòng)或初始測(cè)試期間可進(jìn)行這樣的測(cè)量，在氣化器的操作期間周期性地或頻繁地進(jìn)行，并且可任選地實(shí)時(shí)地進(jìn)行這樣的測(cè)量。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，氣化器可任選地包括在氣化器內(nèi)的壓力傳感器或監(jiān)測(cè)器。氣化器也可包括高度開(kāi)關(guān)或監(jiān)測(cè)器來(lái)估計(jì)堆高度。適當(dāng)?shù)母叨乳_(kāi)關(guān)、傳感器和監(jiān)測(cè)器是本領(lǐng)域已知的。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，高度裝置包括點(diǎn)源高度開(kāi)關(guān)(point-source level switch)。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，高度開(kāi)關(guān)是微波設(shè)備，在處理室的一側(cè)上具有發(fā)射器并在處理室另一側(cè)上具有接收器，該微波設(shè)備探測(cè)在處理室內(nèi)該位置點(diǎn)處是否存在固體物料。本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地確定高度開(kāi)關(guān)、傳感器和監(jiān)測(cè)器的適當(dāng)布局，以便可獲得所期望的反應(yīng)物物料堆型。在一種實(shí)施方案中，氣化器還包括接近度傳感器或位置傳感器。如以上所限定和所述的，可用在本發(fā)明的響應(yīng)元件可包括但不限于，可操作地連結(jié)到工藝有關(guān)的設(shè)備的各種控制元件，該設(shè)備配置成通過(guò)調(diào)節(jié)與其有關(guān)的給定控制參數(shù)來(lái)影響給定工藝。舉例來(lái)說(shuō)，可用在在本發(fā)明的經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)響應(yīng)元件可操作的工藝設(shè)備，可包括但不局限于控制室加熱的元件，控制助劑、原料和其它工藝成分的輸入的元件，以及物料移置控制模塊的元件，這些僅是舉出的幾個(gè)例子。物料移置控制模塊可用在這樣的實(shí)施方案中，以在氣化器的給定室之內(nèi)調(diào)節(jié)堆髙度。原料堆高度較低時(shí)會(huì)因預(yù)熱空氣的注入而導(dǎo)致反應(yīng)物物料流態(tài)化，而原料堆高度較高時(shí)會(huì)因受限制空氣流而導(dǎo)致整個(gè)反應(yīng)物物料堆的溫度分布較差。因此，使用一系列高度開(kāi)關(guān)的高度控制系統(tǒng)可用于在氣化器內(nèi)維持穩(wěn)定的堆高度。維持穩(wěn)定的高度也維持了在氣化器中恒定的停留時(shí)間。必要時(shí)，物料移置控制模塊可用于確保堆高度被控制在所期望的水平。為在物料移置控制模塊包括推動(dòng)器推桿的實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)此目的，推動(dòng)器推桿按可存在許多控制參數(shù)的一系列程序化步驟來(lái)移動(dòng)，所述控制參數(shù)可包括但不局限于特定的移動(dòng)順序、速度、距離和順序頻率。在一些實(shí)施方案中，推動(dòng)器推桿移出到設(shè)定點(diǎn)距離，或者
直到控制的高度開(kāi)關(guān)被解扣(tripped);同時(shí)或者按預(yù)先確定的順序。高度開(kāi)關(guān)的控制動(dòng)作可基于解扣或空或滿的單極開(kāi)關(guān)，或者可需要解扣、空或滿的多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(multiple switch)，或其任意組合。然后，推動(dòng)器推桿移回以結(jié)束此周期，并且重復(fù)此過(guò)程。由于工藝和氣化器所需停留時(shí)間的要求，在周期之間有任選的延遲。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，物料移置控制模塊在每個(gè)處
理室中包括推動(dòng)器推桿的陣列，處理室中反應(yīng)物物料堆的高度是輸入進(jìn)給速率和推動(dòng)器推桿運(yùn)動(dòng)的函數(shù)。任選地， 一個(gè)處理室具有三個(gè)處
理區(qū)域，并且物料移置控制模塊具有三個(gè)推動(dòng)器推桿，其中三個(gè)處理區(qū)域中的每個(gè)處理區(qū)專用一個(gè)推動(dòng)器推桿，用于將反應(yīng)物物料/殘余物移出那個(gè)處理區(qū)域。第三推動(dòng)器推桿控制將殘余物移出處理室的第三處理區(qū)域，通過(guò)按固定的往復(fù)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度和頻率移動(dòng)，以將殘余物排出處理室，設(shè)定第三推動(dòng)器推桿通過(guò)量。第二推動(dòng)器推桿跟隨并移動(dòng)，且其移動(dòng)的距離需要將反應(yīng)物物料推到第三處理區(qū)域上，并將第三處理區(qū)域的階段啟動(dòng)(start-of-stage)高度開(kāi)關(guān)狀態(tài)改變成"滿"。第一推動(dòng)器推桿跟隨并移動(dòng)，且其移動(dòng)的距離需要將反應(yīng)物物料推到第二處理區(qū)域上，并將第二處理區(qū)域的階段啟動(dòng)高度開(kāi)關(guān)狀態(tài)改變成"滿"。然后所有三個(gè)推動(dòng)器推桿同時(shí)退回，并且在整個(gè)順序被重復(fù)之前執(zhí)行規(guī)定的延遲?？墒褂酶郊拥呐渲脕?lái)將相繼的往復(fù)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度變化限制到小于高度開(kāi)關(guān)所要求的，以避免過(guò)度的推桿引起的擾動(dòng)。始終需要推動(dòng)器推桿相當(dāng)頻繁地移動(dòng)，以便防止處理室底部的過(guò)熱溫度條件。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解到，當(dāng)三個(gè)處理區(qū)域分布在三個(gè)處理室上且每個(gè)處理區(qū)域具有一個(gè)推動(dòng)器推桿時(shí)，也可以應(yīng)用上文提及的相同推動(dòng)器推桿順序。針對(duì)氣化器的不同實(shí)施方案，可容易地使用適當(dāng)?shù)耐苿?dòng)器推桿順序，這也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。類似于在處理區(qū)域和/或室之間受控的推動(dòng)器推桿順序，
不同的物料移動(dòng)單元(例如機(jī)械裝置、設(shè)備等)也可按給定順序和/或根據(jù)至少部分受堆高度讀數(shù)所影響的物料移動(dòng)控制模塊的控制參數(shù)而被使用。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，類似于以上例子中其它例子的情況，例如，控制物料在不同室之間移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)臂配置可以同步地使用，以調(diào)節(jié)相應(yīng)處理區(qū)域內(nèi)的堆高度。控制系統(tǒng)還可配置，考慮物料在每個(gè)區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)停留時(shí)間、堆高度限制和有利的條件，以及本文所述能獲得給定工藝結(jié)果的其它特性，估定最優(yōu)處理特性。任選地，控制系統(tǒng)還可提供對(duì)氣化器內(nèi)溫度的控制。例如，為了促進(jìn)轉(zhuǎn)化率的最優(yōu)化，原料應(yīng)該盡可能長(zhǎng)時(shí)間地保持在盡量高的溫度。然而，在非常高的溫度，物料開(kāi)始熔化并且結(jié)塊形成"渣塊"，其在多方面影響氣化性能(1)它減少了可用的表面積，并由此降低了轉(zhuǎn)化率；(2)它使反應(yīng)物物料堆中的空氣流圍繞結(jié)塊的渣塊而轉(zhuǎn)向，加劇溫度問(wèn)題并進(jìn)一步加速結(jié)塊過(guò)程；(3)它干擾了物料移置控制模塊的正常操作；以及(4)它會(huì)堵塞殘余物去除機(jī)械裝置，
從而潛在地引起系統(tǒng)停機(jī)。為了得到盡可能好的轉(zhuǎn)化效率，可穩(wěn)定并控制氣化器中溫
度以及貫穿所述堆的溫度分布。貫穿反應(yīng)物物料堆的穩(wěn)定溫度分布也可用來(lái)防止第二種結(jié)塊，在其中塑料熔化并作為其余反應(yīng)物物料的粘
45合劑。在一種實(shí)施方案中，通過(guò)改變進(jìn)入給定區(qū)域中的工藝空氣的流量(即更多的或更少的燃燒)，來(lái)實(shí)現(xiàn)堆內(nèi)的溫度控制。例如，可通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)供到氣化器中各處理區(qū)域的工藝空氣流動(dòng)，以穩(wěn)定在那個(gè)區(qū)域的溫度。利用移置單元的溫度控制也可用于打破熱
點(diǎn)，并且避免架橋(bridging)。在一種實(shí)施方案中，在每個(gè)處理區(qū)域的空氣流動(dòng)是預(yù)先設(shè)定的，以維持大致恒定的溫度范圍和處理區(qū)域之間的比?？蛇x擇地，空氣輸入比可動(dòng)態(tài)地改變，以調(diào)節(jié)發(fā)生在氣化器各處理區(qū)域內(nèi)和/或在所述GRS內(nèi)的溫度和工藝。用于控制反應(yīng)條件以管理原料氣化的化學(xué)和力能學(xué)(energetics)的裝置包括主集成處理器以及用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)的一系列傳感器，并且，該裝置對(duì)用于控制例如原料和/或助劑添加速率的各種操作參數(shù)以及操作條件的系統(tǒng)進(jìn)行控制，操作條件諸如處理室中的壓力。主集成處理器接收關(guān)于氣化反應(yīng)當(dāng)前狀態(tài)并從傳感器所獲得的數(shù)據(jù)，并且處理這些數(shù)據(jù)以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)囊惶纵敵鲋甘緛?lái)管理轉(zhuǎn)化反應(yīng)的化學(xué)和力能學(xué)，借此維持最優(yōu)的反應(yīng)設(shè)定點(diǎn)。響應(yīng)于信息輸入，可手動(dòng)地或自動(dòng)地調(diào)節(jié)氣化器內(nèi)的條件。通過(guò)一系列啟動(dòng)或關(guān)閉開(kāi)關(guān)(on/off switch)和裝置可調(diào)節(jié)氣化器。計(jì)算裝置可任選地包括各種輸出裝置?？墒褂靡韵滤攀龅牟煌愋偷目刂品桨?。
a) 模糊邏輯控制及其它類型的控制模糊邏輯控制及其它類型的控制可等同地用于前饋和反饋控制方案。這些類型的控制與經(jīng)典P、 I、 D組合控制的基本不同在于對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行建模及模擬，以預(yù)測(cè)如何改變輸入變量或輸入?yún)?shù)以產(chǎn)生期望的結(jié)果。模糊邏輯控制通常僅需要反應(yīng)動(dòng)力學(xué)(一般而言，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué))或系統(tǒng)操作條件的模糊或經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明。模糊邏輯及其它類型控制的各方面和實(shí)施的考慮事項(xiàng)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的。
b) 前饋控制
前饋控制對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行處理，以無(wú)需監(jiān)測(cè)地影響控制變量和控制參數(shù)。氣化設(shè)施可以對(duì)許多控制參數(shù)使用前饋控制，所述控
制參數(shù)諸如提供給氣體重整室(GRS)中一個(gè)或更多個(gè)等離子體焰炬之一的功率量。等離子體焰炬電弧的功率輸出可用各種途徑控制，例如，通過(guò)對(duì)施加到焰炬以維持弧的電流進(jìn)行脈沖調(diào)制，改變電極之間的距離，限制焰炬電流，或影響等離子體的組成、方向或位置。助劑以氣態(tài)或液體形式或以能夠經(jīng)由噴嘴噴射或以其它方式注入的粉末形式供給，可以用某種前饋方式的控制元件，對(duì)助劑供給到氣化器和/或氣體重整器的速率進(jìn)行控制。然而，助劑的溫度或壓力的有效控制可能需要監(jiān)測(cè)和閉環(huán)的反饋控制。
C)反饋控制在反饋控制中，將控制參數(shù)或控制變量的值與期望值比較?；趦蓚€(gè)值之間的偏差來(lái)確定控制信號(hào)，并將信號(hào)提供給控制元件以便減少偏差。例如，當(dāng)輸出氣體超過(guò)預(yù)先確定的H2: CO比時(shí)，反饋控制系統(tǒng)可以確定對(duì)輸入變量之一進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，諸如增加助劑空氣的量以將H2: CO比恢復(fù)到期望值。影響控制參數(shù)或控制變量變化的延遲時(shí)間有時(shí)被稱為回路時(shí)間(loop time)。例如，調(diào)節(jié)等離子體弧的功率、空氣或蒸汽流速的回路時(shí)間可達(dá)到30秒到60秒。對(duì)于使用直接監(jiān)測(cè)或者模型預(yù)測(cè)效果滿意的所有控制變量和控制參數(shù)，可使用反饋控制。氣化器具有許多適于在反饋控制方案中使用的控制變量和控制參數(shù)。反饋方案可以在控制系統(tǒng)的各方面中有效地實(shí)施，涉及的控制變量或控制參數(shù)可以直接感測(cè)并控制，并且，出于實(shí)用目的，對(duì)他們的控制不取決于其它控制變量或控制參數(shù)。
系統(tǒng)的模塊化模塊化的工廠是每個(gè)功能塊預(yù)先建成組件的設(shè)施。這容許組件以制造廠的設(shè)定來(lái)建造，然后發(fā)送到設(shè)施場(chǎng)所。這些組件(或模塊)包括待起作用的所有裝置和控制，并且在離開(kāi)制造廠前被檢測(cè)。模塊經(jīng)常用鋼架建造，并且通常包括各種可能的部分，諸如氣化器塊、氣體調(diào)整系統(tǒng)塊、動(dòng)力塊等。 一旦到現(xiàn)場(chǎng)，僅僅需要將這些模塊
47連接到其它模塊和控制系統(tǒng)，為工廠的試運(yùn)轉(zhuǎn)作好準(zhǔn)備。由于減少的 現(xiàn)場(chǎng)建造成本，這種設(shè)計(jì)容許更短的建造時(shí)間并且經(jīng)濟(jì)更節(jié)約。存在不同類型的模塊化工廠結(jié)構(gòu)。較大的模塊化工廠并入 了"主干"管道設(shè)計(jì)，在那里大多數(shù)管道被聚在一起，以容許更小的
覆蓋區(qū)域(footprint)。從運(yùn)行角度來(lái)看，模塊也可串聯(lián)地或并聯(lián)地 放置。這樣，類似任務(wù)的裝置可分擔(dān)負(fù)荷或者相繼地對(duì)產(chǎn)物流提供處 理。在本技術(shù)中，模塊化設(shè)計(jì)的一種可能應(yīng)用是它容許在多種 廢物的氣化中提供更多的可選項(xiàng)。本技術(shù)可容許多個(gè)氣化器用在單一 的大容量設(shè)施中。這容許各氣化器一起或分別地共同處理廢物；該配 置可基于廢物而最優(yōu)化。如果由于增加負(fù)荷而需要擴(kuò)建，模塊化設(shè)計(jì)容許本技術(shù)更
換模塊或向工廠增加模塊以增大工廠產(chǎn)量，而不是建造第二個(gè)工廠。 模塊和模塊化的工廠可重新安置到其它場(chǎng)所，在那里能快速地將模塊
和模塊化的工廠集成到新的位置。 功能塊合并可以組合不同氣化鏈(裝置的系列)的功能，以便能夠以 功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)從多于一個(gè)流接收氣體或物料的常規(guī)功能。下列圖示這 個(gè)概念運(yùn)用于含碳原料氣化。在這些實(shí)施方案中，示出有兩條鏈，盡管這種鏈之間組合 功能的結(jié)構(gòu)可發(fā)生在任意數(shù)目的鏈和每鏈任意原料的情況(即使一條 鏈具有合并的原料)。即使一條流已經(jīng)被合并，其仍可以選擇并行的
處理裝置下游；即使處理相同的氣體，并行的流也無(wú)需具有相同大小。在下列描述中，GCS指的是以上提及的氣體調(diào)整系統(tǒng)， 并且數(shù)字代表下列系統(tǒng)
1. 氣化器
2. 殘余物調(diào)整系統(tǒng)
3. 氣體重整系統(tǒng)
未合并，圖31
48在此實(shí)施方案中，存在兩個(gè)分開(kāi)的系統(tǒng)，其可使氣體流混合用 于下游系統(tǒng)；如均化罐或發(fā)動(dòng)機(jī)。 GCS合并
在此實(shí)施方案中，來(lái)自每一鏈的功能塊2和功能塊3的氣體一 起輸送到單一GCS中，該GCS大小適于氣體流動(dòng)。
功能2合并，圖32
在此實(shí)施方案中，這些鏈的不同僅在功能塊1,且所有其它功能 通過(guò)同一個(gè)合并的裝置鏈來(lái)處理。
功能3合并，圖33
在此實(shí)施方案中，來(lái)自功能塊1的氣體引向合并的功能塊3;功 能塊是大小適合的。功能2和3合并，圖34
在此實(shí)施方案中，來(lái)自功能塊1的氣體引向合并的功能塊2，并 且來(lái)自功能塊1的物料引向合并的功能塊3;功能塊是大小適合的。 然后來(lái)自合并的功能塊2和3的氣體移動(dòng)到合并的GCS。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解到，盡管在以上部分我們已經(jīng)提 及氣化系統(tǒng)包括功能塊l、功能塊2、功能塊3和GCS，但它還可被 細(xì)分成其它更小的功能塊。例如，功能塊l、功能塊2、功能塊3可 分別代表干燥區(qū)域、揮發(fā)區(qū)域和碳轉(zhuǎn)化區(qū)域，以便通過(guò)這些功能塊的 組合可形成單一氣化器。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，對(duì)于功能塊的各 種選定方案，根據(jù)裝置序列的布置地點(diǎn)和需要，所述裝置序列可組合 為更大的裝置布置組合。本文提及的全部專利、出版物(包括專利申請(qǐng)公開(kāi))和數(shù) 據(jù)輸入的公開(kāi)內(nèi)容以全文引用的方式并入本文，如同各專利、出版物 和數(shù)據(jù)輸入在本文中記載并單獨(dú)說(shuō)明將其以引用的方式并入一樣。雖然本文結(jié)合具體實(shí)施方式
說(shuō)明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技 術(shù)人員容易理解，可以對(duì)其進(jìn)行多種修改和變化，所有這些變化都包 括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
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權(quán)利要求
1. 一種氣化器，其用于將含碳原料轉(zhuǎn)化成氣體和殘余物，所述氣化器包括一個(gè)或更多個(gè)處理室，在所述一個(gè)或更多個(gè)處理室內(nèi)分布有兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域，在所述兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域中的每一個(gè)處理區(qū)域內(nèi)，使選自干燥、揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化的相應(yīng)工藝至少部分有利化，所述處理區(qū)域通過(guò)分別允許每個(gè)所述相應(yīng)工藝的溫度范圍來(lái)識(shí)別；一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件，其與所述處理區(qū)域相關(guān)聯(lián)，用于輸入助劑以促進(jìn)在所述處理區(qū)域中的每一個(gè)所述至少部分有利化的工藝；一個(gè)或更多個(gè)物料移置控制模塊，其適于控制原料通過(guò)所述處理區(qū)域的豎向移動(dòng)，以改善每一個(gè)所述至少部分有利化的工藝；一個(gè)或更多個(gè)原料輸入口，其位于所述處理區(qū)域中的第一處理區(qū)域附近；一個(gè)或更多個(gè)氣體輸出口；以及一個(gè)或更多個(gè)殘余物輸出口。
2. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，其中，通過(guò)所述一個(gè)或更多 個(gè)處理室的組合，以及，通過(guò)所述一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件在所述 處理室中的每一個(gè)處理室中的定位，促進(jìn)所述處理區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，所述氣化器用于包括控制系 統(tǒng)的氣化系統(tǒng)，所述氣化器被配置成根據(jù)由所述控制系統(tǒng)提供的控制 參數(shù)來(lái)操作，所述控制參數(shù)響應(yīng)于表示所述氣化系統(tǒng)的一個(gè)或更多個(gè) 工藝特性變化的一個(gè)或更多個(gè)感測(cè)特性而確定。
4. 如權(quán)利要求3中所述的氣化器，其中所述一個(gè)或更多個(gè)物料 移置控制模塊可操作地連接到所述控制系統(tǒng)，以及，至少部分地受所述控制系統(tǒng)控制，以影響所述一個(gè)或更多個(gè)感測(cè)特性中的變化。
5. 如權(quán)利要求4中所述的氣化器，其中所述一個(gè)或更多個(gè)特性 包括產(chǎn)物氣體的碳含量、產(chǎn)物氣體的熱值、產(chǎn)物氣體的氫含量和產(chǎn)物 氣體的一氧化碳含量中的一個(gè)或更多個(gè)，以及，其中所述一個(gè)或更多個(gè)物料移置控制模塊配置成，響應(yīng)于所述一個(gè)或更多個(gè)特性中的感測(cè) 變化，調(diào)節(jié)原料通過(guò)所述處理區(qū)域的所述豎向移動(dòng)，以影響所述一個(gè) 或更多個(gè)特性中的變化。
6. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，所述氣化器包括兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理室，所述兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū) 域中的一個(gè)或更多個(gè)處理區(qū)域限定在所述兩個(gè)或更多個(gè)處理室中的 每一個(gè)處理室內(nèi)。
7. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，所述氣化器包括一個(gè)處理室，所述一個(gè)處理室包括兩個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件，所述兩個(gè)或更多個(gè) 助劑輸入元件中的每一個(gè)助劑輸入元件被定位和操作，以便促進(jìn)所述 兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域中相應(yīng)的一個(gè)處理區(qū)域。
8. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，其中所述氣體輸出口是與氣 體重整系統(tǒng)流體相通的，所述氣體重整系統(tǒng)用于重整來(lái)自所述氣化器 的所述氣體輸出的至少一些氣體輸出。
9. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，其中所述氣體輸出口經(jīng)由管 系連接到氣體重整系統(tǒng)，用于重整來(lái)自所述氣化器的所述氣體輸出的 至少一些氣體輸出。
10. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，其中所述氣體輸出口是與 氣體儲(chǔ)罐流體相通的，用于存儲(chǔ)來(lái)自所述氣化器的所述氣體輸出的至 少一些氣體輸出。
11. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，其中所述殘余物輸出口是 與殘余物處理系統(tǒng)可操作地相通的，用于進(jìn)一步處理所述殘余物。
12. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，其中所述殘余物包括經(jīng)部 分處理的含碳原料，以及，其中所述殘余物輸出口是與第二氣化器可 操作地相通的，用于轉(zhuǎn)化所述經(jīng)部分處理的含碳原料。
13. 如權(quán)利要求12中所述的氣化器，其中所述第二氣化器是如 權(quán)利要求1中所述的豎向的氣化器。
14. 如權(quán)利要求13中所述的氣化器，其中所述第二氣化器是橫 向定向的氣化器。
15. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，所述原料是由上游氣化器 提供的經(jīng)部分處理的原料，以及，其中所述原料輸入口是與所述上游 氣化器的殘余物輸出口可操作地相通的，用于進(jìn)一步處理所述經(jīng)部分 處理的含碳原料。
16. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，其中所述物料移置控制模 塊是主動(dòng)受控制的，用于有助于殘余物離開(kāi)所述處理區(qū)域中的最后一 個(gè)處理區(qū)域，由此間接地控制反應(yīng)物物料向下移動(dòng)通過(guò)所述處理區(qū)域 中的其它處理區(qū)域，使其到達(dá)所述處理區(qū)域中的所述最后一個(gè)處理區(qū) 域。
17. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，其中所述物料移置控制模 塊包括旋轉(zhuǎn)臂、旋轉(zhuǎn)輪、旋轉(zhuǎn)葉片、旋轉(zhuǎn)柵、移動(dòng)架、推動(dòng)器推桿、 提取器螺桿和輸送器中的一個(gè)或更多個(gè)。
18. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，其中所述氣化器是采用分開(kāi)的、獨(dú)立受控的裝置來(lái)加熱的，用于加熱所述處理區(qū)域。
19. 如權(quán)利要求18中所述的氣化器，其中用于加熱的所述裝置 包括所述助劑輸入元件中的一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件，用于注入預(yù) 熱空氣。
20. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，其中機(jī)械裝置插入到所述 處理室中，并且適于將所述含碳原料與所述助劑輸入混合。
21. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，其中所述原料輸入口是與 可控制的原料輸入系統(tǒng)可操作地相通的。
22. 如權(quán)利要求21中所述的氣化器，其中所述可控制的原料輸 入系統(tǒng)是與原料預(yù)處理系統(tǒng)可操作地相通的。
23. 如權(quán)利要求1中所述的氣化器，其中所述一個(gè)或更多個(gè)處 理室選自包括固定床處理室、重力作用的豎向處理室、機(jī)械輔助流處 理室、流化床處理室和夾帶流處理室的組。
24. 一種豎向的氣化器，其用于將含碳原料轉(zhuǎn)化成氣體和殘余物，所述氣化器包括一個(gè)或更多個(gè)處理室，其中的每一個(gè)處理室包括用于向所述處 理室中輸入助劑的一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件，其中所述一個(gè)或更多 個(gè)處理室的組合及所述一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件在所述處理室的 定位促進(jìn)了在所述氣化器內(nèi)產(chǎn)生兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理 區(qū)域，所述兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域中的每一個(gè)處理區(qū) 域內(nèi)，使相應(yīng)的工藝至少部分有利化，所述處理區(qū)域是通過(guò)分別允許 每個(gè)所述相應(yīng)工藝的溫度范圍來(lái)識(shí)別的；一個(gè)或更多個(gè)原料輸入口，其接近于所述處理區(qū)域中的第一處 理區(qū)域；一個(gè)或更多個(gè)物料移置控制模塊，其適于控制原料豎向地移動(dòng) 通過(guò)所述處理區(qū)域，以改善每一個(gè)所述至少部分有利化的工藝； 一個(gè)或更多個(gè)氣體輸出口；以及 一個(gè)或更多個(gè)殘余物輸出口 。
25. —種用于將含碳原料轉(zhuǎn)化成氣體和殘余物的方法，所述方 法包括下列步驟提供氣化器；在所述氣化器內(nèi)產(chǎn)生兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域， 在所述兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域中的每一個(gè)處理區(qū)域 內(nèi)，使選自干燥、揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化的相應(yīng)工藝至少部分有利化，通過(guò)分 別允許每個(gè)所述相應(yīng)工藝的溫度范圍來(lái)識(shí)別所述處理區(qū)域；在所述氣化器內(nèi)輸入助劑，以促進(jìn)每一個(gè)所述至少部分有利化 的工藝；控制原料向下移動(dòng)通過(guò)所述處理區(qū)域，由此使每一個(gè)所述至少 部分有利化的工藝最優(yōu)化；以及將氣體和殘余物從所述氣化器輸出。
26. 如權(quán)利要求25中所述的方法，所述氣化器包括兩個(gè)或更多 個(gè)豎直相繼布置的處理室，在所述兩個(gè)或更多個(gè)處理室中的每一個(gè)處 理室內(nèi)，產(chǎn)生所述兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域中的一個(gè)或 審名個(gè)々卜理1^城
27. 如權(quán)利要求25中所述的方法，所述氣化器包括一個(gè)處理室， 所述輸入助劑步驟包括經(jīng)由兩個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件輸入助劑，其 中的每一個(gè)助劑輸入元件被定位和被操作，以便促進(jìn)所述兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域中相應(yīng)的一個(gè)處理區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于將含碳原料轉(zhuǎn)化為氣體的豎向的氣化器，其包括豎直相繼布置的處理區(qū)域。該氣化器包括一個(gè)或更多個(gè)處理室，其具有分布在所述一個(gè)或更多個(gè)處理室內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)豎直相繼布置的處理區(qū)域，其中的每一個(gè)處理區(qū)域至少部分有利于選自由干燥、揮發(fā)和碳轉(zhuǎn)化組成的組的相應(yīng)工藝。通過(guò)分別允許每個(gè)所述相應(yīng)工藝的溫度范圍來(lái)識(shí)別所述處理區(qū)域。一個(gè)或更多個(gè)助劑輸入元件與處理區(qū)域相關(guān)聯(lián)，用于輸入助劑以促進(jìn)其中每個(gè)所述至少部分有利化的工藝。此外，氣化器包括一個(gè)或更多個(gè)物料移置控制模塊，其適于控制原料通過(guò)所述處理區(qū)域的豎向移動(dòng)，以改善每個(gè)所述至少部分有利化的工藝；一個(gè)或更多個(gè)原料輸入口，其位于所述處理區(qū)域中的第一處理區(qū)域附近；以及一個(gè)或更多個(gè)氣體輸出口和一個(gè)或更多個(gè)殘余物輸出口。
文檔編號(hào)C10J3/66GK101501166SQ200780029189
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2007年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者安德里亞斯·茨安格瑞斯, 格雷姆·海, 瑪格麗特·斯維恩, 米哈伊爾·格拉諾夫斯基 申請(qǐng)人:普拉斯科能源Ip控股集團(tuán)畢爾巴鄂沙夫豪森分公司