具有集成處理區的碳轉化系統的製作方法

2023-05-15 09:59:06

專利名稱：具有集成處理區的碳轉化系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於含碳原料氣化的領域，且具體地，屬於具有用於將含碳原料轉化為合成氣和渣產物的集成處理區的次級處理系統。
背景技術：
氣化是使含碳原料例如城市固體廢物(MSW)或煤能夠轉化為可燃氣體的工藝。氣體可以用於產生電力、蒸汽或用作基本原材料以生產化學品和液體燃料。通常，氣化工藝包括將含碳原料連同受控的和/或有限的量的氧氣和任選的蒸汽一起供給到經加熱的室(氣化器)。當原料被加熱時，水是放出的第一成分。當幹原料的溫度增加時，發生熱解。在熱解期間，原料被熱分解以釋放氫氣、一氧化碳、甲烷、焦油、酚類和輕質易揮發性烴氣，同時原料被轉化為炭。炭包括由有機材料和無機材料組成的殘餘固體。在熱解之後，炭具有比幹原料高的濃度的碳且可以用作活性碳源。在高溫(> 1，2000C )下操作的氣化器中或在具有高溫區的系統中，無機礦物質被熔化或被玻璃化以形成被稱為渣的熔化玻璃樣物質。為了使由本申請人相信的已知信息具有與本發明可能關聯性的目的，提供本背景信息。不必定意圖承認也不應被解釋為，前述信息中任何信息構成反對本發明的現有技術。發明概述本發明的目的是提供一種用於將含碳原料轉化為合成氣和渣產物的碳轉化系統。 根據本發明的一個方面，提供了一種用於將含碳原料轉化為合成氣和渣產物的碳轉化系統，該碳轉化系統包括(i)初級處理單元，其用於將含碳原料轉化為初級廢氣和包含炭的經處理原料，所述初級處理單元包括兩個或更多個處理區、橫向傳送系統、一個或多個原料輸入部，其中初級處理單元與用於將熱量遞送至所述處理區的加熱裝置以可操作方式相聯；(ii)次級處理單元，其適合於接收來自初級處理單元的包含炭的經處理原料，並將經處理原料轉化為固體殘留物和次級廢氣；(iii)熔化單元，其與包括一個或多個等離子體源的次級處理單元以可操作方式相聯，所述熔化單元配置成使固體殘留物玻璃化和任選地產生熔化單元氣體；(iv)重整單元，其用於將廢氣重整為合成氣，所述重整單元包括適合於降低輸入氣體中的微粒負載的一個或多個顆粒分離器，和配置成向重整單元的至少一部分提供能量的一個或多個能量源；以及(ν)控制系統，其配置成調節碳轉化系統的一個或多個操作參數。附圖描述在參考附圖的以下詳細描述中，本發明的這些和其他特徵將變得更明顯。圖IA示出碳轉化系統的說明性實施方案，其中該系統包括四個功能單元，包括初級處理單元1、次級處理單元2、熔化單元3和氣體重整單元4。如所圖示的，初級處理單元 1連接於次級處理單元2，次級處理單元2又連接於熔化單元3。氣體重整單元4與初級處理單元1、次級處理單元2和熔化單元3中的每一個可操作地連接。圖IB是示出一種實施方式的方塊流程圖，其包括具有原料輸入部(1001)的初級處理單元(1000)、次級處理單元(1201)和具有等離子體源(1301)的熔化單元(1250)、具有氣旋分離器系統(1400)和等離子體源(未示出)的氣體重整單元(1300)。圖IB至圖IJ是詳述在本發明的各種實施方案中等離子體源(1301)相對於氣體重整單元(1300)的氣旋分離器系統(1400)的位置的方塊流程圖。還示出任選的渣粒化單元(1251)、同流換熱器(1500)和微粒再循環(1202)。圖2是碳轉化系統的一個實施方案的橫截面圖的示意圖，其詳述具有活動爐排
(1003)和原料輸入部(1001)的初級處理單元(1000)、具有渣出口(1252)的組合的豎直定向的次級處理和熔化單元(1200)、以及氣體重整單元的軸向氣旋分離器系統(1401)。在該示意圖中不顯示等離子體源。圖3A和圖;3B是碳轉化系統的一個實施方案的示意圖，其詳述各種功能單元以及來自合成氣-空氣熱交換器(1500)(還被稱為同流換熱器)的以熱空氣(150 形式的循環熱量和氣流，合成氣-空氣熱交換器(1500)從離開包括氣旋分離器系統(1401)的氣體重整單元(1300)的熱的合成氣(1501)回收顯熱並將其傳送至周圍空氣(150 以向初級處理單元(1000)、組合的豎直定向的次級處理和熔化單元(1200)的空氣箱(150 和具有軸向旋風分離器(1401)的氣體重整單元(1300)提供熱空氣(150 。圖3A闡明同流換熱器 (1500)不與氣體重整單元(1300)直接相聯的一個實施方案。圖:3B闡明同流換熱器(1500) 直接連接於氣體重整單元(1300)的一個實施方案。圖4是詳述材料和氣體通過包括同流換熱器(1500)的碳轉化系統和下遊系統的一個實施方案的移動的方塊流程圖。含碳原料(100 進入初級處理單元(1000)，在初級處理單元(1000)中從含碳原料除去水分且經由熱空氣(1505)加熱使原料的揮發性組分揮發，由此提供包括炭的經處理原料(100 。次級處理單元(1201)接收來自初級處理單元 (1000)的經處理原料並將經處理原料轉化為殘留物(1206)和廢氣(1205)。熱空氣任選地由加熱環境空氣或冷空氣(1502和1504)的同流換熱器(1500)或萬能燃燒器(1253)提供。來自初級處理單元(1000)和次級處理單元(1201)的氣體(1204/120 進入氣體重整單元的氣旋分離器(1400)以在等離子體處理(1301)之前降低廢氣微粒負載。具有降低的微粒負載的廢氣(1403)經受等離子體處理。離開等離子體處理的熱的合成氣(1501)經過同流換熱器(1500)，在同流換熱器(1500)中回收顯熱以用於任選的重新使用。冷卻的合成氣(1501)在下遊氣體調節系統(1600)中被任選地精製(polish)或清潔。被清潔或精製的氣體在引擎(160 中使用之前可以被儲存在適當的容器(1601)中。方塊流程圖示出微粒物質(1402)再循環回到系統中。圖5是詳述材料和氣體通過碳轉化系統和下遊系統的一個實施方案的移動的方塊流程圖。方塊流程圖示出微粒物質(140 可選擇地再循環回到系統中。圖6是碳轉化系統的一個實施方案的方塊流程圖，詳述任選的輸入添加劑
(1004)，輸入添加劑(1004)包括但不限於，蒸汽、空氣、02、N2、臭氧、催化齊IJ、助熔齊IJ、水、吸附劑和高碳輸入物。每一個添加劑箭頭可以表明單一類型的添加劑或多種類型的添加劑。 添加劑可以以混合形式輸入或通過單獨的添加劑輸入裝置(且在給定功能單元內的多個位置)輸入。詳述初級處理單元(1000)、具有旋風分離器(1400)的氣體重整單元(1300) 和次級處理單元(1201)。還示出原料(100 輸入部、經處理原料(1003)和微粒降低的廢氣(1403)。圖7A至圖7F示出轉化系統的各種實施方案的自頂向下觀察的示意圖。每一個獨立的圖示出等離子體噴燈(1301)在包括氣旋分離器(1400)的氣體重整單元(1300)內的不同定向。同流換熱器(1500)從熱的合成氣(1501)回收顯熱並將其傳送至周圍空氣 (1502)以向轉化系統的各種功能單元提供熱空氣(1505)。圖7A示出與氣流並流的依次被放置的兩個等離子體噴燈。圖7B示出在氣體重整單元的直線長度中促進氣流方向的放置在一起的兩個等離子體噴燈。圖7C示出放置在氣體重整單元的第一轉向處的兩個等離子體噴燈；一個支持氣流方向，另一個逆流。圖7D示出與流逆流的依次放置的兩個等離子體噴燈。圖7E示出在氣體重整單元的直線長度中逆著氣流方向的放置在一起的兩個等離子體噴燈。圖7F示出放置在氣體重整單元的最後轉向處的兩個噴燈；一個支持氣流方向，另一個逆流。圖8A至圖8G示出轉化系統的各種實施方案的自頂向下觀察的示意圖。每一個獨立的圖示出等離子體噴燈在氣體重整單元內的不同定向。圖8A闡明氣體重整單元的等離子體處理區是直立的實施方案。部分(i)示出等離子體噴燈被對準以促進氣體漩渦的配置。部分(ii)示出等離子體噴燈被對準以促進氣體的混合的配置(對氣體漩渦成一角度)。 圖8B示出依次被放置的兩個等離子體噴燈，且第一等離子體噴燈與氣流逆流，第二等離子體噴燈與氣流並流。圖8C示出依次被放置的兩個等離子體噴燈，且第一等離子體噴燈與合成氣流並流，第二等離子體噴燈與合成氣流逆流。圖8D示出在氣體重整單元中被放置為彼此接近的兩個等離子體噴燈，在氣體重整單元中兩個噴燈依次被放置，且第一噴燈與合成氣流並流，第二噴燈與合成氣流逆流。圖8E示出在氣體重整單元中被放置為彼此接近的兩個等離子體噴燈，在氣體重整單元中兩個噴燈依次被放置，且第一噴燈與合成氣流逆流，第二噴燈與合成氣流並流。圖8F示出在氣體重整單元中被放置為彼此接近以最大化等離子體與合成氣混合的兩個等離子體噴燈，在氣體重整單元中兩個噴燈依次被放置，且第一噴燈與合成氣流逆流，第二噴燈與合成氣流並流。圖8G示出在氣體重整單元中被放置為彼此接近以最大化等離子體與合成氣混合的兩個等離子體噴燈，在氣體重整單元中兩個噴燈被放置為使得它們彼此鄰近且垂直於合成氣流。圖9A至圖91示出轉化系統的各種實施方案的自頂向下觀察的示意圖。每一個獨立的圖示出等離子體噴燈在氣體重整單元內的不同定向。這些圖闡明在放置精製技術 (placing refining technology)方面可得到的許多示例性的組合，放置精製技術為例如等離子體噴燈、催化劑(130 、氫活化劑和後牽伸管(back-draft tube)。當用一個裝置示出一個定向時，另一個可以被放置在其適當的位置。圖9A示出在氣體重整單元中被放置為彼此接近以最大化等離子體與合成氣混合的兩個等離子體噴燈，在氣體重整單元中兩個噴燈被放置為使得它們彼此鄰近，第一噴燈與氣流並流且第二噴燈與氣流逆流。圖9B示出在氣體重整單元中被放置為彼此接近以最大化等離子體與氣體混合的兩個等離子體噴燈，在氣體重整單元中兩個噴燈被放置為使得它們彼此垂直且兩者與氣流並流。圖9C示出在氣體重整單元中被放置為彼此接近以最大化等離子體與合成氣混合的兩個等離子體噴燈，在氣體重整單元中兩個噴燈被放置為使得它們彼此垂直且兩者與合成氣流逆流。圖9D示出安裝有的氫活化劑的氣體重整單元。圖9E示出安裝有氫活化劑和等離子體噴燈的氣體重整單元。圖9F示出在等離子體噴燈之間安裝有催化劑床的氣體重整單元。圖9G示出安裝有催化劑床、氫活化劑和等離子體噴燈的氣體重整單元。圖9H示出在氣體進入氣旋分離器之前產生等離子體羽流的實施方案。圖91示出安裝有用於改進混合的逆流管的氣體重整單元。

圖10示出轉化系統的一個實施方案的自頂向下的圖。該圖示出具有氣旋分離器和罩住等離子體噴燈的擴大部分的氣體重整單元。噴燈被對準使得它們彼此面向，但仍被偏置以促進混合和避免不必要的磨損。圖IlA至圖IlF示出碳轉化系統的各種實施方案的側視圖，其詳述等離子體在氣體重整單元內的放置。圖IlA示出被定位在氣旋分離器輸出部處的等離子體噴燈。將被氣旋分離器收集的顆粒引導至碳回收單元，用於進一步處理。圖IlB示出被定位在氣旋分離器內的等離子體噴燈。用陰影線示出用於被收集的顆粒的任選的處理路徑。圖IlC示出被定位在氣旋分離器的底部的等離子體噴燈，向上對準中心渦旋以將催化的等離子體引導向具有最少量的特定物質的氣體。圖IlD示出被定位在氣旋分離器內但在下落管的端部之前不至於造成重微粒外部氣體渦旋與輕微粒內部渦旋的過度混合的等離子體噴燈。圖IlE示出在氣旋分離器的底部的等離子體噴燈，向上對準中心渦旋以將催化的等離子體引導向具有最少量的特定物質的氣體。增加等離子體噴燈周圍的空間使得允許被氣旋分離器捕集的微粒物質更自由地離開。圖IlF示出在氣旋分離器的底部的等離子體噴燈，向上對準中心渦旋以將催化的等離子體引導向具有最少量的微粒物質的氣體。增加等離子體噴燈周圍的空間使得允許被氣旋分離器捕集的微粒物質更自由地離開，但將料鬥放到側部，便於更容易地放置噴燈，且具有更少的幹擾。圖12示出碳轉化系統的實施方案，其中等離子體設置在旋風分離器的出口處。圖13A至圖13D闡明碳轉化系統的一個實施方案的各種圖，其中氣旋分離器在罩住轉化系統的殼的外部。圖13A示出具有水平的氣體重整單元(1300)和加熱周圍空氣 (1502)的直立同流換熱器(1500)的直立氣旋分離器(1506)。該圖示出在初級處理單元 (1000)和組合的豎直定向的次級處理和熔化單元(1200)的其餘部分的頂部上方的氣體重整單元(1300)，但氣體重整單元應放置在初級處理單元的旁邊或以直立定向。在該實施方案中同流換熱器的放置可最小化通過管件輸送到初級處理單元(1000)和組合的豎直定向的次級處理和熔化單元(1200)的熱空氣，而不需要特別成形的同流換熱器。圖1 示出圖 13A的實施方案的俯視圖，其中將來自各種氣旋分離器的廢氣與可選擇的加入的等離子體或等離子體熱量和熱空氣(1505)混合。圖13C示出圖13A的實施方案的中間俯視圖，其中廢氣離開初級處理單元和次級處理單元並轉向外部的氣旋分離器。圖13D示出圖13A的實施方案的中間俯視圖，其中將固體殘留物送到熔化單元，用於最終處理成渣。該實施方案還示出熱空氣如何加入初級處理單元的底部爐排和如何加入次級處理單元中的空氣箱。圖14是碳轉化系統的一個實施方案的俯視圖的示意圖，詳述活動爐排(1003)和具有兩個等離子體噴燈(1301)和氣旋分離器(1401)的水平定向的氣體重整單元。圖14 還詳述與氣體重整單元可操作地相關的任選的熱交換器或同流換熱器(1500)。圖15至圖19示出詳述各種區的碳轉化系統的各種配置。圖20是詳述轉化系統的一個實施方案的初級處理單元的示意圖，示出耐火材料內襯的室(部分地)、原料輸入部、橫向傳送系統和任選的擋板(1010)。還示出當原料進入時用於破碎原料的任選的破碎機裝置(1006)、任選的剪切機(1008)、水力操作的往復運動機件(1012)、彈簧加載的刮削板(1011)和刷子(1014)。A、B和C表明工藝添加劑輸入部。圖21是詳述具有水平的空氣進料部的碳轉化系統的一個實施方案的初級處理單元的示意圖。圖22是詳述轉化系統的一個實施方案的初級處理單元的示意圖，示出耐火材料內襯的室(部分地)、原料輸入部、橫向傳送系統和任選的擋板(1010)。還示出當原料進入時用於破碎原料的任選的破碎機裝置(1006)、任選的剪切機(1008)、水力操作的往復運動機件(1012)、彈簧加載的刮削板(1011)和刷子(1014)。還示出穿孔的擋板(1022)、原料高度(1017)和反應物材料高度(1002)。圖23是詳述轉化系統的一個實施方案的初級處理單元的示意圖，示出耐火材料內襯的室(部分地)、原料輸入部(1007)、橫向傳送系統和任選的擋板(1010)。還示出當原料進入時用於破碎原料的任選的破碎機裝置(1006)、任選的剪切機(1008)、水力操作的往復運動機件(1012)、彈簧加載的刮削板(1011)和刷子(1014)。提供一個或多個穿孔的擋板(102 。在該實施方案中，穿孔的擋板(102 使用鏈來懸掛以允許擋板運動。還示出原料高度(1017)和反應物材料高度(1002)。圖M是詳述具有階梯底板初級處理單元的碳轉化系統的一個實施方案中的階梯的構成的示意圖。示出可選擇的厚金屬層(1019)和陶瓷坯料(1020)。用於空氣和/或蒸汽的引入的氣室被示出為穿孔的線(A、B和C)。將空氣從頭部空間供應到氣室。每一個氣室設置有噴嘴(1021)。該階梯由耐火材料(1018)覆蓋。圖25是詳述碳轉化系統的初級處理單元(1000)的一個實施方案的示意圖，示出耐火材料內襯的室(部分地)、原料輸入部、橫向傳送系統和任選的擋板(1010)。還示出當原料進入時用於破碎原料的任選的破碎機裝置(1006)、任選的剪切機(1008)、水力操作的往復運動機件(1012)、彈簧加載的刮削板(1011)和刷子(1014)。圖沈是橫向傳送系統的一個實施方案的詳細側視圖，顯示順時針操作。示出初級處理單元的底板(1029)。圖27是橫向傳送系統的一個實施方案的詳細圖，顯示逆時針操作。示出驅動系統 (1031)的一個實施方案的細節。圖28示出在圖沈和圖27中示出的橫向傳送系統的俯視圖。圖29A和圖^B闡明用於在初級處理單元中處理潛在的渣塊積累的刮刀系統 (1037)的一個實施方案。圖29A示出詳述工藝添加劑輸入部A、B和C、刮削剪切機(1036)、 在側壁(1038)中的刮刀縫和水力操作的往復運動機件(1034)的側視圖。圖29B示出正視圖並詳述添加劑歧管(1032)、往復運動的動力缸(1035)和刮刀軌道(1039)。任選地，刮刀 (1037)被加熱。圖30闡明用於在初級處理單元中處理潛在的渣塊(1046)積累和粘性原料(1047) 的刮刀系統的一個實施方案。圖30示出液壓推進器系統(1044)導向器(1042)。還示出上方階段(1049)和當前階段(1041)。任選地，刮刀被加熱。頂板示出在「復原位(home)」位置的動力缸。中間板示出被除去的粘性原料和被停止的冷的刮刀。底部板示出除去渣塊的熱的刮刀。圖31闡明在初級處理單元中的傾斜階段，且重定向添加劑。頂板示出約20至30 度傾斜。底部板示出小於20度的傾斜和在動力缸上的空氣箱射出用於清潔頂部的任選的蒸汽。圖32闡明初級處理單元的一個實施方案中的階梯的構成。示出可選擇的厚金屬層(1019)和陶瓷坯料(1020)。用於引入空氣和/或蒸汽的氣室被示出為穿孔的線(A、B 和C)。將空氣從頭部空間供應到氣室。每一個氣室設置有噴嘴(1021)。該步驟由耐火材料(1018)覆蓋。噴嘴在一個層中的位置可以相對於噴嘴在下面的層或在上面的層的位置交錯。單一層可以包括空氣和/或蒸汽輸入部。單個層可以製成單一固體階段(1055)，製成單獨的棒(1054)的複合體或製成具有在棒(105 之間絕緣體的單獨的棒的複合體。圖33闡明包括熔注耐火材料塊(1810)的橫向傳送系統的一個實施方案，且空氣注射通過連接於中心頭部的薄壁管。用柔性的不鏽鋼軟管和凸緣配件將空氣連接於塊。將每一塊安裝在單一自由旋轉的軸(1815)上並由單獨的水力軸來驅動。可以向每一塊提供水冷卻。圖34闡明橫向傳送系統的一個實施方案。圖35闡明橫向傳送系統和空氣注射的一個實施方案。在該實施方案中，將空氣注射(105 輕微地升高到動力缸(1048)上方。這樣進行以便升高「熱區」，在「熱區」中發生部分燃燒。動力缸(1048)位於耐火材料(1018)上並與熱空氣引入隔離。還示出固體殘留物(1056)的頂層和空氣注射頭部(1055)。圖36闡明初級處理單元的組合的空氣分布和橫向傳送系統的實施方案，詳述空氣箱(1057)、空氣通路(1058)和絕緣體(1059)。圖37闡明初級處理單元的組合的空氣分布和橫向傳送系統的一個實施方案。鼓連續地旋轉以使材料沿著爐排移動。在每一個鼓內的葉片(1510)限制空氣流動到靶區。鼓在兩個端部用厚的陶瓷填密板(151 覆蓋，厚的陶瓷填密板(151 用螺栓固定到外部鼓以維持鼓的壓力邊界以允許差異膨脹。鼓由通過葉片連接於鼓的其餘部分的中心驅動軸來驅動。單個驅動器可以由鼓來提供以利於替換。還示出通風道(1516)。空氣經由鼓表面中的穿孔進入初級處理單元。在連續鼓對之間的階梯增加材料翻轉。圖38闡明初級處理單元的空氣分布系統和橫向傳送系統的一個實施方案，詳述直接位於空氣箱(1057)的頂部的動力缸(1048)。空氣箱的穿孔的表面示出為虛線。圖39闡明初級處理單元的空氣分布和動力缸橫向傳送系統的一個實施方案。在該實施方案中，為了減少翹曲，空氣箱(1030)構造為僅將熱空氣注射入出現不間斷的/無阻的流動的區域的獨立的非常重載的鋼固體件。用一個或多個噴射器將空氣注射輕微地升高到動力缸(1048)的上方，並且如果空間允許的話通過空氣箱孔(1060)。動力缸(1048) 位於耐火材料(1018)上。在空氣箱和耐火材料之間，設置包裝絕緣體(1062)。空氣箱還設置有絕緣體(1059)。還示出空氣注射頭部(105 和密封件(1064)。圖40闡明空氣注射系統頂部設計的各種實施方案。為了減少翹曲，空氣箱(1030) 構造為僅將熱空氣注射入出現不間斷的/無阻的流動的區域的獨立的非常重載的鋼固體件。用一個或多個噴射器將空氣注射輕微地升高到動力缸(1048)的上方，並且如果空間允許的話通過升高的頂部。動力缸(1048)位於耐火材料(1018)上。在空氣箱和耐火材料之間，設置包裝絕緣體(106 。空氣箱還設置有絕緣體(1059)。還示出空氣注射頭部(1055)、 密封件(1064)和間隔(1066)。用線(1056)示出反應物材料的頂部。圖41闡明初級處理單元(1000)的動力缸橫向傳送系統的一個實施方案，詳述空氣(150 和蒸汽(1067)注射。蒸汽的加入可以用於控制溫度和促進蒸汽氣化。在該實施方案中，蒸汽在空氣下方用管道輸送以進一步緩衝動力缸免於熱區。用線(1056)示出反應物材料的頂部。圖42闡明初級處理單元(1000)的動力缸橫向傳送系統的一個實施方案，詳述空氣(150 和蒸汽(1067)注射以及空氣注射頭部(105 。蒸汽的加入可以用於控制溫度和促進蒸汽氣化。在該實施方案中，在蒸汽被注入床之前，將蒸汽與空氣預混合。用線(1056) 示出反應物材料的頂部。圖43闡明初級處理單元的一個實施方案的多階段動力缸系統。圖44是圖43的全部爐排的等距視圖。圖45闡明圖43和圖44中示出的全部爐排的單一階段。圖46是圖45中示出的單一階段的側視圖。圖47闡明碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元，部分地詳述用於輔助燃燒器的口(138和139)、渣出口(130)和包括空氣箱(135)和等離子體噴燈 (140)的具體的區加熱系統(即，可以建立兩個溫度區的系統)。在該實施方案中，障礙物是具有由區間區域中楔-成形的安裝磚形物(150)安裝的多個管道(151)的固體耐火材料穹頂(145)。固體耐火材料穹頂被按尺寸製造使得在穹頂的外部邊緣和室的內壁之間存在間隙。直徑在20至IOOmm之間的多個氧化鋁或陶瓷球(16 停留在耐火材料穹頂的頂部以形成床，並提供用於經加熱空氣的擴散和促進等離子體熱量傳遞至灰分以將灰分初始地熔化為渣。圖47A是部分的縱向截面圖。圖47B是在圖47A中闡明的實施方案沿水平線A-A 的橫截面圖。圖47C是障礙物和支撐楔的俯視圖。圖48是詳述碳轉化系統的一個實施方案的區間區域中的障礙物的各種示圖。障礙物包括一系列連通的耐火材料磚形物( 。磚形物被安裝在安裝元件(250)上，使得在鄰近磚形物之間存在間隙055)。還示出渣出口 030)、等離子體噴燈(MO)和輔助燃燒器口 (239)。圖49是包括爐排的碳轉化系統的一個實施方案的區間區域中的障礙物的例圖。 爐排包括安裝在安裝環(350)內的一系列基本上平行的、耐火材料內襯的管(345)。將管安裝為使得鄰近管之間存在間隙(355)。任選地，直徑在20至IOOmm之間的多個氧化鋁或陶瓷球(16 停留在障礙物的頂部以形成床，並提供擴散和促進等離子體熱量傳遞至灰分以在區間區域中將灰分初始地熔化為渣。在一些實施方案中，熱空氣通過基本上平行的耐火材料內襯的管(345)的上表面中的穿孔被供應至次級處理區中。圖50部分地闡明組合的次級處理和熔化單元的一個實施方案。經由空氣箱(135) 將經加熱空氣引入至次級處理單元中。供給至空氣箱的空氣是可控制的，允許轉化工藝的調節。任選地，可以經由蒸汽注射口(未示出)將蒸汽注入至次級處理單元中。區間區域包括物理的障礙物(145)以將來自次級處理單元的材料流導向至熔化單元。直徑在20 至IOOmm之間的多個氧化鋁或陶瓷球(16 停留在耐火材料穹頂的頂部以形成床，並提供經加熱空氣的擴散和促進等離子體熱量傳遞至灰分以在區間區域中將灰分初始地熔化為渣。熔化單元包括各種口，包括等離子體噴燈口、容納燃燒器(139)以預熱室的燃燒器口、 和用於包括熱空氣和碳和/或包灰的各種工藝添加劑的口。熔化單元設置有等離子體噴燈 (140)和成切線安裝的空氣噴嘴(141)。還示出渣出口(130)。圖51A是詳述碳轉化系統的一個實施方案的碳回收區的熔化單元中的口的橫截面圖，包括氧氣和/或空氣輸入部(0)、碳輸入部(C)、用於等離子體噴燈的口(P)和氣體燃燒器口(G)。圖51B是圖51A中示出的實施方案的部分縱向視圖。還示出渣堰(33)和驟冷水浴(78)。圖52是碳轉化系統的一個實施方案的部分縱向截面圖，詳述具有等離子體熱量偏轉板(61)的熔化單元。還示出驟冷水浴(78)。圖53闡明碳轉化系統的一個實施方案，其中熔化單元還包括堰(33)以形成渣池以促進渣混合。還示出等離子體熱量偏轉板(61)。圖M是碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元(部分地)的部分縱向截面圖，詳述包括噴水器和牽引鏈的渣冷卻系統(114)。經加熱空氣經由空氣箱 (135)被引入次級處理單元。區間區域包括物理的障礙物(145)以將材料流從次級處理單元導向至熔化單元。熔化單元設置有等離子體噴燈(140)和成切線安裝的空氣噴嘴(141)。 還示出S出口(130)。圖55是碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元(部分地)的部分縱向截面圖，詳述空氣箱(135)。區間區域包括物理的障礙物(14 以將材料流從次級處理單元導向至熔化單元。熔化單元包括各種口，包括等離子體噴燈口、容納燃燒器(139) 以預熱室的燃燒器口、和用於包括熱空氣和碳和/或包灰的各種工藝添加劑的口。熔化單元設置有等離子體噴燈(140)和成切線安裝的空氣噴嘴(141)。還示出渣出口(130)和多個氧化鋁或陶瓷球(165)。圖56通過圖55中示出的實施方案的空氣箱的橫截面圖。圖57是通過圖55中示出的實施方案的成切線定位的空氣輸入部和等離子體噴燈的橫截面圖。圖58是以圖55中示出的實施方案的燃燒器水平的橫截面圖。圖59闡明圖55至圖58的組合的次級處理和熔化單元的可選擇的圖。還示出包括噴水器和牽引鏈的渣冷卻系統(114)。圖60詳述碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元(部分地) 的各種圖，詳述渣出口 030)，和包括空氣入口和等離子體噴燈040)以及任選的出渣口 (tapping spout) (446)的具體的區加熱系統(即，可以建立兩個溫度區的系統)。在該實施方案中，次級處理區居中定位且渣區或熔化區向室的周圍定位。室的底板是傾斜的使得次級處理區在渣區的上遊，由此促進材料在這些區之間的單向運動。兩個區由區間區域分隔。 區間區域包括物理的障礙物以調節材料從次級處理區至渣區的流動。在本實施方案中，物理的障礙物包括一系列基本上豎直定向的、基本上平行的耐火材料內襯的穿孔的管(445)。 經加熱空氣通過管中的穿孔被引入次級處理區中，到達經處理原料的堆的中心，由此轉化和加熱經處理原料中的碳。當空氣來自底部時，空氣被輕微地加熱，同時冷卻管道。通過渣區中的空氣入口 G41)，空氣被注入管排的外部並用來保持管的外部表面非常熱，以阻止渣凍結。渣區的傾斜的底部用來向室的側部排出殘餘物，在室中等離子體噴燈定位為使得殘留物熔化成熔渣。圖61詳述碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元(部分地) 的各種圖，詳述渣出口(530)，和包括空氣入口(未示出)和等離子體噴燈(540)的具體的區加熱系統(即，可以建立兩個溫度區的系統)。區間區域包括物理的障礙物以調節材料的流動。在本實施方案中，物理的障礙物包括齒輪形狀的穹頂(545)。
圖62詳述碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元(部分地) 的各種圖。渣區的底板包括旋轉的傾斜的耐火材料臺。該臺頂部的旋轉利於排空熔渣。任選地，該臺可以包括多個陶瓷球以促進等離子體熱量傳遞。渣區的底板可以被升高並從處理區縮回。耐火材料內襯的臺頂部被安裝在可操作地連接於外部安裝的電動機(847)的驅動軸(846)上。渣-底板組件可容易地從區間區域和碳-轉換器區拆卸並被安裝到軌道的升降臺上以便於清除。多個陶瓷球(848)促進等離子體熱量的傳遞。任選地，熔渣在離開渣出口(830)時由噴水器冷卻且使固化的渣落到牽引鏈上，以便移走。還詳述渣出口(830)、 等離子體噴燈(840)和障礙物(845)。圖63詳述碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元(部分地) 的各種圖。障礙物包括被安裝在具有連接於外部電動機(942)的驅動軸(933)的驅動基座上的旋轉的耐火錐形物(921)。旋轉耐火材料的下部部分包括井(978)，渣在離開室之前累積在井(978)中。障礙物/渣-底板組件可容易地從區間區域和碳-轉換器區拆卸並被安裝軌道上的升降臺上以促進清除。任選地，熔渣在離開渣出口時由噴水器冷卻且固化的渣落到牽引鏈上，以便除去。還詳述等離子體噴燈(940)和丙烷或天然氣燃燒器(937)。圖64詳述碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元(部分地) 的各種圖，詳述等離子體噴燈(640)、碳和/或包灰輸入部(642)和熱空氣入口陽41)。圖65A至圖65C詳述碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元 (部分地)的各種圖，碳轉化系統設置有多個熱氣體發生器(HGG)以遍及室的溫度分布和避免出現渣會固化的冷點。這些圖示出HGG/噴燈如何配置以使熔化單元中的熱氣體成漩渦或使熔化物向中心集中。圖65A還示出傳送噴霧的熔渣。圖66A至圖66C示出碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元 (部分地)的各種圖，碳轉化系統設置有熱氣體發生器(HGG)。圖66A是具有熱氣體發生器 (1262)的熔化單元的3D例圖，使用噴燈(130 和具有用於熔化單元中的固體和氣體的任選入口。HGG本身具有用於氣體和固體的多個入口。圖66B和圖66C是下部室的側面圖，示出HGG。還示出渣驟冷單元(1259)和等離子體噴燈支撐物(1305)。圖67和圖68闡明可以用在碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元的HGG系統。該HGG採用由氣動固體輸入部(U64)圍繞的等離子體噴燈(130 ，氣動固體輸入部(1264)又由溫和氣體輸入部(U66)圍繞並輸出熱氣體(1 。任選地，氣體輸入部是空氣或氮氣或可以用於氣化的任何類型的氣體，包括C02、03、合成氣或其他氧化氣體或其組合。在一個實施方案中，溫和氣體為約 600°C。溫和氣體出口可以任選地具有用於使氣體成漩渦的葉片(1207)。還示出等離子體噴燈支撐物(1305)和渣驟冷(1259)。圖69A闡明碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元中配置的耐火材料層和HGG(1 。在該實施方案中，外部壁(127 通常由金屬或在建築中使用的複合材料(水泥)製成。絕緣體(1059)被設計為緩衝耐火材料和外部壁以防溫度膨脹變化。低溫耐火材料(1270)被設計為降低外部壁和渣化室環境之間的溫度。高溫耐火材料 (1269)被設計為經得起熔化區(1271)的超高溫和由於渣接觸的降解。圖69B是圖69A的旋轉橫截面，到該旋轉橫截面存在任選的氣體旁路線(1268)。還示出出渣口(1沈0)。還示出障礙物或床支撐物(126 和床支撐物球體(1沈7)。圖70A和圖70B示出定位在轉化系統的殼內的碳轉化系統的一個實施方案中的內部定位的氣旋分離器。在該闡明的實施方案中，用氣流箭頭從來自初級處理單元和次級處理單元的氣體的角度示出氣旋分離器排(bank)。第一組氣旋分離器管被切開以示出通過系統的氣流線和沉積灰分的地方。圖70B示出圖70A的3D圖像。帶有顆粒的氣體(1409)進入氣旋分離器，且帶有降低的微粒負載的氣體(1300)離開。收集顆粒(1402)，用於任選的進一步處理。還示出蝶形閥(1408)。圖71示出等離子體在氣體重整單元中的各種上部水平配置。A)等離子體發生器 (1308)被布置為所有的點朝向中心。B)等離子體發生器(1308)指向隨機定向以便促進有效的混合。C)等離子體發生器(1308)彼此相對指向並稍微偏移以促進湍流。箭頭表明工藝添加劑和/或廢氣。還示出精製管(1309)。圖72A和圖72C示出用於在氣體重整單元的一個實施方案中增強重整的湍流區 (1316)的內含物(inclusion)。圖72C示出湍流發生器的實例，包括無源柵格(1313)、具有旋轉軸(1314)和固定軸(1311)的活動柵格(1310)、和具有線性變化的流動障礙(1312) 的剪切發電機(1312)。圖73示出在氣體重整單元的一個實施方案中，待被重整的氣體(1317)成切線地進入氣體重整單元，產生漩渦，該漩渦由等離子體噴燈和氣體操縱器處理。還示出殘留物 (1318)。圖74示出用於產生湍流的示例性裝置。活動柵格(1310)包括電動機(1320)和開放區域(1321)。具有用於產生剪切的可變障礙的剪切發電機(1323)包括堵塞區域(1319) 和開放區域(1321)。圖75是闡明A型噴嘴的空氣流出的圖。圖76是闡明B型噴嘴的空氣流出的圖。圖77是闡明具有湍流發電機(1324)的碳轉化系統的一個實施方案的流程圖，詳述任選的輸入添加劑(1004)，其包括但不限於，蒸汽、空氣、O2A2、臭氧、催化劑、助熔劑、水、 吸附劑和高碳輸入物。每一個添加劑箭頭可以表明單一類型的添加劑或多種類型的添加齊U。添加劑可以以混合形式輸入或通過單獨的添加劑輸入裝置(且在給定功能單元內的多個位置)輸入。詳述初級單元(1000)、具有旋風分離器(1400)的氣體重整單元(1300)和次級處理單元(1201)。還示出原料(100 輸入部、經處理原料(1003)、微粒降低的廢氣 (1403)。圖78是闡明具有湍流發電機(1324)的碳轉化系統的各種實施方案的流程圖。圖79是闡明次級處理單元的底部部分的示意圖，灰分/渣/炭在底部部分離開並進入碳轉化系統的一個實施方案的熔化單元。固體殘留物(1206)流下彎曲的斜坡並進入熔化單元。示出轉移式噴燈(1277)、電極(1274)、燃燒器(1273)、閘門(1276)和填充/金屬除去(1275)。圖80是闡明次級處理單元的底部部分的示意圖，其中灰分/渣/炭在底部部分離開並進入碳轉化系統的一個實施方案的熔化單元。該修改的熔化單元設計是使得熔化單元的熔化單元軌跡大於次級處理單元的圓周。在該實施方案中，底部渣注塞被示出為可更換， 且穹頂具有環形的環(由金屬和/或耐火材料製成)，所述環幫助控制渣流以確保減少沿著熔化單元的壁的流。還示出轉移式電弧噴燈(1277)。圖81A和圖81B是闡明次級處理單元的底部部分的示意圖，灰分/渣/炭在底部部分離開並進入碳轉化系統的一個實施方案的熔化單元，該示意圖詳述側部排出孔。固體殘留物(1206)流下具有潛在的吹氧管位置(1279)的彎曲的斜坡並進入熔化單元。示出轉移式噴燈(1277)、電極(1274)、燃燒器(1273)、擋板(1010)、空氣箱(1502)和填充/金屬除去(1275)。TAT的可選擇的進入點是在(1278)。擋板(1010)控制材料的流動並包括軸 (1280)以調節擋板高度和擋板支撐連接物(1061)。圖81B是從渣池(1258)沿著管向下的圖。圖82詳述構成碳轉化系統的一個實施方案的熔化單元內的側部排出孔的塊。初級功能部件是塑料耐火壁具有切開的渣傾注孔(1觀7)和具有渣間隙(1觀6)的堰(1四0)。 塞子塊的剩餘部分是用於支撐和進入且包括支撐物(1四1)和包裝塞子(1觀9)。中間圖示出熔化單元壁中的塊塞子系統定向。圖83詳述在側部排出孔上完成維修所需要的所有的各種工具，如圖84中所示的和所描述的。塞子導向器(1四6)由耐高溫金屬或耐火材料製成，且其他工具由耐高溫金屬製成且還可以具有耐火材料塗層和/或絕緣體以避免熔化。示出支撐塊鉗(1297)、塑料耐火材料叉狀物(1294)、具有吹氧管出口(1 的彎曲氧氣吹氧管(1292)、堰鉗(1四9)和盤導向器(1298) ο圖84闡明側部澆注系統可以通過從動臂裝卸機或延伸的凹陷的通道吹氧來維修。不考慮盤(1142)、盤導向器(1298)、鉸接的開放式平拉門(1103)、支撐塊(1106)，示出吹氧管導軌(1四6)冷凍渣區B(IlOl)和A(IlOO)。陰影線(1143)表明在其中具有中心線孔的耐火材料塊以允許渣化或吹氧。陰影線(1018)表明耐火材料塊沿著橫截面完全固化。圖85詳述具有不同尺寸的塞子的實施方案。額外的空間填充有永久的塑料耐火材料。(1109)示出僅熱面處的突出。圖86示出熔化單元的一個實施方案的內部壁如何被修補。任選地，修補襯墊是 「永久的」直到其磨損。修補襯墊使用兩個鋁板(1110)來產生以將塑料耐火材料(1112)擠壓在一起。活塞(111 裝進塑料耐火材料。內部管被推進熔化單元(以被熔化成渣/金屬池)以產生用於側部澆注的新的排出孔。旋開塞子(111 使得鋁板和管可以被推進熔化單元內部以允許渣流動。還示出具有吹氧渣傾注孔(1觀9)的塑料耐火壁。圖87示出其中燃燒器(1117)用於維持堰處的溫度使得渣不會冷凍的實施方案。 在該圖中，實施方案是，燃燒器是手持的並以壓縮氣體(1118)運行。任選地，燃燒器附接於熔化單元的側部且是任選地以合成氣運行的小的萬能燃燒器。將燃燒器插入具有燃燒器孔 (1119)的耐火材料塊。燃燒器孔包括橡皮塞(1120)。廢氣(1116)返回系統。圖88示出這樣的實施方案，其中熔化單元的側部澆注排出孔塞子具有安裝的管件(1124)，以允許使用冷卻介質，以便延長排出孔和堰的壽命。冷卻介質可以是空氣、水、蒸汽、熱流體等。連續的水線(1124)附接於堰。保護性絕緣塗層放置在管和耐火材料塊(未示出)的凹槽之間。具有再循環(1123)的水冷卻被示出為具有指向排出的任選的旁路。 (1121)示出通過塞子(附接於可移動的堰的固體塊)的水線。塞子(1122)的底板配置成促使渣流遠離水線。圖89闡明碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元，部分地詳述轉移電弧噴燈(1277)。圖90闡明碳轉化系統的一個實施方案中的初級處理單元中的活動爐排橫向傳送系統設計。所闡明的活動爐排通過重疊筒O000)來形成。圖91是圖90的活動爐排的可選擇的圖。圖92闡明圖90和圖91的活動爐排的單個筒Q000)。多塊筒框架QO10)提供筒的結構和其中的部件的支撐。筒經由連接板(2005)附接於初級處理單元的壁。筒包括對準導向器O015)以利於將筒正確插入室壁和安裝切口(2020)，以允許插入工具從而利於筒的插入和拆卸。筒的空氣箱是由厚碳鋼構造的多種較小的空氣箱O025)的組合，在每一個空氣箱的頂部具有氣孔0030)。經由連接於空氣管Q040)的單一空氣歧管O035)將空氣供應至單個空氣箱，空氣管與連接板中的熱空氣連接凸緣004 連接。筒的橫向傳送部件包括多手指載體動力缸(2050)。單個動力缸手指包括配置成接合分別地位於單個空氣箱與外部空氣箱和筒框架之間的I形接合元件007 或C形接合元件Q078)的凹槽，其中相應的錨底部將動力缸保持至空氣箱的頂部。圖93闡明圖92的單個筒的可選擇的圖，示出經由連接於空氣管Q040)的單一空氣歧管Q035)至單個空氣箱的空氣供應。圖94闡明圖92的單個筒的可選擇的圖。圖95闡明圖92的單個筒的可選擇的圖。圖96闡明圖92的單個筒的可選擇的圖。圖97闡明碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元，部分地詳述輔助燃燒器(139)的口、渣出口(130)和等離子體噴燈入口(141)。在該實施方案中， 障礙物是具有由楔形安裝磚形物安裝在區間區域的多個管道(151)的固體耐火材料穹頂 (145)。圖98至圖100詳述圖97的組合的次級處理和熔化單元的障礙物。圖101詳述初級處理單元的底板剖面。圖102A示出熔化單元的側部澆注排出孔的一個實施方案，其由兩個耐火材料部分(如點劃線)製成。示出陶瓷紙和/或陶瓷塗層(1020)。圖102B示出如何處理側部澆注排出孔耐火材料塞子塊以便放置在室內的各種實施方案。I示出被放置在具有滾子的可移動的支撐物上。II示出使用軌道系統來加速和移動。III示出藉助機械升降機來移動入位置。圖103闡明碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元，部分地詳述灰分/渣/炭離開和進入熔化單元(1250)。圖104A和圖104B是闡明碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元的底部部分的示意圖，部分地詳述灰分/渣/炭離開和進入碳轉化系統的一個實施方案的熔化單元，詳述側部排出孔。固體殘留物(1206)流下具有潛在的吹氧管位置(1279)的彎曲的斜坡並進入熔化單元。示出轉移式噴燈(1277)、電極(1274)、燃燒器(1273)、擋板 (1010)、空氣輸入部(1502)和填充/金屬除去(1275)。TAT的可選擇的進入點是在(1278)。 擋板(1010)控制材料的流動。當門(1128)打開時，耐火材料板(1018)可以滑入以調節擋板高度。頂板(1130)是較薄的。塊(1018)支撐擋板。為塊或耐火材料板提供支撐凹槽 (1029).圖104B是從渣池順著管向下的圖。圖105是闡明熔化單元(1250)的一個實施方案中的燃燒器的示意圖，如從上面示出的燃燒器定位所看到的。耐火材料(1018)、渣池(1258)、電極(1274)和燃燒器(1273)。
圖106闡明熔化單元的一個實施方案。示出輸入部(1252)、等離子體噴燈(1303)、 熱的面(1131)、視口和刮擦(1135)、任選的燃燒器排氣裝置(1145)、IFB (1138)、鋼殼 (1134)、吹氧管(1133)、保持渣端熱的任選的小的燃燒器(1273)和水淬火(1136)。圖107闡明熔化單元的一個實施方案。示出輸入部(1252)、等離子體噴燈(1303)、 熱的面(1131)、視口和刮擦(1135)、無源爐排(1313)、任選的燃燒器排氣裝置(1145)、 IFB(1138)、鋼殼(1134)、吹氧管(1133)、保持渣端熱的任選的小的燃燒器(1273)和水淬火 (1136)。圖108闡明熔化單元的一個實施方案。圖109闡明排出孔概念的各種實施方案。A)封閉的感應加熱器(1137)圍繞離開耐火材料的『管』並增加周圍的耐火材料的溫度；這允許渣(1139)流過『管』和倒出(1140) 熔化單元(1250)。當足夠的渣已經被除去時，關閉感應加熱器，且渣在『管』內固化。在倒出期間，不允許熔渣的水平達到管的頂部，使得室內的氣體和大氣不會混合。B)吹氧管 (1133)用於「燃燒」孔進入軟的耐火材料糊劑(1141)，允許熔渣(1139)倒出(1140)。通過將一些耐火材料粉末投擲入孔中或將陶瓷塗層塊推入孔中使流動停止。在倒出期間，不允許熔渣的水平達到孔的頂部，使得室內的氣體和大氣不會混合。C)水冷塞子(114 被向外移(部分地)以暴露排出孔。在孔打開容器環境通向大氣(倒空室)之前，根據需要往後移水冷塞子(114 以使流動停止。材料不會「粘」到塞子，因為其是光滑的冷卻表面。D) 金屬「楔」(1138)被推入排出孔中以控制渣的流動。楔可以被快速地推回室以避免熔渣水平下降太快。E)當重力將渣推動通過排出孔時，渣流出，維持池的水平大約為排出孔出口的水平。F)與E相同的方法，除了渣沿耐火材料中的直立孔流下和離開以及如果排出孔被堵塞，吹氧管用於開啟排出孔。G)渣流出在室的側部耐火材料中的溫度控制的(加熱的或冷卻的)插入物，且制動器(本質上通常是錐形的)被推向出口以控制/停止離開室的渣的流動。H)渣由於重力而流出但最終的出口是可更換的堰塊。可以根據需要來加熱或冷卻 (未示出)。圖IlOA至圖IlOG闡明碳轉化系統的一個實施方案的各種外部等軸測視圖，詳述具有活動爐排000 的水平定向的初級處理單元(4000)、具有區間區域和等離子體噴燈G301)的組合的豎直定向的次級處理G201)和熔化單元G250)以及具有氣旋分離器 (4400)、精製室030 和兩個等離子體噴燈G301)的氣體重整單元。圖IllA和圖IllB闡明氣體重整單元的氣旋分離器的各種實施方案，其中重整的合成氣循環回到旋風分離器以促進混合和氣旋效果。示出旋風分離器管(1406)、旋風分離器管插入物(1407)、少量洩漏(1411)、循環氣體出口(1412)、內部管的支撐物(1413)、插入物的支撐物(1414)、合成氣出口(1507)。圖112闡明碳轉化系統的一個實施方案的側視圖，詳述具有活動爐排0002)和相關的進料系統G001)的水平定向的初級處理單元(4000)、具有區間區域和等離子體噴燈 (未示出)的組合的豎直定向的次級處理G201)和熔化單元G250)以及具有氣旋分離器 (4400)、精製室(未示出)和等離子體噴燈0301)的氣體重整單元。氣體重整單元包括帶有等離子體噴燈的氣旋分離器，且等離子體噴燈定位在旋風分離器入口的頸部和在旋風分離器室的內部的可選擇的位置上。圖113闡明圖112中示出的實施方案的等軸測視圖。
圖114闡明圖112中示出的實施方案的側部，剖面示出容器(室)的內部。圖115A和圖115B闡明氣體重整單元的氣旋分離器的一個實施方案。圖115A示出正視圖，且噴燈定位在旋風分離器的入口頸部。圖115A示出旋風分離器的自頂向下圖， 且從圖除去蓋子和噴燈。圖116A至圖116D闡明圖115中示出的具有內部細節的實施方案的可選擇的圖。 圖116A示出側視圖。圖116B示出等軸測視圖。圖116C示出沿著軸的帶有出口的側視圖，， 精製(重整)室和熱的管通至同流換熱器。圖116D示出與旋風分離器的入口平行的側視圖。圖117從側部闡明碳轉化系統的一個實施方案的水平定向的初級處理單元，並詳述每一個筒Q000)的底部爐排定位。圖118以等軸測視圖闡明圖117的水平定向的初級處理單元。在該圖中，至旋風分離器的頸部的入口是看得見的。圖119A和圖119B闡明圖117的碳轉化系統的一個實施方案的水平定向的初級處理單元的兩個更等軸測視圖。圖119A示出室的啟動，其中發生材料的進料。圖119B是進料入口壁的剖面，其示出室的一些內部構成。圖120闡明圖117的水平定向的初級處理單元的側視圖，其中沿著視平面的剖面允許看到內部，例如活動爐排系統和氣流控制擋板。圖121闡明圖117的水平定向的初級處理單元的正視圖，且剖面示出室的內部，闡明在頂部的氣體區和水平之間的分離和在室的底部的滴狀物。圖122部分地闡明碳轉化系統的一個實施方案的組合的次級處理和熔化單元，詳述嵌齒輪穹頂和陶瓷球。此外，該剖面還示出用於從室除去渣的側部和底部倒出選項。圖123闡明碳轉化系統的一個實施方案，詳述具有原料輸入部(1001)、擋板 (1010)和活動爐排(100 的初級處理單元(1000)、具有等離子體源(130 和燃燒器 (1273)以及渣出口(125 的組合的次級處理和熔化單元(1200)，和具有氣旋分離器系統 (1401)和等離子體源(130 以及微粒收集(140 的氣體重整單元(1300)。圖124闡明圖123的碳轉化系統的控制，藉此空氣的流動由流量控制閥(1700) 控制且路線內的壓力由感測元件(170 (例如，壓力傳感器)感測以控制工藝空氣鼓風機 (4033)。圖125闡明圖123的碳轉化系統的控制的一個實施方案，由此動力缸的位置通過水力線(1704)至齒條齒輪系統(1151)中的壓力來確定。所有動力缸的全部控制通過控制系統執行，控制系統通常與其他動力缸處於固定循環。然而，通過使用各種感測元件例如在動力缸上方的電平開關(1701)(以表明當其鬆開時動力缸應向前運動，且當在齒條齒輪系統的行進距離內其被清空時，動力缸應向後運動)和/或表明空氣箱太熱和材料正在燃燒而不是氣化以及動力缸應清除該水平(且還減少流到該空氣箱(1150)的空氣流)的溫度熱電偶(170 (溫度傳感器)，每一個動力缸(103 可以獨立地起作用，如果這樣的操作是所需的話。圖126闡明圖123的碳轉化系統的控制的一個實施方案，詳述可以由控制程序用來調節控制變量以便優化轉化工藝的操作的氣相溫度傳感器(170 的設置。圖127闡明結合冷卻技術的碳轉化系統的一個實施方案中的穹頂和熔化單元的俯視圖。在該實例中，穹頂由六個水冷銅件製成，水冷銅件將構成穹頂的芯和具有放置在任何暴露的側部和底部上的頂部和耐火材料塗層上以構成完整穹頂的耐火蓋子(未示出)。圖1 闡明結合冷卻技術的碳轉化系統的一個實施方案中的圓壁熔化單元的側視圖。在此，室部分地由圍繞容器外部和以大約渣池形成的高度滲入耐火材料(未示出) 的外層的水冷銅插入物來冷卻。圖1 闡明圖1 的圓壁渣熔化室的部分透明的等軸測視圖，且冷卻插入物顯著地是不透明的。示出燃燒器口(5005)、等離子體噴燈口(5010)、用於穹頂冷卻的水冷銅插入物(5015)、將澆注的渣保持於銅的凹槽(5020)、進水口 /出水口(5025)、用於放渣孔冷卻的水冷銅插入物(5030)、用於渣池耐火壁冷卻(503 的水冷卻插入物、具有管道(5072) 的多部件耐火材料穹頂(5070)。圖130A至圖130C闡明結合冷卻技術的碳轉化系統的一個實施方案的圓壁熔化單元的等軸測視圖中的銅冷卻件。圖130A示出穹頂水冷銅元件的頂部的等軸測視圖。圖 130B示出穹頂水冷銅元件的底部的等軸測視圖。圖130C示出設計為冷卻圍繞渣池的壁的水冷銅元件的頂部的等軸測視圖。圖131A至圖131C闡明結合冷卻技術的碳轉化系統的一個實施方案中的圓壁熔化單元的等軸測視圖中的銅冷卻件。圖131A是透明的，顯示內部鑄件，其中水將穿過銅。圖 131B是不透明的，顯示草皮層(divot)，其中可以附接錨以將其保持於耐火材料(如果耐火材料的澆注選擇在磚形物上方)。圖131C示出水冷銅插入物的剖面。圖132闡明結合冷卻技術的碳轉化系統的一個實施方案中的熔化單元的側視圖， 其中渣熔化區具有平坦的壁且本質上是矩形的。示出用於耐火壁冷卻的水冷銅插入物 (5035)、燃燒器口(5045)、次級處理單元界面(5050)、等離子體噴燈口(5045)、具有內部件和外部件的用於出渣孔(5030)的水冷銅插入物和水冷卻通道(5040)。圖133A至圖133E闡明圖132的熔化單元的各種圖。圖133A示出圍繞室(室殼和耐火材料未示出)的水冷銅插入物的一個潛在的設置。凹槽將澆注鑄造的耐火材料保持於銅。示出水入口和出口(5025)和熱電偶(5026)。圖13 示出可選擇的水冷半穹頂實施方案(而不是六個餅形狀的部件)。圖133C示出固體實施方案的等軸測視圖。圖133D示出固體實施方案的透明的等軸測視圖，顯示水將穿過的銅中潛在的管件通道。示出深的冷卻通道(5080)、淺的冷卻通道(5082)、熱電偶(5026)和水入口 /出口 (5025)。淺的冷卻通道在比深的冷卻通道低的溫度下被使用。基於熱電偶和內部工藝溫度確定使用哪個冷卻通道。圖133E示出具有矩形形狀的用於渣熔化區的側壁水冷銅插入件的透明的等軸測視圖。圖134A和圖134B闡明碳轉化系統的各種實施方案。圖134A示出等離子體噴燈定位在旋風分離器的頸部但定向為部分地並流的實施方案。圖134B示出等離子體噴燈定位在旋風分離器的頸部但定向為垂直於流的一個實施方案。圖135A和圖135B闡明碳轉化系統的各種實施方案。圖134A示出等離子體噴燈定位在初級處理單元和次級處理單元與旋風分離器之間且旋風分離器在碳轉化系統的內部的實施方案。圖134B示出等離子體噴燈定位在旋風分離器的內部且旋風分離器在轉化系統的內部的本發明的一個實施方案。圖136闡明碳轉化系統的一個實施方案，其中在初級處理單元(1000)和次級處理單元(1201)與旋風分離器之間具有兩個等離子體噴燈。它們指向彼此但足夠偏置(通常至少幾英寸)使得它們的羽流不會破壞其他的羽流。在氣體進入旋風分離器之前，這造成等離子體部分地加入並流和逆流。圖137A和圖137B闡明碳轉化系統的實施方案(部分地)，其中等離子體噴燈 (1303)放置在重整室(1300)中，當氣體離開旋風分離器(1400)時，一個噴燈與流並流，且另一個與流並流(但不被導向使得其羽流將進入旋風分離器)。示出同流換熱器的出口 (1500)。
具體實施例方式定義如本文使用，術語「約」是指偏離給定值約+/_10%。應理解，無論是否特別地指出，這樣的偏離總是被包括在本文提供的任何給定值內。如本文使用，術語「廢氣」通常表示在冷卻、清潔或精製之前在氣化工藝期間生成的氣體。如本文使用，術語「合成氣」意指已經被重整的廢氣。如本文使用，術語「旋風分離器」、「氣旋分離器」和「氣旋分離器系統」在本文互換地使用，包括旋風分離器、旋風分離器排、氣旋分離器、氣旋反應器和漩渦管以及以顆粒對氣體慣性和漩渦離心力的原理工作的其他氣體清潔技術。除非另外定義，否則本文使用的所有技術術語和科學術語具有本發明所屬領域的普通技術人員所通常理解的意思相同的意思。碳轉化系統概述本發明提供具有四個功能單元的碳轉化系統，每一個單元包括一個或多個區，其中所述單元被集成以優化含碳原料向合成氣和渣的總轉化率。在系統的每一個區內發生的過程可以被優化，例如，通過配置單元中的每一個和通過使用控制系統管理每一個區內出現的條件。在本發明的上下文中，轉化或工藝「被優化」，例如，當轉化/工藝的效率在預定的參數內時，當與轉化/工藝相關的成本滿足預定的標準時，當產生的合成氣的含量在預定的參數內時，或其組合。可以將由碳轉化系統產生的合成氣使用在例如內燃機、燃氣輪機、化學品生產、燃料電池以及類似物中。碳轉化系統包括的四個功能單元是初級處理單元、次級處理單元、熔化單元和氣體重整單元。該系統可以任選地包括其他單元，例如，有助於總碳轉化工藝或促進合成氣的下遊處理的單元。初級處理單元配置成提供從含碳原料除去水分的至少一個乾燥區和使原料的含碳組分揮發的揮發區，由此生成經處理原料和初級廢氣。初級處理單元任選地包括直接的或間接的次級原料添加劑能力以便調節初級原料的碳含量。次級處理單元包括配置成接收經處理原料並將它們轉化為固體殘留物和次級廢氣的一個或多個區。熔化單元配置成有效地使固體殘留物玻璃化和任選地產生熔化單元氣體。氣體重整單元包括用於重整在其他功能單元中的一個或多個內生成的氣體的一個或多個區。控制系統包括用於監測和獲得關於系統內的操作參數的數據的感測元件，和用於調節系統內的操作條件的響應元件。控制系統起到維持產物合成氣的某一變化範圍的作用。
碳轉化系統包括的四個功能單元可以設置為分立的連通的隔室，或兩個或更多個單元可以設置為單一隔室。本發明的各種實施方案提供四個功能單元是分立的連通的隔室的碳轉化系統、一些單元是分立的連通的單元而其他的設置為單一隔室的碳轉化系統、和將四個功能單元設置在單一隔室中的碳轉化系統。還設想，給定的功能單元可以包括多於
一個隔室。當將功能單元設置為分立的隔室時，在鄰接的單元之間的單元間接合件被配置成解決每一個單元操作的條件的差異和每一個單元的結構的差異，使得各單元起到集成系統的作用。例如，單元間接合件可以配置成解決單個單元的不同的熱膨脹係數和/或維持材料通過系統的連續流動。本發明還提供配置成允許單元容易地分離和更換(如果需要的話)和/或允許進入單元的單元間接合件。在一個實施方案中，碳轉化系統包括的功能單元中的一個或多個被設置為分立的隔室。當將功能單元中的一個或多個設置為單一隔室時，隔室可以配置成提供分立的區段，區段可以具有不同的形狀和/或定向，且每一個區段對應於功能單元。可選擇地，可以將一個或多個單元設置為具有基本上均一配置的單一隔室。在一個實施方案中，將次級處理單元和熔化單元設置為單一隔室。在一個實施方案中，將次級處理單元和熔化單元設置為單一隔室，將該單一隔室配置成提供分立的區段，一個區段對應於次級處理單元，一個區段對應於熔化單元。碳轉化系統包括的每一個功能單元包括一個或多個區。在本發明的上下文中，區是主要發生特定的工藝的區域。作為實例，初級處理單元中的揮發區是單元內的以揮發工藝為主的區。為了清楚的目的，分別地描述系統包括的各個區。然而，應理解，這些區在碳轉化系統內通常是相關的，且系統不限於包括分立的、物理分離的區，雖然這仍然是可選擇的選項。因此，在各種實施方案中，各個區將或多或少是分離的，且同樣地，可以是鄰接的， 可以不同程度地重疊，可以是共同擴張的或可以是分立的。當給定的單元中存在兩個或更多個區時，它們可以分布成基本上平行於單元的縱軸、基本上垂直於單元的縱軸或其組合。 儘管本文根據主要在區內發生的工藝來描述該區，但應理解，這不是限制性的，且由於總碳轉化工藝的性質，其他工藝還可以以較小的程度在該區發生。碳轉化系統包括的每一個區內的條件由控制系統管理。在區內發生的工藝通過控制系統在區內對條件進行控制以及通過該區被定位的單元的配置來優化。例如，熱源或能量源、添加劑入口以及類似物在單元內的定位可以有助於優化在該單元內的給定區中發生的主要工藝。一般而言，碳轉化工藝由如下碳轉化系統來進行。在初級處理單元內在通常小於約800°C的溫度下加熱原料，且主要工藝是從原料除去任何殘餘的水分和從原料快速和有效揮發含碳組分。使所得到的包括炭的經處理原料在次級處理單元經受較高溫度(例如， 約1000°C至約1200°C )，由此實現完成將經處理原料轉化為廢氣和灰分或固體殘留物所需要的任何另外的碳轉化。在熔化單元中將來自次級處理單元的灰分或固體殘留物玻璃化為渣。在氣體重整單元中重整初級處理單元、次級處理單元和/或熔化單元中的任一個中生成的氣體。氣體重整單元包括至少一個能量源(例如，等離子體源或熱源)和任選的一個或多個顆粒分離器(例如氣旋分離器)。適合於包括在重整單元中的其他能量源包括，例如，熱學加熱、等離子體羽流、氫燃燒器、電子束、雷射器、輻射以及類似方式。
在進一步清潔和調節之前，可以任選地使碳轉化系統的熱合成氣產物經受冷卻步驟。在本發明的一個實施方案中，碳轉化系統包括用於冷卻由碳轉化工藝產生的熱的合成氣的熱回收單元。在一個實施方案中，熱回收單元是同流換熱器。在這樣的實施方案中，同流換熱器可以包括用於將顯熱轉移至流體以在其他地方使用的熱交換器。在一個實施方案中，熱回收單元是合成氣-空氣熱交換器(還通常已知為同流換熱器)，其從熱的合成氣回收顯熱並將其轉移到周圍空氣以提供經加熱空氣。在該實施方案中，經加熱空氣任選地進入初級處理單元和/或次級處理單元。同流換熱器可以任選地包括熱回收蒸汽發生器以產生蒸汽，蒸汽可以用於例如驅動汽輪機，或作為碳轉化系統中的工藝添加劑。在本發明的一個實施方案中，碳轉化系統包括從熱的合成氣回收顯熱並將其循環至初級處理單元和/或次級處理單元的合成氣-空氣熱交換器。參考圖1A，示出碳轉化系統的說明性實施方案，其中系統包括四個功能單元，包括初級處理單元1、次級處理單元2、熔化單元3和氣體重整單元4。如所闡明，初級處理單元 1連接於次級處理單元2，次級處理單元2又連接於熔化單元3。氣體重整單元4可與初級處理單元1、次級處理單元2和熔化單元3中的每一個可操作地連接。取決於碳轉化系統的實施方案，在氣體重整單元和碳轉化系統的其他三個功能單元中的任何一個之間的可操作連接可以被設想為間接的操作連接或直接的操作連接。圖IB中示出碳轉化系統的一個實施方案。在該實施方案中，碳轉化系統包括多區耐火材料內襯的室，其具有用於接收含碳原料的一個或多個輸入部(1001)、合成氣出口、渣出口、經加熱空氣輸入部、可選的顆粒分離器(例如氣旋分離器(1400))和等離子體源和/ 或可選擇地將固體殘留物熔化成渣並重整廢氣的等離子體。如圖IC所示的碳轉化系統的一個實施方案包括水平定向的初級次級處理單元 (1000)、帶有相關的熔化單元(1250)的豎直定向的次級處理單元(1201)、氣體重整單元 (1300)和任選的同流換熱器(1500)。氣體重整單元包括等離子體源或其等效物和任選的氣旋分離器(1400)。當提供旋風分離器時，在氣旋分離之前、在氣旋分離之後或在氣旋分離期間，可以使氣體重整單元中的氣體經受重整或等效操作。一些實施方案中的渣出口 (1252)與渣粒化系統(1251)以可操作方式相聯。通常，通過碳轉化系統進行的碳轉化工藝(在本文還被稱為「氣化」)可以再分成三個階段；即，乾燥、揮發和炭至灰分(或碳)轉化。階段I 材料的乾燥工藝的第一階段是乾燥，乾燥主要在25°C和400°C之間出現。一些揮發和一些碳至灰分轉化也可以在這些較低溫度下發生。階段II 材料的揮發工藝的第二階段是揮發，揮發主要在400°C和700°C之間出現。乾燥操作的小部分 (其餘部分)以及一些次級處理(炭至廢氣)也將在該溫度下發生。階段III 碳轉化工藝的第三階段是碳轉化階段，其在600°C和1000°C之間的溫度範圍下發生。揮發的小部分(其餘部分)也將在該溫度下發生。在該階段之後，主要產物是基本上無碳的固體殘留物(灰分)和廢氣。在上述工藝期間，為了增加所需的合成氣產物的收率，優選將含碳原料最大化轉化為所需的氣態產物。碳轉化系統因此提供用於確保基本上將原料中可得到的碳完全轉化為合成氣的系統，同時還提供合成氣和渣產物的回收。在各種實施方案中，碳轉化系統還提供經加熱空氣和/或工藝添加劑，例如蒸汽和/或富碳氣體和/或碳的加入，以促進將碳轉化為所需的合成氣產物。碳轉化系統還提供等離子體或等效物以促進將殘餘的無機材料 (即，灰分)完全轉化為玻璃化物質或渣並精製和/或重整廢氣，由此產生所需的合成氣。碳轉化系統通過在集成系統中提供原料乾燥、揮發、碳轉化和廢氣重整的順序促進而利於合成氣的生產。具體地，初級處理單元主要被設計為乾燥原料和揮發原料的含碳組分。次級處理單元被設計為從經處理原料除去任何殘餘揮發物，和通過提供例如另外的空氣、來自相關的熔化單元的強烈熱量和促進碳的回收的停留時間獲得炭中剩餘的碳。因此，兩個處理單元產生兩個不同的廢氣流。初級處理單元提供充滿揮發物、水蒸氣和其他氫化合物的高熱值氣體，然而次級處理單元產生主要是CO和(X)2的廢氣，具有一些H2、重碳化合物和炭黑。具有其任選的顆粒分離器的氣體重整單元提供氣體中的微粒物質的除去或降低以及氣體向合成氣的重整。顆粒分離器的內含物可以幫助降低對下遊設備的堵塞和磨損、 降低微粒的不利效果和降低對下遊微粒清潔的需要，下遊微粒中可能存在可冷凝的焦油。參考圖4和圖5，其示出方塊流程圖，詳述通過碳轉化系統和包括同流換熱器 (1500)的下遊系統的一個實施方案的材料和氣體的運動，含碳原料(1002)進入碳轉化系統的初級處理單元(1000)，在初級處理單元(1000)中從含碳原料除去任何水分，且原料的揮發性組分通過熱空氣(150 的加熱而揮發，經由加熱環境空氣或冷空氣(1502和1504) 的同流換熱器(1500)或萬能燃燒器(125 來提供的熱空氣(1505)，由此提供包括炭的經處理原料(100 。次級處理單元(1201)接收來自初級處理單元(1000)的經處理原料並將經處理原料轉化為殘留物(1206)和廢氣(120 。在該闡明的實施方案中，來自初級處理單元(1000)和次級處理單元(1201)的氣體(1204/120 進入氣體重整單元的氣旋分離器 (1400)以在重整(1301)之前降低廢氣微粒負載。具有降低的微粒負載的廢氣(1403)經受重整。離開重整區的熱的合成氣(1501)經過同流換熱器(1500)，在同流換熱器(1500) 中回收顯熱以用於任選的重新使用。冷卻合成氣(1501)在下遊氣體調節(1600)中被任選地精製或清潔。被清潔或精製的氣體在引擎(160 中使用之前可以儲存在適當的容器 (1601)中。通過應用來自等離子體源(1301)或等效物的熱量將來自次級處理單元的殘留物 (1206)和來自氣旋分離器(1400)的任選的微粒(140 在熔化單元中熔化以產生熱的渣產物(125 。熱的渣產物(125 通過渣處理系統(1256)來任選地粒化或以其他方式處理以提供冷卻的渣產物(1257)。通過等離子體源(1301)和輔助的萬能燃燒器(125 將熱量提供至渣區，萬能燃燒器(125 可選地使用合成氣或可選的燃料(1254)。參考圖6，工藝添加劑在各個階段被任選地加入到系統以促進在其中發生的工藝和/或促進將原料(100 中的碳轉化為所需的合成氣產物。工藝添加劑(1004)例如高碳補充原料、蒸汽和/或富碳氣體和/或碳可以在開始工藝之前、在工藝的具體的階段期間 (即，通過在具體單元加入)、在單元之間的接口處被加入到原料中，或被加入到具體單元的產物中。
碳轉化系統還包括調節碳轉化系統的操作的一個或多個控制系統，和任選的相關的單元，相關的單元包括渣粒化單元和/或用於從合成氣回收熱量的熱回收單元。原料適合於與本碳轉化系統一起使用的原料包括各種包含碳的材料。合適的原料的實例包括但不限於，危害的和無害的廢物材料，包括城市固體廢物(MSW)；由工業活動產生的廢物；生物醫學廢物；不適合再循環的含碳材料，包括不可回收的塑料；汙水汙泥；煤；重油；石油焦炭；浙青；重精製殘餘物；煉油廠廢物；烴汙染過的固體；生物質；農業廢物；城市固體廢物；危害的廢物和工業廢物。可用於氣化的生物質的實例包括但不限於，廢木材； 新鮮木材；來自果實的殘餘物、蔬菜和穀物處理；造紙廠殘餘物；稻草；牧草和糞便。本系統可以根據所使用的原料的要求來改裝或修改。例如，當利用較高碳含量的原料時，碳轉化系統可以配置成包括具有比利用較低碳含量的原料的系統所需要的尺寸大的尺寸的次級處理單元。可選擇地，當使用具有高水平的揮發性化合物的原料時，碳轉化系統可以配置成包括在尺寸上比具有較低揮發性含量的原料所需要的初級處理單元大的初級處理單元。本碳轉化系統還可以適合於利用初級原料與一種或多種次級原料的各種混合物。 在該上下文中，次級原料是起到工藝添加劑的作用以調節初級原料的碳含量以便維持最終的合成氣輸出的一致性的原料。例如，當系統利用較低碳含量的初級原料例如生物質或MSW 時，高碳次級原料例如煤或塑料，可以提供作為高碳工藝添加劑以增加原料中碳的比例。可選擇地，當高碳原料(例如煤)是初級原料時，可以提供預期較低碳的次級原料(例如生物質)以抵消高碳含量，如可能需要的。當利用多於一種原料時，可以在通過共同的原料入口將原料引入初級處理單元之前將原料組合，或它們可以通過專用的原料入口各自被分別地引入初級處理單元。如要需要的話，可以對原料進行預處理。例如，原料可以被處理成較小的塊，例如， 通過使原料通過切碎機或其他切割裝置(一次通過或以兩次或更多次通過)，和/或其可以被處理以除去金屬或其他可回收物，例如，通過使原料穿過磁力分離器、渦流分離器、振動篩、氣刀或類似物。在初級原料是MSW的實施方案中，原料可以通過分選來預處理以除去白色貨品、 枝籬、丙烷瓶子和危險的或具有很少的能量電位的其他物品，通過粉碎以降低材料的尺寸， 通過分離黑色金屬，通過除去非鐵材料，通過除去無機物和塑料，或前述的各種組合。碳轉化系統的初級處理單元碳轉化系統的初級處理單元至少提供含碳原料的乾燥和原料中的含碳組分的揮發，由此提供包含炭的經處理原料，經處理原料隨後在次級處理單元被進一步處理。初級處理單元包括一個或多種原料輸入部，並初級處理單元與一種或多種熱源且與次級處理單元以可操作方式相聯。初級處理單元還包括用於使材料移動通過單元的橫向傳送系統。含碳原料經由一個或多種原料輸入部進入初級處理單元並在處理期間通過橫向傳送系統移動通過單元朝向次級處理單元。在本發明的一個實施方案中，初級處理單元包括模塊化橫向傳送系統。模塊化橫向傳送系統包括一個或多個模塊，其中每個模塊具有除了使材料移動通過初級處理單元之外還輸送空氣和/或工藝添加劑(共同地被稱為「工藝氣體」)的能力。
在整個碳轉化系統中，氣化工藝通過順序地促進乾燥、揮發和碳轉化來促進。這通過在空間上擴大氣化工藝使得乾燥在使材料移動到另一個區之前在某些溫度範圍下發生和允許揮發在另一個溫度範圍下發生來完成。然後，經處理原料被轉移到次級處理單元以允許炭至灰分轉化在另一個溫度範圍下發生。初級處理單元包括溫度和工藝添加劑可以被獨立地控制和任選地被優化以促進乾燥和/或揮發的兩個或更多個區。在一個實施方案中，初級處理單元設置有三個或更多個處理區。在處理期間，原料通過原料輸入部被引入鄰近第一端部(下文被稱為「進料端部」)的初級處理單元並從單元的進料端部向與次級處理單元的接合處傳送。當進料材料前進通過初級處理單元時，其損失其質量體積，且當其揮發性部分揮發時，堆高度降低，並將所得到的包括炭的固體材料傳送到次級處理單元，用於進一步處理。在一個實施方案中，初級處理單元具有梯級底板，梯級底板具有多個底板水平或梯級。任選地，每一個底板水平是傾斜的。在一個實施方案中，底板水平在約5至約10度之間傾斜。在一個實施方案中，初級處理單元具有帶有多個底板水平的梯級底板。參考圖20， 梯級上升高度向出口漸進地降低。任選地，適當考慮空氣堵塞的可能性，可以使用傾斜的底板區段以便「延長」初級
處理單元。在一個實施方案中，初級處理單元底板具有向次級處理單元或向進料端部的總斜坡。任選地，單個梯級可以具有實心結構、盒狀結構或分層結構。例如，單個梯級可以是鑄件或可以是分層結構。在分層結構實施方案中，單個梯級可以由金屬和陶瓷的交替層形成。參考圖24，在一個實施方案中，每一個梯級是包括交替的厚金屬層和陶瓷表面層的分層結構。梯級的梯面覆蓋有耐火材料層。每一個金屬層包括一系列氣室，每一個設置有噴嘴，空氣和/或蒸汽可以通過噴嘴水平地注入室的內部。空氣以預先設計的速度和噴射穿透深度注入。提供具有變化的直徑的噴嘴以根據需要允許低穿透、中穿透或高穿透以確保均一的覆蓋。在一個實施方案中，梯級上的移動通過橫向傳送系統來促進，且每一個梯級任選地由獨立控制的橫向傳送單元來服務。對於梯級底板實施方案，滴狀物的數量和尺寸可以選擇為覆蓋長度和停留時間要求。在一個實施方案中，初始可以使用大的滴狀物和相應較短的往復運動的距離，逐漸地以較小的滴狀物和相同的行進距離結束(對應於材料的頂部初始時距水平線接近60度和最後是30度)。滴狀物高度可以選擇為使得實現足夠的混合而沒有不受控制的翻轉。在一個實施方案中，初級處理單元具有傾斜的底板。在一個實施方案中，初級處理單元設置有內部的擋板。初級處理單元的橫向傳送系統在一個實施方案中，初級處理單元包括橫向傳送系統。根據該實施方案，橫向傳送系統包括一個或多個橫向傳送單元。單個橫向傳送單元包括移動元件和導向元件或對準元件或裝置。對本領域技術人員明顯的是，移動元件可以設置有適當的導向接合元件。移動元件可以採取各種配置，包括但不限於，擱板/平臺、推進器動力缸或載體動力缸、犁、螺旋元件、爐排、輸送機或傳送帶。動力缸可以包括單一動力缸或多手指動力缸。在一個實施方案中，動力缸是每一個衝程可以完全縮回的短的動力缸。在一個實施方案中，初級處理單元配置成允許使用單一動力缸或多手指動力缸。在一個實施方案中，當在動力缸的操作期間期望對氣流最小幹擾時，使用多手指動力缸。在多手指動力缸設計中，多手指動力缸可以是整體的結構或動力缸手指附接於動力缸主體的結構，且取決於位置，單個動力缸手指任選地具有不同的寬度。將多手指動力缸設計中的手指之間的間隙選擇為避免反應物材料的微粒橋接。在一個實施方案中，單個手指為約2至約3英寸寬，約0. 5至約1英寸厚，且間隙在約0.5至約2英寸寬之間。 在一個實施方案中，移動元件是「T形的」。在系統在非常高的溫度下操作的某些實施方案中，可以任選地向移動元件提供冷卻。冷卻裝置可以是外部的或可以與移動元件合併。在使用動力缸或擱板的一個實施方案中，可以在動力缸或擱板內提供冷卻。這樣的冷卻可以是通過來自室的外部而在動力缸或擱板內部循環的流體(例如，空氣或水)。在一個實施方案中，移動元件包括具有摺疊臂的犁，摺疊臂當犁被縮回時可以收回。在一個實施方案中，移動元件包括輸送機。在一個實施方案中，移動元件包括傳送帶或鏈紐式輸送機。在一個實施方案中，使用一系列齒輪。參考圖25、圖沈、圖27和圖觀，齒輪橫向傳送單元允許材料在用作熱的反應區的絕緣體的薄的固體殘留物層上方運動。在順時針操作期間，材料被推動。在逆時針操作期間，材料被向後推動並離開室底板且然後允許落下，由此允許重力和動量以使材料向前和向下運動。少量的灰分/炭可以落下(通過輕微地升高圍繞縫的底板來最小化)。這可以任選地被收集和被供應回到初級處理單元(例如，通過使用螺杆)以幫助維持絕緣的灰分層 (如果灰分是熱的，則必需避免與空氣接觸)。在一個實施方案中，移動元件的驅動部件位於元件的外部和可以任選地使用無潤滑油的軸承。移動元件由適合於在高溫下使用的材料構造。這樣的材料是本領域技術人員熟知的且可以包括不鏽鋼、軟鋼或用耐火材料部分地保護的軟鋼或用耐火材料完全保護的軟鋼。移動元件可以任選地具有鑄件或固體結構。任選地，移動元件按尺寸製造為確保各種尺寸和/或形狀的團聚體可以有效地移動。移動元件的導向元件可以位於初級處理單元的內部或在內部安裝。可選擇地，導向元件可以位於初級處理單元的外部或在外部安裝。在導向元件在內部或在內部安裝的實施方案中，橫向傳送系統可以設計為防止卡住或碎屑夾帶。在導向元件位於初級處理單元的外部或在外部安裝的實施方案中，初級處理單元包括至少一個可密封的開口，移動元件可以通過可密封的開口進入初級處理單元。導向元件可以包括位於初級處理單元的側壁的一個或多個導向通道、導向軌跡或軌道、導向槽或導向鏈。導向接合構件可以任選地包括按尺寸製造為可移動地接合導向元件的一個或多個輪子或滾子。在一個實施方案中，導向接合構件是包括適合於沿著導向軌跡的長度滑動的導向板的滑動構件。任選地，導向板還包括至少一個可更換耐磨墊。在一個實施方案中，導向接合元件可以被集成到移動元件。例如，移動元件的表面可以被特別地改裝為接合導向元件。在一個實施方案中，初級處理單元的底板包括軌跡，且與初級處理單元的底板接觸的移動元件被特別地成形為接合軌跡。在一個實施方案中，移動元件的橫向位置僅在移動元件進入初級處理單元的位置處提供，且對準元件確保移動元件被保持為總是成角度地被對準，由此消除對複雜的、精確的導向機構的需要。在一個實施方案中，對準元件是由共同的軸同時驅動的兩條鏈。所述鏈任選地單獨地可調節以利於正確的對準。在一個實施方案中，橫向傳送系統可以是可移動的擱板/平臺，其中材料通過放置在擱板/平臺的頂部而主要地移動通過初級處理單元。材料的一部分還可以由可移動的擱板/平臺的前緣來推動。在一個實施方案中，橫向傳送系統可以是載體動力缸，其中材料通過放置在載體動力缸的頂部而主要地移動通過初級處理單元。材料的一部分還可以由載體動力缸的前緣來推動。在一個實施方案中，橫向傳送系統可以是推進器動力缸，其中材料主要地被推動通過初級處理單元。任選地，動力缸高度基本上與待移動的材料的深度相同。在一個實施方案中，橫向傳送系統可以是一組螺旋輸送機。任選地，螺旋輸送機可以設置在初級處理單元的底板內，由此允許材料移動而不影響空氣引入。 在一個實施方案中，橫向傳送系統是活動爐排。用於推進橫向傳送系統的動力可以由一個或多個電動機和驅動系統提供並由一個或多個致動器控制。單個橫向傳送單元可以任選地由專用的電動機供給動力並具有單個致動器，或一個或多個橫向傳送單元可以由單一電動機供給動力並共享致動器。本領域已知的可以提供橫向傳送系統的精確控制的各種可控制的電動機或機械轉向裝置可以用於推進橫向傳送系統。非限制性實例包括電動機、以合成氣或其他氣體運行的電動機、以蒸汽運行的電動機、以汽油運行的電動機、以柴油運行的電動機和微型渦輪機。在一個實施方案中，電動機是可選擇地以向前或相反方向驅動電動機輸出軸的變速電動機。任選地，滑動離合器可以設置在電動機和電動機輸出軸之間。電動機還可以包括齒輪箱。橫向傳送系統的移動可以由合適的驅動系統來實現，例如，液壓系統、水力動力缸、鏈和鏈輪傳動、或齒條齒輪傳動。將電動機旋轉運動轉換成線性運動的這些方法具有如下優點它們可以以同步的方式應用在單元的每一個側部以協助保持單元對準並由此最小化機構卡住的可能性。在一個實施方案中，每個動力缸使用兩條鏈以保持動力缸成角度對準而不需要精確的導向器。在一個實施方案中，橫向傳送系統包括一個或多個氣動活塞。在一個實施方案中，橫向傳送系統包括一個或多個水力活塞。橫向傳送單元的在外部安裝的部分或部件任選地被罩在未密封的、部分地密封的或密封的外殼或殼體內。外殼還可以包括活動蓋以允許維護。在一個實施方案中，外殼可以具有比初級處理單元的內部高的內壓力。例如通過使用氮氣可以實現較高的內壓力。初級處理單元加熱系統氣化工藝需要熱量。可以直接地通過原料的部分氧化或間接地通過使用本領域已知的一種或多種熱源而進行熱量加入。在本發明的一個實施方案中，初級處理單元包括一種或多種熱源，或與一種或多種熱源以可操作方式相聯。各種合適的熱源是本領域已知的並包括但不限於，熱空氣源、蒸汽源、等離子體源、電加熱器、以及類似物。熱量可以被供應到初級處理單元的一個或多個界定區域，例如，被供應到單元的底板或單元的下部部分，或被供應到整個初級處理單元。 熱源的定位有助於優化在初級處理單元內發生的工藝。例如，定位熱源以將熱量傳送到乾燥區可以幫助優化乾燥工藝。在一個實施方案中，熱源可以是循環熱空氣。可以從例如空氣箱、空氣加熱器或熱交換器或同流換熱器供應熱空氣，所有這些是本領域已知的。在一個實施方案中，通過獨立的空氣進料和分布系統將熱空氣提供到每一個水平。任選地，熱空氣可以被水平地、豎直地或其組合提供。適當的空氣進料和分布系統是本領域已知的並包括用於每一個梯級水平的單獨空氣箱，熱空氣可以從單獨空氣箱穿過每一個梯級水平的底板中的穿孔到達梯級水平或經由用於每一個梯級水平的獨立控制的噴霧
ο在一個實施方案中，每一個底板水平具有沿單個梯級的長度延伸的一個或多個凹槽。凹槽按尺寸製造成容納熱空氣和/或蒸汽管。管在它們的下部三分之一到一半處任選地被穿孔以促進熱空氣或蒸汽在梯級的長度上的均一分布。可選擇地，噴霧器管可以朝向管的頂部被穿孔。在一個實施方案中，穿孔的數量被設計為促進遍及材料的熱量循環。在一個實施方案中，氣流系統被集成為鑄件和模製插入物。在單個梯級是鑄件的實施方案中，氣室可以鑄造成梯級。至氣室的空氣可以由向頭部空間供應熱空氣的熱空氣系統提供。任選地，多個氣室可以提供空氣引入，由此能夠將不同量的空氣注射通過不同的位置以實現均一的和受控的空氣分布。在一個實施方案中，每梯級設置至少三個氣室。在一個實施方案中，通過以預先設計的(和不同的)速度和噴射滲透深度注射實現均一的/不間斷的/無阻的空氣分布而沒有流態化，以防止動力缸行進或由其他方面引起的阻礙。通過變化的噴嘴直徑的低流、中流或高流根據需要允許低滲透、中等滲透或高滲透以更均勻地覆蓋廢物區域。
在一個實施方案中，熱空氣可以是溼潤的熱空氣。在一個實施方案中，熱源可以是循環熱砂。在一個實施方案中，熱源可以是電加熱器或電加熱元件。在一個實施方案中，熱空氣通過空氣箱來提供。在一個實施方案中，熱循環合成氣設置為通過空氣箱。任選地，空氣箱是鑄件和模製的整體插入物。在一個實施方案中，為了降低翹曲，空氣箱可以構造為單獨的、非常重載的固體鋼件，其僅將熱空氣注射入出現不間斷的/無阻的流動的區域中。在一個實施方案中，通過使用隆起的注射口將熱空氣注射輕微地提升到室的底板上方。初級處理單元工藝添加劑輸入部工藝添加劑可以任選地被加入到初級處理單元中以促進將原料有效轉化為廢氣。 添加劑輸入部的定位可以幫助優化在初級處理單元內發生的工藝。例如，將添加劑輸入部定位為將蒸汽和/或空氣遞送至揮發區可以幫助優化揮發工藝。可以使用蒸汽輸入部，例如以確保足夠的游離氧和氫以最大化輸入原料的已分解成分轉化為廢氣和/或非危險的化合物。可以使用空氣輸入部，例如以有助於處理化學平衡以最大化至燃料氣體的次級處理(最小化游離碳)和維持處理溫度同時最小化輸入熱量的成本。任選地，其他添加劑可以用於改進排放物。在一個實施方案中，監測工藝添加劑的加入以確保限制單元中存在的氧量。產生缺氧環境可以有助於防止不期望的二噁英和呋喃的形成。因此，初級處理單元可以包括一種或多個工藝添加劑輸入部。這些包括用於蒸汽注射和/或空氣注射的輸入部。蒸汽輸入部可以定位成例如將蒸汽引導入高溫區域中。空氣輸入部可以定位在例如初級處理單元中並圍繞初級處理單元以確保將工藝添加劑完全覆蓋入處理區中。在一個實施方案中，工藝添加劑輸入部定位成鄰近初級處理單元的底板。在一個實施方案中，定位為鄰近底板的工藝添加劑輸入部是開槽進入耐火材料底板的半管空氣噴霧器。這樣的空氣噴霧器可以設計為易於替換、維修或修改，同時最小化對反應物材料的橫向傳送的幹擾。空氣噴霧器中的氣孔的數量、直徑和放置可以根據系統要求或橫向傳送系統設計來改變。在一個實施方案中，工藝添加劑輸入部被定位在初級處理單元的底板中。這樣的工藝添加劑輸入部設計為最小化由細顆粒導致的堵塞或設置有附加裝置以防止堵塞。任選地，工藝添加劑輸入部可以包括孔的圖案，通過該孔可以加入工藝添加劑。可以使用各種孔圖案，這取決於系統要求或橫向傳送系統設計。在選擇氣孔的圖案時，要考慮的因素包括避免會使床流化的高速度，避免孔太靠近初級處理單元壁和端部，以避免空氣沿著耐火壁的溝流，並確保孔之間的間隔不大於近似標稱的進料粒度O」)以確保可接受的動力學。在一個實施方案中，氣孔圖案布置成使得橫向傳送單元的操作不會干擾空氣穿過氣孔。在使用多手指動力缸的一個實施方案中，氣孔的圖案是使得當加熱氣孔時氣孔在手指(間隙)之間，並且為以彼此偏置的箭頭圖案。可選擇地，氣孔圖案還可以是混合的，其中一些孔未被覆蓋，且其餘的孔被覆蓋，使得空氣的均勻分布被最大化(即，完全沒有空氣輸入的底板區域被最小化)。在一個實施方案中，孔的圖案利於工藝添加劑在大的表面區域上的均勻分布，且對橫向材料傳送具有最小破壞或阻力。在一個實施方案中，工藝添加劑輸入部提供添加劑的擴散的、低速輸入。在熱空氣用於對室進行加熱的實施方案中，可以任選地提供另外的空氣/氧氣注射輸入部。模塊化橫向傳送系統模塊化橫向傳送系統包括一個或多個模塊，其中每個模塊除了使反應物材料移動通過初級處理單元之外還包括遞送工藝氣體的能力。模塊化設計使操作者能夠除去和替換系統的模塊，由此基本上最小化在維修期間所需要的單元停機時間。將每一個模塊配置成用於與初級處理單元的互變(interchangability)。因此，單元包括用於定位模塊的一個或多個插入位置，其中與插入位置中的每一個相聯的是操作耦合系統，操作耦合系統配置成提供具有與系統操作連接的模塊和/或使模塊能夠執行其期望的功能的電源。例如，操作耦合系統可以包括以下連接中的一個或組合，包括電源連接、 工藝添加劑供應連接、空氣供應連接、蒸汽供應連接、控制系統連接、合成氣供應連接以及類似物。根據實施方案，初級處理單元的每一個插入位置可以配置成提供具體的連接組合， 其可以取決於單元的操作和/或在該插入位置插入的模塊。在一些實施方案中，在插入位置提供一組完全連接，且這些連接中的每一個的使用取決於插入該具體的插入位置的模塊的配置。如上所述，每一個模塊配置成除了使材料移動通過初級處理單元之外還遞送工藝氣體。因此，每一個模塊包括模塊橫向傳送系統，其配置成使材料從第一位置移動至第二位置或向第二位置移動。每一個模塊還包括一個或多個模塊工藝氣體供應系統，其中工藝氣體供應系統配置成至少部分地將工藝氣體提供至材料。例如，工藝氣體可以是空氣、工藝添加劑氣體、蒸汽、合成氣或類似物。根據一些實施方案，模塊還包括模塊支撐系統，其配置成支撐模塊橫向傳送系統和模塊工藝氣體供應系統兩者。支撐系統可以另外包括用於與初級處理單元相互連接的機構，模塊可操作地連接初級處理單元。例如，用於相互連接的機構可以配置成基於結構的形狀，其中機構配置成基本上與初級處理單元的插入位置的配置相匹配。在另一個實例中，用於相互連接的機構可以配置成提供鎖定或保持系統，鎖定或保持系統配置成強制地維持模塊在放置入插入位置後相對於插入位置的定位。根據一些實施方案，在將模塊插入初級處理單元的插入位置後，模塊基本上自動地和與單元相聯的操作耦合系統相互連接。例如，操作耦合系統可以因此配置成使得電力供應、工藝氣體供應或其他的一個或多個在插入模塊後基本上自動對準。根據一些實施方案，在模塊和單元的操作耦合系統之間的相互連接需要在它們之間的主動耦合。例如，主動耦合可以由匹配管的連接或電連接來提供。在一些實施方案中，在模塊和初級處理單元的操作耦合系統之間的相互連接是自動耦合和主動耦合的組合。根據實施方案，模塊配置成用於材料在初級處理單元內的橫向傳送和空氣和/或其他工藝添加劑的供應。根據實施方案，模塊被配置成多功能「筒」，其特別地配置成插入初級處理單元的壁。任選地，筒配置成可快速的替換並包括用於使筒部件與單元或系統部件快速連接的系統，單元或系統部件包括例如，熱空氣供應、工藝添加劑供應、動力供應、控制系統以及類似物。根據一些實施方案，模塊包括模塊橫向傳送系統和配置成供應空氣的一個或多個工藝氣體供應系統。在該實施方案中，工藝氣體供應系統配置成一個或多個空氣箱。根據一些實施方案，模塊包括模塊橫向傳送系統和配置成供應一種或多種工藝添加劑的工藝氣體供應系統。根據一些實施方案，模塊包括模塊橫向傳送系統和配置成供應一種或多種工藝添加劑和空氣的工藝氣體供應系統。根據實施方案，初級處理單元的壁適合於在插入位置容納單個模塊，插入位置配置成在壁中設置的用於插入模塊的縫或開口。根據實施方案，當插入多於一個模塊時，初級處理單元的壁可以包括多個縫或開口。任選地，壁中的單個縫或開口可以配置成接收多於一個模塊。在一些實施方案中，初級處理單元配置成使得鄰近筒從單元的相對側插入。根據一些實施方案，假如在壁內的縫或開口不需要插入模塊，那麼可以提供密封壁中的該一個或多個特定的縫的塞子或其他裝置。根據實施方案，在安裝後，一個或多個模塊形成初級處理單元的底板的至少一部分。根據一些實施方案，其中底板配置成梯級底板，模塊中的每一個配置成和定向為以提供梯級底板的單一梯級。在一些實施方案中，單個模塊在安裝時配置成筒並由在其上方的筒部分地覆蓋， 使得單個筒的僅一部分暴露於初級處理單元的內部。插入最高的筒的縫特別地配置成使得筒的僅一部分暴露於單元的內部。筒在安裝時形成梯級底板和任選地形成傾斜的梯級底板以利於材料的移動，同時至少部分地限制未處理的材料翻轉。根據實施方案，密封裝置可以設置在模塊之間和/或在模塊和初級處理單元之間，其中密封裝置配置成防止材料的流出和/或氣體進入和/或離開單元和/或在模塊之間。根據一些實施方案，可以使用高溫密封劑例如耐高溫矽氧烷、耐熱密封墊或其他合適的密封裝置將模塊密封在適當的位置。根據一些實施方案，選擇密封一個或多個模塊的方法， 使得能夠容易拆卸模塊和插入新的或經修理的模塊。根據一些實施方案，通過諸如螺栓、螺釘的各種緊固件中的一種或多種將模塊可逆地固定在適當的位置。任選地，模塊可以由於摩擦而保持在初級處理單元的壁內的所需位置。根據一些實施方案，與初級處理單元的壁相關聯的插入位置可以包括插入/位置對準裝置、連接板和密封件中的一種或多種。根據一些實施方案，初級處理單元可以配置成容納單一形式的模塊，或多個不同形式的模塊。模塊可以具有變化的尺寸和配置且可以特別地適合於所需使用和/或在初級處理單元內的位置和/或單元本身的配置。根據實施方案，模塊配置成提供材料在初級處理單元內的橫向傳送和配置成供應空氣和/或一種或多種其他工藝添加劑。根據這些實施方案，模塊還包括配置成提供模塊結構的支撐框架或系統，以及用於橫向傳送系統和空氣和/或工藝添加劑供應系統兩者的支撐物。模塊還可以包括密封件和/或連接系統和/或絕緣元件，連接系統利於將筒安裝入室壁中並將其固定在適當位置。根據實施方案，模塊的支撐框架可以由各種材料構造，包括軟鋼、高碳鋼、熱處理過的鋼、合金或將對其操作的環境具有至少部分抗性的其他材料。此外，支撐框架可以配置成利於安裝和拆卸，例如，通過包括用於安裝和拆卸過程中使用的工具的切口或附著部位。在一些實施方案中，與模塊相聯的橫向傳送系統配置成在模塊的基部部分的頂部上方運動。在該實施方案中，空氣和/或工藝添加劑可以在模塊的基部部分或在材料堆的底部進入，其中模塊的基部部分形成工藝氣體供應系統的一部分。工藝氣體供應系統因此起到工藝氣體供應系統和反應物堆支撐物或單元底板兩者的作用，且反應物材料通過橫向傳送系統移動穿過工藝氣體供應系統的暴露於單元內部的表面(即，供應表面)。根據實施方案，工藝氣體供應表面是工藝氣體供應系統的頂部表面，工藝氣體的供應表面可以是側部表面、端部表面、傾斜的端部表面或類似表面。根據實施方案，工藝氣體供應系統的配置至少部分地由模塊的橫向傳送系統的配置支配。在一些實施方案中，單個筒包括支撐物/連接元件和功能元件兩者。支撐物/連接元件包括模塊結構和特別地配置成密封初級處理單元的殼的連接的一個或多個連接板。 耐火材料可以設置在模塊結構和連接板之間以降低熱量損失和傳遞至連接板的熱量。一旦被插入，可以使用適當的緊固件來固定模塊。模塊結構包括利於模塊正確插入初級處理單元的壁的對準導向器和允許插入工具以利於插入和拆卸模塊的切口。樽塊橫向傳送.系統每一個模塊包括配置成使材料從第一位置移動至第二位置或向第二位置移動的模塊橫向傳送系統。根據實施方案，模塊橫向傳送系統包括一個或多個移動元件和一個或多個驅動元件。橫向傳送系統任選地包括可以提供用於一個或多個移動元件的移動導向的導向或對準元件。根據一些實施方案，模塊橫向傳送系統還包括配置成與導向元件嚙合的兩個或更多個導向接合元件，並提供在它們之間的基本上可移動的相互連接，由此利於以期望的定向保持一個或多個移動元件，同時實現其所需的移動度。在一些實施方案中，橫向傳送系統和工藝氣體供應系統配置成使得橫向傳送系統的一個或多個移動元件移動穿過工藝氣體供應系統的供應表面。在這樣的實施方案中，一個或多個移動元件可以包括但不限於，擱板/平臺、推進器動力缸、載體動力缸、犁或類似物。根據一些實施方案，一個或多個移動元件可以配置成單一動力缸或多手指動力缸。在一些實施方案中，移動元件配置為動力缸且進一步配置成短的動力缸，該短的動力缸可以配置成對於每一個衝程完全縮回。在一些實施方案中，其包括配置成多手指動力缸設計的一個或多個移動元件，多手指動力缸可以是整體的結構或動力缸手指附接於動力缸主體的結構，且單個動力缸手指任選地具有取決於位置的不同的寬度。在一些實施方案中，其包括被配置成多手指動力缸的一個或多個移動元件，在多手指動力缸的多個手指中的每一個之間存在分隔空間。該分隔空間可以配置成以允許相應的多個手指在初級處理單元的操作期間膨脹。例如，分隔空間可以至少部分地基於初級處理單元的最高操作溫度來確定。根據一些實施方案，移動元件配置成「T形」的移動元件。在一些實施方案中，模塊的橫向傳送系統和工藝氣體供應系統配置成使得移動元件被插入或被嵌入在工藝氣體供應系統的供應表面內。在這樣的實施方案中，一個或多個移動元件可以配置成，但不限於，螺釘元件、一個或多個輪子元件、輸送機元件或類似物。根據實施方案，一個或多個移動元件由適合於在高溫下使用的材料構造。這樣的材料是本領域技術人員熟知的且可以包括不鏽鋼、軟鋼、或部分地用耐火材料保護的軟鋼或完全用耐火材料保護的軟鋼或類似物。一個或多個移動元件可以任選地具有鑄件或固體結構。任選地，一個或多個移動元件按尺寸製造和/或配置成確保各種尺寸的或成形的團聚體可以有效地移動。例如，由於反應物材料的形狀和/或性質變化，一個或多個移動元件配置成移動反應物材料而不管這些變化。根據實施方案，模塊橫向傳送系統包括定位的一個或多個導向元件，其使得它們暴露於初級處理單元的內部。在一些實施方案中，一個或多個導向元件定位為使得它們至少部分地從初級處理單元的內部分離。在導向元件暴露於初級處理單元的內部的實施方案中，橫向傳送系統可以設計為防止卡住或碎屑夾帶。根據一些實施方案，導向元件可以配置成位於筒的側壁的一個或多個導向通道、一個或多個導向軌跡或一個或多個軌道、一個或多個導向槽、一個或多個導向鏈或類似物。根據一些實施方案，模塊橫向傳送系統包括配置成可移動地與導向元件中的一個或多個接合的一個或多個導向接合構件。一個或多個導向接合構件任選地包括按尺寸製造為可移動地接合導向元件的一個或多個輪子或滾子。在一些實施方案中，導向接合構件是包括適合於沿著導向軌跡的長度滑動的滑塊的滑動構件。在一些實施方案中，一個或多個導向接合元件可以與移動元件成整體或與移動元件整體地形成。例如，移動元件的表面可以特別地適合於與一個或多個導向元件中的一個或多個接合。在一些實施方案中，工藝氣體供應系統的供應表面包括軌跡，且與供應表面接觸的一個或多個移動元件被特別地成形為接合該軌跡。根據實施方案，模塊的橫向傳送系統包括多手指載體動力缸、接合元件和驅動系統。單個動力缸手指經由銷或帶肩螺栓而附接於動力缸主體，銷或帶肩螺栓配置成基本上不緊固在單個手指上。動力缸主體連接於驅動接合板，驅動接合板包括平行的齒條，與小齒輪可操作接合以使其移動。在一些實施方案中，單個動力缸手指配置成接合T形或I形的接合元件，該接合元件保持接近空氣箱表面的動力缸手指，使得動力缸在往復移動期間基本上刮空氣箱表面，由此幫助避免渣塊積累。根據一些實施方案，動力缸手指的端部向下彎曲以確保動力缸和空氣箱的相對位置由於例如一個或多個部件的熱膨脹或收縮而變化的情況下，尖端接觸空氣箱的頂部。動力缸手指的該配置還可以減輕由於氣孔被動力缸覆蓋對過程的有害效果，空氣將繼續流過動力缸和空氣箱之間的間隙。根據實施方案，各模塊中包括實現與模塊橫向傳送系統相聯的一個或多個移動元件移動所需的驅動部件。例如驅動部件可以包括鏈傳動、鏈輪傳動、齒條齒輪傳動或其他容易理解的驅動部件配置。根據一些實施方案，驅動部件還包括一個或多個致動器、泵、電動機或用於操作驅動部件的其他機構。根據一些實施方案，相應的驅動部件的操作電力的供應由初級處理單元本身來提供，其中在模塊與初級處理單元的可操作相互連接後，該需要的操作電力可以實現。任選地，在包括多個模塊的配置中，模塊橫向傳送系統中的每一個的操作電力可以由選擇的一個或多個模塊來提供。以該方式，可以降低與一些模塊相聯的成本，因為操作部件不必被集成在其中。根據實施方案，用於使一個或多個移動元件移動的電力由水力活塞來提供。例如，推進一個或多個移動元件的電力由水力活塞來供應，水力活塞可選擇地以向前或相反方向經由旋轉的致動器驅動軸上的一個或多個小齒輪，允許一個或多個移動元件以所需的速率延伸和縮回。在一些實施方案中，使用兩個小齒輪並接合可操作地連接於一個或多個移動元件的相應的平行的齒條。根據一些實施方案，位置傳感器可以定位為檢測關於一個或多個移動元件的位置信息並將該位置信息傳送至控制系統。樽塊工藝氣體供應系統每一個模塊還包括一個或多個模塊工藝氣體供應系統，其中工藝氣體供應系統配置成至少部分地向初級處理單元中的材料提供工藝氣體。例如，工藝氣體可以是空氣、工藝添加劑氣體、蒸汽、合成氣或類似物。根據實施方案，工藝氣體通過與模塊相關的供應表面或在該供應表面處被提供至初級處理單元的內部。工藝氣體供應系統可以配置成僅提供空氣或通過共享的入口或專用的入口提供空氣和/或一種或多種工藝添加劑的組合。根據實施方案，工藝氣體供應系統包括遞送系統，其中遞送系統可以配置成提供空氣和/或一種或多種工藝添加劑的分布供應或較集中的供應。例如分布供應配置可以包括被穿孔或包括一系列孔的供應表面。空氣和/或一種或多種工藝添加劑的更集中的供應可以通過使用一個或多個噴嘴來提供。在一些實施方案中，空氣和/或一種或多種工藝添加劑的注射在供應表面上方輕微地隆起的位置處提供。供應空氣和/或一種或多種工藝添加劑的該定位可以通過使用隆起的輸入部來提供。在一些實施方案中，與工藝氣體供應系統相關的供應表面包括多個穿孔。根據一些實施方案，穿孔的數量可以被優化以提供遍及材料的熱量循環。在一些實施方案中，至單一模塊的空氣供應可以獨立地控制或至兩個或更多個模塊的空氣管可以連接於單一歧管，使得至兩個或更多個模塊的空氣供應被從屬地控制。在其中工藝氣體供應系統包括一個或多個噴嘴的一些實施方案中，噴嘴可以配置成低流量噴嘴、中流量噴嘴或高流量噴嘴。這可以通過改變噴嘴直徑來實現且可以允許待供應的工藝氣體的低滲透、中滲透或高滲透。工藝氣體供應系統的該配置可以配置成更均勻地覆蓋反應物材料位置。在一些實施方案中，與工藝氣體供應系統相關的孔圖案設置成使得橫向傳送單元的操作會干擾穿過孔的工藝氣體。在一些實施方案中，孔的圖案利於一種或多種工藝添加劑或空氣在大的表面區域上的均勻分布，且對橫向材料傳送具有最小破壞或阻力。在其中多手指動力缸用作移動元件的實施方案中，孔的圖案配置成使得被加熱時孔在手指之間(在間隙中)。在一些實施方案中，孔可以配置成彼此偏置的箭頭圖案。在一些實施方案中，孔圖案還可以是混合的，其中一些孔未被覆蓋而其他孔被覆蓋，使得工藝氣體的均勻分布基本上最大化(即，基本上完全沒有工藝氣體輸入的底板區域基本上最小化)。在一些實施方案中，工藝氣體輸入部提供工藝氣體的擴散的、低速度輸入部。在一些實施方案中，提供擴散的低速度輸入部用於工藝添加劑。在一些實施方案中，如果需要的話，工藝氣體供應系統還包括空氣箱、歧管和管件。在一些實施方案中，熱空氣通過空氣箱來提供。在一個實施方案中，循環的熱的合成氣通過空氣箱來提供。任選地，空氣箱是鑄件和模製的整體插入物。功能元件包括一個或多個空氣箱部件和一個或多個橫向傳送部件。在一些實施方案中，空氣箱部件可以包括多個較小的空氣箱或單個大空氣箱。任選地，空氣箱特別地配置成降低扭曲，降低應力相關的失效的風險或空氣箱的縱向彎曲 (buckling)。在一些實施方案中，單個空氣箱由厚的碳鋼構造。在一些實施方案中，為了減少翹曲，空氣箱可以構造為僅將熱空氣注射入出現不間斷的/無阻的流動的區域的獨立的非常重載的鋼固體件。在一些實施方案中，用於空氣箱的穿孔的頂板的材料是滿足整個系統的耐腐蝕要求的合金。例如，如果穿孔的頂部片相對較薄，則可以提供防止彎曲或縱向彎曲的加強肋和結構支撐構件。在一些實施方案中，空氣通過每一個空氣箱的頂部中的氣孔或穿孔在材料堆的底部進入初級處理單元。如果單個模塊包括多個空氣箱，則空氣可以經由連接於空氣管的單一空氣歧管供應至單個空氣箱，空氣管連接至連接板中的熱空氣連接凸緣。熱空氣連接凸緣任選地適合於利於至熱空氣供應的快速連接。在一些實施方案中，為了避免氣孔在處理期間的堵塞，在空氣箱的穿孔頂部中的空氣孔尺寸被選擇為使得其形成限制和因此產生穿過每一個孔的壓降。該壓降可足以防止顆粒進入孔。該孔可以是朝向上部面向外成錐形的，以阻止顆粒在孔中堵塞。此外，橫向傳送單元的移動可以移去堵塞孔的任何材料。在一個實施方案中，參考圖93至圖98，當被安裝時，單個筒部分地被其上方的筒覆蓋，使得單個筒的僅一部分暴露於室的內部。用於插入最頂部的筒的縫特別地配置成使得筒的僅一部分暴露於室的內部。筒在安裝時形成梯級底板和任選地傾斜以促進材料的移動但限制未處理的材料翻轉。參考圖97，在一個實施方案中，單個筒Q000)包括支撐物/連接元件和功能元件兩者。支撐物/連接元件包括筒結構和特別地配置成用於密封室的殼體的連接的連接板 (2005)。耐火材料(未示出)可以設置在筒結構和連接板之間以降低熱量損失和傳送至連接板的熱量。一旦被插入，可以使用適當的緊固件來固定筒。在該闡明的實施方案中，筒結構包括利於筒正確插入室壁的對準導向器O015)和允許插入工具以利於插入和拆卸筒的切口 Q020)。功能元件包括一個或多個空氣箱部件和一個或多個橫向傳送部件。初級處理單元的原料輸入部在一個實施方案中，初級處理單元包括配置成容納具有不同的物理特徵的各種原料的一個或多個原料輸入部，原料中的每一種直接地或間接地供應入初級處理單元。原料輸入部可以任選地與各種進料器系統以可操作方式相聯，各種進料器系統將原料傳送至原料輸入部並由此進入初級處理單元。當初級處理單元包括多於一個原料輸入部時，每一種原料輸入部可以與相同的進料器系統以可操作方式相聯，或原料輸入部可以與多個進料器系統以可操作方式相聯，進料器系統可以是相同類型的進料器系統或可以是不同類型的進料器系統。在一個實施方案中，初級處理單元可以與矩形的進料鬥和水力輔助的動力缸以可操作方式相聯。在該實施方案中，閘門可以任選地安裝在進料槽中以用作在初級處理單元和進料鬥之間的熱障礙物。進料器上的限位開關控制動力缸衝程的長度，使得對於每一個衝程，可以控制供應入初級處理單元的材料量。
在另一個實施方案中，初級處理單元可以設計為容納進料的箱，提供醫院生物醫學類型廢物形式的箱以進行處理。矩形的雙門口將允許箱被供應入初級進料鬥，其中水力動力缸可以將原料輸入初級處理單元。在又一個實施方案中，螺旋推進器與初級處理單元以可操作方式相聯以提供粒狀的廢物材料的進料。例如，螺旋推進器可以液壓方式插入單元中。與初級處理單元以可操作方式相聯的進料器系統的其他實例包括但不限於，旋轉閥和頂部重力進料進料器系統。此外，液體和氣體可以同時地通過它們自己的專用口供應入初級處理單元。在供應至初級處理單元之前，還可以利用進料系統中用於廢物材料的調節工藝。在一個實施方案中，最小化或禁止不受控制的空氣滲漏(通過廢物進料器裝置) 可以通過顯著壓縮進料使得被壓縮的進料充當對抗大範圍空氣滲漏的良好堅固的塞子來完成。還可以提供剪切機密封件。在進料材料是直立滴狀物的實施方案中，初級處理單元可以設置為其能夠阻止鬆散被壓實的材料。因此，在一個實施方案中，初級處理單元包括壓實系統。次級處理單元&熔化單元碳轉化系統的次級處理單元設置為用於除去從初級處理單元接收的經處理原料中的任何殘餘揮發物，和用於將炭轉化為廢氣。次級處理單元與初級處理單元連通並與熔化單元以可操作方式相聯。在一個實施方案中，次級處理單元鄰接熔化單元並定位在熔化單元上方。根據該實施方案，在次級處理單元和熔化單元之間的單元間接合處提供防止固體例如灰分進入熔化室的障礙物。在一個實施方案中，次級處理單元定向為使得其縱軸基本上垂直於初級處理單元的縱軸。例如，初級處理單元定向為使得其基本上相對於地面水平，且次級處理單元定向為使得其基本上垂直於地面。根據該實施方案，熔化單元可以定位為在次級處理單元下方。在一個實施方案中，次級處理單元通過區間區域或區間與熔化單元分開，區間區域或區間任選地包括用於限定或限制材料在兩個單元之間的移動的障礙物，且在一些實施方案中，還可以提供殘餘的基本上無碳的固體材料(即，灰分)至熔渣的初始熔化。次級處理單元還提供經加熱空氣和任選的工藝添加劑例如蒸汽和/或富碳氣體和/或碳的加入，以利於除去任何殘餘揮發物和碳至廢氣的轉化。熔化單元還提供熱量，例如等離子體熱量或等效物，以利於將殘餘的無機材料(例如灰分)完全轉化為玻璃化物質或渣。區間區域或區間還可以包括另外的用於有效傳遞熱量的熱傳遞元件。熔渣材料從熔化單元的熔化單元輸出並進入任選的用於冷卻的渣冷卻子系統。次級處理單元和熔化單元通過順序地促進殘餘的基本上無碳固體的次級處理和熔化來協同促進廢氣和渣的生產。這通過在將殘餘的基本上無碳固體暴露於較高溫度範圍之前允許次級處理在某溫度範圍下發生來完成。次級處理單元和熔化單元因此最小化或消除在熔化中捕集的碳量。在一個實施方案中，碳轉化工藝通過將適當水平的氧氣提供至包括炭的固體殘留物、並將固體殘留物的溫度升高至通過將固體殘留物暴露於次級處理單元的具體環境而將固體殘留物中的碳轉化為廢氣所需要的水平來完成。在例如約1200°C至約1800°C的溫度下的熔渣，可以連續地從熔化單元輸出且其後冷卻以形成固體渣材料。這樣的渣材料可以趨於用於填埋處理或可以進一步分解為聚集體，以用於常規使用。可選擇地，熔渣可以倒入容器中以形成錠、磚瓦或相似的結構材料。所得到的渣材料還可以用作混凝土中的補充固結材料，用於生產輕的聚集體或礦棉，用於製造泡沫玻璃或用於開發包裝材料。因此，熔化單元還可以包括用於將熔渣冷卻至其固體形式的冷卻單元或與該冷卻單元以可操作方式相聯。冷卻單元被適當地設置以提供期望形式的冷卻渣產物。次級處理單元碳轉化工藝通過將包括炭的經處理原料的溫度升高至將經處理原料中的碳轉化為廢氣所需要的水平來完成，通過將經處理原料暴露於次級處理單元的具體的環境(其可以包括適當水平的熱量、空氣、氧氣或蒸汽)而將經處理原料中的碳轉化為廢氣。次級處理單元接收來自初級處理單元的包括炭的經處理原料並與熔化單元連通。 在一個實施方案中，次級處理單元經由區間區域或區間與熔化單元連通。次級處理單元提供有來自適當的源的熱量以提供用於將任何殘餘揮發物和碳轉化為廢氣的所需要的溫度。單元還被設計為確保殘留物高度有效地暴露於熱量以最小化經由廢氣損失的顯熱的量。因此，熱源的位置和定向是在次級處理單元的設計中應考慮的另外的因素。次級處理單元加熱系統碳轉化工藝需要熱量。熱量加入可以通過包括炭的固體殘留物的部分氧化(即， 通過空氣輸入中的氧氣與包括炭的固體殘留物中存在的碳和揮發物的放熱反應)直接發生或間接地通過使用本領域已知的一種或多種熱源來發生。在一個實施方案中，轉化經處理原料中的未反應的碳所需要的熱量(至少部分地)由經加熱空氣來提供，經加熱空氣可以通過例如使用經加熱空氣輸入部而被輸送至次級處理單元。可以從例如空氣箱、空氣加熱器或熱交換器供應熱空氣，所有這些是本領域已知的。在一個實施方案中，熱空氣通過空氣進料和分布系統而供應入次級處理單元中， 空氣進料和分布系統具有鄰近與熔化單元的接合處的輸入部，例如在一些實施方案中鄰近區間區域或區間。適當的空氣進料和分布系統是本領域已知的，並包括空氣箱，熱空氣可以從空氣箱穿過單元的壁中的穿孔或經過空氣噴嘴或噴霧器。如果需要，另外的或補充的加熱可以由本領域已知的一個或多個加熱裝置來提供，加熱裝置包括但不限於，氣體燃燒器、循環熱砂、電加熱器或電加熱元件。在一個實施方案中，另外的熱源可以是循環熱砂。在一個實施方案中，另外的熱源可以是電加熱器或電加熱元件。次級處理單元工藝添加劑輸入部工藝添加劑可以任選地加入到次級處理單元以促進將包括炭的經處理原料有效轉化為廢氣。例如可以使用蒸汽輸入，以確保足夠的游離氧和游離氫以最大化將包括炭的輸入的經處理原料的分解成分轉化為廢氣和/或非危險的化合物。例如可以使用空氣輸入，以幫助處理化學平衡以最大化至燃料氣體的次級處理(最小化游離碳)和維持最佳的處理溫度同時最小化輸入熱量的成本。此外，氧氣和/或臭氧可以任選地通過工藝添加劑口輸入至次級處理單元。任選地，其他添加劑可以用於優化碳轉化工藝和由此改進排放物。任選地，富碳氣體可以用作工藝添加劑。因此，次級處理單元可以包括一種或多種工藝添加劑輸入部。這些包括用於蒸汽注射和/或空氣注射和/或富碳氣體的輸入部。蒸汽輸入部可以定位為將蒸汽導入高溫區域並剛好在其離開初級處理單元之前變為廢氣物質。空氣輸入部可以定位在單元中並圍繞單元以確保將工藝添加劑全部覆蓋在次級處理單元中。在一個實施方案中，工藝添加劑輸入部定位為鄰近區間區域或區間。在一個實施方案中，工藝添加劑輸入部提供添加劑的擴散、低速度輸入部。在熱空氣用於加熱次級處理單元的實施方案中，可以任選地設置另外的空氣/氧氣注射輸入部。區間區域或區間在本發明的一個實施方案中，在次級處理單元和熔化單元之間的接合處被配置成提供區間區域或區間。根據該實施方案，區間區域或區間起到基本上空間上使次級處理單元與熔化單元分開的作用，並通過有效地將熱量轉移至殘餘的固體材料來任選地提供次級處理的殘餘固體材料(例如，灰分)的初始熔化，且將反應物材料堆支撐在次級處理單元中。區間區域或區間還提供在兩個單元之間的管道或連接。區間任選地包括限制或調節材料在次級處理和熔化單元之間的移動的障礙物，例如通過部分地或間歇地堵塞區間，由此阻礙未被轉化的碳過度地遷移入熔體中。障礙物可以任選地包括熱傳遞元件。在一個實施方案中，區間可以基本上鄰接熔化單元。在另一個實施方案中，區間可以通過在兩個單元之間或在一個單元內變窄或限制來提供。在這樣的實施方案中，橋接材料的「穹頂」可以維持次級處理單元材料床免於落入熔化單元中。可選擇地，擋板可以保持材料以免進入熔化單元。在一個實施方案中，固體板擋板用於碳轉化系統的區間區域。根據該實施方案，擋板任選地是可移動的。在一個實施方案中，包括耐火材料板的擋板用於碳轉化系統的區間區域中。在一個實施方案中，熔化單元是偏置的。在區間包括障礙物的本發明實施方案中，障礙物配置成限制或調節材料在次級處理和熔化單元之間的移動，例如，通過部分地或間歇地堵塞區間區域。障礙物安裝在區間區域或區間內且可以具有各種形狀或設計。例如，障礙物可以是平坦結構，或其可以是穹頂形狀的、金字塔形狀的、齒輪形狀的等。可選擇地或此外，障礙物可以包括，例如，爐排、多個球、多個管或其組合。障礙物的形狀和尺寸可以部分地由室的形狀和定向來限定。在一個實施方案中，障礙物配置成提供一個或多個管道，按尺寸製造一個或多個管道以限制材料在次級處理區和渣區之間的流動在一個實施方案中，障礙物包括一系列連通的磚形物，其設置為在鄰近磚形物之間提供管道。在另一個實施方案中，障礙物包括多個管，其設置為在鄰近管之間提供管道。 根據該實施方案，多個管可以定向為基本上垂直於區間的縱軸或可以定向為基本上水平於區間的縱軸。障礙物和任何所需的安裝元件必須能夠有效地在碳回收區的苛刻條件下操作且特別地必須能夠在高溫下操作。因此，障礙物由設計為經得起高溫的材料構造。任選地，障礙物可以是耐火材料內襯的或由固體耐火材料製造。在一個實施方案中，冷卻例如水冷卻可以設置在障礙物內。在一個實施方案中，障礙物包括在頂部和/或底部具有耐火材料內襯的水冷銅(例如，配置成如圖127、圖129、圖 130和圖133A所示的)。在一個實施方案中，障礙物包括多個球，例如諸如陶瓷球。在該實施方案中，障礙物包括齒輪形狀的耐火材料穹頂。在一個實施方案中，障礙物是由楔形狀的安裝磚形物安裝在區間區域的固體耐火材料穹頂。固體耐火材料穹頂按尺寸製造為使得在穹頂的外部邊緣和室的內壁之間存在間隙。任選地，耐火材料穹頂還包括多個孔。孔可以是直立定向的。在一個實施方案中，任選的多個直徑在20至IOOmm之間的氧化鋁或陶瓷球停留在障礙物的頂部以形成床並提供經加熱空氣的擴散，和促進將等離子體熱量傳遞至灰分以初始地將灰分熔化為渣。在該實施方案中，當灰分熔化時，其通過由障礙物提供的管道經過區間區域並進入熔化單元。在一個實施方案中，障礙物包括固體耐火材料磚形物爐排。耐火材料磚形物爐排在單個磚形物之間設置有間隙，以允許經由區間區域在次級處理單元和熔化單元之間的連
ο在一個實施方案中，障礙物包括由安裝在安裝環內的耐火材料內襯的管制造的爐排結構。在一個實施方案中，障礙物包括旋轉活動爐排。任選地，區間區域還可以包括熱傳遞或擴散元件以促進熱量傳遞至灰分。熱傳遞元件是本領域已知的且包括但不限於，球、礫石、磚形物和由適當的材料例如陶瓷、氧化鋁、 耐火材料以及類似物製造的相似結構。在一個實施方案中，熱傳遞元件包括多個直徑在20至IOOmm之間的氧化鋁或陶瓷球，所述球停留在障礙物的頂部以形成床並提供經加熱空氣的擴散，並促進將等離子體熱量傳遞至灰分以初始地將灰分熔化為渣。任選地，障礙物可以是熱傳遞元件或包括熱傳遞元件。任選地，區間區域或區間可以設置有熱源。適當的熱源包括但不限於，空氣風口、 電加熱器、電加熱元件、包括外部氣體或合成氣燃燒器的燃燒器，和包括等離子體噴燈的等離子體熱源。熱源可以放置在區間區域處和/或在次級處理單元/區間區域界面處和/或在區間區域/熔化單元界面處。任選地，通過在區間區域或區間應用等離子體熱量將灰分中殘餘的任何碳轉化為廢氣。因此，區間區域可以包括按尺寸製造以容納各種熱源的入口。熔化單元熔化工藝通過將殘餘的基本上無碳固體材料(灰分)的溫度升高至熔化殘餘殘留物所需要的水平來完成，並發生在熔化單元內、在次級處理單元/熔化單元接合處內、或在系統包括區間的實施方案中在區間中或其各種組合。熔化工藝所需要的熱量由一種或多種熱源提供。該熱量可以直接地應用或間接地經由熱傳遞元件來應用。在一個實施方案中，熱量由一個或多個等離子體熱源來提供。在次級處理之後通過經加熱空氣輸入部，熱量還將用來轉化保留在殘留物中的少量碳。在初級熱源是一個或多個等離子體熱源的實施方案中，如果需要的話，另外的或補充的加熱可以由本領域已知的一個或多個加熱裝置來提供，所述加熱裝置包括但不限於，感應加熱或焦耳加熱。熔化單元設置有熱源，該熱源滿足用於將灰分(直接地或間接地)加熱至使殘餘的固體熔化和均化所需要的水平需要的溫度，以提供處於足以流出溫度的熔渣。任選地，保留在灰分中的任何碳轉化為廢氣(「熔化單元氣體」)。熔化單元還設計為確保在熱源例如等離子體氣體和殘留物或渣之間的高度有效的熱量傳遞，以最小化損失的顯熱的量。因此， 所使用的熱源的類型以及熱源的位置和定向是在熔化單元的設計中應考慮的另外因素。各圖中提供了合適的熔化單元設計的非限制性實例，然而，本領域技術人員應明白，滿足上述要求的其他設計也是可能的並由本發明涵蓋。熔化單元還設計為確保殘留物停留時間足以使殘留物向上達到足夠的溫度以完全熔化殘餘的無機材料並使其均勻。任選地，熔化單元設置有儲器，殘留物累積在儲器中同時被熱源加熱。在一個實施方案中，熔化單元包括儲器，該儲器還允許固體和熔化的材料在熔化工藝期間混合。足夠的停留時間和足夠的混合利於完全熔化和得到所需的渣組分。在某些實施方案中，熔化單元配置成使得其向渣出口成錐形和/或具有傾斜的底板以利於熔渣的排出。在一個實施方案中，熔化單元設計為連續輸出熔渣材料。連續的渣去除允許調節工藝以連續的基礎進行，其中用於熔化的殘留物可以被連續地輸入和處理，而不中斷。連續的渣排出可以使用本領域已知的各種配置或裝置來實現。例如，熔化單元可以配置成使其在熔渣離開單元的出口呈現障礙物，當熔渣的體積達到某水平時該障礙物破裂。在一個實施方案中，連續的渣排出通過使用在一個側部結合到堰的儲器來實現， 堰允許渣池累積直到其超過某水平，在該點，熔渣溢出堰並離開室。在一個實施方案中，連續的渣排出經由單元的側部耐火材料中的溫度控制的(加熱的或冷卻的)插入物來實現。 在該實施方案中，使用制動器或塞子來控制和/或停止離開單元的渣的流動，以阻礙渣通過插入物的流動。由於調節灰分且特別地是熔化可能存在的任何金屬需要非常高的溫度，所以熔化單元的壁和底板可以任選地內襯有將經得起非常苛刻的操作要求的耐火材料。根據許多基準來選擇用於熔化單元的設計的適當的材料，例如在典型的殘留物調節工藝期間將達到的操作溫度、抗熱衝擊性、和耐磨性以及耐侵蝕性/耐腐蝕性(由於在熔化工藝期間生成的熔渣和/或熱氣體所導致)。當選擇用於熔化單元的材料時可以考慮材料的多孔性。各種適當的材料是本領域已知的。熔化單元還可以包括一個或多個口，以容納任選所需的另外的結構元件或儀器。 在一個實施方案中，口可以是任選地包括閉路電視以使操作者完全看見灰分處理的各方面的視口，包括監測形成堵塞的渣出口。室還可以包括允許進入或接近室以便維護和修理的維修口。這樣的口是本領域已知的且可以包括各種尺寸的可密封孔。在一個實施方案中，熔化單元配置成提供上部彎曲的斜坡和下部部分(稱為「圓頂(igloo)」部分)。彎曲的斜坡允許固體材料向下流入熔化單元的圓頂部分。通過一種或多種熱源(例如等離子體噴燈)對來自次級處理單元的灰分和/或渣的作用在該部分產生高溫，且從系統除去渣。還在該圓頂部分生成熱氣體，其在某些實施方案中，可以用於幫助材料在次級處理單元中的轉化。當利用等離子體噴燈時，它們可以是例如，轉移電弧和/或非轉移電弧，或其他高焓等離子體羽流生成裝置。當採用轉移電弧等離子體噴燈時，它可以包括在渣池內(或在底部)的電極。電極可以由各種合適的材料例如石墨製成。在一個實施方案中，通過燃燒器將另外的熱量提供至圓頂部分，燃燒器可以為本領域已知的各種合適的類型(包括，例如，利用固體碳燃料、炭、煤煙、碳黑以及類似物的燃燒器)。在一個實施方案中，使用設計為通常以空氣/合成氣操作的萬能燃燒器作為次級熱源。允許渣池在圓頂部分的底部積累可以幫助使渣組分均勻並在池的底部形成金屬層。例如通過從熔化單元的側部或底部倒出來將渣從圓頂部分除去。單元的基部可以配置成提供放渣孔，放渣孔可以用於除去池內的金屬積累。熔化的金屬可以例如被銷售至再循環器和/或精製機。在由於距熱源的距離導致池的底部不足以熔化的情況下，可以通過放出孔採用吹氧或應用燃燒器以輔助金屬提取工藝。可選擇地，高於正常的等離子體熱量可以用於加速金屬提取工藝。在一個實施方案中，熔化單元配置成提供上部彎曲的斜坡和下部「圓頂，，部分，且還包括在彎曲部分和圓頂部分之間的「門(gate)」，以控制熱氣體至次級處理單元的流動 (和壓力)。任選地，當存在次級處理單元或區間區域的底部時，其配置成提供「穹頂」，「穹頂」 有助於防止次級處理單元中的材料床落入熔化單元中。可選擇地，可以使用橋接材料的「穹頂」。任選地，熔化單元可以用水冷卻以冷卻耐火材料，由此延長耐火材料的壽命，並因此延長整個器皿的壽命。該概念是通過將耐火材料冷卻至渣的熔化溫度以下，器皿的內部可以變成包覆有薄的渣層。此外，如果在耐火材料中存在裂縫或一些耐火材料剝落，則進入的渣將由於較低的溫度而冷卻且減少或停止耐火材料的磨損。在一個實施方案中，熔化單元包括圍繞單元的外部以提供冷卻功能的水冷銅插入物。根據該實施方案，銅件任選地鑄造有一組路徑(例如，諸如通道或管)和鑄造有與水管相連接的連接器。水被泵送通過銅件，且由控制軟體使用金屬內的熱電偶(連同熔化單元中的熱電偶)來改變水流和溫度。可以圍繞熔化單元的渣出口提供另外的冷卻，以調節和/或停止渣離開出口的流動。例如，出口可以包括具有水冷卻通道的銅。因此，渣的流動由銅件的溫度來控制。可選擇地，水冷活塞可以被插入出口。熔化單元的熱源熔化單元採用一個或多個加熱源來轉化由次級處理工藝產生的灰分材料。熱源可以是可移動的、固定的或其組合。在一個實施方案中，熱源是等離子體熱源。根據該實施方案，等離子體熱源可以包括各種商業上可得到的在應用點提供適當地高溫的氣體達持續時間的等離子體噴燈。一般而言，可使用各種尺寸的約IOOkW至超過6MW的輸出功率的等離子體噴燈。等離子體噴燈可以採用合適的工作氣體中的一種或組合。合適的工作氣體的實例包括但不限於，空氣、氬、 氦、氖、氫氣、甲烷、氨、一氧化碳、氧氣、氮氣和二氧化碳。在本發明的一個實施方案中，等離子體加熱裝置連續地操作以便根據需要產生超過約900°C至約1800°C的溫度，用於將殘留材料轉化為惰性的渣產物。在該方面，許多可選擇的等離子體技術適合於使用在熔化單元中。例如，應理解， 使用適當地可選電極材料的轉移電弧和非轉移電弧噴燈(AC和DC兩者)，可以被採用。還應理解，還可以採用電感耦合等離子體噴燈(ICP)。適當的等離子體熱源的選擇在本領域普通技術人員的範圍內。使用轉移電弧噴燈而不是非轉移電弧噴燈可以改進殘留物調節工藝的效率，這是由於它們較高的電-熱效率，以及因為電弧直接地穿過熔體在熱的等離子體氣體和待熔化的材料之間的較高的熱傳遞效率。當使用轉移電弧噴燈時，需要確保熔化單元是電絕緣的， 因為熔化單元外部殼將電連接於電源。在一個實施方案中，熔化單元包括轉移電弧噴燈以隨著電弧從噴燈行進穿過氣體間隙到達渣池和位於池的底部的電極而改進能量(熱量)傳遞。當電弧行進穿過氣體時， 其產生等離子體羽流(類似於非轉移電弧)，但此外，當電弧行進穿過渣池時，池的電阻使電弧加熱渣池。在一個實施方案中，一種或多種熱源包括定位在渣池上方的熔化單元中並朝向池 /電極的轉移電弧等離子體噴燈。任選地，噴燈相對於直立定向不超過15°。在熔化單元具有矩形配置的一個實施方案中，將噴燈安裝在單元的頂部以實現更直立的操作位置。在一個實施方案中，一種或多種熱源包括DC非轉移電弧等離子體噴燈。在一個實施方案中，一種或多種熱源包括石墨等離子體噴燈。在一個實施方案中，一個或多個等離子體熱源定位為優化殘留物材料至惰性的渣的轉化。等離子體熱源的位置根據熔化單元的設計來選擇。例如，當採用單一等離子體熱源時，等離子體熱源可以安裝在單元的頂部和布置在相對於渣池集合在單元的底部的位置， 以確保足夠的熱量暴露以熔化殘留物材料和推動渣流動。在一個實施方案中，等離子體熱源是豎直地安裝在單元的頂部的等離子體噴燈。所有的等離子體熱源對於電力和任選地(當使用可移動的熱源時)位置是可控制的。在一個實施方案中，改變等離子體加熱速率以適應變化的殘留物輸入速率。還可以改變等離子體加熱速率以適應變化的殘留物熔化溫度性質。等離子體熱源可以以操作者的判斷以連續的或不連續的基礎來操作以適應變化的殘留物輸入速率和熔化溫度性質。任選地，熔化單元可以設置有偏轉板以偏轉或導向等離子體熱量。熔化單元的工藝添加劑工藝添加劑可以任選地加入到熔化單元以促進將灰分轉化為渣和任選的熔化單元氣體。可以採用的工藝添加劑的實例包括但不限於，蒸汽、空氣、碳和/或富碳氣體和/ 或富氧氣體和/或包灰。因此，熔化單元可以設置有各種輸入部和/或熔化單元還可以包括用於這些輸入部的許多口。熔化單元的渣輸出部
熔化單元包括一個或多個渣輸出部。渣輸出部包括出口，通過該出口將熔渣排出。 該出口通常位於熔化單元的底部或附近，以促進熔渣池離開單元的重力流動。渣輸出部還可以任選地包括渣冷卻子系統，以促進將熔渣冷卻至其固體形式，如下面所描述的。熔渣在所有處理持續時間期間可以以連續的方式提取。可以對於本領域技術人員明顯的各種方式對熔渣進行冷卻和收集，以形成稠密的不可濾取的固體渣。連續的提取實施方案特別適合於設計為以連續的基礎操作的系統。在一個實施方案中，渣輸出裝置還包括渣冷卻子系統，用於冷卻熔渣以提供固體渣產物。在一個實施方案中，將熔渣倒入驟冷水浴。水浴提供用於冷卻渣並使其粉碎成適合於商業用途的顆粒的有效系統，商業用途例如用於製造混凝土或用於道路建築。水浴還可以提供以覆蓋物形式的對環境的密封，該覆蓋物從渣室的基部向下延伸入水浴，由此提供防止外部氣體進入殘留物調節室的屏障。可以通過輸送機系統從水浴除去固體渣產物。 可選擇地，渣冷卻子系統可以包括噴水器。在渣冷卻子系統的一個實施方案中，熔渣跌入用於冷卻的厚壁鋼接收容器中。在一個實施方案中，熔渣接收在對環境密封的二氧化矽砂床中或接收入模具中以提供適合於小規模處理或適合於測試某些參數(無論何時執行這樣的測試時)的固體渣。小的模具可以在預熱烘箱中被控制冷卻。在渣冷卻子系統的一個實施方案中，將熔渣轉化為商業產品例如玻璃棉。重整單元重整單元包括用於重整在一個或多個其他功能單元內生成的氣體的一個或多個區、促進重整工藝的一個或多個能量源、任選的一個或多個顆粒分離器和任選的一種或多種工藝添加劑輸入部。在重整單元包括一個或多個顆粒分離器的本發明的那些實施方案中，顆粒分離器可以形成重整區的一部分。離開重整單元的合成氣通常包括大部分氮氣、一氧化碳和氫氣，具有較少量的甲烷和其他燃料氣體，很少量(如果有的話)的氧氣，和非常少量的焦油和顆粒。重整單元可以任選地與熱交換器或同流換熱器以可操作方式相聯。在一個實施方案中，重整單元經由形成重整區的一部分的管道與熱交換器或同流換熱器以可操作方式相聯。管道可以配置成使得管道的所有部件定向成與水平成一角度以防止任何殘餘的微粒物質積累在管道的壁上。顆粒分離器在一個實施方案中，通過使用顆粒分離器除去/最小化廢氣中夾帶的微粒物質。 在一個實施方案中，來自碳回收區的廢氣和來自初級處理單元的廢氣穿過氣旋分離器以降低微粒負載。在一些實施方案中，氣旋分離器還促進來自初級處理單元和碳回收區的廢氣的混合，由此改進氣體均勻性。 廢氣內的顆粒可以包括包含微粒物質的碳，該微粒物質可以任選地在次級處理單元/熔化單元中進一步處理或收集用於在其他地方處理和/或處置。
在氣體蒸汽進入重整區之前，使用顆粒分離器從氣體蒸汽除去或減少顆粒，這可以例如減少在重整步驟中由顆粒造成的幹擾，減少對重整單元壁和儀器的磨損，減少重整期間固體顆粒在氣體蒸汽中的渣化，促進重整(當實施時)中催化劑使用，允許較高的氣流通過初級和/或次級處理單元，和/或允許將助熔劑加入次級處理單元中，由此促進具有較低熔點的渣產生和允許加入小粒度的催化劑或緩衝材料(例如，用於降低合成氣中的H2S 的石灰)。適當的顆粒分離器是本領域已知的。氣旋分離器的非限制性實例包括但不限於， 單管氣旋分離器和多管氣旋分離器。本領域技術人員將明白當選擇適當的顆粒分離器時應考慮的因素，這些因素包括捕獲效率、壓降、可用性、單元的複雜性、需要超靜定以及熱量損失。顆粒分離器的尺寸和數量按每系統來確定且通常是在微粒的平均粒度、所需的去除效率、壓降和設備成本之間的折中。在一個實施方案中，為了降低不均勻負載和在一排顆粒分離器或多個分開的顆粒分離器中的所選擇的單個顆粒分離器的過早磨損的風險，將碳轉化系統設計為確保進入氣體充分混合，使得微粒在旋風分離器之間儘可能地均勻分布。在一個實施方案中，在碳轉化系統中採用一排氣旋分離器，該碳轉化系統包括較大的入口氣室，以便使氣體內的微粒在旋風分離器排之前分布均勻，以確保氣體在每一個旋風分離器之間的均勻分布。在一些實施方案中，碳轉化系統包括多個氣旋分離器，例如以排或以多個獨立的氣旋分離器的形式。根據該實施方案，系統可以配置成使得每一個氣旋分離器可以單獨地關閉和/或氣流可以從每一個氣旋分離器轉向。顆粒分離器可以是內部顆粒分離器或外部顆粒分離器。當選定內部顆粒分離器或外部顆粒分離器時的主要考慮事項包括成本、易於維護和通過另外的殼表面區域的熱量損失。在顆粒分離器是外部顆粒分離器的一些實施方案中，碳轉化系統的耐火材料和/ 或絕緣材料特別地適合於降低由於表面區域的增加造成的熱量損失。任選地，當碳轉化系統包括外部的氣旋分離器以降低導致熱氣體/空氣相互作用的外部壁破裂的風險時，碳轉化系統可以包括另外的安全和故障保險系統。當碳轉化系統包括多個顆粒分離器時，它們可以布置為串聯或並聯，或當採用多於兩個顆粒分離器時，碳轉化系統可以包括串聯布置的顆粒分離器和並聯布置的顆粒分離器的組合。在一個實施方案中，碳轉化系統包括順序地除去顆粒的串聯的初級顆粒分離器和次級顆粒分離器。在一個實施方案中，碳轉化系統包括串聯的初級氣旋分離器和次級氣旋分離器。當以串聯設置時，設想初級顆粒分離器將除去較大的顆粒，且次級顆粒分離器將除去較小的顆粒。在這樣的實施方案中，任選地，來自初級顆粒分離器的顆粒可以循環回到次級處理單元/熔化單元，而來自次級顆粒分離器的顆粒被任選地單獨收集，用於進一步處理。在一些實施方案中，碳轉化系統包括串聯的兩個或更多個氣旋分離器。在一些實施方案中，碳轉化系統包括並聯的兩個或更多個氣旋分離器。任選地，在具有初級顆粒分離器和次級顆粒分離器的實施方案中，初級顆粒分離器可以位於內部且次級顆粒分離器可以位於外部。在一個實施方案中，碳轉化系統配置成將來自初級處理單元和次級處理單元以及熔化單元的組合的廢氣提供至顆粒分離器。在一個實施方案中，碳轉化系統配置成使得第一顆粒分離器或一組或排顆粒分離器與初級處理單元和第二顆粒分離器以可操作方式相聯，或一組或排顆粒分離器與次級處理單元和熔化單元以可操作方式相聯，且兩種廢氣流在穿過單獨的顆粒分離器之後組合。 當大部分有問題的顆粒出現在次級處理單元/熔化單元中時，可以根據預期的微粒負載和相應的廢氣流的特徵來按尺寸製造單個顆粒分離器或顆粒分離器排。在一個實施方案中，碳轉化系統包括串聯的多個氣旋分離器(還具有或沒有並聯的氣旋分離器)以改進總微粒去除。在一個實施方案中，碳轉化系統配置成使得初級處理單元和次級處理單元/熔化單元各自與它們自己的獨立的氣旋分離器以可操作方式相聯，其中未處理的廢氣離開每一個氣旋分離器以在重整區之前的最終的氣旋分離器系統中組合。在一個實施方案中，碳轉化系統包括一對或多對氣旋分離器，每一對具有將氣體排入次級氣旋分離器的初級氣旋分離器。根據該實施方案，廢氣進入初級氣旋分離器，在初級氣旋分離器中捕集大部分夾帶的顆粒。初級氣旋分離器的出口排入次級氣旋分離器，次級氣旋分離器攜帶在初級氣旋分離器中逃脫捕集的非常細尺寸的顆粒。在捕集之後，顆粒可以任選地通過重力和低速度氣流的組合被傳送至次級處理單元/熔化單元，用於進一步處理。在氣旋分離器是外部氣旋分離器的一個實施方案中，碳轉化系統配置成使得來自氣旋分離器的顆粒通過管線返回次級處理單元/熔化單元，且具有降低的微粒負載的廢氣通過單獨的管線或管道進入重整區。重整區重整單元包括發生氣體重整工藝的一個或多個區。重整區可以下述形式來提供 室、管、管道或其他合適配置的隔室，該隔室提供用於將一種或多種能量源應用至廢氣以便促進重整工藝的適當區域。重整區可以分布遍及重整單元包括的多於一個隔室，且在某些實施方案中可以包括一個或多個顆粒分離器。重整區接收來自初級和次級處理單元和熔化單元的廢氣、來自一個或多個能量源的能量(例如以熱量的形式)和任選的來自一個或多個工藝添加劑輸入部的工藝添加劑。合適的能量源包括但不限於，等離子體源、熱加熱、等離子體羽流、氫燃燒器、電子束、雷射器、輻射以及類似物。在一些實施方案中，重整與微粒負載降低同時發生。在這樣的實施方案中，重整區包括顆粒分離器，且將能量源例如等離子體噴燈設置為鄰近顆粒分離器的入口或出口或在顆粒分離器內。重整單元可以任選地包括另外的熱源，其向與一種或多種能量源接觸之前的進入重整區的廢氣提供熱量。重整區任選地特別適合於促進湍流、混合和/或漩渦且可以任選地包括促進混合和湍流的裝置。重整區可以採取各種配置，只要產生適當的混合或湍流且維持所需的停留時間。 例如，重整區可以定向為基本上豎直地、基本上水平地或成角度地並具有寬範圍的長度直徑比。在一個實施方案中，重整區是包括第一(上遊)端部和第二(下遊)端部的直的管狀的或文丘裡管狀的區，且被定向在基本上直立的位置或基本上水平的位置。在一個實施方案中，將重整區配置成具有大的長度直徑比。根據該實施方案，能量源的影響區域將包括重整區的橫截面面積的相當大部分，因此最大化重整工藝。噴燈可以沿著流的路徑放置在若干位置。在一個實施方案中，將重整區設置為可以以各種定向結合到碳轉化系統中的管。在一個實施方案中，在可以任選地包括一個或多個彎管的管形隔室中設置重整區。任選地，設置重整區的隔室可以包括內部部件例如擋板，以促進氣體在重整區中的反混和湍流。重整區可以與同流換熱器或熱交換器以可操作方式相聯。在這樣的實施方案中， 將重整區配置成使得同流換熱器可以定位為鄰近需要熱空氣的區域，由此節省氣體至同流換熱器的絕緣管件以及熱空氣至次級處理/熔化單元的絕緣管件。在一個實施方案中，碳轉化系統配置成提供至重整區的旁路。在一個實施方案中，重整區設置在可移動的或可拆卸的隔室中。能量源重整單元包括用於向重整區提供能量以便促進重整工藝的一個或多個能量源。在一個實施方案中，重整區包括一個或多個等離子體源。一個或多個等離子體源可以選自各種類型，包括但不限於非轉移電弧和轉移電弧、交流(AC)和直流(DC)、等離子體噴燈、高頻感應等離子體裝置和電感耦合等離子體噴燈(ICP)。在所有的電弧生成系統中，電弧在陰極和陽極之間被引發。適當的等離子體源的選擇在本領域技術人員範圍內。轉移電弧和非轉移電弧(AC和DC兩者)噴燈可以採用適當地被選擇的電極材料。 本領域已知的適合於電極的材料包括銅、鎢合金、鉿等。電極壽命取決於各種因素，例如電極上的電弧工作區域，這又取決於等離子體噴燈的設計和電極的空間排列。小的電弧工作區域通常在較短的時間內磨損電極，除非電極被設計為通過熱離子發射來冷卻。電極可以在空間上可調節以降低電極之間的間隙中的任何變化，其中變化是電極在它們的壽命期間由於磨損造成的。各種氣體可以用作等離子體噴燈的載體氣體，包括但不限於，空氣、氬、氦、氖、氫氣、甲烷、氨、一氧化碳、氧氣、氮氣、二氧化碳、C2H2和仏禮。載體氣體可以是中性的、還原性的或氧化性的且基於氣體重整工藝的要求和氣體的電離電勢來選擇。選擇適當的載體氣體並理解將載體氣體引入等離子體噴燈的裝置可以影響其效率在本領域普通技術人員範圍內。特定地，不好的載體氣體引入設計可以導致不均一的等離子體羽流，具有熱的和冷的區。在一個實施方案中，氣體重整系統包括一個或多個非轉移的反極性DC等離子體噴燈。在一個實施方案中，氣體重整系統包括一個或多個水冷銅電極，NTAT DC等離子體噴燈。在本發明的一個實施方案中，氣體重整系統包括一個或多個AC等離子體噴燈。AC等離子體噴燈可以是單相或多相(例如，3相)，具有電弧穩定性的相關變化。 可以直接地從常規的實用網絡或從發電機系統向3相AC等離子體噴燈供給電力。還可以使用較高相AC系統(例如，6相)，以及混合的AC/DC噴燈或使用但不限於氫燃燒器、雷射器、電子束槍或其他電離氣體源的其他混合裝置。多相AC等離子體噴燈通常具有較低的電源損失。此外，由於軌炮效應，電弧沿著電極的快速移動可以導致熱負載在電極之間的改進的再分布。該熱負載的再分布連同用於電極的任何冷卻機構一起，允許使用具有相對低的熔點但高的熱導率的電極材料，例如銅
口巫O等離子體源可以包括各種商業上可得到的等離子體噴燈，其在應用點提供適宜高的火焰溫度達持續時間。一般而言，這樣的等離子體噴燈以約IOOkW至超過6MW的輸出功率的規格可使用。在一個實施方案中，等離子體噴燈是兩個300kW的等離子體噴燈，每一個等離子體噴燈以需要的(部分的)容量操作。在本發明的一個實施方案中，重整區的能量源包括氫燃燒器，其中氧氣和氫氣反應以形成超高溫蒸汽(> 1200°C )。在這些高溫下，蒸汽可以電離形式存在，這增強氣體重整工藝。氫燃燒器可以連同其他能量源例如等離子體噴燈一起操作。活性氫物質具有反應性物質和廣泛的蒸汽裂化的快速分散的益處，反應性物質和廣泛的蒸汽裂化兩者導致初始的氣體在比用等離子體實現的更低溫度下高的轉化率。氫燃燒器的氫氣可以通過電解來獲得。氧源可以是純的氧氣或空氣。還可以使用其他氫源和氧源，如本領域技術人員容易獲知的。燃燒器的設計可以利用標準建模工具，例如，基於計算流體動力學(CFD)的工具。燃燒器還可以修改和按尺寸製造為適合氣體重整系統的要求，考慮各種因素，包括但不限於用於重整的氣體的量、室幾何形狀等。在本發明的一個實施方案中，氫燃燒器包括圓柱形噴嘴主體，具有分別地耦合於主體的上部端部和下部端部並界定主體中的預定的環形空間S的上部蓋和下部蓋。氣體供應管連接於主體的側壁，使得管向下從側壁傾斜。上部蓋可以與主體集成為單一結構，並設置有具有足以利於消散熱量的厚度的熱傳遞部件。將氫氣排至大氣的多個噴嘴孔通過熱傳遞部件形成，且在熱傳遞部件的上表面上形成的暴露凹部與每一個噴嘴孔連通。氣流室也被界定在主體中使得空氣穿過室。導向突出部在空間的內表面上形成以在空間中將氫氣流導向至所需的方向。此外，環形空間S的與噴嘴孔的下部端部連通的上部端部，配置成穹頂形狀，因此限定拱狀導向器以將氫氣體導向至孔。氫燃燒器在較低溫度下操作且通常混合氫氣與空氣。它們還可以使用在顯著更高溫度下運行的氧-氫混合物。該更高的溫度可以放出更多的自由基和離子；其還將使氣體與烴蒸氣和甲烷高度反應。在本發明的一個實施方案中，氫燃燒器用作可以加速氣態烴重整為合成氣的高溫化學自由基源。氫燃燒器用氧化劑來操作，且空氣和氧氣是兩個常規的選擇。本領域技術人員應理解氫氣和所需要的氧化劑的相對比例。除了生成高溫自由基之外，氫燃燒器還生成可控制的量的蒸汽。通常，氫燃燒器可以類似於等離子體噴燈的效率供給動力。電子束槍還可以起到重整區的能量源的作用。電子束槍通過諸如熱離子發射、光電陰極和冷發射的發射機理、通過使用純粹的靜電場或使用磁場來聚焦和通過許多電極， 產生具有基本上精確的動能的電子束。通過向原子增加電子或從原子除去電子，電子束槍可以用於電離顆粒。本領域技術人員容易獲知，這樣的電子電離過程已經用在質譜法中以電離氣態顆粒。電子束槍的設計是本領域容易獲知的。例如，DC、靜電熱離子電子槍由若干部件形成，所述部件包括熱陰極，其被加熱以經由熱離子發射產生電子流；電極，其產生電場以聚焦束，例如文納爾圓筒；和一個或多個陽極電極，其加速電子且進一步聚焦電子。對於在陰極和陽極之間的較大的電壓差，電子經歷較高的加速度。被放置在陽極和陰極之間的排斥環(impulsive ring)將電子聚焦在陽極上的小斑點上。小斑點可以設計為孔，在該情況下，電子束在達到被稱為集電極的第二陽極之前被校準。電離輻射還可以起到重整區的能量源的作用。電離輻射是指可以電離原子或分子的高能粒子或波。電離能力是輻射的單個包(電磁輻射的光子)的能量的函數。電離輻射的實例是高能β粒子、中子和α粒子。電磁輻射電離原子或分子的能力在整個電磁波譜中不同。X射線和Y射線將電離幾乎任何分子或原子；遠紫外光將電離許多原子和分子；近紫外光和可見光將電離非常少的分子。適當的電離輻射源是本領域已知的。通過利用由工藝生成的任何熱量還可以降低維持重整工藝所需要的外部能量。離開重整區的氣體中存在的顯熱可以使用熱交換器來捕集，並被循環以增強工藝的外部效率。對於本領域技術人員明顯的是，還可以使用基於熱能或雷射器的其他能量源。促進重整區中的混合和/或湍流在一些實施方案中，重整單元還包括設計和配置成基本上增強提供至重整區的氣體的混合和/或湍流的裝置。在一個實施方案中，重整單元包括工藝添加劑入口，將工藝添加劑入口的噴嘴的位置和定位布置為增加重整區內的湍流和混合。在一個實施方案中，重整單元包括配置成誘導重整區內的湍流和因此混合的一個或多個擋板。不同的擋板布置是本領域已知的且包括但不限於，橫杆擋板、橋壁擋板、扼流圈擋板布置以及類似物。擋板還可以定位在初始氣體入口處或附近以確保初始氣體具有更均一的組成和/或溫度，並適當地與工藝添加劑混合。參考圖77Α-Β，湍流可以在能量源之前或之後發生。圖78C示出用於產生湍流的裝置的三個示例性的實施方案(i)無源柵格；(ii)利用旋轉軸的活動柵格；和(iii)剪切發電機。圖79和圖80示出用於生成湍流的裝置的另外的示例性的實施方案。在一個實施方案中，能量源的定位有助於在重整區之前或在重整區內的混合。在一個實施方案中，兩個等離子體噴燈成切線地定位以產生與空氣和/或氧輸入部產生的漩渦方向相同的漩渦方向。在本發明的一個實施方案中，兩個等離子體噴燈沿著重整區隔室的圓周定位在直徑位置。工藝添加劑輸入部的布置基於各種因素，包括但不限於重整區隔室的設計、所需的流量、噴射速度、穿透和混合。本文涵蓋工藝添加劑口和能量源口的各種布置。例如，氧輸入部或口、蒸汽輸入部或口和能量源口可以布置在圍繞重整區隔室的圓周的層中，允許切線注射和分層注射。在一個實施方案中，提供布置在圍繞重整區隔室的圓周的三個層中的九個氧源口。在一個實施方案中，提供布置在圍繞重整區隔室的圓周的兩個層並在直徑方向定位的兩個蒸汽輸入口。在空氣和/或氧輸入口布置在層中的實施方案中，它們可以布置為最大化混合效果。在本發明的一個實施方案中，空氣和/或氧輸入口成切線地定位，因此允許下部水平輸入口預混合氣體，噴燈使其變熱，並在氣體中開始漩渦運動。上部水平空氣輸入口可以加速漩渦運動，由此允許發展和持續再循環渦旋模式。根據一個實施方案，待處理的氣體成切線地進入重整區，導致漩渦的形成。實施方
4案還示出成形和定位為增強氣流與能量源的暴露的示例性的氣體操縱器。在一個實施方案中，最低水平的空氣輸入口由預混合進入重整區的氣體的四個噴射器組成。其他上部兩個水平的空氣噴嘴提供主要的動量和氧氣，以混合氣體將並氣體加熱至需要的溫度。蒸汽輸入部或口的布置在數量、水平、定向和角度方面是靈活的。氧和/或蒸汽輸入口還可以定位為使得它們將氧氣和蒸汽以與重整區隔室的內壁成一角度注射入重整區隔室中，該角度促進氣體的湍流或漩渦。基於隔室直徑和所設計的空氣輸入口流量和速度，角度被選擇為實現足夠的噴射穿透。角度可以在約50°和70° 之間變化。空氣輸入口可以布置為使得它們在相同的平面，或布置在相繼的平面。在一個實施方案中，空氣輸入口布置在下部水平和上部水平。在一個實施方案中，下部水平有四個空氣輸入口，且上部水平有另外六個空氣輸入口，其中三個輸入口輕微地高於其他三個以產生交叉噴射混合效果。任選地，空氣可以成角度地吹入重整區隔室，使得空氣引起穿過隔室的氣體的旋轉或旋風運動。氣體激勵源(例如，等離子體噴燈)可以是成角度的以提供蒸汽的進一步旋轉。在本發明的一個實施方案中，空氣和/或氧和/或蒸汽輸入部包括耐高溫噴嘴或噴射器。適當的空氣噴嘴是本領域已知的且可以包括商業上可得到的類型，例如圖81中示出的A型噴嘴和B型噴嘴。噴嘴可以具有單一類型或不同的類型。噴嘴的類型可以基於功能要求來選擇，例如A型噴嘴用於改變空氣流的方向，用於產生所需的漩渦，且B型噴嘴用於產生高速度的空氣流以實現某些穿透和最大的混合。噴嘴可以設計為以所需的角度引導空氣。在一個實施方案中，空氣噴射器成切線地定位。在一個實施方案中，成角度的噴吹通過在輸入噴嘴的末端具有偏轉板來實現，因此允許入口管和凸緣與室成直角。在本發明的一個實施方案中，一個或多個空氣噴射器(例如，空氣漩渦噴射器)定位為在初始氣體入口處或附近以將少量空氣注射入初始氣體中並利用注入的空氣速度在初始氣流中產生漩渦運動。基於所設計的空氣流量和離開速度，空氣漩渦噴射器的數量可以設計為提供基本上最大的漩渦，使得射流可以穿透重整區隔室的中心。任選的工藝添加劑重整單元可以任選地包括配置成將工藝添加劑例如氧源、二氧化碳、其他烴或另外的氣體提供給重整區的一個或多個工藝添加劑口。本領域已知的氧源包括但不限於本領域技術人員容易理解的氧氣、富氧空氣、空氣、氧化介質、蒸汽和其他氧源。在一個實施方案中，重整單元包括用於空氣和/或氧輸入部的一個或多個口和任選的用於蒸汽輸入部的一個或多個口。還可以無需專用於工藝添加劑例如空氣、蒸汽和其他氣體的注射的入口就實現任選的工藝添加劑加入。在本發明的一個實施方案中，可以將工藝添加劑加入到廢氣源。還可以通過能量源將工藝添加劑加入到重整區，例如當能量源是等離子體噴燈時。任選地，可以提供口或入口以使得可以將不符合品質標準的合成氣重新循環到重整區以用於進一步處理。這樣的口或入口可以各種角度和/或位置定位，以促進材料在重整區內的湍流混合。
可以包括一個或多個口以便允許測量工藝溫度、壓力、氣體組成和感興趣的其他條件。任選地，提供塞、蓋、閥和/或門以便密封重整單元中的一個或多個口或入口。適當的塞、蓋、閥和/或門是本領域已知的，且可以包括手動操作或自動操作的那些。口還可以包括適當的密封件例如密封蓋。任選的催化劑重整區可以任選地包括一種或多種催化劑。如本領域已知的，催化劑通過減少達到均衡所需要的時間增加化學反應的速率。在重整區中使用適當的催化劑可以通過提供交替的反應路徑來減少重整工藝所需要的能量水平。由催化劑提供的確切路徑將依賴於所使用的催化劑。一般而言，在重整區中使用催化劑的可行性依賴於它們的壽命。催化劑的壽命可以因『中毒』(即，由於氣體中的雜質引起的它們的催化能力的降級)而縮短。在本發明的一個實施方案中，重整區包括有效地降低重整所需要的能量閥值的催化劑。催化劑可以定位在能量源的上遊或下遊的位置，或可以位於能量源的路徑中。在一個實施方案中，包括定位在能量源之前和/或之後的催化劑。 重整單元可以配置成允許容易替換重整區中的催化劑。例如，可以以安裝在滑動機構上的床的形式提供催化劑。滑動機構允許容易除去和替換催化劑床。所選擇的催化劑的催化能力將還取決於操作溫度。各種催化劑的適當的操作溫度範圍是本領域已知的。重整單元可以合併足夠的冷卻機構以便確保將催化劑維持在它們的最佳的操作溫度範圍內。可以加入添加劑例如蒸汽、水、空氣、氧氣或再循環重整氣體，以便幫助增加或降低催化劑附近的溫度。本領域技術人員將理解，被選擇為控制溫度的具體添加劑將取決於催化劑的位置和該區中的氣體溫度。催化劑表面的不規則性以及在大的有機分子和表面之間的良好接觸將增加重整成較小的分子例如H2和CO的機會。可以使用的催化劑包括但不限於橄欖石、經煅燒的橄欖石、白雲石、氧化鎳、氧化鋅和炭。橄欖石中鐵和鎂的氧化物的存在賦予其重整較長的烴分子的能力。本領域技術人員將理解選擇在該系統的氣體環境中不會快速降級的催化劑。非金屬催化劑和金屬催化劑兩者都可以用來增強重整工藝。經煅燒形式的白雲石是最廣泛使用的用於重整來自生物質氣化工藝的氣體的非金屬催化劑。它們相對廉價，且被認為可清理。當與蒸汽一起操作白雲石時，催化效率是高的。並且，最佳的溫度範圍是在約800°C和約900°C之間。白雲石的催化活性和物理性質在較高溫度下降級。白雲石是通用化學式為CaMg(CO3)2的鈣鎂礦石，其包含按重量計 20% MgO、 30% CaO和 45% CO2，且具有其他較少的礦物雜質。白雲石的煅燒涉及碳酸酯礦物的分解，消除了(X)2以便形成MgO-CaO。完全的白雲石煅燒出現在相當高的溫度，且通常在 800oC -900°C下執行。因此，白雲石的煅燒溫度限制了將該催化劑有效用於這些相對高的溫度。另一種天然存在的礦物橄欖石也被證明具有與經煅燒的白雲石的催化活性相似的催化活性。橄欖石通常比經煅燒的白雲石更加穩定。可以使用的其他催化材料包括但不限於碳酸酯巖石、含白雲石的石灰石和碳化矽 (SiC)。
炭可以在較低溫度下充當催化劑。在本發明的一個實施方案中，重整區可操作地連接到初級處理單元，且將所產生的至少部分炭移動到重整區以用作催化劑。對於將炭用作催化劑的實施方案，催化劑床通常放置在能量源之前。合成氣出口重整單元包括一個或多個合成氣出口或口以便將合成氣從重整區傳送到下遊處理或儲存。在一個實施方案中，重整單元包括位於重整區的下遊端部處或其附近的用於合成氣的一個或多個出口。出口可以包括開口，或者可選擇地可以包括控制離開重整區的合成氣的流量的裝置。在一個實施方案中，出口包括重整區的開放的第二(下遊)端部。在一個實施方案中，出口包括位於重整區的關閉的第二(下遊)端部中的一個或多個開口。在一個實施方案中，出口包括第二(下遊)端部附近的重整區的壁中的開口。任選的熱量回收裝置可以從合成氣回收熱量並將其用於各種目的，包括但不限於加熱工藝中的工藝添加劑(例如，空氣、蒸汽)和/或在組合的循環系統中生成電力。所回收的電力可以用於驅動氣體重整工藝，由此減少當地電力消耗的費用。在本發明的一個實施方案中，將從合成氣回收的熱量供應給次級處理單元和/或熔化單元。熱交換器可以與任選地配置成最小化能量消耗和最大化能量生產/回收的控制系統協同操作，以便獲得增強的效率。在本發明的一個實施方案中，氣體-流體熱交換器用於將熱量從合成氣傳遞到流體，得到經加熱的流體和冷卻氣體。熱交換器包括用於將合成氣和流體傳遞到熱交換器以及從熱交換器傳遞合成氣和流體的裝置(例如，管道系統)。合適的流體包括但不限於空氣、水、油或另一種氣體例如氮氣或二氧化碳。管道系統可以任選地採用適當地定位為管理合成氣和流體的流速的一個或多個調整器(例如，鼓風機)。這些管道系統可以設計為最小化熱量損失以便增強可從合成氣回收的顯熱的量。可以最小化熱量損失，例如，通過圍繞管道使用包括本領域已知的絕緣材料的絕緣屏障，和/或通過減少管道的表面區域。 在本發明的一個實施方案中，氣體-流體熱交換器是氣體-空氣熱交換器，其中熱量從合成氣轉移到空氣以便產生經加熱空氣。在本發明的一個實施方案中，氣體-流體熱交換器是熱回收蒸汽發生器，其中熱量轉移到水以便產生經加熱的水或蒸汽。可以使用不同類別的熱交換器，包括可以是直的單程設計和U管多程設計的殼熱交換器和管熱交換器，以及板型熱交換器。適當的熱交換器的選擇是在本領域的普通技術人員的知識範圍內。由於空氣輸入溫度和熱的合成氣中的顯著差異，氣體-空氣熱交換器中的每一個管任選地具有單獨的膨脹波紋管以避免管斷裂。在單個管變得堵塞且因此不再隨著管束剩餘部分膨脹/收縮的場合可出現管斷裂。在空氣壓力大於合成氣壓力的那些實施方案中， 由於空氣進入氣體混合物引起的問題，管斷裂導致高的危險。在回收氣體-流體熱交換器中的熱量之後，冷卻合成氣可以仍然包含對系統的更下遊來說太多的熱量。選擇適當的系統以便在調節之前進一步冷卻合成氣是在本領域技術人員的知識範圍內。在一個實施方案中，熱的合成氣通過氣體-空氣熱交換器以產生部分冷卻的合成氣和經加熱的交換空氣。至熱交換器的空氣輸入可以由工藝空氣鼓風機來供應。部分冷卻的合成氣經受乾燥驟冷步驟，其中受控量的霧化水的加入產生進一步冷卻的合成氣。還可以使用溼式、乾式或混合冷卻系統來實現合成氣的冷卻。溼式或乾式冷卻系統可以是直接的或間接的。適當的冷卻系統是本領域已知的，且本領域技術人員考慮到系統要求將能夠選擇適當的系統。在一個實施方案中，冷卻系統是溼式冷卻系統。溼式冷卻系統可以是直接的或間接的。在利用間接的溼式冷卻的冷卻系統中，提供吸收來自合成氣的熱量的循環冷卻水系統。通過經由一個或多個冷卻塔蒸發將熱量排出到大氣。可選擇地，為了便於水節約，冷凝水蒸汽並在閉環中將其返回到系統。在一個實施方案中，冷卻系統是乾式冷卻系統。乾式冷卻系統可以是直接的或間接的。在一個實施方案中，乾式冷卻系統是通風乾式冷卻系統。雖然，乾式冷卻將適度地增加了該設施的成本，但這在具有有限水供應的地區是優選的。在一個實施方案中，合成氣冷卻器是輻射氣體冷卻器。各種輻射氣體冷卻器是本領域已知的，且包括在美國專利申請No. 20070119577和美國專利No. 5，233，943中所公開的內容中。還可以通過在蒸發器例如淬火器中的直接水蒸發來冷卻合成氣。還可以通過適當定位的入口將冷卻的合成氣再循環到氣體重整單元以便與新近產生的合成氣混合來降低合成氣的離開溫度。控制系統可以提供控制系統以便控制在本文所公開的系統和/或一個或多個功能單元中實施或由其實施的一個或多個工藝，和/或提供本文預期的一個或多個工藝裝置的控制以便影響這樣的工藝。一般而言，控制系統可以可操作地控制各種局部的和/或區域性的工藝，這些工藝與給定系統、功能單元或其部件相關，和/或與在本發明的各種實施方案可以在其中操作或與之協同操作的系統例如氣化系統內實施的一個或多個全局性的工藝相關， 且由此將其各種控制參數調整為適合於影響這些工藝以便得到所定義的結果。各種感測元件和響應元件可以因此分布為遍及整個受控系統和/或一個或多個受控的功能單元，或者與其一個或多個部件相關，且用於獲得各種工藝、反應物和/或產物特徵，且如果需要則產生或確定有助於實現所需的結果的一個或多個調節，且通過經由一個或多個可控制的工藝裝置在一個或多個正在進行的工藝中實現變化來響應。—般而言，控制系統包括一個或多個計算平臺，這些計算平臺配置成容納一個或多個信號，該信號指示與整個系統或其功能單元中的一個或多個的操作相關的一個或多個特徵。特徵可以指示在系統、一個或多個功能單元或兩者內實施的一個或多個工藝；到系統或一個或多個功能單元或兩者的一個或多個輸入部；或由系統或一個或多個功能單元或兩者生成的一個或多個輸出。容易理解的是，可以以整個系統級或功能單元級考慮輸入部。 此外，輸出可以指示在整個系統內的功能單元之間轉移的某種事物，例如，氣體、固體、半固體、液體或其他產物或其組合，或者輸出可以指示例如離開系統的某種事物。控制系統還配置成確定至少部分地從結合一個或多個控制環或控制方案的一個或多個輸入信號導出的一個或多個工藝控制參數。一個或多個控制環或控制方案中的每一個提供系統或一個或多個功能單元所需操作水平的參數化水平。由控制系統生成的工藝控制參數可以至少部分地用於控制被配置成調節系統或一個或多個功能單元的操作的一個或多個方面的一個或多個響應元件。在一些實施方案中，控制系統包括例如一個或多個感測元件，用於感測與系統、一個或多個功能單元、其中實施的工藝、為其提供的輸入和/或由此生成的輸出相關的一個或多個特徵。一個或多個計算平臺可通信地連接到這些感測元件以便訪問代表所感測的特徵的特徵值，且配置成將特徵值與被定義為將這些特徵表徵為適用於所選擇的操作結果和 /或下遊結果的預定範圍的這樣的值進行比較，並計算有助於將特徵值維持在該預定的範圍的一個或多個工藝控制參數。多個響應元件可以因此可操作地連接到操作為影響系統和 /或一個或多個功能單元、工藝、輸入和/或輸出且由此調節所感測的特徵的一個或多個工藝裝置，並且可通信地連接到計算平臺以便訪問所計算的工藝控制參數且據此操作工藝裝置。根據一些實施方案，整個系統包括四個或更多個功能單元，其中每個功能單元包括一個或多個區。在該實施方案中，控制系統配置成捕獲有關和整個系統相關的一個或多個特徵的信息，且如果需要則確定對整個系統的操作條件的一個或多個修改，以便在四個或更多個功能單元中的每一個中開發出相應的所需的一個或多個區。以該方式，控制系統可以提供操作條件的該開發、創建、維護或調節，以便確保在四個或更多個功能單元中的每一個中提供所需要的一個或多個區。例如，整個系統的操作條件連同與其結構配置(例如包括添加劑輸入位置)相聯的四個或更多個功能單元一起，允許在四個或更多個功能單元中的每一個內形成和/或維護和/或修改所需的區。在一些實施方案中，四個或更多個功能單元中的每一個包括相關的控制子系統， 其中這些控制子系統可通信地連接以使得這些控制子系統中的每一個的單個操作至少部分地受到全局控制系統的控制，由此提供允許至少部分基於與另一功能單元相關確定的特徵修改第一功能單元操作特徵的裝置。以該方式，全局控制系統可以允許對準整個系統的所需的功能性。在一些實施方案中，控制系統配置成提供整個氣化系統的操作條件的實時控制。 在一些實施方案中，控制系統配置成提供整個氣化系統的操作條件的準時制控制。在一些實施方案中，控制系統配置成提供整個氣化系統的操作條件的準時制控制和實時控制的組合。例如，控制系統的配置包括全局控制系統和一個或多個控制子系統，一個或多個控制子系統中的每一個配置成用於控制整個氣化系統的一部分，例如功能單元， 或特定的功能單元中的特定的區，或類似物。在該實例中，控制子系統中的一個或多個可以配置成提供相應的功能單元或特定的功能單元中的特定的區的基本上實時的控制，且整個控制系統配置成提供整個氣化系統的準時制全面控制。可以容易地理解，可以以多種配置提供控制系統的配置和操作定時，且這些配置可以取決於例如所需控制的複雜度、所需控制的水平、由氣化系統執行的一個或多個工藝的可接受性範圍，對一個或多個工藝的修改的敏感度以及類似物。在一個實施方案中，控制系統提供與含碳原料轉化為氣體相關的系統、一個或多個功能單元、工藝、輸入和/或輸出的反饋、前饋和/或預測性控制，以便促進相對於其實施的一個或多個工藝的效率。例如，可以評估各種工藝特徵，且可以可控制地調節各種工藝特徵以便影響這些工藝，各種工藝特徵可以包括但不限於，加熱值和/或原料的組成、合成氣的特徵(例如，加熱值、溫度、壓力、流量、組成、碳含量等)、對這些特徵所允許的變化程度以及輸入成本對輸出值之比。在一些實施方案中，可以根據設計和/或下遊規範估定和修改一個或多個工藝相關的特徵來執行對各種控制參數的連續和/或實時調節，各種控制參數可以包括但不限於熱源功率、添加劑進料速率(例如，氧、氧化劑、蒸汽等)、原料進料速率(例如，一個或多個獨特的和/或混合進料)、氣體和/或系統壓力/流量調節器(例如，鼓風機、釋放閥和/或控制閥、錐形孔等)以及類似物，在利用純粹前饋控制的系統和/或一個或多個功能單元中，與系統和/或一個或多個功能單元相關的以所測量的幹擾的形式的環境中的變化，產生預先定義的響應。相反， 利用反饋控制的系統和/或一個或多個功能單元允許維護系統和/或一個或多個功能單元所需的狀態。因此，取決於系統和/或一個或多個功能單元的建模或操作參數化的的精度水平，反饋控制可以不具有前饋控制的穩定性水平問題。根據實施方案，當滿足以下先決條件時，前饋控制可以是及時有效的幹擾必須可測量，對系統的輸出的幹擾的效果必須是已知的，且幹擾影響輸出所需要的時間比前饋控制影響輸出所需要的時間長。前饋控制可以較快響應已知的和可測量的幹擾種類，然而在新的幹擾稍微持續時，它可能是不適當的控制機構。相反，反饋控制可以提供對偏離所需的系統和/或功能單元行為的一個或多個偏差的一種水平的控制。然而，反饋控制需要來自系統或一個或多個功能單元的一個或多個測量的變量(輸出)以便對幹擾做出反應，從而確定偏差。在識別偏差之後，反饋控制系統可以提供對系統和/或一個或多個功能單元的操作的一個或多個特徵的修改，以便將系統和/或一個或多個功能單元的操作移回到所需的水平。前饋控制和反饋控制不是互斥排他的。在一些實施方案中，控制系統包括前饋控制配置和反饋控制配置兩者。例如，前饋控制可以用於提供基於具體的輸入部所必要的相對快速的響應調節，且另外的反饋控制系統可以基於由前饋系統做出的預定的調節提供用於再次調整系統操作或誤差修正的裝置。根據一些實施方案，前饋控制和反饋控制兩者的整合可以給裝置提供相對快速的初始響應並顯著降低操作誤差。在一些實施方案中，可以使用反饋控制來控制整個系統，且可以使用反饋控制或前饋控制來控制一個或多個功能單元中的每一個。例如，對於功能單元中的每一個，可以基於相應的功能單元的功能操作的建模或參數化的複雜性來確定反饋控制或前饋控制的選擇。建模越完整，前饋就越可能應用到相應的功能單元。在一些實施方案中，一個或多個功能單元的操作控制由反饋控制和前饋控制兩者提供。在本發明的一些實施方案中，模型預測控制技術可以用於系統和/或一個或多個功能單元。在修正控制或反饋控制中，將經由適當的感測元件監測的控制參數或控制變量的值與指定的值或範圍進行比較。基於在兩個值之間的偏差確定控制信號，並將其提供給控制元件，以便減少該偏差。應明白，常規的反饋或響應控制系統還可以適合於包括自適應的
52和/或預測性的部件，其中可以根據所建模的和/或先前所監測的反應修改對給定條件的響應，以便提供對所感測的特徵的反應性響應，同時限制補償作用中的潛在過衝。例如，為給定系統配置提供所獲得的數據和/或歷史數據可以共同作用，以將對系統和/或所感測的工藝特徵的響應調節成在離開已經監測到先前響應並調節成提供所需結果的最佳值的給定範圍內。這樣的自適應和/或預測性的控制方案在本領域中是公知的，且因而不應認為是偏離於本公開內容的一般範圍和性質。可選擇地，或另外地，控制系統可以配置成監測系統和/或一個或多個功能單元的各種部件的操作，以便確保正確操作，且任選地，以便確保由此實施的工藝是在規則標準內(當這樣的標準適用時)。根據一個實施方案，控制系統還可以用於監測和控制系統和/或一個或多個功能單元的總計能量衝擊。例如，系統和/或一個或多個功能單元可以操作為使得其能量衝擊降低或再次最小化，例如，通過優化由此實施的工藝中的一個或多個，或再次通過增加由這些工藝生成的能量回收(例如，廢物熱量)。可選擇地，或另外地，控制系統可以配置成調節經由受控工藝生成的合成氣的組成和/或其他特徵(例如，溫度、壓力、流量等)，使得這樣的特徵不僅適用於下遊使用，而且還顯著優化為用於有效的和/或最佳的使用。例如，在其中合成氣用於驅動給定類型的氣體引擎以便產生電力的實施方案中，可以將合成氣的特徵調節為使得這些特徵最佳匹配於這樣的引擎的最佳輸入特徵。在一個實施方案中，控制系統可以配置成調節給定的工藝，使得關於反應物和/ 或產物在各種部件中的停留時間或關於整個工藝的各種工藝的限制或性能準則得到滿足或優化。例如，上遊工藝速率可以控制為基本上匹配一個或多個隨後的下遊工藝。此外，在各種實施方案中，控制系統可以適用於以連續和/或實時方式循序和/或同時控制給定工藝的各種方面。根據實施方案，包括一個或多個控制環的控制系統允許確定對系統和/或一個或多個功能單元的操作進行一個或多個調節，以便實現所需的結果中的一個或組合。控制環可以代表系統的整體功能性、功能單元的整體功能性、功能單元的子部件的功能性、其組合或其子部件。在一些實施方案中，控制系統包括多個控制環，其中每個控制環與系統、一個或多個功能單元或其子部件的所需水平的功能性相關。可以給多個控制環中的每一個指派等級水平，以便允許控制系統確定應首先考慮或評估哪一個控制環或甚至將其考慮成對滿足其要求來說是最重要的。如果存在與多個控制環中的兩個或更多個相關的系統和/或功能單元的一個或多個工藝的衝突結果，多個控制環的該等級水平可以由此提供用於允許控制系統確定嘗試滿足多個控制環中的哪一個的裝置。根據本技術的一些實施方案，控制環可以配置成多個嵌套的控制環，其中可以給特定嵌套的控制環的每個控制環指派加權因子，例如高的加權因子可以表示滿足與該特定的控制環相關的參數化的高的重要性。另外，例如，特定的控制環的加權功能可以取決於與系統和/或功能單元相關的一個或多個條件，其中該依賴性可以導致控制環的重要程度的修改或調節，由此導致控制環的等級的調節。一般而言，控制系統可以包括適用於所探討的應用的任何類型的控制系統結構。 例如，控制系統可以包括基本上集中式控制系統、分布式控制系統或其組合。集中式控制系統通常包括配置成與各種本地和/或遠程感測裝置和響應元件通信的中心控制器，本地和 /或遠程感測裝置和響應元件配置成分別地感測與所控制的工藝相關的各種特徵，並經由適合於直接地或間接地影響受控工藝的一個或多個可控制的工藝裝置對其進行響應。使用集中式結構，經由一個或多個集中式處理器集中地實施大多數計算，使得大多數實施工藝的控制所必須的硬體和/或軟體位於相同的位置。分布控制系統通常包括兩個或更多個分布式控制器，這些分布式控制器中的每一個都可以與用於監測局部和/或區域特徵的相應的感測和響應元件通信，且經由配置成影響局部工藝或子工藝的局部和/或區域工藝裝置對其進行響應。還可以經由各種網絡配置在分布式控制器之間發生通信，其中經由第一控制器感測的特徵可以傳遞給第二控制器以便在那裡響應，其中這樣的遠端響應可以具有對在第一位置處感測的特徵的影響。例如，下遊合成氣的特徵可以由下遊監測裝置感測，且通過調節與受上遊控制器控制的乾燥/揮發單元相關的控制參數來進行調節。在分布式結構中，控制硬體和/或軟體還在控制器之間分布，其中可以在每一個控制器上實施相同的但模塊化配置的控制方案，或者可以在相應的控制器上實施各種協作的模塊化控制方案。可選擇地，控制系統可以再分成單獨的但可通信地連接的局部的、區域的和/或全局的控制子系統。這樣的結構可以允許給定工藝或系列相關工藝發生並局部受控，且具有與其他局部控制子系統最小的相互作用。然後，全局的總控制系統可以與每一個相應的局部控制子系統通信，以便指導對局部工藝的必要調節以得到全局結果。根據實施方案，局部控制系統與每一個功能單元相關，且配置成響應於來自功能單元內和/或來自功能單元外的輸入來控制在相同的功能單元中執行的工藝。全局控制系統可操作地耦合於每一個功能單元控制器，由此提供用於設置一種水平的系統操作的整體管理的裝置。本發明的控制系統可以使用以上結構中的任何或本領域公知的任何其他結構，這些結構被認為是在本公開內容的一般的範圍和性質內。例如，可以在專用局部環境中控制在本發明的上下文內控制和實施的工藝，且當可應用時具有到用於相關的上遊或下遊工藝的任何中心控制系統和/或遠程控制系統的任選的外部通信。可選擇地，控制系統可以包括設計為協同控制區域工藝和/或全局工藝的區域控制系統和/或全局控制系統的子部件。例如，模塊化控制系統可以設計為使得控制模塊交互地控制系統的各種子部件，同時提供區域控制和/或全局控制所需要的模塊間通信。控制系統通常包括一個或多個中心的網絡化的和/或分布式處理器、用於接收來自各種感測元件的當前感測特徵的一個或多個輸入、和用於將新的或經更新的控制參數傳遞給各種響應元件的一個或多個輸出。控制系統的一個或多個計算平臺還可以包括用於在其中存儲各種預定的和/或重新調節的控制參數、設定的或優選的系統和工藝特徵操作範圍、系統監測和控制軟體、操作數據以及類似物的一個或多個本地和/或遠程計算機可讀介質(例如，R0M、RAM、可移動介質、本地和/或網絡訪問介質等)。任選地，計算平臺還可以直接地或經由各種數據儲存裝置具有對工藝仿真數據和/或系統參數優化和建模裝置的訪問權。進一步，計算平臺可以設置有用於提供對控制系統的管理訪問(系統升級、維護、 修改、對新的系統模塊和/或設備的適應等)的一個或多個任選的圖形用戶界面和輸入外圍設備，以及用於與外部源(例如，數據機、網絡連接、印表機等)通信數據和信息的各種任選的輸出外圍設備。處理系統和任何一個子處理系統可以排他性地包括硬體，或硬體、固件和軟體的任何組合。任何子處理系統可以包括一個或多個比例(P)控制器、積分(I)控制器或差分 (D)控制器的任何組合，例如，P控制器、I控制器、PI控制器、PD控制器、PID控制器等。本領域中的技術人員將明顯看出，P控制器、I控制器和D控制器的組合的理想選擇取決於氣化系統的反應工藝的部分的動力學和延時以及組合意圖控制的操作條件的範圍、以及組合控制器的動力學和延時。本領域中的技術人員將明顯看出，可以以模擬硬體形式實施這些組合，該模擬硬體形式可以經由感測元件連續地監測特徵的值並將其與指定的值進行比較，以便影響相應的控制元件經由響應元件進行足夠的調節，以便減少在所觀察的值和所指定的值之間差異。本領域中的技術人員還將明顯看出，可以在混合的數字硬體軟體環境中實施該組合。另外可自由支配的採樣、數據採集和數字處理的相關影響對本領域中的技術人員來說是公知的。可以在前饋控制方案和反饋控制方案中P、I、D組合控制。控制元件如以上所定義的和所描述的，在本上下文內預期的感測元件可以包括但不限於監測氣體化學組成、合成氣的流速和溫度、監測溫度、監測壓力、監測氣體的不透明度和與能量源(例如，功率和位置)相關的各種參數的元件。根據實施方案，合成氣中所得到的H2 CO比率取決於各種因素，這些因素不限於操作情景(熱解或具有足夠的O2/空氣)、處理溫度、水分含量和初始氣體的吐CO比率。 氣化技術通常產生其H2 CO比率從高至約6 1到低至約1 1的合成氣，且下遊應用規定了最佳H2 CO比率。在一個實施方案中，所得到的H2 CO比率的範圍是約1.1到約 1.2。在一個實施方案中，所得到的H2 CO比率是1.1 1。考慮以上因素中的一個或多個，根據實施方案，控制系統通過調節在所應用的氣體激勵場(例如，等離子體噴燈熱量)和工藝添加劑(例如，空氣、氧、碳、蒸汽)之間的平衡而在可能的吐CO比率的範圍上調整合成氣的組成，由此允許為具體的下遊應用優化合成氣組成。在一些實施方案中，可以規則地或連續地監測多種操作參數以便確定氣體重整系統是否在最佳設定點內操作。所監測的參數可以包括但不限於化學組成、合成氣的流速和溫度、在系統內各種位置處的溫度、系統的壓力和與氣體激勵源(例如，等離子體噴燈功率和位置)相關的各種參數，且該數據用來確定是否需要對系統參數進行調節。合成氣的組成和不透明性可以對合成氣採樣並使用技術人員公知的方法來分析合成氣。可以用於確定合成氣的化學組成的一種方法是通過氣相色譜(GC)分析。這些分析的採樣點可以遍及整個系統。在一個實施方案中，使用測量氣體的紅外光譜的傅立葉變換紅外(FTIR)分析儀來測量氣體組成。根據實施方案，控制系統可以配置成確定合成氣蒸汽中是否存在太多或太少的氧氣且因而調節工藝。在一個實施方案中，一氧化碳蒸汽中的分析儀或傳感器探測到二氧化碳或其他合適的參考富氧材料的存在和濃度。在一個實施方案中，直接地測量氧氣。在本發明的一個實施方案中，可以使用熱重分析儀(TGA)。在一個實施方案中，傳感器分析合成氣的組成中的一氧化碳、氫氣、烴和二氧化碳。基於數據分析，控制器將信號發送給氧氣和/或蒸汽入口，以便控制注入到該室的氧氣和/或蒸汽的量，和/或將信號發送給氣體激勵源。在一個實施方案中，將一個或多個任選的不透明性監視器安裝在系統內以便提供不透明性的實時反饋，由此提供用於自動化工藝添加劑(主要是蒸汽)輸入速率的任選的機構，以便將微粒物質的水平維持在低於最大允許濃度。系統中各個位置處的溫度在一個實施方案中，提供監測合成氣的溫度和位於遍及整個系統的適當部位處的溫度的裝置，其中連續獲得這樣的數據。用於監測該室中的溫度的裝置，例如，可以位於室的外部壁，或室的頂部、中間和底部處的內部耐火材料。另外，提供用於監測合成氣的離開溫度的傳感器。在一個實施方案中，由根據需要安裝在系統中的適當位置處的熱電偶提供用於監測溫度的裝置。系統的壓力在一個實施方案中，提供用於監測在該室內的壓力的裝置，其中連續實時獲得這樣的數據。在進一步的實施方案中，這些壓力監測裝置包括壓力傳感器，例如位於乾燥/揮發單元上任何位置(例如在乾燥/揮發單元的直立壁上)的壓力換能器或壓力計接口。氣流的諫率在一個實施方案中，提供用於監測在位於貫穿整個系統的適當部位處的合成氣的流率的裝置，其中連續獲得這樣的數據。氣流中的波動可以是非均一條件(例如，噴燈故障或由於電極變化或其他支撐物設備故障)的結果。作為臨時措施，通過對鼓風機速率、材料的進料速率、次級原料、空氣、 蒸汽和噴燈功率的反饋控制來修正氣流中的波動。如果氣流中的波動持續，則可以關閉該系統，直到解決了該問題。工藝添加劑的加入在一個實施方案中，控制系統包括調整反應物(包括任何工藝添加劑)的響應元件，以便管理初始氣體化學重整成合成氣。例如，工藝添加劑可以供應到室中，以便促進某些化學組成的初始氣體有效重整成不同的所需的化學組成的合成氣。在一個實施方案中，如果傳感器在合成氣中檢測到過量的二氧化碳，則降低蒸汽和/或氧氣注入。上面定義和描述的本上下文內預期的響應元件可以包括但不限於配置成通過調節與其相關的給定控制參數來影響給定工藝的可操作地耦合於工藝相關的裝置的各種控制元件。例如，可經由一個或多個響應元件在本上下文內操作的工藝裝置可以包括但不限於調節氧源輸入部和氣體激勵源的元件。調節氣體激勵場(例如，至噴燈的功率)可以改變氣體激勵場。在一個實施方案中，控制等離子體噴燈熱量以便驅動反應。 將空氣加入到室中還通過藉助於合成氣的燃燒而釋放噴燈熱能而帶走部分噴燈熱量負載。 調節工藝空氣的流速以便將噴燈功率保持在合適的操作範圍。在一個實施方案中，調節等離子體噴燈功率以便將合成氣離開溫度穩定在設計設定點。在一個實施方案中，設計設定點高於1000°c以便促進氣體中的焦油和煤煙的完全分解。調節系統內的壓力在一個實施方案中，控制系統包括用於控制該室的內部壓力的響應元件。在一個實施方案中，內部壓力被維持在負壓力，即，輕微地低於大氣壓力的壓力。例如，室的壓力可以維持在約1-3毫巴真空。在一個實施方案中，系統的壓力維持在正壓力。由與氣體重整系統氣體連通的感應鼓風機提供用於控制內部壓力的這樣的裝置的示例性實施方案。如此應用的感應鼓風機將系統維持在負壓力。在其中維持正壓力的系統中，命令鼓風機在比負壓力情況低的RPM下操作，或者可以使用壓縮機。根據實施方案，響應於由遍及整個系統的壓力傳感器獲得的數據，將根據該系統中的壓力是增加(由此將增加風扇的速率)還是降低(由此將降低風扇的速率)來調節感應鼓風機的速率。根據實施方案，可以將系統維持在相對於大氣壓力稍負的壓力，以便防止氣體被排出到環境中。根據實施方案，可以通過調節合成氣鼓風機的速率來穩定壓力。任選地，以低於鼓風機的最小操作頻率的速度，次級控制佔優且改為調節再循環閥。一旦再循環閥返回到完全關閉，重新使用初級控制。示例件控制概念根據實施方案，多個控制環可以配置成使得它們表示選自包括以下的組的一個或多個控制變量合成氣LHV通量(MJ/hr)、下加熱值-LHV(MJ/m3)、合成氣流(m3/hr)、如果期望指定的吞吐量則可以考慮的進料速率(kg/hr)、合成氣組成(CO CO2比率，CH4,H2)和渣流(kg/hr)。此外，多個控制環可以配置成使得它們表示選自包括以下的組的一個或多個受控變量動力缸循環時間(秒)、動力缸行進速率、工藝空氣流(工藝空氣流可以包括CRV 空氣(m3/hr)和底部爐排空氣區(m7hr)和精製室空氣(m3/hr)中的一個或多個)、空氣鼓風機排出壓力(毫巴)、精製室噴燈功率(kWj、固體殘留物熔爐噴燈功率(kWj、固體殘留物熔爐燃燒器功率(kWs)。在一些實施方案中，經由測試選擇最佳的動力缸運動序列，且最佳的動力缸運動序列不受控制系統調節。此外，多個控制環可以配置成使得它們表示選自包括以下的組的一個或多個約束空氣箱溫度CC )、轉換器氣相溫度CC )、精製室氣體溫度CC )、系統壓降(合成氣鼓風機電動機電流、容器設計壓力)、空氣流控制閥(FCV)位置(％ )、(CRV，底部爐排空氣區&精製室)、熔化室溫度CC )、初級轉換器水平(cm)、CRV 上部室水平(cm)和固體殘留物熔爐水平(cm)。根據一些實施方案，該設施的最終目的是最大化電力生產，這可以通過確保到向其供應合成氣的每一引擎的能量的通量足以將每一引擎保持在滿負載操作來實現。合成氣能量通量是合成氣流乘以合成氣加熱值。改善轉化率效率和/或增加吞吐量將使得通量基本上最大化，由此確保引擎保持在滿負載。根據實施方案，存在增加合成氣流的兩種主要方法增加空氣流和/或增加進料速率。將空氣流增加為超過某一最佳值可以開始減少加熱值；由此對整個LHV通量造成負面影響。因此，存在實現高流量和高LHV兩者的最佳空氣流。控制系統可以配置成評估LHV 和合成氣流，並操縱系統和/或與空氣流相關的一個或多個功能單元以便優化。在一些實施方案中，如果由於降低的進料能量品質、額外的進料水分、變化的環境
57條件(由於風/空氣的殼損失)而導致差的轉化率，則控制系統可以配置成調節進料速率以便確保引擎總是滿負載。當調節進料速率時，控制系統還可以配置成調節空氣流以便保持優化轉化率(由此保持優化LHV通量)。此外，可以通過操縱動力缸循環時間或動力缸行進速率來調節進料速率，這將移動更多的材料通過系統，由此增加吞吐量和合成氣產生。根據實施方案，存在限制調節一些受控變量的能力的約束。例如，底部爐排可以具有安裝在每一個筒中的熱電偶，其中從這些熱電偶捕集的信息可以用於充當貫穿爐排的各種階段的反應水平的指示，並且另外通知或確定任何潛在的熱點或潛在的過轉化的位置。 這些熱電偶的主要目的是避免超過底部爐排設計溫度，然而它們還被控制系統用來確定潛在的轉化程度。根據實施方案，位於底部爐排和轉化材料的堆上方的氣相溫度可以用於指示來自燃燒的局部熱點。空氣箱溫度和氣相溫度兩者被控制系統用來將空氣流速率調節為底部爐排空氣區中的每一個，這可以影響轉化程度；由此基本上直接地影響合成氣通量。根據實施方案，存在遍及整個精製室進行的溫度測量，其中這些測量可以用於調節空氣流速率。根據實施方案，這些溫度測量可以僅用於調節精製室空氣流中的流速。對精製空氣流速率的響應可見於溫度，然而它們還可以用於控制合成氣流和LHV。在一些實施方案中，精製室溫度可以用於防止超過耐火材料設計溫度，然而它們還可以被控制系統用來調節精製空氣流速率。根據實施方案，在噴燈的下遊的位置處確定精製室溫度，且該信息可以被控制系統用來調節噴燈功率。在該位置的合成氣溫度控制是在精製空氣流和噴燈功率之間的優化。根據實施方案，涉及噴燈功率時，控制系統的目標是最小化功率消耗，同時優化轉化率和焦油破壞。因此，合成氣組成(CO CO2比率、CH4、H2)模型和溫度模型還被控制系統用來充分優化噴燈功率。根據實施方案，對空氣流速率和進料速率(例如動力缸循環時間或行進速率)的另一限制與容器壓降相關。例如，隨著合成氣流產生的增加，遍及整個工藝的壓降也增加。 如果這些壓降變得太高，則容器可以達到它們的壓力或真空設計額定值，或作為合成氣的主要原動力的合成氣鼓風機可以超過其設計能力並在其電動機上達到高電流或其最高速度。因此，在一些實施方案中，這些壓降約束可以限制進料速率和空氣流速率的增加。根據一些實施方案，存在獨立於合成氣通量優化控制器而運行的電寄生功率優化控制。該寄生功率優化控制器可以配置成將工藝空氣鼓風機排出壓力減少為儘可能低，以便最小化空氣鼓風機馬力-由此減少設備功率寄生。根據實施方案，存在對空氣鼓風機排出壓力可以被降低到多低的約束，其中這些約束可以包括空氣流控制閥位置，例如位於底部爐排、精製室、CRV。根據實施方案，空氣FCV(流控制閥)通常被維持設定的閥開口，該閥開口允許所需水平的流控制。根據實施方案，CRV中的主控制環是床高度水平控制。通過操縱CRV工藝空氣流和SRM燃燒器燃燒速率來維持床高度。隨著更多的材料聚集在CRV中，通常增加空氣流速率以便對它轉換。根據實施方案，燃燒器燃燒速率是用於控制床高度的次級控制按鈕，這是因為它提供來自下部SRM的熱量通量並輔助加熱/轉化CRV床高度的下部部分。根據實施方案，由合成氣分析儀監測對空氣流速率和燃燒器燃燒速率調節的響應。例如，目標是優化指示合成氣流時間合成氣加熱值的合成氣通量。例如，雖然堆高度水平控制可以要求更多的空氣流，但如果加入太多的空氣，則LHV或其他合成氣參數 (CO CO2比率、碳速率、H2、CH4)可以超過最佳的或所需的水平。在這樣的情況中，空氣不能總是減少，這是因為必須維持堆高度，然而在該實例中，可以減少進料速率以便補償。任選的進一步處理在用於下遊應用、儲存或燃燒之前，合成氣蒸汽可以經受進一步的處理。例如，可以在存儲罐中冷卻、調節和/或容納重整的氣體。通常，合成氣以高的溫度例如約1050°C的溫度離開重整單元。在一個實施方案中， 在任何進一步處理之前冷卻合成氣。在一個實施方案中，調節合成氣以便除去另外的雜質。例如，合成氣可以通過氣體調節系統，在氣體調節系統中處理合成氣以便除去殘餘微粒物質、酸氣體(HC1，H#)和/或重金屬。合適的處理的實例包括例如文丘裡洗滌器、除去酸氣體的HCl洗滌器、除去硫化氫的H2S洗滌器、用於最終除去顆粒的電過濾器和織物集塵室過濾器和用於除去任何殘餘焦油和重金屬的碳床。合成氣還可以通過勻化室，勻化室的停留時間和形狀被設計為促進混合重整的氣體以便削弱其特徵中的波動。碳轉化系統單元的結構通常，碳轉化系統包括一個或多個隔室，每一個隔室包括系統的功能單元中的一個或多個。例如，組成碳轉化系統的四個功能單元可以被提供為分立的連通的隔室或兩個或更多個單元可以被提供為單一隔室。當在單一隔室中提供多於一個的單元時，隔室可以包括分立的區段或在結構上可以是基本上均一的。在某些實施方案中，這些隔室可以被稱為「室」。各種隔室被設計為提供用於將原料處理成合成氣且允許將合成氣傳送到下遊工藝例如冷卻或精製或其他且用於將灰分處理成渣的密封、隔熱的空間。隔室的設計反映了該單元中發生的工藝的具體要求。設計可以任選地提供進入碳轉化系統的內部的入口以供檢查、維護和維修。隔室可以任選地用凸緣連接以便促進單個單元或區域的替換。為了在碳轉化系統中使用，隔室可以是耐火材料內襯的，且可以根據需要由多層材料製成。例如，外層或殼通常是鋼。此外，在內部耐火材料層和外部鋼殼之間提供一個或多個絕緣層以便降低鋼套管的溫度是有益的。可以進一步提供圍繞外部表面的絕緣板以便降低鋼套管的溫度。任選地，可以將陶瓷塗層用作絕熱器。當需要供耐火材料膨脹而不破裂的空間時，可以針對鋼殼使用可壓縮的材料例如陶瓷塗層。絕緣的材料被選擇為提供高到足以避免酸氣體縮合(如果這樣的問題是相關的)、但沒有高到威脅外部殼的完整性的耐火材料保護隔室免受高溫和腐蝕性氣體，且使得不必要的熱量損失最小化。耐火材料材料可以是本領域中的技術人員公知的適用於高溫(例如約1100°c到1800°C的溫度)不增壓反應的常規耐火材料。當選擇耐火材料系統時，要考慮的因素包括內部的溫度、 磨損；侵蝕和腐蝕；所需的熱量保持/外部器皿的溫度界限；耐火材料的預期壽命。適當的耐火材料的實例包括高溫燃燒陶瓷，即，氧化鋁、氮化鋁、矽酸鋁、氮化硼、磷酸鋯、玻璃陶瓷和主要包含二氧化矽、氧化鋁、氧化鉻和二氧化鈦的高鋁磚。為了提供對腐蝕性氣體進一步防護，隔室可以任選地部分地或完全地內襯有保護膜。這樣的膜在本領域中是已知的，且因而本領域技術人員將能夠基於系統的要求而容易地確定適當的膜，且這樣的膜例如包括Sauereisen 49 號高溫膜。在一個實施方案中，碳轉化系統中採用的耐火材料是在內部上帶有高密度層以便抵抗高溫、磨損、侵蝕和腐蝕的多層設計。高密度材料外部是具有較低電阻性質但具有較高絕緣因子的較低密度的材料。任選地，該層外部是具有非常高的絕緣因子的非常低密度的泡沫板，且可以使用該泡沫板，這是因為它將不會暴露於侵蝕的磨損。在多層耐火材料中使用的適當材料在本領域中是公知的。在一個實施方案中，多層耐火材料包括內部定向的氧化鉻層；中間氧化鋁層和外部保溫層。任選地，單個區和區域中的耐火材料可以特別地適用於在隔室的該特定區域內的環境。例如，熔化單元可以具有其中工作溫度較高的較厚的耐火材料。此外，熔化單元的耐火材料可以適用於抵抗較高溫度，且被設計為限制渣滲透到耐火材料中，由此減少耐火材料的腐蝕。隔室的壁可以任選地合併耐火材料內襯的支撐物或耐火材料錨。適當的耐火材料支撐物和錨在本領域中是已知的。由於嚴峻的操作條件，預期耐火材料可能需要周期性的維護。因此，在一個實施方案中，在碳轉化系統中使用帶凸緣的室。在一個實施方案中，該室被懸掛為離開支撐物結構，以使得下部部分可以離開上部部分以便於維護。該實施方案允許除去下部部分而不妨礙在室上部部分和系統的上遊或下遊部件之間的任何連接。為了獲得對本文描述的本發明的更好理解，陳述以下實施例。應理解，這些實施例旨在描述本發明的說明性實施方案，且不旨在以任何方式限制本發明的範圍。實施例實施例1參考圖IlOA到圖110G，在一個實施方案中，轉化系統包括具有活動爐排0002)的水平定向的初級處理單元(4000)、具有區間區域和等離子體噴燈0301)的組合的豎直定向的次級處理G201)和熔化單元0250)、以及具有氣旋分離器(4400)、精製室0302)和兩個等離子體噴燈G301)的氣體重整單元。水平定向的初級處理單元水平定向的初級處理單元是耐火材料內襯的，且具有帶有水力泵和氣鎖的原料輸入部，還提供各種維修和訪問口。參考圖117至圖120，水平定向的初級處理單元具有帶有多個底板水平的分級底板。每一個底板水平是傾斜的，以便促進反應物材料通過單元的運動而無需翻轉未經處理的原料。單個底板水平對應於組合的橫向傳遞和空氣輸入筒，使得多個這些筒O000)形成活動爐排。初級處理單元的側壁提供有用於插入單個筒的開口。從該單元的相對側插入鄰近筒。當安裝時，單個筒由在其上方的筒部分覆蓋，使得單個筒的僅一部分暴露於該單元的內部。參考圖90至圖96，一系列單個筒原位形成活動爐排0002)。單個筒Q000)包括支撐物/連接元件和功能元件兩者。支撐物/連接元件包括筒框架O010)和連接板 (2005)，特別地配置成用於密封到初級處理單元的殼的連接。在筒結構和連接板O005)之間提供耐火材料(未示出)以便減少熱量損失和到連接板的熱量傳遞。一旦插入，就使用適當的緊固件來固定筒。筒包括對準導向器O015)以便促進將筒正確插入到室壁和安裝切口 Q020)，以便允許插入工具以促進從初級處理單元插入和拆卸筒。筒的功能元件包括空氣箱部件和橫向傳送部件。筒的空氣箱是由厚的碳鋼製成的多個較小的空氣箱O025)的複合體。空氣通過空氣孔Q030)或每一個空氣箱O025)的頂部中的穿孔在反應物材料堆的底部處進入初級處理單元。經由連接於空氣管O040)(該空氣管連接到連接板中的熱空氣連接凸緣O045))的單一空氣歧管O035)將空氣供應給單個空氣箱。連接板還包括用於熱電偶O046)的輸入部。筒的橫向傳送部件包括多指載體動力缸(2050)、接合元件和驅動系統。單個動力缸指O051)經由銷或帶肩螺栓Q060)附接於動力缸主體(2055)，銷或帶肩螺栓並不緊固在單個指上。動力缸主體連接於包括兩個平行支架O070)的驅動接合板0065)。單個動力缸指Q051)包括被配置成接合分別位於單個空氣箱和外部空氣箱和筒框架之間的T形接合元件007 或半T形接合元件Q078)的凹槽。接合元件將動力缸保持在空氣箱的表面的臨近，使得動力缸在往復運動期間刮空氣箱表面，由此避免渣塊積累。移動多指動力缸的功率由水力活塞Q080)提供。簡要地，在所闡明的實施方案中，推進動力缸的功率由水力活塞O080)供應，水力活塞O080)經由可選擇為向前或向後方向的旋轉的致動器O090)驅動軸Q086)上的兩個小齒輪(2085)，允許動力缸以受控的速率擴張和收縮。位置傳感器將動力缸位置信息傳送給控制系統。兩個小齒輪O085)接合驅動接合板006 上的平行支架0070)。組合的豎肓定向的次級處理和熔化單元參考圖114，組合的豎直定向的次級處理和熔化單元是初級處理單元的直立延伸， 且直接從其中接收經處理的原料。組合的豎直定向的次級處理和熔化單元由區間區域或單元間區域分隔成上部次級處理單元和下部熔化單元。將次級處理單元維持在約950°C到約 1100°C的溫度，且將熔化單元維持在約1350°C到約1600°C的溫度。組合的豎直定向的轉化和熔化單元包括具有渣出口的耐火材料內襯的豎直定向的室，且加熱系統包括空氣箱和等離子體噴燈。參考圖114，經由位於鄰近該次級處理單元的下遊端部的八個空氣箱040 將經加熱的空氣引入到次級處理單元。到空氣箱的空氣進料是可控制的，這允許轉化工藝的調節。空氣流率受進料/空氣比率和操作溫度變化控制。任選地，可以經由蒸汽注射口將蒸汽注入到次級處理單元。參考圖114和圖129，次級處理單元逐漸變細到變窄的區間區域或單元間區域。區間區域或單元間區域包括物理的障礙物以便支撐次級處理單元中的反應物堆，並將材料流從次級處理單元引導到熔化單元。參考圖1 和圖130，六個銅水冷件形成障礙物的芯。銅插入物(501 設置有凹槽(5020)以便保持鑄造的耐火材料蓋。進一步在任何暴露側和底部上提供耐火材料塗層，以便構成完全的穹頂。將障礙物安裝在區間區域，且障礙物包括多個孔，由此提供用於在次級處理單元和熔化單元之間傳遞材料和氣體的多個管道。直徑在20mm到IOOmm之間的多個氧化鋁或陶瓷球停留在耐火材料結構的頂部以便形成床。這些氧化鋁或陶瓷球提供經加熱空氣的擴散且促進將熱量傳遞到灰分以便在區間區域或單元間區域中初始將灰分熔化成渣。
參考圖1 和圖129，位於區間區域下遊的是熔化單元。熔化單元是具有排出孔的耐火材料內襯的結構。熔化單元在兩個區段(上部熔爐和下部熔爐)處用凸緣連接以便促進下部/排出孔區段的替換。熔化單元還包括轉移電弧等離子體噴燈、主工藝燃燒器、堰溢流中的任選的輔助燃燒器、吹氧口、視口和儀器儀表。等離子體噴燈和丙烷燃燒的燃燒器提供將在障礙物上方材料熔化成渣的熱氣體。 渣在熔化單元的底部聚集，且經由排出孔除去渣。如果排出孔因冷卻渣而被密封，則使用吹氧管重新打開排出孔。渣粒化和冷卻系統與排出孔以可操作方式相聯。熔化單元具有圍繞外部的水冷銅插入物以冷卻耐火材料，由此延長耐火材料的壽命且因此延長整個器皿的壽命。銅件被鑄造為具有設定的通道(通路、管)且具有用於水管與之連接的連接器。水被泵送通過銅件，且在金屬內的熱電偶(與熔化單元中的熱電偶一起)被控制系統用來改變水流和溫度。圍繞渣傾倒提供另外的冷卻，由此出渣口的出口由具有用於水的冷卻通道的銅製成，且渣的流動受銅件的溫度控制。嵌入到排出孔中的水冷錐形活塞用於調節和停止渣傾倒的速率。氣體重整單元參考圖114至圖116，氣體重整單元連接於初級處理單元且接收來自初級處理單元和組合的次級處理和熔化單元兩者的氣體。氣體重整單元包括兩個等離子體噴燈、旋風分離器和擴展的重整室。兩個等離子體噴燈被定位在旋風分離器的在微粒除去之前的頸部。氣體重整單元的等離子體噴燈是轉移電弧噴燈，通常在範圍iookw-mw內，這取決於系統的尺寸。每一個等離子體噴燈都安裝在滑動機構上，滑動機構可以將噴燈移動到氣體重整單元中和移動到氣體重整單元外。藉助於密封壓蓋將噴燈密封到氣體重整單元。 該壓蓋壓抵閘門閥而密封，閘門閥又安裝在器皿上並密封到器皿。為了除去噴燈，由滑動機構將噴燈推出重整室。初始的滑動運動出於安全目的而禁用高壓噴燈功率供應。當噴燈已經縮回越過閥且冷卻劑循環停止時，閘門閥自動閉合。從噴燈斷開軟管和電纜，從閘門閥釋放壓蓋，且由絞車升起噴燈。使用與以上過程的相反的過程來進行噴燈的替換；滑動機構可以調節為允許噴燈的插入深度的改變。機械操作閘門閥，以使得操作是自動的。萬一冷卻系統故障，則氣動致動器被用於自動地撤回噴燈。從專用的空氣儲器供應用於操作致動器的壓縮空氣，以使得即使在電源故障時動力也總是可用的。相同的空氣儲器為閘門閥提供空氣。通過防止進入到高壓噴燈連接，將電學上聯鎖的蓋子用作進一步的安全設備。實施例2開始渣彳頃倍丨稈序(mmmhm / ^.mm^fs)正常情況下，熔化溫度之上的100°c的溫差將足以自動發起傾倒(在流開始之後可以降低)。參考圖87，以下程序用於異常的或混亂的條件i)將具有滅火毯的金屬盤子放置在開口下方。ii)使用雙鉸接系統打開包裝塞子。用鉗子和盤子的平面除去支撐塊。將吹氧管導向器放置在塞子入口的邊緣(導向縫的底部)。對區A中的堰&凍結的渣吹氧直到傾倒開始。
iii)判斷熔化單元B是否完全是流體(在步驟6之後將自我排空)。如果區B具有凍結的渣-使用彎曲吹氧管並吹掉堰的頂部和後面的任何渣。iv)除去吹氧管和吹氧管導向器並將其放置在盤子上。ν)在堰的底部處的叉狀塞子吹氧管孔上使用塑料耐火材料。如果渣不流出堰，則重複步驟4-步驟9。vi)如果這不起作用，則用堰鉗除去舊的堰並用新的堰替換。vii)替換支撐塊。viii)關閉包裝塞子。實施例3該實施例提供碳轉化系統和用於將城市固體廢物(MSW)轉換成以下的工藝的一個實施方案1)能量的合成氣，該能量的合成氣隨後被清潔和冷卻，以便變成內燃機發電機的燃料；和2)底部灰分，從該底部灰分提取碳，且該底部灰分被玻璃化成基本上不可浙慮的聚集體。所涉及的單元工藝包括材料製備、將MSW轉化成能量的合成氣和聚集體以及合成氣的清潔和冷卻，使得合成氣適合於用作內燃機的燃料。材料製備直接地從垃圾車接收MSW。除了除去白色貨品、床墊、丙烷瓶和危險的或具有潛在的少量能量的其他物品之外，MSW沒有經過分類。在該實施方案中，轉化系統可以處理 11000MJ/噸或更多的MSW，且水分含量為25% -45%。材料製備由雙行程粉碎組成，以便將材料減少到2」以下的尺寸。接著是使用商業上可得到的磁性分離器的黑色金屬分離。如果廢物含量和經濟學許可，則可以通過商用渦流分離器除去非鐵材料，同時可以藉助于振動篩、空氣刀或其他機械裝置除去無機物和塑料。在進料製備區域中將經分類和篩分的MSW保持在足夠的量，以便確保對轉化工藝的材料的穩定供應，同時將材料的量限制為由環境允許所指定的量。定期地混合製備材料的貨存量，以便使得材料的組成達到平均數並促進工藝控制。將材料製備區域保持在在負空氣壓力下，以便避免臭味的累積。將MSW轉化成能量的合成氣和聚集體MSff 進料將經製備的MSW從材料製備區域運送到進料裝置，進料裝置的功能是在維持氣密的同時向碳轉化系統提供MSW的經計量的供應。碳轉化系統進料裝置由往復運動的水力動力缸組成，往復運動的水力動力缸通過小到足以確保良好密封的通路將MSW推進到初級處理單元。動力缸的橫截面是三角形，且合併有剪切裝置以便即使存在粘稠的或粘性的材料時也防止橋接。碳轉化系統被分離成以下若干子工藝初始的乾燥和揮發這使用經預熱的空氣以高達800°C的溫度在初級處理單元中實現。在MSW下將經預熱的空氣吹送通過在被分成多個串級區段的往復運動的水平爐排中的小孔。控制空氣的量以便限制在MSW堆下出現的氧化，且在堆上方的大氣是亞化學計量的。工藝溫度、進料速率、堆高度、空氣流體積、空氣溫度、數量、位置和排出孔的直徑都影響工藝。使用齒條齒輪系統水力驅動水平爐排區段，且對每一個區段提供獨立控制。當在初級處理單元中乾燥和揮發MSW時，MSW釋放出粗合成氣，且被轉化成炭/灰分混合物。缺氧環境防止形成二噁英和呋喃，二噁英和呋喃是焚燒爐的普遍問題。使用經預熱的工藝空氣來進行水平爐排的冷卻。因為冷卻空氣接近600°C，爐排的設計被獨特地配置成最小化畸變。單個爐排區段被模塊化，以便最小化維護所需要的時間。碳回收由底部爐排將來自初級處理單元的底部灰分運送到初級處理單元的端部，在該端部它落入到次級處理單元。灰分在次級處理單元和熔化單元之間的冷卻耐火障礙物的直立堆上積累。將以約600°C的經預熱的空氣從堆的附近底部吹送，且向上通過它。與碳的反應是放熱的，將灰分加熱到其熔點(1200-1400°C)，同時生成一氧化碳氣體。堆高度、直徑、空氣流、溫度、空氣噴嘴數量、尺寸和位置影響了性能。在灰分達到障礙物的底部的時間，它耗盡了碳並且熔化。熔化的灰分由重力從堆的底部流動通過將次級處理單元與熔化單元分離的水冷耐火障礙物中的孔。一氧化碳氣體離開次級處理單元的頂部，以約800°C進入到初級處理單兀。固體殘留物玻璃化使用來自被引導到熔化池的燃料氣體和高溫等離子體羽流的大量熱量，在熔化單元中將來自次級處理單元的熔化的灰分維持在過熱。熔化單元幾何結構被設計為最小化耐火材料的侵蝕，而用嵌入的銅塊來主動水冷卻底部和潮汐線。從熔化單元的側部抽出熔化的灰分並將其傾出到基本上不可浙慮的且適用於結構聚集體的無定形結構中。放出口用作將熔化單元與外部分離的壓力邊界。可以通過用高壓水噴射器過度淬火熔化的灰分使其碎裂成小的顆粒，或者可以空氣冷卻熔化的灰分，然後是機械破碎和篩分。合成氣重整使用定向湍流空氣噴射器在到重整區的入口加熱在初級處理單元和次級處理單元中生成的合成氣，以便造成飢餓燃燒。從那裡，經加熱的合成氣穿過兩個等離子體噴燈的羽流。噴燈用於進一步將合成氣加熱到接近1100°c，並通過由等離子體羽流中的活性物質得到的電子驅動的化學的活性將長鏈烴分解成它們的組分物質。合成氣然後穿過通路，離開初級處理單元進入到串聯的兩個室，這兩個室是1)用於除去微粒物質的熱氣體旋風分離器，和2)用於將合成氣運送到同流換熱器器皿的熱氣體管。熱氣體旋風分離器和熱氣體管的體積是添加劑，且允許足夠的停留時間以便完成精製合成氣所需要的化學反應。熱氣體旋風分離器是耐火材料內襯的結構，且具有足以允許在其壁上相當多的顆粒積累同時維持工藝效率的尺寸。熱氣體管沒有水平部分，以便防止微粒的積累。離開熱氣體管的合成氣主要由氮氣、一氧化碳和氫氣組成，且具有很低量的甲烷和其他燃料氣體、沒有氧氣和很小量的焦油和顆粒。合成氣的清潔和冷卻合成氣以約1050°C的溫度離開熱氣體管。它在空氣/氣體同流換熱器中冷卻，且然後繼續前進通過氣體質量清潔套件(GQCS)，其中它進一步冷卻和清潔。在同流換熱器中從合成氣除去的熱量用於加熱工藝空氣以便用於初級處理單元、次級處理單元和氣體重整單元。GQCS由文丘裡洗滌器中的冷卻和清潔組成，然後是除去酸氣體的HCl洗滌器、除去硫化氫的H2S洗滌器、用於最終除去微粒的集塵室以及用於除去任何殘餘焦油和重金屬的碳床。從氣體除去的微粒和焦油被再循環回到以餵入初級處理單元。使用包括均衡器皿、空氣汽提塔、高級氧化、碳床和樹脂床在內的商業上可得到的技術清潔來自洗滌工藝的廢水，以達到表面排出標準。雖然已經參考某些具體的實施方案描述了本發明，但其各種修改對本領域技術人員將是明顯的，而不偏離本發明的精神和範圍。預期如對本領域技術人員明顯的所有的這樣的修改被包括在以下權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種用於將含碳原料轉化為合成氣和渣產物的碳轉化系統，所述碳轉化系統包括(i)初級處理單元，其用於將含碳原料轉化為初級廢氣和包含炭的經處理原料，所述初級處理單元包括兩個或更多個處理區、橫向傳送系統、一個或多個原料輸入部，其中所述初級處理單元與用於將熱量遞送至所述處理區的加熱裝置以可操作方式相聯；( )次級處理單元，其適合於接受來自所述初級處理單元的包含炭的所述經處理原料，並將所述經處理原料轉化為固體殘留物和次級廢氣；(iii)熔化單元，其與包括一個或多個等離子體源的所述次級處理單元以可操作方式相聯，所述熔化單元配置成使所述固體殘留物玻璃化和任選地產生熔化單元氣體；(iv)重整單元，其用於將廢氣重整為合成氣，所述重整單元包括適合於降低輸入氣體中的微粒負載的一個或多個顆粒分離器，和配置成向所述重整單元的至少一部分提供能量的一個或多個能量源；和(ν)控制系統，其配置成調節所述碳轉化系統的一個或多個操作參數。
2.根據權利要求1所述的碳轉化系統，其中所述橫向傳送系統是活動爐排。
3.根據權利要求1或2所述的碳轉化系統，其中所述一個或多個顆粒分離器包括一個或多個氣旋分離器。
4.根據權利要求3所述的碳轉化系統，其中所述一個或多個氣旋分離器串聯布置。
5.根據權利要求3所述的碳轉化系統，其中所述一個或多個氣旋分離器並聯布置。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的碳轉化系統，其中所述初級處理單元還包括一種或多種工藝添加劑輸入部。
7.根據權利要求1至5中任一項所述的碳轉化系統，其中所述初級處理單元還包括用於使所述材料移動通過所述初級處理單元並供應工藝氣體的模塊化橫向傳送系統。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的碳轉化系統，其中所述次級處理單元和所述熔化單元經由區間區域連接，其中所述區間區域包括障礙物以限制材料在所述次級處理單元和所述熔化單元之間的流動。
9.根據權利要求8所述的碳轉化系統，其中所述障礙物布置為基本上平行於所述區間區域的縱軸。
10.根據權利要求8所述的碳轉化系統，其中所述障礙物布置為基本上垂直於所述區間區域的縱軸。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的碳轉化系統，其中所述重整區包括一個或多個等離子體噴燈。
全文摘要
一種具有四個功能單元的碳轉化系統，每一個單元包括一個或多個區，其中所述單元被集成以優化含碳原料向合成氣和渣的總轉化率。在系統的每一個區內發生的過程可以被優化，例如，通過配置每一個單元和通過使用集成控制系統管理每一個區內出現的條件。
文檔編號C10J3/46GK102471707SQ201180002480
公開日2012年5月23日 申請日期2011年3月1日 優先權日2010年3月1日
發明者安德裡亞斯·茨安格瑞斯, 馬克·培根 申請人:普拉斯科能源Ip控股集團畢爾巴鄂沙夫豪森分公司