CN101054524B - 分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉，是将第一燃烧室的燃烧机产生的高温热气传送至第二燃烧室，以加热第二燃烧室内的反应室及高温蒸气产生器，将此高温蒸气产生器所产生的高温蒸气导入至上述反应室以分解或蒸镏待处理物，过程中所产生的混合气体经混合气体出口排出至混合气体处理器中进行分离；所分离出的燃料气体及燃料油导入燃烧机以产生上述高温热气，所分离出的废水导入至高温蒸气产生器以产生高温蒸气；经处理后的土壤，再由出料口排出。

Description

分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉

技术领域

本发明涉及一种利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉，特别涉及一种处理裂解制程的反应炉，尤指利用处理待处理物过程中所产生的高温热气作为循环热源，及过程中所产生的高温蒸气来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉。

背景技术

传统的裂解技术多为批次式的裂解方式，是采用单炉及真空加热的方式，以阻隔外部空气来进行裂解。

如中国台湾专利，公告号第478979号，专利名称为有机废弃物资源化的无污染处理方法及其装置的发明专利，其整体裂解反应装置中包括有区隔设置的反应炉与加热炉；其特征在于：所述反应炉的后段设有用以处理裂解反应生成的焦碳一次处理槽、焦碳二次处理槽及焦碳冷却槽，其焦碳由反应炉排出后先进入焦碳一次处理槽中，经由焦碳一次处理槽中的搅拌器翻搅使部份残留的挥发份排出，排出的焦碳则再进入焦碳二次处理槽中，依序由第一搅送筒、第二搅送筒及第三搅送筒的轮流翻搅推送，于搅送过程中并同时加热使焦碳进行二次裂解反应，上述的反应皆是在真空状态下操作，以完全释出挥发份，精炼后的焦碳最后进入焦碳冷却槽以取得精质的焦碳，以利再加工成碳黑或活性碳原料。

上述的技术，由于具有产制焦碳质量不佳，设备体积庞大，属低温裂解，易造成戴奥辛及其它空气污染问题等缺点，故仍不理想。

于是，有鉴于上述各项缺点，本案的发明人遂竭其心智，潜心研究加以创新改良，终于成功研发完成本件利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉案，实为一具功效增进的发明。

发明内容

本发明为了解决现有裂解技术经裂解后的碳黑，由于仍残留有机物质，因此质量不佳而形成二次废弃物，及所产生的油品因含硫率及含碳杂质过高，亦无法使用，以及现有裂解技术的热效率差，造成设备体积庞大，制造成本高等问题。

本发明的主要目的乃是在提供一种利用高温蒸气产生器所产生的高温蒸气及第一燃烧室的高温热气来同时分离汞、分解戴奥辛及任何有机废弃物的炉体结构。

本发明的次要目的乃是在提供一种利用高温蒸气产生器及混合气体处理器，分别应用于高温蒸气的产生及废气的处理，使得本发明同时具有热交换以及废气处理的炉体结构。

本发明的另一目的乃是在提供一种利用高温蒸气产生器所产生的高温蒸气及第一燃烧室的高温热气将待处理物转化为燃料油及燃料气体，并将此燃料油及燃料气体导入第一燃烧室的燃烧机，使能源被循环利用，进而达到节省能源以及节省成本的炉体结构。

本发明的再一目的乃是在提供一种利用高温蒸气产生器所产生的高温蒸气及第一燃烧室的高温热气将待处理物转化并产生活性碳的炉体结构。

本发明的又一目的乃是在提供一种利用混合气体处理器将混合气体分离所得的废水循环利用作为产生蒸气的来源，以达到节省能源以及节省成本的炉体结构。

为达上述目的，本发明乃采用高温蒸气及循环高温热气来做为裂解的热源，并利用高温蒸气的活性来降低碳黑粉尘的产生，提高燃料气体的量及燃料油的质量，并应用蒸气的侵入性来分离废弃物中的汞。

其原理如下：

C+H2O→CO+H2

nC+mH2→CnHm

S-+H2→H2S

Cl-+H2→HCl

为了实现上述目的，本发明提供一种利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉，其特征在于，包括：一第一燃烧室，是具设有燃烧机，用以产生高温热气；一第二燃烧室，是具设有进气口、排气口、反应室及高温蒸气产生器，其中反应室具设有进料口、混合气体出口及出料口；将待处理物经由进料口送入反应室；将第一燃烧室的高温热气经由进气口传送至第二燃烧室，以加热第二燃烧室内的反应室及高温蒸气产生器，经第二燃烧室降温后的热气经由排气口排出；将高温蒸气产生器所产生的高温蒸气导入至反应室，使待处理物中的汞、有机物质及戴奥辛被蒸馏并随着蒸气带出，过程中所产生的混合气体经混合气体出口排出至混合气体处理器中进行分离，所述混合气体处理器所分离出的燃料气体及燃料油导入燃烧机以产生上述高温热气，所述混合气体处理器所分离出的废水导入至高温蒸气产生器以产生高温蒸气；经过反应室处理后的土壤，再由出料口排出。

待处理物是由土壤及含碳物质所组成，此含碳物质包括碳黑、活性碳、含有机物质的物质、含戴奥辛的物质、含汞的物质、含塑料的物质、含橡胶的物质、煤、油污、厨余、农业废弃物、动物废弃物。

高温蒸气产生器包括有高温蒸气热交换器及热交换器，且上述混合气体处理器所分离出的废水是导入至热交换器，以产生蒸气。

热交换器是设于热交换室，此热交换室具设有排放口且经由第二燃烧室的排气口与第二燃烧室相通，以使经第二燃烧室降温后的热气经由排气口送入热交换室以对热交换器加热，待再次降温后经由排放口排出。

高温蒸气热交换器是具设有蒸气入口，热交换器是与高温蒸气热交换器的蒸气入口相接设，以使热交换器所产生的蒸气，经由蒸气入口进入至上述高温蒸气热交换器中持续加热以形成高温蒸气。

反应室具设有热裂解反应区及高温活化区。

混合气体处理器包括有冷却器、油水分离器及汞水分离器。

本发明具有下列所述的优点及功效：

1、热裂解反应区及高温活化区的发明设计，可直接且有效的将有机物碳化并活化成为活性碳。

2、系统本身既是裂解炉，也兼具戴奥辛解离及废气处理能力。

3、可应用于碳黑、活性碳、含有机物质的物质、含戴奥辛的物质、含汞的物质、含塑料的物质、含橡胶的物质、煤、油污、厨余、农业废弃物、动物废弃物等的物理处理。

4、热裂解反应区、高温活化区及高温蒸气热交换器置于同一空间中，并应用同一热源加温，且所产生的蒸气送入反应室内，可有效利用热能而达节省能源的目的，且由于充分应用循环热源及高温蒸气，炉体体积大幅缩小(40％以上)，达到大幅制造成本降低的目的。

5、可将任何有机物质，或含有机物的物质，碳化为BET大于200的活性碳。

6、高温热气自高温活化区到排放口的热气流经过时间低于1秒。

附图说明

图1为本发明的立体组合示意图；

图2为本发明的俯视示意图；

图3为自图2割面线3-3所表现的剖面示意图；

图4为自图2割面线4-4所表现的剖面示意图；

图5为自图2割面线5-5所表现的剖面示意图；

图6为本发明热裂解反应区的俯视示意图；

图7为本发明热裂解反应区及高温活化区结合在同一结构中的剖面示意图。

附图标记说明：11热交换室；111热交换器；12反应室；12a反应室；121螺旋进料机构；13高温蒸气产生器；131高温蒸气输入口；132高温蒸气热交换器；14排放口；15第一燃烧室；151燃烧机；161蒸气入口；17混合气体出口；171混合气体处理器；171a冷却器；171b油水分离器；171c汞水分离器；18进料口；19出料口；21热裂解反应区；22高温活化区；21a热裂解反应区；22a高温活化区；221螺旋进料机构；25第二燃烧室；251进气口；252排气口。

具体实施方式

本发明的上述目的及其结构与功能上的特性，将依据所附图式的较佳实施例予以说明。

本发明是提供一种利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉，请参阅图1及图2，为本发明的较佳实施例，如图所示，是包括有第一燃烧室15及第二燃烧室25，其中第一燃烧室15具设有燃烧机151，用以产生高温热气(亦可不设置燃烧机151而直接从炉外将1000℃以上的高温热气导入第一燃烧室15)。

请参阅图3、图4、图5及图6，如图所示，第二燃烧室25，是具设有进气口251、排气口252、反应室12及高温蒸气产生器13，其中反应室12具设有热裂解反应区21及高温活化区22，上述热裂解反应区21包括有螺旋进料机构121、进料口18及混合气体出口17，而高温活化区22具设有出料口19及螺旋进料机构221。

请参阅图1、图2、图5及图6，如图所示，上述高温蒸气产生器13包括有高温蒸气热交换器132及热交换器111，上述高温蒸气热交换器132是具设有蒸气入口161及高温蒸气输入口131，热交换器111是与高温蒸气热交换器132的蒸气入口161相接设，以使热交换器111所产生的蒸气，经由蒸气入口161进入至上述高温蒸气热交换器132中持续加热以形成高温蒸气；且热交换器111是设于热交换室11，此热交换室11具设有排放口14且经由第二燃烧室25的排气口252与第二燃烧室25相通，以使经第二燃烧室25降温后的热气经由排气口252送入热交换室11以对热交换器111加热，待再次降温后经由排放口14排出。

将待处理物(其中待处理物是由土壤及含碳物质所组成，此含碳物质包括碳黑、活性碳、含有机物质的物质、含戴奥辛的物质、含汞的物质、含塑料的物质、含橡胶的物质、煤、油污、厨余、农业废弃物、动物废弃物)经由进料口18送入热裂解反应区21，待处理物于此区进行第一阶段处理。欲将高温热气导入至第二燃烧室25时，可直接将高温热气(1000℃以上)导入第一燃烧室15或使用燃烧机151来加温燃料气体产生高温热气，再将第一燃烧室15的高温热气经由进气口251传送至第二燃烧室25(温度必须大于1000℃)，以加热第二燃烧室25内的热裂解反应区21、高温蒸气热交换器132及高温活化区22。经第二燃烧室25降温后的热气，再经由送气口252送入热交换室11以对热交换器111加热，待所述高温热气降温后经由排放口14排出；上述热交换器111所产生的150℃蒸气，经由蒸气入口161导入至上述高温蒸气热交换器13内加温至350℃以上(视废弃物型态而定)，加热的热源为第一燃烧室15来的高温热气，此高温热气经过热交换室11，温度会骤降，且必须低于300℃。(此高温蒸气的温度与所需裂解的物质有关，可以调整及控制)，再将此高温蒸气经由高温蒸气输入口131导入至热裂解反应区21，以分解待处理物，再使热裂解反应区21的待处理物经由螺旋进料机构121送入高温活化区22以完全达到分解及活化活性碳，经高温活化区22处理后的土壤，再经由高温活化区22的螺旋进料机构221自出料口19排出。

来自第一燃烧室15的高温热气，必须超过1000℃送入第二燃烧室25，此高温热气会将热裂解反应区21、高温活化区22及高温蒸气热交换器132加热，使热裂解反应区21的温度到达400℃以上，高温活化区22的温度到达700℃以上。

上述高温蒸气送入热裂解反应区21，其温度可随所需处理的物质而定(例如应用于植物的裂解，蒸气温度需大于300℃以上；应用于废塑料及橡胶，温度须超过450℃，应用于汞分离，温度须超过400℃)，且必须与待处理物维持热平衡(所述热平衡为持续加热使得被加热体维持在某一温度状态)于350℃以上，待处理物中的汞及有机物质及戴奥辛会被蒸馏及分解，形成CO、H2O、H2、CnHm、Hg、HCl、H2S的混合气体，且此混合气体会自混合气体出口17排出，再导入至混合气体处理器171中进行分离，其中混合气体处理器171包括有冷却器171a、油水分离器171b及汞水分离器171c。上述混合气体经由冷却器171a处理后，可分离出燃料气体、含油、汞及水，分离出的燃料气体经过活性碳吸附脱附气体中残留的汞蒸气后送入燃烧机151，以产生上述高温热气；上述所分离出的含油、汞的水送入油水分离器171b中做油水分离，分离出燃料油及含汞的水，而燃料油送入燃烧机151，以产生上述高温热气；上述所分离出的含汞的水送入汞水分离器171c进行汞水分离，可得到回收汞，而最终的废水在循环进入热交换器111以产生蒸气。

此外高温蒸气会与游离的碳粉尘反应，产生更多的CO及H2，并降低碳粉尘的产生。

第一燃烧室15高温氧化处理是产生超过1200℃以上的热源，故自第一燃烧室15到第二燃烧室25的1000℃高温氧化的时间必须超过2秒。高温热气自第二燃烧室25送出到排放口14，经过期间不得超过0.5秒，出口温度不得高于300℃，以避免高温热气中的戴奥辛还原生成。高温活化区22的温度必须高于700℃，才能完全脱附含汞物质及任何有机物质，并将碳黑活化为活性碳。

另，请参阅图7，如图所示，为本发明热裂解反应区及高温活化区结合在同一结构中的剖面示意图，其整体结构及技术内容大致相同，特征在于：所述热裂解反应区21a及高温活化区22a结合在同一结构中，使此反应室12a的体积变小，整体所占的空间亦相对缩小。

以上所述，仅是本发明的较佳可行的实施例而已，举凡利用本发明上述的方法、形状、构造、装置所为的变化，皆应包括于本案的权利范围内。

Claims (7)

1.一种利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉，其特征在于，包括：

一第一燃烧室，是具设有用以产生高温热气的燃烧机；

一第二燃烧室，是具设有进气口、排气口、反应室及高温蒸气产生器，其中反应室具设有进料口、混合气体出口及出料口；

将待处理物经由进料口送入反应室；将第一燃烧室的高温热气经由进气口传送至第二燃烧室，以加热第二燃烧室内的反应室及高温蒸气产生器，经第二燃烧室降温后的热气经由排气口排出；将高温蒸气产生器所产生的高温蒸气导入至反应室，使待处理物中的汞、有机物质及戴奥辛被蒸馏并随着蒸气带出，过程中所产生的混合气体经混合气体出口排出至混合气体处理器中进行分离，所述混合气体处理器包括有冷却器、油水分离器及汞水分离器，所述混合气体处理器所分离出的燃料气体及燃料油导入燃烧机以产生上述高温热气，所述混合气体处理器所分离出的废水导入至高温蒸气产生器以产生高温蒸气；经过反应室处理后的土壤，再由出料口排出。

2.如权利要求1所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉，其特征在于：待处理物是由土壤及含碳物质所组成，此含碳物质包括碳黑、活性碳、含有机物质的物质、含汞的物质。

3.如权利要求2所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉，其特征在于：所述含有机物质的物质包括含戴奥辛的物质、含塑料的物质、含橡胶的物质、煤、油污、厨余、农业废弃物、动物废弃物。

4.如权利要求1所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉，其特征在于：高温蒸气产生器包括有高温蒸气热交换器及热交换器，且上述混合气体处理器所分离出的废水是导入至热交换器，以产生蒸气。

5.如权利要求4所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉，其特征在于：热交换器是设于热交换室，此热交换室具设有排放口且经由第二燃烧室的排气口与第二燃烧室相通，以使经第二燃烧室降温后的热气经由排气口送入热交换室以对热交换器加热，待再次降温后经由排放口排出。

6.如权利要求4所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉，其特征在于：高温蒸气热交换器是具设有蒸气入口，热交换器是与高温蒸气热交换器的蒸气入口相接设，以使热交换器所产生的蒸气，经由蒸气入口进入至上述高温蒸气热交换器中持续加热以形成高温蒸气。

7.如权利要求1所述的利用高温蒸气及循环热源来分离汞、裂解戴奥辛及有机物质的反应炉，其特征在于：反应室具设有热裂解反应区及高温活化区。

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