CN101264479B - 碳化装置 - Google Patents

Abstract

本发明的碳化装置是利用远红外线辐射热的碳化裂解废弃物的装置，于容器内利用远红线加热器加热使容器内形成整体的远红外线辐射热，将废弃物等投入该容器内，在密闭的空间内以红外线加热器将上述碳化容器加热，外部则是利用燃料加热辅助使容器内的废弃物等在上述远红外线辐射热的作用下干燥、热分解最终碳化。

Description

碳化装置

技术领域

本发明涉及一种利用远红外线辐射热加热的碳化装置，可移动地放置在医疗院所的室内以处理例如医疗院所内所产生的医疗废弃物及一般废弃物等。

背景技术

以往，医疗院所内所产生的医疗废弃物，必须经由医疗废弃物处理专业公司承运至医疗废弃物处理场后集中加以焚化处理，但是，由于医疗废弃物具有高感染的危险性及即时处理的时效等的问题，其首要解决之道在于对感染源即实时处理的迫切性。

发明内容

[发明所欲解决的课题]

如上述，一般的废弃物的焚化处理虽是可行的方法之一，但其使用性、成本、设备及场地等的各方面仍存在有许多待解决的问题。因此，一般废弃物的处理是以焚化炉的设备为主，但是，其设厂及储放使用时的空间大，设备投资及维护成本较高，合法的地目难寻且昂贵，并且在处理过程中容易造成空气污染及随时要面对附近民众抗争事件等的问题。

[解决问题的手段]

有鉴于以往焚化炉所存在的诸多问题，本发明人提出一种可设置在医疗院所内及/或一般室内方便使用的废弃物碳化装置，该碳化装置是利用远红外线的辐射热及碳化容器以及循环水泵的特珠结构提供高性能的碳化装置。并且，根据其目的及可达成该目的的碳化装置分别说明如下：

1.用于加热处理的碳化容器的内部设置远红外线加热器，将废弃物投入容器内，在密闭的空间内以远红外线的辐射热的加热方法将上述容器加热，借助上述该容器的特殊结构将容器内的废弃物搅拌粉碎后加速其碳化，并利用上述方法所产生的热量及远红外线辐射热将废弃物加热干燥、热分解，最后达到碳化的目的。

利用远红外线辐射热的加热方法，热辐射是一种电磁波，其传导的热量T1⁴-T2⁴成正比，一般加热的方法在物体间的传热为热传导、热对流等，必须需通过传热介质，其传导的热量与两物体间的温度差T1-T2成正比。

但是，远红外线加热是将辐射热直接对物质进行加热、干燥，并利用远红外线的辐射热进行加热干燥等可减少空气等介质能量的损失，于热传递时容易根据其特性予以匹配。而所谓的热，即是指从分子的观点来看为贮存在物体内部的原子间因震动等产生的动能，以红外线加热时，若使用有助于受热体原子间运动的能量波段(即红外线活性基准振动波)的辐射时，则可更有效地进行加热。例如水(H₂O)为3原子分子，其基准振动数为3个，也即OH的对称伸缩振动为3652cm^-1(2.7μm)、逆对称伸缩振动为3756cm^-1(2.66μm)、变角振动为1595cm^-1(6.27μm)，水分子为轻分子的结合力强，其基本吸收带在2.7μm，接近有效吸收红外线，任何物体只要在非零度时都会放射出红外线，因此在使用于加热、干燥时，红外线放射体必须形成可有效促进被加热原子间运动的红外线放射特性。

如上述，一般加热大都采用将热风送入干燥室的对流方式等进行干燥加热，使空气加热形成对流热，将该热传导到被加热体上，如果被加热物质产生水蒸气而使其蒸气压增高时，即使增高温度也不容易干燥，因此必须将有能量的水蒸气迅速释放出外部，但是，如此一来会造成未使用于干燥的热能的损失，若利用红外线加热则不会对空气进行不必要的加热，可直接将加热的物质加热，使蒸发的水蒸气迅速挥发，有效地进行加热。

为了达成以上的目的，本发明是利用上述红外线加热特性用于本体内部使形成整体远红外线辐射热的加热、干燥方法，可直接将被加热物体加热，使蒸发的水蒸气迅速挥发，并经由循环水泵抽离加速其热分解效能，使被加热的物质迅速碳化，热分解中所蒸发的气化物并经由循环水泵吸引冷却，使所含有的油气凝结浮游在水面，可回收再利用。

2.利用远红外线的辐射热加热催化触媒，对于废弃物所产生的气化物可进行消烟、除臭。使用催化触媒可降低废气的处理温度并与一般常见的VOC废气处理比较如下。

使用催化触媒加热碳化处理的主要反应如下：

VOC+O²触媒→CO₂+H²O

使用催化触媒加热及无催化剂触媒加热对一般VOC的比较如下：

VOC一般无催化剂触媒加热       使用催化剂触媒

3.在密闭的空间内利用远红线辐射热加热碳化装置容器本体，上述碳化装置容器本体内部装设陶瓷发热器形成内部整体远红外线辐射热，将容器内碳化物加热通过远红外线陶瓷电热辐射热投射于上述碳化容器内的碳化物加以干燥、热分解的同时，可借助容器内特殊的结构将容器内碳化物搅拌、粉碎加速其碳化。

4.利用含有催化剂的触媒消烟、除臭器，可对于碳化容器内废弃物所产生的烟及气化物进行消烟、除臭处理。

5.利用水循环水泵吸引碳化装置本体内碳化物所产生的烟及气化物，使碳化装置本体内形成负压以避免装置本体内造成烟及臭味的泄漏，同时将气化物冷却和水中18脂酸凝结浮游在水面，利用刮油装置将浮游在水面上的凝结油刮离而储存在密封储油桶中，可经由外部抽取回收，有再利用的高价值性。

6.消烟、除臭器可分为第1消烟、除臭器及第2消烟、除臭器，该第1消烟、除臭器主要的成分是填充有铂、钯及氧化钛等氧化剂，第2消烟、除臭器则为含多孔性珊瑚礁、碳酸钙及负离子陶瓷等所组成的消烟、除臭器，并注入臭氧以分解有害物质的成分。

以下，说明本发明碳化装置的使用方法。

首先，将废弃物投入碳化容器内，推压旋转门开关关闭碳化容器，使用远红外线陶瓷加热器将容器内碳化物加热以及利用外部的燃料辅助加热。由于，本发明的碳化装置的特点在于采用全自动的PLC自动控制系统的控制下进行碳化，不会因为过热高温而发生燃烧，并且碳化容器内的废弃物是利用来自远红外线加热器的热量加热及外部的燃料辅助而加以干燥、热分解。其所蒸发气化的烟及气化物可经由第1消烟、除臭器、灭菌、消烟、除臭后的气化物而借助冷却水洗浮游于水面，以刮油装置排出于密闭桶中贮存，回收再利用。并将剩余的气化物经由第2消烟、除臭器再予以消烟、除臭，并分解有害物质后排放于大气中，由于微量的碳化成分可自动排出于密封桶中贮存，可作为一般处理过后的废弃物处理，或者也可以散播在土壤中。

其次，说明本发明远红外线碳化装置对医疗废弃物的碳化方法如下：

由于，空气污染中危害最深的是戴奥辛，戴奥辛是一种化合物(如燃烧塑料、塑料袋含有戴奥辛)，由两个氧原子连接一对苯环类化合物所组成，当使用一般燃烧焚化分解方式时，燃烧材料中氯原子会形成化合物。相对于此，本发明是在密封状态下利用远红外线辐射热加热使上述废弃物干燥、热分解、蒸发、碳化的方法，在原理上与一般燃烧方式完全不同，在不供给氧原子的状态下，氧原子结合产生戴奥辛的量与燃烧方式比较会减少许多。

另外，如上述，由于医疗废弃物具有高感染的危险性以及处理时效上的迫切性，因此医疗废弃物中大部份含有塑料类，如聚乙烯(Polyethlene)或有机硅(Silicon)树脂等，利用本发明的上述远红外线辐射热的碳化方法将其热分解成为低分子化后，使氯化合物不再与其结合且由于聚乙烯为同类的分子物质，因此实际的反应上也不会结合而导致戴奥辛的污染。

远红外线的作用

H-H-H-H

聚乙烯的结构             C-C-C-C

H-H-H-H

化学式：C-C、C-H的结合

上述聚乙烯的C-C键吸收远红外线辐射中的特定波长，其C-H键吸收远红外线辐射中的另一个特定波长后，分解成为活性自由基。当聚乙烯的C-C键及C-H键吸收远红外线而断裂分解为低分子自由基并在水中反应时，因聚乙烯自由基属低分子物质，它与氢自由基反应时会形成稳定的低分子物质。而其所形成的低分子中的C-C、C-H键再经由远红外线的照射，形成更低分子的活性物质与氢原子反应形成氧化气体，其带有油脂气体可经由水洗冷却和水中18脂酸结合浮游于水面而排出回收，最终可将有机物全部中和。

另外，说明远红外线辐射碳化程序如下：

(热分解、热氧化分解、氧化)

无机物、碳酸气体CO₂、H₂O

附图说明

图1是本发明碳化装置的具体实施例的剖视图。

图2是本发明碳化容器的结构图。

图3是本发明第1及第2消烟、除臭器的结构图。

图4是本发明碳化装置中循环水泵的结构图。

图5是本发明碳化装置中刮油装置的结构图。

具体实施方式

根据图标说明本发明的具体结构如下。

图中，本发明的碳化装置，主要为本体1、碳化容器2、搅拌器3、排灰控制阀4、第1消烟、除臭器5、第1水泵6、刮油装置7、第2水泵8、第2消烟、除臭器9、PLC自动控制系统10及本体底座钢架11等所构成。

图1是表示本发明的碳化装置的具体实施例的概略剖视图。其中，碳化装置的本体1及其内部的碳化容器2的内外壁是由耐久金属材料所制成。该内外壁之间填充有例如陶瓷纤维或硅酸钙等的轻质隔热材料，在该碳化容器2的内部形成一空间2a。可利用旋转臂1c将密封盖1a关闭，再利用油压缸旋转进入卡钩1b，形成可在该内部放置废弃物的密闭空间。

另外，将远红外线陶瓷加热器2b设置在上述本体1的容器内的顶部，本发明是使用远红外线陶瓷加热器2b，并且辅助燃料燃烧机2d可使用瓦斯或柴油燃烧机来辅助加热碳化容器，使碳化容器内部的陶瓷层2c产生远红外线辐射热，使碳化容器2a内部空间形成整体远红外线的辐射热。

图2是表示碳化容器2的结构图，远红外线陶瓷层2c是涂装于碳化容器2的内壁，密封盖1a是利用油压缸经由PLC自动控制系统10可控制门的开或关，将废弃物投入容器空间内2a，当碳化容器密封盖1a关闭后，启动远红外线陶瓷加热器2b加热的同时，并启动辅助燃料燃烧机2d辅助加热，通过远红外线陶瓷加热器2b及辅助燃料燃烧机2d的加热，将容器内的废弃物加热至400℃，另外利用远红外线陶瓷层2c所产生的辐射热将碳化容器内的废弃物加热，经干燥、热分解步骤促使其气化蒸发。上述辅助燃料燃烧机2d则是利用热效应原理加热后经烟道口1e进入螺旋式烟道加热尾气排放至烟到出口1f。将蒸发气化物信道控制阀2h打开并经由排气信道2i连至第1消烟、除臭器5后关闭排灰控制阀4。当容器内温度达280℃时，启动搅拌器3搅拌碳化容器内的废弃物使其加速碳化，在容器内温度达300℃时启动洒水装置2j并控制其洒水量及间隔以加速裂解及氧化，另外，在容器内设置当容器内气压超过设定值时泄气并发出警报的气压安全阀2g。

并且，参阅图1、图3A及图4说明如下。

第1消烟、除臭器5是利用内置的催化触媒的催化剂5c，以化学方式及物理方法氧化、分解烟气中的碳化合物使其形成低分子化，利用第1水泵6吸引烟气中的碳化合物，应用恒吸原理并利用水滴落的自量吸引烟气后跌落至水槽中加以冷却并与水中18脂酸结合，使含有油脂成分物质浮游在冷却水槽6a的水面上。由于冷却水槽6a与储油水槽7a之间设置有(水位线)隔板7d的段差7c(如图5表示)，当水槽6a的油脂凝结上升超过隔板7d而导入储油水槽7a时，可借助刮油刷7b将浮油成分刮离贮存在密封储油槽7c中，剩余的微量残留轻分子化合物则经由第2水泵8的吸引进行第2次水洗使残留轻分子化合物与水箱8a的碱性水结合。

第1消烟、除臭器5的作用，内置的催化触媒催化剂5c是以化学方式及物理方法将容器内热分解后的汽化物以加热器5a加热催化，将氧化触媒5b加热至250℃使气化物及烟气分解形成低分子气化物。

如图3B表示，第2消烟、除臭器9的作用，内置有触媒催化剂9a及氧化触媒9b是利用加热器9c加热至350℃后，以化学方式及物理方法氧化、分解并注入O₃以分解有害物质，将微量残留的轻分子及臭味除去后从排气口9e排放到大气中。

以下，说明第1消烟、除臭器5内的催化触媒5c及氧化触媒5b的化学反应作用如下：

首先，将触媒加热器5a加热至250℃使气化物完全氧化分解。

例如：塑料类PE、PVC、硅胶等

其次，如上上述，第2消烟、除臭器9内的除臭剂9a的主要成分为珊瑚碳酸钙多孔性珊瑚礁粒、负离子瓷化颗粒并使用生石灰进行碱性中和，及氧化触媒9b氧化及注入臭氧的作用其化学反应如下：

首先，将催化触媒9a及氧化触媒9b以加热器9c加热至350℃使氧化物完全氧化分解后，开启臭氧机9d注入0₃分解有害物质后，将处理后的清洁空气排放出排气口9e。

CO+1/2O₂        催化剂         CO₂

Hydrocarbons+O₂ 催化剂         CO+H₂O

H₂+1/2O₂        催化剂         H₂O

NO+H₂           催化剂         1/2N₂+H₂O

Hydrocarbons+NO 催化剂         N₂+H₂O+CO₂

CO+H₂O          催化剂         CO₂+H₂

2NO+2CO         催化剂         N₂+2CO₂

CH₂COOH+O₃                     (CO₂)n+(H₂O)m

H₂CCHCl+O₃                     H₂O+CO₂+Cl

Cl+H₂O+NaOH                    NaCl

+H₂O

最后，将容器内废弃物碳化后所剩余微量的碳化物经由排灰装置4及排灰控制阀4a排入储灰桶4b内，并经由滤网4c过滤后储存于上述桶4b中，并以手动出灰阀4d定量控制排灰，利用塑料袋或麻袋接至出灰口4e装填，其灰渣经过完全碳化后可作为一般的废弃物处理或作为土壤混合物使用。

[发明效果]

根据本发明的碳化装置，碳化容器内使用远红外线陶瓷加热器形成整体远红外线的辐射热的加热，因此可透过整体远红外线辐射热的加热，使碳化容器内的医疗废弃物或一般废弃物获得良好且均匀的热贯穿效果，碳化容器为密闭以水泵吸引形成负压因此不会因过热而燃烧，尤其在处理医疗废弃物时，大部分为聚乙烯或树脂类的物质，可利用远红外线辐射热碳化促进其稳定热分解来缩短处理时间，并以热分解形成低分子化合物后，不再反应成为有害物质。

碳化容器的内璧涂装远红外线的陶瓷层，废弃物除了可利用远红外线陶瓷加热器加热之外，并可以燃气具加热于碳化容器通过外部的加热使远红外线陶瓷层形成远红外线辐射热，其可互补远红外线陶瓷加热器的加热更能缩短处理时间，并可节省电费燃料费。

碳化容器内形成远红外线的陶瓷层，不会有碳化物附着在内表面上之虞。

容器内置搅拌器3经由控制器3a带动马达将搅拌器连杆上升到近垂直的170角度后释放其控制，而借助上述搅拌器3自由落体摆动的重量将容器内的废弃物打碎，可使废弃物获得均热加速碳化，可节省处理时间及费用。

利用水泵将容器内气化物吸引使容器内形成负压，不会有烟恶臭等泄漏之虞，更可加速碳化时间，其结构简单并可长期使用。由水泵吸引容器内所产生的气化物水洗冷却和水槽中18脂酸作用凝结油脂物质(裂解油)，其物质具有高燃值，可回收再利用的价值，符合世界环保要求的回收机制。

由于第1及第2消烟、除臭器具有高效果，不会造成公害。

Claims (8)

1.一种碳化装置，利用远红外线辐射热的碳化裂解废弃物的装置，其特征在于：碳化容器内利用远红线加热器加热使碳化容器内形成整体远红外线辐射热，将废弃物投入该碳化容器内，借着碳化容器内置的搅拌器经由控制器带动该马达控制搅拌器自由落体摆动的重量打碎前述碳化容器内的废弃物，并于密闭的空间内以红外线加热器将所述碳化容器加热，外部则是利用辅助燃料燃烧机使碳化容器内的废弃物在所述远红外线辐射热的作用下干燥、热分解最终碳化；

投入所述碳化容器的废弃物经加热所产生的烟及热分解的气化物，利用水循环的装置一组或二组以上，将热分解后的烟及气化物冷却，使其含有油、气的气化物和水混合贮存于循环水箱，所述所含的油、气经冷却后和水中18脂酸凝结形成浮油存浮于循环水箱内，利用刮油装置将浮游在水面上的浮油刮离并储存于密封储油桶，具有可经回收再利用的价值。

2.如权利要求1所述的碳化装置，其特征在于，利用催化触媒对于废弃物所产生的气化物进行消烟·除臭。

3.一种碳化装置，利用远红外线辐射热的碳化裂解废弃物的装置，其特征在于：碳化容器内形成整体远红外线辐射热，该碳化容器位于封闭的本体内，使用远红外线陶瓷加热器或辅助燃料燃烧机加热该碳化容器，利用电热或燃料加热所产生的热及远红外线辐射热，将投入所述碳化容器内的废弃物，借着碳化容器内置的搅拌器经由控制器带动该马达控制搅拌器自由落体摆动的重量打碎该废弃物干燥、热分解，最后碳化；

投入所述碳化容器的废弃物经加热所产生的烟及热分解的气化物，利用水循环的装置一组或二组以上，将热分解后的烟及气化物冷却，使其含有油、气的气化物和水混合贮存于循环水箱，所述所含的油、气经冷却后和水中18脂酸凝结形成浮油存浮于循环水箱内，利用刮油装置将浮游在水面上的浮油刮离并储存于密封储油桶，具有可经回收再利用的价值。

4.如权利要求3所述的碳化装置，其特征在于，至少包括一组以上水泵，使用于装置内由碳化容器内废弃物所产生的裂解油气进行分离以及至少包括一个以上催化触媒的消烟、除臭器，使用于装置内由碳化容器废弃物所产生的烟气进行消烟、除臭。

5.如权利要求1所述的碳化装置，其特征在于，利用水循环装置一组或二组以上抽取碳化装置本体内的烟及气化物，使碳化装置内形成负压，以避免装置本体内漏出烟气及臭味。

6.如权利要求3所述的碳化装置，其特征在于，利用水循环装置一组或二组以上抽取碳化装置本体内的烟及气化物，使碳化装置内形成负压，避免装置本体内漏出烟气及臭味。

7.如权利要求1或3所述的碳化装置，其特征在于，碳化容器内置搅拌器可将废弃物于碳化过程中加以搅拌使碳化物受热均匀加速碳化，以节省碳化时间。

8.如权利要求4所述的碳化装置，其特征在于，消烟、除臭器包括第1消烟、除臭器及第2消烟、除臭器，所述第1消烟、除臭器填充有贵金属及氧化钛的主要催化剂，所述第2消烟、除臭器则为含有贵金属及氧化钛的主要催化剂及远红外线负离子陶瓷所形成的消烟、除臭器。

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