CN111139095B - 三态有机物裂解系统及其常压水离子产生装置 - Google Patents

三态有机物裂解系统及其常压水离子产生装置 Download PDF

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Abstract

三态有机物裂解系统及其常压水离子产生装置，包括进料装置、预热装置、蒸气产生装置、常压水离子产生装置、裂解碳化反应装置、热回收装置、气液分离装置与气体净化装置；所述有机物经进料装置进入预热装置预热后传送到裂解碳化反应装置，蒸气产生装置产生饱和蒸汽传输到常压水离子产生装置，加热成过热蒸气解离转化为水离子进入裂解碳化反应装置，水离子将有机物断链裂解碳化为碳渣与气液废弃物，过程中的热能经热回收装置回收后传递到预热装置，气液废弃物经气液分离装置、气体净化装置处理后成为无害的气体与液体，达成在无明火、低氧(趋近无氧)且常压下，利用水离子致有机物断链裂解反应的系统架构。

Description

三态有机物裂解系统及其常压水离子产生装置
技术领域
本发明系有关于三态有机物裂解系统，特别是指在无明火、低氧(趋近无氧)且常压下，利用水离子致有机物断链裂解反应的三态有机物裂解系统，以及，能在常压状态下解离产生水离子的常压水离子产生装置。
背景技术
一般工业所产生的废弃物称为工业废弃物，根据工业型态之不同，所产生的废弃物亦有所不同，可能会产生固态、液态或气态的工业废弃物，而这些工业废弃物不能随便丢弃，需要透过有效地处理，才能避免工业废弃物造成环境或人体危害。
目前较常见的废弃物处理厂或是废弃物处理设备，一般都属于单型态的废弃物处理，例如：固态的废弃物处理，如以旋转炉焚烧或卫生掩埋等；液态的废弃物处理，如污水净化或生物菌处理；气态的废弃物处理，如废气二次燃烧或触煤吸附去除污染物之处理法等等。一般工业会产生的废弃物可能不只有单一型态，然而，现今的废弃物处理仅能进行单一型态废弃物之处理，尚未有能够一次多元处理固、液、气态废弃物的处理系统，对于高密度的工业国家或都市来说，实属不便且容易造成人民的疑虑与担忧及环境的二次污染。
有鉴于习用有上述缺点，发明人乃针对前述缺点研究改进之道，终于有本发明产生。
发明内容
本发明主要目的在于，提供环境状态是无明火、低氧(趋近无氧)且常压的三态有机物裂解系统。
本发明次要目的在于，提供利用水离子致有机物断链裂解反应的三态有机物裂解系统。
本发明再一目的在于，提供常压状态下解离产生水离子的常压水离子产生装置。
本发明又一目的在于，提供将过热蒸汽解离成水离子的常压水离子产生装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
为达成上述目的及功效，本发明三态有机物裂解系统至少包括：一进料装置、一预热装置、一蒸气产生装置、一常压水离子产生装置、一裂解碳化反应装置、一热回收装置、一气液分离装置与一气体净化装置，其中：
进料装置提供一有机物进行输送；
预热装置与前述进料装置连接，接收并预先加热有机物；
蒸气产生装置提供一饱和蒸汽；
常压水离子产生装置与前述蒸气产生装置连接，接收饱和蒸汽并加热为过热蒸气后解离转化为水离子；
裂解碳化反应装置与前述预热装置、常压水离子产生装置连接，接收预热后的有机物与水离子，并在常压趋近无氧状态下，令水离子与有机物断链裂解碳化为碳渣与气液废弃物；
热回收装置与前述预热装置、裂解碳化反应装置连接，回收裂解碳化反应装置运转时的热能、气液废弃物残余的热能，传递到预热装置；
气液分离装置与前述热回收装置、裂解碳化反应装置连接，接收前述气液废弃物分离出废水与废气；
气体净化装置与前述气液分离装置连接，将废弃分解为无害气体对外排出；
有机物经进料装置进入预热装置预热后传送到裂解碳化反应装置中，蒸气产生装置将水加热产生饱和蒸汽传输到常压水离子产生装置，饱和蒸气加热成过热蒸气后解离转化为水离子进入裂解碳化反应装置中，裂解碳化反应装置内是常压趋近无氧状态，水离子将裂解碳化反应装置内的有机物断链裂解碳化为碳渣与气液废弃物，过程中的热能经热回收装置回收后传递到预热装置，而气液废弃物经气液分离装置、气体净化装置处理后成为无害的气体与液体，达成在无明火、低氧(趋近无氧)且常压下，利用水离子致有机物断链裂解反应的系统架构。
依上述结构，所述气体净化装置包括：
一水淋塔，与前述气体净化装置连接，接收废气进行去酸碱、去重金属、去氯与减碳等初步处理；
一等离子处理装置，与前述水淋塔连接，接收初步处理的废气，经高压解离废气离子后产生电子跳火引发燃烧，至废气无法再燃烧时排出。
依上述结构，所述预热装置、蒸气产生装置、常压水离子产生装置与裂解碳化反应装置连接一加热器，其以电磁加热产生热能。
依上述结构，所述三态有机物裂解系统包括：
一加热器，与前述预热装置、蒸气产生装置、常压水离子产生装置与裂解碳化反应装置连接，其以电磁加热产生热能；
一控制装置，与前述加热器电性连接，使其控制预热装置、蒸气产生装置、常压水离子产生装置与裂解碳化反应装置的加热参数。
本发明的常压水离子产生装置，至少包括：一连接管、一加热管与一喷头，其中：
连接管内部为贯通状，与前述蒸气产生装置相通连；
加热管一端与前述连接管连接，内部具有一气体通道，该气体通道表面设有一合金触媒层；
喷头连接在前述加热管的另一端，内部呈渐缩状，并延伸有一喷嘴，该喷嘴与裂解碳化反应装置相通连；
前述蒸气产生装置产生一饱和蒸汽经连接管进入加热管内，加热管将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，气体通道表面的合金触媒层与过热蒸汽解离产生一水离子，且水离子进入裂解碳化反应装置内是常压趋近无氧状态，水离子与裂解碳化反应装置内的有机物经离子交换后，达成断链裂解碳化为碳渣。
依上述结构，所述连接管内部呈渐缩状，并延伸有一连接端。
依上述结构，所述加热管的气体通道包括一第一通道与一第二通道，第一通道与第二通道部分相通连。
依上述结构，所述加热管的气体通道由复数个第三通道所构成。
依上述结构，所述合金触媒层是钨铁合金、钨铜合金、钨镍合金、钨锰合金或含有钨元素的金属合金。
依上述结构，所述合金触媒层是硅锰合金或含有锰元素的金属合金。
依上述结构，所述水离子产生器为多个依序连接。
依上述结构，所述连接管表面设有复数个第一凹孔，以及，喷头表面设有复数个第二凹孔。
为使本发明的上述目的、功效及特征可获得更具体的了解，依各附图说明如下：
附图说明
图1是本发明较佳实施例的系统方块图。
图2是本发明较佳实施例的立体分解图。
图3是图2中的部分剖视图。
图4是本发明较佳实施例的立体剖视图。
图5是本发明再一较佳实施例的立体剖视图。
图6是图5的侧面剖视图。
图7是本发明又一较佳实施例的侧面剖视图。
图8是本发明较佳实施例的气体通道示意图一。
图9是本发明较佳实施例的气体通道示意图二。
具体实施方式
本案相关申请案的交叉参考文献：
本申请案主张2018年11月02日在中国台湾智慧财产局中申请的专利申请号第107214943号「固液气三态有机复合废弃物处理系统」，以及，主张2019年09月02日在中国台湾智慧财产局中申请的专利申请号第108131542号「常压水离子产生器」的优先权权益，申请案的揭露内容全文并入本案供参考。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属本发明保护的范围。
请参阅图1所示，可知本发明的三态有机物裂解系统2至少包括：一进料装置21、一预热装置22、一蒸气产生装置23、一常压水离子产生装置1、一裂解碳化反应装置24、一热回收装置25、一气液分离装置26、一气体净化装置27、一加热器28与一控制器29，其中：
进料装置21提供一有机物进行输送，在一个较佳的实施例中，有机物可以是固、液、气三态任一型态的有机废弃物，例如无法自然分解且内含有害物质之污泥、污水及废气等，则进料装置21是将准备进行处理的污泥、污水及废气执行输送。
预热装置22与前述进料装置21连接，接收并预先加热有机物，并可依有机物的种类不同，先行将有机物中的水份加热、蒸发有机物内过的水份、或过于干燥的有机物补充水份等。
蒸气产生装置23注入水并产生温度约130度至160度或更高的一饱和蒸汽。
常压水离子产生装置1与前述蒸气产生装置23连接接收饱和蒸汽并加热为过热蒸气后解离转化为水离子。
裂解碳化反应装置24与前述预热装置22、常压水离子产生装置1连接，接收预热后的有机物与水离子，并在常压趋近无氧状态下，令水离子与有机物断链裂解碳化为碳渣与气液废弃物。
热回收装置25与前述预热装置22、裂解碳化反应装置24连接，回收裂解碳化反应装置24运转时的热能、气液废弃物残余的热能，传递到预热装置22，借以减少三态有机物裂解系统2的能源消耗，在一个较佳的实施例中，热能可以是高温的热水或蒸气。
气液分离装置26与前述热回收装置25、裂解碳化反应装置24连接，接收前述气液废弃物分离出废水与废气；
气体净化装置27与前述气液分离装置26连接，包括一水淋塔271与一等离子处理装置272，其中：
水淋塔271与前述气体净化装置27连接，接收废气进行去酸碱、去重金属、去氯与减碳等初步处理；
等离子处理装置272与前述水淋塔271连接，接收初步处理的废气，并以数万伏特的电压(如2～3万伏特或更高)将废气解离后产生电子跳火引发燃烧，废气被等离子电击解离，在空间中由于电子跳火而引发燃烧，此时因为高温等离子在高温高压下产生O3作用，可以将无法燃烧废气再利用O3氧化裂解，一直到废气无法再引发燃烧时，才会将气体排出。
加热器28分别与预热装置22、蒸气产生装置23、常压水离子产生装置1与裂解碳化反应装置24连接，为了符合无明火的使用状态，加热器28较佳的实施态样可以是电磁加热装置，即利用线圈产生磁场，磁场与金属材质的管路或容器等之间产生许多的涡流(EddyCurrent)让金属材质的管路、容器等产生热能，电磁加热的技术，其并非本案技术特征，在此仅概略说明，非用以限定本案的加热器28仅为电磁加热器。
控制装置29与加热器28电性连接，用来设定前述加热器28对应蒸气产生装置23、常压水离子产生装置1与裂解碳化反应装置24，分别设定各自的加热时间、加热温度等，同时，控制装置29还能够监控前述各装置之间的动作，如：饱和蒸气与过热蒸气的流通状态、热回收状态、裂解碳化反应装置24的运作状态等，应注意的是，控制装置29可以是可分为以电脑、终端机、伺服器或嵌入式系统等型态设置。
本发明的三态有机物裂解系统2中，主要是利用过热蒸器解离生成水离子[氢正离子(H+)、氢氧离子(OH-)]，再将有机物断链后碳化成碳渣，有机物经进料装置21进入预热装置22预热，例如增加或减少水份，以及预先加热的动作后，传送到裂解碳化反应装置24中，同时，将水注入蒸气产生装置23产生温度约130度至160度或更高的饱和蒸汽，饱和蒸汽经常压水离子产生装置1解离转化为水离子进入裂解碳化反应装置24，裂解碳化反应装置24内如前述置入待处理的有机物，水离子在裂解碳化反应装置24内使与有机物离子交换后进行断链，在断链的过程中，裂解碳化反应装置24内部是无明火、低氧(趋近无氧)且常压的状态。
裂解碳化反应装置24离子交换完成有机物断链反应后，与水离子中的H+离子产生的有机废水直接排入回收池3，高温蒸气与裂解废气被热回收装置25吸热，回收的热能，可作为有机物置入预热装置22前的干燥、增温等热能使用；经热回收装置25处理后剩余的低温废气送往气液分离装置26，热回收装置26将冷凝废水排至回收池3；而裂解后不容于水的废气送往水淋塔271，水淋塔271加入絮凝剂后，进行酸碱中和、去硫化物、去氯(铁)与减碳的处理；接着，水淋塔271无法处理的废气，如烷、脂、一氧化碳等，将通过等离子处理装置272烧毁后排出。
经由上述说明，可以得知本发明三态有机物裂解系统2的用途及与功效，更进一步说明的是，前述三态有机物裂解系统2中的常压水离子产生装置1，请参阅图1至图4所示，本发明常压水离子产生装置1，包括：一连接管11、一加热管12与一喷头14，其中：
连接管11内部为贯通状，与前述蒸气产生装置23相通连，蒸气产生装置23产生一饱和蒸汽传入连接管11，连接管11表面设有复数个第一凹孔112。
加热管12一端与前述连接管11连接，内部具有一气体通道121，气体通道121表面设有一合金触媒层13，加热管12将饱和蒸汽加热成过热蒸汽(例如600度或更高的温度)，气体通道121表面的合金触媒层13将过热蒸汽解离产生一水离子；应注意的是：
气体通道121的直径或容积小于加热管12，本发明的图示中(请参阅图8所示)，气体通道121包括一第一通道1211与一第二通道1212，第一通道1211与第二通道1212部分相通连，形成如中文十字形或英文X字形的结构；或着，气体通道121是由复数个第三通道122所组成(请参阅图9所示)，包括但不限定上述二种实施方式，举凡气体通道121的直径或容积小于加热管12，而能够增加合金触媒层13与过热蒸汽接触面积，都应属本发明保护的范畴；
合金触媒层13是透过电镀、化学镀、溅镀、蒸镀、涂镀、浸镀等表面披覆方式，将钨铁合金、钨铜合金、钨镍合金、钨锰合金或含有钨元素的金属合金，或是硅锰合金或含有锰元素的金属合金，生成在加热管12的气体通道121表面。
喷头14连接在前述加热管12的另一端，内部呈渐缩状，并延伸有一喷嘴141，喷嘴141与前述裂解碳化反应装置24相通连，且加热管12、与喷头14表面，设有复数个增加表面积、且具蓄温效能的第一凹孔112、第二凹孔142。
加热器28加热蒸气产生装置23，让进入蒸气产生装置23得水加热成为饱和蒸汽经，饱和蒸汽经由连接管11进入加热管12内，加热管12将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，气体通道121表面的合金触媒层13将过热蒸汽解离产生水离子，即过热蒸气(H2O)经过合金触媒层13解离(Dissociation)后，成为氢正离子(H+)与氢氧离子(OH-)；水离子进入裂解碳化反应装置24内是常压趋近无氧状态，后续如前述图1的段落叙述，在此不再赘述。
请参阅图5至图7所示，本实施例相较于前述实施例的特点在于：水离子产生器1进一步可以多个依序连接，举例来说，二个水离子产生器1要相互连接，一个水离子产生器1的喷头14对接到另一个水离子产生器1的连接管11内，即喷头14的喷嘴141以干涉配合或余隙配合组入另一个连接管11内，同时，也可利用连接管11的第一凹孔112、喷头14的第二凹孔142作为干涉配合、或余隙配合使用的工作孔；以及，
连接管11内部呈渐缩状，并延伸有一连接端111，连接端11与前述图1中的蒸气产生装置23相通联；借由水离子产生器1多个依序连接，可以加入水离子进入裂解碳化反应装置24的速度，同时，可以借由多个加热管11进行多段式的加热，前述提到加热管12将饱和蒸汽加热成过热蒸汽(例如600度或更高的温度)，在多段的加热下，可以更均匀的让饱和蒸汽加热为过热蒸气。
综合以上，本发明的三态有机物裂解系统及其常压水离子产生装置，能够有效地处理如固、液、气三态的有机废弃物，借由常压水离子产生装置1所产生的水离子，对有机物进行无氧裂解碳化处理并逐一分解，最后产物则为碳，而有机物裂解物质将随着蒸气一同排出，并且还能够将最后产物回收成为安全无机物：「炭」，干燥而无臭，除了能够避免掉对于环境与人体的危害，亦能够将最后产物再度利用，对于现今环保意识逐渐抬头的国内外，本发明实为一具新颖性及创造性的发明，爰依法提出申请发明专利。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.三态有机物裂解系统，其特征在于，至少包括：
一进料装置，提供一有机物进行输送；
一预热装置，与前述进料装置连接，接收并预先加热有机物；
一蒸气产生装置，提供一饱和蒸汽；
一常压水离子产生装置，与前述蒸气产生装置连接，接收饱和蒸汽并加热为过热蒸气后解离转化为水离子，所述常压水离子产生装置至少包括：
一连接管，内部为贯通状，与前述蒸气产生装置相通连；
一加热管，一端与前述连接管连接，内部具有一气体通道，气体通道表面设有钨锰合金组成的一合金触媒层；
一喷头，连接在前述加热管的另一端，内部呈渐缩状，并延伸有一喷嘴，喷嘴与裂解碳化反应装置相通连；
一裂解碳化反应装置，与前述预热装置、常压水离子产生装置连接，接收预热后的有机物与水离子，并在常压趋近无氧状态下，令水离子与有机物断链裂解碳化为碳渣与气液废弃物；
一热回收装置，与前述预热装置、裂解碳化反应装置连接，回收裂解碳化反应装置运转时的热能、气液废弃物残余的热能，传递到预热装置；
一气液分离装置，与前述热回收装置、裂解碳化反应装置连接，接收前述气液废弃物分离出废水与废气；
一气体净化装置，与前述气液分离装置连接，将废弃分解为无害气体对外排出；
一电磁加热器，与预热装置、蒸气产生装置、常压水离子产生装置与裂解碳化反应装置连接，其以电磁加热产生热能；
一控制装置，与电磁加热器电性连接，使其控制预热装置、蒸气产生装置、常压水离子产生装置与裂解碳化反应装置的加热参数；
有机物经进料装置进入预热装置预热后传送到裂解碳化反应装置中，蒸气产生装置将水加热产生饱和蒸汽传输到常压水离子产生装置，饱和蒸气加热成过热蒸气后解离转化为水离子进入裂解碳化反应装置中，裂解碳化反应装置内是常压趋近无氧状态，水离子将裂解碳化反应装置内的有机物断链裂解碳化为碳渣与气液废弃物，过程中的热能经热回收装置回收后传递到预热装置，而气液废弃物经气液分离装置、气体净化装置处理后成为无害的气体与液体。
2.依权利要求项1所述的三态有机物裂解系统，其特征在于：所述气体净化装置包括：
一水淋塔，与前述气体净化装置连接，接收废气进行去酸碱、去重金属、去氯与减碳等初步处理；
一等离子处理装置，与前述水淋塔连接，接收初步处理的废气，经高压解离废气离子后产生电子跳火引发燃烧，至废气无法再燃烧时排出。
3.依权利要求项1所述的常压水离子产生装置，其特征在于，所述加热管的气体通道包括一第一通道与一第二通道，第一通道与第二通道部分相通连。
4.依权利要求项1所述的常压水离子产生装置，其特征在于，所述加热管的气体通道由复数个第三通道所构成。
5.依权利要求项1所述的常压水离子产生装置，其特征在于，所述水离子产生装置为多个依序连接。
6.依权利要求项1所述的常压水离子产生装置，其特征在于，所述连接管表面设有复数个第一凹孔，以及，喷头表面设有复数个第二凹孔。
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