CN112390617B - 循环再生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种循环再生系统，包含一气化热解装置、一热交换装置、一碳化烧结装置、一粉碎装置、一第一烘干装置、一搅拌装置、一造粒装置及一第二烘干装置，该气化热解装置将所容置的硬质纤维材料气化热解产生一生质燃气，该热交换装置收集该生质燃气并将其降温冷凝后输送至该碳化烧结装置作为燃烧所需的气体，该等污泥经该粉碎装置的粉碎后由该第一烘干装置烘干，再加入一添加剂后由该搅拌装置将两者搅拌成一预混合物，该造粒装置将该预混合物进行造粒处理后由该第二烘干装置烘干，再送到该碳化烧结装置将其高温烧结而成为多个多孔性材料。

Description

循环再生系统
技术领域
本发明涉及一种农业废弃物与废弃污泥再利用的技术有关，特别涉及一种利用气化热解农业废弃物所产生的生质燃气来烧结无害的废弃污泥为高附加价值的多孔性材料的循环再生系统。
背景技术
一般情况下，污泥除了会产生有机挥发性不良气体(致危害性气体)，可能含有重金属及致病性微生物等物质。除此之外，有些来自下水道的污泥或污水处理场的污泥可能也会含有大量植物生长所需的有机物质及丰富的营养素，例如：氮、磷、钾及微量元素等。
另外，在合法的条件下，经处理后的污泥也可以作为建筑的替代原料使用或建构海绵城市所需建材原料，例如：水泥的生料或掺料、沥青的混合料或透水建材等应用，而且有些污泥是来自下水道、水库底泥、自来水厂底泥、净水厂污泥、城市污水厂污泥、一般工业污水厂污泥等无害的污泥，因此当这些污泥经处理后，其内含有对农作物有益的高营养物质，因此可以作为农业用的土壤改良剂或具水量调整作用，具有相当好的经济效益。
又，一般硬质纤维材料的农业废弃物，例如：椰壳、棕榈 壳及长纤维的农业废弃物经过日曝晒干后，通常会被直接燃烧，造成空气污染的来源，但这些农业废物经适当的处理可以产生作为燃料的生质燃气，而制作为生质燃气的过程中将生质燃气经由洗涤、冷凝等过程中可将分离出的醋酸油液再经专业工艺流程后可作为农作物营养素及驱虫、杀菌的天然性的有机醋酸液，此有机醋酸液也就是俗称的木醋液或者是有机酸液。
是以，如何利用气化热解农业废弃物所产生的生质燃气来烧结无害的废弃污泥，并将废弃污泥与农业废弃物转化成再生材料，将有助资源的再利用而达到所谓的循环经济。
发明内容
本发明的目的，在提供一种利用气化热解农业废弃物所产生的生质燃气来烧结无害的废弃污泥为高附加价值的多孔性材料的循环再生系统，该等多孔性材料具有吸水、轻质、过滤及催化等功效，而达到资源循环再利用及提升再利用产品的附加价值的功效，具有实用价值。
为达上述目的，本发明提供一种循环再生系统，其包含一气化热解装置、一热交换装置、一碳化烧结装置、一粉碎装置、一第一烘干装置、一搅拌装置、一造粒装置及一第二烘干装置，其中，该气化热解装置将容置其内一第一加热空间的一硬质纤维材料气化热解而产生一生质燃气，该热交换装置并利用一第一收集管路收集该气化热解装置中相邻该第一加热空间的一第二加热空间处的该生质燃气，并将该生质燃气经该热交换装置降温冷凝后输送至该碳化烧结装置作为燃烧所需的气体，而降温冷凝时所产生的一有机酸液会被收集在一冷却系统中，其次，将结块状的该等污泥经该粉碎装置而粉碎为粉体后，将呈粉体状的该等污泥先经该第一烘干装置烘干而降低其含水率后，再加入一添加剂并利用该搅拌装置将两者进行搅拌而成一预混合物，该造粒装置再将该预混合物进行造粒处理后再经该第二烘干装置烘干，并输送到该碳化烧结装置的一烧结管单元，该烧结管单元会使呈颗粒状的该等预混合物经高温烧结后而成为多个多孔性材料。
进一步地，该第一烘干装置进一步设有一连接该碳化烧结装置的第一热连接管路，而该第二烘干装置进一步设有一连接该碳化烧结装置的第二热连接管路。
进一步地，该第一烘干装置使呈粉体状的该等污泥含水率介于60％～70％间。
进一步地，该第二热交换单元进一步设有一收集该生质燃气冷凝产生的一有机酸液的第一分馏管路及连接该第一分馏管路另端的冷却系统，该冷却系统收集该有机酸液并使其温度维持在40℃至65℃间。
进一步地，该烧结管单元进一步具有至少一沿一第一方向转动的外管、多个设在每一该外管的一第一内部空间且能沿一第二方向转动的内管、以及多个分别设置在每一该内管的一第二内部空间且能同内管的第二方向旋转的螺杆，其中，该等内管各设有一输入端连接该第二烘干装置，该等外管各设有一输出端连接一出料装置，且该第一内部空间、该第二内部空间、该输入端与该输出端是相互连通，且该第一方向与该第二方向不同。
进一步地，该第二烘干装置进一步设有一与该控制单元电性连接的第四加热单元，该第二烘干装置其温度会维持150℃至300℃间，并使该预混合物输出到碳化烧结装置时的含水率小于或等于30％且大于5％间。
进一步地，该添加剂为非金属矿物、碳酸钙(CaCO3)、氧化铁(Fe2O3)、氧化铝(Al2O3)、硫酸钙(CaSO4)、磷酸钙(Ca3(PO4)2)及氮氧化硅(SiOxNy)或上述添加剂的一组合。
进一步地，该造粒装置使该预混合物的粒径会大于或等于0.2mm且小于或等于50.0mm间。
进一步地，该第二加热单元使该烧结管单元内的该第一内部空间与该第二内部空间的温度维持在300℃至1050℃间。
进一步地，该粉碎装置进一步是将该污泥的结块体粉碎为粒径大于或等于 1mm且小于或等于5mm的该等粉体。
通过上述系统，本发明较先前技术具有以下有益功效：(1)本发明其该第一收集管路连通该第二加热空间，避免收集到高危险成份的气体，例如：NOx； (2)本发明该碳化烧结装置将该烧结管单元的该内管与该外管为子母式设计可节省使用空间；(3)本发明利用该第一热连接管与该第二热连接管将该碳化烧结装置产生的余热提供给该第一烘干装置与该第二烘干装置进行烘干时所需热能而达到循环利用；(4)本发明将该污泥经处理后所烧结生产的该等多孔性材料可作为农业的土壤改良剂或建筑材料的替代原料，具有相当好的经济效益。
附图说明
图1：为本发明的循环再生系统的系统配置图。
图2：为本发明其气化热解装置与热交换装置连接的示意图。
图3：为本发明其碳化烧结装置的结构示意图。
其中，附图标记：
100 循环再生系统
10 气化热解装置
11 第一加热空间
12 第二加热空间
13 间隔单元
14 第一加热单元
15 控制单元
20 热交换装置
21 第一收集管路
22 第一热交换单元
23 第二热交换单元
231 第一分馏管路
24 冷却系统
30 碳化烧结装置
31 第二收集管路
32 第一储气单元
33 风机单元
34 第二加热单元
35 烧结管单元
351 外管
352 第一内部空间
353 内管
354 第二内部空间
355 螺杆
356 输入端
357 输出端
36 出料装置
37 辅助加热单元
40 粉碎装置
50 第一烘干装置
51 第三加热单元
52 第一热连接管路
60 搅拌装置
61 配料单元
70 造粒装置
80 第二烘干装置
81 第四加热单元
82 第二热连接管路
400 硬质纤维材料
500 生质燃气
600 污泥
700 多孔性材料
800 有机酸液
X 第一方向
Y 第二方向
具体实施方式
关于本发明的技术，请参照图1至图3所示，本发明的循环再生系统100 可利用一硬质纤维材料400气化热解过程产生的一生质燃气500来烧结一污泥 600成为一多孔性材料700，该循环再生系统100其包含一气化热解装置10、一热交换装置20、一碳化烧结装置30、一粉碎装置40、一第一烘干装置50、一搅拌装置60、一造粒装置70及一第二烘干装置80。
该气化热解装置10，请再参阅图2所示，包含有一用在容置该硬质纤维材料400的第一加热空间11、一第二加热空间12、至少一设在该第一加热空间11与该第二加热空间12的间隔单元13、一设置在该第一加热空间11的第一加热单元14及一电性连接该第一加热单元14的控制单元15，本实施例中该硬质纤维材料400可以为椰壳、棕榈 壳、稻壳、果壳、硬壳类、木片、废木材、稻杆、玉米骨、玉米杆、麦壳、麦杆、茹包(种植菇类后抛弃的太空包)、树皮、树枝、竹杆及废竹料等的农业废弃物，而该等硬质纤维材料400的含水率为8％～18％间。而该间隔单元13会具有多个筛孔(图未示)，该等筛孔会使经该第一加热空间11内的硬质纤维材料400在气化热解后形成活性碳而由此筛孔落入该第二加热空间12中，并方便由该第二加热空间12取出此活性碳与再利用所取出的活性碳。
该热交换装置20，连接该气化热解装置10，并包含有一连通该第二加热空间12的第一收集管路21、一连接该第一收集管路21另端的第一热交换单元22及一连接该第一热交换单元22另端的第二热交换单元23，在本实施例中该第一热交换单元22可以为洗涤塔，而该第二热换单元23可以为冷凝塔，其中，该第二热交换单元23进一步设有一收集该生质燃气500冷凝产生的一有机酸液800的第一分馏管路231及连接该第一分馏管路231另端的冷却系统 24，该冷却系统24收集该有机酸液800并使其温度维持在40℃至65℃间，该冷却系统24可利用该气化热解装置10产生的热来维持其冷却系统24内的该有机酸液800的温度，另，该热交换装置20的该第一热交换单元22与该第二热交换单元23可依需求而分别增设为多组的该第一热交换单元22与该第二热交换单元23。
该碳化烧结装置30，连接该热交换装置20，请再参阅图3所示，该碳化烧结装置30包含有一连接该第二热交换单元23的第二收集管路31、一储存该第二收集管路31所收集的该生质燃气的第一储气单元32、一电性连接该控制单元15的风机单元33、一电性连接该控制单元15的第二加热单元34及一烧结管单元35，其中，该第二加热单元34将已混合有该第一储气单元32内的该生质燃气500与该风机单元33所提供的外部空气的混合气体进行燃烧，也就是该混合气体会由该第二加热单元34的炉头(未标号)产生火焰，借此，该第二加热单元34可对该烧结管单元35加热，请再参阅图3所示，而该烧结管单元35进一步具有至少一沿一第一方向X转动的外管351、多个设在每一该外管351的一第一内部空间352且能沿一第二方向Y转动的内管353、以及多个分别设置在每一该内管353的一第二内部空间354且能同该内管353的第二方向Y旋转的螺杆355，该螺杆355并会电性连接该控制单元15，并会利用一转向装置(图未表示)使该内管353与该外管351的旋转方向不同，其中，该等内管353各设有一输入端356连接该第二烘干装置80，该等外管351各设有一输出端357连接一出料装置36，且该第一内部空间352、该第二内部空间354、该输入端356与该输出端357是相互连通，且该第一方向X与该第二方向Y不同，该碳化烧结装置30利用该第二加热单元34使该烧结管单元35 内的该第一内部空间352与该第二内部空间354的温度维持在300℃至1050℃间。另，该碳化烧结装置30还可以设置一辅助加热单元37，当提供给该第二加热单元34的该生质燃气500不足时，该辅助加热单元37可以提供热源或其他可燃气体，例如：天然瓦斯、市售瓦斯桶等，来对该碳化烧结装置30进行加热，而该碳化烧结装置30产生热源过多时，则进一步可作为其他系统设备所需热源的来源。
该粉碎装置40，用来将该污泥600的结块体粉碎为多个粉体，其中，该污泥600其呈粉体的粒径是大于或等于1mm且小于或等于5mm。
该第一烘干装置50，包含一将呈粉体状的该污泥600烘干的第三加热单元51及一接收该碳化烧结装置30余热的第一热连接管路52，其中，该第一烘干装置50使呈粉体状的该等污泥600含水率介于60％～70％间。
该搅拌装置60，连接该第一烘干装置50，并包含有一提供一添加剂的配料单元61，该搅拌装置60将该污泥600与该添加剂进行搅拌成为一预混合物，其中，该添加剂为非金属矿物、碳酸钙(CaCO3)、氧化铁(Fe2O3)、氧化铝(Al2O3)、硫酸钙(CaSO4)、磷酸钙(Ca3(PO4)2)及氮氧化硅(SiOxNy)或上述添加剂的一组合。
该造粒装置70，连接该搅拌装置60，并将该预混合物进行造粒处理，其中，该造粒装置70使该预混合物的粒径会大于或等于0.2mm且小于或等于 50.0mm间。
该第二烘干装置80，一端连接该造粒装置70用以将经造粒处理的该等预混合物进行烘干，另端则将烘干后的该等预混合物输送到所连接的该碳化烧结装置30，该第二烘干装置80并设有一与该控制单元15电性连接的第四加热单元81及一接收该碳化烧结装置30余热的第二热连接管路82，其中，该第二烘干装置80其温度会维持150℃至300℃间，并使呈粒状的该预混合物输出到碳化烧结装置30时的含水率小于或等于30％且大于5％间。
其中，呈粒状的该预混合物经该第二烘干装置80烘干后会被输送到该碳化烧结装置30的该烧结管单元35中进行高温烧结而成为多个该多孔性材料 700，而该等多孔性材料700可以是多孔性陶瓷颗粒、多孔性缘石、轻质材料或骨材等其中一种，本实施例的多孔性材料700是多孔性陶瓷颗粒。
借此，该气化热解装置10将容置在第一加热空间11的该硬质纤维材料 400气化热解产生该生质燃气500，并利用该热交换装置20将该生质燃气500 做降温冷凝处理，再将降温冷凝处理后的该生质燃气500输送至该碳化烧结装置30作为燃烧所需的气体，而降温冷凝时所产生的该有机酸液800会被收集在该冷却系统24中，其次，该粉碎装置40将该等污泥600粉碎为粉体后，利用该第一烘干装置50将呈粉体状的该等污泥600进行烘干，使得含水率较低的该等污泥易和该添加剂在该搅拌装置60中形成该等预混合物，该造粒装置 70再将预混合物进行造粒处理后，由该第二烘干装置80对呈粒状的该等预混合物进行第二次烘干，使呈粒状的该等预混合物的含水率低于呈粉体的该等污泥600，而呈粒状的该等预混合物在该烧结管单元35内时，因为该第二加热单元34会使该内管353的该第二内部空间354至该外管351的该第一内部空间352的温度维持在300℃至1050℃间，且该第二加热单元34采非明火直接加热方式来加热该烧结管单元35，因此，呈粒状的预混合物可以具有足够的时间被均匀加热烧结而形成该等多孔性材料700。
换言之，该碳化烧结装置30的该第二加热单元34将储存在该第一储气单元32内的该生质燃气500在混合由该风机单元33所提供的外部空气后，再将混合两者的气体点火燃烧而产生热源，而该第二加热单元34所产生的明火并不会直接对该烧结管单元35的该外管351与该内管353加热，而是采间接加热方式来使呈粒状的该预混合物经过该第一内部空间352与该第二内部空间 354时会被高温烧结为该多孔性材料700，再由该输出端357所连接的该出料装置36来进行收集，同时，该碳化烧结装置30所产生的余热并可利用该第一热连接管路52与该第二热连接管路82而分别传送到该第一烘干装置50与该第二烘干装置80来烘干呈粉体的该等污泥600或呈粒状的预混合物，使得余热可以被再利用，亦或者日后该碳烧结装置30所产生的余热过多时，可以连接一发电系统(图未示)使其利用余热来进行发电，或者连接一蒸汽系统(图未示)使其利用余热来产生蒸汽。
通过上述系统，本发明的循环再生系统可取代一般燃煤、烧油等高污染燃烧锅炉，降延空污及燃烧时所产生的废弃物，例如：底灰、飞灰及油渣等，也可降低操作成本，符合环保效益、经济效益及社会效益等多赢层面，还具有下述优点(1)本发明其该第一收集管路连通该第二加热空间，避免收集到高危险成份的气体，例如：NOx；(2)本发明该碳化烧结装置将该烧结管单元的该内管与该外管为子母式设计可节省使用空间；(3)本发明利用该第一热连接管与该第二热连接管将该碳化烧结装置产生的余热提供给该第一烘干装置与该第二烘干装置进行烘干时所需热能而达到循环利用；(4)本发明将该污泥经处理后所烧结生产的该等多孔性材料可作为农业的土壤改良剂或建筑材料的替代原料，具有相当好的经济效益。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种循环再生系统，可利用一硬质纤维材料气化热解过程产生的一生质燃气来烧结一污泥成为一多孔性材料，其特征在于包含有：
一气化热解装置，包含有一用在容置该硬质纤维材料的第一加热空间、一第二加热空间、至少一设在该第一加热空间与该第二加热空间的间隔单元、一设置在该第一加热空间的第一加热单元及一电性连接该第一加热单元的控制单元，其中，该气化热解装置会使该硬质纤维材料产生该生质燃气；
一热交换装置，连接该气化热解装置，并包含有一连通该第二加热空间的第一收集管路、一连接该第一收集管路另端的第一热交换单元及一连接该第一热交换单元另端的第二热交换单元；
一碳化烧结装置，包含有一连接该第二热交换单元的第二收集管路、一储存该第二收集管路所收集的该生质燃气的第一储气单元、一电性连接该控制单元的风机单元、一电性连接该控制单元的第二加热单元及一烧结管单元，其中，该第二加热单元将混合该第一储气单元的该生质燃气与该风机单元提供的外部空气来对该烧结管单元加热，该烧结管单元进一步具有至少一沿一第一方向转动的外管、多个设在每一该外管的一第一内部空间且能沿一第二方向转动的内管、以及多个分别设置在每一该内管的一第二内部空间且能同该内管的第二方向旋转的螺杆，其中，该内管各设有一输入端连接该第二烘干装置，该外管各设有一输出端连接一出料装置，且该第一内部空间、该第二内部空间、该输入端与该输出端是相互连通，且该第一方向与该第二方向不同；
一粉碎装置，用来将该污泥的结块体粉碎为多个粉体；
一第一烘干装置，包含一将呈粉体状的该污泥烘干的第三加热单元；
一搅拌装置，连接该第一烘干装置，并包含有一提供一添加剂的配料单元，该搅拌装置将该污泥与该添加剂进行搅拌成为一预混合物；
一造粒装置，连接该搅拌装置，并将该预混合物进行造粒处理；以及
一第二烘干装置，一端连接该造粒装置，另端连接该碳化烧结装置；
其中，该预混合物经该第二烘干装置烘干后会被输送到该碳化烧结装置的该烧结管单元中进行高温烧结而成为多个该多孔性材料。
2.根据权利要求1所述的循环再生系统，其特征在于，该第一烘干装置进一步设有一连接该碳化烧结装置的第一热连接管路，而该第二烘干装置进一步设有一连接该碳化烧结装置的第二热连接管路。
3.根据权利要求1所述的循环再生系统，其特征在于，该第一烘干装置使呈粉体状的该污泥含水率介于60%~70%间。
4.根据权利要求1所述的循环再生系统，其特征在于，该第二热交换单元进一步设有一收集该生质燃气冷凝产生的一有机酸液的第一分馏管路及连接该第一分馏管路另端的冷却系统，该冷却系统收集该有机酸液并使其温度维持在40℃至65℃间。
5.根据权利要求1所述的循环再生系统，其特征在于，该第二烘干装置进一步设有一与该控制单元电性连接的第四加热单元，该第二烘干装置其温度会维持150℃至300℃间，并使该预混合物输出到碳化烧结装置时的含水率小于或等于30%且大于5%间。
6.根据权利要求1所述的循环再生系统，其特征在于，该添加剂为碳酸钙(CaCO3)、氧化铁(Fe2O3)、氧化铝(Al2O3)、 硫酸钙（CaSO4）、磷酸钙（Ca3(PO4)2）及氮氧化硅(SiOxNy)或上述添加剂的一组合。
7.根据权利要求1所述的循环再生系统，其特征在于，该造粒装置使该预混合物的粒径会大于或等于0.2mm且小于或等于50.0mm间。
8.根据权利要求1所述的循环再生系统，其特征在于，该第二加热单元使该烧结管单元内的该第一内部空间与该第二内部空间的温度维持在300℃至1050℃间。
9.根据权利要求1所述的循环再生系统，其特征在于，该粉碎装置进一步是将该污泥的结块体粉碎为粒径大于或等于1mm且小于或等于5mm的该粉体。
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