TW201336981A - 生質物焙燒方法及其裝置 - Google Patents

Abstract

一種生質物焙燒方法及其裝置，其利用一具有多孔設計之內筒，以提供多處熱媒介的進氣點，而使焙燒溫度均勻，以縮短生質物焙燒時間，並提升焙燒性能，另外，於焙燒過程中所產生的裂解氣體，經淨化後部分裂解氣體進行熱交換後，能再次進行焙燒反應，其餘部分則作為燃料使用，以降低生質物焙燒的耗能。

Description

生質物焙燒方法及其裝置

本揭露係一種生質物焙燒方法及其裝置，其係提供一種焙燒生質物，以使生質物轉變為生質煤的方法及其裝置。

近年生質物熱化學轉換技術係受到世人的矚目，特別是生質焙燒製程，其係將生質物於無氧或缺氧、溫度200~350℃的條件下，經數分鐘或數小時裂解，所獲之固態產物，該固態產物稱為生質煤(Bio-coal)。

生質焙燒的主要目的在於將生質物轉換成更均質化與熱質更高的固態燃料，以取代現有的化石燃料，如煤炭，並且生質煤於燃燒所產生的二氧化碳遠低於現有的化石燃料，故有助於降低二氧化碳的排放。

現有的生質煤係以快速碳化或焙燒之方式製成，而快速碳化或焙燒的裝置係為機械式，常見的機械式裝置包含有旋轉窯式反應器與移動床式碳化反應器。

然而現有的機械式裝置，卻有下述之缺點：

一、以機械式裝置進行生質物焙燒產製生質煤，依據研究顯示，焙燒溫度因素對於生質煤品質影響甚大，該品質為熱值、可磨度指數(Hardgrove Grindability Index，HGI)與能量效率，故焙燒反應器的設計需要良好的熱傳導效果與良好的溫度控制。

二、現有的快速碳化系統反應時間較長，可能由數分鐘至數小時，而體積較大的反應器內部的溫度可能不均勻，造成反應器內部局部溫度過高或過低；若局部溫度過高，可能導致過度裂解或碳化；局部溫度過低，可能焙燒程度不足，導致焙燒品質不均勻。

綜合上述，現有的生質煤因其所使用的裝置，仍會產生上述之缺點，所以現有生質煤之機械式裝置尚有可以進步的空間。

有鑑於上述之缺點，本揭露之目的在於提供一種生質物焙燒方法及其裝置，其係利用內筒之多孔設計，於生質物焙燒裝置的多個位置設置有熱媒介進氣點，該熱媒介能夠為一焙燒氣體、一高溫無氧氣體或一高溫缺氧氣體，以使焙燒溫度均勻分佈，而且內筒具有外刮板係能以不同速率移除較微細的生質物，避免生質物焙燒裝置產生阻塞的情況，並可藉由轉速控制掉落於外筒與內筒間生質物之焙燒程度，使尺寸較微細生質物亦可與內筒生質物具有相同焙燒程度，提升整體生質煤之均勻度。另外，本方法亦利用裂解氣體作為熱媒介或輔助燃料，以建立無氧或缺氧的焙燒環境與降低生質物焙燒的耗能。

為了達到上述之目的，本揭露之技術手段在於提供一種生質物焙燒裝置，其包含有：一外筒，其一端具有一進氣口與一進料口，該外筒的另端具有一排氣口與一出料口；以及一內筒，其係能夠轉動地設於該外筒內部，該內筒的外壁具有一外刮板，該內筒的一端，即面對該出料口的一端具有至少一出口，該內筒的周側具有複數個孔，該內筒的內部係相通該進料口。

本揭露復提供一種生質物焙燒方法，其步驟包含有：提供一高溫氣體給一熱交換器，該熱交換器係加熱一無氧/缺氧的空氣，該空氣係形成一熱媒介；提供一生質物給一生質物焙燒裝置，該熱媒介係提供給生質物焙燒裝置，以使該生質物形成一生質煤與一裂解氣體，該裂解氣體經過一淨化，經淨化後之部分裂解氣體則至該熱交換器，以使該裂解氣體再度被加熱，以使該裂解氣體成為該熱媒介，並提供給該生質物焙燒裝置。

如上所述之本揭露之生質物焙燒方法及其裝置，其係利用循環氣體，即熱媒介形成裂解氣體，裂解氣體係別提供給一高溫燃燒器與熱交換器，以作為輔助燃料或熱媒介，而建立無氧或缺氧的焙燒環境與降低生質物焙燒之耗能。

焙燒裝置之內筒的外刮板係能移除累積於外筒的內壁處之生質物，以使內筒順利轉動，並控制其生質物焙燒時間，使這類生質物焙燒程度與內筒內生質物焙燒程度相近，另外，外刮板亦能夠加強內筒之機械結構，以避免內筒變形。

內筒之多孔的設計係使熱媒介能均勻地提供給內筒，以使生質物受熱溫度均勻，並能降低生質物焙燒裝置之整體體積、焙燒時間與提升生質煤的品質。

以下係藉由特定的具體實施例說明本揭露之實施方式，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書所揭示之內容，輕易地瞭解本揭露之其他優點與功效。

請配合參考圖一與圖二所示，本揭露係一種生質物焙燒裝置之第一實施例，其具有一外筒1、一內筒2與一轉動模組3。

外筒1相對於一地面係呈一傾斜角度θ，該傾斜角度θ為2~6度，外筒1的一端具有一進氣口10與一進料口11，進料口11係耦連接至少一閥110，如圖二所示，外筒1的一側具有至少一輔助進氣口12，外筒1的另端具有一出料口13、一清潔口14與一出氣口15，出料口13係耦連接至少一閥130，該閥130、110為一旋轉閥。

內筒2係能夠轉動地設於外筒1的內部，內筒2的外壁與外筒1的內壁之間具有一間距D，內筒2係與進料口11相通，內筒2的周側具有複數個孔20，該孔之孔徑為1~40 mm，內筒2的內部具有複數個內刮板21，內筒2的外壁具有一外刮板22，外刮板22係以螺旋設於內筒2的外壁，外刮板22的高度係為該間距D的1/2至4/5之間，請配合參考圖四所示，內筒2的另端，即面對出料口13的一端具有至少一出口23。

轉動模組3具有一齒輪箱30、一第一中心軸31、一機械軸封32、一第二中心軸33與一軸承34。

齒輪箱30與第一中心軸31係設於外筒1具有進氣口10的一端，第一中心軸31的一端係耦接齒輪箱30，第一中心軸31的另端係穿過機械軸封33與外筒1，並耦接內筒2，齒輪箱30係耦接一動力裝置，該動力裝置非本案之重點所在，故不於此多做贅述，特先陳明。

第二中心軸32係設於外筒1具有出氣口15的一端，第二中心軸32的一端係穿過軸承33，並耦接內筒2。

如上述各圖所示，轉動模組3係使內筒2開始轉動，一生質物係由進料口11進入內筒2的內部，若生質物的尺寸約小於孔1~40 mm之孔徑，則生質物會掉落至外筒1的內壁處，並順著傾斜角度，朝向出料口13下滑動或滾動，或者可於外筒1進一步設有另一出料口，以清除/輸送該掉落之生質物，另外，因外刮板2係與內筒2連動，所以於外刮板2旋轉輸送作用下，該掉落之生質物係朝向出料口13下滑動或滾動；再者，該掉落之生質物亦可直接由清潔孔14處以清潔工具清理。

外刮板22的另一用途係當生質物累積於外筒1的內壁處時，為使內筒2順利轉動，外刮板22轉動可將生質物予以移除，並控制其焙燒程度。

外刮板22的再一用途係加強內筒2之機械結構強度，以避免內筒2因高溫呈變形之情況。

一熱媒介分別由進氣口10與輔助進氣口12進入外筒1的內部，並由孔20進入內筒2的內部，以加熱生質物，而使該生質物形成一生質煤與一裂解氣體，裂解氣體係由出氣口15排出；其中熱媒介能夠為一焙燒氣體、一高溫無氧氣體或一高溫缺氧氣體。

內刮板21係使生質物能均勻攪動並分佈於內筒2的內部，孔20係使位於內筒2內部，使熱媒介透過孔20進入內筒2內部，使生質物能夠均勻受熱，以提升焙燒品質，而使焙燒均勻化。

複數個孔20的設計，其為多點進氣模式，以克服受熱不均勻的缺點，並能夠降低生質物焙燒裝置之整體的體積、焙燒時間與提升生質煤的品質。

承上所述，孔20的目的在於使一熱媒介能夠均勻提供給內筒，並使熱媒介直接與生質物接觸，進而提升生質物焙燒處理效能與焙燒產物的品質，並可利用旋轉的內筒2控制生質物的焙燒時間。

生質煤係由出口23掉落至出料口13處，而閥110係調節生質物進入外筒1內部的量，並能限制含氧的空氣進入外筒1的內部，閥130則調節生質煤離開出料口13的數量。

請配合參考圖五所示，本揭露之生質物焙燒裝置之第二實施例，本揭露係為本揭露之生質物焙燒裝置之第一實施例的進一步衍生，故元件符號係沿用本揭露之生質物焙燒裝置之第一實施例，特先陳明。

於本實施例中，外筒1、內筒2與轉動模組3係等同於上述之本揭露之生質物焙燒裝置之第一實施例，而二者的差異點在於，出氣口14耦接有一高溫微粒分離單元40，高溫微粒分離單元40係位於外筒1的外部，該高溫微粒分離單元40能夠為一旋風分離器或一移動式顆粒床過濾器之其中一者，旋風分離器與移動式顆粒床過濾器係為現有的技術，故不在此多做贅述。

請配合參考圖六所示，本揭露之生質物焙燒裝置之第三實施例，本揭露係為本揭露之生質物焙燒裝置之第二實施例的進一步衍生，高溫微粒分離單元41係位於外筒1的內部，並且耦接出氣口14，如上所述之裂解氣體經高溫微粒分離單元41分離(過濾)微粒後，並由出氣口14排放至外部，該高溫微粒分離單元41為一旋風分離器。

請配合參考圖七所示，本揭露之生質物焙燒方法之第一實施例，其步驟包含有：提供一燃料給一高溫燃燒器54，以產生一高溫氣體，該高溫氣體係提供給一熱交換器55，熱交換器55係加熱一無氧/缺氧的空氣，使其成為一熱媒介，其中熱媒介能夠為一焙燒氣體、一高溫無氧氣體或一高溫缺氧氣體。

提供一生質物50給一乾燥單元51，一高溫氣體係提供給乾燥單元51，以乾燥生質物50，經過使用之氣體係提供給一微粒分離單元56，以過濾該氣體所具有之微粒，經過濾之氣體係排放至一大氣中，該微粒分離單元56為一袋濾器。

提供一經乾燥之生質物50給一生質物焙燒裝置52，熱媒介係提供給生質物焙燒裝置52，以使生質物50形成一具有高溫的生質煤與一裂解氣體，部分之裂解氣體則提供給高溫燃燒器54，因該裂解氣體具有可燃燒成分，故可充作燃料提供給高溫燃燒器54，該生質物焙燒裝置52的溫度為200~350℃，生質物焙燒反應時間為10~90分鐘。

其餘之裂解氣體係經過一高溫微粒分離單元57，該裂解氣體經過高溫微粒分離單元57分離其所具有的微粒後，其係將該裂解氣體予以淨化，部分的經淨化之裂解氣體則至熱交換器55，以使該裂解氣體再度被加熱，以成為該熱媒介，藉以提供給生質物焙燒裝置52，其餘部分之經淨化之裂解氣體則提供給高溫燃燒器54，以供該高溫燃燒器56燃燒，因該裂解氣體具有可燃燒成分，該高溫微粒分離單元57為一旋風分離器或一移動式顆粒床過濾器之其中一者。

提供具有高溫的生質煤給一生質煤冷卻單元53，以冷卻生質煤，而使生質煤的溫度降低至常溫。

綜合上述，本揭露之生質物焙燒方法及其裝置，其係利用多點進氣模式，即內筒2之多孔20的設計，如圖一所示，熱媒介能均勻地提供給內筒2，而使熱媒介直接接觸生質物，以使生質物受熱溫度均勻，並能降低生質物焙燒裝置之整體體積與焙燒時間，以及提升生質煤的品質。

另外，外刮板22係能移除累積於外筒1的內壁處之生質物，以使內筒2順利轉動，並控制生質物焙燒程度，而且外刮板22係能夠加強內筒2之機械結構，以避免內筒2變形。

如圖七所示，本揭露係利用循環氣體，即熱媒介形成裂解氣體，並且經淨化後之裂解氣體係提供給高溫燃燒器54與熱交換器，以作為輔助燃料或熱媒介，並建立無氧或缺氧的焙燒環境與降低生質物焙燒之耗能。

惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本揭露之特點及功效，而非用於限定本揭露之可實施範疇，於未脫離本揭露上揭之精神與技術範疇下，任何運用本揭露所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

1．．．外筒

10．．．進氣口

11．．．進料口

110．．．閥

12．．．輔助進氣口

13．．．出料口

130．．．閥

14．．．清潔口

15．．．出氣口

2．．．內筒

20．．．孔

21．．．內刮板

22．．．外刮板

23．．．出口

3．．．轉動模組

30．．．齒輪箱

31．．．第一中心軸

32．．．機械軸封

33．．．第二中心軸

34．．．軸承

40、41．．．高溫微粒分離單元

50．．．生質物

51．．．乾燥單元

52．．．生質物焙燒裝置

53．．．生質煤冷卻單元

54．．．高溫燃燒器

55．．．熱交換器

56．．．微粒分離單元

57．．．高溫微粒分離單元

θ．．．傾斜角度

D．．．間距

圖一係本揭露之一種生質物焙燒裝置之第一實施例之側視示意圖。

圖二係本揭露之生質物焙燒裝置之第一實施例之俯視示意圖。

圖三係本揭露之生質物焙燒裝置之第一實施例之局部示意圖。

圖四係本揭露之一內筒與一外筒之局部示意圖。

圖五係本揭露之生質物焙燒裝置之第二實施例之側視示意圖。

圖六係本揭露之生質物焙燒裝置之第三實施例之側視示意圖。

圖七係本揭露之一種生質物焙燒方法之第一實施例之流程示意圖。

1．．．外筒

10．．．進氣口

11．．．進料口

110．．．閥

12．．．輔助進氣口

13．．．出料口

130．．．閥

14．．．清潔口

15．．．出氣口

2．．．內筒

20．．．孔

21．．．內刮板

22．．．外刮板

3．．．轉動模組

30．．．齒輪箱

31．．．第一中心軸

32．．．機械軸封

33．．．第二中心軸

34．．．軸承

θ．．．傾斜角度

D．．．間距

Claims (24)

1. 一種生質物焙燒裝置，其包含有：一外筒，其一端具有一進氣口與一進料口，該外筒的另端具有一排氣口與一出料口；以及一內筒，其係能夠轉動地設於該外筒內部，該內筒的外壁具有一外刮板，該內筒的一端，即面對該出料口的一端具有至少一出口，該內筒的周側具有複數個孔，該內筒的內部係相通該進料口。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生質物焙燒裝置，其中該外刮板係以螺旋設於該內筒的外壁。
3. 如申請專利範圍第2項所述之生質物焙燒裝置，其中該內筒的外壁與該外筒的內壁之間具有一間距，該外刮板的高度係為該間距的1/2至4/5之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之生質物焙燒裝置，其中該外筒相對於一地面係呈一傾斜角度。
5. 如申請專利範圍第4項所述之生質物焙燒裝置，其中該傾斜角度為2~6度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之生質物焙燒裝置，其中該孔之孔徑為1~40 mm。
7. 如申請專利範圍第1項所述之生質物焙燒裝置，其中該內筒的內部具有複數個內刮板。
8. 如申請專利範圍第1項所述之生質物焙燒裝置，其中該外筒的一側具有至少一輔助進氣口。
9. 如申請專利範圍第1項所述之生質物焙燒裝置，其中該外筒具有該出料口的一端進一步具有一清潔口。
10. 如申請專利範圍第1項所述之生質物焙燒裝置，其進一步具有一轉動模組，轉動模組具有：一齒輪箱與一第一中心軸係設於該外筒具有該進氣口的一端，該第一中心軸的一端係耦接該齒輪箱，該第一中心軸的另端係穿過一機械軸封與該外筒，並耦接該內筒；以及一第二中心軸係設於該外筒具有該出氣口的一端，該第二中心軸的一端係穿過一軸承，並耦接該內筒。
11. 如申請專利範圍第1項所述之生質物焙燒裝置，其中該出氣口耦接有一高溫微粒單元。
12. 如申請專利範圍第11項所述之生質物焙燒裝置，其中該高溫微粒分離單元為一旋風分離器或一移動式顆粒床過濾器之其中一者。
13. 如申請專利範圍第12項所述之生質物焙燒裝置，其中該旋風分離器係設於該外筒的外部或內部之其中一者。
14. 如申請專利範圍第1項所述之生質物焙燒裝置，其中該出料口係耦連接至少一閥，該進料口係耦連接至少一閥。
15. 如申請專利範圍第14項所述之生質物焙燒裝置，其中該閥為一旋轉閥。
16. 一種生質物焙燒方法，其步驟包含有：提供一高溫氣體給一熱交換器，該熱交換器係加熱一無氧/缺氧的空氣，該空氣係形成一熱媒介；提供一生質物給一生質物焙燒裝置，該熱媒介係提供給生質物焙燒裝置，以使該生質物形成一生質煤與一裂解氣體，該裂解氣體係經過一淨化，經淨化的部分之裂解氣體則至該熱交換器，以使該裂解氣體再度被加熱，以使該裂解氣體成為該熱媒介，並提供給該生質物焙燒裝置。
17. 如申請專利範圍第16項所述之生質物焙燒方法，其中該生質物焙燒裝置的溫度為200~350℃。
18. 如申請專利範圍第16項所述之生質物焙燒方法，其中生質物焙燒反應時間為10~90分鐘。
19. 如申請專利範圍第16項所述之生質物焙燒方法，其中該高溫氣體係由一高溫燃燒器所產生。
20. 如申請專利範圍第16項所述之生質物焙燒方法，其中該生質物係經一乾燥單元所乾燥，經乾燥之該生質物係提供給該生質物焙燒裝置，該高溫氣體係提供給該乾燥單元，以乾燥該生質物。
21. 如申請專利範圍第16項所述之生質物焙燒方法，其中部分之裂解氣體則提供給該高溫燃燒器。
22. 如申請專利範圍第16項所述之生質物焙燒方法，其中該裂解氣體經一高溫微粒分離單元分離其所具有的微粒後，以淨化該裂解氣體，經淨化之部分的裂解氣體則至該熱交換器，其餘部分之裂解氣體則提供給該高溫燃燒器。
23. 如申請專利範圍第22項所述之生質物焙燒方法，其中該高溫微粒分離單元為一旋風分離器或一移動式顆粒床過濾器之其中一者。
24. 如申請專利範圍第16項所述之生質物焙燒方法，其中該生質煤具有一高溫，該生質煤係提供給一生質煤冷卻單元，以冷卻該生質煤，而使該生質煤的溫度降低至一常溫。