TW202231339A - 一種物體氣化與廢氣處理的裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明是一種物體氣化與廢氣處理的裝置，該裝置包含：一氣化裝置，包含一進料端口、一燃燒腔體以及一出料端口；一分離裝置，包含一進料口、一氣體出口以及一固體出口，該分離裝置的該進料口與該氣化裝置的該出料端口連通；以及一氣體處理裝置，其與該分離裝置的該氣體出口連通；透過採用高溫流體化床反應爐，直接將待處理物體或廢棄物料源在高溫環境下氣化燃燒，有別於傳統的廢棄物焚化技術較為均勻有效；本發明以燃燒物體的熱性質作為依據，針對燃燒的部分予以仔細的規劃，並將氣化燃燒後所產生對環境有負面影響的污染源予以後續處理，實現全品項廢棄物處理的目的。

Description

一種物體氣化與廢氣處理的裝置及方法

一種物體氣化與廢氣處理的裝置，特別是指一種將物體以高溫燃燒方式氣化後，將所產生的廢氣妥善處理的裝置以及其方法。

本發明所提供的物體氣化與廢氣處理的裝置與方法，以下將會以廢棄物作為實施範例輔以圖例加以詳細說明，但本發明並不僅侷限於廢棄物處理的單一應用，在合理的應用邏輯下任何物體的氣化與處理皆應涵蓋於本發明所宣稱的範圍內。

人類社會生活因為生產、消費行為過程中所產生無利用價值而需要將之排棄的物質，稱為廢棄物。廢棄物處理隨著科技與工業的演進及發展，針對不同廢棄物的樣態及特性，如何能利用物理、化學或甚至是生物處理的方法將廢棄物迅速、有效的分解處理，並同時能將過程中所產生的液體、氣體或能源無害化處理與收集，都是一門高深學問。

我國政府針對廢棄物的處理明訂有「廢棄物清理法」，將廢棄物分為一般廢棄物與事業廢棄物二種。針對不同種類的廢棄物，可能採取的方法包含但不限於重新再利用、掩埋或焚化等方法。

重新再利用的方法主要適用於可再製之材質，例如特定的塑膠製品，透過將該種塑膠製品再次加工塑製為新的產品，但並非是每一種塑膠製品都可以重新導入循環再利用的途徑，且再次加工的產品往往功效與性能降低，僅能作為次級或單價較低的商品販售。

廢棄物掩埋法的缺點在於需要有廣大掩埋腹地，但我國地幅面積狹小又人稠密集，設地掩埋的成本高昂又可能限制或影響土地的開發利用，再者掩埋的廢棄物隱藏著土地資源或地下水資源的污染問題，也並非是廢棄物處理的佳選項目。

焚化處理的模式相較於前述方法更具有優勢，且過程中所產生的熱能源具有衍生利用的價值，但焚化處理主要面臨的窘境在於難燃廢棄物的高耗能問題以及排放燃燒廢氣所造成的空氣污染。

吾人鑑於前述廢氣物處理方式的種種問題，提供一種全品項廢氣物處理的裝置與方法期能加以改善或至少提供一種替代的解決方案。

為了解決前述廢棄物處理方法的缺點，本發明提供了一種物體氣化與廢氣處理的裝置及方法，適用於大多數或甚至是全品項廢棄物的處理，並同時大幅度地改善了現有廢棄物處理方法所面臨的窘境。

本發明所提供的第一個技術發明概念是一種物體氣化與廢氣處理的裝置，該裝置包含：一氣化裝置，包含一進料端口、一燃燒腔體以及一出料端口；一分離裝置，包含一進料口、一氣體出口以及一固體出口，該分離裝置的該進料口與該氣化裝置的該出料端口連通；以及一氣體處理裝置，其與該分離裝置的該氣體出口連通。

其中，該氣化裝置為一流體化床設備、該分離裝置為一旋風分機器以及該氣體處理裝置包含填充床吸附設備、水洗設備或觸媒反應設備。

更佳地，該氣化裝置進一步包含一輔助熱源裝置，該輔助熱源裝置包含一空氣進氣單元、一氧氣進氣單元、一水氣進氣單元、一電熱爐、一直火燃燒器或其組合。

更佳地，該氣化裝置前進一步設置一前處理裝置與該進料端口連通，該前處理裝置包含破碎研磨機、破碎機、刀片切割破碎機、成型機或其組合。

更佳地，該氣體處理裝置加設一氣體偵測器。

更佳地，該分離裝置與該氣體處理裝置的前、後或中間加裝一輔助燃燒器，該輔助燃燒器包含觸媒反應床或直火燃燒器。

更佳地，該氣體處理裝置後加設一集塵裝置。

本發明所提供的第二個技術發明概念是利用前述物體氣化與廢氣處理的裝置對廢棄物進行處理的方法，步驟包含：將一物體引入一氣化裝置中的一進料端口，該物體的型態包含原狀、加工細碎狀以及燃料棒型態；該物體於該氣化裝置的一燃燒腔體中產生流體化並氣化；將該物體氣化所產生的氣體及/或固體分離；以及將所分離的該氣體或該固體去化或淨化處理。

其中，將該物體引入該氣化裝置前，先將該物體進行細碎化，或與一可燃材質混合後製為該燃料棒。

更佳地，將該物體引入該氣化裝置前，先取得該物體的熱特性。

更佳地，該物體氣化過程中輸送氧氣、空氣及/或水氣。

優選地，所分離的該氣體去化或淨化處理後以一氣體偵測器加以偵測其淨度。

優選地，將所分離的該固體收集。

藉由上述說明可知，本發明具有以下優點與優勢：

1. 本發明採由可以高溫處理的流體化床反應爐，直接將待處理物體或廢棄物料源在高溫的環境下氣化燃燒，有別於傳統的旋轉窯燃燒較為均勻有效率。本發明以燃燒物體的熱性質作為依據，針對燃燒的部分予以仔細的規劃，並將氣化燃燒後所產生對環境有負面影響的污染源予以後續處理，實現全品項廢棄物處理的目的。

2. 本發明的最大優勢，即是精準的掌控燃燒物料的特性，於高溫下進行氣化燃燒，後續經由相關的汙染物去除的系統，對於燃燒後的尾氣進行所產生的氣態汙染物去化的動作，以達到廢棄物去除化的最終目的。對於目前難以去化的事業廢棄物，能夠有效地去除。若對於簡單的可燃物，如紙張、木質纖維素的相關物件（廢木料、木屑、草料）、或是宗教信仰中會用到的金紙，均能以乾淨的形式予以去除，以減少因為使用熱化學的方式所造成的空氣汙染。

3. 本發明於設備裝置系統中所搭配的原位線上偵測系統，則是可以達到於操作過程中，同步檢知並反饋至控制的核心，以調整裝置系統操作時的相關參數，在連續式操作中達到滾動式修正的做法，以簡化在控制燃燒系統中所可能造成的負影響。

為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如下。

請搭配參考圖1，本發明提供一種物體氣化與廢氣處理的裝置，該裝置依序包含：一氣化裝置10、一分離裝置20以及一氣體處理裝置30。前述的各裝置間是依序排列的，但所謂的依序排列並不限於裝置本體間實體排列順序，也包含其所處理的物體在各裝置中處理或經過的順序。

其中，該氣化裝置10包含一進料端口11、一燃燒腔體13以及一出料端口15。該進料端口11與該出料端口15分別設置於該燃燒腔體13的不同位置。如圖1所示範的其一範例，該進料端口11可以設置於該燃燒腔體13的下方，而該出料端口15則設置於該燃燒腔體13的上方。該氣化裝置10在本發明中較佳是一種流體化床的設備，透過持續通入燃燒源與氣體進行流化與燃燒的過程。

較佳地，為了提升該氣化裝置10的效能，可選擇性地在該氣化裝置10上加裝一輔助熱源裝置12，該輔助熱源裝置12包含一空氣進氣單元121、一氧氣進氣單元122、一水氣進氣單元123、一電熱爐124、一直火燃燒器125或前述裝置的任意組合。

進一步地，在該氣化裝置10前可選擇性地設置一前處理裝置40，設置的位置則較佳與該進料端口11對應與連通，該前處理裝置40可以是破碎研磨機、破碎機、刀片切割破碎機、成型機或該些裝置的其一與任意組合。特別針對大型體積廢棄物或難燃廢棄物可以先將其破碎後再導入後續加工步驟，也可以在破碎後添加其它易燃材質以成型機加工為燃料棒型態，有利於後續氣化燃燒效益的提升。

其中，該分離裝置20包含一進料口21、一氣體出口22以及一固體出口23。該分離裝置20是以該進料口21與前述該氣化裝置10的該出料端口15連接與連通。該分離裝置20主要可以將前述該氣化裝置10所加工處理的物質，針對其所產生的氣體或固體進行分離的裝置，可舉例如旋風分離器。選擇性地，該分離裝置20的該固體出口23可回溯連通於該氣化裝置10的該燃燒腔體13。

接著，該氣體處理裝置30則是與前述該分離裝置20的該氣體出口22連接，該氣體處理裝置30的數量不限，可以是一個或多個，該氣體處理裝置30主要是依據前述該分離裝置20所釋放的氣體種類選用，對氣體進行加工處理與釋放。該尾氣處理裝置30可以是一填充床吸附設備31、一水洗設備32或一觸媒反應設備33等，依據所處理的氣體種類不同而選用。

該氣體處理裝置30的各氣體出口可設置有一氣體偵測器34，例如原位即時偵測系統，用以偵測所排放的氣體能夠符合排放標準，該氣體偵測器34可反饋偵測結果以調整本發明任一裝置的處理參數與條件，提升裝置整體的物體處理效能。優選地，該氣體處理裝置30後可加設一集塵裝置50，用以濾除排放氣體中可能存在的微顆粒物質。

另一方面，本發明前述的該分離裝置20與該氣體處理裝置30的前、後或中間過程，可選擇性地加裝一輔助燃燒器60，用以去化所產生的固、氣體中物染物的裝置，例如可以是觸媒反應床或直火燃燒器，主要可以將該氣體處理裝置30中無法有效去除的污染物加以燃燒去化。

請搭配參考圖1、2，本發明利用前述物體氣化與廢氣處理的裝置，提供其處理廢棄物的方法，其步驟包含：

步驟1：將一物體自該進料端口11進料於該氣化裝置10中；

步驟2：該物體於該燃燒腔體13中產生流體化並氣化，溫度介於800～1000 ^oC；

步驟3：將該物體氣化所產生的氣體及/或固體分離；以及

步驟4：將所分離的該物體氣化之氣體去化或淨化處理。

其中，步驟1所使用的物體料源在本發明中一實施例為廢棄物，該廢棄物的型態包含原狀、加工細碎狀以及燃料棒等型態。所謂的該廢棄物處於原狀的狀態是指不對廢棄物進行任何的加工，以其原本的形狀與大小進入後續步驟中處理；所謂的加工細碎狀則可能是針對體積較大的大型廢棄物，先將其破壞粉碎後再導入後續加工步驟；所謂的燃料棒的形式則主要針對難燃廢棄物的處理，先將其加工細碎後，難燃廢棄物的細碎粒與易燃材料的細碎粒混合壓製為燃料棒型態再導入後續加工工序中。廢棄物可以列舉為廚餘、塑膠製品、木質製品或陶瓷製品等。

本發明步驟1進料的步驟前，可先針對該廢棄物的熱性能進行分析，例如測量其熱重特性分析，確認其熱值後，依據每一廢棄物熱值不同，作為後續氣化反應時的操作溫度與後續尾氣處理步驟的參考數值。

其中，前述步驟2所稱之氣化實指燃燒，將該物體在該燃燒腔體13中產生流體化現象後以高溫源加以燃燒氣化，且伴隨著步驟2的燃燒狀態以及參考該物體/該廢棄物的熱值特性可輔以該輔助熱源裝置12提升燃燒效能，例如可視情況添加或不添加水氣、調整進氣量、水氣量或氣化溫度，達到全品項廢棄物燃燒的目的。

前述該步驟3是將該物體/該廢棄物燃燒後所產生的固體或氣體污染物加以分離的步驟，例如使用旋風分離器將氣體與固體分離，該氣體可以進一步進入後續處理步驟，該固體主要為粉粒狀態，可以加以收集丟棄或選擇性的重新導回該燃燒腔體13中作為流體化源。

前述步驟4的氣體去化或淨化處理可稱之為尾氣處理，是利用該氣體處理裝置30將流體化燃燒後並分離的氣體污染物加以去除或淨化的步驟，氣體污染物中可能包含氮氧化物(NO _X)、硫氧化物(SO ₂)、有機揮發物(VOC)、戴奧辛(Dioxin)或微碳顆粒等，利用該氣體處理裝置30將該些氣體污染物加以處理符合國家/國際排放標準後再排入到大氣中，避免造成空氣或環境污染。

經過尾氣處理步驟的該氣體物染物可以利用該氣體偵測器34加以偵測其淨度，該氣體偵測器34可以適時地反饋監測數值以調整前述步驟的條件與參數。較佳地，前述步驟3、4的前、後或中間過程，可選擇性地將步驟2氣化所產生的氣體或固體污染物以該輔助燃燒器60再次燃燒，用以去化該尾氣處理過程無法有效處理的固、氣體物染物。

接著，本發明利用前揭描述的裝置與方法例舉數個實施例如下：

＜實施例1＞易燃廢棄物 – 金紙

本發明的第一個實施例是燃燒拜拜用的金紙，我國民間信仰盛行，大大小小的宮廟遍佈各地，信徒朝拜時多數會燃燒金紙，但宮廟燃燒金紙使用的金爐多數沒有針對燃燒後所產生的氣體或固體污染物處理的設備，導致空氣或環境污染的問題，除了政府鼓勵信徒避免燃燒金紙的手段外，也可以使用本發明所提供的設備與方法解決燃燒金紙所造成的空氣或環境污染。

在燃燒前，將金紙進行熱性質分析並評估其熱值為易燃物，且其燃燒後會產生氮氧化物(NO _x)、二氧化硫(SO ₂，主要來自於金紙製程中使用的含硫漂白劑)及有機揮發物(VOC)。藉此，本實施例中所使用的設備與方法包含：

金紙本身屬於易燃且體積小的燃燒物，以其原型狀態進入該氣化裝置10，以較低溫800 ^oC進行流體化燃燒處理；

燃燒後的金紙所產生的固體粉體與氣體導入該分離裝置20，例如旋風分離器進行固、氣分離；

分離後的氣體污染源主要包含氮氧化物(NO _x)、二氧化硫(SO ₂)及有機揮發物(VOC)，因此本實施例的該氣體處理裝置30則較佳包含可以淨化該些氣體的相應裝置進行處理；

偵測經該氣體處理裝置30處理淨化後的氣體是否符合國家/國際排放標準，並反饋偵測資訊以調整前述步驟中溫度、時間或甚至是空氣、氧氣或水氣燃燒源的適用時機。

＜實施例2＞ 破碎廢棄物–大型廢棄物

本發明的第二個實施例是大型廢棄物，例如大型家具，其處理的模式基本與前述第一較佳實施例相同，唯將大型廢棄物進行流體化燃燒氣化前以切割或破碎機進行細碎化的過程，有助於後續氣化的效率。

＜實施例3＞ 燃料棒加工廢棄物 – 難燃廢棄物(阻燃劑)

本發明的第三個實施例是難燃廢棄物，例如含有阻燃劑的發泡性泡棉，以發泡性聚乙烯(PP)料源而言，其中可能含有含硫成分的阻燃劑，不僅需要提高氣化燃燒溫度，甚至可能需要額外增加直火燃燒或氧氣進氣等輔助熱源裝置提升燃燒效率。本實施例甚至可以針對難燃廢棄物先前處理製為燃料棒後再加以燃燒與尾氣處理，達到更為優化的處理模式。本實施例中將難燃廢棄物處理為燃料棒的方法可以是先將難燃廢棄物破碎細小化後，混合可燃料源，例如木屑並壓製為燃料棒形式，接著再導入後續處理工藝中，也能改善難燃廢棄物的處理效能。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明主張的權利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本發明的申請專利範圍內。

10:氣化裝置 11:進料端口 12:輔助熱源裝置 121:空氣進氣單元 122:氧氣進氣單元 123:水氣進氣單元 124:電熱爐 125:直火燃燒器 13:燃燒腔體 15:出料端口 20:分離裝置 21:進料口 22:氣體出口 23:固體出口 30:氣體處理裝置 31:填充床吸附設備 32:水洗設備 33:觸媒反應設備 34:氣體偵測器 40:前處理裝置 50:集塵裝置 60:輔助燃燒器

圖1為本發明物體氣化與廢氣處理的裝置較佳實施例示意圖。 圖2為本發明物體氣化與廢氣處理的方法較佳實施例流程圖。

10:氣化裝置

11:進料端口

12:輔助熱源裝置

121:空氣進氣單元

122:氧氣進氣單元

123:水氣進氣單元

124:電熱爐

125:直火燃燒器

13:燃燒腔體

15:出料端口

20:分離裝置

21:進料口

22:氣體出口

23:固體出口

30:氣體處理裝置

31:填充床吸附設備

32:水洗設備

33:觸媒反應設備

34:氣體偵測器

40:前處理裝置

50:集塵裝置

60:輔助燃燒器

Claims (10)

1. 一種物體氣化與廢氣處理的裝置，其依序包含： 一氣化裝置，包含一進料端口、一燃燒腔體以及一出料端口； 一分離裝置，包含一進料口、一氣體出口以及一固體出口，該分離裝置的該進料口與該氣化裝置的該出料端口連通；以及 一氣體處理裝置，其與該分離裝置的該氣體出口連通。
2. 如請求項1的物體氣化與廢棄處理的裝置，其中：該氣化裝置為一流體化床設備、該分離裝置為一旋風分機器以及該氣體處理裝置包含填充床吸附設備、水洗設備或觸媒反應設備。
3. 如請求項1或2的物體氣化與廢棄處理的裝置，其中： 該氣化裝置進一步包含一輔助熱源裝置，該輔助熱源裝置包含一空氣進氣單元、一氧氣進氣單元、一水氣進氣單元、一電熱爐、一直火燃燒器或其組合； 該氣化裝置前進一步設置一前處理裝置與該進料端口連通，該前處理裝置包含破碎研磨機、破碎機、刀片切割破碎機、成型機或其組合； 該氣體處理裝置加設一氣體偵測器； 該分離裝置與該氣體處理裝置的前、後或中間加裝一輔助燃燒器，該輔助燃燒器包含觸媒反應床或直火燃燒器；或 該氣體處理裝置後加設一集塵裝置。
4. 一種物體氣化與廢氣處理的方法，其步驟包含： 將一物體引入一氣化裝置中的一進料端口，該物體的型態包含原狀、加工細碎狀以及燃料棒型態； 該物體於該氣化裝置的一燃燒腔體中產生流體化並氣化； 將該物體氣化所產生的氣體及/或固體分離；以及 將所分離的該氣體或該固體去化或淨化處理。
5. 如請求項4的物體氣化與廢氣處理的方法，其中：將該物體引入該氣化裝置前，先將該物體進行細碎化，或與一可燃材質混合後製為該燃料棒。
6. 如請求項4或5的物體氣化與廢氣處理的方法，其中，該物體為金紙或廢棄物。
7. 如請求項4或5的物體氣化與廢氣處理的方法，其中：將該物體引入該氣化裝置前，先取得該物體的熱特性。
8. 如請求項4或5的物體氣化與廢氣處理的方法，其中：該物體氣化過程中輸送氧氣、空氣及/或水氣。
9. 如請求項4或5的物體氣化與廢氣處理的方法，其中：所分離的該氣體去化或淨化處理後以一氣體偵測器加以偵測其淨度。
10. 如請求項4或5的物體氣化與廢氣處理的方法，其中：將所分離的該固體收集。

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