TW296421B - - Google Patents

Description

經濟部中央樣準局員工消费合作社印製 29642】 A7 ------- -------B7 五、發明説一 ~~~-·~~- 本發明係有關美國之能源保障、廢棄物處理、及空氣 品質等問題。特別是有關符合環保的使用尚未使用或未充 分使用之具潛·力的豕庭能源資源，由於其所含不純物（顯著 的水氣、氣、硫、灰分、及有毒金屬）、其不均一的特性、 低熱値、及不佳之可操作性。 許多並非化石燃料之織維質的、生物的、及有機的產 物、副產物、及廢棄物（碳質廢棄物）可视爲較泥媒年分少 且更低階之化石燃料。與低階的化石燃料相較之下，其等 含更少碳及更多氧。其中包含市區固態廢棄物（MSW)、及 由MSW中移去可回收物質所得之垃圾衍生燃料(RDF)。除 此外尚可加上許多木質或纖維質的產品、及農業（蔗渔、稻 殼、稻草、修剪自果樹之枝條等）與林業（小木塊、鋸屬、 樹皮、樹枝等）之副產品、以及由其所發展出之產業的副產 品。大部分爲多纖維的、且一般具大量的水。相似的廢棄 物’而不屬於生物產品者，包含工業廢水處理污泥如紙榮 廢、紙廠、及去油墨廠之污泥、下水道污泥、家畜糞肥、 工業廢棄物、建築及毁壞之廢棄物、混合塑膠或汽車壓碎 後之殘留物（ASR)。 碳質廢棄物，特別是MS W、RDF、及污泥，由於其 等之外觀形態故使用於燃料時會產生許多問題《此等廢棄 物間之大小及形狀變化極大，且在含水量、可塑性、密度、 及易燃性方面亦變化極大。因此，習知之燃燒處理會受到 複雜的處理方式、老式的添媒機或移動爐栅、極多過量空 氣之需求、延伸出之空氣污染控制裝置、不易控制性，及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） ------.-----^1裝------訂------線 (請^閲讀荠面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局員工消費合作社印聚 A7 五4明説明（2 ) ~ ~ -— 極低燃料可變性之不佳影響，所有上述因素皆會增加符合 嚴格的煙道氣排放標準之困難度。 造成固態混合煤不易應用在能源市場上之問題點爲其 所含之不純物。大體上，1990年提出之清淨空氣法規修正 案（CAAA)中提出189個未規劃之有毒空氣污染物 (HAPs)，而要求美國環保局（EPA)必須確定其對大眾健康 所產生之咸脅並發展出適當的法規。此等HAPs包含微量 金屬如：銻、坤、鈹、鎘、鉻、鈷、銅、鉛、鎂、汞、鎳、 及蜗。 碳質廢棄物，特別是MSW，其轉換成能量之表現亦 受到不純物之不良影響。水含量極高且變化極大，灰分之 含量亦極高。毒性鉛、鎘、汞、及其他煙道氣中所出現之 重金屬亦必須藉由洗滌器、過濾器、及其他複雜的空氣污 染控制系統而加以控制之。氣，來自氣化塑膠如PVC，在 MSW或RDF中平均占约〇 5%，有時可高達1 8%。其會造 成鍋爐管之腐蝕，而必須鹼洗洗滌器，又會造成代奥辛、 吹喃及其他有毒的空氣污染物之生成。雖然氣最受矚目， 但破質廢棄物中亦含少量之其他鹵素物質。依照Epa之毒 物特性過濾步驟（TCLP)測試，燃燒灰分有時被歸類爲有毒 的。文獻中揭露出可將灰分加熱至或超過熔點以通過TCLP 測試’此方法稱爲“玻璃化”。 許多廢棄垃圾係在以現在環保觀點看來認爲不適當之 狀況下任其腐敗.。而有逐漸升高之來自大眾的屢力要求改 善此種老式的倾倒式掩埋場。除了因爲潛在的毒物、及強 本紙張尺度適财關家標準（CNS) A4規格（21GX297公瘦） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 訂

-I I A7 、’ -----—- __ 五、發明説明（3 ) ' --— 制義務的關閉後之維護，並遥成許多可回收之物質及潜在 的能源被埋起來，而正等待一經濟的解決方法。 在電麻中係將RDF加上煤炭燃燒於公共工程及工業 鋼爐中（-㈣共燃）。1990年提出之CAAA允許加入锅爐 中燃料之3G%爲韻廢棄物，且不用將此锅爐改名爲焚化 爐。雖然較低S〇2排出物爲其誘因，但將低硫碳質廢棄物 與问疏煤炭共燃則會產生許多缺點，包含：增加處理固態 物之成本，必須更多之空氣，產生較多之HCf、C〇、Ν〇χ 及氣化的有機排出物，増加鍋爐中鎔渣的形成，及較高之 飛灰電阻率。此外，商業上之共燃係侷限於柵條式及旋風 式鍋爐中。目前共燃又再度引起人們的注意，由於某些證 據顯示來自煤炭之硫氧化物可避免含氣碳質廢棄物之代奥 辛的生成，且由於使用一般方法必須花費極高成本方能符 合1990年提出之CAAA。 針對低階煤炭之水分/熱値之缺點，發明家及企業家提 出碳化及熱分解方法，如此藉由熱以除去水分及氧。雖然 可增進熱値，但所得產物有粉塵飛揚及自動燃燒之缺點。 所除去之水，由於被複合有機化學品嚴重的污染，故會造 成一困難的廢棄物處理問題（如美國專利第5,〇〇〇 〇99號中 所揭露）。此等碳化過程所處理之原料及產物爲固態燃料， 而經由一系列之輸送、粉碎、篩選、加熱、冷卻等步驟則 必須耗費相當成本，又易產生污染及損耗。 能源部（DOE)及私人企業家曾嘗試提出固態燃料之使 用方法，雖然相對於石油及氣體等流體燃料而言其具較不 6 - 本紙張尺度適财類家標準（CNS) M規格（2丨⑽97公楚） 請 先 閱 讀- 背 面 之 注 意 事 項 再 填 I If 頁 j 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 296421 A7 B7 經濟部4-央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（4 ) 利之固態形式。其中規模最大者爲將煤炭轉變成液漿狀燃 料’稱爲煤炭-水-燃料(CWF)式煤炭-水-混合物（CWM)，且 已成功地在設計爲使用石油之锅爐及燃燒據中燃燒。特殊 製備出之CWFs亦成功地在實驂用柴油引擎及氣體渦輪燃 燒器中燃燒。而當此應用提出時，正値油價低迷，故此應 用雖然技術上可行但經濟上不可行。 雖然流體CWFs(漿）已成功地在設計爲使用粉狀煤及 油之鋦爐中燃燒，但碳質廢棄物則尚未以此方法燃燒，原 因在於，爲了形成可泵送，則其漿體必須稀釋到具極少正 面的（有時爲負面的）能源價値爲止。高階煤炭、無煙煤及 煙煤可磨碎並漿化至可泵送之50%或更高的固體濃度。隨 著煤炭之階數降低，其可漿化之能力亦隨之降低。低階燃 料及碳質廢棄物之不易漿化特性係與其多纖維及親水之特 性有關。然而，如美國專利第4,380,960號中所述，藉由加 熱親水性燃料之漿至使得其產生物性及分子重排現象之溫 度時，可進行濃縮化，除去二氧化碳及水，而形成一具較 低親水性及較低多纖維性之燃料（黑炭），如此可明顯地增 加其最大可泵送濃度。此方法稱爲“漿碳化法”。 市區固態廢棄物、由此衍生之燃料、及許多其他高水 分廢棄物含有微有機物，由於會產生惡臭及腐爛故限制了 其可貯藏之時間。由於其易腐敗性、體積龐大、及不均一 性，故需要鄰近之專用鍋爐以轉變（無效率地）成能量。由 於此等廢棄物之生成及/或置放地點往往是分散的，故在一 既定區城内要進行如此昂貴之轉變經常是不夠的（唯一之 請 先. 閲 讀 % ιέ I 事 項 再 填 寫 本 頁 裝 1Τ 線

麵濟部中央榡準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（5 ) 替代方法爲掩埋法）。 燃燒一固體·水漿狀物燃料之熱效率爲相關於該燃料 熱密度或熱値之函數，係以Btu/€b(Kca^/kg)代表。折乾計 算的熱値或許會有些微變化，但能量密度之主要決定因子 爲漿中固態燃料粒子之濃度。換言之，其與水含量係成反 比。此濃度係受到粘度之限制，必須使得粘度足夠低以進 行泵送、加熱、控制、及分散至燃燒空氣中。在高階煤炭 下此粘度限制係可接受的，在無添加物下濃度可達約49% 或更高，而加入添加劑時可達約7〇%。隨著煤炭之階數降 低，在可操作之粘度下漿濃度或能量密度將會降低，而造 成其等形成不具吸引力的燃料。 此外，低階煤炭及碳質廢棄物之使用除了水分之外亦 經常受到不純物之影響，特別是硫、氣、氮、有毒金屬、 及形成鎔渣之陽離子’如鈉、鉀及其他。藉由前述相關專 利中之方法可改善疏之影響。本發明雖然亦可降低疏及 氮，但主要係有關於降低水分、氣、有毒金屬及形成錄渣 之陽離子及陰離子的量。 發明者發現到許多低階煤炭及碳質廢棄物等雖然由於 其形狀、體積、位置、季節性、易腐敗性、低熱値、水分 及/或污染物等原因而成爲一般燃燒爐所不歡迎之燃料，但 可轉變成有用的、無菌的、及高能量密度之漿狀燃料。發 明者亦發現到，同時因會造成腐餘、嫁渔形成及/或毒物排 出而影響實用性之m歧、氣、氣重金屬、其他 陽離子及陽離子不純物、及其他可溶的化合物可以明顯地 —--------^—裳------訂-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消资合作社印裝 A7 -----------_ B7_ 五、發明説明（6) 降低其量。 此等重要之增強效果使得低階燃料、碳質廢棄物、或 其等之混合物可在水中形成可操作之漿粘度。此漿係經破 化’即在加壓下加熱，通常在鹼之存在下，且在可產生明 顯的物性或及分子重排之溫度下，而藉由將組合中大部分 之結合私分裂成二氧化破以特性化。進行重排所需之溫度 視投入之衆狀物而定、但通常介於430〜700 °F (2 20〜370 °C ) 間。所需壓力爲在最大溫度下之水蒸氣壓加上二氧化碳及 其他存在氣體分壓的函數。在此等狀態下，所投入漿狀物 中之固體粒子將失去纖維特性及親水特性而分裂成較小之 黑炭粒子，以形成流變特性有相當改善之漿，亦即，在可 操作粘度下可爲更高濃度及能量密度。 此外，活潑的熱解狀態可游離有機鍵結的氣（甚至如極 安定的PCV)’且硫與其他陰離子將與鹼反應而溶解於水溶 液相中。先前鍵結之陽離子如鈉及鉀，亦可如此般進入水 溶液中而溶解之。物性及分子重排提供一溶解或懸浮於過 熱水中的機會，且有毒金屬之大部分係來自投入之漿狀物 中。此細緻的粒徑及水溶液漿狀形態，再加上昇溫，提供 一可依照許多工業及學院化學實驗經驗來處理不想要的不 純物（包含一些目前尚未證實者）之方法。例如，二對—戈 更多不純物使用特定之溶解、萃取、沈澱、或中和試劑5 包含酸、鹼、過氧化物及多價螯合劑，可於加熱及/或果二 濃縮化之前、進行中、後添加。 、反 某些低階煤及碳質廢棄物，如垃圾污泥，由於本身已 本紙張尺度it财ϋ財標準（CNS) M規格（21GXY97公聲） ---------—裝------訂------線 (請·先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 經濟部中央標隼局員Η消費合作杜印製 五、發明説明（7 ) 爲衆狀物故無需進一步製備。其他如糞肥等，本身爲半固 狀且混合-些水、廢水、或其他榮狀物後即可形成衆狀物。 所製造出之不想要的細緻煤炭，及先前製造出之大量庫存 PP，定義上而言已分割好且經常呈潮溼狀，乃爲低階煤炭 之接近既成品來源。若爲固狀或相當乾，則將低階煤及碳 質廢棄物進行切碎、磨碎K匕、及/或使用其他一般之減 體積的万法，並混合水、廢水、及/或其他浆體以製備出 可操作之漿狀物。 若所投入物質中含可藉由密度、其他物性、及/或化性 之基礎而沈澱分離出之無機物質，則應採取適當之分離方 法，以MSW爲例，美國專利第4 624 417號⑹⑽#)提出一 適當的方法（濕源回收）以漿化並分離高密度的碎石、鐵、 破璃及非鐵金屬，包含預先將碳質漿濃縮至適當粘度之步 驟。美國專利第4,561，860號(Gulley)提出一適當方法（乾源 口收）以由MS W中移去無機物，其係經由切碎、球磨、_ 選機及振動篩、磁、渦流及空氣分類分離器以製造出一固 狀RDF，此RDF可與水混合而形成一對漿碳化反應而言 具適當粘度之投入物質，此外尚有許多用來由煤中分離無 機物之方法及裝置（濕式及乾式法）。 當低階煤或碳質廢棄物中含有可沈滅;之鹵素、硫、及/ 或其他形成酸之陰離子時，可在漿碳化之前、進行中及/ 戍之後馬上加入驗（若先前未存在下）。當榮狀物在混合物 中進行碳化時，存在於某些低階煤中之鹼可降低所需鹼的 添加量，或甚至不用再加入鹼。由於MSW、RDF、其他 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公趁 (请尤閲讀背面之注意事If再填寫本耳) ---,------ I裝------訂"-----線----------------- 396421 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 五、發明説明（8 ) 碳質廢棄物、及煤中含有氣及其他由素（當漿狀物碳化時可 形成南化酸），且許多燃料及廢棄物中含有鹼性元素鈉、 鈣、鎂及鉀，此等在漿碳化過程中爲一天然的適合進行共 處理之物。不僅因爲兩者皆爲形成均一且高能量密度之漿 狀物燃料，並由於彼此間之化學不純物會互相中和。最隹 之方法爲將低硫有機廢棄物與含有不好處理的高硫化石燃 料進行共處理，如此所製造出之黑炭漿燃料其s〇2排出量 (以每單位能量爲基準）低於僅使用化石燃料時。 一般使得反應器流出物的熱量傳導至流入物之方法爲 使用經由熱交換壁之間接熱傳導。發明者等發現到在經加 壓的水溶液流出物中之熱量，當在溫度較流出物之大氣壓 下沸點爲高時，藉由逐步降低流出物壓力以於各個連續的 較低壓力下閃蒸蒸氣可將熱量經濟地傳導至粘性流入物 中。隨著壓力逐步降低，每一次閃蒸之蒸氣皆直接地混合 入流入物中。這個發現特別適用於經加壓之粘性漿狀物， 由於其會發臭之特性及/或其間接熱傳導效率不佳。 習知技藝中，爲了使低階煤及碳質廢棄物漿狀物達足 夠低之泵送粘度，則必須於漿狀物中加入水，如此會增加 泵及其他下游裝置所需之大小及經費，且需要經過處理的 水及進行移去黑炭漿水之處理。發明者等發現到，可選釋 性地，在一逆流流動之流體及碳質固狀物中，使用2個機 械轉動之具可變螺距之螺桿而加熱並處理一具極高固形分 疋碳質浆。經由此發現’一具較高固形分之碳質漿可於此 系統中加熱之。如此可顯著地降低處理設備所需之空間 及 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i |裝- 訂 線 本紙張尺度適 11 經濟部中央標準局員工消費合作.杜印製 A7 ---------- B7 五、發明説明（9 ) ~ -- =理所需<熱量’可降低或完全避免進行黑炭榮產物之濃 縮’及/或降低及/或完全避免移去黑庚漿水之處理。 若可使得所得< 黑炭榮不含有害的溶解鹽㈣/或其 2物質，則可將其濃縮至適讀藏、輸送、最終燃燒、或 、他用途《最高枯度，可藉由離心機、過遽器、篆發器、 及/或其他適當的税水裝置以進行濃縮，及/或藉由混合稀 釋後之黑炭漿與其他固態化石燃料。另-方面，若黑炭漿 中含有可察覺之會造成操作上困難及/或造成使用後污染 物排出之溶解鹽鎮及/或續物，則必須將固態黑炭自水溶液 相中徹底地分離出並進行再漿化，以於潔淨水中達最大可 操作枯度。又以在再榮化前使用潔淨水洗m炭較佳。 再者，此濕黑炭亦可與液狀烴產物如柴油進行再漿化。雖 然高能榮狀物爲較佳之形成，但亦可將其進行敗水乾燥 及粒化固態黑炭以形成一高階固態黑炭以形成一高階固態 燃料產物。 自黑炭漿中移去之水分含有溶解及懸浮的成分。此經 移去水分之大部分以再次作爲投入物質之漿化水使用較 佳。由於循環水中累積有溶解及懸浮物質，故必須自處理 程序中將一部分的循環水取出，於再度使用前藉由一般之 潔淨方法處理及/或排出。在特定狀態下，對於黑炭產物而 C*以再度使用經取出的、循環的、或處理的水作爲榮介質 較佳’因此任何溶解懸浮之有機物將被漿狀燃料氧化，且 任何溶解及懸浮之無機物會形成燃燒灰。 雖然碳化反應可降低粒徑，但進一步之藉由磨碎、切 12 x 297公石 丨~„ j丨裝------訂-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本f) A7 A7

.、發明説明（丨o ) 請 先. 閱 讀 背 Ϊ 事 項 J 再 4 I I裝 頁 碎、及/或使用特殊設計之同步壓力及粒徑降低裝置或磨 碎機而降低粒徑則仍允許更高之固形分及能量密度。因此 可大大地提高碳質投入物之“可磨碎性，由於雙峰型粒徑 刀佈可選擇性地降低部分黑炭之粒徑，故可達到更佳效 果。當漿狀物共碳化及濃縮化後，不同投入物之混合物與 單一投入物相較，在一特定粘度下經常展現較高之能量密 度。在CWFs中常添加之一種或多種粘度促進添加劑爲極 大化漿產物能量密度之另一選擇。 訂 本發明之黑炭漿以作爲鍋爐、窯、焚化爐、鎔爐、柴 油引擎、或氣體渦輪之蒸氣、熱、及/或電氣產生器之燃料 較佳。可使用任何形式之鍋爐（加壓或大氣壓下），包含設 計爲使用燃料油及/或粉碎煤燃燒器者。在許多場合中黑炭 本身或濃縮之漿狀物，可用來作爲碳及氫之反應物來源以 進行氣化而合成出氣體，可作爲觸媒反應式生化反應之投 入物以形成低分子量有機物如甲醇、醋酸等，及進行水解、 再生成、液化反應，或用來生成碳黑、活性碳等。 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 因此，本發明之相當潔淨、無菌且無腐蝕性之黑炭漿 叮便利且低成本地错存之，以供隨後取用及/或輸送至欲使 用的地點。分散的低階燃料之熱能可有效率地濃縮使用 之，例如，將一產生熱及/或電力之工廠策略性地設置於可 燃燒來自許多地點之黑炭漿。再者，此黑炭漿可視需要而 使用之，例如，在尖峰用電時間，由於漿狀物可方便地收 藏，且相對於其熱値具極小之體積，又同時可連續地進行 低階燃料處理工廠之操作。 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )以祕（21〇>< 297公缝） 經濟部中央揉準局負工消費合作社印聚 A7 ______ B7 五、發明説明（11 ) 再者，黑炭漿之用途並不僅限於產生熱量。衆狀物可 轉變成可燃性氣體，然後再輸送至使用地點；可進行液態 氧化而產生低分子量有機化合物；可轉變成活性碳、碳黑、 碳纖維或合成寶石·，皆在遠離低階燃料所製造出之地點進 行之。 若黑炭漿中仍含有會導致灰毒性之有毒金屬量時，可 將黑炭漿燃料之主要燃燒溫度調整至大部分灰組成物之融 點以上，造成灰粒子轉變成熔融粒子（鎔渣）且在氣相中持 續懸浮一段時間。在藉由額外空氣之加入、再循環氣體、 或熱交換器以降低溫度下可將熔融粒子再固化，以形成可 通過TCLP過濾測試之玻璃化飛灰。本發明提供一煤與黑 炭漿-特別是MSW、RDF及垃圾污泥進行共燃之新領域。 可調整基本燃料之比例以符合硫及氮氧化物之排放標準而 不需考慮過多的鎔渣、腐蝕、或不利的通道氣體之排出。 由於黑厌漿燃料具極佳均一性故可將共燃所需之過量空氣 最小化並更精確地控制之。再者，漿化燃料係使用同燃料 油及/或粉化煤（PC)用之燃燒器燃燒之，故不致受限於老式 之無效率的添煤機或可動式爐柵鍋爐。 本發明之一目的爲降低對進口燃料之依賴性。本發明 包含下列更特定之目的：提供—改良方法以自低階燃料及 破質廢棄物中取得熱及電力；節约地使用對一般煤處理方 法來説明粒徑太小之燃料粒子；提高燃料灰之軟化點以降 低發臭及鎔渣；將不均一之固態燃料bMSW、RDF或垃 圾污泥轉變成均-之液雜；將大量燃料轉變成緊密屢緊、 14 - 本紙張尺度適用中國國家標準( CNS) I --------—裝------訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局員工消费合作社印裝 296421 A7 B7 五、發明説明（12 )~~ ' 易貯藏且易輸送至使用地點者；將易腐壞之燃料轉變成無 菌且儲藏時不產生腐壞者；更節約地使用具有水分及/或氣 疋燃料；改良卣素化酸性氣體、由素_有機污染物及/或 有毒金屬之排放至空氣中；具效率且連續地玻璃化潛在之 有毒灰分；對MSW、RDF、垃圾污泥及其他碳質廢棄物 之更佳處理以將其占掩埋場之體積最小化；由掩埋場中除 去潛在之有害毒性物質；藉由提供一安全且經濟之經回收 及經污染的碳質廢棄物之處理方法以補救目前之掩埋場； 及節約地共燃一些其他方法無法處理的燃料，其他目的可 藉由圖面及説明而清楚地表示出。 [圖面之簡單説明] 圖1係本發明一具體例之概略圖，其中稀釋之漿狀低 階煤及/或碳質廢棄物係在壓力下藉由間接熱交換而加 熱，且轉變成一具高能量密度、低氣量之黑炭漿燃料。 圖2係本發明一具體例之概略圖，其中稀釋之漿狀低 階煤及/或碳質廢棄物係在加壓下及逐步使用蒸氣直接預 熱，而在隨後步驟中由黑炭漿產物中形成閃蒸，以轉變成 具高能量密度、低氣量之黑炭漿燃料。 圖3係本發明一具體例之概略圖，其中粘稠之漿狀低 階煤及/或碳質廢棄物係在一雙機械螺桿反應器中使得流 體與碳質固體形成逆流而進行加壓、加熱、及輸送，以轉 變成一具高能量密度、低氣量之黑炭漿燃料。 圖4爲沿著圖3中4-4線之概略截面圖。 [較佳具體例] 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ297&4 ) (請先聞讀免面之：^意事項再填寫太頁) 策-- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（13 ) 圖1中之具體例代表本發明在操作時所使用之低階煤 及/或碳質廢棄物中具有不燃物重於水、及/或1個或更多 個陰離子如氣-具腐蝕性及/或空氣污染性、及/或1個或更 多個陽離子-在燃燒溫度下易導致鎔渣及/或空氣污染後 果。本説明中所使用之市區固態廢棄物（MSW)限定爲由街 道回收及/或任何經合理的預分離處理者，及/或由一既存 的掩埋場回收者。 碳質廢棄物係藉由輸送裝置v 101送至本裝置中。補充 水、廢水、及/或其他漿狀物（如生垃圾污泥）若有需要係經 由管路102引進來。碳質廢棄物在衆狀物製備區IQ]進行 切碎及與回收及補充水之混合，此時屬濕源回收（RR),係 詳述於前述審查中的母申請案之圖1中。在圖1〇3中，重 的碎片及泥土會被分離出，且可將碳質物質分散而與較水 重之金屬、破璃及其他無機物進行分離。所除去之物質係 經由1個或多個導管104以自該裝置分離出。區ι〇3亦可 設置爲可分離較水輕之成分者，其係藉由另外之導管（未圖 示）而分離出。 令碳質漿流至一主要濃縮裝置1〇5(如升降螺桿或其他 般之脱水裝置）以分離出大部分水分而形成可泵送之碳 質漿。經分離之水可經由—主要循環果106及—管路107 而返回區103。區103之裝置中亦可使用前述之低階煤及/ 或其他碳質廢棄物，不是形成與Msw之混合物就是斷續 地獨立使用之。 目前呈粘稠的碳質漿可經由管路1〇8而離開漿狀物製 本紙张尺度賴㈣ί家樣準（CNS ) A4規 ]----------—裝------訂·-----線 (I先閲讀t面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

本紙張尺妓财關家 A7 ____ _B7 五、發明説明（14 ) 備區103(或複數區），並與來自管路109之鹼液或漿相混 合。所加入之鹸量係至少爲碳質漿中用來形成酸的陰離子 之化學當量。鹼爲幫助用來形成酸的陰離子之釋出及中和 之最佳試劑，然而在某些場合中，係以陽離子之除去，包 含會形成鎔渣及潛在之毒性金屬爲最優先。此時，對該等 元素有效之溶解劑，包括但並不限定於，特定酸及螯合射， 可補充或取代藉由管路109之鹼的添加。 當使用易水解之廢棄物時，漿碳化前鹼之添加將造成 可溶有機產物之增加而導致固態黑炭之減少，故此時以降 低或消去管路109中鹼的添加、及在漿碳化後或進行中之 1處或數處進行酸性產物的中和化較佳。 使用一輸送裝置110如泵可提供足夠之經由一氣體_ 漿混合器111以排出碳質漿之壓力，在混合器ηι中與來 自管路112之蒸氣-碳化氣體混合物、及/或其他之熱流體 (未圖示）相接觸。此蒸氣_氣體混合物可直接將熱輸送至漿 中而增加其溫度。經加熱之漿與未凝結的氣體一起流入緩 衝塔丨13，在其中氣體與剩餘的蒸氣係分別經由管路丨14 而排放出。所排出之氣體，主要爲二氧化破，具一熱値且 可傳導至一鎔爐、鍋爐或廢氣處理裝置中（未圖示）。再者， 可將氣體及剩餘蒸氣傳導至一裝置以進一步利用其顯熱及 潛熱（未圖示）。塔1丨3可包含加熱裳置及絕緣㈣存顯执， 及/或可提供1個或多個混合器L通至泵nG之再循 環管路（未圖示）而幫助維持漿特性之均一性。 在與區103相並聯處，或作爲其取代物，可選擇性地 17 7公釐） 1 I I I · I 裝 1! . ·訂 I. I — 線 (請'先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（15 ) 使用適於漿碳化化石燃料或碳質廢棄物、或與來自輸送裝 置101之物質進行共漿碳化之1個或多個不同型式之製備 區（未圖示）。例如，一低階破、高階破、其他化石燃料及/ 或製備出的及/或回收的細媒可進行“煤製備，，處理及/或研 磨及濕處理，如習知技藝中所熟知，而製出一適當之投入 漿狀物。一固態RDF，一般乾源回收法之產品，可僅進行 研磨而分散於補充或再循環之水中。木質廢棄物可經由切 碎、進行鐵之磁性分離處理，然後木漿化。其他廢棄物及/ 或化石燃料如垃圾污泥或Orimulsion則僅需調整水含量。 對而階煤’特別是含氣及/或會形成鎔渣者，亦可進行相同 處理，但有時以讓此煤漿繞過漿碳化裝置而與產物黑炭及/ 或漿相混合較佳。經證實出此碳質漿之“去渣”處理可藉由 設計爲此用途之1個或多個水力旋風分離器而進行之。若 必需稀釋實質上係用來分離無機物之追加的破質衆時，此 經潔淨化之漿可使用脱水裝置1 〇5 ，或進行一相當之處 理。 選擇性地製備出之碳質漿，經漿碳化或共漿碳化者， 可直接充填入管路115、或充填入區1〇3與裝置"ο間之 管路（未圖示）。此選擇性地製備出之碳質漿可經由管路ιΐ6 加入塔113，或經由管路in而至高壓充填裝置U8之吸 入管路。此高壓充填裝置U8可爲一組複數泵、複數擠出 機、複數螺桿、或複數的其他一般之加壓裝置，且可爲^ 個或多個呈串聯及/或並聯之裝置。亦可將一混合裝置（未 圖示）連結至充填裝置118之吸入管路上。再者，本質上乾 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) /U说格（210X297公釐） —--‘----— I装------'11-----0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 A7 ____B7 五、發明制（16 ) " " " ~- 的或半固祕_、碳質廢絲、高麟、及/或其他化石 燃料可經由另一導管（未圖示）而直接加入塔113中。此充 填裝置118可由塔113中（有時亦由管路117中）取出破質榮 且提供足約壓力以使其經由随後之加壓裝置而移動並在加 熱時維持爲液態。 令破質衆由裳置118流至低溫熱交換器119之冷邊， 此時其係藉由來自管路125之黑炭浆間接加熱至接近之溫 度。令部分加熱之碳質漿由熱交換器119流至高溫熱交換 器120之冷邊，此時其係藉由來自管路123之黑炭衆間接 加熱至接近之溫度。熱交換器119及12〇分別爲由1個或 多個熱交換元件經串聯及/或並聯而構成。再者，在执交換 器119與120間可選擇性地設置一用來使得經加熱之碳質 固體（未圖示）分離出部分漿水之裝置。此時令分離出之水 流至-適當熱交換器而回收其顯熱（未圖示）較佳，同時使 得部分脱水之碳質漿流至熱交換器12〇。 令熱碳質漿由交換器丨20流至加熱器121，如此以提 供熱交換器119與12〇間熱交換之補充或取代。此外，加 熱器121係藉由提供使得碳質漿溫度提高至適合漿碳化反 應之溫度所需均衡熱以補充熱損失及不可逆之間接执交 換。在加熱器121中所需之熱係間接地傳送過來，可使用 蒸氣（包含混合有來自棑出物中的可溶有機成分之濕氧化 後氣體之蒸氣，如圖2中所示及述）、熱交換流體如 Dowthenn、燃燒加熱器、電阻元件、藉由熱煙道氣或渦輪 排出氣體加熱線圏、及/或其他適當之熱源。此外，亦可將 (請λ··閲讀#.面之注意事項再填寫本頁) 装 19 ,

A7 經濟部中央樣準局員工消費合作杜印聚 五、發明説明（17 熱直接供給至加熱器121中之碳質漿，藉由注入高壓蒸氣 (包含排出物濕氧化所得之蒸氣，如圖20)、由經加壓之燃 燒器注入熱煙道氣、及/或注入小量空氣或含氧氣體。 依據其配置之情形，加熱器121與熱交換器120的熱 邊入口間之管線可提供足夠完成漿碳化反應所需之時間。 若特定碳質漿在高溫下需要多於所提供之時間，則可插入 一延伸段、或反應器122以提供額外之反應時間。如用來 作爲取代及/或補充輸入能量至碳質漿之加熱器121般，反 應器122亦可藉由套管並使用熱流間接加熱，或熱流可隨 著熱碳質漿注入反應器以提供額外熱能（未圖示）。再者， 可設置一管路147以移去反應器中所形成之碳化氣體而使 得榮碳化平衡反應朝向形成更多黑炭產物之方向進行。經 由管路丨47移去之氣體既熱且含相當的蒸氣。基於熱節約 之觀點’大部分化學熱、顯熱、及潛熱都會被回收，可藉 由1個或多個熱交換器（未圖示），或藉由與碳質漿直接接 觸如在混合器ill中。 經由管路109添加之鹼亦有取代及/或補充之方法，鹼 亦可藉由一連接器124而注入離開反應段122之管路，或 注入進入反應器122之管路中（未圖示）。現在粘度已大幅 減低，稀釋之黑炭漿及碳化反應之放出氣體（或藉由注入加 熱試劑之改良）將流經管路123至高溫熱交換器120之熱 邊，此時該等可提供間接熱至已被低溫熱交換器119部分 加熱之碳質漿。經由熱交換器120中之熱交換而冷卻後， 黑炭漿及碳化氣體經由管路125流至低溫熱交換器丨丨9之 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I丨裝. 丁 、-° 線 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 ------- B7 _ 五、發明説明（18 ) 熱邊。再者，來自熱交換器119之經冷卻的黑炭漿可藉由 間接熱交換及/或與水、空氣及/或其他較冷流體（未圖示） 之直接接觸而更進一步冷卻之（亦可作爲熱交換器119及 120之冷卻取代物）〇經由管路1〇9及/或124添加鹼尚有取 代及/或補充之方法’即使用連接器126而注入管路125 中。 在熱交換器119中冷卻至適當溫度之黑炭漿及碳化氣 體流經管路127至減壓裝置128 ,以降低混合物之壓力。 裝置128亦具減小黑炭粒徑之功能，其係使用黑炭漿膨脹 過程中所產生之動能。壓力之降低會使得碳化氣體之體積 膨脹及增加飽和蒸氣，由於漿中之水會汽化，故可將此混 合物流至氣-漿分離器129。在分離器129中，氣體與蒸氣 互相分離且流動’如前所述’經由管路至混合器U1 中。 稀釋黑炭漿由分離器129經由管路130而流至黑炭濃 縮裝置1 3 1。先前曾提過濃縮器i 3】爲離心器，但亦可爲 蒸發器、過濾器、或其他適當之可分離漿水之裝置，漿水 係由管路U2離去，而濕黑炭則排至導管123。濃縮器131 可设置爲在排出前先使用來自管路134之潔淨及/或循環 水清洗該濕黑炭，清洗後之水結合入管路丨32之循環水。 循環水，包含清洗後之水，係累積於循環桶135中， 由此再藉由第2循環水泵136經由管路137泵送至漿製備 區丨03。然而，一般必需取出一溶液排出物。經由流體控 制裝置138，以避免可溶及懸浮化合物之過度累積。此排 本紙張尺度ϋ财關家鮮（CNS) A4· ( (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝— A7 B7 經濟部令央標準局員工消費合作社印製 296421 五、發明説明（19 ) 出物在排放前可經一般對水處理業界而言習知之方法進行 處理如美國專利第4,898,107所述。亦可選擇性地將排出物 自管路123中之熱黑炭漿分離出，如圖2中所述，且經濕 我化而提供高壓蒸氣以供給加熱器121熱量，直接或間接 地均可，且抑制鹽如鹽水之形成。另一選擇爲藉由一般廢 水處理方法處理管路137中之循環水以除去或降低溶解及 懸浮物質（未圖示），在再使用於區】〇3之前。 來自導管133之濕黑炭係在混合器up中混合來自管 路1 3 4之潔淨及/或循環水，混合比例係控制到能產生具特 定粘度之黑炭漿產物。此產物燃料經由管路14〇流至粒徑 篩選裝置141，其中粒徑大於一既定直徑者被分離出且流 經（視需要可加水）一導管142至粒徑縮減裝置〗43，縮減 粒徑後之粒子漿藉由循環漿泵144而返回裝置丨41中。藉 由此縮減粒徑循環，漿中最大粒徑之黑炭粒子可維持在一 既定粒徑範圍内，且此漿經由導管145而排至產物儲存槽 146中，其係收藏於其中以作爲指定之用途或銷售用。此 槽146中裝設有1個或多個混合器較佳。或藉由再循環以 使其維持内含物之均勻狀態(未圖示)。視需要，一高階煤、 Ornnulsum、及/或其他化石燃料（乾、半固體及 令人滿意的能量密度之衆）、液體燃料如柴油，例如，可在 槽146中與產物黑炭衆相混合，而使其繞過衆碳化循環。 產物黑炭f係儲存於槽146中以作爲隨後之使用，可 爲在當地’亦可經由管路、卡車、船或其他工具15〇輸送 至使用地點152如發電廠或黑炭粒子處理廠。 22 - 本紙¥尺度 14财_ 家鮮（CNS ) ----

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（20) ~~ 則述之粒徑綿選裝置係，在許多場合中，可結合入一 單一動力傳送裝置中而同時避免過大粒子之通過及降低其 等粒徑至規格内。另一方面，已證實出再研磨至選定之粒 徑範圍有時可確保一最適粒徑分佈而在規格粘度値内得最 大固體含量及產生最大能量密度。 雖然已經由區103中之密度分離而降低無機不純物的 量，但由於漿碳化反應及/或隨後之機械運送中會造成大量 之粒徑降低，故在某些場合中，可被分離出（由於其密度、 其化物理及/或化學特性）之額外游離無機物質係，可藉由 水力旋風分離器、空氣浮動器、或其他一般用來“去淹，，之 裝置在反應器122下游之任何點、且以在分離裝置131上 游處理進行分離較佳。 若黑炭漿中完全不含有可能阻塞下游裝置之大粒子， 則可省略粒徑循環141〜144。若原先之投入物中不含相當 量之可萃取的陰離子或陽離子，則可使得黑炭漿僅於裝置 131中濃縮至所需之粘度，而非完全分離並於潔淨水中再 漿化。再者，亦可將粒徑循環14丨〜144置於黑炭濃縮裝置 131之上游處。 實施例1 符合圖1中所述之本發明具體例之濃縮RDF，由明尼 蘇達州之Thief Rivers Falls之乾源回收工廠製出，將其切 碎至1/8吋（〇.3cm)粒徑，混入氫氧化鈉，並加水榮化至濃 度7.2wt%且具300cp之表觀粘度。所投入之RDF漿化物具 560 Btu/仆(310 kcal/kg)之較高熱値，且其折乾計算之氧含 23 - ---------1^------1T-----0 (請'先閲讀會面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（ 〔阳）八4規格（2丨0乂297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（21 ) 量爲 36.2wt%。 將投入之RDF漿壓縮並使用一離心及軟管隔膜泵送 至一連續式處理能力625^b/hr(285 kg/hr)之試驗工廠。在一 反應器中，使用3個電Dowtherm流體加熱器預熱此衆體， 並保持於相當之壓力及溫度下。由反應器取出後，黑炭漿 被冷卻並藉由閃蒸至大氣壓而解壓縮。所放出之蒸氣及氣 體則在一水冷式冷凝管中進一步冷卻，同時不可壓縮之氣 體進入廢氣處理設備並濃縮泵送至一貯槽。解壓縮之黑炭 漿則在一壓榨過濾器中進行脱水並使用一磨碎機使其粒徑 減小。 此試驗工廠實驗所得之黑炭產物再加入水以達總固體 含量 51.8wt%，表觀粘度 500cp，熱値 6,600 BtuMb(3,670 kcal/kg)，折乾計算之氧含量13.9wt%。同時，所得氣萃取 量超過94%，可藉由在壓榨過濾器中洗滌而進一步提高。 此外，分析之結果發現黑炭產物中氮、硫、鈦、鈣、鈉、 钾、及微量金屬之汞、鋒、砷、氣、敍、姑、銅、鎂、及 鋅之含量有顯著的減少。 基於此等測試結果，將一操作能力500 Ton/Day MSW(接收基準）設施進行如本發明圖1具體例所示之電腦 模擬。依據既定之慣例計算裝置大小及成本。相同地計算 出設備成本。計算結果當使用濕源回收時整個系統之總資 金成本爲美金3690萬，包括15%之預備範圍。第1年的操 作及維修費用經估計之結果爲美金1140萬，包括資本之財 務調度、負債及折舊。此相當於每噸MSW美金69元，但 24 ^ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------1 丨裝------訂-----線 (請U先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標芈局員工消費合作杜印製 A7 ------- B7 五、發明説明（22 ) '—一~~—-一~ ί不=Γ收之可再利用物或產物燃料衆之銷售。假設燃 爲美金195/百萬灿，則淨操作成本降至每鳴 MSW美金42元。 、有，試料實驗及商業上的模擬之詳細情形已在 -份送交美國環保局 <名爲“耗㈣廢棄物處理及垃圾 掩埋場之創新科技，，之報告中提出。 圖2 $述本發明之另一處理低階煤及/或端質廢棄物 《具體例。其中使用一些同圖】所示之特性。圖！中之製 備階段包含驗或轉劑之添&、無機物之移丨、水含量之 調整、粒徑之縮減、及/或混合端質廢棄物低階煤其他 化合燃料、及此等間之混合物。 參照圖2，所製備出之粘稠的碳質漿係經由管路2〇1 投入本裝置中。此碳質漿流入一氣體、漿混合器2〇2中， 在其中與來自管路;203之蒸氣-氣體混合物、及/或來自其 他熱流體者（未圖示）相接觸。此蒸氣_氣體混合物直接將熱 傳送上榮中’而昇而其溫度。此預熱之榮流至一第1階段 液體壓縮裝置204中。此裝置204可將漿之壓力提高至剛 好低於管路205中閃蒸蒸氣-氣體之壓力，且此2個流體係 在第2混合器206中結合爲一。任何未凝結之氣體及凝結 之蒸氣可稀釋並提而衆之溫度’並流至第2壓縮裝置207 中。此裝置207進一步提高漿之壓力至剛好低於管路2〇8 中閃蒸蒸氣-氣體之壓力，且此2道流體結合於第3混合器 209中。任何未凝結之氣體及凝結之蒸氣進一步稀釋並提 高漿之溫度，且流至一第3加壓裝置210。此裝置21〇進 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4現格（210X 297公釐） υ ——Ί----- I 裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-> 線 經濟部中央標隼局員工消費合作杜印製 A7 ----—________ 五、發明説明（23 ) '~----- -步增加榮屢力至剛好低於管路211巾閃蒸蒸氣氣體之 壓力，且此2道流體結合於第4混合器2〗2中。任何未凝 結之氣體及凝結之蒸氣進一步稀釋並提高漿之溫度，且流 至一第4加壓裝置丨23。此裝置213進一步增加衆之壓^ 至剛好低於管路214中閃蒸蒸氣一氣體之壓力，且此2道 流链結合於第5混合器215 +。任何未凝結之氣體及凝結 之蒸氣進一步稀釋並提高漿溫至漿碳化所需之溫度。 流自混合器215至加熱器216之熱碳質漿可供作從裝 置202至215的直接加熱之補充或取代物。在加熱器216 中所需之熱係間接傳送而來，如藉由來自外部源之蒸氣、 一熱交換流體如Dowtherm、一燃燒加熱器、電阻元件、 一藉由熱煙道氣或渦輪排出物加熱之線圏、及/或其他一般 之熱源。可選擇地’熱亦可直接供給至碳質漿，藉由在加 熱器216中注入來自外部源之高壓蒸氣、注入來自加壓燃 燒器之熱煙道氣、及/或注入小量空氣或含氧氣體。 雖然加壓裝置204、207、210及213係分別描述並 説明之’但2個或更多個此種裝置可由一單一裝置中之獨 立元件所構成及/或藉由一通常之動力源驅動。再者，此裝 置可含有超過或少於前述之4個加壓裝置。此加壓裝置可 選自泵、擠壓機、螺桿、其他一般之加壓裝置、或此等之 結合。 在混合器202、206、209、212及/或215(未圖示） 之後可馬上將未凝結之氣體由主要流動中分離並除去。經 除去之未凝結氣體可導至一鎔爐、鍋爐廢氣處理系統、及/ 本紙張尺度適财關家標準（CNS ) Α4· (2⑴/別公廣） . -------'訂-----^ (請先閲讀#'面之注意事項再填寫本買) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ------—_ 五、發明説明（24 ) ~ 或其他可利用任何殘存的化學熱、顯熱及/或潛熱之裝置中 (未圖示）。此外，在加壓裝置2〇4及215間可將經加熱之 漿部分脱水至一適當粘度（未圖示）。經移去之水分可導至 一裝置中以利用其顯熱及/或再循環至製備區（未圖示）。 依據配置之情形，加熱器216與氣_漿分離器22〇間之 管路可提供足夠完成槳碳化反應之時間。若一特定碳質漿 在提高溫度下需要多於所提供之時間，則可插入一延伸段 或反應器217以提供额外之反應時間β此反應器217可設 置爲用來分離放出之破化氣體，經由一管路（未圖示）而將 其移去。如用來作爲取代及/或補充加熱器216般，此反應 器217可藉由套管並使用熱流間接地加熱，或可將熱流注 入其中含熱碳質漿之反應器中以提供額外之熱能（未圖 示）。 使用某些易水解的碳質廢棄物，漿碳化前鹼之添加會 造成可溶有機產物之增加而減少固態黑炭，因此以減少或 完全避免製備區中鹼之添加較佳，並在漿碳化後或過程中 之1點或多點進行酸性產物之中和化。當漿碳化產物經由 管路218離開反應器217時，一可選擇的連接器219可使 得檢液或漿注入，或驗可注入進入反應器2Π之管路（未圖 示）。 管路218排至一氣、液分離器220，此時描述爲閃蒸 槽式，但並不以此爲限。在分離器220中，衆破化時所形 成之氣體，並包含注入之氣體（及/或可溶有機產物之濕、氧 化所形成者，如後所述），係經由管路221而由裝置分離並 27 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X：297公釐） —裝! (請先聞讀t.面之注意事項再填寫本頁) 、*! 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ------- —_ B7 五、發明説f725 ) ~ — 排出。管路221中之氣體既熱且含相當之蒸氣，基於熱節 約之觀點，必須回收大部分之化學熱、顯熱及潛熱，藉由 1個或多個熱交換器（未圖示），或直接與碳質漿接觸如在管 路2〇1(未圖示）中。在此所進行之蒸氣冷凝代表一具潛在價 値之相當高純度水的來源。 來自分離器220之黑炭漿流經管路220而至第1階段 液-固分離器223，在其中溢流之流體係流至一第2階段液 ^固分離器224。此分離器223及224如前所述可爲但不限 定爲水力旋風分離器形式，視需要可改良階段數目及階段 間之流動配置。在可能之最大限度下，將固態黑炭排出， 伴隨著淨水及循環水（可能含有溶解之氣體），如將分離器 223及224中之潛流結合般，可視爲來自分離器22〇之相 當於可溶有機及無機化合物之淨溢流水溶液部分而操作 之。 另一個將分離裝置的溢流視爲排出物的原因係基於密 度差。除了必須注意極大化固態黑炭之產率及限制（儘可能） 二氧化碳氣體之生成，漿碳化爲熱解形式之一而會造成最 小之油及/或焦油產率。再者，一些特別穩定之聚合物可抗 熱解而保留著（在此溫度下爲液體）。此等不可溶之極高熔 點物質在產物冷卻後會形成下游裝置之阻塞。然而，由於 其密度較水低，故可隨著排出物送出，並伴隨著水與可溶 有機物藉由濕氣化而被破壞，以於製程中提供有效之熱 量。 、、 來自分離器224的溢流之壓力係藉由一泵225而增 28 ^ 本紙張尺度·巾關帽叫A爾（21()χ29^]------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部中央樣準局員工消費合作社印聚 A7 ---—B7___ 五、發明説明（2ό ) ' '~~ - 強，並將排出物排至混合器226，在其中與來自管路227 之壓縮含氧氣體相混合，且，在可能之範圍内，氧化溢流 中之有機物而形成二氧化碳及水。插入一延伸段或反應器 228以提供足夠時間而達所需氧化程度。此氧化將釋放出 足夠熱量以提高混合物溫度而使得其中部分水轉變或水蒸 氣。 溶解有無機化合物及/或漿化（鹽水）之熱蒸氣氣體及 水混合物係經由管路229進人蒸氣-鹽水分離器23〇。分離 器230，如前述但不限定爲一閃蒸槽，可將蒸氣及氣體分 離並經由一壓力控制裝置231及管路2!4而進入混合器 215並加熱已預熱之漿（如前所述）。分離器230分離出之鹽 水經由一減壓裝置232而離開此流程。鹽水中亦含有相當 高之熱量而可回收於適當之熱交換裝置及進行排放處理。 若由管路227注入之氧化劑爲空氣，則自分離器do 離去之蒸氣相將含有相當之氮，其將伴隨著經完全加熱之 榮經由反應器217進入分離器220。此氣之分壓，加上氧 化及漿碳化所生氣體之分壓，需要在加壓裝置213至分離 器220及230間維持壓力明顯地高於水之飽和壓力。再者， 此等氣體的飽和蒸氣之熱損失將大於使用商業氧氣作爲氧 化劑時。氧化劑的選擇視地區而定，特別是所購得氧之價 格。 水力旋風分離器223及224之潛流經由管路223流至 減壓裝置234。經由裝置234之減壓造成當混合物流入第！ 階段黑炭漿分離器235時部分黑炭漿水（可能加上溶解之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（2!〇x297公釐） .·11 —^n I 丨 WM i HI In 、一—OJnn - n m (請先閱讀免面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -——____ 五、發明説明（27 氣體）閃蒸成蒸氣及氣體。在分離器235中，蒸氣係由液體 榮中分離出並經由管路21丨流入混合器212，如前所述。 經由問蒸所含之部分水而部分冷卻且濃縮之漿由分離器 235之底部流入第2減壓裝置236。 經由裝置236之減壓會造成混合物流入第3階段黑炭 浆分離器239時其他部分之黑炭漿（可能加上溶解之氣體） 閃蒸成蒸氣。在分離器239中，蒸氣係由液體漿中分離出 並經由管路205流入混合器206 ,如前所述。經由閃蒸其 所含部分之水而冷卻至僅梢高於其大氣壓沸點且濃縮化之 漿體係由分離器239之底部流入蓄積器24〇，在其中再放 出小量蒸氣’而使得黑炭漿冷卻至其大氣壓下之沸點。來 自蓄積器240之蒸氣可經由管路2〇3與來自管路2〇丨之破 質衆在混合器202中混合，如前所述。 黑炭漿分離器235、237及239係以閃蒸槽代表但不 以此爲限。其等底部連接處可裝設密封罐（未圖示）以維持 適當衆之液面高並避免蒸氣由此方向出去。 雖然在裝置223、224、235、237、239及240中已 由黑炭漿中除去相當之水分及溶解化合物，但有必要將黑 炭進一步濃縮至所需之粘度。如此，來自分離器24〇之稀 釋黑炭漿將經由管路241流至黑炭濃縮裝置242。此裝置 242先前所述爲離心機，但亦可爲蒸發器、過濾器或其 他一般之可分離漿水之裝置，分離出之漿水經由管路243 離開，而濕漿則送至導管244。在裝置242中亦可設置在 排出前使用來自管路245之潔淨水及/或循環水洗灌濕榮 30 表紙張尺度制中關家揉準（CNS ) A4規格（2 Η) X 297公釐） I---；---J I裝-- (請先閱讀f·面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部中夬樣率局員工消費合作社印製 A7 --—---------------B7 五、發明侧(28) ~ 之裝置，經洗濯物將結合入管路243之循環水。 含有經洗灌物之循環水係蓄積於循環桶246中，再藉 由第2循環水泵247經由管路248泵送至漿製備區或進行 循環水處理（未圖示）。可能也需要經由流動控制器249以 取出溶液排出物，除經裝置232除去之鹽水漿外，以控制 水之蓄積量及/或避免可溶及懸浮化合物之過度累積。此排 出物可在排出前使用習知之水處理方法如美國專利第 4,898，107號所述而處理之。來自管路248之循環水可使用 一般之廢水處理方法以除去或降低溶解及懸浮物質，在重 新使用於製備區前（未圖示）。 經由導管244排出之濕黑炭係在混合器250中與來自 管路245之潔淨及/或循環水相混合，比例係控制在可得具 特定粘度之黑炭漿產物。在操作裝置233、235及237時 所產生之膨脹及高速會造成粒子相當程度之分裂。然而， 此亦可提供進一步之粒徑減小。若如此，則產物燃料流徑 管路251至粒徑篩選裝置252，在其中大於既定粒徑之粒 子被分離並經由導管253流（視必要可加水）至粒徑減小裝 置254，此時經粒徑減小後之漿係藉由循環漿泵255返回 裝置2 5 2。藉由此粒徑減小之循環；漿中最大粒徑之粒子 係保持於既定範圍内’且經由導管256排至產物儲存槽 257，在其中蓄積以作爲以後之使用及銷售。槽257上可 裝設1個或多個混合器，或可使其内含物再循環以維持其 於均一狀態（未圖示）。若希望混合一高階煤、〇rimulsi〇n、 及/或其他化石燃料（乾、半固態、及/或已具令人滿意的能 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210x297公;t ) (請先閲讀t..面之注意事項再填寫本頁) i —裝' 線 經濟部t央標準局員工消費合作社印製 A7 -- — -———---... 五、發明説明（29 ) 量密度之漿），有可能將其繞過漿碳化反應而與產物黑炭榮 混合，如在槽257中。 圖2中所示之前述粒徑篩選裝置（編號252〜255)係，在 某些場合可結合於一單動力之傳送裝置而同時避免過大粒 子之通過並將粒徑降低至規格内。另一方面，經證實出再 研磨至經選定之粒徑範圍有時可確保最適粒徑分作而在指 定粘度下得最大固體量及產生最大能量密度。 雖然已在製備區（未圖示）中藉由密度分離而降低無機 不純物之量，但由於漿碳化反應及/或隨後之機械運送所造 成之大幅度粒徑降低，在某些場合中會形成可分離（藉由其 密度、其他物理、及/或化學特性）之额外的游離無機物質， 在反應器217下游之任何點且在分離裝置242之上游處較 佳，可使用水力旋風分離器、空氣浮選法、或其他一般用 來“去渣”裝置而分離之。 若黑炭漿中完全不含可能會阻塞住下游裝置之大粒 子，則可省略粒徑循環252-255。若原先投入物中未含相 當量之萃取的陰離子或陽離子，則可僅將黑炭漿在裝置 242中濃縮至所需粘度，而不必實質上徹底分離並於潔淨 水中再漿化。可選擇地將粒徑循環252〜255置於黑炭濃縮 裝置242之上游處。 爲了簡化描述及説明，圖2中顯示3個黑炭漿減壓之 階段。若整個減壓過程分割成更多階段，則系統會更趨近 於理想（可逆的）熱交換，且在反應器228及/或加熱器216 氧化時所需之熱量會更少。氧化之熱量視水可溶有機化合 本紙張尺度適用中國s家標準（CNS ) M規格（210X297公幻 -----------裝------訂------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標率局員工消費合作社印裂 A7 --—______B7 五、發明説明（30 ) ' ------- 物〈產出、投入物之作用、碳化溫度及時間、及所加入檢 的選擇及加入點而疋。—般而言，必需謀求產出固態黑炭 之最大化伴随著產生可溶有機物之最小化。可溶有機物之 產率越低，所需閃蒸之階段數目越多以進行系統之内部熱 平衡(無加熱器216下)。此數目通常超過3。亦可藉由調 知壓力以調整氧化可得之熱。較高之屢力造成像鹽水般被 拒絕的水之增多（轉變成蒸氣之量較少）。雖然理想上排出 鹽水中之水係剛好足夠確保其可由過程中自由地流出，但 有時需要排出更多水以維持熱及/或水之均衡。另一調節方 法爲變化排出速率，即，將流動部分視爲由水力旋風分離 器溢流至泵225者。較低排出速率會造成較高之有機物及 鹽類漠度。反之亦然。 之前曾描述管路201中之碳質漿爲粘稠的。由於粘度 爲濃度之函數，此爲一測量必須加熱多少水至碳化溫度並 再度冷卻-換言之，必須有多少熱之轉移。在具體例中，如 圖1 ’其中大部分之轉移經由熱交換器而產生，粘度爲決 定熱交換速率之重要因子，因此，需要熱傳導表面之總量。 當粘度增加時此表面之總量及成本會快璉地提高。必須平 衡之相反因子爲：粘度越高，其熱傳導之負裁越低但熱傳 導速率會較差（且可能較具易腐壞之傾向）。因此，投入枯 度係大大地與經濟有關。 圖2中所示之具體例在無熱交換器下完成投入/排 出、加熱/冷卻之任務，因此可避免會影響圖1所示具體例 之重要的粘度限制。圖2之具體例係適用於可投入更高濃 33 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） I —裝-- (請先閱讀免面之注意事項再填寫本頁) ,-1*

> In HI ——^----—-------------

經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（32 ) 鹼或溶解試劑之添加、無機物之移去、水量之調整、和粒 徑之減低、及/或碳質廢棄物、低階煤、其他化合物燃料之 混合、及其等間之混合物，在其最簡化之概念中，圖3之 具體例使用機械螺桿在流體壓力梯度下移動碳質固體，其 中熱流體之熱含量係在直接與碳質固體接觸下輸送至碳質 固體，因此造成所需之加熱及漿碳化反應。 現在參照圖3，所製備之粘性碳質漿係經由管路301 投入本裳置中，並藉由加壓裝置3〇2加壓至選定之操作壓 力。此加壓裝置可爲泵、螺桿、擠壓機、其他一般之加壓 裝置，或其等間之結合。經加壓之粘性流體由加壓裝置3〇2 流至加壓容器或反應器3〇3，其中包含2個垂直轉動之螺 桿304及305。螺桿304及305互爲反轉螺桿，用來限制 "心體流動於各螺桿與鄰近之容器牆間。螺桿304及305係 以容器305之内部爲中心，故每個螺桿葉片之邊緣幾乎快 接觸到另一螺桿之核心。2個螺桿係呈一致之轉動故形成 於螺桿間之封閉體積會朝容器303之較高流體壓力端移 動。容器303係設計爲環繞螺桿304及3〇5之2同心圓筒， 故可得螺桿之螺牙與容器壁間形成最小間隙。容器3〇4、 螺桿304、305之圖形如圖4所示。 如前所述，爲了將碳質漿經由管路3〇1投入容器3〇3 内’必須使其足夠稀釋以進行有效率地加壓。只要藉由裝 置302加壓並輸送至容器3〇3中，此稀釋漿可經由篩子“斗 移去大部分之輸送水而濃稠化。操作壓力控制閥308以使 得橫跨篩子344產生足夠之分壓而使得水在未降低容器 35 “氏張尺度1 210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------I-----：---- I裝-----—訂-------線-------- 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 ______B7 五、發明説明（33 ) 303中壓力之情況下除去。經由篩子344之輸送水的流動 導致漿中之碳質固體集中於篩子之上游側，在此藉由螺桿 304及305之轉動而逐漸地往上輪送。 以虛線306代表容器303之一截面，在此處沒有或僅 最小之向下游動之流體逆流至向上流動之濃縮漿體❶藉由 在虛線以下提供一區而使得螺桿的螺牙之間隙越來越窄， 故當漿藉由螺桿之轉動上昇時亦會受到機械運動而壓擠， 如此以達所需之漿濃度。此密集堆積之漿本質上可避免流 體化容器303之此截面流動。在截面3〇6上方，螺桿之螺 牙具較大之間隙故可舒緩朝上輸送漿體之碳質固體部分上 之機械壓力，而使得漿體回復成流體。此較稀釋之流體所 形成之流體壓力梯度會造成向下流動之流體逆流至向上傳 送之固體。由於此向下流動之流體無法在較區3〇6爲下方 流動，故其必須經由過濾篩子345離開容器並經由管路3〇9 離開本裝置。起動控制閥310而僅移去適量之水以維持容 器303中之操作壓力。 在參考線306以上可於碳質固體中再加入一些水，並 降低其濃度而使得熱水可再度向下流動。當碳質固體藉由 螺桿304及305而往容器303上方移動時，會與向下流動 之熱水相接觸，而加熱至所需之漿碳化溫度，並接近於向 下流動之熱水溫度。所選擇之容器體積及螺桿之轉動速度 可提供完成此直接熱交換所需之時間。 除了必須注意各種狀況外，漿碳化爲1種熱解形式而 可產生小量之油及/或焦油。此等焦油及/或油爲具極高沸 36 - I"^"II---1 1^-----------線 (請七閲讀"'面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度中關 ^M7ns)A4«^( 210X 297^* ) A7 A7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（34 點之物質而當向下流動的水冷卻時會阻塞下游裝置，且會 產生潛在之循環水處理成本。爲了避免此種情形，在參考 線311以下的向下流動之熱水係藉由變化螺桿3〇4及 之間隙而限制爲將一部分或相當比例之熱水經由管路 移去。壓力控制裝置313可調節管路312中熱水之流動速 率並調節在參考線311上方之容器3〇3的系統壓力❶介於 螺桿304及305間之第3過濾篩子346及容器303可避免 碳質固體隨著熱水離開容器3〇3。過濾篩子係藉由螺桿3〇4 及305的螺牙之到削以避免碳質固體堆積於過濾篩上。經 由管路312移去之部分漿水可使用一般方法及/或結合如 圖2所述之濕氧化法而經淨化及/或經處理以移去及/或破 壞所產生之焦油及/或油。視需要，經移去且經處理之熱 水’在適當溫度下可經由管路343再注入容器3〇3中，在 低於參考線311處，以提供足夠熱量、碳質固體濃度及向 下流動之水。 在參考管路311上方，可於碳質固體中再加入一些水 並降低其濃度以使得熱水再度向下流動。爲了補充熱損失 及不可逆熱交換’可經由管路3 14注入熱水、高壓蒸氣或 其他熱流體。再者’可於容器3〇3上裝設套管以藉由熱流 體間接地加熱而補充及/或作爲經由管路314之能量輸入 的取代物（未圖示）。 置於雙螺桿容器中的碳質漿之特性係相關於容器303 及螺桿304及305之大小、以及碳質固體及漿流體之物性。 若螺桿304、305與容器壁之間本質上沒有間隙存在則漿 37 ! I ! I I n I n .Ί n ^ (請先閲讀#面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺錢财® ϋ家樣準（CNS ) Α4規格（2—1GX297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 296421 ^ A7 __ B7 " ---------------- 五、發明説明（35 ) 會被相當地濃縮，此裝置係作爲擠壓機般且所有的物質會 朝著螺桿穴前進的方向輸送。若螺桿與容器壁間有大孔隙 存在則所得漿係稀釋的，當漿朝向螺桿穴前進之相反方向 流動時會在裝置中混合。介於上述2個相反動作間存在一 結合特定漿特性之該裝置的A小區㈤，可造成所需的逆流 運動之流體與碳質固體流。當結合之物性尺寸與漿特性可 提供流經容器的連續柱狀之濕碳質固體、伴隨著可避免濕 碳質固體回流之足夠機械限制、且使得施加於固體上之機 械力維持低於“破裂點”，因所施加之機械力（通常藉由流體 壓力測量時係小於1〇〇 psig)係與所移去之水成正比而非成 指數比，當符合這些條件可形成所需之逆流運動。 操作垂直逆流轉動之螺桿柱而使得向上輪送的固體在 容器303頂端到達所需之漿碳化溫度。一動力驅動之水平 轉動螺桿316將輪送碳質固體及部分水，即先前藉由螺桿 304及305輸送者，進入容器317(實質上壓力同容器3〇3) 而朝向容器棑出部347移動。容器317之體積及螺桿316 之轉動速度爲可提供足夠之完成所需漿碳化反應的時間。 爲了補充熱損失及/或補充經由管路3丨4進入容器3〇3所輪 入<熱，可經由管路318注入熱水及/或高壓蒸氣至水平容 器317内。再者，可於容器317裝設套管以間接地藉由熱 流體加熱（未圖示）。在特定之漿碳化溫度下、壓力及投入 物質狀況下，以由水平容器中經由管路315除去所有或部 分之碳化氣體及蒸氣較佳。 當形成某些易熱解的碳質廢棄物時，在漿碳化前所加 38 " 本 -- (請先閲讀t-面之注意事項再填寫本頁) —裝_ 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ______B7 五、發明説明（36 ) 入之鹼會造成可溶有機產物之增加及固態黑炭之減少，因 此在製備區中以減少或完全不添加鹼較佳，且在隨後之1 或數點或漿碳化反應中進行酸性產物之中和化。 黑炭衆從容器317經由管路319流至間接熱交換器 320之冷邊，此處係藉由來自管路321之投入水、空氣或 另一冷流體而間接冷卻至接近之溫度。此流體係加熱至接 近黑炭漿之溫度並流經管路322以進行進一步之加熱（未 圖示）而作爲經由管路318注入容器317及/或經由管路314 >王入容器303之熱水、高壓蒸氣及/或其他流體使用。此熱 父換器320可爲單一熱交換元件或串聯及/或並聯在一起 之多個元件。 在熱交換器320中冷卻至適當溫度，此黑炭漿伴隨著 碳化氣體會流經管路323而到用來減低混合物壓力之減壓 裝置324。此裝置324亦具有減小黑炭粒徑之功能，藉由 使用黑炭漿膨脹時所產生之動能。壓力之減低會膨脹碳化 氣體的體積並增加飽和蒸氣，伴随著汽化自漿之水，當此 混合物泥至氣-漿分離器325時，此時氣體及蒸氣係分離出 並經由管路326排出。此排出之氣體，主要爲二氧化碳。 具有一熱値且一般係輸送至熔爐、鍋爐或廢氣處理系統（未 圖不）。再者，氣體及殘存之蒸氣可輸送至一裝置以進一步 利用其顯然及潛熱（未圖示）。 雖然已經由管路307、310、312及326自碳質漿及 f炭漿中移去相當之水分及溶解化合物，但或許需要將黑 厌榮進一步濃縮至所需枯度。視需要，可將稀釋黑炭漿經 39 ^ 、張尺度準(CNS ) Α4· ( ~~---- I-------I#------^ -------0 (請先閲讀"面之注意事項再填寫本頁) A7 經 濟 部 t 央 標 隼 局 員 工 消 费 合 社 印 製

由管路327自分離器325流至黑炭濃縮器328。濃縮器328 如前述所述可爲離心、機，但若有需要亦可爲蒸發器，過遽 ，或-般用來分離漿水之傳統裝置。所分離以水係排至 管路329，濕黑炭則排入導管33〇。濃縮器328亦可裝設 爲在排出前使用來自管路331之清潔及/或循環水清洗 之，洗濯液會加入管路329中之循環水。 所除去之水經由管路332流至漿製備區或循環水處理 器（未圖示）。有時除了經由管路312除去熱水外也需藉由 流動控制裝置333移去溶液排出物以避免可溶及懸浮化合 物之過度累積。此排出物排放前可經如揭露於美國專利 4,898,107中之習知技藝的方法而進行處理。 經由導管330得出之濕漿在混合器334中與來自管路 331之潔淨及/或循環水相混合，調整其比例至產生具所需 粘度之黑炭槳產物。由於減壓裝置324之操作所產生之膨 脹及高速、及由於螺桿3〇4、3〇5、與316之磨碎會產生 相當程度之粒子破碎。然而，或許還需要更進一步之粒徑 減少。視需要，將產物燃料經由管路335流入粒徑篩選裝 置336，在其中大於既定規格之粒徑被分離出並經由導管 337流(視需要可加入水）至粒徑減小裝置338，而藉由循環 漿泵339以使得經減小粒徑之粒子返回裝置336。在粒徑 減小回路使得漿中之最大黑炭粒子粒徑控制在所需之範園 内並經由導管340排至產物儲存槽34〗，蓄積於其中以作 爲隨後之使用及銷售。槽341可裝設1個或多個混合器， 或進行再循環以維持其内含物之均勻狀態（未圖示）。视需 40 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 請 閲 讀 背' 面 ί 事 項 再 填 頁

I 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 A7 B7 五、發明説明（38 ) 要，在槽341中可藉由繞過漿碳化反應而將高階媒、 Orimulsion、及/或其他化石燃料（乾、半固體、及/或已具 令人滿意能量密度之漿）與此產物黑炭漿相混合。 在某些場合下此粒徑篩選回路336〜339可藉由一單一 動力輸送裝置取代之而同時避免過大粒徑粒子之通過並將 其粒徑降至規格内。另一方面，經證實再研磨至既定之粒 徑範圍可得一最適粒徑分佈而在既定粘度下允許最大之固 體量及能量密度。 雖然已在製備區中依據密度分離而降低無機不純物之 量（未圖示）’但由於漿碳化反應及/或隨後之機械輪送所產 生之大量的粒徑降低在某些場合會游離出額外的無機物 質。可被分離出（藉由其密度、其他物性及/或化性），在容 器317之下游處任何點且以分離裝置328之上游處較佳， 使用一水力旋風分離器、空氣浮動器、或其他—般用來“去 渣”之裝置。 若黑炭漿不含會阻塞裝置下游之大粒子，則可省略粒 子篩選回路336〜339。若原先投入物中不含相當量之可萃 取的陽離子或陰離子，則黑炭漿可僅於裝置328中濃縮至 所需粘度，而不必本質上完全分離並於潔淨水中再榮化。 可選擇地將粒子篩選回路336〜339設置於黑炭濃縮裝置 328之上游處。 本例中直接熱傳導優於間接交換之處爲由於不需熱傳 導面積及減少穩定狀態操作下所需熱能之較低設備費用。 圖3具體例之一優點爲容器3〇3的熱交換區之碳 體 __ . I —裝^~ I 訂I 务 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 41 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（39 ) 可維持在有效率地輸送下之最適濃度，且在程序熱經濟上 僅產生極小之影響。 如揭露於前述具體例中之討論所示，燃料燃燒之總熱 效率與許多因子有關，如燃料水分、碳之完全燃燒、過量 空氣、煙道氣排放溫度及由於燃料排出所伴生的損失、風 扇、灰處理、空氣污染控制（APC)裝置之能量消耗（包含壓 力降低）、及相關等。一般稱天然氣爲完美的燃料，由於其 含極少量水分，使用名義上之過量空氣可達實質上100% 之完全燃燒，煙道氣排放溫度可能是最低的，且由於煙道 氣相當清潔（無炭且低NOx及低CO棑放）故伴生之損失最 小。無灰餾出物燃料油可能是次佳之選擇。其僅需小量之 過量空氣以完全燃燒且由於需要燃料泵故伴生損失稍高於 天然氣。殘餘之燃料油，本實上不含水分，在一般過量空 氣下具極高之完全燃燒性，但可能需要吹灰器。煙道氣之 排放溫度通常一定要高於酸之露點，故需要特定控制裝置 (ESP或袋式收容裝置），且視硫之含量，或許需要石灰之 注入或除去，以形低-中之伴生損失。 煤炭之灰、水分、硫及氮含量變化極大。一般説來， 藉由粉化煤（PC-)燃燒器可形成最具效率之燃燒，而在一般 過量空氣下之完全燃燒性良好。煙通氣之排放溫度一定要 高於酸之露點。包含粉化器及APC裝置之伴生損失隨著不 純物含量之增加而由中範圍移動至高範圍。此外，PC在 燃燒時需要較長之滯留時間，造成所需之鍋爐大於天然氣 或燃料油所用者。 I--------^—裝------訂---^---線 (請先閱讀^面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（40 ) 當煤層在加燃料、搖動或移動攔上燃燒時，必需相當 多之過量空氣以達可接受之完全燃燒，且伴生損失高於相 當之使用PC燃燒爐者。 MS W，大部分使用移動攔或流體化床進行燃燒，或如 RDF，會產生最低燃燒效率。MSW之高及可變之水分含 量需要約100〜150%之過量空氣以達可接受之完全燃燒， 且由於使用切碎機、固體輸送器、燃燒空氣風扇、袋式收 容裝置或ESPs、及酸性氣體、NOx、微量有毒金屬、及 代奥辛APCs故會產生相當高之伴生損失。由於爲達有效 之完全燃燒所需之大量煙道氣體積及更嚴格之排放標準， 故其伴生損失高達使用相當的煤炭燃燒鍋爐之幾乎2倍。 依據本發明，可將MSW、其化低階碳質燃料及廢棄 物轉變成均一液體燃料而可同燃料油般進行燃燒，除了必 須增加灰處理量（但仍低於使用典型PC或MSW者）外。此 外，由於大部分毒性金屬及氣已由黑炭漿中除去，故可簡 化或甚至不需要此等化合物之污染控制系統。反應性高到 僅使用低到15%之過量空氣即可達差不多100%之完全燃 燒。與目前慣例相反地，並不需要其他酸性氣體或NOxAPC 裝置。唯一必須效率地降低之因子爲約50%之水分含量。 爲測定依據本發明之操作表現，將RDF、褐煤、及50 wt°/。褐煤與50 wt% RDF(折乾計算）之樣品在實驗台規模及 連續式試驗規模裝置中進行漿碳化，參照實施例1及2。 最終組成（wt%及無水分下）、熱値（無水分及漿狀下）、與投 入及最終黑炭之流變特性係摘錄於表1中。其中褐煤及褐 43 ^ J. -----\----—裝-----：一訂·-----線 (請先閱讀"面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 X 297公釐） B7 五、發明説明（41 ) 煤/RDF黑炭係使用實驗台規格的設備製出，而RDF黑炭 係使用試驗工廠設備製出。 ' 表 投入 RDF 投入 褐煤 投入 RDF/褐煤 RDF 黑炭 褐煤 黑鬼 褐煤/RDF 最終，WtQ/〇 破 43.3 619 54.8 63 2 66 0 /ς 7 Λ 氫 5.4 4.5 5.6 7.6 4 6 O / . 4 < Q 氮 0.2 0.9 0.6 0.3 0 9 J . Ο 〇 Q 硫 0.1 18 1.0 0.1 15 I 1 灰分 15 3 10 1 8 4 17 7 10 3 Q Q 氧 35.7 20.8 29 6 1 I. I 16.7 15 0 氣，Ag/g 3000 ND 1500 460 ND 1 50 流變特性 枯度（cp) 500 700 500 500 825 815 wt.%固形分 9.1 36 6 22.8 51.8 55.6 56 7 熱値（Btu/lb) 折乾計算 7400 10940 9790 12740 1 1690 12670 漿體 670 4010 2230 6600 6470 7140 經濟部中央橾隼局員工消費合作社印裝 對每個碳質燃料而言，碳質固體之氧含量有降低，然 而黑炭產物中之折乾計算熱値係由於漿碳化而提高。氧係 如二氧化破氣雜般自碳質固體中移去。rdf樣品之氧含 量降低69%(折乾計算）且黑炭產物之熱値提高72%(折乾計 算）。此外，黑炭漿中之固體量提高至51.8 wt%，當依據本 發明之製程，或形成較原先投入漿超過460 %之固體量， 而製得具熱値6600 Btu/7b(濕計算）之黑炭漿。褐煤/rdf混 44 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（42 ) 合物之固形分係高於任一單獨之黑炭漿，其乃由於混合物 中之雙形態粒徑分布。在個別之評估研磨濕RDF黑炭效果 之實驗中，可將原先之產物再漿化至固形分49.2 wt%，而 在相同粘度下研磨可得固形分51.8 wt%。 依據本發明之方法進行處理，RDF黑炭之氣濃度可 自投入之RDF濃度降低85%，當使用氫氧化鈉（NaOH)加入 投入漿體時。當使用石灰（CaO)添加入投入之RDF漿，則 氣濃度可降低91%。在個別實驗，使用不含氣之水洗滌黑 炭產物，則可進一步降低氣之量。由於褐煤中夭然存在之 鹼會與氣反應故褐煤/RDF黑炭之氣含量會低於RDF黑炭 (在添加CaO或NaOH至投入漿之狀況下）。 爲了證實依據本發明所得之漿燃料量，使用RDF由試 驗工廠所製出之黑炭漿係，參照實施例1及2，在一 650000 Btu/hr之煤炭燃燒器的模擬器中進行燃燒。再者，由褐煤、 RDF、及50%褐煤50%RDF之混合物（折乾計算）所製出之 黑炭漿係在實驗的加壓流體化床反應器中燃燒。在未使用 任何APC裝置之系統下之燃燒狀況及煙道氣排出物係摘 要於表2中。煙道氣排出物已被校正至習知標準的7&氧 氣，折乾計算下。 J J----：----—裝------訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐） 29^42l at B7 五、發明説明（43 ) 表 2 RDF黑炭 漿 RDF黑炭 /Dsl.漿 液態黑炭 漿 RDF黑炭 漿 RDF/液 態黑炭 漿 燃燒形式 pc-coal pc-coal PFBR PFBR PFBR CO,ppm 16.3 5.3 1.2 6.9 6.7 ΝΟχ,ppm 82.2 211.1 121.3 90.9 91.0 S02,ppm 40.4 158.4 316.6 38 1 89.4 HCl,ppm 17.0 17.0 ND 4.1 6.2 Hg,mg/dscm 0.003 0.003 ND ND ND 燃燒溫度，。F 1716 1970 1551 1580 1602 壓力，psig 0 0 153 150 146 過量空氣,％ 40.3 15.0 23.3 22.2 25.9 碳燃燒，％ 99.9 99.9 98.5 99.0 99.5 _.---.-----裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 所有5種漿燃料燃燒之排放物皆相當優異，甚至與市 區廢棄物燃燒器之新的資源表現標準[NSPS, 1994年9月20 曰公布於聯邦公報（Federal register)]或1990年針對煤燃燒 器之清淨空氣法案（CAAA)。RDF黑炭基底的漿燃料之一 氧化碳排放量係低於NSPS 67〜96%，雖然僅使用 1 5.0〜40.3%之過量空氣。由於黑炭漿之高反應性（相對於固 定碳之高揮發物質量）故可達成低一氧化碳排出量，並促進 黑炭漿之均一性及燃料-空氣之混合。氮氧化物（NOx)排出 量亦可降至低於NSPS 55%，且在未進行選擇性非觸媒或 觸煤還原下。藉由漿燃料之均一性提高、燃料、空氣之混 合性提高、及由貧乏、富含之燃燒空氣階段可達成低ΝΟχ 之排放物。 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（44 ) 由於漿碳化萃取出相當重量百分比之氣、硫、及毒性 金屬陽離子/陰離子、HC1排出物，故對於以RDF黑炭爲 基底之漿燃料而言，在不使用酸性氣體除去下，其排放量 實質上亦低於NSPS之標準。雖然測出之RDF黑炭基底漿 燃料之S02排放量稍超過NSPS標準，但NSPS之規定僅爲 CAAA下燃料鍋爐排放物濃度之一部分。此外，碳化褐煤 /RDF漿混合物之S02排放量係較褐煤黑炭漿低72%，且2 者皆符合CAAA之Phase II。若未進行漿碳化，原投入褐 煤或褐煤/RDF混合物之S02棑放量將無法符合CAAA之 Phase II。再者，RDF黑炭基底的漿燃料之汞排放量係較 NSPS之標準低超過95%，由於相當比例之汞在資源回收 及漿碳化過程中會被去除掉。 ^ —裝 訂I . 务 (請先閱讀免面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 L —種連續操作方法，以將相當低階之碳質燃料轉變 成方便輪送且易燃之形式，包括下列步驟： 形成一包含有該燃料及一液體之燃料漿； 壓縮該燃料漿以保持其實質上爲液態； 加熱該燃枓漿至大部分化學鍵結於碳質燃料分子上之 氧會以二氧化碳之形態分離出之溫度，如此形成一包含由 該燃料衍生出之黑炭粒子及排放氣體之黑炭漿； 貯存該黑炭漿以作爲隨後取用之。 2·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該燃料 漿及該黑炭漿皆含有水，且包括將該黑炭漿中之水量降低 至低於該燃料漿中水量之步驟。 3-如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該燃料 漿中含有鹵素，且包括調整鹼含量到至少相當於鹵素含量 的化學當量之步驟，以在該加熱步驟中形成可溶之鹵素 鹽。 … 4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中，另包括 由該黑炭漿中移去水且之後至少部分乾燥該黑炭粒子及使 用該黑炭粒子製備出顆粒物之步驟。 5. 如申請專利範圍第〗項所述之方法，其中，該形成 黑炭漿之步驟包括下述步驟：提供固態廢棄物，輸送該廢 棄物，將該廢棄物與水混合以形成廢棄物漿，將該廢棄物 漿進行密度分離以除去可能存在於廢棄物漿中之不想要的 有機及無機物質，之後由該廢棄物漿中除去部分之水以形 成含有燃料及水之燃料漿。 48 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4扨故 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標率局貝工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 申請專利範圍 6-如申請專利範圍第1項所述之方法，另包括一將形 成於該黑炭漿中之排放氣體絕大部分分離出之步驟。 7·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，形成該 燃料漿之步驟包括加入一化石燃料及另—相當低階碳質燃 料之步綠。 8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，另包括下列步 綠：使用實質上不含鹵素鹽且不含其他不想要的不純物之 水洗滌取自該黑炭漿中之該黑炭粒子，之後使用實質上不 含卣素鹽且不含其他不想要的不純物之水再漿化該經洗淨 之黑炭粒子。 9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，另包括研磨至 少部分該黑炭粒子之步驟。 10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，另包括加入蒸 軋至該燃料漿以直接加熱該燃料漿、並使用藉由逐步將該 黑炭漿解壓縮而冷凝自蒸氣之水稀釋該燃料漿之步驟，在 每個逐步解壓縮過程中回復蒸氣之步驟，逐步加壓該燃料 漿及逐步混合回復蒸氣及該燃料漿之步驟。 11. 如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中，該形成 黑炭漿之步驟包括加入一含有氣之第1碳質燃料及含有鹼 之第2碳質燃料至液體中之步驟，且其中該加熱步驟包括 令該氣與該鹼相反應。 12. 如申請專利範圍第η項所述之方法，其中，該第1 燃料中至少包含市區固態廢棄物、垃圾衍生燃料2者之 —，且該第2燃料包含得自農業或林業廢棄產物之生物塊 49 --------- 裝-----.—訂----- {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} - Bal * ζ

   經濟部中央標準局員工消費合作社印製 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該加熱 ^骤包括將該經加壓之燃料漿加入先前已加熱之流體介質 内。 14_如申請專利範圍第13項所述之方法，其中，該加 入步隸包括在一容器中形成該燃料漿與該流體介質之逆 抓’以使2者直接接觸並在流體介質冷卻後由該燃料漿中 至少萃取出部分之該流體介質。 1 5-如申請專利範園第1項所述之方法，其中，該漿之 枯度隨著其溫度之昇高而降低，並包括自液態或氣態榮中 間歇地取出液體之步驟，以限制被加熱之液體量而實質上 維持該漿之粘度在一既定範園内。 16· —種連續操作方法，以將相當低階之碳質燃料轉變 成方便輸送且易燃之形式，包括下列步驟： 形成一包括燃料及水之燃料漿； 加熱該燃料漿至足夠導入一反應以使得化學鍵結於該 碳質燃料分子之上氧產生二氧化碳之反應溫度，以將該碳 質燃料轉變成懸浮於來自燃料漿的水中之黑炭粒子，該加 熱步驟包括使用得自黑炭漿之熱以在完成該反應前提高該 燃料漿之溫度’此熱係來自先前完成之用來冷卻該黑炭漿 之反應； 壓縮該燃料漿以在其溫度提高至該反應溫度時仍能實 質上維持液態； 在反應過程中自該黑炭漿中取出排放之氣體； 裝 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 50

   經濟部中央標準局員工消費合作社印裳 A8 群 . D8 六、申請專利範圍 ~~ --- 除去存在於琢黑炭衆中含有不想要的污染物之足夠量 的水以形成含有濕黑炭粒子之產物； 混合該產物與實質上未含不想要的污染物之水以形成 一黑炭產物漿； 貯存該黑炭產物漿以作爲隨後取用之。 、17.-種連續操作方法，以將相當低階之碳質燃料轉變 成方便輸送且易燃之形式，包括下列步驟： 形成一含有燃料及水之燃料漿； 在多數階段下逐步增加該燃料衆之壓力及溫度至一最 終溫度及屢力以使得衆實質上維持在液態下且產生將鍵結 於碳質，料分子上之氧轉變成二氧化碳之反應，以形成一 含有黑厌粒子、水及存在於水中之不想要的污染物之黑炭 漿； 在多數階段下逐步降低該黑炭黎之溫度及壓力以足夠 在每個階段使得該黑炭槳中之部分水轉變成水蒸氣；使用 來自逐步減少溫度及壓力之水蒸氣以在多數階段下加熱該 燃料漿，藉由將該蒸氣注入該燃料漿中以逐步加熱該槳及 由黑炭漿至燃料漿之循環水； 之後藉由除去含有不想要的污染物之水以濃縮該黑炭 t至得到一主要含有濕黑炭粒子之產物爲止； 使用實質上不含不想要的污染物之水再漿化該濕黑炭 粒子以形成一可泵送之黑炭產物漿； 儲存該黑炭產物漿以作爲隨後取用之。 18. —連續操作方法以將相當低階之碳質燃料轉變成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 I I I I I » I I 訂 . I I I-^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣率局貝工消費合作社印装 壓 A8 B8 C8 D8 、申請專利範固 万便輸送且易燃之形式，包括下列步驟： 提供一直立的螺桿輸送器，置於一直立的管狀殼體 中； 形成一含有碳質燃料及相當量水之燃料漿而使得該漿 可隨著該螺桿輸送器垂直地朝上輸送； 使用該螺桿輸送器以將該燃料槳向上輸送； 提供一溫度高於該燃料漿溫度之流體介質； 使得藉由該螺桿輸送器向上輸送之該燃料漿與該流體 介質相接觸，藉由使得該流體介質向下流動而流經該殼體 及流經向上輸送之該燃料漿，如此般加熱該燃料漿分離 出二氧化碳並形成一含有黑炭粒子及水之黑炭漿； 自該殼體中除去該流體介質在其至少流經該殼體之相 當高度後； 藉由除去足約的水以濃縮該黑炭漿而形成具有濕黑炭 粒子之產物； 使用實質上未含不想要的污染物之水再漿化該濕黑炭 粒子以形成一黑炭產物漿； 貯存該黑炭產物漿以作爲随後取用之。 19. 如申請專利範圍第μ項所述之方法，其中，該流 體介質主要含有水，並包括當該燃料漿經由殼體向上輸送 時調整該燃料漿之壓力以在該殼體之至少一部分產生一 力梯度而使得流體介質向下流動。 20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，另包括自該 殼體之高於該產生流體壓力梯度的部分除去至少部分向下 52 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉

   A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 流動流體介質之步驟。 21. 如申請專利範圍第2〇項所述之方法，另包括自該 殼體中取出黑炭衆、將熱自該黑炭衆轉移至水以降低該黑 炭榮溫度及加熱該水、及使用該經加熱之水作爲向下流經 該殼體之該液體介質等步躁。 22. 如申請專利範圍第18項所述之方法，另包括將第1 及第2實質上平行之螺桿輸送器置於該殼體中，而使得該 2輸送器之運行重疊，且使得此2輪送器逆向轉動而向上 移動該燃料漿以流經該殼體。 23如申請專利範圍第1項所述之方法，另包括將該黑 炭粒子進行液相氧化以由該儲存步驟後之黑炭粒子製出低 分子量有機物之步驟。 24.如申請專利範圍第1項所述之方法，另包括由該儲 存步驟後之黑炭粒子製得至少擇自由活性碳、碳黑、碳纖 維、合成基因及粒狀黑炭粒子所構成群中之一項之步踩。 l·-------I 裝------、w-------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本I) 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 3 5 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）