TW436336B - Process for utilisation of plastics waste in the thermal treatment of residual materials containing metals - Google Patents

Description

436336 A7 B7 絰濟部智慧財產局員工消t合作社印毅 五、發明說明（丨） 本.發明係關於一種用於在含金屬之殘餘物的熱處理中 利用塑膠廢料的方法，例如各類的電池、來自煉鋼廠含油 及鐵氧化物的污泥、經由表面處理、酸洗汲水洗、金屬化 及鍍錫製程中的污泥，由鼓風爐及電爐鋼廠(electric steel mill)或轉爐鋼廠(convector steel mill)中所生產的污泥。 在多數的歐洲國家中，來自於家庭及小規模工業所使 用之塑膠袋’均被回收再利用。這些國家的法律規定必須 回收相當比例的市售包裝。回收的規定包含淸洗及分離塑 膠，並在新產品製造中的後續使用，或是將塑膠分解成化 學組成以得到如合成油或甲醇的基本物質。 塑膠近年來在汽車工廠中的用量及廢棄車輛中的輕質 結構的處理上皆有增加。 另一方面，大量含有金屬的殘餘物在工廠以污泥的方 式產出，該殘餘物產生於例如浸沒浴中之過濾期間並除了 包含大量水之外，亦包含爲氧化物、氫氧化物及硫化物形 式的各種金屬，例如鋅、鎳、鉬、鈷、銅、鐵。這些殘餘 物之棄置是非常昂貴或其之最終儲存也是個問題。這些污 泥通常儲存在特殊的桶(dump)中。 這些含金屬污泥的組成的實例係如下表所示： 表 Ni, Cu, Fe, Mo, Ko (%) Zn (%) S (%) Cl (%) CaO (%) 惰性物質 (%) η2ο (%) 污泥 15-50 >30 1~15 >5 10 〜30 Ϊ〜5 10〜75 4 本紙張尺度適用中困國家棵準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） C锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Y裝-------訂·！

n K Λ ! 43 633 6 經濟部暫慧財產局貝工消費合作社印製 A7 ____B7^_____ 五、發明說明（〆） 在鼓風爐、電及轉爐鋼廠中產生爲灰塵或污泥形式之 大量含金屬的殘餘物。廢氣清除廠從廢氣中分離出灰塵或 污泥剩餘物質。處理這些剩餘物質代價昂貴，而最後的處 理也是問題叢生。污泥通常儲存在開放的人工湖中，而灰 塵放在地下坑道(gallery)中。 來自鼓風爐、電或轉爐鋼廠中之含金屬灰塵及污泥的 組成係顯示於下表中： 表 2

Fe (%) Zn (%) Pb (%) C (%) H2〇 (%) 灰塵 20-30 20-35 1〜10 1〜2 — 污泥 20 〜30 2〜8 1〜5 0〜20 3(M0 因此，本發明之主題爲建議一種用於在含金屬之殘餘 物之熱處理中利用塑膠廢料的資源回收方法。 根據本發明’這個問題可經由在一複床爐中、於含金 屬之殘餘物之熱處理中利用塑膠廢料的方法而得以解決， 其中該複床爐可分爲三個區域、每個區域具有數個相疊之 爐床，且該方法包括下列步驟： •將含金靥之殘餘物連續引入複床爐之第一區中的頂 部爐床，殘餘物可逐漸被傳送至第二區並在此處理期間中 進行乾燥， •加熱至大約800°C並在第二區中煅燒殘餘物，殘餘 物然後被逐漸傳送至第三區中， •連續導入塑料在第三區中之頂部爐床，並在第三區 中加熱混合物至900至1200°C，金屬則被還原， 5 本紙張尺度適用中ϋ家揉準（CNS)A4規格（210 X 297公» )— {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁》 n n n —訂-i 43633 6 經濟部>慧財產局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明說明（今） •启複床爐中排出混合物。 本發明之重要優點在於以混合物存在之金屬氧化物、 硫化物、氯化物等可被還原及分離（特別是鐵及鋅）’以 致於所分離的部分能成爲其他製程的進料物質’同時可再 利用已使用過的塑膠。因此能由殘餘物中得到副產品。所 存在之任何鐵可在通過該方法之後，再回到煉鋼廠的生產 循環中。非鐵金屬氧化物被濃縮至一定量使得其能被使用 作爲回收非鐵金屬之原料。灰通常是由惰性物質，例如 Si20、A1203、MgO殘餘物所組成β 在第一區中，含金屬之殘餘物可藉由與熱爐床接觸、 藉由在複床爐中上升之氣體與可能藉由燃燒器以加熱至大 約200°C，所以水分會完全蒸發，且隨後傳送到第二區。 在第二區中，含金屬的殘餘物將被加熱至800T：以上並進 行煅燒。在殘餘物已達到800°C以上之溫度後，結束煅燒 且殘餘物被供給至第三區，而塑料被連續引入第三區段之 頂部爐床，並與殘餘物混合再進一步加熱。只要達到特定 溫度（約900°C至1200°C)，金屬氧化物開始與塑料反應 ，藉此不同之非鐵金屬氧化物汽化並與廢氣一起排出複床 爐。 在較佳具體實施例中，揮發性之非鐵金靥可在第三區 之爐床（於此形成並分別與其它廢氣處理）上取出。這些 廢氣隨後在一如後燃燒室中被氧化，金屬係轉化成金屬氧 化物，其可在過濾器中從廢氣中分離。 在此同時或之後，存在於複床爐中的氧化鐵、氧化鎳 6 ----------Λ4裝---II丨訂---------1 <諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國困家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐〉 436336 A7 B7 五、發明說明（叱） 等被還原成相對應的金屬。以此方式所產生的非揮發性金 屬與所引入之殘餘物及灰一起被排出爐。 在此方法中，可加入爲灰塵形式或污泥形式的含金屬 殘餘物，顆粒之聚集可藉由選擇性程序控制或連續循環以 避免。無論進料物質的稠度，該方法能提供細微粒狀的成 品β而這是特別有利的，假若起始物質包含鐵氧化物。當 固體成品是微粒狀時，灰最容易從鐵中分離β這類的分離 可在高溫狀態下經由篩選的方式進行。 當然，此方法也適合處理具有0.5至3mm之直徑的粒 狀物及微粒 另一方面，在冷卻至低於700°C後，所還原之鐵可經 由磁分離器而從灰中分離出。由此方式獲得的還原鐵之品 質與灰及其他起始物之殘餘物的性質無關。 所得的鐵隨後被加工爲煤磚或直接引入一熔爐（電爐 等）中並進一步加工。 因此，資源回收之塑料可被用來轉化金屬氧化物成爲 金屬，藉此可免用大量的煤炭或是其它石化燃料。 處理空間被細分成不同區，固體從頂部向下連續移動 ，而氣體從底部經由爐而向上傳遞，亦即爲逆流^可量測 並選擇性控制在不同區或甚至是每一爐床的製程條件，以 致於處理空間被細分爲不同區。 在另一具體實施例中，然而，含金屬之殘餘物亦可在 被引入複床爐之前’與所需之塑料的至少一部份混合。此 方法特別適用在處理具有高水含量的污泥，其可在被導入 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 「"裝------_丨訂----- CV. 經濟部智慧財產局S工消费合作杜印製 43633 6 A7 B7 五、發明說明（ί) 爐之前.，先與所需之塑料的至少一部份混合。污泥通常會 具有黏稠性且若與塑料混合時，會更易於送入爐中。與塑 (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> 料混合可降低所加入之物質於加熱期間形成聚集體的傾向 0 含金屬之殘餘物被安裝於每一爐床的耙(rake)以連續循 環並逐漸輸送至下一層爐床》 顆粒之聚集可藉由連續循環以避免。循環的速率取決 於很多的因素，例如耙的幾何形狀及層板的厚度等。在爐 床上之含金屬之殘餘物應至少每一至三分鐘循環一次，如 此可大大的減少聚集的現象。 有可能在爐床上射出含氧氣體，在爐床處，所需要之 熱必須藉由燃燒過量處理氣體以供給。 在此例中，有利爲使用具有至少250°C之溫度的含氧 氣體》 塑料、一氧化碳、氫氣或是天然氣可額外注入複床爐 中之第三區底部的爐床。以此方式，可實現在爐中氣體之 較高還原能，並達到氧化物更完全的還原。 經濟邨智慧財產局貝工消费合作杜印製 根據一進一步有利具體實施例’藉由燃燒器以加熱爐 中之一或多個爐床。 爲了避免在爐之較低部位中’還原氣體的濃度因加熱 系統的煙道氣而降低時，能量可以間接、亦即輻射加熱以 供應》 根據另一較佳具體實施例’氣體從複床爐中之每~區 的一或多個逋床中抽出。這些熱氣隨後可經由一C〇2洗條 8 本紙張尺度適用中國家標举（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 绶濟部智慧財產局員工消費合作社印製 436336 A7 B7 五、發明說明（k) 塔以降低氣體品質並增加氣體的還原能力，或經由一存有 碳的反應器，以致於存在於熱氣中之二氧化碳可根據生產-氣體平衡(producer-gas equilibrium)以與碳反應以形成一氧 化碳，而因此增加氣體之還原能力。富含一氧化碳之氣體 係隨後送回複床爐中》 根據另一具體實施例，在爐中向上流動之氣體的一部 份係經由在低於爐床（其中非鐵金屬在爐床上蒸發）之側 壁中的排放連接管件以從爐中排放，且可再經由高於爐床 的入口以再注入爐中。因此，在非鐵金屬氧化物被還原成 金靥並蒸發之爐床上，其氣體量很小。所形成的金屬能經 由側壁上之出口以從爐床上的微量氣體中從爐中取出。在 後燃燒後，所去除之氣體混合物可在冷卻裝置中被冷卻並 再進入大氣前被過濾器淸潔。 在相對應爐床上的氣體流速爲慢，使得微量廢氣量及 少量的灰塵會隨著廢氣排出。因此極高金屬濃度會導致廢 氣。 爲了進一步增加產率，可在特定過壓下操作複床爐β 相較於旋轉爐以具有約50m直徑的水封泥(lute)密封，則此 在複床爐中爲非常容易，因其僅需在驅動軸上有小型密封 。在此例中，可提供用於進料及移除物質之氣壓閥。 根據本發明之另一特徵，建議將複床爐使用於根據所 描述之方法的含金屬殘餘物的熱處理中。 其它優點之具體實施例係列在申請專利範圍之附屬項 中。 9 --— — — — — ^^裝*|—訂· — ·!! — -^ {锖先閱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（210 X 297公* > 436336 A7 B7 五、發明說明（q) 本發明的具體實施例將參考所附之圖以說明如下。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本I) ，圖1是複床爐的剖面圖，其係用於含金屬之殘餘物之 熱處理。 圖1是複床爐10的剖面圖，其包含三個相叠之區域 12，U，16,每一個區域具有數個爐床1S。自我支撐之爐床 18與殼20，爐之蓋22及底部24係以耐火材料製成。 在每一區12、Μ ' 16中設有排氣連接管件26、28、 30，彼等可使氣體從爐10中排出。在三個區域12、14、 16中之廢氣具有不同之組成，使得實際上可分別處理不同區 域12、14、16之廢氣。 在蓋22上設有一開口 32，其可使含金羼之殘餘物或 含金靥之殘餘物與塑料的混合物經由該開口加入到第一區 之頂部爐床中。 在爐之中央設有一軸34，其安裝有突出於個別爐床上 的耙。 耙的設計可使物質在爐床上從內側向外循環且然後在 下面爐床上從外側向內循環，以使物質能經由爐而從頂部 向下傳送。軸34及耙爲氣冷式且在耙上設有開口，其可使 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 空氣通過以流入爐之內部並使空氣於該處被使用於後燃燒 〇 殘餘物通常被加入至第一區12中的第一爐床，雖然塑料 被加入第三區16並在此處與含金屬之殘餘物接觸。 含金屬之殘餘物被加熱至大約200°C，並在被傳送經 由第一區12期間進行乾燥。 10 本紙張尺度適用中88家襟準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐) 43633 6 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 至>一進入開口 36設在複床爐10之殼20上，通常 是在第三區16的上方處’塑料可經由該開口以引入爐中。 被引入第三區16之塑料係藉由耙板以與經加熱之含金屬殘 餘物混合，並立即破碎’釋放出大量的氫氣及一氧化碳。 在殘餘物中的金屬氧化物係藉由高溫及一氧化碳與氫氣被 傳送經由複床爐10期間而被還原成金屬。 可藉由控制塑料及含氧氣體在複床爐10之不同點上輸 入及藉由在臨界點上排氣的可能性，可精準地控制含金屬 之殘餘物的還原，且因此本方法在最佳化條件下進行。 在側壁上設有用於射出含氧熱(350°c至50(TC)氣體的 噴嘴38，使得空氣或另一含氧氣體可經由噴嘴被供給到複 床爐10中。由於高溫及氧之存在，碳之一部份被燃燒成二 氧化碳，其依序與過量存在之碳反應並轉化成一氧化碳》 一氧化碳最後可還原成氧化物。 因爲反應主要爲一吸熱反應，建議安裝一燃燒器40， 其可確保在爐床上均勻高溫。在此例中，可使用煤氣燃燒 器或粉煤燃燒器。 燃燒器4〇可以煤氣或具有空氣之粉煤燃燒以用於預熱 及額外加熱。藉由氧氣與可燃物質的份量比例，可產生一 額外之還原氣體，或在過量空氣之例中，可達到製程氣體 的後燃燒。在粉煤燃燒系統中，在燃燒器中可產生過量一 氧化碳。用外部燃燒室，可避免所燃燒之煤的灰進入爐中 並與鐵混合。以此方式所選擇之燃燒室的溫度可使所生成 本纸張尺度適用中困國家標準（CNS)A4燒格（210 X 297公釐） ----------《T 裝·! fi — 訂-! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 436336 A7 B7 五、發明說明（1 ) 之溶渣可以液態出渣並以硝化形式棄置。藉由一氧化碳的 生成，可降低爐10中塑料的消耗及成品中的灰含量β 預備在最後及最後兩個爐床上以經由特殊噴嘴來添加 塑料、一氧化碳、氫氣或是天然氣。可在此大氣中以增加 之還原能來完成金屬氧化物的還原β 元件符號說明 10 複床爐 12.1 三個區域 18 爐床 20 殼 22 蓋 24 底部 26.2 排出連接管件 32 開口，其可使含金屬之殘餘物或含金 34 軸 36 進入開口，其可使塑料被導入爐中 38 用於注入含氧之熱(350°C至500°C)氣 40 燃燒器 _! — !^-裝-----I I 訂.I ! {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} C! 經濟部智慧財產局貝工消t合作杜印製 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐）

Claims (1)

1. 43633 6 A8 B8 CS _ D8 六、申請專利範圍 (請先S讀背面之注意事項再填寫本頁) 1，_一種用於在複床爐中、於含金屬之殘餘物之熱處理 中利用塑膠廢料之方法，其中該複床爐可分爲三個區域、 每個區域具有數個相叠之爐床，且該方法包括下列步驟： •將含金屬之殘餘物連續引入複床爐之第一區中的頂 部爐床，殘餘物可逐漸被傳送至第二區並在此處理期間中 進行乾燥， •在大約800°C之第二區中，加熱並煅燒殘餘物，殘 餘物然後被逐漸傳送至第三區中， •連續導入塑料在第三區中之頂部爐床，並在第三區 中加熱混合物至1000至1200t，金屬則被還原， •自複床爐中排出混合物》 2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中過量的塑料 被引入複床爐中。 C 3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中含金屬之殘 餘物及所需之塑料的一部份係在彼等被引入複床爐之前先 彼此混合" 經濟部智葸財產局員工消黄合作社印製 4. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中廢氣從第三 區中被取出並在後燃燒器中處理，含於廢氣中之揮發性金 靥係被轉化成金屬氧化物並在過濾器中從廢氣中分離出^ 5. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中在鐵從複床 爐排出後，鐵係從混合物中分離出。 6. 根據申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於一或 多個爐床被直接或間接加熱。 7. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中含氧氣體被 I 本紙張尺度適用中國國家揉率（CNS > A4規冰（210X297公漦） 43 633 6 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 選擇性的注入不同的爐床。 8. 根據申請專利範圍第7項之方法，其特徵在於含氧 氣體具有的溫度係至少250°c。 9. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中氣態一氧化 碳、氫氣及/或天然氣可被注入複床爐中之第三區的底部爐 床上。 10. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中氣體從每一 區中的爐床上而自複床爐中抽出3 11. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該方法可在 過壓下進行。 12. —種複床爐，其係用於根據申請專利範圍第1項之 方法含金屬之殘餘物之熱處理中。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本荑) Γ 裝. 订 線 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐）