TW478979B - Pollution-free treatment method for organic wastes and device therefor - Google Patents

Description

斗/8979 五、發明說明（1) 本發明「有機廢棄物資源化之無污染處理方法及其裝 ^」旨在提供一可克服傳統熱裂解方法裂解時間長、溫度 同’產製焦奴品質不佳等缺點之處理方法，而以大量、快 速 及]、、、一人A害之處理方式，將廢輪胎等有機廢棄物裂 f轉化為優良品質之油、氣及焦碳等可以全部回收之潔淨 資源；此種無污染（二次公害）之裝置可有效處理有機廢 $到％ i兄保濩之功能，其所產生的優質再生能源更符： 聯a國FCCC全球氣候綱要公約之地球永續發展精神；尤其 本ϊ ϋ :使用之裂解反應裝置係將加熱爐與反應爐區 :熱二套:ί f:在其外壁包覆一與加熱爐煙氣道相通 、隹碳初-欠# if 了爐所產生之熱進行加溫，而且反應爐 作焦碳二次處理槽皆係在真空狀態下操 之有機物可以維；：碳！：發份可減少至5%，而反應爐中 解時於反應爐中：吋以下之碎片.形態進行裂解，裂 應效果。 中…攪拌軸緩緩持續攪動，以增進傳熱及反 由於石化工章之祀…。 來快速發展，使得輪/ H，加上汽車卫業在近數十年 胎、塑膠等有機廢^之=膠成品之使用量大增，而廢輪 之難題，目為有機廢棄物係為環保單位最為頭痛 未對其妥善處理其將對产易腐=，不適合掩埋處理。若 數十年來科學家、工σ衣兄造成嚴重之衝擊，以至於過去 物之回收研究。其中不斷致力於廢輪胎等有機廢棄 舖路、輔助燃料、再:又為$見的係以掩埋、熱裂解、 冉生原料等方式處理有機廢棄物。然而

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乓、發明說明（2) ’由於全球人口不斷激增使得土地資源有限，而不適合再 持續以掩埋之方式處理有機廢棄物；又，以一般廢輪胎為 。例若由傳統之熱裂解方式進行裂解，其廢輪胎必須待5 〇 〇 °C之溫度以上才會開始反應，且溫度必須於8〇〇 ⑽〇它 才能裂解完成，其不但所需加熱時間長、處理量不易擴大 而=經濟，且所需設備造價高、安全性低，加上其產^的 焦碳品質不佳，精製焦碳之成本過高，以美國為例，其於 過去十五年來雖有超過三十六種的裂解方法被發展，但由 於成本過高至今只有少數裂解廠在運轉，直至1997年^以 傳統熱裂解處理廢輪胎之數量僅佔全美廢輪胎種數 0· 14% 〇 以有機廢棄物中最質量為大之輪胎為例，其成份以天 然橡膠（NR)及合成橡膠-苯乙烯—丁二烯橡膠（SBR)、順—聚 I二烯橡膠（BR)為大宗，再滲配碳黑、抗氧化劑、硫化^ 等填加劑。一般輪胎之外胎面中約有65%〜7〇%以SBR為主， 而BR之使用量僅次於SBR ，乃因為⑽在高溫下保有較⑽佳 之彈能’部份高級胎以Br取代NR*SBR滲配作為胎身主料 。以熱裂解技術應用於廢輪胎之處理已行之有年；熱裂解 主要係在無氧、高溫下，固體廢棄物巨大分子鍊被^ ^、 裂解產生有用的氣、油及焦碳資源物，其有別於通入空氣 在高溫下直接與廢棄物接觸燃燒之焚化方式，焚化最^ $ 產物為二氧化碳、水蒸氣及灰份，其焚化時所產生之高溫 煙道氣雖可回收熱能產生蒸汽、發電，但其作法仍係以 極之方式解決廢輪胎之存在，其不但無法將廢棄物轉成有

第6頁 五、發明說明（3) 用之資源，於焚化過程中所產生之二氧化碳^ 境直接造成污染危害。 話說，以熱裂解處理有機廢棄物之方法， 有機廢棄物轉換成可回收之資源油、裂解氣石 ，但傳統熱裂解反應之方式，係將有機廢棄私 反應爐中，以持續直接對反應爐加熱之方式網 片分解成焦碳及裂解氣，並於所有反應完成後 部獲取資源油，以及將殘餘物冷卻以獲得焦破 源油品質與裂解物分子結構與裂解溫度·有很大 裂解氣中硫化氫的存在是因為裂解物長分子鍊 J成烯烴分子及氫氣，而氫氣再與裂解物交鍊 硫份在高溫下發生「加氫脫硫」反應而來， 愈長 '氣體產率會愈多，亦即裂解 解ΐ ί夕i ϊ ί度過高時’部份油氣易於產 成份較多）。 ☆解乱的比例會 再者，由於有機廢棄物之導熱係數很 忮，傳統熱裂解往往為了增加妒 很低 比例，-直提高裂解溫度：力悉降低 會造成焦碳結構型態改變，非t ^回的裂解 迷，以傳統熱裂解處理有機；；：利：製作碳 麼棄物之裂解反應係在同一焦碳，但 故其所反應爐所需之反應溫度；：，士至 母"批次之 €廢氣更對環 雖可經由將 …焦碳等產物 1置於橫臥之 -所有機物碎 •將裂解氣冷 ;但由於資 關係，因為 產生斷裂， 結構分子中 故裂解溫度 溫度愈高， 生「加氫裂 升高（C3〜G5 傳熱速率很 焦碳揮發份 溫度’反而 黑。綜上所 可將有機廢 由於其整體 反應結束， 反應時間長 478979 五、發明說明（4) ’相對得每一批次之處理量有限； 不易監控，以至於無法獲得良好品 產量低，且反而會產生過多之含有 真正有效的將有機廢棄物資源化。 ’ 爰是，本發明「有機廢棄物資 及其裝置j即利用在反應爐之後段 以及一焦奴一次處理槽，約於焦碳 ’即將焦破自反應爐中輸出，進入 次處理槽中，以單獨加溫進一步去 減整體裂解反應之時間，不但可增 之處理量，以及增進反應效果加快 態下操作可避免焦碳於反應爐中過 長而造成型態改變，藉以獲得更為 之廢輪胎量約僅需2 · 5〜3 · 5小時極 一步精煉作為碳黑或活性碳之原料 本發明「有機廢棄物資源化之 置」之另一目的係裂解反應所得之 爐輸出而不參與焦碳二次處理之程 卻以獲得較多之資源油可供販售， 可回作為反應爐之加熱源，多餘之 發電之熱源，且燃燒氣體完全不會 題者。 曰 本發明「有機廢棄物資源化之 置」之又一目的係利用於整體裂解 尤其’裂解反應之過程 質之焦碳，以及資源油 疏份之裂解氣，而無法 源化之無污、染 設有一焦碳一 成份完 後續之 除殘留 加反應 反應速 度加溫 精純之 可完成 ，為其 無污染 裂解氣 序，直 而其無 氣體則 有二次 成百分 一次處 揮發份 爐每一 率，並 或過反 固定碳 裂解， 主要目 處理方 ，則直 接經初 法冷凝 可再利 污染源 處理方法 次處理槽 之八十時 理槽及二 ，而可縮 批次裂解 在真空狀 應時間過 ，2000Kg 以利再進 的者。 法及其裝 接由反應 分離、冷 之裂解氣 用於鍋爐 之排放問 無污染處理方法及其裝 反應裝置中，將加熱爐

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五、發明說明（5) 與反應爐區隔，其於反應爐 相通之熱夾套，利用加熱爐 行加溫，可使反應爐中之廢 片形態進行裂解，讓每一單 焦碳品質者。 本發明「有機廢棄物資 置」之又一目的係將裂解反 應爐中直立穿設有正、逆旋 ’使得以由和緩之轉速將輪 單一輪胎碎片皆能平均受熱 進反應速率者。 之外i包覆一與加熱爐煙氣道 戶斤產生之高熱煙氣對反應爐進 輪胎以維持在一英吋以下之碎 —碎片均勻受熱以獲得較佳之 源化之無污染處理方法及其裝 應爐採直立方式設置，並於反 向之攪拌片交替配置之攪拌軸 胎碎片充分翻攪，而使每一個 ’並同時發生裂解反應，以增 本t明有機廢棄物資源化之無污染處理方法及其裝 置」之再一目的係於處理廢輪胎時可.於輪胎碎片中預留 20%之鋼絲成份，以於反應爐之翻攪動作下，其鋼絲可具 有刷除爐體内壁之作用，以維持反應爐爐壁之熱傳導率了 至於，裂解反應後殘留之鋼絲可由篩分機加以析出， 售鋼鐵廠。 . 本發明「有機廢棄物資源化之無污染處理方法及Α裝 置」所使用之裂解技術，對廢輪胎、橡膠、廢塑膠等^ 廢棄物之裂解皆可產生明顯之效果；而各種有機廢棄物間 之成份各有差異，於裂解反應中所使用之天然媒劑成份比 例、加熱溫度、反應壓力、反應時間，皆可視裂解反應對 象之特性予以調整；為能使貴審查委員進一步瞭解本g明 實施時其整體裂解反應過程，本說明書中僅以成份較^單

第9頁 五、發明說明（6) 純之應對象，配合圖式說明如下： 置」，於f解卢t廢棄物資源化之無污染處理方法及其裝 係以反應爐d為m=設備裝置如第-圖所示， (Η)、用以# : 並配合裂解反應之需要設有加熱爐 (C2)、瓦斯：：二戶;生成油氣之初分離槽(⑴、冷凝器 之資、7f、、ά ^ ，用以處理油氣冷卻後生成資源油 : = 理槽(Ε1)、儲油槽(Ε2);用以處理嫩 碳冷卻槽⑽以及曰(：；碳二次處理槽⑽、焦 (、A);在敫辨廢棄物裂解前置作業之破碎機 >1 αό #Γ-^中，並由各輸通管路連結於前術各機組 間以自動元成裂解氣、資源油及焦碳之運送。 列站^ ^月之特欲即在於反應爐（B )之後段設有用以處理 = i之筹、碳之焦碳一次處理槽（di)、焦破二次處 削曰(D2)及焦碳冷卻槽(D3)等裝置，請同時配合參照第二 圖及ΐ五圖#其有機廢棄物反應爐⑻t進行至約 於焦％ J :完成百分之八十日夺，即將焦碳自反應爐中輪出 ，進入後續之焦碳一次處理槽（D1)及二次處理槽（D2)中， 以對焦礙早獨加溫進-步去除殘留揮發份，而可縮減整體 裂解反應之時間，不但可增加反應爐每—批次裂解之處理 量，以及增進反應效果加快反應速率，並可避免焦碳於反 應爐中過度加溫或反應時間過長而造成型態改變，藉以择 得更為精純之固定破’以利再進一步精煉作為碳黑或活^ 碳之原料。 請同時配合參照第六圖所示，本發明中之裂解反應裝

斗78979 五、發明說明（7) 置係將加熱爐（Η )與反應爐（B )區隔，其反應爐（B )係在其 外壁包覆一與加熱爐（Η)煙氣道相通之熱夾套，利用加熱 爐（Η )所產生之熱氣對反應爐（Β )進行加溫；其中，反應爐 (Β)具有一密閉式之且具有優良熱傳導率之爐體（Β1)，爐 體（Β1)外壁在熱夾套（β2)之包覆範圍内佈設有傳熱歧片 (Β1 1 )以增加受熱效果，其熱夾套（Β2)則分別具有一與加 熱爐（Η)之煙氣道相通之熱氣入口（β2ΐ)，以及一用以將熱 氣循環排放至後續焦碳二次處理槽（D 2 ) 之熱氣出口 (Β22)，其在熱氣入口（Β22)與熱氣出口（Β22)間並設有數 道分隔板（Β23)，在分隔板（Β23)上以適當之間距佈設有通 氣孔（Β24)，以當熱氣由熱氣入口（Β2ι)進入熱夾套（Β2)中 時，其熱氣可以較為和緩之速度經由通氣孔（Β24)依序進 穿過各分隔板（Β23)最後在由熱氣出口 （Β22)排出熱夾套 (Β2)，而可大輻增加反應爐（β)受熱之時間。 至於，反應爐（Β)之頂部則分別設有碎片入口（Β5)、 觸媒入口（Β6)、排氣口 （Β7)以及加壓管道（Β8)，而爐體 (Β1)之下方則設有一用以排放焦碳之排放閘（Β9)，以於熱 解反應前將所欲處理之輪胎碎片、反應所須之觸媒以及正 壓操作所須之加壓用氮氣注入反應爐（β )之爐體（Β1 )中， 並予以封閉以利進行裂解反應，待反應完成後，其所產生 $油氣即可由排氣口（Β7)排出反應爐（Β)以利後續之油、 氣分離、冷卻之處理；而反應完成後之焦碳即可自排放閘 (Β 9 )排出反應爐（Β) ’以利後續之精煉加工。另外，在爐 體（Β1)之内部直立穿設有一攪拌軸（Β3)，其攪拌軸（Β3)主

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要係由爐體（B1 )外之驅動馬達（B4 )加以帶動旋轉，而攪拌 f (B3)在爐體（B1 )之内部穿設有正旋向.攪拌片（β31)與逆 旋向授拌片（B32)採交替之方式配置，使得以由和緩之轉 速將輪胎碎片於爐體（B1)中充分翻攪，令每一個單一輪胎 碎片皆能平均受熱，並同時發生裂解反應，避免因為橡膠 熱傳導性低而產生不同的反應機構，以獲得較佳之焦碳品 質0 本f明於裂解反應中所使用之加熱源，主要係由加熱 爐對空氣加熱而產生高溫熱氣，以經由熱氣進行反應爐之 =熱丄如第三圖所示，其空氣係先由一預熱器（H1)進行預 二、並送入加熱爐（H)中，由加熱爐（H)加熱成7 〇 〇。〇之煙道 氣後直接導入反應爐（B)處，以對反應爐（B)進行加熱，而 卉由加熱爐（Η)排出之煙道氣溫渡約降為5 〇 〇，此溫产 ίΐΞΐ再予以導人焦碳二次處理槽（D2)處，以提供焦碳 精煉戶:須之熱源’又經焦碳二次處理槽(D2 二溫”降為40(TC，㈣之熱源即可排回預= U出 之熱氣即直接對進入預熱器(H1)之空氣加； 機⑴本Π?處理廢胎之裂解時，其廢輪胎主要先由破碎 =:碎成一奂寸以下之碎片，並剝除輪胎中之鋼ί鱼 :、、糸1 J即進入反應爐(Β) +進行裂解反應，如第四圖； 離梓^解ί應所產生之油氣係先由反應爐⑻排至初八 初分離槽（⑴排至冷凝器（⑶於此可將油氣冷凝分

五 發明說明（9) ，*、由及瓦斯無法冷凝之裂解氣（為瓦你 斯儲存槽（C3)中，以利將其回收導入^成份）先行存於瓦 燃料使用，巾過多之含硫餘氣即可入加熱：⑻以供加熱 (⑷予以脫硫後排故。另外，油1乂=之廢氣燃燒器 凝器（C2)排出後先進入資# :减析出之資源油自冷 至加熱爐⑻供點^使/⑽㉝存，而料之資源油可送 :廢輪胎裂解反應所產生之殘存焦碳，如第二圖 # f mI由斤示由反應爐（B)排出後先進入焦碳一次處理 : ，經由焦碳一次處理槽（D 1)中之攪拌器翻攪使部 f之揮發份排出’其焦碳則再進入焦碳二次處理槽 二㈣、、，:依序由第一授送筒（D21)、第二攪送筒（D22)及第 一免达筒（D23)之輪流翻攪推送，於過程中並由熱夾套 上2^)對攪送筒進行加溫，使焦碳進行二次裂解反應，以 凡^ ^出揮發份使揮發份減少至5%以下，前述之反應皆係 在真空狀態下進行，而精煉後之焦碳最後進入焦碳冷卻槽 ()、取彳于精貝之焦碳’以利再加工成破黑或活性碳原料 ’至於’原本預存於輪胎碎片中之鋼絲可具有刷除爐體内 J之作用’以維持反應爐爐壁之熱傳導率，裂解反應後殘 留之鋼絲可由篩分機於焦碳堆中加以析出，再外售鋼鐵廠 〇 本發明「有機廢棄物資源化之無泠染處理方法及其裝 置」以極為低廉之設備及材料成本而吁·教廢輪胎資源化使 之裂解成為可全部回收之裂解氣、資源油及焦碳，其產物

^78979 五、發明說明（ίο) 部份可直接用於 以精煉後販售， 所造成之公害難 ’實為一將有機 表所示，本發明 完成，並以該方 碳、油、氣經委 進行產品組成分 良使用能源。爰 裂解反應裝置之需求， 不但可以更炎 大部份之產物可予 顔， 馬積極之手段解決有機廢棄物 ’且於處理過程中不至於造成二次公害 廢棄物資源化之最佳方法。請配合參酌^ 之用以處理廢棄物之裝置已有實際之設備 法進行多次廢輪胎之裂解處理，所得之焦 託「中國石油股份有限公司煉製研究所」 析’证貝其焦碳、油、氣為質地精純之優 依法提呈專利之申請。

第14頁 478979 圖式簡單說明 第一圖係為本發明整體裂解反應之.裝置流程示意圖。 第二圖係為本發明中用以處理焦碳之處置示意圖。 第三圖係為本發明整體中，其加熱爐之煙道氣流向示 意圖。 ， 第四圖係為本發明整體中，其裂解產生之油氣處理流 程不意圖。 第五圖係為本發明整體中，其裂解產生之焦碳處理流 程示意圖。 第六圖係為本發明中反應爐之結構剖視圖。 (A) 破碎機 (B) 反應爐 (B1)爐體 (B11)傳熱岐片 (B2)熱夾套 (B21)熱氣入口 (B22)熱氣出口 (B23)分隔板 (B24)通氣孔 (B3)攪拌軸 (B31)正旋向攪拌片 (B32)逆旋向攪拌片 (B4) 驅動馬達 (B5) 碎片入口

第15頁 478979 1圖式簡單說明 |(B6) 觸媒入口 | (B7)排氣口 丨（B8)加壓管道 (B9) 排放閘 ;(C1)初分離槽 i (C2) 冷凝器 (C3)瓦斯儲存槽 (C4)廢氣燃燒器 (D1)焦碳一次處理槽 (D11)攪拌器 * (D2)焦碳二次處理槽 (D21)第一攪送筒 (D22)第二攪送筒 (D23)第三攪送筒 (D24)熱夾套 (D3)焦碳冷卻槽 (E1)資源油一次處理槽 I (E2 )儲油槽 (H) 加熱爐 I (H1)預熱器

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Claims (1)

1. 478979 六、申請專利範圍 1 · 一種「有 係於廢棄物 程序，以對 ’並單獨 除殘存於 應之時間， 以及增進反 應爐中過度 以獲得更質 :欧碳之原料 2· —種「有 裂解反應裝 特徵在於： 該反應爐 碳一次處理 由反應爐排 次處理槽中 出之焦碳則 筒、第二攪 過程中並同 應皆係在真 之焦碳最後 ^工成碳黑 3 ·如申請專 機廢棄物 裂解反應 裂解完成 予以加溫 焦碳中之 不但可增 應效果、 加溫或過 純之焦碳 者。 機廢棄物 置中包括 資源化之無污染 後段，設有對焦 百分之八十之焦 以進行後續百分 揮發份（VOC)， 加反應爐每一批 加快反應速率， 反應時間過長而 ，以利再進一步 資源化之無污染 有區隔設置之反 之後段 槽、焦 出後先 之攪拌 再進入 送筒及 時加熱 空狀態 進入焦 或活性 利範圍 設有用以處理裂解 石炭二次處理槽及焦 進入焦碳一次處理 器翻攪使部份殘留 焦碳二次處理槽中 第三攪送筒之輪流 使焦碳進行二次裂 下操作’以完全釋 碳冷卻槽以取得精 碳原料者。 第2項所述一種 「 處理方 碳進行 碳自反 之二十 藉以縮 次裂解 並可避 造成型 精煉作 處理裝 應爐與 反應生 峻冷卻 槽中， 之揮發 ’依序 翻攪推 解反應 出揮發 質之焦 法」， 二次裂 應爐中 之精煉 減整體 之處理 免焦碳 態改變 為碳黑置」， 加熱爐 其主要 解之 輸出 ，以去 裂解反 量， 於反 ，藉 或活 其整體 •，其 成的焦碳之焦 槽，其焦碳 經由焦破一 份排出 由第一 送，於 ，前述 份，精 石炭，以 ，排 攪送 攪送 之反 煉後 利再 有機廢棄物資源化之

   478979 六、申請專利範圍 ^污染處理裝置」，其中，該反應爐具有一密閉式之且 >有優良熱傳導率之爐體，在其爐體外壁包覆一與加熱 爐之煙氣道相通之熱夾套，該熱夾套分別具有一與加熱 爐之煙氣道相通之熱氣入口，以及一用以將熱氣循環排 放之熱氣出口，而該熱夾套之熱氣出口則再與另一設於 焦碳第二處理槽之熱夾套相通，使加熱爐之熱氣得以先 進入反應爐之熱夾套對反應爐完成加溫後，再進入焦碳 二次處理槽之熱夾套，以對焦碳二次處理槽進行加溫者 4 ·如申請專利範圍第3項所述一種「有機廢棄物資源化之 無污染處理裝置」，其中，該反應爐之熱夾套在熱氣入 口與熱氣出口間並設有數道分隔板，在分隔板上以適當 之間距佈設有通氣孔，以當熱氣由熱氣入口進入熱爽^ 中時’其熱氣可以較為和緩之速度經由通氣孔依序進穿 過各分隔板最後在由熱氣出口排出熱夾套，而可大輕^ 加反應爐受熱之時間者。 田曰 5. 如申請專利範圍第3項所述一種「有機廢棄物資源化 無污染處理裝置」，其中，該反應爐於爐體外壁在熱 套之包覆範圍内佈設有傳熱歧片以增加受熱效^者了以 6. 如申請專利範圍第2項所述一種「有機^牵^沥 無污染處理裝置」，其中，該反應爐之頂部；匕之 片入口、觸媒入口、排氣口以及加壓管道，而j 0又百碎 方則設有一用以排放焦碳之排放閘者。 爐體之下 7 ·如申請專利範圍第2項所述一種「有機麻| 臂衆物資源化之

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   六、申請專利範圍 無污染處理裝置」，其中，該反應爐之爐體内部直立穿 設有一攪拌軸，該攪拌軸主要係由爐體外之驅動馬達加 以帶動旋轉，攪拌軸在爐體之内部穿設有採交替之方式 配置之正旋向攪拌片與逆旋向攪拌片者。 8 ·如申請專利範圍第2項所述一種 「有機廢棄物資源化之 無污染處理裝置」，其中，配合裂解反應之需要設有用 以處理裂解所生成油氣之初分離槽、冷凝器、瓦斯儲存 槽；用以處理油氣冷卻後生成資源油之資源油一次處理 槽、儲油槽，以及廢棄物裂解前置作業之破碎機；在整 ;遙总ί夂；棗ϋ ^ 衫 .,u Λ 厂 ^ 僧#、儲油槽，以及廢棄物裂解前置作業之破碎機；在整 ^ ^ ^中’並由各輸通管路連結於前術各機組間以自動 !氣、ΐ源油及焦碳之運送者。 無污ίί Γ乾圍第2項所述一 「有機廢棄物資源化之 器者’。、处衷置丄，其中，該加熱爐之前段設有一預熱