TWI458921B - 一種新穎的微波輔助式快閃熱裂解系統、以及使用該系統之方法 - Google Patents

Description

一種新穎的微波輔助式快閃熱裂解系統、以及使用該系統之方法

本發明是關於利用微波輔助式快閃熱裂解於廢棄物或生物質上，藉此將物質或能源從廢棄物或生物質中回收利用。

無論對於私人企業或公眾機構，將廢棄物或生物質轉換成可循環利用的不同種類物質或能源之重要性日趨重要，且為目前大規模投資之重要標的。一般來說，是將都會中所產生的大量垃圾先進行初步分類，找出可回收的部分。其餘的部分則由焚化等方式，轉換成能源。

廢棄物持續不斷的產生與累積，一直是個大問題。而回收這些廢棄物所需之人力、物資、費用亦相當昂貴。然而，讓人深感可惜且不能接受的是，仍有許多有價值的資源因此而被浪費了。

對於無法再回收利用的廢棄物，最常使用焚化的方式從該等廢棄物中回收能源；進而將該等能源轉化成熱能，並以熱水或蒸氣形式存在。之後，此等形式之能源可能可用來取代「貴重」形式的能源。

以層次來說，交流電形式之電力是現今價格最低、最有價值的能源，也最便利轉換成其他能源形式。

將廢棄物所含有之能源利用焚化方式轉化成電力使用，所需代價很高；若欲獲得較好的經濟效益回饋，則通常需要大量的植物進行轉化。尤其此種高代價必須面對的是，政府對空氣汙染所頒布的嚴峻法令與高額的罰金。

傳統上所知道的熱裂解是應用來自外部的熱源進行乾餾過程，有時也會結合本身自燃的現象。例如由木頭和木炭分別產生瀝青/焦油和焦炭的過程即是。而熱裂解也是石化工業中最令人熟知的「分餾」技術。

雖然在1921年發明了磁控管，係以無線電管產生微波，但微波技術真正充斥市場到實際使用也僅四分之一個世紀的時間。在第二次世界大戰後期，微波技術才真正多項應用到各種工業以及個人家庭。

本發明提供一種系統，可於工業級規模進行微波輔助式快速(rapid)或“快閃(flash)”熱裂解。本發明提供一微波輔助式快閃熱裂解系統，包含至少一個微波產生器，其連結至一個腔體。該腔體包含：至少一個原料進料口、至少一個阻擋板、一個具微波穿透性的旋轉窗台、至少一個微波進入口、至少一個濕氣出口、以及至少一個乾式產物出口。另外，該原料進料口係用以讓原料可被輸入至該具微波穿透性的旋轉窗台上，因此，該原料進料口係設置於具微波穿透性的旋轉窗台上方，且於第一阻擋板之前。第一阻擋板的一作用在於使原料可平整攤平於具微波穿透性的旋轉窗台上；該阻擋板的另一作用在於可將該腔體分割成不同之熱裂解區域(sector)，以於該等區塊內分別進行快閃熱裂解反應。於一些具體實施例中，微波輔助式快閃熱裂解系統可包含一個以上的阻擋板(以下簡稱「第一阻擋板」和「第二阻擋板」)。若該系統有一個以上的阻擋板，則第二阻擋板可以與第一阻擋板進一步界定熱裂解區域。該阻擋板(第一和第二阻擋板)被設置於具微波穿透性的旋轉窗台上方。此外，在第一阻擋板及具微波穿透性的旋轉窗台之間存在一空隙區。空隙區的高度是可調整的，其用來決定輸入原料之厚度。

隨著該具微波穿透性的旋轉窗台的帶動，可使旋轉窗台上之輸入原料穿過空隙區後，進入熱裂解區域。該熱裂解區域則被設置在微波進入口上方。微波進入口係與該微波產生器連結，用以將微波能量往上地導入熱裂解區域；該熱裂解區域係設置於該具微波穿透性的旋轉窗台的上方，並將進入之微波能量侷限於第一阻擋板及乾式產物出口(或第二阻擋板)之間。濕氣出口與一氣體收集單元連結，可用以收集來自熱裂解區域之濕的熱裂解氣體，且該濕氣出口係設置於該具微波穿透性的旋轉窗台的上方。該乾式產物出口係與該腔體連結，用以收集於該具微波穿透性的旋轉窗台上之熱裂解後的乾式產物。該腔體內的氣體組成為惰性氣體，且不會添加氧氣於該腔體中。

為實施本發明之微波輔助式熱裂解系統操作，本發明亦提供一藉由使用該微波輔助式快閃熱裂解系統以快閃熱裂解原料之方法。該方法包含：將原料由原料進料口導入腔體；藉由具微波穿透性的旋轉窗台之帶動，將載於窗台上之原料通過空隙區，進入熱裂解區域以微波能量進行熱裂解；該微波能量係從微波進入口上傳，並穿過具微波穿透性的旋轉窗台以進入熱裂解區域；其中於快閃熱裂解過程中會產生濕式熱裂解氣體和已熱裂解的乾式產物；再由氣體收集單元透過濕氣出口收集濕式熱裂解氣體；而熱裂解後的乾式產物則輸送至乾式產物出口運出腔體外。

透過本發明，微波熱裂解系統相較於一般的微波熱裂解更必須具備一強微波能量區，微波輔助式快閃熱裂解才能有效地進行。本發明之微波輔助式快閃熱裂解系統所產生的熱裂解氣體可含有較少的碳氫化合物。

以下，將詳細描述本發明之具體實施例。

本發明提供一種微波輔助式快閃熱裂解系統1，如圖1(a)所示。該微波輔助式快閃熱裂解系統1包含至少一個微波產生器191和一個腔體16。該腔體16包括：至少一個原料進料口14、至少一個第一阻擋板12、一個具微波穿透性的旋轉窗台11、至少一個微波進入口15、至少一個濕氣出口192，以及至少一個乾式產物出口193。

如圖1(a)所示，原料進料口14係用於導入原料110到具微波穿透性的旋轉窗台11上，且該原料進料口14是設置於具微波穿透性的旋轉窗台11上方，且於第一阻擋板12之前。

第一阻擋板12是用於平整攤平原料於具微波穿透性的旋轉窗台11上。如圖24及26所示，第一阻擋板2402用於將腔體2407分割成不同之熱裂解區域2611、2612、2613和2614，以於該等區域內分別進行快閃熱裂解反應。

如圖1(a)所示，第一阻擋板12設置於具微波穿透性的旋轉窗台11上方，且介於第一阻擋板12與具微波穿透性的旋轉窗台11之間存在一空隙區801(如圖8(a)所示)。此空隙區801之高度是可調節整的，其高度值可用以決定輸入原料110之厚度。

請參閱圖5(a)、5(b)和5(c)所示，其中該具微波穿透性的旋轉窗台11帶動原料110通過空隙區801，以進入熱裂解區域1050。該熱裂解區域1050即在微波進入口15上方。

請再次參考圖1(a)所示。微波進入口15是與微波產生器191連結，用以將微波能量上傳(參考圖1(b)所示之閃電式箭頭1633所指)至具微波穿透性的旋轉窗台11上方的熱裂解區域1050。如圖1(a)所示，該微波能量1051可被侷限於第一阻擋板12及乾式產物出口193之間。

請參考圖4所示，其中濕氣出口192係與一氣體收集單元41連結，用以收集來自熱裂解區域1050之濕氣。請再次參閱圖1所示。該濕氣出口192設置於該具微波穿透性的旋轉窗台11上方。

需明瞭的是，於一些具體實施例中，該腔體16內所含括的氣體為惰性氣體，且不會添加氧氣於腔體16中。

於一些具體實施例中，如圖1(b)所示，微波輔助式快閃熱裂解系統2可以有另外的阻擋板，例如第二阻擋板121。該第二阻擋板121可以與第一阻擋板12共同來進一步界定熱裂解區域1050。該第二阻擋板121設置於具微波穿透性的旋轉窗台11上方，並介於第一阻擋板12與乾式產物出口193之間。圖1(a)和1(b)所示之調整板13至少具有一孔洞132，如圖2(a)所示。亦可如同圖2(b)所示，該調整板13可具有多個孔洞131、132、133、134、135。該孔洞132之設計用意在於釋放微波輔助式快閃熱裂解過程所產生的濕式熱裂解氣體。

如圖3(a)、3(b)和3(c)所示，本發明之微波輔助式快閃熱裂解系統1或2可進一步包含一管柱31。該管柱31係透過濕氣出口192與腔體16連結。

如圖1(a)及圖4所示，微波輔助式快閃熱裂解系統1進一步包含一氣體收集單元41。如圖1所示，該氣體收集單元41可直接與濕氣出口192連結；亦可如圖4般，該氣體收集單元41亦可透過一管柱31與濕氣出口192連結。圖4之箭頭411表示經微波輔助式快閃熱裂解所產生之熱裂解氣體離開腔體16的方向。該熱裂解氣體將會被氣體收集單元41收集並送離熱裂解區域1050(或腔體16)，接著則是將所收集到的熱裂解氣體分別轉化成可利用的能源。

圖5(a)、5(b)和5(c)為闡述具微波穿透性的旋轉窗台11之運作機制。相同的概念可被應用於如圖1(a)之系統1，其顯示該微波輔助式快閃熱裂解系統1具有第一阻擋板12。

於圖5(a)中，當具微波穿透性的旋轉窗台11順時針旋轉時(前視時，自右向左之方向，如箭頭111所表示)，原料物體110被置於具微波穿透性的旋轉窗台11上。圖5(b)和5(c)表示原料物體110被具微波穿透性的旋轉窗台11往相同方向帶動。

本發明提供數種具微波穿透性的旋轉窗台11態樣。圖6(a)表一體成型態樣，無接縫式之具微波穿透性的旋轉窗台11。圖6(b)表其他設計之具微波穿透性的旋轉窗台11。該具微波穿透性的旋轉窗台11包括數個平板(700、701、702、703、704、705、706和707)。標號631和632在圖6(c)分別表示平板之俯視圖及側視圖。圖6(c)進一步顯示該等平板是如合地被組合或機械性地連結。例如平板700和平板701是藉由一接頭機構來進行機械性地連接。該接頭機構包含一框體623和四個插樁(621、622、624和625)。二個插樁622和624插入平板700，其餘二個插樁621、625則插入平板701。

圖7(a)、7(b)和7(c)顯示具微波穿透性的旋轉窗台11之轉動機構態樣。圖7(a)為此機構之俯視圖71及側視圖72。該機械亦包括一軸幹708(或稱作一軸心708)，且該具微波穿透性的旋轉窗台11繞著此軸幹708之中心轉動。

換言之，本發明之微波輔助式快閃熱裂解系統可進一步包含一軸幹708，且該軸幹708設置於具微波穿透性的旋轉窗台11之中心。於部分實施例中，圖7(a)、7(b)和7(c)顯示之轉動機構為本發明微波輔助式快閃熱裂解系統之部分元件；該轉動機構係用於促使具微波穿透性的旋轉窗台11進行旋轉。需明瞭的是任何適用之轉動機構都可應用於本發明中。

圖7(b)闡述具微波穿透性的旋轉窗台11機構之運作方式。原料進料口14提供原料物體110至具微波穿透性的旋轉窗台11。該原料物體110便由具微波穿透性的旋轉窗台11所攜載。請參閱圖7(c)所示，隨著該具微波穿透性的旋轉窗台11轉動，該原料物體110便被帶動到熱裂解區域1050(圖7(b)和7(c)標示虛線部分)；該熱裂解區域1050即位於微波進入口15正上方(圖1(b)、5(a)、5(b)和5(c))。

微波輔助式快閃熱裂解系統需要一具微波穿透性的窗台構造，以遮蔽保護微波裝置，避免微波對該些裝置造成傷害。同時，該具微波穿透性的窗台亦須作為一個“窗口”，可用以導引微波進入腔體。在此，具微波穿透性的旋轉窗台即可具有遮擋微波以及微波窗口之功用；微波產生器產生之微波能量可傳送穿過該具微波穿透性的旋轉窗台。因此，該具微波穿透性的旋轉窗台可由不同材料、不同平板或不同層狀構造所組成，用以遮蔽保護微波裝置，以避免其受微波損害，同時又可用於導引微波進入腔體。

於部分實施例中，如圖8(a)所示，本發明所使用之具微波穿透性的旋轉窗台11可包含一或多個具微波穿透性的材料(材料層)、平板或層狀結構(上層結構、底層結構)1191及1192。該上層結構1191可作用如熱傳導隔絕器，避免熱衝擊對於具微波穿透性的旋轉窗台11造成損害。底層結構1192可作為一具微波穿透性之原料承載裝置。用於上層結構1191之材料包含，但不限定：玻璃、氮化硼(BN)、氧化鋁(Al₂ O₃ )或其他可讓微波穿透過且可以承受一定溫度及熱度的材料。用於下層結構1192的材料包含，但不限定：氧化鋁或其他可讓微波穿透過且具有一定程度之物理性承載強度的材料，至少該強度是足以承載於放置其上之原料的重量。

此外，前述提及之具微波穿透性的旋轉窗台之每個平板的上層結構1191，可以是陶瓷材料所組成。可使用的陶製材料之選擇必須合乎以下條件：

-具微波穿透性(意即微波可穿透該材料)

-耐高溫

-耐熱衝擊

-易加工的

-無孔洞(不會累積，如焦炭，該焦炭可能會造成熱流失或過熱)

-不昂貴且易於取得

必須注意的是並非所有的條件都要同時具備。選擇合適的材料的目地在於避免於微波輔助式快閃熱裂解過程中所產生之熱點，而導致之爆裂。

於部分實施例中，如圖8(d)所示，當具微波穿透性的旋轉窗台是由不耐熱衝擊之材料、平板、層狀結構所組成時，則本發明之微波輔助式快閃熱裂解系統可進一步包含一具微波穿透性之平板1196，該平板1196是耐熱衝擊的。該具微波穿透性之平板1196係設置於具微波穿透性的旋轉窗台11上方。

本發明亦提供關於第一阻擋板12之詳述。第一阻擋板12是設置於具微波穿透性的旋轉窗台11之上。請參閱圖8(a)，闡述第一阻擋板12之側視圖81，其與軸幹708和具微波穿透性的旋轉窗台11之相對位置。空隙區801的距離，介於第一阻擋板12的底部和具微波穿透性的旋轉窗台11之間，需考量微波可穿透(輸入原料)之焦距及厚度，以使得從空隙區801反射回來之微波能量為最大化；該空隙區之距離可視使用者之需求調整縮短，以得到最有效率之能量大小。

圖8(b)闡述第一阻擋板12之構造。原料物體110通過空隙區801到達微波輔助式熱裂解區域1050(以虛線表示)。在該熱裂解區域1050，原料物體110遂被進行微波輔助式快閃熱裂解。請參閱圖8(c)和圖10。若微波能量夠密集、強大，則所有的原料物體110將可在相當短的熱裂解時間內被加熱，並轉化成濕式熱裂解氣體和焦炭1117。

於部分實施例中，本發明之微波輔助式快閃熱裂解系統具有第一阻擋板及第二阻擋板，該阻擋板可包含至少氣體噴嘴，該氣體噴嘴用於導入惰性氣體。構想如下所示。

為了讓微波熱裂解更完全，本發明提供一解決方式，即在第一阻擋板12具有至少一氣孔91，如圖9(a)和圖11(d)所示。於圖9(a)中，第一阻擋板12可具有一個以上之氣孔91。但在某些實施例，第一阻擋板可以只有一個氣孔91。

當微波輔助式熱裂解進行時，惰性氣體會通過一氣孔91，流向微波輔助式熱裂解區域1050與原料物體110混合。圖9(b)為表示第一阻擋板12僅有一氣孔91之示範設計；於該第一阻擋板12內有一氣管92，該氣管可導引惰性氣體從氣管92之一端至對應之氣孔91。兩個箭頭921、922表示氣流之方向。圖9(c)為一側視圖，用以說明圖9(b)中氣體之注入方式。本發明亦提供第二阻擋板121之更多詳細說明。如圖11(a)所示，該第二阻擋板121用於本發明時，可進一步具有一第一氣孔1101及一第二氣孔1102。當該第二氣孔1102係設置靠近該第二阻擋板121之中間區域1212時，則該第一氣孔1101係設置靠近該第二阻擋板121之一末端1211。

第二氣孔1102的目的包括提供一氣流1122以冷卻在具微波穿透性的旋轉窗台11上出現之熱點。第一氣孔1101的目的是當具微波穿透性的旋轉窗台11旋轉接近第二阻擋板121時，該第一氣孔1101可提供一氣流1121以清潔該具微波穿透性的旋轉窗台11。

圖11(a)和11(b)表示出第一氣孔1101如何清潔具微波穿透性的旋轉窗台11之構想。圖11(a)顯示，焦炭1117通常是原料物體110經過微波輔助式快閃熱裂解作用後，所形成的乾式產物。該焦炭1117離開微波輔助式熱烈解區域1050後，向第二阻擋板121輸送。當焦炭1117接近第二阻擋板121時，氣流1121會自第一氣孔1101吹向焦炭1117，並藉由氣流的力量將焦炭1117推回微波輔助式熱裂解區域1050。如圖11(b)所示，焦炭1117被氣流1121推置於微波輔助式熱裂解區域1050中。若惰性氣體為蒸汽，則將發生水煤氣轉移反應。水煤氣轉移反應(water-gas shift，WGS)為一化學反應，即熱碳與水蒸氣反應形成一氧化碳與氫氣：C+H₂ O→CO+H₂ 。水煤氣轉移反應為重要的工業反應之一，常用於甲烷或其他烷類之水蒸氣重組。以結果來說，藉由微波輔助式快閃熱裂解，焦炭1117可以被轉換成熱裂解氣體(例如：一氧化碳和氫氣)。

圖11(c)表示第二阻擋板121之內部構造的氣體管1181、1182，該氣體管可導引氣體至腔體16，或至微波輔助式熱裂解區域1050。

如圖11(c)所示，一氣體管1182是設置於該第二阻擋板121內側。該氣體管1182將惰性氣體自氣體管1182之一端導向至相對之第二氣孔1102。兩箭頭1192、1122表示氣流方向。圖11(d)為圖11(c)之側視圖94，係顯示該惰性氣體如何透過第二氣孔1102注入之運作方式。

如圖11(c)所示，第二阻擋板內側為一氣體管1181。該氣體管1181將惰性氣體自氣體管1181之一端導向至相對之第一氣孔1101。兩箭頭1191、1121表示氣流方向。圖11(d)為圖11(c)之側視圖94，係顯示該惰性氣體如何透過第一氣孔1101注入之運作方式。

在部分實施例中，兩種阻擋板12、121內都裝設有放射狀噴嘴，用以在兩阻擋板12、121間注滿惰性氣體(於微波輔助式快閃熱裂解開始反應時)，或讓為壓縮的熱裂解氣體再循環(於微波輔助式快閃熱裂解開始反應之後)，以進一步將迫使熱裂解氣體盡快排出腔體16。

本發明之微波輔助式快閃熱烈解系統可以包括一氣流系統1278以控制氣流，如圖9(c)和10所示。如上述所提，第一阻擋板12和第二阻擋板121有多個氣體噴嘴或氣體管。本發明之微波輔助式快閃熱裂解系統提供一氣流系統1278以控制這些噴嘴與氣管的氣流速率。任何商業性氣流系統皆可應用於本發明中。

氣體注入熱裂解區域可提供一有效之溫度控制。但本發明之微波輔助式快閃熱裂解系統可進一步包含一冷卻系統以控制腔體溫度，請參考圖1(c)。在部分實施例，微波輔助式快閃熱裂解系統1包括一冷卻系統1974，用以控制部份元件或腔體16之溫度。

本發明亦提供更多關於調整板13之結構說明，如圖12(a)到12(c)所示。在一實施例中，圖12(a)是該調整板13俯視圖，圖12(b)為該調整板13之側視圖。由圖12(b)可知，該調整板13為一單層構造。

如圖12(a)所示，調整板13可能具有一外環1211和一觸媒網1201。該外環1211和此觸媒網1201是可被拆開的。該外環1211和觸媒網1201可藉由某些結合元件以機械性地結合。當外環1211與觸媒網1201分離後，調整板13就會出現一空洞。換句話說，觸媒網1201是位於調整板13的空洞。

如圖12(c)所示，調整板13可能具有很多個觸媒網1201、1202、1203和1204。也因此，該調整板13亦可能具有多個孔洞來對應。

「觸媒網」係指一種網狀結構，其包含觸媒物質。此觸媒物質可將熱裂解氣體轉化為一氧化碳(carbon monoxide)和氫氣(hydrogen)。此意味著離開腔體16的氣流中不會包含非一氧化碳和氫氣等的氣體。應注意的是，離開的氣體流體中或許仍然會包括非一氧化碳和氫氣等的氣體，因為所用的觸媒可能會老化或被毒化，以致於減少了熱裂解氣體之轉化效率。

另外，本發明提供關於調整板13之其他的結構。如圖13(a)所示，觸媒網1301是另一不屬於調整板13之裝置。該觸媒網1301設置於具微波穿透性的旋轉窗台11之上，且該觸媒網1301設置於調整板13之下。

如圖13(a)所示，微波輔助式快閃熱裂解系統1能進一步包括一觸媒網1301，係用於裂解化學鍵結，並用以分離濕式熱裂解氣體中化學鍵結之成份。觸媒網1301設置於該調整板13之上(圖3(d))、或固定於該調整板13(圖3(a))、或位於該調整板13之下(圖3(e))。請再參閱圖13(a)，該觸媒網1301係設置於該具微波穿透性的旋轉窗台11之上。

如圖13(a)所示，熱裂解氣體將流過觸媒網1301和調整板13。該流動方向是以箭頭1366標示。

圖13(b)顯示關於觸媒網1301之一示範性態樣和關於調整板13之一示範性態樣。調整板13包含一環型元件1371。有一孔洞1378位於該調整板13。該觸媒網1301為設置於調整板13之下的網狀結構。熱裂解氣體首先將會通過該觸媒網1301，而後經由該孔洞1378以離開腔體16。

再者，該調整板13內亦可具有許多孔洞1374、1375、1376、1377，如圖13(c)所示。

本發明之微波輔助式快閃熱裂解系統進一步包含一調整板13和一調整機構。該調整機構可自動地或手動地操作。該調整板13連接於該調整機構。請再參閱圖1(a)，調整板13設置於該具微波穿透性的旋轉窗台11和該濕氣出口192之間。

該調整板13是用於最適化該熱裂解區域，並且用於確保有最大的微波能量可導入該輸入的原料，並讓該輸入的原料吸收。該調整板13也能用於將反射回微波磁控管之能量最小化，並使得於該熱裂解區域1050內的能量效率維持最大化，例如，如圖15(b)和15(c)所示。

本發明另外亦提供關於一調整板13之其他結構上之示範性態樣。在一些實施例中，該調整板13固定於一階層，如圖14(a)所示。本發明提供一調整機構以讓一調整板13固定在一位置。如圖14(a)所示，至少有一插樁1401、1402被提供用於固定調整板13的位置。該插樁1401(或1402)穿過該腔體16之調盤1601，並且用以固定調盤1601。該插樁1401(或1402)也穿過該調整板13，並且用以固定調整板13。透過此調整機構，該調整板13在微波熱裂解過程中是不可移動的。

如圖14(a)所示，不可移動的調整板13即創造出一熱裂解區域1050其以虛線標示。「熱裂解區域」意旨一含有微波能量之區域。微波能量於此被侷限於一特定區域，用意在於可於任何時間內調整該區域而讓該區域得以最佳化，而能使微波輔助式快閃熱裂解之執行更有效率。

另外，圖14(b)顯示其他實施例，其中一觸媒網1413是與一調整板13分開的。該插樁1401(或1402)穿入該觸媒網1413，以及固定於該觸媒網1413。以此調整機構，調整板13和觸媒網1413等在微波熱裂解程序中是不會移動的。

本發明也提供關於調整板13之其他結構態樣，其中該調整板13的高度是可被改變的，用以調整如圖15(a)所示之熱裂解區域1050之整體的體積大小和幾何空間。

如圖15(a)所示，本發明之微波輔助式快閃熱裂解系統之一實施例具有一升降機構以作為一調整機構。該升降機構包含至少一插樁1401(或1402)，以及該插樁1401(或1402)是以直立方式設置於腔體16上。該升降機構之操作方式是使得該調整板13可沿著插樁1401(或1402)移動。

調整板13沿著該插樁1401(或1402)之作動能以如圖15(b)之方式來實施。在圖15(b)中，升降機構包含升降單元1501、滾輪1502和一移動軌道1503。該升降單元1501插入於調整板13。該升降單元1501固定於該滾輪1502。該滾輪1502能沿著移動軌道1503來移動。此外，該移動軌道1503位於一軸幹708上，該軸幹708已於本發明之具微波穿透性的旋轉窗台模式之相關陳述中被提及。

圖15(b)和(c)闡釋關於一升降機構之實施例的操作形式。調整板13起始於一高度，如圖15(b)所示。接著，該調整板13往下移動的過程解釋如下。滾輪1502沿著移動軌道1503往下移動。因為升降單元1501固定於該滾輪1502，所以該升降單元1501也一起往下移動。結果是，該升降單元1501讓該調整板13往下移動了。

圖15(c)顯示在移動結束後調整板13的最後位置。圖中的二個箭頭1551、1552表示移動是往下方向的。該移動會改變熱裂解區域1050的幾何空間，且讓熱裂解區域1050的體積小於該區域1050在移動前的體積。

在本發明的一些實施例中，圖16顯示其他的升降機構其可做為調整機構。腔體16具有一檔板1602。圖16之升降機構包含一升降單元1501、一滾輪1502、一移動軌道1503和一升降機器168。該升降單元1501被插入調整板13。該升降單元1501固定於該滾輪1502。該滾輪1502能沿著該移動軌道1503來移動。此外，該移動軌道1503設置在該升降機器168。該升降機器168提供機械動力以操作該滾輪1502。

除了上述之升降機構，升降機構之基本設計想法為，讓調整板13沿者插樁1401(或1402)來移動。任何可舉高物品之適當的機構設計皆可用於達成前述的(或隱含的在本發明說明書)之升降機構。

本發明也提供更多關於原料進料口14之細節。在圖17(a)中，其顯示一原料進料口14。該原料進料口14具有一外圍部1701。在該原料進料口14之上表面具有一開口處1700。在該開口處1700下方為一通道1702。當本發明之微波熱裂解系統運作時，原料物體110會丟到該開口處1700，如圖17(b)所示。接著，該些原料物體110將通過該通道1702以到達該具微波穿透性的旋轉窗台11。

另一方面，本發明提供原料進料口14之其他設計。請參閱圖18(a)、18(b)、18(c)和18(d)。此另外的設計想法是在如圖17(a)所示之原料進料口14之通道1702中創造一防微波外露裝置(choke)。

如圖18(a)所示，原料進料口14具有一外圍部1701。在該原料進料口14之上部處具有一開口處1700。在該原料進料口14內具有一防微波外露裝置1703。圖18(b)顯示關於防微波外露裝置之其他設計，其中該設計具有二個板塊1704、1705。圖18(c)顯示關於防微波外露裝置之其他設計，其中該設計使用三個板塊1704、1705和1706。圖18(d)是圖18(c)實施例之上視圖。

此外，本發明提供一網格式防微波外露裝置1901，如圖19所示。

用於本發明之任一實施例中之防微波外露裝置，其設計重點在於減低或防止微波能量之外漏。

圖20(a)和20(b)闡述了微波能量外漏的路徑。如圖20(a)所示，第一阻擋板12下方有一空隙區801。微波會經由該空隙區801而洩漏至該原料進料口14。如圖20(b)所示，微波沿著一路徑而進入該原料進料口14，其中該路徑以箭頭1001表示。

為了防止如圖20(a)和20(b)等圖所揭示的洩漏，原料進料口14需要一防微波外露裝置，以保持微波能量不會離開該熱裂解區域1050。

本發明亦提供關於微波進入口15之更多細節。如圖21(a)所示，微波進入口15具有一外圍部2101。該微波進入口15之上表面2111能附著於該具微波穿透性的旋轉窗台11，如圖21(c)所示。該微波進入口15之上表面2111能不附著於該具微波穿透性的旋轉窗台11，但其設置於該具微波穿透性的旋轉窗台11之下方。該上表面2111上有一開口處2100，如圖21(a)所示。在其他的實施例中，該上表面2111並不具有一開口處，如圖21(b)所示。

如圖21(a)和21(b)所示，微波進入口15具有一通道2102(以虛線標示)作為傳輸微波能量之路徑。該通道2102之一端部是鄰接於一具微波穿透性的旋轉窗台11，如圖21(c)所示。

本發明亦提供關於微波進入口15之更多細節。圖21(c)顯示在微波進入口15之通道2102，其可從具微波穿透性的旋轉窗台11之底部以及腔體16處延伸。微波能量沿著箭頭2201所標示之路徑而進入腔體16。箭頭2201顯示微波能量可經由微波進入口15而向上傳輸進入腔體16中。

或許存在一實施例，該微波從熱裂解區域之上方進入，但氣體也由此處被抽離出，此意味永遠存在一個問題，即揮發氣體會污染微波引導裝置以及石英窗台，以致能量在該處被吸收而把該窗台加熱至一個造成破裂的溫度。進一步，此「上部」設計會抑制氣體抽離，該位置卻是氣體產生最多的位置(即在最高能量密度的區域上方產生最多的氣體)。

相反地，本發明所提供的解決方式是，從熱裂解區域底部引入微波(從該具微波穿透性的旋轉窗台下方引入微波)。如此，該具微波穿透性的旋轉窗台能表現像個窗口(引入微波)，則濕式熱裂解氣體即會位於該窗台區域上方被產生及被抽取。

在本發明之任一實施例中，微波進入口15可進一步連接於微波產生器2251，如圖22所示。該微波產生器2251可為本發明之微波熱裂解系統之一部份。

焦炭1117(乾式產物)可以不同的收集機構經由乾式產物出口而從腔體16內移除。在一個實施例中，該乾式產物出口係與該腔體16連接，藉由抽取器1300，將熱裂解後之乾式產物(焦炭1117)自該具微波穿透性的旋轉窗台回收，如圖23(a)和23(b)等所示。抽取器1300可用於移動固體物體，例如焦炭1117。

如圖23(a)所示，抽取器1300能設置於第二阻擋板121的旁邊。抽取器1300可設置於微波熱裂解區域1050之附近。但，抽取器1300可能不會設置於第一阻擋板12和微波熱裂解區域1050之間。

本發明也提供關於抽取器1300之更多細節。如圖23(b)所示，抽取器1300可區分為二區間。一區間1311設置在腔體16內，而另一區間1312設置在腔體16之外。

抽取器1300之運作方式如下所述。請參閱圖23(b)。一旦焦炭1117抵達抽取器1300，焦炭1117會開始從腔體16內移除。焦炭111之移除開始於讓焦炭1117進入位於抽取器1300之第一區間1311之傳動軸1315。接著，焦炭1117被該傳動軸1315運送著，且移動到第二區間1312。該移動方式是以箭頭1372標示。

請再參閱圖23(b)。一旦焦炭1117抵達該第二區間1312之末端，焦炭1117即會自抽取器1300排出。該排出的動作以箭頭1371標示。

經由抽取器1300，焦炭1117能從腔體16內移除。然而，應注意的是，抽取器1300之應用是選擇性的。其他種類之粒子移除技術也能被用來將焦炭111從腔體16內移除。

本發明之微波輔助式快閃熱裂解系統能具有一個或一個以上之微波輔助式快閃熱裂解區域。請參閱圖24，其顯示一種工業級的微波輔助式快閃熱裂解系統24。該微波輔助式快閃熱裂解系統24包含一具微波穿透性的旋轉窗台2401、一第一阻擋板2402、一第二阻擋板2403、一調整板2404、一原料進料口2405、一微波進入口2406和一腔體2407。此外，該系統24之微波快閃熱裂解區域位於微波進入口2406之上。

請再度參閱圖24。微波輔助式快閃熱裂解系統24也可具有一抽取器2408。

圖24提供本發明之微波輔助式快閃熱裂解系統之具微波穿透性的旋轉窗台式之實施例。對於此類型的微波輔助式快閃熱裂解系統，係需要一軸幹2409附著於該具微波穿透性的旋轉窗台2401。當該軸幹2409是旋轉時，此也帶動著該具微波穿透性的旋轉窗台2401而旋轉。

本發明提供微波輔助式快閃熱裂解系統25之另一個實施例，如圖25所示。四個虛線點線定義了微波輔助式快閃熱裂解系統25之四個區域2501、2502、2503和2504。該系統25具有一生質材料運送器251，用以將生質材料運送至該系統25。接著，該原料物體(生質材料)將被投入原料進料口252(該原料進料口252為該系統25之一部分)。進一步，對於每個區域2501(或2502、2503、2504)，此微波輔助式快閃熱裂解系統之基本元件的配置，係與圖1至24有關的解釋或敘述相同，或相似。

本發明亦提供其他的實施例，如圖26所示。一微波輔助式快閃熱裂解系統26具有四個生質材料運送器2601、2602、2603和2604。如圖26所示，四個虛線點線定義了該微波輔助式快閃熱裂解系統26內四個區域2611、2612、2613和2614。對於每個區域2611(或2612、2613、2614)，此微波輔助式快閃熱裂解系統之基本元件的配置，係與圖1至24有關的解釋或敘述相同，或相似。

最後，本發明提供一種使用如前述之微波輔助式快閃熱裂解系統以讓原料進行快閃熱裂解的方法。該方法包含：

(a)引導原料經過原料進料口而進入腔體；

(b)讓具微波穿透性的旋轉窗台把該原料經由空隙區送入熱裂解區域；其中該空隙區是設置在該第一阻擋板和該具微波穿透性的旋轉窗台之間；

(c)藉由來自微波進入口之往上方向之微波能量，穿透過該具微波穿透性的旋轉窗台，以將該原料進行熱裂解，其中濕式熱裂解氣體和熱裂解後之乾式產物將透過快閃熱裂解過程而產生；

(d)以氣體收集單元，經由濕氣出口，收集該濕式熱裂解氣體；以及

(e)運送該熱裂解後之乾式產物至乾式產物出口；其中該熱裂解後之乾式產物會運出腔體外。

關於步驟(a)至(e)之相關說明已在前陳述，此包含於當本說明書談到如何操作本發明之微波輔助式快閃熱裂解系統時可能使用到之相對應的部分。

本發明之特點在於因為該微波進入口是設置於該具微波穿透性的旋轉窗台之下方，且微波會穿過該具微波穿透性的旋轉窗台之底部往上傳送，以於該具微波穿透性的旋轉窗台之上方形成較佳的微波能量區域。一更集中的、較好的微波能量區域能提供較強力的微波能量，以使得本發明之微波輔助式快閃熱裂解能進行的更佳。

當本發明以示例方式或具體實施例描述時，需了解的是該等示例及實施例非用於限定本發明。相反地，任何根據本發明原理之變動或相似調整(對於該領域具有通常技藝者可明白者)皆應被申請專利範圍所包含。因此，本案之申請專利範圍應以最廣泛之範圍解釋，以包含所有該等之變動或調整。

2111．．．上表面

1191．．．上層結構

24．．．工業級的微波輔助式快閃熱裂解系統

1501．．．升降單元

168．．．升降機器

131、132、133、134、135、1374、1375、1376、1377、1378．．．孔洞

623．．．框體

13、2404．．．調整板

1196．．．具微波穿透性之平板

11、2401．．．具微波穿透性的旋轉窗台

1701、2101．．．外圍部

700、701、702、703、704、705、706和707．．．平板

2601、2602、2603、2604．．．生質材料運送器

1974．．．冷卻系統

1703．．．防微波外露裝置

1192．．．底層結構

1300、2408．．．抽取器

1704、1705、1706．．．板塊

801．．．空隙區

1121、1122．．．氣流

1278．．．氣流系統

92．．．氣管

91．．．氣孔

41．．．氣體收集單元

1181、1182．．．氣體管

1633．．．閃電式箭頭

193．．．乾式產物出口

2501、2502、2503、2504．．．區域

1311、1312．．．區間

1503．．．移動軌道

12、2402．．．第一阻擋板

1101．．．第一氣孔

121、2403．．．第二阻擋板

1102．．．第二氣孔

1702、2102．．．通道

621、622、624、625、1401、1402．．．插樁

16、2407．．．腔體

708、2409．．．軸幹

1700、2100．．．開口處

1315．．．傳動軸

191、2251．．．微波產生器

15、2406．．．微波進入口

1、2、26．．．微波輔助式快閃熱裂解系統

110．．．原料(原料物體)

14、2405．．．原料進料口

1502．．．滾輪

31．．．管柱

1901．．．網格式防微波外露裝置

1050、2611、2612、2613、2614．．．熱裂解區域

1117．．．焦炭

1602．．．檔板

192．．．濕氣出口

1211．．．外環(末端)

1371．．．環型元件

1201、1202、1203、1204、1301、1413．．．觸媒網

1051．．．微波能量

411、111、921、922、1192、1122、1366、1551、1552、1001、2201、1371、1372．．．箭頭

631、632．．．標號

71、81、94．．．俯視圖

72．．．側視圖

1212．．．中間區域

1601．．．調盤

圖1(a)、1(b)和1(c)為本發明之部分實施態樣。

圖2(a)和2(b)為本發明部分實施態樣之調整結構。

圖3(a)、3(b)和3(c)為本發明部分實施態樣之氣體收集單元結構。

圖4為本發明部分實施態樣之熱裂解氣體離開腔體路徑。

圖5(a)、5(b)和5(c)為本發明部分實施態樣之具微波穿透性的旋轉窗台之運作側視圖。

圖6(a)、6(b)和6(c)為可應用於本發明之不同形式的具微波穿透性的旋轉窗台。

圖7(a)、7(b)和7(c)為本發明部分實施態樣之具微波穿透性的旋轉窗台之運作俯視圖。

圖8(a)、8(b)、8(c)和8(d)為可應用於本發明部分實施態樣之一種第一阻擋板。

圖9(a)、9(b)和9(c)為可應用於本發明部分實施態樣之一種第一阻擋板。

圖10為可應用於本發明部分實施態樣之一種第二阻擋板。

圖11(a)、11(b)、11(c)和11(d)為可應用於本發明部分實施態樣之一種第二阻擋板。

圖12(a)、12(b)和12(c)為可應用於本發明部分實施態樣之多種調整板。

圖13(a)、13(b)、13(c)、13(d)和13(e)為可應用於本發明部分實施態樣之多種調整板。

圖14(a)和14(b)為可應用於本發明部分實施態樣之多種調整板。

圖15(a)、15(b)和15(c)為可應用於本發明部分實施態樣之多種升降機構。

圖16為可應用於本發明之一實施態樣之一種升降機構。

圖17(a)和17(b)為可應用於本發明部分實施態樣之一種原料進料口。

圖18(a)、18(b)、18(c)和18(d)為可應用於本發明部分實施態樣之多種原料進料口。

圖19為可應用於本發明部分實施態樣之一種原料進料口。

圖20(a)和20(b)為可應用於本發明部分實施態樣之多種原料進料口。

圖21(a)、21(b)和21(c)為可應用於本發明部分實施態樣之多種微波進入口。

圖22為可應用於本發明部分實施態樣之多種微波產生器。

圖23(a)和23(b)為可應用於本發明部分實施態樣之多種抽取器。

圖24為本發明之一種實施態樣。

圖25為本發明之一種實施態樣。

圖26為本發明之一種實施態樣。

26．．．微波輔助式快閃熱裂解系統

2601、2602、2603、2604．．．生質材料運送器

2611、2612、2613、2614．．．熱裂解區域

Claims (13)

1. 一種微波輔助式快閃熱裂解系統，包含：至少一微波產生器，其連接於一腔體；其中該腔體包含；至少一原料進料口、至少一第一阻擋板、一具微波穿透性的旋轉窗台、至少一微波進入口、至少一濕氣出口、以及至少一乾式產物出口；其中該原料進料口是用以將原料引導至該具微波穿透性的旋轉窗台；該原料進料口係設置於該具微波穿透性的旋轉窗台之上方，且設置於該第一阻擋板之前；其中該第一阻擋板是用於平整攤平該原料在該具微波穿透性的旋轉窗台上，並將該腔體分隔為不同的熱裂解區域，該熱裂解區域即用以提供快閃熱裂解反應進行；其中該第一阻擋板設置於該具微波穿透性的旋轉窗台之上，以及在該第一阻擋板和該具微波穿透性的旋轉窗台之間存在一空隙區；其中該空隙區高度是可調整的，而該高度用於決定輸入原料之厚度；其中該具微波穿透性的旋轉窗台會帶動該輸入原料經由該空隙區而進入該熱裂解區域；其中該熱裂解區域設置於該微波進入口上方；其中該微波進入口與該微波產生器連結，用以將微波能量往上地導入該熱裂解區域；該熱裂解區域係設置於該具微波穿透性的旋轉窗台的上方，並將進入之微波能量侷限於第一阻擋板及乾式產物出口之間；其中該濕氣出口與一氣體收集單元連結，用以收集來自該熱裂解區域之濕式熱裂解氣體，且該濕氣出口設置於該具微波穿透性的旋轉窗台之上方；其中該乾式產物出口係與該腔體連結，用以收集於該具微波穿透性的旋轉窗台上之熱裂解後的乾式產物。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微波輔助式快閃熱裂解系統，其中該具微波穿透性的旋轉窗台包含一層材料層、或多層不同之材料層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微波輔助式快閃熱裂解系統，該具微波穿透性的旋轉窗台是用於載送該輸入原料。
4. 如申請專利範圍第2項所述之微波輔助式快閃熱裂解系統，進一步包含一軸幹，其中該軸幹設置於該具微波穿透性的旋轉窗台之中心。
5. 如申請專利範圍第3項所述之微波輔助式快閃熱裂解系統，進一步包含一轉動機構，其中該轉動機構使該具微波穿透性的旋轉窗台進行旋轉。
6. 如申請專利範圍第1項所述之微波輔助式快閃熱裂解系統，進一步包含一具微波穿透性的平板，其具有抗熱衝擊的性質；其中該具微波穿透性的平板，設置於該具微波穿透性的旋轉窗台之上方。
7. 如申請專利範圍第1項所述之微波輔助式快閃熱裂解系統，進一步包含一第二阻擋板，以與該第一阻擋板一同進一步定義該熱裂解區域；其中該第二阻擋板設置於該具微波穿透性的旋轉窗台之上方。
8. 如申請專利範圍第7項所述之微波輔助式快閃熱裂解系統，其中該第一阻擋板和該第二阻擋板進一步包含至少一氣孔以引入惰性氣體。
9. 如申請專利範圍第1項所述之微波輔助式快閃熱裂解系統，進一步包含一調整板和一調整機構，該調整機構之操作為自動的或手動的；其中該調整板與該調整機構連結，且該調整板設置於該具微波穿透性的旋轉窗台和該濕氣出口之間；其中該調整板用於最適化該熱裂解區域，並且用於確保有最大的微波能量可導入該輸入的原料，並讓該輸入的原料吸收；其中該調整板用於將反射回微波磁控管之能量最小化，並使得於該熱裂解區域內的能量效率維持最大化。
10. 如申請專利範圍第9項所述之微波輔助式快閃熱裂解系統，進一步包含一觸媒網，用以進一步裂解化學鍵結，並用以分離濕式熱裂解氣體中化學鍵結之成分；其中該觸媒網設置於該調整板、固定於該調整板、或位於該調整板之下方，且該觸媒網設置於該具微波穿透性的旋轉窗台之上方。
11. 如申請專利範圍第8項所述之微波輔助式快閃熱裂解系統，進一步包含一氣流系統，該氣流系統與該第一阻擋板及該第二阻擋板連接，用以控制各該氣孔之氣流；以及一冷卻系統，該冷卻系統係設於該腔體內，用以控制該腔體之溫度。
12. 如申請專利範圍第1項所述之微波輔助式快閃熱裂解系統，其中在該腔體內的氣體組成包含惰性氣體，且其中氧氣會被排除，且不會添加氧氣 於該腔體中。
13. 一種使用如申請專利範圍第1項之微波輔助式快閃熱裂解系統以讓原料進行快閃熱裂解的方法，該方法包含：引導原料經過一原料進料口而進入一腔體；讓一具微波穿透性的旋轉窗台帶動該原料以使其經過一空隙區而進入一熱裂解區域；其中該空隙區設置於該第一阻擋板和該具微波穿透性的旋轉窗台之間；藉由來自微波進入口之往上方向之微波能量，穿透過該具微波穿透性的旋轉窗台，以將該原料進行熱裂解，其中一濕式熱裂解氣體和熱裂解後之乾式產物將透過快閃熱裂解過程而產生；以一氣體收集單元，經由一濕氣出口，來收集該濕式熱裂解氣體；以及運送該熱裂解後之乾式產物至一乾式產物出口；其中該熱裂解後之乾式產物會運出腔體外。