TWI625386B - Vinegar and activated carbon continuous operation generating device - Google Patents

Abstract

一種醋液與活性炭連續作業生成裝置，包含一裂解單元，與該裂解單元連接的一收集單元及一活化單元。該裂解單元包括一界定出一加熱空間的爐體、一沿一運輸方向輸送的輸送帶、多個間隔設置於該輸送帶上方的加熱器，及一資訊連接於該加熱器的控制器。該爐體具有二將該等加熱空間區分為三個加熱區的隔板，該木質材料在該等加熱區中配合該輸送帶的輸送，受到不同的溫度處理不同時間。溫度在特定溫度範圍時，該加熱空間中的氣體經該收集單元冷凝成醋液。溫度到達臨界溫度時，該活化單元輸入活化氣體與產生的焦油反應，增加活性炭的孔隙度及比表面積。

Description

醋液與活性炭連續作業生成裝置

本發明是有關於一種產物生成裝置，特別是指一種醋液與活性炭連續作業生成裝置。

對於木質材料進行高溫裂解時，會產生有價值的經濟產物，主要有木炭以及木醋液。

當高溫裂解木質材料的製程參數、步驟不同的情況下，會產生性質有所差異的不同木炭種類，其中又以活性炭的經濟價值較高。活性炭和一般單純用以當作燃料之木炭的差異，主要是經過活化的程序，使活性炭具有高比表面積及高孔隙體積，因此活性炭具備極佳的吸附能，故活性炭常作為吸附劑被廣泛的使用，最常見的例如是液態或氣態汙染物的回收及純化。

而所述的木醋液中，含有醋酸、甲酸、酚類等等成分，上述各成分經研究顯示，使用於農作物時有利於作物根部和葉片的生長，並有減緩老化且提高果實風味的效果。除此之外，對於消除家禽糞尿臭味、加速堆肥發酵也有相當的效果。

然而，傳統的高溫裂解製程中，在對木質材料加熱的過程中會產生焦油，而所述的焦油會因填充於生成之活性炭的部分孔隙中，造成活性炭的比表面積變小，因而影響製成之活性炭的品質。另外，由於木醋液在高溫裂解製程中，必須以收集氣體而冷凝的方式獲得，考量到製造活性炭的過程中所需的溫度，以及可能通入其他氣體而幫助生成的需要，目前並沒有在製造活性炭的同時有效收集醋液之氣體的生成裝置，因此發明人特針對生成高品質活性炭且同時獲得有經濟價值之木醋液的需求，積極進行相關裝置的研究開發。

因此，本發明之目的，即在提供一種能生成高品質之活性炭，並能在一次性作業中同時獲得醋液的醋液與活性炭連續作業生成裝置。

於是，本發明醋液與活性炭連續作業生成裝置，適用於處理一木質材料而製造出醋液與活性炭，並包含一裂解單元、一連接於該裂解單元的收集單元，及一連接於該裂解單元的活化單元。

該裂解單元包括一界定出一容置該木質材料之加熱空間的爐體、一設置於該加熱空間中並能供該木質材料放置且沿一運輸方向輸送的輸送帶、多個沿該運輸方向間隔設置於該輸送帶上方的加熱器，及一資訊連接於該等加熱器的控制器。該爐體具有二將該加熱空間沿該運輸方向依序分隔為一第一加熱區、一第二加熱區，及一第三加熱區的隔板，該等加熱器是分別設置於該第一加熱區、該第二加熱區，及該第三加熱區中。

該收集單元包括一連通於該第二加熱區的收集管路、一設置於該收集管路中的熱交換器，及一連通於該收集管路末端的收集瓶。

該活化單元包括一用以儲存活化用之氣體的儲存瓶，及一連通於該儲存瓶與該第三加熱區之間的充氣管路。

該控制器藉由控制該等加熱器而控制該第一加熱區、該第二加熱區，以及該第三加熱區中的溫度。該木質材料在該第一加熱區中，該木質材料的溫度升至一第一溫度，該木質材料在該第二加熱區中，該木質材料的溫度是由該第一溫度升至一第二溫度，該第二加熱區中的氣體經由該收集管路，在該熱交換器冷凝形成醋液後流入該收集瓶，該木質材料在該第三加熱區中，該木質材料的溫度是由該第二溫度升至一臨界溫度，該儲存瓶輸出該活化用之氣體並經由該充氣管路填充至該第三加熱區中，與該木質材料製成之活性炭中產生的焦油反應，增加所述活性炭的孔隙度及比表面積。

本發明之功效在於：木質材料在該加熱空間中進行熱裂解時，能藉由該輸送帶控制該木質材料在該第一加熱區、該第二加熱區，及該第三加熱區受到的加熱溫度以及受熱時間，在熱裂解的過程中，該收集單元能收集該第二加熱區中因熱裂解產生的氣體，並冷凝製成醋液，而該活化單元輸入該第三加熱區中的活化氣體，能排出熱裂解於製造活性炭的過程中所產生的焦油，或者與所述的焦油反應，藉此增加所述活性炭的孔隙度及比表面積，提高所製成之活性炭的品質，也能達成同時製造醋液以及活性炭的目的。

參閱圖1與圖2，本發明醋液與活性炭連續作業生成裝置之一實施例，適用於處理一木質材料9而製造出醋液與活性炭，並包含一裂解單元1、一連接於該裂解單元1的收集單元2、一連接於該裂解單元1的活化單元3，及一連接於該裂解單元1的安全單元4。

該裂解單元1包括一界定出一容置該木質材料9之加熱空間110的爐體11、一設置於該加熱空間110中並能供該木質材料9放置且沿一運輸方向D以維持一定值之輸送速度輸送的輸送帶12、多個沿該運輸方向D間隔設置於該輸送帶12上方的加熱器13，及一資訊連接於該等加熱器13的控制器14。該爐體11具有二將該加熱空間110沿該運輸方向D依序分隔為一第一加熱區101、一第二加熱區102，及一第三加熱區103的隔板111，該等加熱器13是分別設置於該第一加熱區101、該第二加熱區102，及該第三加熱區103中，且該第一加熱區101、該第二加熱區102，及該第三加熱區103沿該運輸方向D的長度不同。其中，每一加熱器13具有一供電部131，及一連接於該供電部131，並用以將電能轉換為熱能的電熱部132。

該收集單元2包括一連通於該第二加熱區102的收集管路21、一設置於該收集管路21中的熱交換器22、一連通於該收集管路21末端的收集瓶23、一連通於該熱交換器22的分流管路25、一設置於該分流管路25中的開關閥26、一設置於該分流管路25中並用於再一次進行冷凝的冰水機27，及一連接於該分流管路25末端並用於蒸餾而取得高純度醋液的蒸餾台28。

該活化單元3包括一用以儲存活化用之氣體的儲存瓶31，及一連通於該儲存瓶31與該加熱空間110之間的充氣管路32。

該安全單元4包括一連通於該加熱空間110的檢測管路41、一設置於該檢測管路41中並用以測量該加熱空間110中之一壓力值的壓力表42，及一安裝於該檢測管路41末端並與該壓力表42資訊連接的安全閥43。

同時參閱圖1至圖3，使用該實施例製造醋液以及活性炭時，將欲使用的木質材料9置入該加熱空間110中，透過預先設定該輸送帶12之輸送速度，配合該第一加熱區101、該第二加熱區102，該第三加熱區103的不同長度，即能控制該木質材料9在該第一加熱區101、該第二加熱區102，以及該第三加熱區103的溫度以及受加熱的時間。其中，在本實施例中，是以該第一加熱區101、該第二加熱區102，及該第三加熱區103沿該運輸方向D之長度比為1:3:2的情況來說明，但實際實施時可依據該木質材料9的特性，或者其他需求考量來調整設計，不以本實施例之長度比為限。

當該木質材料9在該第一加熱區101中時，溫度是自常溫升至200℃，由於該木質材料9中含有的水分會在此時大量釋放，為了提高所製成之醋液的品質，該收集單元2並不會收集該第一加熱區101中產生的氣體，避免該收集單元2收集過多水氣而影響製成之醋液的品質。

隨著該輸送帶12而運輸，在該木質材料9通過該第二加熱區102的過程中，該加熱溫度從200℃提高至500℃，並且維持在500℃一段時間。由於該收集單元2的該收集管路21是連通於該第二加熱區102，故在該第二加熱區102中產生的氣體，會由該收集管路21收集。特別是當該木質材料9受到維持在500℃的溫度加熱一段時間，該木質材料9當中的醋成分較能完整釋放，以完整收集得以冷凝為醋液的氣體。接著，所收集的氣體會在該熱交換器22冷凝形成醋液後流入該收集瓶23，藉以得到高品質的醋液。要特別說明的是，配合該木質材料9的種類、體積、質量等等因素的綜合考量，該實施例實際實施時，在該第二加熱區102維持在500℃的溫度加熱的時間，約需要至少維持2至3小時為佳，而所述的時間得以藉由調整該輸送帶12的輸送速度，或者改變該第二加熱區102的長度來設定。

另外，由於實際使用醋液時，可能會需要純度、濃度更高的醋成分，故本發明還可以藉由該收集單元2的開關閥26，使經由該熱交換器22的部分氣體通過該分流管路25，經由該冰水機27而流至該蒸餾台28中，藉此使氣體經過該冰水機27而冷凝後，再由該蒸餾台28進行蒸餾，以蒸餾方式分離沸點不同成分，藉此得到濃度更高、成分更純的醋液，提供不同的使用需求。

最後，當該木質材料9繼續由該該輸送帶12輸送至該第三加熱區103，該木質材料9由該輸送帶12自該第一加熱區101輸送至該第三加熱區103的過程中，因持續受到高溫作用而炭化，過程中的孔隙度會持續提高。在該第三加熱區103中，該木質材料9的溫度超過500℃時，即會開始產生影響孔隙度的焦油，直到溫度到達一臨界溫度，也就是700℃時，該活化單元3之儲存瓶31輸出該活化用之氣體，並經由該充氣管路32填充至該第三加熱區103中，與製成之活性炭中產生的焦油反應。其中，所述的活化用之氣體為水氣、二氧化碳、氧氣，或上述氣體的任一組合，藉由所述活化用之氣體與碳元素的反應，能排出孔隙中的焦油之沉澱物，打開原本封閉的微孔，並使得所述微孔擴張，有效增加孔隙度和比表面積。由於評估活性炭之品質的重要關鍵，即是高孔隙度以及高比表面積所能產生的優良吸附性，故使用該實施例進行上述流程，確實得以製成品質優良的活性炭。

該裂解單元1持續以高溫裂解該木質材料9時，會產生許多氣體充滿於該加熱空間110中，為了防止該收集單元2作動失誤或者反應過慢而造成危險，該安全單元4的壓力表42得以持續監控該加熱空間110內的壓力值，在該壓力值大於一預設的臨界值時，使該安全閥43開啟而排出該加熱空間110中的氣體，避免氣體壓力持續累積於該加熱空間110中而使相關元件損壞，甚至是該爐體11因壓力過高而爆裂的情況。

綜上所述，本發明醋液與活性炭連續作業生成裝置，能在單次性的連續製程中製成醋液以及活性炭，且能取得純度較高的醋液，以及比表面積較大的活性炭，有效提高所製成之醋液及活性炭的品質，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧裂解單元

101‧‧‧第一加熱區

102‧‧‧第二加熱區

103‧‧‧第三加熱區

11‧‧‧爐體

110‧‧‧加熱空間

111‧‧‧隔板

12‧‧‧輸送帶

13‧‧‧加熱器

131‧‧‧供電部

132‧‧‧電熱部

14‧‧‧控制器

2‧‧‧收集單元

21‧‧‧收集管路

22‧‧‧熱交換器

23‧‧‧收集瓶

25‧‧‧分流管路

26‧‧‧開關閥

27‧‧‧冰水機

28‧‧‧蒸餾台

3‧‧‧活化單元

31‧‧‧儲存瓶

32‧‧‧充氣管路

4‧‧‧安全單元

41‧‧‧檢測管路

42‧‧‧壓力表

43‧‧‧安全閥

9‧‧‧木質材料

D‧‧‧運輸方向

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一系統配置圖，說明本發明醋液與活性炭連續作業生成裝置的一實施例； 圖2是一局部放大圖，說明該實施例之一裂解單元運作的情況；及 圖3是一溫度-時間關係圖，用以說明使用該實施例製造醋液以及活性炭的過程。

Claims (5)

1. 一種醋液與活性炭連續作業生成裝置，適用於處理一木質材料而製造出醋液與活性炭，並包含：一裂解單元，包括一界定出一容置該木質材料之加熱空間的爐體、一設置於該加熱空間中並能供該木質材料放置且沿一運輸方向以定值之運輸速度輸送的輸送帶、多個沿該運輸方向間隔設置於該輸送帶上方的加熱器，及一資訊連接於該等加熱器的控制器，該爐體具有二將該加熱空間沿該運輸方向依序分隔為一第一加熱區、一第二加熱區，及一第三加熱區的隔板，該等加熱器是分別設置於該第一加熱區、該第二加熱區，及該第三加熱區中，其中，該第一加熱區、該第二加熱區，及該第三加熱區沿該運輸方向的長度不同；一收集單元，連接於該裂解單元，並包括一連通於該第二加熱區的收集管路、一設置於該收集管路中的熱交換器，及一連通於該收集管路末端的收集瓶；及一活化單元，連接於該裂解單元，包括一用以儲存活化用之氣體的儲存瓶，及一連通於該儲存瓶與該第三加熱區之間的充氣管路；該控制器藉由控制該等加熱器而控制該第一加熱區、該第二加熱區，以及該第三加熱區中的溫度，該木質材料在該第一加熱區中，該木質材料的溫度升至200℃，該木質材料在該第二加熱區中，該木質材料的溫度是由200℃升至500℃，該第二加熱區中的氣體經由該收集管 路，在該熱交換器冷凝形成醋液後流入該收集瓶，該木質材料在該第三加熱區中，該木質材料的溫度是由500℃升至700℃，該儲存瓶輸出該活化用之氣體並經由該充氣管路填充至該第三加熱區中，與該木質材料製成之活性炭中產生的焦油反應，增加所述活性炭的孔隙度及比表面積。
2. 如請求項1所述的醋液與活性炭連續作業生成裝置，其中，該收集單元還包括一連通於該熱交換器的分流管路、一設置於該分流管路中的開關閥、一設置於該分流管路中並用於再一次進行冷凝的冰水機，及一連接於該分流管路末端並用於蒸餾而取得高純度醋液的蒸餾台。
3. 如請求項1所述的醋液與活性炭連續作業生成裝置，其中，該裂解單元的每一加熱器具有一供電部，及一連接於該供電部並用以將電能轉換為熱能的電熱部。
4. 如請求項1所述的醋液與活性炭連續作業生成裝置，其中，該活化單元的儲存瓶所儲存之活化用的氣體為水氣、二氧化碳、氧氣，或上述氣體的任一組合。
5. 如請求項1所述的醋液與活性炭連續作業生成裝置，還包含一連接於該裂解單元的安全單元，該安全單元包括一連通於該加熱空間的檢測管路、一設置於該檢測管路中並用以測量該加熱空間中之一壓力值的壓力表，及一安裝於該檢測管路末端，並與該壓力表資訊連接的安全閥，在該壓力值大於一臨界值時，該安全閥開啟而排出該加熱空間中的氣體。