TWI776507B - 以廢棄餐具作為黏合劑製作生質燃料的方法，及生質燃料的材料組成 - Google Patents

以廢棄餐具作為黏合劑製作生質燃料的方法，及生質燃料的材料組成 Download PDF

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Abstract

一種以廢棄餐具作為黏合劑製作生質燃料的方法，依序包含以下步驟：將一第一組成物以熱處理方式移除水分，並將該第一組成物及一第二組成物以重量比值1至2.5的比例混合，其中，該第一組成物選自非有害廢棄物，該第二組成物選自竹筷，及含聚丙烯之廢棄餐具；以加熱擠壓的方式使該混合物形成坯體；對該等坯體進行焙燒以製得該生質燃料。本案通過移除水分的步驟降低該生質燃料的吸濕性，而更有利於儲存，並通過添加該第二組成物作為黏合劑，而提升所製得的該生質燃料的緻密性與熱穩定性，使其能具有較高的熱值。此外，本發明還提供一種生質燃料的材料組成。

Description

以廢棄餐具作為黏合劑製作生質燃料的方法，及生質燃料的材料組成
本發明是有關於一種燃料的製作方法及其組成，特別是指一種生質燃料的製作方法及其組成。
現代人會自生活中產生許多種類的廢棄物，且大都是於廢棄後送往焚化廠進行焚化處理，其中，該些廢棄物中的塑膠製品因本身含有高熱值、高含氯量及重金屬成分，若同樣以焚化的方式處理，會使焚化爐的壽命縮短，且容易產生戴奧辛等有毒物質而對環境造成污染。因此，針對該些廢棄物中的塑膠製品，如何提供更多元的去化管道為目前相當重要的環保課題。
此外，部分的廢棄物因本身具有可燃性而有供轉換為熱能的應用價值，於回收後經由碎裂、乾燥及造粒等製程以製成固體廢棄物衍生燃料(Refuse Derived Fuel，RDF)，及固體回收燃料(Solid Recovered Fuel，SRF)，可藉此減少廢棄物數量，並作為能源使用。然而，該些廢棄物因本身含水量高、熱值低，及能量密度低等特性，其熱能的轉換效率有限，且因含水量高而容易腐壞，因此有不易儲存、運輸等問題。
因此，本發明的目的，即在提供一種以廢棄餐具作為黏合劑製作生質燃料的方法，用以製作一具有高熱值且易於保存的生質燃料。
於是，本發明以廢棄餐具作為黏合劑製作生質燃料的方法，包含一除水步驟、一混合步驟、一坯體產生步驟，及一焙燒步驟。
該除水步驟是將一第一組成物以熱處理的方式移除水分，使該第一組成物的含水量不大於10%，其中，該第一組成物為非有害廢棄物。
該混合步驟是將移除水分後的該第一組成物與一第二組成物以重量比值介於1至2.5的比例混合，得到一混合物，其中，該第二組成物為廢棄餐具，包括竹筷，及含有聚丙烯之廢棄餐具，且該第一組成物不同於該第二組成物。
該坯體產生步驟是將該混合物在壓力不大於40kgf/cm 2，溫度不低於150℃的條件下以加熱擠壓成型的方式形成多數坯體。
該焙燒步驟是以培燒的溫度介於225℃至300℃，時間介於1至3小時的條件下焙燒該等坯體，以製得一生質燃料。
又，本發明的另一目的，即在提供一種生質燃料的材料組成，供用於製作一具有高熱值且易於保存的生質燃料。
於是，本發明生質燃料的材料組成，包含一第一組成物，及一第二組成物。
該第一組成物為非有害廢棄物，且含水量不大於10wt%。該第二組成物為廢棄餐具，包括竹筷，及含有聚丙烯之廢棄餐具。其中，該第一組成物及該第二組成物的重量比值介於1至2.5，且該第一組成物不同於該第二組成物。
本發明的功效在於：通過該除水步驟移除該第一組成物的含水量，以降低該生質燃料的含水量，而更有利於製得的生質燃料的儲存。此外，通過利用廢棄餐具作為該第二組成物的來源，利用廢器餐具的竹筷及含有聚丙烯之廢棄餐具作為該等坯體中的黏合劑，而提升所製得的該生質燃料的緻密性與熱穩定性，使其能具有較高的熱值。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
本發明以廢棄餐具作為黏合劑製作生質燃料的方法的一實施例，是利用一適用於製作生質燃料的材料組成所製得，且該材料組成包含一第一組成物，及一第二組成物。
該第一組成物為非有害廢棄物，且含水量不於10wt%，該第二組成物為廢棄餐具，包括竹筷，及含有聚丙烯之廢棄餐具，其中，該第一組成物的重量不小於該第二組成物的重量，該第一組成物及該第二組成物的重量比值介於1至2.5，且該第一組成物不同於該第二組成物。
要說明的是，於本說明書中，非有害廢棄物的定義是依據環保署之廢棄物清理法第二條所規定的一般廢棄物，及一般事業廢棄物。一般廢棄物泛指事業廢棄物以外之廢棄物，一般事業廢棄物泛指由事業所產生有害事業廢棄物以外之廢棄物。其中，該一般廢棄物為生活產生之廢棄物；該一般事業廢棄包括事業活動產生之一般性垃圾、一般性醫療廢棄物、人體或動物用藥、營建廢棄物，及再利用之廢棄物(例如：廢紙、廢鐵、廢玻璃、廢塑膠、非金屬、廢食用油、廚餘，及廢水泥電桿等)。
在本實施例中，該非有害廢棄物是以生活垃圾(即一般廢棄物)、廚餘，及咖啡渣為例，且該第一組成物是經由熱處理而使自身的含水量不大於10wt%。
該第二組成物的來源為廢棄餐具，其中，竹筷可以是一次性使用的免洗筷，含有聚丙烯之廢棄餐具則可包括免洗碗、盤、叉子、湯匙等餐具，且該第二組成物與該第一組成物不同，即於本案中，該第一組成物之非有害廢棄物的範圍不包含該第二組成物。
參閱圖1，本發明以廢棄餐具作為黏合劑製作生質燃料的方法的該實施例包含一除水步驟21、一混合步驟22、一坯體產生步驟23，及一焙燒步驟24。
該除水步驟21是將該第一組成物在溫度約105℃的條件下以熱處理的方式移除水分，使該第一組成物的含水量不大於10%。該除水步驟21能使移除水分的該第一組成物保持恆重，而在後續應用時利於保存且不易發霉或腐壞。
接著，進行該混合步驟22，將移除水分後的該第一組成物與一第二組成物粉碎後，以重量比值介於1至2.5的比例混合，而構成一混合物，且該第一組成物的重量不小於該第二組成物的重量。
於一些實施例中，經除水後的該第一組成物與該第二組成物是以重量比例為1:1的條件混合，該第二組成物僅選自該竹筷及該含有聚丙烯之廢棄餐具，且該竹筷及該含有聚丙烯之廢棄餐具的重量比值為0.5至1.5。較佳地，該竹筷與該含有聚丙烯之廢棄餐具以重量比例為2:3或3:2的比例混合，此時整體材料組成可於後續形成具有最高熱值的生質燃料。
於另一些實施例中，經除水後的該第一組成物與該第二組成物的重量比例為7:3，該第二組成物僅選自該竹筷及該含有聚丙烯之廢棄餐具，且該竹筷及該含有聚丙烯之廢棄餐具的重量比值為0.5至2。較佳地，該竹筷與該含有聚丙烯之廢棄餐具以重量比例為2:1或1:2的比例混合，此時整體材料組成可於後續形成具有最高熱值的生質燃料。
要說明的是，該第一組成物及該第二組成物於混合前也可經過適當的分離及破碎處理，以減少廢棄物中不可燃及不適燃的物質，而使該第一組成物及第二組成物的性質更均一，再經由破碎處理而使該第一組成物及該第二組成物粉碎成適當的粒徑大小，更有利於充分混合，以進行後續製程。前述該分離及破碎處理的方法為本技術領域者知悉，並會依據廢棄物來源及組成而有不同，故於此不再多加說明。
該坯體產生步驟23是將該混合物在壓力不大於40kgf/cm 2，溫度不低於150℃的條件下以加熱擠壓成型的方式形成多數坯體。該等坯體可依需求而有各種不同的尺寸、形狀，例如圓柱狀或錠狀，並無具體之限制。較佳地，該胚體產生步驟23是在壓力約為40±5kgf/cm 2，溫度約為150±5℃的條件下進行。
詳細的說，該含有聚丙烯之廢棄餐具在該混合物中可視為一接合成分以作為黏合劑使用。而該竹筷本身含有木質素，木質素為一種具有三維網狀結構的聚合物且為植物的主要構成成分之一，因此，也可視為天然的黏合劑，而更有利於促進該混合物中各組分的黏接。因此，本發明透過利用該第二組成物的添加，利用含有聚丙烯之廢棄餐具及竹筷本身的特性，可在製備生質燃料的過程作為黏合劑，而能提升該混合物的穩定性及緻密性，此外，因為該第二組成物的來源為廢棄餐具，因此，還可有效再利用廢棄物，並額外提供廢棄物的去化管道。
該焙燒步驟24是焙燒該等坯體，以製得一生質燃料，且焙燒的溫度介於225℃至300℃，時間介於1小時至3小時。其中，該生質燃料可以是固體回收燃料(Solid recovered fuel，SRF)，也可以是固體廢棄物衍生燃料(Refuse-derived fuel，RDF)。
在本實施例中，該焙燒步驟24是透過一高溫爐，使該等坯體置於一充滿氮氣氣氛且無氧氣的環境下進行焙燒。較佳地，該焙燒的溫度為300℃，焙燒時間為1小時。
詳細的說，該焙燒步驟24於一開始先進一步除去該等坯體中含有的剩餘水分，以降低其O/C比值與H/C比值；接著，該等坯體內部產生質傳(mass transfer)及熱傳遞阻力，且有部分較低分子量的有機化合物揮發，而令該等坯體在焙燒的過程中減少部分重量，並使該等坯體的結構(例如木質素的醣類結構)發生變化，而形成具有熱值的該生質燃料。此外，要說明的是，由於該竹筷中所含有的木質素也為一種吸濕性高的材料，因此當該焙燒步驟24的焙燒溫度低於225℃時，會無法有效移除該等坯體中的剩餘水分，反而不易儲存，並使該生質燃料的能量密度降低，而限制了該生質燃料的應用性。當該焙燒步驟24的焙燒溫度高於300℃，則容易直接造成生物質的燃燒，而不利於該生質燃料的形成。
茲以下述具體例說明以本發明該實施例的材料組成利用前述之方法所製得的生質燃料。然實際實施時，本發明之方法的條件參數(例如焙燒溫度、時間等)、該第一組成物與該第二組成物的混合比例，及該第二組成物之組分等並不以下述之具體例為限。
具體例1
首先，準備第一組成物，及第二組成物，其中，該第一組成物選自咖啡渣，該第二組成物選自竹筷及含有聚丙烯之塑膠湯匙，且該第二組成物的竹筷與含有聚丙烯之塑膠湯匙的重量比例為2:3。
將經過破碎處理後的該第一組成物在溫度約為105℃以熱處理的方式移除水分，使其含水量不大於10%。
然後，將移除水分後的該第一組成物與一經過破碎處理的第二組成物以重量比例1:1的比例混合(也就是該具體例1的混合物中，第一組成物:竹筷:含有聚丙烯之廢棄餐具的重量比例為5:2:3)，而構成一混合物。
接著，將該混合物於溫度150℃、壓力40kgf/cm 2的條件下，以加熱擠壓成型的方式形成多個成圓柱狀的坯體。
最後，將該等坯體置放於一高溫管狀爐中，並使其內部為一充滿氮氣且無氧氣的環境，並以溫度約300℃、焙燒時間1小時的條件下進行焙燒，以製得該具體例1的生質燃料。
具體例2至4
該具體例2至4是以與該具體例1之材料相同，以及利用雷同的方法製備生質燃料。不同處在於：
該具體例2的混合物是以第一組成物:竹筷:含有聚丙烯之塑膠湯匙的重量比例為5:3:2組成。
該具體例3的混合物是以第一組成物:竹筷:含有聚丙烯之塑膠湯匙的重量比例為7:1:2組成。
該具體例4的混合物是以第一組成物:竹筷:含有聚丙烯之塑膠湯匙的重量比例為7:2:1組成。
將前述該具體例1至4的材料組成比例及所製得之生質燃料進行熱值的計算，並將其數據結果整理如表1。
表1
重量比例 第一組成物 第二組成物 熱值(kcal/kg)
竹筷 含有聚丙烯之塑膠湯匙
具體例 1 5 2 3 5,905
2 5 3 2 5,666
3 7 1 2 5,366
4 7 2 1 5,171
比較例 1 A級亞煙煤 - - 5,836
2 B級亞煙煤 - - 5,280
由表1可以得知，比較例1至2之亞煙煤燃料的熱值約介於5,200至5,850kcal/kg，而由本案之方法所製得的生質燃料的熱值可達5,000kcal/kg以上，且於該具體例1至4中，當該第一組成物與該第二組成物之重量組成在特定的比例下，其熱值可達到5,100至5,905 kcal/kg，顯示該等具體例所製得的生質燃料具有優秀的能源效率，且其熱值不低於傳統火力發電之燃料(即比較例1至2)的熱值。
綜上所述，本發明以廢棄餐具作為黏合劑製作生質燃料的方法通過該除水步驟21移除該第一組成物的含水量，以降低該生質燃料的吸濕性，而更有利於後續的儲存，且不易腐壞；通過該第二組成物(竹筷及含有聚丙烯之廢棄餐具)的添加以作為黏合劑，而提升該生質燃料的緻密性、熱穩定性，進而提升其能量密度而具有較高的熱值，更有利於生質燃料的應用。此外，本發明之方法還可提供一去化管道供處理廢棄後的非有害廢棄物及廢棄餐具，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
21:除水步驟 22:混合步驟 23:坯體產生步驟 24:焙燒步驟
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一流程圖，說明本發明以廢棄餐具作為黏合劑製作生質燃料的方法的一實施例。
21:除水步驟
22:混合步驟
23:坯體產生步驟
24:焙燒步驟

Claims (10)

  1. 一種以廢棄餐具作為黏合劑製作生質燃料的方法，包含：一除水步驟，將一第一組成物以熱處理的方式移除水分，使該第一組成物自身的含水量不大於10%，其中，該第一組成物為廢棄餐具以外的非有害廢棄物；一混合步驟，將移除水分後的該第一組成物與一第二組成物以重量比值介於1至2.5的比例混合，得到一混合物，其中，該第二組成物為廢棄餐具，包括竹筷，及含有聚丙烯之廢棄餐具，且該第一組成物不同於該第二組成物；一坯體產生步驟，將該混合物在壓力不大於40kgf/cm2，溫度不低於150℃的條件下以加熱擠壓成型的方式形成多數坯體；及一焙燒步驟，以培燒溫度介於225℃至300℃，時間介於1小時至3小時的條件下焙燒該等坯體，以製得一生質燃料。
  2. 如請求項1所述的方法，其中，該混合步驟中，經除水後的該第一組成物與該第二組成物的重量比例為1：1，該第二組成物由該竹筷及該含有聚丙烯之廢棄餐具構成，且該竹筷及該含有聚丙烯之廢棄餐具的重量比例為2：3或3：2。
  3. 如請求項1所述的方法，其中，該混合步驟中，經除水後的該第一組成物與該第二組成物的重量比例為7：3，該第二組成物由該竹筷及該含有聚丙烯之廢棄餐具構成，且該竹筷及該含有聚丙烯之廢棄餐具的重量比例為2：1或1：2。
  4. 如請求項1所述的方法，其中，該焙燒步驟是在氮氣氣氛且無氧氣的環境下進行，且該溫度控制在約為300℃，焙燒時間為1小時。
  5. 如請求項1所述的方法，其中，該胚體產生步驟是在壓力介於40±5kgf/cm2，溫度介於150±5℃的條件下，將該混合物以加熱擠壓成型的方式形成該等坯體。
  6. 一種生質燃料的材料組成，適用於製作生質燃料，包含：一第一組成物，為廢棄餐具以外的非有害廢棄物，且含水量不大於10wt%；及一第二組成物，第二組成物為廢棄餐具，包括竹筷，及含有聚丙烯之廢棄餐具，其中，該第一組成物及該第二組成物的重量比值介於1至2.5，且該第一組成物不同於該第二組成物。
  7. 如請求項6所述的生質燃料的材料組成，其中，該第一組成物與該第二組成物的重量比例為1：1，該第二組成物由該竹筷及該含有聚丙烯之廢棄餐具構成。
  8. 如請求項6所述的生質燃料的材料組成，其中，該第一組成物與該第二組成物的重量比例為7：3，該第二組成物由該竹筷及該含有聚丙烯之廢棄餐具構成。
  9. 如請求項7所述的生質燃料的材料組成，其中，該竹筷及該含有聚丙烯之廢棄餐具的重量比例為2：3或3：2。
  10. 如請求項8所述的生質燃料的材料組成，其中，該竹筷及該含有聚丙烯之廢棄餐具的重量比例為2：1或1：2。
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