TWI793050B - 燃料氣生成裝置和方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種燃料氣生成裝置，包含一分層塔式爐和一加熱設備，且該分層塔式爐包含一容置空間，並由第一導氣單元和至少一第二導氣單元區分為下層混合室、中層混合室和上層混合室，且該至少一第二導氣單元具有複數旋風式噴氣單元。本發明另提供一種燃料氣生成方法。本發明之燃料氣生成裝置和方法具有優秀的熱傳和質傳效果，並可進行熱解反應以生成可再利用的燃料氣，除可減少整體能耗，亦可實現循環經濟理念。
Description
本發明係有關於燃料氣生成裝置和方法，尤其是利用廢棄物的燃料氣生成裝置和方法。
常見的廢棄物處理方法包含焚化法、熱解法、熔融法和熔煉法，皆係運用熱化學處理來改變廢棄物之組成和物理、化學及生物性質。
上述焚化法、熔融法及熔煉法的操作溫度皆須高達1000
○C，其中，焚化法係將有機物分解為安定之氣體，例如：無害之二氧化碳與水蒸氣，和物質；熔融法係使有害有機物質氧化或使重金屬揮發，其餘有害物質則存留於熔渣中；以及熔煉法係將廢棄物併入金屬高溫冶煉製程。因焚化法、熔融法及熔煉法皆需投入大量的燃料或能源，故具有高操作成本。
熱解法的操作溫度則相對較低，一般低於1000
○C，且所得產物可包含燃料或化學原料，例如：中國專利公告號CN109628682B即係將廢舊塑膠顆粒熱解為煤氣以供煉鋼使用。然而，如何有效提升廢棄物轉換為燃料或化學原料的效率，則為一須持續研究的問題。
為解決上述問題，本發明提供一種燃料氣生成裝置，包含一分層塔式爐，包含一容置空間；一第一導氣單元，具有間隔設置的複數穿孔；和至少一第二導氣單元，具有複數通孔和複數旋風式噴氣單元，其中該複數通孔彼此間隔設置，各該旋風式噴氣單元具有一連通道，且各該旋風式噴氣單元之連通道分別與各該通孔位置相對應且相互連通，並從該分層塔式爐之底部至頂部之方向，依序設置該第一導氣單元和該至少一第二導氣單元，使該容置空間區分成彼此連通的複數層混合室；其中，該複數層混合室包含位於該分層塔式爐之底部和該第一導氣單元之間的下層混合室，位於該第一導氣單元和該至少一第二導氣單元之間的中層混合室，以及位於該分層塔式爐之頂部和該至少一第二導氣單元之間的上層混合室；一供氣口，用於提供反應氣體；一第一供料口，用於提供導熱材料；一第二供料口，用於提供目標有機物；一第一排料口，用於排出處理後之目標有機物，且該處理後之目標有機物包含該燃料氣；和一第二排料口，用於排出該導熱材料；其中，該容置空間、該供氣口、該第一供料口、該第二供料口、該第一排料口和該第二排料口彼此相互連通，且該供氣口設於該下層混合室；以及一加熱設備，連接或圍繞該分層塔式爐。
本發明設置供氣口和第一導氣單元可使導熱材料、目標有機物和反應氣體於該容置空間中形成流體化床(fluidized bed)，以提升熱傳與質傳效率，並透過該至少一第二導氣單元之複數旋風式噴氣單元來大幅提升導熱材料、目標有機物和反應氣體之混合效果，以提升熱解成效，並降低或避免生成戴奧辛，以及降低或避免分層塔式爐內部結垢。此外，相較於傳統之單一爐管，本發明透過第一導氣單元和至少一第二導氣單元區隔出複數層混合室，可精準控制每一層混合室的熱解法反應環境，而進一步提升熱解成效，並提升上層混合室之燃料氣含量。
基於本發明係透過熱化學處理將目標有機物轉換為燃料氣，因該目標有機物屬於廢棄物，故本發明除可達到廢棄物減容和減重之目的，亦生成可再利用的燃料氣，使廢棄物能資源化，而屬於新穎綠色化學之範疇。
在一實施態樣中，該分層塔式爐呈管狀。
在一實施態樣中，該分層塔式爐具有一內壁，且該內壁圍繞該容置空間。
在一實施態樣中，該第一供料口設於該上層混合室，但不以此為限；較佳的，該第一供料口設於該分層塔式爐之頂部，而可同時作為觀察孔(sight hole)。
在一實施態樣中，該第二供料口設於該中層混合室，但不以此為限。
在一實施態樣中，該第一排料口設於該上層混合室，但不以此為限；較佳的，該第一排料口鄰近該分層塔式爐之頂部。
在一實施態樣中，該第二排料口設於該下層混合室，但不以此為限；較佳的，該第二排料口設於該分層塔式爐之底部，以利收集導熱材料或未氣化的目標有機物。
在一實施態樣中，該上層混合室之寬度沿該至少一第二導氣單元至該分層塔式爐之頂部之方向漸增。換句話說，鄰近該分層塔式爐之頂部之寬度大於鄰近該至少一第二導氣單元之寬度。本發明透過上層混合室寬度漸增之設計，可有效降低目標有機物之上升速度，並避免導熱材料從第一供料口溢脫而出，或避免尚未完全氣化的目標有機物之固體顆粒進入第一排料口。
在一實施態樣中，該上層混合室的寬度大於該中層混合室之寬度。
在一實施態樣中，該上層混合室設有濾網。較佳的，該濾網設於該第一排料口和該至少一第二導氣單元之間。更佳的，該濾網設於該上層混合室之寬度漸增之起始處，以加強避免尚未完全氣化的目標有機物之固體顆粒進入第一排料口。
在一實施態樣中，該至少一第二導氣單元包含1個第二導氣單元。
在一實施態樣中，該至少一第二導氣單元包含複數第二導氣單元，且位於相鄰之任二該第二導氣單元之間的任一混合室為中上層混合室。較佳的，該複數第二導氣單元彼此平行。更佳的，該複數第二導氣單元為2個至8個。
在一實施態樣中，該複數第二導氣單元彼此並聯。較佳的，該複數第二導氣單元沿該分層塔式爐之底部至頂部之方向依序並聯，例如：該複數第二導氣單元為2個第二導氣單元，並沿該分層塔式爐之底部至頂部之方向依序設置，以及各自與至少一導氣設備連接，以利該至少一導氣設備同步供氣給各該第二導氣單元。換句話說，該反應氣體離開該至少一導氣設備後，即分流至各該第二導氣單元，而非先送至鄰近該分層塔式爐之底部的第二導氣單元後，剩餘的反應氣體再送至鄰近該分層塔式爐之頂部的第二導氣單元。
在一實施態樣中，該上層混合室的寬度大於各該中上層混合室之寬度。
在一實施態樣中，該下層混合室、中層混合室和各該中上層混合室的寬度皆相等。
在一實施態樣中，該第一導氣單元具有相對的第一平面和第二平面，且各該穿孔從該第一平面延伸至該第二平面，並以該第一平面之總面積為基準，各該穿孔位於該第一平面之孔截面積總計為0.1至1.5%。
依據本發明，該第一導氣單元的第一平面朝向該分層塔式爐之頂部；以及該第一平面之總面積未扣除各該穿孔之孔截面積。
在一實施態樣中，該第一導氣單元為一反應氣體分散盤。較佳的，該反應氣體分散盤之材質為不鏽鋼，但不以此為限。
在一實施態樣中，該第一導氣單元係水平設置，亦即約與從該分層塔式爐之底部至頂部之方向垂直。
在一實施態樣中，該第一導氣單元與該分層塔式爐之內壁連接，以區隔出複數混合室。較佳的，該第一導氣單元與該分層塔式爐之內壁直接接觸。
在一實施態樣中，各該第二導氣單元係水平設置，亦即約與從該分層塔式爐之底部至頂部之方向垂直。較佳的，該第一導氣單元約與各該第二導氣單元平行。
在一實施態樣中，各該第二導氣單元與該分層塔式爐之內壁連接，以區隔出複數混合室。較佳的，各該第二導氣單元與該分層塔式爐之內壁直接接觸。
在一實施態樣中，各該旋風式噴氣單元之連通道呈管狀。較佳的，該連通道的直徑或最長內徑大於該連通道之高度。更佳的，該連通道的半徑或最長內徑之一半大於該連通道之高度。
在一實施態樣中，各該旋風式噴氣單元之連通道與各該通孔一對一相互對準。較佳的，各該旋風式噴氣單元之連通道的直徑或最長內徑與各該通孔的直徑或最長內徑相等。
在一實施態樣中，各該旋風式噴氣單元具有複數噴氣管，其中各該噴氣管具有相互連通的一噴氣口和一進氣口，且各該噴氣管之噴氣口分別朝向所屬旋風式噴氣單元之連通道。較佳的，各該噴氣管之噴氣口皆朝向順時鐘或逆時鐘之方向，以提供旋風式氣流。
在一實施態樣中，各該噴氣管之噴氣口分別間隔設於所屬旋風式噴氣單元之連通道，以利於所屬旋風式噴氣單元之連通道中形成旋風式氣流。
在一實施態樣中，各該噴氣管呈直線形或呈弧形。較佳的，各該噴氣管呈弧形，以進一步提升旋風式氣流的迴旋程度。
在一實施態樣中，各該噴氣管約沿所屬旋風式噴氣單元之連通道之外緣之切線方向設置，以進一步提升旋風式氣流的迴旋程度。
在一實施態樣中，各該噴氣管之噴氣口之噴氣方向約與所屬旋風式噴氣單元之連通道之外緣之切線方向平行，以進一步提升旋風式氣流的迴旋程度。
在一實施態樣中，各該旋風式噴氣單元之截面的外輪廓約呈多邊形，例如：五邊形、六邊形、七邊形、八邊形或九邊形，且各該旋風式噴氣單元之截面方向約與該分層塔式爐之底部至頂部之方向垂直。較佳的，該多邊形之每一邊皆設有一噴氣管。更佳的，各該噴氣管朝遠離所屬旋風式噴氣單元之連通道之方向突出。換句話說，各該噴氣管之進氣口位於該多邊形之外，以利連接該至少一導氣設備。
在一實施態樣中，各該旋風式噴氣單元之截面的外輪廓約呈圓形，且各該旋風式噴氣單元之截面方向約與該分層塔式爐之底部至頂部之方向垂直。較佳的，各該噴氣管朝遠離所屬旋風式噴氣單元之連通道之方向突出。換句話說，各該噴氣管之進氣口位於該圓形之外，以利連接該至少一導氣設備。
在一實施態樣中，該第一導氣單元之各該穿孔和該至少一第二導氣單元之各該通孔的氣流方向皆係從該分層塔式爐之底部至頂部之方向流動，以形成上升氣相。相較之下，各該旋風式噴氣單元則是朝約與該分層塔式爐之底部至頂部之方向垂直之方向噴氣。換句話說，各該旋風式噴氣單元朝水平方向噴氣。
在一實施態樣中，該加熱設備連接或圍繞該下層混合室、該中層混合室、該中上層混合室和該上層混合室之任一或其組合。較佳的，該加熱設備連接或圍繞該中上層混合室及/或該上層混合室。更佳的，該加熱設備連接或圍繞該上層混合室鄰近該至少一第二導氣單元處。
在一實施態樣中，本發明之燃料氣生成裝置進一步包含一輸送設備，連接該第二供料口。較佳的，該輸送設備包含螺旋輸送機或氣力輸送機。
在一實施態樣中，本發明之燃料氣生成裝置進一步包含至少一導氣設備，連接該供氣口；較佳的，該至少一導氣設備包含魯氏鼓風機、透浦式鼓風機、環形鼓風機或螺旋式鼓風機。
在一實施態樣中，該至少一導氣設備分別連接該供氣口和各該噴氣管之進氣口。較佳的，該至少一導氣設備透過至少一長管與各該噴氣管之進氣口連接。
在一實施態樣中，該至少一導氣設備為1個導氣設備，且該導氣設備分別連接該供氣口和各該噴氣管之進氣口。
在一實施態樣中，該至少一導氣設備為複數導氣設備，且該複數導氣設備包含第一導氣設備，連接該供氣口；和第二導氣設備，連接各該噴氣管之進氣口。
在一實施態樣中，該至少一導氣設備設有孔口流量計(orifice flow meter)及/或加溫器。
在一實施態樣中，本發明之燃料氣生成裝置進一步包含一熱交換設備，連接該第一排料口。本發明設置熱交換設備可回收燃料氣中的熱能，並輸送至該燃料氣生成裝置之加熱設備及/或該至少一導氣設備之加溫器，以降低整體能耗及廢熱。
在一實施態樣中，本發明之加熱設備包含電熱式加熱器、鍋爐式加熱器或高週波加熱器。較佳的，該加熱設備之加熱溫度為大於或等於400
○C和小於或等於950
○C，例如：400
○C、500
○C、600
○C、700
○C、800
○C、900
○C或950
○C，但不以此為限。
本發明另提供一種燃料氣生成方法，包含：流體化步驟：提供一導熱材料、一目標有機物和一反應氣體至上述燃料氣生成裝置，並使該導熱材料、該目標有機物和該反應氣體於該容置空間中形成流體化床(fluidized bed)；以及氣化步驟：加熱該流體化床，使該目標有機物氣化，以獲得該燃料氣。
依據本發明，「使該目標有機物氣化」係指透過熱解法將目標有機物轉化為燃料氣。
在一實施態樣中，該流體化步驟包含：充填步驟：從該第一供料口充填該導熱材料至該容置空間；預熱步驟：以該加熱設備提升該容置空間之溫度；入料步驟：從該第二供料口輸入該目標有機物；以及導氣步驟：從該供氣口輸入該反應氣體，並使該反應氣體依序通過該第一導氣單元之各該穿孔、該至少一第二導氣單元之各該通孔和各該旋風式噴氣單元的連通道，使該反應氣體從該下層混合室經過該中層混合室後到達該上層混合室，以形成一上升氣相；以及從該至少一第二導氣單元之各該旋風式噴氣單元輸入該反應氣體，以提供旋風式氣流。
在一實施態樣中，該氣化步驟中之加熱溫度為大於或等於400
○C和小於或等於950
○C，例如：400
○C、500
○C、600
○C、700
○C、800
○C、900
○C或950
○C，但不以此為限。
在一實施態樣中，該預熱步驟和該氣化步驟採用相同的溫度。
在一實施態樣中，本發明之燃料氣生成方法進一步包含燃料氣熱回收步驟：連接一熱交換設備至該分層塔式爐之第一排料口，以回收該燃料氣的熱能，並輸送該熱能至該燃料氣生成裝置之加熱設備。
在一實施態樣中，本發明之燃料氣生成裝置進一步包含至少一導氣設備，連接該供氣口，且該至少一導氣設備設有一加溫器，以及該熱交換設備輸送該熱能至該燃料氣生成裝置之加熱設備及/或該至少一導氣設備之加溫器。
在一實施態樣中，該導熱材料包含觸媒。
在一實施態樣中，該導熱材料包含矽砂、鐵系觸媒、銅系觸媒和含鈣化合物之任一或其組合。
在一實施態樣中，該導熱材料之直徑大於或等於0.1毫米和小於或等於0.6毫米。依據本發明，該導熱材料之直徑可提升傳熱或催化反應之效率。
在一實施態樣中，該矽砂包含石英砂；該鐵系觸媒包含四氧化三鐵(Fe
3O
4)、二碳化五鐵(Fe
5C
2)、鎳鐵合金(Ni-Fe)或摻雜鐵和氮的碳材料(Fe-N-C)、該銅系觸媒包含銅/氧化鋅(Cu/ZnO)、銅/氧化鋅/氧化鋁(Cu/ZnO/Al
2O
3)或銅/氧化鋅/氧化鋯(Cu/ZnO/ZrO
2)，及/或該含鈣化合物包含氧化鈣、氫氧化鈣或碳酸鈣。
在一實施態樣中，該目標有機物包含烷、醇、酯、酮、污泥、塑膠、偏光片(polarizer)、漆渣(paint residues)、印刷電路板(printed circuit board，PCB)膜渣、廢車粉碎殘餘物(auto shredder residue，ASR)、農業副資材之任一或其組合。
在一實施態樣中，該塑膠包含聚氨酯(polyurethane，PU)或環氧樹脂(epoxy)；該塑膠為聚合物；該農業副資材包含稻殼、稻稈、行道路樹殘渣之任一或其組合；及/或該污泥包含有機污泥或無機污泥。
在一實施態樣中，該反應氣體包含空氣、氮氣、水氣和二氧化碳之任一或其組合。本發明可選擇特定的反應氣體來避免產生戴奧辛等空氣污染物。
較佳的，該氧氣之濃度為大於或等於0%和小於或等於20%。相較於焚化法之高耗氧量，並以二氧化碳為最終產物，而將具有高碳足跡之缺點，本發明之燃料氣生成方法係於低氧或無氧環境下進行，並生成可再利用的燃料氣，可使廢棄物資源化，而實現循環經濟理念。
在一實施態樣中，該燃料氣包含氫氣、一氧化碳及短鏈碳氫化合物之任一或其組合。較佳的，該短鏈碳氫化合物包含甲烷、乙烷和乙烯之任一或其組合。
綜上，本發明之燃料氣生成裝置可使導熱材料、目標有機物和反應氣體形成流體化床，並透過該至少一第二導氣單元之複數旋風式噴氣單元來大幅提升混合效果，以及透過第一導氣單元和至少一第二導氣單元來區隔出複數層混合室，來精準控制每一層混合室的熱解法反應環境，可大幅提升廢棄物轉換為燃料或化學原料的效率，並減少整體能耗，具有環境效益。
以下提供數種實施例說明本發明之實施方式；熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本發明所能達成之優點與功效，並且於不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明之內容。
實施例1：燃料氣生成裝置
如圖1所示，本發明之燃料氣生成裝置1，包含一分層塔式爐10，包含一容置空間100；一第一導氣單元101，具有間隔設置的複數穿孔1010；和至少一第二導氣單元102A，具有複數通孔1020和複數旋風式噴氣單元1021，其中該複數通孔1020彼此間隔設置，該複數通孔1020和該複數旋風式噴氣單元1021之數量相同，皆各自為8個，且各該旋風式噴氣單元1021具有一連通道10210，且各該旋風式噴氣單元1021之連通道10210分別與各該通孔1020位置相對應且相互連通，並從該分層塔式爐10之底部103至頂部104之方向，依序設置該第一導氣單元101和該至少一第二導氣單元102A，使該容置空間100區分成彼此連通的複數層混合室；其中，該複數層混合室包含位於該分層塔式爐10之底部103和該第一導氣單元101之間的下層混合室1000A，位於該第一導氣單元101和該至少一第二導氣單元102A之間的中層混合室1000B，以及位於該分層塔式爐10之頂部104和該至少一第二導氣單元102A之間的上層混合室1000C；一供氣口105，用於提供反應氣體；一第一供料口106，用於提供導熱材料；一第二供料口107，用於提供目標有機物；一第一排料口108，用於排出處理後之目標有機物，且該處理後之目標有機物包含該燃料氣；和一第二排料口109，用於排出該導熱材料；其中，該容置空間100、該供氣口105、該第一供料口106、該第二供料口107、該第一排料口108和該第二排料口109彼此相互連通，且該供氣口105設於該下層混合室1000A；以及一加熱設備11，連接或圍繞該分層塔式爐10。
此外，該第一供料口106設於該上層混合室1000C；該第二供料口107設於該中層混合室1000B；該第一排料口108設於該上層混合室1000C；以及該第二排料口109設於該下層混合室1000A。
如圖2所示，該第一導氣單元101具有相對的第一平面1011和第二平面1012，且各該穿孔1010從該第一平面1011延伸至該第二平面1012，並以該第一平面1011之總面積為基準，各該穿孔1010位於該第一平面1011之孔截面積總計為0.1至1.5%。
圖3為該旋風式噴氣單元1021之俯視圖，第一，各該旋風式噴氣單元1021的外輪廓約呈八邊形，且每一邊10211皆設有一噴氣管10212，共計8個噴氣管10212。
第二，各該噴氣管10212具有相互連通的一噴氣口102120和一進氣口102121，其中各該噴氣管10212之噴氣口102120分別朝向所屬旋風式噴氣單元1021之連通道10210，且皆朝向逆時鐘之方向。
第三，各該噴氣管10212之噴氣口102120分別間隔設於所屬旋風式噴氣單元1021之連通道10210，且各該噴氣管10212約沿所屬旋風式噴氣單元1021之連通道10210之外緣之切線方向設置。
最後，各該噴氣管10212朝遠離所屬旋風式噴氣單元1021之連通道10210之方向突出。換句話說，各該噴氣管10212之進氣口102121位於該八邊形之外。
從圖4可知，各該旋風式噴氣單元1021包含複數噴氣管10212，故內部具有複數氣體通道102122。
實施例2：燃料氣生成裝置
如圖5所示，本發明之燃料氣生成裝置1，包含2個第二導氣單元102A、102B，且位於該2個第二導氣單元102A、102B之間的混合室為中上層混合室1000D。
此外，該上層混合室1000C之寬度沿該至少一第二導氣單元102B至該分層塔式爐之頂部104之方向漸增，亦即鄰近該分層塔式爐10之頂部104之寬度大於鄰近該至少一第二導氣單元102B之寬度，以有效降低目標有機物之上升速度，並避免導熱材料從第一供料口106溢脫而出，或避免尚未完全氣化的目標有機物之固體顆粒進入第一排料口108。
最後，該上層混合室1000C的寬度亦大於該中上層混合室1000D之寬度。
實施例3：燃料氣生成方法
如圖6所示，本發明之燃料氣生成方法包含流體化步驟S1和氣化步驟S2。
如圖1和圖6所示，流體化步驟S1係提供一導熱材料、一目標有機物和一反應氣體至如圖1所示之燃料氣生成裝置1，並使該導熱材料、該目標有機物和該反應氣體於該容置空間100中形成流體化床，具體而言，混合石英砂、廢棄物和氮氣以形成流體化床，且該石英砂之直徑為大於或等於0.1毫米和小於或等於0.6毫米；以及氣化步驟S2係加熱該流體化床，使該目標有機物氣化，以獲得該燃料氣，具體而言，加熱溫度為大於或等於400
○C和小於或等於950
○C，以使目標有機物熱解為燃料氣。
實施例4：燃料氣生成方法
如圖6和圖7所示，本發明之燃料氣生成方法之流體化步驟S1包含充填步驟S1-1、預熱步驟S1-2、入料步驟S1-3和導氣步驟S1-4。
如圖1和圖7所示，充填步驟S1-1係從該第一供料口106充填該導熱材料至該容置空間100；預熱步驟S1-2係以該加熱設備11提升該容置空間100之溫度；入料步驟S1-3係從第二供料口107輸入該目標有機物；以及導氣步驟S1-4係從該供氣口105輸入該反應氣體，並使該反應氣體依序通過該第一導氣單元101之各該穿孔1010、該至少一第二導氣單元102A之各該通孔1020和各該旋風式噴氣單元1021的連通道10210，使該反應氣體從該下層混合室1000A經過該中層混合室1000B後到達該上層混合室1000C，以形成一上升氣相；以及從該至少一第二導氣單元102A之各該旋風式噴氣單元1021輸入該反應氣體，以提供旋風式氣流。
綜上，本發明之燃料氣生成裝置和方法具有優秀的熱傳和質傳效果，並可減少或避免使用氧氣來進行熱解以生成可再利用的燃料氣，除可減少整體能資源使用成本，亦可實現循環經濟理念。
1:燃料氣生成裝置
10:分層塔式爐
100:容置空間
101:第一導氣單元
1010:穿孔
1011:第一平面
1012:第二平面
102A,102B:第二導氣單元
1020:通孔
1021:旋風式噴氣單元
10210:連通道
10211:邊
10212:噴氣管
102120:噴氣口
102121:進氣口
102122:氣體通道
103:底部
104:頂部
1000A:下層混合室
1000B:中層混合室
1000C:上層混合室
1000D:中上層混合室
105:供氣口
106:第一供料口
107:第二供料口
108:第一排料口
109:第二排料口
11:加熱設備
S1:步驟
S1-1:步驟
S1-2:步驟
S1-3:步驟
S1-4:步驟
S2:步驟
圖1為本發明之燃料氣生成裝置之一實施態樣之示意圖。
圖2為本發明之燃料氣生成裝置之第一導氣單元之立體圖。
圖3為本發明之燃料氣生成裝置之至少一第二導氣單元之旋風式噴氣單元之俯視示意圖。
圖4為本發明之燃料氣生成裝置之該至少一第二導氣單元之旋風式噴氣單元之剖面圖。
圖5為本發明之燃料氣生成裝置之另一實施態樣之示意圖。
圖6為本發明之燃料氣生成方法之一實施態樣之流程圖。
圖7為本發明之燃料氣生成方法之流體化步驟之流程圖。
無
1:燃料氣生成裝置
10:分層塔式爐
100:容置空間
1000A:下層混合室
1000B:中層混合室
1000C:上層混合室
101:第一導氣單元
1010:穿孔
102A:第二導氣單元
1020:通孔
1021:旋風式噴氣單元
10210:連通道
103:底部
104:頂部
105:供氣口
106:第一供料口
107:第二供料口
108:第一排料口
109:第二排料口
11:加熱設備
Claims (9)
- 一種燃料氣生成裝置，包含一分層塔式爐，包含一容置空間；一第一導氣單元，具有間隔設置的複數穿孔；和至少一第二導氣單元，具有複數通孔和複數旋風式噴氣單元，其中該複數通孔彼此間隔設置，各該旋風式噴氣單元具有一連通道，且各該旋風式噴氣單元之連通道分別與各該通孔位置相對應且相互連通，且各該旋風式噴氣單元具有複數噴氣管，其中各該噴氣管具有相互連通的一噴氣口和一進氣口，各該噴氣管之噴氣口分別朝向所屬旋風式噴氣單元之連通道且皆朝向順時鐘或逆時鐘之方向，以提供旋風式氣流，並從該分層塔式爐之底部至頂部之方向，依序設置該第一導氣單元和該至少一第二導氣單元，使該容置空間區分成彼此連通的複數層混合室；其中，該複數層混合室包含位於該分層塔式爐之底部和該第一導氣單元之間的下層混合室，位於該第一導氣單元和該至少一第二導氣單元之間的中層混合室，以及位於該分層塔式爐之頂部和該至少一第二導氣單元之間的上層混合室；一供氣口，用於提供反應氣體；一第一供料口，用於提供導熱材料；一第二供料口，用於提供目標有機物；一第一排料口，用於排出處理後之目標有機物，且該處理後之目標有機物包含該燃料氣；和一第二排料口，用於排出該導熱材料；其中， 該容置空間、該供氣口、該第一供料口、該第二供料口、該第一排料口和該第二排料口彼此相互連通，且該供氣口設於該下層混合室；以及一加熱設備，連接或圍繞該分層塔式爐。
- 如請求項1所述之燃料氣生成裝置，其中該第一供料口設於該上層混合室；該第二供料口設於該中層混合室；該第一排料口設於該上層混合室；以及該第二排料口設於該下層混合室。
- 如請求項1所述之燃料氣生成裝置，其中該上層混合室之寬度沿該至少一第二導氣單元至該分層塔式爐之頂部之方向漸增。
- 如請求項1所述之燃料氣生成裝置，其中該至少一第二導氣單元包含複數第二導氣單元，且位於相鄰之任二該第二導氣單元之間的任一混合室為中上層混合室，且該上層混合室的寬度大於該中上層混合室之寬度。
- 如請求項1所述之燃料氣生成裝置，其中該第一導氣單元具有相對的第一平面和第二平面，且各該穿孔從該第一平面延伸至該第二平面，並以該第一平面之總面積為基準，各該穿孔位於該第一平面之孔截面積總計為0.1至1.5%。
- 如請求項1至5中任一項所述之燃料氣生成裝置，其進一步包含一輸送設備，連接該第二供料口；至少一導氣設備，連接該供氣口；和一熱交換設備，連接該第一排料口；其中，該輸送設備包含螺旋輸送機或氣力輸送機；該至少一導氣設備包含魯氏鼓風機、透浦式鼓風機、環形鼓風機或螺旋式鼓風機；該加熱設備包含電熱式加熱器、鍋爐式加熱器或高週波加熱器；以及該第一導氣單元為一反應氣體分散盤。
- 一種燃料氣生成方法，包含： 流體化步驟：提供一導熱材料、一目標有機物和一反應氣體至如請求項1至6中任一項所述之燃料氣生成裝置，並使該導熱材料、該目標有機物和該反應氣體於該容置空間中形成流體化床(fluidized bed)；以及氣化步驟：加熱該流體化床，使該目標有機物氣化，以獲得該燃料氣。
- 如請求項7所述之燃料氣生成方法，其中該流體化步驟包含：充填步驟：從該第一供料口充填該導熱材料至該容置空間；預熱步驟：以該加熱設備提升該容置空間之溫度；入料步驟：從該第二供料口輸入該目標有機物；以及導氣步驟：從該供氣口輸入該反應氣體，並使該反應氣體依序通過該第一導氣單元之各該穿孔、該至少一第二導氣單元之各該通孔和各該旋風式噴氣單元的連通道，使該反應氣體從該下層混合室經過該中層混合室後到達該上層混合室，以形成一上升氣相；以及從該至少一第二導氣單元之各該旋風式噴氣單元輸入該反應氣體，以提供旋風式氣流。
- 如請求項7所述之燃料氣生成方法，其中該導熱材料包含矽砂、鐵系觸媒、銅系觸媒和含鈣化合物之任一或其組合；該導熱材料之直徑大於或等於0.1毫米和小於或等於0.6毫米；該目標有機物包含烷、醇、酯、酮、污泥、塑膠、偏光片(polarizer)、漆渣(paint residues)、印刷電路板(printed circuit board，PCB)膜渣、廢車粉碎殘餘物(auto shredder residue，ASR)和農業副資材之任一或其組合，且該塑膠包含聚氨酯(polyurethane，PU)或環氧樹脂(epoxy)；該農業副資材包含稻殼、稻稈、行道路樹殘渣之任一或其組合；該反應氣體包含空氣、氮氣、水氣和二氧化碳之任一或其組合；以及該燃料氣包含氫氣、一氧化碳及短鏈碳氫化合物之任一或其組合，且該短鏈碳氫化合物包含甲烷、乙烷和乙烯之任一或其組合。
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| CN1438066A (zh) * | 2002-12-17 | 2003-08-27 | 中国石油化工股份有限公司 | 流化床反应器 |
| TW201613690A (en) * | 2014-10-14 | 2016-04-16 | China Petrochemical Technology Co Ltd | Fluidized bed reactor, reaction regeneration apparatus, process for preparing olefins, and process for preparing aromatic hydrocarbons |
| CN106152705A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-11-23 | 江苏大学 | 一种高效节能双层流化床干燥装置 |
-
2022
- 2022-07-28 TW TW111128250A patent/TWI793050B/zh active
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