TWI795715B - 觸媒、熱裂解裝置及熱裂解方法 - Google Patents

Abstract

一種觸媒包含70重量份~90重量份的雲母、1重量份~10重量份的沸石、5重量份~15重量份的二氧化鈦、1重量份~10重量份的氧化鋁、1重量份~5重量份的氧化鈉以及1重量份~5重量份的氧化鉀。另提供一種使用該觸媒的熱裂解裝置，以及使用該觸媒及/或該熱裂解裝置以熱裂解有機聚合物的熱裂解方法。

Description

觸媒、熱裂解裝置及熱裂解方法

本揭示內容是關於熱裂解領域的一種觸媒、一種熱裂解裝置及一種熱裂解方法，尤其是指一種適用於熱裂解廢棄物中的有機物及/或有機聚合物的觸媒、一種可以使用該觸媒的熱裂解裝置，以及使用該觸媒及/或該熱裂解裝置以熱裂解有機聚合物的熱裂解方法。本揭示內容更尤其是指一種用以分解熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒，一種廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置，一種廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理方法，一種廢棄太陽能板的處理裝置以及廢棄太陽能板的處理方法。

對於處理包含有機聚合物的廢棄物，目前已知採用焚燒及熱裂解(Pyrolysis)方式，由於焚燒的方式會產生煙害而導致二次污染、碳排放以及在歐洲專利EP2860450B1所提到的其他問題，因此採用熱裂解方式更能符合2005年聯合國氣候變化綱要公約(UNFCCC)京都議定書通過實施的二氧化碳管制要求。採用熱裂解處理方式的另一個好處是能夠同時將廢棄物中的有機聚合物裂解轉化為具有高附加價值之重油、輕質燃油、石油氣及焦碳等再生資源，因此能將廢棄物視為原料而再生資源以及再創經濟效益。

在EP2860450B1專利中提到了在將廢棄物投入熱裂解爐之前，基於廢棄物中的有機聚合物其熱導性非常低的特性，因此必須先進行前處理例如將廢棄物粉碎，而且熱裂解溫度會設定在350℃ (攝氏度)至850℃之間，包含第一階段的熱裂解溫度在350℃ 至500℃之間，以及第二階段的熱裂解溫度在700℃ 至850℃之間。類似地，在PCT專利WO2019/080187A1也提到必須將廢棄物粉碎至粒徑範圍為1~30mm，然而即使將廢棄物粉碎至小粒徑範圍，再度地基於有機聚合物的低熱導性，因此依然必須將熱裂解溫度設定在300℃至900℃之間。在WO2019/085528A1專利中則是限定了將有機垃圾粉碎成50~100mm的塊狀物以及熱裂解溫度在450℃ 至550℃之間，並且明確說明了熱裂解溫度必須是高於300℃才會開始發生。另外，在WO2017/128943A1專利中是將垃圾粉碎成小於3cm的顆粒以及熱裂解溫度在400℃ 至850℃之間，並且添加觸媒。

根據前述四篇專利的教示，處理包含有機聚合物的廢棄物必須先將廢棄物粉碎而且必須設定熱裂解溫度高於300℃，尤其是分解廢棄物中的熱固型有機聚合物時熱裂解溫度需要在650℃ 至900℃之間，這需要耗費許多能源。事實上，就如同WO2017/128943A1專利中所述在熱裂解過程中添加了觸媒，但是熱裂解溫度依然需要高達400℃以上。顯然地，前述四篇專利說明了熱裂解無法在低於300℃的溫度下進行。然而，愈高的熱裂解溫度於裂解有機聚合物時也會同時產生新的及/或不可預期的化合物，因此反而對於後續產出的可燃氣、液體化合物(溶劑)及再生油品的種類與純度品質有不良或不適當的影響。

再者，將廢棄物粉碎也衍生了問題，例如廢棄物是塑膠外殼的變壓器，必須先將整個變壓器以人工將金屬與塑膠以破壞方式分離，塑膠則如前述四篇專利所述被粉碎並產生粉塵而導致人體吸入性危害。另外，變壓器內的線圈卻無法以人工方式將整圈銅線與包覆於銅線外部的有機漆皮分離，接著被粉碎且經過熱裂解後所回收的銅粒則必須再度被熔融後才能重製成線圈，因此實務上無法取得整圈銅線而有效率地進行後續的資源化。當然傳統也有將整個變壓器廢棄物進行掩埋，然而顯然地採用掩埋的方式完全無法進行後續的資源化。另外一個傳統粉碎及/或掩埋方式的例子是處理廢棄汽車內的有機聚合物複合材料，例如方向盤、儀錶板及汽車內裝的聚胺脂、壓克力、橡膠、聚丙烯及聚乙烯所複合而成的複合材料及其所粉碎而成的汽車粉碎料(Automobile Shredded Residue，ASR），同樣地無法進行後續的資源化。

另外一個明顯例子是廢棄的太陽能板，目前分為矽基太陽能板及碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能板，太陽能板包含(1)佔約17%～20%的鋁框；(2)佔約65～70%的玻璃板、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)透明膠、矽晶板(或碲化鎘)及少數的貴重金屬；(3)佔約7～8%的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)背光板(塗有聚氟乙烯)；以及(4)電線盒。通常的方法是先將鋁框或無機物以破壞方式拆卸回收，這種方式不僅耗費人工，更何況以破壞方式拆卸鋁框或無機物並無法將有機物與無機物完全分離，因此拆卸後的鋁框或無機物也會因為沾有透明膠、熱固型和熱塑型有機聚合物而導致回收再利用過程中產生二次污染，妨礙了後續資源化及效率。玻璃板及矽晶板一起破裂粉碎後不僅有粉塵問題且兩者都是含矽的物質，因為性質(例如比重)接近所以面臨了後續難以將玻璃與矽晶完全分離的問題，這連帶使得存在於矽晶板中的貴重金屬(銀、銅、錫、鉛、鋅)因為玻璃與矽晶的難以完全分離而面臨了回收貴重金屬的困難。

前述廢棄的太陽能板，以及類似廢棄的電路板(PCB)、各式變壓器和變比器、偏光板及高壓電䌫線，這些廢棄產品的有機聚合物中皆添加有含鹵化物(例如，氟、溴)做為阻燃劑，例如較容易累積在人體中的脂溶性溴化阻燃劑。然而，前述四篇專利都沒有揭露在熱裂解程序或設備中對鹵化物的捕捉技術。

另外，由於前述WO2019/085528A1專利中是使用封閉式裂解爐，這當意外地停止對爐體加熱時，例如突然停電導致停止對爐體加熱，此時爐體的餘熱會使得封閉式裂解爐中的有機聚合物持續產生裂解氣(Pyro Gas)，這也造成裂解爐會有發生爆炸的危險。

前述將廢棄物投入熱裂解爐之前的前處理程序通常還包含用水將沾黏在廢棄物上的有機或無機汙染物、灰塵、砂石清洗乾淨，這不僅浪費水資源，而且所產生的廢水反而又造成另一次的汙染。

本發明的目的之一即在於提供一種能夠使得廢棄物中的有機聚合物(尤其是熱固型有機聚合物)在低於300℃的溫度下進行熱裂解反應的觸媒，以使得熱裂解反應為低耗能，以及產出優良純度品質的再生油品。

為達上述目的，本發明之一態樣是提供一種觸媒，該觸媒也是一種用以熱裂解或分解廢棄物中的熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒，該觸媒的重量以一百重量份(100wt%)計，其包含：70重量份(wt%)~90重量份的雲母、1重量份~10重量份的沸石、5重量份~15重量份的二氧化鈦、1重量份~10重量份的氧化鋁、1重量份~5重量份的氧化鈉以及1重量份~5重量份的氧化鉀。

在本發明的多個實施例中，上述雲母包含白雲母、水雲母、金雲母、絹雲母、鐵鋰雲母、鋰雲母及其組合。

在本發明的多個實施例中，上述沸石包含鈉沸石、輝沸石、片沸石、鈣沸石、菱沸石、絲光沸石、方沸石及其組合。

在本發明的多個實施例中，觸媒更包含二氧化矽、氧化鈣、氧化鋁、三氧化二鐵、氧化鎂及其組合。

在本發明的多個實施例中，觸媒更包含1重量份~3重量份的固體鹼，其中所述固體鹼係選自由氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、氫氧化鈣及碳酸鈣所組成之群組中的一個。

本發明的目的之另一目的即在於提供能夠捕捉鹵素、裂解氣通道保持微正壓防止發生爆炸、廢棄物不經過破碎處理而可以整體回收、貴重金屬回收容易及製程無廢水的一種熱裂解裝置及一種熱裂解方法。

為達上述目的，本發明之另一態樣是提供一種熱裂解裝置，該熱裂解裝置也是一種廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置，其包含直立式熱裂解主爐及臥式類同步熱裂解副爐。直立式熱裂解主爐包含爐體、攪拌軸、熱夾套、進料口、排氣口以及出料口。爐體具有爐頂、爐底和爐壁。攪拌軸直立穿設於爐體內，且攪拌軸上設置有多個攪拌片。熱夾套設置於爐壁外側。進料口設置於爐頂。排氣口設置於爐頂。出料口設置於爐底。臥式類同步熱裂解副爐連接直立式熱裂解主爐的出料口。

在本發明的多個實施例中，直立式熱裂解主爐的排氣口具有一檔板延伸至爐體內，且此檔板大致上與爐頂平行。

在本發明的多個實施例中，直立式熱裂解主爐更包含多個熱傳導元件設置於熱夾套與爐壁之間。

在本發明的多個實施例中，各個熱傳導元件是由多個熱傳導鰭片所組成。

在本發明的多個實施例中，熱夾套包含一熱風入口、一熱風出口、多個隔板及多個通風孔。這些隔板間隔設置於熱風入口與熱風出口之間，且這些通風孔設置在各隔板上。

在本發明的多個實施例中，進料口包含第一段進料口、第二段進料口及第三段進料口。第一段進料口具有第一刀形閘門；第二段進料口具有第二刀形閘門；及第三段進料口具有第三刀形閘門。當第一刀形閘門開啟時，第二刀形閘門和第三刀形閘門關閉；當第二刀形閘門開啟時，第一刀形閘門和第三刀形閘門關閉；以及當第三刀形閘門開啟時，第一刀形閘門和第二刀形閘門關閉。

在本發明的多個實施例中，熱裂解裝置更包含熱交換器、膨脹槽、加熱器、初分離槽、冷凝器、鹵化物回收裝置以及貯氣槽。熱交換器連通熱夾套的熱風出口。膨脹槽連通熱交換器的工作流體出口。加熱器連接熱夾套的熱風入口以及連接膨脹槽的排液口。初分離槽連接直立式熱裂解主爐的排氣口。冷凝器連接初分離槽。鹵化物回收裝置連接冷凝器。貯氣槽連接鹵化物回收裝置。

本發明之又一態樣是提供一種熱裂解方法，該熱裂解方法也是一種廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理方法，此方法包含以下步驟。(i)將廢棄物和如上所述之觸媒置於如上所述之熱裂解裝置的裂解爐中進行熱裂解反應，生成包含鹵素氣體的第一階段熱裂解氣，其中廢棄物包含熱固型聚合物、熱塑型聚合物、廢棄偏光板或廢棄太陽能板及其組合。(ii)由裂解爐的排氣口將包含鹵素氣體的第一階段熱裂解氣排出。(iii)第一階段熱裂解氣藉由排氣口排出後，進入初分離槽，將第一階段熱裂解氣中的粉塵去除，以形成包含鹵素氣體的第二階段熱裂解氣。(iv)第二階段熱裂解氣進入第一冷凝器進行氣液分離，以形成包含鹵素氣體的第三階段熱裂解氣及第一階段熱裂解油，其中第一冷凝器的溫度為75°C ~85°C。(v)使包含鹵素氣體的第三階段熱裂解氣繼續進入鹵化物回收裝置，以形成一瓦斯及一鹵化物，其中鹵化物回收裝置包含捕捉鹵素溶劑。

在本發明的多個實施例中，在步驟(i)之前，先將廢棄物進行破碎處理。

在本發明的多個實施例中，在步驟(iv)之後，將第一階段熱裂解油藉由第二冷凝器進行冷卻，以形成第二階段熱裂解油；以及將第二階段熱裂解油置入再生能源油槽靜置，使其油水分離。

在本發明的多個實施例中，所述捕捉鹵素溶劑包含一含鉀水溶液、一含鈉水溶液或一含鈣水溶液。

本發明之又一態樣是提供一種熱裂解裝置，該熱裂解裝置也是一種廢棄太陽能板的處理裝置，其包含進料腔室、熱裂解腔室、靜置腔室、第一閘門、第二閘門以及運盤裝置。熱裂解腔室位於進料腔室與靜置腔室之間。第一閘門可升降地設置在進料腔室與熱裂解腔室之間。第二閘門可升降地設置在熱裂解腔室與靜置腔室之間。運盤裝置包含多個承料盤。運盤裝置在進料腔室、熱裂解腔室和靜置腔室之間推送，其中各個承料盤具有置料凹口，且置料凹口的底部佈有多個凹槽。

在本發明的多個實施例中，熱裂解腔室包含排氣口及排渣口。排氣口位於熱裂解腔室的頂板(ceiling)且排渣口位於熱裂解腔室的底部。

在本發明的多個實施例中，各承料盤包含熱煤油管埋設於各承料盤中。

在本發明的多個實施例中，各承料盤的厚度介於4公分至6公分之間。

在本發明的多個實施例中，各承料盤之間的距離為8公分至12公分。

在本發明的多個實施例中，進料腔室具有第一翼板圍繞進料腔室的外壁，熱裂解腔室具有第二翼板圍繞熱裂解腔室的外壁，且第一閘門可升降地設置在第一翼板與第二翼板之間。

在本發明的多個實施例中，熱裂解裝置更包含一加壓元件。此加壓元件用於將上述第一翼板、第一閘門及上述第二翼板密合。

在本發明的多個實施例中，熱裂解裝置更包含兩個密封層分別設置於上述第一翼板和上述第二翼板。

在本發明的多個實施例中，熱裂解腔室具有第二翼板圍繞熱裂解腔室的外壁，靜置腔室具有第三翼板圍繞靜 置腔室的外壁，且第二閘門可升降地設置在第三翼板與第二翼板之間。

在本發明的多個實施例中，熱裂解裝置更包含一加壓元件。此加壓元件用於將上述第三翼板、第二閘門及上述第二翼板密合。

在本發明的多個實施例中，熱裂解裝置更包含兩個密封層分別設置於上述第三翼板和上述第二翼板。

本發明之又一態樣是提供一種熱裂解方法，該熱裂解方法也是一種廢棄太陽能板的處理方法，此方法包含以下步驟。(i)將如上所述之觸媒置於如上所述之熱裂解裝置之所述承料盤之一的凹槽內。(ii)將廢棄物置於所述承料盤之一的置料凹口，其中廢棄物直接接觸觸媒，且廢棄物不經過破碎處理。(iii)將運盤裝置從進料腔室推送至熱裂解腔室中並進行熱裂解反應，廢棄物經熱裂解反應後生成瓦斯、熱裂解油、灰渣及殘留的廢棄物，其中殘留的廢棄物不包含任何熱固型和熱塑型聚合物。

在本發明的多個實施例中，熱裂解反應包含第一階段熱裂解反應及第二階段熱裂解反應。第一階段熱裂解反應的溫度為205℃至230℃，且第二階段熱裂解反應的溫度為350℃至370℃。

在本發明的多個實施例中，在步驟(iii)之後，更包含將運盤裝置從熱裂解腔室推送至靜置腔室中進行冷卻。

在本發明的多個實施例中，瓦斯從熱裂解腔室的排氣口排出後，進入瓦斯貯存槽。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段及其產生的功效等等，本發明之具體細節在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本揭露的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本揭露具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本揭露多個實施例的不同特徵。以下的內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。將關於特定具體實施例並參照某些圖式來描述本揭露多個實施例，但本揭露多個實施例不限於特定具體實施例以及圖式，而只受限於申請專利範圍。所描述的圖式僅為示例性，且非限制性。在圖式中，為了示例的目的，一些元件的大小可被放大，且不按比例繪示。尺寸以及相對尺寸不一定相應於用以實施的實際縮圖。

此外，在描述以及申請專利範圍中的用語頂部、底部、之上、之下以及諸如此類是用於描述的目的，且不一定用於描述相對的位置。要了解的是，如此使用的用語在適當的情況下是可交換的，且本文中所描述的具體實施例能夠以本文中所描述或示例以外的其他定位來操作。

要注意的是，申請專利範圍中所使用的用語「包含」不應被理解為受限於其後所列出的手段；它不排除其他元件或操作。因此它被理解為具體說明如同所提及的所陳述特徵、整體、操作或構件的存在，但不排除一或更多個其他特徵、整體、操作或構件或其群組的存在或加入。因此，「包含裝置A以及B的裝置」的描述範圍不應限於只由構件A以及B所構成的裝置。

本發明之一態樣是提供一種觸媒，該觸媒的使用方式將於後述說明。該觸媒適用於熱裂解廢棄物中的有機物及/或有機聚合物的觸媒，例如該觸媒適用以熱裂解或分解廢棄物中的熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒。為了方便說明起見，該觸媒將以分解熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒進行後文的描述與說明，因此本發明所屬技術領域中具有通常知識者得以認知到該分解熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒就是指該觸媒。該觸媒的重量以一百重量份(100wt%)計，其包含70重量份~90重量份的雲母、1重量份~10重量份的沸石、5重量份~15重量份的二氧化鈦、1重量份~10重量份的氧化鋁、1重量份~5重量份的氧化鈉以及1重量份~5重量份的氧化鉀。這種觸媒的特色在於，其組成(雲母、沸石、二氧化鈦以及氧化鋁)皆屬於化學穩定性高、產量豐富且容易取得的材料。此外，這種觸媒在參與熱裂解反應後，可以回收再利用，抑或者會殘留在碳渣中。舉例來說，在熱裂解廢橡膠(含輪胎)後所產生的「碳渣」可製成品質優良的「碳黑」（類似N660和/或N550）或「活性碳」，此時殘留在碳渣中的觸媒和此產物是相容的，且不影響產品品質。可以理解的是，上述觸媒會依是否被處理、是否含溴和/或氟等條件而調整各成分的添加比例。例如，該觸媒中的氧化鈉及氧化鉀有助於捕捉廢棄有機聚合物中所含的鹵素(溴和/或氟)。在該觸媒中使用氧化鈉及氧化鉀是本發明的三個鹵素捕捉機制中的第一個鹵素捕捉機制。

在多個實施例中，觸媒可以包含75重量份、80重量份或85重量份的雲母。在多個實施例中，觸媒可以包含2重量份、4重量份、6重量份或8重量份的沸石。在多個實施例中，觸媒可以包含7重量份、9重量份、11重量份或13重量份的二氧化鈦。在多個實施例中，觸媒可以包含2重量份、4重量份、6重量份或8重量份的氧化鋁。在多個實施例中，觸媒可以包含2重量份、3重量份或4重量份的氧化鈉。在多個實施例中，觸媒可以包含2重量份、3重量份或4重量份的氧化鉀。

在某些實施例中，雲母可以包含白雲母、水雲母、金雲母、絹雲母、鐵鋰雲母、鋰雲母及其組合。在某些實施例中，沸石可以包含鈉沸石、輝沸石、片沸石、鈣沸石、菱沸石、絲光沸石、方沸石及其組合。在某些實施例中，用以分解熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒還可以包含二氧化矽、氧化鈣、氧化鋁、三氧化二鐵、氧化鎂及其組合。

值得注意的是，當所述熱固型和熱塑型有機聚合物包含氟及溴時，用以分解熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒還可以選擇地包含1重量份~3重量份的固體鹼，其中所述固體鹼係選自由氫氧化鈉(NaOH)、碳酸鈉(Na₂ CO₃ )、碳酸氫鈉(NaHCO₃ )、氫氧化鉀(KOH)、碳酸鉀(K₂ CO₃ )、氫氧化鈣(Ca(OH)₂ )及碳酸鈣(CaCO₃ )所組成之群組中的一個。在多個實施例中，用以分解熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒可以包含1.5重量份、2.0重量份或2.5重量份的固體鹼。

本發明之用以分解熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒在熱裂解反應中扮演一個重要的角色。具體的說，藉由這種觸媒的酸根分子(SiO₂ )的催化作用，可以將廢輪胎、廢橡膠、廢印刷電路板、廢泡棉(聚胺脂)、廢棄醫療用品(例如，針筒、點滴袋、防護衣、手套等)、廢塑膠(PP、PE、PS…)、廢車粉碎殘餘物(Automobile Shredder Residues，ASR)及其他有機物質(例如，機油)等有機廢棄物在低於300°C的低溫操作條件下進行低溫熱裂解(Low temperature pyrolysis) ，其裂解初始溫度為約205°C~230°C，較佳地裂解溫度控制在206°C。低溫操作條件能夠帶來安全、省能源、維修容易、造價便宜等優點。當然，裂解溫度也可以高於300°C，例如裂解效率溫度為約350°C。有機廢棄物經裂解後轉化成品質優良的油品(例如，沒有透明膠體或黏稠的油)、瓦斯及焦碳等潔淨能源。經裂解後的資源物可以全部回收，經濟效益極高，且熱裂解過程中不會產生二次汙染。

傳統的熱裂解方式，溫度通常要達到300°C以上才會開始熱裂解。由於這些廢棄物的熱導性非常低，加熱時間很長，處理量不易擴大，非常沒有經濟效益。然而，本發明之用以分解熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒屬於雲母類的天然媒劑。這種觸媒在熱裂解反應中吸收長鏈分子的一個電子，使得長鏈分子形成帶「C+」分子。接著，帶「C+」分子斷鏈成烯烴分子與新的帶「C+」分子。新的帶「C+」分子會繼續將「+」電荷轉移至石蠟烴分子。整個裂解反應依上述原理及程序循環反應成小分子。相較於傳統的熱裂解方式，添加有本發明觸媒的熱裂解反應具有斷鏈次數多、反應速率快(相較於傳統，反應速率提升60%)、富經濟效益達50%以上、裂解溫度可以低於300°C以及成品油分子量低的多種優點。

以下的實施例係用以詳述本發明之特定態樣，並使本發明所屬技術領域中具有通常知識者得以實施本發明。然而，以下的實施例不應用以限制本發明。以下，將列舉多個比較例與實施例以驗證本發明的功效。

實驗例1及比較例:廢輪胎、廢熱固型聚合物及廢塑膠的熱裂解

在本實驗例中，藉由添加有本發明的觸媒，對廢輪胎、廢熱固型聚合物(變壓器的環氧樹脂殼體)及廢塑膠進行熱裂解。在本實驗例中，使用三種觸媒，觸媒的重量以一百重量份計，觸媒A包含80重量份的雲母、3重量份的沸石、9重量份的二氧化鈦、4重量份的氧化鋁、2重量份的氧化鈉以及2重量份的氧化鉀。觸媒B包含90重量份的雲母、2重量份的沸石、5重量份的二氧化鈦、1重量份的氧化鋁、1重量份的氧化鈉以及1重量份的氧化鉀。觸媒C包含70重量份的雲母、3重量份的沸石、7重量份的二氧化鈦、10重量份的氧化鋁、5重量份的氧化鈉以及5重量份的氧化鉀。在本實驗例中，係使用後述的一種使用該觸媒的熱裂解裝置，以及使用該觸媒及/或該熱裂解裝置以熱裂解有機聚合物的熱裂解方法所進行。裂解後各資源物：裂解氣、裂解油及焦碳(例如前述的碳渣)皆可以回收，其比例及成分如下表一所示。

表一

	實驗例1	比較例
廢棄物種類	廢輪胎	廢熱固型聚合物	廢塑膠	廢塑膠
添加觸媒種類	觸媒A	觸媒B	觸媒C	無添加
所添加觸媒重量佔廢棄物重量的重量百分比	3%	3%	3%	---
第一階段熱裂解溫度	230°C	218°C	206°C	400°C
裂解氣 (wt%)	15	15	17	20
裂解油 (wt%)	43	82	80	76
殘渣或焦碳 (wt%)	42	3	3	4
註解	裂解油的比重為0.89	裂解油的比重為0.845	塑膠是交聯聚乙烯(XLPE)，裂解油的比重為0.765	塑膠是交聯聚乙烯
裂解油(以100wt%計)中碳數11(含)以下的碳氫化合物 (wt%)	---	---	84	35
裂解油中(以100wt%計)碳數12(含)以上的碳氫化合物	---	---	16	65

表一中的裂解油是未經過分餾或蒸餾的初始裂解油。由以上表一可得知，比較例的廢棄物種類為廢塑膠(XLPE)的例子中，因為無添加觸媒所以熱裂解溫度必須高達400°C；相對地，在實驗例1廢棄物種類為廢塑膠(XLPE)的例子中，有添加本發明的觸媒可以使得所需的熱裂解溫度降低至206°C。比較例的廢棄物種類為廢塑膠(XLPE)的例子中，因為無添加觸媒所以裂解油中相當於汽油的碳數11(含)(C₁₁ )以下的碳氫化合物僅有35%；相對地，在實驗例1廢棄物種類為廢塑膠(XLPE)的例子中，有添加本發明的觸媒可以使得廢棄有機聚合物在熱裂解過程中更能夠產出小分子的碳氫化合物，所以裂解油中相當於汽油的碳數11(含) (C₁₁ )以下的碳氫化合物高達84%，具有高純度品質。換言之，使用該觸媒在低於300℃的溫度下就能夠進行熱裂解反應，而且所產出的未經過分餾或蒸餾的初始裂解油具有優良純度品質。甚至，所產出的裂解氣佔17%、初始裂解油佔80%及焦碳佔3%，因此顯然地使用該觸媒在低於300℃的溫度下進行熱裂解反應，初始所產出潔淨能源產率就高達97%(裂解氣佔17%及初始裂解油佔80%的和)。由於焦碳僅佔3%，因此減少了二次汙染。

因此，有添加本發明的觸媒可以使得廢棄有機聚合物在熱裂解過程中降低所需的裂解溫度至低於300°C以及更能夠產出小分子的碳氫化合物成品油。低的裂解溫度有助於節約能源，而更多小分子碳氫化合物的產出則可做為高熱值的汽油。

實驗例2:將上述的裂解油經ASTM D2887氣相層析模擬蒸餾(GC SIM-DIS)法分析蒸餾溫度，其結果如下表二。

表二

GC SIM-DIS	廢輪胎的裂解油的沸點 (°C)	廢熱固型聚合物的裂解油的沸點 (°C)	廢塑膠的裂解油的沸點 (°C)
初始沸點 (IBP)(%)	＜36	＜44	＜30
5%	77.5	85.0	41.5
10%	106.0	112.0	48.1
20%	128.5	167.0	54.9
30%	144.0	170.0	65.6
40%	168.0	171.5	78.0
50%	179.5	192.5	107.5
60%	206.5	218.5	129.0
70%	244.0	246.0	144.5
80%	289.5	305.0	164.0
90%	377.0	383.5	178.5
99%	436.0	447.5	207.0
最終沸點(FBP)	521.0	530.5	366.5

由以上表二可知，廢輪胎裂解油中的溶劑成分(IBP＜179.5°C)比例達50%；煤油成分(179.5°C＜IBP＜244.0°C)比例達20%(70%減50%)；柴油成分(244.0°C＜IBP＜436°C)比例為29%。另外，本實驗例之廢塑膠的優質裂解油中的汽油(辛烷值47)成分比例高達84%，且裂解氣比例為16%。上述兩者皆可以「潔淨(再生)能源」販售應用；但本揭露是以作為「靜脈產業」及「綠色電廠」能源為營運目標。此目標具有「碳減排(CDM)」及「碳足跡」的附加價值，以及符合由氣候組織(The Climate Group)與碳揭露計畫(Carbon Disclosure Project， CDP)所規範的RE100要求。

本發明之另一態樣是提供一種熱裂解裝置；進一步地，該熱裂解裝置適用於熱裂解廢棄電路板、變壓器、變比器、偏光板、太陽能板及高壓電䌫線中的廢棄有機聚合物。為了方便說明起見，該熱裂解裝置將以一種廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置進行後文的描述與說明，因此本發明所屬技術領域中具有通常知識者得以認知到該廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置就是指該熱裂解裝置。第1圖繪示本發明一實施方式之熱裂解裝置(也是廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置)的流程示意圖。第2圖繪示本發明一實施方式之裂解爐A的結構剖面示意圖。請同時參照第1圖及第2圖，本發明之熱裂解裝置包含裂解爐A。具體的說，裂解爐A包含直立式熱裂解主爐20a和臥式類同步熱裂解副爐20b。直立式熱裂解主爐20a包含爐體210a、攪拌軸220a、熱夾套230a、進料口240a、排氣口250a和出料口260a。更詳細的說，爐體210a具有爐頂212a、爐底216a和爐壁214a。須說明的是，裂解爐A為可破碎式裂解爐。

攪拌軸220a直立穿設於爐體210a內，且攪拌軸220a上設置有多個攪拌片222a。在多個實施例中，攪拌片222a可以包含正旋向攪拌片以及逆旋向攪拌片交替配置。藉由設置於爐外的馬達24a驅動攪拌軸220a以及攪拌片222a旋轉。這種設計可以由緩和的轉速將廢棄物在爐體210a中充分地翻攪，使得廢棄物能平均受熱並同時發生熱裂解反應。這種設計還可以避免因熱傳導性低的廢棄物(例如，橡膠)而產生不同的反應機構，進而獲得較佳的裂解氣品質和較佳的裂解油品質。在多個實施例中，馬達24a外側還包覆一隔熱層25a，以避免熱夾套230a的熱致使馬達24a毀損。

熱夾套230a設置於爐壁214a外側。更具體的說，熱夾套230a包覆直立式熱裂解主爐20a的外壁。在多個實施例中，熱夾套230a包含一熱風入口232a、一熱風出口234a、多個隔板236a及多個通風孔238a。這些隔板236a間隔設置於熱風入口232a與熱風出口234a之間，且這些通風孔238a設置在各個隔板236a上。這種設計可以使熱氣在熱夾套230a內滯留的時間更長，以增加熱能使用效率。舉例來說，熱風從熱風入口232a進入後在熱夾套230a内由下沿著直立式熱裂解主爐20a的外壁旋轉而上。當然，隔板236a可以是螺旋式隔板，此時隔板236a的數量可以是一個，且不必設置通風孔238a。藉由螺旋式隔板所形成的螺旋通道導引熱風，使熱氣在熱夾套230a內滯留的時間更長，以增加熱能使用效率，並且對直立式熱裂解主爐20a加熱均勻而不會局部過熱。

在某些實施例中，直立式熱裂解主爐20a更包含多個熱傳導元件270a設置於熱夾套230a與爐壁214a之間。更具體的說，每一個熱傳導元件270a是由多個熱傳導鰭片所組成。舉例來說，如第2圖所繪示的熱傳導鰭片的數量為3個，但不以此為限。在其他實例中，熱傳導鰭片的數量可以為2個、4個、5個或6個等。熱傳導元件270a的設置可以增加熱傳導面積，以提高熱風將熱傳遞至直立式熱裂解主爐20a的效率。

進料口240a設置於爐頂212a。第3A圖、第3B圖及第3C圖繪示本發明一實施方式之直立式熱裂解主爐20a的進料口240a的結構立體示意圖。請參閱第3A圖、第3B圖及第3C圖，在多個實施例中，進料口240a包含第一段進料口242a、第二段進料口244a以及第三段進料口246a。具體的說，第一段進料口242a具有第一刀形閘門2421a(為清楚說明僅標示於第3A圖)，第二段進料口244a具有第二刀形閘門2441a(為清楚說明僅標示於第3B圖)，且第三段進料口246a具有第三刀形閘門2461a(為清楚說明僅標示於第3C圖)。值得注意的是，當第一刀形閘門2421a開啟時，第二刀形閘門2441a和第三刀形閘門2461a關閉；當第二刀形閘門2441a開啟時，第一刀形閘門2421a和第三刀形閘門2461a關閉；以及當第三刀形閘門2461a開啟時，第一刀形閘門2421a和第二刀形閘門2441a關閉。換句話說，進料口240a的第一段進料口242a、第二段進料口244a以及第三段進料口246a是採交叉關閉的方式，因此，廢棄物會慢慢地依序從第一段進料口242a、第二段進料口244a和第三段進料口246a落入爐體210a中。在多個實施例中，注入氮氣至進料口240a，以避免空氣進入；或者，氮氣從第一刀形閘門2421a與第二刀形閘門2441a之間的氮氣注入口注入；又或者，氮氣從第二刀形閘門2441a與第三刀形閘門2461a之間的氮氣注入口注入。這種設計是因應「無氧熱裂解製程」，不僅安全還可以產生高純度的裂解氣。

排氣口250a設置於爐頂212a。請回到第2圖，在多個實施例中，排氣口250a具有一檔板252a延伸至爐體210a內且此檔板252a大致上與爐頂212a平行。這種設計，可以預先遮擋大部分欲從排氣口250a排出的粉塵，以減少後續處理槽的負擔。在一實施例中，檔板252a為一弧形檔板。應注意，排氣口250a不設置關閉閥門。這當意外地停止對爐體210a加熱時，例如突然停電導致停止對爐體210a加熱，此時爐體210a的餘熱會使得有機聚合物持續產生裂解氣而呈現微正壓(Slightly positive pressure)，本發明的排氣口250a不設置關閉閥門可以使得裂解氣無障礙地排出，因此與傳統封閉式裂解爐相比較，本發明可以防止爐體210a發生爆炸的危險。

出料口260a設置於爐底216a。臥式類同步熱裂解副爐20b連接直立式熱裂解主爐20a的出料口260a。一般來說，直立式熱裂解主爐20a並無法在短時間(例如，2~4小時)完全裂解所有的廢棄物，因此，從出料口260a進入臥式類同步熱裂解副爐20b的固體還包含一部分未熱裂解的廢棄物。這些未熱裂解的廢棄物則由臥式類同步熱裂解副爐20b繼續熱裂解。由此可知，臥式類同步熱裂解副爐20b與直立式熱裂解主爐20a是同時進行熱裂解反應，以增加熱裂解效率。

在多個實施例中，廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置還包含一搖臂式開關22a。此搖臂式開關22a設置於直立式熱裂解主爐20a的出料口260a與臥式類同步熱裂解副爐20b之間。當裂解爐20a、20b進行熱裂解反應時，此搖臂式開關22a呈現關閉狀態。於一批次熱裂解完成後，此搖臂式開關22a開啟，讓直立式熱裂解主爐20a反應完的固體殘渣與未裂解的廢棄物進入臥式類同步熱裂解副爐20b內。接著，再度關閉搖臂式開關22a，讓下一批次的廢棄物落入直立式熱裂解主爐20a後，直立式熱裂解主爐20a和臥式類同步熱裂解副爐20b繼續同步進行熱裂解反應。

須說明的是，不同於傳統設計的「旋轉窰」和「臥式爐」，本發明之裂解爐採「裂解氣出口」朝上，「固體出口」朝下的設計可以防止因意外事故(例如，停電、地震等)而停爐或正常操作時因熱裂解不完全(例如，產生潮濕塊狀)而阻塞，進而避免工安意外。須強調的是，本發明的直立式熱裂解主爐20a內部須保持「微正壓」。換言之，本發明的直立式熱裂解主爐20a於熱裂解進行的過程中，直立式熱裂解主爐20a的內部須保持「微正壓」，以使得裂解氣無障礙地排出而防止熱裂解主爐20a發生爆炸的危險。

在多個實施例中，在經過一批次的熱裂解反應完成後，餘留在臥式類同步熱裂解副爐20b的固體殘渣，會置於固體冷卻槽進行冷卻，在冷卻後進行一次處理。舉例來說，可以利用水搖床來進行一次處理。經過一次處理後的片狀玻璃纖維會被分選出來，經在利用後可製成除鏽劑。在片狀玻璃纖維被分選出來後，剩餘的固體殘渣可以依序經過溶練、陽極爐和電解精煉，或者依序經過二級磨碎(例如，衝擊式磨碎機)、重力分選和靜電分選來分成貴重金屬以及非金屬。貴重金屬可以藉由重力法、比重法以及溶解法進一步細分貴重金屬的種類。

在多個實施例中，廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置還包含熱交換器30a。熱交換器30a連通熱夾套230a的熱風出口234a。具體的說，熱交換器30a內包含複數根油管32a，且每一根油管32a外壁上皆設置有多個熱傳導晶片322a。當熱傳導晶片322a的導熱性越高，熱交換的效率越高。熱交換器30a是利用熱煤油對熱風進行熱交換。

在多個實施例中，廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置還包含膨脹槽D。膨脹槽D連通熱交換器30a的工作流體出口。在一實施例中，可以對膨脹槽D施加一定壓力，保持液相運行。膨脹槽D在熱煤油循環系統中有以下重要的功用:(1)儲存受熱後的膨脹量；(2)補充熱煤油；(3)升溫過程排出液相爐和系統中氣體；以及(4)停電時用冷油置換爐內熱介質。膨脹槽D的設置有利於延長熱煤油的壽命，同時也間接保護了加熱器及其它設備部件。膨脹槽D的排液口連接煤油加熱器G，煤油加熱器G是將熱媒油加熱，並且將熱煤油以管路分別輸送至熱裂解副爐20b及後述的初分離槽B。

在多個實施例中，廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置還包含加熱器H。加熱器H連接熱夾套230a的熱風入口232a。加熱器H的具體結構請參閱第4圖。第4圖繪示本發明一實施方式之加熱器H的結構剖面示意圖。加熱器H包含一加熱源410、緊急開關430、熱風出口460。具體的說，加熱器H內含有可被加熱的氣體440。可同時搭配第2圖及第4圖，藉由加熱源410(瓦斯燃燒器)加熱氣體440，加熱後的氣體440再從熱風出口460輸出至熱夾套230a的熱風入口232a。舉例來說，加熱後的氣體440的溫度為不低於320℃，以避免硫化物的腐蝕。

在多個實施例中，廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置還包含初分離槽B。初分離槽B連接直立式熱裂解主爐20a的排氣口250a。初分離槽B的具體結構請參閱第5圖。第5圖繪示本發明一實施方式之初分離槽B的結構剖面示意圖。初分離槽B的槽體510外側包覆有一保溫套520，且保溫套520與槽體510外側之間設置有熱煤油循環管530。保溫套520的設置是用以避免初分離槽B內的裂解氣產生液氣分離的現象。熱煤油從熱煤油循環管530的入口532進入，再從出口534流出。可搭配第2圖及第5圖，為了使熱煤油可以重複使用，出口534連接至熱交換器30a。請再回到第5圖，裂解氣從氣體入口511進入並從氣體出口512離開，在這個過程中，裂解氣所夾帶的粉塵會被水帶走，而滯留在槽體510底部進而形成油泥。槽體510底部具有一螺旋輸送管550及與其相接的泵560。當油泥的液位高於液位控制器540時，會驅動泵560將油泥從螺旋輸送管550抽取出來。在一實施例中，從初分離槽B抽取出來的油泥可輸送至直立式熱裂解主爐20a中進行二次熱裂解。初分離槽B的設置主要在於去除熱裂解氣中的粉塵。特別說明的是，本發明裂解氣所經過的直立式熱裂解主爐20a、排氣口250a、初分離槽B及氣體出口512所形成的裂解氣通道不設置關閉閥門，這可以使得裂解氣無障礙地排出，因此可以防止發生爆炸的危險。另外，於熱裂解進行的過程中，裂解氣通道中的裂解氣是呈現微正壓。

在多個實施例中，廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置還包含冷凝器E。冷凝器E連接初分離槽B。冷凝器E的設置主要在於對裂解氣進行氣(例如瓦斯)液(例如汽油)分離，下文的熱裂解方法將詳細描述冷凝器E的第一冷凝器(圖未繪出)及第二冷凝器(圖未繪出)的作用。

在多個實施例中，廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置還包含鹵化物回收裝置C。鹵化物回收裝置C連接冷凝器E。鹵化物回收裝置C的具體結構請參閱第6圖。第6圖繪示本發明一實施方式之鹵化物回收裝置C的結構剖面示意圖。鹵化物回收裝置C在鄰近頂部的位置設有一或複數個由上而下間隔設置的環型管630，且環型管630上間隔設置有多個噴嘴632。當然，也可以自環型管630設置有往下延伸的直立管，直立管上也間隔設置有多個噴嘴。鹵化物回收裝置C還包含一捕捉鹵素溶劑補充槽650可以藉由泵660將捕捉鹵素溶劑從液體入口640打入環型管630中。氣體入口610設置在鄰近鹵化物回收裝置C的底部，而氣體出口620設置在鄰近鹵化物回收裝置C的頂部。鹵化物回收裝置C的內壁還設置有多個檔板680，用以增加裂解氣的路徑。當裂解氣從氣體入口610進入鹵化物回收裝置C並沿著檔板680向上時，噴嘴632噴出捕捉鹵素溶劑，將裂解氣中的鹵素帶走，剩餘乾淨的裂解氣從氣體出口620離開，而鹵化物則溶解於捕捉鹵素溶劑中，積存在鹵化物回收裝置C的底部。鹵化物回收裝置C還包含有液位控制器690，當積存在鹵化物回收裝置C的底部的溶液液位過高，則會藉由泵660將溶液從鹵化物回收裝置C的底部抽取至處理槽670，進行額外的處理。鹵化物回收裝置C是本發明的三個鹵素捕捉機制中的第二個鹵素捕捉機制。

在多個實施例中，廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置還包含貯氣槽F。貯氣槽F連接鹵化物回收裝置C。貯氣槽F用以儲存高純度的瓦斯。特別說明的是，本發明裂解氣依序所經過的直立式熱裂解主爐20a、排氣口250a、初分離槽B、氣體出口512、冷凝器E及鹵化物回收裝置C所形成的裂解氣通道不設置關閉閥門，這可以使得裂解氣無障礙地排出，因此可以防止發生爆炸的危險。另外，於熱裂解進行的過程中，裂解氣通道中的裂解氣是呈現微正壓。

本發明廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置提供了多種優點，不過這些優點並非用以侷限本發明。舉例來說，本發明的處理裝置具有以下優點：(1)不會額外排出對環境有害的汙染物；(2)熱煤油在多個裝置中循環利用；(3)提高熱裂解的效率；(4)產生純度極高的裂解氣(例如，瓦斯)、裂解油(例如，汽油等)和精質炭；以及(5)裝置的能量需求低。

本發明之另一態樣是提供一種熱裂解方法；進一步地，該熱裂解方法適用於熱裂解廢棄電路板、變壓器、變比器、偏光板、太陽能板及高壓電䌫線中的廢棄有機聚合物。為了方便說明起見，該熱裂解方法將以一種廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理方法進行後文的描述與說明，因此本發明所屬技術領域中具有通常知識者得以認知到該廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理方法就是指該熱裂解方法。需理解的是，可在此方法之前、之中與之後，執行額外之操作，而對於此方法之額外實施例而言，操作的一些可被取代、排除或移動。此方法僅為一示範之實施例，且不打算用來限制本揭露各個實施例，除了申請專利範圍中所明確記載之外。此方法包含以下步驟。請同時參閱第1圖及第2圖，首先，將廢棄物和如上所述之用以分解熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒置於如上所述之廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理裝置的裂解爐A中進行一熱裂解反應，生成包含鹵素氣體的第一階段熱裂解氣。這裡所述之廢棄物包含熱固型聚合物、熱塑型聚合物、廢棄偏光板或廢棄太陽能板及其組合。應注意，由於裂解爐A中有添加觸媒，因此，熱裂解反應的溫度為約205°C~230°C ，較佳為206°C。當然，熱裂解反應的溫度也可以高於300°C，例如裂解效率溫度為約350°C~380°C，又例如為360°C 。

可以理解的是，偏光板因功能性問題需添加碘來達到其使用目的，焚化會面臨燃燒產生有毒的碘化物煙氣及酸性物質的空氣汙染問題，無法直接進行焚化處理。太陽能板中的背板為聚氟乙烯複合膜，在傳統處理廢棄太陽能板時也會產生氟化物，此為溫室效應的來源。此外，廢棄電路板的阻燃劑通常添加有溴，在傳統處理廢棄電路板時也會因產生溴化物而汙染環境。

在多個實施例中，在將廢棄物置於裂解爐A進行熱裂解反應之前，先將廢棄物進行前處理。舉例來說，前處理是利用破碎機、震動篩網和/或廢塑膠袋造粒機處理廢棄物，以形成大小約3英寸(inch)的小碎塊，進而增加熱裂解的處理量。在多個實施例中，用以分解熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒是從裂解爐A的觸媒入口280a進入，並非從進料口240a進入。須再次說明的是，破碎後的廢棄物是藉由進料口240a的第一段、第二段及第三段進料口242a、244a、246a(繪示於第3A至3C圖)分段進入裂解爐A中。特別說明的是，由於本發明的觸媒使得有機聚合物在低溫約205°C~230°C就產生熱裂解反應，因此廢棄物並不需要在前處理用水將廢棄物上的有機或無機汙染物進行清洗，因此本發明不會有廢水產生及處理的問題。

接著，由裂解爐A的排氣口250a將包含鹵素氣體的第一階段熱裂解氣排出。

然後，第一階段熱裂解氣藉由排氣口250a排出後，進入初分離槽B，將第一階段熱裂解氣中的粉塵去除，以形成包含鹵素氣體的第二階段熱裂解氣。由於初分離槽B的功用在於去除粉塵，因此，初分離槽B的溫度控制在大於350°C，以避免液態油的形成。

接著，第二階段熱裂解氣進入前述冷凝器E的第一冷凝器進行氣液分離，以形成包含鹵素氣體的第三階段熱裂解氣及第一階段熱裂解油。值得注意的是，第一冷凝器的溫度為80℃ ~120℃。在多個實施例中，第一冷凝器的溫度可以為85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃或115℃。在這個步驟中，第一冷凝器的功用在於將第一階段熱裂解氣挾帶的油氣液化，且鹵素氣體分子隨著裂解氣至後續的鹵化物回收裝置再進行分離。在多個實施例中，可藉由一溫度控制器來控制第一冷凝器的溫度大於鹵素的汽化點且小於油的汽化點。舉例來說，氟的汽化點為約-188℃，溴的汽化點為約58.8℃，而油的汽化點為約180℃至230℃。

在某些實施例中，第一階段熱裂解油藉由第二冷凝器進行冷卻，以形成第二階段熱裂解油。在此須說明的是，第二冷凝器的功用僅在於將約80℃ ~120℃的第一階段熱裂解油降至室溫。接著，將溫度為室溫的第二階段熱裂解油置入再生能源油槽靜置，使其油水分離。由於極少部分溶於水的鹵素在此階段已形成極弱酸性的鹵化氫水溶液，有可能在經過第一冷凝器氣液分離之後，隨著裂解油進入第二冷凝器及再生能源油槽中。此時，第二階段熱裂解油包含九成的輕油(或稱石油腦)，由於輕油的比重為0.75~0.85，故與水上下分層。在多個實施例中，可將再生能源油槽下層的水溶液引出處理，溶於水的鹵素也可以因此被捕捉而處理；而剩餘的輕油可再經過多道處理以生成外售的燃料油、汽油、液化石油氣或石油化學原物料等或汽電共生使用。利用裂解油與水上下分層的原理，使溶於水的鹵素被捕捉並引出處理，是本發明的三個鹵素捕捉機制中的第三個鹵素捕捉機制。如前所述，第一個鹵素捕捉機制是觸媒中使用氧化鈉及氧化鉀，第二個鹵素捕捉機制是鹵化物回收裝置C。

然後，使包含鹵素氣體的第三階段熱裂解氣進入鹵化物回收裝置C，以形成瓦斯及鹵化物，其中鹵化物回收裝置包含捕捉鹵素溶劑。捕捉鹵素溶劑可以將第三階段熱裂解氣中的鹵素帶走。

在多個實施例中，捕捉鹵素溶劑可以為含鉀(K⁺ )水溶液、含鈉(Na⁺ )水溶液或含鈣(Ca²⁺ )水溶液。舉例來說，含鉀(K⁺ )水溶液包含硝酸鉀(KNO₃ )水溶液。含鈉(Na⁺ )水溶液包含氫氧化鈉(NaOH)水溶液、碳酸鈉(Na₂ CO₃ )水溶液、碳酸氫鈉(NaHCO₃ )水溶液、硫酸鈉(Na₂ SO₄ )水溶液、硫酸氫鈉(NaHSO₄ )水溶液和亞硫酸鈉(Na₂ SO₃ )水溶液。含鈣(Ca²⁺ )水溶液包含碳酸鈣(CaCO₃ )水溶液。在多個實例中，

；

；

。

本發明的廢棄有機聚合物和廢棄太陽能板的處理方法提供了多種優點，不過這些優點並非用以侷限本發明。舉例來說，相較於傳統的燃燒或掩埋，本發明的處理方法具有較低的熱裂解溫度以及排出較少的廢水，且本發明的處理方法可以避免鹵化物排出而汙染環境。

本發明之又一態樣是提供該熱裂解裝置的另一種實施方式；進一步地，該熱裂解裝置適用於熱裂解廢棄電路板(PCB)、變壓器、變比器、偏光板、太陽能板及高壓電

線等廢棄物。為了方便說明起見，該熱裂解裝置將以一種廢棄太陽能板的處理裝置進行後文的描述與說明，因此本發明所屬技術領域中具有通常知識者得以認知到該廢棄太陽能板的處理裝置也是指該熱裂解裝置。第7圖繪示本發明一實施方式之廢棄太陽能板的處理裝置70(也是熱裂解裝置)的結構剖面示意圖。廢棄太陽能板的處理裝置70包含進料腔室710、熱裂解腔室720、靜置腔室730、第一閘門740、第二閘門750以及運盤裝置760。

如第7圖所示，熱裂解腔室720位於進料腔室710與靜置腔室730之間。在多個實施例中，進料腔室710包含位於頂板(ceiling)的排氣口711。在多個實施例中，進料腔室710具有翼板712圍繞進料腔室710的外壁。

如第7圖所示，在多個實施例中，熱裂解腔室720包含排氣口721及排渣口723。排氣口721位於熱裂解腔室720的頂板(ceiling)且排渣口723位於熱裂解腔室720的底部。在多個實施例中，熱裂解腔室720具有翼板722圍繞熱裂解腔室720的外壁。

如第7圖所示，在多個實施例中，靜置腔室730包含位於頂板(ceiling)的排氣口731。在多個實施例中，靜置腔室730具有翼板732圍繞靜置腔室730的外壁。

如第7圖所示，第一閘門740可升降地設置在進料腔室710與熱裂解腔室720之間。在多個實施例中，且第一閘門740可升降地設置在翼板712與翼板722之間。在多個實施例中，廢棄太陽能板的處理裝置70更包含加壓元件770用於將翼板712、第一閘門740及翼板722密合。

如第7圖所示，第二閘門750可升降地設置在熱裂解腔室720與靜置腔室730之間。在多個實施例中，第二閘門750可升降地設置在翼板722與翼板732之間。在多個實施例中，廢棄太陽能板的處理裝置70更包含加壓元件780用於將翼板722、第二閘門750及翼板732密合。

第9A圖及第9B圖繪示本發明一實施方式之第7圖區域R的結構示意圖。如第9A圖所示，在多個實施例中，廢棄太陽能板的處理裝置70更包含兩個密封層790分別設置於翼板712和翼板722。在多個實施例中，廢棄太陽能板的處理裝置70更包含兩個密封層790分別設置於翼板722和翼板732。

運盤裝置760包含多個承料盤762，且此運盤裝置760在進料腔室710、熱裂解腔室720和靜置腔室730之間推送。在多個實施例中，運盤裝置760可容納約50(例如，2排並列x25個/排)個承料盤762。在多個實施例中，承料盤762上下之間的間距約為8公分至12公分，例如可為9公分、10公分或11公分。

承料盤762的具體結構可參照第8A圖及第8B圖。第8A圖及第8B圖繪示本發明一實施方式之承料盤762的結構立體示意圖。如第8A圖所示，在多個實施例中，承料盤762包含熱煤油管7623埋設於承料盤762的底部。舉例來說，熱煤油管7623可以具有彎曲的形狀，以增加承料盤762的受熱面積。另舉例來說，可以埋設數支熱煤油管7623，以增加承料盤762的受熱面積。在多個實施例中，承料盤762的厚度介於4公分至6公分之間，例如可為5公分。如第8B圖所示，承料盤762具有一置料凹口7621，且此置料凹口7621的底部佈有多個凹槽7622。另外，承料盤762的材質為銅，使得熱煤油管7623的熱能夠均勻且快速地傳導至整個承料盤762。

本發明的廢棄太陽能板的處理裝置70提供了多種優點，不過這些優點並非用以侷限本發明。舉例來說，本發明的處理裝置具有以下優點:(1)可採用350℃~370℃熱煤油進行熱裂解；(2)具有送料兼出料的定位系統；(3)簡易升降閘門控制及防止裂解氣外漏設計；(4)簡易的裂解氣回收系統；以及(5)可以處理大量的廢棄太陽能板，例如每一批次(熱裂解時間為約3.5小時)，最高處理量可為約1200公斤。

本發明之又一態樣是提供該熱裂解方法的另一種實施方式；進一步地，該熱裂解方法適用於熱裂解廢棄電路板、變壓器、變比器、偏光板、太陽能板及高壓電䌫線等廢棄物。為了方便說明起見，該熱裂解方法將以一種廢棄太陽能板的處理方法進行後文的描述與說明，因此本發明所屬技術領域中具有通常知識者得以認知到該廢棄太陽能板的處理方法也是指該熱裂解裝置。需理解的是，可在此方法之前、之中與之後，執行額外之操作，而對於此方法之額外實施例而言，操作的一些可被取代、排除或移動。此方法僅為一示範之實施例，且不打算用來限制本揭露各個實施例，除了申請專利範圍中所明確記載之外。此方法包含以下步驟。請繼續參閱第7圖、第8A圖及第8B圖，首先，將如上所述之用以分解熱固型和熱塑型有機聚合物的觸媒置於如上所述之廢棄太陽能板的處理裝置70之承料盤762的凹槽7622內。

接著，將廢棄物例如廢棄太陽能板置於承料盤762置料凹口7621，為了方便說明及理解，以下敘述以廢棄太陽能板代表廢棄物。應注意，廢棄太陽能板直接接觸用以處理有機廢棄物的觸媒，且廢棄太陽能板不經過破碎處理；換言之，係將完整的廢棄太陽能板不經過預先破碎處理，而直接置於承料盤762置料凹口7621。對於廢棄電路板、變壓器、變比器、偏光板及高壓電䌫線也是不經過預先破碎處理，而直接置於承料盤762置料凹口7621。在一實施例中，廢棄太陽能板為整板置放於承料盤762上。在另一實施例中，可以先去除廢棄太陽能板的外鋁框後再置放於承料盤762上。更詳細的說，觸媒可以將廢棄太陽能板中屬於有機物的背光板(含PET)及透明膠(EVA)經熱裂解後化成灰份，因此，熱裂解後的廢棄太陽能板(矽基太陽能板)在沒有任何的黏性下，整片的玻璃片及整片的矽晶片可以自然分離，並可以再次利用。換言之，本發明廢棄太陽能板的處理方法是利用觸媒及熱裂解而將廢棄太陽能板中的有機物(例如PET、EVA)與無機物(鋁框、玻璃片、矽晶片)分離，此時鋁框不沾黏EVA，因此很容易地不變形且完整地與玻璃片及矽晶片分離，而不需要如傳統般預先費力拆解而導致鋁框變形。顯然地，不變形的鋁框可以重複使用而不需要重新鑄型。由於本發明廢棄太陽能板的處理方法所使用的廢棄太陽能板不經過破碎處理，而且整片的玻璃板與整片的矽晶片很容易完全分離而不會混在一起，所以可以增加後續分別將玻璃板單獨回收為玻璃，以及將矽晶片單獨回收為矽晶的資源化效率且回收純度可以達到7N(99.99999%)以上，甚至達到9N(99.9999999%)。類似地，本發明廢棄太陽能板的處理方法所使用的廢棄碲化鎘太陽能板也可以整片的玻璃板與整片的碲化鎘片很容易完全分離而不會混在一起。另外，與傳統將玻璃板及矽晶板一起破裂粉碎的方式相比較之下，本發明廢棄太陽能板的處理方法使得大部分存在於矽晶片及碲化鎘片中的貴重金屬不會與玻璃混合，所以貴重金屬的回收變得相當容易。

然後，將運盤裝置762從進料腔室710推送至熱裂解腔室720中並進行熱裂解反應。廢棄太陽能板經熱裂解反應後生成瓦斯、熱裂解油、灰渣及殘留的廢棄太陽能板(殘留的廢棄物)。應注意，殘留的廢棄太陽能板不包含任何熱固型和熱塑型聚合物。更詳細的說，在進行熱裂解反應前，需確認第一閘門740與第二閘門750是否與翼板712、722、732密合，以避免裂解氣外漏。

在一實施例中，熱裂解反應包含第一階段熱裂解反應及第二階段熱裂解反應，第一階段熱裂解反應的溫度為205°C至230°C，且第二階段熱裂解反應的溫度為350°C至370°C。特別說明的是，由於本發明的觸媒使得有機聚合物在低溫約205°C~230°C就產生熱裂解反應，因此廢棄物並不需要在前處理用水將廢棄物上的有機或無機汙染物進行清洗，因此本發明不會有廢水產生及處理的問題。在一實施例中，瓦斯從熱裂解腔室720的排氣口721排出後，進入瓦斯貯存槽GS。須說明的是，在熱裂解腔室720中，僅對屬於有機的聚合物進行熱裂解，因此，熱裂解所產生的裂解氣為純度極高的瓦斯。在一實施例中，灰渣可從熱裂解腔室720的排渣口723進行清理。當然，瓦斯從熱裂解腔室720的排氣口721排出後，也可以依序經過前述的初分離槽B、冷凝器E及鹵化物回收裝置C，進入瓦斯貯存槽GS。裂解氣依序所經過的熱裂解腔室720的排氣口721、初分離槽B、冷凝器E及鹵化物回收裝置C所形成的裂解氣通道不設置關閉閥門，這可以使得裂解氣無障礙地排出，因此可以防止發生爆炸的危險。另外，於熱裂解進行的過程中，裂解氣通道中的裂解氣是呈現微正壓。

最後，將運盤裝置760從熱裂解腔室720推送至靜置腔室730中進行冷卻。在一實施例中，運盤裝置760在靜置腔室730進行冷卻的過程中，並非屬快速降溫，因此，仍有部分裂解氣的產生。然而，此部分的裂解氣包含空氣及瓦斯的混和氣體並從靜置腔室730的排氣口731排出。經由靜置腔室730的排氣口731排出的氣體在經過清洗後可作輔助空氣使用。

本發明廢棄太陽能板的處理方法提供了多種優點，不過這些優點並非用以侷限本發明。舉例來說，本發明的處理方法具有較低的熱裂解溫度；可以回收再利用完整的玻璃和矽晶片；以及可以處理大量的廢棄太陽能板。又例如廢棄物是塑膠外殼的變壓器的例子中，本發明不需要預先將金屬與塑膠分離，尤其變壓器內的線圈經過熱裂解後即可取得整圈銅線而有效率地進行後續的資源化。

前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本揭露多個實施例。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本揭露多個實施例為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同之優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本揭露多個實施例的發明精神與範圍。在不背離本揭露多個實施例的發明精神與範圍之前提下，可對本揭露多個實施例進行各種改變、置換或修改。

A:裂解爐 B:初分離槽 C:鹵化物回收裝置 H:加熱爐 G：煤油加熱器 GS:瓦斯儲存槽 R:區域 20a:直立式熱裂解主爐 20b:臥式類同步熱裂解副爐 210a:爐體 212a:爐頂 214a:爐壁 216a:爐底 22a:搖臂式開關 220a:攪拌軸 222a:攪拌片 230a:熱夾套 232a:熱風入口 234a:熱風出口 236a:隔板 238a:通風孔 24a:馬達 240a:進料口 242a:第一段進料口 2421a:第一刀形閘門 244a:第二段進料口 2441a:第二刀形閘門 246a:第三段進料口 2461a:第三刀形閘門 25a:隔熱層 250a:排氣口 252a:檔板 260a:出料口 270a:熱傳導元件 280a:觸媒入口 30a:熱交換器 32a:油管 322a:熱傳導晶片 410:加熱源 430:緊急開關 440:氣體 460:熱風出口 510:槽體 511:氣體入口 512:氣體出口 520:保溫套 530:熱煤油循環管 532:入口 534:出口 540:液位控制器 550:螺旋輸送管 560:泵 610:氣體入口 620:氣體出口 630:環型管 632:噴嘴 640:液體入口 650:捕捉鹵素溶劑補充槽 660:泵 670:處理槽 680:檔板 690:液位控制器 70:廢棄太陽能板的處理裝置 710:進料腔室 711:排氣口 712:翼板 720:熱裂解腔室 721:排氣口 722:翼板 723:排渣口 730:靜置腔室 731:排氣口 732:翼板 740:第一閘門 750:第二閘門 760:運盤裝置 762:承料盤 7621:置料凹口 7622:凹槽 7623:熱煤油管

當結合隨附圖式進行閱讀時，本揭露發明實施例之詳細描述將能被充分地理解。應注意，根據業界標準實務，各特徵並非按比例繪製且僅用於圖示目的。事實上，出於論述清晰之目的，可任意增加或減小各特徵之尺寸。在說明書及圖式中以相同的標號表示相似的特徵。 第1圖繪示本發明一實施方式之熱裂解裝置的流程示意圖。 第2圖繪示本發明一實施方式之裂解爐的結構剖面示意圖。 第3A圖、第3B圖及第3C圖繪示本發明一實施方式之直立式熱裂解主爐的進料口的結構立體示意圖。 第4圖繪示本發明一實施方式之加熱器的結構剖面示意圖。 第5圖繪示本發明一實施方式之初分離槽的結構剖面示意圖。 第6圖繪示本發明一實施方式之鹵化物回收裝置的結構剖面示意圖。 第7圖繪示本發明另一實施方式之熱裂解裝置的結構剖面示意圖。 第8A圖及第8B圖繪示本發明一實施方式之承料盤的結構立體示意圖。 第9A圖及第9B圖繪示本發明一實施方式之第7圖的區域R的結構示意圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

A:裂解爐

B:初分離槽

C:鹵化物回收裝置

H:加熱爐

Claims (27)

1. 一種觸媒，包含：70重量份~90重量份的雲母；1重量份~10重量份的沸石；5重量份~15重量份的二氧化鈦；1重量份~10重量份的氧化鋁；1重量份~5重量份的氧化鈉；1重量份~5重量份的氧化鉀；以及1重量份~3重量份的固體鹼，該固體鹼係選自由氫氧化鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、氫氧化鈣及碳酸鈣所組成之群組中的一個。
2. 如請求項1所述之觸媒，其中所述雲母包含白雲母、水雲母、金雲母、絹雲母、鐵鋰雲母、鋰雲母及其組合。
3. 如請求項1所述之觸媒，其中所述沸石包含鈉沸石、輝沸石、片沸石、鈣沸石、菱沸石、絲光沸石、方沸石及其組合。
4. 如請求項1所述之觸媒，更包含二氧化矽、氧化鈣、三氧化二鐵、氧化鎂及其組合。
5. 一種熱裂解裝置，係適用於使用一如請求項1 所述之觸媒進行熱裂解反應，該熱裂解裝置包含：一直立式熱裂解主爐，包含：一爐體，置放該觸媒，具有一爐頂、一爐底和一爐壁；一攪拌軸，直立穿設於該爐體內，其中該攪拌軸上設置有多個攪拌片；一熱夾套，設置於該爐壁外側；一進料口，設置於該爐頂；一排氣口，設置於該爐頂；一出料口，設置於該爐底；以及一臥式類同步熱裂解副爐，連接該直立式熱裂解主爐的該出料口。
6. 如請求項5所述之熱裂解裝置，其中該直立式熱裂解主爐的該排氣口具有一檔板延伸至該爐體內且該檔板大致上與該爐頂平行。
7. 如請求項5所述之熱裂解裝置，其中該直立式熱裂解主爐更包含多個熱傳導元件設置於該熱夾套與該爐壁之間。
8. 如請求項7所述之熱裂解裝置，其中各該熱傳導元件是由多個熱傳導鰭片所組成。
9. 如請求項5所述之熱裂解裝置，其中該熱夾 套包含一熱風入口、一熱風出口、多個隔板及多個通風孔，該些隔板間隔設置於該熱風入口與該熱風出口之間，該些通風孔設置在各該隔板上。
10. 如請求項5所述之熱裂解裝置，其中該進料口包含：一第一段進料口，具有一第一刀形閘門；一第二段進料口，具有一第二刀形閘門；以及一第三段進料口，具有一第三刀形閘門，其中當該第一刀形閘門開啟時，該第二刀形閘門和該第三刀形閘門關閉；當該第二刀形閘門開啟時，該第一刀形閘門和該第三刀形閘門關閉；以及當該第三刀形閘門開啟時，該第一刀形閘門和該第二刀形閘門關閉。
11. 如請求項5所述之熱裂解裝置，更包含：一熱交換器，連通該熱夾套的一熱風出口；一膨脹槽，連通該熱交換器之一工作流體出口；一加熱器，連接該熱夾套的一熱風入口以及連接該膨脹槽之一排液口；一初分離槽，連接該直立式熱裂解主爐的該排氣口；一冷凝器，連接該初分離槽；一鹵化物回收裝置，連接該冷凝器；以及一貯氣槽，連接該鹵化物回收裝置。
12. 一種熱裂解方法，包含以下步驟：(i)將一廢棄物和一如請求項1至4任一項所述之觸媒置於一如請求項11所述之熱裂解裝置中進行一熱裂解反應，生成包含一鹵素氣體的一第一階段熱裂解氣；(ii)由該排氣口將包含該鹵素氣體的該第一階段熱裂解氣排出；(iii)該第一階段熱裂解氣藉由該排氣口排出後，進入該初分離槽，將該第一階段熱裂解氣中的一粉塵去除，以形成包含該鹵素氣體的一第二階段熱裂解氣；(iv)該第二階段熱裂解氣進入一第一冷凝器進行氣液分離，以形成包含該鹵素氣體的一第三階段熱裂解氣及一第一階段熱裂解油，其中該第一冷凝器的一溫度為80℃~120℃；以及(v)使包含該鹵素氣體的該第三階段熱裂解氣進入該鹵化物回收裝置，以形成一瓦斯及一鹵化物，其中該鹵化物回收裝置包含一捕捉鹵素溶劑。
13. 如請求項12所述之熱裂解方法，在步驟(iv)之後，更包含：將該第一階段熱裂解油藉由一第二冷凝器進行冷卻，以形成一第二階段熱裂解油；以及將該第二階段熱裂解油置入一再生能源油槽靜置，使其油水分離。
14. 如請求項12所述之熱裂解方法，其中該捕捉鹵素溶劑包含一含鉀水溶液、一含鈉水溶液或一含鈣水溶液。
15. 一種熱裂解裝置，係適用於使用一如請求項1所述之觸媒進行熱裂解反應，該熱裂解裝置包含：一進料腔室、一熱裂解腔室和一靜置腔室，其中該熱裂解腔室位於該進料腔室與該靜置腔室之間；一第一閘門，可升降地設置在該進料腔室與該熱裂解腔室之間；一第二閘門，可升降地設置在該熱裂解腔室與該靜置腔室之間；以及一運盤裝置，包含多個承料盤，該運盤裝置在該進料腔室、該熱裂解腔室和該靜置腔室之間推送，其中各該承料盤具有一置料凹口，該置料凹口的一底部佈有多個凹槽，置放該觸媒。
16. 如請求項15所述之熱裂解裝置，其中該熱裂解腔室包含一排氣口及一排渣口，該排氣口位於該熱裂解腔室的一頂板(ceiling)且該排渣口位於該熱裂解腔室的一底部。
17. 如請求項15所述之熱裂解裝置，其中各該承料盤包含一熱煤油管埋設於各該承料盤中。
18. 如請求項15所述之熱裂解裝置，其中該進料腔室具有一第一翼板圍繞該進料腔室的一外壁，該熱裂解腔室具有一第二翼板圍繞該熱裂解腔室的一外壁，該第一閘門可升降地設置在該第一翼板與該第二翼板之間。
19. 如請求項18所述之熱裂解裝置，更包含一加壓元件，用於將該第一翼板、該第一閘門及該第二翼板密合。
20. 如請求項19所述之熱裂解裝置，更包含兩個密封層分別設置於該第一翼板和該第二翼板。
21. 如請求項18所述之熱裂解裝置，其中該靜置腔室具有一第三翼板圍繞該靜置腔室的一外壁，該第二閘門可升降地設置在該第三翼板與該第二翼板之間。
22. 如請求項21所述之熱裂解裝置，更包含一加壓元件，用於將該第三翼板、該第二閘門及該第二翼板密合。
23. 如請求項22所述之熱裂解裝置，更包含兩個密封層分別設置於該第三翼板和該第二翼板。
24. 一種熱裂解方法，包含以下步驟：(i)將一如請求項1至5任一項所述之觸媒置於一熱裂解裝置內，其中該熱裂解裝置包含：一進料腔室、一熱裂解腔室和一靜置腔室，其中該熱裂解腔室位於該進料腔室與該靜置腔室之間；一第一閘門，可升降地設置在該進料腔室與該熱裂解腔室之間；一第二閘門，可升降地設置在該熱裂解腔室與該靜置腔室之間；以及一運盤裝置，包含多個承料盤，該運盤裝置在該進料腔室、該熱裂解腔室和該靜置腔室之間推送，其中各該承料盤具有一置料凹口，該置料凹口的一底部佈有多個凹槽，置放該觸媒；(ii)將一廢棄物置於該些承料盤之一的該置料凹口，其中該廢棄物直接接觸該觸媒，且該廢棄物不經過一破碎處理；以及(iii)將該運盤裝置從該進料腔室推送至該熱裂解腔室中並進行一熱裂解反應，該廢棄物經該熱裂解反應後生成一瓦斯、一熱裂解油、一灰渣及一殘留的廢棄物，其中該殘留的廢棄物不包含任何熱固型和熱塑型聚合物。
25. 如請求項24所述之熱裂解方法，其中該熱裂解反應包含一第一階段熱裂解反應及一第二階段熱裂解反應，該第一階段熱裂解反應的一溫度為205℃至230℃， 且該第二階段熱裂解反應的一溫度為350℃至370℃。
26. 如請求項24所述之熱裂解方法，在步驟(iii)之後，更包含將該運盤裝置從該熱裂解腔室推送至該靜置腔室中進行冷卻。
27. 如請求項24所述之熱裂解方法，其中該瓦斯從該熱裂解腔室的該排氣口排出後，進入一瓦斯貯存槽。

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