TWM600661U - 高溫霧化水解裝置及系統 - Google Patents

Abstract

本創作高溫霧化水解裝置是採用水解處理原料中內含有機類的廢棄物，包含：一處理容器以及一蒸氣管路，其中，該處理容器內部形成流動空間，且流動空間具有可以將原料進行分解處理成製品的攪拌裝置，而處理裝置外部具有將原料輸送進流動空間的一原料投入口以及將製品排出的一製品排出口；該蒸氣管路連接於處理容器外部，包含複數將蒸氣供給處理容器的供給管線以及至少一將蒸氣由處理容器的排出管線，其中，排出管線的總容積是處理容器的總容積3~10倍。

Description

高溫霧化水解裝置及系統

本創作有關於一種分解處理有機類廢棄物的水解裝置，特別是指一種具有多個蒸氣供給源的高溫霧化水解裝置。

一般的有機類廢棄物，例如：(a)魚、貝類等水產加工品殘渣、(b)下水道、食品工廠排水、汙水下水道抽出等各種汙泥、(c)生產過剩的廢棄野菜、菜渣、菜屑、豆腐渣、路樹的斷枝、木屑、麥草、稻草以及稻殼等農作物及農作物加工品殘渣、(d)燒酒擠壓出的渣、清酒製程產生的渣、水果酒、醬油、茶葉以及果汁等飲料品的殘渣、(e)家庭垃圾、塑膠等都市垃圾、以及(f)從工廠排出的產業廢棄物等，大多都是採用破碎、乾燥、燃燒以及掩埋等一般處理方式。

在使用破碎、乾燥、燃燒以及掩埋等處理方式，往往都會造成環境上的汙染，而且在遇到了含有水分特性的含水廢棄物，通常都是被焚化廠所拒絕接收，且在進行焚化處理過程之前，都是需要經過複雜的前置處理，惟該等前置處理過程都非常耗費成本。

此外，若是採用掩埋處理方式，常會散發出令人厭惡的惡臭，影響到周遭的空氣品質，且惡臭空氣若受到風吹影響可能會傳播的更廣，除此之外，進行掩埋需要大量的土地面積以及高達1~3個月的時間分解，在目前環保意識提升的情況下，掩埋處理方式已經越來越不適合在目前已開發社會中。

然而，為了將有機廢棄物進行妥善處理並再加以利用，技術中已有將有機類廢棄物水解處理來做成肥料等製品。

在專利文獻2011-011129號公報中所記載的水解處理裝置，因為在處理容器僅單一個蒸氣供給口，讓處理容器的內部溫度和壓力無法快速達到均一，對有機類廢棄物來說，將會造成水解處理無法在處理容器中均衡。

本創作的主要目的在於提供一種高溫霧化水解裝置，利用複數蒸氣供給管線將處理容器的內部溫度和壓力快速達到均一，使有機類廢棄物的水解處理達到均衡。

本創作的次要目的在於提供一種高溫霧化水解系統，利用生物質能鍋爐提供蒸氣，以及該高溫霧化水解裝置並藉由循環利用達到環保效果。

為實現前述目的，本創作高溫霧化水解裝置使內部循環更加平衡，該高溫霧化水解裝置包含：一處理容器，內部形成有一流動空間，該流動空間具有一將原料進行分解處理成製品的攪拌裝置，而外部具有一將原料輸送進該流動空間的原料投入口以及一將製品排出的製品排出口；一蒸氣管路，連接於該處理容器外部，具有複數將蒸氣供給該處理容器的供給管線以及至少一將蒸氣由該處理容器排出的排出管線。

其中，該排出管線的總容積是該處理容器的總容積的3~10倍；該蒸氣管路是具有複數排出管線；該蒸氣管路的供給管線與排出管線分別連接於一控制閥與一球型閥。

本創作另提供一種高溫霧化水解系統，具有一生物質能鍋爐將有機物燃燒來產生一給該高溫霧化水解裝置利用的蒸氣，且該生物質能鍋爐是燃燒該高溫霧化水解裝置進行加熱水解處理後的製品。

其中，該生物質能鍋爐具有供給燃料的燃料供給口，該燃料供給口連接該排出管線。

綜合上述，本創作高溫霧化水解裝置的特點在於利用該處理容器將原料進行攪拌分解，再藉由該複數供給管路傳輸蒸氣提供給該處理容器，使該處理容器的內部溫度以及壓力提升，使原料的分解效果快速進行並完全分解重組。再者，本創作高溫霧化水解系統是利用該生物質能鍋爐與該高溫水解裝置所生成的個別產物，將蒸氣與製品(燃料)互相提供給對方進行循環使用。

此外，本創作對含有機類廢棄物的原料採用高溫霧化水解處理方法來進行分解處理的特殊之處，是在原料投入該處理容器後，該處理容器是呈現密封狀態，且在原料投入過程中，該處理容器是以複數的蒸氣供給來進行加壓以及升溫，而進入該處理容器內部的蒸氣和內部水解處理的原料，最後將被製成製品排出，而原料投入或加溫升壓的其中一者以上的程序也會因為條件的不同，進而影響原料的碎解混合的效果。

茲為便於更進一步對本創作之構造、使用及其特徵有更深一層明確、詳實的認識與瞭解，爰舉出較佳實施例，配合圖式詳細說明如下：

在說明本創作高溫霧化水解裝置1之前，首先，針對被水解處理的原料來做說明，被水解處理的原料大多是水產加工品殘渣、各種汙泥、農作物、農產加工品殘渣、飲料品殘渣、都市垃圾等含有有機類的廢棄物，該原料最好是已經被破碎成100mm以下的狀態，而破碎手段可採用如各種公認的粉碎機，若是水產加工物殘渣等較軟質的原料則是適合使用單軸粉碎機。

被破碎的原料是以該高溫霧化水解裝置1一處理容器2的內容積所合起來一次的量做為計量標準，也可以將原料短暫的儲留在一桶槽6裡，該桶槽6儲留原料部分用耐腐蝕的材質製成，可避免水產加工品殘渣等酸性或含鹽物質的原料傷害該桶槽6內部。

請參閱圖1所示，本創作高溫霧化水解裝置1具有一內部形成有一流動空間20的處理容器2，該流動空間20具有一將原料進行分解處理成製品的一攪拌裝置，而該處理容器2外部具有一將該原料輸送進該流動空間20的原料投入口21以及一將一製品排出的製品排出口22，一蒸氣管路40連接於該處理容器2外部，具有複數個將蒸氣供給該處理容器2的供給管線41以及至少一將蒸氣排出該處理容器2的排出管線44。

如圖所示，該處理容器2是採用操作、製造容易的橫式型態，此僅為方便舉例說明之用，亦即該高溫霧化水解裝置1也可以做成立式型態。

該處理容器2為了承受內部高壓蒸氣供給，必須滿足壓力容器的條件，讓該處理容器2的內容積、直徑、板厚、材質以及原料量等條件符合一般壓力容器的規定範圍。該處理容器2的耐壓性雖然是越高越好，但基於實用和經濟考量，通常會在2MPa~10MPa，最好是在3MPa~8MPa。

該處理容器2在高溫高壓且強酸含鹽的條件下，原料通常都必須要經過水解處理，為此該處理容器2的耐壓構造內側，使用抗藥性白鐵(SUS316)或氟素性系或矽力康系進行表面處理後的高分子薄板較佳，但是實務處理上，通常白鐵(SUS304)也可以使用。

此外，該原料投入口21被做在該處理容器2的上部，主因做在該處理容器2的側面會妨礙後述的攪拌裝置運作，也會造成原料投入的困難。另一方面，該製品排出口22設置在該處理容器2的下部。

該原料投入口21與該製品排出口22兩者在開關時皆會和一耐壓閥31做連結，在水解處理時，為了讓該原料投入口21與該製品排出口22能緊閉，該耐壓閥31的抗壓性要和該處理容器2的抗壓性一致，或甚至更高。

為了攪拌混合該處理容器2的內部原料，該高溫霧化水解裝置1具有一馬達25所驅動的攪拌裝置(無圖示)，該攪拌裝置是以槳式攪拌或螺桿式攪拌等公認方式，讓該處理容器2內部的高黏度以及高重量的原料能夠攪碎混合成均勻狀態。該處理容器2的內徑若是100公分、全長250公分的話，螺桿式的攪拌裝置的攪拌葉片外徑大約95~98公分，螺距間隔30~50公分，葉片的形狀以扇形或槳型為佳。

再者，該攪拌裝置的回轉速度為0.1rpm~50rpm，最好是0.5rpm~30rpm的範圍為佳，而且攪拌裝置是為了攪拌和混合甚至攪碎原料，所以比起攪拌速度，更要注意攪拌的扭力問題來做適當的設定。

於一較佳實施例中，原料投入就要同時開啟攪拌，攪拌條件的選擇要對應高溫霧化水解裝置1的反應時間以及原料狀態決定，可採用連續性攪拌或間歇性攪拌，但是要在一定時間內重覆進行正回轉後再逆回轉，否則僅單一方向的回轉會使原料偏向一邊，無法均衡的混合碎解。

針對該處理容器2內部的蒸氣供給，從該處理容器2的蒸氣排氣構成來說明，該處理容器2是沿著該處理容器2的高度方向設有複數蒸氣供給口23，該等蒸氣供給口23是分別被該供給管線41的複數支管 (無圖示) 一對一連接，且該供給管線41下游位置設有一控制閥42。

該供給管線41是透過該控制閥42控制與一生物質能鍋爐4之間的連通狀態，該生物質能鍋爐4是把有機物當成燃料產生水蒸氣，因此該處理容器2有調整鎖定壓力(水蒸氣壓)以及溫度的能力，且該高溫霧化水解裝置1在水解處理後產生的製品，可以被當成燃料來燃燒使用。

如圖所示，該生物質能鍋爐4具有一燃料供給口45、一固體、液體以及氣體等的燃料桶46，該燃料桶46和該處理容器2的製品排出口22做連接，從該製品排出口22排出的製品將被送往該燃料供給口45，而該生物質能鍋爐4的蒸氣供給能力是對應該處理容器2的內容積以及升溫時間來進行設定。

其中，該控制閥42是根據測定該處理容器2內部壓力與溫度的一壓力計32以及一溫度計33來進行調控，該壓力計32可設定例如：3MPa，而且該壓力計32、溫度計33等各種檢測計是可測得各種閥類的故障狀況，又該處理容器2則進一步設有一安全閥34。

另外，該處理容器2沿著高度方向具有複數蒸氣排出口24，該蒸氣排出口24是由與一該排出管線44相連接，而該排出管路44具有複數支管(圖未示)來分別與眾多不同球型閥43連接。

其中，該球型閥43可選用手動或自動以及開啟大小程度等各式各樣的不同類型，藉以調整從該處理容器2的蒸氣流量或流速，並且該處理容器2的蒸氣排放是根據內部壓力來決定，例如：花5~60分鐘來對該處理容器2的內部壓力逐漸減壓。

該高溫霧化水解裝置1進一步具有一旋風筒5，該旋風筒5是被排出的蒸氣凝集體(蒸氣、液體以及粉塵) 回收，該旋風筒5可以是構造簡單的接線型旋風筒，或是使用軸流旋風筒也可以，並可採用複數個並列或直列連結，在該旋風筒5的外圍受到加熱，凝集液體幾乎會被蒸氣化，而使粉塵(粉狀固態物)可以從旋風筒5的下部被回收。

該旋風筒5除了可以回收凝集體以外，被排出的蒸氣也可以達到某種程度的減壓機能(例如：3MPa降到0.5MPa)，為了達到上述機能，該旋風筒5的容積需要是該處理容器2的0.5~1.5倍。

於一較佳實施例中，用該旋風筒5回收的凝集體蒸氣，直接排放到空氣中也可以，必要的話，在該旋風筒5的下部設置脫臭器，將要排出的蒸氣脫臭後再排出，脫臭器可使用一般常見的吸臭材料，例如：活性碳、石灰以及沸石等。

此外，從該處理容器2排放的蒸氣，假如不使用該旋風筒5回收，亦可使用容積是該處理容器2的3~10倍的一水填充冷凝桶，這種水填充冷凝桶也可以達到將排放的蒸氣減壓的效果(例如：3MPa降至常壓0.1MPa)。

該高溫霧化水解裝置1的水解處理方法於一實施例中，在投入原料程序中，通常原料的含水率都在50%以上，因此，可以在對該處理容器2投入材料的同時投入水份調整材料，由水份調整材料在伴隨著吸水性，該水份調整材的含水率一般在30%以下，最好能在15%以下，最好是還能吸附水解處理時所溶出的有害重金屬離子，該吸水材可使用無機類的吸附材料，但最好是使用有機類的吸附材料，主因有機類的吸附材料不但是可以利用的產業廢棄物，本身也可以被水解處理掉，舉例來說，有機類的吸附材有木屑、穀殼、麥殼以及稻殼等，無機類的吸附材有石灰、沸石以及輕石等。

在該處理容器2的原料投入口21投入原料和水份調整材後，該原料投入口21旁邊的該耐壓閥31需要關閉，使該處理容器2處於密封狀態。

隨後，該馬達25驅動該攪拌裝置開始作動，攪拌動作可以是連續攪拌或間歇攪拌，但必須要正回轉和逆回轉反覆進行，使原料均勻，其中，回轉方向的切換時間點可用計時器控制即可。

在加壓升溫程序中，處於密閉狀態的該處理容器2可通過該供給管線41以及該控制閥42來取得該生物質能鍋爐4所供給的蒸氣，達到該處理容器2內部所設定的壓力以及溫度。

在水解處理程序中，該處理容器2內部維持在所設定的壓力和溫度時，內部的原料和有機廢棄物將會開始進行水解處理，而蒸氣供給是從開始所訂的時間直到原料的水解處理過程完成才會結束。

因此，當該生物質能鍋爐4停止蒸氣供給至該處理容器2，就代表水解處理結束，該原料在經過這個分解處理程序的水解處理，而且在水份調整材是有機材料的情況時，水份調整材也會被水解處理，雖然有害重金屬離子等會被溶出，但未水解的吸附材可以吸附有害重金屬離子形成固態，因此，製品的液體部份的毒化將被弱化，可當成有價值的水肥使用。

和原料投入程序時一樣，在水解處理程序中亦須驅動該馬達25開始攪拌原料，攪拌運轉可採用連續性或間歇性攪拌，但在所設定的時間內要正回轉和逆回轉反覆進行。

蒸氣排氣程序是在水解程序結束後，會花費5~60分鐘進行，通過連接在該蒸氣排出口24的排出管線44將蒸氣排出，使該處理容器2內部的壓力降至常壓(0.1MPa)的程度，並且，被排出的蒸氣飛沫會伴隨著原料的粉塵一起被排出。

在製品排出程序中，該高溫霧化水解裝置1完成水解處理後將產生製品，該製品在該處理容器2下部的該製品排出口22被排出回收。

該製品是固液態混合的狀況時，可用浮上、沉降、加壓過濾以及離心分離等分離手段將固態與液態分離，若被分離的製品是固態的話，可被當成肥料使用，但若被分離的製品是液態的話，可被當成水肥使用，製品含水量在20%以下，也可以當成是固態燃料來使用。

如上述所言，本創作高溫霧化水解裝置1是將包含有機類廢棄物的原料進行水解處理，該處理容器2有該原料投入口21以及該製品排出口22，處理容器2內部設有能攪拌原料的該攪拌裝置、有提供蒸氣給該處理容器2的該供給管線41以及將蒸氣排出的該排出管線44，另外，該處理容器2還具有複數個蒸氣供給口23。

根據上述結構，該處理容器2的內部可以均衡供給蒸氣，使得該處理容器2的內部溫度以及壓力達到均衡，對含有有機廢棄物的原料在水解處理的過程中，可以使其均衡進行，進而達到製品的均質均衡。

本實施形態，在該處理容器2具有複數的蒸氣排出口24，所以處理容器2內部的蒸氣可以均衡排出；該排出管線44和該球型閥43連接，因此可以調節該處理容器2內部的蒸氣排出流量和流速，也可以調節排氣的減壓時間。

其中，該高溫霧化水解裝置1所製造的製品，可以當成產生蒸氣的該生物質能鍋爐4的燃料，不需要使用石油、柴油、天然瓦斯以及燃煤等燃料，運用該高溫霧化水解裝置1的系統即可減少成本。

於較佳實施例，該生物質能鍋爐4是為了本實施形態專門設置，但如果其他工廠用鍋爐具有高效能，直接導入使用也可，且該高溫霧化水解裝置1所水解處理的製品，少說也有一部分可以當成燃料使用，水解處理的製品也可以全部當成商品販售，不一定要使用該生物質能鍋爐4，貫流鍋爐等各式各樣的鍋爐也都可以使用。

1:高溫霧化水解裝置 2:處理容器 20:流動空間 21:原料投入口 22:製品排出口 23:蒸氣供給口 24:蒸氣排出口 25:馬達 31:耐壓閥 32:壓力計 33:溫度計 34:安全閥 4:生物質能鍋爐 40:蒸氣管路 41:供給管線 42:控制閥 43:球型閥 44:排出管線 45:燃料供給口 46:燃料桶 5:旋風筒 6:桶槽

圖1為本創作高溫霧化水解裝置的示意圖。

1:高溫霧化水解裝置

2:處理容器

20:流動空間

21:原料投入口

22:製品排出口

23:蒸氣供給口

24:蒸氣排出口

25:馬達

31:耐壓閥

32:壓力計

33:溫度計

34:安全閥

4:生物質能鍋爐

40:蒸氣管路

41:供給管線

42:控制閥

43:球型閥

44:排出管線

45:燃料供給口

46:燃料桶

5:旋風筒

6:桶槽

Claims (5)

1. 一種高溫霧化水解裝置，透過水解處理原料中內含的有機類廢棄物，包含： 一處理容器，內部形成有一流動空間，該流動空間具有一將一原料進行分解處理成一製品的攪拌裝置，而該處理容器外部具有一將該原料輸送進該流動空間的原料投入口以及一將該製品排出的製品排出口； 一蒸氣管路，連接於該處理容器外部，具有複數將蒸氣供給該處理容器的供給管線以及至少一將蒸氣由該處理容器排出的排出管線； 其中，該排出管線的總容積是該處理容器的總容積的3~10倍。
2. 如請求項1所述高溫霧化水解裝置，其中，該蒸氣管路是具有複數的排出管線。
3. 如請求項1所述高溫霧化水解裝置，其中，該蒸氣管路的供給管線與排出管線分別連接於一控制閥與一球型閥。
4. 一種高溫霧化水解系統，具有一生物質能鍋爐將有機物燃燒來產生一給請求項1～3高溫霧化水解裝置利用的蒸氣，且該生物質能鍋爐是燃燒該高溫霧化水解裝置進行加熱水解處理後的製品。
5. 如請求項4所述高溫霧化水解系統，其中，該生物質能鍋爐具有接收燃料的一燃料供給口，該燃料供給口連接該製品排出口。

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