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TW201313346A - 廢棄物加工之改良 - Google Patents

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TW201313346A
TW201313346A TW101125843A TW101125843A TW201313346A TW 201313346 A TW201313346 A TW 201313346A TW 101125843 A TW101125843 A TW 101125843A TW 101125843 A TW101125843 A TW 101125843A TW 201313346 A TW201313346 A TW 201313346A
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TW
Taiwan
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gas
processing
tube
section
delivery
Prior art date
Application number
TW101125843A
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English (en)
Inventor
Rifat Al Chalabi
Ophneil Henry Perry
John Turner
Original Assignee
Chinook Sciences Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

提供一種用於加工有機材料的設備與方法，該設備與方法包含伸長加工管(22)，該伸長加工管具有接收該材料的入口以及供加工過之材料所用的出口。氣體輸送系統以流體式輸送該材料通過該加工管。該氣體輸送系統包含輸送氣體供應源，該輸送氣體是熱的受加壓惰性氣體，該輸送氣體供應源於該加工管(22)的入口端連接該加工管。控制系統設以控制該受加壓惰性氣體至該加工管(22)的供應，以便輸送一批材料通過該管(22)，同時加熱該批材料，以使該批材料中的有機物質氣化而產生加工。該加工管(22)具有複數個區段，每一區段被封閉物(44)隔開，且該氣體輸送用具將該材料從一個區段輸送到下一個區段。

Description

廢棄物加工之改良
本發明係關於具有機成分的材料加工(process)上的改良。特定言之，該方法係關於在半連續加工程序中此類材料加工上的改良。
此技術中已知批次加工及連續加工材料以氣化(gasify)該等材料或熱解該等材料以產生合成氣。
一種已知的連續方法是使用輸送烘箱(oven)，該等系統使用篩帶輸送器運輸材料以通過烘箱進行處理。當材料通過烘箱時，熱氣體通過帶上的材料。此方法的問題為帶上材料深度限制了該加工。該等材料被堆疊，此舉減少了效能，因為熱氣體不會進而與在篩上封閉於材料堆疊內的材料相接觸。所有受處理的材料表面暴露至熱氣體對於有效加工材料而言是有益的。在此也無受處理之材料的攪拌，且輸送帶壽命經常很短暫。
另一種已知的連續方法是使用旋轉烘窯(klin)。在此方法中，大型烘窯傾斜至水平，使得在重力影響下，被饋送或裝填(charge)至烘窯的材料於該烘窯之最高端朝最低端行進，在最低端處該材料被排出。該烘窯旋轉，使得該烘窯內的材料受到攪拌，並且提供熱氣流以在該材料行進通過烘窯時加熱該材料。此方法的一項問題是 有大量的移動部件，尤其，實際上整個烘窯旋轉是固定磨損與可能的失效的來源，尤其是與大幅度地橫跨大範圍溫度進行密封的任一端處的旋轉密封相關。進一步的問題在於，相較於該等烘箱吞吐的材料而言，該等烘箱一般佔用大量空間。
連續加工程序的進一步的問題在於，該等連續加工程序的加工參數通常被設定在非常穩定的層級，使得通過該等連續加工程序的材料能夠保證是完全受到加工。此舉在若需要被加工的材料中有大幅度變化(例如水含量)時可能會產生問題。
已知有搭載流爐(entrain flow furnace)，在該等爐中，有機物質的小型顆粒搭載於熱氣流中，該熱氣流通過一爐，此搭載流爐例如為來自日本專利申請案JP2009256490中的爐。
也已知透過加熱廢棄物(例如都市廢棄物)而乾燥廢棄物，此加熱是透過使熱氣流通過該廢棄物或通過該廢棄物上方而實現。此先前技術之實例揭露於日本專利申請案JP9042836、PCT公開案WO2010/027138，以及歐洲申請案EP0031939中。
本發明的目的在於提供一種加工具有有機成分之材料的改良方法與設備。
根據本發明之第一態樣，提供一種用於加工材料的設備，該材料諸如有機塗佈廢棄物以及有機材料，該等材料包括生物質、工業廢棄物、都市固體廢棄物，以及污泥；該設備包含：伸長加工管，具有用於接收該材料的入口以及供加工過的材料所用的出口；氣體輸送系統，以流體式(fludically)輸送該材料通過該加工管，該輸送系統包含輸送氣體供應源，該輸送氣體包含熱的受加壓惰性氣體，該輸送氣體供應源於該加工管的入口端連接該加工管；以及控制系統，設以控制該受加壓惰性氣體至該加工管的供應，以便輸送一批該材料通過該管，同時加熱該材料，以使該材料中的任何有機物質氣化而產生加工氣體，其中該加工管包含複數個區段(section)，每一區段被一封閉物(closure)隔開，且該氣體輸送用具(means)設以將該材料從一個區段輸送到下一個區段。
基本上透過以此方式加工，影響連續的批次加工。此舉提供修飾與批次加工有關的加工參數的彈性，並且此舉也提供連續加工的優點，例如較佳的材料吞吐量、無批次間的停工時間等。
較佳為該設備進一步包含隔開用具，用於從該加工管提取該加工氣體。
較佳為該氣體輸送用具包括輸送氣體入口，該輸送氣體入口與每一區段相連，以供應輸送氣體將該每一區段中的該材料移動進入該下一個區段。較佳為該加工管的 每一區段具有加工氣體出口，該加工氣體出口朝向該加工管的每一區段的下游端。
透過將該加工分解成數個管區段，可獨立地監視每一區段的參數，例如流體的提取/添加(見下文)。再者，因為在每一階段導入熱的輸送氣體，所以區段數目愈多，則來自輸送氣體的熱輸入愈大。
該設備可包含輸送氣體壓縮器，以增加該輸送氣體的該壓力，且該輸送氣體的膨脹移動該加工管中的該材料。
該輸送氣體壓縮器可包含壓縮腔室以及致動器，該壓縮腔室中具有活塞，該活塞用於接收該輸送氣體，而該致動器用於移動該腔室中的該活塞，以壓縮該腔室中的該氣體。較佳為該壓縮腔室的尺寸經過設計，而使得在該腔室中該活塞的一個衝程逐出足夠的輸送氣體，以從該加工管的一個區段輸送材料至另一個區段。
一個較佳的排列方式中，該加工管的每一區段具有壓縮器，該壓縮器與該區段相連。在替代性排列方式中，該設備可設置有一個中央壓縮器，且該氣體可被閥用具引導至該加工管的所需區段。
該設備可包含在該管的每一區段中的流體出口，以從該管的每一區段汲引流體。該設備也可包括每一區段的該輸送氣體入口導管中的流體入口，以將汲引的流體饋送進入該輸送氣體。因為熱的輸送氣體處於高溫下(在數百度的區域中)，所以該流體在添加至該輸送氣體時將會汽化(vaporise)，當該流體汽化時體積的膨脹將會稍 微使氣體溫度下降，但將抬升該氣體的壓力，因此助於沿著該管輸送該材料。
在較佳的排列方式中，該設備進一步包含熱處理(thermal treatment)腔室，用於透過加熱由該設備產生之該加工氣體而熱處理該加工氣體，以便裂解(breakdown)該加工氣體中的任何揮發性有機化合物。較佳為從該熱處理腔室設置出口導管，以從該熱處理腔室供應熱的加工氣體至該加工管，而用做該輸送氣體。
該設備可包括：饋送料斗(hopper)以及第二料斗，該饋送料斗用於接收及暫時儲存待加工的材料，該第二料斗由該饋送料斗饋料，其中該第二料斗透過閥連接該加工管，且其中該第二料斗在該第二料斗的上端具有輸送氣體入口。以此方式，可連續地閘式控制(gate)批料從該第一料斗通過該第二料斗並且被導入該加工程序中。
該設備可設置有感測器，以感測該加工氣體的品質，並且：若所感測到的該品質不符合預定規格，則可控制該設備再循環該加工氣體通過該加工管而做為輸送氣體；以及，若該品質確實符合該預定規格，則可提取至少一些該等加工氣體以儲存或直接使用。
該加工管的內表面可設置有固定攪拌器，以在該材料被輸送通過該管時，促進該管內的該材料的翻轉(tumbling)。
根據本發明的第二態樣，提供一種用於加工材料的方 法，該材料諸如有機塗佈廢棄物以及有機材料，該等材料包括生物質、工業廢棄物、都市固體廢棄物，以及污泥；該方法包含以下步驟：設置伸長加工管，該伸長加工管具有用於接收該材料的入口以及供加工過的材料所用的出口；設置氣體輸送系統，以流體式輸送該材料通過該加工管，該輸送系統包含熱的受加壓惰性氣體供應源，該供應源於該加工管的入口端連接該加工管；以及控制該受加壓惰性氣體至該加工管的供應，以便輸送一批該材料通過該管，因而加熱該批材料，以使該材料中的任何有機物質氣化而產生加工氣體，該加工管進一步包含複數個區段，每一區段被封閉物隔開，每一區段具有與該區段相連的輸送氣體入口，以供應輸送氣體；且其中該方法進一步包含以下步驟：控制該輸送氣體的供應，以便將該材料從一個區段輸送到下一個區段。
較佳為該方法進一步包含以下步驟：從該加工管隔開該加工氣體。
較佳為該方法包含以下步驟：壓縮該輸送氣體，以增加該輸送氣體之壓力，且其中該輸送氣體的膨脹移動該加工管中的該材料。
該方法可包含以下步驟：經由該管的每一區段中的流體出口從該管的每一區段汲引流體。從該管汲引的該流體隨後可被供應至該輸送管上游的該輸送氣體中。該輸送氣體的該溫度足以汽化添加至該輸送氣體的該流體，因而增加該輸送氣體的壓力。
該方法較佳為包含以下步驟：在熱處理腔室中加熱該等加工氣體，以熱裂解在該加工氣體中的任何揮發性有機化合物。熱的該加工氣體可隨後從該熱處理腔室供應至該加工管，以用做為該輸送氣體。
一個實施例中，該方法包含以下步驟：設置饋送料斗，以接收及暫時儲存待加工的材料；設置第二料斗，該第二料斗由該饋送料斗饋料，其中該第二料斗透過閥連接該加工管；將輸送氣體入口設置在該第二料斗的上端；從該饋送料斗饋送一批待處理的材料至該第二料斗；使氣體通過該輸送氣體入口，並且開啟該閥，使得該批材料從該第二料斗輸送進入該加工管。
較佳為將該加工管的每一區段設置加工氣體出口，該加工氣體出口朝向該加工管的每一區段的下游端，以經由該等加工氣體出口提取加工氣體。
該方法可包括以下步驟：感測該加工氣體的該品質，且：若該品質不符合預定規格，則再循環該加工氣體通過該加工管；以及，若該品質確實符合該預定規格，則提取該等加工氣體的至少一部分以儲存或直接使用。
該方法可包含以下步驟：設置廢棄材料儲倉，該廢棄材料儲倉位在該加工管下游，以及將惰性且完全經過加工的該材料收集在該儲倉中。
該方法可包含以下步驟：在該材料被輸送通過該管時，在該管內攪拌該材料。
請參考第1圖，設置饋送料斗1以供裝載的廢棄材料所用，裝載的廢棄材料可透過習知方法(例如輸送器)直接來自傾斜的卡車或來自具有鏟斗裝載能力的車輛。
「廢棄材料」之用語用於下文的敘述各處，且該用語描述由該設備加工的材料，且可採取許多不同形式。對於熟習此技術之人士而言將能瞭解，該系統能夠加工含有高含量有機物質的任何材料。
設置閥3以使廢棄材料2得以用經計量的量導進第二料斗4，該量是以體積或重量為基礎。
可透過使用既存的氣動輸送方法完成廢棄材料至加工管最初導入，該氣動輸送方法為此技術中已知，但在此仍簡短地描述該方法：當閥3開啟時，閥8維持關閉，且使料斗得以於閥8原地的位置處將空氣排出該料斗(也在閥3原地的位置處排出料斗頂部處的空氣)，此時廢棄材料通過閥3掉落且填充第二料斗，因而空氣逃逸。
壓縮空氣供應源(compressed air supply)經由導管10連接第二料斗，以便透過使壓縮空氣得以於位置10進入(此時閥8開啟且閥3關閉)而將廢棄材料推進加工管22。儘管系統裝填的該部分可透過使用如所述的習知氣動用具執行，然而應瞭解，此裝載部分可不透過正常的壓縮空氣達成，而是透過使用熱加工氣體做為輸送氣體達成，此舉將在此於下文中針對普遍性的廢棄材料通過 系統之移動的段落中描述。
此發明的操作基礎在於，透過用於氣化加工本身中的熱氣體，從進入點輸送廢棄材料通過加工管至離開點。在如此做的情況下，氣體施加壓力給廢棄材料，以引發輸送移動，且因而引發攪拌(此攪拌是由於該材料移動所致)。在如此做的情況下，部分或大量的廢棄材料被迫暴露於熱加工氣體，因此引發廢棄材料的氣化。該氣化加工程序創造加工氣體，該加工氣體含有一氧化碳(CO)與氫(H2)，該兩者通常被稱作合成氣(syngas)。
廢棄材料被移動通過該加工設備並非透過習知方法中的壓縮氣體，而是透過來自氣化加工程序的熱加工氣體的加壓供應。
一般在沿著加工管上的多個位置處，從計畫數目的壓縮腔室21中的一者在壓力下使熱氣體通入，每一壓縮腔室21裝設在與加工管的區段的長邊鄰接處，且每一壓縮腔室21連接熱加工氣體入口管道(duct)19。該等區段被閥44隔成複數個分立的腔室。
數個較佳實施例的其中一者中，一般設置腔室21，該腔室21容納活塞20，該活塞20可在工作衝程中以箭號13與14的方向移動，且可由習知用具致動該活塞20，例如透過將該活塞20連接至液壓缸15。
當活塞20經致動以箭號13的方向行進時，閥11與17在腔室21上關閉，同時閥12與16開啟，因而使來自入口管道18(該管道18自較大的管道19鋪設(pipe)) 的熱氣體53在活塞20的移動下壓縮至適當壓力，該適當壓力是引發氣體通過閥12與管道10被推出且進入第二料斗4所需，此舉使得廢棄材料2A具有施加至該材料的壓力，如此該廢棄材料2A被推動而移動通過閥8並且開始通過加工管22的旅程。
在活塞以箭號13的方向移動的同時，閥16開啟並且使來自管道18的連續無阻的熱氣流得以維持，因此在管道19中的熱氣流53中無壓降。
當廢棄材料2A填充第二料斗，則隨後閥5與7開啟以使捕捉的空氣得以通過管道6逃逸並且加入出口氣體管道47。
第二腔室4充以通過管道10的加壓熱氣體之前，閥5與7關閉。
當體積被活塞後方的氣體53自由地填充，隨後於活塞20之衝程的末端，閥11與17開啟且閥12與16關閉，而使腔室中的自由空間持續充以來自活塞後方管道18通過閥17的熱入口氣體53(此時該活塞以箭號14的方向移動)，迫使受加壓的熱氣體行進通過閥11並且對下一批材料2A(該下一批材料已經裝載於第二料斗4中)加壓。以此方式，利用了活塞的兩個衝程方向。
腔室21的尺寸經過計算，使得具足夠體積的熱氣體能夠在單一衝程中由活塞壓縮，以引發廢棄材料以計量過的增量(increment)輸送通過加工管，此舉是透過以對既存氣動輸送方法而言習知的方式有效加壓廢棄材料泥 餅(slug)而實現。該技術在輸送工業中廣為所知，且存在諸如緻密相、稀疏相，與脈衝相之各種時期(term)，但顯著特徵(salient point)在於，所提出的設備使用加工熱氣體進行輸送，同時也引發氣化。因此，使用熱氣體具有雙重目的：以增量方式移動材料通過加工管22，以及加熱該材料，以引發該材料轉為氣化狀態。
該加工程序為增量形式，所以以腔室21為典型的許多腔室以適當的長度間隔相鄰裝設且以腔室21為典型的許多腔室沿著加工管22的長邊以適當的時間間隔裝設，而建立連續(或半連續)的廢棄材料之輸送，例如，在每一區段中，該材料被輸送至隨後的區段之前，可有該材料的一滯留時間。
一般而言，鑑於前述功能起了作用，則相同的功能由數個沿著加工管22長邊上的腔室執行。
例如，在活塞20以箭號13之方向移動的同時，隨後活塞31由適當的用具32致動同時閥25與24關閉，之後，閥23與26維持開啟，同時活塞31以箭號29之方向移動。再次，熱氣體在腔室30中被加壓並且被推過閥23與管道9而於一位置進入加工管22，該位置在先前的廢棄材料2B泥餅前方。當活塞31以箭號29之方向移動，腔室30持續填充，此時閥26開啟且熱氣體53無限制地由管道27通入。
類似前文所述，活塞31以箭號28所示之方向返回，且閥23與26關閉，同時閥25與24開啟，使加工循環 得以持續。
閥44一般密封加工管22沿著長邊的每一區段，且該等閥可選擇性地與該等腔室依序操作，以實現透過氣體輸送而輸送材料通過該系統。
於如所需的多個區段重複該加工程序，且一般以泥餅(如2B、2C、2D等所繪)形式輸送該廢棄材料。在操作中，一般將會排定該操作順序，使得下游腔室中的材料首先被輸送出該腔室，之後上游材料才被輸送進入該腔室。
加工管22內來自該加工程序的氣體通過閥45(位在每一管區段中)逐出並且通過導管46逐至主要出口加工氣體管道47以進行氣化程序。該等加工氣體中的一些加工氣體也得以通過該加工管的末端且進入收集儲倉48(位在加工管末端)，在該儲倉中，該等加工氣體能夠通過閥51與52逃逸而進入主要出口管道47。閥50設置在儲倉底部，以使惰性的加工過的材料從該儲倉移除。
加工廢棄物49完全經過加工且為惰性，該加工廢棄物49從加工管22末端被捕捉且收集在儲倉48中，可透過閥50排空該儲倉48。
可瞭解，腔室致動的確切時序與熱加工氣體進入之位置的說明不必嚴謹地符合伴隨的第1圖中所描繪者，申請人希望第1圖是系統的示意性表示圖。
儘管圖中顯示連續、筆直的加工管22，然而應瞭解該加工程序不必為連續的長程，而是能夠為許多階段性區 段，在該等區段中，該廢棄材料可橫越至一個階段性區段並且從一個階段性區段橫越到下一個階段性區段。或者，加工管22可被排列成環形排列方式且被排列成許多階段，以使廢棄材料得以環繞迴圈區段連續通過，且隨後一旦完成氣化則經由適合的離開閥與儲倉排空，但該等排列方式之任意一者將使加工更與批次系統同類。
再度參考圖式，加工管22的最初區塊可具有一設施，以使廢棄材料2C與2D(此為示例性)更大幅度地壓縮，使得任何H2O或流體可從廢棄材料榨取而出，且在加工管區段的每一者經由收集點57汲引該H2O或流體，儲存該H2O或流體，以及隨後由受控的用具於氣化相中的任一點處使用該H2O或流體。尤其，在較早的相中所萃取的水(在該較早的相中，在該材料中有過量的H2O)於加工管22的較後階段中水可被再度導進系統中，濕氣的主要部分已被該較後的階段所使用，且氣化程序中缺乏濕氣。
可瞭解，前文所述在閥57由初始壓縮階段收集的H2O可經由入口閥56添加至任何區塊的熱氣體入口，以引發加壓而助於熱傳以及熱氣體(合成氣)滲透通過加工管中的廢棄材料表面。尤其，當添加水時，熱氣體將汽化水，且該液相至氣相變化的體積增加將會引發添加水時加工氣體中的壓力增加，因而加速氣體進入加工管22並且助於輸送加工管22中的材料。
在每一區段之後，將由該區段提取加工氣體而進行加 工的檢查，此舉提供氣體品質的狀態(化學組成與溫度)，且若整體品質良好，則氣體被認可為加工氣體，且氣體得以通過管道46進入出口氣體管道47，且若品質不良，則該氣體將需要在用於下一區塊之前重新調節。在此情況中，該氣體將會經由離開管路54循環並且該氣體將會經由閥55或任何其他適合的位置進入熱氣體入口管道27。以此方式，經由導管47從系統提取的加工氣體可獲得控制，因此該氣體具有高品質。在設備的個別區段中循環氣體的此能力提供批次操作系統彈性，且從一個區段輸送到另一區段的氣體提供連續操作的優點。因此，能以連續的方式操作該設備，但非常合用於操縱不同的廢棄產物，該等不同的廢棄產物具有不同的卡路里值以及不同的有機物與濕氣含量。
在經由該等入口進入該等區段處的熱氣體的壓力及溫度可受到控制而使該壓力與溫度在稍後的區塊階段更高，以收集CO與H2並且斷裂較大的碳氫分子(CxHy)。
請參考第2圖，所示的系統以如與第1圖所之系統相同的方式作用，差異處是下文所述的變化，其中可裝設單一加壓槽61於加工管22的遠端，位於地平面(ground level)上方或下方。可藉由單一壓縮器62加壓該槽，該壓縮器62可為參考第1圖所述的形式，或者該壓縮器62可以是高溫壓縮器之任何其他形式。
如前文所述，可於每一區段設置再循環迴圈，且將進行加工檢查，以提供加工氣體整體品質的狀態，且若整 體品質良好，則加工氣體通過管道46且進入出口氣體管道47，且若品質不良，則該加工氣體可經由離開管路54再循環並且該加工氣體可經由閥55或任何其他適合的位置進入熱氣體入口管道。將瞭解，在此排列方式中，再循環的氣體再循環至所有區段中，而非僅進入該氣體出發的該區段(如第1圖之實例)。
一般而言，加工管22也可座落在地平面上方或下方，且若該管裝設在地平面下方，則該壓縮的熱氣體可儲存在地平面上方或下方的單一加壓槽61，以饋送給所有加工管區塊，該等加工管區塊之每一者可被選以經由相關的控制閥60依序致動。第1圖的實例中，若加工管22座落在地平面下方，則壓縮器座落在地平面上方(該壓縮器具有移動部件且因此較容易需要維修)，或者該壓縮器至少位在易於進出的位置以助維修。再者，控制廢棄物從一個區段移動到另一區段的閥44將各具有致動器，以控制該等閥，該致動器也同樣較佳為座落在地平面上方或至少位在易於進出的位置。
亦如前文所述，可瞭解由初始壓縮階段在前文所述的閥57收集的H2O可經由入口閥56添加至任何區塊的熱加工氣體入口，以引發加壓並且幫助熱傳與熱氣體(合成氣)滲透通過加工管中的廢棄材料表面。
鑑於廢棄材料在行進通過加工管時體積減少(此舉是連續氣化所致)，最後的區段區塊的截面可減少，或操作模式經調整以提供較高速的流動，以支撐較低質量但較 高密度的材料運輸。
當廢棄材料輸送通過加工管22時的廢棄材料之移動速度可正比於廢棄材料對加工及氣化材料中有機物質的需求，且可因此透過控制閥時序、壓縮器致動器操作，以及H2O進入加工管區段的導入之一或多者而加速或減緩該廢棄材料之移動速度。
現在請參考該兩個實施例，具適合形式與尺寸的抬升部分裝設在加工管22的沿著該管長邊的內側，以在廢棄材料2C、2D等被推過加工管時，引發該材料翻轉(tumble)及改型(reform)，且使該材料得以展開(open up)及曝氣(aerate)。此類抬升微結構(detail)63描繪於第2圖，但為了簡明清楚起見而從第1圖中省略此類抬升微結構。
除了裝設在加工管22內的具造型之鰭片63外，加工管22內壁可具有沿著該加工管22長邊切割的膛線(rifling)或切割螺旋溝槽，以迫使材料移動遠離中心，而該等具造型的鰭片63則是反制廢棄物移動且將該材料往管中心推動。可個別或一起使用該等特徵，例如，在管內交替徑向移動材料導致更大規模的攪拌與混合，而導致較佳的氣體滲透，因而導致較高的氣化速率。
請參考第3圖，圖中圖示系統結合熱氧化器65，在熱氧化器65中，離開加工管22的加工氣體受到熱處理。加工氣體被提高至超過800℃的溫度達大約兩分鐘的時間，以便裂解長鍊碳氫化合物與在該氣體中的VOC。此 舉在較低的氧環境中完成，以防止加工氣體燃燒。可透過燃燒器66提供熱，在該燃燒器66中，燃燒燃料(例如天然氣或合成氣)與氧的實質上呈化學當量的混合物。來自熱氧化器65的一些熱氣體用作輸送氣體，以移動材料通過加工管22並且加熱該材料。將瞭解，為了簡明清楚起見，圖示於第1圖與第2圖的該系統的一些細節(例如氣體的壓縮與閥的裝設)從第3圖省略。
除了由熱加工氣體供應的熱之外，可設置加熱加工管區段的額外用具64，以控制個別區塊溫度並且協助氣化程序。該等用具可以是任何已知的加熱用具(例如電子式)，或該等用具可使用系統熱，例如該等用具可經由再循環導管(圖中未示)循環來自熱氧化器65的熱氣體。此舉助於確保在整個加工程序中較精細地控制加工腔室溫度，尤其，此舉容許精細地控制每一區段中的溫度，因此導致較佳地控制加工氣體的合成氣品質。
如前文所述，可監視所產生的氣體之品質。若該氣體為低品質，則該氣體可被發送至分開的腔室以供調節，或者該氣體可循環通過熱加工腔室65且再循環通過加工管，直到該氣體達到期望的品質為止。一旦該系統正產生高品質加工氣體(合成氣)，此氣體可由系統移出以供使用68，或此氣體可儲存而在稍後使用，例如用於驅動合成氣生成器。
加工程序的一些階段期間(在該等階段期間溫度在特別的範圍)，碳與焦炭可在該設備中形成。碳與焦炭期 間，該加工管區段(或在該等區段中的材料)可在焦炭顆粒物的共振頻率振動，以將焦炭從金屬成分分離，且強化較硬的物質的氣化加工，而氣化焦炭成分。該振動可透過在稍後階段反覆進行壓力脈衝而建立，以建立壓力的循環，此舉可例如透過壓縮器達成，或可使用替代性的振動用具，該替代性振動用具可包含壓力波生成器或機械式振動器。此步驟將僅用於一旦完成大部分氣化加工之後的較後期的階段，且只留下較硬的顆粒，該等顆粒將與金屬細粒(fine)混合或塗布金屬細粒。
用於渦流的感測器以及磁性裝置67可經配適以在較後的加工管階段中攪拌廢棄灰塵，而迫使顆粒以期望的方向移動。將添加該等裝置以實現對朝向加工管末端的氣化加工程序的較精細控制，在此時，焦炭、鐵質、非鐵質物質從氣化加工程序留下。此攪拌具有與機械振動類似的功效，該功效在於，該攪拌能夠助於從金屬分離焦炭與碳，並且該攪拌能夠助於暴露更多焦炭與碳的表面積至熱，因而助於焦炭與碳氣化。
各加工管區段之間的材料移動將完全由控制器74所控制，該控制器74具有控制演算法則，該控制演算法則評估廢棄物與加工氣體的狀態，此評估是透過以下方式實現：從量測各個管路區塊上之合成氣品質的各感測器接收加工參數之訊號，以及其他加工參數(例如溫度)之訊號。儘管圖中未示，但應瞭解，該控制器將連接該系統的各個閥以及感測器，以接收關於操作參數的資 訊，且發送控制訊號給各個閥、致動器，與加熱器，以操作該系統。基於廢棄物的狀態，改變壓力與合成氣品質。再者，基於廢棄物的情況與氣化率，可控制廢棄物移動速度(在每一加工管區段中的滯留時間)。此舉提供額外的自由度給予氣化加工程序，且此舉使廢棄物得以完全氣化，或轉成焦炭，之後才進入焦炭隨後氣化的最終管區段。
請參考第4圖與第5圖，可將該加工管22如此建構成具有外皮69以及內皮70，該內皮70可作用為支撐內皮70的界限內的廢棄材料，同時在加工管22的某些區段使該熱加工氣體的入口得以從內皮與外皮之間的空洞72通入內加工管71，以助氣化期間更有效的廢棄物分解。以替代方式或相結合的方式，可將廢棄材料支撐在內皮界限內，同時在加工管22的某些區塊區段使熱加工氣體從內加工管71的界限通出而進入內管與外管結構之間的空洞73，以助氣化期間更有效的廢棄物分解。可瞭解，管區段可採取呈現許多組合的許多剖面形式，該等形式有別於圖中所示的彼等形式，且諸如為圓的內管及方的外管。
請參考第6圖，圖中圖示第3圖的設備之變化形式。在此實施例中，有兩個熱氧化器65以及兩個出口氣體管道47。每一出口氣體管道47透過閥74、75連接管道46。可確定通過導管46的加工氣體的品質，且取決於該品質，閥74或閥75之任意一者可開啟以使加工氣體通過 一個出口氣體管道47或其餘管道。在使用上，低品質加工氣體(該低品質加工氣體不符合預定規格)將會被安排(route)通過一個出口氣體管道47與熱氧化器65，該熱氧化器65將處理該氣體並且該熱氧化器65將該氣體再循環返回通過加工管22而做為輸送氣體。高於某品質的加工氣體將被安排通過其餘出口氣體管道以及熱氧化器，此熱氧化器將會熱處理該氣體，並且之後該氣體可再循環至加工管22或該氣體可輸出以供儲存或直接使用，例如用於合成氣引擎以產生電力。雖然圖中圖示加工管22之所有階段連接至該二出口管道47，然而變化形式為僅將加工管22的該等區段中的一些區段的出口連接至一個出口管道或其餘管道。也可以是，對加工中的材料而言，已知來自最初極少數的階段的加工氣體將永不會到達如在該等階段(該等階段中，有大量揮發物與水汽產生)中般的需求品質，且氣化僅只為剛開始。因此，來自該等階段的出口總是安排至該等熱氧化器中的一者可為合適的。相較之下，最後極少數階段中的加工氣體(尤其是若該材料已經分解成碳與焦炭)將會是高等級加工氣體，且最後極少數階段中的加工氣體可總是被安排到其餘的熱氧化器以供處理下游儲存或使用。在中間階段(此處加工氣體將會在品質上變動，此變動取決於加工參數以及加工中的材料)，將導管46連接至該兩個導管並且取決於氣體品質而用閥74、75控制導管中的流動(如前文所述)可能是適當的。在該等圖式中 並未圖示的替代性排列方式可為，使用單一熱氧化器，並且透過先將較低品質的加工氣體與燃料混合再注入而在燃燒器中燃燒較低品質的加工氣體。
1‧‧‧饋送料斗
2、2A-2D‧‧‧廢棄材料
3、5‧‧‧閥
4‧‧‧第二料斗
6‧‧‧管道
7、8‧‧‧閥
9‧‧‧管道
10‧‧‧導管
11、12‧‧‧閥
13、14‧‧‧箭號
15‧‧‧液壓缸
16、17‧‧‧閥
18、19‧‧‧管道
20‧‧‧活塞
21‧‧‧壓縮腔室
22‧‧‧加工管
23-26‧‧‧閥
27‧‧‧管道
28‧‧‧箭號
29‧‧‧箭號
30‧‧‧腔室
31‧‧‧活塞
32‧‧‧用具
44‧‧‧閥
45‧‧‧閥
46‧‧‧導管
47‧‧‧管道
48‧‧‧儲倉
49‧‧‧加工廢棄物
50‧‧‧閥
51、52‧‧‧閥
53‧‧‧熱氣體
54‧‧‧離開管路
55‧‧‧閥
56‧‧‧閥
57‧‧‧收集點
60‧‧‧閥
61‧‧‧加壓槽
62‧‧‧壓縮器
63‧‧‧抬升微結構
64‧‧‧加熱用具
65‧‧‧熱氧化器
66‧‧‧燃燒器
67‧‧‧磁性裝置
68‧‧‧使用
69‧‧‧外皮
70‧‧‧內皮
71‧‧‧內加工管
72‧‧‧空洞
74‧‧‧閥/控制器
75‧‧‧閥
現在請參考圖式，在此將描述本發明的特定實施例，該等圖式中：第1圖是本發明之第一實施例的示意圖；第2圖是本發明之第二實施例的示意圖；第3圖是本發明的示意圖；第4圖是根據本發明的替代性實施例之加工管的部分截去的區段；第5圖是根據本發明的替代性實施例的穿過加工管的剖面圖；以及第6圖是本發明之替代性實施例的示意圖。
1‧‧‧饋送料斗
2、2A-2D‧‧‧廢棄材料
3、5‧‧‧閥
4‧‧‧第二料斗
6‧‧‧管道
7、8‧‧‧閥
9‧‧‧管道
10‧‧‧導管
11、12‧‧‧閥
13、14‧‧‧箭號
15‧‧‧液壓缸
16、17‧‧‧閥
18、19‧‧‧管道
20‧‧‧活塞
21‧‧‧壓縮腔室
22‧‧‧加工管
23-26‧‧‧閥
27‧‧‧管道
28、29‧‧‧箭號
30‧‧‧腔室
31‧‧‧活塞
32‧‧‧用具
44‧‧‧閥
45‧‧‧閥
46‧‧‧導管
47‧‧‧管道
48‧‧‧儲倉
49‧‧‧加工廢棄物
50‧‧‧閥
51、52‧‧‧閥
53‧‧‧熱氣體
54‧‧‧離開管路
55‧‧‧閥
56‧‧‧閥
57‧‧‧收集點
74‧‧‧控制器

Claims (31)

  1. 一種用於加工(process)材料的設備，該材料諸如有機塗佈廢棄物以及有機材料，該等材料包括生物質、工業廢棄物、都市固體廢棄物，以及污泥；該設備包含：一伸長加工管，具有用於接收該材料的一入口以及供加工過的材料所用的一出口；一氣體輸送系統，以流體式(fludically)輸送該材料通過該加工管，該輸送系統包含一輸送氣體供應源，該輸送氣體包含熱的受加壓惰性氣體，該輸送氣體供應源於該加工管的入口端連接該加工管；及一控制系統，設以控制該受加壓惰性氣體至該加工管的供應，以便輸送一批該材料通過該管，同時加熱該材料，以使該材料中的任何有機物質氣化而產生加工氣體，其中該加工管包含複數個區段，每一區段被一封閉物隔開，且其中該氣體輸送用具設以將該材料從一個區段輸送到下一個區段。
  2. 如請求項1所述之設備，進一步包含隔開用具，用於從該加工管提取該加工氣體。
  3. 如請求項1或請求項2所述之設備，其中該氣體輸送 用具包括一輸送氣體入口，該輸送氣體入口與每一區段相連，以供應輸送氣體將該每一區段中的該材料移動進入下一個區段。
  4. 如請求項1或請求項2所述之設備，進一步包含一輸送氣體壓縮器，以增加該輸送氣體的該壓力，且其中該輸送氣體的膨脹移動該加工管中的該材料。
  5. 如請求項4所述之設備，其中該輸送氣體壓縮器包含一壓縮腔室以及一致動器，該壓縮腔室中具有一活塞，該活塞用於接收該輸送氣體，而該致動器用於移動該腔室中的該活塞，以壓縮該腔室中的該氣體。
  6. 如請求項5所述之設備，其中該壓縮腔室的尺寸經設計而使得在該腔室中該活塞的一個衝程逐出足夠的輸送氣體，以從該加工管的一個區段輸送材料至另一個區段。
  7. 如請求項4所述之設備，其中該加工管的每一區段具有一壓縮器，該壓縮器與該區段相連。
  8. 如請求項1或請求項2所述之設備，進一步包含在該管的每一區段中的一流體出口，以從該管的每一區段汲引流體。
  9. 如請求項5所述之設備，進一步包含：在該管的每一區段中的一流體出口，以從該管的每一區段汲引流體；以及在每一區段的該輸送氣體入口導管中的一流體入口，以將流體饋送進入該輸送氣體。
  10. 如請求項1或請求項2所述之設備，進一步包含至少一個熱處理腔室，用於透過加熱由該設備產生之該加工氣體而熱處理該加工氣體，以便裂解該加工氣體中的任何揮發性有機化合物。
  11. 如請求項10所述之設備，進一步包含來自至少一個熱處理腔室的一出口導管，以從該熱處理腔室供應熱的加工氣體至該加工管，以用做該輸送氣體。
  12. 如請求項1或請求項2所述之設備，進一步包含：一饋送料斗以及一第二料斗，該饋送料斗用於接收及暫時儲存待加工的材料，該第二料斗由該饋送料斗饋料，其中該第二料斗透過一閥連接該加工管，且其中該第二料斗在該第二料斗的一上端具有一輸送氣體入口。
  13. 如請求項1或請求項2所述之設備，其中該加工管的每一區段具有一加工氣體出口，該加工氣體出口朝向 該加工管的每一區段的下游端。
  14. 如請求項1或請求項2所述之設備，進一步包含多個感測器，該等感測器感測該加工氣體的品質，並且：若該品質不符合一預定規格，則再循環該加工氣體通過該加工管；以及，若該品質確實符合該預定規格，則提取該等加工氣體的至少一部分以儲存或直接使用。
  15. 如請求項1或請求項2所述之設備，其中該加工管的該內表面設有固定攪拌器，以在該材料被輸送通過該管時，促進該管內的該材料的翻轉(tumbling)。
  16. 一種用於加工材料的方法，該材料諸如有機塗佈廢棄物以及有機材料，該等材料包括生物質、工業廢棄物、都市固體廢棄物，以及污泥；該方法包含以下步驟：設置一伸長加工管，該伸長加工管具有用於接收該材料的一入口以及供加工過的材料所用的一出口；設置一氣體輸送系統，以流體式輸送該材料通過該加工管，該輸送系統包含一熱的受加壓之惰性氣體供應源，該供應源於該加工管的入口端連接該加工管；及控制該受加壓之惰性氣體至該加工管的供應，以 便輸送一批該材料通過該管，因而加熱該材料，以使該材料中的任何有機物質氣化而產生加工氣體，其中該加工管包含複數個區段，每一區段被一封閉物隔開，每一區段具有與該區段相連的一輸送氣體入口，以供應輸送氣體；該方法進一步包含以下步驟：控制該輸送氣體的供應，以便將該材料從一個區段輸送到下一個區段。
  17. 如請求項16所述之方法，進一步包含以下步驟：從該加工管隔開該加工氣體。
  18. 如請求項17所述之方法，進一步包含以下步驟：壓縮該輸送氣體，以增加該輸送氣體之壓力，且其中該輸送氣體的膨脹移動該加工管中的該材料。
  19. 如請求項16至請求項18之任一者所述之方法，進一步包含以下步驟：經由該管的每一區段中的一流體出口從該管的每一區段汲引流體。
  20. 如請求項19所述之方法，進一步包含以下步驟：將由該管汲引的流體供應至該加工管上游的該輸送氣體中。
  21. 如請求項20所述之方法，其中該輸送氣體的該溫度 足以汽化(vaporise)添加至該輸送氣體的該流體，因而增加該輸送氣體的該壓力。
  22. 如請求項16至請求項18之任一者所述之方法，進一步包含以下步驟：在一熱處理腔室中加熱該等加工氣體，以熱裂解在該加工氣體中的任何揮發性有機化合物。
  23. 如請求項22所述之方法，進一步包含以下步驟：從該熱處理腔室供應熱的加工氣體至該加工管，以用做為該輸送氣體。
  24. 如請求項16至請求項18之任一者所述之方法，進一步包含以下步驟：設置一饋送料斗，以接收及暫時儲存待加工的材料；設置一第二料斗，該第二料斗由該饋送料斗饋料，其中該第二料斗透過一閥連接該加工管；將一輸送氣體入口設置在該第二料斗的一上端；從該饋送料斗饋送一批待處理的材料至該第二料斗；使氣體通過該輸送氣體入口；及開啟該閥，使得該批材料從該第二料斗輸送進入該加工管。
  25. 如請求項16至請求項18之任一者所述之方法，進一步包含以下步驟：將該加工管的每一區段設置一加工氣體出口，該加工氣體出口朝向該加工管的每一區段的下游端；以及經由該等加工氣體出口提取加工氣體。
  26. 如請求項16至請求項18之任一者所述之方法，進一步包含以下步驟：感測該加工氣體的該品質，且：若該品質不符合一預定規格，則再循環該加工氣體通過該加工管；以及，若該品質確實符合該預定規格，則提取該等加工氣體的至少一部分以儲存或直接使用。
  27. 如請求項16至請求項18之任一者所述之方法，進一步包含以下步驟：設置一廢棄材料儲倉，該廢棄材料儲倉位在該加工管下游，以收集惰性且完全經過加工的該材料。
  28. 如請求項16至請求項18之任一者所述之方法，進一步包含以下步驟：在該材料被輸送通過該管時，在該管內攪拌該材料。
  29. 如請求項16所述之方法，進一步包含以下步驟：在一第一熱處理腔室中加熱來自該加工管的多個最初 區段的該等加工氣體，以熱裂解該等加工氣體中的任何揮發性有機化合物，並且循環受過處理的該氣體做為輸送氣體。
  30. 如請求項29所述之方法，進一步包含以下步驟：在一第二熱處理腔室中加熱來自該加工管的多個最初區段的該等加工氣體，以熱裂解該等加工氣體中的任何揮發性有機化合物。
  31. 如請求項16所述之方法，進一步包含以下步驟：確定該加工氣體的該品質，並且：若該加工氣體低於一預定的品質閾值，則使該加工氣體通過一第一熱處理腔室以加熱該氣體，以便熱裂解該加工氣體中的任何揮發性有機化合物，並且循環處理過的該氣體做為輸送氣體；且若該加工氣體高於一預定的品質閾值，則使該加工氣體通過一第二熱處理腔室以加熱該氣體，以便熱裂解該加工氣體中的任何揮發性有機化合物。
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