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TW202026346A - 用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統 - Google Patents

用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統 Download PDF

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TW202026346A
TW202026346A TW108141598A TW108141598A TW202026346A TW 202026346 A TW202026346 A TW 202026346A TW 108141598 A TW108141598 A TW 108141598A TW 108141598 A TW108141598 A TW 108141598A TW 202026346 A TW202026346 A TW 202026346A
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TW108141598A
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海利歐 達伊格利加
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海利歐 達伊格利加
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Abstract

本發明描述一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其包含三個串聯連接的反應單元(1)、(2)以及(3)，在正壓及低溫(介於200° C及660°C之間)下於每個反應單元中進行塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理製程的單步驟中，無須藉由熔鹽線圈(5)間接加熱，在氣體淨化單元(10)中處理的氣體分餾物釋放至大氣中，且在正壓(介於2及10bar之間)及高於300°C的溫度下承受吸熱反應的液體分餾物(熔融塑膠)，其產生送入熱交換器(13)的氣體分餾物，其中可凝結氣體轉換成經分餾之碳的可燃液體，且不能凝結的可燃氣體被再利用於加熱系統模組。

Description

用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統
本發明描述一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其包含三個串聯連接的反應單元，且一旦藉由引導熔鹽流經物料以裂解(pyrolysed)的線圈間接加熱，在反應單元中的每一個中在正壓及低溫(介於200° C及660°C之間)下進行熱化學製程的單步驟(one step)，其無須預處理(研磨、清洗及乾燥)及催化劑的添加，此種系統，具有用於清洗及處理中和之氣體分餾物之模組，其使惰化(inert)且除臭(deodorizes)的氣體釋放到大氣中；提供固體分餾物之持續抽出(withdrawal)的機構；以及熱交換單元，在其內將可凝結(condensible)氣體轉換成具有碳鏈為5至35之經分餾的可燃液體，且不能凝結的可燃氣體以構成熱電池的多餘熱量而被再利用於加熱系統的模組。
熱化學處理在高溫下促進化學結構的轉型(transformation)。燃燒(combustion)、氣化(gasification)及裂解(pyrolysis)為三個主要的熱化學處理製程(process)，它們具有不同的操作方式因而產生不同的產物(BELGIORNO, V. et al. Energy from gasification of solid wastes. Waste Management, v. 23, n. 1, p. 1-15, 2003. ISSN 0956-053X.)。
將熱化學處理應用於固體廢棄物具有許多優點，如產生之廢棄物體積的減少並隨之降低處理面積的需求；廢棄物之能源潛力(energetic potential)的利用；可以再利用於其他目的之化學化合物及礦物(minerals)的回收；以及消除廢棄物中可能存在的一些污染物(Stantec Consulting Ltd., WASTE TO ENERGY: A Technical Review of Municipal Solid Waste Thermal Treatment Practices – Final Report. Burnaby, BC, 2011)。
具體而言，有關本發明標的之裂解，其係建構在以給定的加熱速率，在完全不存在氧氣的情況下(或含量太少以致於不允許氣化的發生)加熱燃料(在此情況下為固體廢棄物)的製程上，且其可以或不可在不存在如氮氣等中介氣體(mediating gas)的情況下進行(BASU, Prabir Biomass Gasification and Pyrolysis: Practical Design and Theory, Burlington: Ed. Elsevier, 2010)。
根據Basu(BASU, Prabir. Biomass Gasification and Pyrolysis: Practical Design and Theory. Burlington: Ed. Elsevier, 2010.)、Chen et al. (CHEN, D. et al. Pyrolysis technologies for municipal solid waste: A review. Waste Management, n. 0, 2014, ISSN 0956-053X.)以及Chhiti & Kemiha (CHHITI, Y.; KEMIHA, M., Thermal Conversion of Biomass, Pyrolysis and Gasification: A Review. 2013. The International Journal of Engineering And Science, v. 2, n.3 p. 75-85.)，裂解的產物為：a) 伴隨(with)煤炭(coal)產生的固體分餾物，其可用作燃料或能源生產；b) 液體分餾物，其又被稱為裂解油，其可以加工成燃料及多種化學產物(products)；以及c) 伴隨如H2 、CO2 、CO及CH4 之可凝結氣體的產生的氣體分餾物。
先前技術描述了將廢棄物轉化成燃料的熱裂解設備。
BRPI0307553描述了用於生產被用作為氣體燃料或原料之合成氣體的製程及用於其生產的設備，及用於透過自給維持(self-sustaining)製程生產液體燃料之設備，透過在條件下將在水中的碳質(carbonaceous)材料之漿液(slurry)及來自內源(internal source)的氫(hydrogen)送入加氫反應器(hydrogenation reactor)中從而產生富含甲烷的氣體，以及在條件下將其送入裂解蒸氣重整器(pyrolytic vapor reformer)中，從而產生由氫和碳組成的合成氣體。一部分從裂解蒸氣重整器(reformer)中產生的氫經由氫純化過濾器送入加氫反應器中，氫因而建構了來自內源的氫。若產生液體燃料，熔鹽線圈用於轉移來自加氫反應器及費雪-闕布希反應器(Fischer-Tropsch reactor)的熱，送至蒸氣產生器及裂解蒸氣重整器。
US2017283714描述了將廢棄物轉換成燃料的系統，廢棄物被注入(inserted)至材料與石蠟(paraffin)混合以產生漿料處的預混(premix)腔。然後，將此漿料送至分成上預熔腔(Superior Pre-Melting Chamber)及下裂解腔(Lower Pyrolysis Chamber)的裂解腔。在一個實施例中，下裂解腔使用熔鹽作為熱轉移介質以達到高穩定溫度而不造成腔室的腐蝕或不需要高蒸氣壓。將漿料泵入在上預熔腔頂部處的入口，在此處將其迅速加熱並部分轉變成蒸氣。未蒸氣化的部分下降至下裂解腔中，在此處將其加熱並轉變成蒸氣。未轉變成蒸氣的部分移除並售出(sold)。蒸氣進行進一步的製程。
US2017009141描述了用於從木質纖維素生物質(lignocellulosic biomass)製造生物油的方法。該方法將熔鹽裂解施用於在中等(moderate)條件下(400°C，1 atm)直接從總生物質(total biomass)有效率且低成本的生產這些前驅物化學物(precursor chemicals)。可自由從再生木材及植物產物取得的木質纖維素生物質在熔鹽的共熔(eutectic)混合物且具有或不具有催化劑的情況下進行中溫加熱製程，以產生來自生物油前驅物或平台化學品(platform chemicals)的可凝結蒸氣。蒸氣的凝結作用造成生物油的高性能，該生物油取決於使用的熔鹽和催化劑以及其他反應條件具有相對純的化學品或前驅物的廣泛分佈，如糠醛(furfural)及醋酸(acetic acid)。
CN105400528描述了一種稻殼(rice hull)裂解裝置及方法，其包含在上部提供以真空給料器之不銹鋼裂解反應器。複數個熔鹽加熱器垂直地設置在裝置的內部，且每一組熔鹽加熱器皆密集分布在反應器內部。
US2015184079描述了一種在裂解液、熔鹽或金屬中直接加熱之用於塑膠廢棄物處理的方法。以此方式建立的裂解系統在裂解腔內發生輕及重材料的分離。藉由氣旋(cyclone)將碳黑從裂解蒸氣分離，且碳黑的分餾物可以藉由安裝數個串連的氣旋以產生不同品質的碳黑。去除蒸氣/上渣(slag)所需的吸力或驅動力由鼓風機(blower)供應。
CN203764635描述了一種使用熔鹽的裂解固體廢物分解裝置，將要裂解的物質浸入其中。
WO2014008995描述了一種含碳原料的氣化方法，特別地是生物質。根據此發明，熔鹽用於冷卻及/或加熱用於氣化的系統組件，即特別是氣化反應器及/或裂解氣體管線。該文件描述了一種用於在液化(liquefaction)處理系統中裂解漿膨脹苯乙烯(expanded styrene)的裝置。該設備由4個等距且垂直定位的管狀裂解容器組成，這些裂解容器由可能是熔鹽的傳熱介質及水平設置的熱源環繞。在進入系統之前必須分解苯乙烯。
裂解系統係用於再加工(reprocess)廢棄物，並有連續及批量處理的工業工廠。然而，這是一個最小化之可行的製程，由於其需要包含揀選、研磨、清洗及乾燥操作以及催化劑的添加的數個原料的準備階段，需要大量的勞力、高能量消耗以及一套用於執行原料處理之前的步驟以及將原料裝載到反應單元中的設備。
例如，在清洗步驟中，一般用於移除大部分的有機物、石頭或髒汙、金屬及其他對裂解製程有害的物質，使用大量的水以及用於金屬移除的設備。
有關目前用於工業裂解工廠中使用的進料系統，藉由螺旋渦桿(screw-worm)輸送基礎原料，這限制了原料的尺寸且對此操作需要大量的能量。螺旋渦桿的機構組件容易受到原料與螺紋楔(thread wedges)之間造成的摩擦的損壞，及另外在進料管中的壓力增加導致原料的流量減少，並對於馬達需要較高的作業量，因此壓力峰值可能會損壞馬達及整個進料系統。
此外，除了預處理之外，許多雜質被抽到系統模組中，且通常在製程結束時發生需要中斷製程以移除不需要的固體。然而，沿管線的雜質會影響製程效率，從而降低系統的傳熱速率、槽中的反應體積，並因此降低最終產物的產率及品質。
習知技術之熱化學系統的其他缺點於原料利用螺旋槳(propellers)、葉片(blades)或旋轉槽(rotating tanks)的原料之均質化有關，然而由於腐蝕性環境(atmosphere)及經升高的溫度，應避免使用。
關於加熱方式，裂解系統通常具有電阻、電感器(inductors)或直接火焰燃燒器(flame burners)。前兩者暗示高生產成本，由於對電能的高需求而需要自己的發電廠，且直接火焰燃燒對溫度的控制不佳，且若火焰與產物接觸會有爆炸的風險。另一個使用電性及直接燃燒系統之兩者的問題為能源再利用，由於在這些構成中沒有有效的方式再利用能源，使得製程甚至更昂貴且因而最小化可行性。
最終，先前技術中描述的連續裂解系統通常在用於裂解反應中使用單一反應器，一般由螺旋渦桿直接進料至反應槽中，因此在供應器上裝載的停止及維護的進行會中斷生產。進一步而言，除了事實上需要對殘留物進行預處理的前階段之外，先前技術中多數的裂解製程未使用直接影響最終產物的品質及產率的經加壓環境進行反應。
因此，為了提供經濟可行和環境安全的系統，本發明之標的為用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，在其中熱化學處理步驟在三個串聯連接的反應器組中進行，增加製程的安全性及控制性，在正壓及溫度高於300°C條件下進行裂解步驟，一旦藉由線圈間接加熱，線圈將熔鹽傳導通過待經被裂解的物質，且其中包含氣體及液體的分離、連續移除固體分餾物以及消除塑膠及/或彈性材料的前處理步驟。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其具有三個串聯連接的反應單元，且在每個反應單元中進行熱化學製程步驟，確保在正壓及低溫(介於200°C及600°C之間)下進行連續生產製程。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其不需要原料的預處理步驟，且因此消除通常所用之揀選、清洗及研磨操作，隨之消除關於處理原料所需時間、能源消耗及水的費用。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，由沒有移動部件且能耗低的進樣模組(admission module)進料、單一進料量最大為2 m3 ，無需研磨、乾燥及清洗。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其提供來自第一反應單元之不需要的(undesirable)固體分餾物(fraction)之連續移除，避免設備損壞及管道之阻塞以及需要關閉製程的需求。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其藉由在氣體清洗及處理模組中進行處理來消除氣態雜質，以將經純化、經惰化及經除臭的氣體釋放到大氣中。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其使用熔鹽作為熱能的傳遞及供應，以進行裂解及儲存產生的多餘熱能的製程，該熔鹽在洩漏的情況下是惰性的且對環境無害，即使在氧氣的存在下在高溫下穩定、不可燃，且具有在液相中的高比熱，是對能量的轉移/儲存重要的條件，以及確保製程所需溫度的穩定性。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其具有具惰性區域的原料輸入模組，其防止在第一反應單元中形成如戴奧辛(dioxins)及呋喃(furans)的有機氯化合物。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其具有在負壓下的原料輸入模組，因此在進料製程中可能從第一反應單元逸出的任何氣體都不會與外部環境接觸，確保工作者及製程的安全性。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其中和、惰化及除臭在塑膠及/或彈性廢棄物被熔融處的第一反應單元中產生的揮發分餾物，消除燃燒的需求，並僅對環境釋放經純化的氣體。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其具有在第一反應單元中用於已熔融原料的再循環系統，其目的在於使混合物均質化、加速液化製程及熔融物料的過濾。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其具有儲存液體分餾物並保持其被加熱以被轉移至將進行裂解製程之反應單元的第二反應單元，在該第二反應單元中，第二反應單元的過程從批次處理模式更改為連續模式，以確保更好的性能及操作敏捷性(agility)。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其具有第二反應單元，該第二反應單元在快速停止第一反應單元的情況下具有安全裕度(safety margin)，而不會影響在第三反應單元的連續生產，且還允許控制發送到此第三單元的物料的流動。
描述了一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其在三個反應單元中具有重複的安全系統，其中單元內部儲存的熱能與液體一起排放到槽中，以在緊急停止的情況下吸收這些能量，除了大量注入惰性氣體之外，確保溫度下降並在沒有氧氣的情況下控制環境直到系統穩定為止。
就本發明專利的目的而言，用語「原料(raw material)」或「廢棄物(waste)」用以指的是塑膠(熱塑性及/或熱固性)或彈性廢棄物，其可在不傷害反應製程的情況下含有其他形式之廢棄物的部分(例如，金屬、沙子、木頭、紙、玻璃、有機物)。
本發明之標的之用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統包含串聯連接的三個反應單元(1)、(2)及(3)的組，該反應單元(1)、(2)及(3)提供有間接加熱，達到介於200°C及660°C之間的溫度並在正壓條件下操作。
在反應單元(1)、(2)及(3)中的每一個中，進行塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學製程的單步驟，得到固體分餾物、氣體分餾物以及經分餾的液體分餾物，後者由於具有高能量密度並且可以用作具有碳鏈C5至C35的石油產物的替代品的事實，而在本發明中引起關注。
提供有控制單元(4)之用於塑膠廢棄物的熱化學處理系統是完全自動的，該控制單元(4)具有連接至製程控制及儲存參數之微電腦的可編輯微處理器，該控制單元(4)基於從感應器元件接收到的訊號進行回應，而驅動馬達、泵及閥門。
如第2圖所示，反應單元(1)、(2)及(3)具有提供有熔鹽線圈(molten salt coils)(5)的內部區，其之溫度由控制單元(4)透過溫度感應器(11)監控(monitored)，且溫度感應器(11)具有在反應單元(1)、(2)及(3)的底部處之用於連接熔鹽的入口及出口管線(61)的閥控制開口。
在線圈(5)中循環的熔鹽儲存在藉由燃燒單元(7)產生之熱能加熱的槽(6)中，其供以系統中產生的過量氣體(不能凝結的可燃氣體)，將在下文中詳細描述，一旦泵致動(未圖示)，該熔鹽的經由管線(61)在線圈(5)中循環並回到槽(6)中。
如第3圖所示，原料輸入模組(8)包含提供有物理手段的腔室，用於處置(disposing)廢棄物到惰化(inertization)區域(81)，該惰化區域(81)在頂部由閥驅動蓋(valve-driven lid)(811)關閉(closed)，且在底部由閥(812)驅動的第二蓋關閉，且其包含液面感應器(813)，該液面感應器(813)傳送資料至控制單元(4)，用以致動(actuated)該閥(811)及(812)，以及閥(814)允許較佳為氮氣之惰化劑(inerting agent)的流入，用於廢棄物之惰化的操作。
較佳地，原料輸入模組(8)定位於第一反應單元(1)的上部，且每次進料閥裝載時能夠接收高達2 m3 的體積。
在原料輸入操作期間，惰化腔(81)的底蓋保持關閉，且廢棄物累積直到液面感應器(813)偵測達到最大體積，將訊號傳送至致動閥(811)的控制單元(4)，促使該惰化腔(81)之頂蓋的關閉。隨後，控制單元(4)致動閥(814)以允許預定體積之如氮氣的惰性氣體流入惰化區域(81)，直到氧氣(oxygen)感應器(815)偵測到低的氧含量，在控制單元(4)預定義的值下，向控制單元(4)發出訊號表示沉積在該腔室(81)中的原料已惰化的結論(conclusion)，接著由閥812的致動打開底蓋，以便經由重力將惰性環境中的塑膠廢棄物排入第一反應單元(1)。
惰化腔(81)在負壓下可防止在原料輸入操作期間可發生的從第一反應單元(1)的任何氣體洩漏到大氣中，從而確保製程及參與操作之工作者的安全。
第一反應單元(1)在上部具有閥控制入口(valve controlled inlet)(101)，用於來自原料輸入(intake)模組之惰性殘留物的流入。
在此第一反應單元(1)中，廢棄物透過線圈(5)的間接加熱熔融，產生液體分餾物(熔融塑膠)、固體分餾物(在製程溫度下未熔融的廢棄物，如金屬及礦物)以及氣體分餾物(在熔融製程中產生的氣體)，在該第一反應單元(1)中，在低溫下萃取氫及氧，避免在後續步驟中可能的戴奧辛/呋喃之形成；再循環製程期間中原料的均質化，是該製程在裂解階段的穩定性以及該原料之過濾的重要條件。
如第4A圖所示，提供有液體分餾物再循環及過濾電路的第一反應單元(1)促進原料的連續均質化及過濾，由閥(102)控制的出口提供於反應單元(1)的底部，透過與在控制單元(4)中預編程的閥開啟時間成比例的經決定體積的熔融材料萃取，並藉由配置在不同高度的入口(103)重新引入至第一反應單元(1)中，而藉由泵的作用確保了物料及溫度的均質化(未圖示)。
如第4B圖所示，在第一反應單元(1)的底部提供有出口(104)用以排出固體分餾物，在該出口(104)處提供具有由壓力感應器(92)控制的第一液壓活塞(91)之機構，該壓力感應器(92)連續地驅動從出口(104)行進的第一活塞(91)，而允許固體分餾物的釋放，固體分餾物被第二液壓活塞(93)拖到排放點。
在第一反應單元(1)的上部提供有閥控制出口(105)，該出口(106)連接至將氣體分餾物導入氣體洗滌單元(10)的管線(106)，由於藉由在該氣體洗滌單元(10)中的氣體的冷卻而產生的壓降(pressure drop)，排出包含在第一反應單元(1)中的氣體，然後，將揮發性(volatile)分餾物引入氣泡式流體化床反應器(12)中，以將氣體分餾物釋放到大氣中。
儲存在第一反應單元(1)的液體分餾物通過閥控制出口(107)轉移至第二反應單元(2)，該閥控制出口(107)耦合至引導該液體分餾物使用泵(未圖示)至配置在第二反應單元(2)中之入口(201)的管線(108)。
在也稱為儲液槽或緩衝槽的第二反應單元(2)中，將從第一反應單元(1)釋放的液體分餾物儲存並藉由熔鹽(5)的線圈加熱直至達到一定的體積，以便液面控制(level control)感應器(202)判別出該第二反應單元(2)的最大容量(capacity)已達到，並傳送訊號至控制單元(4)，其致動入口(201)的關閉閥，以中斷來自第一反應單元(1)之液體分餾物的流動。
如第6圖所示，溫度感應器(203)從第二反應單元(2)傳送內部溫度資料，且當液體分餾物的溫度達到在控制單元(4)中預定義的值時，致動出口(204)閥，其允許將液體分餾物通過藉由泵(未圖示)致動而驅動的進料管線(108)從第二反應單元(2)轉移至第三反應單元(3)。
液體分餾物通過閥控制入口(205)進入第三反應單元(3)，該入口(205)定位於第三反應單元(3)的中點(midpoint)，以避免經裂解的氣體負載(load)的損失，加速裂解製程並促進可能較重的氣體分子的拖動(dragging)，然後將其重新引入至裂解製程中。
如第7圖所示，在第三反應單元(3)中，液體分餾物在正壓(介於2及10bar之間)及高於(above)300°C的溫度下受到吸熱反應，一旦注入如氮氣的惰性氣體時，在沒有氧氣的情況下發生熱裂解(thermal cracking)，且壓力及溫度參數由各自的壓力(206)及溫度(203)感應器控制，並將監控製程的訊號發送至控制單元(4)。
在此第三反應單元(3)中，當溫度增加時，塑膠廢棄物的揮發性成分被蒸氣化(vaporized)，且氣態產物藉由共價鍵的分解(breakdown)及所得產物的重組迅速形成。因此，大量原料轉化為氣相會導致反應器內部壓力升高。另一方面，被引入以創造惰性環境之氣體的莫耳體積隨著溫度的升高而顯著增加，這也有助於壓力的升高(HENRIQUES, André Jorge Agostinho.Produção de Combustíveis Líquidos por Pirólise de Misturas de Resíduos Plásticos e Óleos Vegetais (free translation: Production of Liquid Fuels by Pyrolysis of Mixtures of Plastic Waste and Vegetable Oil). Universidade Nova de Lisboa. (Master Thesis), 2012)。
在第三反應單元(3)中，提供比例閥控制出口(301)，其在控制單元的命令下，控制內部壓力並允許氣體分餾物經控制的流出。
藉由出口(301)釋放的氣體分餾物，一旦完成在控制單元(4)中經編程的反應時間後，將其傳送到熱交換器(13)，例如平行流或逆流熱交換器。
在熱交換器(13)中，氣體分餾物藉由間接與製冷劑流(refrigerant fluid)接觸而被冷卻，因此可凝結的氣體轉換成經分餾的可燃液體(fractionated combustible liquids)，其被導入至儲存槽(14)。
在熱交換器(13)中的不能凝結的氣體導入氣泡式流體化床反應器(12)，該反應器向燃燒單元(7)供料，該燃燒單元可確保熔鹽儲存槽(6)的加熱並以多餘熱量建構熱電池。
接收在第一反應單元(1)中產生的氣體分餾物之氣體洗滌單元(10)造成在此第一反應單元(1)中的壓降，因此確保藉由壓力差將揮發性分餾物轉移到該氣體洗滌單元(10)。
如第5圖所示，氣體洗滌單元(10)具有設有閥控制入口(1012)的上部腔室(1011)，在控制單元(4)的命令下，該入口可使揮發性分餾物流入。該上部腔室(1011)設有噴頭(sprinklers)，這些噴頭釋放由特定管道(1013)送入的中和溶液(neutralizing solution)的噴霧，以冷卻在第一反應單元(1)中產生的氣體，如CO2 、CO、HCl、HF、SO2 、NOx 、H2 S、SO3 、SO4 、NH3 、O2 、H2 O、顆粒、重金屬、戴奧辛及呋喃以及揮發性有機化合物。當在控制單元(4)中預編程的處理時間結束時，將致動一個閥門以打開底部出口(1014)，以將氣體引導至中間(intermediate)腔室(1015)，然後在中間腔室中用化學溶液中和氣體，然後，已處於液相狀態並經處理的氣體通過閥門控制的開口(1017)進入下部腔室(1016)，在該開口處使用儲存在上部腔室(1011)中的化學溶液分離所述氣體，然後將其引導氣泡式流體化床反應器(bubbling fluidized bed reactor)(12)，其功能是在將氣體分餾物釋放到大氣中之前，對可能與環境法規不符的任何成分進行補充處理。
氣體洗滌單元(10)在下部腔室(1016)具有感應器，以判別氣體種類，該資料傳送至控制單元(4)以控制製程並執行任何必要的更正。
反應單元(1)、(2)及(3)在上部具有閥控制入口(109)，用於如氮氣之惰性氣體的流入，以在液體分餾物於該反應單元(1)、(2)及(3)之間轉移或提供冷卻的期間，在槽(1)、(2)及(3)內部重新組成大氣。
反應單元(1)、(2)及(3)在上部具有閥控制出口(207)，用於藉由壓力差的手段，釋放及排放蒸氣、水及不需要的氣體。
在本發明的專利範圍內使用的泵，較佳為是齒輪泵(gear pumps)及/或離心泵(centrifugal pumps)，其適合於在正壓環境中，在該製程所需的溫度下，且在雜質分散在熔融物料且具有密度為700至1200 kg / m3 下進行運作。
本發明之標的為用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其具有在三個反應單元(1)、(2)及(3)中包含的感測器之安全控制機制。安裝在這些反應單元(1)、(2)及(3)中的感應器傳送資料至控制單元(4)，一旦判斷在製程中的異常情況後，會基於預定義的變量觸發安全規程(safety protocol)，其中包含控制惰性氣體流入每個反應單元(1)、(2)及(3)的閥門的致動；氣泡式流體化床反應器入口(12)的開啟，以將第一反應單元(1)、第二反應單元(2)及第三反應單元(3)中包含的氣體從該反應單元排出，且在排出至大氣之前經燃燒(氧化)、冷卻及處理；以及用於排空熔鹽線圈(5)的閥的開啟，並在重力驅動下將流體驅動到槽(6)中。
當緊急規程被觸發時，氣泡式流體化床反應器入口(12)的定容熱容量(volumetric capacity)必須允許以氣體形式包含的熱能量(thermal energy volum)儲存在第一反應單元(1)、第二反應單元(2)及第三反應單元(3)中。
1:第一反應單元 2:第二反應單元 3:第三反應單元 4:控制單元 5:熔鹽線圈 6:槽 7:燃燒單元 8:原料輸入模組 10:氣體淨化單元 11:溫度感應器 12:氣泡式流體化床反應器 13:熱交換器 14:儲存槽 61:管線 81:惰化區域 91:第一活塞 92:壓力感應器 93:第二液壓活塞 101:入口 102:閥 103:入口 104:出口 105:出口 106:管線 107:出口 108:管線 109:入口 201:致動入口 202:液面控制感應器 203:溫度 204:致動出口 205:入口 206:壓力 207:出口 301:出口 811:致動閥 812:閥 813:液面感應器 814:致動閥 815:氧氣感應器 1011:上部腔室 1012:入口 1013:管道 1014:出口 1015:中間腔室 1016:下部腔室 1017:開口
第1A圖繪示塑膠廢棄物之熱化學系統的代表圖(我們需要繪示T2)，且第1B圖繪示反應單元的細節。 第2圖繪示反應單元，在第一反應單元(Ur1 )情況下，圖中描繪熔鹽線圈並列(juxtaposed)在內壁上，且具有用於熔鹽的流入及流出的在下部的出口。 第3圖繪示描繪原料輸入模組(Mmp )的截面圖。 第4A圖繪示描繪再循環線路(我們需要繪示s1、e2)(e1、s3、l2、s4、l3、e8、s8)的第一反應單元(Ur1 )。第4B圖繪示第一反應單元(Ur1 )的固體分餾物之釋放的機制的細節，且第4C圖繪示耦合至第一反應單元的氣體洗滌(scrubber)單元。 第5圖繪示氣體洗滌單元(Ulav )的細節。 第6圖繪示第二反應單元(Ur2 )及第三反應單元(Ur3 )的細節。 第7圖繪示第三反應單元(Ur3 )的細節。
1:第一反應單元
2:第二反應單元
3:第三反應單元
4:控制單元
6:槽
7:燃燒單元
8:原料輸入模組
10:氣體淨化單元
12:氣泡式流體化床反應器
13:熱交換器
14:儲存槽
61:管線
105:出口
106:管線
202:液面控制感應器
203:溫度
206:壓力

Claims (9)

  1. 一種用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其包含： a) 一原料輸入模組(8)，其具有提供一氧氣感應器(815)及一原料液面控制感應器(813)的一惰化區域(81)； b) 一第一反應單元(1)，其具有提供有一熔鹽線圈(5)之一內部區，該第一反應單元(1)具有用於將接收自該原料輸入模組(8)的該廢棄物之重力流熔融的一閥控制入口(101)，該第一反應單元(1)產生持續流經(through)一出口(104)的一固體分餾物、由一閥控制出口(105)釋放的一氣體分餾物以及由一閥控制出口(107)釋放的一液體分餾物； c) 一第二反應單元(2)，其具有提供有一熔鹽線圈(5)之一內部區，該第二反應單元(2)具有與用於引進由該第一反應單元(1)之該出口(107)釋放的該液體分餾物的一管線(108)連接的一閥控制入口(201)、一液面控制感應器(202)、一溫度感應器(203)以及一液體分餾物出口閥(204)； d) 一第三反應單元(3)，其具有提供有一熔鹽線圈(5)之一內部區，該第三反應單元(3)經由藉由位於該第三反應單元(3)的中點的一閥(205)控制的一入口接收由該第二反應單元(2)的該閥(204)釋放的該液體分餾物，在正壓且高於300°C的溫度下於該第三反應單元(3)中注入一惰性氣體，該第三反應單元(3)具有一壓力感應器(206)及一溫度感應器(203)以及當反應時間結束時由用於釋放氣體分餾物的一比例閥(301)控制的一出口； e) 一熱交換器(13)，其接收由該第三反應單元(3)的該閥(301)釋放之該氣體分餾物，用於藉由與一冷凍劑的間接接觸冷卻以轉換成儲存於一槽(14)中之經分餾的可燃液體； f) 一氣體清洗單元(10)，其接收由該第一反應單元(1)經由一管線(106)由出口(105)釋放的該氣體分餾物，該氣體清洗單元(10)具有一上部腔室(1011)，該上部腔室(1011)具有藉由一閥(1012)控制的一入口以及釋放由一管(1013)送入(fed)之一中和溶液之噴霧的噴頭、在該上部腔室(1011)中的一下方出口(1014)、藉由一化學溶液中和氣體的一中間腔室(1015)以及提供有接收來自該中間腔室(1015)的液相氣體的一閥控制出口(1017)並使用儲存於該上部腔室(1011)中的該化學溶液將它們分離的一下方腔室(1016)； g) 一氣泡式流體化床反應器(12)，其接收來自該氣體清洗單元(10)的該氣體分餾物及在該熱交換器(13)中之不能凝結的(non-condensable)氣體注入至一燃燒單元(7)用以加熱熔鹽儲存槽(6)；以及 h) 一控制單元(4)，其具有連接至一微電腦的一可程式化微處理器，該微電腦接收來自該液面控制感應器(813)及(202)及來自該溫度感應器(203)、取得氧氣濃度資料之一氧氣感應器(815)、該壓力感應器(206)之資料。
  2. 如申請專利範圍第10項所述之用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其中該第一反應單元(1)、該第二反應單元(2)及該第三反應單元(3)在上部具有用於引進一惰性氣體之具有一閥(109)的一入口，以及在上部具有用於藉由壓力差釋放蒸氣、水以及不需要的氣體之具有一閥(207)的一出口。
  3. 如申請專利範圍第10項所述之用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其中該惰化區域(81)在頂部由一閥驅動蓋(811)關閉且在底部由一第二閥驅動蓋(812)關閉，該惰化區域(81)具有用於引進一惰化劑的一閥(814)，該閥(811)、(812)及(814)經由接收自該控制單元(4)的命令致動。
  4. 如申請專利範圍第10項所述之用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其中該液面控制感應器(202)發送資料至該控制單元(4)，進而一旦確認達到最大電容時觸發該入口閥(201)的關閉。
  5. 如申請專利範圍第10項所述之用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其中該溫度感應器(203)發送來自該第二反應單元(2)的內部溫度資料至該控制單元(4)，一旦確認達到預設溫度時觸發該出口閥(204)的開啟。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其中該熔鹽在該反應單元(1)、(2)及(3)的線圈(5)中循環，並藉由泵經由管(61)返回該槽(6)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其中該第一反應單元(1)在基部具有一閥控制出口(102)，用於在該控制單元(4)程式化之前釋放特定體積的一熔融材料，該熔融材料通過設置在各種高度的入口(103)再導入(reintroduced)至該第一反應單元(1)中。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其在該第一反應單元(1)的該出口(104)處具有提供有由一壓力感應器(92)控制之一第一液壓活塞(91)的一機構，其持續驅動該第一活塞(91)從該出口(104)移開，釋放由一第二液壓活塞(93)推動的該固體分餾物至一排放點。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之用於塑膠及/或彈性廢棄物的熱化學處理系統，其中該控制單元(4)基於由安裝在該反應單元(1)(2)及(3)上之該感應器(202)、(203)及(206)取得之資料，基於預定義的變數確認異常情況，引發包含控制在該反應單元(1)、(2)及(3)中的每一個的惰性氣體入口的該閥(109)之致動的安全規程；該氣泡式流體化床反應器入口(12)的開啟釋放包含在該反應單元(1)、(2)及(3)中的每一個的氣體，且閥的開啟用於排空來自該反應單元(1)、(2)及(3)中的每一個的流體鹽線圈(5)，以回到該槽(6)中。
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