TWI654291B

TWI654291B - 提高含碳材料含碳量之方法及系統

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Publication number: TWI654291B
Application number: TW106128326A
Authority: TW
Inventors: 楊聰仁; 陳政鴻
Original assignee: 楊聰仁; 陳政鴻
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2019-03-21
Also published as: TW201912774A

Abstract

一種提高含碳材料碳含量之方法，是包含將一含碳材料裝入一加熱腔、將該加熱腔之內部空氣抽離、導入一惰性氣體至該加熱腔，以及在三個或以上之不同溫度狀態下連續地加熱該加熱腔，且每一溫度狀態均維持一段時間，藉以使該含碳材料於處理後之含碳量重量百分比相較於處理前提昇20%或以上，本發明還包含有一用以執行該方法之系統。

Description

提高含碳材料含碳量之方法及系統

本發明是有關於提高含碳物質之含碳量。

含碳材料，例如煤、木質素廢棄材料及橡膠輪胎顆粒，經常作為固態燃料使用，其含有不等量之碳、硫、水份及揮發性物質等成份，因此燃燒時所能產生之熱值及污染物也不同。

特別來說，煤是一種自然產生且廣泛用於工業以作為燃料來源之含碳物質，其品質由低至高依序被分類為泥煤（Peat）、褐煤（Lignite）、亞煙煤（sub-bituminous coal）、煙煤（Bituminous coal）或無煙煤（Anthracite），未處理之生煤會產生較低之熱值，且著火後會產生嚴重的污染問題，因此，生煤之前處理方法，像是碎煤、篩煤、洗煤、乾燥、混煤等等，係被普遍採用以便提高熱值及降低污染。

傳統用於提高含碳材料熱值之方法，會面臨幾個主要的議題，像是需於高溫高壓下操作，或是使用複雜的系統，而這都會導致高成本以及低效率。

因此，開發出一種可提高含碳材料含碳量之方法以提高其熱值是需要的。

本發明之一目的在於提供一種方法，其可提升一含碳材料之含碳量，以及其熱值。

細言之，該方法是包含以下步驟：(i)將預定數量之一含碳材料裝入一加熱腔；(ii)將該加熱腔之內部空氣抽離，使壓力到達0.1atm或以下；(iii)將一惰性氣體導至該加熱腔，使壓力到達1~5atm；(iv)加熱該加熱腔，以便將水份及揮發性物質由該含碳材料中去除，以提高含碳量；以及(v)冷卻以及收集該處理後的含碳材料。

重要的是，該加熱步驟是在三個或以上之不同溫度狀態下連續地進行，且每一溫度狀態均維持一段時間，使得該含碳材料於處理後之含碳量重量百分比相較於處理前是提昇20%或以上。易言之，該加熱步驟是被控制，使得該三個或以上之不同溫度狀態是由低至高依序地發生，需特別說明的是，該加熱步驟可被自動控制（例如，藉由電腦控制）或是手動控制，但關鍵在於，該加熱過程是有該惰性氣體氣流保護的1~5atm之下進行，而對該三個或以上不同溫度狀態而言，該一或以上的溫度都維持了一段預定的時間，且針對不同的含碳材料，該加熱步驟也針對溫度狀態、溫度值以及維持之時間進行不同的控制。

該含碳材料可為煤、含碳之木質素廢棄材料或是橡膠輪胎顆粒，舉例來說，該煤包括亞煙煤（sub-bituminous coal）或褐煤（lignite），該含碳之木質素廢棄材料包括廢木板、廢木塊、木質顆粒、木磚、棕櫚殼及椰子殼。

該惰性氣體，例如氮氣、氬氣及氦氣，則可經常地被導入該加熱腔，使壓力到達1~5atm。

此外，在本發明的範圍中，也包含一種可提高含碳材料含碳量之系統。

該系統包含(1)一加熱腔，包含有一加熱裝置、一材料入口、一材料出口、一氣體入口以及一氣體出口，該加熱裝置是用於以三個或以上之不同溫度狀態連續地加熱該加熱腔，且每一溫度狀態均維持一段時間；(2)一進料器，是與該材料入口連接，用以接收一含碳材料，以便使其經由該材料入口輸送至該加熱腔；(3)一冷卻裝置，用於冷卻由該加熱腔經該材料出口輸送而來之含碳材料，以便輸送至用以接收該含碳材料之一材料儲槽；(4)一真空幫浦，用於將該加熱腔之內部空氣抽離，該真空幫浦是連接至該氣體入口；(5)一氣體儲槽，用以提供該惰性氣體，其中該氣體儲槽也連接至該氣體出口； (6)一熱交換器，用以將一液體自該惰性氣體中分離，該熱交換器是設置於該氣體出口與一用以接收該液體之液體儲槽之間；以及(7)一壓力錶，用以量測該加熱腔之內部壓力。

典型地，該加熱裝置是用於以5~30℃/min之速度使該加熱腔升溫。

於一示例性的系統中，該液體儲槽是具有一入口以及一出口，該入口是連接該熱交換器，可供該惰性氣體及該液體通過，該出口是連接一氣體純化器，可供該液體通過，該惰性氣體是藉由該氣體純化器而被淨化。

該系統可更包含有一氣體循環裝置，用以將利用該氣體純化裝置淨化後之該惰性氣體輸送回該加熱腔，其中該氣體體循環裝置是設置於該冷卻裝置與該加熱腔之間，且該淨化後之該惰性氣體是由該氣體純化裝置經由該熱交換器以及該冷卻裝置輸送至該氣體循環裝置。

本發明之細節將說明如下，而由以下幾個實施例的圖式、詳細說明以及所附加的申請專利範圍，本發明之其他特徵、目的及優點將更加清楚。

以下首先要詳細揭示的是一可提高含碳材料含碳量及熱值之系統。

請參閱圖１，本發明一較佳實施例之系統10，是包含有一加熱腔20、一熱交換器22、一液體儲槽24、一冷卻裝置30、一進料器32、一壓力錶38、一真空幫浦40、一氣體儲槽42 、多個閥門A,B,C,D,E及F，而且還包含有一氣體純化器26以及一氣體循環裝置36。

如圖１所示，該加熱腔20是包含有一加熱室201、一加熱裝置202 （例如，加熱爐）、一氣體入口203、一氣體出口204、一材料入口205以及一材料出口206，其中該加熱裝置202是連接該加熱室201，用於以三個或以上之不同溫度狀態連續地加熱該加熱腔20，且每一溫度狀態均維持一段時間。

該進料器32是與該材料入口205連接，用以接收一含碳材料，以便使其經由該材料入口205輸送至該加熱腔20，該加熱腔20可具有容納1000Kg或以上（例如，1500Kg及2000Kg）含碳材料之容量。

該冷卻裝置30用於冷卻由該加熱腔20輸送而來之含碳材料，位於該材料出口206與一材料儲槽34之間，該材料儲槽34用以接收該冷卻後的含碳材料。需注意的是，該冷卻裝置30包含有一高溫側301以及一低溫側303，該高溫側301是連接於該材料出口206，該低溫側303是環繞於該高溫側301周圍，於進入該高溫側301後，該含碳材料是經由接觸周圍的低溫側303而被冷卻。

該真空幫浦40是用於將該加熱腔20之內部空氣抽離，該真空幫浦40是連接至該氣體入口203。

該氣體儲槽42是用以提供一惰性氣體至該加熱腔20，該氣體儲槽42也是連接至該氣體入口203。

該壓力錶38是用以量測該加熱腔20之內部壓力，且裝設在一連接該氣體入口203之管路上。

該熱交換器22是用以將一液體自該惰性氣體中分離，且是設置於該氣體出口204與一用以接收該液體之液體儲槽24之間，需注意的是，該熱交換器22也包含有一高溫側221以及一低溫側223，該高溫側221是連接該加氣體出口204，該低溫側223是環繞於該高溫側221之周圍，於進入該高溫側221後，經由該氣體出口204離開該加熱腔20之氣體會藉由接觸周圍的低溫側223而被冷卻，從而形成該液體而與該惰性氣體分離。

該液體儲槽24是用以收集該因此而生成之液體，包含有一入口241、一出口243以及一收集口245，該入口241是供該惰性氣體及該液體通過，該出口243是供該惰性氣體排出，該收集245可使該液體由該液體儲槽24被移除以及被收集，需注意的是，該入口241是連接該熱交換器22之高溫側221，而該出口243是經由該用以淨化惰性氣體之氣體純化器26，而連接該熱交換器22之低溫側223。

該氣體循環裝置36是用以將利用該氣體純化裝置26淨化後之該惰性氣體輸送回該加熱腔20，其中該氣體循環裝置36是設置於該熱交換器22與該加熱腔20之間，且該淨化後之該惰性氣體是由該氣體純化裝置26經由該熱交換器22以及該冷卻裝置30輸送至該氣體循環裝置36。

以下要進一步詳細揭示的是一可提高含碳材料含碳量及熱值之方法。

該方法包含：將該加熱腔20之內部空氣抽離，使壓力到達0.1atm或以下（例如，0.01~0.1atm），將一惰性氣體導至該加熱腔，使壓力到達1~5atm（例如，1~1.2atm, 1~1.5atm, 1~2atm, 1~3atm以及1~4atm），以及加熱該加熱腔20，以便將水份及揮發性物質由該含碳材料中去除，以提高含碳量。

再次說明，該加熱步驟是在三個或以上之不同溫度狀態下連續地進行，且每一溫度狀態均維持一段時間，使得該含碳材料於處理後之含碳量重量百分比相較於處理前是提昇20%或以上，較佳地，該含碳量之重量百分比是提昇25%或以上。

該加熱步驟典型地是被控制在以5~30℃/min之速度升溫（例如，5℃/min, 10℃/min, 15℃/min及20℃/min）。

藉由維持該加熱速度，例如5℃/min，該加熱步驟可依序到達一第一溫度狀態、一第二溫度狀態以及一第三溫度狀態等等，需注意的是，針對該三個或以上之每一個溫度狀態，該一或以上之溫度均維持一段預定之時間，而於一溫度狀態中若有二個或以上之溫度值時，每個溫度值都可在該溫度狀態中維持相同的時間，舉例而言，該第一溫度狀態是在230℃維持40分鐘，該第二溫度狀態是在280℃、350℃及400℃之間各維持30分鐘，該第三溫度狀態是在550℃維持60分鐘。

該含碳材料可為煤，在此狀況下，該加熱步驟是包含連續地維持溫度在200~240℃之間持續35~45分鐘，維持溫度在260~300℃之間、320~360℃之間以及380~420℃之間各持續25~35分鐘，以及維持溫度在550~900℃之間（例如，550~650℃之間，以及600~700℃之間）持續30~90分鐘，例如，當控制在以5℃/min之速度升溫時，該加熱步驟是包含連續地維持溫度在230℃之間持續40分鐘，維持溫度在280℃、350℃以及400℃之間各持續30分鐘，以及維持溫度在550℃持續60分鐘，也例如，當控制在以5℃/min之速度升溫時，該加熱步驟是包含連續地維持溫度在230℃之間持續40分鐘，維持溫度在280℃、350℃、400℃以及550℃之間各持續30分鐘，以及維持溫度在650℃持續60分鐘。

該含碳材料也可以是含碳之木質素廢棄材料，選自由廢木板、廢木塊、木顆粒、木磚、棕櫚殼及椰子殼所組成之群，所不同的是，在此狀況下，該加熱步驟是包含連續地維持溫度在160~240℃之間持續25~35分鐘，維持溫度在260~300℃之間以及320~420℃之間各持續45~60分鐘，以及維持溫度在360~500℃之間持續25~60分鐘，例如，當控制在以5℃/min之速度升溫時，該加熱步驟是包含連續地維持溫度在180℃與230℃各持續30分鐘，維持溫度在280℃以及330℃各持續60分鐘，以及維持溫度在380℃持續30分鐘。

該惰性氣體可為氮氣、氬氣或氦氣，是典型地被導至該加熱腔20中，使壓力到達1~1.5atm。

前述之方法可採用圖１所揭示之系統，分兩階段執行，亦即 (a) 階段以及 (b) 階段。

(a)階段包含將含碳材料裝入該加熱腔20、將該加熱腔20之內部空氣抽離，以及將一惰性氣體導至該加熱腔20。

更詳細地說，(a)階段包含三個步驟，例如(a1)~(a3)步驟：

在(a1)步驟中，閥門D是被開啟，使該含碳材料由該進料器32經由該材料入口205進入該加熱腔20。

在(a2)步驟中，閥門B,C,D,E,F是被關閉，而閥門A是被開啟，且該加熱腔20是內部空氣是藉由該真空幫浦40而被移除，使壓力到達0.1atm或以下（例如0.01~0.1atm）。

在(a3)步驟中，閥門A是被關閉而閥門B,C是被開啟，使該惰性氣體由該氣體儲槽42流入該加熱腔20，直到該加熱腔20之內部壓力等同於或高於大氣壓力平衡為止。

(b)階段則包含以一預定之加熱速度加熱該加熱腔20中所裝填的含碳材料，且是在三個或以上之不同溫度狀態下連續地進行，且每一溫度狀態均維持一段時間，冷卻以及收集該處理後的含碳材料，以及淨化該惰性氣體且使其循環。

更詳細地說，(b)階段包含四個步驟，例如(b1)~(b4)步驟：

在(b1)步驟中，該含碳材料是利用該加熱裝置202來加熱，重要的是，該溫度值、加熱速度以及溫度的維持在此步驟中是被控制，例如使用軟體來控制，以便將該加熱腔之溫度由室溫提升至一第一溫度狀態（例如，200~240℃）且維持一段時間（例如，35~45分鐘），隨後，該加熱腔20之溫度再被提升至一第二溫度狀態（例如，260~420℃）而且也維持一段時間（例如，25~35分鐘），最後，該加熱腔20之溫度再被提升至一第三溫度狀態（例如，550~900℃）且再維持一段時間（例如，30~90分鐘），需注意的是，該加熱腔20之溫度並不以該等實例中所揭示者為限，而隨著該含碳材料之種類差異，其溫度也依需求而被控制在不同的範圍，且此加熱步驟於進行時也可維持一段不同的時間，也可如前述採用三個以上不同之溫度狀態。

當該含碳材料被升溫至該第一溫度狀態時，水份會逐漸地被汽化為水蒸氣，而當該加熱腔20之溫度被提升至該第二溫度狀態時，分子量較低之揮發性物質、氮成份及硫份也逐漸被汽化，最後，當該加熱腔20之溫度被提升至該第三溫度狀態時，部分碳原子間的共價鍵也會被切斷，而沸點更高之副產物也會被汽化而由該含碳材料中分離，例如煤焦油或木酢液等。

在(b2)步驟中，該處理後之含碳材料是經由該冷卻裝置30中該低溫側303所環繞的高溫側301，再被輸送至該材料儲槽34中。

在(b3)步驟中，該(b1)步驟所產生之氣體會進入該熱交換器22之高溫側221，且藉由接觸該低溫側223而被冷卻，從而轉變為液體而與該惰性氣體分離，該所生成之氣體將連同該惰性氣體而被導入該液體儲槽24，結果將使得該液體經由該熱交換器22而被冷凝，以及自該惰性氣體中分離，該形成之液體以及惰性氣體均經由該入口24而被導入該液體儲槽24中，該液體會經由該收集口245而被收集，而且該流動之惰性氣體將經由該出口243而被導入該氣體純化器26而被淨化。

在(b4)步驟中，離開該液體儲槽24之惰性氣體將被淨化，並再次被輸送至該加熱腔20，於進入該氣體純化器26後，該惰性氣體將藉由其內部之活性碳而被進一步淨化，其後，該被淨化之惰性氣體將通過該熱交換器22之低溫側223以及該冷卻裝置30之低溫側303，以及經由一管路28以及氣體循還裝置36而被輸送回該加熱腔20，該氣體循環裝置是用以將該淨化後之惰性氣體運送回該加熱腔20，該處理後含碳材料於冷卻時所釋放之熱值也可作為該惰性氣體之預熱。

需特別說明的是，該加熱腔20在(b)階段是典型地被維持在相同於或是略高於大氣壓力，而可使該加熱腔20於操作時與相連接之管路維持連通，如此一來，該未處理之含碳材料以及處理後之含碳材料均可更容易被運送，且惰性氣體也可輕易地於本系統中流動，操作成本亦可大大降低。

再者，本發明之方法是以三個或以上之不同溫度狀態加熱該加熱腔20，可在不同的加熱階段分離不同沸點之副產品，並於該液體儲槽24依序地收集，相較傳統之方法，此方法可獲得純化程度較高之副產品。

於本方法之一實施例之中，該含碳材料為亞煙煤或褐煤，該惰性氣體為氮氣或氬氣，且於被導入該加熱腔之步驟中，係使壓力到達1~1.5atm，該加熱步驟是被控制在以5~30℃/min之速度升溫，且該加熱步驟是包含連續地維持溫度在200~240℃之間持續35~45分鐘，維持溫度在260~300℃之間、320~360℃之間以及380~420℃之間各持續25~35分鐘，以及維持溫度在550~900℃之間持續30~90分鐘。

於此實施例之中，該含碳材料於處理前之含碳量為50 wt%或以下，硫份為0.9 wt%或以上，而熱值為5500 Kcal/Kg或以下，而本方法可產生無法預期之功效，進一步來說，該含碳材料於處理後之含碳量為70 wt%或以上，硫份為0.4 wt%或以下，而熱值為7000 Kcal/Kg或以上。

基於上述之說明，對所屬技術領域具有通常知識者而言，無需更進一步之細節說明，即可運用本發明之技術達到最完全之程度，因此以下之例子僅作例示性的說明，而非以任何方式限制本發明。

實施例一：提高亞煙煤含碳量及熱值之程序

以真空幫浦，抽除盛裝8 Kg亞煙煤的加熱腔內空氣，使壓力達到0.1atm以下，通入氮氣使壓力等於或略高於1atm，該加熱腔20是被一加熱爐，在有惰性氣體流動之狀態下，以每分鐘5℃之速率進行升溫，該加熱爐是被控制以加熱該加熱腔20，使其溫度由室溫升溫至230℃，維持溫度40分鐘，再分三階段地依序升溫至280℃、350℃以及400℃，各維持溫度30分鐘，然後繼續升溫至550℃，維持溫度1小時，隨後，該處理後之亞煙煤將在一具有惰性氣體流動之狀態下冷卻至室溫。

該獲得之材料將被稱重，且測得之失重比為30%，處理前後之分析數據如下表一所示。此一測試及分析是委由台灣SGS公司進行，需注意的是，該SGS之分析是依循美國材料和試驗協會之協定來進行，舉例而言，該熱值、灰份及含硫量即是分別依ASTM D5865, ASTM D3174以及ASTM D4239等協定來進行，而總水份之分析是依ASTM D3302以及ASTM D3173之協定來進行，以下之實施例二及三也是採用相同之方析。表一、亞煙煤處理前後之分析數據 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td><u>煤</u></td><td><u>處理前之亞煙煤</u><u><sup>a</sup></u></td><td><u>處理後之亞煙煤</u><u><sup>b</sup></u></td></tr><tr><td> 熱值(Kcal/Kg) </td><td> 5000 </td><td> AD：6932；DB：7091 </td></tr><tr><td> 總水份(wt%) </td><td> 28 </td><td> 2.24 AD </td></tr><tr><td> 灰份(wt%) </td><td> 8 </td><td> 10.26 AD </td></tr><tr><td> 硫份(wt%) </td><td> 0.9 </td><td> 0.37 AD </td></tr><tr><td> 含碳量(wt%) </td><td> 45.9 </td><td> 74.5 AD </td></tr></TBODY></TABLE>註a：採用台灣電力公司之數據註b：AD是指乾燥空氣基（air dried basis）之熱值，亦即將該含碳物質原料或燃料產物置於空氣中，與空氣濕度達平衡乾燥後，所測得之發熱量，而DB則是指乾燥基（dried basis）之熱值，亦即完全無水時之熱值。

該處理後之亞煙煤相較於處理前呈現出無法預期之高熱值、高含碳量以及低硫份，細言之，該處理後之亞煙煤熱值為6932 kcal/kg(AD)及7091 kcal/kg(DB)，而處理前實際上僅為5000 kcal/kg，而含水量由28 wt% 降至2.24 wt%(AD)，硫份由0.9 wt% 降至0.37 wt%(AD)，含碳量由45.9 wt% 提升至74.5 wt%(AD)。

特別來說，此程序已可大大提高該亞煙煤之含碳量及熱值。

實施例二：提高褐煤含碳量及熱值之程序

以真空幫浦，抽除盛裝8 Kg褐煤的加熱腔內空氣，使壓力達到0.1atm以下，通入氮氣使壓力等於或略高於1atm，該加熱腔20是被一加熱爐，在有惰性氣體流動之狀態下，以每分鐘5℃之速率進行升溫，該加熱爐是被控制以加熱該加熱腔20，使其溫度由室溫升溫至230℃，維持溫度40分鐘，再分依序升溫至280℃、350℃、400℃以及550℃，各維持溫度30分鐘，最後繼續升溫至650℃，維持溫度1小時，隨後，該處理後之亞煙煤將在一具有惰性氣體流動之狀態下冷卻至室溫。

該獲得之材料將被稱重，且測得之失重比為35%，處理前後之分析數據如下表一所示。表二、褐煤處理前後之分析數據 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td><u>煤</u></td><td><u>處理前之褐煤</u><u><sup>a</sup></u></td><td><u>處理後之褐煤</u><u><sup>b</sup></u></td></tr><tr><td> 熱值(Kcal/Kg) </td><td> 4500 </td><td> AD：7056；DB：7606 </td></tr><tr><td> 總水份(wt%) </td><td> 29.3 </td><td> 1.32 AD </td></tr><tr><td> 灰份(wt%) </td><td> 1.9 </td><td> 8.26 AD </td></tr><tr><td> 硫份(wt%) </td><td> 1.2 </td><td> 0.34 AD </td></tr><tr><td> 含碳量(wt%) </td><td> 33.0 </td><td> 81.4 AD </td></tr></TBODY></TABLE>註a：採用台灣電力公司之數據註b：由SGS所分析，其中該AD是指乾燥空氣基之熱值，而DB則是指乾燥基之熱值。

該處理後之褐煤相較於處理前呈現出無法預期之高熱值、高含碳量以及低硫份，細言之，該處理後之褐煤熱值為7506 kcal/kg(AD)及7606 kcal/kg(DB)，而處理前實際上僅為4500 kcal/kg，而含水量由29.3 wt% 降至1.32 wt%(AD)，硫份由1.2 wt% 降至0.34 wt%(AD)，含碳量由33.0 wt% 提升至81.4 wt%(AD)。

特別來說，此程序已可大大提高該亞煙煤之含碳量及熱值。

實施例三：提高木質顆粒含碳量及熱值之程序

以真空幫浦，抽除盛裝8 Kg木顆粒的加熱腔內空氣，使壓力達到0.1atm以下，通入氮氣使壓力等於或略高於1atm，該加熱腔20是被一加熱爐，在有惰性氣體流動之狀態下，以每分鐘5℃之速率進行升溫，該加熱爐是被控制以加熱該加熱腔20，使其溫度由室溫升溫至180℃，維持溫度30分鐘，再升溫至230℃，維持溫度30分鐘，再升溫至280℃及330℃，各維持溫度60分鐘，最後繼續升溫至380℃，維持溫度1小時，隨後，該處理後之木質顆粒將在一具有惰性氣體流動之狀態下冷卻至室溫。

該獲得之材料將被稱重，且測得之失重比為30%，處理前後之分析數據如下表三所示。表三、木質顆粒處理前後之分析數據 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td><u>煤</u></td><td><u>處理前之木質顆粒</u><u><sup>a</sup></u></td><td><u>處理後之木質顆粒</u><u><sup>b</sup></u></td></tr><tr><td> 熱值(Kcal/Kg) </td><td> 4800 </td><td> AD：7010；DB：7397 </td></tr><tr><td> 總水份(wt%) </td><td> 未量測 </td><td> 5.23 AD </td></tr><tr><td> 灰份(wt%) </td><td> 未量測 </td><td> 2.15 AD </td></tr><tr><td> 硫份(wt%) </td><td> 未量測 </td><td> 0.02 AD </td></tr><tr><td> 含碳量(wt%) </td><td> 未量測 </td><td> 77.1 AD </td></tr></TBODY></TABLE>註a：採用春發科技股份有限公司之數據註b：由SGS所分析，其中該AD是指乾燥空氣基之熱值，而DB則是指乾燥基之熱值。

該處理後之木顆粒相較於處理前呈現出無法預期之高熱值、高含碳量以及低硫份，細言之，該處理後之木顆粒熱值為7010 kcal/kg(AD)及7397 kcal/kg(DB)，而處理前實際上僅為4800 kcal/kg，此外，處理後之木顆粒不但具備77.1 wt%(AD)之高含碳量，而且硫份是相當低的0.02 wt% (AD)。

此結果顯示此方法已可大大提高該木質顆粒之含碳量及熱值。

本說明書所揭示之全部特徵均可組合於任何組合物上，且本說明書揭示的每一項特徵均可被一相同功效、均等或是類似目的之可替代之特徵所取代，因此除非是特別地說明，否則每一個揭示的特徵都只是一系列等效或類似特徵中的其中一個例子。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

［本發明］

10‧‧‧提高含碳材料含碳量之系統

20‧‧‧加熱腔

201‧‧‧加熱室

202‧‧‧加熱裝置

203‧‧‧氣體入口

204‧‧‧氣體出口

205‧‧‧材料入口

206‧‧‧材料出口

22‧‧‧熱交換器

221‧‧‧高溫側

223‧‧‧低溫側

24‧‧‧液體儲槽

241‧‧‧入口

243‧‧‧出口

245‧‧‧收集口

26‧‧‧氣體純化器

28‧‧‧管路

30‧‧‧冷卻裝置

301‧‧‧高溫側

303‧‧‧低溫側

32‧‧‧進料器

34‧‧‧材料儲槽

36‧‧‧氣體循環裝置

38‧‧‧壓力錶

40‧‧‧真空幫浦

42‧‧‧氣體儲槽

A,B,C,D,E,F‧‧‧閥門

圖１為本發明提高含碳物質含碳量之系統之配置圖。

Claims

一種提高含碳材料含碳量之方法，包含：將預定數量之一含碳材料裝入一加熱腔；將該加熱腔之內部空氣抽離，使壓力到達0.1atm或以下；將一惰性氣體導至該加熱腔，使壓力到達1~5atm；加熱該加熱腔，以便將水份及揮發性物質由該含碳材料中去除，以提高含碳量；以及冷卻以及收集該處理後的含碳材料；其中，該加熱步驟使得該含碳材料於處理後之含碳量重量百分比相較於處理前是提昇20%或以上。
如請求項1所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該含碳材料為煤。
如請求項2所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該煤為亞煙煤(sub-bituminous coal)或褐煤(lignite)。
如請求項1所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該含碳材料為含碳之木質素廢棄材料。
如請求項4所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該含碳之木質素廢棄材料係選自由廢木板、廢木塊、木顆粒、木磚、棕櫚殼及椰子殼所組成之群。
如請求項1所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該含碳材料為橡膠輪胎顆粒。
如請求項1所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該惰性氣體為氮氣或氬氣。
如請求項1所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，於該惰性氣體被導入該加熱腔之步驟中，係使壓力到達1~1.5atm。
如請求項1所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該加熱步驟是被控制在以5~30℃/min之速度升溫。
如請求項9所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該含碳材料為亞煙煤或褐煤。
如請求項10所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中該加熱步驟是連續地維持溫度在200~240℃之間持續35~45分鐘，維持溫度在260~300℃之間、320~360℃之間以及380~420℃之間各持續25~35分鐘，以及維持溫度在550~900℃之間持續30~90分鐘。
如請求項9所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該含碳材料為含碳之木質素廢棄材料，選自由廢木板、廢木塊、木質顆粒、木磚、棕櫚殼及椰子殼所組成之群。
如請求項12所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中該加熱步驟是連續地維持溫度在160~240℃之間持續25~35分鐘，維持溫度在260~300℃之間以及320~340℃之間各持續45~60分鐘，以及維持溫度在360~500℃之間持續25~60分鐘。
如請求項9所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該惰性氣體為氮氣、氦氣或氬氣，且於被導至該加熱腔之步驟中，係使壓力到達1~1.5atm。
如請求項14所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中該含碳材料為亞煙煤或褐煤，且該加熱步驟是包含連續地維持溫度在200~240℃之間持續35~45分鐘，維持溫度在260~300℃之間、320~360 ℃之間以及380~420℃之間各持續25~35分鐘，以及維持溫度在550~900℃之間持續30~90分鐘。
如請求項14所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該含碳材料為含碳之木質素廢棄材料，選自由廢木板、廢木塊、木質顆粒、木磚、棕櫚殼及椰子殼所組成之群，且該加熱步驟是包含連續地維持溫度在160~240℃之間持續25~35分鐘，維持溫度在260~300℃之間以及320~340℃之間各持續45~60分鐘，以及維持溫度在360~500℃之間持續25~60分鐘。
如請求項1所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中該含碳材料為亞煙煤或褐煤，該惰性氣體為氮氣或氬氣，且於被導入該加熱腔之步驟中，係使壓力到達1~1.5atm，該加熱步驟是被控制在以5~30℃/min之速度升溫，且該加熱步驟是包含連續地維持溫度在200~240℃之間持續35~45分鐘，維持溫度在260~300℃之間、320~360℃之間以及380~420℃之間各持續25~35分鐘，以及維持溫度在550~900℃之間持續30~90分鐘。
如請求項1所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該含碳材料於處理後之含碳量重量百分比相較於處理前是提昇25%或以上。
如請求項1所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該含碳材料於處理前之含碳量為50wt%或以下，硫份為0.9wt%或以上，而熱值為5500Kcal/Kg或以下；而該含碳材料於處理後之含碳量為70wt%或以上，硫份為0.4wt%或以下，而熱值為7000Kcal/Kg或以上。
如請求項17所述之提高含碳材料含碳量之方法，其中，該含碳材料於處理前之含碳量為50wt%或以下，硫份為0.9wt%或以上，而熱值為5500Kcal/Kg或以下；而該含碳材料於處理後之含碳量為70wt%或以上，硫份為0.4wt%或以下，而熱值為7000Kcal/Kg或以上。
一種提高含碳材料含碳量之系統，包含：一加熱腔，包含有一加熱裝置、一材料入口、一材料出口、一氣體入口以及一氣體出口，該加熱裝置是用於加熱該加熱腔；一進料器，是與該材料入口連接，用以接收一含碳材料，以便使其經由該材料入口輸送至該加熱腔；一冷卻裝置，用於冷卻由該加熱腔經該材料出口輸送而來之含碳材料，以便輸送至用以接收該含碳材料之一材料儲槽；一真空幫浦，用於將該加熱腔之內部空氣抽離，該真空幫浦是連接至該氣體入口；一氣體儲槽，用以提供該惰性氣體，其中該氣體儲槽也連接至該氣體入口；一熱交換器，用以將一液體自該惰性氣體中分離，該熱交換器是設置於該氣體出口與一用以接收該液體之液體儲槽之間；以及一壓力錶，用以量測該加熱腔之內部壓力；其中，該真空幫浦是先將該加熱腔之內部空氣抽離，使壓力到達0.1atm或以下，該氣體儲槽再提供該惰性氣體至該加熱腔，隨後該加熱裝置始加熱該加熱腔。
如請求項21所述之提高含碳材料含碳量之系統，其中，該加熱裝置是用於以5~30℃/min之速度使該加熱腔升溫。
如請求項21所述之提高含碳材料含碳量之系統，其中，該液體儲槽是具有一入口以及一出口，該入口是連接該熱交換器，可供該惰性氣體及該液體通過，該出口是連接一氣體純化器，可供該液體通過，該惰性氣體是藉由該氣體純化器而被淨化。
如請求項23所述之提高含碳材料含碳量之系統，是更包含有一氣體循環裝置，用以將利用該氣體純化裝置淨化後之該惰性氣體輸送回該加熱腔，其中該氣體循環裝置是設置於該冷卻裝置與該加熱腔之間，且該淨化後之該惰性氣體是由該氣體純化裝置經由該熱交換器以及該冷卻裝置輸送至該氣體循環裝置。
如請求項24所述之提高含碳材料含碳量之系統，其中，該加熱裝置是用於以5~30℃/min之速度使該加熱腔升溫。