TWI604039B - Regenerative fuel production methods - Google Patents

Description

再生燃料的製作方法

本發明係與污泥資源化有關；特別是指一種利用污泥處理資源而衍生的再生燃料製作方法。

國內可利用之生質物以農林廢棄物為最大宗，如何將之轉換成能源，以使廢棄物資源再利用，進而減少掩埋或清運之成本，以及降低對環境的衝擊，為發展再生燃料的目的。

另外，在廢水處理方面，因各種廢水處理設備產生的污泥量日趨增加，為了避免不當處置導致破壞環境，思考如何妥善處理及高值化再利用污泥，亦為刻不容緩的議題。已知處理污泥的方式許多，有採掩埋、焚化或乾燥後再利用者，亦有依據污泥所含物質而採燒結、鍛燒或焙燒等熱處理技術。其中在乾燥或熱處理方面，目的皆在降低污泥的含水率，以便後續的再處理。

在行乾燥或熱處理污泥的過程中，常伴有可燃油、可燃氣與灰分的產生。然而，可燃油與可燃氣如直接排放於外，易對環境造成破壞，況且可燃氣帶有異味，因此一般採用水洗法將氣體除臭以及同時清理灰份，又由於灰份不具有利用價值，故而常以掩埋方式處理之。另外亦有選擇以燃燒方式消除可燃油與可燃氣，並沒有再加以利用，並非較佳的選擇。

上述的再生燃料開發與污泥處理，目的皆在於訴求廢棄物的再利用，對於相關業者所投注的心力與研發，只要能有效利用資源並降低對環境的破壞，皆應予肯定。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種再生燃料的製作方法，係利用處理污泥過程中的衍生物作為廢有機物再製為再生燃料的熱源，以充分利用資源並降低對環境的破壞。

緣以達成上述目的，本發明提供的再生燃料的製作方法包含下列步驟：污泥裂解處理，產生裂解氣體與裂解油；將裂解氣體與裂解油做為廢有機物熱處理程序中的熱源；廢有機物經熱處理後生成的碳化再生燃料的乾基熱值介於2500 Kcal/kg至5500Kcal/kg之間。

在一實施例中，包括污泥乾燥處理以使污泥含水率介於10-30%之間，經乾燥處理後的污泥再為裂解處理。另外，廢有機物係經造粒處理後再於一廢有機物處理槽中進行熱處理，其中廢有機物造粒後、熱處理前的含水率介於10-15%，熱處理後的碳化再生燃料硬度達45HGI以上。

在一實施例中，包括在將裂解氣體與裂解油導入一廢有機物處理槽的過程中，施以加熱步驟及/或保溫步驟以產生高溫氣體並進入該廢有機物處理槽中。

在一實施例中，加熱步驟包括以二次燃燒或發電機組處理後而產生高溫氣體，高溫氣體的溫度介於350-500℃且含氧量低於5%；而保溫步驟施作於加熱步驟前、加熱步驟後或加熱步驟的前後。

在一實施例中，在污泥裂解處理中更包括產生灰分，該灰分做為造粒的材料之一並與廢有機物混合，或是做為保溫步驟中使用的保溫材料之一。

在一實施例中，廢有機物經熱處理後生成的碳化再生燃料的溫度介於300-500℃，該碳化再生燃料被施以降溫處理以分離出可燃油。

本發明之效果在於將污泥與廢有機物的殘餘價值發揮至最大，以創造出人類與環境之間共贏的效果。

為能更清楚地說明本發明，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。圖１所示為本發明一較佳實施例之再生燃料製作方法的流程圖，圖２所示為製作該再生燃料的系統簡易圖。

該再生燃料的製作方法區分為兩大步驟，其一為污泥的處理，其二為廢有機物的利用。首先，在污泥處理方面，污泥的來源可為事業污泥或下水污泥，由於污泥的含水率高，為讓污泥能夠達到減量化、減少運輸成本、穩定化、無害化及資源化等目的，需對其進行乾燥處理。經乾燥處理後的污泥1含水率介於10-30%之間，較佳者為10-20%，接著將乾燥處理後的污泥1導入一污泥裂解槽2內，透過污泥裂解槽2內的工作溫度介於400-600℃，以使污泥在缺氧條件的高溫環境下被裂解處理，其成分被轉化成裂解氣體、裂解油與灰分。

在廢有機物利用的方面，本實施例的廢有機物係由木材、稻稈、玉米稈、小麥稈、高粱稈及雜草組成的生質物族群中選擇一種或其組合的物質。被選用的廢有機物係先經過造粒機的造粒處理，同時被控制造粒後的含水率介於10-15%，被造粒後的廢有機物3再被導入一廢有機物處理槽4中，且在工作溫度介於250-500℃的高溫環境下進行碳化的熱處理。

在本實施例中，於廢有機物處理槽4中對造粒後的廢有機物3進行熱處理的熱源，係源自上述污泥裂解處理過程中所產生的裂解氣體與裂解油，更具體地說，是利用將往廢有機物處理槽4導送的裂解氣體與裂解油先經過加熱處理後，以使其等轉化產生高溫氣體，前述高溫氣體再進入廢有機物處理槽4中且被燃燒而形成熱源。

請參圖２所示，污泥裂解槽2與廢有機物處理槽4之間係設置有一引導結構5，用以將裂解氣體與裂解油自污泥裂解槽2引入廢有機物處理槽4內，。為了確保裂解氣體與裂解油能充分被利用作為對廢有機物3處理的熱源，本實施例更在裂解氣體與裂解油被導送的過程中，透過設置於引導結構5中的一加熱系統6來實現加熱步驟，以使裂解氣體與裂解油轉化產生高溫氣體而進入廢有機物處理槽4中，前述引導結構5包括導管。

請參圖３所示，加熱系統6包括有二次燃燒室6a，二次燃燒室6a的兩端透過引導結構5而分別連通至污泥裂解槽2與廢有機物處理槽4，即裂解氣體與裂解油經引導結構5之前導管5a而進入二次燃燒室6a，引導結構5之後導管5b則負責將高溫氣體引入廢有機物處理槽4中。另外，加熱系統6尚包括有空壓機6b與燃燒機6c各別連接二次燃燒室6a，其中空壓機6b補充新鮮空氣進入二次燃燒室6a而為助燃，燃燒機6c提供輔助燃料，藉此，以使裂解氣體與裂解油能在二次燃燒室6a內被加熱並產生溫度介於350-500℃且含氧量低於5%的高溫氣體。前述溫度控制介於350-500℃的目的在於確保送入廢有機物處理槽4的高溫氣體能有效地被燃燒，前述控制含氧量低於5%的目的在於確保高溫氣體不會在廢有機物處理槽4中產生悶燒情形。

上述係以二次燃燒方式獲取高溫氣體，然於實務上亦可採用發電機組來實現加熱步驟。請參圖４所示，發電機組7透過引導結構5之前導管5a而使裂解氣體與裂解油引入其中，再透過引導結構5之後導管5b而將高溫氣體引出並導入廢有機物處理槽4中。發電機組7亦與空壓機7a及燃燒機7b連接，同樣地藉由空壓機7a補充新鮮空氣而為助燃，燃燒機7b提供輔助燃料，據此以使裂解氣體與裂解油轉化產生高溫氣體，以形成熱源而對廢有機物處理槽4內的廢有機物3加熱處理。

廢有機物在廢有機物處理槽4中經過上述的熱處理後，即生成碳化再生燃料，其乾基熱值介於2500 Kcal/kg至5500Kcal/kg之間，且硬度達45HGI（Hardgrove Grindability Index，哈氏可磨性指數）以上。碳化再生燃料未自廢有機物處理槽4中取出之前，其溫度介於300-500℃之間，為此，需再經降溫處理方得再利用。

由上述說明可知，本發明方法在污泥減量化、穩定化、減少運輸成本、無害化及資源化的處理過程中，適度的利用污泥被裂解時產生的裂解氣體與裂解油，將之做為廢有機物熱處理程序中的熱源使用，不僅可改善習知以燃燒方式消除油、氣而對環境造成的二次傷害，更因裂解氣體與裂解油被用做為廢有機物熱處理程序中的熱源使用，故而可減少燃料費用的支出。本發明方法利用處理污泥過程中的衍生物作為廢有機物再製為再生燃料的熱源，具有充分利用資源並降低對環境破壞的功效，為一極具實用性的發明。其次，經熱處理後的碳化再生燃料之硬度達45HGI以上，可直接提供粉煤機使用。

另外，為了確保裂解氣體與裂解油在污泥裂解槽2與廢有機物處理槽4之間能順利地被導送，本發明方法更選擇性地提供有一保溫步驟，以確保引導結構5內部的溫度。前述保溫步驟包括使用一外被結構8包覆引導結構5，對內可確保溫度，對外則具有隔熱效果。請參圖５所示，係以圖３揭示結構為基礎，將保溫步驟的外被結構8同時施作於前導管5a與後導管5b，亦即施作於加熱步驟之前與之後，其中外被結構8包覆前導管5a可避免裂解油因溫降而凝結成固態致生阻礙；外被結構8包覆後導管5b則可維持管內高溫環境，以確保導入廢有機物處理槽4內的高溫氣體不會降溫至低於350℃，而能有效地被燃燒。當然，保溫步驟的施作對象不限於加熱步驟之前與之後，亦可選擇地施作於加熱步驟之前或者之後。

值得再說明的是，在廢有機物處理槽4中經熱處理而生成的碳化再生燃料，在自廢有機物處理槽4中取出而為降溫時，可採取的降溫處理方式有多種。在圖６揭示的流程中，係選擇將自廢有機物處理槽4中取出的高溫碳化再生燃料放置於以水為例但不以此為限的冷卻液中而為降溫處理，於此同時，碳化的再生燃料將再分離出可燃油，可燃油則可進一步的再精煉成飛機使用的燃料油。

除此之外，圖６亦揭示污泥在裂解處理中所產生灰分的應用，有別於以往以掩埋方式處理，本發明方法中的灰分尚得進一步做為造粒材料之一，即與廢有機物混合製成粒狀者；又或者，可做為保溫步驟中使用的保溫材料之一，例如做為圖５揭示的外被結構8的材料之一。

綜上所述，本發明竭盡所能地利用資源，以充份運用其殘餘價值，並可降低對環境的破壞。

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］

1‧‧‧乾燥處理後的污泥

2‧‧‧污泥裂解槽

3‧‧‧造粒後的廢有機物

4‧‧‧廢有機物處理槽

5‧‧‧引導結構

5a‧‧‧前導管

5b‧‧‧後導管

6‧‧‧加熱系統

6a‧‧‧二次燃燒室

6b‧‧‧空壓機

6c‧‧‧燃燒機

7‧‧‧發電機組

7a‧‧‧空壓機

7b‧‧‧燃燒機

8‧‧‧外被結構

圖１為本發明一較佳實施例之再生燃料製作方法的流程圖； 圖２為本發明製作再生燃料的系統之簡易圖，揭示施以加熱步驟來使裂解氣體與裂解油產生高溫氣體； 圖３為圖２中用以實現加熱步驟的加熱系統； 圖４類同圖３，揭示以發電機組來實現加熱步驟； 圖５類同圖３，揭示於引導結構外部包覆外被結構； 圖６類同圖１，所揭示的流程中包括有降溫處理及污泥產物的灰分再應用。

Claims (11)

1. 一種再生燃料的製作方法，包含下列步驟：污泥裂解處理，產生裂解氣體與裂解油；將裂解氣體與裂解油做為廢有機物熱處理程序中的熱源；廢有機物經熱處理後生成的碳化再生燃料的乾基熱值介於2500Kcal/kg至5500Kcal/kg之間；其中，在將裂解氣體與裂解油導入一廢有機物處理槽的過程中，施以一加熱步驟以使裂解氣體與裂解油產生高溫氣體並進入該廢有機物處理槽中，前述加熱步驟包括以二次燃燒或發電機組處理後而產生高溫氣體，高溫氣體的溫度介於350-500℃且含氧量低於5%。
2. 如請求項1所述之再生燃料的製作方法，包括污泥乾燥處理以使污泥含水率介於10-30%之間，經乾燥處理後的污泥再為裂解處理。
3. 如請求項1所述之再生燃料的製作方法，其中廢有機物係經造粒處理後再於一廢有機物處理槽中進行熱處理。
4. 如請求項3所述之再生燃料的製作方法，其中廢有機物造粒後、熱處理前的含水率介於10-15%，熱處理後的碳化再生燃料硬度達45HGI以上。
5. 如請求項1所述之再生燃料的製作方法，包括施以一保溫步驟，該保溫步驟施作於加熱步驟前、加熱步驟後或加熱步驟的前後。
6. 如請求項1所述之再生燃料的製作方法，其中污泥裂解處理的工作溫度介於400-600℃；廢有機物熱處理程序中的工作溫度介於250-500℃。
7. 如請求項3所述之再生燃料的製作方法，其中在污泥裂解處理中更包括產生灰分，該灰分做為造粒的材料之一並與廢有機物混合。
8. 如請求項5所述之再生燃料的製作方法，其中在污泥裂解處理中更包括產生灰分，該灰分做為保溫步驟中使用的保溫材料之一。
9. 如請求項1所述之再生燃料的製作方法，其中廢有機物經熱處理後生成的碳化再生燃料的溫度介於300-500℃。
10. 如請求項9所述之再生燃料的製作方法，包括對碳化再生燃料施以降溫處理以分離出可燃油。
11. 如請求項10所述之再生燃料的製作方法，其中係將碳化再生燃料置於冷卻液中而為降溫。