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    一種靜電氣膠移除裝置，用於生質物裂解產燃料系統，包括裂解產物入口、至少二濕式靜電吸附單元，以及裂解氣出口。其中，裂解產物入口用以輸入由生質物裂解而產生之含有裂解氣與氣膠物質的裂解產物。上述至少二濕式靜電吸附單元的正負極間距不同，用以吸附尺寸不同的氣膠物質。裂解氣出口是用以輸出裂解氣。
    公开号:TW201323600A
    申请号:TW100145087
    申请日:2011-12-07
    公开日:2013-06-16
    发明作者:Masison Yang；Jia-Yuan Chen；Wen-Yung Lee；Seng-Rung Wu；Hou-Peng Wan；Chin-Chiang Chang；Chi-Cheng Lin；Ying-Hsi Chang；Hom-Ti Lee
    申请人:Ind Tech Res Inst；
    IPC主号:Y02E50-00
    专利说明:
    靜電氣膠移除裝置及生質物裂解產燃料系統
    本發明是有關於一種靜電氣膠(aerosol)移除裝置，以及使用此裝置的生質物裂解產燃料系統。
    為兼顧節能減碳與糧食需求，下一代的生質燃料可由稻桿、木屑等廢棄農林作物加熱裂解而得。
    圖1繪示先前技術之生質物裂解燃料產生系統。以進料器102將生質物送入裂解器104後，於氮氣存在下以熱源106加熱使其裂解，而產生焦炭與油氣產物。焦炭可以旋風分離器等除焦器108收集至貯焦槽110，油氣產物則經冷凝器112冷凝為液態生質油(裂解油)及無法冷凝之裂解氣，其中裂解油被收集至貯油槽114。
    所得裂解氣因帶有黏滯性及次微米煙霧特性，一般稱為氣膠。如不先去除氣膠而直接使用裂解氣，則氣膠容易累積堵塞於管路彎道或下游的各單元油氣處理設備，且其酸度太高會腐蝕管線，而會影響生質物裂解產油系統持續運作與裂解氣的再利用。因此，先前技術將經過冷凝器112的裂解氣導入洗滌/過濾器116，以去除其中氣膠而得氣膠含量低的裂解氣，再將此裂解氣存入貯氣槽118。此裂解氣可(部分)作為熱源106的燃料而再利用。
    然而，習知的過濾器，如文式洗滌器、袋式集塵器及乾式靜電集塵器等，皆不易移除或敲擊收集此帶有黏滯性及次微米的煙霧氣膠。因此，現在亟需使生質物裂解產油製程系統可持續運作及獲得雜質更少之裂解氣的新方法。
    本發明提出一種用於用於生質物裂解產燃料系統的靜電氣膠移除裝置，其利用濕式靜電集塵原理來移除氣膠。
    本發明並提出一種使用本發明之靜電氣膠移除裝置的生質物裂解產燃料系統。
    本發明之靜電氣膠移除裝置包括裂解產物入口、至少二濕式靜電吸附單元，以及裂解氣出口。裂解產物入口是用以輸入由生質物裂解而產生之含有裂解氣及氣膠物質的裂解產物。上述至少二濕式靜電吸附單元的正負極間距不同，用以吸附尺寸不同的氣膠物質。裂解氣出口則用以輸出裂解氣。
    在一實施例中，上述裂解產物入口、濕式靜電吸附單元及裂解氣出口由下至上排列，且該些濕式靜電吸附單元中正負極間距愈大者愈靠近裂解產物入口，即愈位於下方。
    在一實施例中，上述靜電氣膠移除裝置更包括位於裂解產物入口下方的裂解油出口。由濕式靜電吸附單元吸附的氣膠物質聚集形成的裂解油落至裂解油出口而被輸出。
    在一實施例中，各濕式靜電吸附單元包括至少一個靜電極線集板組，其中各靜電極線集板組包括作為正極的多個集板，以及設置於這些集板之間作為負極的多條極線。
    在一實施例中，上述靜電氣膠移除裝置更包括噴霧清洗器，用以清洗各濕式靜電吸附單元。此清洗可利用由濕式靜電吸附單元之前收集的氣膠物質聚集成的裂解油來進行。上述噴霧清洗器例如設置於濕式靜電吸附單元的上方。
    在一實施例中，上述靜電氣膠移除裝置更包括擴散整流器，設置於上述裂解產物入口與濕式靜電吸附單元之間。
    在一實施例中，上述靜電氣膠移除裝置更包括除霧器，設置於上述濕式靜電吸附單元與裂解氣出口之間。
    本發明之生質物裂解產燃料系統包括裂解器、除焦器、冷凝器，以及上述本發明之靜電氣膠移除裝置。其中，裂解器用以使生質物裂解而產生裂解產物。除焦器用以收集裂解產物中的焦炭。冷凝器用以收集裂解產物中的裂解油，其中經過除焦器及冷凝器之裂解產物含有裂解氣及氣膠物質。上述靜電氣膠移除裝置則用以將經過除焦器及冷凝器之裂解產物所含的氣膠物質移除，而輸出裂解氣。
    在一實施例中，上述生質物裂解燃料產生系統所輸出的裂解氣有部分被送回裂解器，以作為工作載氣。
    在一實施例中，上述生質物裂解燃料產生系統所輸出的裂解氣有部分作為用以加熱裂解器的熱源的燃料。
    由於本發明之靜電氣膠移除裝置或生質物裂解產燃料系統利用濕式靜電集塵原理來移除氣膠，所以氣膠物質容易有效移除並收集。再者，本發明使用至少兩段的正負極間距不同的濕式靜電吸附單元，故可吸附不同尺寸的氣膠顆粒。如此即可使熱裂解系統穩定操作及長期連續運轉，提昇生質物資源再利用價值，對於節能減碳及生質燃料產業的發展有很大的助益。
    為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
    圖2繪示本發明實施例之生質物裂解燃料產生系統。其中，從進料器102開始依序至裂解器104、除焦器108/貯焦槽110、冷凝器112/貯油槽114之處理程序如前所述，但通過冷凝器112的含氣膠裂解產物是經過本發明實施例之靜電氣膠移除裝置200處理後再存入貯氣槽118。此靜電氣膠移除裝置200將於後文中詳細說明。
    由靜電氣膠移除裝置200所收集之氣膠聚集形成的裂解油存入貯油槽202中，其可用來清洗靜電氣膠移除裝置200。貯油槽202可與貯油槽114互通。例如，當靜電氣膠移除裝置200有清洗需求但貯油槽202中沒有足夠的裂解油以供清洗時，即可從貯油槽114取用一些裂解油。
    另外，熱源206例如包含熱風爐208及熱交換器210，以充分利用靜電氣膠移除裝置200處理後輸出的裂解氣。詳言之，熱風爐208注入有燃料及空氣以燃燒發熱，用以加熱裂解器104，其中前述裂解氣可部分提供給熱風爐208燃燒。熱風爐208燃燒所生廢氣先經過熱交換器210以加熱另一部分的裂解氣，再排至大氣中。此經加熱之裂解氣供應至裂解器104，作為工作載氣。
    上述靜電氣膠移除裝置200通常可利用包括靜電極線集板組的濕式靜電吸附單元。圖3為一種常見的靜電極線集板組的局部示意圖。
    請參照圖3，靜電極線集板組300中有多個集板302作為正極，其以正極用導電桿304串起。各集板302中的一端有凹處306供負極用導電桿308擺放。作為負極的極線310則連在導電桿308上，而與各集板302平行。在此種設計中，正負極間距D即為一對相鄰的集板302與極線310之間的距離。
    圖4為本發明實施例之靜電氣膠移除裝置的示意圖。此靜電氣膠移除裝置200包括筒體400，其中由下至上依序設置有裂解產物入口402、擴散整流器404、正負極間距較大的濕式靜電吸附單元300a、正負極間距較小的濕式靜電吸附單元300b、附有噴嘴410的噴霧清洗器408、除霧器412及裂解氣出口414。濕式靜電吸附單元300a/b由靜電控制器416/418控制。
    各濕式靜電吸附單元300a/b可包括一或多個靜電極線集板組，於圖4之例即是包括上下排列的兩個靜電極線集板組，其各自包括多片集板302a/b及其間的極線310a/b。
    另外，雖然此實施例之靜電氣膠移除裝置包括正負極間距不同的兩個濕式靜電吸附單元，但本發明之靜電氣膠移除裝置不限於此，而亦可包括更多個正負極間距不同的濕式靜電吸附單元，以因應不同之氣膠處理量。
    上述靜電氣膠移除裝置200的運作方式如下。含裂解氣與氣膠物質的裂解產物經由近底部側面之裂解產物入口402進入筒體400，氣速減緩後(例如減至0.3~1.2m/s)，經由擴散整流器404平均分佈而進入第一段較大正負極間距的濕式靜電吸附單元300a的靜電極線集板組，在高電場強度空間內捕捉較大顆粒的煙霧氣膠，剩下的微細顆粒煙霧氣膠則進入第二段較小正負極間距之濕式靜電吸附單元300b的靜電極線集板組，約略在次高電場強度空間內徹底移除。剩下的裂解氣在經過除霧器412之後，由筒體400頂部的裂解氣出口414排出，收集在貯氣槽中。
    上述濕式靜電吸附單元300a的較大正負極間距例如是6~10 mm，所搭配之高電場強度例如由4~8 KV之靜電直流電壓產生，此電壓則由靜電控制器416產生。濕式靜電吸附單元300b的較小正負極間距例如是3~6 mm，所搭配之次高電場強度例如由2~6 KV之靜電直流電壓產生，此電壓則由靜電控制器418產生。
    另外，上述次微米顆粒煙霧氣膠所形成之裂解油，經由集板302a/b收集均勻聚積於集板302a/b下緣後形成液滴狀，自然經由裂解油出口420滴落於筒體400底部斜槽下方之貯油槽202內。當上述生質物裂解產油系統長時間運轉後，如發現極線集板之靜電直流電壓與電流偏離正常操作值，即表示極線集板組需要清洗或集板聚積裂解油滴不均勻。此時可啟動裂解油循環泵浦422，利用自產的裂解油或外加之溶劑噴霧清洗極線集板組，清洗後形成較大液滴及帶有髒污塵粒的裂解油，則自然沈澱於貯油槽202底部，定期予以清除即可。因此，上述靜電氣膠移除裝置200可以長時間運轉。另外，上述外加溶劑可為丙酮、柴油等。
    上述濕式靜電吸附單元300a、300b的輸出電壓-輸出電流關係因極線集板間距不同而有明顯差異，使其適合操作的線性區間亦不同。圖5A/B顯示本發明一實例中，極線集板間距為8.8/6.0 mm之靜電吸附單元的輸出電壓與輸出電流的關係。由圖5A、5B可知，極線集板間距較大者的線性區間的範圍R1比極線集板間距較小者的線性區間的範圍R2大很多。因此，圖5A適合較大顆粒氣膠煙霧移除，圖5B適合微細顆粒氣膠煙霧移除。 [實例]
    將上述本發明之靜電氣膠移除裝置(較大間距為8.8 mm，搭配4~8 KV之靜電直流電壓；較小間距為6.0 mm，搭配2~6 KV之靜電直流電壓)安裝於每小時4.2公斤生質物處理量裂解產油測試平台之冷卻器後，在該裝置的出口處連接一般的逆滲透過濾罐(含1.0 μm濾芯)，以(1)移除靜電氣膠移除裝置之兩段式極線集板組，即僅使用過濾罐；(2)移除靜電氣膠移除裝置第二段(上層)之極線集板組，僅使用第一段(下層)之極線集板組與過濾罐；(3)使用靜電氣膠移除裝置兩段式極線集板組與過濾罐等三種方式測試，取下過濾罐濾芯稱重，比較其差異性，以得知靜電氣膠移除裝置效果。 測試條件：
    ●反應器型式：氣泡式流體化床
    ●反應器進料：木屑4.2kg/hr，粒度2mm，水分約6%
    ●反應器工作載體：氮氣，加熱至500℃
    ●反應器溫度：平均約490℃
    ●冷卻器出口溫度：約30℃
    ●時間：約1小時
    測試結果如下：
    (1).僅使用過濾罐，其收集之氣膠重量為12.091g。以僅利用過濾罐所收集之氣膠的重量為基準，即可得知本發明之靜電氣膠移除裝置移除氣膠之效率。
    (2).僅使用第一段(下層)之極線集板組與過濾罐時，第一段(下層)之極線集板組收集氣膠重量為11.322g，過濾罐收集之氣膠重量為0.769g，前者移除氣膠效率為93.6%。
    (3).使用靜電氣膠移除裝置兩段式極線集板組與過濾罐時，兩段式極線集板組收集氣膠重量為11.921g，過濾罐收集之氣膠重量為0.170g，前者移除氣膠效率為98.6%。
    綜上所述，本發明實施例之靜電氣膠移除裝置或生質物裂解產燃料系統不僅可長時間持續運轉，且具有構造簡單、設備價格低廉、操作維護容易及氣膠移除性能優越等優點，並可擴充兩段式不同間距極線集板組結構體與數量，處理高達每小時10,000立方米內裂解產物所含之黏滯性及次微米煙霧氣膠，而對於節能減碳及生質燃料產業的發展有莫大的助益。
    雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
    102．．．進料器
    104．．．裂解器
    106、206．．．熱源
    108．．．除焦器
    110．．．貯焦槽
    112．．．冷凝器
    114．．．貯油槽
    116．．．洗滌/過濾器
    118．．．貯氣槽
    200．．．靜電氣膠移除裝置
    202．．．貯油槽
    204．．．裂解油
    208．．．熱風爐
    210．．．熱交換器
    300．．．靜電極線集板組
    300a、300b．．．濕式靜電吸附單元
    302、302a、302b．．．集板
    304、308．．．導電桿
    306．．．孔洞
    310、310a、310b．．．極線
    400．．．筒體
    402．．．裂解產物入口
    404．．．擴散整流器
    408．．．噴霧清洗器
    410．．．噴嘴
    412．．．除霧器
    414．．．裂解氣出口
    416、418．．．靜電控制器
    420．．．裂解油出口
    422．．．幫浦
    D．．．正負極間距
    R1、R2．．．線性區間的範圍
    圖1繪示先前技術之生質物裂解燃料產生系統。
    圖2繪示本發明實施例之生質物裂解燃料產生系統。
    圖3為一種靜電極線集板組的局部示意圖。
    圖4為本發明實施例之靜電氣膠移除裝置的示意圖。
    圖5A/B顯示本發明一實例中，極線集板間距為8.8/6.0 mm之靜電吸附單元的輸出電壓與輸出電流的關係。
    200．．．靜電氣膠移除裝置
    202．．．貯油槽
    204．．．裂解油
    300a、300b．．．濕式靜電吸附單元
    302a、302b．．．集板
    310a、310b．．．極線
    400．．．筒體
    402．．．裂解產物入口
    404．．．擴散整流器
    408．．．噴霧清洗器
    410．．．噴嘴
    412．．．除霧器
    414．．．裂解氣出口
    416、418．．．靜電控制器
    420．．．裂解油出口
    422．．．幫浦
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] 一種靜電氣膠移除裝置，用於處理含有裂解氣與氣膠物質的裂解產物，包括：一裂解產物入口，用以輸入該裂解產物；正負極間距不同的至少二濕式靜電吸附單元，用以吸附尺寸不同的氣膠物質；以及一裂解氣出口，用以輸出裂解氣。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之靜電氣膠移除裝置，其中該裂解產物入口、該些濕式靜電吸附單元及該裂解氣出口由下至上排列，且該些濕式靜電吸附單元中正負極間距愈大者愈靠近該裂解產物入口。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述之靜電氣膠移除裝置，更包括位於該裂解產物入口下方的一裂解油出口，其中由該些濕式靜電吸附單元所吸附的氣膠物質聚集形成的裂解油落至該裂解油出口而被輸出。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之靜電氣膠移除裝置，其中各該濕式靜電吸附單元包括至少一個靜電極線集板組，各該靜電極線集板組包括作為正極的多個集板，以及設置於該些集板之間作為負極的多條極線。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之靜電氣膠移除裝置，更包括一噴霧清洗器，用以清洗該些濕式靜電吸附單元。
    [6] 如申請專利範圍第5項所述之靜電氣膠移除裝置，其中該些濕式靜電吸附單元所吸附的氣膠物質聚集形成裂解油而被收集，且該噴霧清洗器是使用該裂解油來清洗該些濕式靜電吸附單元。
    [7] 如申請專利範圍第5項所述之靜電氣膠移除裝置，其中該噴霧清洗器設置於該些濕式靜電吸附單元的上方。
    [8] 如申請專利範圍第1項所述之靜電氣膠移除裝置，更包括一擴散整流器，設置於該裂解產物入口與該些濕式靜電吸附單元之間。
    [9] 如申請專利範圍第1項所述之靜電氣膠移除裝置，更包括一除霧器，設置於該些濕式靜電吸附單元與該裂解氣出口之間。
    [10] 一種生質物裂解產燃料系統，包括：一裂解器，其使生質物裂解而產生裂解產物；一除焦器，用以收集該裂解產物中的焦炭；一冷凝器，用以收集該裂解產物中的裂解油，其中經過該除焦器及該冷凝器之裂解產物中含有裂解氣與氣膠物質；如申請專利範圍第1~9項中任一項所述之靜電氣膠移除裝置，用以將經過該除焦器及該冷凝器之裂解產物中所含的氣膠物質移除，而輸出裂解氣。
    [11] 如申請專利範圍第10項所述之生質物裂解燃料產生系統，其中該裂解氣有部分被送回該裂解器以作為工作載氣。
    [12] 如申請專利範圍第10項所述之生質物裂解燃料產生系統，其中該裂解氣有部分作為用以加熱該裂解器的熱源的燃料。
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