专利名称：由生质废材萃取精油所述的方法及装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种由生质废材萃取精油所述的方法及其装置，尤指一种用以将诸 如木材废料、木屑或其它植物等生质废材在无氧氛围状态下的气密式反应锅内进行干馏， 以获得高品质精油及残留物为副产品活性碳的处理方法，及使用于此处理方法的系统及装置者。
背景技术：
一般所谓精油，系指由植物的枝叶、根茎、木皮、木屑、果实、花苞、树脂等萃取而得 的植物精油为主体，通常呈液状并具有较水轻的性质，而与油脂有区别。精油成分一般指 (C5H8) η的碳氢化物，但主要是具有CltlH16，C15H24，C20H22等组成分的萜烯烃类及衍生物如芳香 烃类、醇类、醛类、酮类等等化合物。精油的萃取方法通常有下列三种方法，即(1)水蒸气 蒸馏法，(2)压榨法及(3)溶剂法，而最常用者为水蒸气蒸馏法。另外，活性碳因对溶液中的无机或有机物质，胶态粒子等具有强大吸附力及脱臭、 脱色和过滤能力而广泛应用于食品、药品、油脂、石油、水处理工业、需要量年年增长。其制 法一般系使用木材、木屑、椰子壳、蔗渣、煤碳、泥碳等为原料，加以碳化之后，再经活化处理 而制成。其活化方法有(1)水蒸气活化法(2)药品活化法(3)其它方法。水蒸气活化法 系将碳化的原料粉碎后，在800°C以上的炉内通以过热蒸汽赋予活化。化学药品活化法典型 者为将粉碎的原料使用氯化锌溶液浸渍之后，予以煅烧碳化的同时活化，化学药品成分则 于事后水洗除去。至于其他方法则将原料在通以空气、二氧化碳、氮气等惰性气体下煅烧活 化而成。在上述精油的萃取及活性碳的制法系分别藉二套不同的设备及不同的制程分别 独立实施，不仅估用甚大的设备空间，且生产时间长，能源耗费多，操作人员也要多，甚难符 合经济效益。台湾新型专利第477239号公报中揭露一种简易型精油萃取装置，其系利用水蒸 气蒸馏法以自芳香花草中萃取出精油的小型简易组装式装置，适合实验室或个人DIY组装 应用，非为工业量产型。另外，台湾新型专利第M266969号公报中揭示一种精油萃取装置的改良结构，此 装置基本上与上述新型专利第477239号的装置大致相同，只是将冷凝管的内管上部形成 大径的蒸汽室及下部形成缩径的集油室，并于此内管下端接出一连通至自烧瓶接出的输气 管的精油水回流管而已。台湾新型专利第481045号公报中揭示一种活动型精油萃取装置，此种装置也如 同上述二专利案仍利用水蒸气蒸馏法，唯规模为中型且具有机动性。此外，台湾发明专利第51708号公报也揭露一种用废橡胶生产汽油、柴油和碳黑 的方法，系如同上述第462984号专利利用规模颇大的工厂设备及复杂的操作系统，以热裂 解及催化裂解法将废轮胎提炼汽油、柴油及碳黑。台湾发明专利第462984号公报中揭示一种连续式废轮胎等回收提炼活性碳所述的方法及装置，其系适合于大规模处理轮胎以获得燃油、燃气及碳黑，燃油及燃气可供为系 统上热裂解炉及活化炉用燃料，碳黑则经去除杂质及粉碎导入活化炉活化后成为粉粒状活 性碳。以上所述后二专利，虽对资源回收及环保有一定程度的贡献，但设备费用庞大，且 不能用于精油的生产。另外，台湾发明专利第2008 19525号公报中揭示一种生质能活性碳制造系统及 方法，能将被处理原料在系统中加以碳化及活化以成为活性碳。其乃利用碳化活化炉所产 生的废热加热一锅炉，以产生高温水蒸气导入该碳化活化炉内对已碳化的原料进行活化作用。然而，上述各种已知的技术并无揭露在单一系统中从生质料萃取精油成分的同时 能将残留固形碳化物活化而得活性碳的技术，也从未揭示在热解过程中种种温度及压力控 制的操作条件。
发明内容
本发明的目的在提供一种由生质废材萃取精油的方法，用以将特别是植物性生质 废材在无氧状态的气密式反应锅内进行干馏(即热分解)，以获得植物性油品或精油的同 时，也可获得副产品的活性碳。本发明的另一目的在提供一种由生质废材萃取精油同时可获得活性碳的方法，系 在制造过程中将反应锅内的温度及压力阶段性控制，并视锅内压力及馏出分的情形，藉高 速抽气泵短暂抽气，以维持低压力及避免馏出分滞留锅内太久而致过焦，如此，可缩短处理 时间并可获得高品质及高产率的精油及副产品的活性碳。本发明的再一目的在提供一种实施上述由生质废材萃取精油的方法的装置，该装 置包括一用以将生质废材原料间接加热使其热解的具有卡式内锅的气密式反应锅，一用 以将热分解馏出之气体成分冷凝成液体的冷凝器，一用以将冷凝液体分离成水分与油分的 分离槽，及一设在分离槽的气体出口端的抽气泵。本发明的又一目的在提供一种实施上述方法的装置，设于分离槽的排气口端的抽 气泵为流量转速可变抽气泵，以在反应锅内压升高超过所定压力时会加速增加抽气流量， 使内压短时内即降低，以维持低压，藉以促进挥发及减少馏分滞留反应锅内太久而成过焦。本发明的又一目的在提供一种实施上述方法的装置，在分离槽的内部设有超声波 产生器，以促使焦油成分再分解，可提高油品品质及产量。本发明的再一目的，在提供一种实施上述方法的装置，视必要可在分离槽的排气 管再接一第二冷凝器及混合槽，以对未液化的气体再进行较低温的冷凝成油液后，与自分 离槽导入混合槽内的油液混合，而提高萃取量。
图1表示本发明第一实施例的由生质废材萃取精油系统的构成图。图2表示本发明第二实施例的精油萃取系统的构成图。图3表示本发明第三实施例的精油萃取系统的构成图。主要元件符号说明
1反应锅
11外锅体
12内锅
13盖体
14电热装置
15隔热保温材
16出气口
17安全阀
18压力表
2,2k冷凝器
21密闭式槽体
22螺旋式内管
23集气部
24水套
25冷却水入口
26冷却水出口
3油水分离槽
31隔板
32集液室
33溢流室
34,34a阀
35,35a排油管
36集油桶
37排水管
4抽气泵
5控制箱
51压力传感器
52温度传感器
6水封罐
7混合槽
71搅拌器
8超声波产生器
P输出管
PI, P2排气管
P流管
M原料
导线
L电源线
具体实施例方式本发明的其它目的及功效，则可参照以下配合附图的详细说明而获得更进一步的 了解。在附图中，图1表示本发明第一实施例的由生质废材萃取精油系统的构成图。图 2表示本发明第二实施例的精油萃取系统的构成图。图3表示本发明第三实施例的精油萃 取系统的构成图。图1所示的第一实施例的精油萃取系统包括反应锅1，藉管路依次设在其下游的 冷凝器2，水油分离槽3，抽气泵4及控制箱5。反应锅1包括一周围环设有电热装置14及隔热保湿材15的外锅体11，一可卸除 的内锅12及一可紧密盖于外锅体11的开口的气密盖体13。外锅体11的上部一侧壁设有 一出气口 16，并自此出气口 16连接一输气管P通至冷凝器2的进口端。盖体13上设有一 安全阀17及压力表18。冷凝器2具有一密闭式槽体21，及容设在其内部的螺旋式或迂回式内管22。槽体 21的一端连接输气管P的出口端，而此出口端的部分最好形成大径的集气部23，此集气部 23的一端连接上述内管22的一端，内管22的另一端则连接至水油分离槽3。另外，槽体21 周壁形成水套24，并具有冷却水(或冷媒)入口 25及出口 26，可将冷却水或冷媒引入及排 出。冷凝器2不限于使用本实施例所述的型式，任何适合的传统型冷凝器均可使用，包括不 具集气部23的冷凝器。水油分离槽3系用以将冷凝器2的冷凝液分离成水分及油分的槽，槽内设有隔板 31将槽内分隔成集液室32及溢流室33，冷凝液进入集液室32后，比重轻而浮于水面的油 分从集液室32溢流至溢流室33内，未液化的气体则在液面上方空间由抽气泵4抽吸经排 气管Pl排放至大气中，为免热气或气味污染空气，最好将气体导入一水封罐6降温除臭后 排出。控制箱5系设于系统中易于监视操控之处，此控制箱5具有电源开关、压力表、温 度表及用来调节及控制反应锅1内部压力及温度的按钮及异常状况警示灯及/或警报器 等，此控制箱5系藉导线连至反应锅1的压力传感器51、温度传感器52、电热装置14及抽 气泵4，当然也具有电源线L连至电源。其次就构成如上的系统用来自生质废材萃取油液的方法说明如下首先，将经过适当洗净干燥、粉碎或切片处理的例如，桧木残枝、根干等废材原料M 投入反应锅1的内锅11内后，将锅盖13盖紧以保持反应锅1内部的气密。随之，利用抽气 泵4抽气以对反应锅1内扫气，并使锅内压力降至0.5 0.8kg/cm2，呈低真空状态。必要 时，也可充灌如氮的惰性气体于锅内。然后，藉控制箱5启动电源，使电热装置14生热，并 藉温度控制按钮控制锅内温度在例如150°C 200°C，经一段时间后，锅内原料M即分解而 产生烟状气体，此气体大部分为沸点在100°C的水分及少部分轻质油分，此气体经管P流入 冷凝器2的集气部23，再流经螺旋内管22时，受水套24内的冷却水冷凝成液体后流入分离 槽3。此时含有大部分为水分的冷凝液流入集液室32至其水位超过隔板31顶端时，比重 轻而浮于水面的油分即从集液室32溢流至溢流室33并储积于此室，当储存至相当容量时， 可打开阀34经由排油管35将此油收集于集油桶36。集液室32的水位系藉水位计(未图 示)或其它手段保持在一定水位，超量的水经由排水管37排出外部。
在热解即干馏过程中，反应锅1内产生大量气体至内压升高至超过预定压力，例 如1. 2kg/cm2以上时，从控制箱5的压力表及警示器得知后，可藉与该压力表连动的电气控 制回路或计算机软件(均未图标)自动控制或藉作业员手动控制抽气泵4以高速旋转或增 加流量运转施行短暂时间，例如1分钟至数分钟的抽气，使升压气体大量进入集气部23而 使内压短时间即降至例如0. 8kg/cm2以下，以维持低压干馏，使挥发性物质能以较低温度挥 发的同时也使馏出分免滞留锅内过久致过焦结果产生重质焦油较多的情形发生。当压力回 复至原预定压力状态，且几乎已无冷凝液继续产生或排气量大减时，藉控制箱4将反应温 度改设定在例如250°C 350°C，以实施第二阶段热解，压力仍保持在0. 5 0. 8kg/cm2。由 于水分在前述第一阶段的分解过程中大致蒸发已尽，此阶段只有大部分的250°C以上的高 沸点精油成分在此温度下挥发成气体，并经管P流入冷凝器2冷凝成液体后，进入分离槽3 溢流至溢流室33，未液化的气体则由排气管Pl排出。在高温下，锅内压力仍将随着温度的 上升及气体大量产生而升高，此时，抽气泵4便如前述可藉自动或手动控制进行短暂的高 流量抽气，使内压实时下降而维持所预设的0. 5 0. 8kg/cm2的低压状态，以使油分挥发较 快且挥发气体不会滞留高温锅内过久而成过焦或重组成重质焦油等情形发生。因此，可在 较低温下及较短时间内反应以确保安全，并提高产能及油品品质。当锅内压力保持无升压的迹象且分离槽3内已殆无油液继续产生时，表示第二阶 段的反应已完毕。此时，可将温度设定在例如350°C 500°C，并在0. 5 0. 8kg/cm2内压 力下实施第三阶段的热解，此时只有少量沸点在350°C以上的重质油分解成气体，并如同前 述经冷凝器2冷凝成油液后进入分离槽3经气液分离后，油液溢流至溢流室33，气体则排出 外部。在进行此高温热解时，锅内压力也如前述藉抽气泵4的控制以维持低压，而缩短反应 时间及确保安全，同时可提高产能及油品品质。当锅内压力下降且殆无冷凝液及气体产生 时，表示第三段热解过程已完毕，且内锅11内的原料M残渣经历上述三阶段自低温至高温 的干馏碳化而形成固形碳化物。随后，将锅内温度设定在500°C 700°C的活化温度，并配 合抽气泵4的维持低压状态的间歇性短暂抽气，以进行对固形碳化物实施活化的第四阶段 处理，此时只有极微量的如重金属等的高沸点气体产生，而经例如1 2小时的一段时间之 后，固形碳化物即成为活性碳。随之关闭电源停止操作，待锅内温度降低至常温时，启开盖 体13后，藉起重机或链条吊车(未图示)将内锅12移出外部，卸下活性碳，并将内部已装 有原料废材的另一内锅12藉起重机吊入外锅体11内，盖紧盖体13即可实施第二循环的热 解处理。如此，反复实施，即可在比传统方法更短的处理时间内非常有效的从原料萃取如 精油等油品，并可同时获得活性碳。在前述实施例的热解过程中，系将整个过程分成四个阶段在不同温度下进行处 理，但上述第一至第三阶段也可分成更多的温度梯度阶段，例如每隔10(TC或150°C来实 施，若将第三阶段与第四阶段并为一个阶段，而在完成第二阶段之后即将温度调高至500°C 以上以进行重质油的热解及碳化物活化处理也可。此时处理时间至少要大约为前述第三与 第四阶段处理时间之和。另外，前述各阶段的温度范围及升温的梯度只是一例，此等温度可 依不同之处理原料的种类、性质及形状而改变。此外，分离槽3不限于图示的实施例，习知 的各种适用的卧型或立型分离槽均可采用。另外，如反应锅1不另设内锅12也可行。图2表示本发明系统的第二实施例，在此实施例中凡与第一实施例系统相同或相当的构件以相同的符号标示之，并省略其说明。在此实施例中，其构成基本上与前述实施例相同，只不过在分离槽3的排气管Pl 加接第二冷凝器2A，此冷凝器2A的出口管端连接一混合槽7，混合槽7的底部设有一排油 管35a及阀34a用以将槽内的油导入集油桶36内。混合槽7的上部设有排气管P2，而抽 气泵4系设置于此管P2上以取代第一实施例的管Pl上。另外，分离槽3的具有阀34的排 油管35至混合槽7的另一端，混合槽7内设有一电动搅拌器71以便将自分离槽3经管35 流入混合槽7的油液与经第二冷凝器2A冷凝而滴落混合槽7内的油液搅拌混合，而混合油 液则可经排油管35a流入集油桶36。此实施例的系统还有第一实施例的系统所未具的超 声波产生器8设在分离槽3的底部，以便藉超声波的作用切断槽中油液的高分子结构使其 分解，而获得更多的低分子轻油成分。超声波产生器8宜采用输出功率50w/cm3以上者，而 以例如在20千赫(kilo-herzz)时输出功率在100 200w/cm2为宜。第二冷凝器2A的冷 却温度系设定为比第一冷凝器2低，一般为例如15°C以下，以便将来自分离槽3的气体再 冷却成油液。第二冷凝器2A的外槽体21内部并未形成集气室23，而只容设有螺旋内管22 而已。此种型式的冷凝器为一般习见者，当然也可使用其它型式的冷凝器，自不待言。外槽 体21也设有冷却液的进出口，冷却液可为冷水或冷媒。构成如上的系统在实施油品萃取方法时，从反应锅1至分离槽3的操作及反应过 程，基本上与第一实施例的过程相同，只有在分离槽3内未液化的气体被导入第二冷凝器 2A以低温再次冷却而使其一部分凝缩成油液流入混合槽7，并藉搅拌器8将此油液与来自 分离槽3的油液混合之后，收集于集油桶6，而仍未液化的气体则经由排气管P2排出外部的 一点不同而已。简单言之，原料M于反应锅1内在真空无氧状态下热解所产生的气体流入 第一冷凝器2经冷却成液体后流入分离槽3，油液在此藉超声波产生器8所产生的超声波作 用而切断重质油的高分子结构，可增加轻质油的收获量，而未液化的气体则被第二冷凝器 2A再次冷却，使部分凝缩成油液贮集于混合槽7，并与来自分离槽3的油液混合，可增加收 油量并提高品质。在混合槽7内未液化的气体则藉抽气泵4排放出去。在实施此方法时， 藉控制箱5及泵4以分阶段控制锅内的温度及随时抽气降压力与前述第一实施例的方法相 似，为免重复，在此不再赘述。当一个热解循环过程完成之后，除了在集油桶6可获较第一 实施例量多且较高品质的油品外，锅内也可获得高价值的活性碳，堪称一举两得。另外，在此实施例中的抽气泵4也可如同第一实施例般设置在排气管Pl中途，即 第二冷凝器2A的上游端。图3表示本发明系统的第三实施例，此系统实质上与第一实施例的系统相同，只 是在冷凝器2的出口端，(即分离槽3的入口端)的输气管P接出一上端连通输气管P的 上游端(即冷凝器2的入口端)的回流管ρ。如此，未液化的气体部分会经由此回流管ρ回 流至输气管P中与馏出气体汇流后流入冷凝器2接受冷凝。如此，可增加收油量。另外，在 分离槽3底部也设有超声波产生器8，其作用及效果与第二实施例相同。构成如上的系统用来热解原料废材以制得油液的操作过程实质上与第一实施例 相同，只是未冷凝液化的气体的一部分会回流至冷凝器2中再受冷凝，以增收油量而已。为 免重复，不另赘述。以上系就本发明的较佳实施例加以说明，在无违本发明的原理及精神下显然还可 作种种修饰与变更，例如，在第一实施例的系统的分离槽3设置超声波产生器8，在第二实施例的系统中，将分离槽3及混合槽7的油液分别收集，而不予混合也可。此时，在未图示 的具有双出口的排油管上应设置一双向变换阀以便将油液导入混合槽或另一集油桶即可。 凡此应视为涵盖在本专利的保护范围内。
权利要求
一种由生质废材萃取精油的方法，包括下列步骤a.将生质废材原料在内部保持低真空且无氧状态下的气密式反应锅内进行间接加热，使其产生热解反应(即干馏)的步骤；b.将上述原料经热解馏出的烟状气体导入冷凝器加以冷凝成液体的步骤；c.将上述冷凝液体导入分离槽予以分离成水及油的步骤；及d.将经上述冷凝及分离步骤未液化的气体糟抽气泵予以排出的步骤；而在实施上述步骤的过程中，反应锅的温度及压力分成至少二阶段来控制，此控制包括藉自动或手动控制上述抽气泵行适时的短暂性高速大量抽气，以使热解气体在锅内不致滞留过久而重组分，并随时保持锅内压力于预定的低压状态。
2.如权利要求1所述的方法，其中该热解反应步骤中的该反应锅的内部压力保持在 1 kg/cm2 以下。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中该热解反应步骤中的反应锅的内部压力保持在 0. 5 0. 8kg/cm2。
4.如权利要求1所述的方法，其中该热解反应步骤中的温度控制为自130°C起至500°C 以上分成多个阶段，最好为三个阶段以上来实施。
5.如权利要求1或4所述的方法，其中该分离步骤还包括在分离槽用超声波产生器对 分离槽内的液体中的高分子成分施以切断的步骤。
6.一种由生质废材萃取精油的方法，包括下列步骤a.将生质废材原料在内部保持低真空且无氧状态下的气密式反应锅内进行间接加热， 使其产生热解反应(即干馏)的步骤；b.将上述原料经热解馏出的烟状气体导入第一冷凝器加以冷凝成液体的步骤；c.将上述冷凝液体导入分离槽予以分离成水及油的步骤；及d.将经上述冷凝及分离步骤未液化的气体导入第二冷凝器施以较第一冷凝器低温的 冷却，使其部分气体再冷凝成液体的步骤；e.将经第二冷凝器冷凝的液体导入混合槽与自上述分离槽导入此混合槽的上述液体 中的油液混合的步骤；及f.将上述混合槽中未液化的气体藉抽气泵予以排出的步骤；而在实施上述步骤的过程中，反应锅的温度及压力分成至少二阶段来控制，此控制包 括藉自动或手动控制上述抽气泵行适时的短暂性高速大量抽气，以使热解气体在锅内不致 滞留过久而重组分，并随时保持锅内压力于预定的低压状态。
7.如权利要求6所述的方法，其中该热解反应步骤中的该反应锅的内部压力保持在 1 kg/cm2 以下。
8.如权利要求6所述的方法，其中该热解反应步骤中的反应锅的内部压力保持在 0. 5 0. 8kg/cm2。
9.如权利要求6所述的方法，其中该热解反应步骤中的温度控制为自130°C起至500°C 以上分成多个阶段，最好为三个阶段以上来实施。
10.如权利要求6所述的方法，其中该分离步骤还包括在分离槽用超声波产生器对分 离槽内的液体中的高分子成分施以切断的步骤。
11.一种由生质废材萃取精油的装置，包括a.一具有外周壁设有电热装置及隔热保温材的外锅体，及可移除的容设在该外锅体内 用以装原料的内锅的反应锅；b.一设在反应锅下游侧的用以冷凝上述反应锅所镏出的气体的冷凝器；c.一设在冷凝器的下游侧用以将该冷凝器冷凝的液体分离成水及油的分离槽，及d.一设在分离槽的下游侧用以将未冷凝液化的气体排出系统外的抽气泵；及e.一用以调控反应锅内的温度及压力并可连控上述抽气泵的控制箱。
12.如权利要求11所述的装置，其中该分离槽的槽底还设有超声波产生器。
13.如权利要求11所述的装置，其中该冷凝器的近出口处还连接一端连通冷凝器入口 处的回流管。
14.一种由生质废材萃取精油所述的装置，包括a.一具有外周壁设有电热装置及隔热保温材的外锅体，及可移除的容设在该外锅体内 用以装原料的内锅的反应锅；b.一设在反应锅下游侧的用以冷凝上述反应锅所镏出的气体的第一冷凝器；c.一设在冷凝器的下游侧用以将该冷凝器冷凝的液体分离成水及油的分离槽；d.一设在分离槽的下游侧用以将第一冷凝器未冷凝液化的气体再加以冷凝的第二冷 凝器；e.一设在第二冷凝器的下游侧用以将第二冷凝器冷凝的液体与来自分离槽的第一冷 凝器冷凝的液体混合的混合槽；f.一设在混合槽的下游侧用将未冷凝的气体排出系统外的抽抽气泵；及g.一用以调控反应锅内的温度及压力并可连控上述抽气泵的控制箱。
15.如权利要求14所述的装置，其中该分离槽的槽底还设有超声波产生器。
全文摘要
由生质废材萃取精油的方法，将如木材残料、木屑或其它植物等生质废材在内部保持无氧状态下的气密式反应锅内进行间接加热以进行热分解反应(即干馏)，并将被处理废材分解而馏出的挥发性气体成分导入冷凝器经冷凝成液体，此液体再经油水分离槽分离成水及油，未液化气体经除臭后排放外部，反应锅内的残留物经一次高温干馏后即成为活性碳。在处理过程中，反应锅内温度及压力经分多阶段控制，并配合可变速/可变流量抽气泵阶段性高速抽吸，以保持锅内压力于低压状态，可缩短处理时间并获得高品质的精油及副产品的活性碳。本发明还包括实施此方法的系统装置，在此装置的油水分离槽中，也可设置超声波产生器以促使焦油成分再分解，可提高油品品质。
文档编号C11B1/00GK101988026SQ20091016570
公开日2011年3月23日 申请日期2009年8月6日 优先权日2009年8月6日
发明者林韦志 申请人:林韦志