采用等离子体气化技术处理垃圾的专利分析

刘慧娟 刘浩亮（等同第一作者）

（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津300304）

1 概述

目前，我国的垃圾处理方法主要有三种：填埋法、堆肥法和焚烧发电法[1]。但是在垃圾越来越多的情况下，填埋法、堆肥法面临着无处可埋，无处可堆的局面，焚烧法虽然可以减少占地，焚烧发电带来经济效益，但是容易产生二噁英 、呋喃等致癌物，飞灰和残渣污染水源，大量烟气会污染空气等。因此寻找一种新型的绿色环保适合垃圾处理的技术迫在眉睫。等离子气化技术作为一种全新的技术[2]尤其适合于垃圾的处理。

等离子体气化就是利用等离子火炬或火炉将废物加热至超高温，由于粒子的运动能量远大于分子间化学键的能量，使得原有的物质被破坏变成原子状态，复杂的物质就转化为简单的物质。对于垃圾而言，等离子炬产生的高强度热源（5500℃以上）能把其中的有机物成分完全气化变成CO 和H2，把其中的无机物成分变成玻璃体残渣，减容率可达95%以上，从而基本实现垃圾处理的零污染物排放。

本文将以专利视角切入，对采用等离子体气化技术处理垃圾的相关专利申请数量、年申请量趋势、国别分布等进行分析，以揭示采用等离子体气化技术处理垃圾的研究方向及研究重点。

2 专利申请情况统计分析

2.1 国内外申请量分布情况

1990 年1 月1 日-2017 年12 月31 日间，中国、美国、欧洲、日本、韩国及俄罗斯涉及采用等离子体气化技术处理垃圾专利申请共计653 件，图1 为各国申请人申请量分布图。图2 为各国申请逐年分布图。

从图1 及图2 中可以看出，虽然我国起步较晚，但申请量增长较快，截止2017 年底中国的申请总量位居世界第一，专利申请量有253 件，尤其从2006 年起显示出极高的研发活跃度。其次申请总量位居世界第二的美国，专利申请量有163 件，等离子体气化用于垃圾处理技术起源于美国，并且从图2 中也可以看出，等离子体气化用于垃圾处理技术在美国也一直保持着平稳的研发活跃度。而且，由图2 可见，中国、美国、欧洲、日本、韩国及俄罗斯申请总量呈上升趋势，这也说明了越来越多的研究者投入了等离子体气化技术处理垃圾的研究当中。

2.2 国内外申请人分布情况

等离子体气化用于垃圾处理技术的主要申请人如图3 所示。从图3 主要申请人分布来看，涵盖了企业、个人和科研机构，并且遍布国内外，其中申请量最多的是周开根39 件，中国东方电气集团有限公司22 件紧随其后。另外，申请主要还是集中在企业申请，这也说明等离子体气化技术用于垃圾处理具有较大的商业价值。

图1 各国申请量分布图

图2 各国申请量逐年分布图

图3 主要申请人分布图

2.3 主要技术分支分析

具体分析国内外采用等离子体气化技术处理垃圾领域申请的技术分支，专利申请主要集中在C10J 涉及气化技术，而当前的垃圾气化处理主要是气化熔融焚烧处理，因此有一部分专利申请集中在F23G 涉及焚化炉，废物的焚毁，由于此次研究的对象主要是垃圾，因此，固体废物的处理的技术分支B09B 也是申请量比较大的技术分支。

3 国内外重点专利状况

美国的RESORPTION CANADA 公司在1992 年申请的专利US5280757A 公开了了一种城市生活垃圾处理工艺，其采用了等离子焊弧炬作为密闭反应器中的独立热源，进而气化城市固体废物并产生中等质量的气体产物和具有较低有毒元素的惰性炉渣，气体产物中半挥发性有机化合物如二噁英和呋喃含量较低。

中国的周开根在2008 年申请的专利CN101306796A 公开了一种垃圾原料转化为高热值合成气的等离子体气化设备，其为一种集烘干、热解、气化、燃尽为一体的逆流式气化反应炉，采用等离子体技术，把水蒸汽送入等离子体喷枪加热到3100℃以上的温度，在不用空气和氧气助燃的条件下获得高热值的产品。

美国的阿尔特NRG 公司在2009 年申请的专利US20100199560A1 公开了一种等离子气化反应器，其具有从底部向上的锥形壁，底部部分包含碳质床，通过等离子体炬将等离子体注入其中的碳质床至容器进而有利于反应的彻底性和可提高有用反应产物的收率。

中国的中国东方电气集团有限公司在2015 年申请的专利CN104449875A 公开了一种等离子辅助加热熔融气化反应器，由于现有的等离子垃圾气化技术耗电过高导致成本增加，本发明利用等离子体炬作为高品质外热源将生活垃圾热解气化后产生的灰渣熔融，并将气化后的合成气重整，进而去除了可能产生的有害物质。

4 结论

由于等离子体气化技术由于原料适用范围广、具有无害化和资源化特点且可以满足严苛的排放标准要求，具有广阔的发展前景。然而，由于等离子体耗电高导致垃圾气化成本增加，严重制约了等离子体气化技术应用于垃圾处理的发展，并且，等离子体气化往往气化温度较高，对气化炉的材质要求也高。因此，降低等离子体的成本及等离子体低温化气化是今后研究的重点。