危险废物焚烧处置技术专利现状分析与布局

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“本文旨在从专利角度对危险废物焚烧处置技术现状及专利布局进行分析，总结危险废物焚烧处置专利技术的发展历程与现状，探究危险废物焚烧处置技术的主要创新点分布与需要进一步拓展的空间，为环保行业中的相关企业或研发机构的研究方向提供数据和信息支撑。”

来源：IPRdaily中文网（iprdaily.cn）

作者：任恒 甄彧 吴勤 湖南省知识产权交易中心

摘要

针对危险废物焚烧处置技术的全球和中国专利申请进行了检索和统计分析，揭示这一技术领域专利申请发展趋势、技术生命周期、地域分布、主要申请人与专利技术分布等信息，为环保行业危险废物处置领域专利技术合理布局及今后研究方向提供参考作用。

Abstract:The global and Chinese patents of hazardous waste incineration disposal technology were searched and statistically analyzed, Reveal the development trend, technology life cycle, geographical distribution, main applicants and patent technology distribution of this technology. It provides a reference for the rational layout of patent technology in the field of hazardous waste disposal in the environmental protection industry and the future research direction.

关键词：危险废物；焚烧；处置；专利技术；专利申请

引言

危险废物是指列入《国家危险废物名录》或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废物[1]。危险废物因其易燃易爆性、腐蚀性、毒性、感染性、化学反应性等危险特性，必须经过专业的处理才能够进入环境，否则会给生态环境带来极大的危害。焚烧是高温分解和深度氧化的综合过程，通过焚烧可以使可燃性危险废物氧化分解，达到减少容积、去除毒性、回收能量及副产品的目的[2]。因此，采用焚烧法处理危险废物已成为当今环境保护研究重点课题。

专利是能够反映科学技术发展水平最新动态的情报文献，全球90％以上的技术创新成果都存在于专利文献中，且80％的技术成果仅在专利文献中公布[3]。专利情报不仅可用于识别竞争对手、了解竞争对手的研发状况，还可以协助企业确定研发战略和方向、避免重复研究等。因此，对全球专利文献中蕴含的技术创新资源进行研究是非常必要的。

本文旨在从专利角度对危险废物焚烧处置技术现状及专利布局进行分析，总结危险废物焚烧处置专利技术的发展历程与现状，探究危险废物焚烧处置技术的主要创新点分布与需要进一步拓展的空间，为环保行业中的相关企业或研发机构的研究方向提供数据和信息支撑。

1、检索策略

本文采用关键词和国际专利分类号IPC相结合的检索方法，利用索意互动（北京）信息技术有限公司的Patentics软件数据库对全球的危险废物焚烧处置技术相关专利申请进行检索，然后利用查全率和查准率评估方法对检索结果进行数据补充和数据降噪处理，截止2022年8月30日，最终得到危险废物焚烧处置技术相关专利12734件。需要说明的是，由于发明专利申请数据公开的滞后性，2021，2022年数据仅供参考。

2、全球专利分析

2.1 全球专利申请趋势

从图1可以看出，全球危险废物焚烧处置技术起步于20世纪70年代初。截至目前，全球危险废物焚烧处置技术相关专利申请总体上呈逐年上升趋势，其整体发展可大致分为三个阶段。

1972-1987年，危险废物焚烧处置技术专利申请处于萌芽状态，每年的申请量局限在两位数以内，主要专利申请国家为美国、加拿大、日本等发达国家。据相关文献记载，这些国家早在20世纪70年代就开始进行水泥窑处理可燃性危险废物的研究，初步实现了危险废物的无害化处置[4]。

1988-2013年，危险废物焚烧处置技术专利申请总体处于缓慢发展的时期，总体申请量相比上个阶段有所提高，并于1994年前后出现一波较小的申请高峰。这可能与各国逐渐加强环境保护，出台并实施了一系列法律、法规和标准密切相关。

2014年以来，危险废物焚烧处置技术专利申请总体处于高速发展的时期，2020年达到申请量高峰1570件。这说明本阶段危险废物焚烧处置技术已得到了各国家广泛关注，各国家逐渐加大了技术研发力度，并重视对研发成果的知识产权保护，促使专利年申请量的快速增加。

图1 全球专利申请趋势

2.2全球专利技术生命周期

专利技术生命周期是指在专利技术发展的不同阶段中，专利申请量与专利申请人数量的周期性规律,通过分析专利技术所处的生命周期发展阶段，可以判断历史发展情况，并预测未来的发展方向，通过专利大数据分析危险废物焚烧处置技术生命周期图如图2所示：

图2 全球专利生命周期图

由图2可知：危险废物焚烧处置技术生命周期也可划分为 3个阶段。第一阶段为技术萌芽期（1972—1987年），这一时期危险废物焚烧处置技术专利申请人数和专利申请量都很少，且增长较为缓慢，专利年申请量均未超过100件，年度申请人数未超过80，专利技术发展比较缓慢，专利申请人数与专利申请量基本呈一定比例增长；第二阶段是技术发展期（1988—2013年），这一时期危险废物焚烧处置技术专利年申请量增幅较小，而申请人数增加较多，说明进入该技术领域的企业或研究机构逐渐增多，但短期内并没有过多的研发成果；第三阶段是技术突破期（2014年至今），这一时期危险废物焚烧处置技术专利申请量大幅增长，申请人数增加较多，说明越来越多的企业或研究机构进入该领域，而且取得了较多的研发成果。总体看来，技术在经历了技术萌芽期、技术发展期后，正处于技术突破阶段，生命力旺盛，远未达到成熟期，在目前危险废物资源化利用的强劲需求下，专利技术申请量将持续创新高，行业技术发展还具有很强的冲劲。

2.3全球专利申请技术分布

为了解全球危险废物焚烧处置技术分布情况，对专利IPC分类（表1）进行统计分析。从图3可以看出，全球危险废物焚烧处置主要涉及F23G（焚化炉）、B01D（分离装置）、B09B（固体废物的处理）、F23J（燃烧生成物处理）、C04B（矿渣）等技术领域。危险废物焚烧处置工艺流程一般包括破碎进料、焚烧、余热利用、烟气净化、灰渣处理等。其中焚化炉是危险废物焚烧处置技术的主要设备，危险废物在专业焚化炉内，通过高温分解破坏和改变物质结构组成和理化特性，使危险废物得到安全处置。因此，焚化炉是危险废物焚烧处置技术的研究热点，其专利申请量占比24.3%。其次随着焚烧工艺的不断优化改进，各焚烧处理和设计单位也在进料装置、灰渣处理、烟气净化工艺等领域进行研究改进，取得了相应的研究成果。

从危险废物焚烧处置技术专利申请国别来看，中国位居榜首，专利申请量7486件，占全球申请量的58.8%。主要申请领域是在F23G（焚化炉）、B01D（分离装置）；其次是美国，其主要申请领域是B01D（分离装置）。具体的主要技术领域专利国别分布如图4所示。

表1 IPC技术分类及含义

图3 全球专利申请技术分布

图4 全球专利主要技术领域专利国别分布

3、中国专利分析

3.1 中国专利申请趋势及技术生命周期

截止2022年8月30日，利用Patentics软件数据库共检索到中国危险废物焚烧处置技术相关专利7486件，中国专利申请趋势如图5所示，总体呈现逐年上升趋势。相比国外发达国家，中国的危险废物焚烧处置技术研究起步较晚，于2000年才出现第一件相关专利，这可能与我国较晚出台危险废物的相关法律政策有关。1998年我国首次制定了《国家危险废物名录》，对于进行危险废物科学化和精细化管理。同时，各污染企业单位也开始加强对危险废物处置意识。2008-2015年，危险废物焚烧处置技术处于缓慢发展阶段，在国家对环境要求日益严格大背景下，越来越多企业、科研院所对危险废物焚烧处置技术进行深入研究，并取得相应的研究成果，专利申请量也有了一定的突破。2015年之后，随着国家各项法规政策对危险废物处置要求进一步提高及我国危废产量的逐年增长[5]，各企业、科研院所对于危险废物焚烧处置技术研究投入也进一步加大，并取得了突破性的进展，2020年相关专利申请量高达1477件。由图5可以看出，从专利类型及占比看，发明专利的占比较高，达到53 %；实用新型专利的占比较低，为47 %；没有外观设计专利。发明专利占比高，说明该技术门槛较高，该领域中国申请人研发成果质量较高。

图5 中国专利申请趋势、专利类型及占比

由图5可以看出，中国危险废物焚烧处置技术生命周期与全球危险废物焚烧处置技术生命周期基本相同，只是时间有所延后。2008年以前，中国关于危险废物焚烧处置专利的申请人数和申请量都很少，这段时间国内许多危险废物焚烧处置技术都是从国外借鉴而来， 因此相关自主研发的技术相对较少；2008年以后，中国危险废物焚烧处置专利申请人数和申请量都得到快速增长，2015--2020年，这5年间专利申请人数增长近4倍，专利申请量增长近5倍，说明在危险废物焚烧处置领域，进驻的科研单位或生产企业越来越多，研发出的新技术或新工艺也越来越多，同时中国危险废物焚烧处置专利已直接影响该领域全球专利发展趋势。

图6 中国专利生命周期图

3.2 中国专利申请地域分布

如图7所示，在检索到的7486件危险废物焚烧处置技术中国专利申请中，国内本土申请7453件，占99.56%；其余为国外来华专利申请，主要来源于加拿大、美国、德国等国家或地区。根据生态环境部发布的《2020年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》数据显示，2014-2020年信息发布城市工业危险废物产生量处于逐年上升趋势。且《国家环境保护标准“十三五”发展规划》也提出强化危险废物全过程管理，加强危险废物重点行业管理等要求。因此，越来越多的国外申请人会更重视在中国进行专利布局。

图7 中国专利来源国构成

如图8所示，在中国危险废物焚烧处置技术专利申请区域分布来看，江苏省申请量最大，达到1388件，其次是北京，这两个省市的专利申请量均超过900件。江苏省具有产业结构偏重，危废产生量长期处于高位，主要呈现产废单位多、产废量大、监管压力大等特点。根据生态环境部发布的《2020年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》数据显示，2019年工业危险废物产生量排在前三位的省是山东、江苏、浙江。全国各省（区、市）颁发的危险废物（含医疗废物）许可证数量最多的也是江苏。由此可见，近年来江苏省对于危废管理在全国处于领先地位，对于危废处置研究投入较大，申请专利较多。

图8 中国专利申请量排名TOP10省市

3.3 中国专利申请人分布

如图9所示，对中国危险废物焚烧处置技术专利申请人进行了统计分析，排名前10的分别为中国恩菲工程技术有限公司、光大环境科技（中国）有限公司、光大环保技术研究院（南京）有限公司、浙江大学、新中天环保股份有限公司、光大环保技术研究院（深圳）有限公司、清华大学、中南大学、中国石油化工股份有限公司、光大环保技术研究院（深圳）有限公司。其中，中国恩菲工程技术有限公司排名第一，危险废物焚烧处置技术专利申请量高达95件。据相关报道，近年来，中国恩菲成功研发了垃圾焚烧废物（气）处置与稳定化控制技术、数字化智能燃烧控制系统、智慧工厂解决方案、危险废物处理处置技术等一系列行业引领性技术装备，在危废领域获得了多项科技成果，并申请了大量专利。

图9 中国专利申请量排名TOP10申请人

3.4 中国专利技术分布

本文利用Patentics软件数据库，对危险废物焚烧处置技术专利进行大数据分析，对专利文献中的关键词的出现频率及其与其他关键词之间的关系进行网络数据可视化。

如图10所示，该领域中国专利技术涉及较多的关键词依次为“焚烧炉、垃圾炉焚烧、煤气发生炉、二燃室”，占比17.03%；其次为“危废、水泥窑、高温焚烧、焚烧系统”，占比15.95%；“烟气处理、脱硫设备、烟气净化系统、烟气处理系统”，占比15.44%；“硫铁矿、铬渣、石煤、垃圾焚烧飞灰”，占比14.67%。从创新关键词可知，危险废物焚烧处置技术相关专利主要集中在焚烧设备改进、焚烧工艺设计、烟气净化系统领域。

从图11中国专利技术创新词年度分布和图12中国专利申请量排名TOP10申请人技术分布可以看出，近年来，随着焚烧工艺的不断优化改进，各家焚烧处理和设计单位涌现出大量的专利申请，大多来源于工程运行的改进和相近工程的参考借鉴，且主要集中在进料装置和系统、焚烧系统、锅炉型式改进、烟气净化工艺等。

图10 中国专利技术创新词分布

图11 中国专利技术创新词年度分布

图12 中国专利申请量排名TOP10申请人技术分布

4、专利布局建议

危险废物的全国总量呈现逐年递增的趋势，其原因是随着危险废物名录的日趋完备，危险废物的种类更加完整，且工业的快速发展造成废物量的快速增加，其中危险废物同样水涨船高。但相对传统行业来说，危险废物焚烧处置仍属于小众行业，同时由于危险废物的复杂多样性，企业为此专门投入大量人力和经费用于研发新技术的性价比不高，所以危险废物焚烧的专利技术主要集中在把相关成熟行业的技术加以改进，应用于危险废物的焚烧，新行业对技术的拓展应用具有明显的推动作用。

随着我国环保力度不断加大，对危险废物治理要求也日益严格，相关专利已不再是“新瓶装旧酒”，许多科研单位和企业纷纷加强研发投入，全新的专利技术大量涌现，呈现出较好的局面，但仍需在以下几个方面加强专利技术的布局。

1）危险废物转运收集和存储设备设施

危险废物的危害性决定其转运和收集的特殊性，由于危险废物的特殊性，收集容器可进行针对性的材料耐受研究，避免容器材料与物料不相容造成泄露；开发研究便捷的检测报警设备，用以保障运输途中的安全；仓储要求通风和微负压环境，危险废物仓储在满足《危险废物贮存污染控制标准》前提下，进一步增加安全保障措施可以作为专利技术的发展方向，如有害气体检测报警、大分子VOCs的治理、火灾预警、区域重点风口分布等。

2）进料系统

由于危险废物的复杂多样性，分为液态、半固态和固态废物，所以焚烧的进料系统应具有适应性广、防堵、防回火等特点，进料系统相关技术主要液压推杆、溜槽、螺旋、SMP、喷枪等，其适用性各不相同，液压推杆和SMP用于固态/半固态进料，溜槽用于固态进料，螺旋系统主要用于污泥进料，喷枪主要是液态进料。各种进料方式各有优缺点。适用性广泛的进料装置已难有突破性进展，而通过对物料进行针对性设计是未来研究的方向。

3）焚烧系统

焚烧系统包含回转窑和二燃室，其中回转窑主体设备技术成熟，而相关附件可成为技术的突破点，如密封装置、供风方式、冷却设备、耐火材料、窑尾窑头保护、结焦防治等方面[6]。二燃室一般为非标设计，结构大体相同，细节上存在技术优化空间，如底部排渣口、烟气出口、方圆节等，相关辅助设备同样如此，如燃烧器、二燃室供风、喷枪、耐火材料等。

4）烟气处理工艺

危险废物焚烧的烟气处理工艺具有很大的灵活性，最终的目的是保证烟气达标排放。对入炉物料的污染成分进行严格限制，并针对性的选择烟气处理工艺[7]，脱硫工艺主要包含干法、半干法、湿法、活性炭法等，脱硝工艺主要包括SNCR和SCR，另有新技术包括协同处置、脱硫脱硝吸附布袋等，技术复杂，专利空间较大。

5）灰渣资源化利用

焚烧产生的炉渣和飞灰均被定义为危险废物，灰渣一般通过填埋作为最终处置[8]，但考虑到灰渣中富集的有价元素，而且填埋造成额外处置费用，灰渣的资源化利用成为研究热点，试图将灰渣中的有价金属回收利用，作为协同处置装备的原材料，将成为未来技术开发的重点方向。

5、结语

（1）全球危险废物焚烧处置技术专利申请量总体处于高速发展时期，起步较早有美国、加拿大、日本等发达国家。我国的危险废物焚烧专利技术起步较晚，但在2015年之后发展迅速，在专利申请量方面已“后发先至”达到世界领先水平。

（2）在全球危险废物焚烧处置领域分布上，大部分专利分布在F23G（焚化炉）、B01D（分离装置）、B09B（固体废物的处理）、F23J（燃烧生成物处理）、C04B（矿渣）等技术领域。其中，焚化炉是危险废物焚烧处置技术的研究热点，其专利申请量占比24.3%。

（3）从危险废物焚烧处置技术专利申请区域分布来看，国内主要以江苏、北京、广东、浙江、山东、上海等经济大省为主。其中江苏省申请量最大，达到1388件，其次是北京。这与当地的产业结构、危废生产量及危废监管程度有较大关系。

（4）在专利申请量上，国内中国恩菲工程技术有限公司、光大环境科技（中国）有限公司处于领先地位。在技术领域分布上，中国专利技术涉及较多的关键词为“焚烧炉、垃圾炉焚烧、煤气发生炉、二燃室”，占比17.03%；从创新关键词可知，危险废物焚烧处置技术相关专利目前主要集中在焚烧设备改进、焚烧工艺设计、烟气净化系统领域。

（5）随着我国环保力度不断加大，未来的危险废物焚烧专利方向多是围绕现有技术的改进优化以及行业危废专有技术研究。危险废物焚烧处置技术未来的重点布局方向仍然是危险废物转运收集和存储设备设施、进料系统、焚烧系统、烟气处理工艺、灰渣资源化利用等。

参考文献：

[1]朱延臣,沈莹.危险废物处置的现状与前沿技术[J]. 环境与可持续发展,2021(4):115-118.
[2]薛琦.危险废物焚烧处置技术的分析[J].环保与节能,2022,(1):44-59.
[3]谭芳香,侯圣君,王海伶,谢玲玲.污水处理专利技术现状与发展态势分析[J].环境工程,2019(37):74-81.
[4]马攀.危险废物焚烧系统的数值模拟与试验研究[D].浙江大学,2012.
[5]姜启英,徐效民.危险废物焚烧污染控制标准及技术探讨[J].环境与可持续发展,2015(1):93-95.
[6]蔡峰,徐海,陈振东,刘国锋.危险废物焚烧系统工艺设计[J].现代盐化工,2022(1):45-47.
[7]卢卫凌,黄开东.危险废物回转窑焚烧系统的工艺探讨及优化[J].工业加热,2020,49(5):21-24.
[8]李 琦,朱昱松,纵瑞耘,赵保东,刘 刚.危险废物焚烧处置技术研究[J].山东化工,2020(49):244-246.

（原标题：危险废物焚烧处置技术专利现状分析与布局）

来源：IPRdaily中文网（iprdaily.cn）

作者：任恒 甄彧 吴勤 湖南省知识产权交易中心

编辑：IPRdaily赵甄          校对：IPRdaily纵横君

注：原文链接：危险废物焚烧处置技术专利现状分析与布局（点击标题查看原文）

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