針對危險廢物焚燒處置技術的全球和中國專利申請進行了檢索和統計分析，揭示這一技術領域專利申請發展趨勢、技術生命周期、地域分布、主要申請人與專利技術分布等信息，為環保行業危險廢物處置領域專利技術合理布局及今后研究方向提供參考作用。
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.
關鍵詞：危險廢物;焚燒;處置;專利技術;專利申請
摘要
引言
危險廢物是指列入《國家危險廢物名錄》或者根據國家規定的危險廢物鑒別標準和鑒別方法認定的具有危險特性的廢物[1]。危險廢物因其易燃易爆性、腐蝕性、毒性、感染性、化學反應性等危險特性，必須經過專業的處理才能夠進入環境，否則會給生態環境帶來極大的危害。焚燒是高溫分解和深度氧化的綜合過程，通過焚燒可以使可燃性危險廢物氧化分解，達到減少容積、去除毒性、回收能量及副產品的目的[2]。因此，采用焚燒法處理危險廢物已成為當今環境保護研究重點課題。
專利是能夠反映科學技術發展水平最新動態的情報文獻，全球90%以上的技術創新成果都存在于專利文獻中，且80%的技術成果僅在專利文獻中公布[3]。專利情報不僅可用于識別競爭對手、了解競爭對手的研發狀況，還可以協助企業確定研發戰略和方向、避免重復研究等。因此，對全球專利文獻中蘊含的技術創新資源進行研究是非常必要的。
本文旨在從專利角度對危險廢物焚燒處置技術現狀及專利布局進行分析，總結危險廢物焚燒處置專利技術的發展歷程與現狀，探究危險廢物焚燒處置技術的主要創新點分布與需要進一步拓展的空間，為環保行業中的相關企業或研發機構的研究方向提供數據和信息支撐。
1、檢索策略
本文采用關鍵詞和國際專利分類號IPC相結合的檢索方法，利用索意互動(北京)信息技術有限公司的Patentics軟件數據庫對全球的危險廢物焚燒處置技術相關專利申請進行檢索，然后利用查全率和查準率評估方法對檢索結果進行數據補充和數據降噪處理，截止2022年8月30日，最終得到危險廢物焚燒處置技術相關專利12734件。需要說明的是，由于發明專利申請數據公開的滯后性，2021.2022年數據僅供參考。
2、全球專利分析
2.1 全球專利申請趨勢
從圖1可以看出，全球危險廢物焚燒處置技術起步于20世紀70年代初。截至目前，全球危險廢物焚燒處置技術相關專利申請總體上呈逐年上升趨勢，其整體發展可大致分為三個階段。
1972-1987年，危險廢物焚燒處置技術專利申請處于萌芽狀態，每年的申請量局限在兩位數以內，主要專利申請國家為美國、加拿大、日本等發達國家。據相關文獻記載，這些國家早在20世紀70年代就開始進行水泥窯處理可燃性危險廢物的研究，初步實現了危險廢物的無害化處置[4]。
1988-2013年，危險廢物焚燒處置技術專利申請總體處于緩慢發展的時期，總體申請量相比上個階段有所提高，并于1994年前后出現一波較小的申請高峰。這可能與各國逐漸加強環境保護，出臺并實施了一系列法律、法規和標準密切相關。
2014年以來，危險廢物焚燒處置技術專利申請總體處于高速發展的時期，2020年達到申請量高峰1570件。這說明本階段危險廢物焚燒處置技術已得到了各國家廣泛關注，各國家逐漸加大了技術研發力度，并重視對研發成果的知識產權保護，促使專利年申請量的快速增加。
圖1 全球專利申請趨勢
2.2全球專利技術生命周期
專利技術生命周期是指在專利技術發展的不同階段中，專利申請量與專利申請人數量的周期性規律,通過分析專利技術所處的生命周期發展階段，可以判斷歷史發展情況，并預測未來的發展方向，通過專利大數據分析危險廢物焚燒處置技術生命周期圖如圖2所示：
圖2 全球專利生命周期圖
由圖2可知：危險廢物焚燒處置技術生命周期也可劃分為 3個階段。第一階段為技術萌芽期(1972—1987年)，這一時期危險廢物焚燒處置技術專利申請人數和專利申請量都很少，且增長較為緩慢，專利年申請量均未超過100件，年度申請人數未超過80.專利技術發展比較緩慢，專利申請人數與專利申請量基本呈一定比例增長;第二階段是技術發展期(1988—2013年)，這一時期危險廢物焚燒處置技術專利年申請量增幅較小，而申請人數增加較多，說明進入該技術領域的企業或研究機構逐漸增多，但短期內并沒有過多的研發成果;第三階段是技術突破期(2014年至今)，這一時期危險廢物焚燒處置技術專利申請量大幅增長，申請人數增加較多，說明越來越多的企業或研究機構進入該領域，而且取得了較多的研發成果。總體看來，技術在經歷了技術萌芽期、技術發展期后，正處于技術突破階段，生命力旺盛，遠未達到成熟期，在目前危險廢物資源化利用的強勁需求下，專利技術申請量將持續創新高，行業技術發展還具有很強的沖勁。
2.3全球專利申請技術分布
為了解全球危險廢物焚燒處置技術分布情況，對專利IPC分類(表1)進行統計分析。從圖3可以看出，全球危險廢物焚燒處置主要涉及F23G(焚化爐)、B01D(分離裝置)、B09B(固體廢物的處理)、F23J(燃燒生成物處理)、C04B(礦渣)等技術領域。危險廢物焚燒處置工藝流程一般包括破碎進料、焚燒、余熱利用、煙氣凈化、灰渣處理等。其中焚化爐是危險廢物焚燒處置技術的主要設備，危險廢物在專業焚化爐內，通過高溫分解破壞和改變物質結構組成和理化特性，使危險廢物得到安全處置。因此，焚化爐是危險廢物焚燒處置技術的研究熱點，其專利申請量占比24.3%。其次隨著焚燒工藝的不斷優化改進，各焚燒處理和設計單位也在進料裝置、灰渣處理、煙氣凈化工藝等領域進行研究改進，取得了相應的研究成果。
從危險廢物焚燒處置技術專利申請國別來看，中國位居榜首，專利申請量7486件，占全球申請量的58.8%。主要申請領域是在F23G(焚化爐)、B01D(分離裝置);其次是美國，其主要申請領域是B01D(分離裝置)。具體的主要技術領域專利國別分布如圖4所示。
表1 IPC技術分類及含義
圖3 全球專利申請技術分布
圖4 全球專利主要技術領域專利國別分布
3、中國專利分析
3.1 中國專利申請趨勢及技術生命周期
截止2022年8月30日，利用Patentics軟件數據庫共檢索到中國危險廢物焚燒處置技術相關專利7486件，中國專利申請趨勢如圖5所示，總體呈現逐年上升趨勢。相比國外發達國家，中國的危險廢物焚燒處置技術研究起步較晚，于2000年才出現第一件相關專利，這可能與我國較晚出臺危險廢物的相關法律政策有關。1998年我國首次制定了《國家危險廢物名錄》，對于進行危險廢物科學化和精細化管理。同時，各污染企業單位也開始加強對危險廢物處置意識。2008-2015年，危險廢物焚燒處置技術處于緩慢發展階段，在國家對環境要求日益嚴格大背景下，越來越多企業、科研院所對危險廢物焚燒處置技術進行深入研究，并取得相應的研究成果，專利申請量也有了一定的突破。2015年之后，隨著國家各項法規政策對危險廢物處置要求進一步提高及我國危廢產量的逐年增長[5]，各企業、科研院所對于危險廢物焚燒處置技術研究投入也進一步加大，并取得了突破性的進展，2020年相關專利申請量高達1477件。由圖5可以看出，從專利類型及占比看，發明專利的占比較高，達到53 %;實用新型專利的占比較低，為47 %;沒有外觀設計專利。發明專利占比高，說明該技術門檻較高，該領域中國申請人研發成果質量較高。
圖5 中國專利申請趨勢、專利類型及占比
由圖5可以看出，中國危險廢物焚燒處置技術生命周期與全球危險廢物焚燒處置技術生命周期基本相同，只是時間有所延后。2008年以前，中國關于危險廢物焚燒處置專利的申請人數和申請量都很少，這段時間國內許多危險廢物焚燒處置技術都是從國外借鑒而來， 因此相關自主研發的技術相對較少;2008年以后，中國危險廢物焚燒處置專利申請人數和申請量都得到快速增長，2015--2020年，這5年間專利申請人數增長近4倍，專利申請量增長近5倍，說明在危險廢物焚燒處置領域，進駐的科研單位或生產企業越來越多，研發出的新技術或新工藝也越來越多，同時中國危險廢物焚燒處置專利已直接影響該領域全球專利發展趨勢。
圖6 中國專利生命周期圖
3.2 中國專利申請地域分布
如圖7所示，在檢索到的7486件危險廢物焚燒處置技術中國專利申請中，國內本土申請7453件，占99.56%;其余為國外來華專利申請，主要來源于加拿大、美國、德國等國家或地區。根據生態環境部發布的《2020年全國大、中城市固體廢物污染環境防治年報》數據顯示，2014-2020年信息發布城市工業危險廢物產生量處于逐年上升趨勢。且《國家環境保護標準“十三五”發展規劃》也提出強化危險廢物全過程管理，加強危險廢物重點行業管理等要求。因此，越來越多的國外申請人會更重視在中國進行專利布局。
圖7 中國專利來源國構成
如圖8所示，在中國危險廢物焚燒處置技術專利申請區域分布來看，江蘇省申請量最大，達到1388件，其次是北京，這兩個省市的專利申請量均超過900件。江蘇省具有產業結構偏重，危廢產生量長期處于高位，主要呈現產廢單位多、產廢量大、監管壓力大等特點。根據生態環境部發布的《2020年全國大、中城市固體廢物污染環境防治年報》數據顯示，2019年工業危險廢物產生量排在前三位的省是山東、江蘇、浙江。全國各省(區、市)頒發的危險廢物(含醫療廢物)許可證數量最多的也是江蘇。由此可見，近年來江蘇省對于危廢管理在全國處于領先地位，對于危廢處置研究投入較大，申請專利較多。
圖8 中國專利申請量排名TOP10省市
3.3 中國專利申請人分布
如圖9所示，對中國危險廢物焚燒處置技術專利申請人進行了統計分析，排名前10的分別為中國恩菲工程技術有限公司、光大環境科技(中國)有限公司、光大環保技術研究院(南京)有限公司、浙江大學、新中天環保股份有限公司、光大環保技術研究院(深圳)有限公司、清華大學、中南大學、中國石油化工股份有限公司、光大環保技術研究院(深圳)有限公司。其中，中國恩菲工程技術有限公司排名第一，危險廢物焚燒處置技術專利申請量高達95件。據相關報道，近年來，中國恩菲成功研發了垃圾焚燒廢物(氣)處置與穩定化控制技術、數字化智能燃燒控制系統、智慧工廠解決方案、危險廢物處理處置技術等一系列行業引領性技術裝備，在危廢領域獲得了多項科技成果，并申請了大量專利。
圖9 中國專利申請量排名TOP10申請人
3.4 中國專利技術分布
本文利用Patentics軟件數據庫，對危險廢物焚燒處置技術專利進行大數據分析，對專利文獻中的關鍵詞的出現頻率及其與其他關鍵詞之間的關系進行網絡數據可視化。
如圖10所示，該領域中國專利技術涉及較多的關鍵詞依次為“焚燒爐、垃圾爐焚燒、煤氣發生爐、二燃室”，占比17.03%;其次為“危廢、水泥窯、高溫焚燒、焚燒系統”，占比15.95%;“煙氣處理、脫硫設備、煙氣凈化系統、煙氣處理系統”，占比15.44%;“硫鐵礦、鉻渣、石煤、垃圾焚燒飛灰”，占比14.67%。從創新關鍵詞可知，危險廢物焚燒處置技術相關專利主要集中在焚燒設備改進、焚燒工藝設計、煙氣凈化系統領域。
從圖11中國專利技術創新詞年度分布和圖12中國專利申請量排名TOP10申請人技術分布可以看出，近年來，隨著焚燒工藝的不斷優化改進，各家焚燒處理和設計單位涌現出大量的專利申請，大多來源于工程運行的改進和相近工程的參考借鑒，且主要集中在進料裝置和系統、焚燒系統、鍋爐型式改進、煙氣凈化工藝等。
圖10 中國專利技術創新詞分布
圖11 中國專利技術創新詞年度分布
圖12 中國專利申請量排名TOP10申請人技術分布
4、專利布局建議
危險廢物的全國總量呈現逐年遞增的趨勢，其原因是隨著危險廢物名錄的日趨完備，危險廢物的種類更加完整，且工業的快速發展造成廢物量的快速增加，其中危險廢物同樣水漲船高。但相對傳統行業來說，危險廢物焚燒處置仍屬于小眾行業，同時由于危險廢物的復雜多樣性，企業為此專門投入大量人力和經費用于研發新技術的性價比不高，所以危險廢物焚燒的專利技術主要集中在把相關成熟行業的技術加以改進，應用于危險廢物的焚燒，新行業對技術的拓展應用具有明顯的推動作用。
隨著我國環保力度不斷加大，對危險廢物治理要求也日益嚴格，相關專利已不再是“新瓶裝舊酒”，許多科研單位和企業紛紛加強研發投入，全新的專利技術大量涌現，呈現出較好的局面，但仍需在以下幾個方面加強專利技術的布局。
1）危險廢物轉運收集和存儲設備設施
危險廢物的危害性決定其轉運和收集的特殊性，由于危險廢物的特殊性，收集容器可進行針對性的材料耐受研究，避免容器材料與物料不相容造成泄露;開發研究便捷的檢測報警設備，用以保障運輸途中的安全;倉儲要求通風和微負壓環境，危險廢物倉儲在滿足《危險廢物貯存污染控制標準》前提下，進一步增加安全保障措施可以作為專利技術的發展方向，如有害氣體檢測報警、大分子VOCs的治理、火災預警、區域重點風口分布等。
2）進料系統
由于危險廢物的復雜多樣性，分為液態、半固態和固態廢物，所以焚燒的進料系統應具有適應性廣、防堵、防回火等特點，進料系統相關技術主要液壓推桿、溜槽、螺旋、SMP、噴槍等，其適用性各不相同，液壓推桿和SMP用于固態/半固態進料，溜槽用于固態進料，螺旋系統主要用于污泥進料，噴槍主要是液態進料。各種進料方式各有優缺點。適用性廣泛的進料裝置已難有突破性進展，而通過對物料進行針對性設計是未來研究的方向。
3）焚燒系統
焚燒系統包含回轉窯和二燃室，其中回轉窯主體設備技術成熟，而相關附件可成為技術的突破點，如密封裝置、供風方式、冷卻設備、耐火材料、窯尾窯頭保護、結焦防治等方面[6]。二燃室一般為非標設計，結構大體相同，細節上存在技術優化空間，如底部排渣口、煙氣出口、方圓節等，相關輔助設備同樣如此，如燃燒器、二燃室供風、噴槍、耐火材料等。
4）煙氣處理工藝
危險廢物焚燒的煙氣處理工藝具有很大的靈活性，最終的目的是保證煙氣達標排放。對入爐物料的污染成分進行嚴格限制，并針對性的選擇煙氣處理工藝[7]，脫硫工藝主要包含干法、半干法、濕法、活性炭法等，脫硝工藝主要包括SNCR和SCR，另有新技術包括協同處置、脫硫脫硝吸附布袋等，技術復雜，專利空間較大。
5）灰渣資源化利用
焚燒產生的爐渣和飛灰均被定義為危險廢物，灰渣一般通過填埋作為最終處置[8]，但考慮到灰渣中富集的有價元素，而且填埋造成額外處置費用，灰渣的資源化利用成為研究熱點，試圖將灰渣中的有價金屬回收利用，作為協同處置裝備的原材料，將成為未來技術開發的重點方向。
5、結語
(1)全球危險廢物焚燒處置技術專利申請量總體處于高速發展時期，起步較早有美國、加拿大、日本等發達國家。我國的危險廢物焚燒專利技術起步較晚，但在2015年之后發展迅速，在專利申請量方面已“后發先至”達到世界領先水平。
(2)在全球危險廢物焚燒處置領域分布上，大部分專利分布在F23G(焚化爐)、B01D(分離裝置)、B09B(固體廢物的處理)、F23J(燃燒生成物處理)、C04B(礦渣)等技術領域。其中，焚化爐是危險廢物焚燒處置技術的研究熱點，其專利申請量占比24.3%。
(3)從危險廢物焚燒處置技術專利申請區域分布來看，國內主要以江蘇、北京、廣東、浙江、山東、上海等經濟大省為主。其中江蘇省申請量最大，達到1388件，其次是北京。這與當地的產業結構、危廢生產量及危廢監管程度有較大關系。
(4)在專利申請量上，國內中國恩菲工程技術有限公司、光大環境科技(中國)有限公司處于領先地位。在技術領域分布上，中國專利技術涉及較多的關鍵詞為“焚燒爐、垃圾爐焚燒、煤氣發生爐、二燃室”，占比17.03%;從創新關鍵詞可知，危險廢物焚燒處置技術相關專利目前主要集中在焚燒設備改進、焚燒工藝設計、煙氣凈化系統領域。
(5)隨著我國環保力度不斷加大，未來的危險廢物焚燒專利方向多是圍繞現有技術的改進優化以及行業危廢專有技術研究。危險廢物焚燒處置技術未來的重點布局方向仍然是危險廢物轉運收集和存儲設備設施、進料系統、焚燒系統、煙氣處理工藝、灰渣資源化利用等。
參考文獻：
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(原標題：危險廢物焚燒處置技術專利現狀分析與布局)
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