CN101264410A - 挥发性有机废气浓缩转轮在线高温活化的再生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
挥发性有机废气浓缩转轮在线高温活化的再生装置及方法，本发明属于一种处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生装置及方法，其中该再生装置至少包含一转轮、一驱动组件、一热源及一风机。而该方法系提供上述包含一转轮、一驱动组件、一热源及一风机的再生装置，使用该驱动组件控制该转轮于一适当时间间隔以步进方式转动一适当角度，并停留一适当时间，以经该热源加热后的气体进行转轮的活化再生，并以此步进方式转动转轮直至该转轮整体活化再生完成。
Description
技术领域
本发明属于关于一种浓缩转轮高温活化的再生装置及方法，尤其是关于一种处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化再生装置及方法。
背景技术
在本发明提出之前，国际间对于环保议题及工业安全卫生日益重视，考虑工业废气对环境及劳工以至于一般大众身体产生的危害，对于工业废气排放标准日趋严格，国内外法规都制定出浓度及臭味的排放标准。工业废气中对于挥发性有机气体的处理，在高浓度时多采用冷凝法收集，而在低浓度且大风量时则以物理吸附方式浓缩处理后，再送往小型焚化炉燃烧或以冷凝装置回收较为经济有效。以半导体业晶圆厂产生的有机废气成分为例，常含有如二甲基二硫醇(Dimethyl Sulfoxide)、N-甲基吡咯酮(N-Methyl Pyrolidone)、乙醇铵(2-Aminoethanol)、二甲基二硫醇(Dithiolethylene Glycol)、二甲基硫醇(Dimethyl Sulfide)、异丙醇(Isopropyl Alcohol)、丙酮(Acetone)等化合物，以沸石转轮吸附浓缩废气后，再以焚化炉于摄氏600～900度以上之温度燃烧，分解这些挥发性有机物质以及臭气和毒气最有效。目前以吸附浓缩沸石转轮处理加上燃烧焚化的方式，进行挥发性有机气体的废气排放处理，已在半导体及光电业界广为采用。
工业上常以吸附浓缩沸石转轮焚化系统处理挥发性有机废气，其处理效率可稳定达到符合挥发性有机废气(volatile organic compounds，VOCs)排放标准。然而，吸附浓缩沸石转轮最大的处理问题为废气中含多量高沸点物质、聚合物质、脱附热能量不足无法有效脱附出、或废气中混排其它粒状污染物，所导致整体处理效率下降。光电业制程及使用的物料与半导体相近，但在含高沸点VOCs去光阻剂的使用量上远高于半导体业，故使得其排放废气组成中的高沸点VOCs较多；同时这类高沸点物质中，也同时是聚合物者占大多数。这类高沸点VOCs虽容易吸附于沸石转轮上，但由于系统设计的安全考虑，使得脱附高沸点VOCs温度不足，所以往往造成脱附不易，日久后高沸点VOCs将蓄积其上、占据吸附位置，影响系统整体效能，故成为部份光电业应用沸石吸附浓缩焚化系统效能不明显的原因；而以往也有厂家欲以提高脱附温度、以增加高沸点物质脱附效率，但这项操作措施容易造成系统跳机、形成无通风的密闭状态，若无紧急处理程序如洒水、喷入冷却氮气等，如此将造成沸石吸附转轮组合处产生闷热状态，严重也使得其局部温度异常突升、让沸石转轮产生结构性的永久破坏。
为防止沸石转轮受到高沸点及(或)聚合物VOCs蓄积，占据沸石转轮活性吸附位置导致系统效能不显著等问题，沸石转轮可都由高温活化来解决上述问题。
目前工业上一般采用的活化再生方式可分为在线活化再生或线外活化再生二种，线外活化再生例如于美国专利案4957721、日本公开特许62-282639及63-156542等所述，将其使用一段时间之沸石转轮拆卸下来，在以更高温度(通常为300～1000℃)直接加热或高温气体处理，使蓄积的高沸点物质因受到一定程度之温度作用而断键成为小分子，而被碳化或脱除。然而，沸石转轮之拆卸程序繁杂，虽然可将蓄积之高沸点物质有效分解脱除，但沸石转轮拆卸过程容易造成转轮结构损坏及吸附剂孔洞结构破坏，而失去吸附能力或因劣化粉碎而损失。
在线活化再生例如日本公开昭63-232823、63-310636、英国专利案Brit.1546437及德国专利案Ger.Offen 2419827等所述，其优点是可连续操作，避免繁杂之拆卸程序，但此在线连续转动转轮之活化再生往往无法有效将原蓄积的高沸点物质移除，而影响吸附能力。
因此，为改善长期使用之沸石转轮因高沸点、聚合物等VOCs占据吸附剂活性吸附微孔洞而老化不易活化再生的缺点，如何不需拆卸沸石转轮而可直接于在线使沸石转轮迅速且有效活化再生成为相关业者所急迫有待寻求解决的方案以及改进之处。
发明内容
为了改善上述公知技术所面临的问题，本发明提供一种处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生装置及方法。本发明的目的在于：提供的再生装置及方法可有效活化再生沸石转轮增进吸附浓缩沸石转轮处理效率及节省维修成本与时间。
详而言之，本发明的第1个目的是提供一种处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生装置，其至少包含：
(1)-转轮，其用以吸附处理挥发性有机废气，且至少包含一再生脱附区及一吸附区；
(2)-驱动组件，其可控制该转轮于一适当时间间隔以步进方式转动一适当角度，并停留一适当时间；
(3)-热源，其可加热气体至活化再生温度；及
(4)-风机，其可抽送该经加热气体至转轮的再生脱附区进行活化再生。
本发明的处理挥发性有机废气之浓缩转轮在线高温活化的再生装置中，该热源为循环式热源或自源式热源，该热源可加热风机所提供的气体，且使经加热的气体达到转轮的再生脱附区时的活化再生温度约为150℃至约450℃。此外，该循环式热源可由焚化炉系统中的热交换器提供，而使活化再生用气体加热至活化再生温度。
本发明处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生装置中，该转轮进一步包含一冷却区，该冷却区可使再生装置的温度下降，避免吸附剂孔洞结构破坏，而失去吸附能力或因劣化粉碎而损失。
本发明处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生装置中，该转轮之厚度并无特别限制，通常依再生系统所处理的废气流量而定。厚度较小的转轮虽在活化再生处理上较为快速，但其挥发性有机废气吸附处理面积较小，因此处理较不完全。反之，厚度较大的转轮虽其挥发性有机废气吸附处理面积较大而处理较为完全，但在活化再生处理上较慢，且可能有活化再生不完全的担忧。因此，较佳的转轮厚度约为200mm至450mm。
本发明另一目的是提供一种处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生方法，其包含下列步骤：
(1)提供一处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生装置，该装置至少包含一转轮、一驱动组件、一热源及一风机，而该转轮至少包含一再生脱附区及一吸附区；
(2)使用该驱动组件控制该转轮于一适当时间间隔以步进方式转动一适当角度，而进入再生脱附区，并停留一适当时间；
(3)以该风机抽送气体通过该热源，气体经该热源加热后送至转轮再生脱附区时可达活化再生温度，并进行该再生脱附区之活化再生；及
(4)重复步骤(2)及(3)直至转轮整体活化再生完成。
本发明处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生方法中，该热源为循环式热源或自源式热源，且该热源可使气体达到转轮的再生脱附区时的活化再生温度约为150℃至约450℃。此外，该循环式热源可由焚化炉系统中的热交换器提供，而使活化再生用气体加热至活化再生温度。
本发明在处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生方法中，该转轮进一步包含一冷却区，即转轮于再生脱附区活化再生后进入冷却区，而由风机抽送的气体在以热源加热前先经过该冷却区，因此，由再生脱附区旋转至冷却区的转轮部份在该气体吹送下可使其温度下降，而避免吸附剂孔洞结构破坏、失去吸附能力或因劣化粉碎而损失。
本发明在处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生方法中，该转轮的厚度并无特别限制，通常按系统所处理的废气流量而定。厚度较小的转轮虽在活化再生处理上较为快速，但其挥发性有机废气处理面积较小，处理较不完全。反之，厚度较大的转轮在挥发性有机废气处理面积较大而处理较为完全，但其活化再生处理较慢，且可能有活化再生不完全的担忧。因此，较佳的转轮厚度约为200mm至450mm。
本发明在处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生方法及装置中，转轮持续高温加热之活化再生时间并无特别限制，其据系统中所使用的转轮厚度而变化，通常约为10分钟至约120分钟，较佳约为30分钟，更佳约为60分钟。
本发明在处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生方法中，该转轮的步进转动间隔角度并无特别限制，通常按系统结构、转轮厚度、活化再生的气流温度及流速等因素而定，较佳约为10°至约90°。
本发明与公知技术相比较，充分显示了其卓越的优越性，在高温活化再生前及高温活化再生后的转轮样品与新转轮样品比较下，使用过之蜂巢状沸石转轮样品于高温活化再生后之比表面积(BET)可达到约86％，因此本发明的再生装置及方法可达到良好之再生活化再生效果。同时，提供的再生装置及方法可有效活化再生沸石转轮增进吸附浓缩沸石转轮处理效率及节省维修成本与时间。
附图说明
附图1为公知挥发性有机废气净化装置的示意图。
附图2为本发明处理挥发性有机废气之浓缩转轮在线高温活化之再生装置示意图。
附图3为本发明处理挥发性有机废气之浓缩转轮在线高温活化之再生方法较佳实施例示意图。
附图4为本发明的再生装置及方法于蜂巢状沸石转轮之活化再生效果。
在上述附图中的图号：
11 第一风机、
21 第二风机、
211 变频器、
31、32 浓缩转轮、
33 驱动组件、
311、321 吸附区、
312、322 再生脱附区、
323 冷却区、
41 旁通风管、
42 进气口、
54 自动风门、
61、62 鼓风机、
73 第一热交换器、
74 第二热交换器、
75 热源、
76、77 热交换器、
81、82 焚化炉、
91、93、93 烟囱、
具体实施方式
本发明以下列实施例进一步说明，唯该实施例不应限制本发明之范畴，熟悉此项技术者于不背离本发明的范畴及精神下进行合理的变化。
实施例1
附图1为公知挥发性有机废气净化装置的示意图。如图所示，一般处理挥发性有机废气的方法如下所述，当加载上述装置后，挥发性有机废气经由第一风机11抽送至浓缩转轮31，其包括有一吸附区311以及一再生脱附区312，导入的挥发性有机废气经由该吸附区311中的吸附剂吸附，则经吸附后的干净气流可经由第二风机21导入烟囱91排放。已吸附挥发性有机废气的吸附剂会被送至再生脱附区312。鼓风机61抽送经第一热交换器73所加热至再生温度的气流通过该再生脱附区312。因此，被吸附的挥发性有机物质受热脱附到气流中，该气流再被导引至第二热交换器74预热，之后导入一焚化炉81燃烧成水及二氧化碳为主的物质，再经由第二热交换器74及第一热交换器73后，由烟囱92排放。
附图2为本发明处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生装置示意图。如图所示，该装置包含一转轮32、一驱动组件33及一热源75，其中该转轮32包含一吸附区321、一再生脱附区322及一冷却区323。
附图3为本发明处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生方法较佳实施例示意图。配合图2、3，在将挥发性有机废气净化系统载出后，进行活化再生程序，即开启鼓风机62，此时干净空气会由进气口42进入，通过转轮32的冷却区323后送至热交换器76，热交换器76将干净空气加热至所设定的活化再生温度并输送至再生脱附区322进行转轮的活化再生，活化再生一设定时间后，驱动组件33可驱动转轮一设定角度，使转轮32已活化的部分进入冷却区323进行冷却，同时吸附区321中未活化再生的部分进入再生脱附区322进行活化再生。因此，它由驱动组件33驱动转轮32转动，使转轮32以此步进方式于一适当时间间隔转动一适当角度，并停留一适当时间，即可完成转轮整体的活化再生。
实施例2
为检测本发明的再生装置及方法的活化再生效果，进行失活蜂巢状沸石转轮高温活化再生效能实验。以活化再生前后的沸石转轮样品进行BET微孔比表面积测试与新沸石转轮样本作比较。新转轮样品来源为日本西部技研公司，使用过的转轮样品来自某第五代TFT-LCD制造厂。本研究以Micromeritic ASAP2400分析仪于液态氮温度下，进行N2不同分压之吸脱附分率，而以BET吸附方程式进行计算而测得，其结果显示于表1。
下表1为沸石转轮高温活化再生效果比较。
表1
| 转轮样品 | BET(m2/g) | *BET(％) |
| 活化再生前 | 107.7 | 50 |
| 活化再生后 | 185.8 | 86 |
| 新样品 | 217.4 | 100 |
*与新样品(100％)比较
由表1可知，在高温活化再生前及高温活化再生后的转轮样品与新转轮样品比较下，使用过之蜂巢状沸石转轮样品于高温活化再生后之比表面积(BET)可达到约86％，因此本发明的再生装置及方法可达到良好之再生活化再生效果。
实施例3
为检测本发明的再生装置及方法的活化再生效果，进行失活蜂巢状沸石转轮高温活化再生效能实验。以实施例2之某第五代TFT-LCD制造厂之活化再生后沸石转轮样品与新沸石转轮样本(日本西部技研公司)比较其吸附异丙醇(IPA)(于100ppmv)的饱和吸附量。使用热天平以热重量分析法(Thermogravimetric Analysis；TGA)分析及使用示差热分析装置以示差热分析法(Differential Thermal Analysis；DTA)分析，其结果显示于附图4。
由附图4可知，以200、300及400℃之活化再生温度活化1小时后与新沸石转轮样本作比较，经由400℃活化1小时之蜂巢状沸石转轮可恢复至约83％的吸附能力，因此本发明的再生装置及方法可达到良好之活化再生效果，且不会破坏吸附剂孔洞结构而失去吸附能力或因劣化粉碎而损。
Claims (10)
1. 一种处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生装置，其至少包含：
(1)-转轮，其用以吸附处理挥发性有机废气，且至少包含一再生脱附区及一吸附区；
(2)-驱动组件，其可控制该转轮于一适当时间间隔以步进方式转动一适当角度，并停止转动使转轮停留一适当时间；
(3)-热源，其可加热气体至活化再生温度；及
(4)-风机，其可抽送该经加热气体至转轮的再生脱附区进行活化再生。
2. 如权利要求1所述的再生装置，其中该转轮进一步包含一冷却区。
3. 如权利要求1所述的再生装置，其中该转轮厚度为200mm至450mm。
4. 如权利要求1所述的再生装置，其中该热源为循环式热源或自源式热源。
5. 如权利要求1所述的再生装置，其中该循环式热源为焚化炉系统中的热交换器。
6. 如权利要求1所述的再生装置，其中活化再生温度约为150℃至约450℃。
7. 如权利要求1所述的再生装置，其中活化再生温度约为400℃。
8. 一种处理挥发性有机废气的浓缩转轮在线高温活化的再生方法，其包含下列步骤：
(1)该装置至少包含一转轮、一驱动组件、一热源及一风机，而该转轮至少包含一再生脱附区及一吸附区；
(2)使用该驱动组件控制该转轮于一适当时间间隔以步进方式转动一适当角度，而进入再生脱附区，并停止转动使转轮停留一适当时间；
(3)以该风机抽送气体通过该热源，气体经该热源加热后送至转轮再生脱附区时可达活化再生温度，并进行该再生脱附区的活化再生；及
(4)重复步骤(2)及(3)直至转轮整体活化再生完成。
9. 如权利要求8所述的再生方法，其中转轮停止转动转轮持续高温活化再生时间约为10分钟至约120分钟；其中又以停留30分钟至约60分钟为佳。
10. 如权利要求8所述的再生方法，其中步进转动间隔角度约为10°至约90°。
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