CN101274149A - 冷凝吸收与氧化触媒处理有机废气的净化装置与净化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置及其净化处理方法，装置包含至少一冷凝除雾单元及一高级氧化处理单元。有机废气经由本发明净化装置中的冷凝除雾单元处理后，有机废气中大部分挥发性有机化合物(VOCs)已被冷凝吸收，再以下游端高级氧化处理单元氧化有机废气中剩余的有机物，藉此可将有机废气中大部分的VOCs冷凝回收及氧化分解，同时去除有机废气的恶臭。因此，本发明的净化装置及方法兼具高VOCs冷凝回收效率、价值及低能耗等优点，亦可有效降低操作成本，相当符合环保及节能需求，值得应用于高科技业产业。
Description
技术领域
本发明是关于一种处理有机废气的净化装置及其净化处理使用方法，尤其是关于一种使用高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置及其净化处理方法。
背景技术
在半导体晶圆制造厂及TFT-LCD面板光电制造业面板制程中，去光致抗蚀剂程序(stripping process)所使用的去光致抗蚀剂剥离液(stripper)主要成分为高沸点且几乎全溶于水的有机化合物，包括单乙醇胺(MEA)、二甲基亚砜(DMSO)以及乙二醇单丁醚(BDG)等。
下表1为去光致抗蚀剂制程主要产生的挥发性有机化合物(VOCs)种类及物化特性，低沸点、高饱和蒸汽压特性的有机溶剂易于挥发，但不易于冷凝；反之，高沸点、低饱和蒸汽压特性的挥发性有机物不易于挥发，但易于冷凝，因此由表1中可看出，丙酮及IPA与其它主要溶剂成份相比属低沸点、高饱和蒸汽压特性，而MEA、DMSO及以及润湿的N-甲基砒咯烷酮(1-methyl-2-pyrrolidinone，NMP)等属中高沸点、低饱和蒸汽压特性。
表1高科技业去光致抗蚀剂制程主要产生的VOCs种类及物化特性
| 溶剂 | 化学式 | 密度g/mL | 沸点(℃) | 水溶性 | 亨利常数(mol/kg*bar) | AALG【2】(g/m3) | 备注【1】 |
| DMSO | (CH3)2SO | 1.095 | 189.0 | 高 | ＞50000 | - | - |
| MEA | C2H7NO | 1.014 | 171.1 | 高 | 6100000 | 25* | F、T |
| BDG | C8H18O3 | 0.904 | 231.2 | 高 | - | - | F、T |
| DMDS | (CH3)2S2 | 1.057 | 109.9 | 低 | 0.91 | - | - |
| DMS | (CH3)2S | 0.850 | 38.0 | 低 | 0.48 | - | - |
| 甲苯 | C7H8 | 0.865 | 110.7 | 低 | 0.15 | 1420 | F、T |
| IPA | (CH3)2CHOH | 0.783 | 82.4 | 中低 | 88-170 | 19,600 | F、T、C |
| 丙酮 | (CH3)2CO | 0.786 | 56.2 | 中低 | 30 | - | - |
1.F：可燃性；T：毒性；疑似致癌物
2.AALG：ambient air level goal；AALG值来源：Calabrese，E.J.；and Kenyon，E.M.Air toxics and risk assessment；Lewis Publishers，Inc.：MA，USA；1991.
上述去光致抗蚀剂剥离液的成分中，单乙醇胺(MEA)为会堵塞吸附剂微孔，而影响吸附剂使用寿命的聚合物，二甲基亚砜(DMSO)则残存于沸石转轮吸附剂微孔中，因沸石触媒作用而将DMSO内析出的硫(S)触发，而产生火星(Hot spark)而致使转轮闷燃。此外，因基板尺寸逐渐增大，在去光致抗蚀剂程序会造成去光致抗蚀剂剥离液的大量挥发，并逸散至排放管道中，若不加以处理将会有造成严重的空气污染。
目前科技业者多采用就地装设冷凝器加以回收处理，此类冷凝回收系统对中高沸点且全溶于水的有机物质在正确的设计与操作下才可达到高的回收效率，除了所冷凝吸收下来的VOCs可回收纯化再利用外，因于高沸点难处理VOCs浓度已大幅下降，可降低下游端废气处理设备的负荷及延长温变式在线再生型吸脱附浓缩设备的寿命，才可立即且有效提升其整体的处理效率。
一般传统以冷凝法控制VOCs，其原理是利用冷冻设备先将含VOCs废气的温度冷却至该有机物质的露点温度(饱和温度)以下，即可达到饱和冷凝的效果，一般常见的VOCs冷凝系统(Vatavuk，W.M.，Estimating Costs of Air Pollution Control，Lewis Publishers：Chelsea MI，1990.，其于本文一并作为参考)，主要包含除湿器及VOCs冷凝器两项基本设备，装设除湿器的目的在于将空气中多余的水气去除，避免在VOCs冷凝区的温度降至0℃(273K)以下时发生不利于冷凝的结冰效应。
由Zeiss及Ibbetson(R.F.Zeiss，C.Ibbetson，Cryogeniccondensation puts a chill on VOCs，Pollution Engineering，29(9)(1997)56-61.，其于本文一并作为参考)的研究指出，决定冷凝器去除一般VOCs的效能的最重要两项关键因素为(1)冷凝系统需达足够低温(-40℃)；(2)废气中含较高的VOCs浓度(＞10,000ppmv)；此外，Ganzevles(Ganzelves，F.L.A.，Condensation for controlling VOCemission，Nov.，2001.，其于本文一并作为参考)研究结果显示，冷凝器的处理效能与废气线速度的增加呈反比的趋势，所以延长废气的停留时间将可提升去除效率。其主要缺陷在于：
1、由于传统的冷凝器需利用冷冻设备将操作温度控制在相当低温以及够长的停留时间，方能以冷凝机制去除VOCs，并确保处理后废气所含VOCs浓度值达到最低；不过如此传统冷凝方式应用于排放量相当大而VOCs浓度仅数十到数百PPMv(＜＜1,000ppmv)的高科技业，为达到高冷凝效率而须降到极低温(至少须低于零下20℃)所需付出的能源耗损及设备维护成本将会相当高。国内许多业者基于传统冷凝系统设计的限制，以及节省操作成本的考虑，往往面临冷凝设备回收效率不佳的问题。
2、此外，国内外法规对于工业废气都制定出严格的浓度及臭味排放标准。上述去光致抗蚀剂制程中，去光致抗蚀剂剂中的二甲基亚砜虽然是一种水溶性而且辉发性极低的液体，但在处理过程中，极容易形成恶臭的二甲基硫(dimethyl sulfide，DMS)和二甲基二硫(dimethyl disulfide，DMDS)的气态污染物。然而，以冷凝法无法完全去除二甲基硫与二甲基二硫，且其在低浓度下即会产生恶臭，极易影响厂房周围生活环境而引发民众抗议。
众所周知，臭氧的氧化力极强，已应用于自来水及废水处理，常用来消毒或去除部份有机物。臭氧与有机物的反应可分成直接反应或间接反应，通常在适当比例的氧化剂(例如H2O2、OH-等)存在下可加速反应，利用臭氧或与H2O2、OH-、紫外光等反应产生OH-自由基的技术一般称为高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes；AOP)。现今工业上臭氧产生的方式主要有电晕放电式、UV照射式、电解硫酸式、辐射线照射式等，电晕放电的臭氧产生机最为常用，其进料气体来源可为空气或氧气。
非热等离子体(nonthermal plasmas，NTPs)为高级氧化技术之一，于1990年后陆续被成功应用在空气污染物的破坏与控制，高去除效率为其特点。非热等离子体其原理乃在两电极间施加高电压诱使放电，放电过程产生的高能电子与溶液分子碰撞产生自由基，部份自由基尚可生成臭氧，而电子、自由基及臭氧均具备高氧化能力，一旦与污染物接触，就可将其氧化或分解，达到净化的目的。
因此，希望藉由本发明的冷凝吸收与高级氧化触媒技术来处理有机废气，以有效提升冷凝回收系统的效率，减少传统冷凝器为达超低温所增加的能源耗用，并藉由高级氧化触媒技术有效去除废气中残余的VOCs。
发明内容
为了改善上述传统技术所面临的问题，本发明提供一种高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置与净化处理方法。本发明的装置及净化处理方法可有效处理有机废气，并节省维修成本与时间。
本发明的主要目的为提供一种高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置，其包含：
(1)至少一冷凝除雾单元，包含一冷凝盘管及一除雾单元，其设置于该过滤单元的下游端；及
(2)一高级氧化处理单元。
本发明的装置是将冷凝除雾单元的冷凝盘管内以5至10℃的冰水实施循环操作，于此温度条件下水气包覆去光致抗蚀剂剂的微雾产生凝结核包覆成长现象及冷凝盘管壁面将有水份或VOCs本身冷凝凝结所产生的液膜，利用去光致抗蚀剂液为大量高沸点且易溶于水的特性，当废气通过液膜时即可进行吸收并有效除雾去除之。如此设计是结合低温冷凝与凝结核包覆及液膜吸收作用的多重效能，有别以往传统冷凝器仅考虑利用低温冷凝VOCs的单纯饱和凝结概念，可有效提升VOCs的冷凝回收效率，而应用在组成成分多样化、大风量、具高沸点的高科技业VOCs废气特性的处理相当合适。
本发明的高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置中，可例如至少包含二组串联设置的冷凝除雾单元，该冷凝盘管中以5℃至10℃的冰水循环，且前置的冷凝盘管以降温为主，冷凝吸收及凝结核包覆为辅。后置的冷凝盘管以凝结核包覆及冷凝水膜汲水膜吸收废气中的VOCs。除雾器可将废气中的水及VOCs雾滴去除后，收集于除液槽中回收处理。因此，本发明的净化装置中，对于冷凝除雾单元的数量并无限制，可依据所欲处理的有机废气种类、气流温度、废气流量等因素，以多组串联及/或并联设置。
本发明的高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置中，该过滤单元与冷凝除雾单元间可设置一热回收热交换器，可利用本发明净化装置末端所排出的冷气流经由管线导引至该热回收热交换器，以冷却进气气流的温度，以增加冷凝效率并节省能源。
本发明的高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置中，该装置通过冷凝盘管的流场特性为层流(Laminar flow)，有别于一般为混流(Turbulent flow)，其表面风速约为1.5m/s以下，较佳约为1.0m/s。
本发明的高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置中，对于该高级氧化处理单元并无特别限制，其可包含一臭氧供应器与一触媒，或包含一非热等离子体电极与一触媒，其中以非热等离子体电极较佳。
本发明的第二目的为提供一种高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化处理方法，其包含下列步骤：
(1)提供一高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置，该装置包含至少一冷凝除雾单元及一高级氧化处理单元，而该冷凝除雾单元包含一冷凝盘管及一除雾单元；
(2)将冷凝除雾单元中的冷凝盘管以约5℃至10℃的冰水循环一段时间，使冷凝盘管壁面产生凝结核包覆及水份凝结的液膜；
(3)将有机废气导入该净化装置，通过过滤单元以初步过滤有机废气并平均分布气流；
(4)将有机废气通过冷凝除雾单元的冷凝盘管，冷凝并以液膜吸收有机废气，以除雾器将废气中的水及有机废气雾滴去除；及
(5)以高级氧化处理单元氧化处理该冷凝除雾单元下游端的有机废气。
本发明的高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化处理方法中，可包含二组以上串联的冷凝除雾单元，该冷凝盘管中以5至10℃的冰水循环，使冷凝盘管壁面产生凝结核包覆及水份凝结的液膜，藉由此时冷凝进行中的凝结核的结核包覆作用，以及冷凝后液、气间相平衡的液膜吸收机制，可对废气中VOCs进行极为有效的吸收去除机制。而前置的冷凝盘管以降温为主凝结核包覆及冷凝吸收为辅，后置的冷凝盘管以冷凝凝结核包覆及及水膜吸收废气中的VOCs。除雾器可将废气中的水及VOCs雾滴去除后，收集于除液槽中回收处理。因此，本发明的净化装置中，对于该冷凝除雾单元的数量并无特别限制，可依据所欲处理的有机废气种类、气流温度、废气流量等因素，以多组串联及/或并联设置。
本发明的高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化处理方法中，该单元入出口之间可设置一热回收热交换器，可将本发明净化装置末端所排出的冷气流经由管线导引至该热回收热交换器，以冷却进气气流的温度，增加冷凝效率并节省能源。
本发明的高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化处理方法中，该装置通过冷凝盘管的流场特性为层流，其表面风速约为1.5m/s以下，较佳约为1.0m/s。
本发明的高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化处理方法中，对于一高级氧化处理单元并无特别限制，其可包含一臭氧供应器与一触媒，或包含一非热等离子体电极与一触媒，其中以非热等离子体电极较佳。
本发明的高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化处理方法中，经由冷凝除雾单元处理后，有机废气中大部分有机物已被冷凝吸收，且其出口端所排放的气体湿度高，更有利于下游端高级氧化处理单元中所提供的臭氧的氧化作用。藉由臭氧及触媒的氧化作用，可将冷凝吸收无法完全去除的残余二甲基硫(DMS)和二甲基二硫(DMDS)等恶臭气体氧化去除。
本发明的高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化方法中，该高级氧化处理单元可包含一非热等离子体电极与一触媒，非热等离子体电极高压放电后可将气体分子激发、解离、或游离成为介稳态分子(metastable)、自由基、或离子等具高活性的粒子，这些粒子可克服能阶的障碍，使得气流中原本相当稳定的气体分子断键，促使气态解离反应快速进行。此外，非热等离子体电极高压放电亦可产生臭氧，藉由臭氧及触媒的氧化作用分解去除废气中的VOCs及恶臭气体。
本发明的第三目的为提供一种高效能冷凝吸收处理有机废气的净化处理装置，其包含：
至少一冷凝除雾单元，包含一冷凝盘管及一除雾单元，其设置于过滤单元下游端。
本发明的高效能冷凝吸收处理有机废气的净化装置中，可例如至少包含二组串联设置的冷凝除雾单元，该冷凝盘管中以5至10℃的冰水循环，且前置的冷凝盘管以降温为主，凝结核包覆及冷凝吸收为辅。后置的冷凝盘管以凝结核包覆及冷凝水膜及水膜吸收废气中的VOCs。除雾器可将废气中的水及VOCs雾滴去除后，收集于除液槽中回收处理。因此，本发明的净化装置中，对于冷凝除雾单元的数量并无限制，可依据所欲处理的有机废气种类、气流温度、废气流量等因素，以多组串联及/或并联设置。
本发明的高效能冷凝吸收处理有机废气的净化装置中，该单元入出口间可设置一热回收热交换器，可利用本发明净化装置末端所排出的冷气流经由管线导引至该热回收热交换器，以冷却进气气流的温度，以增加冷凝效率并节省能源。
本发明的高效能冷凝吸收处理有机废气的净化装置中，该装置通过冷凝盘管的流场特性为层流，其表面风速约为1.5m/s以下，较佳约为1.0m/s。
本发明的主要优点是：有机废气经由本发明的净化装置中的冷凝除雾单元处理后，有机废气中大部分挥发性有机化合物(VOCs)已被冷凝吸收，再以下游端高级氧化处理单元氧化有机废气中剩余的有机物，藉此可将有机废气中大部分的VOCs冷凝回收及氧化分解，同时去除有机废气的恶臭。因此，本发明的净化装置及方法兼具高VOCs冷凝回收效率、价值及低能耗等优点，亦可有效降低操作成本，相当符合环保及节能需求，值得应用于高科技业产业。
下面结合较佳实施例和附图进一步说明。
附图说明
图1为本发明高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置的示意图。
图2为以本发明的净化装置处理有机废气的去除效率与化合物沸点的关系图。
图3为以本发明的净化装置处理有机废气的去除效率与化合物亨利常数的关系图。
具体实施方式
本发明以下列实施例进一步说明，但是，实施例不应限制本发明的保护范围，熟悉此项技艺者，于不背离本发明的保护范围及精神下所进行的合理的变化都应属于本发明的保护范围。
实施例1
图1为本发明高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置较佳具体例的示意图。如图1所示，该装置包含一风车10；二组冷凝除雾单元30、31，其各包含冷凝盘管301及311、除雾单元302及312、与储液槽303及313；一氧化处理单元40，其包含一臭氧供应器42及一触媒氧化单元41；及一旁通风管50。
如图1所示，在进行冷凝吸收与高级氧化处理有机废气净化程序时，首先将冷凝除雾单元30及31中的第一道及第二道冷凝盘管301及311以约5℃至10℃的冰水循环一段时间，使冷凝盘管壁面产生水份凝结的液膜，开启风机10，将有机废气导入，通过过滤单元20，以初步过滤有机废气并平均分布气流；将有机废气通过冷凝除雾单元301以降低有机废气的温度，亦可在过滤单元20上游处装设一热回收热交换器(图未示)，以迅速降低气流温度并增加冷凝效率。在此温度条件下冷凝盘管301壁面将有水份凝结的液膜产生，藉由此时冷凝进行中的凝结核的结核包覆作用，以及冷凝后液、气间相平衡的液膜吸收机制，可对废气中VOCs进行有效的吸收去除机制，而冷凝盘管301处理后的气流则再经特别选定的第一道除雾单元302，将废气中的水及VOCs雾滴去除后，再将气流导入第二道冷凝盘管311并通过第二道除雾单元312，进行再次冷凝吸收及再除雾程序。此时排出的气流含有少量难溶于水及沸点低的VOCs，且气流湿度高，将此气流导入氧化处理单元40，以臭氧供应器42所供应的臭氧并配合触媒氧化单元41，以氧化处理气流中剩余的难溶于水及沸点低的VOCs，处理后达排放标准的气流在经由排放装置排放至大气中。冷凝吸收后的有机溶剂收集至储液槽303及313，再回收处理或由厂设纯化设备纯化再利用。
检测分析方法
本发明以气相层析及质谱仪进行去光致抗蚀剂制程污染定性、定量及冷凝吸收器效率分析。
本发明以环署检字第14374号公告“空气中挥发性有机化合物检测方法-不锈钢采样筒/气相层析质谱仪法”(NIEA A715.11B)，侦测极限属于ppb等级的检测方法进行效能分析。
上述检测方法对于单乙醇氨(MEA)似乎无法侦测，因此以搭配冲击瓶(impinger)方式因应，对MEA/DMSO/BDG三种完全溶于水的高沸点VOCs由气相转为溶于去离子水的液相，再经气相层析仪搭配火焰离子侦测器(GC-FID)与离子层析仪(IC)来进行分析。
实施例2
关于VOCs去除效率与沸点及亨利常数
本实验共进行四次去光致抗蚀剂制程产能增减变化的采样分析，本实验结果均是以四次取样分析样品，平均后所计算出的结果。由分析结果显示，去光致抗蚀剂制程废气中，含量最大比例物种为MEA，占了高达92.3％，其次为DMSO(4.86％)及DMS(1.2％)，其它还包括IPA(0.88％)、DMDS(0.5％)、NMP(0.13％)，及一些微量的甲苯、N，N-二甲基乙酰胺与丙酮等物质。
图2为以本发明的净化装置处理有机废气的去除效率与化合物沸点的关系图。以如实施例1的方式处理后，经由GC/MS分析本发明的净化装置出口VOCs的浓度值，发现所有VOCs中以MEA、DMSO、NMP等高沸点物质去除率最佳，均有80％以上的效率。其它VOCs分析所得的去除效率有随着沸点增大而增加趋势。
图3为以本发明的净化装置处理有机废气的去除效率与化合物亨利常数的关系图。由于本发明新颖设计的冷凝器是藉由液膜吸收机制去除VOCs，故除了降温冷凝的去除机制外，VOCs亦会被空气中所含水分所冷凝下的液膜藉由冷凝核包覆及吸收机制去除，因此本发明的冷凝吸收器对VOCs去除效率亦与VOCs本身的亨利常数有极大的关系。此外在第三图中可看出大部分的VOCs去除效率与其亨利常数成正比，这可说明本研究所设计的冷凝吸收系统当中，藉由空气湿度(水分)及高沸点VOCs冷凝下所形成的液膜，亦是本系统重要的VOCs吸收去除机制。
由图2及图3中可发现，虽然极恶臭物DMS的沸点是所有VOCs最低者，且在25℃、水中的亨利常数仅为0.48mole/(kg×bar)，不过DMS(及DMDS)经冷凝吸收器处理后的去除效率仍然优于其它沸点及亨利常数相近的VOCs，此由于DMS(及DMDS)本身极溶于DMSO所导致的结果；亦即，液相中的DMSO易产生吸收DMS(及DMDS)的作用而促使其仍然有50％左右的去除效率(图中白色标示)。若再经由后端的高级氧化处理单元处理后，DMS及DMDS更可达到80％以上的去除效率(图中黑色标示)。
实施例3 VOCs去除效率与气体流速
分别检测九次去光致抗蚀剂制程产能增减变化下，冷凝吸收器处理不同进流风速的VOCs处理效率(以THC计算)。由实验结果显示，当所处理的VOCs废气风速为3.0m/s时，此时冷凝吸收器的VOCs平均去除效率将近58％；当风速为1.5m/s时，平均VOCs平均去除则达83％左右，风速为1.0m/s时，其平均VOCs平均去除效率则高达85％以上，因此本系统的ReDh，雷诺数(水力直径)设计值需在514(1.5m/s)以下，才利于使得高沸点的亲水性VOCs可有效吸收于水份或VOCs冷凝所形成的液膜上，且出口浓度可因凝结核的包覆作用及液膜的吸收作用而远低于出口饱和浓度，因此选择较低的进流风速将有利于冷凝系统处理效率的提升。
产业可利用性
去光致抗蚀剂制程所产生的高沸点VOCs如MEA、DMSO、BDG及NMP等经本发明的装置处理之后，其去除效率可达80％以上，而这些VOCs占了研究所选择的半导体晶圆制造去光致抗蚀剂制程60％以上VOCs排放比重，经由上述测试及检测分析结果证实，结合低温表面冷凝及凝结核包覆作用及液膜吸收机制与高级氧化触媒技术，是处理高沸点VOCs的良好设备，兼具高VOCs冷凝回收效率、价值及低能耗等优点，亦可有效降低操作成本，相当符合环保及能源需求的优良技术，值得应用于高科技业产业。
Claims (9)
1. 一种高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置，其特征是：它包含有：
(1)至少一冷凝除雾单元，包含一冷凝盘管及一除雾单元，其设置于该过滤单元的下游端；
(2)一高级氧化处理单元。
2. 根据权利要求1所述的净化装置，其特征是：该冷凝除雾单元为串联和/或并联设置。
3. 根据权利要求1所述的净化装置，其特征是：该冷凝盘管中以5至10℃的冰水循环。
4. 根据权利要求1所述的净化装置，其特征是：该过滤单元与冷凝除雾单元之间设置一热回收热交换器。
5. 根据权利要求1所述的净化装置，其特征是：该装置通过冷凝盘管的流场特性为层流，其表面风速约为1.5m/s以下。
6. 根据权利要求1所述的净化装置，其特征是：该高级氧化处理单元包含一臭氧供应器及一触媒单元。
7. 根据权利要求1所述的净化装置，其特征是：该高级氧化处理单元包含一非热等离子体电极及一触媒单元。
8. 一种高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化处理方法，其特征是：它包含下列步骤：
(1)提供一高效能冷凝吸收与高级氧化触媒技术处理有机废气的净化装置，该装置包含至少一冷凝除雾单元及一高级氧化处理单元，而该冷凝除雾单元包含一冷凝盘管及一除雾单元；
(2)将冷凝除雾单元中的冷凝盘管以5℃至10℃的冰水或卤水或冷媒循环一段时间，使冷凝盘管壁面产生凝结核包覆及水份凝结的液膜吸收；
(3)将有机废气通过冷凝除雾单元的冷凝盘管，产生凝结核包覆微雾尺寸成长增大及冷凝，并以液膜吸收有机废气，以除雾器将废气中的水及有机废气雾滴有效去除；
(4)以高级氧化处理单元氧化处理该冷凝除雾单元下游端的有机废气。
9. 一种高效能冷凝吸收处理有机废气的净化装置，其特征是：包含：
(1)至少一冷凝单元，包含至少一冷凝盘管；
(2)至少一除雾单元，包含至少一除雾单元，其设置于该冷凝单元的下游端。
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101732884A (zh) * | 2008-11-26 | 2010-06-16 | 华智系统科技股份有限公司 | 具高效率降温核凝作用的冷凝装置与方法 |
| CN102309868A (zh) * | 2010-07-07 | 2012-01-11 | 杰智环境科技股份有限公司 | 有机溶剂冷凝回收装置 |
| CN102309868B (zh) * | 2010-07-07 | 2015-02-11 | 杰智环境科技股份有限公司 | 有机溶剂冷凝回收装置 |
| CN102210961A (zh) * | 2011-06-16 | 2011-10-12 | 苏州森泰动力环保工程有限公司 | 一种洗涤塔 |
| CN102335539A (zh) * | 2011-09-06 | 2012-02-01 | 江苏华正环保科技有限公司 | 烟草异味处理工艺 |
| CN103894034A (zh) * | 2012-12-28 | 2014-07-02 | 承源环境科技企业有限公司 | 低耗能净化装置 |
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