CN104772035B - 挥发性有机化合物处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种挥发性有机化合物(VOC)处理装置，包括至少二吸/脱附塔、一废气供给管路、一吸附后气体排放管路及一催化剂氧化处理单元，该废气供给管路交替地连通于该些吸/脱附塔而令该吸/脱附塔进行吸附作业，催化剂氧化处理单元同样交替地连通于该些吸/脱附塔以进行脱附作业，该废气供给管路及催化剂氧化处理单元不同时连通于相同的吸/脱附塔，该催化剂氧化处理单元包括一热交换器、一催化剂反应器、一进气单元、一排气单元。本发明由吸/脱附塔与催化剂氧化处理单元的互相搭配，可有效去除废气中的VOC，并具有建置成本较低，容易操作、维护等优点。
Description
技术领域
本发明是关于一种废气处理装置，特别是关于一种挥发性有机化合物处理装置。
背景技术
工厂排放的尾气或室内空间经常含有挥发性有机化合物(下称VOC)，这些VOC容易对环境及人体造成危害，因此必须实施相应的处理以降低其含量。
洗涤塔是常见的VOC处理装置，由将VOC溶于液相而自气相移除，所使用的洗涤液通常是水，也因此，适用于洗涤塔处理的VOC在水中必须要有较高的溶解度，因此非水溶性的VOC并不适合以洗涤塔进行处理。除此之外，利用洗涤塔处理VOC必然伴随着含VOC废水的产生，而废水也需要经过额外的处理程序并产生废水处理成本，倘废水未经妥善处理即对外排放，废水中的VOC仍会自然逸散而产生恶臭。
VOC也可利用生物法加以处理，即利用微生物的消化作用对VOC进行分解，惟生物法占地较大，且微生物培养需要较多时间，因此建置时间较长。为了使微生物能有效率地分解VOC，还必须控制其生长环境的温、湿度，其维持难度较高。此外，由于以生物法处理VOC需花费较长的处理时间，让微生物有足够的时间消化VOC，因此生物法普遍不适用于大量的废气处理。
以往也有人利用浓缩转轮处理VOC，但由于浓缩转轮的建置成本较高，一般较不受到厂商的青睐，且若工厂尾气中VOC浓度大幅浮动时，固定转速的浓缩转轮将不易有效处理VOC，而若欲调整浓缩转轮的转速，其操控难度又会增加，作业上也会产生其他变量。例如，当工厂尾气中的VOC浓度突然增加时，虽可由提高浓缩转轮的转速以加速吸附VOC，但转速提高的同时也连带缩短了浓缩转轮脱附的时间，导致吸附后的VOC无法被实时脱附，从而降低浓缩转轮后续的吸附性能。
以往还有利用吸/脱附塔搭配蒸气冷凝回收的VOC处理方式，亦即先利用吸/脱附塔进行吸附，饱和后，利用水蒸气进行吸/脱附塔的脱附作业，使VOC被水蒸气夹带脱离吸/脱附塔，随后进行冷凝，让VOC与冷凝水分离，以将VOC加以回收利用。这样的蒸气冷凝回收方式适用于高浓度、单一成分的VOC处理作业，但却有若干缺点在于：
(1)脱附时需使用大量水蒸气及冷凝所需的冰水，因此非常耗能；
(2)不适用于含多种VOC的废气处理，因为冷凝后还需进行多种VOC之间的分离作业，难度较高；
(3)不适用于低浓度VOC的处理，因为回收所得利益与所耗费能源成本显然不成比例；
(4)冷凝效率不高，冷凝后的气体中还会含有VOC，且冷凝水中也含有VOC。
有鉴于目前已知的VOC处理装置在实用上仍有诸多不足之处，如何提供一种建置、维护成本较低且能有效处理VOC的处理装置，实值得本领域人士思量的。
发明内容
本发明的目的是提供一种建置、维护成本较低且能有效处理挥发性有机化合物处理装置
为实现上述目的，本发明提供的挥发性有机化合物处理装置，其包括至少二吸/脱附塔、一废气供给管路、一吸附后气体排放管路及一催化剂氧化处理单元，各该吸/脱附塔具有一进气端及一排气端，该废气供给管路是交替地连通于该些吸/脱附塔的进气端，令该吸/脱附塔进行吸附作业，该吸附后气体排放管路连通于与该废气供给管路连通的吸/脱附塔的排气端，该催化剂氧化处理单元是交替地连通于该些吸/脱附塔以进行脱附作业，该废气供给管路及催化剂氧化处理单元两者并不同时连通于相同的吸/脱附塔，该催化剂氧化处理单元包括一热交换器、一催化剂反应器、一进气单元、一排气单元、一第一管路、一第二管路、一第三管路及一第四管路，该热交换器具有一冷气通道及一热气通道，该冷气通道的一进气口是由该第一管路而与连通于催化剂氧化处理单元的吸/脱附塔的排气端连通，该冷气通道的一排气口由该第二管路而与该催化剂反应器的一进气口连通，该催化剂反应器的一排气口由该第三管路而与该热气通道的一进气口连通，该热气通道的一排气口由该第四管路而与连通于催化剂氧化处理单元的吸/脱附塔的进气端连通，该进气单元连通于第一或第二管路而供导入催化剂反应器所需的氧化气体，该排气单元连通于该第四管路而供排出管路内的部分气体。
由前述设计，含VOC废气可被吸/脱附塔吸附脱除，当吸附饱和后，可改由催化剂氧化处理单元对该吸/脱附塔进行脱附作业。本发明中，催化剂氧化处理单元利用催化剂反应器将VOC氧化为水、二氧化碳等无害的化合物，由于氧化属于放热反应，因此经催化剂反应器处理后的气体更可透过热交换器而对第一管路所输送的脱附气体进行预热，从而减少或免除需额外供给脱附气体的热能，降低能源消耗。整体而言，本发明的VOC处理装置具有低建置成本、低耗能、易维护及高处理效率等优点，并可用于处理各种浓度的废气，也能处理同时含有多种VOC的废气，因此本发明确实能弥补公知VOC处理装置的不足。
附图说明
图1是本发明第一实施例的处理设备组成示意图。
图2是本发明第二实施例的处理设备组成示意图。
附图中主要组件符号说明：
吸/脱附塔10a、10b；进气端11a、11b；排气端12a、12b；废气供给管路20；控制阀21、22；吸附后气体排放管路30；吸附风车35；催化剂氧化处理单元40；第一管路41；控制阀411、412；第二管路42；第三管路43；第四管路44；控制阀441、442；热交换器50；冷气通道51；进气口511；排气口512；热气通道52；进气口521；排气口522；催化剂反应器60；进气口61；排气口62；进气单元70；排气单元80；脱附风车90；加热器100；氧化气体传感器110；控制器120；洒水器130；温度传感器140、140a、140b。
具体实施方式
请参考图1，在本发明的第一实施例中，一种VOC处理装置包括二吸/脱附塔10a、10b、一废气供给管路20、一吸附后气体排放管路30及一催化剂氧化处理单元40。
各该吸/脱附塔10a、10b具有一进气端11a、11b及一排气端12a、12b，吸附塔10a、10b内部填充有可吸附VOC的吸附材料，吸附材料的选择是依所需处理的VOC而定，常见的吸附材料包括但不限于活性碳及沸石。
该废气供给管路20是交替地连通于该些吸/脱附塔10a、10b的进气端11a、11b，废气供给管路20是供导引含有VOC的废气，令该吸/脱附塔10a、10b进行吸附作业，所述「吸附作业」是指VOC被吸附材料吸附的过程，所述「交替地连通于该些吸/脱附塔的进气端」是指废气供给管路在连通于其中一部分吸/脱附塔的进气端一段时间之后，会经过切换而改连通于另一部份吸/脱附塔的进气端一段时间。例如，废气供给管路20首先连通于吸/脱附塔10a的进气端11a，待吸/脱附塔10a即将或已达吸附饱和时，废气供给管路20经过切换而改为连通于吸/脱附塔10b的进气端11b，当吸/脱附塔10b即将或已达吸附饱和时，废气供给管路20又经过切换而连通于吸附塔10a。废气供给管路20可具有若干控制阀21、22而切换所连通的吸/脱附塔10a、10b。
该吸附后气体排放管路30是连通于与该废气供给管路20连通的吸/脱附塔10a、10b的排气端12a、12b，换句话说，废气供给管路20与吸附后气体排放管路30是连通于相同的吸/脱附塔10a、10b，前者连通于进气端11a、11b，而后者连通于排气端12a、12b，经吸附后气体排放管路30排出的废气已几乎不含VOC而可直接对外排出。为了将废气自废气供给管路20经由吸/脱附塔10a、10b导引至吸附后气体排放管路30，更可将一吸附风车35设于该吸附后气体排放管路30。
该催化剂氧化处理单元40是交替地连通于该些吸/脱附塔10a、10b以进行脱附作业，且废气供给管路20与催化剂氧化处理单元40不会同时连通于相同的吸/脱附塔10a、10b，亦即单一吸/脱附塔10a、10b不会同时进行吸附作业及脱附作业，所述「脱附作业」是指将VOC自吸附材料中脱附移除的过程。
该催化剂氧化处理单元40包括一热交换器50、一催化剂反应器60、一进气单元70、一排气单元80、一第一管路41、一第二管路42、一第三管路43及一第四管路44，该热交换器50具有一冷气通道51及一热气通道52，两者互不连通，冷气通道51内的气体可与热气通道52内的气体进行热交换，冷气通道51及热气通道52的路径并不以图式所示者为限。
该冷气通道51的一进气口511是由该第一管路41而与连通于催化剂氧化处理单元40的吸/脱附塔10a、10b的排气端12a、12b连通，第一管路41可具有若干控制阀411、412而切换所连通的吸/脱附塔10a、10b，该冷气通道51的一排气口512是由该第二管路42而与该催化剂反应器60的一进气口61连通，催化剂反应器60内部具有可促进VOC氧化的催化剂材料，所选用的催化剂材料依VOC种类而定，催化剂反应器60的一排气口62是由该第三管路43而与热气通道52的一进气口521连通，该热气通道52的一排气口522是由该第四管路44而与连通于催化剂氧化处理单元40的吸/脱附塔10a、10b的进气端11a、11b连通，第四管路44可具有若干控制阀441、442而切换所连通的吸/脱附塔10a、10b。为了让气体能在管路内流动，催化剂氧化处理单元40还可包括一脱附风车90设于第一至第四管路41-44其中之一，在本实施例中则是设于第一管路41。吸附、脱附风车35、90都是用以提供气体流动所需的气压差。
该进气单元70是连通于第一管路41而供导入催化剂反应器60所需的氧化气体，所述「氧化气体」是指可与VOC进行氧化还原反应的气态氧化剂，例如氧气，进气单元70所导入的氧化气体不一定是纯的氧化气体，也可以是含有氧化气体的混合气体，例如空气。该排气单元80是连通于该第四管路44而供排出管路内的少部分气体，剩余气体则经由第四管路44不断循环至吸/脱附塔10a、10b进行脱附。
工作时，废气供给管路20将含VOC废气导入其中一吸/脱附塔(以吸/脱附塔10a为例)进行吸附作业，吸附处理后的废气由吸附后气体排放管路30直接对外排出或进行后续处理，当吸/脱附塔10a即将或已达吸附饱和时，废气供给管路20改将含VOC废气导入另一吸/脱附塔10b继续进行脱附作业，而吸/脱附塔10a则改与催化剂氧化处理单元40连通并进行脱附作业，此时催化剂氧化处理单元40管路内的脱附气体将吸/脱附塔10a所吸附的VOC脱出，含VOC的脱附气体经由第一管路41导入热交换器50的冷气通道51，同时进气单元70补充氧化气体至含VOC脱附气体中，含VOC脱附气体在热交换器50预热后经第二管路42导入催化剂反应器60，VOC经催化剂氧化处理后转化为二氧化碳及水等无害的化合物，经催化剂处理后的气体再经由第三管路43导入热交换器50的热气通道52，此时高热的气体将热能交换给冷气通道51内的含VOC脱附气体，之后少部分气体经由排气单元80排出，其余气体作为脱附气体继续经由第四管路44循环至吸/脱附塔10a进行脱附作业。当吸/脱附塔10b吸附饱和后，再次进行切换使吸/脱附塔10a复又进行吸附作业，而吸/脱附塔10b则改进行脱附作业。由此，吸/脱附塔10a、10b不断交替切换进行吸附作业与脱附作业，处理后的气体大部分由吸附后气体排放管路30排出，少部分由排气单元80排出，VOC在本处理装置中可被有效地去除。
基于前述设计，本发明的吸/脱附塔及催化剂氧化处理单元的建置成本较低，容易操作、维护，且本发明善用VOC氧化后的余热在热交换器内对含有VOC的脱附气体进行预热，可以节省加热脱附气体所需的能源，最终也可有效地去除废气中的VOC。
在本较佳实施例中，催化剂氧化处理单元40还包括一加热器100设于该第二管路42，加热器100用来对已预先升温的脱附气体进一步加热至催化剂反应器60所需的工作温度，惟若脱附气体在热交换器50中已可升温至催化剂反应器60所需的工作温度，则该加热器100也可省略或不作用。
在本较佳实施例中，为了精准控制氧化气体的补充量，该催化剂氧化处理单元60还可包括一氧化气体传感器110及一控制器120，该氧化气体传感器110设于第四管路44而供感测管路内的氧化气体含量，该控制器120电性连接于进气单元70、排气单元80及氧化气体传感器110，且控制器120可根据氧化气体传感器110所感测的讯号而精准控制进气单元70的进气量，同时根据进气单元70的进气量而相应地控制排气单元80的排气量，亦即令补充至催化剂氧化处理单元40的流量与自催化剂氧化处理单元40排出的流量约略相等，使管路内部流量保持稳定，以利控制脱附作业的进行。
在本较佳实施例中，该催化剂氧化处理单元40还包括一洒水器130设于该第四管路44，该控制器120进一步电性连接该洒水器130。该洒水器130是用以补充水分至管路中以降低脱附气体的温度，否则若脱附气体温度过高，有可能使吸附材料失去活性或自燃。当然，如果第四管路44内的脱附气体可在第四管路44内迅速地自然散热而使吸附材料没有自燃的虞，则洒水器130也可以被省略或不作用。由于管路内补充了额外的水分，因此控制器120可进一步根据洒水器130的洒水量及进气单元70的进气量而相应地控制该排气单元80的排气量，使管路内的流量保持稳定。
在本较佳实施例中，为了精准地控制洒水器130的洒水量，催化剂氧化处理单元40还可包括一温度传感器140设于该第四管路44并位于该洒水器130与吸/脱附塔10a、10b之间而供感测管路内的气体温度，该控制器120电性连接于温度传感器140，并根据温度传感器140的讯号而控制洒水器130的洒水量，从而使脱附气体可被精准地降温至适当的工作温度。
在前述实施例中，进气单元70及氧化气体传感器110是分别连通或设于第一管路41及第四管路44，惟两者的位置是可进行调整的，例如在图2所示的第二实施例中，进气单元70改连通于第二管路42，而氧化气体传感器110则改设于第三管路43，如此也能实现两者的设计目的。此外，在第二实施例中，吸附风车35改设于废气供给管路20，而脱附风车90则改设于第四管路44，同样可驱使气体在让管路内流动。为了进一步确保吸/脱附塔10a、10b不致因高温脱附气体而自燃，于吸/脱附塔10a、10b进气端前方还额外设有二温度传感器140a、140b，当温度传感器140a、140b感测脱附气体温度过高时，可启动吸/脱附塔10a、10b内部的洒水器(图未示)以进行降温。
需说明的是，前述各实施例的VOC处理装置虽仅包含二吸/脱附塔，惟实际上可依需求额外增加吸/脱附塔，这些吸/脱附塔可分别进行吸附作业、脱附作业或静置；在气体流量足够的环境或其他适当条件下，多个吸/脱附塔可以同时进行吸附作业，同样的，多个吸/脱附塔也可以同时进行脱附作业。
最后，必须再次说明的是，本发明于前述实施例中所揭示的构成组件仅为举例说明，并非用来限制本发明的范围，其他等效组件的替代或变化，亦应为本发明的申请专利范围所涵盖。
Claims (8)
1.一种挥发性有机化合物处理装置，其特征是，包括：
至少二吸/脱附塔，各该吸/脱附塔具有一进气端及一排气端；
一废气供给管路，交替地连通于该些吸/脱附塔的进气端，令该吸/脱附塔进行吸附作业；
一吸附后气体排放管路，连通于与该废气供给管路连通的吸/脱附塔的排气端；以及
一催化剂氧化处理单元，交替地连通于该些吸/脱附塔以进行脱附作业，该废气供给管路及催化剂氧化处理单元两者并不同时连通于相同的吸/脱附塔，该催化剂氧化处理单元包括一热交换器、一催化剂反应器、一进气单元、一排气单元、一第一管路、一第二管路、一第三管路、一第四管路、一氧化气体传感器及一控制器，该热交换器具有一冷气通道及一热气通道，该冷气通道的一进气口是由该第一管路而与连通于催化剂氧化处理单元的吸/脱附塔的排气端连通，该冷气通道的一排气口由该第二管路而与该催化剂反应器的一进气口连通，该催化剂反应器的一排气口由该第三管路而与该热气通道的一进气口连通，该热气通道的一排气口由该第四管路而与连通于催化剂氧化处理单元的吸/脱附塔的进气端连通，该进气单元连通于第一或第二管路而供导入催化剂反应器所需的氧化气体，该排气单元连通于该第四管路而供排出管路内的部分气体，该氧化气体传感器设于第三或第四管路而供感测管路内的氧化气体含量，该控制器电性连接于该进气单元、该排气单元及该氧化气体传感器，且该控制器根据该氧化气体传感器所感测的讯号控制该进气单元的进气量，并根据该进气单元的进气量而相应地控制该排气单元的排气量。
2.根据权利要求1所述的挥发性有机化合物处理装置，其特征是，其中该催化剂氧化处理单元包括一加热器设于该第二管路。
3.根据权利要求1所述的挥发性有机化合物处理装置，其特征是，其中该催化剂氧化处理单元包括一洒水器设于该第四管路，该控制器电性连接于该洒水器，并根据该洒水器的洒水量及该进气单元的进气量而相应地控制该排气单元的排气量。
4.根据权利要求3所述的挥发性有机化合物处理装置，其特征是，其中该催化剂氧化处理单元包括一温度传感器设于该第四管路并位于该洒水器与吸/脱附塔之间而供感测管路内的气体温度，该控制器电性连接该温度传感器，并根据该温度传感器的讯号控制该洒水器的洒水量。
5.根据权利要求2所述的挥发性有机化合物处理装置，其特征是，其中该催化剂氧化处理单元包括一洒水器设于该第四管路，该控制器电性连接于该洒水器，并根据该洒水器的洒水量及该进气单元的进气量而相应地控制该排气单元的排气量。
6.根据权利要求5所述的挥发性有机化合物处理装置，其特征是，其中该催化剂氧化处理单元包括一温度传感器设于该第四管路并位于该洒水器与热交换器之间而供感测管路内的气体温度，该控制器电性连接该温度传感器，并根据该温度传感器的讯号控制该洒水器的洒水量。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的挥发性有机化合物处理装置，其特征是，其中该催化剂氧化处理单元包括一脱附风车设于第一至第四管路中其中一者。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的挥发性有机化合物处理装置，其特征是，包括一吸附风车设于该吸附后气体排放管路或该废气供给管路。
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