CN1167489C - 以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法 - Google Patents

Abstract

一种再生转轮式吸附处理系统的方法，是利用水以线上连续清洗的方法，将沉积于吸附剂表面或内部的高沸点有机物、聚合物及灰尘而产生的废水，是利用回收废热使产生废热分解的方法；在20℃-100℃以浸泡或喷洒的方式将吸附转轮再生的方法，而清洗所产生的废水，利用系统所产生的废热予以气化分解的方法；适用的吸附系统包括以沸石或活性炭为吸附剂的转轮浓缩器，及串联燃烧机或触媒焚化器的有机废气处理系统。

Description

以转轮式浓缩及热分解的废气 吸附系统的转轮再生方法

技术领域

本发明为一种再生串联有燃烧机的转轮浓缩机的废气处理系统的方法，主要是以具有高溶解力的水或溶剂清洗或萃取转轮表面，将阻塞于吸附剂表面或孔道内的高沸点有机物、聚合物或灰尘等以线上连续方式去除，以便吸附剂恢复吸附能力的再生方法，产生的废水，则利用系统的废热予以气化分解的方法。

背景技术

吸附法是产业上广泛用来做为排气处理的一种方法，利用吸附剂多孔的性质，可将产业排气中挥发牲有机气体、臭味或毒性气体产生物理或化学的吸附，而将之吸附于吸附剂的孔隙内，以达净化产业排气的目的。然而吸附剂在吸附饱和后，必须经由再生的程序，将充填于吸附剂内的被吸附质(例如挥发性有机分子、高沸点化学物质…等)去除，才可重复使用。目前工业上最常采用的方法可分为线上再生或线外再生两种方法，线上再生通常是利用蒸汽或加高温的情性气体将吸附于孔隙内的有机分子驱出，例如日本公开昭63-232823所揭示以蒸汽(110-175℃)脱吸附的方法，将吸附于活性碳内有机分子以蒸汽置换的方法脱出。又如英国专利Brit.1,546,437及德国专利Ger.offen 2,419,827号所揭示以高温(120-300℃)惰性气体，将吸附于活性碳内的被吸附质吹除；日本公开昭63-310636则教导以加热空气将吸附于沸石转轮内的有机物质去除的方法。线上再生的好处是可连续操作，且可避免繁杂的吸附剂装卸过程。唯此种再生方式对于高沸点的化学物质例如N-甲基-吡咯？酮(N-Methyl Pyrrolidone)、二甲亚砜(Dimethyl Sulfoxide)；乙醇胺(2-Aminoethanol)；乙二醇(Ethylene glycol)，则往往无法有效的移除，造成其残留于吸附剂的孔隙内或分解或聚合成寡聚物聚集于吸附剂表面，阻塞孔洞口，而影响吸附剂再吸附的能力；此外如有易分解的化学品如四甲基二硅铵(HMDS)，三甲基硅烷(Trimethylsilanol)等遇水汽则分解为氢氧化硅的固体，残留于吸附剂的表面而造成吸附剂的吸附能力逐渐下降而无法将产业排气有效处理至环保法规规定的排放标准之内，此时唯有更换吸附剂，或将吸附剂由吸附槽内退出，采线外以更高温(通常为300-1000℃)直接加热或以高温含氧气体(例如蒸汽、一氧化碳或氧…等)处理，将滞留于吸附剂孔隙内的高沸物质或聚合物烧除或分解，例如美国专利U.S.4,957,721；日本公开特许62-282639及63-156542…等所揭示的方法。此种方法虽可将滞留于吸附剂孔隙内的高沸点被吸附质有效的分解脱除，但往往易造成吸附剂孔洞结构的破坏而失去对特定物质的吸附能力，或因而劣化粉碎而损失。此外在吸附剂的装卸过程亦会有二次污染的问题存在。又如吸附系统是以转轮方式设计时，因限于转轮各吸附剂间周边封填物质的不耐高温特性，而必须将整个转轮解体成吸附剂原来的单元块状，焙烧再生后再行组合，非常的不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转轮式吸附浓缩系统的再生方法，其可解决上述方法的不足，而具有操作简便，系统再生能力强、效果好的优点。

本发明一种以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其是以25-100℃的水直接以线上连续的方法喷洒于转轮表面将沉积于转轮吸附剂表面或孔隙内的高沸点化学物质或寡聚体清洗、涤除以再生，其清洗的废液是回收系统的废热予以汽化，再加热分解的方法。

其中清洗的水是由再生区以喷嘴直接将水喷洒。

其中清洗水的方向是由净化侧往进气侧喷洒或由进气侧往净化侧喷洒，或由两侧同时喷洒的方法。

其中清洗的方式为以喷嘴连续自动喷洒或以人工喷洒的方式进行。

其中吸附系统是以转轮方式进行。

其中转轮表面含有的吸附剂包括沸石、活性碳、高分子树脂及层状土。

其中转轮吸附系统包括：直圆盘立式、卧式或圆柱式。

其中热分解系统是指燃烧机，氧化炉，蓄热式焚化炉或触媒焚炉。

其中清洗所产生的废水是直接排入废水处理池，或是委外处理的方法。

其中清洗所产生的废水的处理，是利用系统内热分解设备的废热，予以回收加热汽化，其温度范围在100-500℃之间。

其废水的汽化，是以热交换器，蒸发器或汽化器，回收废热进行。

其中废水的进料速度是控制在500Kg/Hr以下。

其中气化后废液是导回原有的热处理设备，予以热分解或于气化设备后遍，另加一触媒片触媒焚化器，予以氧化分解的方法。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例以及附图对本发明作一详细描述，其中：

图1a是本发明喷洒式再生系统图；

图1b是本发明喷洒式清洗系统图；

图1c是本发明喷洒式清洗系统侧视图；

图2是本发明浸泡式的再生系统图；

图3是本发明利用废热汽化热分解系统图。

具体实施方式

本发明方法特别适用于以转轮吸附浓缩串联燃烧机的废气处理系统，例如半导体业及TFT-LCD业所采用的有机废气处理系统。

为了改善现有转轮式吸附系统长期使用而受高沸点物质阻塞的缺点，亦有以一溶剂清洗或萃取的方法，以连续线上再生的方式将吸附能力已降低而无法以一般的蒸汽、热空气或惰性气体再生的吸附剂或吸附系统再生，以延长吸附剂的使用期限。唯清洗的过程，用水量稍高，而造成废水量略多的问题，本发明以20-100℃的热水清洗，以增加溶解度，并改善喷头清洗的位置，以增加清洗的效率，节省清洗水的用量。此外，产生的废水，则利用系统内后端连接的燃烧机组所产生的废热送回燃烧机焚化分解，或直接送入一小型的触媒焚化器加以分解。

本发明的特征即是以具有高溶解力的水，以喷嘴将混合溶剂或水在脱附操作之前，将吸附剂喷洒清洗，或是将清洗溶剂装于贮槽内，将吸附系统中某部分的吸附剂浸泡于其中，而使吸附剂的孔隙内的高沸有机物质、寡聚体或尘埃等妨碍吸附能力的物质溶解或涤除，本发明方法可采批式操作，亦可采连续操作。其中尤其是喷洒的方法特别适用于连续操作的吸附系统，例如转轮式的吸附浓缩系统，或流体化床吸附系统。在转轮式的吸附浓缩系统中，可在转轮再生区及(或)再生区的前端另外加设一清洗区。在清洗区内安设整排的喷嘴，将清洗溶剂喷洒于转轮内的吸附剂，而将其孔隙内的高沸有机质或寡聚体涤除，图1a即为此系统装置的示意图。图1b、图1c所示，即为一喷洒式清洗系统的简要说明，废气经由风车J送往转轮吸附区，再由风车经管线10送往烟囱H排放，另一气流则经由产业废气3，及热交换器加热器E至设定温度后，经由脱附再生用气体经由管线7至转轮再生区A，将吸附饱和的转轮再生，脱附出来的浓缩废气4则由以风机K送往热交换器D回收废热后经管线5至热分解炉G，加热分解，分解后的净化气体再经由管线6至热交换器D、E、F回收废热后经由管线9至烟囱H排放。当转轮的处理效益下降至法规设定值之下时，一清洗水经由13的补给水管以水泵M抽取至喷头喷洒，将转轮清洗再生。废液则收集于废液盘B内，并以水泵C经由管线11送往热交换器F加热汽化，汽化后的废液经管线12至脱附风车K前端与脱附出来的废气与4混合后，再送入分解炉G加热分解。如采取浸泡方式操作时，可在转轮的下半部设一溶剂贮槽，内部装有清洗液，每当转轮转动至下半部时即进行清洗(如图2所示)，将残留于吸附剂孔道内的高沸物质或寡聚物溶解，此即可将转轮内的吸附剂连续再生，为增加清洗的效益，可在槽内装设超音波清洗器，但由于本发明溶剂的清洗力已足够，添加超音波震荡的效果并不显著。另外，在进入再生区之前可加装另一辅助清洗喷头，可缩短清洗的时间，但不加此辅助喷头，亦可达相同的效果。

本发明所使用的溶剂主要是以水为主，亦可使用混合的溶剂。但由于N-甲基-吡咯酮，二甲基亚砜，乙醇胺等化合物均为高水溶性物质，添加其它溶剂并无特别好处，但如混合有不易水溶性的物质时，则以混合溶剂清洗较佳，可选用的溶剂包括醇及酮，溶剂的使用比例为水∶醇在1∶0至1∶99(摩尔比)之间；水与酮的比例则为1∶0至1∶99(摩尔比)之间，而以水∶醇在1∶0至1∶50，水∶酮在1∶0至1∶50之间最佳。溶剂的用量视吸附剂内残留的高沸点物质或聚合物的种类及含量不同而不同，一般而言每次清洗转轮的水用量以1-10吨为宜，其中最佳为每次3-8吨之间，水温以20-100℃之间，以40-80℃为宜。过多的水虽可提高吸附剂再生的能力，但并无特别效益。由于热水对于高沸点物质及寡聚物有极高的溶解力，经由本发明方法再生后的吸附剂，其吸附能力可恢复至原有吸附能力的90％以上，且吸附剂本身并无任何粉化或劣化损失，不需另行再补充吸附剂。清洗所产生的废液，则由转轮箱底打入一贮存榕内，以一泵打入汽化槽内，利用系统所产生的废热予以加热汽化，汽化后的气体导回燃烧机加热分解，或是另行加装一小型触媒分解装置N，使汽化后的有机成份直接与触媒接触、进行氧化分解如(图3)，分解后的废气经管线14至烟囱H排放出。此外，如亦可采清洗废水直接排放入废水槽，或运至他处再处理的方法。唯并无特别的好处。

本发明的优点是在低温下操作，即可达到使吸附剂再生的能力。使用本发明的再生方法进行吸附剂的再生时宜在室温-100℃间进行，而以室温40-80℃之间最佳，在80℃以上操作时，可略为缩短清洗的时间，本发明的另一优点是清洗溶剂可重复使用，清洗后的溶剂经收集滤除固体份后可循环使用，仅需做少量的补充即可。

本发明的另一特点是可以自动化方式间歇操作，在吸附系统处理后的尾气排放合乎环保规定的范围内时(吸附系统的进出口可设空气连续监测装置)，可按一般的吸、脱附操作，无须清洗操作，当监测系统显示空气排放浓度持续上升且接近环保法规的浓度时，清洗的喷嘴自动开启，进行清洗操作，使整个吸附系统及吸附剂再生，不但节省人力且可确保排气的品质。

本发明的最特别处是无废水排放，不会造成二次公害，将所产生的废水以泵入一热交换器中，利用系统所产生的废热进行热交换，使所产生的废水连续气化后，再导回系统原有的燃烧机或另以一小型触媒焚化器予以氧化分解排放，废水泵的速度以1Kg/Hr-500Kg/Hr为宜，其中以5-200Kg/Hr最佳，汽化的温度以100-600℃为宜，其中以200-500℃最佳。本发明方法的好处是充份利用废热，并不需另外消耗能源。

为方便了解本发明的优异性，下面举例特别说明本发明废气吸附处理系统再生方法的特性，同时亦与其他再生方法比较。各处理效果是取现产业目前使用吸附能力已下降至不符环保排气法规规定范围内的转轮浓缩及燃烧机废气处理系统，或是以组装设备至产业排气现场测试的结果。产业排放的废气是以至碳氢分析仪(THC-FID)等进行定性及定量二氧化硫及二氧化氮则以检知管检测。实施例内的处理效率依下式计算。下式诸例汉适用于本发明的代表特例，然而本发明的范围不限于此等实施例：处理效率，％＝(产业排的VOC浓度-处理后排气的VOC浓度)÷产业排气的VOC浓度×100％

实施例一

某产业废气组成内含二甲亚风0-15PPM，乙醇胺20-30PPM，N-甲基-吡咯酮1-10PPM，二甲基二硫醇0.5-10PPM，乙二醇5-20PPM，异丙醇20-200PPM，废气风量是55000立方米/小时，排气温度为25-40℃之间，目前是以一直径为3900mm厚度为400mm的沸石转轮吸附系统进行废气浓缩处理，吸附饱和的部分则以180℃的热空气连续将转轮脱附再生。经热空气吹出的浓缩气体其浓度约为进气浓度的十倍(渡缩倍数为10)，经导入一氧化分解炉，分解成二氧化碳及水。转轮浓缩器排放的净化废气组成经分析结果其初期处理效率为97％(以FID分析总碳氢化物)，经连续操作三个月后转轮的处理效率逐渐下降至89％，再以热空气再生，亦无法提升处理效率，氧化分解炉排气经分析结果保持在99-100％之间，经以本发明的方法以70℃的热水连续喷洒清洗4小时(如图1b)所示)，总用水量约4吨，每小时用水量为1吨，清洗后的废水导入一贮存槽，打入以20Kg/Hr的速度热交换器中，利用氧化炉排放废气的废热为热源进行热交换，使产生汽化，燃烧炉废气的温度为260℃，经热交换后下降为120℃。废水经汽化后出口温度为250℃，经导回脱附风机前端，后经1次热交换加温至500℃后进入氧化炉以732℃氧化分解为二氧化碳，二氧化硫，氧化氮及水。再生后的吸附处理所排放的净化废气组成经分析结果，处理效益回升为95％；以一泵二氧化硫＜20ppm，二氧化氮＜10ppm。

实施例二

某排放废气内含异丙醇30-500PPM；丙酮20-100PPM；二甲基硫醇2-15PPM；三甲基硅醇4-15PPM；甲苯约10PPM；四甲基二硅铵约20PPM；风量为34000立方米/小时，排气温度为45℃，经以一直径为2900mm厚度为350mm的沸石转轮进行浓缩处理，其后处理设备如实施例一。吸附饱和的沸石以温度为200℃的气体进行再生。转轮排放的净化气体经分析结果其初期处理效益为96％，经连续处理三个月后，其处理效益下降为73％，再以同样方法再生，亦无法提升处理效率。经以同实施例一的方法，仅将清洗溶剂改为水温40℃连续清洗1小时，溶剂总用量为1.6吨洗后的水经收集过滤及补充后，再清洗1小时，再以60℃清水先2小时，总用水量为5吨，收集的废水以10立方米/小时的空气携带气体，以5Kg/Hr的速度泵入一尾端加有贵金属氧化物触媒的热交换器，加热汽化为280℃的气体并直接与触媒接触将废气分解。结果再生后的吸附处理系统所排放的净化废气组成经分析结果处理效益回升为95％。

实施例三

如实施例一的废气组成，唯风量增加为68000立方米/小时，一直径为3650mm，厚度为40mm的转轮及一触媒焚化炉进行处理，吸附饱和的转轮以180℃进行再生，脱附出来的浓缩废气(浓缩十倍)则送入一触媒焚化炉以400℃氧化分解。

净化的废气经分析结果初期处理效率为96％，经连续操作二个月后，废气的处理效率下降为85％，经以80℃的水进行清洗再生2小时，总用水量为3吨。产生的废水，则以一泵直接以3Kg/Hr的速度加热汽化器，汽化后打入脱附风车的前端与脱附的浓缩气体混合后，再进入一次热交换器加热后进入触媒焚化炉氧化分解结果再生后，转轮吸附处理效益恢复至95％，触媒焚化炉的去除效益则为99％。

实施例四

如实施例二相同的废气组成及废气处理系统，唯废气风量改为80000立方米，以一直径为4250mm，厚45mm的沸石转轮进行浓缩处理，净化后气体直接排放，浓缩后废气则经热交换后，导入一氧化炉以730℃分解氧化，吸附饱和的转轮则以170℃进行再生，净化后排放的气体经分析结果初期处理效率为94％，经连续操作五个月后，处理效率下降至60％，继续以空气再生，亦无法提升处理效率。经以一水温度为50℃溶液喷洒清洗3小时，总用水量为7吨的水排除后，再以30-100℃的空气将转轮吹乾后，再进行废气的净化吸附处理，结果处理效率恢复为94％，废气内的硫氧化物为30ppm，氮氧化物含量小于40ppm，清洗后的废液经收集入贮槽内存放，另以一泵以250Kg/Hr的速度泵入一汽化器、使废液气化后，导入脱附风车后端，经送入一次热交换器，加热为470℃后，再送入燃烧机，以730℃分解。

比较例一

如实施例四完全相同的操作，仅改变再生的方法，将实施例四中吸附能力已下降为60％的沸石转轮以20℃水清洗五小时进行再生，总用水量为15吨，再进行废气净化处理，结果废气处理的效率回升至90％，但含有机废水待处理。

由实施例一至四的结果可知本发明方法的废气处理系统的再生方法，可有效的再生无法以一般脱附方法恢复吸附能力的吸附剂，且可直接线上操作，减少转轮装卸的困优，又无吸附剂粉化或劣化的现象，增加吸附剂的操作期限。此外，产生的废液可直接送回氧化炉(或燃烧机)加热分解，或是另外装一贵金属触媒接于汽化器(三次热交换气)后端，使废气直接氧化分解，无废水问题，无二次污染的问题。

Claims (13)

1.一种以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其是以25-100℃的水直接以线上连续的方法喷洒于转轮表面将沉积于转轮吸附剂表面或孔隙内的高沸点化学物质或寡聚体清洗、涤除以再生，其清洗的废液是回收系统的废热予以汽化，再加热分解的方法；或是清洗废液直接排放，或是运至他处，再处理的方法。

2.根据权利要求1所述的以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其中清洗的水是由再生区以喷嘴直接将水喷洒。

3.根据权利要求1所述的以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其中清洗水的方向是由净化侧往进气侧喷洒，或由进气侧往净化侧喷洒，或由两侧同时喷洒的方法。

4.根据权利要求1所述的以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其中清洗的方式为以喷嘴连续自动喷洒或以人工喷洒的方式进行。

5.根据权利要求1所述的以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其中吸附系统是以转轮方式进行。

6.根据权利要求5所述的以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其中转轮表面含有的吸附剂包括沸石、活性碳、高分子树脂及层状土。

7.根据权利要求5所述的以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其中转轮吸附系统包括：直立式、圆盘式、卧式或圆柱式。

8.根据权利要求1所述的以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其中热分解系统是指燃烧机、氧化炉、蓄热式焚化炉或触媒焚化炉。

9.根据权利要求1所述的以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其中清洗所产生的废水是直接排入废水处理池，或是委外处理的方法。

10.根据权利要求1所述的以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其中清洗所产生的废水的处理，是利用系统内热分解设备的废热，予以回收加热汽化，其温度范围在100-500℃之间。

11.根据权利要求10所述的以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其废水的汽化，是以热交换器，蒸发器或汽化器，回收废热进行。

12.根据权利要求10所述的以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其中废水的进料速度是控制在500Kg/Hr以下。

13.根据权利要求10所述的以转轮式浓缩及热分解的废气吸附系统的转轮再生方法，其特征在于，其中气化后废液是导回原有的热处理设备，予以热分解或于气化设备后端，另加一触媒片或触媒焚化器，予以氧化分解的方法。

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