TW201427761A - 觸媒過濾設備及使用觸媒過濾設備之廢氣處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關一種觸媒過濾設備，包含：第一觸媒過濾器，包含設置在第一殼體中的多個第一管狀過濾元件；及第二觸媒過濾器，包含設置在第二殼體中多個第二管狀過濾元件，且與第一觸媒過濾器串聯。藉由串聯第一觸媒過濾器及第二觸媒過濾器，可提高處理風量與去除效率，而且由於分成兩個觸媒過濾器在更換老化觸媒上可以降低操作成本。

Description

觸媒過濾設備及使用觸媒過濾設備之廢氣處理方法
本發明係與廢氣處理設備有關，特別有關於觸媒過濾器。
已知具有脫氮功能的過濾設備，此種過濾設備可藉由單一過濾裝置去除由都市廢棄物、污泥或工廠廢棄物用之焚化爐、裂解爐(或碳化爐)、鍋爐、柴油機、玻璃爐、金屬熔煉爐、高溫爐體或反應器等產生的廢氣中之粉塵、揮發性有機化合物、硫氧化物(SOx)及氮氧化物(NOx)。已有報導此種過濾設備包括含有氧化鈦及氧化釩之觸媒纖維的過濾元件。
然而，單一過濾裝置具有處理風量不足、去除效率不佳及在更換老化觸媒之操作成本高昂等缺點。
有鑑於此，本發明人為改善並解決上述之缺失，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。
本發明之一目的，在於提供一種觸媒過濾設備，可處理含有粉塵、酸性廢氣(如氫氯酸、氫氟酸、硫氧化物等)、氮氧化物及戴奧(歐)辛的廢氣。藉由串聯多個觸媒過濾器，本發明之觸媒過濾設備可提高處理風量與去除效率，而且由於分成多個觸媒過濾器在更換老化觸媒上可以降低操作成本。
為了達成上述本發明之目的，本發明提供一種觸媒過濾設備，包含:第一觸媒過濾器，包含設置在第一殼體中的多個第一管狀過濾元件；及第二觸媒過濾器，包含設置在第二殼體中多個第二管狀過濾元件，且與第一觸媒過濾器串聯。
於本發明之一態樣，第一管狀過濾元件與第二管狀過濾元件皆包含多孔層及至少一具有觸媒粒子的基材。
於本發明之一態樣，多孔層的材料係陶瓷、聚四氟乙烯（PTFE）或金屬。
於本發明之一態樣，基材包含至少一材料選自由織布、不織布及陶瓷纖維布組成之族群。
於本發明之一態樣，觸媒粒子係藉由高分子黏著劑附著在基材的表面上。
於本發明之一態樣，高分子黏著劑包含至少一材料選自由聚四氟乙烯（PTFE）、氟化乙烯丙烯（FEP）、高分子量聚乙烯（HMW-PE）與高分子量聚丙烯（HMW-PP）、全氟丙烯酸酯（PFA）、聚偏氟乙烯（PVDF）、四氟乙烯-六氟乙烯-偏氟乙烯三聚合物（THV）及聚氯三氟乙烯（CFE）組成的族群。
於本發明之一態樣，觸媒粒子係埋置在基材中。
於本發明之一態樣，觸媒過濾設備更包含一選擇性觸媒還原器。
另外，本發明有關一種使用觸媒過濾設備之廢氣處理方法，係使廢氣通過上述觸媒過濾設備而處理該廢氣。於本發明之一態樣，廢氣包含粉塵與至少一揮發性有機化合物、硫氧化物、氮氧化物及戴奧(歐)辛。
10．．．觸媒過濾設備
12．．．第一觸媒過濾器
120．．．殼體
122．．．第一管狀過濾元件
14．．．第二觸媒過濾器
140．．．殼體
142．．．第二管狀過濾元件
16．．．管道
18．．．注入口
20．．．管狀過濾元件
22．．．多孔層
24．．．第一基材
26．．．污染物
36．．．第二基材
38．．．第三基材
40．．．基材
42．．．觸媒粒子
44．．．高分子黏著劑
50．．．管狀過濾元件
54．．．基材
56．．．污染物
58．．．觸媒粒子
60．．．焚化爐
62．．．管道
64．．．注入口
65．．．注入口
66．．．第一觸媒過濾器
68．．．第二觸媒過濾器
70．．．熱交換器
72．．．鼓風機
74．．．選擇性觸媒還原器
76．．．煙囪
第一圖係本發明之一實施例的觸媒過濾設備之示意圖。
第二圖係本發明之一實施例包含多孔層之管狀過濾元件的剖視示意圖。
第三圖係本發明之一實施例的管狀過濾元件的剖視示意圖。
第四圖係本發明之一實施例的觸媒粒子黏附在基材上的示意圖。
第五圖係本發明之一實施例的管狀過濾元件的示意圖。
第六圖係本發明之一實施例的觸媒過濾設備應用在焚化爐所產生的廢氣處理之示意圖。
第七圖係本發明之另一實施例的觸媒過濾設備應用在焚化爐所產生的廢氣處理之示意圖。
有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
請參照第一圖，第一圖係本發明之一實施例的觸媒過濾設備之示意圖。本實施例之觸媒過濾設備10，包含：第一觸媒過濾器12及第二觸媒過濾器14。第一觸媒過濾器12包含設置在第一殼體120中的多個第一管狀過濾元件122，第二觸媒過濾器14包含設置在第二殼體140中的多個第二管狀過濾元件142，且與第一觸媒過濾器12串聯。藉由串聯第一觸媒過濾器12及第二觸媒過濾器14，可提高處理風量與去除效率，而且由於分成兩個觸媒過濾器在更換老化觸媒上可以降低操作成本。
廢氣例如含有粉塵、揮發性有機化合物、氮氧化物、酸性廢氣(如氫氯酸、氫氟酸、硫氧化物等)及戴奧(歐)辛可通過管道16進入觸媒過濾設備10中。此外，用於還原氮氧化物的氨氣及鹼性吸收劑(如碳酸氫鈉粉末或氫氧化鈣粉末等)可由觸媒過濾設備10之氣體上游處的注入口18進入。
接著，請參照第二圖，第二圖係本發明之一實施例包含多孔層之管狀過濾元件的剖視示意圖。於此實施例，管狀過濾元件20包含多孔層22及具有觸媒粒子的基材24，且多孔層22係貼附在基材24上。此實施例中，多孔層22係位於基材24的上游側上，藉以使欲過濾的污染物26（例如粉塵粒子、氮氧化物）先接觸到多孔層22。為了保護基材24表面上或埋置在基材24中的觸媒避免遮蔽及毒化，先接觸到污染物26的多孔層22可阻擋極大部分的粉塵粒子，因此可避免粉塵粒子接觸到基材24表面上或埋置在基材24中的觸媒。多孔層22的材料並無特別限制，較佳例如陶瓷、PTFE或金屬。基材24包含至少一材料選自由織布、不織布及陶瓷纖維布組成之族群。
接著，請參照第三圖，第三圖係本發明之一實施例的管狀過濾元件的剖視示意圖。第三圖係擴大第二圖中管狀過濾元件的過濾能力。於此實施例，管狀過濾元件30包含多孔層22、第一基材24、第二基材36及第三基材38。此實施例中，多孔層22係位於第一基材24的上游側上，第一基材24鄰近第二基材36，第二基材36鄰近第三基材38。第一基材24具有第一型觸媒、第二基材36具有第二型觸媒及第三基材38具有第三型觸媒，第一、第二及第三型觸媒具有不同的功能。於此實施例，在同一基材也可具有不同型與功能的觸媒。多孔層22、第一基材24、第二基材36及第三基材38之間可以高分子黏著劑黏著固定。高分子黏著劑包含至少一材料選自由聚四氟乙烯（PTFE）、氟化乙烯丙烯（FEP）、高分子量聚乙烯（HMW-PE）與高分子量聚丙烯（HMW-PP）、全氟丙烯酸酯（PFA）、聚偏氟乙烯（PVDF）、四氟乙烯-六氟乙烯-偏氟乙烯三聚合物（THV）及聚氯三氟乙烯（CFE）組成的族群。
接著，請參照第四圖，第四圖係本發明之一實施例的觸媒粒子黏附在基材上的示意圖。觸媒粒子42係藉由高分子黏著劑44附著在基材40的表面上。高分子黏著劑包含至少一材料選自由聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、高分子量聚乙烯與高分子量聚丙烯、全氟丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-六氟乙烯-偏氟乙烯三聚合物及聚氯三氟乙烯組成的族群。
接著，請參照第五圖，第五圖係本發明之一實施例的管狀過濾元件的示意圖。與第四圖不同之處在於，此實施例之觸媒粒子58係埋置在基材54中。於此實施例，管狀過濾元件50包含多孔層22及其內埋置有觸媒粒子58的基材54，且多孔層22係貼附在基材54上。此實施例中，多孔層22係位於基材24的上游側上，藉以使欲過濾的污染物56（例如粉塵粒子、氮氧化物）先接觸到多孔層22。為了保護埋置在基材58中的觸媒粒子58避免遮蔽及毒化，先接觸到污染物56的多孔層22可阻擋極大部分的粉塵粒子，因此可避免粉塵粒子接觸到埋置在基材54中的觸媒粒子58。多孔層22的材料並無特別限制，較佳例如陶瓷、聚四氟乙烯（PTFE）或金屬。基材54包含至少一材料選自由織布、不織布、陶瓷纖維布組成之族群。
接著，請參照第六圖，第六圖係本發明之一實施例的觸媒過濾設備應用在焚化爐所產生的廢氣處理之示意圖。焚化爐600產生的煙道氣例如含有粉塵、氫氯酸、氫氟酸、硫氧化物、氮氧化物及戴奧(歐)辛通過管道602進入觸媒過濾設備。此外，用於還原氮氧化物的氨氣可由觸媒過濾設備之氣體上游處的注入口604，用於去除硫氧化物的鹼性吸收劑(如碳酸氫鈉粉末或氫氧化鈣粉末等)可由觸媒過濾設備之氣體上游處的注入口606進入。此實施例中的觸媒過濾設備包含串聯的第一觸媒過濾器610與第二觸媒過濾器620。
由於本發明的第一觸媒過濾器610與第二觸媒過濾器620中的過濾元件的材質與結構，可一併去除溫度為180至450℃含有粉塵、氫氯酸、氫氟酸、硫氧化物、氮氧化物及戴奧(歐)的廢氣，氮氧化物的去除率達95%、出口粉塵量小於3mg/Nm3、氫氯酸與氫氟酸的去除率為90~95%、硫氧化物的去除率為80~90%及戴奧(歐)去除率為99%。可視需要設置選擇性觸媒還原器630連接於第二觸媒過濾器620之後，以增加去除氮氧化物的效率。與包括靜電集塵器(ESP)、活性碳注入、二氧化硫水洗塔及需要再次加熱氣體的才能適用的選擇性觸媒還原器的廢氣處理技術相較，本發明的觸媒過濾設備明顯具有簡化流程及降低投資與操作成本的優勢。
而且，本實施例在熱管理上是有利的，選擇性觸媒還原器630的適當操作溫度大約在300℃，因此流出選擇性觸媒還原器630的出口煙道氣的溫度可降至100至120℃，所以可以加裝熱交換器640回收熱能。焚化爐600有時會添加如含硫份高的石油焦作為燃料，為了降低煙道氣中的二氧化硫，可以加裝二氧化硫水洗塔660，使用石灰石或海水與二氧化硫作用，以去除二氧化硫。此外，由於二氧化硫水洗塔660排煙脫硫適當的操作溫度係小於40℃，所以本實施例在管道626中設置噴水裝置650將進入二氧化硫水洗塔660前的煙道氣降溫至低於40℃以利後續操作。最後，流出二氧化硫水洗塔660的淨化空氣可經由管道628藉由鼓風機670抽出至煙囪680而排放至大氣中。
第七圖係本發明之另一實施例的觸媒過濾設備應用在焚化爐所產生的廢氣處理之示意圖。與第六圖所示實施例之差異在於，第一觸媒過濾器610與第二觸媒過濾器620之間加裝另一組氨氣注入口704與鹼性吸收劑注入口706以供注入氨氣與鹼性吸收劑，提高氮氧化物與硫氧化物的去除效率。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，非用以限定本發明之專利範圍，其他運用本發明之專利精神之等效變化，均應俱屬本發明之專利範圍。
10．．．觸媒過濾設備
12．．．第一觸媒過濾器
120．．．殼體
122．．．第一管狀過濾元件
14．．．第二觸媒過濾器
140．．．殼體
142．．．第二管狀過濾元件
16．．．管道
18．．．注入口

Claims (10)

  1. 一種觸媒過濾設備，包含:
    一第一觸媒過濾器，包含設置在第一殼體中的多個第一管狀過濾元件；及
    一第二觸媒過濾器，包含設置在第二殼體中的多個第二管狀過濾元件，且與該第一觸媒過濾器串聯。
  2. 如請求項1所述之觸媒過濾設備，其中該第一管狀過濾元件與該第二管狀過濾元件皆包含一多孔層及至少一具有觸媒粒子的基材。
  3. 如請求項2所述之觸媒過濾設備，其中該多孔層的材料係陶瓷、聚四氟乙烯或金屬。
  4. 如請求項2所述之觸媒過濾設備，其中該基材包含至少一材料選自由織布、不織布及陶瓷纖維布組成之族群。
  5. 如請求項2所述之觸媒過濾設備，其中該觸媒粒子係藉由高分子黏著劑附著在基材的表面上。
  6. 如請求項5所述之觸媒過濾設備，其中該高分子黏著劑包含至少一材料選自由聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、高分子量聚乙烯與高分子量聚丙烯、全氟丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-六氟乙烯-偏氟乙烯三聚合物及聚氯三氟乙烯組成的族群。
  7. 如請求項2所述之觸媒過濾設備，其中該觸媒粒子係埋置在基材中。
  8. 如請求項1所述之觸媒過濾設備，更包含一選擇性觸媒還原器。
  9. 一種使用觸媒過濾設備之廢氣處理方法，係使廢氣通過如請求項1之該觸媒過濾設備而處理該廢氣。
  10. 如請求項9所述之使用觸媒過濾設備之廢氣處理方法，其中該廢氣包含粉塵與至少一揮發性有機化合物、硫氧化物、氮氧化物及戴奧(歐)辛。
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