TW202206169A - 廢氣處理系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於處理包括高達250 ppm之量之氨的廢氣之排氣系統，該系統包括：廢氣入口；氨儲存材料，其經配置以自該廢氣入口接收廢氣；氨氧化觸媒，其經配置在該氨儲存材料之所選擇部分的下游；及加熱裝置，用於在氣體傳送通過該氨儲存材料之該所選擇部分之前加熱該氣體以釋放經儲存在其中用於在該氨氧化觸媒上處理的氨，其中該系統經組態使得該氨儲存材料之該所選擇部分隨時間而改變。本發明進一步係關於一種包括該排氣系統之牲畜舍以及一種處理含有氨之氣體的方法。

Description

廢氣處理系統
本發明係關於一種用於處理廢氣且特定而言用於處理包括待需處理的相對低濃度之氨的廢氣之系統及方法。該系統對於處理自牲畜舍產生的處於低濃度及可變濃度下之氨排放物係尤其有用的。
動物通常飼養在諸如畜舍、欄舍或棚(一般而言「舍」)之相對小空間中。此受限空間可能潛在地導致裝納牲畜之空間之所含氣體環境中污染物之非所期望高之濃度。典型污染物包含NH3 、VOC、甲烷、H2 S、生物氣溶膠(諸如可能由飼料及糞便顆粒引起且可能包含細菌之有機微粒或無機微粒)及諸如此類。因此，畜舍內之空氣品質係動物及工人健康之關注點。此外，通風至外部之排放物可能導致若干問題且可能遭受排放限制。
舉例而言，在家禽飼養中，要求家禽呼吸空氣中之NH3 應限制為25 ppm (US之OSHA)。雖然此係可達成的，但濃度高達50 ppm至200 ppm亦係已知的。排放物通常並非恆定的並且會隨動物之數目、年齡及活動而增加(VDI 4255第2部分)。
對於動物養殖，畜舍/舍中之空氣交換速率取決於外部溫度。在夏季，交換速率可係高的，而在較冷時，交換速率通常極低以避免產生過多可能影響動物健康之氣流。低空氣交換速率會使動物/工人呼吸之空氣中之污染物濃度惡化。
目前尤其關注的係，降低畜舍內部之污染物濃度且亦將污染物排放至外部。最小化此等有機及無機空氣污染物之當前最新技術水準依賴於具有相關聯高投資成本之洗滌器及生物過濾器系統。在操作中，使用了相對高體積之淡水，且因此獲得了高體積之有機污染之灰水。
CN11113567闡述一種吸附劑材料旋轉床以便在不浪費未使用之吸附劑的情況下較佳地使整個床飽和。一旦吸附劑材料飽和便將其摒棄並進行替換。
EP 2581127 A1係關於一種空氣淨化之方法，藉由該方法，污染物(較佳地VOC)藉助於UV輻射(較佳地藉助於光氧化)而分解，並且殘留污染物可由觸媒轉化器氧化。
EP 1930065係關於一種用於VOC氣體的包含兩個或更多個處理單元之處理總成。
KR 20180035351係關於一種氨移除設備及方法。
DE 202006002505係關於一種用於清潔經VOC污染之廢氣流之緊湊系統，其應用適合於低排放濃度及高排放濃度兩者。
KR 20130052393係關於一種節能揮發性有機化合物移除裝置及使用其之揮發性有機化合物移除方法。
KR 20120082163係關於一種用於處理同時含有氣味及諸如揮發性有機化合物之污染物之廢氣之方法。
因此，可期望，提供一種用於處理此等廢氣之經改良系統及方法，及/或解決與先前技術相關聯的問題中之至少某些問題，或者至少提供一種商業上可行之替代方案。特定而言，本發明之目標係，直接在氣相中達成氨之觸媒破壞，以便使空氣再循環回至內部或通風至外部。
根據第一態樣，提供一種用於處理包括高達250 ppm之量之氨的廢氣之排氣系統，該系統包括： 廢氣入口； 氨儲存材料，其經配置以自該廢氣入口接收廢氣； 氨氧化觸媒，其配置在該氨儲存材料之所選擇部分之下游；及 加熱裝置，其用於在氣體傳送通過該氨儲存材料之該所選擇部分之前加熱該氣體以釋放儲存在其中用於在該氨氧化觸媒上處理之氨， 其中該系統經組態使得該氨儲存材料之該所選擇部分隨時間而改變。
現將進一步闡述本發明。在以下段落中，更詳細地定義了本發明之不同態樣。如此定義之每一態樣可與任一其他態樣或若干態樣組合，除非明確指示為相反。特定而言，指示為係較佳的或有利的之任一特徵可與指示為係較佳的或有利的之任一其他特徵或若干特徵組合。
以下論述尤其集中於處理來自家禽舍(包含雞舍)之氨，但應瞭解，本發明同樣適用於其他牲畜環境(諸如豬舍)以及待需處理的低濃度之氨所處於之其他情況。
本發明允許在氣相中對氨進行直接觸媒處理。特定而言，本發明提供直接在氣相中處理低濃度下及低溫下之氨，而不像在洗滌器或生物過濾器系統中那般使用液相。低溫觸媒氣體處理系統可僅使用風扇及氣體加熱器之電力操作，並且除了所消耗吸附劑材料或觸媒之外沒有任何持續產生之副產物。
藉助觸媒對低溫廢氣進行直接處理趨向於具有低轉化效率。已知觸媒趨向於在遠高於環境溫度之溫度下更有效地操作。為了使加熱廢氣之能量輸入有效，不期望處理大體積之具有低氨污染濃度水準之廢氣。發明者現已發現，本文中所闡述之系統及方法克服了此等問題。特定而言，待處理之氨之濃度可顯著增加，使得經加熱觸媒僅需處理較小體積之富含污染物之廢氣。
發明者已發現，他們可應用汽車排氣領域中所普遍使用之技術(諸如氨氧化觸媒及氨儲存床)來處理低水準排氣濃度。此系統對於處理在低溫下(諸如在或大約在環境溫度下)及在低濃度下(甚至低至數十ppm)所提供之氣體尤其有利。由於可使用已在大規模生產上可用之現有已知部件，因此可顯著降低本文中所闡述之系統之生產成本。
而且，該系統准許待在觸媒上處理之氨之連續流動，儘管所產生之水準存在自然變化。
本發明係關於一種用於處理包括氨之廢氣之排氣系統。廢氣係待排放或排出之氣體。在本發明之內容脈絡中，該廢氣係含有氨堆積之氣體，該氣體待需處理以確保排放限制得到滿足或者確保內部環境鑒於健康及安全考量而保持在可容忍水準下。在牲畜舍(舉例而言，家禽舍或豬舍)之內容脈絡中，該廢氣係該舍內的含有由動物產生之氨之空氣，該氨被帶出舍以在本文中所闡述之廢氣系統內處理，或者排放至外部或再循環至舍環境中。
該排氣系統係用於處理包括高達250 ppm之量之氨的廢氣。較佳地，該廢氣包括自1 ppm至50 ppm氨，較佳地5 ppm至30 ppm且最佳地10 ppm至25 ppm氨。亦即，該系統較佳地用於處理包括此量之氨之廢氣。如上所述，家禽舍中之氨水準被限於不超出20 ppm，因此自此等舍排出之氣體將具有待需處理的小於20 ppm之氨。本裝置及設備提供一種用以處理此低位準之氨之高效方法。
氨之ppm濃度當然會由於氨之天然源而波動。上文濃度範圍係廢氣系統運行週期中之平均濃度，系統所需之任何啟動或預熱週期被排除在外。
較佳地，該系統包括一或多個風扇以經由該系統推送或抽吸氣體。此風扇之組態將取決於待處理之大氣中所需之所期望空氣交換速率。有利地，整個系統可由單個風扇驅動。
該系統包括廢氣入口。此廢氣入口將係用於提供廢氣流(源氣體)之進氣口。該氣體入口提供待處理之該廢氣。該廢氣取自含有待處理之氨之環境，諸如牲畜舍環境。該廢氣可用風扇吸入入口中，並且通常涉及例如牲畜舍空氣處置系統內之習用進氣口。
該氣體入口將提供處於源氣體之環境溫度下之氣體。在牲畜舍之內容脈絡中，此環境溫度通常將係10℃至40℃。較佳地，進入該系統之該廢氣係處於環境溫度下。較佳地，該廢氣將處於5℃至60℃下，較佳地處於5℃至50℃下，更佳地10℃至40℃且最佳地20℃至30℃。可利用加熱及/或冷卻來控制舍中該環境空氣之該溫度。一般而言，對於某些動物，可能不必在冬季提供加熱。
該系統包括氨儲存材料，其經配置以自該廢氣入口接收廢氣。較佳地，該氨儲存材料包括沸石或活性碳，諸如活性炭。適合氨儲存材料在汽車廢氣處理系統之領域中係眾所周知的。
沸石由重複的SiO4 、AlO4 、舉例而言以環連結在一起之四面體單元構造，以形成具有規則晶體內模腔及分子尺寸之通道的框架。四面體單元(環部件)之特定配置產生沸石之框架，並且按慣例，每一獨特框架由國際沸石協會(IZA)指派一個獨特三字母代碼(例如，「CHA」)。沸石亦可按孔隙大小分類，例如沸石之框架中存在之四面體原子之最大數目。如本文中所定義，諸如CHA之「小孔隙」分子篩含有八個四面體原子之最大環大小，而例如MFI之「中等孔隙」分子篩含有十個四面體原子之最大環大小；且諸如BEA之「大孔隙」分子篩含有十二個四面體原子之最大環大小。
用於儲存氨之最佳沸石係小孔隙沸石。小孔隙沸石對氨具更多選擇性且因此當存在其他氣態物種時可減少氨儲存之競爭。較佳地，小孔隙沸石具有選自由AEI、AFT、AFV、AFX、AVL、CHA、EMT、GME、KFI、LEV、LTN及SFW (包含其兩個或更多個之混合物)組成之群組之框架結構。尤佳地，該沸石具有CHA或AEI型框架結構。
沸石可係其H+-形式或者可裝載有金屬(舉例而言，與金屬進行離子交換)。銅及/或鐵裝載係尤佳的。在採用經金屬裝載之沸石的情況下，沸石可具有在1wt%至6wt%、較佳地3wt%至5.5wt%且最佳地約4wt%之範圍中之金屬載量。
此等吸附劑材料用於在正常流動條件下累積待儲存之材料，但當加熱時會釋放所儲存材料。以此方式，氨被濃縮在固體儲存材料上，之後以更濃縮形式釋放至氣相中。
較佳地，氨儲存材料可安置在適合基板(諸如蜂巢狀獨塊體)、波紋狀基板(諸如波紋狀玻璃紙或石英纖維片)或板上。另一選擇係，吸附劑材料(儲存材料)自身可以獨塊體之形式或者以細粒或珠粒形式擠出。舉例而言，吸附劑材料可包括吸附劑珠粒材料之填充床。吸附劑材料之性質將取決於系統之背壓要求。
最佳地，氨儲存材料包括一或多個沸石或活性碳。較佳地，吸附劑材料包括兩個或更多個沸石之混合物。可在儲存材料之不同區域中以具有不同沸石之經分區組態提供此等吸附劑材料。
在一項實施例中，該氨儲存材料可具備適合於儲存揮發性有機化合物(VOC)之材料及/或適合於儲存甲烷之材料。VOC或甲烷之儲存及處理可允許牲畜舍之氣味得以改善，並且避免任何相關聯健康風險。
揮發性有機化合物及甲烷亦可存在於牲畜舍環境中，自動物或動物之環境(包含飼料及墊料)釋放。如ISO 16000-6中所述，VOC由WHO定義，如其沸點在自(50℃至100℃)至(240℃至260℃)範圍中的對應於具有在25℃下大於102 kPa之飽和蒸汽壓力之任何有機化合物。VOC包含醇類、醛類、胺類、酯類、醚類、烴類(高達約C10)、酮類、含氮化合物、酚類、吲哚類及其他芳香族化合物、萜烯類及含硫化合物。此等VOC論述於Blanes-Vidal等人發表於Atmospheric Environment 43 (2009) 2997-3005之「characterisation of odour released during handling of swine slurry：第I部分 Relationship between odorants and perceived odour concentrations」中，其內容以引用方式併入本文中。
適合於儲存揮發性有機化合物(VOC)之材料可係與用於儲存氨之材料相同，或者可提供對於VOC比對於氨具有更佳儲存效能之又一材料。舉例而言，用於儲存VOC之適合材料將係中等孔隙沸石或大孔隙沸石。因此，可提供(以經混合組態、經分區組態或經分層組態)小孔隙沸石(對於氨)與中等/大孔隙沸石(對於VOC)之混合物。較佳大孔隙沸石之實例包含沸石Y及β。在此等實施例中，VOC將在相同時間釋放並用相同氧化觸媒分解。此可能需要比單獨用於氨高之觸媒溫度。
因此，在較佳實施例中，氨儲存材料係與VOC儲存材料一起提供，其中氨儲存材料包括小孔隙沸石，且其中VOC儲存材料包括中等孔隙沸石或大孔隙沸石。較佳地，氨儲存材料及VOC儲存材料係提供作為混合物，或係提供於不同區帶中，或係以層提供。對於經分區組態，一種材料將在另一種材料上游。
適合於儲存甲烷之材料可包括金屬有機框架材料。氨儲存材料可係與甲烷儲存材料及/或VOC儲存材料一起提供。
該系統包括氨氧化觸媒，其經配置在該氨儲存材料之該所選擇部分的下游(亦即，接收經加熱氣體以造成氨之解除吸附的該氨儲存材料之該部分的下游)。已知供在氨氧化觸媒中使用之材料係眾所周知的，且在此處將係適合的。舉例而言，該觸媒可包括一或多個PGM且可具有經分層組態或經分區組態。若期望單獨觸媒處理來自處理氨所需之觸媒的VOC，及/或若期望單獨觸媒處理來自處理氨所需之觸媒的甲烷，則經分區及經分層實施例(較佳地在單個基板上)可係較佳的。
因此，本發明係尤其有效的，此乃因如本文中所闡述之觸媒可用於將氨基本上轉化成氮氣(N2 )及水(H2 O)。相比而言，諸如基於藉助臭氧及光解之UV氧化的VOC氧化的已知系統導致排氣流中存在之任何氮的完全氧化，此會導致有害氮氧化物(NOx )之產生(使用本發明系統有利地避免此)。
因此，較佳地，排氣系統不包括光反應器、用於產生UV光之構件或用於產生臭氧之構件。由此，較佳地，該方法不包括光解或臭氧分解(亦即供應用於物種之氧化之臭氧)。
該系統包括加熱裝置，其用於在氣體傳送通過該氨儲存材料之該所選擇部分之前加熱該氣體以釋放儲存在其中用於在該氨氧化觸媒上處理之氨。存在下文所論述之若干特定加熱器組態，但主要考量的係，該加熱器應提供熱氣體流以傳送通過氨儲存材料並釋放所累積氨。該加熱器經組態以僅加熱通過所選擇部分之氣體，因此僅在彼部分上釋放氨。亦即，未傳送通過該氨儲存材料之該所選擇部分之廢氣不由該加熱器加熱且因此保持在環境溫度下。此意指在通過該氨儲存材料之經加熱氣體流中可以較高濃度釋放顯著量之氨。此會增加處理效率。
本發明之一個益處在於在該氨儲存材料中達成之可釋放儲存准許氨之濃縮。較佳地，傳送至觸媒之氨之濃度比初始廢氣大至少2倍，較佳地大至少5倍且更佳地大至少10倍，仍更佳地大至少20倍。在儲存氨及VOC之實施例中，亦將同時釋放此等氨及VOC。
較佳地，該氨儲存材料之該所選擇部分將係最多50%之該氨儲存材料。然而，較佳地，該所選擇部分將係自1%至15%、較佳地5%至10%之該氨儲存材料。當該氨儲存材料係如下文所論述之旋轉吸附劑床時，該所選擇部分將係自中心軸線延伸之扇區。該所選擇部分之大小判定排放氨之該氨儲存材料與充入氨之部分的比例；較佳地，充入氨之氨儲存材料比排放氨之氨儲存材料多至少5倍。
較佳地，該加熱裝置經組態以在該氣體傳送通過該氨儲存材料之該所選擇部分之前將該氣體加熱至自50℃至300℃、較佳地100℃至250℃且最佳地150℃至200℃之溫度。目標溫度將取決於自氨儲存材料下游釋放所儲存氨所需之熱。
該加熱器意欲僅加熱該所選擇部分，使得該氨儲存材料之剩餘部分可繼續自氣體流產生氨。正被加熱之空氣可自該廢氣入口、自如下文所論述之經再循環空氣管道或者自取自新鮮空氣入口之新鮮空氣獲得。吸入新鮮空氣係有利的，此乃因此會避免污染物與熱源接觸。舉例而言，若使用電感應加熱器，則此在使用期間可能會因空氣傳播之污染物而降級。
在該加熱裝置之一個組態中，該加熱裝置位於該廢氣入口與該氨儲存材料之間。因此，最簡單組態將係準備經配置以加熱傳送氣體流之電阻加熱器線圈，其中該線圈經配置以僅加熱傳送至該所選擇部分上之氣體。此加熱器可係如上文所提及之電加熱器或者可基於燃料之燃燒。較佳地，該加熱器係氣體燃燒器，較佳地丙烷燃燒器、天然氣燃燒器或生物氣體燃燒器。此等燃燒器對於諸如牲畜舍之位置係尤其有用的，此乃因此等場所趨向於存在丙烷及諸如此類之可用供應。在一項實施例中，丙烷可與自該氨氧化觸媒之下游之出口再循環之氣體一起作為燃燒之氧源供應。此後燃器用於進一步淨化被處理之氣體。
在另一組態中，該加熱裝置可位於該氨儲存材料與該氨氧化觸媒之間，且其中該系統進一步包括用於將在該氨氧化觸媒上處理之該氣體之至少一部分再循環至該氨儲存材料之該所選擇部分之上游的管道。亦即，該系統可將傳送出該氨氧化觸媒之氣體中之某些者再循環至該氨儲存材料之該所選擇部分之上游之位置，以提供經加熱氣體流。
另一選擇係，該加熱裝置可係熱交換器，其經配置以自該氨氧化觸媒之下游之氣體回收熱。在此實施例中，傳送出該氨氧化觸媒之氣體沒有被物理地再循環，但其熱由熱交換器回收並用於加熱傳送至該氨儲存材料之該所選擇部分之氣體之一部分。藉由使用此熱交換器，發明者已發現，在該氨儲存材料之該所選擇部分之上游無需又一加熱器，使得較佳地，在該氨儲存材料之該所選擇部分之上游不存在又一加熱器。儘管如此，可能較佳的係，第二加熱裝置位於該氨儲存材料與該氨氧化觸媒之間且經組態以將傳送至該氨氧化觸媒之氣體加熱至200℃至300℃。
該系統經組態使得該氨儲存材料之該所選擇部分隨時間而改變。此意指存在該氨儲存材料之一個部分正在排放氨，而該氨儲存材料之剩餘部分(一或多個其他部分)正被充入氨。由於該所選擇部分隨時間而改變，因此每一部分在充入氨時將具有第一時間週期且在排放氨時將具有第二時間週期。
當然，應瞭解，當系統在操作中時，請考慮上文組態，而在啟動期間或在某些條件下，可能需要所有該氨儲存材料皆儲存氨(亦即，該加熱器不用於加熱傳送至該所選擇部分之氣體)使得存在待處理之足夠量。
可設想該系統之各種組態，藉此該氨儲存材料之該所選擇部分隨時間而改變。在每一例項中，該所選擇部分需要相對於經加熱氣體之供應源及相對於配置在該氨儲存材料之該所選擇部分之下游之該氨氧化觸媒而移動(兩者必須一起移動，使得該經加熱氣體自該儲存材料將氨解除吸附，接著由觸媒進行處理)。在給定管道系統之複雜性及氨儲存材料(諸如吸附劑床)之簡單性的情況下，一般而言移動該氨存儲材料係最恰當的。
允許該氨儲存材料之該所選擇部分隨時間而改變之尤佳配置係將該氨儲存材料組態為旋轉吸附劑床。亦即，較佳地，該氨儲存材料設置在吸附劑床內，該吸附劑床經配置以旋轉，使得在使用中，該氨儲存材料之不同部分各自與經加熱氣體依次接觸。
對於旋轉吸附劑床，該床可較佳地經組態以依恆定速率連續旋轉。另一選擇係，該床可經組態以依預設、較佳地均勻間隔逐步旋轉(「轉筒」類型組態)。連續旋轉係較佳的，此乃因此會避免氨釋放及氧化之任何步驟並且乃因此會減少對系統組件之磨損。在任一旋轉組態中，典型旋轉速率將在每小時0.5次至4次旋轉、較佳地每小時約1次旋轉之範圍中。適合旋轉速率將取決於廢氣中之氨水準及床之大小並可根據具體應用進行調諧。主要考量係，輪需要以足夠慢速率旋轉使得在再次加熱以便進行氨釋放之前冷卻氨以有效儲存氨。事實上，可回應於廢氣中之氨水準而動態地改變旋轉速率。舉例而言，在來自牲畜舍之氨水準通常會下降之晚上，輪可更慢地旋轉，而舉例而言在系統可自太陽能受益之白天，輪會加速。若需要，亦可將加熱器關閉一段時間以允許儲存材料中之氨水準增加。
較佳地，該系統在該氨儲存材料之剩餘部分之下游(亦即，並非該所選擇部分之下游)進一步包括一或多個氨感測器，以判定氨裝載狀態。此可用於控制旋轉速率以確保在氨儲存材料變得過滿之前對氨儲存材料進行排出。術語「氨感測器」意指能夠提供氨裝載水準之指示之任何感測器。較佳感測器係汽車NOx 感測器，此乃因此等感測器並不昂貴並且乃因該等感測器不能在NH3 與NOx 之間進行區分(亦即，在僅存在NH3 的情況下，NOx 感測器之輸出給予NH3 水準之指示)。此等感測器在此項技術中係眾所周知的。
對於旋轉吸附劑床，較佳床大小係如此：其直徑係自10 cm至600 cm、較佳地100 cm至450 cm、更佳地200 cm至400 cm，舉例而言300 cm。較佳地，該吸附劑床具有5 cm至50 cm、較佳地10 cm至20 cm之深度。如將瞭解，該等旋轉床可因此具有顯著氨儲存能力。輪之大小可取決於若干因素(舉例而言，氨之量(較大動物將產生較高量)及所產生背壓(其自身將取決於多種因素，例如吸附劑深度、風扇大小))而按比例縮小或放大。輪大小之主要因素係壓力降要求，其中較大輪大小准許較低壓力降要求，此意味著驅動風扇所需之功率較小，相關聯能量成本較低。2 m至4 m之輪大小可准許壓力降低至2毫巴或甚至1毫巴。
經由系統之氣體流動速率預期會在100 km3 /h至300 km3 /h (諸如約200 km3 /h)之範圍中達到峰值，其中在夏季所需之速率比在冬季快。
如可自旋轉吸附劑床所瞭解，床將具有在環境溫度下自例如家禽舍接收來環境空氣之一部分。床之此部分將高效地儲存氨。接收經加熱氣體之該所選擇部分將處於如上文所提及之經升高溫度(諸如150℃)下。然而，剛剛旋轉離開經加熱氣體源之一部分將需要花費時間來冷卻至環境溫度。在此週期期間，氨逃逸之風險會增加。
較佳地，該系統包括用於用環境空氣供應源來冷卻該氨儲存材料之先前被加熱部分之構件。該環境空氣可係例如來自牲畜舍之環境廢氣。在某些實施例中，較佳地，該環境空氣係環境新鮮空氣。在尤佳實施例中，環境空氣供應源可與熱交換器耦合以允許使用系統中別處回收之熱。亦即，來自該氨儲存材料之該先前加熱部分之熱可經由使用接著經進一步加熱之環境空氣流而回收，較佳地使用經配置以自如本文中所闡述之氨氧化觸媒之下游之氣體回收熱的熱交換器，以便提供傳送通過該氨儲存材料之該所選擇部分之該經加熱氣體(亦即單獨氣體流)。較佳地，該氨儲存材料之該先前加熱部分用與經由該氨儲存材料之氣體之正常方向相反之流動來冷卻。此意指氣體流避免了任何氨逃逸，此乃因任何氨被帶回冷卻氨儲存材料之上游並且保留在環境溫度氨儲存材料上或者作為經加熱氣體傳送通過該所選擇部分(取決於組態)。
同樣地，可將即將成為所選擇部分之該吸附劑床的一部分預加熱至高達一定溫度。此可有利地藉由將經加熱氣體之殘餘流轉向通過吸附劑床之此部分或者藉由使用熱交換器在製程中別處使用次級熱源進行預加熱來達成。較佳地，該系統包括用於輸送來自該氨儲存材料之先前被加熱部分之氣體以預加熱該氨儲存材料之即將被加熱部分的構件。離開該氨儲存材料之該即將被加熱部分的氣體可會使氨逃逸，因此合意地，此氣體然後經進一步加熱(加熱器或熱交換器)並被輸送至該所選擇部分之上游以提供所需經加熱氣體流。已發現，此預加熱提供用於在該排氣系統內使熱再循環及改良總體效率之有效構件。舉例而言，熱係自氨儲存材料之先前被加熱部分再循環至即將被加熱部分，且用以傳送此熱之氣體連同在預加熱即將處理之部分及氨逃逸之後的任何殘餘熱一起可接著經由熱交換器進行加熱，該熱交換器經配置以自該氨氧化觸媒之下游的氣體回收熱。如本文中所闡述，該經加熱氣體然後被傳送通過該氨儲存材料之該所選擇部分。
該旋轉吸附劑床可包括複數個包括該氨儲存材料之嵌件。此意指可採用的適合氨儲存材料係自汽車工業已知之類型的彼等氨儲存材料，從而節省成本並降低複雜性。在此實施例中，複數個嵌件將被可釋放地固持在支撐框架結構中，以便在最小化繞過儲存材料之任何氣體的同時，提供用於廢氣傳送通過的儲存材料。
較佳地，該系統進一步在該廢氣入口與該氨儲存材料之間包括一或多個材料過濾器。亦即，該系統包括過濾器以對可能影響下游排氣系統之效能的物質執行初始篩選。當處理來自家禽舍之空氣時，此材料過濾器可用於移除所挾帶之羽毛、絨毛、稻草、灰塵及諸如此類。
較佳地，該系統在該氨儲存材料之上游包括H2 S吸附劑材料及/或砷吸附劑材料。該氨儲存材料或該氨氧化觸媒之硫或砷毒化將導致系統效能下降，因此期望在該系統內於上游單獨擷取此毒化。較佳地，該系統進一步包括用於複數個吸附劑床之上游之其他污染物的一或多種吸附劑材料，其中該其他污染物係選自SO2 、SO3 、Hg及Cl中之一或多者。Hg和Cl分別意指任何合適之含汞物種及含氯物種。可期望移除此等污染物以便確保一或多個觸媒不會被毒化。
如上所述，將選擇該氨儲存材料以在環境溫度下儲存所接收廢氣之氨。為了釋放該氨儲存材料中所儲存之氨，傳送通過該氨儲存材料之該所選擇部分之氣體的溫度會被增加。用於刺激氨釋放之適合溫度可係在如上文所論述之約150℃的範圍中。然而，此可能並非用於操作該氨氧化觸媒之最佳溫度。因此，該系統可進一步包括位於該氨儲存材料與該氨氧化觸媒之間的第二加熱裝置，且較佳地該第二加熱裝置經組態以將傳送至該氨氧化觸媒之氣體加熱至200℃至300℃。
此係尤其有利的，此乃因氨之氧化自身係放熱的。因此，該第二加熱器可僅需要在氨氧化觸媒冷卻至最佳作業溫度以下時間歇地啟動該氨氧化觸媒。採用此方法比將傳送通過該氨儲存材料之該所選擇部分之所有氣體簡單地加熱至觸媒所需之溫度更有效，此乃因氨可在低得多之溫度下釋放。
本文中所闡述之過濾器、吸附劑床或觸媒中之一或多者可包括銅。已知銅具有抗病毒效應。因此，系統中與廢氣接觸之銅的存在可具有抗病毒效應，此可減少病毒經由廢氣之傳播。舉例而言，包含於氨儲存材料(或VOC儲存材料，在存在的情況下)中之沸石可包括銅。此銅可藉由離子交換裝載至沸石上。較佳地，沸石之銅載量係在沸石之自1wt％至6wt％之範圍中。
根據又一態樣，提供一種完整系統，其包括待處理之廢氣系統之源及如本文所闡述之廢氣系統。根據又一態樣，提供一種牲畜舍，其包括如本文中所闡述之廢氣系統。
根據又一態樣，提供一種處理含有氨之廢氣之方法，該方法包括將該含有氨之廢氣傳送通過如本文所闡述之該廢氣系統。
圖1展示具備如本文中所闡述之廢氣系統之家禽舍1。家禽舍1提供通常將含有約20 ppm之氨之廢氣5之源。廢氣5傳送至材料過濾器10以確保任何非所期望實體污染物(諸如家禽羽毛)被移除。廢氣5接著傳送至H2 S吸附劑15以確保H2 S被移除且不會使系統之下游組件毒化。
廢氣5接著傳送至包括氨儲存材料之吸附劑輪20。廢氣5中之大多數作為氨耗乏之廢氣30直接傳送出吸附劑輪20至大氣25，其中氨已儲存在氨儲存材料上。氨耗乏之廢氣30通常包括小於1 ppm氨且較佳地基本上不包括氨。廢氣5中之少數傳送通過加熱器35 (諸如丙烷燃燒器或電阻加熱器線圈)以提供經加熱廢氣40 (約150℃)。
經加熱廢氣40傳送通過吸附劑輪20之所選擇部分45。由於經加熱廢氣40，吸附在吸附劑輪20上之氨被解除吸附。此形成富含氨之氣體50，其含有至少250 ppm氨且較佳地至少1000 ppm氨。離開吸附劑輪20之所選擇部分45之富含氨之氣體50被引導至又一加熱器55且接著被引導至氧化觸媒60，以用於將氨分解為氮氣及水，然後將其釋放至氨水準小於1 ppm且較佳地基本上不含氨之大氣25。
而是，釋放至大氣25之氣體可返回至家禽舍1。當家禽舍1中之環境溫度低於外部環境溫度時，此允許熱保留在大氣中，從而降低了加熱成本。
代替加熱器35或除此之外，熱交換器65可用於提供經加熱廢氣40。代替使用廢氣5中之少數來將氨解除吸附或除此之外，可使用新鮮氣體源70，諸如新鮮空氣。
氣體再循環路線及某些替代方案或選用特徵/用虛線展示。
圖2展示吸附劑輪20，且特定而言展示接收經加熱廢氣40中之大多數之所選擇部分45。如進一步所展示，歸因於旋轉方向(R)，亦將存在冷卻部分46且可存在預加熱部分47。
為了最小化氨逃逸，冷卻部分46合意地用新鮮空氣源70冷卻，視情況以逆流方向流動。在傳送通過冷卻部分46之後，可接著允許氣體自由地傳送通過所選擇部分45、預加熱部分47或剩餘部分48。另一選擇係，為了能量效率，可將氣體特別地引導至預加熱部分47。在傳送通過預加熱部分47之後，氣體可用熱交換器65進一步加熱，接著輸送至所選擇部分45之上游以提供用於將氨解除吸附之熱氣體。所有此氣體流可用合適管道系統控制，且必要時可用驅動風扇控制。
儘管已在本文中詳細闡述本發明之較佳實施例，但熟習此項技術者將理解，在不背離本發明或所附申請專利範圍之範疇的情況下可對本發明之較佳實施例進行變更。
1:家禽舍 5:廢氣 10:材料過濾器 15:H2S吸附劑 20:吸附劑輪 25:大氣 30:氨耗乏之廢氣 35:加熱器 40:經加熱廢氣 45:所選擇部分 46:冷卻部分 47:預加熱部分 48:剩餘部分 50:富含氨之氣體 55:加熱器 60:氧化觸媒 65:熱交換器 70:新鮮氣體源/新鮮空氣源 R:旋轉方向
現在將關於以下非限制性圖闡述本發明，其中： ● 圖1展示如本文中所闡述之廢氣系統之示意圖。 ● 圖2展示如本文中所闡述之吸附劑床輪之示意圖。
1:家禽舍
5:廢氣
10:材料過濾器
15:H2S吸附劑
20:吸附劑輪
25:大氣
30:氨耗乏之廢氣
35:加熱器
40:經加熱廢氣
45:所選擇部分
50:富含氨之氣體
55:加熱器
60:氧化觸媒
65:熱交換器
70:新鮮氣體源/新鮮空氣源

Claims (19)

  1. 一種用於處理包括高達250 ppm之量之氨的廢氣之排氣系統，該系統包括： 廢氣入口； 氨儲存材料，其經配置以自該廢氣入口接收廢氣； 氨氧化觸媒，其係配置在該氨儲存材料之所選擇部分的下游；及 加熱裝置，用於在氣體傳送通過該氨儲存材料之該所選擇部分之前加熱該氣體以釋放經儲存在其中用於在該氨氧化觸媒上處理的氨， 其中該系統經組態使得該氨儲存材料之該所選擇部分隨時間而改變。
  2. 如請求項1之排氣系統，其中廢氣包括自1 ppm至50 ppm氨，較佳地10 ppm至25 ppm氨。
  3. 如請求項1或請求項2之排氣系統，其中該加熱裝置經組態以在將該氣體傳送通過該氨儲存材料之該所選擇部分之前將該氣體加熱至自50℃至300℃、較佳地100℃至250℃且最佳地150℃至200℃之溫度。
  4. 如前述請求項中任一項之排氣系統，其中該系統在該廢氣入口與該氨儲存材料之間進一步包括一或多個材料過濾器。
  5. 如前述請求項中任一項之排氣系統，其中該系統在該氨儲存材料之上游包括H2 S吸附劑材料及/或As吸附劑材料。
  6. 如前述請求項中任一項之排氣系統，該系統包括用於用環境空氣供應源來冷卻該氨儲存材料之先前被加熱部分的構件。
  7. 如前述請求項中任一項之排氣系統，該系統包括用於輸送來自該氨儲存材料之先前被加熱部分之氣體以預加熱該氨儲存材料之即將被加熱部分的構件。
  8. 如前述請求項中任一項之排氣系統，其中該氨儲存材料係設置在吸附劑床內，該吸附劑床經配置以旋轉，使得在使用中，該氨儲存材料之部分各自與經加熱氣體依次接觸。
  9. 如請求項8之排氣系統，其中該吸附劑床經組態以依恆定速率連續旋轉。
  10. 如請求項8之排氣系統，其中該吸附劑床經組態以較佳地依均勻間隔逐步旋轉。
  11. 如請求項8至10中任一項之排氣系統，其中該吸附劑床具有10 cm至600 cm、較佳地50 cm至300 cm、更佳地100 cm至200 cm、最佳地約150 cm之直徑。
  12. 如請求項8至11中任一項之排氣系統，其中該吸附劑床具有5 cm至50 cm、較佳地5 cm至30 cm、更佳地10 cm至20 cm之深度。
  13. 如請求項8至12中任一項之排氣系統，其中該吸附劑床包括複數個包括該氨儲存材料之嵌件。
  14. 如前述請求項中任一項之排氣系統，其中該加熱裝置係位於該廢氣入口與該氨儲存材料之間。
  15. 如請求項1至13中任一項之排氣系統，其中該加熱裝置係位於該氨儲存材料與該氨氧化觸媒之間，且其中該系統進一步包括用於在該氨儲存材料之該所選擇部分之上游將來自該氨氧化觸媒之該氣體之至少一部分再循環的管道。
  16. 如請求項1至13中任一項之排氣系統，其中該加熱裝置係熱交換器，其經配置以自該氨氧化觸媒之下游的氣體回收熱。
  17. 如請求項16之排氣系統，進一步包括位於該氨儲存材料與該氨氧化觸媒之間的第二加熱裝置，且較佳地該第二加熱裝置經組態以將傳送至該氨氧化觸媒之氣體加熱至200℃至300℃。
  18. 一種牲畜舍，其包括如前述請求項中任一項之排氣系統。
  19. 一種處理含有氨之廢氣之方法，該方法包括將該含有氨之廢氣傳送通過如請求項1至17中任一項之排氣系統。
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