TWI465284B - 去除廢氣中二甲基硫之方法及其裝置 - Google Patents

Description

去除廢氣中二甲基硫之方法及其裝置

本發明係關於一種去除廢氣中所含異味氣體之方法及應用該方法之裝置，特別是一種能夠有效去除廢氣中所含二甲基硫之方法及搭配該方法之簡易裝置。

光電及傳統化工、造紙廠於製程中排放之廢氣多含有異味性氣體，其中又以二甲基硫發散之異味最令人不快，僅在空氣中飄散有0.003ppm之二甲基硫時，便可為多數人感知，甚至影響空氣品質而造成空污問題。

傳統用以去除廢氣中所含異味氣體之方法，可分為物理[如水洗或活性碳吸附]、化學[如氣相或液相氧化]及生物[如生物載體]處理法。其中，因物理及生物處理法皆是以相轉移之簡單吸附方式作為處理手段，加上二甲基硫的水溶性極低，不僅需耗費龐大的水量方可將二甲基硫自廢氣中洗除，更無法輕易溶入親水特性之生物載體中，故不論是物理或生物處理法都不具有去除二甲基硫的較佳效果，反而因此衍生經濟成本之負擔。

承上所述，化學處理法則相對較為廣用。如中華民國公告第I341745號專利案，其係揭示一種具揮發性之低極性有機廢氣的處理設備，係利用氣相氧化方式為化學處理手段，該處理設備包含有依序連通的一預洗滌槽、一改質反應裝置及一洗滌塔，該預洗滌槽用以調節該廢氣溼度，並用以去除該廢氣中的懸浮微粒；該改質反應裝置用以將該廢氣藉由紫外光/臭氧改質成高極性的水溶性有機物；該洗滌塔係將廢氣中的改質揮發性有機物經由水洗的方式予以去除。藉此，習知專利案係可利用高氧化能力的氫氧自由基，以將該廢氣中的低極性揮發性有機化合物改質成水溶性化合物，從而減少廢氣污染源並同時降低處理成本。

然而，習知專利案仰賴臭氧作用，則勢必要負擔一公斤高達600元的臭氧成本花費，更必須透過額外的一臭氧產生機，方能製造出適用於混合廢氣之臭氧；另加上習知專利案係以臭氧搭配紫外光共同使用，以加速臭氧活化而提升廢氣處理效率，卻也因此導致整體設備之繁瑣，更衍生購置紫外光所需之花費及相對供電之成本，故習知專利案始終無法在符合經濟成本之考量下廣泛應用於業界。

此外，傳統透過液相氧化之化學處理法，以氧化劑洗滌廢氣時，由於廢氣與液態氧化劑的相容性略為不足，以致無法將廢氣中所含之二甲基硫徹底去除，恐會在反應後殘餘有濃度較低之二甲基硫及微量殘餘氧化劑，而勢必要再次作額外處理，方可確保排放之廢氣不會存有二甲基硫之異味，無疑是大幅降低廢氣處理之效率。

有鑑於此，確實有必要發展一種能方便除去廢氣中所含二甲基硫之方法，以透過搭配此方法之裝置，有效杜絕二甲基硫飄散於空氣中，並解決如上所述之各種問題。

本發明主要目的乃改良上述缺點，以提供一種去除廢氣中所含二甲基硫之方法，其係能夠快速將二甲基硫予以反應排除，以在低成本下提升廢氣之處理效率及品質。

本發明次一目的係提供一種去除廢氣中所含二甲基硫之裝置，係能夠以較低設備及原料成本，充分反應二甲基硫，以杜絕殘餘排氣並確保廢氣處理品質者。

為達到前述發明目的，本發明之去除廢氣中二甲基硫之方法，係於一轉化步驟中，以氯氣混合含二甲基硫之廢氣，並透過氯氣與二甲基硫間的充分作用，而使二甲基硫轉化為二甲基二氧化硫；其中，該氯氣與廢氣中所含二甲基硫的比值係等於或大於2。

再者，本發明去除廢氣中二甲基硫之方法還可於該轉化步驟後另操作一殘氯去除步驟，係透過一活性碳吸附與二甲基硫反應後殘餘之氯氣，並由該活性碳將氯氣還原成鹽酸，且吸附於該活性碳表面。其中，該活性碳是為粒狀活性碳。

甚至，本發明去除廢氣中二甲基硫之方法亦可於該殘氯去除步驟後另操作一再生步驟，透過一氫氧化鈉水溶液洗除吸附於該活性碳表面之鹽酸，以重新獲得該活性碳。

於該轉化步驟中，該氯氣係純化自含次氯酸鈉之工業漂白水，並將其中之氯予以氣化所得。或者，該氯氣係來自含次氯酸鈉之洗滌水與廢氣中之二甲基硫共同行液相氧化反應後所排出之氯氣。

其中，該廢氣中所含二甲基硫之濃度為100ppm以下。

為達到前述發明目的，本發明還可提供一種去除廢氣中二甲基硫之裝置，係包含：一反應槽，設有一用以通入廢氣之主管路，該主管路另銜接一相連通之次管路，該次管路用以通入氯氣；一吸附槽，內部填充有活性碳，且該吸附槽係以一輸氣管連通該反應槽，並連通一用以排除廢氣之氣管。

其中，該反應槽內部間隔且交錯設有數隔板，該數隔板共同圈圍出一蜿蜒且迂迴之氣流通道。

其中，該反應槽具有一作用空間、一進氣口、一排氣口及一排水口，該進氣口、排氣口及排水口皆與作用空間相連通，該作用空間用以容納欲反應氣體，該進氣口則用以連接該主管路。

其中，該輸氣管一端連接該反應槽之排氣口，另一端則用以連通該吸附槽內部。

此外，本發明去除廢氣中二甲基硫之裝置還另設有數氣體採樣器，其一氣體採樣器位於鄰近該進氣口處，並以一管路連通該反應槽之作用空間；另一氣體採樣器位於鄰近該排氣口處，以一管路連通該反應槽之作用空間；又一氣體採樣器係以一管路連通該流通有廢氣之氣管，且連接該數氣體採樣器之各管路皆設有一氣閥。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第1圖所示，其係為本發明一較佳實施例，該去除廢氣中所含二甲基硫之方法係包含一轉化步驟S1、一殘氯去除步驟S2及一再生步驟S3。其中，該殘氯去除步驟S2及再生步驟S3係可視操作當時之需求，選擇於該轉化步驟S1後接續執行亦或不執行，此乃為該領域具有通常知識者可理解，以下針對各步驟詳述之。

本發明去除廢氣中所含二甲基硫之方法，主要係於該轉化步驟S1中，以氯氣混合含二甲基硫之廢氣，並透過氯氣與二甲基硫間的充分作用，而使二甲基硫轉化為二甲基二氧化硫；其中，該氯氣與廢氣中所含二甲基硫的比值係等於或大於2。詳言之，由於氯氣係為一氧化劑，故經氯氣混合含二甲基硫之廢氣時，透過氯氣與該廢氣中之二甲基硫進行如【化學式一】所述之反應，以迫使二甲基硫快速與空氣中的水分充分氧化為二甲基二氧化硫。

DMS_(g) +2Cl_2(g) +2H₂ O=DMSO_2(aq) +4HCl_(aq) 　【化學式一】

其中，用以混合該廢氣之氯氣係可純化自工業用漂白水[即重量百分濃度約為12%之次氯酸鈉]，並將有效氯予以氣化，藉以降低直接通入過量氯氣的安全疑慮，從而提升廢氣處理之安全性。

特別地，本實施例係可利用含次氯酸鈉之微酸性[pH 6.5]洗滌水與廢氣中之二甲基硫共同行液相氧化，並將反應後排出之剩餘氯氣，用以混合含低濃度[約為100ppm以下]二甲基硫之廢氣。如此一來，遂可於該轉化步驟S1中，迫使氯氣與二甲基硫於氣相充分氧化數秒後，以徹底將具異味之二甲基硫轉化為無味之二甲基二氧化硫，從而達到去除廢氣中所含二甲基硫之目的。

注意的是，該氯氣與廢氣中所含二甲基硫的比值勢必要維持在等於或大於2，以避免氯氣用量的不足，導致二甲基硫氧化不完全而產生大量或部分之二甲基氧化硫，最終仍會因二甲基氧化硫的自身還原反應而再次產出二甲基硫，以致無法有效去除廢氣中所含之二甲基硫，而同樣會在排氣後使異味飄散於空氣之中。

續參照第1圖所示，本發明還可選擇於該轉化步驟S1後接續執行該殘氯去除步驟S2，以確保最終排放於空氣中的廢氣除不含二甲基硫外，更可杜絕氯氣帶來之威脅。

該殘氯去除步驟S2係透過一活性碳吸附與二甲基硫反應後殘餘之氯氣[以〝殘氯〞簡稱之]，並由該活性碳將氯氣還原成鹽酸，且吸附於該活性碳表面。詳言之，由於活性碳對低極性化合物[例如：脂肪酸類、酚類、硫磺類、碳氫化合物或有機氯化物等等]具有較佳之吸附能力，以致活性碳可充分吸附殘氯，迫使殘氯滯留於該活性碳之孔洞內，進而與活性碳之碳分子及其中微量之水分進行如【化學式二】所述之反應，以還原成鹽酸並生成一氧化碳，同時鹽酸便會如【化學式三】所述之反應持續吸附於該活性碳表面，藉以不再於廢氣中存有殘氯。

C_(s) +Cl_2(g) +H₂ O_(l) =CO_(g) +2HCl_(aq) 　【化學式二】

C_(s) +HCl_(aq) =C-HCl_(s) 　【化學式三】

其中，該活性碳的種類[如粉末、粒狀、纖維狀…等]選擇乃為該領域具有通常知識者可隨需求予以更換，本實施例特別係以可再生之粒狀活性碳作為吸附材，而能在該粒狀活性碳吸附達飽和後選擇接續操作該再生步驟S3，以將粒狀活性碳重複再生利用，降低廢氣處理之成本。此處僅供為較佳實施例之參酌並不加以限制。

承上述，同樣如第1圖所示，本發明亦可再選擇於該殘氯去除步驟S2後接續執行該再生步驟S3，以將該轉化步驟S1及殘氯去除步驟S2經反應生成之鹽酸副產物加以處理，從而降低鹽酸之威脅性，並再生活性碳以重複利用於該殘氯去除步驟S2之中。

該再生步驟S3係透過一氫氧化鈉水溶液洗除吸附於該活性碳表面之鹽酸，以重新獲得該活性碳。詳言之，由於氫氧化鈉係可用於中和該活性碳表面之鹽酸，以使鹽酸重新與氫氧化鈉進行如【化學式四】所述之反應產出氯化鈉及水，而不再吸附於該活性碳表面。

C-HCl_(s) +NaOH_(aq) =C_(s) +NaCl_(aq) +H₂ O　【化學式四】

如此，經該再生步驟S3作用後，便能重新獲得純碳成分之活性碳，以重新適用於該殘氯去除步驟S2之中。

為了證明本發明確實可利用氯氣去除廢氣中所含之二甲基硫，並且為光電或傳統化工、造紙產業所應用，本發明係選擇提供一廢氣處理裝置，用以作為實際操作之說明，並由該廢氣處理裝置獲得相對應之檢測實驗數據。

請參閱第2圖所示，該廢氣處理裝置係包含一反應槽1及一吸附槽2，該反應槽1係與該吸附槽2相連通。

該反應槽1可以是任意供氣相反應進行之槽體，特別係於內部間隔且交錯設置有數隔板，而能形成如圖面所示之蜿蜒迂迴的氣流通道為佳，藉以避免氣體通入該反應槽1後再產生回流之現象。於本實施例中，該反應槽1具有一作用空間11、一進氣口12、一排氣口13及一排水口14，該進氣口12、排氣口13及排水口14皆與該作用空間11相連通，且該作用空間11係用以容納欲反應氣體；該進氣口12連接一主管路121，該主管路121另銜接一相連通之次管路122，以由該主管路121供廢氣通入，且由該次管路122供氯氣通入至該主管路121而能先行混合為佳。其中，該次管路122係設有一氣閥V，以由該氣閥V適時調整通入之氯氣流量，而確保氯氣能充分產生作用。

該吸附槽2可以是如固定床、流體化床或蜂巢轉輪等型態，且該吸附槽2內填充有活性碳20，該活性碳20可以選擇如前所述之粉末、粒狀或纖維狀等種類。於本實施例中，該吸附槽2係以一輸氣管21連通該反應槽1，該輸氣管21一端連接該反應槽1之排氣口13，另一端則用以連通該吸附槽2內部；且，該吸附槽2還另連通一氣管22，並以一排氣抽風機P抽出經處理後之廢氣，使廢氣流通該氣管22而予以排出。

此外，續如第2圖所示，該廢氣處理裝置還可選擇設有數氣體採樣器，以由該數氣體採樣器收集不同位置之排氣，並藉以分析其中所含之成份。本實施例設有三個氣體採樣器3a、3b、3c，其一氣體採樣器3a位於鄰近該進氣口12處，並以一管路連通該反應槽1之作用空間11；另一氣體採樣器3b位於鄰近該排氣口13處，同樣以另一管路連通該反應槽1之作用空間11；又一氣體採樣器3c則用以檢測經該吸附槽2作用之排氣，較佳係以又一管路連通該流通有廢氣之氣管22。且，連接該氣體採樣器3a、3b、3c的各管路T皆可設有一氣閥V。

經上述，利用該廢氣處理裝置處理含二甲基硫之廢氣時，係參照第3圖所示，直接自該主管路121通入含二甲基硫之廢氣，並調整該氯氣與廢氣中二甲基硫的適當比值，以由該次管路122通入氯氣，控制氣體流量於適當後，混合有廢氣及氯氣之混合氣便會進入該反應槽1之作用空間11，透過氯氣與二甲基硫反應而生成二甲基二氧化硫及水，水分即可自該排水口14釋出；此時，反應後之廢氣則經由該輸氣管21進入該吸附槽1內，透過該吸附槽2內之活性碳20將反應廢氣內的殘餘氯氣予以吸附；最後，便可由該排氣抽風機P抽出經處理後之廢氣，從而流通於該氣管22內送入空氣之中。

特別地，該吸附槽2內之活性碳20係可如上述方法所言，在該活性碳20吸附氣體達飽和後遂能行再生反應，以重複生成純碳之活性碳，而將該活性碳20再次應用於該吸附槽2內，乃該領域具有通常知識者可依本發明所揭示之方法輕易思及，不需贅述。

本發明係以不同試驗條件應用於該廢氣處理裝置，以獲得如下所述之實驗數據，詳見表1及2。

通入含二甲基硫濃度約為39.7~60.8ppm之廢氣於該廢氣處理裝置後，調整平均進氣流量約為...m³ /min，並混入濃度約為50~400ppm之氯氣，調整氯氣與二甲基硫的適當比例，以即刻進行廢氣處理反應。

經此，分別對鄰近該進氣口12之氣體採樣器3a所測得之樣品[〝氯氣初始濃度(a)〞及〝二甲基硫初始濃度(b)〞]；鄰近該排氣口13之氣體採樣器3b所測得之樣品[〝反應後之二甲基硫濃度(c)〞]；連通該氣管22之氣體採樣器3c所測得之樣品[〝吸附後之二甲基硫濃度(d)〞及〝吸附後之氯氣濃度(e)〞]作排氣量分析如表1。

表1：廢氣中所含二甲基硫及作用氯氣之濃度(ppm)。

由表1結果得知，在氯氣與二甲基硫比值大於1時，僅需經2.8秒之反應時間，即可使廢氣中之二甲基硫去除率高達96%；甚至，在氯氣與二甲基硫比值大於2時，同樣僅需經短時間的反應，便可使廢氣中之二甲基硫去除率幾近100%。且，再經由該吸附槽2之活性碳20吸附後，所測得之二甲基硫及氯氣濃度均為0.00ppm。藉此，利用本發明去除廢氣中所含二甲基硫之方法，搭配上述之廢氣處理裝置，確實可以快速將二甲基硫予以反應排除，以達到提升廢氣處理效率及品質之功效。

另一方面，本發明亦將該廢氣處理裝置應用於線上工廠之實作，取樣某工廠現場製程之排氣，該排氣之碳氫化合物[以下簡稱THC]濃度約為10.2~25.7ppm，且其中之二甲基硫濃度約為0.70-2.3 ppm。以此通入該廢氣處理裝置後，調整平均進氣流量約為0.8m³ /min，並混入濃度約為3.2~28.5ppm之氯氣，以即刻進行廢氣處理反應。其中，該吸附槽2內的活性碳20填充厚度約為18公分為佳。

經此，分別對反應前之樣品[〝THC初始濃度(f)〞、〝氯氣初始濃度(g)〞及〝二甲基硫初始濃度(h)〞]，以及反應並吸附後之樣品[〝THC初始濃度(i)〞、〝氯氣殘餘濃度(j)〞及〝二甲基硫殘餘濃度(k)〞]作排氣量分析如表2。

表2：廢氣中所含二甲基硫及作用氯氣之濃度(ppm)。

由表2結果得知，儘管將本發明之方法及裝置應用於線上工廠之實作，亦可以在極短的反應時間內，徹底將廢氣中所含之二甲基硫予以反應排除，並且透過該吸附槽2內的活性碳20吸附後，所測得之二甲基硫及氯氣濃度均為0.00ppm。藉此，確實能夠以較低設備及原料成本，廣泛應用線上工廠之實作，以充分透過氯氣反應二甲基硫，從而杜絕異味氣體及殘餘排氣，達到有效處理廢氣之功效。

綜上所述，本發明去除廢氣中所含二甲基硫之方法，及其搭配此方法之廢氣處理裝置，主要特徵皆在於：透過氯氣與該廢氣中之二甲基硫進行充分反應，便可迫使二甲基硫快速與空氣中的水分氧化為二甲基二氧化硫，並以適量之氯氣確保經反應後之產物均為無味之二甲基二氧化硫，從而快速將二甲基硫予以反應排除，以能於低成本的氯氣使用之下，達到提升廢氣處理效率及品質之功效。甚至，再經活性碳的有效吸附後，更可徹底除去反應後之殘餘排氣[即殘氯]，以確保最終排氣的品質並減少異味飄散於空氣中，進而達到維持空氣品質之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

S1．．．轉化步驟

S2．．．殘氯去除步驟

S3．．．再生步驟

1．．．反應槽

11．．．作用空間

12．．．進氣口

121．．．主管路

122．．．次管路

13．．．排氣口

14‧‧‧排水口

2‧‧‧吸附槽

20‧‧‧活性碳

21‧‧‧輸氣管

22‧‧‧氣管

3a、3b、3c‧‧‧氣體採樣器

T‧‧‧管路

P‧‧‧排氣抽風機

V‧‧‧氣閥

第1圖：本發明去除廢氣中所含二甲基硫之方法之處理流程。

第2圖：本發明去除廢氣中所含二甲基硫之裝置之結構示意圖。

第3圖：本發明去除廢氣中所含二甲基硫之裝置之作動示意圖。

S1．．．轉化步驟

S2．．．殘氯去除步驟

S3．．．再生步驟

Claims (10)

1. 一種去除廢氣中二甲基硫之方法，係於一轉化步驟中，以氯氣混合含二甲基硫之廢氣，並透過氯氣與二甲基硫間的充分作用，而使二甲基硫轉化為二甲基二氧化硫；其中，該氯氣與廢氣中所含二甲基硫的莫耳數比值係等於或大於2。
2. 如申請專利範圍第1項所述之去除廢氣中二甲基硫之方法，於該轉化步驟後，另操作一殘氯去除步驟，該殘氯去除步驟係透過一活性碳吸附與二甲基硫反應後殘餘之氯氣，並由該活性碳將氯氣還原成鹽酸，且吸附於該活性碳表面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之去除廢氣中二甲基硫之方法，其中該活性碳是為粒狀活性碳。
4. 如申請專利範圍第2項所述之去除廢氣中二甲基硫之方法，於該殘氯去除步驟後，另操作一再生步驟，該再生步驟係透過一氫氧化鈉水溶液洗除吸附於該活性碳表面之鹽酸，以重新獲得該活性碳。
5. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之去除廢氣中二甲基硫之方法，於該轉化步驟中，該氯氣係來自含次氯酸鈉之洗滌水與廢氣中之二甲基硫共同行液相氧化反應後所排出之氯氣。
6. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之去除廢氣中二甲基硫之方法，其中，該廢氣中所含二甲基硫之濃度為 100ppm以下。
7. 一種去除廢氣中二甲基硫之裝置，係包含：一反應槽，設有一用以通入廢氣之主管路，該主管路另銜接一相連通之次管路，該次管路用以通入氯氣；一吸附槽，內部填充有活性碳，且該吸附槽係以一輸氣管連通該反應槽，並連通一用以排除廢氣之氣管；其中，該反應槽內部間隔且交錯設有數隔板，該數隔板共同圈圍出一蜿蜒且迂迴之氣流通道。
8. 如申請專利範圍第7項所述之去除廢氣中二甲基硫之裝置，其中，該反應槽具有一作用空間、一進氣口、一排氣口及一排水口，該進氣口、排氣口及排水口皆與作用空間相連通，該作用空間用以容納欲反應氣體，該進氣口則用以連接該主管路。
9. 如申請專利範圍第8項所述之去除廢氣中二甲基硫之裝置，其中，該輸氣管一端連接該反應槽之排氣口，另一端則用以連通該吸附槽內部。
10. 如申請專利範圍第8項所述之去除廢氣中二甲基硫之裝置，另設有數氣體採樣器，其一氣體採樣器位於鄰近該進氣口處，並以一管路連通該反應槽之作用空間；另一氣體採樣器位於鄰近該排氣口處，以另一管路連通該反應槽之作用空間；又一氣體採樣器係以又一管路連通該流通有廢氣之氣管，且連接該數氣體採樣器之各管路皆設有一氣閥。