TWI542405B - Condensate treatment equipment for organic gaseous pollutants - Google Patents

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TWI542405B
TWI542405B TW104109528A TW104109528A TWI542405B TW I542405 B TWI542405 B TW I542405B TW 104109528 A TW104109528 A TW 104109528A TW 104109528 A TW104109528 A TW 104109528A TW I542405 B TWI542405 B TW I542405B
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Description

有機氣態污染物之冷凝處理設備
本發明係提供一種有機氣態污染物之冷凝處理設備，尤指可將含有污染物質氣體進行淨化處理之設備，利用基座內部處理系統將污染氣體進行光觸媒裂解、加濕、冷凝、水洗及再次冷凝等處理步驟，達到高效率淨化空氣之目的。
按，隨著高科技時代進步，各式電子、電氣產品盛行，智慧型手機、平板電腦及筆記型電腦等可攜式電子裝置廣為社會大眾應用，也使得相關生產製造業紛紛設立，其中又以半導體產業的成長速度提高，而半導體製造不論是在矽晶圓、積體電路製造或是IC晶片構裝等，生產製程均相當繁雜，並在製程中所使用的化學物質種類亦相當多，而這些化學物質或溶劑的使用，業成為半導體產業於生產製程中產生對空氣污染的主要污染源，也因此使得半導體的生產製造對空氣污染呈現量少但種類繁多的特性。
再者，晶圓及積體電路製造過程中幾乎每個步驟皆分別使用各式各樣的酸鹼物質、有機溶劑及毒性氣體等，而各種物質經過反應後又形成種類頗為複雜之產物，各製程不同所使用的化學物質亦不同，故所有製程也都可能是空氣的污染源，且生產製程所產生的廢氣皆為連續排放 ，並依污染物的特性予以歸類，可將晶圓及積體電路製程造成對空氣污染的情況區分為：氧化擴散及化學蒸著沉積製程中所使用具有毒性、可燃性之氣體以及反應後所生成之氣體，蝕刻及清洗製程中所產生之酸鹼氣體，黃光室製程中所產生之有機溶劑氣體；至於晶圓切割成晶片，再經過一連串之構裝作業，可能之空氣污染元包括有電鍍區產生之酸鹼廢氣、浸錫區產生之錫煤煙，以及清洗過程中產生之酸氣與有機溶劑蒸氣等幾類，在這些製程中皆會產生含有大量具有毒性之總有機化合物(Total Organic compounds；TOCs)之廢氣，為避免廢氣對環境造成污染與公害，必須將該廢氣中之有害物質予以淨化去除後，才能排放至外界大氣中。
而目前所知之處理半導體含TOCs廢氣的技術主要分為 高溫焚化技術、活性碳吸附技術及濕式洗滌技術等，其中以高溫焚化技術來說，需要消耗大量的燃料來產生高溫火焰，將廢氣中的可燃性性有害物質燃燒成灰燼，但廢氣中種具強力侵蝕性之氟化性氣體，並需要在一千度(℃)以上的高溫才能夠被分解成無害氣體，因或焰燃燒的區域也僅只有位在燃氣的出口端，使得高溫火焰燃燒的密度也較為鬆散，使廢氣能夠輕易由火焰燃燒的空隙中穿過，而無法將廢氣逐一淨化，另當廢氣中影和的物質被燃燒成灰燼後還是會有二次溢散污染的問題產生，故此種高溫焚化的技術仍有待改善；再者，活性碳吸收的技術需要使用大量的活性碳來除去廢氣中的有害物質，但活性碳於短時間使用之後，其吸附能力會逐漸下降，勢必經常進行更換活性碳進行去除廢氣中的有害物質，則相對所耗用的成本也會提高，較不符經劑效益。
另，濕式洗滌技術則是利用廢氣中有害物質幾乎溶於水之 特性，將氣相中的有害物質轉移至液相中，再加以氧化去除，一般來說大多是用噴霧式洗滌技術，來將洗滌液霧化成粒徑為1至500微米大小之霧滴，而利用水霧來抓取廢氣中的粉末、可溶性或親水性的有害物質，再利用高液氣比的水霧，使水霧形成過飽和狀態，以避免水霧再蒸發而影響效率，爾後利用如塑膠擋水簾等來濾除水珠，藉由水分之排除以達到去除有害物質之目的，然而，此種濕式洗滌技術要完全百分之百避免水霧再蒸發是很難作到的(尤其是TOCs廢氣)，亦無法持續維持高去除效率，也容易使供給水廢氣中之有害物質起反應而生成不溶性化合物之離子的問題產生，如水霧中含有鈣離子，而空氣中含有氟瓦斯(F2)或是氨氣(NH3)時，則容易生成不溶性之氟化鈣或鹼性化合物，也容易產生固態的腐蝕性之生成物及帶鹼性物質，這些不溶性及腐蝕性生成物所產生之污垢沉積容易導致洗滌設備阻塞，進而造成洗滌設備損壞而降低使用壽命，因此使得其洗滌設備所使用的品質勢必要求很高，由於需維持高品質水質方能維持一定之淨化及空氣加濕效果，因此換水及補水率相當高，耗水操作成本相對提高，進而需引進設備更昂貴的循環過濾水設備，也造成廢氣處理的成本再增加。
是以，如何解決目前工業廢氣造成對空氣污染嚴重、廢氣 處理設備無法有效淨化污染廢氣之問題與困擾，且各式廢氣處理設備的效果不佳、成本又高等之缺失及麻煩，即為從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。
故，發明人有鑑於上述之問題與缺失，乃搜集相關資料， 經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種可將廢氣中有害污染物質，經由基座內部處理系統予以淨化處理，達到有效降低廢氣對空氣污染的程度之有機氣態污染物之冷凝處理設備的發明專利誕生者。
本發明之主要目的乃在於該處理設備係於基座內部之通道 二側分別設有氣體入口、氣體出口，可供外部含污染物質的氣體由氣體入口進入，並經通道內部供處理系統處理後之潔淨氣體由氣體出口輸出，且由基座的通道一側氣體入口往另側氣體出口方向，依序排列處理系統之氧化單元、加濕單元、第一冷凝單元、水洗單元及第二冷凝單元，透過氧化單元以光觸媒光源對氣體中的污染物質進行裂解，再增加氣體之濕度後進行冷卻降溫，並對氣體沖洗後再次冷卻降溫，則將淨化氣體由氣體出口排出，達到將含污染物氣體處理形成潔淨空氣之目的。
本發明之次要目的乃在於該處理系統之氧化單元，係包括 可發射紫外線光(UV)之光觸媒光源，可藉以對氣體中之污染物質進行裂解，視污染物質的分子大小，分別予以分解為無害之二氧化碳(CO2)或親水性物質後再藉水洗而去除；至於加濕單元及水洗單元，係分別包括有第一水液處理器、第二水液處理器，分別由第一水液處理器供水之第一供水管、由第二水液處理器供水之第二供水管，位於第一供水管上之複數第一水霧噴頭、位於第二供水管上之複數第二水霧噴頭，透過加濕單元增加廢氣中的相對濕度，使廢氣之濕度達到飽和線，以供後續冷凝處理效率提升，而水洗單元則是利用水霧與氣體中的污染物質撞擊，讓污染物質 被水霧吸附抓取，並可予以排除；且第一冷凝單元、第二冷凝單元為分別包括有第一冷凝盤管、第二冷凝盤管，且第一冷凝盤管具有第一入水口、第一出水口，第二冷凝盤管則具有第二入水口及第二出水口，藉以對含有濕氣的氣體進行冷凝，而使氣體中的污染物質被冷凝後去除。
本發明之另一目的乃在於該氧化單元之光觸媒光源，係可 發射區段為184.9nm或185nm紫外線光(UV)的光激發，直接形成反應活化性強之臭氧(O3)，臭氧進一步被光觸媒分解為氧(O)或水(H2O)反應成氫氧有機化合物(OH．)，藉由此連鎖反應，產生更多之自由基，可對污染物質進行更為激烈之氧化作用，因氫氧化有機化合物(OH．)的能力高於臭氧的109~1010，可使有機氣態污染物被裂解之小片段污染物質分子進行礦化分解，最終將會被分解為無害之二氧化碳(CO2)後排放至空氣中，若污染物質為較大之分子，也可先氧化為親水性物質後，再藉水洗而去除。
1‧‧‧基座
10‧‧‧通道
11‧‧‧氣體入口
12‧‧‧氣體出口
2‧‧‧處理系統
21‧‧‧氧化單元
22‧‧‧加濕單元
221‧‧‧第一水液處理器
2211‧‧‧清水注入管道
2212‧‧‧廢水排出管道
222‧‧‧第一供水管
223‧‧‧第一水霧噴頭
23‧‧‧第一冷凝單元
231‧‧‧第一冷凝盤管
2311‧‧‧第一入水口
2312‧‧‧第一出水口
24‧‧‧水洗單元
241‧‧‧第二水液處理器
2411‧‧‧清水注入管道
2412‧‧‧廢水排出管道
242‧‧‧第二供水管
243‧‧‧第二水霧噴頭
25‧‧‧第二冷凝單元
251‧‧‧第二冷凝盤管
2511‧‧‧第二入水口
2512‧‧‧第二出水口
第一圖 係為本發明之側視剖面圖。
第二圖 係為本發明另一方向之側視剖面圖。
為達成上述目的與功效，本發明所採用之技術手段及其構造、實施之方法等，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。
請參閱第一、二圖所示，係為本發明之側視剖面圖、另一 方向之側視剖面圖，由圖中所示可以清楚看出，本發明之有機氣態污染物之冷凝處理設備，係包括基座1、處理系統2，其中：該基座1內部具有中空狀之通道10，並於通道10二側分別設有氣體入口11、氣體出口12，可供貫通至外部。
該處理系統2係包括氧化單元21、加濕單元22、第一 冷凝單元23、水洗單元24及第二冷凝單元25，而氧化單元21係設有可發射紫外線光(UV)之光觸媒光源；且加濕單元22係設有第一水液處理器221，並由第一水液處理器221連設第一供水管222，再於第一供水管222表面設有複數第一水霧噴頭223；另第一冷凝單元23係設有第一冷凝盤管231，並於第一冷凝盤管231二側分別設有第一入水口2311、第一出水口2312；又該水洗單元24係設有第二水液處理器241，且第二水液處理器241為連設第二供水管242，而於第二供水管242上設有複數第二水霧噴頭243；再者，該第二冷凝單元25則設有第二冷凝盤管251，並於第二冷凝盤管251二側分別設有第二入水口2511、第二出水口2512。
上述各構件於實際組構時，係於基座1的通道10內由氣 體入口11往另側氣體出口12處，依序組裝處理系統2之氧化單元21、加濕單元22、第一冷凝單元23、水洗單元24及第二冷凝單元25，藉以將氣體入口11處引進的外部氣體，透過處理系統2進行滅菌、除臭、濾除污染物質等處理作業後，產生無害的氣體由另側氣體出口12處向外排出，而利用基座1及處理系統2組構成本發明之處理設備，並可達到淨化空氣、降低空氣污染現象之目的。
而上述處理系統2之氧化單元21，係設有可發射區段為 184.9nm或185nm紫外線光(UV)的光觸媒光源，透過紫外線光(UV)激發直接形呈反應活性強之臭氧(O3)，且臭氧進一步被光觸媒分解為氧(O)，或供臭氧(O3)與水(H2O)反應形成氫氧有機化合物(OH．)，則可藉由此連鎖反應，產生更多之自由基，即可對污染物質進行更為激烈之氧化作用，因氫氧化有機化合物(OH．)的能力高於臭氧(O3)的109~1010，可使有機氣態污染物被裂解之小片段污染物質分子進行礦化分解，最終將會被分解為無害之二氧化碳(CO2)後排放至空氣中，若污染物質為較大之分子，也可先氧化為親水性物質後，再藉水洗而去除；而經由光觸媒光源照射後〔紫外線(UV)光之波長為1~380nm，本發明之較佳實施例中所應用的紫外線光區段，係可為184.9nm或185nm，但並不因此侷限本發明紫外線光區段的實施態樣〕，即可藉由光觸媒光源產生之二氧化鈦(TiO2)粒子達到奈米級時所產生性質的改變、變得較為活潑，提供二氧化鈦(TiO2)粒子的表面電子跳脫出來，則使二氧化鈦(TiO2)粒子表面形成電洞，使得空氣中的氧氣一接觸到二氧化鈦(TiO2)粒子表面的電洞，就會形成超氧離子(O2)及空氣中的水分子(相對濕度)生成氫氧自由基(OH)，便會產生去搶奪空氣中的微小有機物質中的碳原子(C)、並形成氧化還原效應，則使空氣中的微小有機物質(例如細菌、臭味、病毒、霉菌或塵蟎等)，受到複數光觸媒光源投射光線中的紫外線光波長，產生光觸媒轉換之作用反應，即使空氣被轉換為二氧化碳(CO2)和水氣(H2O)，降低對空氣污染的程度。
再者，處理系統2之加濕單元22、水洗單元24，係透 過第一水液處理器221供水至第一供水管222、第二水液處理器241供水至第二供水管242，再藉由第一供水管222上的複數第一水霧噴頭223、第二供水管242上之複數第二水霧噴頭243，分別向基座1的通道10內噴灑水霧，並可增加廢氣的氣體中之相對濕度，以供氣體中的污染物質之濕度達到飽和線，而供氣體進入後續的第一冷凝單元23及第二冷凝單元25處，提高氣體被冷凝的效率，可將氣體中大多數的污染物質被冷凝之凝核效果，增加氣體中污染物質的第一道去除行程；而第一水液處理器221、第二水液處理器241，係可分別設有清水注入管道2211、2411，由外部注入清水後分別供應至第一供水管222、第二供水管242，且經第一水霧噴頭223、第二水霧噴頭243噴灑之水霧滴落入第一水液處理器221、第二水液處理器241後，即可利用過濾設備(圖中未示出)將第一水液處理器221、第二水液處理器241中的水液進行淨化處理，使第一水液處理器221、第二水液處理器241內之水液保持潔淨狀態；並可在預定時間後，將被水霧撞擊抓取之污染物質形成水滴後滴入第一水液處理器221、第二水液處理器241內，所形成的無污染性廢水，透過第一水液處理器221、第二水液處理器241之廢水排出管道2212、2412，將無污染性之廢水向外排放。
至於處理系統2之第一冷凝單元23、第二冷凝單元25 ，則是藉由第一冷凝盤管231、第二冷凝盤管251分別形成連續環轉式的盤旋延伸，填滿在基座1的通道10空間內，並可透過第一冷凝盤管 231的第一入水口2311、第二冷凝盤管251的第二入水口2511分別注入低溫之冷水或冰水(其入水溫度約可為7℃)，使冷水經由第一冷凝盤管231、第二冷凝盤管251的循旋流動，可對進入基座1的通道10內之氣體進行冷卻、凝結，而透過第一冷凝單元23將氣體溫度降至9.8℃、第二冷凝單元25再將氣體溫度降至8.5℃，可有效提高對氣體中含帶的大多數污染物質被冷凝之凝核效果，即可將氣體中的污染物質藉由冷凝的凝核方式予以去除，而第一冷凝盤管231中的冷水由第一入水口2311注入後，再由第一出水口2312排出(其出水溫度約為9℃)；至於第二冷凝盤管251中的冷水由第二入水口2511注入後，再由第二出水口2512排出(其出水溫度約為8.5℃)，以供第一冷凝盤管23與第二冷凝盤管251中的低溫冷水或冰水等(可依實際應用時作選擇，並不因此侷限本發明的低溫冷水或冰水等之應用方式)可以循環流動。
而當基座1的氣體入口11處引進外部氣體，氣體中係含有有機之污染物質〔如DMSO-化學式(C2H6OS)、MEA-化學式(C2H7NO)、NMP-化學式(C5H9NO)或Ethylene Glycol-化學式(C2H6O2)等〕，使氣體先經過近氣體入口11處之氧化單元21以光觸媒之紫外線光源照射，可將氣體中之污染物質被裂解之小片段污染物質分子進行礦化分解，且最終將會被分解為無害之二氧化碳(CO2)後排放至空氣中，若污染物質為較大之分子，也可先氧化為親水性物質後，待氣體進入後續之加濕單元22時，透過第一供水管222上的複數第一水霧噴頭223對氣體噴灑水霧，使氣體的相對 濕度增加，並供氣體及污染物質的相對濕度達到飽和線，則當氣體及污染物質進入第一冷凝單元23時，即利用第一冷凝盤管231中循環的低溫冷水或冰水等，對氣體及污染物質進行冷凝之凝核作用，則氣體及污染物質進入水洗單元24時，再藉第二供水管242上的複數第二水霧噴頭243對氣體之污染物質噴灑水霧，利用水霧撞擊污染物質後，即可抓取氣體中的污物質，藉由水洗將氣體中相對濕度飽和且經凝核處理之污染物質利用撞擊、抓取予以洗去，而可有效去除氣體中大多數的污染物質，可將氣體中絕大多數的污染物質予以洗去後，使氣體再進入第二冷凝單元25中，並對氣體進行再次冷凝處理，可避免有機污染物質再揮發，將污染物質予以再度冷凝後，使氣體中的污染物質有效被去除，即可將經由處理系統2處理後之潔淨氣體透過氣體出口12向外排出，使氣體出口12排出之淨化空氣不致對外部空氣或環境造成污染，亦能維護空氣之品質，確實對含有污染物質的氣體進行強而有力的淨化處理作業。
又，基座1內部通道10中裝設之處理系統2，經由依序 排列之氧化單元21、加濕單元22、第一冷凝單元23、水洗單元24及第二冷凝單元25之淨化處理作業，並不必裝設昂貴的機具設備，成本不會提高，且基座1及處理系統2之使用壽命長，可降低廢氣處理的費用，更符合經濟效益。
是以，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此侷 限本發明之專利範圍，本發明之有機氣態污染物之冷凝處理設備，係於基座1內部通道10之氣體入口11處往氣體出口12處，依序組裝處理系統2之氧化單元21、加濕單元22、第一冷凝單元23、水洗單元24 及第二冷凝單元25，並使外部氣體由氣體入口11處進入通道10內，利用處理系統2之氧化單元21以光觸媒光源照射後，再經過加濕單元22增加氣體的相對濕度，透過第一冷凝單元23進行冷凝之凝核作用，且透過水洗單元24以水霧撞擊氣體中之污染物質後，抓取污染物質，再經第二冷凝單元25進行第二次冷凝處理，俾可達到將氣體中的污染物質去除、使空氣淨化之目的，並可有效將氣體中的大多數污染物質予以轉化成不影響空氣、降低對空氣或環境破壞程度之功效，有效將空氣濾清並避免對環境造成污染，故舉凡可達成前述效果之結構、裝置皆應受本發明所涵蓋，此種簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。
故，本發明為主要針對有機氣態污染物之冷凝處理設備進 行設計，係利用基座內部通道供組裝處理系統之氧化單元、加濕單元、第一冷凝單元、水洗單元及第二冷凝單元，以供外部氣體由基座一側氣體入口進入通道內後，受到氧化單元的光觸媒光源照射後，再經加濕單元增加氣體的相對濕度至飽和線，且利用第一冷凝單元進行冷凝處理後，即利用水洗單元以水霧撞擊氣體以抓取氣體中含帶之污染物質，並經第二冷凝單元處理後，而可達到將氣體中污染物質透過處理系統處理後，成為淨化空氣由氣體出口排出為主要保護重點，且基座與處理系統可將氣體中污染物質處理後，成為對空氣無害之氣體，乃僅使避免污染空氣或環境之優勢，以供維護空氣品質，惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明 。
綜上所述，本發明上述之有機氣態污染物之冷凝處理設備於實際應用、實施時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之研發，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦研發、創設，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。
1‧‧‧基座
10‧‧‧通道
11‧‧‧氣體入口
12‧‧‧氣體出口
2‧‧‧處理系統
21‧‧‧氧化單元
22‧‧‧加濕單元
221‧‧‧第一水液處理器
2211‧‧‧清水注入管道
2212‧‧‧廢水排出管道
222‧‧‧第一供水管
223‧‧‧第一水霧噴頭
23‧‧‧第一冷凝單元
231‧‧‧第一冷凝盤管
24‧‧‧水洗單元
241‧‧‧第二水液處理器
2411‧‧‧清水注入管道
2412‧‧‧廢水排出管道
242‧‧‧第二供水管
243‧‧‧第二水霧噴頭
25‧‧‧第二冷凝單元
251‧‧‧第二冷凝盤管

Claims (4)

  1. 一種有機氣態污染物之冷凝處理設備，係包括基座及位於基座內部之處理系統，其中：該基座內部具有中空狀之通道，並於基座的通道二側分別設有供外部氣體進入之氣體入口、供處理後氣體輸出之氣體出口，且通道內係供組裝處理系統；及該處理系統係由基座的通道一側氣體入口往另側氣體出口間依序排列，則包括將氣體污染物分解之氧化單元、使氣體濕度增加之加濕單元、將氣體冷卻降溫之第一冷凝單元、對氣體沖洗之水洗單元及對氣體再次冷卻降溫之第二冷凝單元；該處理系統的第一冷凝單元係包括第一冷凝盤管，第二冷凝單元則包括第二冷凝盤管，而第一冷凝盤管及第二冷凝盤管分別設有供冷凝水進入之第一入水口、第二入水口，且第一冷凝盤管及第二冷凝盤管再分別設有供冷凝水排出之第一出水口、第二出水口。
  2. 如申請專利範圍第1項所述有機氣態污染物之冷凝處理設備，其中該處理系統的氧化單元係包括將氣體中污染物進行裂解的一組以上之光觸媒光源，而光觸媒光源係發射184.9nm或185nm紫外線(UV)光之光源。
  3. 如申請專利範圍第1項所述有機氣態污染物之冷凝處理設備，其中該處理系統的加濕單元為包括第一水液處理器、透過第一水液處理器提供水源之第一供水管及將第一供水管內部水源以水霧方式噴灑之複數第一水霧噴頭。
  4. 如申請專利範圍第1項所述有機氣態污染物之冷凝處理設備，其中該處理系統的水洗單元為包括第二水液處理器、透過第二水液處理器提供水源之第二供水管及將第二供水管內部水源以水霧方式噴灑之複數第二水霧噴頭。
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