TWI558451B - Volatile Organic Compound Treatment Unit - Google Patents

Description

揮發性有機化合物處理裝置

本發明係關於一種廢氣處理裝置，特別係關於一種揮發性有機化合物處理裝置。

工廠排放的尾氣或室內空間經常含有揮發性有機化合物(下稱VOC)，這些VOC容易對環境及人體造成危害，因此必須實施相應的處理以降低其含量。

洗滌塔是常見的VOC處理裝置，藉由將VOC溶於液相而自氣相移除，所使用的洗滌液通常是水，也因此，適用於洗滌塔處理的VOC在水中必須要有較高的溶解度，因此非水溶性的VOC並不適合以洗滌塔進行處理。除此之外，利用洗滌塔處理VOC必然伴隨著含VOC廢水的產生，而廢水也需要經過額外的處理程序並產生廢水處理成本，倘廢水未經妥善處理即對外排放，廢水中的VOC仍會自然逸散而產生惡臭。

VOC也可利用生物法加以處理，即利用微生物的消化作用對VOC進行分解，惟生物法佔地較大，且微生物培養需要較多時間，因此建置時間較長。為了使微生物能有效率地分解VOC，還必須控制其生長環境的溫、濕度，其維持難度較高。此外，由於以生物法處理VOC需花費較長的處理時間，讓微生物有足夠的時間消化VOC，因此生物法普遍不適用於大量的廢氣處理。

以往也有人利用濃縮轉輪處理VOC，但由於濃縮轉輪的建 置成本較高，一般較不受到廠商的青睞，且若工廠尾氣中VOC濃度大幅浮動時，固定轉速的濃縮轉輪將不易有效處理VOC，而若欲調整濃縮轉輪之轉速，其操控難度又會增加，作業上也會產生其他變數。例如，當工廠尾氣中的VOC濃度突然增加時，雖可藉由提高濃縮轉輪的轉速以加速吸附VOC，但轉速提高的同時也連帶縮短了濃縮轉輪脫附的時間，導致吸附後的VOC無法被即時脫附，從而降低濃縮轉輪後續的吸附性能。

以往還有利用吸/脫附塔搭配蒸氣冷凝回收的VOC處理方式，亦即先利用吸/脫附塔進行吸附，飽和後，利用水蒸氣進行吸/脫附塔的脫附作業，使VOC被水蒸氣夾帶脫離吸/脫附塔，隨後進行冷凝，讓VOC與冷凝水分離，藉以將VOC加以回收利用。這樣的蒸氣冷凝回收方式適用於高濃度、單一成分的VOC處理作業，但卻有若干缺點在於：(1)脫附時需使用大量水蒸氣及冷凝所需的冰水，因此非常耗能；(2)不適用於含多種VOC的廢氣處理，因為冷凝後還需進行多種VOC之間的分離作業，難度較高；(3)不適用於低濃度VOC的處理，因為回收所得利益與所耗費能源成本顯然不成比例；(4)冷凝效率不高，冷凝後的氣體中還會含有VOC，且冷凝水中也含有VOC。

有鑑於目前已知的VOC處理裝置在實用上仍有諸多不足之處，如何提供一種建置、維護成本較低且能有效處理VOC的處理裝置，實係值得本領域人士思量的。

本發明之主要目的即是提供一種建置、維護成本較低且能有效處理VOC的處理裝置。

為了達成前述及其他目的，本發明提供一種VOC處理裝置，其包括至少二吸/脫附塔、一廢氣供給管路、一吸附後氣體排放管路及 一觸媒氧化處理單元，各該吸/脫附塔具有一進氣端及一排氣端，該廢氣供給管路係交替地連通於該等吸/脫附塔之進氣端，令該吸/脫附塔進行吸附作業，該吸附後氣體排放管路係連通於與該廢氣供給管路連通的吸/脫附塔之排氣端，該觸媒氧化處理單元係交替地連通於該等吸/脫附塔以進行脫附作業，該廢氣供給管路及觸媒氧化處理單元兩者並不同時連通於相同的吸/脫附塔，該觸媒氧化處理單元包括一熱交換器、一觸媒反應器、一進氣單元、一排氣單元、一第一管路、一第二管路、一第三管路及一第四管路，該熱交換器具有一冷氣通道及一熱氣通道，該冷氣通道之一進氣口係藉由該第一管路而與連通於觸媒氧化處理單元的吸/脫附塔的排氣端連通，該冷氣通道之一排氣口係藉由該第二管路而與該觸媒反應器之一進氣口連通，該觸媒反應器之一排氣口係藉由該第三管路而與該熱氣通道之一進氣口連通，該熱氣通道之一排氣口係藉由該第四管路而與連通於觸媒氧化處理單元的吸/脫附塔的進氣端連通，該進氣單元係連通於第一或第二管路而供導入觸媒反應器所需之氧化氣體，該排氣單元係連通於該第四管路而供排出管路內的部分氣體。

藉由前述設計，含VOC廢氣可被吸/脫附塔吸附脫除，當吸附飽和後，可改由觸媒氧化處理單元對該吸/脫附塔進行脫附作業。本發明中，觸媒氧化處理單元利用觸媒反應器將VOC氧化為水、二氧化碳等無害的化合物，由於氧化屬於放熱反應，因此經觸媒反應器處理後的氣體更可透過熱交換器而對第一管路所輸送的脫附氣體進行預熱，從而減少或免除需額外供給脫附氣體的熱能，降低能源消耗。整體而言，本發明的VOC處理裝置具有低建置成本、低耗能、易維護及高處理效率等優點，並可用於處理各種濃度的廢氣，也能處理同時含有多種VOC的廢氣，因此本發明確實能彌補習用VOC處理裝置的不足。

10a、10b‧‧‧吸/脫附塔

11a、11b‧‧‧進氣端

12a、12b‧‧‧排氣端

20‧‧‧廢氣供給管路

21、22‧‧‧控制閥

30‧‧‧吸附後氣體排放管路

35‧‧‧吸附風車

40‧‧‧觸媒氧化處理單元

41‧‧‧第一管路

411、412‧‧‧控制閥

42‧‧‧第二管路

43‧‧‧第三管路

44‧‧‧第四管路

441、442‧‧‧控制閥

50‧‧‧熱交換器

51‧‧‧冷氣通道

511‧‧‧進氣口

512‧‧‧排氣口

52‧‧‧熱氣通道

521‧‧‧進氣口

522‧‧‧排氣口

60‧‧‧觸媒反應器

61‧‧‧進氣口

62‧‧‧排氣口

70‧‧‧進氣單元

80‧‧‧排氣單元

90‧‧‧脫附風車

100‧‧‧加熱器

110‧‧‧氧化氣體感測器

120‧‧‧控制器

130‧‧‧灑水器

140、140a、140b‧‧‧溫度感測器

第1圖係本發明第一實施例之處理設備組成示意圖。

第2圖係本發明第二實施例之處理設備組成示意圖。

請參考第1圖，在本發明的第一實施例中，一種VOC處理裝置包括二吸/脫附塔10a、10b、一廢氣供給管路20、一吸附後氣體排放管路30及一觸媒氧化處理單元40。

各該吸/脫附塔10a、10b具有一進氣端11a、11b及一排氣端12a、12b，吸附塔10a、10b內部填充有可吸附VOC的吸附材料，吸附材料的選擇是依所需處理的VOC而定，常見的吸附材料包括但不限於活性碳及沸石。

該廢氣供給管路20是交替地連通於該等吸/脫附塔10a、10b的進氣端11a、11b，廢氣供給管路20係供導引含有VOC的廢氣，令該吸/脫附塔10a、10b進行吸附作業，所述「吸附作業」是指VOC被吸附材料吸附的過程，所述「交替地連通於該等吸/脫附塔的進氣端」是指廢氣供給管路在連通於其中一部分吸/脫附塔的進氣端一段時間之後，會經過切換而改連通於另一部份吸/脫附塔的進氣端一段時間。例如，廢氣供給管路20首先連通於吸/脫附塔10a的進氣端11a，待吸/脫附塔10a即將或已達吸附飽和時，廢氣供給管路20經過切換而改為連通於吸/脫附塔10b的進氣端11b，當吸/脫附塔10b即將或已達吸附飽和時，廢氣供給管路20又經過切換而連通於吸附塔10a。廢氣供給管路20可具有若干控制閥21、22而切換所連通的吸/脫附塔10a、10b。

該吸附後氣體排放管路30是連通於與該廢氣供給管路20連 通的吸/脫附塔10a、10b的排氣端12a、12b，換句話說，廢氣供給管路20與吸附後氣體排放管路30是連通於相同的吸/脫附塔10a、10b，前者連通於進氣端11a、11b，而後者連通於排氣端12a、12b，經吸附後氣體排放管路30排出的廢氣已幾乎不含VOC而可直接對外排出。為了將廢氣自廢氣供給管路20經由吸/脫附塔10a、10b導引至吸附後氣體排放管路30，更可將一吸附風車35設於該吸附後氣體排放管路30。

該觸媒氧化處理單元40是交替地連通於該等吸/脫附塔10a、10b以進行脫附作業，且廢氣供給管路20與觸媒氧化處理單元40不會同時連通於相同的吸/脫附塔10a、10b，亦即單一吸/脫附塔10a、10b不會同時進行吸附作業及脫附作業，所述「脫附作業」是指將VOC自吸附材料中脫附移除的過程。

該觸媒氧化處理單元40包括一熱交換器50、一觸媒反應器60、一進氣單元70、一排氣單元80、一第一管路41、一第二管路42、一第三管路43及一第四管路44，該熱交換器50具有一冷氣通道51及一熱氣通道52，兩者互不連通，冷氣通道51內的氣體可與熱氣通道52內的氣體進行熱交換，冷氣通道51及熱氣通道52的路徑並不以圖式所示者為限。

該冷氣通道51之一進氣口511係藉由該第一管路41而與連通於觸媒氧化處理單元40的吸/脫附塔10a、10b的排氣端12a、12b連通，第一管路41可具有若干控制閥411、412而切換所連通的吸/脫附塔10a、10b，該冷氣通道51之一排氣口512係藉由該第二管路42而與該觸媒反應器60之一進氣口61連通，觸媒反應器60內部具有可促進VOC氧化的觸媒材料，所選用的觸媒材料依VOC種類而定，觸媒反應器60之一排氣口62係藉由該第三管路43而與熱氣通道52之一進氣口521連通，該熱氣通道52之一排氣口522是藉由該第四管路44而與連通於觸媒氧化處理單元40 的吸/脫附塔10a、10b的進氣端11a、11b連通，第四管路44可具有若干控制閥441、442而切換所連通的吸/脫附塔10a、10b。為了讓氣體能在管路內流動，觸媒氧化處理單元40更可包括一脫附風車90設於第一至第四管路41-44其中一者，在本實施例中則是設於第一管路41。吸附、脫附風車35、90都是用以提供氣體流動所需的氣壓差。

該進氣單元70係連通於第一管路41而供導入觸媒反應器60所需之氧化氣體，所述「氧化氣體」是指可與VOC進行氧化還原反應之氣態氧化劑，例如氧氣，進氣單元70所導入的氧化氣體不一定是純的氧化氣體，也可以是含有氧化氣體的混合氣體，例如空氣。該排氣單元80係連通於該第四管路44而供排出管路內的少部分氣體，剩餘氣體則經由第四管路44不斷循環至吸/脫附塔10a、10b進行脫附。

工作時，廢氣供給管路20將含VOC廢氣導入其中一吸/脫附塔(以吸/脫附塔10a為例)進行吸附作業，吸附處理後的廢氣由吸附後氣體排放管路30直接對外排出或進行後續處理，當吸/脫附塔10a即將或已達吸附飽和時，廢氣供給管路20改將含VOC廢氣導入另一吸/脫附塔10b繼續進行吸附作業，而吸/脫附塔10a則改與觸媒氧化處理單元40連通並進行脫附作業，此時觸媒氧化處理單元40管路內的脫附氣體將吸/脫附塔10a所吸附的VOC脫出，含VOC的脫附氣體經由第一管路41導入熱交換器50的冷氣通道51，同時進氣單元70補充氧化氣體至含VOC脫附氣體中，含VOC脫附氣體在熱交換器50預熱後經第二管路42導入觸媒反應器60，VOC經觸媒氧化處理後轉化為二氧化碳及水等無害的化合物，經觸媒處理後的氣體再經由第三管路43導入熱交換器50的熱氣通道52，此時高熱的氣體將熱能交換給冷氣通道51內的含VOC脫附氣體，之後少部分氣體經由排氣單元80排出，其餘氣體作為脫附氣體繼續經由第四管路44循環至吸/脫 附塔10a進行脫附作業。當吸/脫附塔10b吸附飽和後，再次進行切換使吸/脫附塔10a復又進行吸附作業，而吸/脫附塔10b則改進行脫附作業。藉此，吸/脫附塔10a、10b不斷交替切換進行吸附作業與脫附作業，處理後的氣體大部分由吸附後氣體排放管路30排出，少部分由排氣單元80排出，VOC在本處理裝置中可被有效地去除。

基於前述設計，本發明的吸/脫附塔及觸媒氧化處理單元的建置成本較低，容易操作、維護，且本發明善用VOC氧化後的餘熱在熱交換器內對含有VOC的脫附氣體進行預熱，可以節省加熱脫附氣體所需的能源，最終也可有效地去除廢氣中的VOC。

在本較佳實施例中，觸媒氧化處理單元40更包括一加熱器100設於該第二管路42，加熱器100用來對已預先升溫的脫附氣體進一步加熱至觸媒反應器60所需的工作溫度，惟若脫附氣體在熱交換器50中已可升溫至觸媒反應器60所需的工作溫度，則該加熱器100也可省略或不作用。

在本較佳實施例中，為了精準控制氧化氣體的補充量，該觸媒氧化處理單元60更可包括一氧化氣體感測器110及一控制器120，該氧化氣體感測器110係設於第四管路44而供感測管路內的氧化氣體含量，該控制器120電性連接於進氣單元70、排氣單元80及氧化氣體感測器110，且控制器120可根據氧化氣體感測器110所感測之訊號而精準控制進氣單元70的進氣量，同時根據進氣單元70的進氣量而相應地控制排氣單元80的排氣量，亦即令補充至觸媒氧化處理單元40的流量與自觸媒氧化處理單元40排出的流量約略相等，使管路內部流量保持穩定，以利控制脫附作業的進行。

在本較佳實施例中，該觸媒氧化處理單元40更包括一灑水器130設於該第四管路44，該控制器120進一步電性連接該灑水器130。該 灑水器130是用以補充水分至管路中以降低脫附氣體的溫度，否則若脫附氣體溫度過高，有可能使吸附材料失去活性或自燃。當然，如果第四管路44內的脫附氣體可在第四管路44內迅速地自然散熱而使吸附材料沒有自燃之虞，則灑水器130也可以被省略或不作用。由於管路內補充了額外的水分，因此控制器120可進一步根據灑水器130之灑水量及進氣單元70的進氣量而相應地控制該排氣單元80的排氣量，使管路內的流量保持穩定。

在本較佳實施例中，為了精準地控制灑水器130的灑水量，觸媒氧化處理單元40更可包括一溫度感測器140設於該第四管路44並位於該灑水器130與吸/脫附塔10a、10b之間而供感測管路內的氣體溫度，該控制器120電性連接於溫度感測器140，並根據溫度感測器140之訊號而控制灑水器130之灑水量，從而使脫附氣體可被精準地降溫至適當的工作溫度。

在前揭實施例中，進氣單元70及氧化氣體感測器110是分別連通或設於第一管路41及第四管路44，惟兩者的位置是可進行調整的，例如在第2圖所示的第二實施例中，進氣單元70改連通於第二管路42，而氧化氣體感測器110則改設於第三管路43，如此也能實現兩者的設計目的。此外，在第二實施例中，吸附風車35改設於廢氣供給管路20，而脫附風車90則改設於第四管路44，同樣可驅使氣體在讓管路內流動。為了進一步確保吸/脫附塔10a、10b不致因高溫脫附氣體而自燃，於吸/脫附塔10a、10b進氣端前方還額外設有二溫度感測器140a、140b，當溫度感測器140a、140b感測脫附氣體溫度過高時，可啟動吸/脫附塔10a、10b內部的灑水器(圖未示)以進行降溫。

需說明的是，前述各實施例的VOC處理裝置雖僅包含二吸/脫附塔，惟實際上可依需求額外增加吸/脫附塔，這些吸/脫附塔可分別進行吸附作業、脫附作業或靜置；在氣體流量足夠的環境或其他適當條件下， 多個吸/脫附塔可以同時進行吸附作業，同樣的，多個吸/脫附塔也可以同時進行脫附作業。

最後，必須再次說明的是，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

10a、10b‧‧‧吸/脫附塔

11a、11b‧‧‧進氣端

12a、12b‧‧‧排氣端

20‧‧‧廢氣供給管路

21、22‧‧‧控制閥

30‧‧‧吸附後氣體排放管路

35‧‧‧吸附風車

40‧‧‧觸媒氧化處理單元

41‧‧‧第一管路

411、412‧‧‧控制閥

42‧‧‧第二管路

43‧‧‧第三管路

44‧‧‧第四管路

441、442‧‧‧控制閥

50‧‧‧熱交換器

51‧‧‧冷氣通道

511‧‧‧進氣口

512‧‧‧排氣口

52‧‧‧熱氣通道

521‧‧‧進氣口

522‧‧‧排氣口

60‧‧‧觸媒反應器

61‧‧‧進氣口

62‧‧‧排氣口

70‧‧‧進氣單元

80‧‧‧排氣單元

90‧‧‧脫附風車

100‧‧‧加熱器

110‧‧‧氧化氣體感測器

120‧‧‧控制器

130‧‧‧灑水器

140‧‧‧溫度感測器

Claims (10)

1. 一種揮發性有機化合物處理裝置，包括：至少二吸/脫附塔，各該吸/脫附塔具有一進氣端及一排氣端；一廢氣供給管路，供導引含有揮發性有機化合物的廢氣，並交替地連通於該等吸/脫附塔之進氣端，令該吸/脫附塔進行吸附作業；一吸附後氣體排放管路，連通於與該廢氣供給管路連通的吸/脫附塔之排氣端；以及一觸媒氧化處理單元，交替地連通於該等吸/脫附塔以進行脫附作業，該廢氣供給管路及觸媒氧化處理單元兩者並不同時連通於相同的吸/脫附塔，該觸媒氧化處理單元包括一熱交換器、一觸媒反應器、一進氣單元、一排氣單元、一第一管路、一第二管路、一第三管路及一第四管路，該熱交換器具有一冷氣通道及一熱氣通道，該冷氣通道之一進氣口係藉由該第一管路而與連通於觸媒氧化處理單元的吸/脫附塔的排氣端連通，該冷氣通道之一排氣口係藉由該第二管路而與該觸媒反應器之一進氣口連通，該觸媒反應器之一排氣口係藉由該第三管路而與該熱氣通道之一進氣口連通，該熱氣通道之一排氣口係藉由該第四管路而與連通於觸媒氧化處理單元的吸/脫附塔的進氣端連通，該進氣單元係連通於第一或第二管路而供導入觸媒反應器所需之氧化氣體，該排氣單元係連通於該第四管路而供排出管路內的部分氣體，該觸媒反應器內部具有可促進揮發性有機化合物氧化的觸媒材料。
2. 如請求項1所述之揮發性有機化合物處理裝置，其中該觸媒氧化處理單元更包括一加熱器設於該第二管路。
3. 如請求項1所述之揮發性有機化合物處理裝置，其中該觸媒氧化處理單元更包括一氧化氣體感測器及一控制器，該氧化氣體感測器係設於第 三或第四管路而供感測管路內的氧化氣體含量，該控制器電性連接於該進氣單元、該排放單元及該氧化氣體感測器，且該控制器根據該氧化氣體感測器所感測之訊號控制該進氣單元的進氣量，並根據該進氣單元的進氣量而相應地控制該排氣單元的排氣量。
4. 如請求項3所述之揮發性有機化合物處理裝置，其中該觸媒氧化處理單元更包括一灑水器設於該第四管路，該控制器電性連接於該灑水器，並根據該灑水器之灑水量及該進氣單元的進氣量而相應地控制該排氣單元的排氣量。
5. 如請求項4所述之揮發性有機化合物處理裝置，其中該觸媒氧化處理單元更包括一溫度感測器設於該第四管路並位於該灑水器與吸/脫附塔之間而供感測管路內的氣體溫度，該控制器電性連接該溫度感測器，並根據該溫度感測器之訊號控制該灑水器之灑水量。
6. 如請求項2所述之揮發性有機化合物處理裝置，其中該觸媒氧化處理單元更包括一氧化氣體感測器及一控制器，該氧化氣體感測器係設於第三或第四管路而供感測管路內的氧化氣體含量，該控制器電性連接於該進氣單元、該排放單元及該氧化氣體感測器，且該控制器根據該氧化氣體感測器所感測之訊號控制該進氣單元的進氣量，並根據該進氣單元的進氣量而相應地控制該排氣單元的排氣量。
7. 如請求項6所述之揮發性有機化合物處理裝置，其中該觸媒氧化處理單元更包括一灑水器設於該第四管路，該控制器電性連接於該灑水器，並根據該灑水器之灑水量及該進氣單元的進氣量而相應地控制該排氣單元的排氣量。
8. 如請求項7所述之揮發性有機化合物處理裝置，其中該觸媒氧化處理單元更包括一溫度感測器設於該第四管路並位於該灑水器與熱交換器之 間而供感測管路內的氣體溫度，該控制器電性連接該溫度感測器，並根據該溫度感測器之訊號控制該灑水器之灑水量。
9. 如請求項1至8中任一項所述之揮發性有機化合物處理裝置，其中該觸媒氧化處理單元更包括一脫附風車設於第一至第四管路中其中一者。
10. 如請求項1至8中任一項所述之揮發性有機化合物處理裝置，更包括一吸附風車設於該吸附後氣體排放管路或該廢氣供給管路。