TWI633924B - 一種氣體之處理方法與氣體處理裝置 - Google Patents

一種氣體之處理方法與氣體處理裝置 Download PDF

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Abstract

一種氣體之處理方法與氣體處理裝置，其中，此氣體處理裝置，係用於處理至少含有一一氧化二氮(N2O)的氣體，氣體處理裝置包含：一第一腔室，包含一第一進氣口、一第一出氣口以及一第一能量供應系統，氣體係自第一進氣口進入第一腔室內；一第二腔室，包含一第二進氣口、第二出氣口以及一第二能量供應系統，第一出氣口與第二出氣口分別與一第三腔室之一第三進氣口相連通；第三腔室透過一第三出氣口與一第四腔室之一第四進氣口相連通；第四腔室包含一洗滌系統，洗滌系統具有一包含水分子(H2O)之溶劑。

Description

一種氣體之處理方法與氣體處理裝置
一種氣體之處理方法與氣體處理裝置，尤其涉及一種將氣體與臭氧分別獨立進行處理裂解後再混合反應之氣體淨化方式。
近年來，空氣汚染的議題備受重視，由於其對人類和生態環境有極大的負面影響。而造成空氣汚染的物質可以是固態顆粒、液態液滴、或是氣體，有天然造成的如火山噴發的菸灰，也有藉由人類活動而產生的汚染物，如汽機車排放廢氣中的一氧化碳或硫氧化物，或工廠燃燒排放的氣體等等。
藉由人類活動產生的主要汙染物包括有：
一、硫氧化物(SOx)：通常是二氧化硫，化學公式為S02° SO2由火山和其它工業過程產生。煤和石油常常含有硫，它們在燃燒時會產SO2，SO2通常在受到NO2等的催化進一步氧化，形成H2SO4，即酸雨。
二、氫氧化物(NOx)：氮氧化物，特別是高溫燃燒所產生的二氧化氮，也可以通過閃電產生。它們會形成棕色煙霧或汚染物，籠罩城市，二氧化氮是一種化學物質，公式為NO2，為最著名的空氣汚染物，這種棕紅色的氣體具有十分剌鼻的苦澀氣味。
三、一氧化碳(CO)：CO是一種無色、無味、無刺激的有 毒氣體。是由不完全燃燒所產生的，如天然氣、煤或木頭等，汽車或機車排放的尾氣是一氧化碳的主要來源。
四、揮發性有機物：揮發性有機汚染物是常見的汚染物。它們可能是甲烷(CH4)或是非甲烷(NMVOCs)。甲烷是極其強大的溫室氣體，導致全球變暖。其它揮發性碳氫化合有機物也是重要的溫室氣體，因為它們會產生臭氧，延長大氣中甲烷的壽命，影響則依地區空氣品質的不同而不同，芳香非甲烷苯類、甲苯、二甲苯則有致癌嫌疑，長期接觸可能會導致白血病。
五、有毒金屬：如鉛和汞，特別是它們的合成物。
六、氯氟烴(CFCs)：能破壞臭氧層；產生這一氣體的物質目前已經被禁用，這些氣體可以從空調、冰箱、噴霧劑等散佈，氯氟烴進入空氣後升至平流層，在此它們與其它氣體反應，破壞臭氧層，使得有害的紫外線到達地球表面，能導致皮膚癌、眼疾甚至傷害植物。
七、自由基：一種空中微粒，與心肺疾病有關。
八、氨氣(NH3)：主要來自農業活動的過程，氨氣的化學方程式是NH3，通常是一種刺激性強的氣體，地面作物需要的相關營養成分，氨是肥料和滋養的先導，無論是直接還是間接，氨都是許多藥物的合成成分。氨雖然被大量使用，但確是有腐蝕性的，傷身的物質，在大氣中，氨氣與氫氧化物和硫發生反應，形成女生顆粒。
九、臭氣從垃圾、汚水和工業過程中釋放出來。
十、放射性廢料：由核爆炸、核事件、戰爭爆破和自然過程，如氨的放射性衰變產生。
以上為主要造成空氣污染的污染物與其產生的來源。
其中，以一氧化二氨(N2O)是大氣中含量最多的氫氧化物，也是氨氧化物中化學性質最穩定的一種，因為對人體沒有直接傷害，所以也就不像其他氮氧化物如NO或NO，受到重視，但是其嚴重破壞臭氧層已受到證實。
2015年聯合國於巴黎舉辦氣候峰會，該次的議題是以「抑制全球暖化」進行協議，目標是逐年減少溫室氣體排放，讓地球在2100年時暖化速度減緩，全球氣溫不會上升超過1.5℃[2015聯合國氣候峰會，維基百科]；雖然各國遞交之溫室氣體減排的標準不一，但是減少溫室氣體排放是已有的共識。美國環境保護署(USEPA)明列六種氣體為減排對象，包含二氧化碳、甲烷、氧化亞氨、氫氟碳化物、全氟碳化物及六氟化硫；此舉將迫使美國聯邦政府自1970年清淨空氣法案(Clean Air Act)後，再次立法規範前述溫室氣體排放[國家政策研究基金會，http：//www.npf.org.tw//13/6825]。我國於2015年立法院第八屆第7第16次三讀通過「溫室氣體減量及管理法」，同年七月總統頒布實施，隔年環保署擬定實施細則以利後續推動，其中第十二條第三項明定「工業製程與產品使用部門溫室氣體統計及排放趨勢」；因此在半導體產業中，有相當多的製程氣體如氧化亞氮、甲烷、氫氟碳化物、全氟碳化物及六氟化硫等都會受到管制及盤點，對於業界廠務而言，無疑需要提前因應以避免遭受管制。
常見的溫室氣體對於全球暖化的影響程度亦不相同(稱為全球暖化潛勢GWP100)，C02為1，SF6為22,800，N2O為280；除此之外，N2O也是破壞大氣臭氧層的主要氣體，主要是因為N2O對真空紫外線(Vacuum UV,VUV)具有強烈的吸收能力，並分解為N2及O原子，使O原子再與臭氧O3反應生成O2，因此使臭氧減少，其化學式如下N2O+hv → N2+O O+O3 → 2O2
另外，目前空汙問題相當著名的PM2.5以及霧霾光害及臭氧等議題，也是與NOx有關，因為在低層的空氣中，汽機車排放廢氣中的氮氧化物，經過紫外線照射便分解成為NO與O原子，而NO與O2結合後形成NO2，再與水蒸氣反應形成棕紅色的硝酸，O原子則與O2結合成為臭氧，因此在空氣汙染嚴重的早晨，經常有棕紅色的霧霾與臭氧影響健康。
在台灣半導體廠，對於溫室氣體的排放量及標準要求相當高，主要是國際半導體產業對環保的高標準自我要求，以爭取國際形象，因此在巴黎協議簽訂後，各廠皆在努力研發N2O尾氣消除及NOx的降低方法，其中最方便的莫過於燃燒法，電漿裂解法以及電熱法。但前述方法中，必須付出相當昂貴的成本，例如燃料費用，電費以及電極損耗成本，加上半導體工廠中常以N2作為稀釋氣體的主要氣體，但是在高溫的燃燒法，電熱法和電漿法都會將N2再次形成N2O及NOx，無形中造成二次汙染。
在各國專利方面，美國專利號US5,206,002、US6,162,409、US6,649,132、US7,303,735中揭露，使用臭氧來處理N2O及NOx，但是依照其揭露的方法或設備，都需要使用高濃度臭氧進行氧化，相當於1.5莫耳的臭氧，因此在有限的成本架構下相當不易推廣。
另外，對於惡臭氣體如NH3,H2S等，使用紫外線進行分解之相關技術，則在中國專利號ZL03115442.5，日本專利號JP2000157621A、以 及JP2001235201A中有提及，但是，其瓶頸之處在於，風量過大或是惡臭氣體之濃度過高時，全波段紫外燈管將無法負荷，因此，處理效果不佳。
美國專利號US7,837,966中有提及，以紫外線與臭氧進行分解碳氫化物，並可設計模組化以組合方式降低碳氫化合物濃度，並有監控臭氧濃度以降低環境污染。其使用的UVC波長254nm之主要目的，在於將O3裂解成為O原子，以便與碳氫化物反應，並非直接裂解碳氫化物，另外反應腔體的流道設計是讓碳氫化物的停留時間夠久以便反應。
美國專利號US7,272,925中，以紫外線及臭氧降低NOx濃度，其中添加碳氫化物，並以UV波長254nm照射碳氫化物，臭氧及水氣等，以產生催化劑，最終在使用催化劑進行消除NOx。
美國專利號US6,506,351中，則是提出，將臭氧加熱至約50-150度C，再與NOx反應，生成N2O5後移除。
美國專利號US7,498,009，係以UV加上NH3(Ammonia)在同一腔室內進行NOx處理，然而，NH3本身即為一有害氣體，並且使用NH3易造成二次汙染。US20100108489提到，為了生產NO氣體，以N2O氣體在UV腔體內裂解並重複循環與副產物反應最終生成NO，但生產過程需長達數十分鐘，不僅效率偏低且最終產物仍屬於氮氧化物。
在上述多項專利中，皆未提到N2O(笑氣)之解決方案，雖廣義NOx包含N2O，但是由於N2O相當穩定，如果沒有特別處理，並不會完全裂解，因此，相較於NO及NO2的處理手法上，存在相當大的差異性，無論是中國專利，日本專利或是上述提到的美國專利，在機構設計上皆未考慮氣體或是惡臭氣體對於紫外線的吸收深度，以及臭氧半衰期及產生radical 時機與反應順序；因此在設計消除N2O的機制上，必須考慮N2O對紫外線的吸收，臭氧對紫外線的影響，進而設計出N2O與臭氧最佳反應時機及如何反應。
因此，如何提出一種針對N2O氣體的處理方法或設備，乃為業界亟欲改善與努力的方向所在。
有鑒於此，本發明即在提供一種氣體之處理方法，氣體中至少含有一一氧化二氮(N2O)，氣體之處理方法包含：輸送氣體至一第一腔室內，提供一第一能量於第一腔室內，使氣體形成一具有激發態之游離氣體，其中游離氣體至少包含一一氧化氮(NO)及一氮原子(N)；提供一臭氧(O3)至一第二腔室內，第二腔室具有一第二能量，使O3形成一具有激發態之氧原子(O)及O2；分別輸送第一腔室內之激發態之游離氣體與第二腔室內之激發態之氧原子至一第三腔室內進行反應，使第三腔室中的氣體至少含有一二氧化氮(NO2)；將第三腔室的氣體輸送至一第四腔室，第四腔室具有一洗滌系統，洗滌系統至少含有一可溶解NO2之溶劑。
所述之氣體之處理方法，其中，第一能量與第二能量為一熱能或一光能的其中之一或組合。
所述之氣體之處理方法，其中，第一能量包含一波長介於160-210nm之間之第一紫外線光源。
所述之氣體之處理方法，其中，第二能量係包含由一發熱裝置所提供。
所述之氣體之處理方法，其中，第二能量包含具有一波長介 於230-280nm之間的第二紫外線光源。
所述之氣體之第四腔室內之處理方法，其中，洗滌系統之溶劑至少包含一水分子(H2O)。
所述之氣體之處理方法，其中，第一腔室、第二腔室或第三腔室，進一步具有一擾流系統。
所述之氣體之處理方法，其中，擾流系統具有一可產生雷諾數大於或等於3000之紊流。
所述之氣體之處理方法，其中，擾流系統包含複數個鰭片。
所述之氣體之處理方法，其中，擾流系統包含由複數個紫外線光源進行矩陣或錯位排列組成，並且設置於第一腔室或第三腔室的氣體流道處，據此，藉由氣體的流動碰撞等紫外線光源而造成一擾流效果。
所述之氣體之處理方法，其中，擾流系統可為一噴嘴。
所述之氣體之處理方法，其中，第四腔室連結一第五腔室；輸入一激發態之氧原子於第五腔室內進行反應，使第五腔室內至少含有一二氧化氮(NO2)之氣體；輸送第五腔室內之含有二氧化氮(NO2)之氣體至第四腔室內。
所述之氣體之處理方法，其中，激發態之氧原子係來自於第二腔室內所產生。
此外，本發明在提出一種氣體處理裝置，係用於處理至少含有一一氧化二氮(N2O)的氣體，氣體處理裝置包含：一第一腔室，包含一第一進氣口、一第一出氣口以及一第一能量供應系統，氣體係自第一進氣口進入第一腔室內；一第二腔室，包含一第二進氣口、第二出氣口以及一 第二能量供應系統，第一出氣口與第二出氣口分別與一第三腔室之一第三進氣口相連通；第三腔室透過一第三出氣口與一第四腔室之一第四進氣口相連通；第四腔室包含一洗滌系統，洗滌系統具有一包含水分子(H2O)之溶劑。
所述之氣體處理裝置，其中，第一能量供應系統與第二能量供應系統係來自一熱能或一光能的其中之一、兩者之組合。
所述之氣體處理裝置，其中，第一能量供應系統包含一具有波長介於160-210nm之間之第一紫外線光源。
所述之氣體處理裝置，其中，第二能量供應系統包含一介於100-300℃之間的發熱裝置。
所述之氣體處理裝置，其中，第二能量供應系統包含一具有波長介於230-280nm之間的第二紫外線光源。
所述之氣體處理裝置，其中，第一腔室、第二腔室或第三腔室，進一步設置一擾流系統。
所述之氣體處理裝置，其中，擾流系統具有可產生一雷諾數大於或等於3000之紊流。
所述之氣體處理裝置，其中，擾流系統包含複數個鰭片
所述之氣體處理裝置，其中，擾流系統包含由複數個紫外線光源進行矩陣或錯位排列組成，並且設置於第一腔室、第二腔室或第三腔室的氣體流道處，據此，藉由氣體的流動碰撞等紫外線光源而造成一擾流效果。
所述之氣體處理裝置，其中，擾流系統可為一噴嘴。
所述之氣體處理裝置，其中，第四腔室透過一第四出氣口與一第五腔室之一第五進氣口連通，第五腔室進一步具有一第五外氣進氣口。
所述之氣體處理裝置，其中，第五外氣進氣口與第二腔室之第二出氣口相連通。
所述之氣體處理裝置，其中，第五腔室進一步具有一第五出氣口，與第四腔室之第四進氣口相連通。
所述之氣體處理裝置，其中，第一能量供應系統具有一第一密閉容器，第一紫外線光源則設置於第一密閉容器內。
所述之氣體處理裝置，其中，第一密閉容器之管壁為高純度石英、藍寶石、或可穿透波長介於160-210nm之紫外線光源之材質。
所述之氣體處理裝置，其中，第二能量供應系統具有一第二密閉容器，第二紫外線光源則設置於第二密閉容器。
所述之氣體處理裝置，其中，第二密閉容器之管壁為高純度石英、藍寶石、或可穿透波長介於230-280nm之紫外線光源之材質。
100‧‧‧氣體處理裝置
10‧‧‧第一腔室
101‧‧‧第一進氣口
102‧‧‧第一出氣口
103‧‧‧第一能量供應系統
1032‧‧‧第一密閉容器
11‧‧‧第一能量
111‧‧‧第一紫外線光源
20‧‧‧第二腔室
201‧‧‧第二進氣口
202‧‧‧第二出氣口
21‧‧‧第二能量
211‧‧‧發熱裝置
212‧‧‧第二紫外線光源
203‧‧‧第二能量供應系統
2032‧‧‧第二紫外線光源
2033‧‧‧第二密閉容器
30‧‧‧第三腔室
301‧‧‧第三進氣口
302‧‧‧第三出氣口
40‧‧‧第四腔室
401‧‧‧第四進氣口
402‧‧‧第四出氣口
41‧‧‧洗滌系統
411‧‧‧溶劑
50‧‧‧第五腔室
501‧‧‧第五進氣口
502‧‧‧第五出氣口
503‧‧‧第五外氣進氣口
70‧‧‧擾流系統
701‧‧‧鰭片
702‧‧‧紫外線光源
703‧‧‧噴嘴
第1圖為本發明所提出之一種氣體處理裝置示意圖。
第2圖至第4圖為擾流系統之示意圖。
第5圖為本發明之另一種氣體處理裝置示意圖。
第6圖為第一腔室與第二腔室之示意圖。
第7、8、10圖為本發明所提出之一種氣體之處理方法示意圖。
第9圖為實驗數據圖。
由於本發明係揭露一種氣體處理方法與氣體處理裝置，其中，所使用之氣體的氧化還原反應等相關基礎原理已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，不再作完整描述。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之結構示意，並未亦不需要依據實際尺寸完整繪製，盍先敘明。
本發明提出一種氣體處理裝置100，係用於處理一氣體，在此所指的氣體，是指包含有害的氣體，其所產生的來源可以是如火力發電廠經過高溫燃燒後所排出的氣體，如SOx(硫氧化物)；半導體製程所產生的尾氣，如CH4(甲烷)及N2O等。此氣體處理裝置100包含複數個相連通的腔室：第一腔室10、第二腔室20、第三腔室30以及第四腔室40，特別適用於包含至少含有一一氧化二氮(N2O)的氣體之相關處理與淨化，其中，各腔室的運作說明如下。
第一腔室10包含一第一進氣口101、一第一出氣口102以及一第一能量供應系統103，而欲處理的氣體係自第一進氣口101進入第一腔室10內，在第一腔室10內的第一能量供應系統103係來自一熱能或一光能的其中之一、或兩者之組合，在一較佳實施例中，第一能量供應系統103可包含有一波長介於160-210nm之間之第一紫外線光源1031。當然，可以視欲處理的氣體成分，選擇給予更針對性的熱能或光能，據此，可以使進入第一腔室10內的氣體，產生具有激發態的游離氣體。
第二腔室20，包含一第二出氣口202以及一第二能量供應系統203，在第二腔室20中，係用來放置針對前述輸入第一腔室10中需要處理的氣體設置其適合的氣體反應物，因此，第二腔室20可以包含一第二進氣 口201，隨時補充氣體反應物至第二腔室20之內。
第二能量供應系統203可以視此氣體反應物的特性，設置其適合的能量，如來自一熱能或一光能的其中之一、或兩者之組合，在一較佳實施例中，第二能量供應系統203包含一介於100-300℃之間的發熱裝置211，或者，第二能量供應系統203可再包含一具有波長介於230-280nm之間的第二紫外線光源2031。據此，可以將第二腔室20內的氣體反應物產生具有激發態的氣體反應物。
第三腔室30包含一第三進氣口301與第三出氣口302。第四腔室則包含一第四進氣口401、一第四出氣口402以及一洗滌系統41。
而第一腔室10之第一出氣口102與第二腔室20之第二出氣口202分別與第三腔室30的第三進氣口301相連通。據此，透過第一腔室10可先單獨處理需要淨化的氣體，藉由第一能量供應系統103產生具有激發態的游離氣體之後，再輸入至第三腔體30；第二腔室20的氣體反應物也先透過第二能量供應系統203產生具有激發態的氣體反應物之後，再輸入第三腔室30中。如此一來，進入第三腔室30的激發態的游離氣體可以與激發態的氣體反應物充分反應。
而第三腔室30透過第三出氣口302與一第四腔室40之一第四進氣口401相連通，將第三腔室30內已經充分反應後的氣體輸入第四腔室40之內；第四腔室40包含一洗滌系統41，此洗滌系統41具有一包含水分子(H2O)之溶劑411，藉此將第四腔室40內的氣體溶解。
要特別說明的是，藉由第一腔室10與第二腔室20，分別對要處理的氣體與氣體反應物進行單獨處理，再輸入至第三腔室30混合並進行 反應，主要在於，一般的廢氣氣體中含有複雜的多種氣體，如果直接加入氣體反應物直接與廢氣的氣體反應，會產生複雜且反覆的裂解、結合的過程，反而會導致反應的效果不佳，淨化的效率降低，藉由本發明所提出之氣體處理裝置100，分別藉由第一腔室10將要處理的氣體產生一具有激發態之游離氣體，第二腔室20將氣體反應物產生一具有激發態的氣體反應物，再使這兩種處於激發態的氣體輸入至第三腔室30進行反應，可以達到更高的反應效率。
此外，在一較佳實施例中，於第一腔室10或第三腔室30中，進一步設置一擾流系統70，據此，在第一腔室10中，可以使讓要處理的氣體與第一能量供應系統103反應更均勻、更有效率；讓第三腔室30中的激發態的游離氣體與激發態的氣體反應物反應更均勻、更有效率。因此，擾流系統70為具有一可產生雷諾數大於或等於3000之紊流，而擾流系統70的配置，並不特別侷限，只要能夠於第一腔室10與第三腔室30內，有效形成一擾流的效果即可，如果能形成紊流者更佳。
如第2圖所示，在第一腔室10或第三腔室30內，擾流系統70為包含複數個鰭片701者，且分散於第一腔室10或第三腔室30的氣體流道處。請參考第3圖，擾流系統70也可以是由複數個紫外線光源702進行矩陣或錯位排列組成，並且設置於第一腔室10或第三腔室30的氣體流道處，據此，藉由氣體的流動碰撞紫外線光源702而造成一擾流效果，同時也增加紫外線光源702有效的氣體反應面積。或者，請參考第4圖，擾流系統70也可以是由複數個噴嘴703所構成，藉由噴嘴703所噴出的氣流，可以使氣體混合更為均勻，反應效率更好。同理，若第二腔室20中的氣體反應物與第二 能量供應系統203有此需求，視成本的考量，亦可於第二腔室20內設置擾流系統70，加速產生激發態的氣體反應物的效率。
請參考第5圖，在另一實施例中，還包含一第五腔室50，包含一第五進氣口501與一第五出氣口502，第五進氣口501與第四腔室40的一第四出氣口402相連通，據此，在第四腔室40內透過洗滌系統41處理後，尚未被洗滌系統41中的溶劑411溶解的氣體，可透過此第四出氣口402注入至第五腔室50，此第五腔室50內可以包含有一氣體反應物，在第五腔室50中的氣體反應物，可以使用與第二腔室20相同的氣體反應物，但不以此為限。因此，第五腔室50進一步具有一第五外氣進氣口503與第二腔室20的第二出氣口202相連通，輸入激發態的氣體反應物，與第五腔室50內的尚未被溶劑411溶解的氣體進行反應，再將反應後的氣體透過第五出氣口502連通至第四腔室40之第四進氣口401，將其導入第四腔室40內，再經過洗滌系統41重複處理。
在此要說明的是，在第五腔室50內，亦可設置如前所述的擾流系統70，據此可增加激發態氣體反應物充分與第五腔室50內且來自於第四腔室40尚未被溶解的氣體反應。
請參考第6圖，在此實施例中，於第一能量供應系統103中，具有至少一個第一密閉容器1032，其材質可視第一能量供應系統103的來源而配合，例如，如果是熱能，則第一密閉容器1032可以使用導熱係數較佳的材質，如果是來自如本實施例所述之第一紫外線光源1031，則第一密閉容器1032之管壁為高純度石英或藍寶石、或可穿透光源的材質。本實施例係將第一紫外線光源1031設置於第一密閉容器1032內，據此，可以擴大第 一紫外線光源1031照射的有效反應面積，而，為了不影響第一紫外線光源1031的穿透效果，在本實施例中，第一密閉容器1032之管壁為可穿透波長介於160-210nm之紫外線光源的材質。
同理，於第二能量供應系統203中，具有至少一個第二密閉容器2033，其材質亦視第二能量供應系統203的來源而配合，例如，如果是熱能，則第二密閉容器2033可以使用導熱係數較佳的材質，如果是來自如本實施例所述之第二紫外線光源2032，則第二密閉容器2033之管壁為高純度石英或藍寶石、或可穿透光源的材質。本實施例係將第二紫外線光源2032設置於第二密閉容器2033內，據此，可以擴大第二紫外線光源2032照射的有效反應面積，而，為了不影響第二紫外線光源2032的穿透效果，在本實施中，第二密閉容器2033之管壁為可穿透波長介於230-280nm之紫外線光源的材質。
請參考第7圖，本發明再提出一種氣體之處理方法，在此所指的氣體，是指包含有害的氣體，其所產生的來源可以是如火力發電廠經過高溫燃燒後所排出的氣體，如SOx(硫氧化物)；半導體製程所產生的尾氣，如CH4(甲烷)及N2O等，且此氣體中係至少含有一一氧化二氮(N2O)之氣體，本氣體之處理方法包含：輸送此氣體至一第一腔室10內，提供一第一能量11於第一腔室10內，使此氣體形成一具有激發態之游離氣體，其中此游離氣體至少包含一一氧化氮(NO)及一氮原子(N)，在此要特別說明的是，第一能量11為前述第一能量供應系統103所提供，主要的目的在於能夠提供一適當的能量於第一腔室10內，進一步使此氣體產生裂解，並且氣體形成具有激發態的游離氣體，其中包含一氧化氮(NO)及一氮原子 (N)，因此，第一能量11可以是熱能或光能的混合提供，或是單一方式提供而來。在本實施例中，係採用一波長介於160-210nm之間之第一紫外線光源111，藉由此波段的紫外線，可以將氣體中的一氧化二氮(N2O)裂解成NO+N，其反應式為下式(1)。
N2O+hv->NO+N(4S) (1)
輸送一臭氧(O3)至一第二腔室20內，在本實施例中所使用的臭氧，即為前述的氣體反應物，主要是臭氧中的氧原子(O)可以有效的處理氧化二氮(N2O)。因此，第二腔室20具有一第二能量21，藉由此第二能量21使臭氧形成一具有激發態之氧原子(O)，在此要特別說明的是，第二能量21為前述第二能量供應系統203所提供，主要在於能夠適當的供給一適合的能量於第二腔室20內，進一步促進臭氧的裂解，因此，其可以是熱能或光能的混合提供，或是單一方式提供而來。在本實施例中，第二能量21是由一發熱裝置211所提供，當然，此發熱裝置211可以直接設置在第二腔室20內部，或設置在第二腔室20外部，只要讓第二腔室20維持在100-300℃的溫度即可，據此，可以使臭氧更快速的裂解成O2與O，並且使氧原子成為一激發態，其反應式如下式(2)。
O3+energy → O(1D)+O2 (2)
請參考第8圖，在另一實施例中，第二能量21則是使用一波長介於230-280nm之間的第二紫外線光源212，據此，亦可以使臭氧快速的裂解成O2與O，並且使氧原子成為一激發態。
接著，分別將第一腔室10內之激發態之游離氣體、與第二腔室20內之激發態之氧原子輸入至第三腔室30內，並進行反應，進而使第三 腔室30中的經過反應後的氣體中，至少含有二氧化氮(NO2)，其反應式至少包含如下(3)至(4)。
O(1D)+N2O → 2NO (3)
O(1D)+NO → NO2 (4)
接著，將第三腔室30中經過反應用的氣體輸送至第四腔室40內，第四腔室40具有一洗滌系統41，此洗滌系統41至少含有一可溶解二氧化氮(NO2)之溶劑411，較佳的方式為，此溶劑411至少包含一水分子(H2O)，據此，可以使二氧化氮(NO2)被溶解成HNO3。當然，可以視第三腔室內氣體的成分，選擇適合的溶劑411之成分，而在本實施例中，洗滌系統41中所使用的溶劑411，係使用水來當溶劑，其反應式為下式(5)。
NO2+H2O → 2HNO3 (5)
在此要特別說明的是，本發明進一步提出一擾流系統70，可以分別設置在第一腔室10、第二腔室20或第三腔室30，其主要目的在於，使各腔室內的氣體產生紊流使彼此反應更完全，以第一腔室10為例，如果其第一能量11是使用第一紫外線光源111，則由於紫外線的穿透深度大約於0.1~3公分左右，因此，如果要使氣體均勻被紫外線照射，可能要增加紫外線燈管的配置數量，但是如此會提高成本，因此，如果在配置一定數量的第一紫外線光源111下，利用擾流系統70增加第一腔室10之內的氣流，則可以提高第一紫外線光源111的處理效率，在同一時間與空間內，提高產生激發態之游離氣體。
而以第三腔室30為例，當第一腔室10與第二腔室20的氣體分別輸入激發態之游離氣體與激發態之氧原子至第三腔室30內之後，透過擾 流系統70，可以促進激發態之游離氣體與激發態之氧原子的碰撞效率，提高二氧化氮(NO2)的生成量。因此，較佳的方式為，擾流系統70為具有一可產生雷諾數大於或等於3000之紊流。而如何達到此具體效果有幾種方式可以視情況使用，如前氣體處理裝置100所述中，第2圖所述的鰭片701，或第3圖中所述的由複數個紫外線光源702進行矩陣或錯位排列組成，或如第4圖中所述的噴嘴703，皆可造成一擾流效果，而促進激發態之游離氣體與激發態之氧原子的碰撞效率，提高二氧化氮(NO2)生成量。
請參考第9圖，為利用本發明所提出之氣體處理裝置100，並且依照本發明所提出的氣體的處理方法，加以實驗，實驗條件如下：
對照組：於第一腔室10中輸入欲處理的至少包含有一氧化二氮(N2O)的氣體，第一腔室10中之第一能量供應系統103係使用一具有波長介於160-210nm之間之第一紫外線光源1031；第二腔室20中輸入臭氧，並且第二能量供應系統203係以一加熱裝置對第二腔室20升溫，溫度從50度至300度分階段測試，分別偵測第一腔室10與第四腔室40內，一氧化二氮(N2O)的氣體濃度(ppm)變化與消除率(DRE)，所得數據分別以(◆)、(▲)作為標示。
對照組：於第一腔室10與第二腔室20中皆不預先處理即傳至第三腔室30中，並對第三腔室30升溫，溫度從50度至300度分階段測試，分別偵測第一腔室10與第四腔室40內，氮氧化物(NOx)的氣體濃度(ppm)變化，所得的數據以(■)表示；可看出實驗組相較於對照組具有明顯提升削減率的功效；另外，觀察其削減率(DRE)也可證明本發明具有足夠的新穎性與進步性。
請參考第10圖，本發明所提出的氣體之處理方法，進一步包含一第五腔室50，針對於第四腔室40中之不溶於水之NO氣體，進行再處理，第四腔室40透過第四出氣口402與第五腔室50之第五進氣口501相連通，將第四腔室40內未處理完全的氣體導入第五腔室50內，並且，自第五外氣進氣口503輸入一激發態之氧原子於第五腔室50內進行反應，進而使該第五腔室50內至少含有一二氧化氮(NO2)之氣體，其反應式至少包含下式(7)。
O(1D)+NO → NO2 (7)
接著，再將第五腔室50內含有二氧化氮(NO2)之氣體透過第五出氣口502輸入至第四腔室40內，經過洗滌系統41再次處理。
在此，要特別說明的是，自第五外氣進氣口503所輸入的激發態之氧原子，可以是來自於第二腔室20內所產生的激發態之氧原子，透過第二腔室20的第二出氣口202與第五外氣進氣口503相連通，據此，當第二腔室20中的臭氧經過裂解後產生激發態之氧原子之後，透過第二出氣口202分別傳送到第三腔室30與第五腔室50，可以充分利用並且提高使用效率。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利權利；同時以上的描述，對於熟知本技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利範圍中。

Claims (30)

  1. 一種氣體之處理方法，該氣體中至少含有一一氧化二氮(N2O)，該氣體之處理方法包含：輸送該氣體至一第一腔室內，提供一第一能量於該第一腔室內，使該氣體形成一具有激發態之游離氣體，其中該游離氣體至少包含一一氧化氮(NO)及一氮原子(N)；提供一臭氧(O3)至一第二腔室內，該第二腔室具有一第二能量，使該臭氧形成一具有激發態之氧原子(O)；分別輸送該第一腔室內之該激發態之游離氣體與該第二腔室內之該激發態之氧原子於一第三腔室內進行反應，使該第三腔室中的氣體至少含有一二氧化氮(NO2)；將該第三腔室的氣體輸送至一第四腔室，該第四腔室具有一洗滌系統，該洗滌系統至少含有一可溶解該二氧化氮(NO2)之溶劑。
  2. 如請求項1所述之氣體之處理方法，其中，該第一能量與該第二能量為一熱能或一光能的其中之一或組合。
  3. 如請求項2所述之氣體之處理方法，其中，該第一能量包含一波長介於160-210nm之間之第一紫外線光源。
  4. 如請求項2所述之氣體之處理方法，其中，該第二能量係包含由一發熱裝置所提供。
  5. 如請求項2所述之氣體之處理方法，其中，該第二能量包含具有一波長介於230-280nm之間的第二紫外線光源。
  6. 如請求項1所述之氣體之處理方法，其中，該洗滌系統之該溶劑至少 包含一水分子(H2O)。
  7. 如請求項1所述之氣體之處理方法，其中，該第一腔室、該第二腔室或該第三腔室，進一步具有一擾流系統。
  8. 如請求項7所述之氣體之處理方法，其中，該擾流系統具有一可產生雷諾數大於或等於3000之紊流。
  9. 如請求項7所述之氣體之處理方法，其中，該擾流系統包含複數個鰭片。
  10. 如請求項7所述之氣體之處理方法，其中，該擾流系統包含由複數個紫外線光源進行矩陣或錯位排列組成，並且設置於該第一腔室、第二腔室或該第三腔室的氣體流道處，據此，藉由氣體的流動碰撞該等紫外線光源而造成一擾流效果。
  11. 如請求項7所述之氣體之處理方法，其中，該擾流系統可為一噴嘴。
  12. 如請求項1所述之氣體之處理方法，其中，該第四腔室連結一第五腔室；輸入一激發態之氧原子於該第五腔室內進行反應，使該第五腔室內至少含有一二氧化氮(NO2)之氣體；輸送該第五腔室內之該含有二氧化氮(NO2)之氣體至該第四腔室內。
  13. 如請求項12所述之氣體之處理方法，其中，該激發態之氧原子係來自於該第二腔室內所產生。
  14. 一種氣體處理裝置，係用於處理至少含有一一氧化二氮(N2O)的氣體，該氣體處理裝置包含：一第一腔室，包含一第一進氣口、一第一出氣口以及一第一能量供應系統，該氣體係自該第一進氣口進入第一腔室內； 一第二腔室，包含一第二出氣口以及一第二能量供應系統，該第一出氣口與該第二出氣口分別與一第三腔室之一第三進氣口相連通；該第三腔室透過一第三出氣口與一第四腔室之一第四進氣口相連通；該第四腔室包含一洗滌系統，該洗滌系統具有一包含水分子(H2O)之溶劑。
  15. 如請求項14所述之氣體處理裝置，其中，該第一能量供應系統與該第二能量供應系統係來自一熱能或一光能的其中之一、兩者之組合。
  16. 如請求項15所述之氣體處理裝置，其中，該第一能量供應系統包含一具有波長介於160-210nm之間之第一紫外線光源。
  17. 如請求項15所述之氣體處理裝置，其中，該第二能量供應系統包含一介於100-300℃之間的發熱裝置。
  18. 如請求項15所述之氣體處理裝置，其中，該第二能量供應系統包含一具有波長介於230-280nm之間的第二紫外線光源。
  19. 如請求項14所述之氣體處理裝置，其中，該第一腔室、該第二腔室或該第三腔室，進一步設置一擾流系統。
  20. 如請求項19所述之氣體處理裝置，其中，該擾流系統具有可產生一雷諾數大於或等於3000之紊流。
  21. 如請求項19所述之氣體處理裝置，其中，該擾流系統包含複數個鰭片(fin)。
  22. 如請求項19所述之氣體處理裝置，其中，該擾流系統包含由複數個紫外線光源進行矩陣或錯位排列組成，並且設置於該第一腔室、第 二腔室或該第三腔室的氣體流道處，據此，藉由氣體的流動碰撞該等紫外線光源而造成一擾流效果。
  23. 如請求項19所述之氣體處理裝置，其中，該擾流系統可為一噴嘴。
  24. 如請求項14所述之氣體處理裝置，其中，該第四腔室透過一第四出氣口與一第五腔室之一第五進氣口連通，該第五腔室進一步具有一第五外氣進氣口。
  25. 如請求項24所述之氣體處理裝置，其中，該第五外氣進氣口與該第二腔室之該第二出氣口相連通。
  26. 如請求項24所述之氣體處理裝置，其中，第五腔室進一步具有一第五出氣口，與該第四腔室之該第四進氣口相連通。
  27. 如請求項16所述之氣體處理裝置，其中，該第一能量供應系統具有一第一密閉容器，該第一紫外線光源則設置於該第一密閉容器內。
  28. 如請求項17所述之氣體處理裝置，其中，該第一密閉容器之管壁為高純度石英、藍寶石、或可穿透波長介於160-210nm之紫外線光源之材質。
  29. 如請求項18所述之氣體處理裝置，其中，該第二能量供應系統具有一第二密閉容器，該第二紫外線光源則設置於該第二密閉容器。
  30. 如請求項29所述之氣體處理裝置，其中，該第二密閉容器之管壁為高純度石英、藍寶石、或可穿透波長介於230-280nm之紫外線光源之材質。
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