TWI753394B - 有機廢氣檢測裝置 - Google Patents

Abstract

一種有機廢氣檢測裝置用於檢測初始有機廢氣，並包括儲氣環、正規管路、觸媒管路、分流管、載流氣體來源與火焰離子化偵測器。儲氣環用於封存初始有機廢氣。正規管路不改變初始有機廢氣的成分。觸媒管路改變初始有機廢氣的成分。載流氣體來源提供載流氣體，其驅使儲氣環內的初始有機廢氣輸送至分流管，而分流管將初始有機廢氣輸送至正規管路與觸媒管路。初始有機廢氣一部分在通過正規管路後形成第一有機廢氣，而初始有機廢氣其他部分通過觸媒管路後形成第二有機廢氣。火焰離子化偵測器用於接收第一有機廢氣與第二有機廢氣。

Description

有機廢氣檢測裝置

本發明是有關一種氣體檢測裝置，尤其是有關於一種有機廢氣檢測裝置。

現今的有機廢氣檢測已發展出火燄離子化偵測法，其基本架構大致上如第1A與1B圖所示。請參閱第1A圖，在進行一般的火燄離子化偵測法中，現有檢測裝置100包括空管101與觸媒管102，而大量的有機廢氣G10會先通過空管101而形成廢氣G11，但不通過觸媒管102，其中空管101基本上不與有機廢氣G10產生反應，所以廢氣G11的成分與有機廢氣G10的成分相同。廢氣G11在通過空管101之後會被火焰離子化偵測器(FID，Flame Ionization Detector)(未繪示)接收，而火焰離子化偵測器會針對廢氣G11的成分進行分析，以量測廢氣G11內的總碳氫化合物(Total Hydrocarbon，THC)。總碳氫化合物包含了甲烷與除了甲烷之外的非甲烷總碳氫化合物(Total Non-methane Hydrocarbon，TNMHC)。

請參閱第1B圖，其所示的數線THC代表廢氣G11內的總碳氫化合物多寡。由於廢氣G11的成分與有機廢氣G10的成分相同，所以火焰離子化偵測器對廢氣G11的分析結果等於對有機廢氣G10的分析結果。在火焰離子化偵測器分析廢氣G11的過程中，大量的有機廢氣G10會一直通過空管101，以 使火焰離子化偵測器持續接收廢氣G11進行分析。因此，數線THC大致上會呈現成水平線，如第1B圖所示。

請參閱第1C圖，之後，有機廢氣G10停止進入空管101，改進入觸媒管102。有機廢氣G10在通過觸媒管102之後會形成廢氣G12。觸媒管102會將有機廢氣G10內的非甲烷總碳氫化合物轉化成二氧化碳及水，從而改變有機廢氣G10的成分。因此，廢氣G12的成分與有機廢氣G10的成分兩者並不相同，其中廢氣G12應包含了原來在有機廢氣G10中的甲烷及前述轉化後的二氧化碳及水。

請參閱第1D圖，在火焰離子化偵測器分析廢氣G12之後，得到如第1D圖所示的分析結果，其中第1D圖中的數線CH₄代表廢氣G12內的甲烷多寡。與前述廢氣G11的分析過程相同，在火焰離子化偵測器分析廢氣G12的過程中，大量的有機廢氣G10會一直通過觸媒管102，以使火焰離子化偵測器持續接收廢氣G12進行分析，從而出現呈水平線的數線CH₄，如第1D圖所示。通常甲烷已經存在於自然界中，因此將第1B圖中數線THC的強度減去第1D圖中數線CH₄的強度，所得到的差值就代表是工業產品在生產過程所產生的有機污染氣體，政府環保單位就可以依此準確稽核並稽徵污染費用。

然而，現有檢測裝置100需要採集大量的有機廢氣G10才能進行檢測，其中有機廢氣G10至少要在400毫升以上，而採集大量有機廢氣G10，會減少觸媒管102的使用壽命，長時間運作導致誤差加大，以至於現有檢測裝置100經長時間運作後難以得到準確的分析結果。而大量的有機廢氣G10會使得觸媒管102的使用壽命變短，造成更換觸媒管的頻率變高而導致檢測成本增加。

本發明提供一種有機廢氣檢測裝置，其只需要少量的有機廢氣，即可進行檢測。

本發明提供一種有機廢氣檢測方法，其適用於上述有機廢氣檢測裝置。

本發明所提供的有機廢氣檢測裝置用於檢測來自於樣品源的初始有機廢氣，並包括儲氣環、正規管路、觸媒管路、分流管、載流氣體來源與火焰離子化偵測器。儲氣環用於連接樣品源與封存初始有機廢氣。正規管路不改變初始有機廢氣的成分。觸媒管路改變初始有機廢氣的成分。分流管連接正規管路、觸媒管路與儲氣環。載流氣體來源連接儲氣環，並提供載流氣體，其中載流氣體驅使儲氣環內的初始有機廢氣輸送至分流管，而分流管將初始有機廢氣輸送至正規管路與觸媒管路。初始有機廢氣一部分在通過正規管路後形成第一有機廢氣，而初始有機廢氣其他部分通過觸媒管路後形成第二有機廢氣。火焰離子化偵測器用於接收第一有機廢氣與第二有機廢氣。

本發明所提供的有機廢氣檢測方法，包括以下步驟。取樣步驟，將初始有機廢氣封存於儲氣環內。沖提步驟，以載流氣體將初始有機廢氣沖提出儲氣環。分流步驟，將沖提出的初始有機廢氣同時分流至正規管路與觸媒管路，其中正規管路不改變初始有機廢氣的成分，並使初始有機廢氣一部分形成一第一有機廢氣，而觸媒管路改變初始有機廢氣的成分，並使初始有機廢氣其他部分形成第二有機廢氣。偵測步驟，先將第一有機廢氣輸送至火焰離子化偵測器，之後將第二有機廢氣輸送至火焰離子化偵測器。

本發明因採用上述儲氣環對初始有機廢氣的封存，因而只需要少量的初始有機廢氣，即可進行檢測。如此，本發明的有機廢氣檢測裝置與其檢測方法不僅能大幅減少有機廢氣的採樣數量，而且還能縮短檢測時間，降低誤差，進而提升有機廢氣檢測的準確度及降低更換觸媒管的頻率。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

20:樣品源

100:現有檢測裝置

101:空管

102、231:觸媒管

200、300:有機廢氣檢測裝置

210:儲氣環

220:正規管路

230:觸媒管路

240:分流管

250:載流氣體來源

260:火焰離子化偵測器

270:幫浦

280:管路控制閥

290:合流管

311、312:樣品環

CH4、THC:數線

G10:有機廢氣

G11、G12:廢氣

P21:第一傳輸路徑

P22:第二傳輸路徑

S501:取樣步驟

S502:沖提步驟

S503:分流步驟

S504:偵測步驟

W1、W2、W3、W4:波峰

第1A圖是現有檢測裝置以空管進行有機廢氣檢測的示意圖。

第1B圖是第1A圖中有機廢氣檢測的分析結果的折線示意圖。

第1C圖是現有檢測裝置以觸媒管進行有機廢氣檢測的示意圖。

第1D圖是第1C圖中有機廢氣檢測的分析結果的折線示意圖。

第2A圖與第2B圖是本發明第一實施例的有機廢氣檢測裝置的示意圖。

第2C圖是第2A與2B圖中有機廢氣檢測裝置的分析結果的折線示意圖。

第3A圖與第3B圖是本發明第二實施例的有機廢氣檢測裝置的示意圖。

第4圖是第3B圖中第二有機廢氣的分析結果的直條示意圖。

第5圖本發明一實施例的有機廢氣檢測方法的流程示意圖。

第6圖是本發明一實施例的有機廢氣檢測裝置的分析結果的折線示意圖。

第2A圖與第2B圖是本發明第一實施例的有機廢氣檢測裝置的示意圖。請參閱第2A圖，有機廢氣檢測裝置200用於檢測來自於樣品源20的初始有機廢氣，並包括儲氣環210、正規管路220、觸媒管路230與分流管240。儲氣環210用於連接樣品源20並封存初始有機廢氣，初始有機廢氣中包含總碳氫化合物，總碳氫化合物包含了甲烷與除了甲烷之外的非甲烷總碳氫化合物。正規管路220不改變初始有機廢氣的成分，而觸媒管路230具有觸媒管231，其 能改變初始有機廢氣的成分。例如，觸媒管231能將初始有機廢氣內的非甲烷總碳氫化合物(TNMHC)轉化成二氧化碳及水並讓初始有機廢氣內的甲烷通過。

請參閱第2B圖，分流管240連接正規管路220、觸媒管路230與儲氣環210，而正規管路220與觸媒管路230兩者可藉由分流管240而彼此相通。分流管240連接於正規管路220與觸媒管路230兩者的前端，並能將初始有機廢氣同時輸送至正規管路220與觸媒管路230，即初始有機廢氣會分成兩部分來同時分別通過正規管路220與觸媒管路230。初始有機廢氣一部分在通過正規管路220後會形成第一有機廢氣，而初始有機廢氣其他部分在通過觸媒管路230後形成第二有機廢氣。由於初始有機廢氣通過觸媒管231之後會改變成分，因此通過觸媒管路230而形成的第二有機廢氣的成分會不同於初始有機廢氣的成分。此外，當初始有機廢氣分流至正規管路220與觸媒管路230時，觸媒管231的溫度可介於189℃至191℃之間。

有機廢氣檢測裝置200還包括火焰離子化偵測器260與合流管290。合流管290連接正規管路220、觸媒管路230與火焰離子化偵測器260，其中第一與第二有機廢氣皆經由合流管290而輸送至火焰離子化偵測器260。如此，火焰離子化偵測器260得以連接於正規管路220與觸媒管路230兩者的後端，因而能接收第一有機廢氣與第二有機廢氣，以量測第一有機廢氣與第二有機廢氣，分析第一有機廢氣與第二有機廢氣兩者的成分。

另外，請參閱第2B圖，有機廢氣檢測裝置200可以還包括載流氣體來源250，其連接儲氣環210，並能提供載流氣體，例如已去除有機廢棄的空氣、氦氣氮氣，而載流氣體來源250可以是裝有惰性氣體(一般乾淨空氣)的鋼瓶。載流氣體用來作為載流氣體(carrier gas)，並能沖提將初始有機廢氣沖提出儲氣環210，以驅使儲氣環210內的初始有機廢氣能輸送至分流管240，而被沖提 出的初始有機廢氣會被分流至正規管路220與觸媒管路230，最後分成第一與第二有機廢氣而送入至火焰離子化偵測器260進行檢測。

請參閱第2A圖與第2B圖，有機廢氣檢測裝置200可以還包括幫浦270，其連接儲氣環210。請參閱第2A圖，其中幫浦270用於將樣品源20內的初始有機廢氣輸送至儲氣環210，以使初始有機廢氣能被封存於儲氣環210內。有機廢氣檢測裝置200可以更包括管路控制閥280，其中管路控制閥280連接儲氣環210、分流管240、樣品源20、惰性氣體來源250與幫浦270，並能提供連通儲氣環210、幫浦270與樣品源20的第一傳輸路徑P21(第2A圖)，以及提供連通儲氣環210、分流管240與載流氣體來源250的第二傳輸路徑P22(第2B圖)。

請參閱第2A圖，當管路控制閥280提供第一傳輸路徑P21時，幫浦270可對樣品源20與儲氣環210抽氣，以使樣品源20內的初始有機廢氣能輸送至儲氣環210，從而封存於儲氣環210內。請參閱第2A圖，當管路控制閥280提供第二傳輸路徑P22時，惰性氣體來源250所提供的載流氣體能沖提將初始有機廢氣沖提出儲氣環210，以使初始有機廢氣輸送至分流管240。此時，分流管240將初始有機廢氣分流，讓初始有機廢氣會分成兩部分來分別通過正規管路220與觸媒管路230，以分別形成第一與第二有機廢氣。

第2C圖是第2A與2B圖中有機廢氣檢測裝置的分析結果的折線示意圖，其中第2C圖中所示的波峰W1所對應的波形與波峰W2所對應的波形分別代表火焰離子化偵測器260對第一與第二有機廢氣的分析結果。請參閱第2B與2C圖，觸媒管231會阻礙氣體的流動，以至於氣體在觸媒管路230內的流速會小於在正規管路220內的流速。換句話說，第一有機廢氣的流速大於第二有機廢氣的流速。所以，當管路控制閥280提供第二傳輸路徑P22時，火焰離子化偵測器260會先接收到來自正規管路220的第一有機廢氣，之後才接收到來自 觸媒管路230的第二有機廢氣。因此，火焰離子化偵測器260會先分析出代表第一有機廢氣的波峰W1所對應的波形，此波形的面積對應為總碳氫化合物的量，即為初始有機廢氣中總碳氫化合物的量；之後再分析出代表第二有機廢氣的波峰W2所對應的波形，此波形的面積對應為甲烷的量，即為初始有機廢氣中甲烷的量。此外，從第2C圖來看，可以看出第一與第二有機廢氣之間的差異，將波峰W1所對應的波形的面積扣除波峰W2所對應的波形的面積，所得到的差值就代表初始有機廢氣中的非甲烷總碳氫化合物的量，也就代表是工業產品在生產過程所產生的有機污染氣體，政府環保單位就可以依此準確稽核並稽徵污染費用。

第3A圖與第3B圖是本發明第二實施例的有機廢氣檢測裝置的示意圖。請參閱第3A圖與第3B圖，第二實施例的有機廢氣檢測裝置300與第一實施例的有機廢氣檢測裝置200相似。例如，有機廢氣檢測裝置300與200兩者封存初始及檢測有機廢氣的方法實質上相同，而有機廢氣檢測裝置300的管路控制閥280也能提供第一傳輸路徑P21(如第3A圖所示)與第二傳輸路徑P22(如第3B圖所示)。因此，以下僅介紹第二實施例不同於第一實施例的地方，其他相同技術特徵不再重複贅述。

詳細而言，在第二實施例中，正規管路220與觸媒管路230兩者配置至少一個樣品環311，其中樣品環311可為捲繞成彈簧形狀的鋼管，而氣體(例如第一或第二有機廢氣)能在此鋼管內輸送。由於樣品環311的管內口徑小，有趨緩氣體流速的功能，即樣品環311有減緩氣體流速的功效。如此，火焰離子化偵測器260不會接收到流速快的第一與第二有機廢氣，以避免火焰離子化偵測器260所產生的火焰被第一與第二有機廢氣吹熄。此外，合流管290處也可配置至少一個樣品環312，即連接於合流管290與火焰離子化偵測器260之間的 管路也可配置一個或多個樣品環312，其中樣品環312可相同於樣品環311。如此，更可以有效避免火焰離子化偵測器260的火焰被吹熄。

特別說明的是，觸媒管231的成分可包括鋁上鈀(Palladium on aluminum)，其中鋁上鈀中的鈀的重量百分比可介於5%至10%之間，較佳為10%，而鋁上鈀的質量可為不小於80毫克(mg)，或者較佳為介於80mg至100mg之間。第4圖是第3B圖中第二有機廢氣的分析結果的直條示意圖。請參閱第3B與4圖，在第二實施例中，第4圖繪示出在不同質量鋁上鈀的條件下，觸媒管231對甲烷與丙烷的成分影響。第4圖中的丙烷視為非甲烷總碳氫化合物，縱軸代表所對應甲烷與丙烷的波峰之對應波型的面積，可以視為甲烷與丙烷的量的判斷依據，橫軸代表在攝氏190度下分別使用20mg、40mg、60mg、80mg、100mg鋁上鈀的觸媒管路230。將已知固定量的甲烷與已知固定量的丙烷，混合後視為初始有機廢氣並通過觸媒管路230，依次更換20mg、40mg、60mg、80mg、100mg鋁上鈀的觸媒管路230，並進行檢測，依次將波峰W2所對應的波形的面積扣除已知固定量的甲烷所對應的面積就是還沒有被鋁上鈀轉化為二氧化碳及水的丙烷的面積。已知固定量的甲烷所對應的面積，可以單獨將已知固定量的甲烷以第二實施例的有機廢氣檢測裝置300視為樣品源20而檢測得知。從第4圖可以看出，鋁上鈀的質量在80毫克以上時，觸媒管231已經完全去除丙烷。如此，可使火焰離子化偵測器260的分析變得較為準確，以準確檢測出第二有機廢氣中的甲烷的量。

第5圖本發明一實施例的有機廢氣檢測方法的流程示意圖。請參閱第5圖，其所示的有機廢氣檢測方法適用於前述實施例，並包括以下步驟。首先，進行取樣步驟S501，將初始有機廢氣封存於儲氣環210內。接著，進行沖提步驟S502，以惰性氣體將初始有機廢氣沖提出儲氣環210，其中載流氣體由載流氣體來源250提供。之後，進行分流步驟S503，將沖提出的初始有機廢 氣分流至正規管路220與觸媒管路230，其中正規管路220不改變初始有機廢氣的成分，並使初始有機廢氣一部分形成第一有機廢氣，而觸媒管路230改變初始有機廢氣的成分，並使初始有機廢氣其他部分形成第二有機廢氣。之後，進行偵測步驟S504，先將第一有機廢氣輸送至火焰離子化偵測器260，之後將第二有機廢氣輸送至火焰離子化偵測器260。

請參閱第6圖，其為火焰離子化偵測器260的真實分析結果。在進行偵測步驟S504之後，火焰離子化偵測器260的分析結果如同第6圖所示的波峰W3與波峰W4，其中波峰W3與波峰W4分別代表火焰離子化偵測器260對第一與第二有機廢氣的分析結果。比較第6與2C圖，可以得知，模擬的波峰W1與W2分別近似於實際量測出來的波峰W3與波峰W4，而本發明的有機廢氣檢測裝置確實能迅速地得知初始有機廢氣的初始成分，以縮短檢測時間。

綜上所述，利用上述儲氣環對初始有機廢氣的封存，本發明的有機廢氣檢測裝置與其檢測方法因為使用儲氣環，所以可以只使用少量的初始有機廢氣，例如低於1毫升的初始有機廢氣，像是0.8毫升；相較於現有檢測裝置100因為連續抽氣而需要400毫升，本發明只需要少量的初始有機廢氣，即可進行檢測。由於本發明的有機廢氣檢測裝置與其檢測方法的僅需少量初始有機廢氣，所以觸媒可使用的時間長達6個月，相較於現有檢測裝置100觸媒可使用的時間只有3個月，本發明延長了觸媒管的壽命。由於本發明的有機廢氣檢測裝置與其檢測方法的僅需少量初始有機廢氣，因此可以分析的樣品濃度可以高達2000ppm，相較於現有檢測裝置100觸媒可分析的濃度最高僅達100ppm，本發明提高了可分析的初始有機廢氣濃度的適用上限值。另外，本發明的有機廢氣檢測裝置與其檢測方法只需要少量的初始有機廢氣，所以樣品分析時間僅需20秒，相較於現有檢測裝置100因為連續抽氣而需要60秒，本發明縮短了三分之二的檢測時間。因此，本發明的有機廢氣檢測裝置與其檢測方法不僅能大幅減 少初始有機廢氣的採樣數量，而且還能縮短檢測時間，延長了觸媒管的壽命，以及提高了可分析的樣品濃度的適用上限值。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。

20:樣品源

210:儲氣環

220:正規管路

230:觸媒管路

231:觸媒管

240:分流管

250:載流氣體來源

260:火焰離子化偵測器

270:幫浦

280:管路控制閥

290:合流管

200:有機廢氣檢測裝置

P22:第一傳輸路徑

Claims (6)

1. 一種有機廢氣檢測裝置，用於檢測來自於一樣品源的一初始有機廢氣，並包括：一儲氣環，用於連接該樣品源與封存該初始有機廢氣；一正規管路，不改變該初始有機廢氣的成分；一觸媒管路，具有一觸媒管，而該觸媒管改變該初始有機廢氣的成分；一分流管，連接該正規管路、該觸媒管路與該儲氣環；一載流氣體來源，連接該儲氣環，並提供一載流氣體，其中該載流氣體驅使該儲氣環內的該初始有機廢氣輸送至該分流管，而該分流管將該初始有機廢氣輸送至該正規管路與該觸媒管路，該初始有機廢氣一部分在通過該正規管路後形成一第一有機廢氣，而該初始有機廢氣其他部分通過該觸媒管路後形成一第二有機廢氣；一火焰離子化偵測器，用於接收該第一有機廢氣與該第二有機廢氣；以及一合流管，其連接該正規管路、該觸媒管路與該火焰離子化偵測器，其中該第一有機廢氣與該第二有機廢氣皆經由該合流管而輸送至該火焰離子化偵測器，且該合流管處配置至少一個樣品環。
2. 如請求項1所述的有機廢氣檢測裝置，更包括一幫浦，其連接該儲氣環，並用於將該初始有機廢氣輸送至該儲氣環。
3. 如請求項2所述的有機廢氣檢測裝置，其中該有機廢氣檢測裝置更包括一管路控制閥，其中該管路控制閥連接該儲氣環、該分流管、該樣品源、一惰性氣體來源與該幫浦，並用於提供連通該儲氣環、該 幫浦與該樣品源的一第一傳輸路徑，以及提供連通該儲氣環、該分流管與該惰性氣體來源的一第二傳輸路徑。
4. 如請求項1所述的有機廢氣檢測裝置，其中該正規管路與該觸媒管路兩者配置至少一個樣品環。
5. 如請求項1所述的有機廢氣檢測裝置，其中該第一有機廢氣的流速大於該第二有機廢氣的流速。
6. 如請求項1所述的有機廢氣檢測裝置，其中該觸媒管的成分包括一鋁上鈀，該鋁上鈀的重量百分比介於5%至10%之間，而該鋁上鈀的質量介於80mg至100mg。

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