TWM614947U - 可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統 - Google Patents

Abstract

一種可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，其用以處理含揮發性有機化合物之待處理氣體，且包括至少一轉輪，轉輪具有一吸附區、一脫附區及一第一冷卻隔離區。吸附區供導入待處理氣體，用以吸附待處理氣體中的揮發性有機化合物並送出一吸附處理氣體。脫附區供導入一脫附氣體，用以脫附轉輪所吸附的揮發性有機化合物並送出一脫附處理氣體。第一冷卻隔離區介於吸附區與脫附區之間，且第一冷卻隔離區供導入一第一冷卻氣體，用以降低第一冷卻隔離區內的溫度並送出一第一升溫氣體，第一升溫氣體的至少一部分與待處理氣體合流後進入吸附區。

Description

可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統

本新型是關於一種揮發性有機化合物的處理系統，特別係關於一種可利用升溫氣體對待處理氣體回溫控濕的的處理系統。

有機溶劑在許多產業中被廣泛使用，其中部分有機溶劑在室溫下容易揮發成氣體，因而被稱為揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs），其中多數揮發性有機化合物具有生物毒性，因此對外排放前需要加以處理。

如第1圖所示，吸脫附濃縮轉輪常被用來除去廢氣中的揮發性有機化合物，廢氣中的揮發性有機化合物在轉輪的吸附區中被吸附，而後在轉輪的脫附區中被脫附濃縮，後續再進一步於後端處理設備（例如焚化爐）加以處理。

在一些製程（例如噴塗製程）中，製程產生之廢氣內含有大量的粒狀物，故於製程後端係常採用洗滌塔或其他滌塵裝置來洗滌廢氣，以減少廢氣中的粒狀物，因此，最後排出之廢氣溫度低且濕度高。除此之外，如果淨化系統是設置於海邊等潮濕的環境，或是遇到雨天時，廢氣中的濕度也會顯著增加。

然而，低溫、高濕度的廢氣並不利於轉輪的疏水性沸石對有機化合物的去除效率。一般而言，在相對濕度及其他條件固定下，廢氣的溫度越高，轉輪對有機化合物的去除效率越低；以異丙醇為例，廢氣達45℃時，轉輪對異丙醇的去除效率會下降至92%，且去除效率隨溫度繼續增加而急遽降低；反之，若廢氣溫度過低 (例如接近或低於脫附氣體的露點溫度時)，轉輪輪面可能因低於脫附氣體的露點溫度而結露濕潤，造成去除效率急遽降低。另一方面，在溫度及其他條件固定下，廢氣的相對濕度越高，轉輪對有機化合物的去除效率越低；以異丙醇或丙酮為例，廢氣的相對濕度達85%時，轉輪對異丙醇或丙酮之去除效率會急遽下降至90%，且去除效率隨相對濕度增加而急遽降低。

有鑑於此，本新型之主要目的在於提供一種可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統。

為了達成上述及其他目的，本新型提供一種可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，其用以處理含揮發性有機化合物之待處理氣體，且其包括至少一轉輪，轉輪具有一吸附區、一脫附區及一第一冷卻隔離區。吸附區是供導入待處理氣體，用以吸附待處理氣體中的至少一部分揮發性有機化合物並送出一吸附處理氣體。脫附區是供導入一脫附氣體，用以脫附轉輪所吸附的揮發性有機化合物並送出一脫附處理氣體。第一冷卻隔離區介於吸附區與脫附區之間，且第一冷卻隔離區是供導入一第一冷卻氣體，用以降低第一冷卻隔離區內的溫度並送出一第一升溫氣體，第一升溫氣體的至少一部分與待處理氣體合流後進入吸附區。

由於第一冷卻隔離區中，第一升溫氣體的溫度通常可達100℃以上，當與待處理氣體合流後，氣體中的相對濕度可被降低，同時溫度又容易被控制於合適的工作溫度，從而能使轉輪的揮發性有機化合物的去除率提高。

請參考第2圖，所繪示者為本新型可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統（下稱淨化系統）的第一實施例，其包括一轉輪10及一焚化設備20，所述淨化系統可用以處理含揮發性有機化合物的待處理氣體，所述待處理氣體的來源可為但不限於石化製程廢氣、使用有機溶劑的製程廢氣及燃燒廢氣，所含有的揮發性有機化合物可能是，但不限於，甲苯、二甲苯、對-二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、甲醇、乙醇、異丙醇（IPA）、丙酮、丁酮(MEK) 、環己酮、醋酸丙二醇甲醚酯（PGMEA）、六甲基二矽氮烷（HMDS）、三氯乙烯（TCE）、單乙醇胺（MEA）及二甲基亞碸（DMSO），其他可能的揮發性有機化合物可能是烷類、芳烴類、烯類、鹵代烴類、酯類、醛類及酮類化合物。

請搭配參考第3圖，轉輪10工作時在一轉動方向上轉動，轉輪10的輪面可依工作目的區分為一吸附區11、一脫附區12及一第一冷卻隔離區13，其中第一冷卻隔離區13介於吸附區11與脫附區12之間，使得轉輪10所承載的吸附材料在工作時依序通過吸附區11、脫附區12及第一冷卻隔離區13，所使用的吸附材料視所需吸附的揮發性有機化合物而定，吸附材料可為殊水性的沸石，例如ZSM-5型、MCM型（Mobil composite of matter）或高矽鋁比Y型沸石，所述MCM型沸石例如可為具六角晶狀結構（hexagonal）的MCM-41、具立方結構（cubic）的MCM-48、具層狀結構（lamellar）的MCM-50等M41S族沸石。在其他可能的使用場合中，吸附材料也可能為親水性沸石、活性碳、活性氧化鋁、矽膠或其組合，其中親水性沸石例如為A型、13X型或低矽鋁比Y型沸石。此外，轉輪10還可包括其他未實質參與吸、脫附作用的轉輪支架、輪軸、支撐架等元件，惟圖式中未繪示。

焚化設備20具有一焚化單元21、一進氣口22及一排氣口23。本新型中，適用的焚化設備包括但不限於恢復式直燃焚化爐、蓄熱式直燃焚化爐及觸媒式焚化爐，其中蓄熱式直燃焚化爐常見者例如雙槽式蓄熱焚化爐、三槽式蓄熱焚化爐及旋轉閥式蓄熱焚化爐。

上述淨化系統可應用於可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化方法（下稱淨化方法），該淨化方法包括下列實質上同時進行的作業程序：

第一冷卻作業程序：導入一脫附氣體至第一冷卻隔離區13以降低第一冷卻隔離區13內的溫度並送出一第一升溫氣體；

吸附作業程序：將一含揮發性有機化合物之待處理氣體與第一升溫氣體的至少一部分合流後導入吸附區11，並經吸附區11吸附至少一部分所述揮發性有機化合物，處理後的氣體做為一吸附處理氣體由轉輪10的另一側送出；為了避免高溫的第一升溫氣體與待處理氣體合流後，溫度超過吸附作業的適宜作業溫度，因此本實施例的淨化系統更包括一冷卻器40、一溫度感測器50及一冷卻控制器60，即將與待處理氣體合流的第一升溫氣體的至少一部分被導入冷卻器40預先進行降溫，溫度感測器50用以感測待處理氣體與第一升溫氣體合流後、進入吸附區11前的溫度，冷卻控制器60則與溫度感測器50電性連接，並根據溫度感測器50所感測的溫度調節冷卻器40的冷卻效率（例如調整冷媒的流速），從而確保吸附作業可在適宜的溫度範圍進行。在可能的實施方式中，第一升溫氣體與待處理氣體合流後溫度介於25-40℃，相對濕度低於80％，較佳者相對濕度低於60％。

脫附作業程序：轉輪10的吸附材料在吸附作業程序中吸附了相當數量的揮發性有機化合物，因此本作業程序導入脫附氣體至轉輪10的脫附區12，使脫附氣體可以將轉輪10所吸附的揮發性有機化合物加以脫附，而後含有高濃度揮發性有機化合物的氣體作為脫附處理氣體自轉輪10另一側送出；為了確保脫附氣體具有適於進行脫附作業的溫度，淨化系統還具有一升溫裝置30，用以在脫附氣體進入脫附區12前提升脫附氣體的溫度，升溫裝置30可為但不限於瓦斯爐或熱交換器，熱交換器的熱源可為蒸氣、熱油、熱空氣或電熱；以及焚化作業程序：含有高濃度揮發性有機化合物的脫附處理氣體被風機抽取而經由進氣口22導入焚化單元21，經焚化單元21將脫附處理氣體中的揮發性有機化合物焚燒處理後生成一焚化後氣體，而後由排氣口23排出。

相較於現有淨化系統，本淨化系統就由將第一升溫氣體的至少一部分與待處理氣體合流，因此可提升待處理氣體的溫度且降低其相對濕度，從而解決現有高濕度待處理氣體經常遇到的揮發性有機化合物去除效率不佳的問題。

請參考第4圖，所繪示者為本新型淨化系統的第二實施例，其與第一實施例所示者大部分雷同，本實施例的焚化設備120為一雙槽式蓄熱焚化爐，因此焚化單元121具有二蓄熱槽1211、1212及連通於兩蓄熱槽1211、1212之間的燃燒室1213，兩蓄熱槽1211、1212各具有一所述進氣口122及排氣口123，連結這些進氣口122、排氣口123的管路設有控制閥組(未繪示)，讓蓄熱槽1211、1212其中一者僅開啟進氣口122，並讓另一者僅開啟排氣口123，控制閥組則控制進氣口122、排氣口123的啟閉而週期性地調整氣流方向，使得氣流可依序流經蓄熱槽1211、燃燒室1213及蓄熱槽1212，或者依序流經蓄熱槽1212、燃燒室1213及蓄熱槽1211。蓄熱槽1211、1212內填充有熱媒介質(heat media)，用以與流經焚化設備120的氣體進行熱交換，適用的熱媒介質可為但不限於氧化鋁陶瓷(Alumina Oxide Porcelain)、多孔性莫來石（Mullite）、堇青石（Cordierite）、多孔性堇青石及其他可蓄熱的陶瓷或礫石。此外，本實施例的淨化系統更包括一排氣通道124、一旁通通道125、一旁通熱交換器126及一第一溫控組件127，排氣通道124連通於該排氣口123，旁通通道125連通於焚化單元121與排氣通道124之間，旁通熱交換器126具有一熱側設於旁通通道125，焚化後氣體包括流向旁通通道125的一第一分流及流向排氣通道124的一第二分流，第二分流的一部分進一步分流並流經旁通熱交換器126的一冷側而與第一分流進行熱交換（第一分流的溫度高於第二分流），而後做為脫附氣體的至少一部分，第一溫控組件127是用以根據脫附區的入口端的脫附氣體的溫度調控第二分流的所述部分進入旁通熱交換器126的流量，例如，第一溫控組件127包括一旁通管1271、一閥門1272、一控制器1273及一溫度計1274，控制器1273根據溫度計1274所感測的溫度訊號來控制閥門1272，通過調整第二分流流經旁通管1271的流量來控制最終脫附氣體的溫度。為了確保脫附氣體有足夠的含氧量，第二分流的所述部分在流經旁通熱交換器126的冷側前，可先與一環境氣體合流，從而提高含氧量。

請參考第5圖，所繪示者為本新型淨化系統的第三實施例，其與第二實施例所示者大部分雷同，差異在於，第一溫控組件227改為根據排氣通道224內的第二分流的溫度調控第二分流的所述部分進入旁通熱交換器226的流量，並且，第二分流的所述部分改為在流經旁通熱交換器226的冷側後，才與環境氣體合流；除此之外，淨化系統還包括一第二溫控組件228，用以根據脫附區的入口端的脫附氣體的溫度調控環境氣體與第二分流的所述部分合流的流量，從而使脫附氣體具有進行脫附作業所需的溫度。

請參考第6、7圖，所繪示者為本新型淨化系統的第四實施例，其與第一實施例的差異在於，待處理廢氣從產線送出後，先經過洗滌塔370洗除大部分粒狀物，而後待處理廢氣與第一升溫氣體合流，提高溫度降低相對濕度，再進入一三級（初級、中級、高級）過濾單元380再次過濾粒狀物，而後導入吸附區311進行吸附作業而成為吸附處理氣體，吸附處理氣體的一部分分流做為第一冷卻氣體導入第一冷卻隔離區313；此外，轉輪310更具有一第二冷卻隔離區314位於吸附區311與脫附區312之間，第二冷卻隔離區314供導入一第二冷卻氣體，用以降低第二冷卻隔離區314內的溫度並送出一第二升溫氣體，第二升溫氣體可做為脫附氣體的至少一部分而被導入脫附區312；本實施例中，第二冷卻隔離區314較第一冷卻隔離區313靠近脫附區312且較遠離吸附區311，因此第二升溫氣體的溫度通常較第一升溫氣體的溫度還高，故只需要提供較少的熱能即可升溫至脫附作業所需的作業溫度；在其他可能的實施方式中，第一、第二冷卻隔離區313、314的設置位置可以相反，或者，也可能以第8、9圖所示的方式設置第一、第二冷卻隔離區313、314，亦即，第一、第二冷卻隔離區313、314均鄰接吸附區311及脫附區312，兩者在徑向上彼此區隔，此時第一、第二升溫氣體的最終溫度可藉由調整第一、第二冷卻氣體的流量或調整第一、第二冷卻隔離區313、314的橫截面積控制。另一方面，在第四實施例中，升溫裝置330為一熱交換器，其冷側導入脫附氣體，其熱側導入由焚化單元321排出的一部分焚化後氣體，並且，焚化設備320為一三槽式蓄熱焚化爐。

請參考第10圖，所繪示者為本新型淨化系統的第五實施例，其主要特點在於，具有對應於多條產線的多個轉輪410（圖中僅繪示兩個做為示意）及多個脫附氣體熱交換器490（圖中僅繪示兩個做為示意），脫附氣體熱交換器490的冷側供導入脫附氣體，並且，旁通通道425內流通的焚化後氣體的第一分流改為流經一熱回收鍋爐480的熱側，亦即，熱回收鍋爐480的熱側設於旁通通道425，焚化後氣體的第二分流仍流向排氣通道424，並且，淨化系統具有一熱媒循環流道470設於熱回收鍋爐480的冷側與各個脫附氣體熱交換器490的熱側之間，用以供一熱媒流體（例如熱媒油、蒸汽）在熱回收鍋爐480與脫附氣體熱交換器490之間循環流動，進而加熱脫附氣體至適合的工作溫度。本實施例可適用於焚化設備420與產線相距甚遠（例如大於100公尺）的工作場合。

請參考第11圖，所繪示者為本新型淨化系統的第六實施例，其主要特點在於，流向旁通通道525的第一分流的一部分進一步分流後與環境氣體混合並做為脫附氣體的至少一部分，兩者混合比例由一溫控組件555調控而使混合後的溫度可得控制；並且，本實施例中，一部分待處理氣體分流做為第一冷卻氣體，並流經第一冷卻隔離區後成為第一升溫氣體，第一升溫氣體的一部分與待處理氣體合流，第一升溫氣體的另一部分則分流成一股脫附預備氣體，脫附預備氣體與前述第一分流的一部分及環境氣體合流後，三者的混合氣體做為脫附氣體被導入脫附區，其中，脫附預備氣體的合流比例可由另一溫控設備556調控而使混合後的溫度可得控制。

請參考第12、13圖，所繪示者為本新型淨化系統的第七實施例，其主要特點在於，脫附預備氣體被導入脫附區612前更與一補充氣體合流以補充含氧量，而後通過一升溫裝置630升溫至脫附作業所需的工作溫度後被導入脫附區612。

10:轉輪

11:吸附區

12:脫附區

13:第一冷卻隔離區

20:焚化設備

21:焚化單元

22:進氣口

23:排氣口

30:升溫裝置

40:冷卻器

50:溫度感測器

60:冷卻控制器

120:焚化設備

121:焚化單元

1211、1212:蓄熱槽

1213:燃燒室

122:進氣口

123:排氣口

124:排氣通道

125:旁通通道

126:旁通熱交換器

127:第一溫控組件

1271:旁通管

1272:閥門

1273:控制器

1274:溫度計

224:排氣通道

226:旁通熱交換器

227:第一溫控組件

228:第二溫控組件

310:轉輪

311:吸附區

312:脫附區

313:第一冷卻隔離區

314:第二冷卻隔離區

320:焚化設備

321:焚化單元

330:升溫裝置

370:洗滌塔

380:過濾單元

410:轉輪

420:焚化設備

424:排氣通道

425:旁通通道

470:熱媒循環流道

480:熱回收鍋爐

490:脫附氣體熱交換器

525:旁通通道

555、556:溫控組件

612:脫附區

630:升溫裝置

第1圖為現有吸脫附濃縮轉輪的配置示意圖。

第2圖為本新型第一實施例的配置示意圖。

第3圖為本新型第一實施例的轉輪的前視示意圖。

第4圖為本新型第二實施例的配置示意圖。

第5圖為本新型第三實施例的配置示意圖。

第6圖為本新型第四實施例的配置示意圖。

第7圖為本新型第四實施例的轉輪的前視示意圖。

第8圖為適用於本新型第四實施例的另一種轉輪的前視示意圖。

第9圖為適用於本新型第四實施例的又一種轉輪的前視示意圖。

第10圖為本新型第五實施例的配置示意圖。

第11圖為本新型第六實施例的配置示意圖。

第12圖為本新型第七實施例的配置示意圖。

第13圖為本新型第七實施例的另一配置示意圖。

10:轉輪

20:焚化設備

21:焚化單元

22:進氣口

23:排氣口

30:升溫裝置

40:冷卻器

50:溫度感測器

60:冷卻控制器

Claims (18)

1. 一種可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，用以處理含揮發性有機化合物之待處理氣體，包括：至少一轉輪，具有一吸附區、一脫附區及一第一冷卻隔離區，該吸附區是供導入所述待處理氣體，用以吸附所述待處理氣體中的至少一部分揮發性有機化合物並送出一吸附處理氣體；該脫附區是供導入一脫附氣體，用以脫附該轉輪所吸附的揮發性有機化合物並送出一脫附處理氣體；該第一冷卻隔離區介於該吸附區與該脫附區之間，且該第一冷卻隔離區是供導入一第一冷卻氣體，用以降低該第一冷卻隔離區內的溫度並送出一第一升溫氣體，該第一升溫氣體的至少一部分與該待處理氣體合流後進入該吸附區；其中，該第一升溫氣體的另一部分分流成一股脫附預備氣體，該脫附預備氣體做為該脫附氣體的至少一部分而被導入該脫附區；該可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統更包括一焚化設備，該焚化設備具有一焚化單元、一進氣口及一排氣口，該進氣口及排氣口均連通該焚化設備，該進氣口係供導入該脫附處理氣體，該焚化單元用以將該脫附處理氣體中的揮發性有機化合物焚燒處理而生成一焚化後氣體，該排氣口用以排出至少一部分所述焚化後氣體。
2. 如請求項1所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，其中，即將與該待處理氣體合流的所述第一升溫氣體的至少一部分更被導入一冷卻器進行降溫。
3. 如請求項2所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，更包括一溫度感測器及一冷卻控制器，該溫度感測器是供感測該待處理氣 體與該第一升溫氣體合流後、進入該吸附區前的溫度，該冷卻控制器與該溫度感測器電性連接並用以根據該溫度感測器所感測的溫度調節該冷卻器的冷卻效率。
4. 如請求項1所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，更包括一過濾單元，其中，該待處理氣體與該第一升溫氣體合流後、進入該吸附區前更先通過該過濾單元，該過濾單元用以濾除待處理氣體中可能存在的粒狀物的至少一部分。
5. 如請求項1所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，其中，該脫附預備氣體被導入該脫附區前更與一補充氣體合流。
6. 如請求項1所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，更包括一升溫裝置，用以在該脫附氣體進入該脫附區前提升該脫附氣體的溫度。
7. 如請求項1所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，其中，該轉輪更具有一第二冷卻隔離區，該第二冷卻隔離區位於該吸附區與該脫附區之間，且該第二冷卻隔離區是供導入一第二冷卻氣體，用以降低該第二冷卻隔離區內的溫度並送出一第二升溫氣體，該第二升溫氣體做為該脫附氣體的至少一部分而被導入該脫附區。
8. 如請求項7所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，更包括一升溫裝置，用以在該脫附氣體進入該脫附區前提升該脫附氣體的溫度。
9. 如請求項7所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，其中，該第二升溫氣體被導入該脫附區前更與一補充氣體合流。
10. 如請求項9所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，更包括一升溫裝置，用以在該脫附氣體進入該脫附區前提升該脫附氣體的溫度。
11. 如請求項1所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，更包括一排氣通道、一旁通通道及一旁通熱交換器，該排氣通道連通於該排氣口，該旁通通道連通於該焚化單元與該排氣通道之間，該旁通熱交換器具有一熱側設於該旁通通道，所述焚化後氣體包括流向該旁通通道的一第一分流及流向該排氣通道的一第二分流，該第二分流的一部分進一步分流並流經該旁通熱交換器的一冷側後做為該脫附氣體的至少一部分。
12. 如請求項11所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，更包括一第一溫控組件，用以根據該脫附區的一入口端的脫附氣體的溫度或該排氣通道內的該第二分流的溫度調控該第二分流的所述部分進入該旁通熱交換器的流量。
13. 如請求項11所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，其中該第二分流的所述部分在流經該旁通熱交換器的所述冷側前，更先與一環境氣體合流。
14. 如請求項11所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，其中該第二分流的所述部分在流經該旁通熱交換器的所述冷側後，更與一環境氣體合流。
15. 如請求項14所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，更包括一第二溫控組件，用以根據該脫附區的一入口端的脫附氣體的溫度調控該環境氣體與該第二分流的所述部分合流的流量。
16. 如請求項1所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，更包括一排氣通道、一旁通通道、一熱回收鍋爐、一脫附氣體熱交換器及一熱媒循環流道，該排氣通道連通於該排氣口，該旁通通道連通於該焚化單元與該排氣通道之間，該熱回收鍋爐具有一熱側設於該旁通通道，所述焚化後氣體包括流向該旁通通道的一第一分流及流向該排氣通道的一第二分流，該脫附氣體熱交換器的一冷側供導入該脫附氣體，該熱媒循環流道設於該熱回收鍋爐的一冷側及該脫附氣體熱交換器的一熱側之間，用以供一熱媒流體在該熱回收鍋爐與該脫附氣體熱交換器之間循環流動。
17. 如請求項1所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，更包括一排氣通道及一旁通通道，該排氣通道連通於該排氣口，該旁通通道連通於該焚化單元與該排氣通道之間，所述焚化後氣體包括流向該旁通通道的一第一分流及流向該排氣通道的一第二分流，所述第一分流的一部分進一步分流後與一環境氣體混合並做為該脫附氣體的至少一部分。
18. 如請求項1至10中任一項所述可回溫控濕的有機廢氣吸脫附濃縮淨化系統，其中所述待處理氣體的一部分分流成為所述第一冷卻氣體。

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