专利名称：提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率的方法
技术领域：
本发明为一种提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率的方法，其是将转轮吸附系统的的吸附区间，增设一预热区间，利用预热循环加速转轮吸附系统脱附区间温度的均匀分布，以提升脱附率，提高产业废气处理效益的方法，须热循环为以空间循环减少所需的加热量。
吸咐法是产业上广泛用来做为排气处理的一种方法，利用吸附剂多孔的性质，可将产业排气中挥发性有机气体、臭味或毒性气体产生物理的吸咐，而将之吸附于吸附剂的孔隙内，以达净化产业排气的目的。然而吸附剂在吸附饱和之后，必须经由再生的程序，将充填于吸附剂内的被吸附质(例如挥发性有机分子、高沸点化学物质…等)去除，才可重复使用。其中转轮式吸附系统是近年来开发成功的一种连续式线上再生操作系统。主要是将吸附剂涂布于各种做成蜂巢状基材的圆型或圆柱型的轮子上，例如涂布有活性碳、沸石、或硅胶…等吸附剂的各种纤维所做成波浪纹的蜂巢状基材轮子上，常用的纤维包括有陶瓷纤维，碳纤维，玻璃纤维或不织布等。再将轮子分吸附、脱附及冷却(如
图1或图2所示)三个操作区间。轮子以一定速度转动，含有挥发性有机成份或臭味成份或毒性化合物的产业废气经导人吸附区时，转轮上的吸附剂将挥发性有机物质或臭味成份或毒性物质吸附，而达废气净化的目的，净化后的废气可直接排放于大气中。当转轮转入脱附区时，一般经预先加热的空气流以与废气流相反的方向进入脱附区将吸附于转轮表面吸附剂内的挥发性有机物质脱附出来，使吸附剂再生以便继续使用(如图3所示)，一般脱附操作的温度在100-200℃之间，视吸附剂及基材的材质而定。脱附出来的浓缩废气则导入一焚化器进行燃烧分解，或导入一冷凝器进行冷凝回收。通常浓缩的倍数越高越有经济效益，但考虑到爆炸范围的限制，一般以空气为脱附携带气体时，浓缩的倍数控制在4-30倍之间。此外，为增加处理的效益，脱附区后常设有一冷却区，以一股冷空气或产业废气以与废气流相同的方向流入，将已处于高温状态的基材降温，以提升后续吸附区的吸附效益，而流出的带温废气则导入加热器，加热至脱附温度后再做为脱附气体之用。(见美国专利No.5348922)由于所采用的吸附系统为将吸附剂涂布于具有直通孔道的蜂巢状转轮表面，压力降较一般常用颗粒状的固定床吸附系统要低了许多，其操作的线速度较一般的固定床吸附系统约高5-10倍，因此特别适合用于大风量的废气处理之用。又由于具有可线上再生及连续使用，操作简便的优点，因此广泛的应用于半导体业及涂装业等。转轮吸附系统虽有体积小，高处理风量的优点，但由于吸附、脱附均在一定的有限区间操作，且为连续式进行，脱附区的脱除效率，不但影响后续的吸附操作效率及转轮的使用寿命且影响净化后排放废气的浓度。尤其在处埋含有高沸点化学物质的废气，例如含N-甲基一吡喀酮(n-MethylPyrolidone)，二甲亚砜(Dimethyl Sulfoxide)；乙酮胺(2-Amino-Ethanol)；乙二醇(Ethylene Glycol)等的废气组成时，则在脱附区进行脱附再生时往往无法有效的移除这些物质，造成其残留于转轮表面的吸附剂孔内，长期的累积不但造成后续吸附能力的下降，排放气体达不到环保法规规定的标准之内，且由于高溶剂累积于转轮内，常有起火燃烧的危险而必需更换转轮或作其它的处理。例如将转轮拆下以线外更高温(300-1000℃)烧除的方式将这些物质脱除，此又牵涉到转轮基材能否耐高温，即使有些转轮基材(例如陶瓷纤维)可耐高温，但高温烧除的方式虽可将滞留于吸附剂孔隙内的高沸点物质有效的分解或脱除，但往往易造成吸附剂孔洞结构的破坏，而失去对特定物质的吸附能力，或因而劣化而造成吸附剂自转轮表面剥落。此外，在装卸过程，难免有二次污染的问题存在。
传统的转轮设计，通常是在45℃以下进行吸附，吸附饱和后即直接进入脱附区再生，脱附的操作是以一股加高温(120-200℃)的热空气流(或废气流)流经脱附区，利用热差的方式将吸附于吸附剂内的有机溶剂脱附出来，通常两区的温差在80-160℃之间，此外为了保持较高的操作效益，在脱附区的停留时间又不宜太长，常造成转轮基材温度分布不均，在出口的位置达不到预先设定的脱附温度，而进口位置的温度又相当高，使于进口位置的吸附剂已产生脱附，但到达出口位置附近时遇冷又再度被吸附或产生凝结而附着于吸附剂的表面(即转轮蜂巢状孔道接近出口的位置)(见图4)。尤其是在处理含有高沸点物质废气时，此种现象更为明显。
为了改善现有转轮系统的缺点，本发明的目的在于提供一种提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率的方法，其可有效地去除挥发性有机废气。
本发明一种提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率的方法，其特征是将转轮区分为吸附、预热、脱附及吹冷等四个操作区间，利用预热循环方式进行废气吸附去除处理或溶剂回收处理的方法。
其预热区的携带气体可为产业排气，或空气，或氮气，或其它不活性气体。
其预热区的携带气体温度为60-120℃之间。
其预热区的携带气体直接导人脱附区，或经热交换器加热后再导入脱附区。
其转轮型式为轮式或圆筒式，以陶瓷纤维，或碳纤维，或高分子纤维为基材，表面涂布有沸石，或活性碳，或层状土，或高分子吸附剂。
其吸附区的面积为以转轮轴心为中心两半径所张开的夹角角度为180至330度之间所包括的面积范围；预热区及脱附区的面积范围为夹角角度10-120度；吹冷区的面积范围为夹角角度为10-72度。
废气是以0.3米/秒-5米/秒的速度进入转轮。
其后处理设备可为焚化处理或溶剂回收系统。
为进一步说明本发明的特征和功效，以下结合附图和实施例对本发明作一详细的描述，其中图1为习用立式转轮构造示意图；图2为习用圆柱式转轮构造示意图；图3为习用废气处理系统图；图4为习用转轮内部溶剂及温度分布图；图5为本发明转轮构造示意图；图6为本发明废气处理系统图。
本发明将转轮吸附系统改为吸附、预热、脱附及吹冷等四个操作区间(如图5所示)，转轮以固定的转速按下列顺序分别转入(1)吸附(2)预热(3)脱附及(4)吹冷等四个区域。吸附饱和的吸附剂，先经预热至60-120℃后，再进入脱附区以120-220℃的温度进行脱附再生。主要是利用吹冷的气体流做为预热循环，此不但可节省能源的耗用且可减小吸附系统与脱附系统间的温差，使脱附区的温度可快速的分布均匀，被吸附于轴轮表面吸附剂内的挥发性有机气体能够由吸附剂孔洞内脱附出来，并快速的脱离转轮蜂巢状的孔道，不致因孔道内的温度差异再度被冷凝而累积于转轮孔道出口位置附近。主要的操作如图6所示，产业排放的废气分为两条线路进入转轮，其中风量的60-95％由管线(1)进入吸附区，进行吸附处理，净化后的气体由(5)排放至大气中，另外风量的5-40％，则由管线(2)进入转轮的吹冷区，将再生后的吸附剂吹冷至45℃以下，排出的气体由管线(6)进入预热区，将吸附饱和的部分转轮预热至60-100℃之间，(进入预热区前的气体流可视需要以一热交换器加热至60-120℃之间)，排出的气体(4)可与(3)合并直接送入焚化系统或溶剂回收等后处理系统。部分的吹冷气体则进入热交换器12，加热至120-250℃之间后，进入脱附区以再生吸附饱和的吸附剂，脱附的浓缩气体(3)则直接送入后处理设备。
本发明的优点是可提高脱附的效率，进而提升再生吸附剂的性能，使适合于长期操作，不但可确保长期操作排放气体可符合环保的规定，且可延长吸附剂(或转轮)的寿命。此外，由于线上直接操作，没有二次污染的疑虑；另外，充分利用废热，可节省操作的能耗，又无大量溶剂在出口位置累积，造成转轮起火燃烧的困扰。本发明系统特别适合进行大风量的废气处理，由于转轮采蜂巢状的孔道设计，即使在高流速下操作，仍不会有压力降过高的问题，气体操作的线速度可为一般固定式吸附床的5-10倍，以0.3米/秒-5米/秒之间为宜，其中以0.3米/秒-3.5米/秒最佳；吸附区所占的面积以转轮轴心为中心两半径所张开的夹角角度180度至330度之间为宜，预热区则以夹角角度10-120度为宜，再生区的夹角角度以10-120度为宜，吹冷区以夹角角度10-72度为宜，转轮表面涂布的吸附剂可为沸石，或活性碳，或树脂，或层状土，或是硅胶等。本发明的另一好处是预热区及脱附区的携带气体，可为产业排放的废气，或是空气，或是以不活性的氮气为之，均有相同的效益。本发明系统可做为各种混合气体的浓缩处理，或回收处理用，其处理效率均较传统的转轮提升10％以上，尤其是在处理排放气体组成内含高沸点化合物质时，均可长时间保持极高的去除效率。一般浓缩处理的倍数均设计在溶剂气体爆炸范围下限以下。因此做为浓缩处理系统应用时以产业排放的废气做为吹冷区、脱附区及预热区的携带气体最为经济，一般的处理效率可达95％以上。尤其在处理排放废气组成内含高沸点化学物质时，仍可保持去除率在95％以上。做为溶剂回收系统时，因均在极高浓度范围操作，则以氮气做为吹冷区、或脱附区、或预热区的携带气体为宜，处理效率亦可达95％以上。
为方便了解本发明的优异性，下面举例特别说明本发明提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率方法的特性，各测试设备的相关尺寸显示于实施例内。产业排放的废气是以GC，GC-MASS及全碳氢分析仪(THC，FID)等进行定性及定量。实施例内的去除效率依下式(1)计算，浓缩倍数依下式(2)计算。下述诸例仅为用于本发明的代表特例。然而本发明的范围不限于此等实施例。
(1)
*以下所有浓度均以THC分析结果为基础计算实施例一某产业的废气以含碳氢(THC)分析仪连续监测结果，其浓度在300ppm-1000ppm间变化。经不定期采样以气相层析仪分析结果组成内含二甲亚砜0-15ppm，乙醇胺20-30ppm，N-甲基一吡喀酮0-10ppm，二甲基二硫醇0.5-10ppm，乙二醇5-20ppm，异丙醇20-200ppm，废气风量是55000立方米/小时，排气温度为30-50℃之间，经以如图6所示直径为3900mm，厚度为400mm的沸石转轮吸附系统进行处理，其中吸附区所占的面积以转轴为中心两半径所张开的夹角度数为270度的面积范围，预热区所夹夹角度数为30度，脱附区所夹夹角数为30度，吹冷区所夹夹角度数为30度，其中一股废气以49000立方米/小时的速度进入转轮吸附区，经吸附处理后经烟囱排放至大气中，初期排气经以THC分析仪分析的结果处理效益为99％。另一股风量为6000立方米/小时的废气则导入转轮的吹冷区，排气经测试结果温度为105℃，此股气体流直接再导入转轮的预热区将吸附饱和的转轮加热，流出预热区的气体流经分析结果温度为70℃，废气浓度为360ppm-1200ppm之间；流出预热的气体流再经一热交换器加热至180℃后导入脱附区，将转轮上吸附饱和的吸附剂脱附再生，脱附后的废气经分析结果温度为160℃，浓缩倍数为10。经连续操作3个月，吸附区的去除效率经连续监测分析结果为98％-99％之间。实施例二某产业废气以全碳氢分析仪(THC)连续监测结果，其浓度在30-600ppm间变化经分析其组成内含异丙醇、丙酮、三甲基硅醇、甲苯及四甲基二硅铵，废气风量为25000立方米/小时，排气温度为40℃经以一直径为2500mm，厚度为300mm的沸石转轮进行浓缩处理，其中吸附区所占的面积为以转轴为中心两半径张开的夹角300度为吸附区，预热区、脱附区及吹冷区的夹角则分别为20度，其中一股废气以22000立方米/小时进入转轮吸附区，排气经以THC分析结果，去除率为96％。另一股废气则以3000立方米/小时的速度进入吹冷区，排出的吹冷气体流经分析结果为80℃，经直接导入预热区进行预热处理，结果预热区的排气经分析结果为55℃，排气浓度为350-700ppm之间变化，此股气体流再经一热交换器加热至160℃后再导入脱附区，进行转轮表面吸附剂的脱附再生，脱附气体经分析结果浓缩倍数15，温度为150℃。此套系统经连续操作5个月，吸附区的去除效率经连续监测分析结果在95-98％之间变化。实施例三某产业废气以全碳氢分析仪(THC)连续监测结果浓度在3000-15000ppm间变化，经以气相层析仪分析结果组成内含甲基乙基辋、甲笨及二甲基发胺。废气风量是7000立方米/小时，排气温度为80℃，废气经降温至35℃后，经以直径为1500mm，厚度为40mm的活性碳转轮的吸附系统进行回收，经以如实施例一相同的方法进行废气处理，后处理设备则改为溶剂回收，另改变吸附区的夹角为330度，预热、脱附、吹冷区的夹角分别为10度。其中7000立方米/小时的废气流完全导入吸附区，净化后气体经分析结果去除效率为95％。另一股氮气以200立方米/小时的速度进入吹冷区，将再生后的吸附剂降温，排气经分析结果为50℃，经一热交换器加热至70℃后，进入预热区。预热区的排气经分析结果为60℃，排气浓度在3500-18000ppm之间。此股气流再经一热交换器加热至130℃后，进入脱附区进行脱附再生。脱附区的排气经分析结果温度为115℃，浓缩倍数为35。浓缩气体经一冷凝器后可回收甲基乙基酮、甲苯及二甲基硫胺。此套系统经连续操作3个月吸附区的去除效率在95-97％之间。比较例一与实施例一完全相同的废气组成及同样大小的沸石转轮进行废气浓缩处埋，仅改变转轮的设计为吸附、脱附及吹冷三个区域，其中吸附所占的面积为以转轮轴心的夹角300度范围，吹冷及脱附则各为30度，其中一股废气以49000立方米/小时速率进入吸附区，初期净化排气经分析结果去除效率为98％，另一股废气以6000立方米/小时速率直接导入吹冷区，吹冷排气经分析结果，温度为105℃，经一热交换器加热至180℃后，再导入脱附区，进行转轮表面吸附剂的再生，脱附气体经分析结果温度为50℃，浓缩倍数为8倍。此套系统经连续操作3个月后，吸附区的净化去除效率下降为87％，经停机检查发现转轮脱附区的出口侧累积有黄色液状物，经GC-MASS鉴定结果为二甲亚砜及乙醇胺。
由实施例一、二、三及比较例一的结果可知本发明方法，不但可提升转轮吸附系统对挥发性有机气体长期处理的保持去除效率在95％以上，且可增加转轮的操作寿命。另由实施例三可知本套系统可改善转轮做为溶剂回收用。
权利要求
1.一种提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率的方法，其特征是将转轮区分为吸附、预热、脱附及吹冷等四个操作区间，利用预热循环方式进行废气吸附去除处理或溶剂回收处理的方法。
2.根据权利要求1所述的一种提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率的方法，其特征在于，其预热区的携带气体可为产业排气，或空气，或氮气，或其它不活性气体。
3.根据权利要求1所述的一种提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率的方法，其特征在于，其预热区的携带气体温度为60-120℃之间。
4.根据权利要求3所述的一种提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率的方法，其特征在于，其预热区的携带气体直接导人脱附区，或经热交换器加热后再导入脱附区。
5.根据权利要求1所述的一种提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率的方法，其特征在于，其转轮型式为轮式或圆筒式，以陶瓷纤维，或碳纤维，或高分子纤维为基材，表面涂布有沸石，或活性碳，或层状土，或高分子吸附剂。
6.根据权利要求1所述的一种提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率的方法，其特征在于，其吸附区的面积为以转轮轴心为中心两半径所张开的夹角角度为180至330度之间所包括的面积范围；预热区及脱附区的面积范围为夹角角度10-120度；吹冷区的面积范围为夹角角度为10-72度。
7.根据权利要求1所述的一种提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率的方法，其特征在于，废气是以0.3米/秒-5米/秒的速度进入转轮。
8.根据权利要求1所述的一种提升转轮式吸附系统去除挥发性有机废气效率的方法，其特征在于，其后处理设备可为焚化处理或溶剂回收系统。
全文摘要
本发明为一种提升转轮式吸附系统对产业排气中挥发性有机气体或臭味或毒性气体处理效率的方法,主要在转轮吸附及脱附操作区间增加一预热区间的设计,利用预热循环,改变脱附区的温度分布,以增加脱附效率,使吸附、预热、脱附、冷却等形成一连续操作的高效转轮式吸附处理系统。
文档编号B01D53/06GK1277070SQ9910900
公开日2000年12月20日 申请日期1999年6月11日 优先权日1999年6月11日
发明者郑石治 申请人:华懋科技股份有限公司