TWI886650B - 廢氣處理系統及使用其去除氮氧化物及二氧化碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種廢氣處理系統，包括進氣單元、混合單元及出氣單元。進氣單元用以通入一廢氣。混合單元連接該進氣單元，用以將該廢氣與一去除劑接觸，獲得一處理後氣體。出氣單元連接該混合單元，用以排出該處理後氣體。該去除劑包括10-20 wt%的氫氧化鉀、5-15 wt%的磷酸二氫鉀、10-20 wt%的碳酸氫鈉以及45-75 wt%的硝酸鈉，以該去除劑的總重為基礎。
本發明亦提供一種使用上述廢氣處理系統去除氮氧化物及二氧化碳的方法。
Description
本發明關於一種廢氣處理系統，特別是指一種使用旋轉填充床配合特定之去除劑的廢氣處理系統，以及使用其處理廢氣的方法。
廢氣是指人類在生產和生活過程中排出的有毒有害的氣體。氮氧化物(NOx)是一種氮氣和氧氣所組成的氣體混合物，其常出現氮氧化物在焊接、電鍍、雕刻及爆破炸藥的過程中，或者從機動車排氣、燃燒煤炭、石油或是天然氣而釋放到空氣中。氮氧化物排放的廢氣氣味大，且嚴重污染環境和影響人體健康。為此，全球許多國家已針對NOx規範嚴格的限制，並努力限制這些空污的排放。目前習知的氮氧化物去除劑包括氫氧化鈉溶液、氨溶液、含鐵之金屬螯合物溶液等搭配應用洗滌塔、選擇性觸媒還原法(SCR)、選擇性非觸媒脫硝法(SNCR)等。
二氧化碳是另外一種常見的廢氣，其雖然不具特別毒性，卻是大氣中最重要的溫室氣體，且是地球溫度的主控鈕。碳捕捉是將目前已經排放於大氣中的二氧化碳予以捕捉，再萃取出其中的碳元素加以利用，常用去除劑為碳酸鹽溶液、氨溶液、胺基溶液等。
惟目前實務上處理氮氧化物與二氧化碳皆為各別處理，本發明提供一種新穎的廢氣處理系統，可在進行氮氧化物去除時同時進行碳捕捉，且對於兩種氣體皆具有高去除率，能夠有效率的淨化空氣中的汙染物與碳捕捉。
根據本發明之一方面，提供一種廢氣處理系統，包括進氣單元、合單元及出氣單元。進氣單元用以通入一廢氣。混合單元連接該進氣單元，用以將該廢氣與一去除劑接觸，獲得一處理後氣體。出氣單元連接該混合單元，用以排出該處理後氣體。其中該去除劑包括10-20 wt%的氫氧化鉀、5-15 wt%的磷酸二氫鉀、10-20 wt%的碳酸氫鈉以及45-75 wt%的硝酸鈉，以該去除劑的總重為基礎。
一實施例中，該混合單元包括一超重力旋轉填充床 。
一實施例中，該超重力旋轉填充床的轉速為300至1500 rpm。
一實施例中，該混合單元不含有任何觸媒。
一實施例中，該去除劑係溶於水後，於該混合單元內與該廢氣接觸，該去除劑的濃度為20至200 g/l。
一實施例中，該混合單元中的氣液比為1:1至30:1。
一實施例中，該去除劑係用以去除該廢氣中的氮氧化物，且該處理後氣體之氮氧化物去除率大於90%。
一實施例中，該去除劑係用以去除該廢氣中的二氧化碳，且該處理後氣體之二氧化碳去除率大於85%。
一實施例中，該廢氣處理系統的工作溫度為10至60℃。
根據本發明之另一方面，提供一種去除廢氣中氮氧化物及二氧化碳的方法，包括將一廢氣通入上述的廢氣處理系統。
為使本發明之上述與其他方面更為清楚易懂，下文特舉實施例，配合所附圖式做詳細說明。
圖1繪示根據本發明一實施例的廢氣處理系統1。廢氣處理系統1包括進氣單元10、混合單元20以及出氣單元30。
進氣單元10用以導入一廢氣至廢氣處理系統1中。廢氣例如為工業活動或交通工具、機械等運轉所排放出來的有害人體或環境的氣體，包括但不限於焚化爐廢氣、引擎廢氣、燃燒廢氣等。廢氣可為人類活動或自然環境中產生的廢氣。進氣單元10例如可為一導管或風管系統，本發明的廢氣處理系統1可直接安裝在廢氣出入口，例如工廠的煙囪或交通工具的排氣管等，使得廢氣可直接導入本發明之廢氣處理系統1進行處理。
混合單元20連接進氣單元10，用以將導入的廢氣與一去除劑21接觸。去除劑21可以吸附廢氣中的特定物質或有害成分，或與其反應，降低其在廢氣中的含量。混合單元20可以使廢氣與去除劑的接觸面積最大化，將廢氣中的特定物質從廢氣中轉移至去除劑中，使去除劑能順利吸附廢氣中的特定物質，或與其發生反應。此等作用稱為質傳(mass transfer，又稱質量傳遞、質量傳送、物質傳遞)。
本實施例使用的混合單元20例如為超重力旋轉填充床(Rotating packed bed，RPB)，包括但不限於申請人自行研發的Air-Win 高質傳反應器。不過，其他廠牌、種類的超重力旋轉填充床皆可作為本實施例的混合單元。超重力旋轉填充床為一種習知的化學工業用反應器，利用馬達帶動轉軸進行高速旋轉動作，並由旋轉產生之離心力造成超重力場，再於旋轉筒中加裝填充床，故稱為超重力旋轉填充床。填充床內裝有反應劑或催化劑，於本實施例中為去除劑21，藉由超重力場使通入的廢氣與去除劑均勻混合或接觸，獲得高質傳效果。本實施例中的旋轉轉速例如介於300至1500 rpm，或800至1200 rpm。
去除劑21為氫氧化鉀、磷酸二氫鉀、碳酸氫鈉與硝酸鈉4種鹽類的組合。較佳係包括10-20 wt%的氫氧化鉀、5-15 wt%的磷酸二氫鉀、10-20 wt%的碳酸氫鈉與45-75 wt%的硝酸鈉。去除劑21可為固態，或者與水混合作為溶液使用。廢氣通過混合單元20後，其中的特定物質被去除劑21吸附及/或移除，可獲得處理後氣體(又稱尾氣)。本實施例中的去除劑濃度可為20至200 g/l(溶劑為水)，亦即每升去除劑溶液中包含20至200g去除劑。當去除劑21為液態時，混合單元20中的氣(廢氣)液(去除劑溶液)比，可為1:1至30:1，較佳為1:1至5:1。
本實施例中的去除劑21配合混合單元20，可用於去除廢氣中的氮氧化物(NO
X)以及二氧化碳(CO
2)，且處理後氣體之氮氧化物去除率大於90%、大於85%、大於80%或大於75%；二氧化碳去除率大於85%、大於80%、大於75%或大於70%。去除率的計算公式如下：
去除率(%)＝
本實施例中的去除劑21配合混合單元20，可在不使用任何觸媒(催化劑)的情況下，且無須加熱至高溫(工作溫度為10至60℃)的條件下，達成高氮氧化物及二氧化碳去除率。因此，相較於舊有的觸媒轉化法，成本更低且更為環保。
出氣單元30連接混合單元20，用以將處理後氣體(尾氣)排出廢氣處理系統1。出氣單元例如為：排氣管、煙囪、製程機台排氣風管等。根據實際應用與需求，處理後氣體可直接排放至空氣中，或儲存後進行下一步處理。
本發明之廢氣處理方法，係將廢氣經由進氣單元10導入廢氣處理系統1中，通過混合單元20後，自出氣單元30排出處理後氣體，即完成廢氣的處理。
實施例 1 配製去除劑
本發明的去除劑為氫氧化鉀、磷酸二氫鉀、碳酸氫鈉與硝酸鈉4種鹽類的組合，較佳係包括10-20 wt%的氫氧化鉀、5-15 wt%的磷酸二氫鉀、10-20 wt%的碳酸氫鈉與45-75 wt%的硝酸鈉，上述重量百分比係以去除劑的總重為基礎。下表1提供本發明使用的去除劑實施例與比較例配方：
表1 本發明實施例與比較例之去除劑配方
| 成份 配方 | 含量(wt%) | ||||
| 氫氧化鉀 | 磷酸二氫鉀 | 碳酸氫鈉 | 硝酸鈉 | 水 | |
| A | 10 | 5 | 10 | 75 | - |
| B | 15 | 10 | 15 | 60 | - |
| C | 20 | 15 | 20 | 45 | - |
| D(比較例1) | 100 | - | - | - | - |
| E(比較例2) | - | 100 | - | - | - |
| F(比較例3) | - | - | 100 | - | - |
| G(比較例4) | - | - | - | 100 | - |
| H(比較例5) | - | - | - | - | 100 |
表1中，配方A至C為本發明使用的去除劑配方，以4種不同鹽類調配而成。配方D至H則為比較例，其中配方D至G只有單一一種鹽類，而配方H未添加鹽類，而是使用純水作為去除劑。去除劑可以水溶液方式使用，濃度為20-200 g/l，本實施例中使用100 g/l。配製方式為將該些鹽類依比例秤取混合後，取100g的去除劑裝入一升的容量瓶中，再加入純水至1公升刻度，即完成本實施例使用的去除劑。
實施例 2 不同溫度下之氮氧化物、二氧化碳去除率測試
本實施例中，以0.7%氮氧化物與10%二氧化碳氣體混合，作為測試用廢氣，通入Air-Win超重力旋轉填充床(混合單元)，與1公升的表1去除劑(濃度100 g/l)，以600rpm的轉速、氣液比為15:1進行反應，反應溫度則定於為10℃、30℃及50℃。接著測量通過超重力旋轉填充床之處理後氣體(尾氣)，實驗結果如下表2-1、2-2及2-3。
表2-1 反應溫度10℃之廢氣去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 61.2% | 53.1% | 44.3% | 16.3% | 25.7% | 23.6% | 12.8% | 10.3% |
| 二氧化碳(%) | 58.8% | 52.4% | 46.2% | 14.4% | 24.7% | 22.2% | 10.5% | 8.2% |
表2-2 反應溫度30℃之廢氣去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 75.4% | 70.3% | 64.6% | 34.2% | 45.4% | 41.7% | 30.7% | 23.4% |
| 二氧化碳(%) | 73.9% | 68.6% | 64.1% | 30.3% | 42.7% | 38.1% | 28.9% | 18.1% |
表2-3 反應溫度50℃之廢氣去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 77.8% | 72.4% | 68.5% | 37.4% | 49.3% | 44.5% | 32.3% | 28.3% |
| 二氧化碳(%) | 76.6% | 71.8% | 66.5% | 36.1% | 48.4% | 43.2% | 31.7% | 22.4% |
本實施例中的去除率計算方式與[0021]段所描述相同：
去除率(%)＝
由上表2-1至2-3可知，反應溫度越高，本發明之廢氣處理系統對於氮氧化物與二氧化碳的去除力越高，而配方A去除劑在反應溫度為50℃情境下，對於氮氧化物與二氧化碳去除率最高。
實施例 3 不同轉速下氮氧化物與二氧化碳之去除率測試
與實施例2相同，本實施例亦以0.7%氮氧化物與10%二氧化碳氣體混合作為測試用廢氣，通入超重力旋轉填充床中，與1公升的表1去除劑(濃度100 g/l)，並以50℃的反應溫度、氣液比為15:1進行反應，超重力旋轉填充床的轉速則定於300、600以及1200 rpm。接著測量通過超重力旋轉填充床之處理後氣體(尾氣)的濃度，實驗結果如下表3-1、3-2及3-3。
表3-1 轉速300 rpm之廢氣去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 71.3% | 66.7% | 61.2% | 32.5% | 43.8% | 42.7% | 27.6% | 18.2% |
| 二氧化碳(%) | 70.4% | 70.2% | 61.5% | 27.3% | 40.4% | 39.1% | 25.1% | 11.3% |
表3-2 轉速600 rpm之廢氣去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 75.4% | 70.3% | 64.6% | 34.2% | 45.4% | 41.7% | 30.7% | 23.4% |
| 二氧化碳(%) | 73.9% | 68.6% | 64.1% | 30.3% | 42.7% | 38.1% | 28.9% | 18.2% |
表3-3 轉速1200 rpm之廢氣去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 85.7% | 79.6% | 72.4% | 37.4% | 51.6% | 44.5% | 32.3% | 26.8% |
| 二氧化碳(%) | 76.6% | 71.8% | 66.5% | 36.1% | 48.4% | 43.2% | 31.7% | 22.4% |
表3-1至3-3的實驗結果顯示，在相同反應溫度(50℃)與氣液比(15:1)之下，轉速越高對於氮氧化物與二氧化碳去除率越高。且在配方A-C中，配方A對於氮氧化物與二氧化碳去除率最好。
實施例 4 不同氣液比下氮氧化物與二氧化碳之去除率測試
與實施例2及3相同，本實施例亦以0.7%氮氧化物與10%二氧化碳氣體混合作為測試用廢氣，通入超重力旋轉填充床中，與1公升的表1去除劑(濃度100 g/l)，並以50℃的反應溫度、超重力旋轉填充床轉速1200 rpm進行反應。廢氣與去除劑的氣液比則定於30:1、15:1、5:1及1:1。接著測量通過超重力旋轉填充床之處理後氣體(尾氣)的濃度，實驗結果如下表4-1、4-2、4-3及4-4。
表4-1 氣液比為30:1之去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 73.6% | 68.4% | 61.5% | 27.4% | 42.1% | 39.3% | 22.3% | 10.6% |
| 二氧化碳(%) | 72.9% | 68.1% | 60.3% | 24.6% | 40.5% | 37.9% | 21.1% | 8.3% |
表4-2 氣液比為15:1之去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 85.7% | 79.6% | 72.4% | 37.4% | 51.6% | 44.5% | 32.3% | 23.7% |
| 二氧化碳(%) | 76.6% | 71.8% | 66.5% | 36.1% | 48.4% | 43.2% | 31.7% | 18.9% |
表4-3 氣液比為5:1之去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 97.8% | 94.3% | 87.4% | 46.2% | 60.1% | 57.5% | 40.8% | 31.7% |
| 二氧化碳(%) | 98.1% | 93.5% | 85.8% | 44.3% | 58.5% | 56.1% | 40.4% | 27.5% |
表4-4 氣液比為1:1之去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 98.8% | 96.1% | 90.4% | 49.3% | 66.4% | 61.7% | 45.7% | 38.4% |
| 二氧化碳(%) | 99.3% | 95.7% | 89.8% | 48.1% | 65.7% | 60.9% | 44.3% | 31.8% |
表4-1至4-4的實驗結果顯示，在相同反應溫度(50℃)與超重力旋轉填充床轉速(1200 rpm)下，氣液比越低對於氮氧化物與二氧化碳去除率越高。且在配方A-C中，配方A對於氮氧化物與二氧化碳去除率最好。
實施例 5 不同去除劑濃度之氮氧化物與二氧化碳之去除率測試
與實施例2-4相同，本實施例亦以0.7%氮氧化物與10%二氧化碳氣體混合作為測試用廢氣，通入超重力旋轉填充床中，以50℃的反應溫度、超重力旋轉填充床轉速1200 rpm、氣液比1:1進行反應。去除劑濃度則調整於20 g/l、50 g/l、100 g/l、150 g/l及200 g/l。接著測量通過超重力旋轉填充床之處理後氣體(尾氣)的濃度，實驗結果如下表5-1、5-2、5-3、5-4及5-5。
表5-1 去除劑濃度為20 g/l 之去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 92.4% | 90.4% | 88.0% | 38.4% | 62.4% | 57.3% | 41.3% | 36.6% |
| 二氧化碳(%) | 94.9% | 92.4% | 87.3% | 42.6% | 58.5% | 52.9% | 38.2% | 26.7% |
表5-2 去除劑濃度為50 g/l 之去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 93.2% | 91.4% | 89.3% | 40.1% | 64.7% | 58.4% | 44.2% | 37.0% |
| 二氧化碳(%) | 95.1% | 93.8% | 88.5% | 44.3% | 63.4% | 61.6% | 41.4% | 29.8% |
表5-3 去除劑濃度為100 g/l之去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 98.8% | 96.1% | 90.4% | 49.3% | 66.4% | 61.7% | 45.7% | 38.4% |
| 二氧化碳(%) | 99.3% | 95.7% | 89.8% | 48.1% | 65.7% | 60.9% | 44.3% | 31.8% |
表5-4 去除劑濃度為150 g/l之去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 98.9% | 97.2% | 91.3% | 50.1% | 67.2% | 63.7% | 47.3% | 40.1% |
| 二氧化碳(%) | 99.3% | 96.4% | 91.3% | 49.5% | 66.8% | 62.6% | 46.1% | 33.4% |
表5-5 去除劑濃度為200 g/l之去除率
| 配方 去除率 | A | B | C | D (比較例1) | E (比較例2) | F (比較例3) | G (比較例4) | H (比較例5) |
| 氮氧化物(%) | 99.2% | 97.7% | 93.4% | 51.2% | 68.7% | 65.3% | 48.9% | 43.2% |
| 二氧化碳(%) | 99.5% | 96.9% | 92.5% | 50.2% | 69.7% | 63.8% | 47.6% | 38.6% |
表5-1至5-5的實驗結果顯示，在相同反應溫度(50℃)、超重力旋轉填充床轉速(1200 rpm)、氣液比(1：1)的條件下，去除劑濃度越高對於氮氧化物與二氧化碳去除率越高。且在配方A-C中，配方A對於氮氧化物與二氧化碳去除率最好。
根據上述實施例可知，使用本發明的廢氣處理系統，以特定的去除劑配方，配合如超重力旋轉填充床之類的混合單元，在特定範圍溫度、轉速、氣液比以及去除劑濃度的條件下，可以有效移除廢氣中的氮氧化物與二氧化碳，獲得高氮氧化物與二氧化碳去除率。
綜合上述，本發明的廢氣處理系統相較於目前已知的廢氣處理方式，可以同時去除氮氧化物並進行碳捕捉。此系統具備高質傳反應效率，能在數秒內有效去除氮氧化物與二氧化碳，提升去除率。此外，整個廢氣處理系統無毒、無腐蝕性、無RoHS(歐盟危害性物質限制指令)禁用有害物質，相對環保且環境友善。更甚者，去除劑及其溶液可重複使用，不造成二次汙染。
雖然本發明已以實施例說明如上，但本領域通常知識者根據上述揭露內容，實可依需求對其進行修改、調整或其他變化。因此，本發明的內容並不限制於上述實施例，而應以後附之申請專利範圍為準。
1：廢氣處理系統
10：進氣單元
20：混合單元
21：去除劑
30：出氣單元
圖1繪示根據本發明一實施例的廢氣處理系統。
1：廢氣處理系統
10：進氣單元
20：混合單元
21：去除劑
30：出氣單元
Claims (10)
- 一種廢氣處理系統，包括： 一進氣單元，用以通入一廢氣； 一混合單元，連接該進氣單元，用以將該廢氣與一去除劑接觸，獲得一處理後氣體；以及 一出氣單元，連接該混合單元，用以排出該處理後氣體； 其中該去除劑包括10-20 wt%的氫氧化鉀、5-15 wt%的磷酸二氫鉀、10-20 wt%的碳酸氫鈉以及45-75 wt%的硝酸鈉，以該去除劑的總重為基礎。
- 如請求項1的廢氣處理系統，其中該混合單元包括一超重力旋轉填充床。
- 如請求項2的廢氣處理系統，其中該超重力旋轉填充床的轉速為300至1500 rpm。
- 如請求項1的廢氣處理系統，其中該混合單元不含有任何觸媒。
- 如請求項1的廢氣處理系統，其中該去除劑係溶於水後，於該混合單元內與該廢氣接觸，該去除劑的濃度為20至200 g/l。
- 如請求項5的廢氣處理系統，其中該混合單元中的氣液比為1:1至30:1。
- 如請求項5的廢氣處理系統，其中該去除劑係用以去除該廢氣中的氮氧化物，且該處理後氣體之氮氧化物去除率大於90%。
- 如請求項5或7的廢氣處理系統，其中該去除劑係用以去除該廢氣中的二氧化碳，且該處理後氣體之二氧化碳去除率大於85%。
- 如請求項1的廢氣處理系統，其工作溫度為10至60℃。
- 一種去除廢氣中氮氧化物及二氧化碳的方法，包括： 將一廢氣通入如請求項1至9中任一項所述的廢氣處理系統。
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| CN101077472A (zh) * | 2007-06-16 | 2007-11-28 | 中国矿业大学 | 净化有机废气的生物滴滤系统及其快速制备菌膜方法 |
| TWI429476B (zh) * | 2004-09-23 | 2014-03-11 | 喬 大衛 瓊斯 | 藉碳酸鹽及／或碳酸氫鹽無機物之共生作用以自廢液流中移除二氧化碳之裝置 |
| TWI619540B (zh) * | 2017-02-18 | 2018-04-01 | 國立清華大學 | 二氧化碳吸收劑組成物以及捕獲二氧化碳的方法 |
| CN211562331U (zh) * | 2019-10-31 | 2020-09-25 | 智和股份有限公司 | 废气超重力净化装置 |
| CN113522009A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-22 | 广东石油化工学院 | 一种处理挥发性有机物废气的生物过滤装置和方法 |
| TW202218738A (zh) * | 2020-11-03 | 2022-05-16 | 財團法人工業技術研究院 | 去除煙道氣中的二氧化硫的方法與裝置 |
-
2023
- 2023-11-22 TW TW112145235A patent/TWI886650B/zh active
Patent Citations (6)
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