[发明专利]一种挥发性有机化学废气处理并回收能源的方法及装置

说明书

技术领域

本发明是有关于一种挥发性有机化学废气处理并回收能源的方法及使用该方法的蓄热再生氧化型废热回收锅炉，包含将挥发性有机化学废气引入一蓄热再生氧化型废热回收锅炉内，经由预热、高温氧化处理并回收燃烧所产生能源，使得挥发性有机化学废气能被彻底破坏处理，并通过回收其产生的能源使得其巨额设备投资及操作费用能经由能源回收而产生经济效益。此创新的方法与蓄热再生氧化型废热回收锅炉，可以有效的应用于各种化工、石化、制药、半导体产业等的VOC废气处理。

背景技术

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是工业界常见空气污染物之一，其主要来源为化工厂、石化工业、印刷业、涂装业、胶带业、电路板业以及近年来新兴的高科技半导体集成电路制造与光电液晶显示器产业。由于VOCs具有毒性以及容易破坏大气臭氧层，所以必须加以控制以避免危害地球环境。

现行已开发及商业化的VOCs污染防制设备技术包含焚化、吸附、吸收、冷凝等方法，其基本上可分为破坏性及非破坏性两种方法。破坏性方法包括焚化、高温与催化剂氧化，在此机制下VOCs将转化为CO₂及水或其他惰性等污染性较小的物质；而非破坏性方法则是利用吸附、吸收及冷凝等物理方法，将VOCs自排放废气中以物理方法转移，使其成为干净气体。

目前商业化技术，一般而言，低浓度排气(＜10-20mg/m³)大部分以活性碳吸附处理，中低浓度废气(50-1000mg/m³)使用吸附浓缩/脱附焚化法处理，中浓度废气(500-3,000mg/m³)使用蓄热式焚化法或蓄热型氧化法处理，中高浓度废气(2,000-5,000mg/m³)则大部分以催化剂焚化处理，高浓度废气(＞5,000-10,000mg/m³)则以火焰焚化、冷凝或活性碳吸附回收处理。若含中低浓度硫或氮成分臭气则可以化学洗涤法处理。然而，上述各常用的处理方法中均有其优缺点及适用的场合，尤其对于VOCs浓度较高的情况，目前商业化的处理方法均面对处理操作成本高、容易产生爆炸或火灾风险的困扰。

VOCs的高温氧化或焚化处理技术，一般分为热焚化法及催化剂焚化法二种。依其能源回收方式分类，则VOCs的高温氧化或焚化设施又可分为热回收型氧化器(Recuperative Thermal Oxidizer)及蓄热再生式高温氧化系统(Regenerative Thermal Oxidizer)两种主要技术。热回收型氧化器是以热交换器提供含VOCs气体与高温燃烧产物作热交换使用，以回收高温燃烧产物产生的高温排气热量，热回收型氧化器的热回收率通常小于70％；蓄热再生型氧化器则是以陶磁蓄热材料储存回收高温燃烧产物排气热量，交替用于加热含VOCs废气，蓄热型氧化器的热回收率可高达90～95％以上。

一般VOCs废气的热焚化处理，其燃烧室的燃烧机火焰温度虽可达1,350～1500℃，但是混合气体在燃烧室的燃烧温度通常控制在650～820℃，气体滞留时间通常为0.3～0.5秒，在燃烧室内的气流速度通常为3～15m/s。在上述条件下，臭味物质及VOCs的去除率通常即可达99％以上。但是对于特殊难处理的VOCs，燃烧室的操作温度则需高达1000℃，气体停留时间则视需要设计为1.0～2.0秒，气流速度为8～10m/s。

一般蓄热再生式高温氧化系统(RTO)至少包括二个蓄热床、进气控制设备、加热及温度控制设备。蓄热床内填充石质或陶瓷蓄热材料，欲处理的气体先进入第一蓄热床(A床)预热至一定温度后，在高温氧化室内进行反应去除其中的VOCs，反应后高温气体通过另一蓄热床(B床)时，气体热能将传入原已冷却的蓄热材，将高温气体的显热储存，气体则以较低的温度排放。待一定时间后，切换阀门，欲处理气体则导入该高温床(B床)预热，反应后高温气体能量则储存于A床，完成一操作循环(operation cycle)。但是两床式的蓄热式高温氧化或焚化系统在蓄热床切换时，会有VOCs瞬间排放浓度过高的困扰，导致破坏去除效率较差。

蓄热再生式高温氧化系统(RTO)的热回收率，一般定义为：

R＝(T_c-T_o)/(T_c-T_i)x 100％(1)