用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置 【技术领域】
本发明揭示用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置, 特别是指用于净化工 厂气体中的悬浮微粒及酸性气体, 且该酸性气体指 : 氟化氢、 氯化氢、 磷化氢、 氮氧化物 (NOx)、 硫氧化物 (SOx)、 硝酸、 硫酸及醋酸等酸性气体。背景技术
近来, 国际间对于环保议题及工业安全卫生及高科技厂空气污染物净化问题日益 重视, 考虑工业气体对环境及劳工以至于一般大众身体产生的危害, 对于工业气体排放标 准日趋严格, 国内外法规都制定出浓度及臭味的排放标准, 环保署有鉴于近年空气污染的 恶臭类陈情案件居高不下, 已研拟依空气污染防制法的规定, 研修 “固定污染源空气污染物 排放标准” 的 “臭气或厌恶性异味排放标准” ; 另一方面, 近来高科技厂的高阶制程对于含硫 化合物及醋酸等难处理的分子污染物, 在外气引入洁净室前的净化程度要求愈为严苛, 例 如于 “半导体制造业空气污染管制及排放标准” 的第四条即规定 : 半导体制造业产生的空气 污染物应由密闭排气统导入污染防制设备始得排放。
而在半导体晶圆制造厂及 TFT-LCD 面板光电制造业面板制程中气体主要可分成 毒性气体、 酸气、 碱气及 VOCs 气体, 其中在湿蚀刻制程会使用到无机酸 ( 硝酸、 硫酸、 氢氟 酸、 盐酸 ) 及有机酸 ( 如醋酸 ) 等酸液或者干蚀刻制程或洗净程序会使用到大量的氟化合 物 ( 如 PFC : NF3、 SF6、 CF4、 C2F6) 经净化设备分解处理后衍生无机酸 ( 硝酸、 氢氟酸 ), 其中 有机酸及无机酸的比例配置不尽相同, 主要的蚀刻作用由无机酸进行, 加入有机酸 ( 如醋 酸 ) 主要是使无机酸更稳定, 提高蚀刻的良率, 然而却造成大量的毒性气体、 臭气或厌恶性 异味排放。
此外, 悬浮微粒 (Suspended particulate) 泛指在气流中悬浮的固态或液态粒子, 在提及一般空气质量时多以此为评估项目, 在测量时则以高量采样器作水平向过滤采气测 定。而悬浮微粒因不同粒径的颗粒进入人体呼吸统的能力差异极大, 且一般医学界认为 10 微米以下的颗粒方可进入人体呼吸道, 其中又以 2.5 微米以下的颗粒对呼吸统的危害最为 强烈。
目前一般环保单位对于空气悬浮微粒的污染程度多改用 “粒径小于等于 10 微米 的悬浮微粒 (Particulate matter ≤ 10m, 简称 PM10)“, 在公卫界则多采用 “粒径小于等 于 2.5 微米的悬浮微粒 (Particulate matter ≤ 2.5m, 简称 PM2.5)” 以评估污染对健康的 影响。此 2.5 微米以下的微粒因此又被称为 “可呼吸性悬浮粒子 (Respirable suspended particle)” 。
然而, 以传统冷凝法及吸收法等并无法完全去除上述的悬浮微粒及酸性气体 ( 硝 酸、 硫酸、 氢氟酸、 盐酸、 氨; 尤其是氢氟酸 ) 等难处理的分子污染物, 而且该等悬浮粒子若 为人体吸入将引发身体健康的安危 ; 同时该等酸性气体于低浓度下即会产生恶臭, 极易影 响厂房周围生活环境而引发民众抗议, 同时也影响到厂房周围其它高科技厂高阶制程的产 品良率。再者, 空气中酸性气体等难处理的分子污染物气体的净化技术可运用物理方法及 化学方法。物理方法将空气通过采用吸收、 分离等物理步骤的净化设备以除去空气中无机 酸碱 ( 硝酸、 硫酸、 氢氟酸、 盐酸、 氨; 尤其是氢氟酸 ), 常用的物理方法有机械分离法、 过滤 法、 吸附法、 洗涤法和静电法。常用的化学方法有热氧化法和催化燃烧法等。国内目前最常 采用的净化设备以抽风与简易滤网或一般吸附或水洗洗涤处理, 此传统设备及方法无法有 效净化低浓度无机酸碱 ( 硝酸、 硫酸、 氢氟酸、 盐酸、 氨; 尤其是氢氟酸 ) 等难处理的分子污 染物的气体, 是造成空气污染臭味陈情的主因 ; 同时, 也是造成被污染的外气导引进入如半 导体晶圆制造厂及 TFT-LCD 面板光电制造厂等高阶制程洁净室, 影响产品良率的分子污染 物主要来源的一。
此外, 尚有运用触媒滤材来净化处理空气中含硫化合物、 硝酸及醋酸 ... 等物质 气体的方法, 该触媒滤材净化气体的优点为含硫化合物、 硝酸及醋酸 ... 等物质气体的脱 除效率高、 反应温度低、 能源消耗低、 避免生成二次污染物等, 是一种环境友好的催化净化 技术。 然而, 在该触媒滤材净化法中, 该触媒的使用量大, 于进行去除气体的净化反应后, 该 触媒滤材 ( 含活性碳 AC) 即需更换, 方可使该触媒滤材净化法得以持续进行, 惟该触媒滤材 的每次更换, 都得耗费大量成本, 如何改善使得该触媒滤材再生重复使用, 为一重要课题。 发明内容 本发明的一目的, 在于提供一种用于气体中悬浮粒子的净化装置, 减少该等悬浮 粒子自工厂排放进入大气的中, 以减少对大气的污染。
为达上述目的, 本发明提供一种用于净化气体中悬浮微粒的装置, 其包含 :
一过滤床, 用于过滤气体中所含的悬浮微粒 ; 以及
一填充材, 容置于该过滤床之中, 且该填充材为一多孔性填充材。
本发明的另一目的, 在于所提供用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置, 可 于其内吸附滤材长期使用后, 进行在线再生改质运作, 以节省运作成本。
为达上述的目的, 本发明一种用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置, 其包 含一前段过滤床, 其用于净化气体中悬浮微粒, 及一后段吸附床, 其用于净化气体中酸性气 体, 其中 :
该前段过滤床包含 :
一过滤床, 用于过滤气体中所含的悬浮微粒 ;
一填充材, 容置于该过滤床的中, 且该填充材为一多孔性填充材 ; 以及
该后段吸附床包含 :
一吸附床, 用于吸附气体中所含的酸性气体 ;
一吸附滤材, 容置于该吸附床之中, 且该吸附滤材为一经改质多孔性吸附材, 其材 质可为活性碳、 活性氧化铝、 奈米碳管、 多孔性树酯或沸石, 以吸附气体中所含的低浓度酸 性污染分子。
上述的净化装置, 其中该多孔性填充材可为活性碳、 活性氧化铝、 陶瓷或沸石 ; 其 中该多孔性填充材的形式可为球形、 发泡形、 蜂巢形、 圆柱形、 马鞍形、 纤维状或颗粒状。
上述的净化装置, 其中该过滤床进一步包含一再生洒水统, 设置于该过滤床之内, 用以提供再生溶剂, 以洗涤再生该过滤床中的填充材 ; 且该再生溶剂为水。
上述的净化装置, 其中该后段吸附床可进一步执行一在线再生, 其进一步包含 :
一加药桶, 其用以调配贮放所欲使用的还原溶液及改质再生溶液 ; 及
该吸附床进一步包含 :
一对气体出入口, 用于提供风干及再风干处理的空气流通 ;
一进料口, 其用于提供该还原溶液及改质溶液进入该吸附床进行还原步骤及改质 步骤 ; 以及
一出料口, 其用于排出该还原溶液及该改质溶液。
上述的净化装置, 当以洗涤方式进行还原步骤或 / 及改质步骤时, 该吸附床进一 步包含一洒水头。
本发明进一步提供一种吸附滤材的在线再生方法, 用于气体中悬浮微粒及酸性气 体的净化装置, 包含如下步骤 :
(1) 还原步骤 : 以还原溶液还原使用后的吸附滤材 ;
(2) 风干步骤 : 将还原后的吸附滤材进行风干处理 ;
(3) 改质步骤 : 以再生改质液改质风干后的吸附滤材 ;
(4) 再风干步骤 : 将改质后的吸附滤材进行再风干处理。
如上所述的再生方法, 当该步骤 (1) 中的气体成份为无机酸、 NOx、 SOx 或醋酸时, 该还原溶液可为水或稀释碱溶液 ( 如 : 0.1M KOH、 KMnO4 或 CuSO4), 且该还原步骤可以洗涤 或浸泡方式为的, 并该还原时间依气体浓度而有差别, 一般至少为 30 分钟。
如上所述的再生方法, 其中步骤 (2) 中的风干处理, 指导入空气或以自然通风进 行风干程序, 且该空气的相对湿度小于 80% RH。
如上所述的再生方法, 当该步骤 (3) 中的气体成份为无机酸、 NOx、 SOx 或醋酸 时, 该再生改质液, 即以该吸附滤材最后所欲达成的目标浓度为准 ( 如 : 3M KOH、 KMnO4 或 CuSO4), 且该改质步骤可以洗涤或浸泡方式为的。
如上所述的再生方法, 其中步骤 (4) 中的再风干处理, 导入空气或以自然通风进 行风干程序, 且该空气的相对湿度小于 80% RH。
因此本发明中用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置, 可以净化气体中的悬 浮微粒, 亦可同时净化气体中的悬浮微粒及酸性气体, 同时提供该吸附滤材的在线再生, 以 重复使用该吸附滤材, 以降低除去悬浮微粒及酸性气体污染所需的成本。
下列实验设计为说明, 不应限制本发明的范畴, 合理的变化, 诸如对于本领域技术 人员显而易见为合理者, 可于不脱离本发明的范畴下进行。 附图说明
图 1 为本发明中用于气体中悬浮微粒的净化装置具体实施例的一示意图。
图 2 为本发明中用于气体中悬浮微粒的净化装置具体实施例的另一示意图。
图 3 为本发明中用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置具体实施例的一示 意图。
图 4 为本发明中用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置后段吸附床的在线 再生装置具体实施例的一示意图。
【主要组件符号说明】2 贮液桶 3 气体入口 4 气体出口 5 喷头 6 洒水头 7 阀门 8 阀门 9 填充材 10 过滤床 11 出水阀门 12 过滤床 13 气体入口 14 气体出口 15 喷头 16 洒水头 17 阀门 18 阀门 19 吸附滤材 20 吸附床 21 出水阀门 23 供水阀门 100 用于气体中悬浮微粒的净化装置 110 前段过滤床 120 后段吸附床 200 用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置具体实施方式
为使充分了解本发明的目的、 特征及功效, 兹借由下述具体的实施例, 并配合所附 的图式, 对本发明做一详细说明, 说明如后 :
请参见图 1, 其为本发明用于气体中悬浮微粒的净化装置的一示意图, 其中该用于 气体中悬浮微粒的净化装置 100 包含 : 一过滤床 10, 用于过滤气体中所含的悬浮微粒 ; 一填 充材 9, 容置于该过滤床 10 的中, 且该填充材 9 为一多孔性填充材。
本发明中用于气体中悬浮微粒的净化装置 100 的运作如下, 首先, 一待处理气体 经由一阀门 7 控制而流经一气体入口 3 进入该过滤床 10 的中, 并流经该填充材 9 时, 该待 处理气体中的悬浮微粒为该填充材 9 中所吸附, 再经由该过滤床 10 的一气体出口 4 由一阀 门 8 所排出。
上述的多孔性填充材可为活性碳、 活性氧化铝、 陶瓷或沸石, 且该该多孔性填充材 的形式可为球形、 发泡形、 蜂巢形、 圆柱形、 马鞍形、 纤维状或颗粒状。
实施例 17CN 102451592 A
2说明书5/8 页其中该多孔性填充材采用 Ф10-12mm 的亲水性活性氧化铝球, 其比表面积为 255m /g, 填充高度为 20 公分, 填充层空塔面风速为 0.5m/s。
实施例 2
其中该多孔性填充材采用 Ф10-12mm 的亲水性活性氧化铝球, 其比表面积为 2 255m /g, 填充高度为 15 公分, 再加上高度 15 公分的活性碳 ( 比表面积为 1113m2/g), 填充 层面风速为 1.0m/s。
实施例 3
其中该多孔性填充材采用高度 30 公分的活性碳 ( 比表面积为 1113m2/g), 填充层 面风速为 0.05m/s。
以上述实施例 1、 2 及 3 进行实场测试, 检测的状况为将工厂气体流经本发明的用 于净化气体中悬浮微粒的装置 100, 监测其净化前后的悬浮微粒质量浓度, 其结果如下列三 表 ( 表 1、 表 2、 及表 3) 所示 :
表1
表2
表3由上述三表中的实施例 1、 2、 3 结果可知, 本发明的用于净化气体中悬浮微粒的装 置可有效净化气体中的悬浮粒子达 44%以上, 不论是 PM10、 PM2.5、 PM1.0 悬浮微粒都有相 当良好的净化效果, 可为悬浮微粒的初步净化装置。
请参见图 2, 其为本发明用于气体中悬浮微粒的净化装置的另一示意图, 其中该用 于气体中悬浮微粒的净化装置 100 包含 : 一过滤床 10, 用于过滤气体中所含的悬浮微粒 ; 一 填充材 9, 容置于该过滤床 10 的中 ; 一再生洒水统, 包含一贮液桶 2、 喷头 5 及洒水头 6。
本发明中用于气体中悬浮微粒的净化装置 100 利用该再生洒水统, 可于该过滤床 的填充材于过滤悬浮粒子达饱和之时, 利用该贮液桶 2 提供再生溶剂 - 水, 经由喷头 5 及洒 水头 6 提供再生溶剂 - 水, 并经由一出水阀门 11 来排出再生溶剂, 来洗涤过滤床 10 中的填 充材 9, 以使该过滤床 10 恢复其过滤效能。
再参见图 3, 其为本发明用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置的一示意图, 其中该用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置 200 包含 : 一前段过滤床 110, 用于净化 气体中所含的悬浮微粒 ; 及一后段吸附床 120, 其用于净化气体中酸性气体 ; 其中该前段过 滤床 110 包含 : 一填充材 9, 容置于该过滤床 10 之中, 且该填充材 9 为一多孔性填充材 ; 而 该后段吸附床 120 则包含 : 一吸附床 20, 用于吸附气体中所含的酸性气体 ; 一吸附滤材 19, 容置于该吸附床之中, 且该吸附滤材 19 为一经改质多孔性吸附材, 其材质可为活性碳、 活 性氧化铝、 奈米碳管、 多孔性树酯或沸石, 以吸附空气中所含的低浓度酸性污染分子。 本发明中用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置 200 的运作如下, 首先, 经 由该前段过滤床 110 进行气体中悬浮微粒的净化, 一待处理气体经由一阀门 7 控制而流经 一气体入口 3 进入该过滤床 10 之中, 并流经该填充材 9 时, 该待处理气体中的悬浮微粒为 该填充材 9 所吸附, 再经由该过滤床 10 之一气体出口 4 由一阀门 8 所排出 ; 当该待处理气 体自该前段过滤床 110 的阀门 8 流出后, 则进入该后段吸附床 120 进行气体中酸性气体的 净化, 经初步净化悬浮微粒的气体经一阀门 17 进入该后段吸附床 120 之一气体入口 13 而 进入一吸附床 20 之中, 以吸附气体中所含的酸性气体, 且流经其内之一吸附滤材 19, 借由 该吸附滤材 19 而吸附空气中所含的无机酸、 NOx、 SOx 或醋酸等污染分子, 再经由一气体出 口 14 而自一阀门 18 将经净化后的气体排出该后段吸附床 120。
上述该前段过滤床 110 中填充材 9 的多孔性填充材可为活性碳、 活性氧化铝、 陶瓷 或沸石, 且该多孔性填充材的形式可为球形、 发泡形、 蜂巢形、 圆柱形、 马鞍形、 纤维状或颗 粒状 ; 而该后段吸附床 120 吸附滤材 19 为一经改质多孔性吸附材, 其材质可为活性碳、 活性 氧化铝、 奈米碳管、 多孔性树酯或沸石, 以吸附空气中所含的低浓度酸性污染分子。
实施例 4
其中该前段过滤床 110 填充材 9 中的多孔性填充材采用 Ф10-12mm 的亲水性活 性氧化铝球, 填充高度为 15 公分, 而该后段吸附床 120 吸附滤材 19 则为经 3M KOH 改质 Ф2-3mm 的圆柱活性碳, 填充高度为 15 公分, 填充层空塔面风速为 1.0m/s。
以上述实施例 4 进行实场测试, 检测的状况为将工厂气体流经本发明的用于气体 中悬浮微粒及酸性气体的净化装置 200, 监测其净化前后的酸性气体浓度, 其结果如下表 4 所示 :
表4
实施例 5
其中该前段过滤床 110 填充材 9 中的多孔性填充材采用 Φ10-12mm 的亲水性活 性氧化铝球, 填充高度为 60 公分, 而该后段吸附床 120 吸附滤材 19 则为经 3M KOH 改质 Ф2-3mm 的圆柱活性碳, 填充高度为 60 公分, 填充层空塔面风速为 0.3m/s。
以上述实施例 5 进行测试, 其分析结果如下表 5 所示 :
表5
由实施例 5 的结果可知, 本发明的用于净化气体中悬浮微粒及酸性气体的装置可 有效净化气体中的悬浮微粒达 90%以上, 不论是 PM10、 PM2.5 或 PM1.0 都有相当良好的净 化效果 ; 且针对酸性气体中的 HF、 HCl、 HNO3 及 H2SO4 亦可有效净化, 其移除率皆可达 9 成以 上, 可有效移除气体中的酸性气体, 排放口并未出现白烟或是臭味现象。
实施例 6
其中该前段过滤床 110 填充材 9 中的多孔性填充材采用级配方式, 分别使用 10, 20, 20 及 10 公分的 Ф10-12mm, 3-5mm, 2-3mm 及 3-5mm 的亲水性活性氧化铝球, 填充高度为 60 公分, 而该后段吸附床 120 吸附滤材 19 则为经 3M KOH 改质 Ф2-3mm 的圆柱活性碳, 填 充高度为 60 公分, 填充层空塔面风速为 0.3m/s。将含有 NO2 的工厂气体导入过滤床及吸附
床, 经检测发现进口气体含有 3ppm 的 NO2, 设备出口的气体含 NO2 浓度小于 0.5ppm, 其去除 效率高于 80%, 排放口并未出现黄烟现象。
图 4 为本发明中用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置 200 的后段吸附床 120 在线再生装置具体实施例的一示意图。
该后段吸附床 120 包含一吸附床 20, 其容置一吸附滤材 19、 一加药桶 12, 用以贮放 所欲使用的还原或是改质再生溶液 ; 并该吸附床 20 进一步包含 : 一气体入口 13 及一气体 出口 14, 用于提供风干及再风干处理的空气流通、 一喷头 15 及一洒水头 16, 其用于提供该 还原溶液或是改质溶液进入该吸附床 20、 一出水阀门 21, 其用于排出该还原溶液及该改质 溶液。
该吸附滤材的在线再生改质经如下的操作 :
还原步骤 : 吸附床 20 的吸附滤材 19 由一供水阀门 23 供给水或稀释碱溶液 ( 如 : 0.1M KOH、 KMnO4 或 CuSO4) 进入该吸附床 20 之中, 以浸泡该吸附滤材 19, 还原时间依气体浓 度而有差别, 一般至少为 30 分钟, 以还原该吸附滤材成为吸附前的状态。
风干步骤 : 将还原反应后的浸泡水经该出水阀门 19 排出, 开启该阀门 17 及阀门 18, 使该气体入口 13 及气体入口 14 开启, 以通入空气进行吸附滤材的风干步骤, 一般而言, 该空气的相对湿度小于 80% RH。 改质步骤 : 于风干步骤完成后, 由加药桶 12 提供一改质再生溶液 ( 如 : 3M KOH、 KMnO4 或 CuSO4)、 20 公升经该洒水头 16 以浸泡该风干后的吸附滤材 19, 其改质反应作用时 间至少为 30 至 60 分钟, 以改质该吸附滤材, 使该滤材呈可吸附酸性气体状态。
再风干步骤 : 将改质反应后的浸泡溶液经该出水阀门 21 排出, 开启该阀门 17 及该 阀门 18, 使该气体入口 13 及气体入口 14 开启, 以通入空气进行吸附滤材的再风干步骤, 一 般而言, 该空气的相对湿度小于 80% RH。
于该再风干步骤完成后, 即完成该吸附滤材的改质。 若是处理低浓度气体时, 可以 直接进行改质步骤与再风干步骤即可。
实施例 7
其中该前段过滤床 110 填充材 9 中的多孔性填充材采用 Ф10-12mm 的亲水性活性 氧化铝球, 填充高度为 15 公分, 而该该前段过滤床 110 填充材 9 则为经 3M KOH 改质 Ф2-3mm 的圆柱活性碳, 填充高度为 15 公分, 填充层空塔面风速为 1.0m/s, 于一个月的操作的后分 别使用水及 KOH 溶液再生。
以上述实施例 7 进行实场测试, 检测的状况为将工厂气体流经本发明的用于气体 中悬浮微粒及酸性气体的净化装置 200, 监测其经一个月操作再生前后的压损变化情形, 其 结果显示再生后的用于气体中悬浮微粒及酸性气体的净化装置 200 可有效降低压损情形, 表示再生结果良好。
经由上述本发明中吸附滤材的在线再生装置, 可以独立作业或一在线操作 ( 即在 操作移除气体的装置内操作 ), 用以再生吸附滤材, 以重复使用该吸附滤材, 以降低除去气 体中酸性气体污染所需的成本, 而延长吸附滤材寿命, 为一种相当符合环保及能源需求的 优良技术。