Chapter 8 W10_0426(席老師)

工程師,主要考慮管末控制技術

污染物之類型:

  • 粒狀
  • 氣狀 gaseous air pollutant 以氣體的方式存在
    • organic
      • 環保法有嚴格的定義
      • VOC (Volatile Organic Compounds 揮發性有機化合物)
      • pah(環狀的Polycyclic Aromatic Hydrocarbons多環芳香烴)
    • non-organic
      • CO2 SO2
      • NO/NO2/N2O
      • metals (Hg)

針對不同類型的污染物,其控制技術差異甚大

擬定、制定污染控制策略,要完整考慮:

  • 種類
    • 氣體的量【體積:1000m3】
    • 污染物的量【濃度:10ppm/1000ppm】

之後還要考慮設置成本

8.1 控制策略

控制策略

  • Catalytic oxidation
  • Incineration 燃燒
  • Condensation 冷凝
  • Absorption 吸收
  • Adsorption 吸附
  • Biofiltration 生物過濾
  • photocatalysis 光催化

8.2 Incineration 燃燒、焚化(c.f.樂色焚化(固體廢棄物,都市樂色是有熱質的,輔以一定程度的輔助燃料))

去除效率的目標,一定大於95,要到99%
一般是用來處理低濃度、高毒性的有機氣體

the process of burning something completely

目的是物質的最終氧化態,destruction

不一定要氧作爲助燃劑。

主要針對有機物

需要混合足夠均匀、足夠的溫度、足夠的停留時間…
3 conditions (3Ts): time, temperature, turbulence
燃燒的效果才會夠好

要有燃料,最好產生的熱是可以被回收的

要讓燃燒發生,需要污染物的濃度要:

  • 達到下限值
  • 低於上限值

燃燒時往往要添加助燃劑

原污染氣體空氣量不足時,要補入空氣

燃料,一定是容易取得,好操作的

  • 天然氣
  • 石油(柴油

足夠的停留時間,才能然污染物被完全地破壞
爲了停留時間變長,燃燒器的長度要增加,體積要增大,更占地方,也需要更多燃料
所以燃燒器的大小要適中,
工程設計是考量各個面嚮,權重,權衡之後得到的結果。
一般不會停留超過2秒,不然燃燒器要很大

8.2.1 Ignition

5個重點:

8.2.2 燃燒器設計

case1:

半導體,溶劑:A5H3溶度極低但毒性極高。

case2:

減少氮氧化物的生成

8.2.3 專有名詞

\(\require{mhchem}\) \(\ce{1CH4 + 2O2=1 CO2 +2H2O}\)

  • fuel rich 富燃,燃燒的燃料超過能夠捕入的,> \(\ce{2O2}\)
  • fuel lean 貧燃,< \(\ce{2O2}\)

8.2.4 燃燒塔

對於化工廠、石化廠,停機或程序出現異常時,要趕快把原物料都清空,打到燃燒塔,快點燃燒掉。現在燃燒塔已經被限制為僅僅緊急狀態才能啓用。會產生黑烟。

8.3 Condensation(seperation process)

heat exchange process
冷凝、凝結 phase change
絕大多數用在VOCs 適用於沸點高者。

不是所有的氣狀都可以 destruction
e.g. \(\ce{Hg}\)

有回收價值、滿足可以回收的條件(好分離)

tolune 甲苯

15000ppm

市場價格 200USD/kg

當然可以回收再利用,instead of 破壞掉,為公司節省成本

8.3.1 condensor (cooler) 冷凝

合理地下降溫度、上升壓力

通常是做溫度的限制,而非加壓,因爲加壓的技術難度較高(要滿足密閉性的要求
選擇是有限制性的。

降低其氣體飽和濃度

用熱力學公式計算

溫度的下降一定都是階段性的,不可能在單一設備做超大幅度的降溫,在進入condensor 的前階段,先進行一部分降溫,真正進入condensor的降溫幅度不會很大(是很小的),但是能夠有效地降低其氣體飽和濃度。

熱交換非常重要,熱交換做的不好,就會非常耗能。

Condensation是作爲前期處理,通常不是污染控制的最後端。很難作爲最後的一關,當作守門員,那難度很高(溫度要降到很低很低)。 去除效率的Range 50-95%

冷媒的選用,依據溫度的範圍
e.g. brine solution鹵水(水+鹽)凝固點低
CFCs(Chlorofluorocarbons)用來處理\(\ce{Hg}\)要達到-40°C

8.3.1.1 冷媒直接接觸氣體

缺點:若冷媒與氣體混合,混合產物還需要再分離, 可能會再產生二次污染
有點:熱交換效率遠遠高於接觸式冷凝塔

8.3.1.2 接觸式冷凝塔 surface condensation system

有一個surface隔開氣體和冷媒。 主要用在回收,而非污染控制

8.3.1.3 cox chart

氣壓-沸點

8.3.1.4 混合氣體

case1:
toluene benzene xylene
mixing solution

沸點不同,做蒸餾,分開,純度變高

case2:
toluene water

沸點不同,做蒸餾,分開,

toluene非水溶性,本就不溶於水、會分層,可以做簡單的分離。

case3: Methyl Ethyl Ketone + water

丁酮和水是互溶的。
79.64 °C 沸點接近,往往會共沸,要分離就很難。 這時,冷凝就不是很好的做法。 但是台灣還是有在做。

分離的成本高,而沒有價值,可能就進入燃燒器,燒掉就好。

8.3.1.5 地下油槽泄露

目的是土壤及地下水整治,而不是回收

地下污染團
air sparging and sve

要把地下(地下水以上)的油氣趕出來

  • 濃度高,成分純:Condensation
  • 濃度低,成分不純:燒掉

濃度不高,想回收?活性炭吸附塔。(下禮拜講)

各種控制設備的排列組合運用!

各種工程操作都沒有絕對的優劣,沒有標準答案,要能夠變通,有彈性