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空氣污染控制設計 期末報告

空氣污染控制設計 期末報告. 報告題目 1 .CHARCOAL/ACTIVATED CARBON 作者: William D. Byers and Mark P. Cal 2 .CHLOR-ALKALI 作者: Kenneth S. Walborn 報告人:王士承. CHARCOAL/ACTIVATED CARBON 之說明. CHARCOAL 木炭 (Charcoal) 是含碳的天然材質經由熱分解 (pyrolysis) 後所殘餘之固態碳。 ACTIVATED CARBON

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空氣污染控制設計 期末報告

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Presentation Transcript


  1. 空氣污染控制設計期末報告 報告題目 1.CHARCOAL/ACTIVATED CARBON 作者:William D. Byers and Mark P. Cal 2.CHLOR-ALKALI 作者:Kenneth S. Walborn 報告人:王士承

  2. CHARCOAL/ACTIVATED CARBON 之說明 • CHARCOAL 木炭(Charcoal) 是含碳的天然材質經由熱分解(pyrolysis)後所殘餘之固態碳。 • ACTIVATED CARBON 活性碳(Activated carbon)是經由熱分解和含碳材質經過活化後所產生,其製作一般步驟為材質球狀化 碳化 活化。

  3. Process overview 木炭和活性碳在開始製作時,主要是將碳(carbon)或炭(char)轉變成有機材質,木炭在製造時,是將炭捆起來並加壓,最後以炭磚的形式生產。而活性碳的製作是將炭活化,利用物理的方式如用熱氣接觸,或化學的方式如加入某些無機化學(ZnCl2, H2SO4)物品。

  4. Carbonization 碳化的過程可分為下面四個步驟: 1.對有機材質加熱且溫度接近100℃,主要是移除水分及易揮發的有機物。 2.在溫度提升至170℃時,因CO、CO2和有機酸(醋酸或其它)的釋放,導致濕氣移除效率下降。 3.溫度至270℃~280℃時,會變成放熱的情況,會有大量的碳氫化合物之蒸餾液產生,包括甲醇、焦油和其它次要產物。 4.在溫度大約為350℃時,熱分解結束,並加熱至400℃~600℃,在此溫度範圍內,少數易揮發的物質可以從炭中移除。

  5. 大型圓柱狀多層爐床之火爐和Missouri-type)之木炭爐

  6. Charcoal Manufacture 炭磚的製作是將天然木炭磨成粉或將炭打碎後和粉狀黏結劑混合,在加壓後便形成炭磚,並將炭磚放至135℃之環境使其濕氣含量約5%左右。

  7. Activated-Carbon Manufacture • Activation 活化的過程可分為兩種型式:化學和物理型式。化學活化是加入化學劑如磷酸或氯化鋅。物理活化是利用熱氣如溫度為800℃~1000℃之蒸氣或CO2。 • Reactivation 碳在被使用後實際上可以再活化,其過程與有機活化相同。再活化的過程中碳可對有機物再吸附,此外再活化時會消耗一部份的碳粒子。對於小尺寸的on-site再活化之運轉如流體床( fluidized-bed)和紅外線火爐(infrared furnaces)均可接受。

  8. 活性碳再活化可使用之火爐型式

  9. AIR EMISSIONS CHARACTERIZATION 炭與活性碳的製作時主要會產五種物質: 1.固態炭或活性碳 2.不可壓縮氣體(一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷) 3.熱酸(pyroacid) 4.焦油或重油 5.水

  10. Gases • 碳化(炭和活性碳的製作)和活化(活性碳的製作)的過程中會產生不可壓縮氣體。不可壓縮氣體的量和相對濃度與材質和製作的過程有密切的關係。由表2可得知炭的製造過程中無法控制放射污染物,以平均放射量(其單位為kg/Mg或lb/ton)來說明。表3是對炭在製作時所產生之不可壓縮氣體百分比。可壓縮的產物包括醋酸4~7%、甲醇3~6%、無法溶解的焦油8~13%。

  11. Gases(1)

  12. Air Toxics 碳化和活化時會有好幾種氣態有毒物(如甲醇)質無法控制其放射的情形,如果再一次活化,會增加氣態有毒物質的放射速度,由於碳的再次活化時常用在吸附混合物,因此需對氣態有毒物質做一分類。 在高溫、低氧含量之火爐下易產生PCDDs (Polychlorinated dibenzodioxins)和PCDFs (Polychlorinated dibenzofurans),原生碳再次活化時,有一種方式可以測試是否有PCDDs 或PCDFs放射產生。

  13. AIR POLLUTION CONTROL MEASURES • 以材質的大小、處理的方式來控制粒狀物,炭磚在運轉時一般會使用離心式或纖維式過濾收集器,離心式的收集效率為65%,纖維式的收集效率為99%。 • PCDDs和PCDFs放射資料已經建立,可應用於再活化系統之後燃器,流體床再活化系統也相當適合用後燃器之設計,在溫度1316℃時需有2秒的residence time。水平紅外線再活化之火爐也可適合應用於後燃器,在溫度1010℃時需有20秒的residence time,由表4可得知此一裝置其戴奧辛和Furan放射的情形,此系統運轉時每小心需消耗215磅之活性碳。

  14. AIR POLLUTION CONTROL MEASURES(1)

  15. CHLOR-ALKALI • 氯氣是在1774年由Carl Wilhelm Scheele所發現。 • 氫氧化鈉在以前是以石灰和碳酸鈉反應,一般當作清潔劑在使用。 • 法國在1789年最早將氯的使用商業化。 • Chlor-alkali在工業中成長的情況如圖1所示。生產的單位為EUCs(electrochemical unit),1個EUC為1噸的氯加上1.1噸的氫氧化鈉。

  16. CHLOR-ALKALI(1)

  17. PROCESS DESCRIPTION 在水中之鹽經電解後會產生氯和氫氧化鈉,圖2為一電解槽,中間有diaphragm cell(或mercury cell or membrane cell)隔開,正極產生氯氣,負極產生氫氧化鈉和氫,其化學反應式可表示成: 在正極所產生的氯會通過asbestos diaphragm,而鈉離子會至負極處,而產生氫氧化鈉和氫的氣體。

  18. PROCESS DESCRIPTION(1)

  19. PROCESS DESCRIPTION(2)

  20. PROCESS DESCRIPTION(3)

  21. PROCESS DESCRIPTION(4)

  22. AIR EMISSIONS CHARACTERIZATION • 利用diaphragm cell、mercury cell、membrane cell來控制氯氣、汞蒸氣、石棉和氫放射的情形。 • Chlorine 氯氣是一種極危險的物質,在SARS 302、304、313均有規定此氣體排放標準,如果一天釋放10磅以上,需報備NRC (National Response Center)、LEPC(Local Emergency Planning Commission)、SERC(State Emergency Planning Commission)等單位。

  23. AIR EMISSIONS CHARACTERIZATION(1) 氯氣釋放之來源有: 1.來自於cell之凸緣或連接裝置。 2.來自於正常運轉時產生低壓區、起動或關機時、緊急情況時。 3.來自於氯在硫酸中分解時或釋放至大氣時。 4.來自於壓縮氯氣之壓縮機其密封墊處。 5.來自於高壓管和液化設備 6.末端的氣體在回復和洗滌時。 7.來自於儲存槽和裝貨的設備。

  24. AIR EMISSIONS CHARACTERIZATION(2)

  25. AIR EMISSIONS CHARACTERIZATION(3) • Mercury 除了和先前說明之規定外,Chlor-alkali 汞放射情形在NESHAP(National Emission Standard for Hazardous Air Pollutants)也有規定,其一天的放射量不得超過2300克。 其釋放來源如下: 1. 來自cell運轉和維修時。 2. 來自cell的排放氣體。 3. 來自cell所產生的氫。 4. 來自管的洩漏。

  26. AIR EMISSIONS CHARACTERIZATION(4) • Asbestos 其規定與前述相同,其釋放來源為: 1. 接收與處理時。 2. Diaphragm的製作時。 3. 配置的方法。 • Hydrogen 氫的釋放量並沒很強烈的要求,其放射來源為: 1.來自於cell運轉的時候。 2.來自排氣孔的洩漏。

  27. AIR POLLUTION CONTROL MEASURES • Chlorine 其控制或放射通常與阻隔材質、襯墊和運轉壓力和操作方式等有關。在長期運轉時,對於硫酸系統的設計與運轉的狀況需加以注意。在高壓系統下可能會造成濕氣上升,因硫酸在乾燥的情況下才可分解氯。大部份的製造者都使用多層離心壓縮機,其密封性較好,在高壓時不會有洩漏的情形。高壓氯氣在冷凝時其液化設備的溫度為+75℉至-50℉,而液化氯在傳輸時需相當小心,應避免管線有破裂的情形。

  28. AIR POLLUTION CONTROL MEASURES(1) • Mercury 汞放射的控制與設備、過濾的設計方式、維修、運轉的方式有關。主要的cell在運轉時利用氯壓縮機產生些許真空的狀態來消除放射的情形。 • Asbestos 木棉放射的控制一開始是先收集木棉至密閉的塑膠袋,壓縮後由貨車運走。有破裂時可用膠帶補修,散落的部份可用吸塵器來清理。如果是使用木棉袋,應在袋外寫上警造標誌。

  29. AIR POLLUTION CONTROL MEASURES(2) • Hydrogen 氫是一種很輕的可燃性之氣體,因此要防止洩漏較為困難,在高壓裝置中通常會用雙層的密封方式來防止洩漏。

  30. 結 論 • 這兩篇主題主要介紹炭、活性碳、氯的製造方式,除了對製作的步驟、方法詳加說明外,亦介紹相關製作設備及應用原理。 • 這些物質在製造過程中會產生有害物質,需加以處理,報告中也提供處理的方式,從人員本身、系統維護、設備設置、設備控制等方面來加以操控有害物之排放量,以降低對環境的危害。

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