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 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。

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。

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。

大型圓柱狀多層爐床之火爐和Missouri-type) 之木炭爐

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。

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。

活性碳再活化可使用之火爐型式

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

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% 。

Gases(1)

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。

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。

AIR POLLUTION CONTROL

MEASURES(1)

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。

CHLOR-ALKALI(1)

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。

PROCESS DESCRIPTION(1)



PROCESS DESCRIPT

ION(4)

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。

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。



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。


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。

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。

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。

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。

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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空氣污染控制設計 期末報告

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