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博碩士論文 etd-0720105-161929 詳細資訊
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論文名稱
Title
以蓄熱式焚化爐處理含氮揮發性有機物之氮氧化物生成研究
Study on the Fuel NOx Formation for Oxidation of Air-Borne Nitrogen-Containing VOC by Regenerative Thermal Oxidizer
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
71
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2005-07-02
繳交日期
Date of Submission
2005-07-20
關鍵字
Keywords
揮發性有機物、蓄熱式焚化爐、氮氧化物
NOx, RTO, VOCs
統計
Statistics
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中文摘要
本研究利用蓄熱式焚化爐(RTO)處理含氮揮發性有機物(Volatile Organic Compounds, VOCs),測試進氣中含氮VOC與燃燒生成氮氧化物(NOx)之關係,並進行設備操作性能之評估。供試RTO為雙槽式,蓄熱床尺寸為0.152 m (L) × 0.14 m (W) × 1.0 m (H),床內填充1.11 cm粒徑礫石1.0 m厚,填充層孔隙度為0.416。
實驗主要包括單一(DMF)及混合(MEK/DMF)進氣二階段。在進氣含DMF部分,分別試驗設備在加熱區溫度(Tset=700-900 oC)、進氣風量(Q=0.5-1.0 Am3/min,Am3/min以ACMM表示)、進氣VOC濃度(Co=0-500 ppm)及閥門切換時間(1.5 min)等操作條件對VOC之破壞去除率及燃燒生成NOx之關係。另外,在未處理DMF之前,測定設備在相同操作條件對其熱回收率及壓損之影響;在進氣含MEK/DMF部分,分別試驗試驗設備在加熱區溫度(Tset=600-800 oC)、進氣風量(Q=0.5 ACMM)、進氣濃度MEK/DMF比例(100/100、200/100及500/100 ppm)及閥門切換時間(1.5 min) 等操作條件對VOCs之破壞去除率及燃燒生成NOx之關係。
研究結果顯示:(1)單一進氣(DMF)在冷床狀態下,均無NOx生成。DMF之破壞去除率分別與進氣濃度(低濃度高於高濃度)及加熱區設定溫度(900>800>700oC)有關,進氣濃度與NOx之產生成一負相關;(2)混合進氣(MEK/DMF)試驗時,添加MEK可提升DMF之破壞去除率,進氣濃度與NOx的生成均成現一負相關。在Tset=600oC時,MEK/DMF混合進氣比例與去除單位DMF所生成之NOx成正相關,而在Tset=700-800oC時,則無顯著相關性。在Tset=800oC時,NO2之生成明顯較低溫時高;(3)Ergun方程式可合理用於估算氣體經RTO床之壓降。
Abstract
In this study, a regenerative thermal oxidizer (RTO) was used to test the relationship between VOC concentration and nitrogen oxides(NOx) formed, and to estimate its performance. The RTO is electrically heated and contains two 0.152 m × 0.14 m × 1.0 m (L × W × H) beds both packed with gravel particles of around 1.11 cm in average diameter to a height of 1.0 m. The bed has a void fraction of 0.416.
Experiments include two phases: (1) tests to find the VOC destruction and NOx formed with DMF only in the influent air stream in the following condition: setting temperature Tset=700-900oC, flowrate Q=0.5-1.0 Am3/min, influent concentration Co=0-500ppm, shift time ts=1.5 min. and before that, to test the effect to thermal recovery efficiency and pressure drop. (2) tests to find the VOC destruction and NOx formed for the air stream with MEK/DMF mixed in the influent air stream in the following condition: setting temperature Tset=600-900oC ,flowrate Q=0.5 Am3/min, influent MEK/DMF ratio =100/100,200/100,500/100(ppm/ppm), shift time ts=1.5 min. and before that, to test the effect to thermal recovery efficiency and pressure drop.
Result show : (1)there have no NOx formed in cool-bed with DMF only in the influent air stream. DMF destruction is proportional to influent concentration(low Co > high Co ) and setting temperature(900 > 800 > 700oC).NOx formed is inversely proportional to Co.(2)in the phase two Experiment, DMF destruction is proportional to add MEK in. NOx formed is inversely proportional to Co. MEK/DMF ratio is proportional to (NOx formed/DMF removed) at Tset=600oC,but not closely related during Tset=700-800oC.NO2 formation is significant at Tset=800 oC. (3)Ergun equation is suitable to estimate pressure drop of RTO.
目次 Table of Contents
摘要…………………………………….……………………………………………...………... Ⅰ
目錄……………………………………………………………………………………………... Ⅱ
表目錄..….………………………………………………………………………………….….. V
圖目錄..………….……………………………………………………………………………... Ⅵ
照片目錄….……………..……………………………………………………………………. Ⅶ
符號表………………………………….………………………………………………………. Ⅷ
第一章 前言……………………….………………………………………………………... 1
1-1研究緣起……………………………………………………………………………… 1
第二章 文獻探討………………………………………………………………………… 4
2-1 VOCs對人體之危害…..….……………………………..……………………… 4
2-2 VOC廢氣處理方法………………..…………………….……………………… 5
2-2-1熱焚化法………….…………………………..…….………………………….. 7
2-2-2觸媒焚化法……………………………………………………………………. 7
2-2-3蓄熱式焚化法……...…………………………………….…. ……………….. 8
2-2-4吸附法………………...…………………………………….…. ……………….. 9
2-2-5吸收法……...…………………………………….…. ………………………….. 9
2-2-6冷凝法……...…………………………………….…. ………………………….. 10
2-2-7生物濾床法……...…………………………………….…. …………………… 10
2-3氮氧化物生成機制…………………………………………….………………… 12
2-3-1 Thermal NOx…...……………………………...……………………….……… 13
2-3-2 Prompt NOx……..………………..……………………………………………. 13
2-3-3 Fuel NOx……….………………………………………………………………... 14
2-4供試VOCs之性質及焚化特性……………………………………………... 16
2-5影響氮氧化物生成之操作因子……………………………………………. 17
2-5-1燃燒溫度….……...………………….………………………………………….. 17
2-5-2燃料成分………..……….……...………………………….…….…………….. 18
2-5-3過剩空氣………..……….……….……...……………………….…………….. 18
2-6氮氧化物減量技術………….………...……………………….………………… 19
2-7相關文獻………………………………………………………………………......... 20
第三章 設備及方法……………………………………………………………………... 21
3-1設備…………...………………………………………………………………………… 21
3-1-1實驗設備………...……………………...………………………………………. 21
3-1-2分析設備………………………………………………………………………... 25
3-2實驗藥品及氣體…...……………………………………………………………… 25
3-3方法…………...………………………………………………………………………… 26
3-3-1實驗方法…..……………………………………………………………………. 26
3-3-2分析方法………………………...………….…………………………………... 28
第四章 結果與討論……………………………………………………………………... 32
4-1單一進氣(DMF)實驗………………………....………………………………… 32
4-2混合進氣(MEK/DMF)實驗……….………………………………………….. 35
4-2-1 Tset=600oC混和進氣………….……………………………………………. 35
4-2-2 Tset=700oC混和進氣……………….……..………………………………. 38
4-2-3 Tset=800oC混和進氣……………….……..………………………………. 40
4-3設備操作性能之探討……………….…………………………………………... 42
4-3-1設備之熱回收率……..…………………………………..………...……… 42
4-3-2氣體通過蓄熱床之壓損………..……………………………………… 46
4-3-3設備操作費用評估………………………………………………………… 51
第五章 結論與建議……………………………………………………………………... 52
5-1結論……………………………………………………………………………………... 52
5-1-1單一進氣…………………………………...…….……………………………... 52
5-1-2混合進…………………………...…….…………………………………………. 52
5-1-3設備操作性能………………..………………………….…………………… 52
5-2建議……………………………………………………………………………………... 53
參考文獻……………………………………………………………………………………… 54
附錄一 檢量線…………………………………………………………………………….. 57


















表 目 錄
表1.1 典型石化業空氣污染物之毒性…….……………………….………… 2
表1.2 VOC相關管制規範………...………………………………………………. 2
表1.3 氮氧化物法規排放標準………...…..……………………………………. 3
表2.1 VOCs 控制技術之優缺點………...………….…………………….……. 6
表2.2 VOCs濃度及適用方法………………………………………………….… 7
表2.3 各種燃料含氮百分比……………………………..…..………………….... 14
表2.4 DMF之性質及焚化特性……………………………….…………………. 16
表2.5 MEK之性質及焚化特性……...…..………………….…..………………. 17
表2.6 相關氮氧化物控制技術…..…….…………………….……….………….. 19
表3.1 實驗設備規格表………………………………………….……….……..…… 21
表3.2 分析設備廠牌及用途……………….……...……………………….……… 25
表3.3 實驗藥品及氣體……………..…………..…………………………………… 25
表3.4 處理單一VOC之操作條件……….…………..…………………..…… 27
表3.5 處理混合VOCs之操作條件…………..……………………………… 28
表3.6 GC-FID操作條件…………….………….………….…………..…………… 29
表3.7 礫石物理性質…………...……………..……………………………………… 31
表4.1 在不同加熱區溫度,單一進氣(DMF)之破壞去除率……… 33
表 4.2 在不同加熱區溫度時,單一進氣(DMF)生成情形….............. 34
表4.3 加熱區設定溫度600oC時混合進氣之NOx生成結果…….... 36
表4.4 加熱區設定溫度700oC時混合進氣之NOx生成結果……… 38
表4.5 加熱區設定溫度800oC時混合進氣之NOx生成結果……… 40
表4.6 進氣不含VOCs時設備之熱回收率….……………….……………… 42
表4.7 空氣之物性表(1atm)……..……...…….…………………………………… 47
表4.8 在Tmax = 558-560oC時,氣體通過蓄熱床之壓損.….……… 48
表4.9 在Tmax = 633-637oC時,氣體通過蓄熱床之壓損………… 49
表4.10 在Tmax = 706-715oC時,氣體通過蓄熱床之壓損………… 50
表4.11 設備操作時之費用……..………….……………………………………..… 51
圖 目 錄

圖2.1 各種方法的相對處理成本與濃度之關係………………….…….... 7
圖2.2 RTO之構造…………………………………………………………………….. 9
圖2.3 生物濾床處理流程…….....……………….….…………….………………. 11
圖2.4 全球歷年來NOx排放統計資料……………………………….………. 11
圖2.5 在煤燃燒中,NOx形成之三種NO機制分佈…………….….……. 12
圖2.6 Pormpt-NOx機制形成主要步驟……..………..…...………….……….. 14
圖2.7 燃料中含氮物質氧化簡化步驟..………………..………...................... 15
圖2.8 氮氧化物在燃燒中形成的路徑……………………………….…....…. 15
圖2.9 溫度與NOx關係..………………..……….......................................................... 18
圖2.10過量空氣與NOx關係………………………………………………......…. 18
圖3.1 實驗設備示意圖..……………………..…........................................................ 22
圖4.1 單一進氣DMF濃度與NOx生成之關係
(Tset=700-900oC、Q=0.5ACMM) ….…………....…………...……… 34
圖4.2 混合進氣比例與NOx生成之關係
(Tset=600oC、Q=0.5ACMM).……………..…………............................. 37
圖4.3 DMF進氣濃度與NOx生成之關係
(Tset=600oC、Q=0.5ACMM) ..………………………....…….……….. 37
圖4.4 混合進氣比例與NOx生成之關係
(Tset=700oC、Q=0.5ACMM).……………..…………................................ 39
圖4.5 DMF進氣濃度與NOx生成之關係
(Tset=700oC、Q=0.5ACMM) ..………………………....…….……….. 39
圖4.6 混合進氣比例與NOx生成之關係
(Tset=800oC、Q=0.5ACMM).……………..…………............................. 41
圖4.7 DMF進氣濃度與NOx生成之關係
(Tset=800oC、Q=0.5ACMM) ..………………………....…….……….. 41
圖4.8 Tset=700oC、Q=0.5 ACMM、 shift time=1.5 min,蓄熱床溫度分布曲線(Tmax=560oC)..……..……................................................... 43
圖4.9 Tset=700oC、Q=0.5 ACMM、 shift time=1.5 min,蓄熱床溫度分布曲線(Tmax=558oC)..……..…….................................................. 43
圖4.10 Tset=800oC、Q=0.5 ACMM、 shift time=1.5 min,蓄熱床溫度分布曲線(Tmax=637oC)..……..…............................................ 44
圖4.11 Tset=800oC、Q=0.5 ACMM、 shift time=1.5 min,蓄熱床溫度分布曲線(Tmax=633oC)..……..……........................................... 44
圖4.12 Tset=900oC、Q=0.5 ACMM、 shift time=1.5 min,蓄熱床溫度分布曲線(Tmax=715oC)..…………............................................. 45
圖4.13 Tset=900oC、Q=0.5 ACMM、 shift time=1.5 min,蓄熱床溫度分布曲線(Tmax=706oC)..……..……........................................... 45
圖4.14 在最高床溫Tmax = 558-715oC時,熱回收率與空塔流速之關係.…………………………………………………………... 46
圖4.15 在Tmax = 558-560oC時,設備壓損與空塔流速之關係……………………………………………….………………………....…. 48
圖4.16 在Tmax = 633-637oC時,設備壓損與空塔流速之關係…………………………………………….………………………....…. 49
圖4.17 在Tmax = 706-715oC時,設備壓損與空塔流速之關係……………………………………………….………………………....…. 50


照 片 目 錄

照片3.1蓄熱式焚化爐(RTO)設備…..……………………………….………… 23
照片3.2 VOC進氣設備……………………………………………………………….. 23
照片3.3加熱進氣設備………………………………………………………………… 24
照片3.4出口採樣點及分析設備………………………..………………………… 24
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