油料儲存槽及管線大多設置於地底下，倘若洩漏必定會造成土壤的汙染，甚至影響地下水質。油料污染廠址之土壤常含有大量的揮發性有機物(Volatile Organic Compounds, VOCs)，而這些揮發性有機物若散佈到空氣中，不但會造成人體健康的危害，而且也可能形成光化學煙霧造成人體的不適。另外，當大氣中有氮氧化物存在時，VOCs更可能與之反應而衍生出高臭氧的問題。
本研究主要以蓄熱式觸媒焚化系統(RCO)來進行處理油料污染廠址土壤中的VOCs。本實驗RCO系統之觸媒為自製20 wt%CuMn/氧化鋁觸媒，電動閥切換時間皆為2分鐘(ts=2 min)，VOCs進氣濃度範圍為200∼10,000 ppm。
研究結果顯示：(1)在爐床無置入觸媒條件下， Tset＝800∼900℃、Ug＝0.37 m/s和C0=450∼10,000 ppm，VOCs平均處理效果分別為85.94%(800℃)、93.88%(900℃)。(2)填入觸媒後，Ug=0.37 m/s、Tset＝600∼650℃、C0=450∼10,000 ppm，VOCs平均處理效果分別為93.35%(600℃)、96.5%(650℃)；Ug=1.11 m/s、Tset＝600∼650℃、C0=450∼10,000 ppm，VOCs平均處理效果分別為87.51%(600℃)、93.75%(650℃)。Tset＝600∼650℃時，進氣含有高濃度的VOCs，其處理效果較好，若進氣風量較低，其處理效果也較高。(3)壓損與操作溫度及進氣流量成負相關。(4)觸媒在160小時的長時間衰敗試驗中，有穩定的表現，並以SEM/EDS觀察觸媒表面，結構並無異常。

Oil storage tanks and their pipelines are mostly constructed under the ground. If the leaches are occurred, the soil pollution and the contamination of groundwater quality will influenced seriously. The soil of oil polluted sites is usually containing the huge amounts of volatile organic compounds (VOCs) and other organics. These VOCs is uncomfortable on physical body when they spread into atmosphere not only to cause the harm of human health but also to react into photochemical smog. Besides, the VOCs are probably reacting with nitrogen oxides into the problems of high concentrations of ozone.
In this study, we used a regenerative catalytic oxidizer (RCO) to deal with VOCs in soil of the oil polluted sites. The RCO system was packed with self-made catalyst of 20 wt%CuMn/γ-Al2O3.
Experimental results revealed 90±5% of the influent VOCs (C0=450-10,000 ppm) was thermally destruction with no catalyst in beds operated with a valve shifting time (ts) of 2 min, superficial gas velocities (Ug) of 0.37 m/s (evaluated at an influent air temperature of around 30℃) and present maximum destruction temperature (TS) of 800-900℃. With the catalyst packings and operation conditions of Ug=0.37 m/s and C0=450~10,000 ppm, the destruction efficiency of 93.35 and 96.5% were observed, respectively in average at TS of 600 and 650℃. When Ug=1.11 m/s and C0=450-10,000 ppm, the destruction efficiency of 87.51 and 93.75% were observed, respectively in average at TS of 600 and 650℃. The destruction efficiency of RCO is high at higher influent concentration of VOCs and low gas velocities at TS=600-650℃.

目 錄
摘要 I
Abstract III
目錄 IV
圖目錄 X
表目錄 XIII
第一章 緒論 1-1
1-1 研究緣起 1-1
1-2 研究目的 1-2
1-3 研究內容 1-3
第二章 文獻回顧 2-1
2-1 揮發性有機物(VOCs)介紹 2-1
2-1-1 BTEX介紹 2-4
2-2 VOCs處理技術介紹 2-8
2-2-1 直接焚化法 2-15
2-2-2 觸媒焚化法 2-15
2-2-3 蓄熱式焚化法 2-16
2-2-4 蓄熱式觸媒焚化法 2-16
2-2-5 吸附法 2-18
2-2-6 吸收法 2-18
2-2-7 冷凝法 2-19
2-2-8 生物處理法 2-20
2-3 RCO系統特性 2-20
2-3-1 觸媒特性 2-20
2-3-2 蓄熱材 2-24
2-3-3 RCO系統之熱回收率 2-26
2-3-4 RCO系統之熱傳 2-27
2-4 觸媒探討 2-28
2-4-1 觸媒製備方式 2-30
2-4-1-1 含浸法 2-32
2-4-2 載體特性與選擇 2-32
2-4-2-1 氧化鋁載體 2-33
2-4-3 活性金屬 2-36
2-4-4 觸媒活性衰退 2-40
2-5影響RCO效能之操作參數 2-43
2-5-1 操作溫度 2-43
2-5-2 空間流速 2-44
2-5-3 VOCs種類與濃度 2-45
第三章 研究方法與實驗設備 3-1
3-1 研究方法及實驗流程 3-1
3-1-1 研究方法 3-1
3-1-2 實驗流程 3-1
3-2 觸媒製備與實驗步驟 3-3
3-2-1 觸媒製備方法 3-3
3-2-2 實驗設備架設及研究規劃 3-4
3-2-3 RTO和RCO系統實驗步驟 3-5
3-2-4觸媒焚化之反應動力模式探討 3-6
3-2-5利用微分型反應器設計方式測試Power-rate law 3-7
3-3 實驗設備 3-8
3-3-1 SVE系統設備 3-8
3-3-2 RTO與RCO系統設備 3-10
3-4 分析方法及設備 3-15
3-4-1 分析方法 3-15
3-4-2 分析設備 3-15
3-5 蓄熱材及觸媒物理性質 3-17
3-5-1蓄熱材物理性質 3-17
3-5-2觸媒物理性質 3-19
3-6 實驗藥品及氣體 3-20
第四章 結果與討論 4-1
4-1蓄熱式觸媒焚化爐(RCO)處理土壤氣體抽取系統尾氣 4-1
4-1-1 改變進氣流速對RCO系統去除VOCs效率之影響 4-2
4-1-2 改變RCO進氣濃度對VOCs去除效率之影響 4-6
4-1-3 RCO系統成本效益探討 4-8
4-1-3-1 RCO熱回收率和排氣溫差探討 4-8
4-1-3-2 RCO壓損探討 4-14
4-1-4 RCO床體溫度變化 4-15
4-2蓄熱式焚化爐(RTO)處理土壤氣體抽取系統尾氣 4-19
4-2-1改變RTO進氣流速對VOCs去除效率之影響 4-19
4-2-2改變RTO進氣濃度對VOCs去除效率之影響 4-24
4-2-3 RTO系統成本效益探討 4-27
4-2-3-1 RTO熱回收率和排氣溫差探討 4-27
4-2-3-2 RTO壓損探討 4-31
4-2-4 RTO床體溫度變化 4-33
4-3 RCO與RTO系統之比較 4-35
4-3-1操作溫度 4-35
4-3-2進氣流速與進氣濃度 4-36
4-4氧化鋁觸媒操作參數探討 4-37
4-4-1氧化鋁觸媒最佳操作參數探討 4-37
4-4-2氧化鋁觸媒活性衰敗試驗 4-39
4-4-2-1氧化鋁觸媒長時間衰敗試驗 4-39
4-4-2-2氧化鋁觸媒SEM/EDS表面變化觀察 4-40
4-5觸媒反應動力式 4-42
4-6成本評估效益 4-45
4-6-1觸媒製備成本 4-45
4-6-2 RTO和RCO系統操作費用評估 4-46
第五章 結論與建議 5-1
5-1結論 5-1
5-1-1 RCO系統對VOCs破壞去除效率之影響 5-1
5-1-2熱回收率及壓損 5-2
5-1-3操作條件及費用 5-2
5-1-4觸媒成分 5-3
5-2建議 5-3
參考文獻 參-1
圖目錄
圖2-1 國內外有機廢氣處理技術分類 2-12
圖2-2 VOCs排氣處理方法其廢氣流量與濃度之關係 2-14
圖2-3 VOCs處理技術的相對處理成本與濃度之關係 2-14
圖2-4 RTO系統 2-17
圖2-5 Fe、Al、Zn、Al2O3、stone 及ZnCl2不同溫度之蓄熱量 2-26
圖2-6 有無觸媒之化學反應與活化能之關係 2-28
圖2-7 有機物觸媒氧化反應機制示意圖 2-29
圖2-8 觸媒之結垢現象 2-43
圖3-1 研究流程圖 3-2
圖3-2 SVE系統 3-10
圖3-3 RTO與RCO實驗設備 3-12
圖4-1 RCO系統在不同溫度下不同進氣流量對濃度1000 ppm VOCs之去除效率 4-4
圖4-2 RCO在不同進氣流量下不同溫度對濃度1000 ppm VOCs去除效率之變化 4-5
圖4-3 RCO在各個進氣流速下，對VOCs不同進氣濃度之去除效
果(A) 0. 37 m/s (B) 0. 74 m/s (C) 1.11 m/s 4-8
圖4-4 RCO在不同的操作溫度時，不同進氣流速對TRE的影響 4-13
圖4-5 RCO在不同的操作溫度時，不同進氣流速對Td的影響 4-13
圖4-6 RCO在不同溫度與不同進氣流速下，對壓損的影響 4-15
圖4-7 RCO系統加熱區在650 ℃操作條件，改變進氣流速後，溫度穩定狀態下的床體溫度分佈 4-17
圖4-8 RCO系統加熱區在650 ℃、進氣流速0. 37 m/s時，通入空氣與VOCs後床體溫度的變化 4-18
圖4-9 RTO在不同進氣流速下不同溫度對濃度1000 ppm VOCs去除效率之變化 4-21
圖4-10 在進氣流速不同下，各個RTO加熱區溫度對1000 ppm VOCs進氣濃度的變化 4-22
圖4-11 RTO於不同操作溫度下，進氣流速為0.37及1.11 m/s時對濃度1000 ppm VOCs去除效率之差 4-23
圖4-12 RTO在各個進氣流速下，對VOCs不同進氣濃度之去除
效果(A) 0. 37 m/s (B) 0. 74 m/s (C) 1.11 m/s 4-26
圖4-13 RTO在不同的操作溫度時，不同進氣流速對TRE的影響 4-30
圖4-14 RTO在不同的操作溫度時，不同進氣流速對Td的影響 4-30
圖4-15 RTO在不同溫度與不同進氣流速下的壓損變化 4-32
圖4-16 RTO系統加熱區在900 ℃，改變其進氣流速後，穩定狀態下的床體溫度分佈 4-34
圖4-17 RTO系統加熱區在900 ℃、進氣流速0.37 m/s時，通入空氣與VOCs後床體溫度的變化 4-34
圖4-18 觸媒長時間操作的觸媒活性變化 4-40
圖4-19 20 wt%CuMn/氧化鋁觸媒的SEM影像 4-41
圖4-20 甲苯在不同反應溫度下以Power-rate law求取反應次數n及速率常數k 4-44
圖4-21 以power-rate law求出VOCs之速率常數k與活化能之關係圖 4-45
表目錄
表2-1 有機污染物質分類 2-2
表2-2 BTEX之物化性質 2-7
表2-3 VOCs處理技術之優缺點 2-13
表2-4 觸媒特性對觸媒焚化影響之文獻彙整(1/2) 2-22
表2-4 觸媒特性對觸媒焚化影響之文獻彙整(2/2) 2-23
表2-5 蓄熱材相關文獻 2-25
表2-6 觸媒受到載體影響之因素 2-33
表2-7 氧化鋁物理化學性質表 2-35
表2-8 氧化鋁成分表 2-36
表2-9 觸媒貴重金屬與金屬氧化物比較 2-38
表2-10 一般金屬以及貴重金屬觸媒相關文獻整理 2-39
表2-11 觸媒中毒與防治方法 2-42
表3-1 RTO與RCO系統設備規格 3-11
表3-2 礫石物理性質 3-19
表3-3 觸媒物理性質 3-20
表4-1 RTO系統在不同操作條件下的熱回收率和排氣溫差(shifting time = 2 min) 4-12
表4-2 RCO系統在不同操作條件下的熱回收率和排氣溫差(shifting time = 2 min) 4-28
表4-3 在10,000 ppmVOCs進氣濃度下，氧化鋁觸媒達到T50、T90和T95的去除效率溫度 4-38
表4-4 20 wt%CuMn/氧化鋁觸媒之EDS分析結果 4-41
表4-5 以微分型反應器設計所得VOCs的反應速率 4-43
表4-6 以Power-rate law迴歸的結果 4-43
表4-7 RCO與RTO系統的操作費用 4-50

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