含硫化合物氣體淨化濾材裝置與方法及其使用的催化劑吸附材料的製作方法

2023-08-10 23:02:21

專利名稱：：含硫化合物氣體淨化濾材裝置與方法及其使用的催化劑吸附材料的製作方法
技術領域：
：本發明是關於一種含硫化合物的氣體淨化濾材裝置與方法及其所使用的催化劑(觸媒)吸附材料，特別是關於一種針對例如二曱基硫(DMS)、二甲基二硫(DMDS)、硫化氫(H2S)等空氣中含硫化合物的氣體淨化濾材裝置與方法及其所使用的催化劑吸附材料。
背景技術：
：近來，國際間對於環保議題及工業安全衛生及高科技廠潔淨室分子汙染物淨化的日益重視，考慮工業廢氣對環境及勞工以至於一般大眾身體產生的危害，對於工業廢氣排放標準日趨嚴格，國內外法規都制定出濃度及臭味的排放標準；另一方面，近來高科技廠的高階製程對於含硫化合物等難處理的分子汙染物，在外氣引入潔淨室前的淨化程度要求愈為嚴格。例如在半導體晶圓製造廠及TFT-LCD面板光電製造業面板製程中，去光阻程序(strippingprocess)所4吏用的去光阻剝離液(stripper)主要成分為高沸點且幾乎全溶於水的有機化合物，包括單乙醇胺(MEA)、二曱基亞碸(DMSO)以及乙二醇單丁醚(BDG)等。在去光阻製程中，去光阻劑中的二曱基亞碸雖然是一種高沸點水溶性而且揮發性低的液體，但在處理過程中，極容易形成惡臭的二曱基硫(dimethylsulfide,DMS)和二曱基二硫(dimethyldisulfide,DMDS)的氣態汙染物。然而，以傳統冷凝法及吸收法並無法完全去除低沸點及低可溶性的二曱基硫與二曱基二硫，而且其在低濃度下即會產生惡臭，極易影響廠房周圍生活環境而引發民眾抗議，同時也影響到廠房周圍其它高科技廠高階製程的產品良率。空氣中含硫化合物氣體的淨化技術可運用物理方法、化學方法及。物理方法是將空氣通過採用吸收、分離等物理步驟的淨化設備以除去空氣中含硫化合物，常用的物理方法有機械分離法、過濾法、吸附法、洗滌法和靜電法。常用的化學方法有熱氧化法和催化燃燒法等。國內目前最常採用的淨化設備是以抽風與簡易濾網或一般吸附或水洗洗滌處理，此傳統設備及方法無法有效淨化如二曱基硫與二曱基二硫等含硫化合物的氣體，是造成空氣汙染臭味陳情的主因；同時，也是造成被汙染的外氣導？j進入如半導體晶圓製造廠及TFT-LCD面板光電製造廠等高階製程潔淨室，影響產品良率的分子汙染物主要來源之一。此外，尚有運用催化劑催化法來淨化處理空氣中含硫化合物氣體，催化劑催化法的優點為含硫化合物的脫除效率高、反應溫度低、能源消耗低、避免生成二次汙染物等，是一種環境友好的催化淨化技術。然而，此項技術目前最需要突破的是開發低溫氧化催化劑，由於含硫化合物的處理效率不佳，所以開發的催化劑必需具有以下特點l.具低溫氧化活性的納米(奈米)催化劑負載技術利用納米催化劑特有的催化特性，小晶粒催化劑載體粒徑小、孔道短、晶內擴散阻力小、暴露在外的原子多(高30%)、含有眾多的晶間隙(二次孔洞)、具有較強的吸附能力，對於大分子或液相反應有利。反應物與產物能於多孔性催化劑載體孔洞快速擴散，減少阻塞或積碳，而降低催化劑的失活速率，延長催化劑壽命。2.具中孔洞特性的吸附/催化基材合成技術利用中孔洞的高表面積與孔洞特性，提高含硫化合物的吸附去除效率，由於孔容積和孔隙率均提高，預估可增加三成的吸附量，且因晶間空隙增大可吸附較大分子，總體催化劑效率可提升30%以上。3.提升氧化活性的助劑輔助技術無論吸附劑或催化劑，均會隨使用時間而呈現部分覆蓋的現象，設計以低電壓激發系統中的氧氣或水氣使產生具較高氧化活性的氧化助劑，如(V、0'、HO'、03等，加速催化劑表面的氧化還原循環進行，加速催化劑表面汙染物的降解，以達到降低積碳的目的，預計可大幅提升催化劑的壽命。
發明內容為了改善上述已知技術所面臨的問題，本發明的目的在提供一種含硫化合物的氣體淨化濾材裝置，其包含至少一個催化劑吸脫附單元，其以並聯及/或串聯設置；及一臭氧產生單元，其可提供臭氧給該催化劑吸脫附單元，作為加強催化劑吸附功能或低溫氧化分解反應之用。本發明的含硫化合物的氣體淨化濾材裝置中，該裝置可進一步包含一水氣或蒸氣產生單元，其可提供水氣或蒸氣於該催化劑吸脫附單元，與臭氧產生單元所提供的臭氧一併作為催化劑吸附活化再生還原反應之用。本發明的含硫化合物的氣體淨化濾材裝置中，可於該裝置的下遊端進一步設置空氣淨化處理設備，以作為氣流終處理之用。該空氣淨化處理設備並無特別限制，較佳為臭氧分解催化劑或溼式洗滌塔或吸附床。本發明的含硫化合物的氣體淨化濾材裝置中，可包含多個催化劑吸脫附單元，其中該裝置催化劑吸脫附單元型號可為固定床式、轉輪式、轉塔式或、浮動床式、流體化床式；各催化劑吸脫附單元可同時進行吸附反應或催化劑氧化分解反應。或者是，該吸附催化劑單元可部分進行吸附反應，同時部分進行催化劑氧化分解反應。此外，本發明另一目的在於提供一種含硫化合物的氣體淨化方法，其包含下列步驟(1)提供一種上述的空氣中含硫化合物的氣體淨化濾材裝置，其中該催化劑吸脫附單元中充填有催化劑吸附材料；(2)經由風機將欲處理的含硫化合物的空氣導入該裝置，開啟及/或關閉相關閥組，同時可導入臭氧產生單元所產生的臭氧，使充填催化劑吸附材料的催化劑吸脫附單元進一步進行化學性吸附反應或低溫氧化分解反應，同時排出經吸附後的乾淨氣流；(3)開啟及/或關閉相關閥組，將已吸附飽和的催化劑吸脫附單元導入臭氧產生單元所產生的臭氧及/或進一步導入一水氣或蒸氣產生單元產生的水氣或蒸氣，以進行催化劑吸附材料的再生還原反應。本發明的含硫化合物的氣體淨化方法中，該空氣中含硫化合物的氣體淨化裝置可包含一水氣或蒸氣產生單元，其的型號並無特別限制，較佳可為噴霧加溼器、超音波加溼器、蒸氣加溼器。本發明的含硫化合物的氣體淨化方法中，可進一步包含一步驟(4),為設置一空氣淨化處理設備於下遊端，可筒易地終處理步驟(3)所可能生成的新汙染物。對於該空氣淨化處理設備的型號並無特別限制，較佳可為臭氧分解催化劑或溼式洗滌塔或吸附床。本發明的含硫化合物的氣體淨化方法中，該裝置可包含多個催化劑吸脫附單元，其可同時進行步驟(2)。或者是，該多個催化劑吸脫附單元可部分進行步驟(2)，同時部分進行步驟(3)。亦或是，該催化劑吸脫附單元可於在線進行步驟(1)或步驟(1)及(2)，線外進行步驟(2)及或步驟(3)。本發明的含硫化合物的氣體淨化方法中，該催化劑吸附材料是由催化劑載體與催化劑組成，其中該催化劑載體是選自活性碳、沸石、氧化鋁、其它多孔性物質或其的混合物；該催化劑的活性部分為過渡金屬第一類(N-orbit)金屬，其是選自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pb或Zn。而催化劑吸附材料成形的形狀並無特別限制，較佳可為圓柱狀或顆粒狀或真球狀或蟲奪巢狀或多層次堆棧狀(MultiLayersMedia)或發泡狀等形式。本發明另一目的在提供一種用於上述含硫化合物的氣體淨化裝置與方法的催化劑吸附材料，其是由催化劑載體與催化劑組成，其中該催化劑載體是選自活性碳、沸石、氧化鋁、其它多孔性物質或其的混合物；該催化劑的活性部分為N-orbit金屬，其是選自Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn。而催化劑吸附材料成形的形狀並無特別限制，較佳可為圓柱狀或顆粒狀或真球狀或蜂巢狀或多層次堆棧狀或發泡狀等形式。根據本發明的催化劑吸附材料，其可進行化學性吸附並可化學性再生還原。例如以DMS的有機廢氣為例，在單獨進行化學性吸附時的機制Ma++DMS^Ma+—S(CH3)2在線以臭氧加強還原吸附的機制(其可延長吸附劑的壽命)Ma++DMS^Ma+—S(CH3)2Ma+—S(CH3)2+03—Ma++S02+C02+H20+CH4以臭氧化學性再生還原機制Ma+—S(CH3)2+03—Ma++S02+C02+H20+CH4或者是以臭氧、水氣或蒸汽化學性再生還原機制Ma+—S(CH3)2+03+H20—Ma++S02+C02+H20+CH4因此本發明的催化劑吸附材料可搭配所設計的裝置使用，吸附後的催化劑吸附材料可取出用其它裝置化學性再生還原，或者是於在線直接化學性再生還原。圖1為本發明的含硫化合物的氣體淨化裝置較佳具體例的示意圖。圖2為本發明的含硫化合物的氣體淨化裝置較佳具體例的示意圖。其中主要組件附圖標記為11、12、13催化劑吸脫附單元131化學性吸附區132化學性再生還原脫附區20、21臭氧產生單元30風機40水氣產生單元51、52、53、54、55、56、57、58、59閥A空氣入口B空氣出口C廢氣出口具體實施例方式下列實驗設計是為說明，不應限制本發明的範疇，合理的變化，諸如對於熟悉此項技藝者顯而易見為合理者，可於不脫離本發明的範疇下進行。實施例1圖1為本發明的含硫化合物的氣體淨化裝置較佳具體例的示意圖。該裝置包含二個催化劑吸脫附單元11及12,其中充填有催化劑吸附材料，其是由催化劑載體與催化劑組成，其中該催化劑載體是選自活性碳、沸石、氧化鋁、其它多孔性物質或其的混合物；該催化劑的活性部分為N-orbit金屬，其是選自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pb或Zn。且其以並聯設置；一風機30,設置於催化劑吸脫附單元11及12的上遊端，其可抽送欲處理的空氣至該催化劑吸脫附單元11及/或12;及二個臭氧產生單元20及21,其可提供臭氧於該催化劑吸脫附單元11及/或12,作為加強催化劑還原吸附功能或低溫氧化分解反應之用；一水氣產生單元40，可提供水氣或蒸氣至該催化劑吸脫附單元11及/或12。以下各閥組除另有說明外，皆為關閉狀態。首先，開啟風才幾30、閥51、52、57及58，經由風才幾30可將空氣入口A的欲處理的含好u化合物氣體導入催化劑吸脫附單元11及12，其中所充填的催化劑吸附材料可將空氣中含硫化合物的氣體吸附，而吸附處理後的乾淨氣流經由煙囪(圖未示)排放。而吸附完成的催化劑吸附材料可取出還原處理，另充填新品於催化劑吸脫附單元11及12。實施例2如實施例1的裝置及方法，但在催化劑吸脫附單元11及12吸附飽和後，開啟閥53、54、55及56，以臭氧產生單元20所提供的臭氧及水氣產生單元40所提供的水氣或蒸氣，進行低溫氧化分解反應，將催化劑吸脫附單元11及12內的催化劑吸附材料再生還原。而所產生的廢氣由廢氣出口C排出，經由後端所設置的終處理裝置(圖未示)處理。實施例3如實施例l及2的裝置及方法，但在經由風機30將空氣入口A的欲處理的有機廢氣導入催化劑吸脫附單元11及12時，同時以臭氧產生單元21提供臭氧於該催化劑吸脫附單元11及/或12，以加強催化劑還原吸附功能。實施例4使用如實施例1所述的裝置，開啟風機30、閥51、57、56及54，經由風機30可將空氣入口A的欲處理的含硫化合物的氣體導入催化劑吸脫附單元ll，進行化學性吸附反應，吸附後的乾淨氣流經由煙囪排放。同時導入臭氧產生單元20所產生的臭氧及水氣產生單元40所產生的水氣或蒸氣，使先前已吸附飽和的催化劑吸脫附單元12進行低溫氧化分解反應，以再生還原內部所充填的催化劑吸附材料，而所產生的廢氣由廢氣出口C排出，經由後端所設置的終處理裝置(圖未示)處理。在催化劑吸脫附單元11吸附飽和後，開啟閥52、58、55及53,將已再生還原的催化劑吸脫附單元12進行化學性吸附反應，而將已吸附飽和的催化劑吸脫附單元11導入臭氧產生單元所產生的臭氧，以進行催化劑吸附材料的再生還原反應。依次循環，可連續進行在線含硫化合物氣體的淨化。實施例5圖2為本發明的含硫化合物的氣體淨化裝置較佳具體例的示意圖。該裝置包含一轉輪式催化劑吸脫附單元13，其包含有催化劑吸附材料；一風機30,設置於轉輪式催化劑吸脫附單元13的上遊端，其可抽送欲處理的空氣至該轉輪式催化劑吸脫附單元13;及二個臭氧產生單元20及21,其可分別提供臭氧於該轉輪式催化劑吸脫附單元13的化學性再生還原脫附區132及化學性吸附區131，作為加強催化劑還原吸附功能或低溫氧化分解反應之用。以下各閥組除另有說明外，皆為關閉狀態。首先，開啟風機30及轉輪的驅動裝置(圖未示)，經由風機30可將空氣入口A的欲處理的含硫化合物氣體導入轉輪式催化劑吸脫附單元13的化學性吸附區131，其中所含的催化劑吸附材料可將空氣中含硫化合物的氣體吸附，而吸附處理後的乾淨氣流在經由煙囪(圖未示)排放。經由驅動裝置驅動轉輪式催化劑吸脫附單元13轉動，將吸附完成的催化劑吸脫附單元轉移至化學性再生還原脫附區132。導入臭氧產生單元20所產生的臭氧或及水氣產生單元40所產生的水氣或蒸氣，使化學性再生還原脫附區132的催化劑吸脫附單元進行低溫氧化分解反應，以再生還原內部所含的催化劑吸附材料，而所產生的廢氣由廢氣出口c排出，經由後端所設置的終處理裝置(圖未示)處理。實施例6-8實施例6-8為分別以DMS、DMDS及H2S作為含石克化合物的氣體，測試本發明裝置所充填的催化劑吸附材料的處理效能，實施例6、7所使用的催化劑吸附材料組成為含有銅的活性碳及Y型沸石，實施例8所使用的催化劑吸附材料組成為含有Mn的鹼性活性碳，各實施例結果如下。實施例6tableseeoriginaldocumentpage12實施例7tableseeoriginaldocumentpage12實施例8tableseeoriginaldocumentpage12tableseeoriginaldocumentpage13</table本發明的含硫化合物的氣體淨化裝置與方法及其所使用的催化劑吸附材料可處理較難處理的含硫化合物的氣體，例如DMS或DMDS，可解決傳統處理裝置不能或不適處理某些含硫化合物的氣體的問題，並可增加催化劑效率，延長催化劑壽命，為相當符合環保及能源需求的優良技術，值得應用於高風量低濃度排放的高科技晶圓製造、光電面板製造業、塗裝印刷業及相關化工業。權利要求1.一種含硫化合物的氣體淨化濾材裝置，其包含至少一個催化劑吸脫附單元，其以並聯及/或串聯設置，其中該催化劑吸附單元中充填有催化劑吸附材料；及一臭氧產生單元，其可提供臭氧於該催化劑吸脫附單元，作為加強催化劑吸附功能或低溫氧化分解反應之用。2.如權利要求1所述的含硫化合物的氣體淨化濾材裝置，其特徵在於，該催化劑吸附材料是由催化劑載體與催化劑組成。3.如權利要求1所述的含硫化合物的氣體淨化濾材裝置，其特徵在於，該裝置催化劑吸脫附單元型號可為固定床式、轉輪式、轉塔式或、浮動床式、流體化床式。4.如權利要求1所述的含硫化合物的氣體淨化濾材裝置，其特徵在於，該裝置進一步包含一水氣或蒸氣產生單元，其可提供水氣或蒸氣於該催化劑吸脫附單元，與臭氧產生單元所提供的臭氧一併作為催化劑吸附活化再生還原反應之用。5.如權利要求1所述的含硫化合物的氣體淨化濾材裝置，其特徵在於，於該裝置的下遊端可進一步設置空氣淨化處理設備。6.—種含硫化合物的氣體淨化方法，其包含下列步驟(1)提供一種如權利要求1至5項中任一項所述的含硫化合物的氣體淨化濾材裝置，其中該催化劑吸脫附單元中充填有催化劑吸附材料；(2)經由風機將欲處理的含有含硫化合物的空氣導入該裝置，開啟及/或關閉相關閥組，同時導入臭氧產生單元所產生的臭氧，使充填催化劑吸附材料的催化劑吸脫附單元進一步進行化學性吸附反應或低溫氧化分解反應，同時排出經吸附後的乾淨氣流；(3)開啟及/或關閉相關閥組，將已吸附飽和的催化劑吸脫附單元導入臭氧產生單元所產生的臭氧及/或進一步導入一水氣或蒸氣產生單元產生的水氣或蒸氣，以進行催化劑吸附材料的再生還原反應。7.如權利要求6所述的含硫化合物的氣體淨化方法，其特徵在於，該裝置包含一水氣或蒸氣產生單元，可為噴霧加溼器、超音波加溼器、蒸氣加溼器。8.如權利要求6所述的含硫化合物的氣體淨化方法，其進一步包含步驟(4),設置一空氣淨化處理設備以終處理步驟(3)所生成的新汙染物。9.如權利要求6所述的含硫化合物的氣體淨化方法，其中該至少二個催化劑吸脫附單元可同時進行步驟(2)或步驟(3)。10.如權利要求6所述的含硫化合物的氣體淨化方法，其中該催化劑吸脫附單元可部分進行步驟(2),同時部分進行步驟(3);亦或是，該催化劑吸脫附單元可於在線進行步驟(1)或步驟(1)及(2),可於線外進行步驟(2)及或步驟(3)。全文摘要本發明提供一種含硫化合物的氣體淨化濾材裝置，其包含至少一個催化劑吸脫附單元，其以並聯及/或串聯設置；及一臭氧產生單元，其可提供臭氧給該催化劑吸脫附單元，作為加強催化劑吸附功能或低溫氧化分解反應之用。本發明亦提供一種空氣中含硫化合物的氣體淨化方法及其所使用的催化劑吸附材料。本發明的含硫化合物的氣體淨化裝置與方法及其所使用的催化劑吸附材料可處理較難處理的含硫化合物的氣體，例如DMS或DMDS，可解決傳統處理裝置不能或不適於處理某些含硫化合物的氣體的問題，並可增加催化劑效率，延長催化劑壽命，適於高風量低濃度排放的高科技晶圓製造、光電面板製造業、塗裝印刷業及相關化工業。文檔編號B01D53/48GK101322916SQ20071011133公開日2008年12月17日申請日期2007年6月15日優先權日2007年6月15日發明者吳國卿,張豐堂,張智能申請人:傑智環境科技股份有限公司;華智智財技術服務有限公司