CN109899809A - 处理VOCs废气的蓄热再生型氧化器 - Google Patents

Abstract

一种处理VOC废气的蓄热再生型氧化器，其中，含有二个以上的蓄热室、一个高温氧化反应室及超温逻辑控制器，其蓄热室内有多孔材料堆积成的多孔蓄热床，高温氧化反应室位于蓄热室上方并与蓄热室结合，在该多孔蓄热床内有部分多孔材料采用孔隙度大、热容量低的材料构成蓄热槽内部的气体冷旁通快速通道，且在气体冷旁通快速通道底部设有由超温逻辑控制器控制的流量调节阀；含VOC废气被导入蓄热再生型氧化器内，经由预热、高温氧化处理；在VOC废气浓度超过限值导致温度升高时，利用超温逻辑控制器控制流量调节阀，导引部分VOC废气经由气体冷旁通快速通道进入高温氧化反应室，调节控制高温氧化反应室的操作温度，以避免***发生超温意外。

Description

处理VOCs废气的蓄热再生型氧化器

技术领域

本发明的主要目的是提供一种处理VOC废气的蓄热再生型氧化器(RegenerativeThermal Oxidizer，RTO)，其特征是在蓄热室内设有冷旁通快速通道及流量控制阀门，经由高温氧化反应室超温逻辑控制器，使得部分VOCs废气可以维持在较低温度直接进入高温氧化反应室，可以彻底解决蓄热再生型氧化器(RTO)在VOC废气浓度超限时，经常发生的高温氧化反应室超温及燃爆的问题。

背景技术

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是工业界常见空气污染物之一，其主要来源为化工厂、石化工业、橡胶业、塑料业、印刷业、涂装业、胶带业、电路板业以及近年来新兴的高科技半导体集成电路制造与光电液晶显示器产业。由于VOCs具有毒性以及容易破坏大气臭氧层，所以必须加以控制以避免危害地球环境。现行已开发及商业化的VOCs污染防制设备技术包含焚化、吸附、吸收、冷凝等方法，其基本上可分为破坏性及非破坏性两种方法。破坏性方法包括焚化、高温氧化与触媒氧化，在此机制下VOCs将转化为CO₂及水或其他惰性等污染性较小的物质；而非破坏性方法则是利用吸附、吸收及冷凝等物理方法，将VOCs自排放废气中以物理方法转移，使其成为干净气体。

目前商业化技术，一般而言，低浓度排气(＜10-20mg/m³)大部分以活性碳吸附处理，中低浓度废气(50-1000mg/m³)使用吸附浓缩/脱附焚化法处理，中浓度废气(500-5,000mg/m³)使用蓄热式氧化法(RTO)处理或蓄热催化氧化(RCO)处理，高浓度废气(＞5,000-10,000mg/m³)则以火焰焚化(DFTO)、高温脉冲波反应器结合RTO(PDR-RTO)、冷凝回收处理。若含中低浓度硫或氮成分臭气，则可以用化学洗涤法处理。然而，上述各常用的处理方法中均有其优缺点及适用的场合，尤其对于VOCs浓度较高的情况，目前商业化的处理方法，除了PDR-RTO以外，均面对处理操作成本高、容易产生***或火灾风险的困扰。

VOCs的高温氧化或焚化处理技术，一般分为高温焚化法及触媒焚化法两种。依其能源回收方式分类，则VOCs的高温氧化或焚化设施又可分为热回收型氧化器(Recuperative Thermal Oxidizer)及蓄热再生型氧化器(Regenerative ThermalOxidizer)两种主要技术。热回收型氧化器是以热交换器提供含VOCs气体与高温燃烧产物作热交换使用，以回收高温燃烧产物产生的高温排气热量，热回收型氧化器的热回收率通常约为70-85％；蓄热再生型氧化器则是以陶磁蓄热材料储存回收高温燃烧产物排气热量，交替用于加热含VOCs废气，蓄热型氧化器的热回收率可高达90～95％以上。一般VOCs废气的热焚化处理，其高温氧化反应室的燃烧机火焰温度虽可达1,350～1500℃，但是混合气体在高温氧化反应室的燃烧温度通常控制在800～850℃，气体滞留时间通常为0.5～2.5秒，在高温氧化反应室内的气流速度通常为3～15m/s。在上述条件下，臭味物质及VOCs的去除率通常即可达99％以上。但是对于特殊难处理的VOCs，高温氧化反应室的操作温度则需高达900～1,100℃，气体停留时间则视需要设计为1.0～3.0秒，气流速度为8～10m/s。

一般蓄热再生型氧化器(RTO)至少包括二个蓄热床、进气控制设备、加热及温度控制设备。蓄热床内填充石质或陶瓷蓄热材料，欲处理的气体先进入第一蓄热床预热至一定温度后，在高温氧化室内进行反应去除其中的VOCs，反应后高温气体通过另一蓄热床时，气体热能将传入原已冷却的蓄热材，将高温气体的显热储存，气体则以较低的温度排放。待一定时间后，切换阀门，欲处理气体则导入该高温床预热，反应后高温气体能量则储存于A床，完成一操作循环(operation cycle)。

典型的蓄热再生型氧化器(RTO)如图1所示。蓄热再生型氧化器1至少包括二个蓄热室(包含：第一蓄热室10、第二蓄热室20)、进气控制设备(包含：第一蓄热室入气阀110、第二蓄热室入气阀112)、出气控制设备(包含：第一蓄热室排气阀130、第二蓄热室排气阀132)、加热设备(包含：燃烧机60、辅助燃料供应管线201、辅助燃料流量调节阀202、空气流量调节阀212)及温度控制设备(包含：燃烧安全控制器300、温度感测传送器301)，蓄热床内填充石质或陶瓷蓄热材料(包含：第一蓄热室的多孔蓄热床12、及第二蓄热室的多孔蓄热床22)。

蓄热再生型氧化器1启动时，先关闭三向旁通阀102，将挥发性有机化学废气100经挥发性有机化学废气旁通管道103导向挥发性有机化学废气旁通排放口150；开启空气阀106，将空气管线211内的空气210，经蓄热室入气管道108送进蓄热再生型氧化器1；接着启动燃烧机60，利用温度感测传送器301信号，由燃烧安全控制器300调节控制空气流量调节阀212及辅助燃料流量调节阀202，将辅助燃料200经辅助燃料供应管线201送至燃烧机30；先将高温氧化反应室50升温到操作温度T_c，然后再启动三向旁通阀102，将挥发性有机化学废气100导入***。欲处理的挥发性有机化学废气100经挥发性有机化学废气入气管道101，由三向旁通阀102控制，在正常操作情况下，经火焰防阻器104作适当保护后，经蓄热室入气管道108；首先开启第一蓄热室入气阀110、关闭第一蓄热室排气阀130，并关闭第二蓄热室入气阀112、开启第二蓄热室排气阀132，将VOCs废气经第一蓄热室入气管道111导入第一蓄热室10，气体首先进入第一蓄热室的入气室11，均匀送进第一蓄热室的多孔蓄热床12预热至一定温度后，然后再经过高温氧化室50升温到最适反应温度，将含VOCs废气中的VOCs彻底破坏，其后，高温气体再流经第二蓄热室的多孔蓄热床22将高温气体的显热储存在原已冷却的第二蓄热室的多孔蓄热床22蓄热材内；经热交换后的气体，再经第二蓄热室的入气室21混合后，以较低的温度经第二蓄热室排气管道133，从第二蓄热室排气阀132流向排气管道144，经诱引排风机145抽引，排经尾排气管道147流向排气烟囱80排放。待一定时间后，切换阀门，将欲处理的挥发性有机化学废气100导入该已经蓄存能量的高温床第二蓄热室20预热，反应后高温气体能量则储存于第一蓄热室10，完成一操作循环。此作业方法是关闭第一蓄热室入气阀110、开启第一蓄热室排气阀130，并开启第二蓄热室入气阀112、关闭第二蓄热室排气阀132，将VOCs废气经第二蓄热室入气管道113导入第二蓄热室20，气体首先进入第二蓄热室的入气室21，均匀送进第二蓄热室的多孔蓄热床22预热至一定温度后，然后再经过高温氧化室50升温到最适反应温度，将含VOCs废气中的VOCs彻底破坏；其后，高温气体再流经第一蓄热室的多孔蓄热床12将高温气体的显热储存在原已冷却的第一蓄热室的多孔蓄热床12蓄热材内；经热交换后的气体，再经第一蓄热室的入气室11混合后，以较低的温度经第一蓄热室排气管道131，从第一蓄热室排气阀130流向排气管道144，经诱引排风机145抽引，排经尾排气管道147流向排气烟囱80排放。RTO虽然已经广泛应用在各种领域上，但是在操作实务却是意外频传，超温、回火、燃爆等意外，经常发生。追究其原因，通常是由于前端工艺扰动，造成VOC废气浓度及流量的快速改变，使得RTO的高温氧化反应室温度失控所造成。例如，欲处理的挥发性有机化学废气100浓度如超过原设计浓度，当挥发性有机化学废气100经挥发性有机化学废气入气管道101，由三向旁通阀102控制，经火焰防阻器104作适当保护后，经蓄热室入气管道108；经由开启的第一蓄热室入气阀110导入第一蓄热室10，气体在第一蓄热室的多孔蓄热床12预热至一定温度后，然后送至高温氧化室50将含VOCs废气中的VOCs彻底破坏，此时，由于VOCs废气浓度高于设计值，气体到达第二蓄热室20后，也同时释放出高于原设计值的能量；其后，高温气体再流经第二蓄热室的多孔蓄热床22将高温气体的显热储存在原已冷却的第二蓄热室的多孔蓄热床22蓄热材内时，所储存的能量将高于原设计值。待一定时间后，切换阀门，将欲处理的挥发性有机化学废气100导入该已经蓄存能量的高温床第二蓄热室20预热，反应后高温气体能量则储存于第一蓄热室10，完成一操作循环。此时VOCs废气导入第二蓄热室20，气体在第二蓄热室的多孔蓄热床22热交换会获得高于原设计值的能量，再流经过高温氧化室50进行氧化，又产生高于设定值的能量，使得高温氧化室50的温度渐升；其后，高温气体再流经第一蓄热室10将更多的能量储存在第一蓄热室的多孔蓄热床12蓄热材内；如此，当VOCs废气浓度升高后，蓄热再生型氧化器1的操作温度将持续升高，甚至导致失控。

为了解决VOC废气浓度升高时，高温氧化室的温度瞬间超温导致***跳车的问题，美国专利US5837205在高温氧化反应室50设置对大气的紧急旁通开口，当***一旦有发生超温情况的可能时，就自动开启紧急旁通开口，将高温气体直接排放，这种技术统称为“热旁通技术”；这种技术单纯为了设备安全考虑，完全不考虑可能发生的工业安全问题及污染物排放问题。这种“热旁通技术”，在产业界实际应用时，生产安全问题不断。当***操作超温时，开启热旁通瞬间排出的高温气体常会引燃VOCs废气，造成严重的生产安全意外，***事件时有所闻。

台湾发明专利I 504844及I 448657、中国发明专利ZL 2012 1 0143533.6及ZL2012 1 0549700.5则是针对浓度高于LEL以上的含VOCs废气，利用安装在高温氧化反应室50的高温脉冲波反应器(PDR)进行处理，并利用废热回收锅炉回收能源，安全的解决了浓度高于LEL以上的VOC废气的处理。亦即，根据以上分析，对于浓度偏高但是低于LEL以下，且浓度及流量会产生快速变化的含VOCs废气的处理问题，迄今产业界仍无安全可靠的方法可以解决。导致业界的蓄热再生型氧化器(RTO)在浓度容易产生变化的应用场合，仍经常遭遇超温失控的困境。

蓄热再生型氧化器(RTO)的能源回收效率高是其优点，但由于石化、化工等产业的含VOCs废气通常而言，其特征是浓度快速变化、流量快速变化；使用传统的蓄热再生型氧化器(RTO)经常会发生超温失控的困扰，甚或产生超温燃爆的意外。若VOCs浓度较高，过剩能量无法有效排出蓄热再生型氧化器(RTO)，且无法有效控制高温氧化反应室的操作温度，RTO即有温度失控或产生燃爆的风险。近年来，国际上发生多起蓄热再生型氧化器(RTO)***或焚毁的案例，主要即导因于误将含高浓度VOCs废气导入蓄热再生型氧化器(RTO)，在空气供应调节不当的情况下，产生燃爆(Deflagration)或爆轰(Detonation)现象或超温操作导致催化剂毁损。因此，改良现有蓄热再生型氧化器技术，创造一个可以有效控制VOCs燃烧所释放出来的能量的方法及设备即为本发明的目的之一。

发明内容

本发明的主要目的是要提供一种可以处理VOCs废气的蓄热再生型氧化器，其特征是在蓄热室内设有蓄热室冷旁通快速通道及阀门，经由高温氧化反应室超温逻辑控制器控制空气流量调节阀开度，使得部分VOCs废气可以经由换热效率较低的蓄热室冷旁通快速通道，以较低的温度进入高温氧化反应室，以抑制因为VOCs浓度变化造成的温升问题，维持高温氧化反应室可以控制在合理的温度范围，维持催化剂活性，彻底解决蓄热再生型氧化器(RTO)VOC废气浓度超限的高温氧化反应室超温问题。

分析这种超温问题的解决方案，可以从图1的传统的蓄热再生型氧化器(RTO)的特征，来思考解决方案。蓄热再生型氧化器的热回收率，一般定义为：

R＝(T_c-T_o)/(T_c-T_i)x 100％ (1)

其中T_c为蓄热再生型氧化器的高温氧化反应室50内气体最高温度或操作温度(即最高氧化温度)、T_o为蓄热再生型氧化器(即regenerative oxidizer)排气管道144出口温度、T_i为欲处理的挥发性有机化学废气100在蓄热室入气管道108的入口温度。设若T_c、T_o、T_i分别为850℃、90℃、50℃，则

R＝(850-90)/(850-50)x 100％＝95％

由上计算例所代表的意义是蓄热再生型氧化器(RTO)本身的能源回收效率如果设计为95％，仅需提供能量使得欲处理的含挥发性有机化学废气100的温度能提高40℃(T_o-T_i＝90-50＝40℃)即可将气体中的VOCs氧化。一般而言，以蓄热再生型氧化器(RTO)处理含挥发性有机化学废气100的浓度大于1,500mg/m³的废排气(相当于一般VOC约500ppmv)，除了启动时燃烧机60需要辅助燃料以外；正常操作时，挥发性有机化学废气100内的有机挥发性成分氧化，所提供的热量就足以满足RTO***稳定操作所需要的能量，正常操作即无需使用辅助燃料或电热。这是RTO的优点，但是，也是构成RTO在石化、化工产业使用时，操作上面临困难的重大缺点；如果VOCs废气的浓度瞬间升高，则RTO的高温氧化反应室50温度将骤升；若VOCs废气的浓度升高为设计值以上且持续一段时间，则RTO的高温氧化反应室50温度将持续升温、甚至导致失控。

例如，假设蓄热再生型氧化器1的设计平衡浓度为Co，亦即当VOCs废气的浓度为Co时，蓄热再生型氧化器1可以稳定操作在温度Tc无需辅助燃料。当挥发性有机化学废气100的浓度低于Co时，高温氧化反应室50需要经由燃烧机60添加燃料，才能维持操作温度。当挥发性有机化学废气100的浓度高于Co时，高温氧化反应室50的操作温度将会渐增。利用本发明的设计，让部分挥发性有机化学废气经由冷旁通快速通道(例如：第一蓄热室冷旁通快速通道125或第二蓄热室冷旁通快速通道127)流进高温氧化反应室50，假设该气体流量占挥发性有机化学废气100的总流量的α倍体积比例(α＜1)，且冷旁通快速通道的采用蓄热容量低或比热低的蓄热材，使得经过冷旁通快速通道的气体能量回收比例为正常蓄热床的β倍(β＜1)，亦即经过冷旁通快速通道的气体升温ΔT_s为经过正常蓄热床的气体升温为ΔT_i的β倍(β＜1)，亦即ΔT_s＝βΔT_i；则挥发性有机化学废气100流经冷旁通快速通道的比例α与含VOCs气体浓度与平衡设计浓度的比值C/Co、高温氧化反应室50的操作温度Tc与经过正常蓄热床的气体升温ΔT_i的比例，及能量回收比例β的关系，可以表示为：

例如，设若蓄热再生型氧化器(RTO)的Tc、To、Ti分别为850℃、90℃、50℃，本身的能源回收效率根据方程式(1)为R＝(Tc-To)/(Tc-Ti)×100％＝(850-90)/(850-50)×100％＝95％。假设冷旁通快速通道的设计使得能源回收效率只有20％，则β＝20％/90％＝2/9；ΔT_i＝90-50＝40℃；又假设挥发性有机化学废气100的浓度预备设计成最多可以容许升高100％，C/C0＝2；则根据方程式(2)可以推估设计冷旁通快速通道时，考虑的气体流量比率α如下：

亦即，只要准备6.35％流量的冷旁通快速通道，就可以有效的调整控制***的操作，使得高温氧化反应室50的操作温度可以在VOCs废气浓度变化时，仍能有效的控制在稳定的设定操作温度。因此，利用这种在蓄热室内部增设VOCs废气冷旁通快速通道的设计方案，可以让蓄热再生型氧化器面对VOCs废气的浓度变化，得到有效的控制，进一步提高蓄热再生型氧化器的操作安全性。

附图说明

为使对本发明有较佳的了解，特就下列图示为例作为本发明的一较佳实施例说明如下。

图1：传统的蓄热再生型氧化器；

图2：本发明的二槽式蓄热再生型氧化器的实施例；

图3：本发明的三槽式蓄热再生型氧化器的实施例；

图4：快速通道的流动面积比率(α)与浓度变化比率(C/Co)的关系；

图5：快速通道的流动面积比率(α)与浓度变化比率(C/Co)的关系。

附图标记如下所示：

1 蓄热再生型氧化器

10 第一蓄热室

11 第一蓄热室的入气室

12 第一蓄热室的多孔蓄热床

20 第二蓄热室

21 第二蓄热室的入气室

22 第二蓄热室的多孔蓄热床

30 第三蓄热室

31 第三蓄热室的入气室

32 第三蓄热室的多孔蓄热床

50 高温氧化反应室

60 燃烧机

70 燃烧机

80 排气烟囱

100 挥发性有机化学废气

101 挥发性有机化学废气入气管道

102 三向旁通阀

103 挥发性有机化学废气旁通管道

104 火焰防阻器

106 空气阀

107 旁通空气管道

108 蓄热室入气管道

110 第一蓄热室入气阀

111 第一蓄热室入气管道

112 第二蓄热室入气阀

113 第二蓄热室入气管道

114 第三蓄热室入气阀

115 第三蓄热室入气管道

124 第一蓄热室冷旁通快速通道流量调节阀

125 第一蓄热室冷旁通快速通道

126 第二蓄热室冷旁通快速通道流量调节阀

127 第二蓄热室冷旁通快速通道

128 第三蓄热室冷旁通快速通道流量调节阀

129 第三蓄热室冷旁通快速通道

130 第一蓄热室排气阀

131 第一蓄热室排气管道

132 第二蓄热室排气阀

133 第二蓄热室排气管道

134 第三蓄热室排气阀

135 第三蓄热室排气管道

144 排气管道

145 诱引排风机

147 尾排气管道

150 挥发性有机化学废气旁通排放口

160 第一蓄热室反洗阀

161 第一蓄热室反洗管道

162 第二蓄热室反洗阀

163 第二蓄热室反洗管道

164 第三蓄热室反洗阀

165 第三蓄热室反洗管道

166 反洗风车

167 反洗管道

200 辅助燃料

201 辅助燃料供应管线

202 辅助燃料流量调节阀

210 空气

211 空气管线

212 空气流量调节阀

300 燃烧安全控制器

301 温度感测传送器

320 高温氧化反应室超温逻辑控制器

321 高温氧化反应室超温控制器

具体实施方式

为达上述功效，本发明提供一种可以处理VOC废气的蓄热再生型氧化器1，其中，含有至少二个以上的蓄热室、一个高温氧化反应室及高温氧化反应室超温逻辑控制器，其中蓄热室内有多孔材料堆积成的多孔蓄热床，高温氧化反应室位于蓄热室上方并与蓄热室结合，且在该多孔蓄热床内有部分多孔材料采用孔隙度大、热容量低的材料构成蓄热室内部的冷旁通快速通道，且在蓄热室冷旁通快速通道设有温度自动控制的流量调节阀及高温氧化反应室超温逻辑控制器；含VOC废气被导入蓄热再生型氧化器内，经由预热、高温氧化处理；在VOC废气浓度超过限值时，由高温氧化反应室超温逻辑控制器利用温度自动控制的蓄热室冷旁通快速通道流量调节阀导引部分VOC废气经由蓄热室冷旁通快速通道，以较低的热回收效率，维持较低温状态进入高温氧化反应室，调节控制高温氧化反应室的操作温度，以避免***发生超温意外。

作为本发明的第一个实施例，请参阅图2所示。本发明的第一个实施例包括有：一蓄热再生型氧化器1(RTO)，内部至少包含二个蓄热室(第一蓄热室10、第二蓄热室20)、二组位于蓄热室内部的蓄热室冷旁通快速通道(第一蓄热室冷旁通快速通道125、第二蓄热室冷旁通快速通道127)、二组进气控制设备(第一蓄热室入气阀110、第二蓄热室入气阀112)、二组出气控制设备(第一蓄热室排气阀130、第二蓄热室排气阀132)、至少一组加热设备(燃烧机60、辅助燃料供应管线201、辅助燃料流量调节阀202、空气流量调节阀212)及高温氧化反应室50的温度控制设备(燃烧安全控制器300、温度感测传送器301)，蓄热室的多孔蓄热床内填充石质或陶瓷蓄热材料。蓄热再生型氧化器1启动时，先关闭三向旁通阀102，将挥发性有机化学废气100经挥发性有机化学废气旁通管道103导向挥发性有机化学废气旁通排放口150；开启空气阀106，将空气管线211内的空气210，经蓄热室入气管道108送进蓄热再生型氧化器1，启动燃烧机60，利用温度感测传送器301信号，由燃烧安全控制器300调节控制空气流量调节阀212及辅助燃料流量调节阀202，将辅助燃料200经辅助燃料供应管线201送至燃烧机30进行燃烧升温；先将高温氧化反应室50升温到操作温度(Tc)。再启动三向旁通阀102，将挥发性有机化学废气100导入***。欲处理的挥发性有机化学废气100经挥发性有机化学废气入气管道101，由三向旁通阀102控制，在正常操作情况下，经火焰防阻器104作适当保护后，经蓄热室入气管道108；首先开启第一蓄热室入气阀110、关闭第一蓄热室排气阀130，并关闭第二蓄热室入气阀112、开启第二蓄热室排气阀132，将VOCs废气经第一蓄热室入气管道111导入第一蓄热室10，气体首先进入第一蓄热室的入气室11，均匀送进第一蓄热室的多孔蓄热床12预热至一定温度后，再经过高温氧化室50升温到最适反应温度，将含VOCs废气中的VOCs彻底破坏；然后，高温气体再流经第二蓄热室的多孔蓄热床22将高温气体的显热储存在原已冷却的第二蓄热室的多孔蓄热床22蓄热材内；经热交换后的气体，再经第二蓄热室的入气室21混合后，以较低的温度经第二蓄热室排气管道133，从第二蓄热室排气阀132流向排气管道144，经诱引排风机145抽引，排经尾排气管道147流向排气烟囱80排放。在这过程中，例如假设蓄热再生型氧化器1的设计平衡浓度为Co＝1500ppm，亦即当VOCs废气的浓度为Co＝1500ppm时，蓄热再生型氧化器1可以稳定操作在温度Tc＝850℃无需辅助燃料。当挥发性有机化学废气100的浓度为500～1500ppm(低于Co＝1500ppm)时，高温氧化反应室50需要经由燃烧机60添加燃料，才能维持操作温度。例如当挥发性有机化学废气100的浓度达到3000ppm(高于Co＝1500ppm)时，高温氧化反应室50的操作温度将会因为挥发性有机化学废气100的浓度超过设计值，而使得高温氧化反应室50的温度渐增。利用本发明的设计，当***温度超过设定值后，高温氧化反应室超温逻辑控制器320会开始作动开启第一蓄热室冷旁通快速通道流量调节阀124，让部分挥发性有机化学废气经由第一蓄热室冷旁通快速通道125流进高温氧化反应室50，挥发性有机化学废气100的总流量的体积比例α值可以利用方程式(2)推估。假设冷旁通快速通道的采用蓄热容量低或比热低的蓄热材，使得经过冷旁通快速通道的气体能量回收比例为正常蓄热床的β倍(β＜1，例如β＝0.25)，亦即经过冷旁通快速通道的气体升温ΔT_s为经过正常蓄热床的气体升温为ΔT_i的β倍(β＜1)，亦即ΔT_s＝βΔT_i＝0.25ΔT_i；蓄热再生型氧化器1(RTO)的Tc、To、Ti分别为850℃、90℃、50℃，本身的能源回收效率如果设计为95％。ΔT_i＝90-50＝40℃；则挥发性有机化学废气100流经第一蓄热室冷旁通快速通道125的VOCs废气比例α可以利用方程式(2)推估为：

亦即，只要有6.58％流量的VOCs废气流经第一蓄热室冷旁通快速通道125，就可以有效调整***操作温度，使得高温氧化反应室50的操作温度可以在VOCs废气浓度变化时，仍能有效的控制在原设定操作温度。在本实例中，第一蓄热室冷旁通快速通道125提供了较低的换热效率给VOCs废气，使得部分VOCs废气能够以较低温度进入高温氧化反应室50，达到调节控制高温氧化反应室50的操作温度的目的；由于挥发性有机化学废气100释放的燃烧热值也会经由高温氧化反应室50的氧化反应将过剩能量释放出来；此时，蓄热再生型氧化器1的高温氧化反应室超温逻辑控制器320，也会同时调节控制第二蓄热室冷旁通快速通道127的开度，有效的将过剩能量排出。待一定时间后，切换阀门，将欲处理的挥发性有机化学废气100导入该已经蓄存能量的高温床第二蓄热室20预热，反应后高温气体能量则储存于第一蓄热室10，完成一操作循环。此作业方法是关闭第一蓄热室入气阀110、开启第一蓄热室排气阀130，并开启第二蓄热室入气阀112、关闭第二蓄热室排气阀132，将VOCs废气经第二蓄热室入气管道113导入第二蓄热室20，气体首先进入第二蓄热室的入气室21，均匀送进第二蓄热室的多孔蓄热床22预热至一定温度后，然后再经过高温氧化反应室超温逻辑控制器320调节控制第二蓄热室冷旁通快速通道127及第一蓄热室冷旁通快速通道125，有效的控制高温氧化室50操作在最适催化反应温度，将含VOCs废气中的VOCs彻底破坏；其后，高温气体再流经第一蓄热室的多孔蓄热床12将高温气体的显热储存在原已冷却的第一蓄热室的多孔蓄热床12蓄热材内；经热交换后的气体，再经第一蓄热室的入气室11混合后，以较低的温度经第一蓄热室排气管道131，从第一蓄热室排气阀130流向排气管道144，经诱引排风机145抽引，排经尾排气管道147流向排气烟囱80排放。

作为本发明的第二个实施例，请参阅图3所示。本发明的第二个实施例包括有：一个具有三槽式的蓄热再生型氧化器1(RTO)，内部至少包含三个蓄热室(第一蓄热室10、第二蓄热室20、第三蓄热室30)、三组位于蓄热室内部的蓄热室冷旁通快速通道(第一蓄热室冷旁通快速通道125、第二蓄热室冷旁通快速通道127、第三蓄热室冷旁通快速通道129)、三组进气控制设备(第一蓄热室入气阀110、第二蓄热室入气阀112、第三蓄热室入气阀114)、三组出气控制设备(第一蓄热室排气阀130、第二蓄热室排气阀132、第三蓄热室排气阀134)、至少一组加热设备(燃烧机60、燃烧机70、辅助燃料供应管线201、辅助燃料流量调节阀202、空气流量调节阀212)及高温氧化反应室50的温度控制设备(燃烧安全控制器300、温度感测传送器301)，蓄热室的多孔蓄热床内填充石质或陶瓷蓄热材料。三槽式蓄热再生型氧化器1操作时，有一个蓄热室作为入气室、一个蓄热室作为出气室、一个蓄热室作为反洗室；以避免蓄热室切换时，造成的短时间污染情况。作为反洗室的蓄热室，反洗流量约为正常操作流量的1/5～1/10，反洗时间约20秒以上。三槽式蓄热再生型氧化器1操作时，可以分为以下三个操作组合，依时序或出口温度控制对应阀门的开启与关闭。(1)一进三出二反洗(第一蓄热室10进气，第二蓄热室20反洗，第三蓄热室30出气)；(2)三进二出一反洗(第一蓄热室10反洗，第二蓄热室20出气，第三蓄热室30进气)；及(3)二进一出三反洗(第一蓄热室10出气，第二蓄热室20进气，第三蓄热室30反洗)。

三槽式蓄热再生型氧化器1操作启动时，先关闭三向旁通阀102，将挥发性有机化学废气100经挥发性有机化学废气旁通管道103导向挥发性有机化学废气旁通排放口150；开启空气阀106，将空气管线211内的空气210，经蓄热室入气管道108送进蓄热再生型氧化器1，启动燃烧机60及燃烧机70，利用温度感测传送器301信号，由燃烧安全控制器300调节控制空气流量调节阀212及辅助燃料流量调节阀202，将辅助燃料200经辅助燃料供应管线201送至燃烧机60及燃烧机70进行燃烧升温；先将高温氧化反应室50升温到操作温度(Tc)。再启动三向旁通阀102，将挥发性有机化学废气100导入***。欲处理的挥发性有机化学废气100经挥发性有机化学废气入气管道101，由三向旁通阀102控制，在正常操作情况下，经火焰防阻器104作适当保护后，经蓄热室入气管道108，送进RTO处理。

一进三出二反洗

首先开启第一蓄热室入气阀110、关闭第一蓄热室排气阀130、关闭第一蓄热室反洗阀160，同时关闭第二蓄热室入气阀112、关闭第二蓄热室排气阀132、开启第二蓄热室反洗阀162，并关闭第三蓄热室入气阀114、开启第三蓄热室排气阀134、关闭第三蓄热室反洗阀164，将VOCs废气经第一蓄热室入气管道111导入第一蓄热室10，气体首先进入第一蓄热室的入气室11，均匀送进第一蓄热室的多孔蓄热床12预热至一定温度后，然后再经过高温氧化室50调节到最适反应温度，将含VOCs废气中的VOCs彻底破坏；其后，高温气体再流经第三蓄热室的多孔蓄热床32将高温气体的显热储存在原已冷却的第三蓄热室的多孔蓄热床32蓄热材内；经热交换后的气体，再经第三蓄热室的入气室31混合后，以较低的温度经第三蓄热室排气管道135，从第三蓄热室排气阀134流向排气管道144，经诱引排风机145抽引，排经尾排气管道147流向排气烟囱80排放。同时，微量的洁净燃烧产物将被反洗风车166抽引，将第二蓄热室20反洗，气体经第二蓄热室反洗阀162、第二蓄热室反洗管道163，流经反洗风车166，再经反洗管道167，送回蓄热室入气管道108；将第二蓄热室20反洗洁净后，接着可以作为下一个循环“三进二出一反洗”的出气蓄热室使用。在这过程中，例如假设蓄热再生型氧化器1的设计平衡浓度为Co＝1500ppm，亦即当VOCs废气的浓度为Co＝1500ppm时，蓄热再生型氧化器1可以稳定操作在温度Tc＝850℃无需辅助燃料。当挥发性有机化学废气100的浓度为500～1500ppm(低于Co＝1500ppm)时，高温氧化反应室50需要经由燃烧机60及燃烧机70添加燃料，才能维持操作温度。例如当挥发性有机化学废气100的浓度达到3000ppm(高于Co＝1500ppm)时，高温氧化反应室50的操作温度将会因为挥发性有机化学废气100的浓度超过设计值，而使得高温氧化反应室50的温度渐增。利用本发明的设计，当***温度超过设定值后，高温氧化反应室超温逻辑控制器320会开始作动开启第一蓄热室冷旁通快速通道流量调节阀124，让部分挥发性有机化学废气经由第一蓄热室冷旁通快速通道125流进高温氧化反应室50，挥发性有机化学废气100的总流量的体积比例α值可以利用方程式(2)推估。假设冷旁通快速通道的采用蓄热容量低或比热低的蓄热材，使得经过冷旁通快速通道的气体能量回收比例为正常蓄热床的β倍(β＜1，例如β＝0.25)，亦即经过冷旁通快速通道的气体升温ΔT_s为经过正常蓄热床的气体升温为ΔT_i的β倍(β＜1)，亦即ΔT_s＝βΔT_i＝0.25ΔT_i；蓄热再生型氧化器1(RTO)的Tc、To、Ti分别为850℃、90℃、50℃，本身的能源回收效率如果设计为95％。ΔT_i＝90-50＝40℃；则挥发性有机化学废气100流经第一蓄热室冷旁通快速通道125的VOCs废气比例α可以利用方程式(2)推估为

亦即，只要有6.58％流量的VOCs废气流经第一蓄热室冷旁通快速通道125，就可以有效调整***操作温度，使得高温氧化反应室50的操作温度可以在VOCs废气浓度变化时，仍能有效的控制在原设定操作温度。在本实例中，第一蓄热室冷旁通快速通道125提供了较低的换热效率给VOCs废气，使得部分VOCs废气能够以较低温度进入高温氧化反应室50，达到调节控制高温氧化反应室50的操作温度的目的；由于挥发性有机化学废气100释放的燃烧热值也会经由高温氧化反应室50的氧化反应将过剩能量释放出来；此时，蓄热再生型氧化器1的高温氧化反应室超温逻辑控制器320，也会同时调节控制第三蓄热室冷旁通快速通道129的开度，有效的将过剩能量排出。

三进二出一反洗

待一定时间后，切换阀门，将欲处理的挥发性有机化学废气100导入该已经蓄存能量的高温床第三蓄热室30预热，反应后高温气体能量则储存于第一蓄热室10，完成“三进二出一反洗”的操作循环。此作业方法是关闭第一蓄热室入气阀110、关闭第一蓄热室排气阀130、开启第一蓄热室反洗阀160，并关闭第二蓄热室入气阀112、开启第二蓄热室排气阀132、关闭第二蓄热室反洗阀162，开启第三蓄热室入气阀114、关闭第三蓄热室排气阀134、关闭第三蓄热室反洗阀164，将VOCs废气经第三蓄热室入气管道115导入第三蓄热室30，气体首先进入第三蓄热室的入气室31，均匀送进第三蓄热室的多孔蓄热床32预热至一定温度后，然后再经过高温氧化反应室超温逻辑控制器320调节控制第三蓄热室冷旁通快速通道129、第二蓄热室冷旁通快速通道127及第一蓄热室冷旁通快速通道125，有效的控制高温氧化室50操作在最适反应温度，将含VOCs废气中的VOCs彻底破坏；其后，高温气体再流经第二蓄热室的多孔蓄热床22将高温气体的显热储存在原已冷却的第二蓄热室的多孔蓄热床22蓄热材内；经热交换后的气体，再经第二蓄热室的入气室21混合后，以较低的温度经第二蓄热室排气管道133，从第二蓄热室排气阀132流向排气管道144，经诱引排风机145抽引，排经尾排气管道147流向排气烟囱80排放。同时，微量的洁净燃烧产物将被反洗风车166抽引，将第一蓄热室10反洗，气体经第一蓄热室反洗阀160、第一蓄热室反洗管道161，流经反洗风车166，再经反洗管道167，送回蓄热室入气管道108；将第一蓄热室10反洗洁净后，接着可以作为下一个循环“二进一出三反洗”的出气蓄热室使用。在本实例中，第三蓄热室冷旁通快速通道129提供了较低的换热效率给VOCs废气，使得部分VOCs废气能够以较低温度进入高温氧化反应室50，达到调节控制高温氧化反应室50的操作温度的目的；由于挥发性有机化学废气100释放的燃烧热值也会经由高温氧化反应室50的氧化反应将过剩能量释放出来；此时，蓄热再生型氧化器1的高温氧化反应室超温逻辑控制器320，也会同时调节控制第二蓄热室冷旁通快速通道127的开度，有效的将过剩能量排出。

二进一出三反洗

待一定时间后，切换阀门，将欲处理的挥发性有机化学废气100导入该已经蓄存能量的高温床第二蓄热室20预热，反应后高温气体能量则储存于第一蓄热室10，完成“二进一出三反洗”的操作循环。此作业方法是关闭第一蓄热室入气阀110、开启第一蓄热室排气阀130、关闭第一蓄热室反洗阀160，并开启第二蓄热室入气阀112、关闭第二蓄热室排气阀132、关闭第二蓄热室反洗阀162，关闭第三蓄热室入气阀114、关闭第三蓄热室排气阀134、开启第三蓄热室反洗阀164，将VOCs废气经第二蓄热室入气管道113导入第二蓄热室20，气体首先进入第二蓄热室的入气室21，均匀送进第二蓄热室的多孔蓄热床22预热至一定温度后，然后再经过高温氧化反应室超温逻辑控制器320调节控制第二蓄热室冷旁通快速通道127、第一蓄热室冷旁通快速通道125及第三蓄热室冷旁通快速通道129，有效的控制高温氧化室50操作在最适反应温度，将含VOCs废气中的VOCs彻底破坏；其后，高温气体再流经第一蓄热室的多孔蓄热床12将高温气体的显热储存在原已冷却的第一蓄热室的多孔蓄热床12蓄热材内；经热交换后的气体，再经第一蓄热室的入气室11混合后，以较低的温度经第一蓄热室排气管道131，从第一蓄热室排气阀130流向排气管道144，经诱引排风机145抽引，排经尾排气管道147流向排气烟囱80排放。同时，微量的洁净燃烧产物将被反洗风车166抽引，将第三蓄热室30反洗，气体经第三蓄热室反洗阀164、第三蓄热室反洗管道165，流经反洗风车166，再经反洗管道167，送回蓄热室入气管道108；将第三蓄热室30反洗洁净后，接着可以作为下一个循环“一进三出二反洗”的出气蓄热室使用。在本实例中，第二蓄热室冷旁通快速通道127提供了较低的换热效率给VOCs废气，使得部分VOCs废气能够以较低温度进入高温氧化反应室50，达到调节控制高温氧化反应室50的操作温度的目的；由于挥发性有机化学废气100释放的燃烧热值也会经由高温氧化反应室50及第一蓄热室的多孔触媒床13的氧化反应将过剩能量释放出来；此时，蓄热再生型氧化器1的高温氧化反应室超温逻辑控制器320，也会同时调节控制第一蓄热室冷旁通快速通道125的开度，有效的将过剩能量排出。本发明的处理VOC废气的蓄热再生型氧化器，是经由蓄热室内整合设计的冷旁通快速通道及流量调节阀，配合高温氧化反应室超温逻辑控制器320，利用PLC规划编程，与燃烧安全控制器300结合，以PID控制模式调节控制第一蓄热室冷旁通快速通道流量调节阀124、第二蓄热室冷旁通快速通道流量调节阀126、及第三蓄热室冷旁通快速通道流量调节阀128，达成稳定控制高温氧化反应室50的操作温度的目的，使得本发明的蓄热再生型氧化器1能够因应工业界VOCs废气排放治理需要，对于快速变化的VOCs废气浓度及速度、浓度高于设定值的应用情况等，都能够提供一个崭新而且安全的控制工具。

上述所揭露的附图、说明，仅为本发明的较佳的二槽式及三槽式的处理VOCs废气的蓄热再生型氧化器实施例，大凡熟悉此项技艺人士，依本案精神范畴所作的修饰、等效变化或增加蓄热槽数目等变化，仍应包括在本案申请专利范围内。

图4及图5为VOCs废气流经冷旁通快速通道的比例或快速通道的流动面积比率(α)与浓度变化比率(C/Co)的关系，其中β为经过冷旁通快速通道的气体能量回收率与正常蓄热床的气体能量回收率比值。由图4显示，冷旁通快速通道的材料及结构设计决定β值，β值越小因应浓度变化的能力越强。***如果要因应浓度变化范围越广，则设计蓄热再生型氧化器1时，快速通道的流动面积比(α)就需要加大。如图5所示，当快速通道的流动面积比率(α)等于10％时，若β值设计为0.1，则蓄热再生型氧化器1在VOCs废气浓度变化增加达94％时，仍能稳定控制操作温度在原设定值。但当β值设计为0.3时，则蓄热再生型氧化器1在VOCs废气浓度变化增加73％时，仍能稳定控制操作温度在原设定值。高温氧化反应室超温逻辑控制器320搭配最适化控制编程技术，可以让VOCs废气的浓度比增加20％时，仍能让蓄热再生型氧化器1稳定控制操作温度在原设定值的温度高位警告以下；例如，当快速通道的流动面积比率(α)等于10％时，若β值设计为0.1，则蓄热再生型氧化器1在VOCs废气浓度变化增加达94％×1.2＝112.8％时，例如原设计VOCs废气浓度为1500ppm，***操作到3192ppm时，***仍能稳定控制操作。当β值设计为0.3时，则蓄热再生型氧化器1在VOCs废气浓度变化增加73％×1.2＝87.6％时，例如原设计VOCs废气浓度为1500ppm，***操作到2814ppm时，***仍能稳定控制操作温度在原设定值。

冷旁通快速通道的材料及结构设计决定β值的大小，例如，多孔材料的孔隙度ε越大、有效孔径Dh越大、及材料的比热Cp越小都会影响β值，使得β值越小，根据方程式(2)，快速通道的流动面积比率(α)与(1-β)成反比，β值越小所需要的快速通道的流动面积比率(α)也越小。通常设计选用的材料及结构设计β值小于0.5为原则，且以β值小于0.3最佳。若使用中空陶瓷管作为冷旁通快速通道的材料，β值趋近于零，根据方程式(2)，快速通道的流动面积比率(α)与(1-β)成反比，β值越小所需要的快速通道的流动面积比率(α)也越小，因此，使用中空陶瓷管，所需的快速通道的流动面积比率(α)也最小；但是使用中空陶瓷管作为冷旁通快速通道的材料，材料结构设计需要特别设计。

综上所述，本发明所揭示的处理VOC废气的蓄热再生型氧化器，在以前是没有的，且确能达到功效的增进，并具可供产业利用性。上述所揭露的附图、说明，仅为本发明的较佳实施例，大凡熟悉此项技艺人士，依本案精神范畴所作的修饰或等效变化，仍应包括在本案申请专利范围内。

Claims (9)

1.一种蓄热再生型氧化器，含有至少二个蓄热室、一个高温氧化反应室，其中蓄热室内有多孔材料堆积成的多孔蓄热床，高温氧化反应室位于蓄热室上方并与蓄热室结合，且在每一个蓄热室的多孔蓄热床内部有一组气体冷旁通快速通道，在气体冷旁通快速通道底部有一组流量调节阀。

2.如权利要求1的蓄热再生型氧化器，其中每一组气体冷旁通快速通道底部的流量调节阀可以独立控制。

3.如权利要求1的蓄热再生型氧化器，其中构成气体冷旁通快速通道的材料为多孔材料，其蓄热容量为多孔蓄热床多孔材料的蓄热容量的50％以下。

4.如权利要求1的蓄热再生型氧化器，其中构成气体冷旁通快速通道的材料为中空陶瓷管。

5.如权利要求1的蓄热再生型氧化器，设有高温氧化反应室超温逻辑控制器，自动控制气体冷旁通快速通道的流量调节阀。

6.一种蓄热再生型氧化器的气体冷旁通快速通道，位于在蓄热室内由多孔材料堆积成的多孔蓄热床内部，且气体冷旁通快速通道底部有一组流量调节阀。

7.如权利要求6的蓄热再生型氧化器的气体冷旁通快速通道，其底部的流量调节阀利用超温逻辑控制器独立控制。

8.如权利要求6的蓄热再生型氧化器的气体冷旁通快速通道，利用多孔材料铺设而成。

9.如权利要求6的蓄热再生型氧化器的气体冷旁通快速通道，利用中空陶瓷管铺设而成。