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TWI854893B - 以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置 - Google Patents

以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置 Download PDF

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TWI854893B
TWI854893B TW112144185A TW112144185A TWI854893B TW I854893 B TWI854893 B TW I854893B TW 112144185 A TW112144185 A TW 112144185A TW 112144185 A TW112144185 A TW 112144185A TW I854893 B TWI854893 B TW I854893B
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孫敬桓
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Abstract

一種以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，包括：質量流量控制器，控制流至臭氧產生器的氣體流量。臭氧產生器，提供臭氧。反應腔體，設有臭氧進氣口、臭氧擴散器、廢氣進氣口、廢氣導入管及第三出氣口，臭氧進氣口設於反應腔體之側邊，臭氧擴散器設置於反應腔體內部與臭氧進氣口連接，廢氣進氣口設於反應腔體頂部表面偏離中心之位置，廢氣導入管設有連接端及傾斜端，傾斜端與廢氣進氣口連接於反應腔體頂部上方外側。中和腔體，用以中和未完全反應的臭氧，設有一第三進氣口及第四出氣口，中和腔體內填充一中和觸媒。

Description

以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置
本揭露係有關於一種氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，特別是一種以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置。
空污問題一直是全球各界所關注的重要環保議題，導致空氣污染的因素雖然包羅萬象，然而，隨著人類工業規模的迅速發展，因人類工業活動所引起的空氣污染問題更加速惡化了大氣及生態環境，例如溫室效應、PM2.5、臭氧層破裂、酸雨等，不僅嚴重影響人類生命健康問題，甚至導致全球氣候暖化、極端及劇烈變化氣候，已對人類及萬物賴以生存的地球造成急迫的危險。
聯合國及全球各國已明確制定要抑制全球暖化的共識目標，藉由限制並減少溫室氣體的排放，讓地球暖化速度減緩。依照我國「溫室氣體排放量盤查登錄管理辦法」第三條第二項之規定：「前項排放量盤查，其溫室氣體種類如下：
一、二氧化碳。
二、甲烷。
三、氧化亞氮。
四、氫氟碳化物。
五、全氟碳化物。
六、六氟化硫。
七、三氟化氮。
八、其他經中央主管機關公告之物質。」
上述之溫室氣體對於全球暖化的影響程度有著不同的程度或影響機制，例如：以氧化亞氮(N2O)為例，N2O是目前最重要破壞臭氧層的排放物，也是排入大氣中第3強的溫室氣體，僅次於二氧化碳及甲烷。聯合國環境規劃署曾發佈《削減一氧化二氮排放，保護臭氧層和緩解氣候變化》(Drawing Down N2O to Protect Climate and the Ozone Layer)的報告中指出，氧化亞氮可嚴重消耗臭氧層並產生溫室效應，其危害在同類物質中排名第三。如不採取任何行動，到2050年其濃度或將平均增加83%。因此，國際社會必須下定決心並做出承諾，採取盡可能的行動削減氧化亞氮的排放。
根據該份報告指出，農業是氧化亞氮人為排放的最大來源，占全部排放的三分之二，而其他主要的氧化亞氮排放源包括工業和化石燃料燃燒、生物質燃燒和廢水等。氧化亞氮會對來自太陽幅射中的真空紫外線的波長具有高度的吸收能力，並分解為氮分子及氧原子。而分解後的氧原子則會再進一步與臭氧分子反應而生成氧分子，使臭氧減少。
台灣為半導體製造大國，針對半導體製造業排放的溫室氣體具有嚴格的管控標準。以氧化亞氮(N2O)為例，各大半導體製造廠皆不斷投資大量研發成本致力於氮氧化物廢氣(NOx)(包括氧化亞氮)的消除或降低排放量的方法。
目前常見的氮氧化物的處理方式可分為乾式法及溼式法。乾式法的氮氧化物處理方式主要包括催化還原法和吸附法等。而溼式法的氮氧化物處理方式則有直接吸收法、氧化吸收法、氧化還原吸收法、液相吸收還原法和絡合吸收法等。
若以氮氧化物處理方式的淨化作用原理來進行區分，則可分為催化還原法、吸收法和吸附法三種。
催化還原法，主要作用原理是在高溫及催化劑存在的條件下，將廢氣中的NOx還原成無污染的氮氣分子(N2)。由於此方法必須在較高的反應溫度進行，同時需要有催化劑存在，因此，以催化還原法去除廢氣中的氮氧化物需要花費較龐大的設備投資以及運行成本。
吸收法，主要是透過利用水或酸、鹼、監等的水溶液來吸收廢氣中的氮氧化物，來達成淨化廢氣的效果。然而經吸收氮氧化物後所產生的廢水又需要再經過另一道處理程序才能進行安全排放。
吸附法，主要是透過利用特定之吸附材料、吸附劑等來吸附廢氣中的氮氧化物。由於大多數的吸附材料或吸附劑所能吸附的氮氧化物之容量較小，因此，吸附法通常僅適用於所排放之廢氣中氮氧化物濃度較低、廢氣排放量較小的情況下才有能力處理。
因此，為了能以較低成本、較高效率來處理工業製程(尤其是半導體製程)中所產生的含有氮氧化物的廢氣，並能符合法規規定之排放標準，實為業界迫切努力研發之焦點所在。
為能解決上述習知處理氮氧化物廢氣的所存在的缺失，本揭露提出一種以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其至少包括：質量流量控制器(Mass Flow Controller，簡稱MFC)、臭氧產生器、反應腔體及中和腔體。質量流量控制器，設有第一進氣口及第一出氣口，第一進氣口用以引入外部空氣或氧氣至質量流量控制器。臭氧產生器，係用以提供臭氧，設有第二進氣口及第二出氣口。反應腔體，設有臭氧進氣口、臭氧擴散器、至少一廢氣進氣口、至少一廢氣導入管及第三出氣口。臭氧進氣口設於反應腔體之側邊，臭氧擴散器設置於反應腔體內部與臭氧進氣口連接，用以將臭氧擴散至反應腔體內，廢氣進氣口設於反應腔體頂部表面遠離中心之位置，廢氣導入管設有連接端及傾斜端，連接端用以引入待處理之廢氣至反應腔體內，廢氣導入管以傾斜端與廢氣進氣口連接於反應腔體頂部上方外側。中和腔體，係用以中和未完全反應的臭氧，設有第三進氣口及第四出氣口，中和腔體內並填充有中和觸媒。上述第一出氣口與第二進氣口透過第一管路相連接，第二出氣口與臭氧進氣口透過第二管路相連接，第三出氣口與第三進氣口透過第三管路相連接。
根據本揭露之一實施例所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，所述之廢氣進氣口數量為2個，並各分別連接1個廢氣導入管，各廢氣導入管之連接端進一步設有一連接閥，用以控制連接端之開合。在本揭露之另一實施例中所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，所述之廢氣進氣口數量為2個至8個，並各分別連接1個廢氣導入管，各廢氣導入管之連接端進一步設有一連接閥，用以控制連接端之開合。
根據本揭露之一實施例所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，所述之廢氣導入管之傾斜端與反應腔體頂部表面呈一軸向傾 斜角S，且廢氣導入管之傾斜端映射於反應腔體頂部表面時，與廢氣進氣口及反應腔體頂部兩者的中心連線呈一入射角W，軸向傾斜角S約為30°~60°，且入射角約為30°~70°，藉此得以使導入反應腔體內部的廢氣以旋渦方式向下流動。
根據本揭露之一實施例所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，所述之臭氧擴散器係為一L型中空管路，設有進氣端及擴散端，進氣端與臭氧進氣口連接，且擴散端之開口朝向反應腔體頂部，使導入的臭氧氣流逆向於導入反應腔體內部的廢氣流動方向，以增加臭氧分子與氮氧化物廢氣分子的碰撞效率。
在本揭露的另一實施例中所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，所述之臭氧擴散器係為一L型中空管路，設有進氣端及擴散端，進氣端與臭氧進氣口連接，且擴散端之開口朝向反應腔體頂部，擴散端開口內設有Y型阻擋元件，Y型阻擋元件具有支撐部及錐狀阻擋部，支撐部一端設於擴散端開口內底部，另一端與錐狀阻擋部之頂端連接，使錐狀阻擋部之底端朝向擴散端之開口，錐狀阻擋部之底端面積略小於擴散端之開口面積以形成環狀之一擴散狹縫，使臭氧流經該擴散狹縫後向外擴散。
根據本揭露之一實施例所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，所述之臭氧擴散器係為一L型中空管路，設有進氣端及擴散端，進氣端與臭氧進氣口連接，且擴散端之開口朝向反應腔體頂部，擴散端開口內設有一Y型阻擋元件，Y型阻擋元件具有支撐部及圓錐盤阻擋部，其中，支撐部係由可透氣材料組成之中空圓柱，具有一中空流道，圓錐盤阻擋部之頂端具有頂端開口，支撐部一端設於擴散端開口內底部，另一端與圓錐盤阻擋部 之頂端連接，使中空流道與頂端開口連通，頂端開口上方適當距離處設有氣流控制元件，藉由調整其與頂端開口之距離來控制流經頂端開口之臭氧的氣流形態，圓錐盤阻擋部之底端面積略小於擴散端之開口面積以形成環狀之擴散狹縫，使臭氧流經擴散狹縫後向外擴散。
根據本揭露之一實施例所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，所述之臭氧進氣口的設置位置約距離反應腔體頂部1/3的反應腔體之長度以內。
根據本揭露之一實施例所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，所述之反應腔體於靠近第三出氣口前進一步設有縮管部，使反應腔體之內徑逐漸往第三出氣口方向內縮，使第三出氣口之內徑約為反應腔體內徑之40%~60%，且縮管部長度約佔反應腔體全長的5%~20%。
根據本揭露之一實施例所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，所述之中和腔體外部進一步設有一加熱裝置，用以加熱並控制中和腔體之溫度。
根據本揭露之一實施例所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，所述之中和觸媒為顆粒狀。
以下將參照相關圖式，說明本揭露之整合式散熱模組結構之實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現。在以下描述及/或申請專利範圍中，所使用之技術詞彙應以本技術領域之通常知識者所習知慣用之意思予以解釋，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。在本說明書所述，「約」一詞通常係指實際數值在一特定數值或範圍的正負10%、5%、1%或0.5%之內。「約」一詞在本文中代表實際數值落在平均值的可接受標準誤差之內，視本發明所屬技術領域中具有通常知識者的考量而定。除了實施例外，或除非另有明確的說明，當可理解此處所用的範圍、數量、數值與百分比均經過「約」的修飾。因此，除非另有說明，本說明書與附隨申請專利範圍所揭示的數值或參數皆為約略的數值，且可視需求而更動。
在本說明書內文的描述中，所使用之「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「頂」、「底」、「內」、「外」等用以指示元件方位或位置關係之用語，係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本揭露之裝置以及簡化描述，並非意圖指示或暗示所指的裝置或 元件必須具有特定的方位、或必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本揭露的限制。
請參閱第1圖，其係為本揭露之一實施例之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置的示意圖。如圖所示，本揭露之一種以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置10至少包括：質量流量控制器100、臭氧產生器200、反應腔體300及中和腔體400。質量流量控制器100，設有第一進氣口101及第一出氣口102，第一進氣口101用以引入外部空氣或氧氣至質量流量控制器100。臭氧產生器200，係用以提供臭氧，設有第二進氣口201及第二出氣口202。反應腔體300，設有臭氧進氣口302、臭氧擴散器320、330(請見第4圖及第5圖所示)、至少一廢氣進氣口301、至少一廢氣導入管310及第三出氣口304。臭氧進氣口302設於反應腔體300之側邊，臭氧擴散器320、330設置於反應腔體300內部與臭氧進氣口302連接，用以將臭氧擴散至反應腔體300內。廢氣進氣口301設於反應腔體頂部表面3011(請見第3圖)遠離中心之位置，廢氣導入管310設有連接端311及傾斜端312(請見第2圖)，連接端311用以引入待處理之廢氣至反應腔體300內，廢氣導入管310以傾斜端312與廢氣進氣口301連接於反應腔體300頂部上方外側。中和腔體400，係用以中和未完全反應的臭氧，設有第三進氣口401及第四出氣口402，中和腔體400內並填充有中和觸媒。上述第一出氣口102與第二進氣口201透過第一管路T1相連接，第二出氣口202與臭氧進氣口302透過第二管路T2相連接，第三出氣口304與第三進氣口401透過第三管路T3相連接。
進一步說明，當本實施例所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置10在運作時，外部空氣或氧氣會經由第一進氣口101被導入至質量 流量控制器100，經由質量流量控制器100控制輸出的氣體流量，從第一出氣口102經第一管路T1，再從第二進氣口201流入臭氧產生器200。臭氧產生器200將流入之氧氣進一步轉化成臭氧，接著從第二出氣口202流經第二管路T2後，從臭氧進氣口302進入反應腔體300內部。在反應腔體300內部設有臭氧擴散器320、330(請見第4圖或第5圖)，其與臭氧進氣口302連接。臭氧經臭氧進氣口302後，便通過臭氧擴散器320、330使臭氧於反應腔體300中擴散開來。於此同時，外部待處理之氮氧化物廢氣(例如：氧化亞氮，N2O)係從設置於反應腔體300頂部上方外側的廢氣導入管310，再經由廢氣進氣口301進入反應腔體300內，並與擴散於反應腔體300內部的臭氧分子進行反應。經反應後之氧化亞氮則生成具有高水溶解度的二氧化氮或五氧化二氮等氣體，可進一步使其形成水溶液來達到安全氣體排放標準。
當反應腔體300內的氮氧化物廢氣及臭氧經混合反應後，便會從反應腔體300的第三出氣口304流出，接著再經由第三管路T3，從中和腔體400的第三進氣口401流入中和腔體400內部。中和腔體400內部填充有中和觸媒，其主要作用在於能將尚未反應完全的臭氧分子進行破壞，使臭氧分子分解為無害的氧分子後，接著再從中和腔體400的第四出氣口402排出至後端廢氣回收設備。
在一實施例中，本揭露所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置10中，所述設置於反應腔體300頂部的廢氣進氣口301數量為2個，並各分別連接1個廢氣導入管310，各廢氣導入管310之連接端311(請見第2圖)進一步設有一連接閥，用以控制連接端311之開合。進一步說明，為能更有效率應用本揭露之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置10，在本實施例中， 可設置2個廢氣導入管310，用來分別連接2個氮氧化物廢氣來源，並經由廢氣進氣口301引入至反應腔體300內。在運作時，可藉由廢氣導入管310之連接端311的連接閥來控制連接端311的開合來控制廢氣的引入。例如：在更換連接氮氧化物廢氣來源時，可透過連接閥來關閉連接端311的開口，待重新連接至氮氧化物廢氣來源管路後再將連接端311的開口打開。而在另一實施例中，為了能夠因應並同時處理多台設備的廢氣來源，本揭露所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置10中，所述設置於反應腔體300頂部的廢氣進氣口301數量可以設置為多個，例如2至8個，並各分別連接1個廢氣導入管310，各廢氣導入管310之連接端311(請見第2圖)進一步設有一連接閥，用以控制連接端311之開合。應了解，連接閥係一般常見於管路銜接的常用技術手段，因此在此並未加以進一步描述及限制。
請同時參閱第2圖及第3圖。在一實施例中，本揭露之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置10中，所述之廢氣導入管310之傾斜端312與反應腔體頂部表面3011呈一軸向傾斜角S，且廢氣導入管310之傾斜端312映射於反應腔體頂部表面3011時，與廢氣進氣口301及反應腔體300頂部兩者的中心連線L呈一入射角W，軸向傾斜角S約為30°~60°，且入射角約為30°~70°，藉此得以使導入反應腔體300內部的廢氣以旋渦方式向下流動(如氣流F所示意)。
進一步說明，為了能使臭氧分子與氮氧化物廢氣分子能更有效地混合、反應，本揭露設計並使用如第2圖及第3圖所揭露之廢氣導入管310。請先參閱第2圖。如圖所示，在本實施例中，廢氣導入管310具有連接端311及傾斜端312。連接端311係用來連接外部廢氣來源，設置上大致與反應腔體300軸向方向平行，但不以此為限。廢氣導入管310的傾斜端312與反應腔體300頂 部的廢氣進氣口301連接，且傾斜端312與反應腔體頂部表面3011之間具有一軸向傾斜角S約為30°~60°。此外，請同時參閱第3圖，如圖所示，廢氣進氣口301係設置在反應腔體頂部表面3011偏離中心的位置，廢氣進氣口301的中心與反應腔體300頂部的中心兩者連線(並沿伸)為L，而廢氣導入管310的傾斜端312與廢氣進氣口301連接後，傾斜端312的這段管路映射在反應腔體頂部表面3011時，與上述兩者的中心連線L呈一入射角W約為30°~70°。換言之，廢氣導入管310的傾斜端312的設計，可將氮氧化物廢氣從反應腔體300頂部導入時，以一向下氣旋渦流的方式進行流動。此一設計方式除了可增加氮氧化物廢氣於反應腔體300內的行經路徑及停留時間外，更可以增加氮氧化物廢氣與臭氧混合、反應的效率。相較於一般常見之先前技術僅利用一直線型管路直接將氮氧化物廢氣引入反應腔體與臭氧反應，本揭露透過廢氣導入管310的傾斜端312的設計來增加氮氧化物廢氣與臭氧分子的碰撞機率及混合反應時間，所能處理廢氣的效率更高。
請參閱第4圖，其係為本揭露之一實施例之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置的臭氧擴散器示意圖。在一實施例中，本揭露之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置10中，所述之臭氧擴散器320係為一L型中空管路，設有進氣端321及擴散端322，進氣端321與臭氧進氣口302連接，且擴散端322之開口朝向反應腔體300頂部，使導入的臭氧氣流逆向於導入反應腔體300內部的廢氣流動方向，以增加臭氧分子與氮氧化物廢氣分子的碰撞效率。在另一較佳的實施例中，如圖所示，在本實施例中，本揭露之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置10中，所述之臭氧擴散器320係為一L型中空管路，設有進氣端321及擴散端322，進氣端321與臭氧進氣口302連接，且擴散端322之開口 朝向反應腔體300頂部。擴散端322開口內設有Y型阻擋元件323，Y型阻擋元件323具有支撐部3231及錐狀阻擋部3232，支撐部3231一端設於擴散端322開口內底部，另一端與錐狀阻擋部3232之頂端3234連接，使錐狀阻擋部3232之底端3233朝向擴散端322之開口，錐狀阻擋部3232之底端3233面積略小於擴散端322之開口面積以形成環狀之一擴散狹縫324，使臭氧流經該擴散狹縫324後向外擴散。進一步說明，在本實施例中，臭氧擴散器320的作用主要是將來自進氣端321之臭氧的氣流F，以一放射狀方式向外擴散，使臭氧分子能更快速且均勻地分散在反應腔體300內，並能更快、更有效率地與氮氧化物廢氣分子混合碰撞並反應。臭氧擴散器320的擴散端322開口內設有Y型阻擋元件323，其Y型上方呈向外擴散之錐狀阻擋部3232，錐狀阻擋部3232的底端3233(即Y型上方開口端)的面積略小於擴散端322的開口，因此，當Y型阻擋元件323設置於擴散端322的開口內時，由於錐狀阻擋部3232的底端3233與擴散端322的開口的平面約略等高，錐狀阻擋部3232之底端3233外周緣會與擴散端322之開口周緣形成一環狀之擴散狹縫324，而來自進氣端321之臭氧的氣流F便會從環狀之擴散狹縫324向上向外快速流出，並擴散於反應腔體300內。
請參閱第5圖，其係為本揭露之一實施例之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置的另一臭氧擴散器示意圖。如圖所示，在本實施例中，本揭露之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置10中，所述之臭氧擴散器330係為一L型中空管路，設有進氣端331及擴散端332。進氣端331與臭氧進氣口302連接，且擴散端332之開口朝向反應腔體300頂部，擴散端332開口內設有一Y型阻擋元件333，Y型阻擋元件333具有支撐部3331及圓錐盤阻擋部3332，其中，支撐部3331係為由可透氣材料組成之中空圓柱，具有一中空流道3335，圓 錐盤阻擋部之頂端3334具有頂端開口3337，支撐部3331一端設於擴散端332開口內底部，另一端與圓錐盤阻擋部3332之頂端3334連接，使中空流道3335與頂端開口3337連通，頂端開口3337上方適當距離處設有氣流控制元件3336，藉由調整其與頂端開口3337之距離來控制流經頂端開口3337之臭氧的氣流形態，圓錐盤阻擋部3332之底端3333面積略小於擴散端332之開口面積以形成環狀之擴散狹縫334，使臭氧流經擴散狹縫後向外擴散。在本實施例中的臭氧擴散器330，與前一實施例的臭氧擴散器320的不同之處在於本實施例的臭氧擴散器330中所使用的Y型阻擋元件333，其Y型開口部分係為一圓錐盤阻擋部3332，且圓錐盤阻擋部3332頂端3334具有頂端開口3337。Y型阻擋元件333的支撐部3331係為由可透氣材料組成之中空圓柱，並具有中空流道3335與上述頂端開口3337連通，因此，從進氣端331流進來的部分臭氧氣體可穿透支撐部3331並進入中空流道3335中，接著再從圓錐盤阻擋部3332的頂端開口3337流出。透過設置於頂端開口3337上方適當距離處的氣流控制元件3336，可進一步使流經頂端開口3337的臭氧氣流發散流出。在本實施例中所使用之臭氧擴散器330具有可同時讓臭氧分子從圓錐盤阻擋部3332的頂端開口3337及擴散狹縫334向上向外擴散，讓臭氧分子能更快速且均勻地分散在反應腔體300內，並能更快、更有效率地與氮氧化物廢氣分子混合碰撞並反應。
請再參閱第1圖，如圖所示，本揭露之一種以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置10中，所述之臭氧進氣口302的設置位置約距離反應腔體300頂部1/3的反應腔體300之長度以內，得以使臭氧分子與氮氧化物廢氣分子能有足夠長的流動距離及時間來進行碰撞、反應。而設置於反應腔體300內的臭氧擴散器320、330亦設置於此位置並與臭氧進氣口302連接。如前述之實施 例，臭氧擴散器320、330的擴散端322、332之開口係朝向反應腔體300頂部，因此，從反應腔體300頂部的廢氣進氣口301進入反應腔體300內的氮氧化物廢氣，會以向下旋渦方式與經由臭氧擴散器320、330的擴散端322、332之開口所向上向外擴散之臭氧氣流迎面衝擊，增加臭氧分子與廢氣中的氮氧化物分子的碰撞、反應效率。
請再參閱第1圖，如圖所示，本揭露之一種以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置10中，所述之反應腔體300於靠近第三出氣口304之前進一步設有縮管部303，使反應腔體300之內徑逐漸往第三出氣口304方向內縮，使第三出氣口304之內徑約為反應腔體300內徑之40%~60%，且縮管部303長度約佔反應腔體300全長的5%~20%。進一步說明，為了能更有效率地增加臭氧分子與廢氣中的氮氧化物分子的碰撞、反應，因此，在本實施例中，在反應腔體300的第三出氣口304之前，設置一段內徑逐漸縮小的縮管部303，藉由將反應腔體300的內徑逐漸縮小，使反應腔體300內部的氣流形態改變，甚至造成紊流，藉此來增加臭氧分子與廢氣中的氮氧化物分子混合及碰撞，進而增加反應效率。此外，由於臭氧亦屬於對人體及環境有害之氣體，因此，在排放時亦必須謹守排放濃度的標準規範，藉由此縮管部303的設計，也可促進臭氧分子的完全反應。
在本揭露的另一實施例所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置10中，為了能使未完全反應的臭氧分子在中和腔體400中能完全被破壞並分解為無害的氧分子，可進一步在中和腔體外部設置加熱裝置(圖式未示出)，用以加熱並控制中和腔體400之溫度。提高中和腔體400的溫度除了可進一步加速臭氧分子與中和觸媒的反應速率，以確保經中和腔體400後所排出之 處理過之氣體中的臭氧分子濃度能符合規範標準外，更可以抑制氣體中的水氣被中和觸媒吸附而影響其觸媒效率。
在一實施例中，中和腔體400內部所填充之中和觸媒(圖式未示出)係為顆粒狀觸媒。顆粒狀觸媒不僅具有較高的反應面積，可更有效率的與臭氧分子反應，另一方面，由於所填充的是顆粒狀的觸媒，因此當氣體從第三進氣口401流入中和腔體400後，可大幅減少壓損，並可增加臭氧分子滯留於中和腔體內部的反應時間及減少觸媒使用量。
當然，上述各實施例僅用於舉例說明而非限制本揭露的範圍，任何根據上述實施例的一種以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置而進行的等效修改或變更仍應包含在本揭露的專利範圍內。
值得一提的是，本揭露之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，係利用臭氧分子的高度反應活性及反應速率，來對工業製程中所產生之氮氧化物廢氣(尤其是氧化亞氮，N2O)進行淨化處理，使經處理後之廢氣能符合排放規範標準或更便於後續之淨化處理，在整體的淨化程序中，並不會產生更多的其他待處理廢棄物，同時也不需使用其他需置換性的耗材。本揭露之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置更進一步加裝中和腔體，以確保未反應完全之臭氧可以進一步被分解為無害的氧氣分子後再進行排放。因此，在相較於習知之催化還原法、吸收法和吸附法，本揭露之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置在處理氮氧化物廢氣上更具有節省成本、簡化淨化流程、降低排放廢棄物等優勢。
可見本揭露在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合 專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，實感德便。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本揭露之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。
10:以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置
100:質量流量控制器
101:第一進氣口
102:第一出氣口
200:臭氧產生器
201:第二進氣口
202:第二出氣口
300:反應腔體
301:廢氣進氣口
302:臭氧進氣口
303:縮管部
304:第三出氣口
310:廢氣導入管
311:連接端
312:傾斜端
320,330:臭氧擴散器
321,331:進氣端
322,332:擴散端
323,333:Y型阻擋元件
324,334:擴散狹縫
3011:反應腔體頂部表面
3231,3331:支撐部
3232:錐狀阻擋部
3233,3333:底端
3234,3334:頂端
3332:圓錐盤阻擋部
3335:中空流道
3336:氣流控制元件
3337:頂端開口
400:中和腔體
401:第三進氣口
402:第四出氣口
F:氣流
L:廢氣進氣口及反應腔體頂部兩者的中心連線
S:軸向傾斜角
T1:第一管路
T2:第二管路
T3:第三管路
W:入射角
第1圖為本揭露之一實施例之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置的示意圖。
第2圖為本揭露之一實施例之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置的反應腔體及廢氣導入管側視示意圖。
第3圖為本揭露之一實施例之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置的廢氣導入管及反應腔體之頂部表面俯視示意圖。
第4圖為本揭露之一實施例之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置的臭氧擴散器示意圖。
第5圖為本揭露之一實施例之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置的另一臭氧擴散器示意圖。
10:以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置
100:質量流量控制器
101:第一進氣口
102:第一出氣口
200:臭氧產生器
201:第二進氣口
202:第二出氣口
300:反應腔體
301:廢氣進氣口
302:臭氧進氣口
303:縮管部
304:第三出氣口
310:廢氣導入管
400:中和腔體
401:第三進氣口
402:第四出氣口
T1:第一管路
T2:第二管路
T3:第三管路

Claims (11)

  1. 一種以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，包括：一質量流量控制器，設有一第一進氣口及一第一出氣口，該第一進氣口用以引入外部空氣或氧氣至該質量流量控制器；一臭氧產生器，係用以提供臭氧，設有一第二進氣口及一第二出氣口；一反應腔體，設有一臭氧進氣口、一臭氧擴散器、至少一廢氣進氣口、至少一廢氣導入管及一第三出氣口，該臭氧進氣口設於該反應腔體之側邊，該臭氧擴散器設置於該反應腔體內部與該臭氧進氣口連接，用以將臭氧擴散至該反應腔體內，該廢氣進氣口設於該反應腔體頂部表面遠離中心之位置，該廢氣導入管設有一連接端及一傾斜端，該連接端用以引入待處理之廢氣至該反應腔體內，該廢氣導入管以該傾斜端與該廢氣進氣口連接於該反應腔體頂部上方外側；以及一中和腔體，係用以中和未完全反應的臭氧，設有一第三進氣口及一第四出氣口，該中和腔體內並填充有一中和觸媒；其中，該第一出氣口與該第二進氣口透過一第一管路相連接，該第二出氣口與該臭氧進氣口透過一第二管路相連接，該第三出氣口與該第三進氣口透過一第三管路相連接。
  2. 如請求項1所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，該廢氣進氣口數量為2個至8個，並各分別連接1個該廢氣導入管，各該廢氣導入管之各該連接端進一步設有一連接閥，用以控制該連接端之開合。
  3. 如請求項1所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，該廢氣導入管之該傾斜端與該反應腔體頂部表面呈一軸向傾斜角S，且該廢氣導入管之該傾斜端映射於該反應腔體頂部表面時，與該廢氣進氣口及該反應腔體頂部兩者的中心連線呈一入射角W，該軸向傾斜角S約為30°~60°，且該入射角約為30°~70°，藉此得以使導入該反應腔體內部的廢氣以旋渦方式向下流動。
  4. 如請求項1所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，該臭氧擴散器係為一L型中空管路，設有一進氣端及一擴散端，該進氣端與該臭氧進氣口連接，且該擴散端之開口朝向反應腔體頂部，使導入之臭氧氣流逆向於導入該反應腔體內部的廢氣流動方向，以增加臭氧分子與氮氧化物廢氣分子的碰撞效率。
  5. 如請求項4所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，該擴散端開口內進一步設有一Y型阻擋元件，該Y型阻擋元件具有一支撐部及一錐狀阻擋部，該支撐部一端設於該擴散端開口內底部，另一端與該錐狀阻擋部之頂端連接，使該錐狀阻擋部之底端朝向該擴散端之開口，該錐狀阻擋部之底端面積略小於該擴散端之開口面積以形成環狀之一擴散狹縫，使臭氧流經該擴散狹縫後向外擴散。
  6. 如請求項4所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，該擴散端開口內進一步設有一Y型阻擋元件，該Y型阻擋元件具有一支撐部及一圓錐盤阻擋部，其中，該支撐部係由可透氣材料組成之中空圓柱，具有一中空流道，該圓錐盤阻擋部之頂端具有一頂端開口，該支撐部一端設於該擴散端開口內底部，另一端與該圓錐盤阻擋部之頂端連 接，使該中空流道與該頂端開口連通，該頂端開口上方適當距離處設有一氣流控制元件，藉由調整其與該頂端開口之距離來控制流經該頂端開口之臭氧的氣流形態，該圓錐盤阻擋部之底端面積略小於該擴散端之開口面積以形成環狀之一擴散狹縫，使臭氧流經該擴散狹縫後向外擴散。
  7. 如請求項1所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，該臭氧進氣口的設置位置約距離該反應腔體頂部1/3該反應腔體的長度以內。
  8. 如請求項1所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，該反應腔體於靠近該第三出氣口前進一步設有一縮管部，使該反應腔體之內徑逐漸往該第三出氣口方向內縮，使該第三出氣口之內徑約為該反應腔體內徑之40%~60%。
  9. 如請求項8所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，該縮管部長度約佔該反應腔體全長的5%~20%。
  10. 如請求項1所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，該中和腔體外部進一步設有一加熱裝置，用以加熱並控制該中和腔體之溫度。
  11. 如請求項1所述之以臭氧處理氮氧化物廢氣的氣體處理裝置，其中，該中和觸媒為顆粒狀。
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