冷凝凝核成長裝置進行DMF回收

B公司是另外一個使用冷凝凝核成長洗滌裝置進行含DMF製程排氣前處理改善的案例,B公司為生產鞋材用PU樹脂、合成皮架橋劑、多元醇聚酯樹脂等,高機能透濕防水布類的廠商,而且藉由自行生產樹脂供加工貼合使用,建構有透溼防水PU膜及TPU生產線,對於製程排氣原先採用前端濕式洗滌塔,後端串聯活性碳吸脫附回收設備的方式進行甲苯及DMF混合性VOCs廢氣之去除,目前面臨問題在活性碳之吸附效果不佳,導致對於 VOCs之處理效果不佳,需進行處理系統改善。首先依目前的設置流程上看來(圖七),初判問題主要原因在於濕式洗滌塔出口端氣體仍具有相當高之相對濕度(RH>90%),而活性碳屬於乾式處理技術,對於VOCs之吸附需在一定相對濕度之條件下進行,相對溼度超過60%時,活性碳吸附對溶劑的能力將會逐漸受水氣影響,降低活性碳吸附量,因此處理效果將大幅下降。

圖七 B公司原有之廢氣處理程序

業者原有活性碳吸脫附回收設備處理效率約在 30%~40%,將現有設備中吸附後之活性碳取樣並進行熱重分析,結果發現活性碳吸附後脫附出來之含水量近 50%,其餘才是甲苯及 DMF,顯示性碳中吸附大量水氣,以致甲苯無法被有效吸附,而導致處理效果不佳,因此判定前端水氣含量高及 DMF 未能充份去除,是造成後端活性碳吸脫附回收設備效率不佳之主要原因。除了處理流程及氣流狀態的不適當之外,更進一步對氣流組成與活性碳裝置進行量化估算:工廠實際廢氣體積流率約為1400 NCMM,甲苯濃度約450ppm,換算廢氣中甲苯質量流率約為154 kg/hr,以吸附4小時,去除率95%估算,需去除585 kg甲苯,分成4槽處理,並以活性碳對甲苯飽和吸附量為25wt%計算,每槽需活性碳約2350公斤,若是以穿出吸附量(95%去除效果)估算,則每槽需活性碳約需4700公斤,以活性碳密度0.5 kg/L估算,活性碳體積約為9.4立方米,目前工廠裝置每塔活性床體積為14立方米,可以符合需求,進一步估算廢氣流經吸附床之速度為0.85 m/s,大於一般活性碳吸附床的設計規範值(0.3~0.5 m/s),不僅系統壓損將會過高,同時也會減損活性碳對化合物的吸附效果。

由於業者所裝設的處理設備,不僅在處理流程上有不合理之處,同時在活性碳床的設計規範上也明顯不足,原本建議業者更換成跟A公司相同的處理方式(冷凝凝核成長吸收洗滌塔+浮動式活性碳回收裝置),但由於場地及經費限制,將先採前處理改善方案,後續再依狀況進行改善,預計改善流程如圖八所示,主要加裝冷凝凝核成長吸收洗滌塔,以去除並回收廢氣中的DMF並對廢氣進行溫、溼度控制,使氣體的溫、溼度條件符合活性碳處理的入口條件,但由於固定式活性碳槽的型式並未改善,氣體線速度仍高於規範值,這會使吸附時間變短,同時對VOCs的吸附容量也會降低。

圖八 B公司製程廢氣前處理改善流程

改善方案加裝的冷凝凝核成長吸收洗滌塔對DMF的去除效果以94%估算,冷凝溫度為31℃,裝置出口DMF濃度約10~15ppm,每年電費成本約增加36萬。相關改善工程包括預冷及冷凝凝核成長吸收洗滌塔和熱交換器總經費共約3000萬。