NSC-96-EPA-Z-006-001

96 年 度 「 環 保 署 / 國 科 會 空 污 防 制 科 研 合 作 計 畫 」成 果 完 整 報 告廢 氣 燃 燒 塔 與 鍋 爐 之 揮 發 性 有 機 物 排 放 係 數 建 置計 畫 類 別 : 個 別 型 計 畫計 畫 編 號 :NSC 96-EPA-Z-006-001-執 行 期 間 :96 年 03 月 01 日 至 96 年 12 月 31 日計 畫 主 持 人 : 吳 義 林 副 教 授共 同 主 持 人 : 林 清 和 副 教 授計 畫 參 與 人 員 : 陳 廣 仁 、 劉 鎧 銘 、 李 瑞 宏執 行 單 位 : 國 立 成 功 大 學中 華 民 國 96 年 12 月 30 日

中 文 摘 要國 內 外 之 研 究 均 顯 示 石 化 業 之 廢 氣 燃 燒 塔 是 重 要 之 VOCs 排 放 源 , 雖 然 利 用 熱 值 與排 放 速 度 推 估 之 理 想 破 壞 效 率 為 99.5%, 在 許 多 的 實 際 狀 況 均 難 達 成 , 故 有 必 要 對 於廢 氣 燃 燒 塔 之 破 壞 效 率 進 行 實 際 的 量 測 。 本 計 畫 之 目 標 為 建 立 國 內 鍋 爐 與 廢 氣 燃 燒 塔之 VOCs 破 壞 效 率 , 促 進 VOCs 排 放 量 之 正 確 推 估 , 以 利 臭 氧 污 染 管 制 與 VOCs 排 放 收 費之 順 利 實 施 。 本 計 畫 以 傳 統 煙 道 檢 測 的 方 法 進 行 鍋 爐 NMHC 之 破 壞 效 率 量 測 , 對 於 無法 利 用 傳 統 煙 道 檢 測 法 推 估 之 廢 氣 燃 燒 塔 , 則 利 用 繫 留 氣 球 探 空 採 樣 系 統 量 測 廢 氣 燃燒 塔 之 VOCs 破 壞 效 率 。 本 計 畫 實 際 檢 測 之 結 果 顯 示 鍋 爐 之 NMHC 破 壞 效 率 均 可 達 99%以 上 , 故 鍋 爐 可 作 為 NMHC 防 制 方 法 之 一 ; 另 外 重 油 燃 燒 時 之 NMHC 排 放 濃 度 約 為 12ppmC, 因 此 對 於 重 油 燃 燒 造 成 之 NMHC 排 放 應 納 入 分 析 。 由 於 廢 氣 燃 燒 塔 無 排 放 之 管道 , 因 而 本 計 畫 利 用 繫 留 氣 球 探 空 採 樣 系 統 量 測 廢 氣 燃 燒 塔 之 廢 氣 煙 流 ; 由 量 測 煙 流內 臭 氧 濃 度 、 溫 度 與 濕 度 分 布 以 判 定 煙 流 範 圍 , 由 於 臭 氧 濃 度 變 化 較 溫 度 與 濕 度 之 變化 顯 著 , 因 而 臭 氧 濃 度 為 最 佳 之 煙 流 範 圍 指 標 。 另 外 由 量 測 煙 流 內 NO、O 3 及 NMHC之 濃 度 , 以 推 估 廢 氣 燃 燒 塔 之 NMHC 排 放 量 , 結 果 顯 示 廢 氣 燃 燒 塔 之 NMHC 破 壞 效 率為 96.4% 至 99.6%, 平 均 值 是 98.7%。 此 外 , 由 檢 測 排 放 口 出 口 濃 度 及 風 量 , 其 NMHC之 破 壞 效 率 僅 為 95%, 低 於 由 繫 留 氣 球 量 測 之 平 均 破 壞 效 率 。 值 得 注 意 的 是 廢 氣 燃 燒塔 於 量 測 時 之 負 載 僅 為 設 計 容 量 之 15%,NMHC 去 除 效 率 變 動 甚 大 而 且 平 均 去 除 效 率低 於 設 計 值 之 99%, 因 而 於 較 高 之 運 轉 率 時 的 NMHC 破 壞 效 率 應 是 更 低 。 故 繫 留 氣 球探 空 採 樣 系 統 雖 可 成 功 量 測 廢 氣 燃 燒 塔 之 NMHC 排 放 量 , 但 易 受 大 氣 稀 釋 效 應 影 響 ;而 廢 氣 燃 燒 塔 之 NMHC 防 制 效 率 低 於 設 計 值 , 造 成 NMHC 排 放 量 之 低 估 , 尤 其 是 於 較高 之 負 載 時 , 例 如 緊 急 排 放 。 故 本 研 究 鍋 爐 及 廢 氣 燃 燒 塔 排 放 係 數 結 果 分 別 為 0.012kgNMHC/kg gas 與 0.0135 kg NMHC/kg flared gas。關 鍵 詞 : 排 放 係 數 、 鍋 爐 、 廢 氣 燃 燒 塔 、 繫 留 氣 球 探 空 採 樣 系 統I

AbstractEmission inventory of non-methane hydrocarbon (NMHC) is important to both the airquality management of ozone and air toxics and the air pollution fee program. Many studieshave revealed that flares in refinery and petrochemical plants are the major emission sourcesamong the stationary sources of NMHC. Both boiler and flare are used as control measuresfor reducing NMHC emission from refinery and petrochemical processes on routine basis inTaiwan. Therefore, they are very unique and there are only limited studies about their controlefficiencies. Therefore, the purposes of this study are to evaluate the control efficiencies (CE)of boiler and flare for NMHC by field measurements. The CE of boiler for NMHC wasdetermined by using standard stack sampling methods to measure the input and output massflow rates of NMHC simultaneously. The CE of flare, which doesn’t have stack for emission,was determined by using balloon-borne sampling system. The results show that the controlefficiency of boiler for NMHC is always greater than 99% and thus boiler is one of the goodmethods to reduce the NMHC emission. The emission concentrations of NMHC under only#6 heavy oil combustion for boilers are about 12 ppmC. Therefore, the emission of NMHCfrom boiler with #6 heavy oil as fuel should be included in NMHC emission inventory. Theprofiles of O 3 concentration, temperature, and relative humidity measured by theballoon-borne sampling system were used to determine the range of plume emitted from flare.Among the three variables, the variation of O 3 concentration is the most significant and it isthe best indicator for the determination of plume range. Within the plume, the distribution ofNMHC concentration is estimated by the measured NO, O 3 , and NMHC concentrations. TheCE of flare in this study ranges from 96.4% to 99.6% with the average of 98.7%. And the CEof NMHC via measuring flare exit is 95% less than balloon-borne methodology. Noteworthily,flare was at 15% loading during the measurements and the design control efficiency should begreater than 99%. Therefore, the measured control efficiency is less than the design value andwill become even less at greater loading. Therefore, the balloon-borne sampling system canbe used to determine the control efficiency of flares. But the CE is influenced by air dilution.The control efficiency of flare for NMHC is generally less than the design value. Thus, theemission of NMHC from flare is underestimated. Therefore, the emission factors of boiler andflare are 0.012kg NMHC/kg gas and 0.0135 kg NMHC/kg flared gas, respectively.Keywords: Emission factor, Boiler, flare, Balloon-borne sampling systemII

目 錄中 文 摘 要英 文 摘 要圖 目 錄表 目 錄一 、 前 言 …………………………………………………………………………….. 1二 、 研 究 內 容 與 目 標 ……………………………………………………………….. 2三 、 文 獻 回 顧 ……………………………………………………………………….. 2四 、 研 究 方 法 ……………………………………………………………………… 12五 、 工 作 內 容 …………………………………………………………………….... 18六 、 重 要 發 現 與 結 果 ……………………………………………………………… 23七 、 結 論 及 建 議 …………………………………………………………………… 33八 、 後 續 方 向 ……………………………………………………………………… 34九 、 參 考 文 獻 ……………………………………………………………………… 35III

圖 目 錄圖 一 、 採 樣 示 意 圖 …………………………………………………………………..15圖 二 、2007 年 07 月 13 日 煙 流 觀 測 結 果 ……………………………………………. 21圖 三 、2007 年 11 月 06 日 煙 流 觀 測 結 果 ……………………………………………. 22圖 四 、2007 年 07 月 13 日 NMHC 濃 度 分 布 圖 ………………………………………. 25圖 五 、2007 年 11 月 06 日 NMHC 濃 度 分 布 圖 ………………………………………. 26IV

表 目 錄表 一 、 仁 大 工 業 區 主 要 使 用 之 原 物 料 或 產 品 名 稱 ……………………………….. 3表 二 、 林 園 工 業 區 主 要 使 用 之 原 物 料 或 產 品 名 稱 ……………………………….. 4表 三 、 各 污 染 物 之 臭 氧 生 成 潛 勢 值 ……………………………………………….. 7表 四 、SCAQMD 廢 氣 燃 燒 塔 排 放 量 (t/yr)……………………………………....... 10表 五 、BAAQMD 廢 氣 燃 燒 塔 排 放 量 (t/yr)………………………………………... 10表 六 、A 廠 VOCs 濃 度 及 去 除 效 率 ( 未 關 閉 進 流 廢 液 )……………………………. 19表 七 、B 廠 VOCs 濃 度 及 去 除 效 率 ………………………………………………… 19表 八 、C 廠 VOCs 濃 度 及 去 除 效 率 ………………………………………………… 19表 九 、A 廠 VOCs 濃 度 及 去 除 效 率 ( 關 閉 進 流 廢 液 )………..…………………… 19表 十 、 重 油 排 放 VOCs 濃 度 ………………………………………………………... 20表 十 一 、2006 年 廢 氣 燃 燒 塔 處 理 量 ………………………………………………. 20表 十 二 、2007 年 07 月 13 日 煙 流 高 度 之 觀 測 結 果 ……………………………… 22表 十 三 、2007 年 11 月 06 日 煙 流 高 度 之 觀 測 結 果 ……………………………… 23表 十 四 、2007 年 11 月 06 日 煙 道 口 外 量 測 NMHC 結 果 ……………………….. 23表 十 五 、2007 年 07 月 13 日 煙 流 觀 測 系 統 之 NMHC 質 量 流 率 (kg CH 4 /hr)…... 27表 十 六 、2007 年 11 月 06 日 煙 流 觀 測 系 統 之 NMHC 質 量 流 率 (kg CH 4 /hr)…... 27表 十 七 、 廢 氣 燃 燒 塔 入 口 及 出 口 廢 氣 成 分 (2007 年 07 月 13 日 )………………. 28表 十 八 、 廢 氣 燃 燒 塔 入 口 及 出 口 廢 氣 成 分 (2007 年 11 月 06 日 )………………. 29表 十 九 、 廢 氣 燃 燒 塔 入 口 比 較 ……………………………………………………. 30表 二 十 、 廢 氣 燃 燒 塔 出 口 廢 氣 比 較 ……………………………….……………… 31表 二 十 一 、2007 年 07 月 13 日 廢 氣 燃 燒 塔 防 制 效 率 …………………………… 32表 二 十 二 、2007 年 11 月 06 日 廢 氣 燃 燒 塔 防 制 效 率 …………………………… 33表 二 十 三 、 廢 氣 燃 燒 塔 防 制 效 率 本 研 究 與 文 獻 之 比 較 …………………………. 34V

一 、 前 言揮 發 性 有 機 物 排 放 量 之 掌 握 為 國 內 臭 氧 與 有 害 空 氣 污 染 物 防 制 規 劃 之 重 要 基 礎 。 同時 , 國 內 於 96 年 度 起 對 於 固 定 源 之 VOCs 排 放 進 行 收 費 , 因 此 如 何 有 效 正 確 推 估 VOCs排 放 量 為 環 保 署 順 利 推 動 VOCs 排 放 收 費 之 重 要 關 鍵 因 素 之 一 。 目 前 國 內 臭 氧 污 染 嚴重 , 故 臭 氧 污 染 防 制 為 現 階 段 空 氣 污 染 防 制 之 重 點 , 而 揮 發 性 有 機 物 (VOCs) 與 氮 氧 化 物(NOx) 為 臭 氧 生 成 之 前 驅 物 , 因 此 臭 氧 污 染 之 規 劃 與 防 制 , 有 賴 此 二 種 污 染 物 排 放 源 與排 放 量 之 正 確 掌 握 。 另 外 , 許 多 VOCs 具 有 致 癌 危 害 性 , 對 人 體 健 康 具 有 一 定 的 重 要 潛在 影 響 , 美 國 環 保 署 提 出 189 種 有 害 空 氣 污 染 物 , 其 中 VOCs 即 佔 了 70 % 以 上 。VOCs 排放 量 之 正 確 掌 握 對 於 國 內 空 氣 污 染 防 制 與 規 劃 相 當 重 要 , 但 因 其 來 源 複 雜 與 監 測 分 析 技術 較 高 , 故 目 前 國 內 對 於 VOCs 排 放 量 無 法 充 分 掌 握 ,VOCs 排 放 資 料 庫 可 能 嚴 重 低 估 。例 如 國 內 排 放 源 資 料 庫 TEDS 5.1 中 全 國 VOCs 之 年 排 放 量 66.8 萬 公 噸 / 年 ,NOx 為 44.0 萬公 噸 / 年 ( 註 :NOx 因 無 逸 散 性 來 源 , 且 國 內 實 施 NOx 排 放 收 費 與 大 型 NOx 排 放 源 必 須 有連 續 煙 道 排 氣 監 測 規 定 , 故 NOx 之 排 放 量 已 能 相 當 程 度 之 掌 握 ), 顯 示 VOCs 排 放 量 為 NOx之 1.52 倍 。 但 在 實 際 環 境 濃 度 監 測 方 面 ,92 年 環 保 署 72 個 空 氣 品 質 測 站 之 VOCs (NMHC)年 平 均 值 為 390 ppb,NOx 為 24.8 ppb, 顯 示 環 境 中 VOCs 之 濃 度 為 NOx 之 15.7 倍 , 若 將 自然 環 境 中 可 能 來 自 生 物 源 之 排 放 VOCs 扣 除 ( 約 為 50%), 則 人 為 排 放 所 造 成 環 境 中 之VOCs 濃 度 仍 為 NOx 濃 度 之 7.8 倍 , 若 以 此 濃 度 比 值 回 推 此 二 種 污 染 物 之 排 放 量 , 則 顯 示目 前 排 放 量 源 資 料 庫 之 VOCs 可 能 嚴 重 低 估 , 達 5 倍 之 多 (7.8/1.52=5.1)。分 析 國 內 VOCs 排 放 量 低 估 之 主 要 原 因 , 可 能 是 來 自 於 推 估 排 放 量 所 使 用 之 排 放 係數 不 具 代 表 性 。 造 成 排 放 係 數 不 具 代 表 性 之 原 因 包 括 :(1) 引 用 自 美 國 排 放 係 數 , 未 依 本土 環 境 參 數 差 異 加 以 修 正 ,(2) 國 內 所 引 用 之 排 放 係 數 本 身 即 已 低 估 。 目 前 國 內 VOCs排 放 量 推 估 多 引 用 自 美 國 ( 排 放 量 係 數 彙 編 AP-42), 此 排 放 係 數 可 能 與 環 境 因 素 參 數 有關 , 例 如 國 內 緯 度 較 美 國 低 , 環 境 溫 度 相 對 較 高 ,VOCs 因 溫 度 提 高 導 致 蒸 氣 壓 提 高 ,造 成 相 同 製 程 中 國 內 較 美 國 排 放 較 多 之 VOCs, 但 大 部 份 AP-42 所 提 供 之 VOCs 排 放 係數 , 並 無 法 針 對 環 境 參 數 差 異 進 行 修 正 。 另 外 , 引 用 自 美 國 之 排 放 係 數 可 能 已 嚴 重 低 估 ,事 實 上 已 有 相 關 之 文 獻 指 出 , 美 國 VOCs 之 排 放 量 資 料 庫 亦 為 嚴 重 低 估 , 此 即 為 其 排 放係 數 低 估 所 造 成 。 造 成 排 放 係 數 低 估 原 因 與 排 放 係 數 係 由 煙 道 檢 測 推 算 有 關 , 因 煙 道 檢測 往 往 無 法 掌 握 異 常 排 放 與 製 程 之 逸 散 性 排 放 。 故 在 建 立 本 土 VOCs 排 放 係 數 時 , 除 了由 傳 統 之 煙 道 檢 測 推 估 排 放 係 數 外 , 須 輔 以 其 他 推 估 方 法 , 才 能 正 確 掌 握 各 製 程 之 VOCs排 放 係 數 。 此 外 , 根 據 國 外 的 研 究 , 廢 氣 燃 燒 塔 (Flare) 之 VOCs 排 放 量 相 當 的 大 , 但 是 目前 有 關 廢 氣 燃 燒 塔 之 VOCs 排 放 係 數 與 排 放 量 , 均 可 能 被 嚴 重 低 估 , 此 乃 因 為 廢 氣 燃 燒塔 之 排 放 係 數 無 法 由 傳 統 煙 道 檢 測 方 法 加 以 推 估 , 因 此 如 何 正 確 量 測 廢 氣 燃 燒 塔 VOCs排 放 係 數 , 相 當 重 要 , 此 為 本 計 畫 VOCs 排 放 係 數 建 置 之 另 一 重 點 。

表 一 仁 大 工 業 區 主 要 使 用 之 原 物 料 或 產 品 名 稱中 文 名 稱 英 文 名 稱 中 文 名 稱 英 文 名 稱醋 酸 Acetic Acid 甲 醛 Formaldehyde丙 酮 Acetone 氰 化 氫 Hydrogen Cyanide乙 晴 Acetonitrile 甲 醇 Methanol丙 烯 晴 Acrylonitrile 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 Methyl Methacrylate氨 Ammonia 二 甲 基 甲 醯 胺 N,N-Dimethyl Fomnamide苯 Benzene 丙 烯 Propylene1,3- 丁 二 烯 1,3-Butacliene 環 氧 丙 烷 Propylene Oxide丁 酮 Butanone2- 苯 乙 烯 Styrene乙 烯 Ethylene 硫 酸 Sulfuric Acid乙 苯 Ethyl Benzene 甲 苯 Toluene環 氧 乙 烷 Ethylene Oxide 醋 酸 乙 烯 Vinyl Acetate乙 二 胺Ethylenediamine2

表 二 林 園 工 業 區 主 要 使 用 之 原 物 料 或 產 品 名 稱中 文 名 稱 英 文 名 稱 中 文 名 稱 英 文 名 稱甲 醛 Formaldehyde 環 氧 乙 烯 Ethylene Oxide醋 酸 Acetic Acid 正 己 烷 Hexane丙 酮 Acetone 氯 化 氫 Hydrogen Chloride丙 烯 酸 Acrylic Acid 異 丙 醇 Isopropanol丙 烯 晴 Acrylonitrile 甲 醇 Methanol苯 Benzene 乙 酸 甲 酯 Methyl Acetate1,3- 丁 二 烯 1,3-Butacliene 丁 酮 Methyl Ethyl KetoneMethyl1- 丁 烯 1-Butene 甲 基 異 丁 酮 Isobutyl Kecon四 氯 化 碳 Carbon Tetrachloride 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 Methyl Methacrylate氯 仿 Chloroform 丙 烯 Propylene1,2- 二 氯 乙 烷 1,2-Dichloroethane 苯 乙 烯 Styrene乙 醇 Ethanol 硫 酸 Sulfuric Acid乙 酸 乙 酯 Ethyl Acetate 甲 苯 Toluene乙 苯 Ethyl Benzene 氯 乙 烯 Vinyl Chloride乙 烯 Ethylene 二 甲 苯 o,m,p-Xylene2. VOCs 排 放 與 光 化 學 反 應 之 相 關 性 探 討VOCs 與 NOx 為 生 成 O 3 之 前 驅 物 ,VOCs 物 種 多 、 成 分 複 雜 , 對 臭 氧 生 成 扮 演 了 重要 角 色 , 已 有 許 多 學 者 研 究 VOCs 對 生 成 臭 氧 速 率 之 影 響 , 簡 述 如 下 :一 般 而 言 , 單 一 成 分 VOCs 對 臭 氧 形 成 速 率 可 由 下 列 參 數 決 定 :• VOCs 物 種 在 大 氣 中 的 濃 度 : 反 應 性 低 之 VOCs, 若 濃 度 高 且 在 適 當 之 環 境 下仍 可 產 生 高 臭 氧 濃 度 。• VOCs 物 種 與 OH 自 由 基 之 反 應 速 率 : 光 解 作 用 與 O 3 、O、NO 2 自 由 基 反 應 會 使VOCs 生 成 RO 2 自 由 基 , 但 仍 以 VOCs 與 OH 自 由 基 之 反 應 為 主 。• VOCs 物 種 之 機 制 反 應 性 (Mechanistic reactivity): 單 位 VOCs 所 能 氧 化 之 NO數 目 , 決 定 VOCs 消 耗 所 生 成 之 臭 氧 量 。3

• VOCs 光 化 反 應 後 對 OH 自 由 基 濃 度 之 影 響 : 反 應 後 OH 自 由 基 濃 度 提 高 , 將加 速 所 有 存 在 VOCs 與 OH 自 由 基 之 反 應 , 因 而 提 高 臭 氧 生 成 速 率 ; 反 之 則臭 氧 生 成 速 率 降 低 。k OH 反 應 性 為 VOCs 內 在 特 性 , 而 機 制 反 應 性 和 大 氣 中 同 時 存 在 VOCs 特 徵 、VOCs/NOX 之 比 值 有 關 。 長 碳 鏈 化 合 物 和 OH 自 由 基 反 應 快 , 但 機 制 反 應 性 卻 較 小 ;C 4 ~C 6之 烷 類 有 較 低 之 k OH , 但 卻 有 高 臭 氧 量 生 成 量 。 烯 類 與 多 烷 基 苯 之 k OH 與 機 制 反 應 性 皆 較高 (Dimitriades, 1996)。 以 下 說 明 三 種 光 化 反 應 特 性 指 標 :(1). 丙 烯 當 量 濃 度 (Propylene-equivalent concentration)對 不 同 成 分 的 VOCs 而 言 , 其 與 OH 自 由 基 之 反 應 速 率 不 同 , 以 OH 自 由 基 之 反應 速 率 評 估 其 光 化 反 應 之 能 力 , 可 定 義 為 「 丙 烯 當 量 濃 度 」(Propylene-equivalentconcentration) , 作 為 反 應 性 指 標 :Propy-Equiv(J) = Conc(J) × K OH (J)/K OH (C 3 H 6 )Propy-Equiv(J): 為 第 J 種 VOCs 成 分 之 丙 烯 當 量 濃 度 。Conc(J): 為 第 J 種 VOCs 成 分 之 碳 原 子 濃 度 。KOH(J): 為 第 J 種 VOCs 成 分 與 OH 自 由 基 之 反 應 速 率 。K OH (C 3 H 6 ): 為 丙 烯 與 OH 自 由 基 之 反 應 速 率 。Propy-Equiv(J) 為 利 用 氫 氧 自 由 基 反 應 性 進 行 之 評 估 方 法 , 對 J 種 成 分 VOCs 所 測出 之 反 應 性 , 代 表 J 成 份 相 對 於 丙 烯 (Propylene) 的 反 應 能 力 。 上 述 「 丙 烯 當 量 濃 度 」反 應 性 指 標 方 程 式 亦 可 考 慮 各 成 分 VOCs 濃 度 及 其 對 OH 自 由 基 之 反 應 性 , 可 對 各 種VOCs 成 分 衍 生 形 成 臭 氧 之 反 應 性 , 提 供 更 合 理 、 準 確 之 解 析 , 然 此 反 應 性 並 未 考 慮 不同 化 合 物 反 應 機 制 之 差 異 。(2). 最 大 增 量 反 應 性 (Max incremental reactivity)最 大 增 量 反 應 性 (Max incremental reactivity, MIR) 係 指 有 機 氣 體 在 大 氣 中 生 成 臭氧 之 最 大 增 量 , 反 應 式 如 下 :MIR = Max (∂ [O 3 ] p / ∂ E i ) for all VOCs/NO X[O 3 ] p : 尖 峰 臭 氧 濃 度 ;Ei: 所 增 加 VOCs 濃 度 。理 論 上 在 低 VOCs/NO X 比 值 環 境 下 , 臭 氧 生 成 主 要 受 VOCs 之 影 響 。Carter (1994) 以此 模 擬 MIR 值 ; 在 高 VOCs/NO X 比 值 環 境 下 ,VOCs 對 臭 氧 生 成 影 響 較 小 ,Carter 以 此 模擬 MOIR (Max ozone incremental reactivity) 值 , 模 擬 MIR 值 均 比 MOIR 值 大 。MIR 於 不 同模 擬 情 境 之 模 擬 值 變 化 不 大 ;MOIR 預 測 尖 峰 臭 氧 生 成 效 果 較 好 , 但 累 積 臭 氧 生 成 預 測較 差 , 於 不 同 模 擬 情 境 模 擬 較 敏 感 ; 基 於 這 些 特 點 ,MIR 值 較 適 合 應 用 於 法 規 。 美 國 加州 空 氣 資 源 局 (CARB) 因 MIR 值 對 VOCs 有 較 佳 之 敏 感 度 , 而 以 MIR 值 作 為 VOCs 控 制策 略 之 反 應 指 標 。Dimitriades (1996) 比 較 VOCs 之 MIR 值 與 MOIR 值 之 相 關 性 , 結 果 顯 示 MIR 和 MOIR有 良 好 之 相 關 性 , 導 因 於 所 有 臭 氧 生 成 潛 勢 之 量 測 受 相 同 化 學 程 序 影 響 , 因 此 應 用 MIR值 與 MOIR 值 解 析 大 氣 中 揮 發 性 有 機 物 之 臭 氧 潛 勢 是 有 相 同 之 趨 勢 。Carter (1994) 亦 設計 一 個 簡 單 的 光 煙 霧 系 統 , 其 中 內 含 反 應 性 有 機 物 、NO X 、 空 氣 模 擬 日 照 條 件 , 並 加 入4

26 種 VOCs, 實 驗 結 果 大 於 六 碳 之 長 鏈 烷 類 會 抑 制 OH 自 由 基 生 成 , 造 成 NO 氧 化 速 率 下降 削 減 臭 氧 生 成 量 。Dimitriades (1996) 比 較 k OH 與 MIR 反 應 性 發 現 , 雖 然 此 兩 種 反 應 性之 限 制 與 參 數 不 同 ,k OH 與 MIR 反 應 性 仍 有 些 相 關 性 , 但 其 分 散 程 度 仍 大 。(3). 光 化 臭 氧 生 成 潛 勢 (Photochemical ozone creation potential)在 歐 洲 臭 氧 前 驅 物 長 距 之 跨 區 傳 輸 , 以 區 域 性 之 臭 氧 生 成 為 主 , 和 美 國 都 會 區 之臭 氧 生 成 不 同 。Derwent and Jenkin (1991) 及 Derwent (1996) 藉 光 化 軌 跡 模 式 模 擬 由 西北 歐 至 大 不 列 顛 群 島 之 氣 團 , 計 算 96 種 碳 氫 化 合 物 單 位 質 量 之 相 對 臭 氧 生 成 , 以 光 化臭 氧 生 成 潛 勢 指 標 (Photochemical ozone creation potential index, POCP) 表 示 , 且 以ethylene 之 POCP=100 為 基 準 。 為 歐 洲 環 境 所 發 展 出 之 POPC 反 應 性 指 標 , 一 般 認 為 可應 用 於 區 域 性 之 臭 氧 生 成 。 其 中 各 碳 氫 化 合 物 於 模 擬 之 1~5 日 所 得 之 POCP 不 同 , 烷類 隨 模 擬 天 數 之 增 加 其 POCP 亦 隨 之 增 加 ; 除 methane、ethane 外 , 平 均 POCP 在 32~94之 間 。 而 烯 類 大 多 當 日 即 完 全 反 應 , 除 2-methyl-1-butene、2-methyl-2-butene、styrene外 , 平 均 POPC 在 83~118 之 間 ; 芳 香 族 平 均 POCP 在 71~132, 但 benzene 之 POCP 值則 僅 為 33。 表 三 為 各 種 污 染 物 之 臭 氧 生 成 潛 勢 值 , 包 括 MIR、POCP、 丙 烯 當 量 三 種 光化 反 應 特 性 指 標 , 可 作 為 臭 氧 前 驅 物 NOx 及 NMHC 分 析 物 種 之 參 考 。5

表 三 各 污 染 物 之 臭 氧 生 成 潛 勢 值物 種 MIR POCP 丙 烯 當 量 物 種 MIR POCP 丙 烯 當 量CO 0.054 2-hexenes 6.7Alkanes 2-heptenes 5.5methane 0.015 3-octenes 5.3ethane 0.25 3-nonenes 4.6propane 0.48 41.1 0.04 13-butadiene 10.9n-Butane 1.02 59.9 0.1 isoprene 9.2 117.8 3.8n-pentane 1.04 62.4 0.1 cyclopentene 7.7 2.6n-hexane 0.98 64.8 0.2 iso-pentane 1.38 59.8 0.2n-heptane 0.81 2,2-dimethylbutane 0.82 32.1 0.1n-octane 0.60 68.2 0.3 2,3-dimethybutane 1.07 94.3 0.2n-nonane 0.54 69.3 0.4 2-methylpentant 1.5 77.8 0.2n-decane 0.46 3-methylpentant 1.5 66.1 0.2n-undecane 0.42 2,2,3-trimethylbutane 1.32n-dodecane 0.38 2,3-dimethylpentane 1.31n- tridecane 0.35 2,4-dimethylpentane 1.5 02n-tetradecane 0.32 3,3-dimethylpentane 0.71isobutane 1.21 42.6 0.1 2-methylhexane 1.08 71.9 0.3neopentane 0.37 3-methylhexane 1.40 73 0.3Alkenes 2,2,4-trimethylpentane 0.93 0.1ethenes 7.4 2,3,4-trimethylpentane 1.6propene 9.4 2,3-dimethylhexane 1.311-butene 8.9 113.2 1.2 2,4-dimethylhexane 1.51-pentene 6.2 104.1 1.2 2,5-dimethylhexane 1.63-methyl-1-butene 6.2 118.4 1.5 2-methylheptane 0.96 69.4 0.31-hexene 4.4 3-methylheptane 0.99 0.31-heptene 3.5 cyclohexene 5.71-octene 2.7 α-pinene 3.3 21-nonene 2.2 β-pinene 4.4 3isobutene 5.3 others2-methyl-1-butene 4.9 methyl nitrite 9.5trans-2-butene 10.0 Base ROG mixture 3.1cis-2-butene 10.0 Acetylenes6

表 三 各 污 染 物 之 臭 氧 生 成 潛 勢 值 ( 續 )物 種 MIR POCP 丙 烯 當 物 種 MIR POCP 丙 烯 當量量2-pentenes 8.8 acetylene 0.52-methyl-2-butene 6.4 methylacetylene 4.1Aromaticsbenzene 0.42 33.4 0.1 methylcyclopentane 2.8 0.3toluene 2.7 77.1 0.2 cyclohexane 1.28 59.5 0.3ethylbenzene 2.7 80.8 0.3 1,3-dimethylcyclohexane 2.5n-propylbenzene 2.1 71.3 0.2 methylcyclohexane 1.8isopropylbenzene 2.2 74.4 0.3 ethylcyclopentane 2.31-butylbenzene 1.9 ethylcyclohexane 1.9o-xylene 6.5 83.1 0.6 1-ethyl-4-methylcyclohexane 2.3m,p-xylene 7.5 97.5 0.9 1,3-diethylcyclohexane 1.81,3,5-trimethylbenzene 10.1 129.9 1.5 1,3-diethyl-5-methyl-cyclohexane 1.91,2,3-trimethylbenzene 8.9 1,3,5-triethylcyclohexane 1.71,2,4-trimethylbenzene 8.8 132.4 1.2 Alcohols and Etherstetralin 0.94 methanol 0.56naphthalene 1.17 ethanol 1.34methylnaphthalenes 3.3 n-propyl alcohol 2.32,3-dimethylnaphthalene 5.1 isopropyl alcohol 0.54styene 2.2 n-butyl alcohol 2.74-methylheptane 1.2 isobutyl alcohol 1.92,4-dimethylheptane 1.33 t-butyl alcohol 0.422,2,5-trimethylhexane 0.97 dimethyl ether 0.774-ethylheptane 1.13 methyl. t-butyl ether 0.623,4-propylheptane 1.01 ethyl t-butyl ether 2.07

表 三 各 污 染 物 之 臭 氧 生 成 潛 勢 值 ( 續 )物 種 MIR POCP 丙 烯 當 量 物 種 MIR POCP 丙 烯 當 量3,5-diethylheptane 1.33Aldehydes2,6-diethyloctane 1.23 formaldehyde 7.2cyclopentane 2.4 0.2 acetaldehyde 5.5c3 aldehydes 6.5 c4 ketones 1.18glyoxal 2.2 Aromatic Oxygenatesmethyl glyoxal 14.8 benzaldehyde -0.57Ketones phenol 1.12acetone 0.56 aldyl phenols 2.33. 廢 氣 燃 燒 塔燃 燒 塔 (Flare) 為 煉 油 、 石 化 、 化 學 工 廠 內 相 當 普 通 的 緊 急 廢 氣 處 置 設 備 , 係 指 煉 油廠 及 石 化 廠 中 一 種 開 放 式 燃 燒 裝 置 , 該 裝 置 包 括 具 支 撐 結 構 之 塔 身 、 燃 燒 嘴 、 母 火 裝 置(Pilot)、 輔 助 燃 料 系 統 、 點 火 裝 置 及 其 他 附 屬 設 施 。 可 分 為 高 架 廢 氣 燃 燒 塔 及 地 面 廢 氣燃 燒 塔 。 另 依 照 輔 助 燃 料 系 統 之 差 異 可 區 分 為 蒸 氣 輔 助 燃 燒 型 式 廢 氣 燃 燒 塔 與 空 氣 輔 助燃 燒 型 式 廢 氣 燃 燒 塔 。 前 者 係 指 焰 頂 處 使 用 蒸 氣 噴 嘴 將 蒸 氣 噴 入 火 焰 中 , 藉 以 增 加 焰 頂處 空 氣 紊 流 效 應 , 促 使 燃 燒 更 完 全 之 廢 氣 燃 燒 塔 ; 後 者 係 指 焰 頂 處 使 用 強 制 送 風 方 式 將空 氣 噴 入 火 焰 中 , 藉 以 增 加 焰 頂 處 空 氣 紊 流 效 應 , 促 使 燃 燒 更 完 全 之 廢 氣 燃 燒 塔 。 高 架型 廢 氣 燃 燒 塔 , 其 高 度 通 常 約 在 一 百 二 十 公 尺 以 上 , 頂 部 有 火 燄 , 常 被 視 為 煉 油 廠 的 標記 。 廢 氣 燃 燒 塔 首 先 將 廢 氣 經 由 收 集 管 進 入 燃 燒 塔 系 統 , 第 一 道 手 續 為 去 除 水 氣 與 油滴 , 之 後 經 過 水 封 裝 置 , 防 止 產 生 回 火 。 廢 氣 由 火 焰 底 部 進 入 塔 頂 , 頂 部 有 輔 助 燃 燒 器 ,平 時 維 持 小 母 火 , 緊 急 狀 況 時 , 加 熱 廢 氣 , 使 之 燃 燒 , 進 而 達 到 廢 氣 燃 燒 處 理 之 目 的 。燃 燒 塔 之 NMHC 破 壞 或 去 除 效 率 很 難 估 算 , 美 國 環 保 署 要 求 廢 氣 燃 燒 塔 之 設 計 效 率 至 少應 達 98% 以 上 , 但 愈 達 到 98% 的 效 率 , 排 氣 的 淨 熱 值 、 速 度 與 燃 燒 混 合 條 件 , 必 須 配 合的 相 當 好 , 然 而 在 緊 急 排 放 情 況 下 , 往 往 很 難 符 合 完 全 燃 燒 之 條 件 , 導 致 實 際 破 壞 效 率嚴 重 降 低 。目 前 我 國 對 於 廢 氣 燃 燒 塔 之 規 定 , 律 定 於 揮 發 性 有 機 物 空 氣 污 染 管 制 及 排 放 標 準中 ( 石 化 製 程 使 用 之 廢 氣 燃 燒 塔 ), 第 4 條 中 規 定 廢 氣 燃 燒 塔 之 設 計 條 件 必 須 符 合 以 下 條 件( 總 淨 熱 值 與 排 放 速 度 限 ):(1) 蒸 氣 輔 助 燃 燒 型 式 :Ht≧12MJ/Nm 3 ,V ≦Vmax≦114m/sec; (2) 空 氣 輔 助 燃 燒 型 式 :Ht≧12MJ/Nm 3 ,V≦ V'max; (3) ≦ 無 輔 助 燃 燒 型 式 :Ht≧8MJ/Nm3,V ≦Vmax≦114m/sec。 符 合 達 成 以 上 條 件 者 , 視 為 揮 發 性 有 機 物 削減 率 達 百 分 之 九 十 八 。 廢 氣 燃 燒 塔 原 來 是 用 於 緊 急 狀 況 處 理 , 但 國 內 廢 氣 燃 燒 塔 經 常 超時 燃 燒 , 有 關 廢 氣 燃 燒 塔 之 破 壞 效 率 , 均 停 留 餘 理 論 推 估 之 階 段 , 其 破 壞 效 率 有 必 要 進行 實 際 之 量 測 。8

2000 年 美 國 德 州 (Texas) 空 氣 品 質 現 場 觀 測 之 研 究 結 果 亦 指 出 , 石 化 工 業 區 廢 氣 燃燒 塔 之 VOCs 異 常 排 放 相 當 大 , 遠 大 於 理 論 去 除 效 率 所 推 估 之 VOCs 排 放 量 (Ryerson etal., 2003; Daum et al., 2003; Daum et al., 2004; Kleinman et al., 2005) , 廢 氣 燃 燒 塔 VOCs之 理 論 排 放 推 估 方 法 必 須 重 新 加 以 檢 討 。Robinson et al. (1998) 利 用 DifferentialAbsorption Lidar(DIAL) 方 法 進 行 BP Exploration Wytch Farm Crude Oil Gathering Station之 VOC 排 放 量 量 測 ,Wytch Farm Station 1998 年 生 產 量 約 為 5.1Mt, 位 於 Wytch Farm 內 的廢 氣 燃 燒 塔 分 為 低 溫 (LT)、 低 壓 (LP) 以 及 高 壓 (HP) 三 種 型 式 , 主 要 排 放 量 以 LT 型 式 為主 , 其 產 量 為 100.9±5.7kg/hr, 而 LP 及 HP 排 放 量 較 不 顯 著 約 為 5 kg/hr, 因 此 以 DIAL 方 法實 場 量 測 廢 氣 燃 燒 塔 排 放 量 高 於 以 Integrated Pollution Control (IPC) 排 放 係 數 0.0203 (tVOC/t flared gas) 推 估 之 排 放 量 。 此 外 , 南 海 岸 空 氣 品 質 管 理 局 (South Coast Air QualityManagement District) 統 計 2000 年 至 2004 年 位 於 南 海 岸 8 間 石 化 煉 製 廠 之 27 座 廢 氣 燃 燒 塔排 放 量 如 表 四 所 示 , 顯 示 於 2000 年 至 2004 年 經 由 廢 氣 燃 燒 塔 造 成 之 平 均 VOC 排 放 量 為160 t/yr。2006 年 Bay Area Air Quality Management District (BAAQMD) 統 計 2006 年 位 於San Francisco area 5 間 石 化 煉 製 廠 之 18 座 廢 氣 燃 燒 塔 排 放 量 如 表 五 所 示 , 總 廢 氣 量 約 為18.9MNm 3 ,VOCs 年 排 放 量 為 121.7 噸 。 根 據 Santa Barbara Country APCD Rule 359 指 出 ,當 廢 氣 燃 燒 塔 每 日 最 大 燃 燒 量 達 120000scf/day(3403Nm 3 /day) 時 , 其 蒸 氣 輔 助 燃 燒 型 式 廢氣 排 放 標 準 為 0.14 lbs/MMBtu(60kg/J)。表 四 SCAQMD 廢 氣 燃 燒 塔 排 放 量 (t/yr)Year Flow(10 6 scf) NOx VOC CO PM10 SOx Total2000 4,085 136 125 733 43 2,633 3,6702001 8,324 380 456 2,058 87 1,793 4,7742002 2,440 83 78 450 25 754 1,3902003 2,235 79 75 423 23 735 1,3352004 2,392 93 70 364 27 352 906資 料 來 源 : http://www.aqmd.gov/comply/docs/1118staffreport.pdf表 五 BAAQMD 廢 氣 燃 燒 塔 排 放 量 (t/yr)Flow(10 6 scf) CH 4 NMHC2006 667.5 36.8 84.9資 料 來 源 : http://www.baaqmd.gov/enf/flares/2006/index_2006.htmDavis et al. (1983) 以 不 同 廢 氣 流 率 、 廢 氣 熱 值 及 蒸 氣 廢 氣 比 之 實 場 試 驗 , 指 出 廢 氣熱 值 在 300BTU/SCF (11.2 MJ/Nm 3 ) 以 上 且 以 蒸 氣 輔 助 燃 燒 式 燃 燒 時 , 其 效 率 可 達 99% 以上 , 然 而 廢 氣 熱 值 在 192BTU/SCF (7.2 MJ/Nm 3 ) 以 下 時 , 其 效 率 降 至 97.95%, 此 外 當 蒸氣 廢 氣 比 例 大 於 3.5 時 出 現 較 差 之 燃 燒 效 率 (

氣 燃 燒 塔 之 去 除 效 率 變 化 大 。Kostiuk et al. (2004) 指 出 側 向 風 速 對 於 廢 氣 燃 燒 塔 燃 燒 效 率有 很 大 的 影 響 , 風 速 越 大 則 燃 燒 效 率 越 差 。 綜 觀 大 多 文 獻 均 指 出 廢 氣 燃 燒 塔 效 率 理 想 狀態 下 可 達 98% 以 上 , 但 由 於 廢 氣 燃 燒 塔 其 主 要 設 置 目 標 乃 為 廢 氣 緊 急 排 放 處 理 設 備 , 因此 在 不 同 狀 態 下 其 效 率 會 隨 之 改 變 , 故 需 參 考 文 獻 相 關 實 驗 方 法 搭 配 理 論 進 行 實 場 試 驗以 準 確 建 置 廢 氣 燃 燒 塔 之 排 放 係 數 。4. 鍋 爐目 前 針 對 揮 發 性 有 機 物 管 末 處 理 方 式 主 要 區 分 為 非 燃 燒 式 ( 吸 收 吸 附 法 、 冷 凝 及 生物 處 理 法 ) 及 燃 燒 式 處 理 ( 直 接 焚 化 、 觸 媒 式 焚 化 、 廢 氣 燃 燒 塔 ) 兩 大 類 。 利 用 直 接 焚化 法 來 處 理 VOC S 為 最 有 效 的 控 制 方 法 之 一 , 其 效 率 可 達 99%。 直 接 焚 化 法 係 利 用 氧 化過 程 將 VOCs 廢 氣 轉 換 成 無 害 之 CO 2 與 H 2 O, 適 用 於 所 有 可 燃 性 氣 體 , 其 缺 點 為 燃 料 消 耗量 大 , 操 作 成 本 較 高 。Carlo et al. (1984) 進 行 實 場 調 查 蒸 氣 產 率 35t/hr, 廢 氣 成 分 為 二 甲苯 與 四 氯 乙 烯 , 熱 含 量 比 例 26% 之 水 管 式 鍋 爐 工 廠 , 其 去 除 效 率 可 達 99.99%。Radford etal. (1984) 以 蒸 氣 產 率 30t/hr, 六 號 重 油 及 部 分 回 收 可 燃 性 溶 劑 為 重 油 , 於 設 計 量 之 80%下 進 行 鍋 爐 破 壞 效 率 研 究 , 利 用 標 準 品 混 合 物 四 氯 化 碳 、 三 氯 乙 烯 、 單 氯 苯 以 及 甲 苯 作為 廢 液 , 其 標 準 混 合 物 破 壞 效 率 可 達 99.99%, 回 收 溶 劑 破 壞 效 率 99.94%。Richard (1984)為 評 估 旋 轉 窯 式 鍋 爐 安 全 操 作 性 能 , 選 定 丙 烷 、 甲 苯 以 及 三 氯 苯 作 為 基 本 有 機 有 害 物 組成 , 改 變 不 同 廢 氣 流 率 與 甲 苯 流 率 , 量 測 其 破 壞 效 率 , 當 丙 烷 氣 體 流 率 59 kg/hr, 甲 苯及 三 氯 苯 流 率 分 別 為 2.43 kg/hr 與 0.5 kg/hr 時 , 燃 燒 溫 度 1093℃, 其 破 壞 效 率 可 達99.999%。Lawrence (1979) 於 Koppers Company, Inc., 利 用 鍋 爐 燃 燒 順 丁 烯 二 酸 酐 之 製 程廢 氣 , 廢 氣 流 量 32000scfm (857 Nm 3 /min), 廢 氣 中 苯 含 量 160kg/hr, 燃 燒 溫 度 982℃, 其破 壞 效 率 為 98.96%。Maxwell and Scheil (1978) 於 Denka Chemical , Corp. 以 焚 化 爐 燃 燒順 丁 烯 二 酸 酐 之 製 程 廢 氣 , 廢 氣 流 量 33000scfm, 燃 燒 溫 度 760℃, 破 壞 效 率 達 98.5%。Blackburn (1977) 於 Rohm and Haas Plant 利 用 鍋 爐 燃 燒 製 程 廢 氣 乙 烯 、 乙 醇 及 丙 烯 酸 , 以及 加 入 有 機 廢 液 乙 醇 燃 燒 , 當 燃 燒 溫 度 分 別 為 725℃、821℃、840℃ 時 , 破 壞 效 率 為82.6%、98.3%、99.7%。影 響 鍋 爐 燃 燒 效 率 因 子 主 要 為 爐 膛 溫 度 (Temperature)、 廢 氣 與 助 燃 氣 體 之 間 的 混 合擾 動 (Turbulance)、 氣 體 停 留 時 間 (Time), 一 般 稱 之 為 燃 燒 「3T」。 一 般 而 言 , 為 使 鍋 爐對 於 VOCs 有 更 好 之 破 壞 效 果 其 設 計 溫 度 介 於 650℃~1100℃, 氣 體 停 留 時 間 0.5 秒 到 2 秒 。Towe (1979) 以 熱 氧 化 器 探 討 丁 二 烯 廢 氣 之 破 壞 效 率 , 藉 由 改 善 氣 體 混 合 , 其 效 率 從 70%到 99.6%, 因 此 此 研 究 指 出 廢 氣 與 助 燃 氣 體 及 重 油 混 合 擾 動 可 有 效 增 加 破 壞 效 率 。Lee etal. (1978) 以 實 驗 型 測 試 廢 氣 濃 度 固 定 1000ppm, 探 討 燃 燒 溫 度 、 停 留 時 間 與 混 合 對 於 燃燒 效 率 之 影 響 , 實 驗 結 果 指 出 : 燃 燒 效 率 隨 溫 度 與 時 間 增 加 而 提 升 , 但 焚 化 爐 內 氣 體 流動 為 一 重 要 影 響 因 子 , 當 氣 體 流 動 方 式 為 complete backmixing 效 率 最 低 ;two-stagebackmixing 下 破 壞 效 率 皆 可 達 98%, 為 一 較 合 理 之 真 實 流 動 方 式 。 綜 觀 相 關 文 獻 , 利 用直 接 焚 化 方 法 去 除 VOCs 有 機 氣 體 於 適 當 燃 燒 溫 度 、 停 留 時 間 及 混 合 條 件 下 為 一 效 率 穩定 且 可 行 之 防 制 方 法 。10

四 、 研 究 方 法本 研 究 利 用 傳 統 排 放 管 道 氣 體 組 成 檢 測 方 法 (NIEA A003.70.C) 及 排 放 管 道 總 碳 氫 化合 物 含 量 檢 測 方 法 (NIEA A723.72B) 推 估 鍋 爐 燃 燒 NMHC 破 壞 效 率 之 方 法 。 而 廢 氣 燃燒 塔 則 以 繫 留 氣 球 探 空 採 樣 系 統 進 行 高 空 周 界 監 測 , 以 排 放 管 道 氣 體 組 成 檢 測 方 法 進 行廢 氣 燃 燒 塔 出 口 檢 測 , 並 利 用 採 樣 袋 採 取 出 口 氣 體 以 氣 相 層 析 質 譜 儀 檢 測 出 口 濃 度 及 廢氣 成 份 , 以 利 推 估 NMHC 之 破 壞 效 率 。A. 鍋 爐 煙 道 檢 測 與 排 放 係 數 推 估環 保 署 之 VOCs 收 費 及 排 放 量 推 估 作 業 中 , 以 密 閉 排 氣 系 統 連 通 至 鍋 爐 或 火 焰 爐 膛火 焰 區 之 處 理 方 法 的 控 制 效 率 以 98% 計 算 , 然 而 由 於 進 氣 之 氣 體 化 學 成 份 濃 度 及 鍋 爐 之型 態 及 重 油 等 均 可 能 影 響 鍋 爐 之 處 理 效 率 , 因 此 選 定 石 化 工 廠 實 際 運 轉 之 狀 態 實 地 量 測鍋 爐 之 處 理 效 率 , 並 量 測 僅 有 重 油 燃 燒 時 造 成 之 NMHC 排 放 。 鍋 爐 之 處 理 效 率 將 以 進 氣中 NMHC 質 量 為 計 算 基 準 , 因 而 以 相 同 儀 器 連 續 自 動 分 析 方 法 量 測 進 氣 與 出 口 之 廢 氣 流量 與 NMHC 濃 度 以 降 低 因 分 析 方 法 造 成 之 差 異 。利 用 量 測 鍋 爐 燃 燒 前 、 後 之 NMHC 濃 度 C 0 、C f , 以 及 工 廠 所 提 供 之 採 樣 時 間 當 天 鍋爐 廢 氣 進 流 之 體 積 流 率 Q 0 , 量 測 出 口 排 放 速 度 V f 與 溼 基 排 氣 量 Q f 求 出 口 體 積 流 率 m f , 求取 鍋 爐 之 NMHC 破 壞 效 率 , 即 η (%) = ( m0 − mf) / m0*100%其 中 m 0 為 廢 氣 燃 燒 前 之 NMHC 質 量 流 率 ,m f 為 廢 氣 燃 燒 後 之 NMHC 質 量 流 率 。m 0 與 m f 之估 算 式 分 別 估 算 m0 = ∑ Q0C0與 mf= QfCf。 排 放 係 數 計 算 則 為 進 流 質 量 流 率 與 出 口mf質 量 流 率 之 比 例 , 排 放 係 數 = 。mB. 廢 氣 燃 燒 塔 破 壞 效 率 之 檢 測 與 破 壞 效 率 及 排 放 係 數 推 估1. 廢 氣 燃 燒 塔 NMHC 破 壞 效 率 之 估 算 原 理0本 實 驗 廢 氣 燃 燒 塔 效 率 估 算 主 要 利 用 二 種 方 法 : 量 測 廢 氣 燃 燒 塔 燃 燒 後 質 量 流 率 及利 用 碳 轉 換 效 率 推 估 , 詳 述 如 下 。利 用 量 測 燃 燒 塔 廢 氣 燃 燒 後 之 NMHC 質 量 流 率 m f 及 入 口 質 量 流 率 m 0 , 求 取 廢 氣 燃 燒塔 之 NMHC 破 壞 效 率 , 即 η (%) = ( m0 − mf) / m0*100%, 其 中 m 0 為 廢 氣 燃 燒 前 之 NMHC 質量 流 率 ,m f 為 廢 氣 燃 燒 後 之 NMHC 質 量 流 率 。燃 燒 後 之 NMHC 質 量 流 率 m f , 採 用 兩 種 方 式 求 得 :(1). 以 排 放 管 道 氣 體 組 成 檢 測 方 法 進 行 量 測 廢 氣 燃 燒 塔 出 口 中 之 煙 流 流 量 Q f 與 NMHC濃 度 C f 。(2). 以 繫 留 氣 球 探 空 採 樣 系 統 量 測 大 氣 中 煙 流 之 NMHC 質 量 流 率 m f , 詳 細 說 明 如 下 :I. 假 設 所 有 污 染 物 之 擴 散 情 形 相 同 。11

II. 假 定 煙 流 上 邊 界 及 下 邊 界 之 間 , 臭 氧 濃 度 呈 線 性 關 係 。 煙 流 中O 3 +NO→NO 2 +O 2 反 應 為 臭 氧 濃 度 唯 一 削 減 反 應 , 因 此 由 ΔC O3 =C NO 可 推 得 NO濃 度 變 化 圖 。III. 假 設 NMHC 和 CO 的 反 應 比 上 述 O 3 和 NO 反 應 很 慢 而 可 以 忽 略 。 因 此 可 以 利 用CNMHC( z)− CNMHC( b)CNO( z)− CNO( b)採 樣 點 NMHC 與 NO 的 濃 度 比 例=來 推CNMHC( m)− CNMHC( b)CNO( m)− CNO( b)得 NMHC 濃 度 變 化 圖 。IV. 由 觀 測 資 料 之 風 速 , 將 煙 流 直 徑 內 所 有 通 量 相 加 即 可 推 得 煙 流 內 總 通 量 。 因此 煙 流 質 量 流 率 m= Wmaxf ∫ min由 梯 形 法 即 可 得 質 量 流 率 。V ( Z)C ( Z dz, 其 中 W 為 地 面 燃 燒 塔 寬 度 (m),i i)碳 轉 換 效 率 計 算 乃 根 據 Bourguignon et al. (1999) 以 封 閉 迴 路 式 風 洞 量 測 廢 氣 燃 燒 塔效 率 研 究 , 由 於 風 洞 內 並 非 完 全 密 閉 , 然 而 導 致 部 分 周 界 大 氣 進 入 風 洞 中 而 部 分 燃 燒 後氣 體 亦 會 溢 散 至 外 界 , 此 外 假 設 風 洞 內 沒 有 任 何 化 學 反 應 , 因 此 控 制 體 積 內 質 量 平 衡 ,其 CO 2 之 累 積 質 量 方 程 式 (Eq.1) 如 下 :ddtV ( ρCOYCO) = ρCO,YCO,Q2in-COYCOQoutCOYCOQemitCOYCOQ2 2 ∞ 2 ∞ρ + ρ+ ρ2 22 22 2 inert+ ηρHCYHCQcombust其 中 Y CO2 為 風 洞 中 CO 2 濃 度 ,Y CO2,∞ 為 大 氣 周 界 CO 2 濃 度 ,ρ CO2 為 風 洞 中 CO 2 密 度 ,ρ CO2,∞為 大 氣 周 界 CO 2 密 度 ,Q in 為 周 界 大 氣 進 入 風 洞 之 質 量 流 率 ,Q out 為 燃 燒 後 氣 體 從 風 洞 中溢 散 至 周 界 大 氣 質 量 流 率 ,Q CO2,emit 為 廢 氣 燃 燒 塔 燃 燒 後 廢 氣 之 CO 2 質 量 流 率 ,Q CO2,inert 為廢 氣 燃 燒 塔 燃 料 稀 釋 氣 體 之 CO 2 質 量 流 率 ,ρ HC 為 風 洞 中 HC 密 度 ,Y HC 為 風 洞 中 H 濃 度 ,Q combust 為 風 洞 內 廢 氣 燃 燒 塔 消 耗 之 空 氣 質 量 流 率 ,V 為 風 洞 體 積 ,η 為 碳 轉 換 效 率 。T假 設 燃 燒 後 廢 氣 均 以 氣 相 存 在 , 則 Qout = (Qin+ γ Qfuel+ Qinert)…Eq.2T其 中 Q fuel 為 廢 氣 燃 燒 塔 燃 料 質 量 流 率 ,T 為 風 洞 內 氣 體 平 均 溫 度 ,T ∞ 為 周 界 大 氣 溫 度 ,γ為 燃 燒 產 物 與 生 成 物 莫 耳 比 例 。 由 Eq.1 與 Eq.2 以 及 理 想 氣 體 定 律 , 可 得 Eq.3 如 下 :∞dVdtY(TY) =QY-TQCO2,emit+ γ Qfuel+ Qinert) + +TYQTCO2 CO2, ∞ in COη2HC CO2,combust(QinT∞∞…Eq.3由 於 剛 開 始 點 火 (t→t 0 ) 時 , 風 洞 內 T→T ∞ ,Y CO2 →Y CO2,∞ 且 Y HC 可 以 忽 略 , 因 此 Eq.3 可 簡化 如 下 :d YCO2 T∞V( )t→t= -Y0 CO2, ∞(γ Qfuel+ Qinert) + QCO2,emit+ Q…Eq.4CO2,inertdt T對 於 一 般 碳 氫 化 合 物 料 ( 以 C x H y 表 示 ) 其 燃 燒 效 率 方 程 式 以 下 列 式 Eq.5 表 示 ,C x H y +aO 2 →bαCO 2 +b(1-α)CO+dH 2 O+eC m H n…Eq.5其 中 a、b、d、e 為 未 知 係 數 ,α 為 氧 化 後 之 CO 2 與 CO 莫 耳 比 例 ,C m H n 為 燃 燒 後 碳 氫 化12

T∞VQflareT VQddtdY(TYCO2 )t→t= -Y0 CO2, ∞(YCxHy+ Yinert) + ηxYCxHy+ YCO2,flareγ …Eq.61-α∞ CO( )t t= -YCO,( γ YCxHyYinert) + ηxY0 CxHyflaredt T+→∞α…Eq.7T VQdYη1-α合 物 產 物 。 利 用 代 數 計 算 後 ,γ=b+d+e-a,⎡ y x η ⎤ xηa = xη (1+) +⎢- (1- )2α⎣ 4 4m α ⎥, b = ,⎦ αy x η x ηd = + (1- )n , e = (1- ), QCO,emit CxHyQflare2 2m α m α2= ηxY , QCO2 ,inert= yCO2,flareQflare, 因 此 Eq.4經 計 算 簡 化 後 可 以 分 別 得 到 CO 2 、CO、HC 之 質 量 守 衡 方 程 式 如 Eq.6、Eq.7、Eq.8,∞ HC( )t→t= -YHC,( YCxHyYinert) x(1- )Y0 ∞γ + +CxHyflaredt Tα…Eq.8其 中 Y CxHy 為 燃 燒 廢 氣 中 碳 氫 化 合 物 比 例 ,Y CO2 , flare 為 燃 燒 廢 氣 中 CO 2 莫 耳 比 例 ,Y inert 為燃 燒 廢 氣 中 稀 釋 氣 體 ( 不 反 應 氣 體 ) 莫 耳 比 例 ,Q flare 為 燃 燒 廢 氣 之 質 量 流 率 。 為 簡 化 Eq.6、Eq.7、Eq.8,Bourguignon 假 設 周 界 CO 2 、CO、HC 濃 度 相 對 於 風 洞 內 很 小 而 可 以 忽 略 ,d/dt(Y CO2 /T)= CO 2 /T,d/dt(Y CO /T)= CO/T,d/dt(Y HC /T)= HC/T, 因 此 經 簡 化 後 可 由 Eq.6、B YCO2,flare-A + C xYCxHyd YHC d YCO2 Eq.7、Eq.8 求 得 燃 燒 效 率 (η), η =, 其 中 A = ( )t tBdt T0,→B = ( )t tT0,→dt1+A + Cd YCO BCO2C = ( )t→t dt T0, 因 此 當 Y CO2,flare =0 時 , η = =。A + B + C HC + CO + CO2. 排 放 係 數 推 估廢 氣 燃 燒 塔 排 放 係 數 推 估 則 利 用 入 口 (m 0 ) 與 出 口 質 量 流 率 (m f ) 進 行 估 算 ,mf排 放 係 數 = 。m03. 繫 留 氣 球 探 空 採 樣 系 統 量 測 煙 流 流 量 與 NMHC 濃 度圖 一 為 利 用 繫 留 氣 球 探 空 採 樣 系 統 量 測 煙 流 Q f 與 C f 之 示 意 圖 。 此 探 空 系 統 主 體分 為 四 部 份 , 分 別 為 (1) 背 景 氣 流 觀 測 系 統 ,(2) 上 風 背 景 採 樣 系 統 ,(3) 煙 流 觀 測採 樣 系 統 , (4) 現 場 空 氣 污 染 物 分 析 儀 系 統 。213

圖 一 採 樣 示 意 圖(1). 背 景 氣 流 觀 測 系 統 由 一 氣 象 塔 組 成 , 於 觀 測 期 間 架 設 於 實 驗 現 場 , 用 於 決 定 煙流 上 下 游 之 位 置 , 以 供 上 風 背 景 採 樣 與 煙 流 採 樣 系 統 架 設 位 置 之 選 定 。(2). 上 風 背 景 採 樣 系 統 位 於 煙 流 上 風 處 , 受 限 於 採 樣 現 場 空 間 的 限 制 以 及 採 樣 當 天平 均 風 速 達 4~5 m/s, 因 此 依 現 場 風 向 大 多 為 西 北 風 或 西 南 風 , 加 上 地 面 燃 燒 塔北 邊 為 天 然 氣 儲 槽 區 亦 造 成 上 風 採 樣 干 擾 , 因 而 於 地 面 燃 燒 塔 西 南 邊 進 行 上 風處 採 樣 。(3). 煙 流 觀 測 採 樣 系 統 架 設 位 於 煙 流 下 風 處 , 亦 即 地 面 燃 燒 塔 東 南 方 , 由 繫 留 氣 球 、三 條 主 纜 繩 、 遙 控 幫 浦 採 樣 器 、 氣 象 探 空 儀 與 臭 氧 探 空 儀 所 組 成 。 採 樣 器 為 遙控 式 幫 浦 採 樣 馬 達 與 25 公 升 鐵 弗 龍 採 樣 袋 組 成 , 架 設 於 纜 線 上 , 採 樣 時 間 為7~8 分 鐘 以 確 保 有 足 夠 氣 體 可 供 多 種 空 氣 污 染 物 分 析 儀 分 析 。 氣 象 探 空 儀 與 臭氧 探 空 儀 可 即 時 量 測 探 空 儀 所 在 之 高 度 、 溫 度 、 溼 度 、 風 向 、 風 速 與 臭 氧 濃 度 ,利 用 這 些 參 數 在 垂 直 剖 面 上 之 變 化 , 可 推 估 煙 流 之 位 置 、 大 小 與 流 量 。 此 系 統主 要 的 目 的 為 量 測 煙 流 之 流 量 與 採 集 廢 氣 成 分 。(4). 現 場 空 氣 污 染 物 分 析 儀 系 統 用 於 分 析 上 風 與 煙 流 中 NMHC 濃 度 , 亦 即 C b 與 C ft 。利 用 繫 留 氣 球 探 空 採 樣 系 統 求 取 煙 流 中 廢 氣 燃 燒 塔 所 排 放 之 NMHC 質 量 通 量 m f之 現 場 進 行 步 驟 如 下 :(1). 利 用 背 景 氣 流 觀 測 系 統 所 得 之 風 場 資 料 , 決 定 煙 流 觀 測 採 樣 系 統 之 架 設 位 置 。(2). 將 氣 象 、 臭 氧 探 空 儀 與 採 樣 器 架 設 於 煙 流 觀 測 採 樣 系 統 。(3). 利 用 氣 球 本 身 浮 力 上 昇 以 觀 測 溫 度 、 溼 度 與 臭 氧 濃 度 隨 高 度 之 變 化 。(4). 當 臭 氧 迅 速 消 耗 、 溫 度 明 顯 上 昇 與 相 對 溼 度 產 生 明 顯 不 連 續 之 高 度 處 , 即 可 能為 煙 流 之 下 邊 緣 (Z 0 ), 持 續 上 升 煙 流 觀 測 採 樣 系 統 直 到 臭 氧 濃 度 回 升 , 氣 溫 下降 與 溼 度 不 連 續 再 度 出 現 之 處 , 即 為 煙 流 之 上 邊 緣 (Z 1 ), 則 煙 流 之 直 徑 即 為d=Z 1 -Z 0 。14

(5). 煙 流 觀 測 採 樣 系 統 上 升 至 煙 流 之 上 邊 緣 後 , 再 將 其 拉 下 至 煙 流 中 間 點 , 同 時 啟動 遙 控 式 幫 浦 採 樣 器 進 行 煙 流 與 上 風 背 景 處 採 樣 , 採 樣 時 間 為 7~8 分 鐘 , 並 記錄 採 樣 位 置 。(6). 採 樣 完 成 後 , 下 降 繫 留 氣 球 以 取 下 樣 品 , 立 即 於 現 場 以 空 氣 污 染 物 分 析 儀 進 行NMHC 與 其 他 污 染 物 (CO、CO 2 、SO 2 ) 分 析 。(7). 重 複 前 上 步 驟 數 次 , 進 行 多 次 採 樣 分 析 以 明 確 定 位 出 煙 流 之 位 置 與 直 徑 及 污 染物 之 濃 度 分 佈 。(8). 計 算 由 廢 氣 燃 燒 塔 所 排 放 之 NMHC 濃 度 與 質 量 通 量 。4. 空 氣 污 染 物 分 析 儀本 實 驗 利 用 採 樣 袋 抽 取 廢 氣 燃 燒 塔 之 煙 流 後 , 立 即 以 NOx 自 動 監 測 儀 、SOx 自 動監 測 儀 、CO 自 動 監 測 儀 及 NMHC 自 動 監 測 儀 分 析 ; 以 下 分 別 介 紹 各 空 氣 污 染 物 之 連續 監 測 儀 偵 測 原 理 :(1) NOx monitor:• 偵 測 器 型 號 :API M200A• 偵 測 範 圍 :0~20000 ppb• 最 低 偵 測 極 限 :0.5 ppb• 採 樣 流 量 :0.5 lpm• 分 析 原 理 : 採 樣 氣 體 首 先 通 過 鐵 氟 龍 濾 紙 , 用 以 去 除 氣 體 中 的 粒 狀 物 , 再 將 進 流 之氣 體 分 為 兩 組 , 一 組 通 以 過 量 的 O 3 , 使 其 和 分 析 氣 體 中 的 NO 反 應 , 產 生 激 發 態 的NO 2 , 之 後 釋 放 光 子 成 為 基 態 的 NO 2 , 釋 放 能 量 的 強 度 和 NO 的 濃 度 成 正 比 , 再 利 用光 倍 增 管 將 其 濃 度 量 化 , 則 可 測 得 分 析 氣 體 中 NO 的 濃 度 。NO + O 3 → NO 2 * (3-1)NO 2 * → NO 2 + hν (3-2)一 組 則 通 過 315 o C 充 滿 鉬 催 化 劑 的 轉 換 器 , 使 分 析 氣 體 中 的 NO 2 和 鉬 反 應 生 成 NO,再 通 以 過 量 之 O 3 , 使 其 產 生 和 上 述 相 同 之 反 應 , 再 利 用 光 倍 增 管 將 其 濃 度 量 化 ,即 可 得 NOx 的 濃 度 。3NO 2 + Mo → 3NO + MoO 3 (3-3)將 所 得 之 NO、NOx 濃 度 相 減 即 可 得 分 析 氣 體 中 NO 2 之 濃 度 。(2) SO2 monitor:15

• 偵 測 器 型 號 :API 200A• 量 測 範 圍 :0~2000 ppb• 最 低 偵 測 極 限 :0.4 ppb• 採 樣 流 量 :0.5 lpm• 分 析 原 理 : 利 用 SO 2 受 到 波 長 在 190~230 nm 的 紫 外 光 照 射 時 , 會 產 生 螢 光 性 的 特性 , 實 際 利 用 一 高 效 率 的 紫 外 燈 管 產 生 UV 光 , 經 由 過 濾 鏡 後 產 生 214 nm 的 單 波 長光 , 照 射 採 樣 氣 體 , 當 採 樣 氣 體 中 SO 2 受 到 214 nm 的 單 波 長 光 照 射 時 , 會 產 生 螢 光 ,而 螢 光 的 強 度 會 和 SO 2 的 濃 度 成 正 比 , 再 利 用 光 倍 增 管 將 其 濃 度 量 化 。(3) HC monitor:SO 2 + hν 1 → SO 2 * hν 1 : 紫 外 光 (3-4)SO 2 * → SO 2 + hν 2 hν 2 : 螢 光 (3-5)• 偵 測 器 型 號 :DASIBI MODEL:302• 量 測 範 圍 :0~10000 ppm• 最 低 偵 測 極 限 :0.02 ppm• 採 樣 流 量 :1 lpm• 分 析 原 理 : 利 用 一 真 空 幫 浦 將 欲 分 析 之 氣 體 導 入 一 氣 相 層 析 管 (COLUMN), 利 用 各物 種 蒸 氣 壓 不 同 而 產 生 分 離 ,CH 4 分 子 量 小 先 離 開 層 析 管 , 其 他 碳 分 子 較 重 的 碳 氫族 群 則 在 層 析 管 中 被 反 向 集 中 成 一 測 定 物 (NMHC), 而 後 分 別 進 入 氫 氧 火 焰 燃 燒 器(F.I.D), 經 燃 燒 後 得 到 一 電 子 訊 號 , 和 濃 度 成 正 比 。(4) CO monitor:• 偵 測 器 型 號 :API 300A• 量 測 範 圍 :0~1000 ppm• 最 低 偵 測 極 限 :0.05 ppm• 採 樣 流 量 :0.75 lpm• 分 析 原 理 : 利 用 CO 會 吸 收 紅 外 光 , 造 成 光 強 度 衰 減 的 特 性 , 以 一 高 效 率 的 紅 外 線線 圈 產 生 紅 外 光 , 經 過 濾 鏡 後 產 生 4700 nm 的 單 波 長 光 , 照 射 採 樣 室 內 的 氣 體 , 當照 射 到 CO 的 成 分 時 , 紅 外 光 會 被 CO 吸 收 , 造 成 強 度 的 衰 減 , 紅 外 光 經 吸 收 後 衰減 的 量 會 和 CO 的 量 成 一 定 的 比 例 , 可 由 Beer's law 得 到 CO 的 濃 度 。CCOI= −α * l * ln(3-6)2Io16

α: 吸 收 因 子l: 路 徑 長Io: 來 源 光 強 度I: 衰 減 後 光 強 度五 、 工 作 內 容本 研 究 分 為 鍋 爐 燃 燒 與 廢 氣 燃 燒 塔 兩 部 分 , 鍋 爐 部 分 於 7 月 4 日 會 勘 A 廠 ,7 月 23日 及 9 月 21 日 採 樣 ;7 月 17 日 會 勘 B 廠 ,7 月 28 日 採 樣 ;7 月 25 日 會 勘 C 廠 ,9 月27 日 採 樣 。 廢 氣 燃 燒 塔 部 分 於 7 月 4 日 會 勘 D 廠 , 7 月 13 日 及 11 月 06 日 採 樣 , 其 內容 細 節 分 別 說 明 於 後 。A. 鍋 爐 部 分目 前 針 對 揮 發 性 有 機 物 管 末 處 理 方 式 主 要 區 分 為 非 燃 燒 式 ( 吸 收 吸 附 法 、 冷 凝 及 生物 處 理 法 ) 及 燃 燒 式 處 理 ( 直 接 焚 化 、 觸 媒 式 焚 化 、 廢 氣 燃 燒 塔 ) 兩 大 類 。 利 用 直 接 焚化 法 來 處 理 VOC S 為 最 有 效 的 控 制 方 法 之 一 。 由 於 國 內 主 要 碳 氫 化 合 物 來 源 為 石 化 煉 製產 業 , 因 此 為 調 查 鍋 爐 燃 燒 廢 氣 處 理 之 研 究 , 選 定 石 化 廠 進 行 檢 測 。A 廠 廢 氣 來 源 為 製 程 廢 氣 及 儲 槽 廢 氣 , 製 程 廢 氣 經 洗 滌 塔 洗 滌 後 以 鼓 風 機 抽 送 至 鍋爐 燃 燒 , 主 要 成 分 為 丙 烯 、 丙 烷 , 其 廢 氣 流 率 為 16 kg/hr; 儲 槽 廢 氣 主 要 為 液 體 儲 槽 之呼 吸 廢 氣 , 醋 酸 乙 烯 、 醋 酸 、 丙 烯 醇 收 集 後 以 鼓 風 機 抽 送 經 洗 滌 塔 洗 滌 至 鍋 爐 燃 燒 , 洗滌 後 主 要 成 分 為 醋 酸 乙 烯 , 其 廢 氣 流 量 為 2105 Nm 3 /hr。 鍋 爐 之 重 油 為 重 油 與 副 油 槍 ( 製程 之 殘 餘 廢 液 ), 其 重 油 流 量 為 1350 L/hr, 爐 膛 溫 度 為 952℃, 結 果 如 表 六 所 示 。表 六 A 廠 VOCs 濃 度 及 去 除 效 率 ( 未 關 閉 進 流 廢 液 )THC(ppm) 質 量 流 率 (kg CH 4 /hr )儲 槽 廢 氣 1039 1.43煙 道 排 放 口 90.04 1.7製 程 廢 氣 16去 除 效 率 (η%) 90.3B 廠 製 程 廢 氣 主 要 成 分 為 聚 乙 烯 , 其 廢 氣 流 量 為 1270 Nm 3 /hr。 鍋 爐 之 燃 料 為 重 油 ,流 量 為 830 L/hr, 爐 膛 溫 度 為 1050℃, 排 氣 溫 度 為 176℃。 由 於 入 口 廢 氣 濃 度 經 稀 釋 後高 於 偵 測 極 限 ,THC 稀 釋 最 大 濃 度 為 245000ppm, 採 樣 結 果 如 表 七 所 示 。17

表 七 B 廠 VOCs 濃 度 及 去 除 率THC(ppm) 質 量 流 率 (kg CH 4 /hr )製 程 廢 氣 >245000 >203.2煙 道 排 放 口 15.6 2.11去 除 效 率 (η%) 99C 廠 廢 氣 來 源 為 製 程 廢 氣 , 醇 類 經 高 溫 600℃ 反 應 後 產 生 醛 類 與 氫 氣 , 經 洗 滌 塔 洗滌 後 以 鼓 風 機 抽 送 至 鍋 爐 燃 燒 , 主 要 成 分 為 甲 醛 與 氫 氣 , 其 廢 氣 流 量 為 2747 Nm 3 /hr,濃 度 為 1320ppm, 結 果 如 表 八 所 示 。表 八 C 廠 VOCs 濃 度 及 去 除 率THC(ppm) 質 量 流 率 (kg/hr CH4)製 程 廢 氣 1320 2.37煙 道 排 放 口 10.35 0.03去 除 效 率 (η%) 98.8綜 觀 A 廠 、B 廠 與 C 廠 之 VOCs 去 除 效 率 分 別 為 90.3%、99.0% 與 98.8%, 其 中 A 廠 去除 效 率 遠 低 於 法 規 標 準 之 98%, 因 此 為 探 討 A 廠 去 除 效 率 過 低 問 題 , 於 關 閉 副 油 槍 狀況 下 進 行 量 測 出 、 入 口 VOCs 濃 度 , 廢 氣 流 量 分 別 為 2090 Nm 3 /hr 與 24.3kg/hr, 濃 度 為623ppm 與 887000ppm, 爐 膛 溫 度 998℃, 重 油 流 量 1544 L/hr, 其 結 果 如 表 九 所 示 , 其 去除 效 率 可 達 法 規 標 準 值 , 故 A 廠 第 一 次 檢 測 之 NMHC 出 口 濃 度 因 部 分 濃 度 來 自 於 製 程 廢液 燃 燒 而 較 高 , 因 而 誤 判 VOCs 之 去 除 效 率 。表 九 A 廠 VOCs 濃 度 及 去 除 效 率 ( 關 閉 進 流 廢 液 )THC(ppm) 質 量 流 率 (kg CH 4 /hr )儲 槽 廢 氣 623 0.85煙 道 排 放 口 18 0.3製 程 廢 氣 24.3去 除 效 率 (η%) 98.82然 而 目 前 廢 氣 燃 燒 大 多 以 六 號 重 油 為 燃 料 , 因 此 本 研 究 亦 進 行 量 測 鍋 爐 於 僅 有 燃 燒六 號 重 油 時 之 VOCs 排 放 , 結 果 如 表 十 所 示 ,A 廠 與 C 廠 之 MMHC 排 放 濃 度 分 別 為 8與 16ppmC, 其 中 A 廠 重 油 流 量 為 1549 L/hr, 爐 膛 溫 度 為 1011℃,C 廠 重 油 流 量 為 510L/hr, 因 而 對 於 燃 燒 重 油 造 成 之 NMHC 排 放 應 納 入 分 析 與 排 放 量 推 估 。18

表 十 重 油 排 放 VOCs 濃 度THC(ppm)A 廠 8C 廠 16B. 廢 氣 燃 燒 塔廢 氣 燃 燒 塔 普 遍 用 於 石 化 煉 油 製 程 工 廠 , 其 主 要 功 用 為 處 理 揮 發 性 有 機 物 廢 氣 之 緊急 排 放 、 製 程 設 備 累 積 之 過 剩 廢 氣 排 放 , 以 減 少 製 程 設 備 壓 力 過 大 而 導 致 危 險 。 由 本 計畫 統 計 2006 年 廢 氣 燃 燒 塔 處 理 量 如 表 十 一 所 示 , 其 中 以 高 雄 市 及 雲 林 縣 所 佔 比 例 較 高 ,若 以 廢 氣 燃 燒 塔 處 理 效 率 為 98%, 其 NMHC 年 排 放 量 為 13800 噸 , 因 此 本 計 畫 選 定 位於 高 雄 市 之 石 油 裂 解 廠 之 地 面 燃 燒 塔 進 行 採 樣 分 析 。表 十 一 2006 年 廢 氣 燃 燒 塔 處 理 量縣 市 排 放 量 (10 8 Nm 3 )桃 園 縣 0.39雲 林 縣 2.18高 雄 縣 0.16高 雄 市 2.64臭 氧 探 空 儀 原 理 乃 是 利 用 碘 的 氧 化 還 原 反 應 來 量 測 臭 氧 濃 度 , 反 應 時 間 約 3 秒 , 反應 後 再 經 由 無 線 傳 輸 儀 傳 送 至 地 面 主 機 , 而 氣 象 探 空 儀 為 即 時 傳 輸 , 由 實 驗 數 據 得 知 氣球 上 升 速 度 約 0.45m/s, 加 上 臭 氧 探 空 儀 與 氣 象 探 空 儀 在 氣 球 上 具 1m 高 度 差 , 故 兩 者 在高 度 差 為 2 公 尺 , 因 此 我 們 可 以 經 由 臭 氧 濃 度 、 溫 度 與 溼 度 三 種 判 定 煙 流 之 範 圍 。判 斷 煙 流 主 要 根 據 臭 氧 的 消 耗 以 及 廢 氣 燃 燒 塔 廢 氣 燃 燒 後 可 釋 放 大 量 熱 能 與 水 蒸氣 , 因 此 煙 流 中 之 溫 度 與 濕 度 分 佈 將 明 顯 與 背 景 大 氣 環 境 不 同 , 故 可 藉 由 垂 直 剖 面 上 溫度 、 溼 度 之 變 化 , 可 鑑 別 煙 流 之 位 置 與 大 小 。 廢 氣 燃 燒 塔 實 驗 共 進 行 2 次 採 樣 , 其 結 果說 明 如 下 :1. 第 一 次 採 樣 (2007 年 7 月 13 日 )此 次 採 樣 共 進 行 八 次 周 界 採 樣 , 煙 流 觀 測 結 果 如 圖 二 所 示 , 經 由 採 樣 結 果 判 定 每 ㄧ採 樣 點 煙 流 所 在 高 度 , 從 觀 測 資 料 可 知 臭 氧 、 溫 度 及 溼 度 變 化 率 ( 變 化 高 度 / 採 樣 高 度 ) 分別 為 71%、53%、67%, 故 在 判 定 煙 流 之 位 置 與 大 小 以 臭 氧 變 化 率 較 具 明 顯 , 因 此 煙 流範 圍 之 判 定 以 臭 氧 為 主 , 溫 溼 度 為 輔 , 此 三 種 參 數 判 定 煙 流 之 結 果 如 表 十 二 所 示 。 其 中採 樣 時 間 2007/07/06/15:55 與 檢 測 煙 道 口 外 同 步 。2. 第 二 次 採 樣 (2007 年 11 月 06 日 )此 次 採 樣 共 進 行 四 次 周 界 採 樣 與 三 次 煙 道 口 外 採 樣 , 周 界 煙 流 觀 測 結 果 如 圖 三 所19

示 , 由 於 此 次 採 樣 當 天 天 氣 不 佳 , 因 此 臭 氧 、 溫 度 及 溼 度 變 化 率 相 對 於 第 一 次 採 樣 較 不明 顯 , 從 觀 測 資 料 可 知 臭 氧 、 溫 度 及 溼 度 變 化 率 分 別 為 51%、37%、17%, 故 在 判 定 煙流 之 位 置 與 大 小 以 臭 氧 及 溫 度 變 化 率 較 具 明 顯 , 因 此 煙 流 範 圍 之 判 定 以 臭 氧 為 主 , 溫 度為 輔 , 此 三 種 參 數 判 定 煙 流 高 度 之 結 果 如 表 十 三 所 示 。 三 次 煙 道 口 採 樣 結 果 如 表 十 四 ,其 中 採 樣 時 間 2007/11/06/16:18 與 檢 測 煙 道 口 外 同 步 , 兩 者 NMHC 濃 度 分 別 為 17ppmC、7.2ppmC。高 度 (m)80 1450 profile706050403020O3(ppb*3)T(℃)Rh(%)高 層 ( 臭 氧 )低 層 ( 臭 氧 )高 層 ( 溫 度 )低 層 ( 溫 度 )高 層 ( 溼 度 )低 層 ( 溼 度 )0 20 40 60 80 100數 值高 度 (m)11010090807060504030201534 profileO3(ppb*1.5)T(℃)Rh(%)高 層 ( 臭 氧 )低 層 ( 臭 氧 )高 層 ( 溫 度 )低 層 ( 溫 度 )高 層 ( 溼 度 )低 層 ( 溼 度 )0 20 40 60 80 100數 值高 度 (m)90807060504030201618 profile0 20 40 60 80 100數 值O3(ppb*3)T(℃)Rh(%)高 層 ( 臭 氧 )低 層 ( 臭 氧 )高 層 ( 溫 度 )低 層 ( 溫 度 )高 層 ( 溼 度 )低 層 ( 溼 度 )高 度 (m)140120100806040201652 profile0 20 40 60 80 100數 值O3(ppb*1.5)T(℃)Rh(%)高 層 ( 臭 氧 )低 層 ( 臭 氧 )高 層 ( 溫 度 )低 層 ( 溫 度 )高 層 ( 溼 度 )低 層 ( 溼 度 )1401715 profileO3(ppb*2)901733 profileO3(ppb*2)高 度 (m)12010080604020T(℃)Rh(%)高 層 ( 臭 氧 )低 層 ( 臭 氧 )高 層 ( 溫 度 )低 層 ( 溫 度 )高 層 ( 溼 度 )低 層 ( 溼 度 )0 20 40 數 值 60 80 100高 度 (m)80706050403020T(℃)Rh(%)高 層 ( 臭 氧 )低 層 ( 臭 氧 )高 層 ( 溫 度 )低 層 ( 溫 度 )高 層 ( 溼 度 )低 層 ( 溼 度 )0 20 40 數 值 60 80 100高 度 (m)12011010090807060504030201755 profileO3(ppb*2)T(℃)Rh(%)高 層 ( 臭 氧 )低 層 ( 臭 氧 )高 層 ( 溫 度 )低 層 ( 溫 度 )高 層 ( 溼 度 )低 層 ( 溼 度 )0 20 40 數 值 60 80 100圖 二 2007 年 07 月 13 日 煙 流 觀 測 結 果20

表 十 二 2007 年 07 月 13 日 煙 流 高 度 之 觀 測 結 果時 間 界 定 參 數 臭 氧 溫 度 溼 度 煙 流 高 度1450 煙 流 上 層 (m) 72 67 70 72煙 流 下 層 (m) 37 44 41 371534 煙 流 上 層 (m) 95 92 95 95煙 流 下 層 (m) 53 56 47 531555 煙 流 上 層 (m) 101 88 88 101煙 流 下 層 (m) 56 56 56 561618 煙 流 上 層 (m) 83 83 83 83煙 流 下 層 (m) 36 36 36 361652 煙 流 上 層 (m) 106 * 106 106煙 流 下 層 (m) 53 * 53 531715 煙 流 上 層 (m) 114 74 83 114煙 流 下 層 (m) 47 47 47 471733 煙 流 上 層 (m) 84 78 84 84煙 流 下 層 (m) 45 54 34 451755 煙 流 上 層 (m) 108 92 108 108煙 流 下 層 (m) 37 40 40 37高 度 (m)90807060504030201238 profile0 20 40 數 值 60 80 100O3(ppb*2)T(℃)Rh(*0.5%)高 層 ( 臭 氧 )低 層 ( 臭 氧 )高 層 ( 溫 度 )低 層 ( 溫 度 )高 層 ( 溼 度 )低 層 ( 溼 度 )高 度 (m)10090807060504030201001353 profile0 20 40 數 值 60 80 100O3(ppb*1.5)T(℃)Rh(*0.5%)高 層 ( 臭 氧 )低 層 ( 臭 氧 )高 層 ( 溫 度 )低 層 ( 溫 度 )高 層 ( 溼 度 )低 層 ( 溼 度 )高 度 (m)10090807060504030201001428 profile0 20 40 60 80 100數 值O3(ppb*2)T(℃)Rh(*0.5%)高 層 ( 臭 氧 )低 層 ( 臭 氧 )高 層 ( 溫 度 )低 層 ( 溫 度 )高 層 ( 溼 度 )低 層 ( 溼 度 )高 度 (m)10090807060504030201001511 profile0 20 40 數 值 60 80 100O3(ppb*2)T(℃)Rh(*0.5%)高 層 ( 臭 氧 )低 層 ( 臭 氧 )高 層 ( 溫 度 )低 層 ( 溫 度 )高 層 ( 溼 度 )低 層 ( 溼 度 )圖 三 2007 年 11 月 06 日 煙 流 觀 測 結 果21

表 十 三 2007 年 11 月 06 日 煙 流 高 度 之 觀 測 結 果時 間 界 定 參 數 臭 氧 溫 度 溼 度 煙 流 高 度1238 煙 流 上 層 (m) 68 61 47 68煙 流 下 層 (m) 29 35 37 291353 煙 流 上 層 (m) 45 42 41 45煙 流 下 層 (m) 23 21 25 211428 煙 流 上 層 (m) 80 62 51 80煙 流 下 層 (m) 40 40 41 401511 煙 流 上 層 (m) 58 57 55 58煙 流 下 層 (m) 22 22 40 22表 十 四 2007 年 11 月 06 日 煙 道 口 外 量 測 NMHC 結 果採 樣 時 間 NMHC(ppmC) CH 4 (ppm) THC(ppm) CO 2 (ppm) CO(ppm)檢 測 煙 道 出 口 7.2 22 29.2 574 8.81618 17 24.2 41.2 574 17.31636 4.2 5.2 9.4 425 6.91653 7.2 9.7 16.9 472 9.5六 、 重 要 發 現 與 結 果A. 鍋 爐本 次 鍋 爐 採 樣 共 進 行 三 間 石 化 工 廠 採 樣 ,A 廠 廢 氣 成 分 為 丙 烯 、 丙 烷 以 及 醋 酸 乙烯 , 共 進 行 兩 次 採 樣 , 其 鍋 爐 去 除 效 率 分 別 為 90.3% 及 98.8%。 由 於 影 響 燃 燒 效 率 因 子 為溫 度 (Temperature)、 擾 動 (Turbulance)、 停 留 時 間 (Time)。A 廠 製 程 廢 液 主 要 成 分 為 丙 烯醛 (41.6 kg/hr)、 丙 醛 (15.73 kg/hr)、 乙 醛 (11.95 kg/hr), 根 據 物 質 安 全 資 料 表 : 丙 烯 醛 及乙 醛 處 置 可 利 用 液 體 灌 注 方 式 破 壞 , 燃 燒 溫 度 650℃~1600℃, 停 留 時 間 0.1 秒 到 2 秒 。A廠 鍋 爐 體 積 33.4m 3 , 第 一 次 總 廢 氣 進 流 流 量 為 2121 Nm 3 /hr, 第 二 次 總 廢 氣 進 流 流 量 為2107 Nm 3 /hr, 因 此 A 廠 廢 氣 停 留 時 間 約 為 0.95 秒 , 介 於 合 理 設 計 值 範 圍 內 。Blackburn(1977) 利 用 鍋 爐 燃 燒 製 程 廢 氣 及 加 入 有 機 廢 液 燃 燒 , 當 燃 燒 溫 度 分 別 為 725℃, 破 壞 效 率為 82.6%, 然 而 隨 著 燃 燒 溫 度 提 升 , 則 破 壞 效 率 亦 明 顯 增 加 。 因 此 造 成 A 廠 兩 次 採 樣 結果 去 除 效 率 差 異 原 因 應 由 於 A 廠 於 一 般 操 作 情 況 下 加 入 製 程 廢 液 燃 燒 , 由 於 液 體 間 作 用力 較 氣 體 分 子 間 作 用 力 大 , 若 考 慮 此 三 種 物 質 之 燃 燒 斷 鍵 所 需 能 量 時 , 乙 醛 需 要 178Mcal/hr, 丙 醛 254 Mcal/hr, 丙 烯 醛 306 Mcal/hr, 因 此 導 致 鍋 爐 燃 燒 需 要 較 多 的 熱 值 提 升爐 膛 溫 度 才 可 同 時 達 到 破 壞 氣 相 與 液 相 之 有 機 廢 氣 與 廢 液 。 而 Towe (1979) 指 出 藉 由 改善 鍋 爐 內 氣 體 混 合 , 其 破 壞 效 率 可 從 70% 提 升 到 99.6%;Lee et al. (1978) 以 實 驗 型 設 備 探討 燃 燒 溫 度 、 停 留 時 間 與 混 合 對 於 燃 燒 效 率 之 影 響 , 實 驗 結 果 指 出 : 焚 化 爐 內 氣 體 流 動22

混 合 為 一 重 要 影 響 因 子 。B 廠 廢 氣 成 分 為 聚 乙 烯 , 其 鍋 爐 去 除 效 率 達 99%。C 廠 廢 氣 成 分 為 甲 醛 , 其 鍋 爐 去 除效 率 達 98.8%, 因 此 綜 觀 本 研 究 結 果 顯 示 以 鍋 爐 燃 燒 對 於 NMHC 之 防 制 效 率 可 達 到 法 規值 98%, 實 為 可 推 廣 之 NMHC 防 制 方 法 之 一 。然 而 為 了 解 重 油 燃 燒 對 NMHC 排 放 之 影 響 , 本 研 究 亦 於 鍋 爐 僅 有 重 油 燃 燒 時 進 行量 測 重 油 之 NMHC 排 放 濃 度 ,A 廠 與 C 廠 之 排 放 濃 度 分 別 為 8 ppmC、16 ppmC, 因 此A 廠 NMHC 之 淨 來 源 ( 製 程 廢 氣 ) 為 9 ppmC, 防 制 效 率 為 99.4%, 因 而 對 於 重 油 燃 燒 造成 之 NMHC 排 放 應 納 入 分 析 。因 此 , 由 本 實 驗 結 果 求 出 各 石 化 產 業 之 鍋 爐 排 放 係 數 ,A 廠 、B 廠 、C 廠 之 排 放 係數 分 別 為 0.012、0.01、0.013 kg NMHC/kg offgas, 平 均 值 為 0.012 kg NMHC/kg gas。B. 廢 氣 燃 燒 塔1. NMHC 質 量 流 率 計 算高 溫 燃 燒 的 環 境 中 , 會 產 生 大 量 的 NO, 此 NO 容 易 與 環 境 中 的 O 3 快 速 反 應 , 即NO+O 3 NO 2 +O 2 , 故 可 藉 此 鑑 定 煙 流 的 範 圍 。 假 定 煙 流 中 所 有 污 染 物 之 擴 散 情 形 相 同 ,則 可 由 採 樣 點 的 臭 氧 、NO、NMHC 濃 度 推 得 NMHC 濃 度 之 分 布 , 結 果 分 別 如 圖 四 、 圖五 所 示 , 經 計 算 可 得 不 同 採 樣 時 間 點 之 質 量 流 率 (kg CH 4 /hr ), 其 兩 次 採 樣 結 果 分 別 如 表十 五 、 表 十 六 所 示 , 因 此 兩 次 採 樣 結 果 廢 氣 燃 燒 塔 排 放 之 NMHC 平 均 質 量 流 率 分 別 為119、30.1 kg CH 4 /hr, 然 而 由 第 一 次 採 樣 結 果 發 現 於 不 同 時 間 之 廢 氣 燃 燒 塔 NMHC 質 量流 率 並 不 固 定 , 最 大 NMHC 質 量 流 率 可 達 313kg CH 4 /hr, 因 此 可 明 確 指 出 廢 氣 燃 燒 塔NMHC 之 防 制 效 率 與 排 放 量 變 化 甚 大 , 導 致 影 響 排 放 量 推 估 之 準 確 性 。比 較 第 一 次 與 第 二 次 採 樣 結 果 差 異 過 大 , 進 ㄧ 步 發 現 得 知 :D 廠 當 日 廢 氣 燃 燒 塔 處理 量 沒 有 紀 錄 , 顯 示 理 論 上 未 進 行 處 理 , 然 而 由 本 實 驗 量 測 結 果 : 廢 氣 燃 燒 塔 入 口 濃 度4970 ppmC, 出 口 平 均 濃 度 為 35 ppmC, 值 得 注 意 的 是 , 廢 氣 燃 燒 塔 於 此 情 況 下 依 舊 排放 未 記 錄 之 NMHC 排 放 量 ,NMHC 質 量 流 率 為 30 kg CH 4 /hr, 造 成 此 一 現 象 應 為 入 口 流量 低 於 燃 燒 塔 流 量 計 之 量 測 極 限 , 導 致 幽 靈 NMHC 排 放 量 產 生 , 因 此 未 來 進 行 VOCs 排放 費 用 徵 收 及 排 放 量 推 估 , 則 有 低 收 低 估 現 象 , 此 乃 值 得 進 ㄧ 步 了 解 探 討 。此 外 , 第 一 次 實 驗 觀 測 時 間 1555 與 檢 測 燃 燒 塔 煙 道 口 同 步 進 行 比 對 , 排 放 口 濕 基流 量 為 31553Nm 3 /min, 煙 道 口 內 NMHC 濃 度 為 360 ppmC,NMHC 質 量 流 率 為 445 kgCH 4 /hr 與 繫 留 氣 球 觀 測 之 質 量 流 率 312.81 kg CH 4 /hr 明 顯 差 異 , 造 成 兩 種 量 測 推 估 誤 差 乃因 繫 留 氣 球 為 燃 燒 塔 周 界 煙 流 觀 測 推 估 其 排 放 口 質 量 流 率 , 因 此 受 外 界 大 氣 之 稀 釋 作 用影 響 , 導 致 由 繫 留 氣 球 觀 測 推 估 結 果 質 量 流 率 較 低 。第 二 次 觀 測 實 驗 之 煙 道 口 外 NMHC 量 測 濃 度 結 果 詳 如 表 十 四 , 同 步 量 測 煙 道 口 外NMHC 濃 度 分 別 為 17ppmC、7.2ppmC, 造 成 兩 者 NMHC 濃 度 誤 差 為 煙 流 內 NMHC 濃 度分 布 不 均 , 因 此 於 不 同 採 樣 點 會 有 不 同 NMHC 濃 度 ; 而 根 據 Kostiuk et al. (2004) 指 出 進 行廢 氣 燃 燒 塔 效 率 推 估 , 單 一 採 樣 點 選 定 以 大 氣 稀 釋 效 應 最 小 之 採 樣 點 為 最 具 整 體 代 表性 , 故 此 為 造 成 同 步 量 測 結 果 誤 差 原 因 之 一 。 第 二 次 實 驗 中 檢 測 煙 道 口 內 溼 基 流 量 為21738 Nm 3 /min,NMHC 濃 度 兩 次 結 果 分 別 為 49 ppmC 與 20 ppmC, 其 NMHC 質 量 流 率23

分 別 為 42、17 kg CH 4 /hr, 而 利 用 繫 留 氣 球 觀 測 煙 流 推 估 之 質 量 流 率 平 均 為 30.1 kgCH 4 /hr, 介 於 兩 者 之 間 。 兩 次 檢 測 煙 道 口 內 濃 度 亦 有 差 異 , 因 此 廢 氣 燃 燒 後 濃 度 分 布 不均 及 單 一 採 樣 點 之 結 果 可 能 造 成 NMHC 排 放 量 推 估 之 誤 差 。綜 觀 本 研 究 利 用 繫 留 氣 球 推 估 NMHC 質 量 流 率 , 可 發 現 廢 氣 燃 燒 塔 NMHC 質 量 流率 並 不 穩 定 , 在 實 場 應 用 上 其 推 估 值 受 周 界 空 氣 稀 釋 效 應 、 採 樣 點 代 表 性 以 及 廢 氣 濃 度分 布 不 均 影 響 。濃 度 (ppm)1210864201450 NMHCprofile30 40 50 60 70 80高 度 (m)濃 度 (ppm)1534 NMHC profile108642040 50 60 70 80 90 100高 度 (m)濃 度 (ppm)1555 NMHC profile353025201510500 20 40 60 80 100 120高 度 (m)濃 度 (ppm)1618 NMHC profile654321030 40 50 60 70 80 90高 度 (m)1652 NMHC profile1715 NMHC profile濃 度 (ppm)3221100 20 40 60 80 100 120高 度 (m)濃 度 (ppm)654321040 50 60 70 80 90 100 110 120高 度 (m)1733 NMHC profile1755 NMHC profile濃 度 (ppm)8642040 50 60 70 80 90高 度 (m)濃 度 (ppm)654321030 40 50 60 70 80 90 100 110 120高 度 (m)圖 四 2007 年 07 月 13 日 NMHC 濃 度 分 布 圖24

1238 NMHC profile1353 NMHC profile44濃 度 (ppm)2濃 度 (ppm)2020 30 40 50 60 70 80020 25 30 35 40 45 50高 度 (m)高 度 (m)1428 NMHCprofile1511 NMHCprofile66濃 度 (ppm)42濃 度 (ppm)42020 30 40 50 60 70 80 90015 25 35 45 55 65高 度 (m)高 度 (m)圖 五 2007 年 11 月 06 日 NMHC 濃 度 分 布 圖25

表 十 五 2007 年 07 月 13 日 煙 流 觀 測 系 統 之 NMHC 質 量 流 率 (kg CH 4 /hr)觀 測 時 間 質 量 流 率 (kg CH4/hr)1450 1341534 90.81555 312.81618 71.71652 33.61715 132.71733 76.31755 97.8平 均 值 119表 十 六 2007 年 11 月 06 日 煙 流 觀 測 系 統 之 NMHC 質 量 流 率 (kg CH 4 /hr)觀 測 時 間 質 量 流 率 (kg CH 4 /hr)1238 22.41353 13.11428 38.61511 32.81618 37.21653 36.7平 均 值 30.12. 廢 氣 燃 燒 塔 出 口 廢 氣 成 分石 油 裂 解 過 程 主 要 是 石 油 中 之 汽 油 餾 份 經 高 溫 加 熱 裂 解 及 冷 卻 稀 釋 與 壓 縮 , 經 由 各種 不 同 分 離 塔 產 生 乙 烯 、 丙 烯 、 丁 二 烯 、 芳 香 烴 ( 苯 、 甲 苯 及 二 甲 苯 ) 等 產 物 。 汽 油 餾 份中 主 要 化 合 物 有 正 石 蠟 烴 、 分 枝 石 蠟 烴 、 環 烷 烴 ( 烷 基 環 戊 烷 、 烷 基 環 己 烷 ) 及 烷 基 苯 ,由 於 不 同 化 合 物 之 裂 解 會 產 生 不 同 產 物 , 如 正 石 蠟 烴 主 要 產 物 為 乙 烯 、 分 枝 石 蠟 烴 為 丙烯 、 環 烷 烴 為 丁 二 烯 , 而 二 氯 甲 烷 為 分 枝 石 蠟 烴 中 之 甲 烷 氯 化 後 之 副 產 物 。 本 實 驗 利 用GC-MS 分 析 儀 分 析 廢 氣 燃 燒 塔 進 流 口 與 煙 道 口 之 廢 氣 成 分 , 兩 次 採 樣 結 果 進 流 口 與 出 口各 成 分 及 濃 度 如 表 十 七 、 表 十 八 所 示 。 第 一 次 採 樣 入 口 廢 氣 濃 度 達 7.6% 主 要 成 分 為 石油 裂 解 後 之 氣 體 乙 烯 90.41%。 廢 氣 燃 燒 塔 出 口 為 一 矩 形 排 放 口 , 同 步 採 集 出 口 廢 氣 濃度 分 別 為 275ppmC 及 950ppmC, 主 要 成 分 為 乙 烯 、C 4 餾 份 以 及 C 5 餾 份 , 其 濃 度 及 廢 氣成 份 明 顯 差 異 。 第 二 次 採 樣 結 果 入 口 濃 度 4970ppmC, 兩 次 出 口 廢 氣 濃 度 為 49ppmC 與20ppmC, 其 濃 度 與 廢 氣 成 份 亦 有 明 顯 差 異 , 主 要 廢 氣 成 份 差 異 為 二 氯 甲 烷 所 佔 比 例 ,推 測 兩 者 應 是 有 不 同 的 入 口 廢 氣 成 份 導 致 二 氯 甲 烷 出 口 濃 度 較 高 之 結 果 , 因 此 不 同 進 流廢 氣 成 分 與 濃 度 會 影 響 廢 氣 燃 燒 塔 防 制 效 率 (Joseph et al. 1982), 然 而 廢 氣 燃 燒 後 濃 度 分布 不 均 及 單 一 採 樣 點 之 結 果 亦 會 造 成 NMHC 排 放 量 推 估 之 誤 差 。 最 後 比 較 第 一 次 採 樣 與第 二 次 採 樣 結 果 : 廢 氣 燃 燒 塔 出 口 成 份 主 要 以 乙 烯 、C 4 餾 份 ( 反 -2- 丁 烯 、 順 -2- 丁 烯 、1.3-丁 二 烯 ) 以 及 C 5 餾 份 ( 正 戊 烷 及 異 戊 烷 ) 為 主 , 而 第 二 次 採 樣 所 造 成 之 NMHC 非 正 常 性 排放 , 其 廢 氣 濃 度 與 成 分 雖 不 及 於 正 常 操 作 狀 態 下 , 但 所 造 成 的 NMHC 排 放 量 卻 是 不 可 忽26

略 的 , 因 此 未 來 為 加 強 排 放 資 料 掌 握 , 實 有 必 要 定 期 進 行 廢 氣 燃 燒 塔 廢 氣 成 分 採 樣 與 分析 查 核 , 以 期 使 有 效 使 用 廢 氣 燃 燒 塔 之 目 的 。表 十 七 廢 氣 燃 燒 塔 廢 氣 入 口 及 出 口 成 分 (2007/07/13)廢 氣 燃 燒 塔 出 口 廢 氣 燃 燒 塔 出 口 廢 氣 燃 燒 塔 入 口化 合 物 中 文 名 稱苯 1.36 4.28 4602甲 苯 0.35 1.05 1344乙 苯 0.00 0.03 39.20間 / 對 二 甲 苯 0.00 0.00 52.60鄰 二 甲 苯 0.00 0.00 20.40乙 烯 + 乙 炔 + 乙 烷 22.00 99.40 6900000丙 烯 4.26 19.80 16440丙 烷 3.03 10.20 3030異 丁 烷 1.15 3.20 24161- 丁 烯 25.36 86.80 74000正 丁 烷 18.72 64.40 54000反 -2- 丁 烯 39.72 119.60 107600順 -2- 丁 烯 26.68 89.20 76000異 戊 烷 43.60 148.00 1320001- 戊 烯 4.10 13.00 12350正 戊 烷 31.75 101.50 90500二 甲 基 1,3- 丁 二 烯 3.47 14.65 12600反 -2- 戊 烯 7.40 23.35 20550順 -2- 戊 烯 2.37 7.65 68502- 甲 基 戊 烷 1.16 2.97 03- 甲 基 戊 烷 0.50 2.12 0正 己 烷 1.12 3.92 3630環 己 烷 0.00 0.34 390.603- 甲 基 己 烷 0.00 0.15 126.60正 庚 烷 0.00 0.21 239.40甲 基 環 己 烷 0.00 0.13 177.10正 辛 烷 0.00 0.00 76.32苯 乙 烯 0.00 0.00 30.201,3- 丁 二 烯 36.60 134.80 112800二 氯 甲 烷 0.00 0.00 6.912- 丁 酮 0.21 0.21 0274.91 950.97 7631871.33單 位 :ppbC27

表 十 八 廢 氣 燃 燒 塔 廢 氣 入 口 及 出 口 廢 氣 成 分 (2007/11/06)地 面 燃 燒 塔 進 氣 口 地 面 燃 燒 塔 煙 道 口 (1) 地 面 燃 燒 塔 煙 道 口 (2)化 合 物 中 文 名 稱苯 31500 34.8甲 苯 79.1乙 烯 + 乙 炔 + 乙 烷 421875 6553 5783丙 烯 89063丙 烷 90750 3239 3211異 丁 烷 54250 924 9131- 丁 烯 121000 499 179反 -2- 丁 烯 287500 1024 988順 -2- 丁 烯 255000 799 753異 戊 烷 875000 2559 23951- 戊 烯 31250 41.00正 戊 烷 806250 2216 21082- 甲 基 1,3- 丁 二 烯 95625 104反 -2- 戊 烯 43125 62.5順 -2- 戊 烯 13750 21.02- 甲 基 戊 烷 70500 53.43- 甲 基 戊 烷 39375 38.4正 己 烷 82500 83.41,3- 丁 二 烯 1562500 3445 3323丙 酮二 氯 甲 烷 28210 14.02- 丁 酮 18.44970813 49468 20205單 位 :ppbC28

表 十 九 廢 氣 燃 燒 塔 入 口 廢 氣 比 較2007/7/13 2007/11/6苯 4602 31.5甲 苯 1344 0乙 苯 39.20 0間 / 對 二 甲 苯 52.60 0鄰 二 甲 苯 20.40 0乙 烯 + 乙 炔 + 乙 烷 6900000 421.875丙 烯 16440 89.0625丙 烷 3030 90.75異 丁 烷 2416 54.251- 丁 烯 74000 121正 丁 烷 54000 0反 -2- 丁 烯 107600 287.5順 -2- 丁 烯 76000 255異 戊 烷 132000 8751- 戊 烯 12350 31.25正 戊 烷 90500 806.252- 甲 基 1,3- 丁 二 烯 12600 95.625反 -2- 戊 烯 20550 43.125順 -2- 戊 烯 6850 13.752- 甲 基 戊 烷 0 70.53- 甲 基 戊 烷 0 39.375正 己 烷 3630 82.5環 己 烷 390.60 03- 甲 基 己 烷 126.60 0正 庚 烷 239.40 0甲 基 環 己 烷 177.10 0正 辛 烷 76.32 0苯 乙 烯 30.20 01,3- 丁 二 烯 112800 1562.5二 氯 甲 烷 6.91 02- 丁 酮 0 07631871.33 4970.8125單 位 :ppmC29

表 二 十 廢 氣 燃 燒 塔 出 口 廢 氣 比 較2007/7/13 2007/11/6苯 1.36 4.28 0 0.03甲 苯 0.35 1.05 0 0.08乙 苯 0 0.03 0 0間 / 對 二 甲 苯 0 0 0 0鄰 二 甲 苯 0 0 0 0乙 烯 + 乙 炔 + 乙 烷 22.00 99.40 6.55 5.78丙 烯 4.26 19.80 0 0丙 烷 3.03 10.20 3.24 3.21異 丁 烷 1.15 3.20 0.92 0.911- 丁 烯 25.36 86.80 0.50 0.18正 丁 烷 18.72 64.40 0 0反 -2- 丁 烯 39.72 119.60 1.02 0.99順 -2- 丁 烯 26.68 89.20 0.80 0.75異 戊 烷 43.60 148.00 2.56 2.401- 戊 烯 4.10 13.00 0 0.04正 戊 烷 31.75 101.50 2.22 2.112- 甲 基 1,3- 丁 二 烯 3.47 14.65 0 0.10反 -2- 戊 烯 7.40 23.35 0 0.06順 -2- 戊 烯 2.37 7.65 0 0.022- 甲 基 戊 烷 1.16 2.97 0 0.053- 甲 基 戊 烷 0.50 2.12 0 0.04正 己 烷 1.12 3.92 0 0.08環 己 烷 0 0.34 0 03- 甲 基 己 烷 0 0.15 0 0正 庚 烷 0 0.21 0 0甲 基 環 己 烷 0 0.13 0 0正 辛 烷 0 0 0 0苯 乙 烯 0 0 0 01,3- 丁 二 烯 36.60 134.80 3.45 3.32丙 酮 0 0二 氯 甲 烷 0 0 28.21 0.012- 丁 酮 0.21 0.21 0 0.02274.91 950.97 49.47 20.20單 位 :ppmC30

3. 廢 氣 燃 燒 塔 防 制 效 率經 由 估 算 地 面 燃 燒 塔 排 放 口 NMHC 質 量 流 率 m f 及 D 廠 提 供 入 口 質 量 流 率 m 0 為 8800kg/hr, 第 一 次 採 樣 廢 氣 燃 燒 塔 NMHC 防 制 效 率 如 表 二 十 一 所 示 , 其 廢 氣 燃 燒 塔 之 NMHC防 制 效 率 為 96.4% 至 99.6%, 平 均 值 是 98.65%, 而 由 檢 測 出 口 排 放 濃 度 及 風 量 , 其 防 制效 率 僅 為 95%, 造 成 原 因 應 是 繫 留 氣 球 採 樣 系 統 受 大 氣 稀 釋 效 應 影 響 較 量 測 廢 氣 燃 燒 塔出 口 大 ; 然 而 由 於 第 二 次 採 樣 D 廠 沒 有 入 口 質 量 流 率 紀 錄 , 因 此 根 據 Bourguignon et al.(1999) 估 算 燃 燒 效 率 如 表 二 十 二 ,NMHC 防 制 效 率 為 91% 至 97.6%, 平 均 值 是 95%, 碳轉 換 效 率 乃 假 設 廢 氣 燃 燒 塔 於 一 開 始 燃 燒 時 , 燃 燒 塔 溫 度 趨 近 於 周 界 溫 度 , 周 界 大 氣 之CO 2 、CO、HC 濃 度 皆 可 忽 略 以 及 假 設 燃 燒 廢 氣 中 沒 有 CO 2 氣 體 稀 釋 下 進 行 估 算 , 由 於 第二 次 沒 有 入 口 質 量 流 率 提 供 , 因 此 難 以 比 較 由 煙 流 觀 測 系 統 推 估 廢 氣 燃 燒 塔 防 制 效 率 與碳 轉 換 效 率 兩 者 方 法 之 比 較 。本 實 驗 利 用 繫 留 氣 球 觀 測 煙 流 系 統 量 測 NMHC 之 質 量 流 率 , 皆 可 與 由 檢 測 煙 道 口一 致 , 推 估 後 防 制 效 率 介 於 文 獻 值 範 圍 內 ( 表 二 十 三 ), 故 在 實 場 作 業 上 除 需 考 慮 現 場 空間 侷 限 及 風 速 及 當 日 氣 候 狀 況 外 , 其 為 適 合 應 用 於 實 場 觀 測 。經 由 本 實 驗 所 得 廢 氣 燃 燒 塔 排 放 係 數 結 果 為 0.0135 kg NMHC/kg flared gas, 廢 氣 燃燒 塔 NMHC 年 排 放 量 為 1042 噸 , 與 文 獻 之 0.0203 t VOC/t flared gas (Robinson, 1998)有 明 顯 差 異 , 因 此 於 不 同 環 境 下 其 排 放 係 數 因 地 制 宜 。 故 此 結 果 說 明 現 行 國 內 推 估 排 放量 所 引 用 之 美 國 AP-42 排 放 係 數 並 不 具 代 表 性 , 此 一 係 數 未 依 本 土 環 境 參 數 差 異 加 以 修正 而 造 成 引 用 上 之 誤 差 。表 二 十 一 2007 年 07 月 13 日 廢 氣 燃 燒 塔 防 制 效 率觀 測 時 間 η(%)1450 98.481534 98.971555 96.451618 99.191652 99.621715 98.491733 99.131755 98.89平 均 98.6531

表 二 十 二 2007 年 11 月 06 日 廢 氣 燃 燒 塔 防 制 效 率 ( 碳 轉 換 效 率 )觀 測 時 間η(%)1557 97.61618 90.81636 96.31653 94.7平 均 94.8表 二 十 三 廢 氣 燃 燒 塔 防 制 效 率 本 研 究 與 文 獻 之 比 較防 制 效 率 (%)煙 流 推 估 98.65廢 氣 燃 燒 塔 煙 道 口 95Palmer(1981) >97.8Lee et al(1981) 96-100Siegel(1980) 97->99七 、 結 論 及 建 議結 論1. 鍋 爐 之 NMHC 防 制 效 率 為 98.8%~99.4%, 故 為 可 推 廣 之 NMHC 防 制 方 法 之 一 。2. 利 用 繫 留 氣 球 推 估 NMHC 排 放 量 , 其 影 響 因 素 主 要 為 : 外 界 大 氣 稀 釋 作 用 以 及 採樣 點 準 確 性 。3. 以 繫 流 氣 球 結 合 無 線 量 測 儀 可 即 時 監 測 廢 氣 燃 燒 塔 之 煙 流 位 置 與 範 圍 。4. 不 同 之 進 流 廢 氣 成 份 與 濃 度 會 影 響 廢 氣 燃 燒 塔 防 制 效 率 。5. 地 面 燃 燒 塔 在 15% 設 計 容 量 時 之 防 制 效 率 為 96.4~99.6%, 平 均 值 是 98.65%, 低於 設 計 之 防 制 效 率 98%。6. 鍋 爐 與 廢 氣 燃 燒 塔 之 排 放 係 數 分 別 為 0.012 kg NMHC/kg gas 與 0.0135 kgNMHC/kg flared gas。建 議1. 重 油 鍋 爐 之 NMHC 排 放 濃 度 為 8~10ppmC, 因 而 其 排 放 量 應 納 入 分 析 。2. 廢 氣 燃 燒 塔 之 NMHC 防 制 效 率 低 於 設 計 值 , 造 成 NMHC 排 放 量 之 低 估 , 故 應 檢 測高 處 理 流 量 時 之 防 制 效 率 。3. 為 避 免 廢 氣 燃 燒 塔 幽 靈 排 放 量 , 未 來 實 有 必 要 針 對 各 廢 氣 燃 燒 塔 之 流 量 計 進 行 比 對32

校 正 其 準 確 性 或 要 求 更 新 , 以 避 免 VOCs 排 放 量 低 估 。4. 由 於 廢 氣 燃 燒 塔 NMHC 之 防 治 效 率 與 排 放 量 因 處 理 量 變 化 甚 大 而 變 動 , 因 此 未 來除 緊 急 排 放 外 , 針 對 廢 氣 燃 燒 塔 燃 燒 處 理 量 須 擬 定 法 規 標 準 , 以 達 廢 氣 燃 燒 塔 之 設計 防 制 效 率 。5. 由 於 廢 氣 燃 燒 塔 廢 氣 成 分 與 濃 度 會 影 響 其 防 制 效 率 , 因 此 藉 由 紀 錄 、 採 樣 與 分 析 及資 料 查 核 , 以 精 確 掌 握 各 廢 氣 燃 燒 塔 排 放 量 。八 、 後 續 方 向目 前 綜 觀 多 數 研 究 均 指 出 廢 氣 燃 燒 塔 燃 燒 效 率 可 達 98%, 然 而 美 國 南 加 州 管 理 裡(SCAQMD) 2003 年 將 廢 氣 燃 燒 塔 列 入 管 制 , 其 VOCs 年 排 放 量 由 2001 年 456 噸 至 2004年 降 為 70 噸 , 藉 由 建 立 製 程 改 善 、 操 作 維 護 程 序 及 預 防 措 施 政 策 , 以 降 低 緊 急 事 件 時之 排 放 , 達 到 揮 發 性 有 機 氣 體 之 有 效 減 量 。 因 此 國 內 勢 必 有 須 要 進 行 廢 氣 燃 燒 塔 燃 燒 廢氣 燃 燒 排 放 資 料 掌 握 , 以 及 進 行 調 查 國 內 各 廢 氣 燃 燒 塔 設 備 資 料 , 藉 由 硬 體 設 備 修 改 與燃 燒 處 理 量 限 制 來 掌 握 廢 氣 燃 燒 塔 之 VOCs 排 放 量 。此 外 , 由 於 目 前 鍋 爐 採 樣 選 定 以 石 化 煉 製 業 為 主 , 在 國 內 , 石 化 產 業 、 半 導 體 產業 以 及 表 面 塗 裝 業 之 揮 發 性 有 機 物 逸 散 皆 為 主 要 固 定 污 染 源 , 因 此 持 續 進 行 各 種 不 同 業別 之 逸 散 性 污 染 物 排 放 量 調 查 推 估 外 , 以 精 確 建 立 國 內 之 揮 發 性 有 機 物 排 放 量 資 料 庫 。至 於 廢 氣 燃 燒 塔 方 面 , 則 進 行 檢 測 高 架 廢 氣 燃 燒 塔 。33

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