CN102949913A - 二氧化碳捕捉装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种二氧化碳捕捉装置及方法，其装置，包括：一吸脱附单元，内部具有用以吸附二氧化碳的吸附材，外部连结一待处理气流输入管、一冲洗气流输入管、一脱附蒸汽输入管、一已处理气流输出管、一冲洗后气流输出管与一脱附后蒸汽输出管；一冲洗气流供给单元，供给冲洗气流至该吸脱附单元；一脱附蒸汽供给源，连结于该脱附蒸汽输入管；其方法，包括：一吸附步骤，利用吸附材对待处理气流中的二氧化碳进行吸附作用；一冲洗纯化步骤，借由冲洗气流对被吸附材所吸附的二氧化碳进行冲洗，进而提升所吸附二氧化碳的纯度；一脱附步骤，借由脱附气流对被吸附材所吸附且纯化后的二氧化碳进行脱附作用。本发明具有提升二氧化碳捕捉纯度的功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化碳捕捉装置及方法，尤指一种利用脱附蒸汽将二氧化碳自吸附材脱附出来之前，借由供给蒸汽或是二氧化碳的冲洗气流将二氧化碳与蒸汽以外的物质自吸附材冲洗出来，而对吸附材进行二氧化碳纯化作用的设计。
背景技术
随着温室效应日渐显著，京都议定书也正式生效，同时二氧化碳捕获及封存技术(Carbon dioxide Capture and Storage，简称CCS)也于2005年被联合国的IPCC组织评估为可行方式之一，相关文献与专利不胜枚举，包括最普遍被探讨的湿式吸收MEA法、干式吸附法、薄膜法等。
再次，如图1所示，申请人发展出种可有效捕捉二氧化碳的技术，其利用吸脱附单元10内含的吸附材于低温(＜80℃)对由待处理气流输入管11输入的待处理气流连续性吸附二氧化碳，而由已处理气流输出管14输出已处理气流，再由脱附蒸汽供给源20经由脱附蒸汽输入管13提供蒸气，用以将被吸附材所吸附的二氧化碳浓缩脱附且自脱附后蒸汽输出管16输出；然而，由于所脱附出来的二氧化碳浓度虽可达80％左右，但因要进行后续封存程序的二氧化碳纯度非常重要，若是含有水蒸汽、含硫气体或化学物质，则加压时必须耗费更多的能源，且化学物质也会造成输送管线或储存槽的腐蚀或阻塞，久而久之便无法保证封存的安全性与持久性。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种二氧化碳捕捉装置及方法，其具有提升二氧化碳捕捉纯度的功效。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种二氧化碳捕捉装置的结构特征，包括有：一吸脱附单元，内部具有用以吸附二氧化碳的吸附材，外部连结一待处理气流输入管、一冲洗气流输入管、一脱附蒸汽输入管、一已处理气流输出管、一冲洗后气流输出管与一脱附后蒸汽输出管；一冲洗气流供给单元，供给冲洗气流至该吸脱附单元；以及一脱附蒸汽供给源，连结于该脱附蒸汽输入管；借此，利用该吸附材对输入该吸脱附单元的待处理气流进行二氧化碳的吸附作用，并先借供给冲洗气流对该吸附材进行二氧化碳的纯化作用，且再由供给脱附蒸汽对该吸附材进行二氧化碳的脱附作用。
再者，该冲洗气流供给单元令该冲洗气流输入管连结于一冲洗气流供给源，而该冲洗气流供给源供给蒸汽或是二氧化碳。又，该冲洗气流供给单元令该冲洗气流输入管叉接于该脱附后蒸汽输出管。另，该冲洗气流供给单元令该冲洗后气流输出管设置一抽气泵。
其一，该吸脱附单元为转环式吸脱附器或是转轮式吸脱附器，且依循其旋转方向区隔出吸附区、冲洗区及脱附区，并令该待处理气流输入管与该已处理气流输出管相对连结于该吸附区两侧，该冲洗气流输入管与该冲洗后气流输出管相对连结于该冲洗区两侧，该脱附蒸汽输入管与该脱附后蒸汽输出管相对连结于该脱附区两侧，进而随着该转环式吸脱附器或是该转轮式吸脱附器的旋转让吸附材连续循环进行吸附、纯化及脱附作用。
其二，该吸脱附单元为固定床式吸脱附器，并令该待处理气流输入管与该已处理气流输出管、该冲洗气流输入管与该冲洗后气流输出管以及该脱附蒸汽输入管与该脱附后蒸汽输出管相对连结于该固定床式吸脱附器的下侧与上侧，进而随着待处理气流、冲洗气流及脱附蒸汽的接续循环输入让吸附材接续循环进行吸附、纯化及脱附作用。
其三，该吸脱附单元为流体化床吸脱附器，而该流体化床吸脱附器为吸附床、脱附床以及将吸附材于吸附床与脱附床之间循环输送的输送管线的组合，并令该待处理气流输入管与该已处理气流输出管相对连结于该吸附床的下侧与上侧，该冲洗气流输入管与该冲洗后气流输出管以及该脱附蒸汽输入管与该脱附后蒸汽输出管相对连结于该脱附床的下侧与上侧，进而于该吸附床让吸附材对待处理气流连续进行吸附作用，且于该脱附床随着冲洗气流及脱附蒸汽的接续循环输入让吸附材接续循环进行纯化及脱附作用。
此外，该脱附后蒸汽输出管进一步设置一冷凝器，令脱附后蒸汽中的蒸汽冷凝，进而分离出二氧化碳。又，该待处理气流输入管进一步设置一调湿器，以调整待处理废气的湿度，进而提升该吸附材的吸附能力。另，进一步令该冲洗后气流输出管叉接至该待处理气流进气管，而该冲洗气流使用的气体为蒸汽或是二氧化碳。再者，该吸附材为活性碳、X型沸石、Y型沸石、MCM-41型沸石、纳米碳管或是其组合。
然而，本发明的二氧化碳捕捉方法，包括有：一吸附步骤，利用吸附材对待处理气流中的二氧化碳进行吸附作用；一冲洗纯化步骤，借由冲洗气流对被吸附材所吸附的二氧化碳进行冲洗，进而提升所吸附二氧化碳的纯度；以及一脱附步骤，借由脱附气流对被吸附材所吸附且纯化后的二氧化碳进行脱附作用。
再者，冲洗气流为蒸汽或二氧化碳；另者，该冲洗纯化步骤以负压抽气的方式进行冲洗。
接着，进一步增设一冷凝步骤，于脱附步骤后对脱附后蒸汽中的蒸汽进行冷凝作用，进而分离出二氧化碳。又，进一步增设一调湿步骤，于吸附步骤前对待处理气流进行调湿作用，进而提升吸附材的吸附能力或/及降低运转成本。
本发明的有益效果是，具有提升二氧化碳捕捉纯度的功效。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是利用吸附材捕捉二氧化碳的结构示意图。
图2A、图2B、图2C是本发明第一实施例的结构示意图。
图3A、图3B、图3C是本发明第二实施例的结构示意图。
图4A、图4B、图4C是本发明第三实施例的结构示意图。
图5A、图5B、图5C是本发明第四实施例的结构示意图。
图中标号说明：
10吸脱附单元 14已处理气流输出管
10a转环式吸脱附器 15冲洗后气流输出管
10b转轮式吸脱附器 16脱附后蒸汽输出管
10c固定床式吸脱附器 17a、17b吸附区
10d流体化床吸脱附器 18a、18b冲洗区
101吸附床 19a、19b脱附区
102脱附床 20脱附蒸汽供给源
103输送管线 30冲洗气流供给源
11待处理气流输入管 40冷凝器
12冲洗气流输入管 50调湿器
13脱附蒸汽输入管 60抽气泵
具体实施方式
首先，请参阅图2A、图2B、图2C所示，本发明第一实施例包括有：
一转环式吸脱附器10a，内部具有用以吸附二氧化碳的吸附材，外部连结一待处理气流输入管11、一冲洗气流输入管12、一脱附蒸汽输入管13、一已处理气流输出管14、一冲洗后气流输出管15与一脱附后蒸汽输出管16，且依循其旋转方向区隔出吸附区17a、冲洗区18a及脱附区19a，并令该待处理气流输入管11与该已处理气流输出管14相对连结于该吸附区17a两侧，该冲洗气流输入管12与该冲洗后气流输出管15相对连结于该冲洗区18a两侧，该脱附蒸汽输入管13与该脱附后蒸汽输出管16相对连结于该脱附区19a两侧；
该冲洗气流输入管12连结于一冲洗气流供给源30(如图2A所示)，而由该冲洗气流供给源30供给冲洗气流，该冲洗气流供给源30供给蒸汽或是二氧化碳；或令该冲洗气流输入管12叉接于该脱附后蒸汽输出管16(如图2B所示)，而以脱附后蒸汽做为冲洗气流；或令该冲洗后气流输出管15设置一抽气泵60，而以负压抽气的方式产生冲洗气流(如图2C所示)；以供给冲洗气流将二氧化碳与蒸汽以外的物质自该吸附材冲洗出来；
一脱附蒸汽供给源20，连结于该脱附蒸汽输入管13，而供给脱附蒸汽将二氧化碳自该吸附材脱附出来；
借此，利用该吸附材对输入该转环式吸脱附器10a的待处理气流进行二氧化碳的吸附作用，并先借供给冲洗气流对该吸附材进行二氧化碳的纯化作用，且再由供给脱附蒸汽对该吸附材进行二氧化碳的脱附作用，而让吸附材随着该转环式吸脱附器10a的旋转而连续循环进行吸附、纯化及脱附作用。
接着，请参阅图3A、图3B、图3C所示，本发明第二实施例包括有：
一转轮式吸脱附器10b，内部具有用以吸附二氧化碳的吸附材，外部连结一待处理气流输入管11、一冲洗气流输入管12、一脱附蒸汽输入管13、一已处理气流输出管14、一冲洗后气流输出管15与一脱附后蒸汽输出管16，且依循其旋转方向区隔出吸附区17b、冲洗区18b及脱附区19b，并令该待处理气流输入管11与该已处理气流输出管14相对连结于该吸附区17b两侧，该冲洗气流输入管12与该冲洗后气流输出管15相对连结于该冲洗区18b两侧，该脱附蒸汽输入管13与该脱附后蒸汽输出管16相对连结于该脱附区19b两侧；
该冲洗气流输入管12连结于一冲洗气流供给源30(如图3A所示)，而由该冲洗气流供给源30供给冲洗气流，该冲洗气流供给源30供给蒸汽或是二氧化碳；或令该冲洗气流输入管12叉接于该脱附后蒸汽输出管16(如图3B所示)，而以脱附后蒸汽做为冲洗气流；或令该冲洗后气流输出管15设置一抽气泵60，而以负压抽气的方式产生冲洗气流(如图3C所示)；以供给冲洗气流将二氧化碳与蒸汽以外的物质自该吸附材冲洗出来；
一脱附蒸汽供给源20，连结于该脱附蒸汽输入管13，而供给脱附蒸汽将二氧化碳自该吸附材脱附出来；
借此，利用该吸附材对输入该转轮式吸脱附器10b的待处理气流进行二氧化碳的吸附作用，并先借供给冲洗气流对该吸附材进行二氧化碳的纯化作用，且再由供给脱附蒸汽对该吸附材进行二氧化碳的脱附作用，而让吸附材随着该转轮式吸脱附器10b的旋转而连续循环进行吸附、纯化及脱附作用。
再者，请参阅图4A、图4B、图4C所示，本发明第三实施例包括有：
一固定床式吸脱附器10c，内部具有用以吸附二氧化碳的吸附材，外部的下侧与上侧相对连结一待处理气流输入管11与一已处理气流输出管14、一冲洗气流输入管12与一冲洗后气流输出管15以及一脱附蒸汽输入管13与一脱附后蒸汽输出管16；
该冲洗气流输入管12连结于一冲洗气流供给源30(如图4A所示)，而由该冲洗气流供给源30供给冲洗气流，该冲洗气流供给源30供给蒸汽或是二氧化碳；或令该冲洗气流输入管12叉接于该脱附后蒸汽输出管16(如图4B所示)，而以脱附后蒸汽做为冲洗气流；或令该冲洗后气流输出管15设置一抽气泵60，而以负压抽气的方式产生冲洗气流(如图4C所示)；以供给冲洗气流将二氧化碳与蒸汽以外的物质自该吸附材冲洗出来；
一脱附蒸汽供给源20，连结于该脱附蒸汽输入管13，而供给脱附蒸汽将二氧化碳自该吸附材脱附出来；
借此，利用该吸附材对输入该固定床式吸脱附器10c的待处理气流进行二氧化碳的吸附作用，并先借供给冲洗气流对该吸附材进行二氧化碳的纯化作用，且再由供给脱附蒸汽对该吸附材进行二氧化碳的脱附作用，而随着待处理气流、冲洗气流及脱附蒸汽的接续循环输入该固定床式吸脱附器10c，让吸附材接续循环进行吸附、纯化及脱附作用。
另者，请参阅图5A、图5B、图5C所示，本发明第四实施例包括有：
一流体化床吸脱附器10d，内部具有用以吸附二氧化碳的吸附材，而为吸附床101、脱附床102以及将吸附材于吸附床101与脱附床102之间循环输送的输送管线103的组合，该吸附床101外部的下侧与上侧相对连结一待处理气流输入管11与一已处理气流输出管14，该脱附床102外部的下侧与上侧相对连结一冲洗气流输入管12与一冲洗后气流输出管15以及一脱附蒸汽输入管13与一脱附后蒸汽输出管16；
该冲洗气流输入管12连结于一冲洗气流供给源30(如图5A所示)，而由该冲洗气流供给源30供给冲洗气流，该冲洗气流供给源30供给蒸汽或是二氧化碳；或令该冲洗气流输入管12叉接于该脱附后蒸汽输出管16(如图5B所示)，而以脱附后蒸汽做为冲洗气流；或令该冲洗后气流输出管15设置一抽气泵60，而以负压抽气的方式产生冲洗气流(如图5C所示)；以供给冲洗气流将二氧化碳与蒸汽以外的物质自该吸附材冲洗出来；
一脱附蒸汽供给源20，连结于该脱附蒸汽输入管13，而供给脱附蒸汽将二氧化碳自该吸附材脱附出来；
借此，利用输送至该吸附床101的吸附材对输入该吸附床101的待处理气流进行二氧化碳的吸附作用，并先借供给冲洗气流对输送至该脱附床102的吸附材进行二氧化碳的纯化作用，且再由供给脱附蒸汽对该脱附床102内部的吸附材进行二氧化碳的脱附作用，进而于该吸附床101让吸附材对待处理气流连续进行吸附作用，且于该脱附床102随着冲洗气流及脱附蒸汽的接续循环输入让吸附材接续循环进行纯化及脱附作用。
此外，上述各实施例皆可再于该脱附后蒸汽输出管16进一步设置一冷凝器40，令脱附后蒸汽中的蒸汽冷凝，进而分离出二氧化碳；另，皆可再于该待处理气流输入管11进一步设置一调湿器50，以调整待处理废气的湿度，进而提升该吸附材的吸附能力；又，皆可再进一步令该冲洗后气流输出管15叉接至该待处理气流进气管11，而该冲洗气流使用的气体为蒸汽或是二氧化碳；再者，该吸附材为活性碳、X型沸石、Y型沸石、MCM-41型沸石、纳米碳管或是其组合。
根据上述结构，本发明的二氧化碳捕捉装置包括有：一吸脱附单元(转环式吸脱附器10a、转轮式吸脱附器10b、固定床式吸脱附器10c或流体化床吸脱附器10d)内部具有用以吸附二氧化碳的吸附材，外部则连结有一待处理气流输入管11、一冲洗气流输入管12、一脱附蒸汽输入管13、一已处理气流输出管14、一冲洗后气流输出管15与一脱附后蒸汽输出管16；一冲洗气流供给源30，连结于该冲洗气流输入管12；以及一脱附蒸汽供给源20，连结于该脱附蒸汽输入管13；借此，利用该吸附材对输入该吸脱附单元(转环式吸脱附器10a、转轮式吸脱附器10b、固定床式吸脱附器10c或流体化床吸脱附器10d)的待处理气流进行二氧化碳的吸附作用，并先借供给冲洗气流对该吸附材进行二氧化碳的纯化作用，且再由供给脱附蒸汽对该吸附材进行二氧化碳的脱附作用。
于是，本发明于利用脱附蒸汽将二氧化碳自吸附材脱附出来之前，借由供给蒸汽或是二氧化碳的冲洗气流将二氧化碳与蒸汽以外的物质自吸附材冲洗出来，而对吸附材进行二氧化碳纯化作用；是以，具有提升二氧化碳捕捉纯度的功效。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
综上所述，本发明在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关发明专利要件的规定，故依法提起申请。
Claims (16)
1.一种二氧化碳捕捉装置，其特征在于，包括：
一吸脱附单元，内部具有用以吸附二氧化碳的吸附材，外部连结一待处理气流输入管、一冲洗气流输入管、一脱附蒸汽输入管、一已处理气流输出管、一冲洗后气流输出管与一脱附后蒸汽输出管；
一冲洗气流供给单元，供给冲洗气流至该吸脱附单元；
一脱附蒸汽供给源，连结于该脱附蒸汽输入管；
借此，利用该吸附材对输入该吸脱附单元的待处理气流进行二氧化碳的吸附作用，并先借供给冲洗气流对该吸附材进行二氧化碳的纯化作用，且再由供给脱附蒸汽对该吸附材进行二氧化碳的脱附作用。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕捉装置，其特征在于，所述冲洗气流供给单元令该冲洗气流输入管连结于一冲洗气流供给源，而该冲洗气流供给源供给蒸汽或是二氧化碳。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳捕捉装置，其特征在于，所述冲洗气流供给单元令该冲洗气流输入管叉接于该脱附后蒸汽输出管。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳捕捉装置，其特征在于，所述冲洗气流供给单元令该冲洗后气流输出管设置一抽气泵。
5.根据权利要求1至4任一项所述的二氧化碳捕捉装置，其特征在于，所述脱附后蒸汽输出管进一步设置一冷凝器，令脱附后蒸汽中的蒸汽冷凝，进而分离出二氧化碳。
6.根据权利要求5所述的二氧化碳捕捉装置，其特征在于，所述待处理气流输入管进一步设置一调湿器，以调整待处理废气的湿度，进而提升该吸附材的吸附能力。
7.根据权利要求6所述的二氧化碳捕捉装置，其特征在于，进一步令该冲洗后气流输出管叉接至该待处理气流进气管。
8.根据权利要求7所述的二氧化碳捕捉装置，其特征在于，所述吸附材为活性碳、X型沸石、Y型沸石、MCM-41型沸石、纳米碳管或是其组合。
9.根据权利要求8所述的二氧化碳捕捉装置，其特征在于，所述吸脱附单元为转环式吸脱附器或是转轮式吸脱附器，且依循其旋转方向区隔出吸附区、冲洗区及脱附区，并令该待处理气流输入管与该已处理气流输出管相对连结于该吸附区两侧，该冲洗气流输入管与该冲洗后气流输出管相对连结于该冲洗区两侧，该脱附蒸汽输入管与该脱附后蒸汽输出管相对连结于该脱附区两侧，进而随着该转环式吸脱附器或是该转轮式吸脱附器的旋转让吸附材连续循环进行吸附、纯化及脱附作用。
10.根据权利要求8所述的二氧化碳捕捉装置，其特征在于，所述吸脱附单元为固定床式吸脱附器，并令该待处理气流输入管与该已处理气流输出管、该冲洗气流输入管与该冲洗后气流输出管以及该脱附蒸汽输入管与该脱附后蒸汽输出管相对连结于该固定床式吸脱附器的下侧与上侧，进而随着待处理气流、冲洗气流及脱附蒸汽的接续循环输入让吸附材接续循环进行吸附、纯化及脱附作用。
11.根据权利要求8所述的二氧化碳捕捉装置，其特征在于，所述吸脱附单元为流体化床吸脱附器，而该流体化床吸脱附器为吸附床、脱附床以及将吸附材于吸附床与脱附床之间循环输送的输送管线的组合，并令该待处理气流输入管与该已处理气流输出管相对连结于该吸附床的下侧与上侧，该冲洗气流输入管与该冲洗后气流输出管以及该脱附蒸汽输入管与该脱附后蒸汽输出管相对连结于该脱附床的下侧与上侧，进而于该吸附床让吸附材对待处理气流连续进行吸附作用，且于该脱附床随着冲洗气流及脱附蒸汽的接续循环输入让吸附材接续循环进行纯化及脱附作用。
12.一种二氧化碳捕捉方法，其特征在于，包括：
一吸附步骤，利用吸附材对待处理气流中的二氧化碳进行吸附作用；
一冲洗纯化步骤，借由冲洗气流对被吸附材所吸附的二氧化碳进行冲洗，进而提升所吸附二氧化碳的纯度；
一脱附步骤，借由脱附气流对被吸附材所吸附且纯化后的二氧化碳进行脱附作用。
13.根据权利要求12所述的二氧化碳捕捉方法，其特征在于，进一步增设一冷凝步骤，于脱附步骤后对脱附后蒸汽中的蒸汽进行冷凝作用，进而分离出二氧化碳。
14.根据权利要求12或13所述的二氧化碳捕捉方法，其特征在于，进一步增设一调湿步骤，于吸附步骤前对待处理气流进行调湿作用，进而提升吸附材的吸附能力或/及降低运转成本。
15.根据权利要求14所述的二氧化碳捕捉方法，其特征在于，所述冲洗气流为蒸汽或二氧化碳。
16.根据权利要求15所述的二氧化碳捕捉方法，其特征在于，所述冲洗纯化步骤以负压抽气的方式进行冲洗。
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