CN103143256A - 再利用co2捕获系统的失活吸收剂及封存co2的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种再利用CO2捕获系统的失活吸收剂的方法，包括以下步骤：提供失活吸收剂，其中失活吸收剂来自于CO2捕获系统；以及将失活吸收剂、CO2与水送至一第一反应槽中，以得到碳酸盐。本发明亦提供一种封存CO2的方法，包括以下步骤：将CO2导入一水槽中，以得到碳酸水溶液；以及将碳酸水溶液与失活吸收剂导入第二反应槽，以达到封存CO2的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种再利用失活吸收剂及封存CO2的方法，且特别是涉及一种再利用CO2捕获系统的失活吸收剂及封存CO2的方法。
背景技术
为了减缓全球暖化的速度以维护人类的生存环境，世界各国致力于降低CO2的排放量，为此，提出一种CO2捕获系统。
现有的CO2捕获系统利用一吸收剂(例如氧化钙)在适当的温度下吸收CO2，当吸收剂使用一段时间后，可利用煅烧方式将其再生。然而，氧化钙经过多次煅烧后，氧化钙表面被碳酸钙所包覆，并无法再通过煅烧方式而再生，只好将失活的吸收剂排放，以维持系统捕获CO2的效率。
此外，CO2捕获系统会排放出高浓度的二氧化碳，高浓度的CO2必须透过特定的方式进行封存(storage)，以减少CO2排放量。目前的CO2封存方法包括地质封存(geologic sequestration)、矿化封存(mineral carbonation)或海洋封存(ocean storage)，然而，上述方法操作成本高且可能对生态造成不利的影响。
因此，本发明提供一种再利用CO2捕获系统的失活吸收剂及封存CO2的方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种再利用CO2捕获系统的失活吸收剂的方法，包括以下步骤：提供一失活吸收剂，其中该失活吸收剂来自于一CO2捕获系统；以及将该失活吸收剂、CO2与水送至一第一反应槽中，以得到一碳酸盐。
本发明还提供一种封存CO2的方法，包括以下步骤：将一CO2导入一水槽中，以得到一碳酸水溶液；以及将该碳酸水溶液与一失活吸收剂导入一第二反应槽，以达到封存CO2的效果。
附图说明
图1为一示意图，说明本发明CO2捕获系统的失活吸收剂再利用的装置。
图2为一示意图，说明本发明封存CO2的装置。
图3为一示意图，说明串联CO2捕获系统的失活吸收剂再利用的装置与封存CO2的装置。
为了使本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图作详细说明。
实施方式
参见图1，本发明提供一种再利用CO2捕获系统的失活吸收剂的装置100，此装置100包括CO2捕获系统120、注水管130、CO2供应器140、第一反应槽150，其中CO2捕获系统120提供失活吸收剂122，注水管130提供水132，而CO2供应器140提供CO2，因此，第一反应槽150中会存在失活吸收剂122、水132与CO2142。
上述失活吸收剂122包括金属氧化物与碳酸金属化合物，且金属氧化物与碳酸金属化合物的比例约为(70％-50％)∶(30％-50％)。
金属氧化物包括氧化钙(CaO)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氧化锰(MnO2)、氧化镍(NiO)或氧化铅(PbO)，而碳酸金属化合物包括碳酸钙(CaCO3)、碳酸锌(ZnCO3)、碳酸镁(MgCO3)、碳酸锰(Mn(CO3)2)、碳酸镍(NiCO3)或碳酸铅(PbCO3)。
上述CO2142来自CO2捕获系统所捕获的CO2，或者来自CO2捕获系统中的一烟道气中尚未被捕获的CO2。
当失活吸收剂122与水132、CO2142进行反应时，会得到碳酸金属化合物，此产物可以再度回收作为吸收剂，或者可应用于相关行业，例如水泥业或造纸业。
于一实施例中，失活吸收剂的组成为40％碳酸钙与60％氧化钙，当水与失活吸收剂反应时，会得到碳酸氢钙(Ca(OH)2)水溶液(如反应式(1))，再通入CO2，会得到碳酸钙(CaCO3)沉淀(如反应式(2))，反应式(1)、(2)如下：
CaO+CaCO3+H2O→Ca(OH)2-----(1)
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O----(2)
反应式(2)所得到的碳酸钙的沉降体积(2.4-2.8ml/g)大于原本碳酸钙(1.1-1.4ml/g)(或称“重质碳酸钙”)的沉降体积，因此，又可称为“轻质碳酸钙”。
此外，本发明提供一种再利用CO2捕获系统的失活吸收剂的方法，包括以下步骤，首先提供失活吸收剂，其中失活吸收剂来自于CO2捕获系统。之后，将失活吸收剂、水、CO2通入第一反应槽中，以得到碳酸金属化合物。
需注意的是，通过本发明所提供的装置与方法，可再利用失活吸收剂，提高失活吸收剂的利用价值，且以另一角度来看，此方法亦会消耗CO2，亦可称为封存CO2的方法。
再者，本发明另提供一种封存CO2的装置200，参见图2，图2中标号与图1相同，代表相同组件。封存CO2的装置200包括CO2捕获系统120、水槽210与第二反应槽220，其中CO2捕获系统120提供CO2124溶解于水槽210中，以得到碳酸水溶液212，之后，CO2捕获系统120所提供失活吸收剂122与碳酸水溶液212于第二反应槽220中进行反应，反应后会得到低浓度的CO2222与混合溶液224，其中混合溶液224包括金属离子、含碳离子与含碳矿物。
上述失活吸收剂122的种类同上所述，在此不再赘述。
上述CO2124来自CO2捕获系统120所捕获的CO2，或者来自CO2捕获系统120中的一烟道气中尚未被捕获的CO2。此外，上述CO2124来自其它CO2来源。
本发明提供的封存CO2的方法包括以下步骤，先将CO2124导入水槽210中，以得到碳酸水溶液212，之后再将碳酸水溶液212与失活吸收剂122导入第二反应槽220中进行反应，以达到封存CO2的效果。
当CO2溶解于水中时，会进行下述化学式(3)-(5)的反应：
当碳酸水溶液212与失活吸收剂122混合时，会发生CO2溶解封存反应(化学式(6)-(8))与CO2矿化封存反应(化学式(9)-(10))，具体反应式如下：
CO2溶解封存反应：
CO2矿化封存反应：
其中M+a为金属阳离子，当失活吸收剂包括氧化钙与碳酸钙时，M+a主要为Ca2+，以及其它微量阳离子，例如Mg2+、Fe2+、Fe3+等。Z-b为系统中除了CO3 2-以外的阴离子，例如HCO3 -、8O4 2-、Cl-等。
于一实施例中，当失活吸收剂包括氧化钙与碳酸钙时(氧化钙与水反应会形成氢氧化钙)，溶解封存反应会得到钙离子(Ca2+)与碳酸氢根离子(HCO3 -)，而矿化封存反应会得到碳酸钙(CaCO3)。
此外，经过实验模拟结果，相较于现有使用单纯的碳酸钙封存CO2，本发明使用失活的吸收剂封存CO2的方法可达到较佳的封存效果，具体实验结果请参见实施例。
另外，参见图3，此图显示CO2捕获系统的失活吸收剂再利用的装置100与封存CO2的装置200两者串联的装置300。图3中标号与图1-2相同，代表相同组件，在此不再赘述。
串联装置300先通过第一反应槽150进行反应得到一混合物154，混合物154包括未反应的失活吸收剂或碳酸金属化合物。之后，再将混合物154、水132与CO2124送至第二反应槽220，进行CO2封存反应，反应后会得到低浓度的CO2222与混合溶液224，其中混合溶液224包括金属离子、含碳离子与含碳矿物。
综上所述，本发明提供用于再利用CO2捕获系统的失活吸收剂的方法，此方法能够使失活吸收剂得以再利用，提高失活吸收剂的利用价值。此外，本发明亦提供封存CO2的方法，此方法能够将高浓度的CO2转变成含碳离子溶液与低浓度的CO2，以达到封存效果。
实施例
比较例1-4
比较例1与25℃1Kg纯水进行反应；比较例2与25℃1Kg海水进行反应；比较例3与50℃1Kg纯水下进行反应；比较例4与50℃1Kg海水进行反应。比较例1-4皆与0.2摩尔的碳酸钙进行反应，反应结果参见表1。
表1
CTsys代表系统平衡时液相与固相的CO2总含量，Ini代表初始加入的CaCO3，因此，系统平衡时CO2总封存量应为CTsys-Ini CaCO3。
由表1中比较例1-4可得知，单纯的碳酸钙、CO2与水进行反应时，主要以溶解封存，没有额外的矿化封存，且CO2总封存量差不多。
实施例1-4
实施例1与25℃1Kg纯水进行反应；实施例2与25℃1Kg海水进行反应；实施例3与50℃1Kg纯水进行反应；实施例4与25℃1Kg纯水进行反应。实施例1-4皆与0.2摩尔的碳酸钙、0.2摩尔的氧化钙与0.1摩尔的氢氧化钙进行反应，反应结果请参见表2。
表2
系统平衡时CO2总矿化封存量为CTsys-IniCaCO3-CTaq，当数值大于0时，表示有CaCO3沉淀；当数值小于0时，表示没有额外的矿化封存。
此外，由表1可得知单纯的碳酸钙、CO2与水进行反应时，会以溶解封存为主，没有额外的矿化封存。而比较例1-4与实施例1-4相比，由表1与表2的结果得知，比较例1-4没有额外的矿化封存，而实施例1-4的矿化封存量较高，表示加入了氧化钙与氢氧化钙明显的增加CO2封存量。
虽然本发明已经以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作任意的修改与改变，因此本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (15)
1.一种再利用CO2捕获系统的失活吸收剂的方法，包括以下步骤：
提供一失活吸收剂，其中该失活吸收剂来自于一CO2捕获系统；以及
将该失活吸收剂、CO2与水送至一反应槽中，以得到一碳酸盐。
2.如权利要求1所述的再利用CO2捕获系统的失活吸收剂的方法，其中该失活吸收剂包括金属氧化物与碳酸金属化合物。
3.如权利要求2所述的再利用CO2捕获系统的失活吸收剂的方法，其中该金属氧化物包括氧化钙、氧化锌、氧化镁、氧化锰、氧化镍或氧化铅。
4.如权利要求2所述的再利用CO2捕获系统的失活吸收剂的方法，其中该碳酸金属化合物包括碳酸钙、碳酸锌、碳酸镁、碳酸锰、碳酸镍或碳酸铅。
5.如权利要求2所述的再利用CO2捕获系统的失活吸收剂的方法，其中该金属氧化物与碳酸金属化合物的比例为约(70％-50％)∶(30％-50％)。
6.如权利要求1所述的再利用CO2捕获系统的失活吸收剂的方法，其中该CO2来自该CO2捕获系统所捕获的CO2。
7.如权利要求1所述的再利用CO2捕获系统的失活吸收剂的方法，其中该CO2来自该CO2捕获系统中的一烟道气中尚未被捕获的CO2。
8.一种封存CO2的方法，包括以下步骤：
将一CO2导入一水槽中，以得到一碳酸水溶液；以及
将该碳酸水溶液与一失活吸收剂导入一第二反应槽，以达到封存CO2的效果。
9.如权利要求8所述的封存CO2的方法，其中该CO2来自该CO2捕获系统所捕获的CO2。
10.如权利要求8所述的封存CO2的方法，其中该CO2来自该CO2捕获系统中的一烟道气中尚未被捕获的CO2。
11.如权利要求8所述的封存CO2的方法，其中该失活吸收剂来自于CO2捕获系统。
12.如权利要求8所述的封存CO2的方法，其中该失活吸收剂包括金属氧化物与碳酸金属化合物。
13.如权利要求11所述的封存CO2的方法，其中该金属氧化物包括氧化钙、氧化锌、氧化镁、氧化锰、氧化镍或氧化铅。
14.如权利要求11所述的封存CO2的方法，其中该碳酸金属化合物包括碳酸钙、碳酸锌、碳酸镁、碳酸锰、碳酸镍或碳酸铅。
15.如权利要求11所述的封存CO2的方法，其中该金属氧化物与碳酸金属化合物的比例为约(70％-50％)∶(30％-50％)。
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