CN106853322A - 吸收气体中一成分的装置 - Google Patents

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Abstract

一种吸收气体混合物中某一成分气体的装置，包含第一旋转填充床单元以及第二旋转填充床单元。第一旋转填充床单元以及第二旋转填充床单元分别处理含有该成分气体的第一气流以及第二气流。液体吸收剂依序通过第一旋转填充床单元及第二旋转填充床单元，以吸收第一气流及第二气流中的该成分气体。

Description

吸收气体中一成分的装置
技术领域
本发明是有关于一种吸收气体中一成分气体的装置。
背景技术
工业蓬勃发展导致大量的温室气体排放至大气中，进而造成温室效应的发生。常见的温室气体包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)及六氟化硫(SF6)等，其中又以二氧化碳的影响最为严重。根据研究，大气中的二氧化碳浓度已由工业革命前的280ppm上升至395ppm，且每年仍以约2ppm的速度增加。化石燃料提供全球超过85％的电力，同时也是最主要的二氧化碳排放源之一，其中燃煤电厂占总排放量的43％。有鉴于此，必须发展更经济有效的技术以移除发电厂的排放气中的二氧化碳及其他温室气体。
发明内容
本发明的一态样是提供一种吸收气体中一成分的装置。此装置不仅能有效地吸收气体中的该成分，并能提供令人满意的气体处理量，更重要的是，再生吸收剂所须消耗的能源远低于习知技术。
此装置包含一第一旋转填充床单元以及一第二旋转填充床单元。第一旋转填充床单元包含一第一填充床、一第一气体入口、一第一气体出口、一第一吸收剂入口以及一第一吸收剂出口。第一气体入口、第一填充床以及第一气体出口配置以让含有此成分的一第一气流从第一气体入口经由第一填充床输送至第一气体出口，且第一吸收剂入口、第一填充床及第一吸收剂出口配置以让一吸收剂从第一吸收剂入口经由第一填充床输送至第一吸收剂出口。第二旋转填充床单元包含一第二填充床、一第二气体入口、一第二气体出口、一第二吸收剂入口以及一第二吸收剂出口。第二气体入口、第二填充床以及第二气体出口配置以让含有此成分的一第二气流从第二气体入口经由第二填充床输送至第二气体出口，其中第二旋转填充床单元的第二吸收剂入口连接第一旋转填充床单元的第一吸收剂出口，用以将通过第一旋转填充床单元的吸收剂输送到第二旋转填充床单元的第二吸收剂入口。
在某些实施方式中，上述装置更包含一第一管路以及一第二管路，分别连接第一气体入口及第二气体入口，用以输送第一气流及第二气流进入第一旋转填充床单元及第二旋转填充床单元。第一管路不连接第二气体出口，且第二管路不连接第一气体出口。
在某些实施方式中，上述装置更包含一第三管路，直接连接第二吸收剂入口和第一吸收剂出口。
在某些实施方式中，上述装置更包含一气体分配单元，连接第一气体入口以及第二气体入口，气体分配单元用以将含有成分的一气体分流为第一气流以及第二气流。
在某些实施方式中，第一气体入口以及第二气体入口连接同一气体供应源。
在某些实施方式中，上述装置更包含一再生单元，用以移除吸收剂中至少一部分的成分，而得到一再生吸收剂，其中再生单元具有一第三吸收剂入口以及一第三吸收剂出口，第三吸收剂入口连接第二吸收剂出口，且第三吸收剂出口连接第一旋转填充床单元的第一吸收剂入口。
在某些实施方式中，再生单元包含一气提塔。
在某些实施方式中，再生单元还具有一第三气体出口，用以输出从吸收剂移除的部分的成分。
在某些实施方式中，上述装置更包含一纯化单元，连接第三气体出口，用以纯化从再生单元输送而来的此成分。
在某些实施方式中，第一气体出口及第二气体出口直接与环境中的大气连通，以允许经过第一旋转填充床单元及第二旋转填充床单元处理的第一气流及第二气流排放到环境中的大气。
附图说明
图1绘示本发明各式实施方式的吸收气体中某一成分气体的装置的示意图；
图2绘示本发明一实施方式的第一旋转填充床单元的剖面示意图；
图3-图10依序绘示本发明比较例1-8的二氧化碳吸收装置的示意图；
图11-图14绘示实施方式3与比较例1-7的装置在不同CO2捕获率(90％、80％、70％及60％)下的气体处理总量和再生能耗；
图15绘示实施方式3与比较例1在不同CO2捕获率下的CO2捕获量和再生消耗；
图16绘示本发明某些实施方式的吸收气体中某一成分气体的装置的示意图；
图17绘示本发明某些实施方式的吸收气体中某一成分气体的装置的示意图；
其中，符号说明：
10壳体 11第一气体入口
12第一气体出口 13第一吸收剂入口
14第一吸收剂出口 16第一填充床
16a外侧 16b内侧
17驱动装置 18分散器
20壳体 21第二气体入口
22第二气体出口 23第二吸收剂入口
24第二吸收剂出口 30管路
31第一管路 32第二管路
100吸收气体中某一成分气体的装置 130再生单元
132第三气体出口 133第三吸收剂入口
133a管路系统 134第三吸收剂出口
134a管路系统 140纯化单元
140a管路系统 142吸收剂移除单元
146干燥单元 148管路系统
150气体分配单元 152第一鼓风机
154第二鼓风机 156管路系统
158气体供应源
A1、A2、A3、A4吸收剂入口
C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7装置
C8模型 Do旋转填充床外径
Di内径 E1装置
G1、G2、G3、G4气体入口 H高度
L、L1、L2、L3液体吸收剂
L1A、L1B、L2A、L2B液体吸收剂
P、P(2V)、P1、P2固定床单元
R、R(2V)、R1、R2、R3旋转填充床单元
R1第一旋转填充床单元
R2第二旋转填充床单元
S气流 S1第一气流
S2第二气流 S3第三气流。
具体实施方式
为了使本发明的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施态样及具体实施方式提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施方式的唯一形式。在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施方式。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施方式。在其他情况下，为简化图式，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。关于本文中所使用的“约”、“大约”或“大致”的用语一般通常是指数值的误差或范围约百分之二十以内，较佳地是约百分之十以内，更佳地则是约百分五之以内。文中若无明确说明，其所提及的数值皆视作为近似值，即如“约”、“大约”或“大致”所表示的误差或范围。本文中，当一元件被称为“连接”或“耦接”至另一元件时，可以是一元件直接连接或耦接至另一元件；或是一元件与另一元件之间存在一或多个额外元件，亦即一元件经由一或多个额外元件而连接至另一元件。相对的，当一元件被称为“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，其间没有额外元件存在。
本发明是有关于一种吸收气体中某一成分气体的装置、设备或系统。更具体的说，在此揭露的装置、设备或系统可用以吸收气体混合物中诸如二氧化碳等温室气体或其他气体。在以下揭露的内容中，以二氧化碳为例示说明，以充分叙述在此揭露的装置的各元件的功能及操作细节。本技术领域中具有通常知识者，能够根据以下揭露的内容，将此装置、设备或系统应用于吸收其他种类的气体，例如臭氧、甲烷、笑气、氯氟碳化物、全氟碳化物、氢氟碳化物等温室气体或其他气体，因此本发明揭露的装置、设备或系统并不限于吸收二氧化碳。例如，可藉由选择不同的吸收剂，将本发明揭露的装置应用于吸收其他的气体。
图1绘示本发明各式实施方式的吸收气体中某一成分气体的装置E1的示意图。装置E1主要包含第一旋转填充床单元R1以及第二旋转填充床单元R2。第一旋转填充床单元R1用以吸收第一气流S1中诸如二氧化碳等成分气体，第二旋转填充床单元R2用以吸收第二气流S2中例如二氧化碳等气体。第一气流S1以及第二气流S2经由各自的管路系统分别输送到第一旋转填充床单元R1以及第二旋转填充床单元R2。
图2绘示本发明一实施方式的第一旋转填充床单元R1的剖面示意图。请参照图1及图2，第一旋转填充床单元R1包含壳体10、第一气体入口11、第一气体出口12、第一吸收剂入口13以及第一吸收剂出口14。第一气流S1从第一气体入口11进入第一旋转填充床单元R1。
第一旋转填充床单元R1还包含第一填充床16，而且第一填充床16能够在壳体10中进行旋转。驱动第一填充床16旋转的装置或方式并无特殊限制，举例而言，可藉由例如电动马达的驱动装置17来驱动第一填充床16进行旋转。在数个实施方式，第一填充床16中填充有多个惰性填充物，并且在这些惰性填充物之间存有孔隙。
第一气体入口11、第一填充床16和第一气体出口12的配置方式让含有诸如二氧化碳的第一气流S1从第一气体入口11经由第一填充床16输送至第一气体出口12。举例而言，第一气流S1可从第一气体入口11进入第一旋转填充床单元R1中，并从第一填充床16的外侧16a进入第一填充床16的内部，然后通过第一填充床16的内侧16b，再从第一气体出口12离开第一旋转填充床单元R1。本发明的第一旋转填充床单元R1并不限于图1绘示的逆流式旋转填充床单元，诸如错流式旋转填充床单元或其他种类的旋转填充床单元也可适用在本发明。
第一旋转填充床单元R1中，第一吸收剂入口13、第一填充床16及第一吸收剂出口14的配置方式让液体吸收剂从第一吸收剂入口13经由第一填充床16输送至第一吸收剂出口14。举例而言，液体吸收剂L1从第一吸收剂入口13进入第一填充床16的内部，当第一填充床16高速旋转时，液体吸收剂受到离心力作用而从第一填充床16的内侧16b向外侧16a移动，并分散成细小的液膜或液滴。液体吸收剂与含有诸如二氧化碳的气流在第一填充床16的孔隙中接触，因此让液体吸收剂能够有效地吸收第一气流S1中诸如二氧化碳的成分。在一实施方式中，第一填充床16为超重力旋转床，其能够透过高速旋转产生100G以上的重力场。在另一实施方式中，液体吸收剂通过分散器18喷洒进入第一填充床16的内侧16b。
请再参照图1，第二旋转填充床单元R2的构造可类似于第一旋转填充床单元R1的构造。简言之，第二旋转填充床单元R2包含壳体20、第二气体入口21、第二气体出口22、第二吸收剂入口23以及第二吸收剂出口24。第二旋转填充床单元R2当然还包含可旋转的第二填充床(未绘示在图1中)配置在壳体20中。第二气流S2从第二气体入口21经由第二填充床输送至第二气体出口22。液体吸收剂L2从第二吸收剂入口23经由第二填充床输送至第二吸收剂出口24。
请注意，本发明的其中数个特征是第一旋转填充床单元R1和第二旋转填充床单元R2与液体吸收剂传输路径、第一气流S1以及第二气流S2之间的连接关系。具体的说，第一旋转填充床单元R1与第二旋转填充床单元R2是分别独立地吸收第一气流S1与第二气流S2中的二氧化碳，但是液体吸收剂L1是依序通过第一旋转填充床单元R1和第二旋转填充床单元R2。更详细的说，第一气流S1经由第一管路31输送到第一气体入口11，第二气流S2经由第二管路33输送到第二气体入口21。在某些实施方式中，第一管路31不连接第二气体出口22，且第二管路32不连接第一气体出口12。液体吸收剂L1从第一吸收剂入口13进入第一旋转填充床单元R1，并在其中吸收第一气流S1中的二氧化碳，然后从第一吸收剂出口14离开第一旋转填充床单元R1。第一旋转填充床单元R1的第一吸收剂出口14连通或连接第二旋转填充床单元R2的第二吸收剂入口23，例如藉由管路30连接第一吸收剂出口14与第二吸收剂入口23。因此，通过第一旋转填充床单元R1的液体吸收剂L2从第二吸收剂入口23进入第二旋转填充床单元R2，并在其中吸收第二气流S2中的二氧化碳，然后再从第二吸收剂出口24离开第二旋转填充床单元R2。通过第一旋转填充床单元R1的液体吸收剂L2吸收了第一气流S1中的二氧化碳，所以液体吸收剂L2的二氧化碳“负载”(lean/rich loading，单位：mol CO2/mol吸收剂)大于液体吸收剂L1的二氧化碳负载。同理，通过第二旋转填充床单元R2的液体吸收剂L3吸收了第二气流S2中的二氧化碳，所以液体吸收剂L3的二氧化碳负载大于液体吸收剂L2的二氧化碳负载。根据本发明的各种实施方式，通过第一旋转填充床单元R1的液体吸收剂中的二氧化碳负载等于进入第二旋转填充床单元R2的液体吸收剂中的二氧化碳负载。为简化图式标示的目的，图1中L1、L2及L3标示的实线条也同时表示对应的液体吸收剂的输送管路。S1及S2标示的虚线也同时表示对应气流的输送管路。
根据本发明的各种实施方式，第一气流S1与第二气流S2的气体成分可以相同或不相同。在一实施方式中，第一气流S1与第二气流S2具有相同的二氧化碳浓度。在另一实施方式中，第一气流S1的二氧化碳浓度高于第二气流S2的二氧化碳浓度。在其他实施方式中，第一气流S1的二氧化碳浓度小于第二气流S2的二氧化碳浓度。
在某些实施方式中，第一气流S1及/或第二气流S2中二氧化碳的体积百分比为约1-30vol.％。具体而言，第一气流S1及/或第二气流S2可例如为燃煤发电厂、天然气发电厂或钢铁厂的排放气。根据本发明的数个实施方式，第一旋转填充床单元R1的第一气体出口12以及第二旋转填充床单元R2的第二气体出口22直接与环境中的大气连通，让经过第一及第二旋转填充床单元R1、R2处理的第一气流S1及第二气流S2排放到环境中的大气。在其他实施方式中，第一气体出口12及/或第二气体出口22可连接到其他的装置或反应单元。
下文中，将详述本发明的实施方式以及各种比较例，使本发明所属技术领域中具有通常知识者得以实现本发明，并充分了解本发明提供的突出技术效果。以下所述的实施方式及比较例不应被解释为本发明的限制。
实施方式1-2：
在实施方式1及实施方式2中，使用图1及图2所示的设备进行试验，第一及第二旋转填充床单元R1、R2具有相同的结构及尺寸，第一及第二旋转填充床单元R1、R2的详细规格如以下表1所示。第一及第二旋转填充床单元R1、R2的转速设定为1600rpm，操作温度为50℃。使用40.8wt％的单乙醇胺(monoethanolamine，MEA)作为液体吸收剂，单乙醇胺的流量设定为50mL/min。在实施方式1中，第一气流S1及第二气流S2的流量分别为4.6及3.6L/min。第一气流S1及第二气流S2中二氧化碳(下文中以“CO2”表示)的体积百分比为10vol.％(其余为氮气)，第一及第二旋转填充床单元R1、R2的CO2捕获率分别为90.9％及88.8％。在实施方式2中，第一气流S1及第二气流S2的流量分别为6.5及4.8L/min，第一及第二旋转填充床单元R1、R2的CO2捕获率分别为84.8％及80.9％。实施方式1及实施方式2的重要参数及试验结果汇整在以下表2中。本文中，若未特别说明某一物理量的压力条件时，则该压力条件为约一大气压。在表一中，旋转填充床单元R1、R2的CO2捕获率以式(1)计算。
式(1)；
在式(1)中，A表示CO2捕获率，Cin表示进料气流中CO2的浓度，Cout表示输出气流中CO2的浓度。
表一
旋转填充床外径Do(cm) 12.5
旋转填充床内径Di(cm) 2.5
旋转填充床高度H(cm) 2.3
270.1
887.6
表二
在表2中还列出实施方式1及实施方式2的“模拟结果”，详细的模拟方法及原理请参考下列本发明的发明人发表的期刊论文：
1.Hsu-Hsiang Cheng,Chung-Sung Tan,Separation and purificatoiinTechnology,82(2011)156-166.
2.Cheng-Hsiu Yu,Hsu-Hsiang Cheng,Chung-Sung Tan,International Journalof Greenhouse Gas control，9(2012),136-147.
下文中，将上述两件期刊论文所述的模拟方法称为“6槽串联模型(6-tank inseries model)”。从以上表二实施方式1及2的实验值与模拟结果可知，“6槽串联模型”能够准确地模拟得到装置E1的CO2捕获率以及液体吸收剂的CO2负载。
实施方式3：
利用“6槽串联模型”计算模拟图1绘示的装置E1在第一及第二气流S1、S2的CO2捕获率为90％、80％、70％及60％下的气体处理总量(亦即，第一及第二气流S1、S2的体积流量总和)和液体吸收剂中的CO2负载。在实施方式3的模拟条件中，将初始液体吸收剂L1的CO2负载设定为0.345，其他模拟条件则与实施方式1相同。得到液体吸收剂L3的CO2负载后，利用商用Aspen Plus软体模拟计算液体吸收剂再生所须的能源消耗(下文称为“再生能耗”)。再生能耗的模拟条件为温度120℃，压力2大气压。图11-图14绘示实施方式3和下述比较例1-7的装置在不同CO2捕获率(90％、80％、70％及60％)下的气体处理总量和再生能耗。下文中，将更详细说明图11-图14所示的结果。
比较例1-7：
图3-图9依序绘示本发明比较例1-7的二氧化碳吸收装置C1-C7的示意图。在比较例1-7中，提供多种的旋转填充床单元与固定床单元的组合方式及连接方式。比较例1-7与实施方式3是在相同的填充床体积的条件下进行模拟。更具体的说，在比较例1-7及实施方式3中，各装置的填充床总体积为相同。此外，对于比较例1-7的旋转填充床单元，使用上述“6槽串联模型”模拟得到CO2捕获率和液体吸收剂的CO2负载；对于固定床单元，利用商业化Aspen Plus软体模拟得到CO2捕获率和液体吸收剂的CO2负载。然后，利用Aspen Plus软体模拟得到比较例1-7的液体吸收剂的再生能耗。
在比较例1中，如图3所示，装置C1仅包含单一个旋转填充床单元R(2V)，但是旋转填充床单元R(2V)的填充床体积是实施方式3中第一旋转填充床单元R1(或第二旋转填充床单元R2)的填充床体积的两倍。所以，旋转填充床单元R(2V)的填充床体积等于实施方式1中第一及第二旋转填充床单元R1、R2的填充床体积总和。待吸收气流S从气体入口G1进入旋转填充床单元R(2V)，然后从气体出口G2离开旋转填充床单元R(2V)。液体吸收剂L1从吸收剂入口A1进入旋转填充床单元R(2V)，通过旋转填充床单元R(2V)的液体吸收剂L2从吸收剂出口A2排出。其他的模拟条件与实施方式3相同。在上述条件下，模拟当CO2捕获率分别为90％、80％、70％及60％时的气体处理总量、液体吸收剂L2的CO2负载以及液体吸收剂L2所须的再生能耗。
在比较例2中，如图4所示，装置C2仅包含单一个固定床单元P(2V)，但是固定床单元P(2V)的填充床体积是实施方式3中第一旋转填充床单元R1(或第二旋转填充床单元R2)的填充床体积的两倍。所以，固定床单元P(2V)的填充床体积等于实施方式3中第一及第二旋转填充床单元R1、R2的填充床体积总和。待吸收气流S从气体入口G1进入固定床单元P(2V)，然后从气体出口G2离开固定床单元P(2V)。液体吸收剂L1从吸收剂入口A1进入固定床单元P(2V)，通过固定床单元P(2V)的液体吸收剂L2从吸收剂出口A2排出。其他的模拟条件与实施方式3相同。在上述条件下，模拟当CO2捕获率分别为90％、80％、70％及60％时的气体处理总量、液体吸收剂L2的CO2负载以及液体吸收剂L2所须的再生能耗。
在比较例3中，如图5所示，装置C3包含旋转填充床单元R以及固定床单元P。旋转填充床单元R与实施方式3中第一旋转填充床单元R1相同，固定床单元P的填充床体积与实施方式3中旋转填充床单元R1(或R2)的填充床体积相同。旋转填充床单元R配置以吸收第一气流S1中的CO2，固定床单元P配置以吸收第二气流S2中的CO2。第一气流S1从气体入口G1进入旋转填充床单元R，然后从气体出口G2输出。第二气流S2从气体入口G3进入固定床单元P，然后从气体出口G4输出。液体吸收剂L1从吸收剂入口A1进入旋转填充床单元R，然后从吸收剂出口A2离开旋转填充床单元R。通过旋转填充床单元R的液体吸收剂L2从吸收剂入口A3进入固定床单元P，吸收CO2后的液体吸收剂L3从吸收剂出口A4离开固定床单元P。其他的模拟条件与实施方式3相同。在上述条件下，模拟计算当CO2捕获率分别为90％、80％、70％及60％时的气体处理总量、液体吸收剂L3的CO2负载以及液体吸收剂L3所须的再生能耗。
在比较例4中，如图6所示，装置C4包含旋转填充床单元R以及固定床单元P。比较例4的装置C4类似于比较例3的装置C3，不同之处在于，比较例4的液体吸收剂先通过固定床单元P，然后才通过旋转填充床单元R。比较例4的其他模拟条件与比较例3相同。
在比较例5中，如图7所示，装置C5包含旋转填充床单元R1和旋转填充床单元R2。旋转填充床单元R1和旋转填充床单元R2各自处理第一气流S1与第二气流S，旋转填充床单元R1和R2的构造及尺寸与实施方式3所述的相同。但是，液体吸收剂L平均地分流成两股的液体吸收剂L1A和L2A，然后进入各自的旋转填充床单元R1和R2，以吸收第一气流S1及第二气流S2中的CO2。液体吸收剂L1A和L2A的体积流量总和等于实施方式3的液体吸收剂L1的体积流量。其他的模拟条件与实施方式3相同。在上述条件下，模拟计算当CO2捕获率分别为90％、80％、70％及60％时的气体处理总量、液体吸收剂L1B和L2B的CO2负载以及液体吸收剂L1B和L2B所须的再生消耗。
在比较例6中，如图8所示，装置C6包含固定床单元P1和固定床单元P2。固定床单元P1及固定床单元P2各自处理第一气流S1及第二气流S，但是液体吸收剂是依序通过固定床单元P1及固定床单元P2。固定床单元P1(或P2)的填充床体积相同于实施方式3中旋转填充床单元R1(或R2)的填充床体积。其他的模拟条件与实施方式3相同。在上述条件下，模拟计算当CO2捕获率分别为90％、80％、70％及60％时的气体处理总量、液体吸收剂L3的CO2负载以及液体吸收剂L3所须的再生消耗。
在比较例7中，如图9所示，装置C7包含固定床单元P1和固定床单元P2。固定床单元P1及固定床单元P2各自处理第一气流S1及第二气流S。液体吸收剂L平均地分流成两股的液体吸收剂L1A和L2A，然后进入各自的固定床单元P1和P2，以吸收第一气流S1及第二气流S2中的CO2。液体吸收剂L1A和L2A的体积流量总和等于实施方式3的液体吸收剂L1的体积流量。其他的模拟条件与实施方式3相同。在上述条件下，模拟计算当CO2捕获率分别为90％、80％、70％及60％时的气体处理总量、液体吸收剂L1B和L2B的CO2负载以及液体吸收剂L1B和L2B所须的再生消耗。
图11绘示本发明实施方式3及比较例1-7各装置在CO2捕获率为90％时的气体处理总量以及液体吸收剂所须的再生消耗。图11中的长条图表示气体处理量，图11中的符号“■”表示再生消耗，图11中横坐标轴上方的数值为液体吸收剂的CO2负载(rich loading)。在图11中可发现，本发明的实施方式3具有最低的再生消耗，仅约5.32GJ/ton CO2。另外，实施方式3的气体处理量为约8.2L/min，比较例5的气体处理量为约9.2L/min，虽然实施方式3的气体处理量稍微低于比较例5，但是实施方式3的再生消耗却是远低于比较例5，而且实施方式3的气体处理量仍然高于其他的比较例。图12-图14绘示本发明实施方式3及比较例1-7在CO2捕获率为80％、70％及60％下的气体处理总量以及液体吸收剂所须的再生消耗。在图14中，比较例2的模拟过程无法收敛，故欠缺模拟数值。在图12-图14中，实施方式与比较例1-7的气体处理量及再生消耗的趋势类似于图11呈现的趋势。
本发明所属技术领域中的技术人员陷入一个技术迷思，普遍认为从排放废气中有效率地移除CO2是改善或缓和全球暖化现象的重要关键，因此认为CO2捕获率是最重要的考虑因素。本发明的发明人研究发现，上述的CO2捕获率不应该是改善全球暖化现象的关键。具体的说，用来吸收CO2的吸收剂必须再生，才能让该制程方式符合对环境友善的要求。但是，再生吸收剂必须消耗额外的能源，为了供给吸收剂再生所须的能源，不可避免地伴随产生CO2。吸收剂的再生能耗愈大，产生的CO2愈多。从整体效应来看，可能在甲地移除了废气中的CO2，但是却无法避免地在乙地产生CO2以提供吸收剂再生所须的能源。有鉴于此，CO2的整体移除效能必须将吸收剂的再生能耗一并纳入考虑，才能得到客观的结果。若仅只考虑CO2的捕获率并不足以代表某一技术的优劣。另一方面，吸收剂的再生能耗也代表了整体装置的操作成本，吸收剂的再生能耗愈大，操作成本也愈高。
所以，在综合考虑吸收剂的再生消耗以及气体处理量两者的情况下，实施方式3才是较佳的方式，比较例5并非较佳的方式。
另外，也发现一个重要的现象。本发明实施方式3与比较例1都是采用旋转填充床单元来吸收CO2，两者的填充床体积相同，但是本发明实施方式3的气体处理量以及再生消耗都优于比较例1。图15绘示实施方式3和比较例1在不同CO2捕获率下的CO2捕获量和再生消耗。当CO2捕获率为60-90％，实施方式3的再生消耗低于比较例1的数值，而且实施方式3的气体处理量大于比较例1的数值。图15还呈现出另一个重要的现象，当CO2捕获率提高时，CO2捕获量反而会下降，这是因为欲达成较高的CO2捕获率，必须降低气体处理量所致。此外，当CO2捕获率提高时，再生消耗也会提高。举例而言，当CO2捕获率为60％时，不论是实施方式3或比较例1，都具有较高的CO2捕获量，同时也具有较低的再生消耗。图15的数据可以充分佐证，将二氧化碳吸收装置设计或操作在相对较高的CO2捕获率下，并不是最佳的方式。
比较例8：
美国专利公开号US 2013/0319235揭露一种二氧化碳吸收装置，其包含两个旋转填充床单元。图10绘示根据该专利内容所建立的模型C8的示意图。模型C8包含两个旋转填充床单元R1及R2。待处理气流S1依序通过旋转填充床单元R1和旋转填充床单元R2，但是旋转填充床单元R1及R2分别具有独立的液体吸收剂供给管路。更详细的说，待处理气流S1从第一气体入口11进入旋转填充床单元R1，然后从第一气体出口12离开旋转填充床单元R1。通过旋转填充床单元R1的气流S2接着从第二气体入口21进入旋转填充床单元R2，再进行一次CO2吸收程序。之后，经旋转填充床单元R2处理过的气流S3由从第二气体出口22排出。另一方面，液体吸收剂L1A从第一吸收剂入口13进入旋转填充床单元R1，吸收CO2后的液体吸收剂L1B从第一吸收剂出口14离开旋转填充床单元R1。类似地，液体吸收剂L2A从第二吸收剂入口23进入旋转填充床单元R2，吸收CO2后的液体吸收剂L2B从第二吸收剂出口24离开旋转填充床单元R2。
利用上述“6槽串联模型”模拟计算模型C8在CO2捕获率为90％(相较于带处理气流S1)条件下的气体处理总量以及液体吸收剂L1B及L2B的CO2负载，并利用上述Aspen Plus软体模拟计算液体吸收剂L1B及L2B所须的再生能耗。其他的模拟条件与实施方式3相同，比较例8的模拟结果汇整在以下表三中，实施方式3的模拟结果整理在以下表四中。
表三
表四
实施方式3
0.345
液体吸收剂L1流量(mL/min) 50
0.392
0.430
第一气流S1流量(L/min) 4.6
第二气流S2流量(L/min) 3.6
5.32
气体处理量(S1+S2)(L/min) 8.2
0.74
从表三及表四的结果可知，模型C8的气体处理量及CO2捕获量分别为10L/min和0.91L/min，本发明的实施方式3的气体处理量及CO2捕获量分别为8.2L/min和0.74L/min。模型C8的再生能耗为7.9GJ/ton CO2，本发明的实施方式3的再生能耗5.32GJ/ton CO2。虽然模型C8的气体处理量及CO2捕获量比本发明的实施方式3高出约22％，但是模型C8的再生能耗也比本发明实施方式3高出约48％。在综合考虑吸收剂的再生消耗以及气体处理量的情况下，本发明的实施方式3还是优于上述美国专利的装置。
虽然实施方式1-3中的第一及第二旋转填充床单元R1、R2的体积为相同，但本发明不限于此。在其他的实施方式中，第一及第二旋转填充床单元R1、R2的填充床体积可以不同，端视需求而调整。
另外，根据本发明的其他实施方式，装置E1可以包含三个以上的旋转填充床单元，如图16所示。装置E1包含旋转填充床单元R1、旋转填充床单元R2、以及旋转填充床单元R3。旋转填充床单元R1、R2、R3分别处理第一气流S1、第二气流S2及第三气流S3。液体吸收剂L串接式地通过第一、第二及第三旋转填充床单元R1、R2、R3，以吸收第一气流S1、第二气流S2及第三气流S3中的二氧化碳。
图17绘示本发明某些实施方式的吸收气体中某一成分气体的装置100的示意图。装置100包含前述的装置E1以及再生单元130。再生单元130用以移除液体吸收剂中至少一部分的二氧化碳，而得到再生的液体吸收剂。再生单元130具有吸收剂入口133以及吸收剂出口134，吸收剂入口133经由管路系统133a连接至第二旋转填充床单元R2的第二吸收剂出口24，用以将通过第二旋转填充床单元R2的液体吸收剂输送至再生单元130。再生的液体吸收剂从吸收剂出口134经由管路系统134a输送至第一旋转填充床单元R1的第一吸收剂入口13。在一实施方式中，再生单元130可例如为气提塔(stripper)或另一个旋转填充床单元，用以将液体吸收剂中至少一部分的二氧化碳转变为气态的二氧化碳，而得到回收的二氧化碳气体。在此实施方式中，再生单元130还包含气体出口132，用以输出二氧化碳气体。
在某些实施方式中，装置100更包含纯化单元140，纯化单元140经由管路系统140a连接再生单元130的气体出口132，纯化单元140用以纯化回收的二氧化碳气体。在某些实施方式中，回收的二氧化碳气体中含有少量的吸收剂和水，因此纯化单元140可包含吸收剂移除单元142和干燥单元146。吸收剂移除单元142连接再生单元130的气体出口132，从再生单元130输送而来的二氧化碳气体依序通过吸收剂移除单元142和干燥单元146。吸收剂移除单元142可例如为水洗塔，其中利用水吸收二氧化碳气体中残存的吸收剂。然后，干燥单元146移除二氧化碳气体中残存的水，因此得到高纯度的二氧化碳，并将所得的高纯度二氧化碳输送至一管路系统148。
在数个实施方式中，装置100更包含气体分配单元150，其连接第一旋转填充床单元R1的第一气体入口11以及第二旋转填充床单元R2的第二气体入口21。气体分配单元150将管路系统156输送而来的待处理气体分流为第一气流S1以及第二气流S2。在一实施方式中，气体分配单元150包含第一鼓风机152以及第二鼓风机154，藉由控制第一鼓风机152及第二鼓风机154可调整第一气流S1及第二气流S2的压力以及体积流量。在另一实施方式中，第一气体入口11以及第二气体入口21连接相同的气体供应源158，因此第一气流S1的组成与第二气流S2的组成相同。在其他实施方式中，第一气体入口11以及第二气体入口21可分别连接不同的气体供应源，因此第一气流S1的组成与第二气流S2的组成并不相同。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (11)

1.一种吸收气体中一成分的装置，包含：
第一旋转填充床单元，包含第一填充床、第一气体入口、第一气体出口、第一吸收剂入口以及第一吸收剂出口，其中该第一气体入口、该第一填充床以及该第一气体出口配置以让含有该成分的第一气流从该第一气体入口经由该第一填充床输送至该第一气体出口，且该第一吸收剂入口、该第一填充床及该第一吸收剂出口配置以让吸收剂从该第一吸收剂入口经由该第一填充床输送至该第一吸收剂出口；以及
第二旋转填充床单元，包含第二填充床、第二气体入口、第二气体出口、第二吸收剂入口以及第二吸收剂出口，其中该第二气体入口、该第二填充床以及该第二气体出口配置以让含有该成分的第二气流从该第二气体入口经由该第二填充床输送至该第二气体出口，其中该第二旋转填充床单元的第二吸收剂入口连接该第一旋转填充床单元的该第一吸收剂出口，用以将通过该第一旋转填充床单元的该吸收剂输送到第二旋转填充床单元的该第二吸收剂入口。
2.如权利要求1所述的装置，更包含第一管路以及第二管路，分别连接该第一气体入口及该第二气体入口，用以输送该第一气流及该第二气流进入该第一旋转填充床单元及该第二旋转填充床单元，其中该第一管路不连接该第二气体出口，且该第二管路不连接该第一气体出口。
3.权利要求1所述的装置，更包含第三管路，直接连接该第二吸收剂入口和该第一吸收剂出口。
4.如权利要求1所述的装置，更包含气体分配单元，连接该第一气体入口以及该第二气体入口，该气体分配单元用以将含有该成分的气体分流为该第一气流以及该第二气流。
5.如权利要求4所述的装置，其中该第一气体入口以及该第二气体入口连接同一气体供应源。
6.如权利要求4所述的装置，其中该第一气体入口以及该第二气体入口分别连接不同的气体供应源。
7.如权利要求1所述的装置，更包含再生单元，用以移除该吸收剂中至少一部分的该成分，而得到再生吸收剂，其中该再生单元具有第三吸收剂入口以及第三吸收剂出口，该第三吸收剂入口连接该第二吸收剂出口，且该第三吸收剂出口连接该第一旋转填充床单元的该第一吸收剂入口，其中该再生吸收剂经由该第三吸收剂出口输送至该第一吸收剂入口。
8.如权利要求7所述的装置，其中该再生单元包含气提塔或第三旋转填充床单元。
9.如权利要求7所述的装置，其中该再生单元还具有第三气体出口，用以输出从该吸收剂移除的该部分的该成分。
10.如权利要求9所述的装置，更包含：
纯化单元，连接该第三气体出口，用以纯化从该再生单元输送而来的该部分的该成分。
11.如权利要求1所述的装置，其中该第一气体出口及该第二气体出口直接与环境中的大气连通，以允许经过该第一旋转填充床单元及该第二旋转填充床单元处理的该第一气流及该第二气流排放到环境中的大气。
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