CN106890540A - 气体中的目标成分的捕获装置与捕获方法 - Google Patents

气体中的目标成分的捕获装置与捕获方法 Download PDF

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CN106890540A CN201510951972.3A CN201510951972A CN106890540A CN 106890540 A CN106890540 A CN 106890540A CN 201510951972 A CN201510951972 A CN 201510951972A CN 106890540 A CN106890540 A CN 106890540A
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Abstract

本发明提供一种气体中的目标成分的捕获装置与捕获方法，所述气体中的目标成分的捕获装置包括旋转填充床及固定床。旋转填充床具有第一吸收剂入口、第一吸收剂出口、第一气体入口与第一气体出口。固定床具有第二吸收剂入口、第二吸收剂出口、第二气体入口与第二气体出口。第一吸收剂出口连通至第二吸收剂入口，而形成依序通过旋转填充床与固定床的吸收剂流路。第二气体出口连通至第一气体入口，而形成依序通过固定床与旋转填充床的气体流路。本发明可有效地降低捕获装置的体积与捕获目标成分时的能量消耗。

Description

气体中的目标成分的捕获装置与捕获方法
技术领域
本发明涉及一种气体中的目标成分的捕获装置与捕获方法，尤其涉及一种同时使用固定床与旋转填充床对气体中的目标成分进行捕获的装置与方法。
背景技术
化石燃料和碳密集型产业在经济发展发挥主导作用，但会产生大量的温室气体，如二氧化碳等。为符合全球温室气体减量趋势及减碳目标，温室气体的捕获技术研究与发展势在必行。
化学吸收法为目前最主要的温室气体捕获方法，常见的技术为固定床(Packed Bed，PB)捕获技术与旋转填充床(Rotating Packed Bed，RPB)捕获技术。
然而，固定床捕获技术由于气液间质传效率的限制，因而存在设备体积庞大且设备成本相对较高的问题。另一方面，旋转填充床捕获技术虽可增进气液间质传效率，缩小设备体积，然而却具有高能量消耗的问题。
发明内容
本发明提供一种气体中的目标成分的捕获装置与捕获方法，可有效地降低捕获装置的体积与捕获目标成分时的能量消耗。
本发明提供一种气体中的目标成分的捕获装置，包括旋转填充床及固定床。旋转填充床具有第一吸收剂入口、第一吸收剂出口、第一气体入口与第一气体出口。固定床具有第二吸收剂入口、第二吸收剂出口、第二气体入口与第二气体出口。第一吸收剂出口连通至第二吸收剂入口，而形成依序通过旋转填充床与固定床的吸收剂流路。第二气体出口连通至第一气体入口，而形成依序通过固定床与旋转填充床的气体流路。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获装置中，还包括吸收剂管路系统。吸收剂管路系统将第一吸收剂出口连通至第二吸收剂入口。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获装置中，还包括气体管路系统。气体管路系统将第二气体出口连通至第一气体入口。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获装置中，还包括吸收剂供应装置。吸收剂供应装置连通至第一吸收剂入口，以供应吸收剂至旋转填充床中。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获装置中，还包括气体源。气体源连通至第二气体入口，以供应待处理气体至固定床中。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获装置中，还包括吸收剂再生装置。吸收剂再生装置具有第三吸收剂入口与第三吸收剂出口。第三吸收剂入口连通至第二吸收剂出口。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获装置中，吸收剂再生装置例如是气提塔。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获装置中，还包括目标成分纯化装置。目标成分纯化装置连通至吸收剂再生装置。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获装置中，旋转填充床例如是超重力旋转填充床(high gravity rotating packed bed)。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获装置中，旋转填充床的转速例如是100rpm至3000rpm。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获装置中，旋转填充床的转速例如是700rpm至1600rpm。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获装置中，目标成分例如是二氧化碳。
本发明提供一种气体中的目标成分的捕获方法，包括以下步骤。提供相互联通的旋转填充床与固定床。使吸收剂依序通过旋转填充床与固定床。使待处理气体依序通过固定床与旋转填充床。使吸收剂与待处理气体在旋转填充床与固定床中相互接触，而经由吸收剂捕获待处理气体中的目标成分。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获方法中，还包括利用吸收剂再生装置移除吸收剂中所捕获的至少一部分的目标成分。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获方法中，还包括利用目标成分纯化装置对来自于吸收剂再生装置的目标成分进行纯化。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获方法中，旋转填充床的转速例如是100rpm至3000rpm。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获方法中，旋转填充床的转速例如是700rpm至1600rpm。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获方法中，目标成分例如是二氧化碳。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获方法中，吸收剂例如是单乙醇胺(Monoethanolamine,MEA)、无水二次乙基二胺(Piperazine Anhydrous,PZ)、二乙胺基乙醇(2-(Diethylamino)ethanol,DEEA)或其组合。
依照本发明的一实施例所述，在上述的气体中的目标成分的捕获方法中，吸收剂的浓度例如是10wt％至30wt％。
基于上述，在本发明所提出气体中的目标成分的捕获装置与捕获方法中，由于吸收剂依序通过旋转填充床与固定床，且待处理气体依序通过固定床与旋转填充床，因此具有较佳的目标成分捕获效率，且可有效地降低捕获装置的体积与捕获目标成分时的能量消耗，进而降低设置成本与能量成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的一实施例的气体中的目标成分的捕获装置；
图2是本发明的一实施例的气体中的目标成分的捕获流程图；
图3是本发明的一实施例的组合使用旋转填充床与固定床的捕获装置、单独使用固定床的捕获装置与单独使用旋转填充床的捕获装置的体积比较图；
图4是本发明的一实施例的组合使用旋转填充床与固定床的捕获装置与单独使用旋转填充床的捕获装置的能量消耗比较图。
附图标记：
10：捕获装置
100：旋转填充床
110、210、710：吸收剂入口
120、220、720：吸收剂出口
130、230：气体入口
140、240：气体出口
200：固定床
300：吸收剂管路系统
300a、300b、300c、300d：吸收剂管路
400：气体管路系统
400a、400b、400c：气体管路
500：吸收剂供应装置
600：气体源
700：吸收剂再生装置
800：目标成分纯化装置
900：目标成分管路
S100、S110、S120、S130、S140：步骤
具体实施方式
图1是本发明的一实施例的气体中的目标成分的捕获装置。
请参照图1，气体中的目标成分的捕获装置10，包括旋转填充床100及固定床200。捕获装置10可藉由吸收剂捕获待处理气体中的目标成分。待处理气体例如是发电厂、钢铁厂或炼油厂等工厂的烟道气(flue gas)。目标成分例如是二氧化碳。
旋转填充床100具有吸收剂入口110、吸收剂出口120、气体入口130与气体出口140。旋转填充床100例如是超重力旋转填充床。旋转填充床100的转速例如是100rpm至3000rpm。在另一实施例中，旋转填充床100的转速例如是700rpm至1600rpm。
以下，举例说明吸收剂与待处理气体在旋转填充床100中的流动方式，但本发明并不以此为限。吸收剂可从旋转填充床100顶部的吸收剂入口110流入旋转填充床100，且可从旋转填充床100底部的吸收剂出口120流出旋转填充床100。待处理气体可从旋转填充床100侧边的气体入口130流入旋转填充床100，且可从旋转填充床100顶部的气体出口140流出旋转填充床100。如此一来，可使得吸收剂的流动方向与待处理气体的流动方向相反。
旋转填充床100可藉由马达的带动进行旋转，而产生高重力场。在旋转所产生的离心力的辅助下，吸收剂会通过旋转填充床100内的填料区而被切割成较小的液滴及较薄的液膜而具有更大的表面积。待处理气体与吸收剂以互为逆向的流动方式进行接触。在高速旋转的辅助下，旋转填充床100将可大幅提高气液接触面积、接触效率与减少溢流的现象，进而使得吸收剂可在旋转填充床100内高效率地吸收待处理气体中的目标成分。
固定床200具有吸收剂入口210、吸收剂出口220、气体入口230与气体出口240。以下，举例说明吸收剂与待处理气体在固定床200中的流动方式，但本发明并不以此为限。吸收剂可从固定床200顶部的吸收剂入口210流入固定床200，且可从固定床200底部的吸收剂出口220流出固定床200。待处理气体可从固定床200底部的气体入口230流入固定床200，且可从固定床200顶部的气体出口240流出固定床200。如此一来，可使得吸收剂的流动方向与待处理气体的流动方向相反。待处理气体与吸收剂以互为逆向的流动方式在固定床200内的填料区中进行接触，可使得待处理气体与吸收剂具有更大的气液接触面积，因此吸收剂可在固定床200内有效地吸收待处理气体中的目标成分。
旋转填充床100与固定床200的连通方式如下所述。吸收剂出口120连通至吸收剂入口210，而形成依序通过旋转填充床100与固定床200的吸收剂流路。详言之，吸收剂流路依序经过吸收剂入口110、吸收剂出口120、吸收剂入口210与吸收剂出口220。气体出口240连通至气体入口130，而形成依序通过固定床200与旋转填充床100的气体流路。详言之，气体流路依序经过气体入口230、气体出口240、气体入口130与气体出口140。
藉由上述旋转填充床100与固定床200的连通方式，吸收剂会依序通过旋转填充床100与固定床200，且待处理气体依序会通过固定床200与旋转填充床100，因此可使得捕获装置10具有较佳的目标成分捕获效率，且可有效地降低捕获装置10的体积与捕获目标成分时的能量消耗，进而降低设置成本与能量成本。
捕获装置10还可包括吸收剂管路系统300、气体管路系统400、吸收剂供应装置500、气体源600、吸收剂再生装置700与目标成分纯化装置800中的至少一个。
吸收剂管路系统300可包括吸收剂管路300a。吸收剂管路系统300可藉由吸收剂管路300a将吸收剂出口120连通至吸收剂入口210。吸收剂管路系统300还可选择性包括吸收剂管路300b、吸收剂管路300c、吸收剂管路300d中的至少一个。吸收剂管路300b可将吸收剂供应装置500与旋转填充床100进行连通。吸收剂管路300c可将固定床200与吸收剂再生装置700进行连通。吸收剂管路300d可将经再生后的吸收剂从吸收剂再生装置700中导出。
气体管路系统400可包括气体管路400a。气体管路系统400可藉由气体管路400a将气体出口240连通至气体入口130。气体管路系统400还可选择性地包括气体管路400b、气体管路400c中的至少一个。气体管路400b可将气体源600与固定床200进行连通。气体管路400c可将经吸收剂处理后的气体从旋转填充床100中导出至大气中，或是将经吸收剂处理后的气体连通至其他后续的气体处理机台。
吸收剂供应装置500可经由吸收剂管路300b连通至吸收剂入口110，以供应吸收剂至旋转填充床100中。吸收剂例如是单乙醇胺(Monoethanolamine,MEA)、无水二次乙基二胺(Piperazine Anhydrous,PZ)、二乙胺基乙醇(2-(Diethylamino)ethanol,DEEA)或其组合。吸收剂的浓度例如是10wt％至30wt％。然而，吸收剂的种类与浓度并不以此为限，所属技术领域普通技术人员可依照所要捕获的目标成分或者制程需求来选择吸收剂的种类、配方与浓度。
气体源600可经由气体管路400b连通至气体入口230，以供应待处理气体至固定床200中。气体源600例如是发电厂、钢铁厂或炼油厂等工厂。待处理气体例如是工厂的烟道气(flue gas)，且待处理气体含有如二氧化碳等的目标成分。
吸收剂再生装置700可用以移除吸收剂中所捕获的至少一部分的目标成分，以使目标成分从吸收剂脱离，进而将吸收剂进行再生。吸收剂再生装置700例如是气提塔。吸收剂再生装置700具有吸收剂入口710与吸收剂出口720。吸收剂入口710可藉由吸收剂管路300c连通至吸收剂出口220，以使捕获有目标成分的吸收剂从固定床200进入吸收剂再生装置700。吸收剂管路300d可连通至吸收剂出口720，以将吸收剂再度输送到旋转填充床100和/或吸收剂供应装置500中，以循环利用吸收剂。
目标成分纯化装置800可藉由目标成分管路900连通至吸收剂再生装置700，以将从吸收剂脱离的目标成分输送至目标成分纯化装置800，进行目标成分的纯化。经纯化处理后的目标成分可视情况所需进行后续的压缩、储存、运送或再利用等处理。
图2是本发明的一实施例的气体中的目标成分的捕获流程图。以下，藉由图1与图2来说明藉由本实施例的捕获装置10所进行的气体中的目标成分的捕获方法。捕获装置10中的各构件的连接关系、特性与功效已于前文中进行详尽地描述，故于下文中不再重复赘述。
进行步骤S100，提供相互联通的旋转填充床100与固定床200。藉由旋转填充床100与固定床200的连通方式可使吸收剂流路依序通过旋转填充床100与固定床200，且可使气体流路依序通过固定床200与旋转填充床100。
进行步骤S110，使吸收剂依序通过旋转填充床100与固定床200。举例来说，由吸收剂供应装置500所供应的吸收剂可经由吸收剂管路300b、吸收剂入口110、吸收剂出口120、吸收剂管路300a、吸收剂入口210与吸收剂出口220而依序通过旋转填充床100与固定床200。吸收剂例如是单乙醇胺(Monoethanolamine,MEA)、无水二次乙基二胺(Piperazine Anhydrous,PZ)、二乙胺基乙醇(2-(Diethylamino)ethanol,DEEA)或其组合。吸收剂的浓度例如是10wt％至30wt％。
进行步骤S120，使待处理气体依序通过固定床200与旋转填充床100。举例来说，由气体源600所供应的待处理气体可经由气体管路400b、气体入口230、气体出口240、气体管路400a、气体入口130与气体出口140而依序通过固定床200与旋转填充床100。待处理气体例如是工厂的烟道气，且待处理气体含有如二氧化碳等的目标成分。
使吸收剂与待处理气体在旋转填充床100与固定床200中相互接触，而经由吸收剂捕获待处理气体中的目标成分。吸收剂与待处理气体可藉由旋转填充床100与固定床200增加气液接触面积，进而提高目标成分的捕获效率。旋转填充床100例如是超重力旋转填充床。旋转填充床100的转速例如是100rpm至3000rpm。在另一实施例中，旋转填充床100的转速例如是700rpm至1600rpm。
可选择性地进行步骤S130，利用吸收剂再生装置700移除吸收剂中所捕获的至少一部分的目标成分，而将吸收剂进行再生。吸收剂再生装置700例如是气提塔。
可选择性地进行步骤S140，利用目标成分纯化装置800对来自于吸收剂再生装置700的目标成分进行纯化。
基于上述实施例可知，在上述捕获装置10与捕获方法中，组合使用旋转填充床100与固定床200，其中吸收剂依序通过旋转填充床100与固定床200，且待处理气体依序通过固定床200与旋转填充床100。因此，在达成同样目标成分气体捕获率的情况下，相对于单独使用固定床的捕获装置与单独使用旋转填充床的捕获装置，本实施例的捕获装置10可具有较小的体积，进而可降低设备程本。此外，在达成同样目标成分气体捕获率的情况下，相对于单独使用固定床的捕获装置与单独使用旋转填充床的捕获装置，本实施例的捕获装置10与捕获方法可具有较低的能量消耗。因此，本实施例的捕获装置10与捕获方法可在不降低目标成分气体捕获率的情形下，达成降低设置成本与能量消耗的目标。
图3是本发明的一实施例的组合使用旋转填充床与固定床的捕获装置、单独使用固定床的捕获装置与单独使用旋转填充床的捕获装置的体积比较图。
在图3的实验例中，以二氧化碳作为欲捕获的目标成分例来进行实验。本实施例是采用组合使用旋转填充床与固定床的捕获装置(如上述的捕获装置10)。由图3的结果可知，在相同气体处理量与二氧化碳捕获率下，相较于单独使用固定床的捕获装置的体积，本实施例的捕获装置中的旋转填充床与固定床的总体积缩小了约47.6％～75.4％。此外，相较于单独使用旋转填充床的捕获装置的体积，本实施例的捕获装置中的旋转填充床与固定床的总体积缩小了约44.9％～49.1％。由此可知，由于本实施例是采用组合使用旋转填充床与固定床的捕获装置，因此可有效地降低捕获装置的体积与设备成本。
图4是本发明的一实施例的组合使用旋转填充床与固定床的捕获装置与单独使用旋转填充床的捕获装置的能量消耗比较图。
在图4的实验例中，以二氧化碳作为欲捕获的目标成分例来进行实验。本实施例是采用组合使用旋转填充床与固定床的捕获装置(如上述的捕获装置10)。由于使用固定床进行二氧化碳的捕获时并不会消耗能量，因此本实验例是以捕获装置中的旋转填充床的能量消耗来进行比较。由图4的结果可知，在相同气体处理量与二氧化碳捕获率下，本实施例的捕获装置中的旋转填充床的能量消耗只有单独使用旋转填充床的捕获装置的能量消耗的1/120～1/10。原因在于，本实施例的捕获装置中的旋转填充床的体积与外半径缩小，且旋转时的能量消耗与外半径成正比的关系。由此可知，由于本实施例是采用组合使用旋转填充床与固定床的捕获装置，因此可有效地降低能量消耗。
综上所述，在上述实施例所提出的气体中的目标成分的捕获装置与捕获方法中，由于吸收剂依序通过旋转填充床与固定床，且待处理气体依序通过固定床与旋转填充床，因此可有效地降低捕获装置的体积与捕获目标成份时的能量消耗，进而降低设置成本与能量成本。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的改动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求界定范围为准。

Claims (20)

1.一种气体中的目标成分的捕获装置，其特征在于，包括：
旋转填充床，具有第一吸收剂入口、第一吸收剂出口、第一气体入口与第一气体出口；以及
固定床，具有第二吸收剂入口、第二吸收剂出口、第二气体入口与第二气体出口，其中
所述第一吸收剂出口连通至所述第二吸收剂入口，而形成依序通过所述旋转填充床与所述固定床的吸收剂流路，
所述第二气体出口连通至所述第一气体入口，而形成依序通过所述固定床与所述旋转填充床的气体流路。
2.根据权利要求1所述的气体中的目标成分的捕获装置，其特征在于，还包括吸收剂管路系统，将所述第一吸收剂出口连通至所述第二吸收剂入口。
3.根据权利要求1所述的气体中的目标成分的捕获装置，其特征在于，还包括气体管路系统，将所述第二气体出口连通至所述第一气体入口。
4.根据权利要求1所述的气体中的目标成分的捕获装置，其特征在于，还包括吸收剂供应装置，连通至所述第一吸收剂入口，以供应吸收剂至所述旋转填充床中。
5.根据权利要求1所述的气体中的目标成分的捕获装置，其特征在于，还包括气体源，连通至所述第二气体入口，以供应待处理气体至所述固定床中。
6.根据权利要求1所述的气体中的目标成分的捕获装置，其特征在于，还包括吸收剂再生装置，具有第三吸收剂入口与第三吸收剂出口，其中所述第三吸收剂入口连通至所述第二吸收剂出口。
7.根据权利要求6所述的气体中的目标成分的捕获装置，其特征在于，所述吸收剂再生装置包括气提塔。
8.根据权利要求6所述的气体中的目标成分的捕获装置，其特征在于，还包括目标成分纯化装置，连通至所述吸收剂再生装置。
9.根据权利要求1所述的气体中的目标成分的捕获装置，其特征在于，所述旋转填充床包括超重力旋转填充床。
10.根据权利要求1所述的气体中的目标成分的捕获装置，其特征在于，所述旋转填充床的转速为100rpm至3000rpm。
11.根据权利要求10所述的气体中的目标成分的捕获装置，其特征在于，所述旋转填充床的转速为700rpm至1600rpm。
12.根据权利要求1所述的气体中的目标成分的捕获装置，其特征在于，所述目标成分包括二氧化碳。
13.一种气体中的目标成分的捕获方法，其特征在于，包括：
提供相互联通的旋转填充床与固定床；
使吸收剂依序通过所述旋转填充床与所述固定床；
使待处理气体依序通过所述固定床与所述旋转填充床；以及
使所述吸收剂与所述待处理气体在所述旋转填充床与所述固定床中相互接触，而经由所述吸收剂捕获所述待处理气体中的目标成分。
14.根据权利要求13所述的气体中的目标成分的捕获方法，其特征在于，还包括利用吸收剂再生装置移除所述吸收剂中所捕获的至少一部分的所述目标成分。
15.根据权利要求14所述的气体中的目标成分的捕获方法，其特征在于，还包括利用目标成分纯化装置对来自于所述吸收剂再生装置的所述目标成分进行纯化。
16.根据权利要求13所述的气体中的目标成分的捕获方法，其特征在于，所述旋转填充床的转速为100rpm至3000rpm。
17.根据权利要求16所述的气体中的目标成分的捕获方法，其特征在于，所述旋转填充床的转速为700rpm至1600rpm。
18.根据权利要求13所述的气体中的目标成分的捕获方法，其特征在于，所述目标成分包括二氧化碳。
19.根据权利要求13所述的气体中的目标成分的捕获方法，其特征在于，所述吸收剂包括单乙醇胺、无水二次乙基二胺、二乙胺基乙醇或其组合。
20.根据权利要求13所述的气体中的目标成分的捕获方法，其特征在于，所述吸收剂的浓度为10wt％至30wt％。
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