CN112076565A - 气体的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体的处理方法，其包含以下步骤：步骤(A)：收集包含二氧化碳和细悬浮微粒的气体；步骤(B)：以水对该气体进行淋洗，得到经淋洗的气体；以及步骤(C)：将该经淋洗的气体与碱性水溶液以同向流的方式进行接触，使该碱性水溶液吸收该经淋洗的气体包含的二氧化碳，得到处理后的气体以及弱碱水溶液；其中，该碱性水溶液的pH值为9至14，该弱碱水溶液的pH值为8至8.5。通过本发明的方法能同时降低气体中的细悬浮微粒及二氧化碳的含量。

Description

气体的处理方法
技术领域
本发明涉及一种气体的处理方法，尤其涉及一种降低气体中二氧化碳和细悬浮微粒的净化处理方法。
背景技术
随着工业发展，工厂锅炉、火力发电厂等排放燃料废气大增，空气质量已遭受严重污染。其中，排放的废气使温室气体含量增加，强化了温室效应，造成全球暖化，使极端气候增加、旱涝频繁发生，极寒酷热气候常态化，影响全球农作物收成、南北极冰原溶解、海平面上升，严重影响生态和环境。因此，减少排放占温室气体中主要成分的二氧化碳的已经是全球努力达成的目标。
此外，燃烧后排放的废气中的悬浮微粒更是直接影响人类健康。尤其是细悬浮微粒(例如：particulate matter 2.5，PM2.5和particulate matter 1.0，PM1.0)，由于其粒径小于或等于2.5微米甚至小于或等于1.0微米的缘故，可穿透肺泡、抵达细支气管壁进而影响肺泡的气体交换，若长期暴露于细悬浮微粒的环境中不仅将引发呼吸道疾病，更会增加罹患肺癌的风险。因此目前迫切需要一种改善空气质量的方法。
发明内容
鉴于现有技术无法有效改善空气质量，本发明的目的在于同时降低气体中的二氧化碳含量及细悬浮微粒含量，进而达到降低空气污染的效果。
为达到前述目的，本发明提供一种气体的处理方法，其包含以下步骤：
步骤(A)：收集包含二氧化碳和细悬浮微粒的气体；
步骤(B)：以水对该气体进行淋洗，得到经淋洗的气体；以及
步骤(C)：将该经淋洗的气体与碱性水溶液以同向流的方式进行接触，使该碱性水溶液吸收该经淋洗的气体包含的二氧化碳，得到处理后的气体以及弱碱水溶液；其中，该碱性水溶液的pH值为9至14，该弱碱水溶液的pH值为8至8.5。
依据本发明，通过先以水对含有二氧化碳和细悬浮微粒的气体进行淋洗，可吸收所述气体中部分二氧化碳，同时可沉降所述气体中的细悬浮微粒，不仅可减少经淋洗的气体中所含的细悬浮微粒，也可避免细悬浮微粒黏附于运输气体的通道；然后，再将碱性水溶液以同向流(cocurrent flow)的方式接触经淋洗的气体，由于碱性水溶液的流向和经淋洗的气体的流向相同，因此能延长碱性水溶液与经淋洗的气体中的二氧化碳的接触时间、增加酸碱中和反应的机会，进而能更完全地吸收气体中所包含的二氧化碳，实现了同时降低气体中二氧化碳与细悬浮微粒的效果。
在本发明的一些实施例中，含有二氧化碳和细悬浮微粒的气体的来源为火力发电厂、钢铁厂、水泥厂、石化厂、炼油厂、造纸厂、或供暖厂等燃烧煤、天然气或燃油所产生的废气，但不限于此。
优选地，前述步骤(B)中，所述水的温度为100℃以下，以此可降低所述气体的温度，更优选地，所述水的温度为50℃至60℃。
优选地，前述步骤(C)在温度为90℃以下进行，以避免温度过高造成碱性水溶液中包含的水分蒸发，使原本溶解在该碱性水溶液中的碱性化合物部分结晶析出，导致输送碱性水溶液的管线容易发生堵塞的情况；更优选地，步骤(C)在4℃至90℃进行，因在4℃以下时，酸碱中和反应的反应速率会降低；另外，若考虑到所述碱性水溶液和二氧化碳反应后得到的盐类的溶解度，还更优选地，步骤(C)在50℃至60℃进行。
优选地，前述碱性水溶液为氢氧化钠水溶液，因为氢氧化钠与二氧化碳反应所得到的产物(碳酸氢钠)不仅不会造成环境污染，还可收集后作进一步的利用，尤其在下述步骤(D)中的微藻养殖槽中，可作为良好的碳源。
优选地，前述方法可进一步包含步骤(D)：将前述弱碱水溶液加入含有微藻的微藻养殖槽中，作为提供给水中微藻行光合作用的碳源，以进一步制成保健产品、动物饲料或生物质柴油。
优选地，前述方法可进一步包含步骤(E)：将前述弱碱水溶液的水分蒸干，得到碳酸氢钠固体。而得到的碳酸氢钠固体可再供工业上使用，以增加本发明的经济效益。
优选地，前述步骤(C)包括：
步骤(C1)：将该经淋洗的气体与该碱性水溶液以同向流的方式进行初次接触，使该碱性水溶液吸收该经淋洗的气体包含的二氧化碳，得到经初次处理的气体以及第一弱碱水溶液；以及
步骤(C2)：将该经初次处理的气体与该碱性水溶液以同向流的方式进行再次接触，使该碱性水溶液吸收该经初次处理的气体包含的二氧化碳，得到该处理后的气体以及第二弱碱水溶液，其中，该弱碱水溶液包含第一弱碱水溶液和第二弱碱水溶液。更优选地，其中步骤(C2)可以重复进行一次以上；举例而言，当步骤(C2)重复进行一次时，则表示该经淋洗的气体于步骤(C)中，依序与新鲜的碱性水溶液经过三次接触。
优选地，在前述步骤(C)中，该碱性水溶液与该经淋洗的气体的总接触时间为5秒以上，更优选地，总接触时间为15秒以上，还更优选地，总接触时间为1分钟以上。
优选地，在前述步骤(C)中，该碱性水溶液的流量为每小时500公升。
在前述步骤(C)中，由于该碱性水溶液浓度越高，越容易造成该碱性水溶液中的碱性化合物部分结晶析出导致堵塞管线及提高操作上的危险度；相对的，碱性水溶液浓度越低，则越需提高碱性水溶液流量，相对耗能。因此，优选地，该碱性水溶液的浓度为1重量百分比至2重量百分比。
在一些实施例中，在前述步骤(C)中，该碱性水溶液以水柱或直径1mm以上的水珠的形式与经淋洗的气体进行同向流接触。由于碱性水溶液流量与气体流量比例过高会使碱性水溶液与经淋洗的气体的接触面积降低而且耗能增加；而流量比过低会使碱性水溶液容易雾化飘散，溶解二氧化碳的效率降低。因此，优选地，该碱性水溶液的流量与气体流量比为1：200至1：800，更优选地为1：400至1：700。
优选地，前述微藻为葡萄藻(Botryococcus braunii)、小球藻(Chlorella sp.)、隐甲藻(Crypthecodinium cohnii)、细柱藻(Cylindrotheca sp.)、杜氏藻(Dunaliellaprimolecta)、等鞭金藻(Isochrysis sp.)、单肠藻(Monalanthus Salina)、微小绿藻(Nannochloris sp.)、拟球藻(Nannochloropsis sp.)、新绿藻(Neochlorisoleoabundans)、菱形藻(Nitzschia sp.)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、裂殖壶菌(Schizochytrium sp.)、司西扁藻(Tetraselmis suecica)、极大节螺藻(Arthrospira maxima)、钝顶节螺藻(Arthrospira platensis)或其组合。还更优选地，该微藻为利用海水养殖的小球藻、杜氏藻、等鞭金藻、微小绿藻、新绿藻、裂殖壶菌、螺旋藻或其组合。
本发明的优点在于先以水淋洗的步骤达到沉降包含二氧化碳和细悬浮微粒的气体中的细悬浮微粒及吸收部分该气体中的二氧化碳，再将碱性水溶液与经淋洗的气体以同向流的方式接触，增加碱性水溶液与二氧化碳的作用时间，使酸碱中和反应能进行完全，因此本发明同时达到大幅降低气体中的细悬浮微粒及二氧化碳的效果，降低温室气体的排放及净化空气质量，改善生态及环境。
此外，依据本发明，处理气体后所得的弱碱水溶液，可进一步用于微藻养殖加工制成动物饲料、保健产品及生物质柴油或制备工业用碳酸氢钠固体，且养殖微藻的水溶液可回收利用于二氧化碳的吸附，使得本发明的产物均能被有效运用。
具体实施方式
首先，步骤(A)收集含有二氧化碳和细悬浮微粒的气体。该气体为收集自炼钢高温锅炉排放的废气，其中含有平均约159克/立方米(g/m3)的二氧化碳及平均为35.42mg/m3的细悬浮微粒PM2.5，且该气体的温度高达400℃以上。
然后，步骤(B)以水对该气体进行淋洗，得到经淋洗的气体，使该气体中的PM2.5沉降并使所述气体中的部分二氧化碳同时溶解于水中。将前述收集得到的气体以330m3/hr的流量，且经由二氧化碳探测仪(New
Figure BDA0002091509880000041
Edinburgh Sensor)探测二氧化碳的浓度平均为52.5公斤/小时(kg/hr)，通过流量为2m3/hr至5m3/hr的50℃以下的水持续淋洗5秒钟，使得该气体的温度降低至50℃以下。
然后，以步骤(C1)：将前述经淋洗的气体以330m3/hr的流量与流量为500公升/小时(L/hr)的2重量百分比的氢氧化钠水溶液(此时碱性水溶液的流量与气体流量比为1：660)以同向流的方式进行初次接触，也就是持续5秒钟的循环喷淋，此处所指的循环喷淋是指经淋洗的气体在腔室中受到循环的氢氧化钠水溶液喷淋，使该氢氧化钠水溶液吸收该经淋洗的气体包含的二氧化碳，得到经初次处理的气体以及第一碳酸氢钠水溶液；以及步骤(C2)：将该经初次处理的气体以330m3/hr的流量与流量为500L/hr的2重量百分比的氢氧化钠水溶液以同向流的方式进行再次接触，且该再次接触为持续5秒钟的循环喷淋，得到第二碳酸氢钠水溶液以及再次处理的气体；之后，再重复进行步骤(C2)一次，得到第三碳酸氢钠水溶液以及处理后的气体，并将前述三段接触所得的第一碳酸氢钠水溶液至第三碳酸氢钠水溶液统一收集至储存池中。因此，在步骤(C)中，经淋洗的气体分别以新鲜的2重量百分比的氢氧化钠水溶液依序接触三次，使得所述气体所包含的二氧化碳几乎都被该氢氧化钠水溶液吸收，最后得到处理后的气体，已大幅减少原废气中二氧化碳及细悬浮微粒的含量。
在步骤(C)中，当氢氧化钠水溶液与二氧化碳接触时即进行酸碱中和反应，且当使用同向流的方式使经淋洗的气体与氢氧化钠水溶液接触可增长氢氧化钠水溶液与气体中二氧化碳接触的时间，据此，可使得酸碱中和反应能更完全地进行。
该处理后的气体根据二氧化碳探测仪(New
Figure BDA0002091509880000051
Edinburgh Sensor)的测试结果可发现步骤(A)中总收集的含有52.5kg/hr二氧化碳的330m3/hr原始气体共减少了45kg/hr以上的二氧化碳。其中，在本实施例进行处理后的第5、10、15、20、25、30分钟监测二氧化碳及PM2.5的平均去除率如下表1所示：
表1、实施例1的二氧化碳及PM2.5去除效率
Figure BDA0002091509880000052
Figure BDA0002091509880000061
根据上表1的结果，本发明的PM2.5清除率在每5分钟可达95％，而二氧化碳清除率可达近90％。
然后，将步骤(C)收集而得的碳酸氢钠水溶液进一步进行步骤(D)：将该碳酸氢钠水溶液加入含有微藻的微藻养殖槽中。将上述步骤(C)得到的部分碳酸氢钠水溶液加入含有微藻的养殖槽中，以作为提供给水中微藻行光合作用的碳源，将生长的微藻加工制成保健产品、动物饲料或生物质柴油。其中，微藻可为葡萄藻(Botryococcus braunii)、小球藻(Chlorella sp.)、隐甲藻(Crypthecodinium cohnii)、细柱藻(Cylindrotheca sp.)、杜氏藻(Dunaliella primolecta)、等鞭金藻(Isochrysis sp.)、单肠藻(MonalanthusSalina)、微小绿藻(Nannochloris sp.)、拟球藻(Nannochloropsis sp.)、新绿藻(Neochloris oleoabundans)、菱形藻(Nitzschia sp.)、三角褐指藻(Phaeodactylumtricornutum)、裂殖壶菌(Schizochytrium sp.)、司西扁藻(Tetraselmis suecica)、极大节螺藻(Arthrospira maxima)、钝顶节螺藻(Arthrospira platensis)。而当微藻在养殖槽中进行光合作用消耗掉二氧化碳后会使碳酸氢钠水溶液释放出氢氧根离子，因此在收集微藻后可将养殖槽中的水溶液进一步浓缩处理，将浓缩后的养殖槽中的水溶液添加部分固态氢氧化钠调整pH值后，可再作为步骤(C)的碱性水溶液而达到循环利用的效果。所述浓缩的方式可利用光照、或排放燃烧或燃油产生的废气的烟囱尾气余热加热蒸发水分或利用分子筛去除水分。
另外，将上述步骤(C)得到的部分碳酸氢钠水溶液另进行步骤(E)：将该碳酸氢钠水溶液的水分蒸干，得到碳酸氢钠固体。
以上所述仅是为方便说明本发明的优选实施例，并非用于限定本发明的范围，本发明的范围应以权利要求书所述为准。

Claims (10)

1.一种气体的处理方法，其包含以下步骤：
步骤(A)：收集包含二氧化碳和细悬浮微粒的气体；
步骤(B)：以水对该气体进行淋洗，得到经淋洗的气体；以及
步骤(C)：将该经淋洗的气体与碱性水溶液以同向流的方式进行接触，使该碱性水溶液吸收该经淋洗的气体包含的二氧化碳，得到处理后的气体以及弱碱水溶液；其中，该碱性水溶液的pH值为9至14，该弱碱水溶液的pH值为8至8.5。
2.根据权利要求1所述的气体的处理方法，其中该步骤(C)在温度为90℃以下进行。
3.根据权利要求1所述的气体的处理方法，其中该碱性水溶液为氢氧化钠水溶液。
4.根据权利要求3所述的气体的处理方法，其中进一步包含步骤(D)：将该弱碱水溶液加入含有微藻的微藻养殖槽中。
5.根据权利要求3所述的气体的处理方法，其中进一步包含步骤(E)：将该弱碱水溶液的水分蒸干，得到碳酸氢钠固体。
6.根据权利要求1所述的气体的处理方法，其中该步骤(C)包括：
步骤(C1)：将该经淋洗的气体与该碱性水溶液以同向流的方式进行初次接触，使该碱性水溶液吸收该经淋洗的气体包含的二氧化碳，得到经初次处理的气体以及第一弱碱水溶液；以及
步骤(C2)：将该经初次处理的气体与该碱性水溶液以同向流的方式进行再次接触，使该碱性水溶液吸收该经初次处理的气体包含的二氧化碳，得到该处理后的气体以及第二弱碱水溶液，其中，该弱碱水溶液包含第一弱碱水溶液和第二弱碱水溶液。
7.根据权利要求1或6所述的气体的处理方法，其中该步骤(C)中，该碱性水溶液与该经淋洗的气体的总接触时间为5秒钟以上。
8.根据权利要求1或6所述的气体的处理方法，其中该步骤(C)中，该碱性水溶液的浓度为1重量百分比至2重量百分比。
9.根据权利要求1或6所述的气体的处理方法，其中该步骤(C)中，该碱性水溶液的流量与经淋洗的气体流量比为1：200至1：800。
10.根据权利要求4所述的气体的处理方法，其中该步骤(D)的微藻为葡萄藻(Botryococcus braunii)、小球藻(Chlorella sp.)、隐甲藻(Crypthecodinium cohnii)、细柱藻(Cylindrotheca sp.)、杜氏藻(Dunaliella primolecta)、等鞭金藻(Isochrysissp.)、单肠藻(Monalanthus Salina)、微小绿藻(Nannochloris sp.)、拟球藻(Nannochloropsis sp.)、新绿藻(Neochloris oleoabundans)、菱形藻(Nitzschia sp.)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、裂殖壶菌(Schizochytrium sp.)、司西扁藻(Tetraselmis suecica)、极大节螺藻(Arthrospira maxima)、钝顶节螺藻(Arthrospiraplatensis)或其组合。
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