TW201306917A - 二氧化碳捕捉裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明係有關一種二氧化碳捕捉裝置及方法，其方法包括有：一吸附步驟，利用吸附材對待處理氣流中之二氧化碳進行吸附作用；一沖洗純化步驟，藉由沖洗氣流對被吸附材所吸附之二氧化碳進行沖洗，進而提升所吸附二氧化碳之純度；以及一脫附步驟，藉由脫附氣流對被吸附材所吸附且純化後之二氧化碳進行脫附作用者。藉此，在利用脫附蒸汽將二氧化碳自吸附材脫附出來之前，藉由供給蒸汽或是二氧化碳之沖洗氣流將二氧化碳與蒸汽以外之物質自吸附材沖洗出來，而對吸附材進行二氧化碳純化作用，而具有提升二氧化碳捕捉純度之功效。

Description

二氧化碳捕捉裝置及方法

本發明係有關一種二氧化碳捕捉裝置及方法，尤指一種利用脫附蒸汽將二氧化碳自吸附材脫附出來之前，藉由供給蒸汽或是二氧化碳之沖洗氣流將二氧化碳與蒸汽以外之物質自吸附材沖洗出來，而對吸附材進行二氧化碳純化作用之設計者。

按，隨著溫室效應日漸顯著，京都議定書也正式生效，同時二氧化碳捕獲及封存技術(Carbon dioxide Capture and Storage，簡稱CCS)也於2005年被聯合國之IPCC組織評估為可行方式之一，相關文獻與專利不勝枚舉，包括最普遍被探討的濕式吸收MEA法、乾式吸附法、薄膜法等。

次按，如第一圖所示，申請人發展出種可有效捕捉二氧化碳之技術，其利用吸脫附單元10內含之吸附材於低溫(<80℃)對由待處理氣流輸入管11輸入之待處理氣流連續性吸附二氧化碳，而由已處理氣流輸出管14輸出已處理氣流，再由脫附蒸汽供給源20經由脫附蒸汽輸入管13提供蒸氣，用以將被吸附材所吸附之二氧化碳濃縮脫附且自脫附後蒸汽輸出管16輸出；然而，由於所脫附出來之二氧化碳濃度雖可達80%左右，但因要進行後續封存程序之二氧化碳純度非常重要，若是含有水蒸汽、含硫氣體或化學物質，則加壓時必須耗費更多的能源，且化學物質也會造成輸送管線或儲存槽的腐蝕或阻塞，久而久之便無法保證封存的安全性與持久性。

本發明之主要目的，係欲提供一種二氧化碳捕捉裝置及方法，而具有提升二氧化碳捕捉純度之功效。

為達上述功效，本發明之二氧化碳捕捉裝置之結構特徵，係包括有：一吸脫附單元，內部具有用以吸附二氧化碳之吸附材，外部連結一待處理氣流輸入管、一沖洗氣流輸入管、一脫附蒸汽輸入管、一已處理氣流輸出管、一沖洗後氣流輸出管與一脫附後蒸汽輸出管；一沖洗氣流供給單元，供給沖洗氣流至該吸脫附單元；以及一脫附蒸汽供給源，連結於該脫附蒸汽輸入管；藉此，利用該吸附材對輸入該吸脫附單元之待處理氣流進行二氧化碳之吸附作用，並先藉供給沖洗氣流對該吸附材進行二氧化碳之純化作用，且再由供給脫附蒸汽對該吸附材進行二氧化碳之脫附作用者。

再者，該沖洗氣流供給單元係令該沖洗氣流輸入管連結於一沖洗氣流供給源，而該沖洗氣流供給源供給蒸汽或是二氧化碳。又，該沖洗氣流供給單元係令該沖洗氣流輸入管叉接於該脫附後蒸汽輸出管。另，該沖洗氣流供給單元係令該沖洗後氣流輸出管設置一抽氣泵。

其一，該吸脫附單元為轉環式吸脫附器或是轉輪式吸脫附器，且依循其旋轉方向區隔出吸附區、沖洗區及脫附區，並令該待處理氣流輸入管與該已處理氣流輸出管相對連結於該吸附區兩側，該沖洗氣流輸入管與該沖洗後氣流輸出管相對連結於該沖洗區兩側，該脫附蒸汽輸入管與該脫附後蒸汽輸出管相對連結於該脫附區兩側，進而隨著該轉環式吸脫附器或是該轉輪式吸脫附器之旋轉讓吸附材連續循環進行吸附、純化及脫附作用。

其二，該吸脫附單元為固定床式吸脫附器，並令該待處理氣流輸入管與該已處理氣流輸出管、該沖洗氣流輸入管與該沖洗後氣流輸出管以及該脫附蒸汽輸入管與該脫附後蒸汽輸出管相對連結於該固定床式吸脫附器之下側與上側，進而隨著待處理氣流、沖洗氣流及脫附蒸汽之接續循環輸入讓吸附材接續循環進行吸附、純化及脫附作用。

其三，該吸脫附單元為流體化床吸脫附器，而該流體化床吸脫附器為吸附床、脫附床以及將吸附材於吸附床與脫附床之間循環輸送之輸送管線之組合，並令該待處理氣流輸入管與該已處理氣流輸出管相對連結於該吸附床之下側與上側，該沖洗氣流輸入管與該沖洗後氣流輸出管以及該脫附蒸汽輸入管與該脫附後蒸汽輸出管相對連結於該脫附床之下側與上側，進而於該吸附床讓吸附材對待處理氣流連續進行吸附作用，且於該脫附床隨著沖洗氣流及脫附蒸汽之接續循環輸入讓吸附材接續循環進行純化及脫附作用。

此外，該脫附後蒸汽輸出管進一步設置一冷凝器，俾令脫附後蒸汽中之蒸汽冷凝，進而分離出二氧化碳。又，該待處理氣流輸入管進一步設置一調濕器，俾以調整待處理廢氣之濕度，進而提升該吸附材之吸附能力。另，進一步令該沖洗後氣流輸出管叉接至該待處理氣流進氣管，而該沖洗氣流使用之氣體為蒸汽或是二氧化碳。再者，該吸附材係為活性碳、X型沸石、Y型沸石、MCM-41型沸石、奈米碳管或是其組合。

然而，本發明之二氧化碳捕捉方法，係包括有：一吸附步驟，利用吸附材對待處理氣流中之二氧化碳進行吸附作用；一沖洗純化步驟，藉由沖洗氣流對被吸附材所吸附之二氧化碳進行沖洗，進而提升所吸附二氧化碳之純度；以及一脫附步驟，藉由脫附氣流對被吸附材所吸附且純化後之二氧化碳進行脫附作用者。

再者，沖洗氣流為蒸汽或二氧化碳；另者，該沖洗純化步驟以負壓抽氣之方式進行沖洗。

接著，進一步增設一冷凝步驟，俾於脫附步驟後對脫附後蒸汽中之蒸汽進行冷凝作用，進而分離出二氧化碳。又，進一步增設一調濕步驟，俾於吸附步驟前對待處理氣流進行調濕作用，進而提升吸附材之吸附能力或/及降低運轉成本。

首先，請參閱第二A、二B、二C圖所示，本發明第一實施例係包括有：一轉環式吸脫附器10a，內部具有用以吸附二氧化碳之吸附材，外部連結一待處理氣流輸入管11、一沖洗氣流輸入管12、一脫附蒸汽輸入管13、一已處理氣流輸出管14、一沖洗後氣流輸出管15與一脫附後蒸汽輸出管16，且依循其旋轉方向區隔出吸附區17a、沖洗區18a及脫附區19a，並令該待處理氣流輸入管11與該已處理氣流輸出管14相對連結於該吸附區17a兩側，該沖洗氣流輸入管12與該沖洗後氣流輸出管15相對連結於該沖洗區18a兩側，該脫附蒸汽輸入管13與該脫附後蒸汽輸出管16相對連結於該脫附區19a兩側；該沖洗氣流輸入管12連結於一沖洗氣流供給源30(如第二A圖所示)，而由該沖洗氣流供給源30供給沖洗氣流，該沖洗氣流供給源30供給蒸汽或是二氧化碳；或令該沖洗氣流輸入管12叉接於該脫附後蒸汽輸出管16(如第二B圖所示)，而以脫附後蒸汽做為沖洗氣流；或令該沖洗後氣流輸出管15設置一抽氣泵60，而以負壓抽氣之方式產生沖洗氣流(如第二C圖所示)；俾以供給沖洗氣流將二氧化碳與蒸汽以外之物質自該吸附材沖洗出來；以及一脫附蒸汽供給源20，連結於該脫附蒸汽輸入管13，而供給脫附蒸汽將二氧化碳自該吸附材脫附出來；藉此，利用該吸附材對輸入該轉環式吸脫附器10a之待處理氣流進行二氧化碳之吸附作用，並先藉供給沖洗氣流對該吸附材進行二氧化碳之純化作用，且再由供給脫附蒸汽對該吸附材進行二氧化碳之脫附作用，而讓吸附材隨著該轉環式吸脫附器10a之旋轉而連續循環進行吸附、純化及脫附作用。

接著，請參閱第三A、三B、三C圖所示，本發明第二實施例係包括有：一轉輪式吸脫附器10b，內部具有用以吸附二氧化碳之吸附材，外部連結一待處理氣流輸入管11、一沖洗氣流輸入管12、一脫附蒸汽輸入管13、一已處理氣流輸出管14、一沖洗後氣流輸出管15與一脫附後蒸汽輸出管16，且依循其旋轉方向區隔出吸附區17b、沖洗區18b及脫附區19b，並令該待處理氣流輸入管11與該已處理氣流輸出管14相對連結於該吸附區17b兩側，該沖洗氣流輸入管12與該沖洗後氣流輸出管15相對連結於該沖洗區18b兩側，該脫附蒸汽輸入管13與該脫附後蒸汽輸出管16相對連結於該脫附區19b兩側；該沖洗氣流輸入管12連結於一沖洗氣流供給源30(如第三A圖所示)，而由該沖洗氣流供給源30供給沖洗氣流，該沖洗氣流供給源30供給蒸汽或是二氧化碳；或令該沖洗氣流輸入管12叉接於該脫附後蒸汽輸出管16(如第三B圖所示)，而以脫附後蒸汽做為沖洗氣流；或令該沖洗後氣流輸出管15設置一抽氣泵60，而以負壓抽氣之方式產生沖洗氣流(如第三C圖所示)；俾以供給沖洗氣流將二氧化碳與蒸汽以外之物質自該吸附材沖洗出來；以及一脫附蒸汽供給源20，連結於該脫附蒸汽輸入管13，而供給脫附蒸汽將二氧化碳自該吸附材脫附出來；藉此，利用該吸附材對輸入該轉輪式吸脫附器10b之待處理氣流進行二氧化碳之吸附作用，並先藉供給沖洗氣流對該吸附材進行二氧化碳之純化作用，且再由供給脫附蒸汽對該吸附材進行二氧化碳之脫附作用，而讓吸附材隨著該轉輪式吸脫附器10b之旋轉而連續循環進行吸附、純化及脫附作用。

再者，請參閱第四A、四B、四C圖所示，本發明第三實施例係包括有：一固定床式吸脫附器10c，內部具有用以吸附二氧化碳之吸附材，外部之下側與上側相對連結一待處理氣流輸入管11與一已處理氣流輸出管14、一沖洗氣流輸入管12與一沖洗後氣流輸出管15以及一脫附蒸汽輸入管13與一脫附後蒸汽輸出管16；該沖洗氣流輸入管12連結於一沖洗氣流供給源30(如第四A圖所示)，而由該沖洗氣流供給源30供給沖洗氣流，該沖洗氣流供給源30供給蒸汽或是二氧化碳；或令該沖洗氣流輸入管12叉接於該脫附後蒸汽輸出管16(如第四B圖所示)，而以脫附後蒸汽做為沖洗氣流；或令該沖洗後氣流輸出管15設置一抽氣泵60，而以負壓抽氣之方式產生沖洗氣流(如第四C圖所示)；俾以供給沖洗氣流將二氧化碳與蒸汽以外之物質自該吸附材沖洗出來；以及一脫附蒸汽供給源20，連結於該脫附蒸汽輸入管13，而供給脫附蒸汽將二氧化碳自該吸附材脫附出來；藉此，利用該吸附材對輸入該固定床式吸脫附器10c之待處理氣流進行二氧化碳之吸附作用，並先藉供給沖洗氣流對該吸附材進行二氧化碳之純化作用，且再由供給脫附蒸汽對該吸附材進行二氧化碳之脫附作用，而隨著待處理氣流、沖洗氣流及脫附蒸汽之接續循環輸入該固定床式吸脫附器10c，讓吸附材接續循環進行吸附、純化及脫附作用。

另者，請參閱第五A、五B、五C圖所示，本發明第四實施例係包括有：一流體化床吸脫附器10d，內部具有用以吸附二氧化碳之吸附材，而為吸附床101、脫附床102以及將吸附材於吸附床101與脫附床102之間循環輸送之輸送管線103之組合，該吸附床101外部之下側與上側相對連結一待處理氣流輸入管11與一己處理氣流輸出管14，該脫附床102外部之下側與上側相對連結一沖洗氣流輸入管12與一沖洗後氣流輸出管15以及一脫附蒸汽輸入管13與一脫附後蒸汽輸出管16；該沖洗氣流輸入管12連結於一沖洗氣流供給源30(如第五A圖所示)，而由該沖洗氣流供給源30供給沖洗氣流，該沖洗氣流供給源30供給蒸汽或是二氧化碳；或令該沖洗氣流輸入管12叉接於該脫附後蒸汽輸出管16(如第五B圖所示)，而以脫附後蒸汽做為沖洗氣流；或令該沖洗後氣流輸出管15設置一抽氣泵60，而以負壓抽氣之方式產生沖洗氣流(如第五C圖所示)；俾以供給沖洗氣流將二氧化碳與蒸汽以外之物質自該吸附材沖洗出來；以及一脫附蒸汽供給源20，連結於該脫附蒸汽輸入管13，而供給脫附蒸汽將二氧化碳自該吸附材脫附出來；藉此，利用輸送至該吸附床101之吸附材對輸入該吸附床101之待處理氣流進行二氧化碳之吸附作用，並先藉供給沖洗氣流對輸送至該脫附床102之吸附材進行二氧化碳之純化作用，且再由供給脫附蒸汽對該脫附床102內部之吸附材進行二氧化碳之脫附作用，進而於該吸附床101讓吸附材對待處理氣流連續進行吸附作用，且於該脫附床102隨著沖洗氣流及脫附蒸汽之接續循環輸入讓吸附材接續循環進行純化及脫附作用。

此外，上述各實施例皆可再於該脫附後蒸汽輸出管16進一步設置一冷凝器40，俾令脫附後蒸汽中之蒸汽冷凝，進而分離出二氧化碳；另，皆可再於該待處理氣流輸入管11進一步設置一調濕器50，俾以調整待處理廢氣之濕度，進而提升該吸附材之吸附能力；又，皆可再進一步令該沖洗後氣流輸出管15叉接至該待處理氣流進氣管11，而該沖洗氣流使用之氣體為蒸汽或是二氧化碳；再者，該吸附材係為活性碳、X型沸石、Y型沸石、MCM-41型沸石、奈米碳管或是其組合。

基於如是之構成，本發明之二氧化碳捕捉裝置係包括有：一吸脫附單元(轉環式吸脫附器10a、轉輪式吸脫附器10b、固定床式吸脫附器10c或流體化床吸脫附器10d)內部具有用以吸附二氧化碳之吸附材，外部則連結有一待處理氣流輸入管11、一沖洗氣流輸入管12、一脫附蒸汽輸入管13、一已處理氣流輸出管14、一沖洗後氣流輸出管15與一脫附後蒸汽輸出管16；一沖洗氣流供給源30，連結於該沖洗氣流輸入管12；以及一脫附蒸汽供給源20，連結於該脫附蒸汽輸入管13；藉此，利用該吸附材對輸入該吸脫附單元(轉環式吸脫附器10a、轉輪式吸脫附器10b、固定床式吸脫附器10c或流體化床吸脫附器10d)之待處理氣流進行二氧化碳之吸附作用，並先藉供給沖洗氣流對該吸附材進行二氧化碳之純化作用，且再由供給脫附蒸汽對該吸附材進行二氧化碳之脫附作用者。

於是，本發明係於利用脫附蒸汽將二氧化碳自吸附材脫附出來之前，藉由供給蒸汽或是二氧化碳之沖洗氣流將二氧化碳與蒸汽以外之物質自吸附材沖洗出來，而對吸附材進行二氧化碳純化作用；是以，具有提升二氧化碳捕捉純度之功效。

綜上所述，本發明所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」及「可供產業利用」等發明專利要件，祈請　鈞局惠賜專利，以勵發明，無任德感。

惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括本案申請專利範圍內。

10．．．吸脫附單元

10a．．．轉環式吸脫附器

10b．．．轉輪式吸脫附器

10c．．．固定床式吸脫附器

10d．．．流體化床吸脫附器

101．．．吸附床

102．．．脫附床

103．．．輸送管線

11．．．待處理氣流輸入管

12．．．沖洗氣流輸入管

13．．．脫附蒸汽輸入管

14．．．已處理氣流輸出管

15．．．沖洗後氣流輸出管

16．．．脫附後蒸汽輸出管

17a、17b．．．吸附區

18a、18b．．．沖洗區

19a、19b．．．脫附區

20．．．脫附蒸汽供給源

30．．．沖洗氣流供給源

40．．．冷凝器

50．．．調濕器

60．．．抽氣泵

第一圖係利用吸附材捕捉二氧化碳之結構示意圖。

第二A、二B、二C圖係本發明第一實施例之結構示意圖。

第三A、三B、三C圖係本發明第二實施例之結構示意圖。

第四A、四B、四C圖係本發明第三實施例之結構示意圖。

第五A、五B、五C圖係本發明第四實施例之結構示意圖。

10b．．．轉輪式吸脫附器

11．．．待處理氣流輸入管

12．．．沖洗氣流輸入管

13．．．脫附蒸汽輸入管

14．．．已處理氣流輸出管

15．．．沖洗後氣流輸出管

16．．．脫附後蒸汽輸出管

17b．．．吸附區

18b．．．沖洗區

19b．．．脫附區

20．．．脫附蒸汽供給源

30．．．沖洗氣流供給源

40．．．冷凝器

50．．．調濕器

Claims (16)

1. 一種二氧化碳捕捉裝置，係包括有：一吸脫附單元，內部具有用以吸附二氧化碳之吸附材，外部連結一待處理氣流輸入管、一沖洗氣流輸入管、一脫附蒸汽輸入管、一已處理氣流輸出管、一沖洗後氣流輸出管與一脫附後蒸汽輸出管；一沖洗氣流供給單元，供給沖洗氣流至該吸脫附單元；以及一脫附蒸汽供給源，連結於該脫附蒸汽輸入管；藉此，利用該吸附材對輸入該吸脫附單元之待處理氣流進行二氧化碳之吸附作用，並先藉供給沖洗氣流對該吸附材進行二氧化碳之純化作用，且再由供給脫附蒸汽對該吸附材進行二氧化碳之脫附作用者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之二氧化碳捕捉裝置，其中，該沖洗氣流供給單元係令該沖洗氣流輸入管連結於一沖洗氣流供給源，而該沖洗氣流供給源供給蒸汽或是二氧化碳。
3. 如申請專利範圍第1項所述之二氧化碳捕捉裝置，其中，該沖洗氣流供給單元係令該沖洗氣流輸入管叉接於該脫附後蒸汽輸出管。
4. 如申請專利範圍第1項所述之二氧化碳捕捉裝置，其中，該沖洗氣流供給單元係令該沖洗後氣流輸出管設置一抽氣泵。
5. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之二氧化碳捕捉裝置，其中，該脫附後蒸汽輸出管進一步設置一冷凝器，俾令脫附後蒸汽中之蒸汽冷凝，進而分離出二氧化碳。
6. 如申請專利範圍第5項所述之二氧化碳捕捉裝置，其中，該待處理氣流輸入管進一步設置一調濕器，俾以調整待處理廢氣之濕度，進而提升該吸附材之吸附能力。
7. 如申請專利範圍第6項所述之二氧化碳捕捉裝置，其中，進一步令該沖洗後氣流輸出管叉接至該待處理氣流進氣管。
8. 如申請專利範圍第7項所述之二氧化碳捕捉裝置，其中，該吸附材係為活性碳、X型沸石、Y型沸石、MCM-41型沸石、奈米碳管或是其組合。
9. 如申請專利範圍第8項所述之二氧化碳捕捉裝置，其中，該吸脫附單元為轉環式吸脫附器或是轉輪式吸脫附器，且依循其旋轉方向區隔出吸附區、沖洗區及脫附區，並令該待處理氣流輸入管與該已處理氣流輸出管相對連結於該吸附區兩側，該沖洗氣流輸入管與該沖洗後氣流輸出管相對連結於該沖洗區兩側，該脫附蒸汽輸入管與該脫附後蒸汽輸出管相對連結於該脫附區兩側，進而隨著該轉環式吸脫附器或是該轉輪式吸脫附器之旋轉讓吸附材連續循環進行吸附、純化及脫附作用。
10. 如申請專利範圍第8項所述之二氧化碳捕捉裝置，其中，該吸脫附單元為固定床式吸脫附器，並令該待處理氣流輸入管與該已處理氣流輸出管、該沖洗氣流輸入管與該沖洗後氣流輸出管以及該脫附蒸汽輸入管與該脫附後蒸汽輸出管相對連結於該固定床式吸脫附器之下側與上側，進而隨著待處理氣流、沖洗氣流及脫附蒸汽之接續循環輸入讓吸附材接續循環進行吸附、純化及脫附作用。
11. 如申請專利範圍第8項所述之二氧化碳捕捉裝置，其中，該吸脫附單元為流體化床吸脫附器，而該流體化床吸脫附器為吸附床、脫附床以及將吸附材於吸附床與脫附床之間循環輸送之輸送管線之組合，並令該待處理氣流輸入管與該已處理氣流輸出管相對連結於該吸附床之下側與上側，該沖洗氣流輸入管與該沖洗後氣流輸出管以及該脫附蒸汽輸入管與該脫附後蒸汽輸出管相對連結於該脫附床之下側與上側，進而於該吸附床讓吸附材對待處理氣流連續進行吸附作用，且於該脫附床隨著沖洗氣流及脫附蒸汽之接續循環輸入讓吸附材接續循環進行純化及脫附作用。
12. 一種二氧化碳捕捉方法，係包括有：一吸附步驟，利用吸附材對待處理氣流中之二氧化碳進行吸附作用；一沖洗純化步驟，藉由沖洗氣流對被吸附材所吸附之二氧化碳進行沖洗，進而提升所吸附二氧化碳之純度；以及一脫附步驟，藉由脫附氣流對被吸附材所吸附且純化後之二氧化碳進行脫附作用者。
13. 如申請專利範圍第12項所述之二氧化碳捕捉方法，其中，進一步增設一冷凝步驟，俾於脫附步驟後對脫附後蒸汽中之蒸汽進行冷凝作用，進而分離出二氧化碳。
14. 如申請專利範圍第12或13項所述之二氧化碳捕捉方法，其中，進一步增設一調濕步驟，俾於吸附步驟前對待處理氣流進行調濕作用，進而提升吸附材之吸附能力或/及降低運轉成本。
15. 如申請專利範圍第14項所述之二氧化碳捕捉方法，其中，沖洗氣流為蒸汽或二氧化碳。
16. 如申請專利範圍第15項所述之二氧化碳捕捉方法，其中，該沖洗純化步驟以負壓抽氣之方式進行沖洗。