TWI695734B - 以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法及以氨水進行二氧化碳捕捉之方法 - Google Patents

以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法及以氨水進行二氧化碳捕捉之方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其包含提供一氨水再生系統、進行一第一閃蒸步驟、進行一第一壓縮步驟、進行一汽提步驟、進行一第二閃蒸步驟以及進行一第二壓縮步驟。氨水再生系統包含一熱交換器、一汽提塔、一富溶劑泵浦、一第一閃蒸器、一第一壓縮機、一第二閃蒸器以及一第二壓縮機。藉此，本發明可透過在熱交換器與汽提塔之間設置第一閃蒸器，並將第二閃蒸器取代傳統的再沸器，能有效地降低捕捉二氧化碳時所產生的能量損失，達成節能之目的。

Description

以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法及以氨水進行 二氧化碳捕捉之方法
本發明是關於一種二氧化碳捕捉及再生之方法，尤其是關於一種以氨水進行二氧化碳捕捉及再生之方法。
現今，工業約有85%的能量是由化石燃料來提供，且在未來數十年，化石燃料仍是主要的初級能源，然而，燃燒化石燃料所產生的大量廢氣會導致大氣層內二氧化碳的濃度急遽上升，由於二氧化碳為主要溫室效應氣體，進而造成全球環境變遷。
為了減少二氧化碳對環境造成的危害，發展出一種二氧化碳捕捉系統，其主要分成化學/物理吸收、吸附、低溫冷凝及薄膜分離等，其中化學吸收法為目前最普遍的二氧化碳捕捉技術，且適用於各種電廠及石化工廠。然而，二氧化碳捕捉系統雖可有效去除二氧化碳，但需藉由再沸器對汽提塔進行加熱，會產生大量的能量損失。
有鑑於此，如何改善二氧化碳捕捉系統以及方法，可達到降低二氧化碳排放以及降低捕獲成本之目的，遂成相關業者努力的目標。
本發明之一目的是在於提供一種以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法及以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，透過於熱交換器以及汽提塔之間設置一第一閃蒸器，並使用第二閃蒸器取代傳統的再沸器，可有效地提高二氧化碳的捕捉效率以及降低能源損耗。
本發明之一實施方式提供一種以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其包含提供一氨水再生系統、進行一第一閃蒸步驟、進行一第一壓縮步驟、進行一汽提步驟、進行一第二閃蒸步驟以及進行一第二壓縮步驟。其中，前述氨水再生系統包含一熱交換器、一汽提塔、一富溶劑泵浦、一第一閃蒸器、一第一壓縮機、一第二閃蒸器以及一第二壓縮機，前述熱交換器係供一富溶劑與一貧溶劑進行熱交換處理，並提供富溶劑，前述汽提塔與熱交換器連通，前述富溶劑泵浦經一第一流路連通於熱交換器。前述第一閃蒸器連通至汽提塔之一液體入口與熱交換器之一液體出口之間，前述第一壓縮機連通至第一閃蒸器之一氣體出口與汽提塔之一第一氣體入口之間，前述第二閃蒸器連通至汽提塔之一液體出口與熱交換器之一液體入口之間，前述第二壓縮機連通至第二閃蒸器之一氣體出口與汽提塔之一第二氣體入 口之間。前述第一閃蒸步驟係將富溶劑於第一閃蒸器中閃蒸，以形成一第一蒸氣及一第一閃蒸液體。前述第一壓縮步驟係將第一蒸氣經由第一壓縮機壓縮，並傳送至汽提塔之第一氣體入口。前述汽提步驟係於汽提塔中，藉由第一蒸氣對第一閃蒸液體汽提，以產生一二氧化碳汽提氣體與貧溶劑。前述第二閃蒸步驟係將貧溶劑於第二閃蒸器中閃蒸，以形成一第二蒸氣及一第二閃蒸液體。前述第二壓縮步驟係將第二蒸氣經由第二壓縮機壓縮，並傳送至汽提塔之第二氣體入口。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其中汽提塔的壓力可大於第二閃蒸器的壓力。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其中汽提塔的壓力可為8.5巴至10.5巴，且第二閃蒸器的壓力可為3.0巴至7.0巴。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其中富溶劑泵浦的壓力可為2.5巴至5.0巴。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其中富溶劑可包含二氧化碳及氨水，且二氧化碳與氨水的莫耳比可為0.10至0.41。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其中氨水再生系統可更包含一冷凝器，其連通至汽提塔之一氣體出口。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其中氨水再生系統可更包含一第三閃蒸器，其與冷凝器連通。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，可更包含一冷凝步驟，其係將二氧化碳汽提氣體於冷凝器中冷凝，以形成一冷凝後之二氧化碳汽提氣體。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，可更包含一第三閃蒸步驟，其係將冷凝後之二氧化碳汽提氣體於第三閃蒸器中閃蒸，以形成一二氧化碳閃蒸氣體。
本發明之另一實施方式提供一種以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其包含提供一二氧化碳捕捉系統、進行一吸收步驟、進行一第一閃蒸步驟、進行一第一壓縮步驟、進行一汽提步驟、進行一第二閃蒸步驟以及進行一第二壓縮步驟。其中，前述二氧化碳捕捉系統包含至少一二氧化碳吸收塔、一汽提塔、一熱交換器、一富溶劑泵浦、一第一閃蒸器、一第一壓縮機、一第二閃蒸器以及一第二壓縮機，前述二氧化碳吸收塔具有一吸收劑，前述汽提塔連通至二氧化碳吸收塔之一液體出口，前述熱交換器經一第一流路連通於二氧化碳吸收塔之液體出口與汽提塔之一液體入口之間，且經一第二流路連通於汽提塔之一液體出口與二氧化碳吸收塔之一回流液體入口之間，前述富溶劑泵浦經第一流路連通於熱交換器以及二氧化碳吸收塔之液體出口之間。前述第一閃 蒸器連通至汽提塔之液體入口與熱交換器之一液體出口之間，前述第一壓縮機連通至第一閃蒸器之一氣體出口與汽提塔之一第一氣體入口之間，前述第二閃蒸器連通至汽提塔之液體出口與熱交換器之一液體入口之間，前述第二壓縮機連通至第二閃蒸器之一氣體出口與汽提塔之一第二氣體入口之間。前述吸收步驟係於二氧化碳吸收塔中，使用吸收劑對一含二氧化碳氣體進行二氧化碳吸收處理，以形成一富溶劑。前述第一閃蒸步驟係將富溶劑於第一閃蒸器中閃蒸，以形成一第一蒸氣及一第一閃蒸液體。前述第一壓縮步驟係將第一蒸氣經由第一壓縮機壓縮，並傳送至汽提塔之第一氣體入口。前述汽提步驟係於汽提塔中，藉由第一蒸氣對第一閃蒸液體汽提，以產生一二氧化碳汽提氣體與一貧溶劑。前述第二閃蒸步驟係將貧溶劑於第二閃蒸器中閃蒸，以形成一第二蒸氣及一第二閃蒸液體。前述第二壓縮步驟係將第二蒸氣經由第二壓縮機壓縮，並傳送至汽提塔之第二氣體入口。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中含二氧化碳氣體可為一廢氣，且廢氣可含有5mole%至30mole%之二氧化碳。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中吸收劑可包含濃度為3mole%至10mole%的氨水。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中富溶劑可包含二氧化碳及氨水，且二氧化碳與氨水的莫耳比可為0.10至0.41。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中汽提塔的壓力可大於第二閃蒸器的壓力。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中汽提塔的壓力可為8.5巴至10.5巴，且第二閃蒸器的壓力可為3.0巴至7.0巴。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中富溶劑泵浦的壓力可為2.5巴至5.0巴。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中二氧化碳吸收塔的數量為多個時，二氧化碳捕捉系統可包含N個二氧化碳吸收塔，且N可為大於1的整數，其中N個二氧化碳吸收塔依序串接。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中二氧化碳捕捉系統可更包含一第一冷卻部以及一第二冷卻部。前述第一冷卻部連通於N個二氧化碳吸收塔中的第一個二氧化碳吸收塔之一液體出口與第N個二氧化碳吸收塔之一液體入口之間。前述第二冷卻部連通於熱交換器與二氧化碳吸收塔之回流液體入口之間。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中二氧化碳捕捉系統可更包含一冷凝器，其連通至汽提塔之一氣體出口。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中二氧化碳捕捉系統可更包含一第三閃蒸器，其與冷凝器連通。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，可更包含一冷凝步驟，其係將二氧化碳汽提氣體於冷凝器中冷凝，以形成一冷凝後之二氧化碳汽提氣體。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，可更包含一第三閃蒸步驟，其係將冷凝後之二氧化碳汽提氣體於第三閃蒸器中閃蒸，以形成一二氧化碳閃蒸氣體。
依據前述實施方式之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，可更包含一熱交換步驟，其係將富溶劑與貧溶劑於熱交換器中進行熱交換處理。
藉此，本發明之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法及以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，透過在熱交換器與汽提塔之間設置第一閃蒸器以及第一壓縮機，並將第二閃蒸器以及第二壓縮機取代傳統的再沸器，能有效地降低捕捉二氧化碳時所產生的能量損失，達成節能之目的。
100:以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法
110、120、130、140、150、160:步驟
200:氨水再生系統
210、410:熱交換器
213、413:第一流路
220、420:汽提塔
230、430:第一閃蒸器
240、440:第一壓縮機
250、450:第二閃蒸器
260、460:第二壓縮機
270、470:冷凝器
280、480:第三閃蒸器
211、222、252、281、411、422、452、481、512、521:液體出口
221、212、412、421、522:液體入口
223、423:第一氣體入口
224、424:第二氣體入口
231、225、251、282、425、431、451、482、513、524:氣體出口
300:以氨水進行二氧化碳捕捉之方法
310、320、330、340、350、360、370:步驟
400:二氧化碳捕捉系統
414:第二流路
500:二氧化碳吸收塔
510:第一二氧化碳吸收塔
511:回流液體入口
520:第二二氧化碳吸收塔
530:第一冷卻部
540:第二冷卻部
550:儲存槽
514、523:氣體入口
P41:第一泵浦
P22、P42:富溶劑泵浦
P23、P43:第三泵浦
P24、P44:第四泵浦
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明之一實施方式之一種以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法的步驟流程圖；第2圖係繪示依照第1圖實施方式之氨水再生系統的示意圖；第3圖係繪示依照本發明之另一實施方式之一種以氨水 進行二氧化碳捕捉之方法的步驟流程圖；以及第4圖係繪示依照第3圖實施方式之二氧化碳捕捉系統的示意圖。
以下將參照圖式說明本發明之實施方式。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，閱讀者應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示。
請參照第1圖以及第2圖，其中第1圖繪示依照本發明之一實施方式之一種以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法100的步驟流程圖，第2圖繪示依照第1圖實施方式之氨水再生系統200的示意圖。以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法100包含步驟110、步驟120、步驟130、步驟140、步驟150以及步驟160。
步驟110為提供一氨水再生系統200，如第2圖所示，氨水再生系統200包含一熱交換器210、一汽提塔220、一富溶劑泵浦P22、一第一閃蒸器230、一第一壓縮機240、一第二閃蒸器250以及一第二壓縮機260。詳細來說，熱交換器210係供一富溶劑(rich solvent)與一貧溶劑(lean solvent)進行熱交換處理，並提供富溶劑，汽提塔220 與熱交換器210連通，富溶劑泵浦P22經一第一流路213連通於熱交換器210，第一閃蒸器230連通至汽提塔220之一液體入口221與熱交換器210之一液體出口211之間，第一壓縮機240連通至第一閃蒸器230之一氣體出口231與汽提塔220之一第一氣體入口223之間，第二閃蒸器250連通至汽提塔220之一液體出口222與熱交換器210之一液體入口212之間，第二壓縮機260連通至第二閃蒸器250之一氣體出口251與汽提塔220之一第二氣體入口224之間。
步驟120為進行一第一閃蒸步驟，其係將富溶劑於第一閃蒸器230中閃蒸，以形成一第一蒸氣及一第一閃蒸液體。詳細的說，富溶劑可包含二氧化碳及氨水，且二氧化碳與氨水的莫耳比可為0.10至0.41，為高二氧化碳濃度的溶劑，並經由第一流路213上的富溶劑泵浦P22傳送至熱交換器210升溫後，進入第一閃蒸器230進行第一閃蒸處理，其所形成之第一閃蒸液體會藉由一第三泵浦P23傳送至汽提塔220之液體入口221，而第一蒸氣則同時進入第一壓縮機240，其中富溶劑泵浦P22的壓力可為2.5巴至5.0巴。
步驟130為進行一第一壓縮步驟，其係將第一蒸氣經由第一壓縮機240壓縮，並傳送至汽提塔220之第一氣體入口223。透過進行第一閃蒸步驟以及第一壓縮步驟將第一蒸氣以及第一閃蒸液體傳送至汽提塔220，可幫助溶劑再生。
步驟140為進行一汽提步驟，其係於汽提塔220中，藉由第一蒸氣對第一閃蒸液體汽提，以產生一二氧化碳 汽提氣體與貧溶劑。詳細來說，第一閃蒸處理後之第一閃蒸液體傳送至汽提塔220之頂部，而第一蒸氣則經壓縮後傳送至汽提塔220之底部，並透過第一蒸氣作為第一閃蒸液體的熱源，將第一閃蒸液體中的二氧化碳由液相轉為氣相，以形成二氧化碳汽提氣體，而剩下之第一閃蒸液體因除去二氧化碳而形成貧溶劑，其中貧溶劑為低二氧化碳濃度的溶劑。
步驟150為進行一第二閃蒸步驟，其係將貧溶劑於第二閃蒸器250中閃蒸，以形成一第二蒸氣及一第二閃蒸液體。詳細的說，汽提塔220的壓力可大於第二閃蒸器250的壓力，使汽提出來之貧溶劑經由第二閃蒸器250進行第二閃蒸處理至較低的壓力，其所形成之第二閃蒸液體會由第二閃蒸器250之一液體出口252流出，並藉由一第四泵浦P24傳送至熱交換器210之液體入口212，而第二蒸氣則同時進入第二壓縮機260。其中汽提塔220的壓力可為8.5巴至10.5巴，而第二閃蒸器250的壓力可為3.0巴至7.0巴。
步驟160為進行一第二壓縮步驟，其係將第二蒸氣經由第二壓縮機260壓縮，並傳送至汽提塔220之第二氣體入口224。透過進行第二閃蒸步驟以及第二壓縮步驟將第二閃蒸液體傳送至熱交換器210中進行熱交換，而第二蒸氣則經第二壓縮機再壓縮至汽提塔220。
本發明之氨水再生系統200可更包含一冷凝器270，其連通至汽提塔220之一氣體出口225。詳細的說，本發明之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法100可更包含一冷凝步驟，其係將來自汽提塔220的二氧化碳汽 提氣體於冷凝器270中冷凝，以形成一冷凝後之二氧化碳汽提氣體。藉此，經由冷凝可移除二氧化碳汽提氣體中的水分，使冷凝後的二氧化碳汽提氣體具有極少的含水量。
本發明之氨水再生系統200可更包含一第三閃蒸器280，其與冷凝器270連通。詳細的說，本發明之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法100可更包含一第三閃蒸步驟，其係將來自冷凝器270的冷凝後之二氧化碳汽提氣體於第三閃蒸器280中進行第三閃蒸處理，可進一步地去除多餘的水分而形成含有高濃度二氧化碳的一二氧化碳閃蒸氣體。第三閃蒸器280之一液體出口281連通至汽提塔220，可將第三閃蒸器280所產生的水分回流至汽提塔220中，第三閃蒸器280所產生的二氧化碳閃蒸氣體可由第三閃蒸器280之一氣體出口282排出進行回收利用。
藉此，本發明之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，透過在熱交換器與汽提塔之間設置第一閃蒸器以及第一壓縮機，將富二氧化碳溶劑於第一閃蒸器中閃蒸，並壓縮蒸氣傳入汽提塔，可幫助溶劑的再生，之後，再將汽提塔汽提出來的貧二氧化碳溶劑於第二閃蒸器中閃蒸至較低的壓力，並再壓縮蒸氣傳至汽提塔。設置第一閃蒸器可利用其閃蒸後的蒸氣提供用於加熱汽提塔中富溶劑的熱源，而設置第二閃蒸器則可取代傳統的再沸器，有效地降低所產生的能量損失，達成節能之目的。
請參考第3圖以及第4圖，其中第3圖繪示依照本發明之另一實施方式之一種以氨水進行二氧化碳捕捉之 方法300的步驟流程圖，第4圖繪示依照第3圖實施方式之二氧化碳捕捉系統400的示意圖。以氨水進行二氧化碳捕捉之方法300包含步驟310、步驟320、步驟330、步驟340、步驟350、步驟360以及步驟370。
步驟310為提供一二氧化碳捕捉系統400，如第4圖所示，二氧化碳捕捉系統400包含至少一二氧化碳吸收塔500、一汽提塔420、一熱交換器410、一富溶劑泵浦P42、一第一閃蒸器430、一第一壓縮機440、一第二閃蒸器450以及一第二壓縮機460。
詳細來說，第4圖實施方式中，二氧化碳吸收塔500具有一吸收劑，且二氧化碳吸收塔500的數量為二，分別為一第一二氧化碳吸收塔510以及一第二二氧化碳吸收塔520，而第一二氧化碳吸收塔510與第二二氧化碳吸收塔520串接，其中二氧化碳吸收塔500的數量不以本發明所揭示的內容為限。亦即，二氧化碳吸收塔500的數量可為一個或多個，當二氧化碳吸收塔500的數量為多個時，二氧化碳捕捉系統400可包含N個二氧化碳吸收塔500，且N可為大於1的整數，其中N個二氧化碳吸收塔500依序串接。
汽提塔420連通至第二二氧化碳吸收塔520之一液體出口521。熱交換器410經一第一流路413連通於第二二氧化碳吸收塔520之液體出口521與汽提塔420之一液體入口421之間，且經一第二流路414連通於汽提塔420之一液體出口422與第一二氧化碳吸收塔510之一回流液體入 口511之間，富溶劑泵浦P42經第一流路413連通於熱交換器410以及第二二氧化碳吸收塔520之液體出口521之間。
第一閃蒸器430連通至汽提塔420之液體入口421與熱交換器410之一液體出口411之間，第一壓縮機440連通至第一閃蒸器430之一氣體出口431與汽提塔420之一第一氣體入口423之間。第二閃蒸器450連通至汽提塔420之液體出口422與熱交換器410之一液體入口412之間，第二壓縮機460連通至第二閃蒸器450之一氣體出口451與汽提塔420之一第二氣體入口424之間。
步驟320為進行一吸收步驟，其係於二氧化碳吸收塔500中，使用吸收劑對一含二氧化碳氣體進行二氧化碳吸收處理，以形成一富溶劑以及經二氧化碳吸收處理後的氣體。詳細的說，將含二氧化碳氣體通入至第一二氧化碳吸收塔510之一氣體入口514與吸收劑進行二氧化碳吸收處理，其中吸收劑可包含濃度為3mole%至10mole%的氨水，而含二氧化碳氣體可為一廢氣，且廢氣可含有5mole%至30mole%之二氧化碳。另外，經二氧化碳吸收處理所獲得的富溶劑可包含二氧化碳及氨水，其中二氧化碳與氨水的莫耳比可為0.10至0.41，為高二氧化碳濃度的溶劑。
另外，二氧化碳捕捉系統400更可包含一第一冷卻部530，第一冷卻部530連通於N個二氧化碳吸收塔500中的第一個二氧化碳吸收塔之一液體出口與第N個二氧化碳吸收塔之一液體入口之間，並藉由第一冷卻部530對來自 第一個二氧化碳吸收塔的富溶劑進行冷卻，且將經冷卻後的富溶劑回流至第N個二氧化碳吸收塔中。
舉例來說，在第4圖實施方式中，以N等於2來進行說明，因此第一冷卻部530連通第一二氧化碳吸收塔510之一液體出口512與第二二氧化碳吸收塔520之一液體入口522之間，並在含二氧化碳氣體通入第一二氧化碳吸收塔510與吸收劑進行二氧化碳吸收處理之後，可藉由一第一泵浦P41將來自第一二氧化碳吸收塔510的富溶劑導送至第一冷卻部530。第一冷卻部530可對來自第一二氧化碳吸收塔510的富溶劑進行冷卻，且將經冷卻後的富溶劑回流至第二二氧化碳吸收塔520中，以繼續進行二氧化碳吸收處理。
另外，含二氧化碳氣體進入第一二氧化碳吸收塔510中進行二氧化碳吸收處理後的氣體，會再通過第一二氧化碳吸收塔510之一氣體出口513與第二二氧化碳吸收塔520之一氣體入口523進入第二二氧化碳吸收塔520中進行二氧化碳吸收處理，經二氧化碳吸收處理後的氣體由第二二氧化碳吸收塔520之氣體出口524排出。
步驟330為進行一第一閃蒸步驟，其係將富溶劑於第一閃蒸器430中閃蒸，以形成一第一蒸氣及一第一閃蒸液體。詳細的說，由第二二氧化碳吸收塔520之液體出口521流出的富溶劑可藉由第一流路413上的富溶劑泵浦P42傳送至熱交換器410升溫後，進入第一閃蒸器430進行第一閃蒸處理，其所形成之第一閃蒸液體會藉由一第三泵浦P43傳送至汽提塔420之液體入口421，而第一蒸氣則同時進入 第一壓縮機440，其中富溶劑泵浦P42的壓力可為2.5巴至5.0巴。
步驟340為進行一第一壓縮步驟，其係將第一蒸氣經由第一壓縮機440壓縮，並傳送至汽提塔420之第一氣體入口423。透過進行第一閃蒸步驟以及第一壓縮步驟將第一蒸氣以及第一閃蒸液體傳送至汽提塔420，可幫助溶劑再生。
步驟350為進行一汽提步驟，其係於汽提塔420中，藉由第一蒸氣對第一閃蒸液體汽提，以產生一二氧化碳汽提氣體與一貧溶劑。詳細來說，第一閃蒸處理後之第一閃蒸液體傳送至汽提塔420之頂部，而第一蒸氣則經再壓縮後傳送至汽提塔420之底部，並透過第一蒸氣作為第一閃蒸液體的熱源，將第一閃蒸液體中的二氧化碳由液相轉為氣相，以形成二氧化碳汽提氣體，而剩下之第一閃蒸液體因除去二氧化碳而形成貧溶劑，其中貧溶劑為低二氧化碳濃度的溶劑。
步驟360為進行一第二閃蒸步驟，其係將貧溶劑於第二閃蒸器450中閃蒸，以形成一第二蒸氣及一第二閃蒸液體。詳細的說，汽提塔420的壓力可大於第二閃蒸器450的壓力，使汽提出來之貧溶劑經由第二閃蒸器450進行第二閃蒸處理至較低的壓力，其所形成之第二閃蒸液體會藉由一第四泵浦P44傳送熱交換器410之液體入口412，而第二蒸氣則同時進入第二壓縮機460。其中汽提塔420的壓力可為 8.5巴至10.5巴，而第二閃蒸器450的壓力可為3.0巴至7.0巴。
步驟370為進行一第二壓縮步驟，其係將第二蒸氣經由第二壓縮機460壓縮，並傳送至汽提塔420之第二氣體入口424。透過進行第二閃蒸步驟以及第二壓縮步驟將第二閃蒸液體傳送至熱交換器410中進行熱交換，而第二蒸氣則經第二壓縮機再壓縮至汽提塔420。
另外，第二閃蒸器450之一液體出口452可經由第二流路414連通至第一二氧化碳吸收塔510之回流液體入口511。詳細的說，經第二閃蒸處理後的第二閃蒸液體可藉由設置於第二流路414上的第四泵浦P44，使來自於第二閃蒸器450的第二閃蒸液體回流至第一二氧化碳吸收塔510中。
本發明之二氧化碳捕捉系統400可更包含一冷凝器470，其連通至汽提塔420之一氣體出口425。詳細的說，本發明之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法300可更包含一冷凝步驟，其係將來自汽提塔420的二氧化碳汽提氣體於冷凝器470中冷凝，以形成一冷凝後之二氧化碳汽提氣體。藉此，經由冷凝可移除二氧化碳汽提氣體中的水分，使冷凝後的二氧化碳汽提氣體具有極少的含水量。
本發明之二氧化碳捕捉系統400可更包含一第三閃蒸器480，其與冷凝器470連通。詳細的說，本發明之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法300可更包含一第三閃蒸步驟，其係將來自冷凝器470的冷凝後之二氧化碳汽提氣體 於第三閃蒸器480中進行第三閃蒸處理，可進一步地去除多餘的水分而形成含有高濃度二氧化碳的一二氧化碳閃蒸氣體。第三閃蒸器480之一液體出口481連通至汽提塔420，可將第三閃蒸器480所產生的水分回流至汽提塔420中，第三閃蒸器480所產生的二氧化碳閃蒸氣體可由第三閃蒸器480之一氣體出口482排出進行回收利用。
另外，本發明之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法300可更包含一熱交換步驟，於第一流路413中的富溶劑為冷流體，而於第二流路414中的貧溶劑為熱流體，藉此，可將富溶劑與貧溶劑於熱交換器410中進行熱交換處理，再進行熱交換處理後，可提高富溶劑的溫度，且可降低貧溶劑的溫度。
本發明之二氧化碳捕捉系統400可更包含一第二冷卻部540，其連通於熱交換器410與第一二氧化碳吸收塔510之回流液體入口511之間，藉此，第二冷卻部540可對經熱交換處理後的貧溶劑進行降溫。另外，在第4圖實施方式中，第二冷卻部540與熱交換器410之間設有一儲存槽550，因二氧化碳捕捉系統400在操作過程中會造成氨水逸散，為了維持二氧化碳捕捉系統400質量平衡，設置儲存槽550來作為氨水補償。
藉此，本發明之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法可藉由在熱交換器與汽提塔之間設置第一閃蒸器以及第一壓縮機，並設置第二閃蒸器以及第二壓縮機取代傳統的再沸器，所形成的氨水再生系統，再搭配設置二氧化碳吸收 塔，即可大幅降低能源損耗，達到降低二氧化碳排放及捕捉成本之目的。
<實施例及比較例>
本發明之實施例1以及實施例2是以第3圖之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法300之步驟310至步驟370來捕捉含二氧化碳氣體中的二氧化碳，並經由式(I)、式(II)以及式(III)分別計算等效功(equivalent work,Wequiv)、總功(total work,Wt)以及能量損失(energy penalty,EP%)。關於式(I)、式(II)以及式(III)如下所示：
Figure 108115940-A0305-02-0021-18
Figure 108115940-A0305-02-0021-2
Figure 108115940-A0305-02-0021-5
 其中T0為300K。
在實施例1中，將汽提塔的壓力設為10.5巴，第二閃蒸器的壓力設為6.6巴，以及富溶劑泵浦的壓力設為4.265巴，吸收劑的濃度為5.5mole%的氨水，經吸收劑與含二氧化碳氣體進行二氧化碳吸收處理後獲得富溶劑。在富溶劑中，二氧化碳與氨水的莫耳比為0.406，藉由第一閃蒸器閃蒸富溶劑後，其所形成之第一蒸氣與第一閃蒸液體傳入至汽提塔進行汽提處理，可獲得貧溶劑。在經第二閃蒸器閃蒸貧溶劑後，二氧化碳與氨水的莫耳比為0.25，貧溶劑包 含濃度為5.5mole%的氨水。關於實施例1的結果由表一所示。
Figure 108115940-A0305-02-0022-26
在實施例2中，將汽提塔的壓力設為8.5巴，第二閃蒸器的壓力設為3.8巴，以及富溶劑泵浦的壓力設為3.0巴，吸收劑的濃度為10mole%的氨水，經吸收劑與含二氧化碳氣體進行二氧化碳吸收處理後獲得富溶劑。在富溶劑中，二氧化碳與氨水的莫耳比為0.396，藉由第一閃蒸器閃蒸富溶劑後，其所形成之第一蒸氣與第一閃蒸液體傳入至汽提塔進行汽提處理，可獲得貧溶劑。在經第二閃蒸器閃蒸貧溶劑後，二氧化碳與氨水的莫耳比為0.30，貧溶劑包含濃度為10mole%的氨水。關於實施例2的結果由表二所示。
Figure 108115940-A0305-02-0022-21
Figure 108115940-A0305-02-0023-22
本發明之比較例1以及比較例2與實施例1及實施例2的差別在於，在二氧化碳捕捉系統中，移除第一閃蒸器以及第一壓縮機，且將第二閃蒸器以及第二壓縮機改為一再沸器，其餘步驟皆與實施例1及實施例2相同，以捕捉含二氧化碳氣體中的二氧化碳。另外，比較例1之吸收劑的濃度、汽提塔壓力、富溶劑中二氧化碳與氨水的莫耳比以及貧溶劑中二氧化碳與氨水的莫耳比皆與實施例1相同，而比較例2之吸收劑的濃度、汽提塔壓力、富溶劑中二氧化碳與氨水的莫耳比以及貧溶劑中二氧化碳與氨水的莫耳比皆與實施例2相同，詳細細節在此不另贅述，關於比較例1以及比較例2的結果分別由表三及表四所示。
Figure 108115940-A0305-02-0023-23
Figure 108115940-A0305-02-0024-9
Figure 108115940-A0305-02-0024-10
本發明之比較例3以及比較例4與實施例1及實施例2的差別在於，在二氧化碳捕捉系統中，將第二閃蒸器以及第二壓縮機改為一再沸器，其餘步驟皆與實施例1及實施例2相同，以捕捉含二氧化碳氣體中的二氧化碳。另外，比較例3之吸收劑的濃度、汽提塔壓力、富溶劑中二氧化碳與氨水的莫耳比以及貧溶劑中二氧化碳與氨水的莫耳比皆 與實施例1相同，但富溶劑泵浦的壓力為6.19巴，而比較例4之吸收劑的濃度、汽提塔壓力、富溶劑中二氧化碳與氨水的莫耳比以及貧溶劑中二氧化碳與氨水的莫耳比皆與實施例2相同，但富溶劑泵浦的壓力為4.31巴，詳細細節在此不另贅述，關於比較例3以及比較例4的結果分別由表五及表六所示。
Figure 108115940-A0305-02-0025-27
Figure 108115940-A0305-02-0025-13
Figure 108115940-A0305-02-0026-14
本發明之比較例5以及比較例6與實施例1及實施例2的差別在於，在二氧化碳捕捉系統中，移除第一閃蒸器以及第一壓縮機，其餘步驟皆與實施例1及實施例2相同，以捕捉含二氧化碳氣體中的二氧化碳。另外，比較例5之吸收劑的濃度、汽提塔壓力、富溶劑中二氧化碳與氨水的莫耳比以及貧溶劑中二氧化碳與氨水的莫耳比皆與實施例1相同，但第二閃蒸器的壓力為3.904巴，而比較例6之吸收劑的濃度、汽提塔壓力、富溶劑中二氧化碳與氨水的莫耳比以及貧溶劑中二氧化碳與氨水的莫耳比皆與實施例2相同，但第二閃蒸器的壓力為3.22巴，詳細細節在此不另贅述，關於比較例5以及比較例6的結果分別由表七及表八所示。
Figure 108115940-A0305-02-0026-25
Figure 108115940-A0305-02-0027-16
Figure 108115940-A0305-02-0027-17
由上述表一至表八的結果可知，實施例1以及實施例2的能量損失皆小於比較例1至比較例6，因此本發明之實施例1以及實施例2的二氧化碳捕捉系統，於熱交換器與汽提塔之間設置第一閃蒸器以及第一壓縮機，且使用第二閃蒸器以及第二壓縮機取代傳統再沸器，能夠有效地降低能量損失。
綜上所述，本發明提供一種以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法及以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，經由本發明之二氧化碳捕捉系統，能有效地捕捉含二氧 化碳氣體中的二氧化碳，並降低捕捉二氧化碳時所產生的能量損失，達成節能之目的。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
400:二氧化碳捕捉系統
410:熱交換器
413:第一流路
414:第二流路
420:汽提塔
423:第一氣體入口
424:第二氣體入口
480:第三閃蒸器
500:二氧化碳吸收塔
510:第一二氧化碳吸收塔
520:第二二氧化碳吸收塔
511:回流液體入口
530:第一冷卻部
540:第二冷卻部
430:第一閃蒸器
440:第一壓縮機
450:第二閃蒸器
460:第二壓縮機
470:冷凝器
550:儲存槽
P41:第一泵浦
P42:富溶劑泵浦
P43:第三泵浦
P44:第四泵浦
411、422、452、481、512、521:液體出口
412、421、522:液體入口
425、431、451、482、513、524:氣體出口
514、523:氣體入口

Claims (22)

  1. 一種以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，包含：提供一氨水再生系統，其包含：一熱交換器，其係供一富溶劑與一貧溶劑進行熱交換處理，並提供該富溶劑；一汽提塔，其與該熱交換器連通；一富溶劑泵浦，其經一第一流路連通於該熱交換器；一第一閃蒸器，其連通至該汽提塔之一液體入口與該熱交換器之一液體出口之間；一第一壓縮機，其連通至該第一閃蒸器之一氣體出口與該汽提塔之一第一氣體入口之間；一第二閃蒸器，其連通至該汽提塔之一液體出口與該熱交換器之一液體入口之間；以及一第二壓縮機，其連通至該第二閃蒸器之一氣體出口與該汽提塔之一第二氣體入口之間；進行一第一閃蒸步驟，其係將該富溶劑於該第一閃蒸器中閃蒸，以形成一第一蒸氣及一第一閃蒸液體；進行一第一壓縮步驟，其係將該第一蒸氣經由該第一壓縮機壓縮，並傳送至該汽提塔之該第一氣體入口； 進行一汽提步驟，其係於該汽提塔中，藉由該第一蒸氣對該第一閃蒸液體汽提，以產生一二氧化碳汽提氣體與該貧溶劑；進行一第二閃蒸步驟，其係將該貧溶劑於該第二閃蒸器中閃蒸，以形成一第二蒸氣及一第二閃蒸液體；以及進行一第二壓縮步驟，其係將該第二蒸氣經由該第二壓縮機壓縮，並傳送至該汽提塔之該第二氣體入口。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其中該汽提塔的壓力大於該第二閃蒸器的壓力。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其中該汽提塔的壓力為8.5巴至10.5巴，且該第二閃蒸器的壓力為3.0巴至7.0巴。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其中該富溶劑泵浦的壓力為2.5巴至5.0巴。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其中該富溶劑包含二氧化碳及氨水，且二氧化碳與氨水的莫耳比為0.10至0.41。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其中該氨水再生系統更包含一冷凝器，其連通至該汽提塔之一氣體出口。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，其中該氨水再生系統更包含一第三閃蒸器，其與該冷凝器連通。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，更包含：一冷凝步驟，其係將該二氧化碳汽提氣體於該冷凝器中冷凝，以形成一冷凝後之二氧化碳汽提氣體。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉後再生氨水之方法，更包含：一第三閃蒸步驟，其係將該冷凝後之二氧化碳汽提氣體於該第三閃蒸器中閃蒸，以形成一二氧化碳閃蒸氣體。
  10. 一種以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，包含：提供一二氧化碳捕捉系統，其包含：至少一二氧化碳吸收塔，其具有一吸收劑，該吸收劑包含濃度為3mole%至10mole%的氨水；一汽提塔，其連通至該至少一二氧化碳吸收塔之一液體出口；一熱交換器，其經一第一流路連通於該至少一二氧化碳吸收塔之該液體出口與該汽提塔之一液體入口之間，且經一第二流路連通於該汽提塔之一液體出口與該至少一二氧化碳吸收塔之一回流液體入口之間；一富溶劑泵浦，其經該第一流路連通於該熱交換器以及該至少一二氧化碳吸收塔之該液體出口之間；一第一閃蒸器，其連通至該汽提塔之該液體入口與該熱交換器之一液體出口之間；一第一壓縮機，其連通至該第一閃蒸器之一氣體出口與該汽提塔之一第一氣體入口之間；一第二閃蒸器，其連通至該汽提塔之該液體出口與該熱交換器之一液體入口之間；以及一第二壓縮機，其連通至該第二閃蒸器之一氣體出口與該汽提塔之一第二氣體入口之間； 進行一吸收步驟，其係於該至少一二氧化碳吸收塔中，使用該吸收劑對一含二氧化碳氣體進行二氧化碳吸收處理，以形成一富溶劑；進行一第一閃蒸步驟，其係將該富溶劑於該第一閃蒸器中閃蒸，以形成一第一蒸氣及一第一閃蒸液體；進行一第一壓縮步驟，其係將該第一蒸氣經由該第一壓縮機壓縮，並傳送至該汽提塔之該第一氣體入口；進行一汽提步驟，其係於該汽提塔中，藉由該第一蒸氣對該第一閃蒸液體汽提，以產生一二氧化碳汽提氣體與一貧溶劑；進行一第二閃蒸步驟，其係將該貧溶劑於該第二閃蒸器中閃蒸，以形成一第二蒸氣及一第二閃蒸液體；以及進行一第二壓縮步驟，其係將該第二蒸氣經由該第二壓縮機壓縮，並傳送至該汽提塔之該第二氣體入口。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中該含二氧化碳氣體為一廢氣，且該廢氣含有5mole%至30mole%之二氧化碳。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中該富溶劑包含二氧化碳及氨水，且二氧化碳與氨水的莫耳比為0.10至0.41。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中該汽提塔的壓力大於該第二閃蒸器的壓力。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中該汽提塔的壓力為8.5巴至10.5巴，且該第二閃蒸器的壓力為3.0巴至7.0巴。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中該富溶劑泵浦的壓力為2.5巴至5.0巴。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中該至少一二氧化碳吸收塔的數量為多個時，該二氧化碳捕捉系統包含N個二氧化碳吸收塔，且N為大於1的整數，其中該N個二氧化碳吸收塔依序串接。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中該二氧化碳捕捉系統更包含： 一第一冷卻部，其連通於該N個二氧化碳吸收塔中的第一個二氧化碳吸收塔之一液體出口與第N個二氧化碳吸收塔之一液體入口之間；以及一第二冷卻部，其連通於該熱交換器與該至少一二氧化碳吸收塔之該回流液體入口之間。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中該二氧化碳捕捉系統更包含一冷凝器，其連通至該汽提塔之一氣體出口。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，其中該二氧化碳捕捉系統更包含一第三閃蒸器，其與該冷凝器連通。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，更包含：一冷凝步驟，其係將該二氧化碳汽提氣體於該冷凝器中冷凝，以形成一冷凝後之二氧化碳汽提氣體。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，更包含： 一第三閃蒸步驟，其係將該冷凝後之二氧化碳汽提氣體於該第三閃蒸器中閃蒸，以形成一二氧化碳閃蒸氣體。
  22. 如申請專利範圍第10項所述之以氨水進行二氧化碳捕捉之方法，更包含：一熱交換步驟，其係將該富溶劑與該貧溶劑於該熱交換器中進行熱交換處理。
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