專利名稱：二氧化碳捕獲系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化碳捕獲系統(tǒng)，尤其涉及一種可節(jié)省能源、降低成本且具極高效率的二氧化碳捕獲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
聯(lián)合國(guó)“跨政府氣候變遷小組” (Intergovernmental Panel on Climate Change, 簡(jiǎn)稱IPCC)在二零零二年二月二日發(fā)表了一份報(bào)告，該報(bào)告由全世界一百三十個(gè)國(guó)家， 二千五百名科學(xué)家共同簽署，指出全球暖化的結(jié)果與碳排放量的相關(guān)性是確切無(wú)疑的。為減緩氣候暖化速度，聯(lián)合國(guó)于一九九二年制定 < 氣候變化綱要公約 >，一九九七年通過(guò) < 京都議定書(shū)>，二零零七年訂定 < 峑里行動(dòng)計(jì)劃 >，對(duì)攸關(guān)氣候暖化的溫室氣體排放提出一系列政策目標(biāo)方向，希望世界各國(guó)共同努力，維護(hù)人類生存環(huán)境。哥本哈根會(huì)議是為制定二零一零年后全球減排二氧化碳目標(biāo)而舉行的新一輪會(huì)議。在20世紀(jì)，全球平均接近地面的大氣層溫度上升了攝氏0.74度。在20世紀(jì)，全球平均接近地面的大氣層溫度上升了攝氏0. 74度。普遍來(lái)說(shuō)，科學(xué)界發(fā)現(xiàn)過(guò)去50年可觀察的氣候改變的速度是過(guò)去100年的雙倍。而目前全球平均溫度的變化，幾乎和二氧化碳含量的變化是同步上升的，從工業(yè)革命開(kāi)始，二氧化碳的含量急劇增加，雖然植物的光合作用吸收了很大一部分二氧化碳，海洋也溶解一部分二氧化碳并固定成碳酸鈣，但空氣中二氧化碳的含量還是逐步增加。二氧化碳和其它溫室氣體的含量不斷增加，正是全球暖化的人為因素中主要部分。另外人類活動(dòng)中的燃燒化石燃料、清理林木和耕作等等也都增強(qiáng)了溫室效應(yīng)。全球性的溫度增量可能反過(guò)來(lái)導(dǎo)致其它方面的變動(dòng)，包括海平面上升和降雨量及降雪量在數(shù)額上和樣式上的變化。這些變動(dòng)也許促使極端天氣事件更強(qiáng)更頻繁，譬如洪水、 旱災(zāi)、熱浪、颶風(fēng)和龍卷風(fēng)。除此之外，還有其它后果，包括更高或更低的農(nóng)產(chǎn)量、冰河撤退、 夏天時(shí)河流流量減少、物種消失及疾病肆虐。根據(jù)IPCC 2001年報(bào)告預(yù)估，全球暖化所引發(fā)的氣象災(zāi)害，將造成每年將超過(guò)三千億美元的損失，因此，減少大氣中的二氧化碳勢(shì)必為目前人類急需共同面對(duì)和解決的重要問(wèn)題。就現(xiàn)有方法采用吸收液如乙醇胺(Monoethanolamine，MEA)吸收二氧化碳為例， 每公斤的MEA可吸收60g CO2 (MEA吸收劑的容量(Capacity))，若以90%的捕獲率來(lái)說(shuō)，捕獲每噸(X)2需要1. 0368kffh的熱量，會(huì)耗用許多能源；再者操作溫度需低于60°C，因此進(jìn)入吸收槽的煙氣需先降溫。此外，使用氨水(ammonia)或胺類(amine)有泄漏疑慮，濃度高的吸收劑例如濃度超過(guò)30%的MEA對(duì)設(shè)備具腐蝕性。以I^e燃煤電廠為例，排氣中(X)2濃度約為10% 16%，氣體質(zhì)量估算每小時(shí)約 12噸，氣體質(zhì)量如此大而二氧化碳的濃度又低的情況下，若能研發(fā)出具有高性能和高效率的CO2捕獲系統(tǒng)，并且可有效整合與利用能源，減少能源浪費(fèi)，將是對(duì)全球環(huán)境的一大貢獻(xiàn)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種二氧化碳捕獲系統(tǒng)，使得系統(tǒng)不但具極高的二氧化碳捕獲效率，更可節(jié)省能源、降低成本。根據(jù)本發(fā)明，提出一種二氧化碳捕獲系統(tǒng)，包括一進(jìn)料排料部、一第一反應(yīng)器、一第二反應(yīng)器、一連通管與一吸附劑儲(chǔ)料槽。第一反應(yīng)器具有一煙氣入口，可導(dǎo)入一含二氧化碳成份的煙氣，進(jìn)料排料部經(jīng)過(guò)再生處理的一吸附劑(可利用金屬氧化物作為吸附劑， 如氧化鈣)送至第一反應(yīng)器，與二氧化碳進(jìn)行一碳酸化反應(yīng)形成一碳酸化飽合吸附劑(如碳酸鈣)，其中該再生處理例如煅燒。第二反應(yīng)器位于第一反應(yīng)器下側(cè)處并與第一反應(yīng)器連通，可煅燒來(lái)自第一反應(yīng)器的碳酸化飽合吸附劑，以脫附二氧化碳，產(chǎn)生再生處理(如煅燒)的吸附劑。連通管連接第一反應(yīng)器的底部與第二反應(yīng)器，第一反應(yīng)器所形成的碳酸化飽合吸附劑因重力落下后經(jīng)由連通管進(jìn)入第二反應(yīng)器。吸附劑儲(chǔ)料槽位于第二反應(yīng)器的一出口端以承載煅燒后的吸附劑。其中，再生處理為煅燒，該第二反應(yīng)器產(chǎn)生經(jīng)過(guò)煅燒的該吸附劑。其中，該進(jìn)料排料部包括一送風(fēng)機(jī)，提供該進(jìn)料排料部?jī)?nèi)的一氣送方式；一貯料槽，鄰近該第一反應(yīng)器，用以暫貯該進(jìn)料排料部?jī)?nèi)的該吸附劑；一進(jìn)料槽，位于該第一反應(yīng)器的上方，視需求進(jìn)行該第一反應(yīng)器的進(jìn)料；一輸送帶，以該氣送方式將該貯料槽內(nèi)的該吸附劑輸送至該進(jìn)料槽。其中，該進(jìn)料排料部的該進(jìn)料槽以一旋轉(zhuǎn)閥及一法藍(lán)與該第一反應(yīng)器相接，以控制該進(jìn)料槽內(nèi)的該吸附劑至該第一反應(yīng)器的排料。其中，該第一反應(yīng)器為一氣泡式流體化床的碳酸化爐，并具有一布風(fēng)板可以將一氣體均勻分布進(jìn)入床體內(nèi)，使該吸附劑產(chǎn)生流體化，該碳酸化爐在一操作溫度范圍約 650°C 750°C下進(jìn)行(X)2的吸附反應(yīng)，使該吸附劑形成該碳酸化飽合吸附劑，并借由該連通管將因重力落下的該碳酸化飽合吸附劑排送至該第二反應(yīng)器。其中，該第二反應(yīng)器為一移(蠕)動(dòng)床型式的煅燒爐、或一旋轉(zhuǎn)窯型式的煅燒爐、 一流體化床型式的煅燒爐、或一固定床式的煅燒爐。其中，該第二反應(yīng)器是在一高溫范圍約800°C 950°C下操作，使該碳酸化飽合吸附劑脫附二氧化碳再形成該吸附劑，回到該第一反應(yīng)器循環(huán)再利用，煅燒一新料時(shí)則將完全未反應(yīng)的該碳酸化飽合吸附劑輸送進(jìn)該煅燒爐煅燒成該吸附劑后，排入該吸附劑儲(chǔ)料槽。其中，該移(蠕)動(dòng)床型式的煅燒爐具有1或多支布風(fēng)管，將一煅燒氣體吹入造成該煅燒爐內(nèi)碳酸鈣因擾動(dòng)或流化而被推動(dòng)前進(jìn)，前進(jìn)至該煅燒爐的該出口端而后排入該吸附劑儲(chǔ)料槽，其中該煅燒氣體為水蒸汽、氮?dú)?、二氧化碳、空氣、氦氣、氖氣、或氬氣、或前述任二或多種混合氣體。其中，當(dāng)該吸附劑為氧化鈣，該煅燒氣體為水蒸汽，利用該單一或該些布風(fēng)管控制水蒸汽的噴注量及噴注氣體的區(qū)域與方式，在溫度約300°C 500°C，產(chǎn)生中間產(chǎn)物氫氧化鈣用以進(jìn)行該吸附劑的改質(zhì)。其中，該煅燒爐采用一直接加熱方法或一間接加熱方法。其中，采用該直接加熱方法的該煅燒爐采用一富氧燃燒方式，該煅燒爐產(chǎn)生的一高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)除塵再回流至一富氧燃燒器助燃以降低燃料使用量。其中，采用該間接加熱方法的該煅燒爐，則以一熱傳導(dǎo)方式將熱均勻分布在該煅燒爐各區(qū)域，并使該煅燒爐適當(dāng)攪拌或翻滾使煅燒完全，該煅燒爐內(nèi)部更具有至少一沉降板，將攪拌時(shí)產(chǎn)生碰撞的粉塵先攔截。其中，更包括一分離二氧化碳冷凝槽，銜接于該第二反應(yīng)器的一排氣口端，將所排出的一煅燒氣體冷凝并分離所含的二氧化碳；一粉塵捕集設(shè)備，銜接于該第一或該第二反應(yīng)器的一端，將該第一或該第二反應(yīng)器的一排放氣體過(guò)濾后排放；及一控制程序，以自動(dòng)化控制該捕獲系統(tǒng)的操作。其中，該粉塵捕集設(shè)備為一高溫粉塵捕集設(shè)備，可捕集該第一或該第二反應(yīng)器隨煙氣排出的粉塵，可耐溫度達(dá)約600°C 900°C。其中，該粉塵捕集設(shè)備為一陶磁袋濾器、及一旋風(fēng)分離器其中之一。其中，該吸附劑儲(chǔ)料槽是以一高溫液位計(jì)監(jiān)控排入該吸附劑的一粉體高度，當(dāng)該粉體高度達(dá)到某一定值時(shí)則停止進(jìn)料，并啟動(dòng)該進(jìn)料排料部輸送料或排料。其中，該吸附劑儲(chǔ)料槽以一時(shí)間器進(jìn)行監(jiān)控。其中，該吸附劑為一金屬氧化物，為氧化鈣、氧化鋅、氧化鎂、氧化錳、氧化鎳、氧化銅、或氧化鉛。在一實(shí)施例中，第一反應(yīng)器例如是氣泡式流體化床的碳酸化爐，第二反應(yīng)器例如是煅燒爐，分別進(jìn)行吸附反應(yīng)和脫附反應(yīng)。碳酸化飽合吸附劑經(jīng)過(guò)高溫煅燒會(huì)將吸附的CO2 釋放出來(lái)再度形成吸附劑如氧化鈣(CaO)，再次循環(huán)進(jìn)入碳酸化爐進(jìn)行捕獲CO2。若煅燒氣體為蒸汽，第二反應(yīng)器排氣的高濃度(X)2與蒸汽可經(jīng)由一冷凝器分離，所捕獲的高濃度CO2 可以進(jìn)行封存及再利用。在一實(shí)施例中，第二反應(yīng)器進(jìn)行煅燒所需要的高溫可通過(guò)一富氧燃燒器供應(yīng)，第二反應(yīng)器產(chǎn)生的高溫氣體再以回流方式作為富氧燃燒器的輔助高溫氣體，以降低燃料使用量，使整個(gè)CO2捕獲系統(tǒng)更加節(jié)省燃料與降低成本。采用本發(fā)明的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，不但具極高的二氧化碳捕獲效率，更可節(jié)省能源、降低成本。為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的二氧化碳捕獲系統(tǒng)的示意圖。圖2繪示本發(fā)明實(shí)施例的煅燒爐直接熱交換的示意圖。圖3繪示本發(fā)明實(shí)施例的煅燒爐間接熱交換的示意圖。圖4A為本發(fā)明一實(shí)驗(yàn)例的碳酸化爐捕獲(X)2的曲線圖。圖4B為本發(fā)明一實(shí)驗(yàn)例的碳酸化爐的(X)2去除效率的曲線圖。其中，附圖標(biāo)記11 氣送系統(tǒng)12 送風(fēng)機(jī)/風(fēng)車13 貯料槽14 進(jìn)料槽
15 輸送帶
16 旋轉(zhuǎn)閥
20 第一反應(yīng)器
21 布風(fēng)板或氣體分布盤(pán)
200 連通管
30 第二反應(yīng)器
31 布風(fēng)管
301 富氧燃燒器
302 煅燒爐
303 旋風(fēng)集塵器
304 引風(fēng)機(jī)
40 氧化鈣(CaO)儲(chǔ)料槽
50 分離C02冷凝槽
60 粉塵捕集設(shè)備
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種二氧化碳捕獲系統(tǒng)，利用吸附劑在適當(dāng)?shù)臏囟认挛蕉趸迹?繼而在適當(dāng)?shù)臏囟认略倜摳蕉趸?，藉由吸附劑在兩反?yīng)器內(nèi)分別進(jìn)行碳酸化程序及煅燒程序，達(dá)到吸附及脫附的循環(huán)來(lái)進(jìn)行二氧化碳的捕獲與分離。使得本發(fā)明的二氧化碳捕獲系統(tǒng)不但具極高的二氧化碳捕獲效率，更可節(jié)省能源、降低成本。以下根據(jù)本發(fā)明提出一實(shí)施例以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)者當(dāng)知實(shí)施例所提出的二氧化碳捕獲系統(tǒng)和捕獲流程等內(nèi)容僅為舉例說(shuō)明之用，并非作為限縮本發(fā)明保護(hù)范圍。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員除了根據(jù)實(shí)施例和實(shí)驗(yàn)的揭露內(nèi)容，仍應(yīng)針對(duì)應(yīng)用時(shí)實(shí)際條件的需求在不悖離本發(fā)明的精神下對(duì)二氧化碳捕獲系統(tǒng)做適當(dāng)調(diào)整和修改。 再者，實(shí)施例的圖示僅繪示本發(fā)明技術(shù)的相關(guān)元件，省略不必要的元件，以清楚顯示本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)。另外，可應(yīng)用金屬氧化物做為吸附劑，例如是氧化鈣(CaO)、氧化鋅(SiO)、氧化鎂 (MgO)、氧化錳(MnO2)、氧化鎳(NiO)、氧化銅(CuO)、氧化鉛( 或其它氧化物，而實(shí)施例中則以氧化鈣(CaO)為吸附劑，以進(jìn)行氧化鈣的碳酸化程序和碳酸鈣(即碳酸化飽合吸附劑)的煅燒程序的相關(guān)說(shuō)明，當(dāng)然本發(fā)明并不以此種吸附劑為限。請(qǐng)參照?qǐng)D1，其繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的二氧化碳捕獲系統(tǒng)的示意圖。實(shí)施例的二氧化碳捕獲系統(tǒng)至少包括一進(jìn)料排料部、一第一反應(yīng)器20、一第二反應(yīng)器30、一連通管200和一氧化鈣(CaO)儲(chǔ)料槽40。第一反應(yīng)器20具有至少一煙氣入口可導(dǎo)入一含二氧化碳成份的煙氣，進(jìn)料排料部將經(jīng)過(guò)再生處理的一氧化鈣(CaO)(吸附劑)送至第一反應(yīng)器 20，以與二氧化碳進(jìn)行一碳酸化反應(yīng)形成碳酸鈣(CaCO3)(碳酸化飽合吸附劑)，其中該再生處理例如煅燒。第二反應(yīng)器30位于第一反應(yīng)器20下側(cè)處并與第一反應(yīng)器20連通，可煅燒來(lái)自第一反應(yīng)器20的碳酸鈣，以脫附二氧化碳，產(chǎn)生煅燒后的氧化鈣。連通管200連接第一反應(yīng)器20的一底部與第二反應(yīng)器30，而第一反應(yīng)器20所形成的碳酸鈣，可因重力自然落下后經(jīng)由連通管200進(jìn)入第二反應(yīng)器30。氧化鈣(CaO)儲(chǔ)料槽40位于第二反應(yīng)器30的一出口端以承載煅燒后的氧化鈣。于實(shí)施例中，進(jìn)料排料部可為一氣送系統(tǒng)11，包括一送風(fēng)機(jī)12(/風(fēng)車)、一貯料槽 13、一進(jìn)料槽14、和一輸送帶15。其中，送風(fēng)機(jī)12(/風(fēng)車)可提供進(jìn)料排料部?jī)?nèi)的一氣送方式；貯料槽13鄰近第一反應(yīng)器20，用以暫貯進(jìn)料排料部?jī)?nèi)的氧化鈣。輸送帶15則以氣送方式將貯料槽13內(nèi)的氧化鈣(吸附劑)輸送至進(jìn)料槽14。進(jìn)料槽14位于第一反應(yīng)器20的上方，視第一反應(yīng)器20的需求適時(shí)地進(jìn)料。而進(jìn)料槽14是以一旋轉(zhuǎn)閥(Rotary Valve) 16 及一法藍(lán)(Flang)與第一反應(yīng)器20相接，以控制進(jìn)料槽14內(nèi)的吸附劑至第一反應(yīng)器20的吸附劑量。在一實(shí)施例中，第一反應(yīng)器20為一氣泡式流體化床的碳酸化爐，并具有一布風(fēng)板21(或氣體分布盤(pán))可以將煙氣均勻分布地導(dǎo)入床體內(nèi)，使氧化鈣產(chǎn)生流體化現(xiàn)象。流體化的氧化鈣可與煙氣中所含有的(X)2進(jìn)行碳酸化反應(yīng)，使氧化鈣形成碳酸鈣。而碳酸鈣 (CaCO3)(及小部份未反應(yīng)氧化鈣)會(huì)因分子重量增加而自然向下掉落，經(jīng)由連通管200設(shè)計(jì)而落入第二反應(yīng)器30內(nèi)。其中，碳酸化爐可在一操作溫度范圍約650°C 750°C下進(jìn)行 C02的吸附反應(yīng)。一應(yīng)用例中，氣泡式流體化床的碳酸化爐高度例如是1 2m(節(jié)省空間)， 流化區(qū)域風(fēng)速例如是0. 5m/s 3m/s。在一實(shí)施例中，第二反應(yīng)器30可在一高溫范圍約800°C 950°C下操作，使碳酸鈣 (CaCO3)脫附CO2再形成氧化鈣(CaO)，回到該第一反應(yīng)器20循環(huán)再利用。當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，煅燒爐的煅燒溫度依選擇的吸附劑種類不同(金屬氧化物吸附劑例如是氧化鈣(CaO)、 氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、氧化錳(MnO2)、氧化鎳(NiO)、氧化銅(CuO)、氧化鉛(1 ))或其它氧化物)，煅燒時(shí)間例如是維持30分鐘至180分鐘，使吸附劑能煅燒完全有利于捕獲 CO2。另外，煅燒一新料時(shí)則將完全未反應(yīng)的石灰石(CaCO3)輸送進(jìn)煅燒爐煅燒成石灰 (CaO)后，排入氧化鈣(CaO)儲(chǔ)料槽40儲(chǔ)存?？蓱?yīng)用的第二反應(yīng)器30例如是一移(蠕)動(dòng)床型式的煅燒爐、或一旋轉(zhuǎn)窯型式的煅燒爐、一流體化床型式的煅燒爐、或一固定床式的煅燒爐、或其它型式的煅燒爐。在圖1中，是以移(蠕)動(dòng)床型式的煅燒爐為例做說(shuō)明。如圖1所式，移(蠕)動(dòng)床型式的煅燒爐(即第二反應(yīng)器30)具有多支布風(fēng)管31。 適合的煅燒氣體經(jīng)由布風(fēng)管31方式將氣體導(dǎo)入煅燒爐內(nèi)并均勻分布在煅燒爐內(nèi)空間，使氣體產(chǎn)生重迭擾動(dòng)(蠕動(dòng))現(xiàn)象，煅燒爐內(nèi)的碳酸鈣因擾動(dòng)或流化而緩慢由煅燒爐前端向尾端被推動(dòng)，一路被推動(dòng)而通過(guò)煅燒爐，前進(jìn)至煅燒爐的出口端后可排入氧化鈣(CaO)儲(chǔ)料槽40，達(dá)到完全煅燒目的(即碳酸化飽合吸附劑經(jīng)過(guò)高溫煅燒后將吸附的(X)2釋放出來(lái)再度形成吸附劑-氧化鈣)。在一實(shí)施例中，氧化鈣(CaO)儲(chǔ)料槽40可以一高溫液位計(jì)監(jiān)控排入氧化鈣吸附劑的一粉體高度，當(dāng)粉體高度達(dá)到某一定值時(shí)則停止進(jìn)料，并啟動(dòng)進(jìn)料排料部以輸送料或排料。在實(shí)施例中，可應(yīng)用的煅燒氣體如水蒸汽、氮?dú)?N2)、二氧化碳、空氣(air)、氦氣、 氖氣、或氬氣、或前述任二或多種混合氣體。布風(fēng)管31氣量可進(jìn)行調(diào)整，若采用水蒸汽為煅燒氣體，則可通過(guò)布風(fēng)管31控制水蒸汽的噴注量及噴注氣體的區(qū)域與方式，在溫度約 300°C 500°C，產(chǎn)生中間產(chǎn)物氫氧化鈣(Ca(OH)2)以改質(zhì)煅燒后的氧化鈣。在一應(yīng)用例中， 例如在煅燒爐內(nèi)創(chuàng)造不同溫度區(qū)，再導(dǎo)入不同蒸汽量，使得煅燒后形成的氧化鈣(CaO)具有改質(zhì)效果。
在一應(yīng)用例中，若使用蒸汽作為使移(蠕)動(dòng)床型式煅燒爐內(nèi)部CaCO3產(chǎn)生移動(dòng)的氣體，除了降低煅燒爐內(nèi)(X)2的分壓，使吸附飽合的碳酸鈣內(nèi)的(X)2易于脫附以外，也容易將蒸汽與煅燒爐內(nèi)產(chǎn)生的高純度CO2彼此分離。擾動(dòng)的氣體少量即可達(dá)到使碳酸鈣(CaCO3) 向前移動(dòng)，煅燒所需的時(shí)間可由碳酸鈣經(jīng)過(guò)爐長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)控制與設(shè)計(jì)。除此之外，也可通過(guò)控制煅燒爐內(nèi)溫度區(qū)域及蒸汽量的多少而制造出不同量的氫氧基(0H-)，將&0)3煅燒成為 CaO之后再與(0H-)反應(yīng)形成Ca(0H)2。形成的Ca(OH)2在高溫下(> 500°C )將水分子趕出，使煅燒后的CaO增加吸附劑內(nèi)孔體積及比表面積，當(dāng)CaO再循環(huán)進(jìn)入碳酸化爐，其捕獲 CO2效率將會(huì)提升及衰減率會(huì)因此減少。相關(guān)反應(yīng)式如下述CaCHH2O — Ca (OH) 2Ca (OH) 2 — CaCHH2OΔ H0298k = 353. 5kcal/kg Ca (OH) 2 (endothermic)CaCO3 — Ca0+C02Δ H0298k = 427. 5kcal/kg CaCO3 (endothermic)再者，實(shí)施例的二氧化碳捕獲系統(tǒng)更包括一分離(X)2冷凝槽50、一粉塵捕集設(shè)備 60和一控制程序。其中分離CO2冷凝槽50銜接于第二反應(yīng)器30的一排氣口端，將所排出的一煅燒氣體冷凝并分離所含的(X)2 ；例如若煅燒氣體為蒸汽，分離(X)2冷凝槽50可將第二反應(yīng)器30排氣的高濃度(X)2與蒸汽分離，而所捕獲的高濃度CO2可以進(jìn)行封存及再利用。 粉塵捕集設(shè)備60是銜接于第一反應(yīng)器20的一端，將第一反應(yīng)器20的一排放氣體過(guò)濾后排放?？刂瞥绦騽t可自動(dòng)化控制捕獲系統(tǒng)的操作。在一應(yīng)用例中，粉塵捕集設(shè)備60可為一高溫粉塵捕集設(shè)備60，可耐溫度例如是高達(dá)約600°C 900°C，以捕集第一反應(yīng)器20或第二反應(yīng)器30隨煙氣所排出的粉塵，可應(yīng)用的設(shè)備例如是陶磁袋濾器、或一高溫旋風(fēng)分離器。如前述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，在碳酸化爐設(shè)備中利用金屬氧化物作為吸附劑，若應(yīng)用在高溫下捕獲電廠排氣中的C02，對(duì)降低電廠排氣排放量將有極大的幫助。再者系統(tǒng)的高溫煅燒爐中對(duì)已經(jīng)吸附CO2的吸附劑進(jìn)行脫附(再生)反應(yīng)，可使吸附劑不斷再利用。但高溫操作涉及到熱量的供應(yīng)及再利用，如果完全依賴燃料的提供則將是非常耗能。因此，在此實(shí)施例中，也將高溫氣體的回流至煅燒爐再利用，不但節(jié)省燃料，也可以產(chǎn)生蒸汽使用， 使整個(gè)ω2捕獲系統(tǒng)更加節(jié)能與降低成本。在一實(shí)施例中，煅燒爐可采用直接加熱方法或一間接加熱方法，將高溫氣體的回流至煅燒爐再利用。圖2和圖3分別繪示本發(fā)明實(shí)施例的煅燒爐直接熱交換和間接熱交換的示意圖。如圖2所示，是以富氧燃燒器301對(duì)煅燒爐302直接加熱，而煅燒爐302所產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈩t經(jīng)過(guò)除塵(例如旋風(fēng)集塵器30 和透過(guò)引風(fēng)機(jī)304再回流至富氧燃燒器301 助燃，以提升煅燒爐302溫度，如此可大幅降低燃料使用量。經(jīng)數(shù)次回流之后煙氣所產(chǎn)生的蒸汽可以作為煅燒用氣體。如圖3所示，也可間接加熱煅燒爐302，例如對(duì)煅燒爐302外管加熱，通過(guò)熱傳導(dǎo)方式將熱均勻分布在煅燒爐302各區(qū)域，煅燒爐302產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)引風(fēng)機(jī)304以回流方式再進(jìn)入富氧燃燒器301，以大幅降低燃料使用量。再者，也可經(jīng)適當(dāng)設(shè)計(jì)，使煅燒爐302 適當(dāng)攪拌或翻滾使煅燒完全，煅燒爐302內(nèi)部可更具有至少一沉降板，將攪拌時(shí)產(chǎn)生碰撞的粉塵先攔截。
9
根據(jù)上述，一實(shí)施例中，二氧化碳捕獲系統(tǒng)由進(jìn)料及排料系統(tǒng)、氣泡式流體化床型式碳酸化爐(第一反應(yīng)器20)、移(蠕)動(dòng)床型式煅燒爐(第二反應(yīng)器30)、氧化鈣(CaO) 儲(chǔ)料槽40、分離(X)2冷凝槽50、粉塵捕集設(shè)備60及控制程序組成。主要是以2組反應(yīng)器 第一反應(yīng)器20-碳酸化爐和第二反應(yīng)器30-煅燒爐來(lái)分別進(jìn)行吸附反應(yīng)和脫附反應(yīng)。系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)，將含CO2成份的煙氣引進(jìn)碳酸化爐，內(nèi)載有氧化鈣(CaO)溫度控制介于650°C 750°C。在碳酸化爐內(nèi)CO2與CaO反應(yīng)后形成碳酸鈣(CaCO3)，因分子重量增加會(huì)自然經(jīng)由連通管200而從第一反應(yīng)器20碳酸化爐內(nèi)進(jìn)入第二反應(yīng)器30煅燒爐內(nèi)，煅燒爐內(nèi)溫度則控制在850°C 950°C。煅燒爐以蒸氣(或氮?dú)饣蚩諝饣驓鍤饣蚱渌栊詺怏w)作為煅燒氣體。煅燒氣體以布風(fēng)管31方式將氣體均勻分布在煅燒爐內(nèi)空間制造不同氣體分布量，使煅燒爐內(nèi)部產(chǎn)生氣體重迭擾動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而推動(dòng)吸附劑往出口端移動(dòng)通過(guò)煅燒爐以達(dá)到完全煅燒的目的。經(jīng)過(guò)高溫煅燒的CaCO3會(huì)將吸附的(X)2釋放出來(lái)再度形成CaO，循環(huán)進(jìn)入碳酸化爐進(jìn)行捕獲C02。而煅燒爐排氣的高濃度(X)2與蒸汽再經(jīng)由冷凝器(即分離(X)2冷凝槽50) 分離，捕獲的高濃度(X)2可以進(jìn)行封存及再利用。在一實(shí)施例中，煅燒爐煅燒石灰石所需要的高溫通過(guò)富氧燃燒器供應(yīng)，煅燒爐產(chǎn)生的高溫氣體再以回流方式作為富氧燃燒器的輔助高溫氣體，以降低燃料使用量，達(dá)到節(jié)能及熱再利用的目的。而實(shí)施例中，整個(gè)系統(tǒng)為自動(dòng)化操作，包括吸附脫附CO2、補(bǔ)充新鮮吸附劑CaO、輸送吸附劑CaO、及排出已經(jīng)失去活性的吸附劑(廢料排出)都是采用連續(xù)式循環(huán)操作模式，而監(jiān)控各儲(chǔ)槽料位控制的操作則可采用高溫液位計(jì)、或采取時(shí)間控制方式(timer)進(jìn)行監(jiān)控。例如吸附劑儲(chǔ)料槽可利用一高溫液位計(jì)監(jiān)控排入該吸附劑的一粉體高度，當(dāng)粉體高度達(dá)到某一定值時(shí)則停止進(jìn)料，并啟動(dòng)進(jìn)料排料部輸送料或排料。或該吸附劑儲(chǔ)料槽以一時(shí)間器進(jìn)行監(jiān)控。目前CO2捕獲系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試，連續(xù)循環(huán)操作，當(dāng)入口 CO2濃度為12% 14%之間， 在排放口量測(cè)(X)2排放濃度，連續(xù)操作6小時(shí)，捕獲(X)2效率可高達(dá)97% 98%以上。請(qǐng)參照?qǐng)D4A、圖4B，其分別為本發(fā)明一實(shí)驗(yàn)例的碳酸化爐捕獲CO2的曲線圖，和(X)2 去除效率的曲線圖。實(shí)驗(yàn)例中，吸附劑CaO進(jìn)料16. 5公斤，碳酸化爐壓力160-165cm H20， 碳酸化爐溫度650°C，CO2氣體流量0. 147立方公尺/分鐘(CMM)。如圖4A所示，(X)2在碳酸化爐的入口濃度13% -16%，出口濃度近乎于0%。因此，CO2去除效率高達(dá)97% 98%， 如圖4B所示。綜合來(lái)說(shuō)，實(shí)施例所提出的二氧化碳捕獲系統(tǒng)具有許多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，例如(1)碳酸化爐為氣泡式流體化床，與循環(huán)流化床比較所需空間少。且有連通管設(shè)計(jì)不需動(dòng)力以重量自然落下，將吸附劑推入煅燒爐內(nèi)。(2)煅燒爐為移動(dòng)床除可充份煅燒并可設(shè)計(jì)成不同溫度區(qū)域控制溫度及蒸汽曝氣量進(jìn)行吸附劑改質(zhì)。(3)煅燒爐升溫燃燒器采用富氧燃燒方式，將煅燒爐排出的高溫?zé)煔庥枰曰亓?，充份?jié)省燃料消耗。(4)若使用蒸汽作為煅燒氣體，煅燒所需要的蒸汽則可經(jīng)由回流煙氣獲得，不需引用另外蒸汽源。(5)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)連續(xù)操作6小時(shí)，可證實(shí)(X)2捕獲效率達(dá)97-98%。實(shí)施例所提出的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，也可應(yīng)用在許多不同的技術(shù)領(lǐng)域，例如電力業(yè)、鋼鐵業(yè)(2005年(X)2排放2，900萬(wàn)噸)、石化業(yè)(2007年(X)2排放2，400萬(wàn)噸)、水泥業(yè)(2006年(X)2排放764萬(wàn)噸)等等，都可用來(lái)捕獲所排放的二氧化碳，故極富應(yīng)用價(jià)值。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，包括一進(jìn)料排料部；一第一反應(yīng)器，具有一煙氣入口，導(dǎo)入一含二氧化碳的煙氣，該進(jìn)料排料部將經(jīng)過(guò)再生處理的一吸附劑送至該第一反應(yīng)器，與二氧化碳進(jìn)行一碳酸化反應(yīng)形成一碳酸化飽合吸附劑；一第二反應(yīng)器，位于該第一反應(yīng)器下側(cè)處并與該第一反應(yīng)器連通，煅燒來(lái)自該第一反應(yīng)器的該碳酸化飽合吸附劑，以脫附二氧化碳，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)再生處理的該吸附劑；一連通管，連接該第一反應(yīng)器的一底部與該第二反應(yīng)器，該第一反應(yīng)器所形成的該碳酸化飽合吸附劑因重力落下后經(jīng)由該連通管進(jìn)入該第二反應(yīng)器；和一吸附劑儲(chǔ)料槽，位于該第二反應(yīng)器的一出口端以承載經(jīng)過(guò)再生處理的該吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，再生處理為煅燒，該第二反應(yīng)器產(chǎn)生經(jīng)過(guò)煅燒的該吸附劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該進(jìn)料排料部包括一送風(fēng)機(jī)，提供該進(jìn)料排料部?jī)?nèi)的一氣送方式；一貯料槽，鄰近該第一反應(yīng)器，用以暫貯該進(jìn)料排料部?jī)?nèi)的該吸附劑；一進(jìn)料槽，位于該第一反應(yīng)器的上方，視需求進(jìn)行該第一反應(yīng)器的進(jìn)料；一輸送帶，以該氣送方式將該貯料槽內(nèi)的該吸附劑輸送至該進(jìn)料槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該進(jìn)料排料部的該進(jìn)料槽以一旋轉(zhuǎn)閥及一法藍(lán)與該第一反應(yīng)器相接，以控制該進(jìn)料槽內(nèi)的該吸附劑至該第一反應(yīng)器的排料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該第一反應(yīng)器為一氣泡式流體化床的碳酸化爐，并具有一布風(fēng)板可以將一氣體均勻分布進(jìn)入床體內(nèi)，使該吸附劑產(chǎn)生流體化，該碳酸化爐在一操作溫度范圍約650°C 750°C下進(jìn)行CO2的吸附反應(yīng)，使該吸附劑形成該碳酸化飽合吸附劑，并借由該連通管將因重力落下的該碳酸化飽合吸附劑排送至該第二反應(yīng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該第二反應(yīng)器為一移(蠕) 動(dòng)床型式的煅燒爐、或一旋轉(zhuǎn)窯型式的煅燒爐、一流體化床型式的煅燒爐、或一固定床式的煅燒爐。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該第二反應(yīng)器是在一高溫范圍約800°C 950°C下操作，使該碳酸化飽合吸附劑脫附二氧化碳再形成該吸附劑，回到該第一反應(yīng)器循環(huán)再利用，煅燒一新料時(shí)則將完全未反應(yīng)的該碳酸化飽合吸附劑輸送進(jìn)該煅燒爐煅燒成該吸附劑后，排入該吸附劑儲(chǔ)料槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該移(蠕)動(dòng)床型式的煅燒爐具有1或多支布風(fēng)管，將一煅燒氣體吹入造成該煅燒爐內(nèi)碳酸鈣因擾動(dòng)或流化而被推動(dòng)前進(jìn)，前進(jìn)至該煅燒爐的該出口端而后排入該吸附劑儲(chǔ)料槽，其中該煅燒氣體為水蒸汽、氮?dú)?、二氧化碳、空氣、氦氣、氖氣、或氬氣、或前述任二或多種混合氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)該吸附劑為氧化鈣，該煅燒氣體為水蒸汽，利用該單一或該些布風(fēng)管控制水蒸汽的噴注量及噴注氣體的區(qū)域與方式，在溫度約300°C 500°C，產(chǎn)生中間產(chǎn)物氫氧化鈣用以進(jìn)行該吸附劑的改質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該煅燒爐采用一直接加熱方法或一間接加熱方法。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，采用該直接加熱方法的該煅燒爐采用一富氧燃燒方式，該煅燒爐產(chǎn)生的一高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)除塵再回流至一富氧燃燒器助燃以降低燃料使用量。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，采用該間接加熱方法的該煅燒爐，則以一熱傳導(dǎo)方式將熱均勻分布在該煅燒爐各區(qū)域，并使該煅燒爐適當(dāng)攪拌或翻滾使煅燒完全，該煅燒爐內(nèi)部更具有至少一沉降板，將攪拌時(shí)產(chǎn)生碰撞的粉塵先攔截。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，更包括一分離二氧化碳冷凝槽，銜接于該第二反應(yīng)器的一排氣口端，將所排出的一煅燒氣體冷凝并分離所含的二氧化碳；一粉塵捕集設(shè)備，銜接于該第一或該第二反應(yīng)器的一端，將該第一或該第二反應(yīng)器的一排放氣體過(guò)濾后排放；及一控制程序，以自動(dòng)化控制該捕獲系統(tǒng)的操作。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該粉塵捕集設(shè)備為一高溫粉塵捕集設(shè)備，可捕集該第一或該第二反應(yīng)器隨煙氣排出的粉塵，可耐溫度達(dá)約600°C 900 "C。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該粉塵捕集設(shè)備為一陶磁袋濾器、及一旋風(fēng)分離器其中之一。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該吸附劑儲(chǔ)料槽是以一高溫液位計(jì)監(jiān)控排入該吸附劑的一粉體高度，當(dāng)該粉體高度達(dá)到某一定值時(shí)則停止進(jìn)料，并啟動(dòng)該進(jìn)料排料部輸送料或排料。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該吸附劑儲(chǔ)料槽以一時(shí)間器進(jìn)行監(jiān)控。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，其特征在于，該吸附劑為一金屬氧化物，為氧化鈣、氧化鋅、氧化鎂、氧化錳、氧化鎳、氧化銅、或氧化鉛。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種二氧化碳捕獲系統(tǒng)，包括一進(jìn)料排料部、一第一反應(yīng)器、一第二反應(yīng)器、一連通管與一吸附劑儲(chǔ)料槽。第一反應(yīng)器具有一煙氣入口，可導(dǎo)入一含CO2成份的煙氣，進(jìn)料排料部是將經(jīng)過(guò)再生處理的一吸附劑送至第一反應(yīng)器，與CO2進(jìn)行一碳酸化反應(yīng)形成一碳酸化飽合吸附劑，并因重力落下后經(jīng)由連通管進(jìn)入第二反應(yīng)器。第二反應(yīng)器位于第一反應(yīng)器下側(cè)處并經(jīng)由連通管與其連通，可煅燒來(lái)自第一反應(yīng)器的碳酸化飽合吸附劑，以脫附CO2，產(chǎn)生煅燒后的吸附劑。吸附劑儲(chǔ)料槽位于第二反應(yīng)器的一出口端以承載煅燒后的吸附劑。
文檔編號(hào)C01B31/20GK102309917SQ20101022838
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者徐恒文, 柳萬(wàn)霞, 王振慶, 陳威丞, 陳旺, 陳瑞燕, 黃欽銘 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院