本發(fā)明是有關(guān)于一種吸收氣體中一成分氣體的裝置。
背景技術(shù)：
：工業(yè)蓬勃發(fā)展導(dǎo)致大量的溫室氣體排放至大氣中，進(jìn)而造成溫室效應(yīng)的發(fā)生。常見的溫室氣體包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)及六氟化硫(SF6)等，其中又以二氧化碳的影響最為嚴(yán)重。根據(jù)研究，大氣中的二氧化碳濃度已由工業(yè)革命前的280ppm上升至395ppm，且每年仍以約2ppm的速度增加?；剂咸峁┤虺^85％的電力，同時也是最主要的二氧化碳排放源之一，其中燃煤電廠占總排放量的43％。有鑒于此，必須發(fā)展更經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)以移除發(fā)電廠的排放氣中的二氧化碳及其他溫室氣體。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的一態(tài)樣是提供一種吸收氣體中一成分的裝置。此裝置不僅能有效地吸收氣體中的該成分，并能提供令人滿意的氣體處理量，更重要的是，再生吸收劑所須消耗的能源遠(yuǎn)低于習(xí)知技術(shù)。此裝置包含一第一旋轉(zhuǎn)填充床單元以及一第二旋轉(zhuǎn)填充床單元。第一旋轉(zhuǎn)填充床單元包含一第一填充床、一第一氣體入口、一第一氣體出口、一第一吸收劑入口以及一第一吸收劑出口。第一氣體入口、第一填充床以及第一氣體出口配置以讓含有此成分的一第一氣流從第一氣體入口經(jīng)由第一填充床輸送至第一氣體出口，且第一吸收劑入口、第一填充床及第一吸收劑出口配置以讓一吸收劑從第一吸收劑入口經(jīng)由第一填充床輸送至第一吸收劑出口。第二旋轉(zhuǎn)填充床單元包含一第二填充床、一第二氣體入口、一第二氣體出口、一第二吸收劑入口以及一第二吸收劑出口。第二氣體入口、第二填充床以及第二氣體出口配置以讓含有此成分的一第二氣流從第二氣體入口經(jīng)由第二填充床輸送至第二氣體出口，其中第二旋轉(zhuǎn)填充床單元的第二吸收劑入口連接第一旋轉(zhuǎn)填充床單元的第一吸收劑出口，用以將通過第一旋轉(zhuǎn)填充床單元的吸收劑輸送到第二旋轉(zhuǎn)填充床單元的第二吸收劑入口。在某些實施方式中，上述裝置更包含一第一管路以及一第二管路，分別連接第一氣體入口及第二氣體入口，用以輸送第一氣流及第二氣流進(jìn)入第一旋轉(zhuǎn)填充床單元及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元。第一管路不連接第二氣體出口，且第二管路不連接第一氣體出口。在某些實施方式中，上述裝置更包含一第三管路，直接連接第二吸收劑入口和第一吸收劑出口。在某些實施方式中，上述裝置更包含一氣體分配單元，連接第一氣體入口以及第二氣體入口，氣體分配單元用以將含有成分的一氣體分流為第一氣流以及第二氣流。在某些實施方式中，第一氣體入口以及第二氣體入口連接同一氣體供應(yīng)源。在某些實施方式中，上述裝置更包含一再生單元，用以移除吸收劑中至少一部分的成分，而得到一再生吸收劑，其中再生單元具有一第三吸收劑入口以及一第三吸收劑出口，第三吸收劑入口連接第二吸收劑出口，且第三吸收劑出口連接第一旋轉(zhuǎn)填充床單元的第一吸收劑入口。在某些實施方式中，再生單元包含一氣提塔。在某些實施方式中，再生單元還具有一第三氣體出口，用以輸出從吸收劑移除的部分的成分。在某些實施方式中，上述裝置更包含一純化單元，連接第三氣體出口，用以純化從再生單元輸送而來的此成分。在某些實施方式中，第一氣體出口及第二氣體出口直接與環(huán)境中的大氣連通，以允許經(jīng)過第一旋轉(zhuǎn)填充床單元及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元處理的第一氣流及第二氣流排放到環(huán)境中的大氣。附圖說明圖1繪示本發(fā)明各式實施方式的吸收氣體中某一成分氣體的裝置的示意圖；圖2繪示本發(fā)明一實施方式的第一旋轉(zhuǎn)填充床單元的剖面示意圖；圖3-圖10依序繪示本發(fā)明比較例1-8的二氧化碳吸收裝置的示意圖；圖11-圖14繪示實施方式3與比較例1-7的裝置在不同CO2捕獲率(90％、80％、70％及60％)下的氣體處理總量和再生能耗；圖15繪示實施方式3與比較例1在不同CO2捕獲率下的CO2捕獲量和再生消耗；圖16繪示本發(fā)明某些實施方式的吸收氣體中某一成分氣體的裝置的示意圖；圖17繪示本發(fā)明某些實施方式的吸收氣體中某一成分氣體的裝置的示意圖；其中，符號說明：10殼體11第一氣體入口12第一氣體出口13第一吸收劑入口14第一吸收劑出口16第一填充床16a外側(cè)16b內(nèi)側(cè)17驅(qū)動裝置18分散器20殼體21第二氣體入口22第二氣體出口23第二吸收劑入口24第二吸收劑出口30管路31第一管路32第二管路100吸收氣體中某一成分氣體的裝置130再生單元132第三氣體出口133第三吸收劑入口133a管路系統(tǒng)134第三吸收劑出口134a管路系統(tǒng)140純化單元140a管路系統(tǒng)142吸收劑移除單元146干燥單元148管路系統(tǒng)150氣體分配單元152第一鼓風(fēng)機(jī)154第二鼓風(fēng)機(jī)156管路系統(tǒng)158氣體供應(yīng)源A1、A2、A3、A4吸收劑入口C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7裝置C8模型Do旋轉(zhuǎn)填充床外徑Di內(nèi)徑E1裝置G1、G2、G3、G4氣體入口H高度L、L1、L2、L3液體吸收劑L1A、L1B、L2A、L2B液體吸收劑P、P(2V)、P1、P2固定床單元R、R(2V)、R1、R2、R3旋轉(zhuǎn)填充床單元R1第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R2第二旋轉(zhuǎn)填充床單元S氣流S1第一氣流S2第二氣流S3第三氣流。具體實施方式為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發(fā)明的實施態(tài)樣及具體實施方式提出了說明性的描述；但這并非實施或運(yùn)用本發(fā)明具體實施方式的唯一形式。在以下描述中，將詳細(xì)敘述許多特定細(xì)節(jié)以使讀者能夠充分理解以下的實施方式。然而，可在無此等特定細(xì)節(jié)的情況下實踐本發(fā)明的實施方式。在其他情況下，為簡化圖式，熟知的結(jié)構(gòu)與裝置僅示意性地繪示于圖中。關(guān)于本文中所使用的“約”、“大約”或“大致”的用語一般通常是指數(shù)值的誤差或范圍約百分之二十以內(nèi)，較佳地是約百分之十以內(nèi)，更佳地則是約百分五之以內(nèi)。文中若無明確說明，其所提及的數(shù)值皆視作為近似值，即如“約”、“大約”或“大致”所表示的誤差或范圍。本文中，當(dāng)一元件被稱為“連接”或“耦接”至另一元件時，可以是一元件直接連接或耦接至另一元件；或是一元件與另一元件之間存在一或多個額外元件，亦即一元件經(jīng)由一或多個額外元件而連接至另一元件。相對的，當(dāng)一元件被稱為“直接連接”或“直接耦接”至另一元件時，其間沒有額外元件存在。本發(fā)明是有關(guān)于一種吸收氣體中某一成分氣體的裝置、設(shè)備或系統(tǒng)。更具體的說，在此揭露的裝置、設(shè)備或系統(tǒng)可用以吸收氣體混合物中諸如二氧化碳等溫室氣體或其他氣體。在以下揭露的內(nèi)容中，以二氧化碳為例示說明，以充分?jǐn)⑹鲈诖私衣兜难b置的各元件的功能及操作細(xì)節(jié)。本
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識者，能夠根據(jù)以下揭露的內(nèi)容，將此裝置、設(shè)備或系統(tǒng)應(yīng)用于吸收其他種類的氣體，例如臭氧、甲烷、笑氣、氯氟碳化物、全氟碳化物、氫氟碳化物等溫室氣體或其他氣體，因此本發(fā)明揭露的裝置、設(shè)備或系統(tǒng)并不限于吸收二氧化碳。例如，可藉由選擇不同的吸收劑，將本發(fā)明揭露的裝置應(yīng)用于吸收其他的氣體。圖1繪示本發(fā)明各式實施方式的吸收氣體中某一成分氣體的裝置E1的示意圖。裝置E1主要包含第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1以及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2。第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1用以吸收第一氣流S1中諸如二氧化碳等成分氣體，第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2用以吸收第二氣流S2中例如二氧化碳等氣體。第一氣流S1以及第二氣流S2經(jīng)由各自的管路系統(tǒng)分別輸送到第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1以及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2。圖2繪示本發(fā)明一實施方式的第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1的剖面示意圖。請參照圖1及圖2，第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1包含殼體10、第一氣體入口11、第一氣體出口12、第一吸收劑入口13以及第一吸收劑出口14。第一氣流S1從第一氣體入口11進(jìn)入第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1。第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1還包含第一填充床16，而且第一填充床16能夠在殼體10中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動第一填充床16旋轉(zhuǎn)的裝置或方式并無特殊限制，舉例而言，可藉由例如電動馬達(dá)的驅(qū)動裝置17來驅(qū)動第一填充床16進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在數(shù)個實施方式，第一填充床16中填充有多個惰性填充物，并且在這些惰性填充物之間存有孔隙。第一氣體入口11、第一填充床16和第一氣體出口12的配置方式讓含有諸如二氧化碳的第一氣流S1從第一氣體入口11經(jīng)由第一填充床16輸送至第一氣體出口12。舉例而言，第一氣流S1可從第一氣體入口11進(jìn)入第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1中，并從第一填充床16的外側(cè)16a進(jìn)入第一填充床16的內(nèi)部，然后通過第一填充床16的內(nèi)側(cè)16b，再從第一氣體出口12離開第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1。本發(fā)明的第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1并不限于圖1繪示的逆流式旋轉(zhuǎn)填充床單元，諸如錯流式旋轉(zhuǎn)填充床單元或其他種類的旋轉(zhuǎn)填充床單元也可適用在本發(fā)明。第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1中，第一吸收劑入口13、第一填充床16及第一吸收劑出口14的配置方式讓液體吸收劑從第一吸收劑入口13經(jīng)由第一填充床16輸送至第一吸收劑出口14。舉例而言，液體吸收劑L1從第一吸收劑入口13進(jìn)入第一填充床16的內(nèi)部，當(dāng)?shù)谝惶畛浯?6高速旋轉(zhuǎn)時，液體吸收劑受到離心力作用而從第一填充床16的內(nèi)側(cè)16b向外側(cè)16a移動，并分散成細(xì)小的液膜或液滴。液體吸收劑與含有諸如二氧化碳的氣流在第一填充床16的孔隙中接觸，因此讓液體吸收劑能夠有效地吸收第一氣流S1中諸如二氧化碳的成分。在一實施方式中，第一填充床16為超重力旋轉(zhuǎn)床，其能夠透過高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生100G以上的重力場。在另一實施方式中，液體吸收劑通過分散器18噴灑進(jìn)入第一填充床16的內(nèi)側(cè)16b。請再參照圖1，第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2的構(gòu)造可類似于第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1的構(gòu)造。簡言之，第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2包含殼體20、第二氣體入口21、第二氣體出口22、第二吸收劑入口23以及第二吸收劑出口24。第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2當(dāng)然還包含可旋轉(zhuǎn)的第二填充床(未繪示在圖1中)配置在殼體20中。第二氣流S2從第二氣體入口21經(jīng)由第二填充床輸送至第二氣體出口22。液體吸收劑L2從第二吸收劑入口23經(jīng)由第二填充床輸送至第二吸收劑出口24。請注意，本發(fā)明的其中數(shù)個特征是第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1和第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2與液體吸收劑傳輸路徑、第一氣流S1以及第二氣流S2之間的連接關(guān)系。具體的說，第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1與第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2是分別獨(dú)立地吸收第一氣流S1與第二氣流S2中的二氧化碳，但是液體吸收劑L1是依序通過第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1和第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2。更詳細(xì)的說，第一氣流S1經(jīng)由第一管路31輸送到第一氣體入口11，第二氣流S2經(jīng)由第二管路33輸送到第二氣體入口21。在某些實施方式中，第一管路31不連接第二氣體出口22，且第二管路32不連接第一氣體出口12。液體吸收劑L1從第一吸收劑入口13進(jìn)入第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1，并在其中吸收第一氣流S1中的二氧化碳，然后從第一吸收劑出口14離開第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1。第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1的第一吸收劑出口14連通或連接第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2的第二吸收劑入口23，例如藉由管路30連接第一吸收劑出口14與第二吸收劑入口23。因此，通過第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1的液體吸收劑L2從第二吸收劑入口23進(jìn)入第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2，并在其中吸收第二氣流S2中的二氧化碳，然后再從第二吸收劑出口24離開第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2。通過第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1的液體吸收劑L2吸收了第一氣流S1中的二氧化碳，所以液體吸收劑L2的二氧化碳“負(fù)載”(lean/richloading，單位：molCO2/mol吸收劑)大于液體吸收劑L1的二氧化碳負(fù)載。同理，通過第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2的液體吸收劑L3吸收了第二氣流S2中的二氧化碳，所以液體吸收劑L3的二氧化碳負(fù)載大于液體吸收劑L2的二氧化碳負(fù)載。根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式，通過第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1的液體吸收劑中的二氧化碳負(fù)載等于進(jìn)入第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2的液體吸收劑中的二氧化碳負(fù)載。為簡化圖式標(biāo)示的目的，圖1中L1、L2及L3標(biāo)示的實線條也同時表示對應(yīng)的液體吸收劑的輸送管路。S1及S2標(biāo)示的虛線也同時表示對應(yīng)氣流的輸送管路。根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式，第一氣流S1與第二氣流S2的氣體成分可以相同或不相同。在一實施方式中，第一氣流S1與第二氣流S2具有相同的二氧化碳濃度。在另一實施方式中，第一氣流S1的二氧化碳濃度高于第二氣流S2的二氧化碳濃度。在其他實施方式中，第一氣流S1的二氧化碳濃度小于第二氣流S2的二氧化碳濃度。在某些實施方式中，第一氣流S1及/或第二氣流S2中二氧化碳的體積百分比為約1-30vol.％。具體而言，第一氣流S1及/或第二氣流S2可例如為燃煤發(fā)電廠、天然氣發(fā)電廠或鋼鐵廠的排放氣。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)個實施方式，第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1的第一氣體出口12以及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2的第二氣體出口22直接與環(huán)境中的大氣連通，讓經(jīng)過第一及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2處理的第一氣流S1及第二氣流S2排放到環(huán)境中的大氣。在其他實施方式中，第一氣體出口12及/或第二氣體出口22可連接到其他的裝置或反應(yīng)單元。下文中，將詳述本發(fā)明的實施方式以及各種比較例，使本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識者得以實現(xiàn)本發(fā)明，并充分了解本發(fā)明提供的突出技術(shù)效果。以下所述的實施方式及比較例不應(yīng)被解釋為本發(fā)明的限制。實施方式1-2：在實施方式1及實施方式2中，使用圖1及圖2所示的設(shè)備進(jìn)行試驗，第一及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2具有相同的結(jié)構(gòu)及尺寸，第一及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2的詳細(xì)規(guī)格如以下表1所示。第一及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2的轉(zhuǎn)速設(shè)定為1600rpm，操作溫度為50℃。使用40.8wt％的單乙醇胺(monoethanolamine，MEA)作為液體吸收劑，單乙醇胺的流量設(shè)定為50mL/min。在實施方式1中，第一氣流S1及第二氣流S2的流量分別為4.6及3.6L/min。第一氣流S1及第二氣流S2中二氧化碳(下文中以“CO2”表示)的體積百分比為10vol.％(其余為氮?dú)?，第一及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2的CO2捕獲率分別為90.9％及88.8％。在實施方式2中，第一氣流S1及第二氣流S2的流量分別為6.5及4.8L/min，第一及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2的CO2捕獲率分別為84.8％及80.9％。實施方式1及實施方式2的重要參數(shù)及試驗結(jié)果匯整在以下表2中。本文中，若未特別說明某一物理量的壓力條件時，則該壓力條件為約一大氣壓。在表一中，旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2的CO2捕獲率以式(1)計算。式(1)；在式(1)中，A表示CO2捕獲率，Cin表示進(jìn)料氣流中CO2的濃度，Cout表示輸出氣流中CO2的濃度。表一旋轉(zhuǎn)填充床外徑Do(cm)12.5旋轉(zhuǎn)填充床內(nèi)徑Di(cm)2.5旋轉(zhuǎn)填充床高度H(cm)2.3旋轉(zhuǎn)填充床體積(cm3)270.1填充物表面積(m2/m3)887.6表二在表2中還列出實施方式1及實施方式2的“模擬結(jié)果”，詳細(xì)的模擬方法及原理請參考下列本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)表的期刊論文：1.Hsu-HsiangCheng,Chung-SungTan,SeparationandpurificatoiinTechnology,82(2011)156-166.2.Cheng-HsiuYu,Hsu-HsiangCheng,Chung-SungTan,InternationalJournalofGreenhouseGascontrol，9(2012),136-147.下文中，將上述兩件期刊論文所述的模擬方法稱為“6槽串聯(lián)模型(6-tankinseriesmodel)”。從以上表二實施方式1及2的實驗值與模擬結(jié)果可知，“6槽串聯(lián)模型”能夠準(zhǔn)確地模擬得到裝置E1的CO2捕獲率以及液體吸收劑的CO2負(fù)載。實施方式3：利用“6槽串聯(lián)模型”計算模擬圖1繪示的裝置E1在第一及第二氣流S1、S2的CO2捕獲率為90％、80％、70％及60％下的氣體處理總量(亦即，第一及第二氣流S1、S2的體積流量總和)和液體吸收劑中的CO2負(fù)載。在實施方式3的模擬條件中，將初始液體吸收劑L1的CO2負(fù)載設(shè)定為0.345，其他模擬條件則與實施方式1相同。得到液體吸收劑L3的CO2負(fù)載后，利用商用AspenPlus軟體模擬計算液體吸收劑再生所須的能源消耗(下文稱為“再生能耗”)。再生能耗的模擬條件為溫度120℃，壓力2大氣壓。圖11-圖14繪示實施方式3和下述比較例1-7的裝置在不同CO2捕獲率(90％、80％、70％及60％)下的氣體處理總量和再生能耗。下文中，將更詳細(xì)說明圖11-圖14所示的結(jié)果。比較例1-7：圖3-圖9依序繪示本發(fā)明比較例1-7的二氧化碳吸收裝置C1-C7的示意圖。在比較例1-7中，提供多種的旋轉(zhuǎn)填充床單元與固定床單元的組合方式及連接方式。比較例1-7與實施方式3是在相同的填充床體積的條件下進(jìn)行模擬。更具體的說，在比較例1-7及實施方式3中，各裝置的填充床總體積為相同。此外，對于比較例1-7的旋轉(zhuǎn)填充床單元，使用上述“6槽串聯(lián)模型”模擬得到CO2捕獲率和液體吸收劑的CO2負(fù)載；對于固定床單元，利用商業(yè)化AspenPlus軟體模擬得到CO2捕獲率和液體吸收劑的CO2負(fù)載。然后，利用AspenPlus軟體模擬得到比較例1-7的液體吸收劑的再生能耗。在比較例1中，如圖3所示，裝置C1僅包含單一個旋轉(zhuǎn)填充床單元R(2V)，但是旋轉(zhuǎn)填充床單元R(2V)的填充床體積是實施方式3中第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1(或第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2)的填充床體積的兩倍。所以，旋轉(zhuǎn)填充床單元R(2V)的填充床體積等于實施方式1中第一及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2的填充床體積總和。待吸收氣流S從氣體入口G1進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填充床單元R(2V)，然后從氣體出口G2離開旋轉(zhuǎn)填充床單元R(2V)。液體吸收劑L1從吸收劑入口A1進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填充床單元R(2V)，通過旋轉(zhuǎn)填充床單元R(2V)的液體吸收劑L2從吸收劑出口A2排出。其他的模擬條件與實施方式3相同。在上述條件下，模擬當(dāng)CO2捕獲率分別為90％、80％、70％及60％時的氣體處理總量、液體吸收劑L2的CO2負(fù)載以及液體吸收劑L2所須的再生能耗。在比較例2中，如圖4所示，裝置C2僅包含單一個固定床單元P(2V)，但是固定床單元P(2V)的填充床體積是實施方式3中第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1(或第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2)的填充床體積的兩倍。所以，固定床單元P(2V)的填充床體積等于實施方式3中第一及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2的填充床體積總和。待吸收氣流S從氣體入口G1進(jìn)入固定床單元P(2V)，然后從氣體出口G2離開固定床單元P(2V)。液體吸收劑L1從吸收劑入口A1進(jìn)入固定床單元P(2V)，通過固定床單元P(2V)的液體吸收劑L2從吸收劑出口A2排出。其他的模擬條件與實施方式3相同。在上述條件下，模擬當(dāng)CO2捕獲率分別為90％、80％、70％及60％時的氣體處理總量、液體吸收劑L2的CO2負(fù)載以及液體吸收劑L2所須的再生能耗。在比較例3中，如圖5所示，裝置C3包含旋轉(zhuǎn)填充床單元R以及固定床單元P。旋轉(zhuǎn)填充床單元R與實施方式3中第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1相同，固定床單元P的填充床體積與實施方式3中旋轉(zhuǎn)填充床單元R1(或R2)的填充床體積相同。旋轉(zhuǎn)填充床單元R配置以吸收第一氣流S1中的CO2，固定床單元P配置以吸收第二氣流S2中的CO2。第一氣流S1從氣體入口G1進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填充床單元R，然后從氣體出口G2輸出。第二氣流S2從氣體入口G3進(jìn)入固定床單元P，然后從氣體出口G4輸出。液體吸收劑L1從吸收劑入口A1進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填充床單元R，然后從吸收劑出口A2離開旋轉(zhuǎn)填充床單元R。通過旋轉(zhuǎn)填充床單元R的液體吸收劑L2從吸收劑入口A3進(jìn)入固定床單元P，吸收CO2后的液體吸收劑L3從吸收劑出口A4離開固定床單元P。其他的模擬條件與實施方式3相同。在上述條件下，模擬計算當(dāng)CO2捕獲率分別為90％、80％、70％及60％時的氣體處理總量、液體吸收劑L3的CO2負(fù)載以及液體吸收劑L3所須的再生能耗。在比較例4中，如圖6所示，裝置C4包含旋轉(zhuǎn)填充床單元R以及固定床單元P。比較例4的裝置C4類似于比較例3的裝置C3，不同之處在于，比較例4的液體吸收劑先通過固定床單元P，然后才通過旋轉(zhuǎn)填充床單元R。比較例4的其他模擬條件與比較例3相同。在比較例5中，如圖7所示，裝置C5包含旋轉(zhuǎn)填充床單元R1和旋轉(zhuǎn)填充床單元R2。旋轉(zhuǎn)填充床單元R1和旋轉(zhuǎn)填充床單元R2各自處理第一氣流S1與第二氣流S，旋轉(zhuǎn)填充床單元R1和R2的構(gòu)造及尺寸與實施方式3所述的相同。但是，液體吸收劑L平均地分流成兩股的液體吸收劑L1A和L2A，然后進(jìn)入各自的旋轉(zhuǎn)填充床單元R1和R2，以吸收第一氣流S1及第二氣流S2中的CO2。液體吸收劑L1A和L2A的體積流量總和等于實施方式3的液體吸收劑L1的體積流量。其他的模擬條件與實施方式3相同。在上述條件下，模擬計算當(dāng)CO2捕獲率分別為90％、80％、70％及60％時的氣體處理總量、液體吸收劑L1B和L2B的CO2負(fù)載以及液體吸收劑L1B和L2B所須的再生消耗。在比較例6中，如圖8所示，裝置C6包含固定床單元P1和固定床單元P2。固定床單元P1及固定床單元P2各自處理第一氣流S1及第二氣流S，但是液體吸收劑是依序通過固定床單元P1及固定床單元P2。固定床單元P1(或P2)的填充床體積相同于實施方式3中旋轉(zhuǎn)填充床單元R1(或R2)的填充床體積。其他的模擬條件與實施方式3相同。在上述條件下，模擬計算當(dāng)CO2捕獲率分別為90％、80％、70％及60％時的氣體處理總量、液體吸收劑L3的CO2負(fù)載以及液體吸收劑L3所須的再生消耗。在比較例7中，如圖9所示，裝置C7包含固定床單元P1和固定床單元P2。固定床單元P1及固定床單元P2各自處理第一氣流S1及第二氣流S。液體吸收劑L平均地分流成兩股的液體吸收劑L1A和L2A，然后進(jìn)入各自的固定床單元P1和P2，以吸收第一氣流S1及第二氣流S2中的CO2。液體吸收劑L1A和L2A的體積流量總和等于實施方式3的液體吸收劑L1的體積流量。其他的模擬條件與實施方式3相同。在上述條件下，模擬計算當(dāng)CO2捕獲率分別為90％、80％、70％及60％時的氣體處理總量、液體吸收劑L1B和L2B的CO2負(fù)載以及液體吸收劑L1B和L2B所須的再生消耗。圖11繪示本發(fā)明實施方式3及比較例1-7各裝置在CO2捕獲率為90％時的氣體處理總量以及液體吸收劑所須的再生消耗。圖11中的長條圖表示氣體處理量，圖11中的符號“■”表示再生消耗，圖11中橫坐標(biāo)軸上方的數(shù)值為液體吸收劑的CO2負(fù)載(richloading)。在圖11中可發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的實施方式3具有最低的再生消耗，僅約5.32GJ/tonCO2。另外，實施方式3的氣體處理量為約8.2L/min，比較例5的氣體處理量為約9.2L/min，雖然實施方式3的氣體處理量稍微低于比較例5，但是實施方式3的再生消耗卻是遠(yuǎn)低于比較例5，而且實施方式3的氣體處理量仍然高于其他的比較例。圖12-圖14繪示本發(fā)明實施方式3及比較例1-7在CO2捕獲率為80％、70％及60％下的氣體處理總量以及液體吸收劑所須的再生消耗。在圖14中，比較例2的模擬過程無法收斂，故欠缺模擬數(shù)值。在圖12-圖14中，實施方式與比較例1-7的氣體處理量及再生消耗的趨勢類似于圖11呈現(xiàn)的趨勢。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中的技術(shù)人員陷入一個技術(shù)迷思，普遍認(rèn)為從排放廢氣中有效率地移除CO2是改善或緩和全球暖化現(xiàn)象的重要關(guān)鍵，因此認(rèn)為CO2捕獲率是最重要的考慮因素。本發(fā)明的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，上述的CO2捕獲率不應(yīng)該是改善全球暖化現(xiàn)象的關(guān)鍵。具體的說，用來吸收CO2的吸收劑必須再生，才能讓該制程方式符合對環(huán)境友善的要求。但是，再生吸收劑必須消耗額外的能源，為了供給吸收劑再生所須的能源，不可避免地伴隨產(chǎn)生CO2。吸收劑的再生能耗愈大，產(chǎn)生的CO2愈多。從整體效應(yīng)來看，可能在甲地移除了廢氣中的CO2，但是卻無法避免地在乙地產(chǎn)生CO2以提供吸收劑再生所須的能源。有鑒于此，CO2的整體移除效能必須將吸收劑的再生能耗一并納入考慮，才能得到客觀的結(jié)果。若僅只考慮CO2的捕獲率并不足以代表某一技術(shù)的優(yōu)劣。另一方面，吸收劑的再生能耗也代表了整體裝置的操作成本，吸收劑的再生能耗愈大，操作成本也愈高。所以，在綜合考慮吸收劑的再生消耗以及氣體處理量兩者的情況下，實施方式3才是較佳的方式，比較例5并非較佳的方式。另外，也發(fā)現(xiàn)一個重要的現(xiàn)象。本發(fā)明實施方式3與比較例1都是采用旋轉(zhuǎn)填充床單元來吸收CO2，兩者的填充床體積相同，但是本發(fā)明實施方式3的氣體處理量以及再生消耗都優(yōu)于比較例1。圖15繪示實施方式3和比較例1在不同CO2捕獲率下的CO2捕獲量和再生消耗。當(dāng)CO2捕獲率為60-90％，實施方式3的再生消耗低于比較例1的數(shù)值，而且實施方式3的氣體處理量大于比較例1的數(shù)值。圖15還呈現(xiàn)出另一個重要的現(xiàn)象，當(dāng)CO2捕獲率提高時，CO2捕獲量反而會下降，這是因為欲達(dá)成較高的CO2捕獲率，必須降低氣體處理量所致。此外，當(dāng)CO2捕獲率提高時，再生消耗也會提高。舉例而言，當(dāng)CO2捕獲率為60％時，不論是實施方式3或比較例1，都具有較高的CO2捕獲量，同時也具有較低的再生消耗。圖15的數(shù)據(jù)可以充分佐證，將二氧化碳吸收裝置設(shè)計或操作在相對較高的CO2捕獲率下，并不是最佳的方式。比較例8：美國專利公開號US2013/0319235揭露一種二氧化碳吸收裝置，其包含兩個旋轉(zhuǎn)填充床單元。圖10繪示根據(jù)該專利內(nèi)容所建立的模型C8的示意圖。模型C8包含兩個旋轉(zhuǎn)填充床單元R1及R2。待處理氣流S1依序通過旋轉(zhuǎn)填充床單元R1和旋轉(zhuǎn)填充床單元R2，但是旋轉(zhuǎn)填充床單元R1及R2分別具有獨(dú)立的液體吸收劑供給管路。更詳細(xì)的說，待處理氣流S1從第一氣體入口11進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填充床單元R1，然后從第一氣體出口12離開旋轉(zhuǎn)填充床單元R1。通過旋轉(zhuǎn)填充床單元R1的氣流S2接著從第二氣體入口21進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填充床單元R2，再進(jìn)行一次CO2吸收程序。之后，經(jīng)旋轉(zhuǎn)填充床單元R2處理過的氣流S3由從第二氣體出口22排出。另一方面，液體吸收劑L1A從第一吸收劑入口13進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填充床單元R1，吸收CO2后的液體吸收劑L1B從第一吸收劑出口14離開旋轉(zhuǎn)填充床單元R1。類似地，液體吸收劑L2A從第二吸收劑入口23進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填充床單元R2，吸收CO2后的液體吸收劑L2B從第二吸收劑出口24離開旋轉(zhuǎn)填充床單元R2。利用上述“6槽串聯(lián)模型”模擬計算模型C8在CO2捕獲率為90％(相較于帶處理氣流S1)條件下的氣體處理總量以及液體吸收劑L1B及L2B的CO2負(fù)載，并利用上述AspenPlus軟體模擬計算液體吸收劑L1B及L2B所須的再生能耗。其他的模擬條件與實施方式3相同，比較例8的模擬結(jié)果匯整在以下表三中，實施方式3的模擬結(jié)果整理在以下表四中。表三表四實施方式3液體吸收劑L1的CO2負(fù)載(molCO2/molMEA)0.345液體吸收劑L1流量(mL/min)50液體吸收劑L2的CO2負(fù)載(molCO2/molMEA)0.392液體吸收劑L3的CO2負(fù)載(molCO2/molMEA)0.430第一氣流S1流量(L/min)4.6第二氣流S2流量(L/min)3.6再生能耗(GJ/tonCO2)5.32氣體處理量(S1+S2)(L/min)8.2CO2捕獲量(L/min)0.74從表三及表四的結(jié)果可知，模型C8的氣體處理量及CO2捕獲量分別為10L/min和0.91L/min，本發(fā)明的實施方式3的氣體處理量及CO2捕獲量分別為8.2L/min和0.74L/min。模型C8的再生能耗為7.9GJ/tonCO2，本發(fā)明的實施方式3的再生能耗5.32GJ/tonCO2。雖然模型C8的氣體處理量及CO2捕獲量比本發(fā)明的實施方式3高出約22％，但是模型C8的再生能耗也比本發(fā)明實施方式3高出約48％。在綜合考慮吸收劑的再生消耗以及氣體處理量的情況下，本發(fā)明的實施方式3還是優(yōu)于上述美國專利的裝置。雖然實施方式1-3中的第一及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2的體積為相同，但本發(fā)明不限于此。在其他的實施方式中，第一及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2的填充床體積可以不同，端視需求而調(diào)整。另外，根據(jù)本發(fā)明的其他實施方式，裝置E1可以包含三個以上的旋轉(zhuǎn)填充床單元，如圖16所示。裝置E1包含旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、旋轉(zhuǎn)填充床單元R2、以及旋轉(zhuǎn)填充床單元R3。旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2、R3分別處理第一氣流S1、第二氣流S2及第三氣流S3。液體吸收劑L串接式地通過第一、第二及第三旋轉(zhuǎn)填充床單元R1、R2、R3，以吸收第一氣流S1、第二氣流S2及第三氣流S3中的二氧化碳。圖17繪示本發(fā)明某些實施方式的吸收氣體中某一成分氣體的裝置100的示意圖。裝置100包含前述的裝置E1以及再生單元130。再生單元130用以移除液體吸收劑中至少一部分的二氧化碳，而得到再生的液體吸收劑。再生單元130具有吸收劑入口133以及吸收劑出口134，吸收劑入口133經(jīng)由管路系統(tǒng)133a連接至第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2的第二吸收劑出口24，用以將通過第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2的液體吸收劑輸送至再生單元130。再生的液體吸收劑從吸收劑出口134經(jīng)由管路系統(tǒng)134a輸送至第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1的第一吸收劑入口13。在一實施方式中，再生單元130可例如為氣提塔(stripper)或另一個旋轉(zhuǎn)填充床單元，用以將液體吸收劑中至少一部分的二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的二氧化碳，而得到回收的二氧化碳?xì)怏w。在此實施方式中，再生單元130還包含氣體出口132，用以輸出二氧化碳?xì)怏w。在某些實施方式中，裝置100更包含純化單元140，純化單元140經(jīng)由管路系統(tǒng)140a連接再生單元130的氣體出口132，純化單元140用以純化回收的二氧化碳?xì)怏w。在某些實施方式中，回收的二氧化碳?xì)怏w中含有少量的吸收劑和水，因此純化單元140可包含吸收劑移除單元142和干燥單元146。吸收劑移除單元142連接再生單元130的氣體出口132，從再生單元130輸送而來的二氧化碳?xì)怏w依序通過吸收劑移除單元142和干燥單元146。吸收劑移除單元142可例如為水洗塔，其中利用水吸收二氧化碳?xì)怏w中殘存的吸收劑。然后，干燥單元146移除二氧化碳?xì)怏w中殘存的水，因此得到高純度的二氧化碳，并將所得的高純度二氧化碳輸送至一管路系統(tǒng)148。在數(shù)個實施方式中，裝置100更包含氣體分配單元150，其連接第一旋轉(zhuǎn)填充床單元R1的第一氣體入口11以及第二旋轉(zhuǎn)填充床單元R2的第二氣體入口21。氣體分配單元150將管路系統(tǒng)156輸送而來的待處理氣體分流為第一氣流S1以及第二氣流S2。在一實施方式中，氣體分配單元150包含第一鼓風(fēng)機(jī)152以及第二鼓風(fēng)機(jī)154，藉由控制第一鼓風(fēng)機(jī)152及第二鼓風(fēng)機(jī)154可調(diào)整第一氣流S1及第二氣流S2的壓力以及體積流量。在另一實施方式中，第一氣體入口11以及第二氣體入口21連接相同的氣體供應(yīng)源158，因此第一氣流S1的組成與第二氣流S2的組成相同。在其他實施方式中，第一氣體入口11以及第二氣體入口21可分別連接不同的氣體供應(yīng)源，因此第一氣流S1的組成與第二氣流S2的組成并不相同。雖然本發(fā)明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的申請專利范圍所界定者為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3