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    • 专利摘要:
    一種適用於捕捉燃燒爐產生之煙囪廢氣中二氧化碳之方法包含：進行前製程以去除煙囪廢氣中之某些特定成分；以每小時10至11立方公尺之流量提供煙囪廢氣，其中煙囪廢氣之溫度為30至40℃；以預定流量提供包含水與一級胺的一級胺溶液，藉由一級胺吸收煙囪廢氣中之二氧化碳，其中以上述預定流量提供一級胺溶液每小時提供60至70公斤之一級胺；以及進行一級胺再生步驟，藉此使得一級胺所吸收之二氧化碳脫離。
    公开号:TW201317045A
    申请号:TW100137541
    申请日:2011-10-17
    公开日:2013-05-01
    发明作者:Cheng-Chang Ou；Ming-Feng Chang；Jui-Fu Shen
    申请人:China Steel Corp；
    IPC主号:Y02A50-00
    专利说明:
    捕捉二氧化碳之方法
    本發明是有關於一種捕捉二氧化碳之方法，且特別是有關於一種適用於捕捉燃燒爐產生之煙囪廢氣中之二氧化碳的方法。
    在蒸汽機開啟了現代工業革命之後，工業技術已經有了長足的進步。為了滿足日益增加之人口的各種需求，各式各樣的生產製造工廠應運而生，而伴隨著大量生產製造而來的即為透過工廠煙囪排放之大量廢氣(煙囪廢氣)。
    為了避免上述大量廢氣排放至大氣中之後，對大氣環境造成負面性的影響。因此，必須在將上述大量廢氣排放至大氣中之前，先將其中之有害氣體去除，而其中最主要的有害氣體包含有二氧化碳。在生產製造過程所產生之廢氣中，二氧化碳佔據了相當大的分量，且由於二氧化碳係一溫室氣體，若未經處理即排放至大氣中，將會促使大氣環境中溫室效應的惡化。
    在各式各樣製程的廢氣中，用來捕捉其中之二氧化碳進而使其與其他氣體分離並加以儲存之技術統稱為二氧化碳捕捉與封存技術(Carbon Capture and Storage；CCS)。CCS技術一般區分成下列四種方法。第一種為化學吸收法，根據廢氣之組成成分採用特定之化學吸收劑，藉此化學吸收劑吸收廢氣中的二氧化碳。第二種為物理吸附法，在物理吸附法中，主要又區分成二種，一種為變壓吸附法(Pressure Swing Adsorption；PSA)，另一種則為變溫吸附法(Temperature Swing Adsorption；TSA)。第三種為冷凝法(Cryogenic)，由於二氧化碳在-56.6℃及7.4atm即可冷凝(Condense)而與氮氣(N2)分離，故可藉此特性對二氧化碳進行捕捉。最後一種為薄膜法(Membrane Diffusion)，其中薄膜法優點為節省能源，但此方法係屬於較先進之技術，目前仍處於開發階段。
    在國外鋼廠中，已有部分鋼廠針對捕捉高爐排氣(Blast Furnace Gas；BFG)中之二氧化碳進行研究。例如，日本之新日本製鐵公司(Nippon Steel Corporation；NSC)曾利用化學吸收法捕捉BFG中之二氧化碳，並使二氧化碳與其他氣體分離。但是，針對熱風爐煙囪廢氣中二氧化碳之捕捉部分，則尚未有相關之研究。在BFG中，其主要成分為可燃性氣體，而在熱風爐煙囪廢氣中，其主要成分則為一般燃燒爐之煙囪廢氣。由於BFG與熱風爐煙囪廢氣之成分明顯不同，其特性完全不同，故無法引用BFG之二氧化碳捕捉方法對熱風爐煙囪廢氣中之二氧化碳進行捕捉。
    而在歐盟所進行之超低二氧化碳煉鋼計畫(Ultra Low CO2 Steelmaking；ULCOS)中，係使用真空變壓吸附法(Vacuum Pressure Swing Adsorption；VPSA)來針對BFG進行二氧化碳之捕捉。然而，吸附法一般僅適用於二氧化碳濃度較低之煙囪廢氣，對於BFG或熱風爐煙囪廢氣中之二氧化碳的捕捉，應使用化學吸收法較為合適。
    另外，韓國之POSCO鋼廠正在開發使用氨(Ammonia)來捕捉二氧化碳之技術。然而，此一技術中之氨容易散逸，故未來是否能夠順利進行商業化之應用仍有待觀察。
    再者，針對二氧化碳之捕捉，仍有其他相關之研究。例如，在美國專利第7056482號中，加拿大康世富科技環保有限公司(Cansolv Technologies Inc.)提出以三級胺(Tertiary Amine)做為吸收劑，藉此捕捉特定廢氣中之二氧化碳並與其他氣體分離。而在美國專利第7288136號中，美國能源部(Department of Energy；DOE)提出將胺類打入多孔性材料中，藉此增加多孔性材料中胺的含量，進而提高此多孔性材料捕捉廢氣中二氧化碳的效果。
    然而，上述二專利中所述之技術，並不適用於熱風爐煙囪廢氣中二氧化碳的捕捉。因此，需要提出一種適用於熱風爐煙囪廢氣之新式二氧化碳捕捉方法。
    因此，本發明之目的係在提供一種捕捉二氧化碳之方法，其適用於捕捉燃燒爐產生之煙囪廢氣中之二氧化碳，藉由使得一級胺溶液與煙囪廢氣接觸，並控制提供煙囪廢氣之流量、煙囪廢氣之溫度、以及提供一級胺溶液之流量，可有效地將煙囪廢氣中之二氧化碳的捕捉效率提升至90%以上。
    根據本發明之一實施例，提供一種捕捉二氧化碳之方法，適用於捕捉燃燒爐產生之煙囪廢氣中之二氧化碳，其中上述之煙囪廢氣中包含多個成分，其中此些成分為二氧化碳水、硫氧化物(SOX)、氮氧化物(NOX)、不可避免之不純物、以及由氮氣組成的剩餘部分(亦可稱之為殘部)。此捕捉二氧化碳之方法包含：進行去除煙囪廢氣中之水、硫氧化物、氮氧化物或不可避免之不純物的前製程；進行提供煙囪廢氣步驟，以每小時10立方公尺(m3/hr)至每小時11立方公尺之第一預定流量提供上述之煙囪廢氣，其中上述煙囪廢氣溫度為30℃至40℃；進行吸收二氧化碳步驟，以第二預定流量提供包含水與一級胺的一級胺溶液，藉由一級胺吸收煙囪廢氣中的二氧化碳，其中以第二預定流量提供之一級胺溶液每小時提供60公斤至70公斤的一級胺；以及進行一級胺再生步驟，藉此使得一級胺所吸收之二氧化碳脫離。
    本發明之優點在於藉由使得一級胺溶液與煙囪廢氣接觸，並控制一級胺溶液與煙囪廢氣之相關參數，以有效地提升煙囪廢氣中之二氧化碳的捕捉效率。其中，在特定之實施例中，做為二氧化碳吸收劑之一級胺可藉由加熱而釋放出其所吸收之二氧化碳，故一級胺溶液可在現場直接再生使用。此外，由於一級胺溶液不容易散逸，不需經常補充二氧化碳吸收劑，因此，在特定之實施例中，採用本發明之方法的裝置可穩定而連續地運轉，使得採用本發明之方法的裝置更具有競爭優勢。
    請參照第1圖，其係繪示根據本發明之一實施例之捕捉二氧化碳之方法的流程圖，其中此捕捉二氧化碳之方法100係適用於捕捉如熱風爐之燃燒爐所產生之煙囪廢氣中的二氧化碳。在上述之煙囪廢氣中，其包含有以下之多個成分，此些成分分別為二氧化碳、水、硫氧化物、氮氧化物、不可避免之不純物、以及由氮氣組成的其他部分。而在特定之實施例中，煙囪廢氣所包含多個成分分別為：26~29 vol%之二氧化碳、14~16 vol%之水、0.003~0.004 vol%之硫氧化物(SOX)與氮氧化物(NOX)、不可避免之不純物、以及由氮氣組成的其他部分。
    然而，適用於本發明之捕捉二氧化碳之方法100之煙囪廢氣並不僅僅侷限在由熱風爐所產生之煙囪廢氣，本發明之方法更可適用於由其他燃燒爐所產生之煙囪廢氣中之二氧化碳的捕捉。
    捕捉二氧化碳之方法100開始於進行前製程102。在前製程102中，主要係用以去除上述煙囪廢氣中之水、硫氧化物、氮氧化物或不可避免之不純物。在特定實施例中，前製程102所去除之煙囪廢氣中之硫氧化物包含二氧化硫(SO2)。
    完成上述之前製程102之後，捕捉二氧化碳之方法100繼續進行提供煙囪廢氣步驟104。在提供煙囪廢氣步驟104中，以第一預定流量提供經前製程102去除水、硫氧化物、氮氧化物或不可避免之不純物之後的煙囪廢氣。而上述第一預定流量為每小時10立方公尺至每小時11立方公尺。此外，將煙囪廢氣溫度控制在30℃至40℃之間，藉此促進二氧化碳吸收劑之吸收作用。而在本發明中，二氧化碳吸收劑係採用一級胺。
    捕捉二氧化碳之方法100接著進行吸收二氧化碳步驟106，以第二預定流量提供一級胺溶液。由於一級胺具有腐蝕性，為了避免一級胺腐蝕設備(例如吸收塔)，因此需要將一級胺加水稀釋以形成上述的一級胺溶液。在吸收二氧化碳步驟106中，主要係藉由一級胺溶液所包含之一級胺吸收上述煙囪廢氣中的二氧化碳。而為了能夠有效率地吸收煙囪廢氣中的二氧化碳，其中以上述第二預定流量提供之一級胺溶液，每小時可提供60公斤至70公斤的一級胺，藉此使得煙囪廢氣中之二氧化碳的捕捉效率大於90%。
    在特定之實施例中，上述提供煙囪廢氣步驟104更包含由一吸收塔之底部提供經前製程102處理之後的煙囪廢氣。此外，在此實施例中，吸收二氧化碳步驟106更包含由上述吸收塔之頂部噴淋一級胺溶液。由於一級胺溶液係以噴淋方式提供至吸收塔中，故可增加一級胺溶液的表面積，進而提升煙囪廢氣與一級胺溶液的接觸機率。由於一級胺溶液為液態，而煙囪廢氣為氣態，藉著上述由吸收塔之底部與頂部分別提供煙囪廢氣與一級胺溶液之方式，可增加煙囪廢氣與一級胺溶液接觸的機率，有助於提升二氧化碳的捕捉效率。
    另外，為了提升上述吸收塔中煙囪廢氣與一級胺溶液的接觸機率，可在吸收塔之底部設置一些減緩氣體上升速率之結構，藉此避免在吸收塔中形成煙囪廢氣可直接上升的通道。由於上述吸收塔之結構已為本技術領域具有通常知識者所熟知，故不再加以詳述。
    在特定之實施例中，上述一級胺溶液所包含之一級胺為單乙醇胺(Monoethanolamine；MEA)。此外，在特定之實施例中，上述之一級胺溶液中較佳係包含以重量百分比(wt%)計為20 wt%的一級胺。
    最後，捕捉二氧化碳之方法100進行一級胺再生步驟108，藉此使得上述一級胺所吸收之二氧化碳脫離一級胺。在特定之實施例中，可利用如電熱器之加熱裝置加熱上述吸收二氧化碳後之一級胺溶液。利用加熱裝置所提供之熱量，使得一級胺所吸收之二氧化碳脫離一級胺，以利於一級胺的循環再利用。而為了滿足上述一級胺吸收二氧化碳之效率，此一加熱裝置需以特定之功率提供熱量至已吸收二氧化碳之一級胺溶液，因此，上述加熱裝置之加熱溫度較佳係設定在100℃至105℃之間。
    在上述以加熱裝置加熱一級胺溶液之實施例中，為了能夠更有效地再生一級胺，一級胺再生步驟108更包含由一汽提塔之頂部噴淋經由上述吸收二氧化碳步驟106處理過之一級胺溶液，而加熱裝置則設置在汽提塔之底部。由於汽提塔之結構已為本技術領域具有通常知識者所熟知，故不再加以詳述。
    此外，在本實施例中，捕捉二氧化碳之方法100更包含進行二氧化碳儲存步驟110，以將經由上述一級胺再生步驟108處理所獲得之二氧化碳儲存至特定容器中。
    再者，於本實施例中，捕捉二氧化碳之方法100更包含進行再循環步驟112，以將經由上述一級胺再生步驟108處理所獲得之一級胺溶液經由傳輸管路傳送至如上所述之之吸收塔中，以進行吸收二氧化碳步驟106。
    請參照以下表一，其中表一係用以表示採用本發明之捕捉二氧化碳之方法100之三個實施例的比較。其中，煙囪廢氣之多個成分的含量分別為28.2 vol%之二氧化碳、15.4 vol%之水、0.0035 vol%之硫氧化物與氮氧化物(NOX)、不可避免之不純物、以及由氮氣組成的其他部分。

    根據以上表一可知，採用本發明之捕捉二氧化碳之方法100之系統，若每天運轉24小時，則每天可捕捉之二氧化碳量均可超過100公斤。此外，當以重量計算時，本發明之捕捉二氧化碳之方法100之捕捉效率均大於90%。再者，經由為期一年之實際試運轉後發現，採用本發明之捕捉二氧化碳之方法100之系統不僅具有優良的穩定性，且可連續運轉並維持上述之優良表現。
    此外，採用本發明之捕捉二氧化碳之方法100之系統除可實際應用於生產製程所產生之煙囪廢氣之外，此系統亦可做為示範或試驗之用。
    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。
    100．．．捕捉二氧化碳之方法
    102．．．前製程
    104．．．提供煙囪廢氣步驟
    106．．．吸收二氧化碳步驟
    108．．．一級胺再生步驟
    110．．．二氧化碳儲存步驟
    112．．．再循環步驟
    為了能夠對本發明之觀點有較佳之理解，請參照上述之詳細說明並配合相應之圖式。要強調的是，根據工業之標準常規，附圖中之各種特徵並未依比例繪示。事實上，為清楚說明上述實施例，可任意地放大或縮小各種特徵之尺寸。相關圖式內容說明如下。
    第1圖係繪示根據本發明之一實施例之捕捉二氧化碳之方法的流程圖，其中此捕捉二氧化碳之方法係適用於捕捉煙囪廢氣中的二氧化碳。
    100．．．捕捉二氧化碳之方法
    102．．．前製程
    104．．．提供煙囪廢氣步驟
    106．．．吸收二氧化碳步驟
    108．．．一級胺再生步驟
    110．．．二氧化碳儲存步驟
    112．．．再循環步驟
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] 一種捕捉二氧化碳之方法，適用於捕捉一燃燒爐產生之一煙囪廢氣中之二氧化碳，該煙囪廢氣中包含複數個成分，其中該些成分為二氧化碳、水、硫氧化物(SOX)、氮氧化物(NOX)、不可避免之不純物、以及由氮氣(N2)組成的殘部，該捕捉二氧化碳之方法包含：進行一前製程，以去除該煙囪廢氣中之水、硫氧化物、氮氧化物或不可避免之不純物；進行一提供煙囪廢氣步驟，以一第一預定流量提供該煙囪廢氣，其中該第一預定流量為每小時10立方公尺至每小時11立方公尺，該煙囪廢氣溫度為30℃至40℃；進行一吸收二氧化碳步驟，以一第二預定流量提供一一級胺溶液，該一級胺溶液包含水與一一級胺，藉由該一級胺吸收該煙囪廢氣中之二氧化碳，其中以該第二預定流量提供該一級胺溶液每小時提供60公斤至70公斤之該一級胺；以及進行一一級胺再生步驟，藉此使得該一級胺所吸收之二氧化碳脫離該一級胺。
    [2] 如請求項1所述之捕捉二氧化碳之方法，其中在該前製程中，所去除之該煙囪廢氣中之硫氧化物包含二氧化硫(SO2)。
    [3] 如請求項1所述之捕捉二氧化碳之方法，其中該提供煙囪廢氣步驟更包含：由一吸收塔之底部提供該煙囪廢氣。
    [4] 如請求項3所述之捕捉二氧化碳之方法，其中該吸收二氧化碳步驟更包含：由該吸收塔之頂部噴淋該一級胺溶液。
    [5] 如請求項1所述之捕捉二氧化碳之方法，其中該一級胺再生步驟更包含以一加熱裝置加熱該一級胺溶液，該加熱裝置之加熱溫度為100℃至105℃。
    [6] 如請求項5所述之捕捉二氧化碳之方法，其中該一級胺再生步驟更包含：由一汽提塔之頂部噴淋經由該吸收二氧化碳步驟處理過之該一級胺溶液，其中加熱裝置係設置在該汽提塔之底部。
    [7] 如請求項1所述之捕捉二氧化碳之方法，更包含：進行一二氧化碳儲存步驟，以將經由該一級胺再生步驟處理所獲得之二氧化碳儲存至一特定容器中。
    [8] 如請求項1所述之捕捉二氧化碳之方法，更包含：進行一再循環步驟，以將經由該一級胺再生步驟處理所獲得之該一級胺溶液進行該吸收二氧化碳步驟。
    [9] 如請求項1所述之捕捉二氧化碳之方法，其中該一級胺為單乙醇胺。
    [10] 如請求項1所述之捕捉二氧化碳之方法，該一級胺溶液中包含以重量百分比(wt%)計為20 wt%之該一級胺。
    [11] 如請求項1所述之捕捉二氧化碳之方法，其中該煙囪廢氣之該些成分以體積百分比(vol%)計分別為：26~29 vol%之二氧化碳、14~16 vol%之水、0.003~0.004 vol%之硫氧化物與氮氧化物、不可避免之不純物、以及由氮氣組成的殘部。
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