TWI466824B - 捕獲ｃｏ系統之失活吸附劑再利用及封存ｃｏ的方法 - Google Patents

捕獲ｃｏ系統之失活吸附劑再利用及封存ｃｏ的方法 Download PDF

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Description

捕獲CO 2 系統之失活吸附劑再利用及封存CO 2 的方法
本發明係有關於一種失活吸附劑再利用及封存CO2 的方法，且特別是有關於一種捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用及封存CO2 的方法。
為了減緩全球暖化的速度，以維護人類的生存環境，世界各國致力於降低CO2 的排放量，為此，一種捕獲CO2 系統被提出。
習知的捕獲CO2 系統係利用一吸附劑(例如氧化鈣)在適當的溫度下吸附CO2 ，當吸附劑使用一段時間後，可利用煅燒(calcine)方式將其再生。然而，氧化鈣經過多次煅燒後，氧化鈣表面被碳酸鈣所包覆，並無法再藉由煅燒方式使其再生，只好將失活吸附劑排放，以維持系統捕獲CO2 的效率。
此外，捕獲CO2 系統會排放出高濃度的二氧化碳，高濃度的CO2 必須透過特定的方式進行封存(storage)，以減少CO2 排放量。目前的CO2 封存方法包括地質封存(geologic sequestration)、礦化封存(mineral carbonation)或海洋封存(ocean storage)，然而，上述方法操作成本高且可能對生態造成不利的影響。
因此，本發明提供一種捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用及封存CO2 的方法，以解決上述問題。
本發明提供一種捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的方法，包括以下步驟：提供一失活吸附劑，其中該失活吸附劑來自於一捕獲CO2 系統；以及將該失活吸附劑、CO2 、與水送至一第一反應槽中，以得到一碳酸鹽。
本發明亦提供一種封存CO2 的方法，包括以下步驟：將一CO2 導入一水槽中，以得到一碳酸水溶液；以及將該碳酸水溶液與一失活吸附劑導入一第二反應槽，以達到封存CO2 的效果。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參見第1圖，本發明提供一種捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的裝置100，此裝置100包括捕獲CO2 系統120、注水管130、CO2 供應器140、第一反應槽150，其中捕獲CO2 系統120提供失活吸附劑122，注水管130提供水132，而CO2 供應器140提供CO2 ，因此，第一反應槽150中會存在失活吸附劑122、水132與CO2 142。
上述失活吸附劑122包括金屬氧化物與碳酸金屬化合物，且金屬氧化物與碳酸金屬化合物之比例為約(70%-50%)：(30%-50%)。
金屬氧化物包括氧化鈣(CaO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、氧化錳(MnO2 )、氧化鎳(NiO)或氧化鉛(PbO)，而碳酸金屬化合物包括碳酸鈣(CaCO3 )、碳酸鋅(ZnCO3 )、碳酸鎂(MgCO3 )、碳酸錳(Mn(CO3 )2 )、碳酸鎳(NiCO3 )或碳酸鉛(PbCO3 )。
上述之CO2 142來自捕獲CO2 系統所捕獲之CO2 ，或者是來自捕獲CO2 系統中之一煙道氣中尚未被捕獲之CO2 。
當失活吸附劑122與水132、CO2 142進行反應時，會得到碳酸金屬化合物，此產物可以再度回收作為吸附劑，或者可應用於相關行業，例如水泥業或造紙業。
於一實施例中，失活吸附劑之組成為碳酸鈣40%與氧化鈣60%，當水與失活吸附劑反應時，會得到碳酸氫鈣(Ca(OH)2 )水溶液(如反應式(1))，再通入CO2 ，會得到碳酸鈣(CaCO3 )沉澱(如反應式(2))，反應式(1)、(2)如下：CaO+CaCO3 +H2 O→Ca(OH)2 -----(1)Ca(OH)2 +CO2 →CaCO3 +H2 O----(2)反應式(2)所得到之碳酸鈣之沉降體積(2.4-2.8 ml/g)大於原本碳酸鈣(1.1-1.4 ml/g)(或稱「重質碳酸鈣」)的沉降體積，因此，又可稱為「輕質碳酸鈣」。
此外，本發明提供一種捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的方法，包括以下步驟，首先提供失活吸附劑，其中失活吸附劑來自於捕獲CO2 系統。之後，將將失活吸附劑、水、CO2 通入第一反應槽中，以得到碳酸金屬化合物。
須注意的是，藉由本發明所提供之裝置與方法，可使失活吸附劑再利用，提高失活吸附劑之利用價值，且以另一角度來看，此方法亦會消耗CO2 ，亦可稱為封存CO2 的方法。
再者，本發明另提供一種封存CO2 的裝置200，請參見第2圖，第2圖中標號與第1圖相同者，代表相同元件。封存CO2 的裝置200包括捕獲CO2 系統120、水槽210與第二反應槽220，其中捕獲CO2 系統120提供CO2 124溶解於水槽210中，以得到碳酸水溶液212，之後，捕獲CO2 系統120所提供失活吸附劑122與碳酸水溶液212於第二反應槽220中進行反應，反應後會得到低濃度的CO2 222與混合溶液224，其中混合溶液224包括金屬離子、含碳離子與含碳礦物。
上述失活吸附劑122之種類同上所述，在此不再贅述。
上述之CO2 124來自捕獲CO2 系統120所捕獲之CO2 ，或者是來自捕獲CO2 系統120中之一煙道氣中尚未被捕獲之CO2 。此外，上述之CO2 124來自其它CO2 來源。
本發明提供之封存CO2 的方法，包括以下步驟，先將CO2 124導入水槽210中，以得到碳酸水溶液212，之後再將碳酸水溶液212與失活吸附劑122導入第二反應槽220中進行反應，以達到封存CO2 的效果。
當CO2 溶解於水中時，會進行下述化學式(3)-(5)的反應：
當碳酸水溶液212與失活吸附劑122混合時，會發生CO2 溶解封存反應(化學式(6)-(8))與CO2 礦化封存反應(化學式(9)-(10))，具體反應式如下：CO2 溶解封存反應：
CO2 礦化封存反應：
其中M+a 為金屬陽離子，當失活吸附劑包括氧化鈣與碳酸鈣時，M+a 主要為Ca2+ ，以及其他微量陽離子，例如Mg2+ 、Fe2+ 、Fe3+ 等。Z-b 為系統中除了CO3 2- 以外的陰離子，例如HCO3 - 、SO4 2- 、Cl- 等。
於一實施例中，當失活吸附劑包括氧化鈣與碳酸鈣時(氧化鈣與水反應會形成氫氧化鈣)，溶解封存反應會得到鈣離子(Ca2+ )與碳酸氫根離子(HCO3 - )，而礦化封存反應會得到碳酸鈣(CaCO3 )。
此外，經過實驗模擬結果，相較於習知使用單純的碳酸鈣封存CO2 ，本發明使用失活吸附劑封存CO2 的方法可達到較佳的封存效果，具體實驗結果請參見實施例。
另外，請參見第3圖，此圖顯示捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的裝置100與封存CO2 的裝置200兩者串聯的裝置300。第3圖中標號與第1-2圖相同者，代表相同符號，在此不再贅述。
串聯裝置300先藉由第一反應槽150進行反應得到一混合物154，混合物154包括未反應之失活吸附劑或碳酸金屬化合物。之後，再將混合物154、水132與CO2 124送至第二反應槽220，進行CO2 封存反應，反應後會得到低濃度的CO2 222與混合溶液224，其中混合溶液224包括金屬離子、含碳離子與含碳礦物。
綜上所述，本發明提供捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的方法，此方法能夠將失活吸附劑再利用，提高失活吸附劑之利用價值。此外，本發明亦提供封存CO2 的方法，此方法能夠將高濃度的CO2 轉變成含碳離子溶液與低濃度的CO2 ，以達到封存效果。
【實施例】
比較例1-4
比 較例1 與25℃ 1 Kg純水進行反應；比較例2 與25℃ 1 Kg海水進行反應；比較例3 與50℃ 1 Kg純水下進行反應；比較例4 與50℃ 1 Kg海水進行反應。比較例1-4 皆與0.2莫耳的碳酸鈣進行反應，反應結果請參見表1。
CTsys 代表系統平衡時液相與固相之CO2 總含量，Ini代表初始加入的CaCO3 ，因此，系統平衡時CO2 總封存量應為CTsys -Ini CaCO3 。
由表1中比較例1-4可得知，單純的碳酸鈣、CO2 與水進行反應時，主要以溶解封存，沒有額外的礦化封存，且CO2 總封存量差不多。
實施例1-4
實施例1與25℃ 1 Kg純水進行反應；實施例2與25℃ 1 Kg海水進行反應；實施例3與50℃ 1 Kg純水進行反應；實施例4與25℃ 1 Kg純水進行反應。實施例1-4皆與0.2莫耳的碳酸鈣、0.2莫耳的氧化鈣與0.1莫耳的氫氧化鈣進行反應，反應結果請參見表2。
系統平衡時CO2 總礦化封存量為CTsys -IniCaCO3 -CTaq ，當數值大於0時，表示有CaCO3 沉澱；當數值小於0時，表示沒有額外的礦化封存。
此外，由表1可得知單純的碳酸鈣、CO2 與水進行反應時，會以溶解封存為主，沒有額外的礦化封存。而比較例1-4與實施例1-4相比，由表1與表2的結果得知，比較例1-4沒有額外的礦化封存，而實施例1-4的礦化封存量較高，表示加入了氧化鈣與氫氧化鈣明顯的增加CO2 封存量。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，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．．．捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的裝置
120．．．捕獲CO2 系統
122．．．失活吸附劑
124．．．CO2
130．．．注水管
132．．．水
140．．．CO2 供應器
142．．．CO2
150．．．第一反應槽
152．．．碳酸金屬化合物
154．．．混合物
200．．．封存CO2 的裝置
210．．．水槽
212．．．碳酸水溶液
220．．．第二反應槽
222．．．低濃度的CO2
224．．．混合溶液
300．．．捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的裝置與封存CO2 的裝置的串聯裝置
第1圖為一示意圖，用以說明本發明捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的裝置。
第2圖為一示意圖，用以說明本發明封存CO2 的裝置。
第3圖為一示意圖，用以說明串聯捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的裝置與封存CO2 的裝置。
100．．．捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的裝置
120．．．捕獲CO2 系統
122．．．失活吸附劑
130．．．注水管
132．．．水
140．．．CO2 供應器
142．．．CO2
150．．．第一反應槽
152．．．碳酸金屬化合物

Claims (11)

  1. 一種捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的方法，包括以下步驟：提供一失活吸附劑，其中該失活吸附劑來自於一捕獲CO2 系統，且該失活吸附劑包括金屬氧化物與碳酸金屬化合物，其中該金屬氧化物與碳酸金屬化合物之比例為約(70%-50%)：(30%-50%)。；以及將該失活吸附劑、CO2 、與水送至一反應槽中，以得到一碳酸鹽。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的方法，其中該金屬氧化物包括氧化鈣(CaO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、氧化錳(MnO2 )、氧化鎳(NiO)或氧化鉛(PbO)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的方法，其中該碳酸金屬化合物包括碳酸鈣(CaCO3 )、碳酸鋅(ZnCO3 )、碳酸鎂(MgCO3 )、碳酸錳(Mn(CO3 )2 )、碳酸鎳(NiCO3 )或碳酸鉛(PbCO3 )。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的方法，其中該CO2 來自該捕獲CO2 系統所捕獲之CO2 。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之捕獲CO2 系統之失活吸附劑再利用的方法，其中該CO2 來自該捕獲CO2 系統中之一煙道氣中尚未被捕獲之CO2 。
  6. 一種封存CO2 的方法，包括以下步驟：將一CO2 導入一水槽中，以得到一碳酸水溶液；以及 將該碳酸水溶液與一失活吸附劑導入一第二反應槽，以達到封存CO2 的效果，其中該失活吸附劑包括金屬氧化物與碳酸金屬化合物，其中該金屬氧化物與碳酸金屬化合物之比例為約(70%-50%)：(30%-50%)。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之封存CO2 的方法，其中該CO2 來自該捕獲CO2 系統所捕獲之CO2 。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之封存CO2 的方法，其中該CO2 來自該捕獲CO2 系統中之一煙道氣中尚未被捕獲之CO2 。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之封存CO2 的方法，其中該失活吸附劑來自於捕獲CO2 系統。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之封存CO2 的方法，其中該金屬氧化物包括氧化鈣(CaO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、氧化錳(MnO2 )、氧化鎳(NiO)或氧化鉛(PbO)。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之封存CO2 的方法，其中該碳酸金屬化合物包括碳酸鈣(CaCO3 )、碳酸鋅(ZnCO3 )、碳酸鎂(MgCO3 )、碳酸錳(Mn(CO3 )2 )、碳酸鎳(NiCO3 )或碳酸鉛(PbCO3 )。
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