TWI811896B - 二氧化碳回收方法 - Google Patents
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Abstract
一種二氧化碳回收方法，包含以下步驟：(a) 將一含有二氧化碳的氣體及一鹼性水溶液分別引入一捕碳超重力裝置以進行氣液接觸，以得到一含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液；及(b) 將該含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液及一強酸水溶液引入一產氣超重力裝置中進行混合，以回收得到二氧化碳氣體及一含鹽水溶液，該含鹽水溶液的pH值小於4.5。本發明二氧化碳回收方法不僅可以有效回收氣體中的二氧化碳，還能夠得到高純度的二氧化碳。
Description
本發明是有關於一種二氧化碳回收方法，特別是指一種利用鹼性水溶液、強酸水溶液及超重力裝置來進行的二氧化碳回收方法。
現有對於氣體中的二氧化碳回收方法普遍是利用醇胺類化合物[例如：單乙醇胺(monoethanolamine, MEA)、
N-甲基二乙醇胺(
N-methyldiethanolamine, MDEA)、2-胺基-2-甲基-1-丙醇(2-amino-2-methyl-1-propanol, AMP)]或其混合物作為液體吸收劑，以吸收氣體中的二氧化碳，後續再將二氧化碳從液體中分離。
雖然上述現有的回收方法可回收得到純度大於95%的二氧化碳，但仍面臨吸收劑具有腐蝕性、吸收劑可能發生降解或揮發、吸收劑再生條件耗能、對含低濃度二氧化碳氣體的吸收速率待提升等問題。此外，分離得到的二氧化碳常需要再經過進一步純化，才能夠達到工業用等級的高純度(99%以上)。
因此，本發明之目的，即在提供一種二氧化碳回收方法，可以克服上述先前技術的缺點。
於是，本發明二氧化碳回收方法包含以下步驟：
(a) 將一含有二氧化碳的氣體及一鹼性水溶液分別引入一捕碳超重力裝置以進行氣液接觸，以得到一含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液；及
(b) 將該含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液及一強酸水溶液引入一產氣超重力裝置中進行混合，以回收得到二氧化碳氣體及一含鹽水溶液，該含鹽水溶液的pH值小於4.5。
本發明之功效在於：本發明二氧化碳回收方法不僅可以有效回收氣體中的二氧化碳，還能夠得到高純度的二氧化碳。
以下將就本發明內容進行詳細說明：
較佳地，本發明二氧化碳回收方法還包含一步驟(c)：在該步驟(a)之後，回收進行該氣液接觸後的鹼液，再循環導入該捕碳超重力裝置以與該含有二氧化碳的氣體進行該氣液接觸。
較佳地，本發明二氧化碳回收方法還包含一步驟(d)：在該步驟(b)之後，將該含鹽水溶液進行電解，以再生得到該鹼性水溶液及該強酸水溶液。更佳地，在該步驟(d)中，該含鹽水溶液的鹽濃度為1~15 wt%。
較佳地，在該步驟(a)中，該鹼性水溶液是選自於氫氧化鈉水溶液、氫氧化鈣水溶液或氨水。
較佳地，在該步驟(a)中，該鹼性水溶液的pH值為10.5以上。
較佳地，在該步驟(b)中，該強酸水溶液是選自於硫酸水溶液或氯化氫水溶液。
較佳地，在該步驟(b)中，該含鹽水溶液的pH值為1.0~3.0。
較佳地，在該步驟(a)中，在該捕碳超重力裝置中，該含有二氧化碳的氣體的二氧化碳含量為0.1%~50.0%。
較佳地，在該步驟(a)中，在該捕碳超重力裝置中，該含有二氧化碳的氣體與該鹼性水溶液的體積流量比為20：1~1000：1。
較佳地，在該步驟(a)中，該捕碳超重力裝置的超重力因子(high gravity factor)範圍為10~350。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
[
實施例
]
參閱圖1，本發明二氧化碳回收方法的實施例的具體步驟如下：
(a) 將一含有二氧化碳的氣體及一鹼性水溶液分別引入一捕碳超重力裝置以進行氣液接觸，以得到一含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液。在本發明的具體實施例中，該捕碳超重力裝置包括一捕碳旋轉填充床，該捕碳旋轉填充床的轉速為300~1800 rpm。在本發明的具體實施例中，該鹼性水溶液的pH值為11.25~13.05。
(c) 在該步驟(a)之後，回收進行該氣液接觸後的鹼液，再循環導入該捕碳超重力裝置以與該含有二氧化碳的氣體進行該氣液接觸。
(b) 將該含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液及一強酸水溶液引入一產氣超重力裝置中進行混合，以回收得到二氧化碳氣體及一含鹽水溶液。在本發明的具體實施例中，該產氣超重力裝置包括一產氣旋轉填充床，該產氣旋轉填充床的轉速為300 rpm或900 rpm。
(d) 在該步驟(b)之後，將該含鹽水溶液進行電解，以再生得到該鹼性水溶液及該強酸水溶液。在本發明的具體實施例中，該含鹽水溶液的鹽濃度為3~12 wt%，該含鹽水溶液是透過雙極膜(bipolar membrane)進行電解，以再生得到該鹼性水溶液及該強酸水溶液。
＜實施例
1~5
及比較例
1~5
＞
在實施例1~5及比較例1~5中，引入該捕碳超重力裝置的含有二氧化碳的氣體的二氧化碳含量、該鹼性水溶液的種類、該鹼性水溶液的pH值、引入該捕碳超重力裝置的氣體與該鹼性水溶液的體積流量比(Q
G：Q
L)、該捕碳超重力裝置的超重力因子(β)、所得到該含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液的鹽濃度分別如下表1所示。
在實施例1~5及比較例1~5中，二氧化碳與鹼性水溶液是分別進行如下所示的化學反應：
實施例1~2及比較例1~2：
CO
2+2NaOH →Na
2CO
3+H
2O
CO
2+NaOH →NaHCO
3
實施例3及比較例3：
CO
2+Ca(OH)
2→CaCO
3+H
2O
2CO
2+Ca(OH)
2→Ca(HCO
3)
2
實施例4~5及比較例4~5：
CO
2+2NH
3+H
2O →(NH
4)
2CO
3
CO
2+NH
3+H
2O →NH
4HCO
3【表1】
| 二氧化碳含量 | 鹼性 水溶液 | 鹼性水溶液的pH值 | Q G：Q L | 超重力因子 | 含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液的鹽濃度 | |
| 實施例1 | 0.2% | NaOH (aq) | 13.05 | 500：1 | 160 | 5 wt% |
| 實施例2 | 1.0% | NaOH (aq) | 12.90 | 250：1 | 10 | 5 wt% |
| 實施例3 | 10.0% | Ca(OH) 2(aq) | 11.98 | 53：1 | 80 | 5 wt% |
| 實施例4 | 30.0% | NH 3(aq) | 11.25 | 500：1 | 235 | 5 wt% |
| 實施例5 | 45.0% | NH 3(aq) | 11.50 | 660：1 | 135 | 5 wt% |
| 比較例1 | 1.3% | NaOH (aq) | 12.75 | 1150：1 | 75 | 2 wt% |
| 比較例2 | 2.3% | NaOH (aq) | 12.93 | 250：1 | 133 | 5 wt% |
| 比較例3 | 5.8% | Ca(OH) 2(aq) | 12.16 | 75：1 | 350 | 5 wt% |
| 比較例4 | 1.8% | NH 3(aq) | 11.52 | 260：1 | 182 | 5 wt% |
| 比較例5 | 15.0% | NH 3(aq) | 11.37 | 358：1 | 122 | 5 wt% |
在實施例1~5及比較例1~5中，引入該產氣超重力裝置的強酸水溶液的種類、所得到該二氧化碳氣體的純度(排除氣體中水蒸氣)及對應該含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液的解吸度(desorption degree)、該含鹽水溶液的pH值及鹽濃度分別如下表2所示。其中，二氧化碳解吸度(%)是由下式計算而得：
在上式中，n
0表示該含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液的CO
3 2 －及HCO
3 －總莫耳數，n表示該含鹽水溶液的CO
3 2 －及HCO
3 －總莫耳數。
在實施例1~5及比較例1~5中，含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液與強酸水溶液是分別進行如下所示的化學反應：
實施例1及比較例1：
Na
2CO
3+2H
2SO
4→2NaHSO
4+CO
2+H
2O
Na
2CO
3+H
2SO
4→Na
2SO
4+CO
2+H
2O
NaHCO
3+H
2SO
4→NaHSO
4+CO
2+H
2O
2NaHCO
3+H
2SO
4→Na
2SO
4+2CO
2+2H
2O
實施例2及比較例2：
Na
2CO
3+2HCl →2NaCl +CO
2+H
2O
NaHCO
3+HCl →NaCl +CO
2+H
2O
實施例3及比較例3：
CaCO
3+2HCl →CaCl
2+CO
2+H
2O
Ca(HCO
3)
2+2HCl →CaCl
2+2CO
2+2H
2O
實施例4及比較例4：
(NH
4)
2CO
3+2H
2SO
4→2(NH
4)HSO
4+CO
2+H
2O
NH
4HCO
3+H
2SO
4→(NH
4)HSO
4+CO
2+H
2O
實施例5及比較例5：
(NH
4)
2CO
3+2HCl →2NH
4Cl +CO
2+H
2O
NH
4HCO
3+HCl →NH
4Cl +CO
2+H
2O
【表2】
| 強酸 水溶液 | 二氧化碳 純度 | 二氧化碳解吸度 | 含鹽水溶液的pH值 | 含鹽水溶液的鹽濃度 | |
| 實施例1 | H 2SO 4(aq) | 100% | 95.26% | 2.17 | 11 wt% |
| 實施例2 | HCl (aq) | 100% | 93.32% | 1.16 | 11 wt% |
| 實施例3 | HCl (aq) | 100% | 99.92% | 2.54 | 6 wt% |
| 實施例4 | H 2SO 4(aq) | 100% | 94.55% | 2.23 | 12 wt% |
| 實施例5 | HCl (aq) | 100% | 94.14% | 1.23 | 12 wt% |
| 比較例1 | H 2SO 4(aq) | 100% | 27.38% | 6.83 | 3 wt% |
| 比較例2 | HCl (aq) | 100% | 83.67% | 6.26 | 7 wt% |
| 比較例3 | HCl (aq) | 100% | 76.93% | 6.30 | 5 wt% |
| 比較例4 | H 2SO 4(aq) | 100% | 85.09% | 6.33 | 11 wt% |
| 比較例5 | HCl (aq) | 93.3% | 81.09% | 6.30 | 7 wt% |
由表2可以看出，實施例1~5的二氧化碳回收方法的二氧化碳解吸度皆在93.3%以上，明顯高於比較例1~5，顯示實施例1~5的二氧化碳回收方法能夠有效回收氣體中的二氧化碳。
可選擇地，可以串接多個該捕碳超重力裝置，使該鹼性廢水依序在各個捕碳超重力裝置中進行氣液接觸。此外，該含有二氧化碳的氣體可以獨立地分別引入各個捕碳超重力裝置中。可選擇地，該含有二氧化碳的氣體可依序引入多個串接的捕碳超重力裝置，並透過順流(co-current)或透過逆流(counter-current)的方式與該鹼性廢水進行氣液接觸。
綜上所述，本發明二氧化碳回收方法不僅可以有效回收氣體中的二氧化碳，還能夠得到高純度的二氧化碳，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
a~d···· 步驟
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
［圖1］是本發明二氧化碳回收方法的實施例的流程圖。
a~d···· 步驟
Claims (6)
- 一種二氧化碳回收方法，包含以下步驟：(a)將一含有二氧化碳的氣體及一鹼性水溶液分別引入一捕碳超重力裝置以進行氣液接觸，以得到一含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液，其中，該鹼性水溶液是選自於氫氧化鈉水溶液、氫氧化鈣水溶液或氨水，在該捕碳超重力裝置中，該含有二氧化碳的氣體與該鹼性水溶液的體積流量比為20：1~1000：1，該捕碳超重力裝置的超重力因子範圍為10~350；(b)將該含有碳酸鹽及碳酸氫鹽的鹼液及一強酸水溶液引入一產氣超重力裝置中進行混合，以回收得到二氧化碳氣體及一含鹽水溶液，其中，該強酸水溶液是選自於硫酸水溶液或氯化氫水溶液，該含鹽水溶液的pH值小於4.5；及(d)將該含鹽水溶液進行電解，以再生得到該鹼性水溶液及該強酸水溶液。
- 如請求項1所述的二氧化碳回收方法，還包含一步驟(c)：(c)在該步驟(a)之後，回收進行該氣液接觸後的鹼液，再循環導入該捕碳超重力裝置以與該含有二氧化碳的氣體進行該氣液接觸。
- 如請求項1所述的二氧化碳回收方法，其中，在該步驟(d)中，該含鹽水溶液的鹽濃度為1~15wt%。
- 如請求項1所述的二氧化碳回收方法，在該步驟(a)中，該鹼性水溶液的pH值為10.5以上。
- 如請求項1所述的二氧化碳回收方法，其中，在該步驟(b)中，該含鹽水溶液的pH值為1.0~3.0。
- 如請求項1所述的二氧化碳回收方法，其中，在該步驟(a)中，在該捕碳超重力裝置中，該含有二氧化碳的氣體的二氧化碳體積含量為0.1%~50.0%。
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