二氧化碳吸附与回收系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种二氧化碳吸附与回收系统及方法，该二氧化碳吸附与回收系统包括进气单元、第一纯化/吸附/再生单元、第二纯化/吸附/再生单元、三向气阀切换单元、真空抽引单元及出气单元。第一及第二纯化/吸附/再生单元都具有中空纤维束不纯物吸附筒、中空纤维束二氧化碳吸附筒以及包覆于各吸附筒周围的二加热装置。其中一组吸附筒于常压或高压状态下对入口气体进行纯化及吸附程序，另一组吸附筒利用其周围的加热装置于高温环境下进行脱附再生程序。三向气阀切换单元用以交替切换纯化与吸附程序及脱附再生程序至第一及第二纯化/吸附/再生单元。真空抽引单元用以抽引来自二氧化碳吸附筒所脱附的二氧化碳。出气单元用以排出已纯化的产品气体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种二氧化碳吸附与回收系统，且特别是涉及一种利用中空纤维做为吸附材料的二氧化碳吸附与回收系统及方法。
技术介绍
二氧化碳等温室气体大量排放至大气中，不仅造成气候变迁，更会带来整体生态系统改变，影响粮食生产及水源供应等问题。世界各国对于二氧化碳排放相关法规的制定、课税以及交易等规划，除了希望提升未来再生能源的使用效益以及环境的永续发展之外，也希望石化产业的二氧化碳排放量能够逐年降低。也因此，世界各国无不致力于推动洁净能源与减少碳排放，并将捕获的二氧化碳进行回收再利用，如此不仅可以降低排放量，还可创造更高经济价值。因此，如何更有效率捕获及纯化二氧化碳，并且降低二氧化碳吸附与回收过程中不必要的能源损耗，实为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种二氧化碳吸附与回收系统，利用常压或高压吸附、高温配合真空抽引进行脱附的原理反复交替操作以达到捕获二氧化碳及减少能源损耗的目的。为达上述目的，根据本专利技术的一方面，提出一种二氧化碳吸附与回收系统，一种二氧化碳吸附与回收系统，包括一进气单元、一第一纯化/吸附/再生单元、一第二纯化/吸附/再生单元以及一三向气阀切换单元、一真空抽引单元以及一出气单元。第一纯化/吸附/再生单元具有一中空纤维束不纯物吸附筒、一中空纤维束二氧化碳吸附筒以及包覆于各吸附筒周围的二加热装置。第二纯化/吸附/再生单元具有另一中空纤维束不纯物吸附筒、另一中空纤维束二氧化碳吸附筒以及包覆于各吸附筒周围的另二加热装置。其中一组中空纤维束不纯物及二氧化碳吸附筒于常压或高压状态下对入口气体进行纯化程序及吸附程序，另一组中空纤维束不纯物及二氧化碳吸附筒利用其周
围的加热装置于高温环境下进行脱附再生程序。三向气阀切换单元用以交替切换纯化与吸附程序及脱附再生程序至第一纯化/吸附/再生单元及第二纯化/吸附/再生单元。真空抽引单元用以抽引来自此二中空纤维束二氧化碳吸附筒所脱附的二氧化碳。出气单元用以排出已纯化的产品气体。根据本专利技术的一方面，提出一种二氧化碳吸附与回收方法，包括下列步骤。利用一中空纤维束不纯物吸附筒，对一入口气体进行纯化，以吸附入口气体中不包括二氧化碳的不纯物。利用一中空纤维束二氧化碳吸附筒，对纯化后的入口气体进行吸附程序，以吸附入口气体中的二氧化碳。于高温环境下进行脱附再生程序，以回收中空纤维束二氧化碳吸附筒中脱附的二氧化碳。附图说明图1A及图1B分别为应用于本专利技术的二氧化碳吸附与回收系统中的中空纤维束吸附筒及其中空纤维材料的示意图；图2A为中空纤维管柱的截面放大图；图2B为图2A中内层结构的放大示意图；图3为中空纤维与颗粒状吸附材的二氧化碳吸附曲线的比较图；图4为本专利技术一实施例的二氧化碳吸附与回收系统的示意图；图5A为对应表3中编号A1至A4的中空纤维材料的吸附反应时间与出口浓度的关系图；图5B为对应表4中编号B1至B5的中空纤维材料的吸附反应时间与出口浓度的关系图；图5C为对应表5中编号C1至C4的中空纤维材料的吸附反应时间与出口浓度的关系图；图5D为对应表6中编号D1至D3的中空纤维材料的反应时间与出口浓度的关系图；图5E为对应表7中编号E1至E3的中空纤维材料的反应时间与出口浓度的关系图。符号说明100：二氧化碳吸附与回收系统105：进气单元110：第一纯化/吸附/再生单元111：中空纤维束吸附筒111a：入口端111b：出口端113：中空纤维材料113a：内层结构113b：外层结构113c：中心通道112、131：中空纤维束不纯物吸附筒114、132：中空纤维束二氧化碳吸附筒121、122：加热装置125：三向气阀切换单元130：第二纯化/吸附/再生单元140：真空抽引单元141、142：加热装置146：储气槽150：出气单元A：入口B：出口G：入口气体S：产品气体M：粉体P：冲提气流P1：第一管路P2：第二管路P3：第三管路P4：再生冲提管路O：废气出口Vc：分流调整阀V1：第一电磁阀V2：第二电磁阀V3：第三电磁阀V4：第四电磁阀V5：第五电磁阀V6：第六电磁阀V7：第七电磁阀具体实施方式在本专利技术的一范例中，提出一种二氧化碳吸附与回收系统，采用加热装置使中空纤维吸附材料在高温环境下配合真空抽引将气体脱附后再生，以避免能源损耗。相对于传统变压吸附(pressure swing adsorption,PSA)的操作方式，其产品气体损耗量大，且因为传统吸附材料的高物质传输阻抗与高压力差，操作环境必须维持在高压，因而会造成高能源损耗、高操作成本与吸附材粉化问题。此外，本实施例的二氧化碳吸附与回收系统利用加热(例如电热方式)循环再生时，所需的再生温度及时间均低于传统颗粒型吸附材料，因而能减少能源消耗与操作成本。在本专利技术的一范例中，以中空纤维吸附材料取代传统颗粒状吸附材料，使本专利技术所设计的二氧化碳吸附与回收系统可避免传统利用颗粒状(pellet)吸附材料捕获二氧化碳于实务操作上所带来的缺点，对于二氧化碳移除率、可回收的二氧化碳纯度及低能耗的要求都有显著的提升。在本专利技术中，中空纤维吸附材料以高分子取代无机粘着剂所编织而成的，拥有特殊珊瑚多孔结构和高比表面积(介于2500～3500m2/m3)特性，而传统颗粒式填充所使用的多孔性吸附材料，如活性碳(activated carbon)、沸石(zeolite)、胺类修饰硅材、金属氧化物和类水滑石等，其为低比表面积(小于2500m2/m3)与低吸附/脱附速率的材料，且添加的粘着剂(binder)也会导致吸附材料本身效率的下降，因而大幅降低填充式吸附管柱的处理效率与功能。此外，中空纤维吸附材料的固含量(adsorbent solid-content)可达90％以上，并保有高分子的可挠性，而材料的吸附位置并未如同传统吸附材料因为粘着剂(binder)的使用而被覆盖住，可以使得吸附材料具有极低的吸附阻力，吸附/脱附速率比传统颗粒状吸附材料(例如球状、圆柱状或蜂巢状等)高出二至三倍以上，且压力损失比传统填充式吸附管柱低于一百倍以上。不论是经由压力调变(pressure swing)、真空调变(vacuum swing)或温度调变
(thermal swing)均可达到快速的脱附再生效果。因此，相较于传统型吸附材料，中空纤维的使用可以降低设备尺寸体积，具装填简易、操作方便等优点，也可以避免吸附材粉化问题，使用寿命更为长久。另外，以中空纤维吸附材料为主体进行设计的二氧化碳吸附与回收系统，因其中空纤维本身具高吸附/脱附性能及高选择性，后端无需再增添气体纯化装置，即可回收高纯度的二氧化碳(纯度大于90％)，供下游二氧化碳再利用的厂商使用，因而减少回收后处理相关设备。以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本专利技术欲保护的范围。请参照图1A及图1B，其分别绘示应用于本专利技术的二氧化碳吸附与回收系统中的中空纤维束吸附筒111及其中空纤维材料113。中空纤维束吸附筒111包括一入口端111a、一出口端111b以及多个并排于入口端111a与出口端111b之间的中空纤维材料113。中空纤维材料113可为纺丝程序制成的孔洞性材料，中空纤维纺丝流程以适当有机溶剂(例如N-Methyl-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化碳吸附与回收系统，包括：进气单元，用以提供一入口气体；第一纯化/吸附/再生单元，具有中空纤维束不纯物吸附筒、中空纤维束二氧化碳吸附筒以及包覆于各吸附筒周围的二加热装置；第二纯化/吸附/再生单元，具有另一中空纤维束不纯物吸附筒、另一中空纤维束二氧化碳吸附筒以及包覆于各吸附筒周围的另二加热装置，其中一组中空纤维束不纯物及二氧化碳吸附筒于常压或高压状态下对该入口气体进行纯化及吸附程序，另一组中空纤维束不纯物及二氧化碳吸附筒利用其周围的加热装置于高温环境下进行脱附再生程序；三向气阀切换单元，用以交替切换纯化与吸附程序及脱附再生程序至该第一纯化/吸附/再生单元及该第二纯化/吸附/再生单元：真空抽引单元，用以抽引来自该二中空纤维束二氧化碳吸附筒所脱附的二氧化碳；以及出气单元，用以排出已纯化的产品气体。

【技术特征摘要】
2014.12.15 TW 103222187;2015.05.19 TW 1041158511.一种二氧化碳吸附与回收系统，包括：进气单元，用以提供一入口气体；第一纯化/吸附/再生单元，具有中空纤维束不纯物吸附筒、中空纤维束二氧化碳吸附筒以及包覆于各吸附筒周围的二加热装置；第二纯化/吸附/再生单元，具有另一中空纤维束不纯物吸附筒、另一中空纤维束二氧化碳吸附筒以及包覆于各吸附筒周围的另二加热装置，其中一组中空纤维束不纯物及二氧化碳吸附筒于常压或高压状态下对该入口气体进行纯化及吸附程序，另一组中空纤维束不纯物及二氧化碳吸附筒利用其周围的加热装置于高温环境下进行脱附再生程序；三向气阀切换单元，用以交替切换纯化与吸附程序及脱附再生程序至该第一纯化/吸附/再生单元及该第二纯化/吸附/再生单元：真空抽引单元，用以抽引来自该二中空纤维束二氧化碳吸附筒所脱附的二氧化碳；以及出气单元，用以排出已纯化的产品气体。2.如权利要求1所述的二氧化碳吸附与回收系统，其中该二中空纤维束不纯物吸附筒吸附的气体种类不包含二氧化碳。3.如权利要求1所述的二氧化碳吸附与回收系统，其中该二中空纤维束二氧化碳吸附筒所使用的吸附材料对二氧化碳具高选择性吸附能力。4.如权利要求1所述的二氧化碳吸附与回收系统，其中该二中空纤维束不纯物吸附筒及该二中空纤维束二氧化碳吸附筒内各设有多个轴向并排的柱状中空纤维材料，且该入口气体经由该些中空纤维材料的中心通道轴向通过该些中空纤维材料。5.如权利要求4所述的二氧化碳吸附与回收系统，其中该些中空纤维材料的比表面积介于2500～3500m2/m3之间。6.如权利要求4所述的二氧化碳吸附与回收系统，其中该些中空纤维材料为双层或双层以上结构。7.如权利要求4所述的二氧化碳吸附与回收系统，其中该些中空纤维材料包含导热吸附材料。8.如权利要求1所述的二氧化碳吸附与回收系统，其中进行脱附再生程
\t序时，启动该真空抽引单元。9.如权利要求1所述的二氧化碳吸附与回收系统，还包括储气槽，用以储存脱附后的二氧化碳。10.如权利要求1所述的二氧化碳吸附与回收系统，其中纯化程序及吸附程序的操作温度小于60℃，操作压力为1～10大气压。11.如权利要求1所述的二氧化碳吸附与回收系统，其中脱附再生程序的操作温度为150～200℃。12.如权利要求1所述的二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴清智，王允欣，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71