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研究生:廖國荏
研究生(外文):Liao, Kuo-Jen
論文名稱:都市焚化爐廢氣中二氧化碳控制技術研究
論文名稱(外文):Control of Carbon Dioxide in Flue Gas From Municipal Solid Waste Incinerators
指導教授:李慧梅李慧梅引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:環境工程學研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:二氧化碳去除效率吸收容量氫氧化鈉乙醇胺(MEA)氨水
外文關鍵詞:CO2 removal efficiencyabsorption capacityNaOHMEANH3
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台灣地區預計興建二十一座公營焚化爐,其中十八座已完工運轉,另外政府也核定了以BOO、BOT方式興建十五座焚化爐,待其全數完工後,都市廢棄物焚化爐所產生之二氧化碳排放量,將佔台灣地區排放量的4.4%。本研究模擬國內某焚化廠之操作特性及探討利用氣體吸收塔去除焚化產生之酸性氣體時,使用氫氧化鈉、乙醇胺(MEA)及氨水等三種吸收劑,於填充塔中(氨水實驗加上噴霧塔)改變吸收過程的操作參數,研究對於二氧化碳的減量效益。實驗參數為液氣比2.65 L/Nm3及4.5 L/Nm3,二氧化碳進流濃度10.0%及15.0% (v/v),二氧化碳進流溫度30 ℃、40 ℃及50 ℃,而吸收液的濃度分別為氫氧化鈉溶液濃度1.0 N、2.0 N及3.0 N,MEA及氨水溶液濃度為10.0%、20.0%及30.0% (w/w)。由實驗結果得知,隨著液氣比從2.65 L/Nm3增加到4.5 L/Nm3,二氧化碳去除效率也隨之提高,氫氧化鈉實驗的去除效率最多增加27.0% (濃度2.0 N);MEA實驗的去除效率最高增加21.0%(濃度30.0%);氨水實驗的去除效率最高增加16.0%(濃度20.0%, 填充塔)以及19.0%(濃度30.0%, 噴霧塔)。而吸收液濃度增加,二氧化碳去除效率也會提高,液氣比2.65 L/Nm3及4.5 L/Nm3時,氫氧化鈉濃度從1.0 N提高到3.0 N,去除效率分別增加28.0%及27.0%;MEA濃度從10.0%提高到30.0%,去除效率分別增加34.0%及39.0%;氨水濃度10.0%提高到30.0%,去除效率分別增加為22.0%及11.0%(填充塔)和21.0%及25.0%(噴霧塔)。二氧化碳進流濃度由10.0%增加到15.0%會使二氧化碳去除效率降低,氫氧化鈉的去除效率最多降低16.0%(濃度2.0 N);MEA的去除效率最多降低17.0%(濃度10.0%);氨水於填充塔中的去除效率最多降低21.0%(濃度10.0%)。在氣體進流溫度30 ℃到50 ℃的範圍內二氧化碳去除效率不會有顯著的改變,最多僅相差3.0%。於本研究的實驗條件下,填充塔的二氧化碳去除效率介於67.0%~94.0%,而噴霧塔的去除效率介於22.0~62.0%,因此對於氨水吸收劑而言,填充塔的二氧化碳去除效率會明顯優於噴霧塔。
在實驗條件的範圍內,氫氧化鈉的二氧化碳吸收容量介於0.23~ 0.45 kg-CO2/kg-NaOH,若考慮循環吸收的條件下,氫氧化鈉去除二氧化碳的成本介於2.777~3.571 千元/ton-CO2;MEA的二氧化碳吸收容量介於0.12~0.28 kg-CO2/kg-MEA,若考慮循環及再生的條件下,MEA去除二氧化碳的成本介於0.060~0.153千元/ton-CO2;氨水於填充塔中的二氧化碳吸收容量介於0.13~ 0.44 kg-CO2/kg-NH3,若考慮循環吸收的條件下,氨水去除二氧化碳的成本介於1.89~1.98 千元/ton-CO2;而氨水於噴霧塔中的二氧化碳吸收容量介於0.09~ 0.14 kg-CO2/kg-NH3,若考慮循環吸收的條件下,氨水去除二氧化碳的成本介於1.85~1.98 千元/ton-CO2。
21 public and 15 BOO, BOT municipal incinerators will be established in Taiwan. They account for about 4.4% of the total CO2 emission in Taiwan. In order to reduce CO2 greenhouse gas emission from municipal solid waste incinerators, we investigated the chemical absorption method for removing CO2 from flue gas of a municipal solid waste incinerator in Taiwan. In this study, we used three absorption solvents, NaOH, monoethanolamine (MEA) and ammonia (NH3) solvents, to absorb CO2 in flue gas. The results show that the removal efficiency of CO2 increases with the solvent concentration and L/G ratio for three solvents. The highest CO2 removal efficiency was 76.0% at NaOH solvent concentration of 3.0 N, L/G ratio of 4.5 L/m3, CO2 inlet concentration of 10.0%(v/v) and gas inlet temperature of 50 oC. The highest CO2 removal efficiency was 97.0% at MEA solvent concentration of 30.0%(w/w), L/G ratio of 4.5 L/m3, CO2 inlet concentration of 10.0%(v/v) and gas inlet temperature of 50 oC. The highest CO2 removal efficiency of packed tower was 94.0% at NH3 solvent concentration of 30.0%(w/w), L/G ratio of 4.5 L/m3, CO2 inlet concentration of 10.0%(v/v) and gas inlet temperature of 50 oC. The CO2 removal efficiency of ammonia of packed tower would be better than spray scrubber at the same experimental conditions.
The CO2 absorption capacity of NaOH is 0.23~0.45 kg-CO2/kg-NaOH. If recycling of NaOH solvents were considered, the CO2 removal cost of NaOH would be 2777~3571 NTD/ton-CO2. The CO2 absorption capacity of MEA is 0.12~0.28 kg-CO2/kg-MEA. If recycling and regeneration of MEA solvents were both considered, the CO2 removal cost of NaOH would be 60~153 NTD/ton-CO2. The CO2 absorption capacity of NH3 is 0.13~0.44 kg-CO2/kg-NH3. If recycling of NH3 solvents were considered, the CO2 removal cost of NH3 would be 1850~1980 NTD/ton-CO2.
第一章 前言-------------------------------------------------1
1-1 研究目的及背景------------------------------------------1
1-2 研究方法------------------------------------------------3
第二章 文獻回顧---------------------------------------------8
2-1 焚化技術概論--------------------------------------------8
2-2焚化廠污染防治設備---------------------------------------8
2-3 焚化廠中探化合物之平衡與流佈---------------------------10
2-4 二氧化碳減量技術---------------------------------------13
2-4-1 二氧化碳分離技術------------------------------------13
2-4-2 二氧化碳固定及儲存技術------------------------------19
2-4-3 二氧化碳再利用技術----------------------------------20
2-5 吸收理論模式-------------------------------------------23
2-6 氣體吸收設備的選擇-------------------------------------28
2-7 吸收液再生---------------------------------------------29
2-8 二氧化碳氣體與其他氣體同時去---------------------------29
第三章 實驗設備與方法--------------------------------------32
3-1 實驗設備---------------------------------------------32
3-1-1廢氣模擬設備---------------------------------------32
3-1-2吸收液注入設備-------------------------------------32
3-1-3填充塔---------------------------------------------33
3-1-4 噴霧塔--------------------------------------------33
3-1-5二氧化碳分析儀器-----------------------------------34
3-1-6訊號轉換設備------------------------------------------34
3-2實驗材料----------------------------------------------38
3-3 實驗方法---------------------------------------------38
3-3-1 實驗規劃------------------------------------------38
3-3-2 實驗條件------------------------------------------39
3-3-3 預備實驗------------------------------------------41
3-3-4 系統校正------------------------------------------42
3-3-5 實驗步驟------------------------------------------43
第四章 結果與討論------------------------------------------44
4-1氫氧化鈉吸收二氧化碳實驗-----------------------------44
4-1-1溶液PH值對二氧化碳去除效率的影響------------------44
4-1-2氫氧化鈉溶液濃度對二氧化碳去除效率的影響----------46
4-1-3 氫氧化鈉液氣比對二氧化碳去除效率的影響-----------49
4-1-4二氧化碳進流濃度對二氧化碳去除效率的影響----------50
4-1-5氣體進流溫度對二氧化碳去除效率的影響--------------52
4-2 MEA吸收二氧化碳實驗---------------------------------54
4-2-1 MEA溶液濃度對二氧化碳去除效率的影響--------------54
4-2-2 MEA液氣比對二氧化碳去除效率的影響----------------57
4-2-3 二氧化碳進流濃度對二氧化碳去除效率的影響---------57
4-2-4 氣體進流溫度對二氧化碳去除效率的影響-------------59
4-3 氨水吸收二氧化碳實驗---------------------------------61
4-3-1 氨水溶液濃度對二氧化碳去除效率的影響-------------61
4-3-2 氨水液氣比對二氧化碳去除效率的影響---------------64
4-3-3 二氧化碳進流濃度對二氧化碳去除效率的影響---------67
4-3-4 氣體進流溫度對二氧化碳去除效率的影響-------------69
4-4 三種不同吸收劑之減量結果比較-------------------------71
4-5 三種吸收液之二氧化碳減量效益及成本效益評估-----------75
4-5-1 三種吸收劑對二氧化碳之單位吸收容量---------------75
4-5-2 去除二氧化碳成本效益估算-------------------------83
4-5-3 二氧化碳去除成本與碳稅的比較---------------------89
4-6 質量傳送係數計算-------------------------------------92
第五章 結論與建議------------------------------------------97
5-1 結論------------------------------------------------97
5-2 建議------------------------------------------------98
參考文獻--------------------------------------------------100
附錄------------------------------------------------------104
A-1 系統方程式------------------------------------------104
A-2 符號說明--------------------------------------------105
A-3 模式中使用之參數------------------------------------106
A-4 C程式語言-------------------------------------------106
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