吸收法

碳酸鉀的水溶液作為吸收液。因為固體的碳酸鹽或碳酸氫鹽易受潮導致 體積膨脹，這些固體鹽若直接用於CO₂的回收使用，在吸附塔建造的工 藝方面將有困難且不實用。如果能在多孔隙材料的細孔上保持像這樣易 受潮的固體鹽，則可能能迴避有關吸附劑本身受潮的問題。至少直接使 用固體的無機鹼鹽進行CO₂的捕捉和分離被認為目前工藝上有所困難。

(2). 固體胺

如果將無機的強鹼鹽改變，而使用弱鹼性的胺來替代的話，能使捕 捉的CO₂更為容易再生分離。因為在太空站和潛水艇等封閉的空間中，

由於人類長期間的逗留所產生的CO₂，就是利用固體胺的方法來去除空 氣中的CO₂。這些固體胺和適度的水分共存下能捕捉CO₂，在100℃左右 的水蒸氣加熱下或者減壓下，因為外部加熱使捕捉到的CO₂又被分離。

吸附能力是看吸附劑重量。像這樣固體胺在有水蒸氣存在下使用100℃

以上的高溫，便能使胺基分解而能將CO₂回收分離，因此在吸收CO₂時 儘可能要在低的溫度下使用。目前該方法只適用於小流量系統的階段

［39］。

2.1.2 吸收法

吸收法根據溶液吸收 CO₂的方式和分離CO₂回收的方法分為 2 種，有 隨著物理溶解的物理吸收法和吸收液中的化學物質和 CO₂ 產生化學反應

的化學吸收法。

1.物理吸收法

物理吸收法的原理是透過交替改變二氧化碳和吸收劑（通常是有機溶 劑）之間的操作壓力和操作溫度以實現二氧化碳的吸收，從而達到分離處 理二氧化碳的目的。其優點是在高壓及低溫的條件下吸收，吸收容量大，

吸收劑用量少，且吸收效率隨著壓力的增加或溫度的降低而增加。在整個 吸收過程中不發生化學回應，因而消耗的能量要比化學吸收法要少，而在 吸收飽和之後，採用降壓或常溫氣提的方式將二氧化碳分離而使吸收劑再 生。物理吸收法中常用的吸收劑有丙烯酸酯、甲醇、乙醇、聚乙二醇及聚 乙二醇二甲醚等高沸點有機溶劑。目前，工業上常用的物理吸收法有 Fluor 法、Rectisol 法、Selexol 法等，Rectisol 法和 PSA 為目前歐洲在處 理氫氣和二氧化碳分離時的主要分離法。物理吸收法由於CO₂在溶劑中的 溶解遵循亨利定律，因此僅適用於CO₂分壓較高的條件，且吸收劑會因硫 化物劣化而減少再生次數。

2.化學吸收法

與物理吸收法不同，化學吸收法是吸收劑與二氧化碳發生化學反應來 達到回收二氧化碳並利用其逆反應進行吸收劑再生，因此化學吸收法較物

化碳分壓低的混合氣體。在移除二氧化碳之前，先行將混合氣體冷卻，及 盡可能除去其中的雜質如硫化物，粒狀物等，然後氣體通過一吸收容器 (absorption vessel)，但是真正移除二氧化碳的是與此吸收容器相接連的化 學吸收劑，二氧化碳與吸收劑發生化學反應，形成鍵結較弱的化合物，吸 收飽合後在一再生管(recovery column)中加熱，發生吸收二氧化碳的逆反 應，二氧化碳被釋放出來，如此吸收劑得以再生，與此同時，釋放的二氧 化碳於再生管中被壓縮後運送，此法可回收 98%的二氧化碳，而純度可達 99%以上。但其缺點有以下三點：溶劑與其他氣體(如 O₂、SOx 或 COS) 發生不可逆的化學反應，使吸收劑之再生次數減少，因而增加操作成本；

由於吸收劑多為鹼性溶液，會對吸收塔、再生塔及周邊管線造成腐蝕作 用；操作變數較多，因此操作較為繁瑣。由於二氧化碳為酸性氣體，故一 般選用具有鹼性之吸收劑，並將常用之方法簡述如下：

(1). 熱碳酸鉀吸收法

此法最初是在美國開發利用煤合成液體燃料方案中的一部分發展 而起的，主要是利用碳酸鉀溶液吸收二氧化碳反應產生碳酸氫鉀。再生 的話，將已吸收二氧化碳的碳酸鉀溶液加熱到碳酸氫鉀的分解即可發生 逆反應，產生二氧化碳並將反應生成的碳酸鉀再使用。50年代初此法發 展為活化熱碳酸鉀法，因為將吸收二氧化碳的溫度提升至105~120℃及

壓力提高至2.3MPa，且在同溫度下採用降壓的方法來再生吸收劑，其結 果是增加反應速率及吸收容量，但吸收速率仍慢，而且由於溫度的提升 會造成嚴重的腐蝕，故加入活性劑來提高吸收與再生速率並減輕腐蝕，

因而稱為活化熱碳酸鉀法。常用的活性劑有無機活性劑(砷酸鹽、硼酸 鹽和磷酸鹽)和有機活性劑(有機胺和醛、酮類有機物) 如(7)式。

K₂CO₃ + H₂O + CO₂^U2KHCO₃ (7) (2). 醇胺吸收法

一般常用之醇胺類(alkanolamies)有一級醇胺(如MEA)、二級醇胺(如 DEA、DIPA)及三級醇胺(如MDEA、TEA)。一級醇胺和二級醇胺具有 強的鹼性，故其與二氧化碳反應具有較快的速率，但由於反應形成的產 物為carbamate，使得其吸收容量限制於0.5mol-CO₂/mol-醇胺，由下列反 應式(8)可看出。

CO₂+2RR`NH<sup>U</sup>RR`NCOO^-+RR`NH₂⁺ (8)

三級醇胺因鹼性較弱而降低與二氧化碳反應的速率，然而其吸收容 量卻能達到1.0mol-CO₂/mol-醇胺，因此雖然其吸收速度較慢，但是可以 透過添加“加速劑”--DEA或是piperazine等，使之具有吸收速度快且較不 易被腐蝕的優點。近來，立體障礙醇胺(如AMP)被使用來代替傳統醇胺 作 為 吸 收 劑 ， 因 其 具 有 較 快 之 吸 收 速 率 且 能 如 三 級 醇 胺 具 有

1.0mol-CO2/mol-醇胺的高吸收容量。另外，混合醇胺也是目前研究方 向之一，因混合醇胺是溶液中混有兩種以上之醇胺溶液，綜合各級醇胺 的優點，故具有快吸收速率與高吸收容量之特性，常使用之混合醇胺有 MEA-MDEA 、 MEA-TEA 、 DEA-MDEA 、 DEA-TEA 、 DEA-AMP 、 MEA-AMP及DEA-TEA-AMP等［39］。Mitsubishi Heavy Industries及 Kansai Electric Power Company 使用代號為KS-1之溶劑取代MEA，據稱 可使用較低之吸收液流速、降低再生溫度及降低其與CO₂之反應熱，此 外即使存在氧時，在130℃時仍不具腐蝕性，因之現有不少回收CO₂工 廠已使用KS-1為吸收溶劑，圖2-4即為KS-1回收二氧化碳的流程圖。