填充管柱系統之循環測試

使用填充管柱進行二氧化碳的循環吸脫附測試時，各吸附劑之填 充高度皆為6.5 cm，在 500 ccm(1 atm, 25 ℃)的進流流量下，其空床 停留時間約為0.45 秒，其他詳細之操作參數可查閱表 3-4。

圖 4-29 為各吸附劑在相同填充高度下，進行循環測試時的最高 二氧化碳去除效率，其中值得注意的是使用硝酸鋁改質的氧化鈣 CaAl(75)-I 分成 A 與 B 兩吸附劑，為使用填充管柱進行二氧化碳的吸 脫 附 測 試 ， 吸 附 劑 製 備 的 規 模 必 須 放 大( 每 次 約 可 產 10 g) ， CaAl(75)-I-A 便是在這種情況下所製備出的樣品，但在圖 4-29 中可發 現，其於各循環中二氧化碳去除效率皆十分的低(< 30 %)，此結果與 CaAl(75)-I 在 TGA 系統中測試時吸附容量的趨勢相差甚遠，因此本 研究重新分批製備CaAl(75)-I 後(每次吸附劑產量約 1 g)，再將其蒐集 用以進行填充管柱的測試，並將其命名為CaAl(75)-I-B，在這種情況 下，可以發現其二氧化碳的去除效率被大幅提升至將近 70 %，而且 十分接近 CaAl(95)-O 之去除效率。從此結果可得知，欲擴大改質吸 附劑的生產規模時，使用硝酸鋁改質的氧化鈣可能會有品質不穩定的 現象發生，而使用有機鋁進行改質時，則不會出現此類情況。

而由圖 4-29 亦可發現，最高的二氧化碳去除效率出現在未經任 何改的氧化鈣(CaO)，其去除效率約比 CaAl(95)-O 高出 10 %，造成此 現象的確切原因目前雖尚不明瞭，但實驗發現，隨吸附劑中氧化鈣含 量的升高，其單位體積的重量亦越重，當在管柱中填充 6.5 cm 的吸 附劑時，剛好以 CaO 的填充重量最重，推測這重量上的差別可能是 造成 CaO 會有較高去除效率的原因。如果固定吸附劑填充重量在 8.2±0.3 g 範圍，此時 CaAl(95)-O、CaAl(75)-O 與 CaAl(75)-I 三者的填 充高度恰好也是6.5 cm，因此其在圖 4-29 與圖 4-30 的結果相同，但

Cyclic number

0 5 10 15 20 25

CO 2 Removal efficiency (1-C 1/C 0)

0.0

Cyclic number

0 5 10 15 20

CO2 Removal efficiency (1-C1/C0)

0.0

CaO 的填充高度則由 6.5 cm 降至 5 cm，使得其於第一循環中對二氧 化碳的去除效率，由84 %降至 56 %，經過 20 循環後，兩者的去除效 率依舊是20 %左右的相差，而劣化趨勢則幾近相同，由圖 4-31 的結 果可知，如果實驗操作在相同的填充重量下，CaAl(95)-O 有較佳的二 氧化碳去除效率。

圖 4-31 中比較了 CaAl(95)-O 分別於 TGA 與填充管柱系統下進 行循環吸脫附對二氧化碳的吸附容量。CaAl(95)-O 於管柱系統中第一 循環的吸附容量將近為其於 TGA 系統中的兩倍，這是由於管柱系統 中的吸附時間為 30 分鐘，而 TGA 系統僅有 10 分鐘造成。此外，相 較於 TGA 系統中二氧化碳是以擴散的方式與吸附劑接觸，管柱系統 中的二氧化碳則是直接通過填充床，直接與 CaAl(95)-O 表面接觸，

大幅降低二氧化碳擴散至吸附劑所需的時間，使得 CaAl(95)-O 在管 柱測試的前10 循環中有較高的吸附容量。但在經過 10 循環後，吸附 容量不論在 TGA 或管柱系統中，其劣化趨勢十分相似，這是因為影 響吸附速率的限制因子，已由二氧化碳擴散至吸附劑表面轉變為其擴 散通過生成之碳酸鈣層所引起。

Cyclic number

0 5 10 15 20

CO 2 capture capacity (g CO 2/g sorbent) 0.0 0.1 0.2 0.3

CaAl(95)-Column CaAl(95)-TGA

圖 4-31 TGA 與填充管柱系統中 CaAL(95)-O 之循環吸附容量比較