水合作用

圖2-5 鍛燒溫度對最終產物的影響示意圖[Li et al. (2006)]

2.6.3 水合作用

除了摻入耐熱物質於氧化鈣中與利用不同前驅物提升氧化鈣孔隙 率，文獻中亦提及以水或水蒸汽進行水合作用改質氧化鈣，將之整理 於表 2-3，抑制劣化的情形；文獻中應用水合作用機制改善氧化鈣的 方法主要可分為4 種方式，首先的是在室溫條件下，直接將氧化鈣與 液相的水進行機械攪拌混合，再經過乾燥、鍛燒等處理，其次是將反 應器中已完全脫附之氧化鈣，降至某一特定溫度後，通入汽相之水蒸 汽與之反應，再者則是氧化鈣在吸附反應之後，進入脫附程序的同時 通入水蒸汽與氧化鈣反應，最後的是將氧化鈣先進行反覆循環再生，

並在循環次數達一次束後，降溫至特定溫度，再利用水或水蒸汽進行 水合作用改質。

Kuramoto et al. (2003)的研究中利用常溫液相與高溫汽相兩種水合 作用方式改質氧化鈣，其結果指出經液相水合作用改質能提昇氧化鈣 之利用率，減緩其劣化，而在高溫汽相的部分，其利用高壓6.0 MPa 的方式，在溫度600℃的條件下，通入水蒸汽反應，結果顯示能有效

抑制氧化鈣於每一循環之劣化情形，然學者Julien et al.(1995)的研究 指出，利用石灰石進行汽相之水合作用改質所能達到的最高溫度為 450℃，但 Lin et al. (2006)的研究也發現，提高的水蒸汽壓能使水合 作用的速率提昇，且能進一步提昇水合作用所能反應的溫度之上限。

Manovic and Anthony (2007)研究顯示，將經過 20 次循環再生後的 氧化鈣於 200℃的條件下，通入水蒸汽改質 30 分鐘，並與未改質之 氧化鈣比較，發現經水蒸汽改質能夠提高氧化鈣的比表面積與利用 率，在第一次循環吸附時間 35 分鐘的表現上，氧化鈣利用率由改質 前的36%提升至 75%，且比表面積增加使吸附曲線有較明顯的快速吸 附段，更適合應用於實場操作，而經 10 次循環測試後，其利用率仍 有63%，相較於改質前之氧化鈣的 38%，有明顯減緩劣化的效果。

而Sun et al. (2008)同樣的在氧化鈣經過一定的循環次數後，進一 步以不同條件之水合作用方式做比較，分別為 150℃、300℃的水蒸 汽與常溫水合作用，其結果顯示常溫水合作用有最佳的效果，並推論 水合作用能夠破壞氧化鈣顆粒彼此間燒結的情形，此外，還將改質 前、後之氧化鈣做孔洞結構的分析，發現經水合作用的氧化鈣能夠還 原其孔洞結構至循環再生測試前的初始結構，最後更嘗試於脫附的程 序中通入水蒸汽進行水合作用，然其循環再生結果顯示此方式並無顯 著抑制劣化之效果。Wang and Thomson (1995)經研究發現，在高溫 400~500℃通入水蒸汽能提高碳酸鈣分解速率，因為氧化鈣對水相對 於二氧化碳有較高的親和力，故在脫附時，吸附水蒸汽能弱化氧化鈣 與二氧化碳之間的鍵結，進而提高脫附速率。

綜觀前述文獻，氧化鈣只要經過適當之改質後，欲減少其循環再 生時的劣化問題是可行的，而進一步探討成本的相關問題，可發現運 用水蒸汽做為改質的方法是較低成本的，且若將水蒸汽運用在脫附二

氧化碳的時機，將可同時進行氧化鈣改質與提升碳酸鈣的脫附速率，

並在脫附後的出流氣體，直接藉由冷凝作用，將水氣與二氧化碳分 離，如此便能夠獲得較高純度的二氧化碳，方便後續二氧化碳的封存。

表2-4 不同水合條件改質氧化鈣之文獻彙整

註: 1:將脫附完全之氧化鈣降溫至室溫，再與水作用，2:將脫附完全之氧化鈣降溫 至特定溫度後，通入水蒸汽，3:於脫附段同時通入水蒸汽輔助，4:於脫附時通入 水蒸汽輔助，並在循環次數達一目標後，降溫至特定溫度，再通入水蒸汽反應。

References Hydration

operation Hydration

conditions Analyze System

Adsorption

conditions Cyclic numbers

Kuramoto et

al. (2003) 1 Normal temp.

(Liquid-phase) TG/DTA

20% CO2,

(Liquid-phase) TGA

100% CO2, 850℃,

15 0.31 850℃

in N2

Kuramoto et

al. (2003) 2

600℃, 10 min 6.0MPa steam mixed with N2

( Vapor-phase)

Horizontal-tube reactor and CO2

monitor

Manovic and Anthony

(2007) 2 200℃, 30 min (Vapor-phase)

Tube Furnance and TGA

(Vapor-phase) TGA

100% CO2,