水蒸汽進流量對輔助脫附之影響

探討水蒸氣量對脫附行為的影響時，本研究固定氮氣的進氣流量 為500ccm 與反應溫度 850℃，僅改變水蒸汽的液態水進流量。

圖 4-7 為探討利用不等量之液態水汽化為水蒸汽，並做為輔助 CaO 脫附二氧化碳之載流氣體的濃度曲線，結果顯示隨著水蒸汽進流 量上升，尾端氣流經冷凝、濃縮後其CO₂出流濃度增加，且完全脫附 二氧化碳所需的時間亦隨之減少，由此可見，增加水蒸汽流量，使脫 附反應在越高的水汽含量下，能使脫附速率更進一步提升，但在通入 氮氣 500ccm 的條件下，其二氧化碳出流濃度仍無法達到理論值的 48%。

圖 4-8 為同時調整氮氣與水蒸汽流量，將氮氣進流量調整至 200ccm，並通入 1.7mL 液態水/min 的水蒸汽輔助，其結果顯示二氧 化碳出流濃度可達約62%，高於理論值的 48%，代表只要在適當的脫 附條件下，水蒸汽輔助能有效提昇二氧化碳出流濃度與縮短完全脫附 所需時間。

Desorption time(min)

Steam:2.5mL/min, N2: 500ccm Steam:1.7mL/min, N2: 500ccm Steam: 1 mL/min, N2: 500ccm 41.6

60 Steam:1.7mL/min, N2:200ccm

Steam:1.7mL/min, N2:500ccm 61.7

圖 4-8 在水蒸汽輔助下、氮氣進流量對 CaO 脫附 CO2曲線

4.2.3 吸附量對水蒸汽輔助脫附之影響

Wang and Thompson (1995)藉由 DXRD(dynamic X-ray diffraction) 與 TGA 探討石灰石在反應溫度 400~600℃的條件下，通入不等量之 水蒸汽與二氧化碳，其表面與重量變化等影響，並得到 CaO 對水有 較強之作用力，故於脫附時 CaO-CO₂會吸附水汽並弱化 CaO 與 CO₂ 之間的鍵結且取而代之，而因此催化脫附速率，然而此文獻中並未加 以探討通入水蒸汽可能連帶提昇流量所導致脫附速率提昇之影響，且 本研究通入水蒸汽的溫度條件為850℃，相較於文獻有較高之溫度，

故本研究藉由吸附量探討水蒸汽輔助脫附之影響。

利用不同吸附時間條件下(分別為 15、30、60 分鐘)，所獲得之吸 附量如表 4-2 所示，由結果可知不論單純利用氮氣或水蒸汽輔助脫 附，其吸附劑於脫附反應前皆捕獲近乎等量之CO₂，以此三個不同吸 附時間下完成吸附之樣品利用氮氣(500ccm)做為脫附載流氣體之進 行CO₂脫附，結果如圖4-9 所示，在相同流量之載流氣體的情況下，

雖然吸附劑上之CO₂吸附量不同，但其尾端所能得到之最高二氧化碳 出流濃度都約為22~23%，只有完全脫附 CO₂所需時間不同，然在額 外通入水蒸汽輔助的圖 4-10 中顯示，相較於吸附時間 30 與 60 分鐘 所得到約 40%之二氧化碳，吸附時間 15 分鐘有較低的二氧化碳出流 濃度，約34%；然而在比較通入等量之水蒸汽與氮氣的條件下，理論 上其載流氣體之流量應相同，但得到之結果卻不同於圖4-9 之幾乎相 同的二氧化碳出流濃度，故由此推測，在高溫850℃的脫附條件下，

CaO-CO2 彼此之鍵結仍會因水蒸汽之影響而弱化，並催化脫附之速 率。

此外，由圖4-10 顯示，吸附時間 15 與 30 分鐘的脫附曲線有明顯 的差異，但吸附時間30 與 60 分鐘卻有幾乎相同之脫附曲線，故由此

推測水蒸汽輔助脫附最主要之影響應是吸附於氧化鈣表面之碳酸鈣 層；參考圖 4-1，經液相水合作用改質之氧化鈣，其高捕獲效率能維 持之時間約為 20 分鐘，然後漸漸下降；本研究嘗試將 CaO 吸脫附 CO₂之情形繪成如圖4-11 之示意圖，由圖可知 CaO 進行吸附反應時，

進流氣體中的二氧化碳首先與分布於吸附劑表面的氧化鈣直接接 觸，當吸附時間只有 15 分鐘時，氧化鈣表面形成碳酸鈣層，但並未 達到飽和之狀態，且經由擴散與內部氧化鈣反應的亦較少，然當吸附 時間為30 與 60 分鐘時，其表面所形成之碳酸鈣層已達飽和狀態，且 內部也有較多的碳酸鈣形成，所以通入水蒸汽後，水蒸汽直接與表面 之碳酸鈣反應，並將二氧化碳帶走；而當表面有較多的碳酸鈣時，水 蒸汽與 CaO-CO₂反應的機會也越多，使帶走的 CO₂也較多，而因吸 附時間 30 與 60 分鐘其 CaO 表面形成之碳酸鈣層皆已達飽和，故其 脫附時之表現差異不大，因此形成如圖4-10 之結果。

表 4-2 氧化鈣於不同吸附時間下之吸附容量

Sample 15 min 30 min 60 min

Adsorption capacity, g CO₂/g sorbent

W/O steam 0.21 0.35 0.39 With steam 0.21 0.34 0.37  

Time, min

0 5 10 15 20 25 30

CO2 outlet concentration, %

0

CO2 outlet concentration, %

0

N2+Steam (AD: 60min) N2+Steam (AD: 30min) N2+Steam (AD: 15min)

圖4-10 不同吸附量條件下之二氧化碳脫附濃度比較(氮氣+水蒸汽輔  助脫附)

圖 4-11 水蒸汽輔助脫附行為示意圖