等溫吸脫附與等速加溫吸脫附模式之比較

但其差異並不大，有些甚至在誤差範圍內(如圖 4-6 中 10% CO₂吸附 量較低，乃實驗誤差造成)，此外實驗中亦發現，隨 CO₂ 分率的提高，加 上進氣流量不大的關係，前一次實驗的 CO₂似乎會殘留在 TGA 中，因此 爐溫由 950℃降至 650℃後，即使仍未切換 CO₂氣體進入，CaO 即已有吸 附CO₂的現象發生，使得重量開始上升。

4.3 石灰石再生率測試

4.3.1 等溫吸脫附與等速加溫吸脫附模式之比較

如果以石灰石為吸附劑應用在高溫的環境下進行二氧化碳的分離，不 論吸附塔的型態為固定床或是流體化床都將會有2 種操作的模式用於設計 上的考量，一種為等溫吸脫附、另一種為等速加溫吸脫附，在不同條件的 需求下這2 種模式的比較對於該技術的應用是必需的。

1. 等溫吸脫附模式：

爐溫以每分鐘15℃上升至 700℃後，在 700℃下以氮氣先行脫附 2 小時 後，再以同樣之700℃溫度下進行 1 小時之 CO₂吸附(10 vol.% CO₂/N₂)，

共計反覆進行三次吸脫附循環。

等溫吸脫附之結果如圖 4-7 所示。由圖知等溫吸脫附模式在 700℃下進 行脫附時，其脫附速率為0.47 wt%/min，吸附或脫附速率係以脫附前之 CaCO₃重量為 100wt%基準點，此速率為粗略計算值僅用於比較兩模式。

圖4-7 試料 C 在 700℃等溫模式的重量變化曲線

因此其脫附至原來重量之 57%時所需之脫附時間約為 91 min；而在 700℃下吸附時之吸附速率則為 0.89 wt%/min。此外隨著循環次數的增 加，CO₂的吸脫附速率皆會逐次減慢，吸附量亦會降低，由圖4-8 所示 吸附 1 小時後，吸附量會由原來之 0.7804 g CO₂/g CaO，逐次降低為 0.5747、0.5009 與 0.4472g CO₂/g CaO。

2. 等速加溫吸脫附模式：

實驗操作與反應穩定時間測試相同，唯脫附時間改為1 小時，CO₂濃度 為10 vol.% CO₂/N₂，且進行三次吸脫附循環。

等速加溫吸附之結果如圖 4-8 所示，在 950℃下進行脫附時，其脫附速 率為4.81 wt%/min，因此其脫附至原來重量之 57%時所需之脫附時間約 為9 min；而在 650℃下吸附時之吸附速率則為 2.49 wt%/min。此外隨 著循環次數的增加，吸附速率和吸附量的改變與等溫吸附模式一樣，皆 有下降的趨勢由圖 4-9 所示吸附 1 小時後，吸附量會由原來之 0.7804 gCO₂/gCaO，逐次降低為 0.5379, 0.4249 與 0.3262 g CO₂/g CaO，至第三 次循環後其吸附量已不及原來吸附量之50%。

由圖4-9 比較可知隨著循環次數的增加，CO₂的吸附量會逐次減少，其 中等速加溫吸脫附模式的CO₂吸附量損失較大，在第1 次循環時 2 個模 式 的 吸 附 量 相 差 0.037 gCO₂/gCaO ， 在 第 2 次 循 環 時 相 差 0.076 gCO₂/gCaO，在第 3 次循環時相差 0.121gCO₂/gCaO。

因為由公式(1)中可以知道，當 CaCO₃在溫度700℃以上的溫度進行鍛 燒時，CaCO₃會變成 CaO 和 CO₂而且是屬於吸熱反應，因此提高反應溫 度能加快其反應，使得 CaCO₃迅速釋放出 CO₂，而且在高溫的環境下CaO 的結構容易遭受破壞，因而使得 CaO 表面的結構崩壞進而導致其比表面 積的降低，因吸附劑的活性降低使得其在吸附CO₂時的效果不佳，因此也 可以推斷當 CaCO₃鍛燒的溫度愈高時 CaO 吸附 CO₂的吸附量也會變的愈 低。

在 Grasa et al.(2006)〔15〕文獻中也針對鍛燒溫度在 850~1200℃的範 圍內，以不同的鍛燒溫度以CaO 進行 CO₂的吸脫附反覆20 次之實驗，其 結果也呈現鍛燒的溫度愈高時CaO 吸附 CO₂的效果愈低；當比較 CaO 以 900℃和 1000℃的鍛燒溫度反覆 50 次以上的實驗時也是呈現出 1000℃的 劣化速度較快。

因此當以700℃等溫模式吸脫附 CO₂時，因為脫附溫度較低，使得CaO 結構不易被破壞而導致劣化降低其活性，也因此使得其 CO₂的吸附量能較 等速加溫模式來的大。

Natural contain Cycle 1 Cycle 2 Cycle 3 循環次數

可以發現隨著循環次數的增加2 者的差距也越大。等溫模式的穩定吸附 量同樣也較等速加溫模式來的多，相對等溫模式的循環再生能力較等速 加溫吸脫附模式為佳。

由表4-4 等溫吸附模式與等速加溫模式的吸脫附速率比較可知，等速加 溫模式之吸附(通入 CO₂氣體的初期)和脫附速率皆較等溫吸附模式快，

等速加溫模式之脫附速率較等溫吸附模式快約 10 倍，而等速加溫模式 之吸附速率較等溫吸附模式快約3 倍。