曾宥瑜、劉彥君 / 工研院材化所
二氧化碳化學吸收係利用化學吸收劑將煙道氣的二氧化碳吸收下來，以減少煙道氣二氧化碳排放量。吸收了二氧化碳之吸收劑可經由加熱再生，並回到製程端循環使用。經過加熱的吸收劑會將二氧化碳釋放出來，此時將二氧化碳收集起來，所收集之二氧化碳純度可達99.9%以上，能作為工業級二氧化碳使用，若進一步將收集的二氧化碳純化，可作為電子級二氧化碳供給半導體廠使用。化學吸收過程為放熱反應，吸收劑與二氧化碳進行化學反應，因此反應機構、反應速率及反應熱為選擇吸收劑的考量因素。使用反應速率快的吸收劑在設計吸收塔時設備的尺寸可較小，反應熱高的吸收劑再生過程則會需要較高的熱能，此外，吸收劑的黏度低會有較好質傳性能，腐蝕性低則可減少設備的腐蝕，吸收劑的蒸氣壓低可減少吸收劑的溢散。從經濟效益方面考量，吸收劑必須滿足價格便宜且易取得，以及低的再生能耗等條件。除了吸收劑的物理及化學性質考量，碳捕捉的製程也需要進行製程節能強化，節能的手段不外乎提高吸收效率及再生效率。提高吸收效率包括在吸收塔內設置內冷卻器以提高二氧化碳吸收容量；提高再生效率包括在再生塔內設置再熱器或機械式再壓縮機，以提高二氧化碳脫除效率，減少蒸汽用量。若結合二氧化碳轉化烷烯烴製程技術，可將二氧化碳作為製造天然氣、乙烷、甲醇等化學原料，上述化合物又可以進一步作為相關民生用品製造之原料，使工業廢氣進一步轉為產業動能，降低碳排放以邁向2050淨零排放之目標。
【內文精選】
二氧化碳吸收劑
目前二氧化碳吸收劑可分為物理吸收劑與化學吸收劑。物理吸收(Physical Absorption)為二氧化碳被吸收劑吸收而不與其發生反應，該過程遵循亨利定律(Henry’s Law)，包含Selexol技術、Rectisol技術、Fluor技術以及Purisol技術等。二氧化碳與吸收劑發生可逆反應者稱之為化學吸收(Chemical Absorption)，包含胺吸收劑、有機胺水溶液以及鹽溶液技術等技術。
物理吸收遵循亨利定律，因此當CO2的分壓較高時，選用物理吸收劑較適合，如圖一所示。物理吸收劑再生條件為低溫高壓，因無副產物使得吸收劑較好回收，相較於化學吸收劑，其再生能耗較低、對設備腐蝕性低、穩定性較高，對環境較為友善，適合富氧燃燒捕集(Oxy-Fuel Combustion)，像是鋼鐵廠、玻璃製造廠以及冶金廠。
圖一、吸收劑捕獲CO2分壓的能力
二氧化碳捕捉製程技術
1. 二氧化碳捕捉基本流程
標準的二氧化碳捕捉基本流程(Base- line)如圖三所示。若煙道氣含有二氧化硫及粉塵，必須先將煙道氣的二氧化硫及粉塵去除才能進入二氧化碳捕捉系統，其係利用洗滌塔以洗滌方式去除二氧化硫及粉塵。流程說明如下：首先利用鼓風機將煙道氣送入洗滌塔的塔底，將洗滌液從洗滌塔的頂部打入洗滌塔，洗滌液與煙道氣在洗滌塔內部逆流接觸，洗滌液吸收二氧化硫及捕捉粉塵之後流往塔底，去除二氧化硫與粉塵之煙道氣由洗滌塔的塔頂離開之後再進入吸收塔底部，與吸收塔頂部進入的貧液逆流接觸進行吸收反應，淨化後的煙氣由吸收塔頂部離開系統至大氣。貧液吸收二氧化碳後由吸收塔底部出料，成為富液。富液先經過預熱，與來自汽提塔底部的貧液做熱交換。預熱後的富液由塔頂進入汽提塔（或稱解吸塔），汽提塔的塔底有再沸器，將富液加熱，富液被加熱後二氧化碳被脫除，從汽提塔塔頂離開。富液被加熱脫除二氧化碳後變成為貧液，貧液再由汽提塔的塔底出料，與富液做熱交換後回吸收塔循環使用。
圖三、二氧化碳捕捉基本流程示意圖
3. 富液分流冷卻循環
富液分流冷卻循環是將吸收塔的塔底取出一部分的富液，冷卻後重新注入吸收塔。此方法可增加吸收劑的滯留時間，提高富液的吸收容量，Baburao等人的研究結果顯示，通過該富液冷卻循環的方法能夠降低再沸器熱負荷4.6%。
5. 再生塔內部再熱器
再生過程中消耗的熱量主要用於提供解吸反應熱、溶液顯熱和汽化潛熱。吸收塔節能的方式為提供一股冷流，降低吸收塔吸收溫度，提高吸收容量來達成目的。而要讓再生塔提高節能效果的方法恰好與吸收塔相反，需要提供一股熱流，提高再生塔之溫度以增加二氧化碳的脫除效率。流程中於再生塔的塔中位置取出一股吸收劑與塔底高溫的吸收劑做熱交換，再返回再生塔 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》444期，更多資料請見下方附檔。