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計畫中文名稱: 

燃燒後二氧化碳捕獲技術之開發 (2/3)

計畫英文名稱: 

Development of CO2 Capture Technologies for Post-Combustion (2/3)

目前研究階段: 
結案(100%)
技術類別: 
捕集技術(C)
執行單位: 
國立清華大學、國立臺灣大學、國立臺灣科技大學、國立臺北科技大學、中原大學、臺北醫學大學
執行年度(開始): 
民國104年
執行年度(結束): 
民國104年

1. 建立國內CO2捕獲之自主技術,並將技術轉移至產業,協助台塑公司建造完成示範工廠。
2. 建立廢棄物能資源化綠色供應鏈體系,以CO2做為碳酸化示範系統原料,同時達成CO2減量及提昇廢棄物再利用附加價值。
3. 推動國內建立CO2捕獲之新興產業。
4. 投稿 SCI 論文。
5. 申請專利。
6. 與國外學術與研究單位進行學術交流與實質合作。
7. 促進國內公司參與本計畫,共同進行CO2捕獲與再利用技術之開發。
8. 舉辦 場國內外研討會議或座談會議。
9. 建立我國產學界與國際合作之橋樑。
10. 培育國內溫室氣體減量方面之人才。

預期成果(中文): 

一、成果及價值outputs:
1. 協助台塑公司規劃設計每天捕獲 CO2 量為一噸之先導工場,工程設計與建造已完成結標簽約,於104年12月完成建造及開始測試各項設備性能與管路測漏,預計自105年起開始試車。
2. 開發新穎鹼性CO2吸收劑1-Dimethylamino-2-propanol +Diethylenetriaminem水溶液以及AMP+DETA/MAPA/EDA水溶液以及IPAE+DETA/MAPA/EDA,進行熱物性質量測並建立熱力學計算模式,可提升CO2吸附容量及再利用效能。
3. 開發新穎CO2吸收劑配方DETA/ PZ/ DEG/ H2O將再生能耗降至2.63 GJ/tonne CO2。
4. 已完成高濃度醇胺吸收劑在旋轉填充床中的CO2捕獲效率測試,吸收劑醇胺濃度30~100 wt%,提高醇胺濃度可提升CO2去除效率,並降低再生能量。
5. 了解CO2捕獲吸收過程之化學機制並建立吸收預測模式,在配合控制可操作條件下,維持系統平衡條件並提出最佳化操作模式。本計畫研發出之氣體吸收技術與量測結果將提供與後續工業製程參考,使此技術的研究成果能投入實際CO2減量之產業應用。
6. 已於中鋼三號熱風爐旁設置「超重力碳酸化程序」工廠,利用轉爐石與冷軋廢水進行測試,CO2去除效率達98%,每日捕獲容量最高可達0.17噸CO2,捕獲每公噸CO2能耗約268.6 ± 57.9 kWh。
7. 已改良打造第二代「超重力碳酸化程序」工廠,納入線上監測分析設備與產物沉澱槽。目前規劃選定台塑麥寮廠共用三廠進行技術驗證,使用副產石灰等廢棄物作為二氧化碳捕獲材料,同步進行煙道氣淨化與綠色材料生產。目前正於現場安裝設備,準備進行試俥。
8. 已分別建立電爐還原渣與副產石灰於超重力碳酸化程序之動力學模式,結合製程冷卻廢水進行測試;建立反應曲面模式與生命週期評估,擬從3E(工程面、環境面、經濟面)角度提出最佳操作技術規範。
9. 已將富鐵氧化物廢棄物運用於化學迴路燃燒程序之研究,提升低成本及再利用之可行性,其運用於反應器中之二氧化碳產率皆可達88%以上。
10. 已測試1 kW之移動床化學迴路反應器,並將實驗結果將導入ASPEN PLUS軟體進行程序模擬,作為提升反應器效率及評估實廠應用時的基礎。
11. 運用載氧體造粒製程開發於三種載氧體之製備。提高生產規模,以達到商業化之目標。
12. 已完成1 kW之移動床化學迴路反應器應用於產氫程序之研究,分別利用鐵鋁氧化物及鐵鋁態氧化物作為載氧體進行測試,最大產氫量約可達84 L/hr。
13. 已完成1 kW流體化床化學迴路反應器冷模之操作測試,可有效地系統穩定的固體循環量,並達到有效地氣體隔絕,已作為交聯式流體化床化學迴路反應器之設計與操作依據。
14. 協助工研院完成30 kW之移動床化學迴路反應器應用於產氫程序之熱平衡模擬研究,作為實場反應器配置燃料與載氧體循環量比例時的操作依據。

二、學術成就outcomes :
1. 將研究成果發表於國際SCI、國內期刊、及投稿國際、國內研討會論文。
2. 培育博士後研究員、博士班及碩士班學生。
3. 與7個國外學術與研究單位進行學術交流與實質合作,包括:(1) 美國阿崗國家實驗室(Argonne Nat’l Lab)、(2) 德國亞琛工業大學(Aachen RWTH)、(3)德國先進永續研究機構(IASS Potsdam)、(4) 韓國首爾市立大學(UOS)、(5) 菲律賓Mapua理工大學、(6) 大陸東南大學、(7) 美國德克薩斯州大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)。
4. 邀請6名國際學者客座合作研究(菲律賓Mapua理工大學Elisa G. Eleazar教授、福州大學環境學院潘文斌副院長、福州大學環境學院蔡莞鑌教授、福州大學環境學院鄭鵬教授、廈門大學環境與生態學院曹文志副院長、福州市環境科學研究院大氣與聲環境研究所曹建利所長),邀請6位國際短期訪問研究生(浙江大學、華南理工大學、廈門大學、湖北大學)。
5. 於1月17日於國立台灣大學環工所召開「生命週期讀書會」共1系列。
6. 於3月3日參加「減碳淨煤主軸中心成果發表會」,介紹計畫團隊103年度執行成果,獲選「研究優良論文獎」第一及第二名。
7. 於4月10-11日於國立金門大學舉辦「程序系統工程暨熱力學研討會」,研討會主軸為國內石化廠如何面臨能源與環境永續發展的挑戰。本研討會安排三位在學術界及產業界知名教授:區迪頤博士、陳立仁教授、汪上曉教授,分別發表三場演說。並且舉辦口頭報告與壁報論文發表會,發表的論文內容涵蓋二氧化碳捕獲、能源生產最適化規劃、生質能源的未來展望、替代能源的開發等,藉此研討會提供學術界及工業界經驗分享及交流的平台。
8. 於4月參加土耳其 「2015 5th International Conference on Environment Science and Engineering」,發表論文:『Chemical Looping with Air Separation (CLAS) with CuO/ZrO2 Oxygen Carriers』,獲選「最佳論文獎」。
9. 於5月12日於清華大學化工系召開「NEP-II第一次讀書會」,由各子項計畫主持人及參與計畫的同學,共同討論執行內容,分享7項研究成果。
10. 於6月參加「2015 24th Joint KAIST-KYOTO-NTU-NUS (KKNN) Symposium Committee」,發表超重力碳酸化研究成果,獲選「最佳論文獎」與「最佳報告獎」。
11. 於6月參加「2015減碳策略之低碳技術實踐國際夥伴會議」,發表論文:『Chemical Looping Combustion of Rice Husk in an Moving Bed Reactor with Fe-based Oxygen Carrier』,獲選「優良作品」。
12. 於6月參加「33th台灣觸媒與反應工程研討會」,發表論文:『ZnFe2O4/ (ZnO+Fe2O3) System for Chemical-Looping Combustion Process』,榮獲「海報論文競賽獎」。
13. 於8月參加「The 22nd National Computational Fluid Dynamics Conference」,發表論文:『CFD Simulation of Solid Circulation Behavior in Moving Bed Reactor for Chemical Looping Process』,發表內容涵蓋二氧化碳捕獲、化學迴路程序實驗及CFD模擬等。
14. 於10月14-16日參加於台北南港展覽館舉辦之「2015台灣國際綠色產業展 (Taiwan International Green Industry Show)」,宣傳並展示計畫執行成果,順利圓滿,深獲肯定,並為該參展之亮點計畫。
15. 於11月「104年度空氣污染控制技術研討會」,發表論文: 『移動床反應器中以Fe2O3/Al2O3載氣體應用於化學迴路產氫程序之研究』,獲選「最佳論文獎」。
16. 於11月參加「104年中國材料科學會年會」,發表論文: 『Feasibility evaluation of spinel nickel aluminium ferrite as oxygen carrier for chemical looping combustion process』,獲選「佳作」。
17. 於11月參加「台灣化學工程學會 62 週年年會暨科技部化工學門成果發表會」,發表論文:『Performance of Fe-Ti-Ooxygen carriers for chemical looping combustion』、『Evaluation of Na-modified Fe2O3/Al2O3 oxygen carrier for chemical looping combustion process』及『Applications of High Concentration Alkanolamines for CO2 Capture in a Rotating Packed Bed』,三篇皆獲選「Excellent Poster Presentation Award」。
18. 於12月以論文「以碳酸化煉鋼爐渣進行固碳及其再利用於混合水泥」陳冠薇碩士生(指導教授蔣本基)參選「財團法人慶恩教育基金會綠色科技論文獎」,獲得「碩士組論文獎」。
19. 清大博士生獲科技部104年度「補助博士生赴國外研究」,至美國德克薩斯州大學奧斯汀分校,研修主題「超重力旋轉床設備應用於PZ添加於醇胺吸收液捕獲二氧化碳製程整廠模擬評估」。

三、社會影響outcomes:
1. 協助台塑公司規劃設計一超重力技術結合化學吸收法之CO2捕獲示範工廠(1.0公噸CO2/日),將超重力及吸收法技術轉移至業界。
2. 透過CO2程序創新改良,逐步提升整體資源使用效率;結合國內產業界之投入,共同進行CO2捕獲及再利用技術開發,以落實環境安全永續理念與CO2實質減量。
3. 於國內重點產業建立現場模組,已協助中鋼公司建立「鹼性廢棄物捕碳與再利用」技術模組,於三號熱風爐旁設置「超重力碳酸化程序」工廠,運用轉爐石與鹼性冷軋廢水,每日捕獲容量達0.17噸CO2,以推廣中鋼成功經驗。
4. 積極推廣「超重力碳酸化技術」進行CO2捕獲與產物再利用於國內重點產業:(1) 與「東和鋼鐵公司」建立產學合作,利用廠區電爐渣進行測試;(2) 與「台塑石化公司」建立產學合作,利用廠區副產石灰與冷卻廢水進行測試。
5. 配合「行政院節能減碳推動會」系列活動之「永續綠色生活」主題」;於3月3日參加103年度減碳淨煤主軸中心成果發表會,進行1場口頭演講,以及計畫成果實體與海報展示,與相關業界廠商及學研單位進行技術交流,並獲海報評選第一和二名佳績,並介紹計畫團隊103年度執行成果,建立產官學研間交流平台以促進國內化學迴路程序之發展。
6. 於104年3月28日參與TEDxNTUST 之展覽,呈現更多技職教育的可能性和前瞻性,同時也藉由演說籌辦讓化學迴路程序於台科大校園內增添更多活力、創造力以及分享力。
7. 於3月25日在元智大學、3月11日在宜蘭大學及4月8日在明志科技大學以「珍愛地球、節能減碳、推廣化學迴路燃燒技術」為題進行演講,推廣化學迴路燃燒技術。
8. 於10月14-16日參加於台北南港展覽館舉辦之「2015台灣國際綠色產業展 (Taiwan International Green Industry Show)」,宣傳並展示計畫執行成果,順利圓滿,深獲肯定,並為該參展之亮點計畫。
9. 於10月14日參加台北南港展覽館舉辦之「減碳淨煤技術產業化與國際創新合作之產官學研論壇」,獲邀演講:『Development of CO2 Capture Technologies for Post-Combustion』。
10. 於11月5-7日參加『2015化工年會暨減碳淨煤主軸成果發表會』,獲邀演講:『燃燒後二氧化碳捕獲技術之開發』。
11. 於12月4日參加新竹清華大學低碳能源研究中心舉辦之「2015國際低碳能源科技與產業政策研討會」,獲邀演講:『Post-Combustion CO2 Capture Technologies』。

計畫進度更新-中文: 
發表日期排列圖示 研究階段 內容
2016/01/13 結案(100%)
2015/11/23 實際應用評估(80%)

本計畫為三年期計畫(103~105年度),包含三項子計...