工業革命以來，最緊迫的環境議題之一是減少人為二氧化碳排放和降低大氣中的溫室氣體濃度。其中二氧化碳是造成地球溫室效應最主要的氣體，因此二氧化碳捕獲技術也成為各國科技發展的主要方向。
    本研究針對淨輸出功率為550 MWe的燃煤發電廠所排放之廢氣，其組成為13.50 mol% CO2、15.17 mole% H2O、68.08 mole% N2、2.43 mol% O2及0.82 mol% Ar，溫度為57.2℃、壓力為103 kPa，分別比較氨水（NH3·H2O）和單乙醇胺（C2H7NO）兩種溶劑對二氧化碳的吸收能力及能耗多寡。模擬結果顯示，氨水及單乙醇胺皆可吸收99.9 mole%的二氧化碳；耗能方面，氨水吸收劑每吸收莫耳流率13.49 kmol/hr的二氧化碳需要5,695 kW的能量，單位換算後，每吸收一噸二氧化碳需要34.64 GJ，單乙醇胺吸收劑每吸收莫耳流率13.49 kmol/hr的二氧化碳需要4,001 kW的能量，也就是每吸收一噸的二氧化碳需要24.26 GJ，所以單乙醇胺吸收劑能耗較少。值得一提的在嗅覺閾值的控制方面，吾人必須再添加一座吸收塔使得氨氣排出濃度小於5.75 ppm，單乙醇胺所排出濃度小於2.6 ppm，結果顯示，MEA比氨氣需要更多的水，以達到環保法規的要求。
    本論文使用 “Aspen Plus”進行程序合成與設計，程序流程圖則使用“visio”繪製。

Since the Industrial Revolution, one of the most pressing environmental issues is to reduce anthropogenic carbon dioxide emissions and reduce greenhouse gas concentrations in the atmosphere. Because carbon dioxide is the main gas that causes the global greenhouse effect, the carbon dioxide capture technology has become a main research direction worldwide.
The design basis of this study deals with the emissions from a coal-fired power plant with a net output of 550 MWe. The exhaust gas consists of 13.50 mol% CO2, 15.17 mole% H2O, 68.08 mole% N2, 2.43 mol% O2 and 0.82 mol% argon at a temperature of 57.2℃ and 103 kPa. To compare with the absorption capacity of carbon dioxide and energy consumption, we used aqueous ammonia and monoethanolamine, respectively. The simulation results showed that both aqeous ammonia and monoethanolamine are able to absorb 99.9 mole% of carbon dioxide, removing more than 90% of the carbon dioxide in the flue gas. In terms of energy consumption, the ammonia stripper requires 5,695 kW with the molar flow rate of 13.49 kmol/hr of carbon dioxide. That is, the absorption of one tonne of carbon dioxide requires 34.64 GJ. As to the monoethanolamine stripper requires 4,001 kW with the same molar flow rate of 13.49 kmol/hr of carbon dioxide. That is, the absorption of one tonne of carbon dioxide requires 24.26 GJ. As a result, we conclude that the energy consumption is relatively smaller with the monoethanolamine absorbent. It is worth noting that in order to control the emission odor, we must add another absorption tower so that the ammonia discharge concentration is less than 5.75 ppm and the concentration of monoethanolamine less than 2.6 ppm. The results showed that monoethanolamine requires more water than aqueous ammonia in order to meet environmental regulations.
In this thesis, the software “Aspen Plus” was used to carry out the synthesis and design. The process flow diagrams were drawn using the software “visio”.

目錄
目錄	IV
圖目錄	VI
表目錄	VIII
第一章、	緒論	1
1.1	研究動機	1
1.2	研究目的與方法	4
第二章、	理論基礎	5
2.1	程序合成與設計理論	5
2.1.1	程序合成與設計之經驗法則	5
2.1.2	洋蔥模式	9
2.1.3	程序的核心─反應器	10
2.1.4	分離和回流	10
2.2	Aspen Plus 模擬軟體簡介	12
2.2.1	Aspen Plus之基本架構	12
2.2.2	Aspen Plus之模擬操作步驟	13
第三章、	氨水與單乙醇胺吸收二氧化碳之程序合成與設計	16
3.1	前言	16
3.2	氨水吸收二氧化碳之製程描述	17
3.3	單乙醇胺吸收二氧化碳之製程描述	20
3.4	氨水吸收二氧化碳之程序設計	23
3.5	單乙醇胺吸收二氧化碳之程序設計	37
第四章、	含嗅覺閾值之氨水與單乙醇胺吸收二氧化碳的程序合成與設計…………………..	52
4.1	前言	52
4.2	含嗅覺閾值之氨水吸收二氧化碳	53
4.3	含嗅覺閾值之單乙醇胺吸收二氧化碳	59
第五章、	氨水及單乙醇胺吸收二氧化碳之製程比較	64
第六章、	製程強化與製程模擬改善	68
6.1	製程強化	68
6.2	製程改善	71
第七章、	結論與建議	73
7.1	結論	73
7.2	建議	74
參考文獻	75
 
圖目錄
圖1.1、1958–2017 年間的大氣二氧化碳濃度變化	1
圖2. 1、程序設計之洋蔥模式	9
圖2. 2、整體分離系統組合	11
圖2. 3、Aspen Plus之熱力學模式選擇流程	15
圖3. 1、氨水吸收二氧化碳之程序流程	18
圖3. 2、單乙醇胺吸收二氧化碳之程序流程	21
圖3. 3、氨水化學吸收平衡反應式之輸入	25
圖3. 4、氨水化學吸收平衡反應式之設定結果	25
圖3. 5、氨水吸收二氧化碳壓縮機C-101之設定	26
圖3. 6、氨水吸收二氧化碳進料冷卻器E-101之設定	26
圖3. 7、氨水吸收二氧化碳進料冷卻器E-102之設定	27
圖3. 8、氨水吸收二氧化碳進料冷卻器E-103之設定	27
圖3. 9、氨水吸收二氧化碳吸收塔之“Specification”設定	29
圖3. 10、氨水吸收二氧化碳吸收塔內之“Reactions”設定	29
圖3. 11、氨水吸收二氧化碳吸收塔滯留體積“Holdups”之設定	30
圖3. 12、氨水吸收二氧化碳吸收塔之Aspen Plus 程序模擬流程	30
圖3. 13、氨水吸收二氧化碳HeatX之溫度設定	32
圖3. 14、氨水吸收二氧化碳氣提塔之“Specification”設定	33
圖3. 15、氨水吸收二氧化碳氣提塔“Reactions”設定	34
圖3. 16、氨水吸收二氧化碳氣提塔滯留體積“Holdups”之設定	34
圖3. 17、氨水吸收二氧化碳氣提塔之Aspen Plus程序模擬流程	35
圖3. 18、單乙醇胺化學吸收平衡反應式之輸入	39
圖3. 19、單乙醇胺化學吸收平衡反應式之設定結果	39
圖3. 20、單乙醇胺吸收二氧化碳壓縮機C-101之設定	40
圖3. 21、單乙醇胺吸收二氧化碳進料冷卻器E-101之設定	40
圖3. 22、單乙醇胺吸收二氧化碳進料冷卻器E-102之設定	41
圖3. 23、單乙醇胺吸收二氧化碳進料冷卻器E-103之設定	41
圖3. 24、單乙醇胺吸收二氧化碳吸收塔之“Specification”設定	43
圖3. 25、單乙醇胺吸收二氧化碳吸收塔Aspen Plus 程序模擬流程	43
圖3. 26、單乙醇胺吸收二氧化碳HeatX之溫度設定	45
圖3. 27、二氧化碳氣提塔之“Specification”設定	46
圖3. 28、“Balance”之“Mass Balance”設定	47
圖3. 29、“Balance”之“Calculate”設定	48
圖3. 30、 MEA“Balance”之計算結果	48
圖3. 31、 Broyden模式設定	49
圖3. 32、斷開物流25使模擬先達到收斂狀態	49
圖3. 33、二氧化碳氣提之Aspen Plus程序模擬流程	50
圖4. 1、氨水吸收二氧化碳之程序流程(含嗅覺閾值)……….…........54
圖4. 2、含嗅覺閾值之氨水二氧化碳吸收塔(T-103)“Specification..56
圖4. 3、含嗅覺閾值之氨水吸收二氧化碳Aspen Plus程序模擬流...57
圖4. 4、含嗅覺閾值之單乙醇胺吸收二氧化碳之程序流程…….......60
圖4. 5、嗅覺閾值MEA吸收二氧化碳Aspen Plus程序模擬流程....62
圖5. 1、氨水吸收二氧化碳之程序流程	65
圖5. 2、單乙醇胺吸收二氧化碳之程序流程	66
圖6.1、三種熱泵輔助蒸餾示意圖	69
圖6.2、塔頂熱直接壓縮式熱泵蒸餾	69
圖6.3、塔底液體驟沸式熱泵蒸餾	70
圖6.4、非平衡模式和平衡模式的物理性質需求比較	72
圖6.5、非平衡模式和平衡模式考慮方程式的比較	72
 
表目錄
表2- 1、Aspen Plus物流型態說明	13
表3- 1、氨水吸收二氧化碳製程之設備清單	19
表3- 2、單乙醇胺吸收二氧化碳製程之設備清單	22
表3- 3、以氨水作為吸收劑的二氧化碳吸收反應平衡常數	23
表3- 4、氨水吸收二氧化碳之冷卻進料物流資料	28
表3- 5、氨水吸收二氧化碳吸收塔之物流資料	31
表3- 6、氨水吸收二氧化碳氣提塔之物流資料	36
表3- 7、以MEA作為吸收劑的二氧化碳吸收反應平衡常數		  37
表3- 8、單乙醇胺吸收二氧化碳之冷卻進料物流資料	42
表3- 9、單乙醇胺吸收二氧化碳吸收塔之物流資料	44
表3- 10、單乙醇胺吸收二氧化碳氣提塔之物流資料	51
表4- 1、含嗅覺閾值之氨水吸收二氧化碳製程之設備清單	55
表4- 2、含嗅覺閾值之氨水吸收二氧化碳之物流資料	58
表4- 3、單乙醇胺吸收二氧化碳製程之設備清單	61
表4- 4、二氧化碳吸收之物流資料	63
表5- 1、氨水吸收二氧化碳製程設備之能耗	65
表5- 2、單乙醇胺吸收二氧化碳製程設備之能耗	66
表5-3、氨水吸收劑 vs. 單乙醇胺吸收劑67

【1】		https://esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/full.html，引用日期  	 (29/06/2017)。
【2】		徐恆文，二氧化碳減量：二氧化碳的捕獲與分離，科學發展	413期，24 ~ 27頁(2007)。
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【7】	談駿嵩、王志盈，二氧化碳捕獲，科學發展，510期，32~ 37頁(2015)
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【10】	Lin, Y. J., T. H. Pan, D. S. H. Wong, S. S. Jang, Y. W. Chi, and C. H. Yeh,Plantwide Control of CO2 Capture by Absorption and Stripping Using Monoethanolamine Solution,Ind. Eng. Chem. Res., 50, 1338 (2011).

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【14】	張一岑，化工製程強化，揚智文化事業股份有限公司(2017)。
【15】	Jana, A.K, Advances in Heat Pump Assisted Distillation Column: A Review, Energy Convers. Manage. 77, 287(2014)
【16】	Taylor, R., R. Krishna, and H. Kooijman, Real-World Modeling of Distillation, Chem. Eng. Prog., 28, July (2003).