過去精餾、吸收等分離製程常應用平衡階段模型(equilibrium stage model)模擬。然而平衡模型未考慮分離過程吸收所伴隨的質傳,如果吸收過程中要把氣體濃度降到很低(ppm級),此時質傳推動力極低,使得平衡階段模型與實際操作一直存在相當大的差距,近年有不少研究者建立質傳速率模型(mass transfer rate-based model) ,例如ASPEN TECH 公司的ASPEN Plus RateFracTM模型,證明比傳統的平衡階段模型更適用於吸收過程的穩態模擬 。 中鋼的COG氣體經過冷卻後進入兩套不同的吸收塔,兩套設備的填充物不同,高度也不同。經過吸收後的COG氣體有不同的氨與硫化氫濃度變化,傳統的平衡階段模型只能用板效率描述兩套系統的差異,唯有用rate-based模型考慮兩相之間的質傳與熱傳問題,說明產量、設備大小的影響,才能真正描述兩個系統的操作情形。 我們以文獻數據驗證Aspen Plus 提供的熱力學(模型)、並藉由Aspen Plus建立rate-based吸收塔模式。Rate-based中的mass-transfer coefficient model、liquid holdup能因填充物不同做調整,reaction factor則可以對各反應的質傳控制貢獻做出調整,使rate-based model能符合不同填充物下的吸收塔操作。 系統的熱力模型,以系統中NH3-H2S-H2O、NH3- CO2 -H2O實驗值與模擬值比較,驗證其準確度在操作範圍內。以rate-based進行吸收塔的模擬,證明rate-based模型遠優於平衡板模型,而且能模擬預測flexipac與expanded metal兩種填充物的吸收塔操作結果,NH3/H2S/CO2的移除總量與現場十分吻合,出口COG中NH3/H2S/CO2的濃度也在合理範圍之內。 研究另探討Stripping water的流量與pH值對COG被吸收後氨濃度的變化。Waste water/ Coal water的pH流量控制是另一影響NH3出口濃度關鍵變因。發現NH3出口濃度受液相體積影響,但不太受液膜反應條件影響,顯示NH3反應速度較H2S反應慢,相當部分反應在液相進行。因此加上填充物選擇及塔內流場控制會對NH3出口濃度有影響。H2S出口濃度受液相體積及液膜反應條件影響,顯示H2S反應速度較NH3快,相當部分反應在液膜進行。所完成的rate-based模型能詳細描述吸收機制,符合實際操作,能進一步用於填充塔的設計。