吸着材の直接熱伝導加熱により低温度再生を可能とする革新的CO2資源化TSAの開発

开发创新型二氧化碳资源回收 TSA，通过吸附材料的直接热传导加热实现低温再生

基本信息

批准号：
21H03631
负责人：
児玉昭雄
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03631/
关键词：
吸着二酸化炭素廃熱利用水蒸気

项目摘要

吸着材の熱伝導加熱を可能とする内部熱交換型TSA操作を確立し，従来型のTSA操作では困難であった低温度再生による強吸着質CO2の濃縮回収の実現を目指す。そのため，１．内部熱交換型吸着塔内で生じる熱と物質の同時移動現象の可視化およびCO2と共存水蒸気の競合吸着現象の解明，２．吸着材充填層の伝熱性向上と最適な吸着材特性の検討を通じた内部熱交換型吸着塔の最適化，３．プロセス設計・操作指針の基盤構築に取り組んでいる。CO2と共存水蒸気の競合吸着現象の解明について，ゼオライトは水蒸気を強吸着し80℃程度の加熱では脱着することができず，温度スイング吸着操作が成立しない。よって，疎水性吸着材である分子ふるい炭素CMSを検討対象とした。吸着破過‐脱着実験において，分子ふるい炭素CMSは水蒸気吸着（脱着）量の増加によってCO2脱着速度が低下するが，水蒸気よりもCO2脱着の優先度が高く，CO2吸脱着量は原料ガスの湿度に依存しないことがわかった。この点で，CMSはゼオライトに代わるCO2吸着材になり得る。吸着材充填層の伝熱性向上に関して，CaA型ゼオライトの塗布を引き続き検討した。吸着材層厚みを変化することに加えてフィンピッチや熱交換器サイズを違えて吸着材表面積の影響についても検討した。吸着材は迅速に冷却・加熱されて吸脱着速度が大きくなり，短いサイクル時間で最大性能を示すことを確認した。一方で，吸着材搭載量が少ないために長時間のサイクル運転では性能低下が生じる。吸着材塗布厚みを増すこと，熱交換器容積を大きくすること，もしくはフィンピッチを狭めて吸着材塗布量を増加させることでCO2濃度，回収率ともに高い値となることを実験で示し，吸着材表面積が重要な要素の一つであることを見出した。一方で，吸着材塗布に代わる熱交換器への吸着材担持と熱交換器自体の熱容量の低減施策についても検討を開始した。

我们已经建立了内部热交换型TSA操作，该操作允许吸附剂的热导率，并旨在通过低温再生来实现强烈吸附的CO2的集中和恢复，这对于常规的TSA操作很困难。因此，1。在内部热交换吸附塔中同时转移的热量和材料的可视化，以及二氧化碳的竞争吸附现象的细节和共存水蒸气的竞争吸附现象，2。3。通过改进的装备床包装的床和检查性能优化内部热交换吸附塔的内部热交换吸附塔。我们正在努力为过程设计和操作指南建立基础。为了澄清二氧化碳的竞争吸附现象和共存的水蒸气，沸石强烈吸附水蒸气，在80°C左右的加热和温度摆动吸附操作是不可能的。因此，考虑了一种分子筛碳CMS，它是一种疏水吸附剂。在吸附突破吸附实验中，发现分子的二氧化碳解吸速率由于水蒸气吸附量的增加而导致碳cms降低，但二氧化碳的吸附量（解吸）却高于水蒸气，而二氧化碳的吸附量则高于二氧化碳的吸附量，而二氧化碳的吸附量不得依赖于均质的加油量，而均匀的均应均匀的均匀均匀的均匀均匀的均匀均匀的均匀均匀的物质。在这方面，CMS可以代替沸石。为了提高吸附剂堆积层的传热特性，继续使用CAA型沸石。除了更改吸附剂层的厚度外，我们还通过改变鳍螺距和热交换器大小来检查吸附剂表面积的效果。有人证实，吸附剂经过迅速冷却并加热以提高吸附和解吸速率，并且在短周期内表现出最大的性能。另一方面，少量的吸附载荷发生在长周期操作中，导致性能恶化。实验表明，增加吸附剂涂层的厚度，增加热交换器的体积或缩小鳍螺距以增加吸附剂涂层量会导致高二氧化碳浓度和恢复速率，并发现吸附剂表面积是重要因素之一。另一方面，我们还开始考虑将吸附剂带入热交换器中，以替代吸附剂涂层并降低热交换器本身的热容量。