2019 Fiscal Year Annual Research Report
Adsorption purification of biogas and high-efficiency utilization of the adsorption heat
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17K00626
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
松本 明彦 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90239088)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 博光 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00780579)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 吸着 / 真空圧力スイング吸着 / ゼオライト / 二酸化炭素 / 吸着熱 / Toth式 / 消化ガス / 脱着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二塔式真空圧力スイング吸着(VPSA)装置による二酸化炭素（CO2）の高効率な吸着分離を目指し，吸着塔（A)へのCO2吸着時に発生する吸着熱を，CO2の脱着過程にあるもう一つの吸着塔（B)内に伝導して脱着熱の補償に利用することで，A塔内の温度上昇の低減による吸着剤の吸着性能の維持とB塔内の脱着温度低下の低減による吸着剤の再生過程の効率化を図った。またCO2吸着等圧線を測定し，吸着塔内の温度分布の変化から吸着塔内の吸着量分布を解析してCO2の吸着分離における吸着熱の影響を調べた。
二塔式VPSAは２つの吸着塔（内径70㎜，長さ280㎜）に陽イオン性ゼオライトを充填して用いた。CO2を40％含むN2・CO2混合ガスを消化ガスのモデルガスとして用い，線流速60.0mm/sでCO2吸着を測定した。別途，吸着等温線と微分吸着熱を測定し，Toth式により吸着等圧線を算出して各測定点での吸着量を推算した。
熱交換器を導入した結果，吸着時の吸着塔A内の温度は353Kから347Kに低下し，脱着塔B内の温度が7～10K程度上昇した。吸着塔AからBに移動した熱量は，吸着塔全体で176.8ｋJであった。別に測定したゼオライトのCO2積算吸着熱から見積もった吸着塔A内の吸着熱は173ｋJであり実測値とよく一致した。また吸着塔Bに移動した熱量は176ｋJであることからほぼ100％の高い効率で熱が伝導していることが分かった。CO2吸着量は，熱交換器の導入前後で1.81mmol/gから2.50mmol/gに増加した。これは，吸着時の温度上昇が抑制されたためである。吸着塔Aで吸着，Bで真空脱気を同時に行った場合は，A塔内の温度がさらに減少した。これは吸着時間が経過した時にさらに顕著であった。以上，本システムにより，CO2の高効率な分離が実現することが分かった。現在はパイロットプラントでの実験に着手している。
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