2023 Fiscal Year Annual Research Report
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
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21H03631
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
児玉 昭雄 金沢大学, 新学術創成研究機構, 教授 (30274690)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
汲田 幹夫 金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (60262557)
大坂 侑吾 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (70586297)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 吸着 / 二酸化炭素 / 廃熱利用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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した。まず，吸着破過試験を通じて水蒸気共存下でのCO2吸脱着挙動の解明を試みた。ゼオライトに吸着した水蒸気は80℃程度の加熱では脱着が難しいことに加えて，吸着工程での水蒸気によるCO2の置換吸着の影響も大きいことがわかった。湿潤ガスに対してゼオライトを使用する場合には吸着したCO2が水蒸気で置換されない時間設定が重要になる。疎水性吸着材である分子ふるい炭素CMSは，CO2選択性と吸着容量はゼオライトに劣るものの相対湿度70%程度の湿潤ガスに対して分離濃縮性能はほとんど変わらない。共存水蒸気が吸着塔を素通りすることから水蒸気脱着にかかるエネルギー消費を小さくできる可能性がある。ポリエチレンイミンPEIは水蒸気を多く吸収している状態でより多くのCO2を吸収し，サイクリック吸脱着実験において分子ふるい炭素CMSよりも高い分離濃縮性能を示した。しかし，原料ガスの湿度が低く，水蒸気吸収量が少ない状態ではCO2吸着量が著しく低下することがわかった。
熱交換器伝熱面への吸着塗布は吸着材層の伝熱特性を改善し迅速な吸脱着を可能とした。吸脱着切替による熱ロス低減のため，ガスとの接触面積を拡大し，単位体積あたりの吸着材搭載量の増大を狙った熱交換器を試作，CaAゼオライトを担持した。これによりCO2回収濃度は約10%上昇し，CO2回収率は70%を超えた。技術的かつ経済的に課題が残る吸着材塗布の代替として，簡単構造の熱交換器に伝熱性を高めたハニカム状吸着材を挿入することを新たに提案した。
プロセス設計・操作指針の基盤構築として，分子ふるい炭素による湿潤模擬排ガスからのCO2分離濃縮を対象に脱着出口ガスの時間分割と吸着塔への再還流操作の有効性を確認した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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