CN111278530A - 气体吸附体和其制造方法及二氧化碳气体浓缩装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种通过变温吸附法能够以高回收率回收并以高浓度浓缩二氧化碳气体且耐久性高、压力损耗较小、能够小型化以及能够降低制造成本的气体吸附体和二氧化碳浓缩装置。本发明涉及一种粒状吸附材料粘接片层叠吸附体及使用吸附体的二氧化碳气体回收浓缩装置，因此解决固定床、移动床、流动床方式等填充层的缺点，并解决蜂窝转子方式的高成本化的缺点，从而可以得到具有两种方式的特征的二氧化碳气体回收浓缩装置。并且，该装置通过在吸附体润湿的状态下吸附二氧化碳气体，利用水的蒸发冷却效果可大大提高吸附性能，并且解吸时通过混合有二氧化碳气体和水蒸气的低温饱和蒸气进行再生解吸还可提高节能性。

Description

气体吸附体和其制造方法及二氧化碳气体浓缩装置

技术领域

本发明涉及一种气体吸附体和其制造方法及二氧化碳浓缩装置，其能够通过基于水蒸气的冷凝热的解吸和基于由冷凝水的蒸发冷却带来的吸附促进效果的变温吸附法以高回收率回收二氧化碳气体，能够浓缩成高浓度、耐久性高、压力损耗较小、能够小型化且能够降低制造成本。

背景技术

吸附与吸收现象为不同且相似的现象，在存在这两个要素的情况下，使用吸着这一词。之所以称其为吸附，是因为当将胺系二氧化碳吸收材料浸渍于介孔二氧化硅等多孔吸附材料时，不仅是吸收材料的特性而且由于吸附材料的細孔形状带来的影响也很大。以下，虽为了避免重复标记为吸附，但是还包含所有吸着。

使用固体吸附材料的气体处理装置有除湿装置、有机溶剂浓缩装置、气体分离装置等。这种气体处理装置以如下周期运行：在处理工序中使被处理气体流入填充有吸附材料粒子的塔中以吸附气体中的目标气体，在下一再生工序中使加热后的解吸气体流动以解吸并提取吸附的气体，再次返回至处理工序。去除目标吸附气体后的剩余的气体也存在有用的情况，相反，目标气体也存在是有用的情况。

使用粒状吸附材料填充层的气体分离装置中有固定床的多塔式吸附浓缩装置、流动床方式、移动床方式。并且，根据再生方式，将其分为变温吸附方式和变压吸附方式。并且，在不是粒状吸附材料而是形成为蜂窝状的吸附层中，从虽然与处理气体的接触面积大，但压力损耗小，轻型的同时强度高的特征出发，近年来广泛用于蜂窝转子除湿机、转子式VOC浓缩装置等大型气体处理装置。

本申请涉及一种将不是简单的变温吸附法而是基于水蒸气的冷凝热的解吸和基于由冷凝水的蒸发冷却带来的吸附促进效果的湿式变温吸附方式作为对象的吸附体和其制造方法及二氧化碳气体浓缩装置。并提出了一种既不是填充层也不是蜂窝的、具有各个特征并消除各个缺点的吸附体及其制造方法及使用该吸附体的高效节能的二氧化碳气体回收浓缩装置。

专利文献1：日本特开平4-83509号公报

专利文献2：日本特开平6-91128号公报

专利文献3：WO2014/208038号公报

专利文献4：日本特开2001-205045号公报

专利文献5：日本特公平7-16576号公报

专利文献6：日本特开2000-246039号公报

专利文献7：日本特开2001-205018号公报

专利文献8：日本特开2009-209314号公报

专利文献9：日本特开2010-227830号公报

专利文献10：日本特开平11-76733号公报

发明内容

发明要解决的课题

一般的变温吸附气体吸附分离法中，大致分为基于粒状吸附材料填充层的固定床方式、流动床方式、移动床(层)方式及使用蜂窝状吸附体的蜂窝转子吸附/浓缩法。使用填充层的方式能够以较低成本实现，但是压力损耗高、由于粒状吸附材料的流动而产生粒子的磨损、破损或产生填充不均匀等缺点。使用蜂窝状吸附体的方法具有虽然表面积大，但压力损耗也低，虽然轻型，但强度也高，因此具有容易实现大型装置的优点，相反，由于蜂窝吸附体的加工工时多且加工困难，因此具有成为高成本的缺点。

在专利文献1、2中公开有使用将粒状二氧化碳吸附材料分割容纳于铲斗状容器而成的圆盘形容器的转子，使转子进行旋转或将转子固定而使通道装置进行旋转从而在吸附区吸附二氧化碳，且在解吸区通过加热气体来解吸回收高浓度二氧化碳的方法。这些方法能够连续地吸附/解吸，但是尚未解决吸附材料粒子的填充层的缺点。

专利文献3中公开有移动床式二氧化碳回收浓缩技术。对填充有二氧化碳吸附材料的吸附塔通入原料气体而吸附二氧化碳，且进行吸附后将吸附材料移动至再生塔，由水蒸气的冷凝进行加热来解吸回收二氧化碳。此外，以二氧化碳吸附材料经由干燥塔再次移动至吸附塔而吸附二氧化碳的连续循环实现目的。该方法，仅通过吸附材料粒子的填充层的移动也无法解决填充层的缺点。

专利文献1、2、3具有用于使用粒状的吸附材料的缺点、即粒子填充层的通气阻力大的课题、若粒子大则由于粒子外部和内部的扩散阻力的不同而对性能具有不良影响，限制性能的提高。即使如此，小的吸附材料粒子中，粒子通过气流而浮动，因此处理气体的速度受到限制。吸附材料粒子流动时产生粒子的破裂磨损。并且，还产生如下问题：若为了提高性能而使用内部扩散阻力小的多孔性吸附材料，则粒子的强度下降，容易因流动或移动而磨损、破裂。此外，如专利文献3所示，对解吸气体使用水蒸气或饱和蒸气时，由于粒子通过冷凝水的毛细作用而聚集或孔隙被冷凝水堵塞，因此另外需要干燥工序等装置设计变得困难。

专利文献4中提出有蜂窝结构的转子，降低了压力损耗。并且，公开有随着转子进行旋转而依次经过吸附区、基于加热二氧化碳气体的解吸区、气体净化区、再生冷却区(以下，表示为冷却区)而再次返回到吸附区的流程。蜂窝吸附体具有如下等优点：压力损耗小，能够使蜂窝壁变薄，因此接触效率也高，轻型且强度高，从而易于大型化。另一方面，制造方法中对吸附材料填充密度有限制。并且，从微粉碎、涂布或浸渍、波纹加工、转子化等、加工工序多的方面出发，也存在成本增加的缺点。

专利文献5中公开了一种通过将小粒子状吸附材料粘接到片材的两面，进而进行波纹加工、卷绕而获得热交换吸附体的方法。此外，发现了很多同样的专利文献，但在波纹层叠蜂窝中吸附材料的高密度化困难，必须增加成本。本发明的根本的不同点在于，不进行波纹加工而获得吸附材料粒子兼作隔离支撑体，密度低于填充层且填充密度高于层叠蜂窝的层叠吸附体的方法。

专利文献6中公开了一种吸附用处理部件，其沸石系粒子粘接固定于具有通气性过滤材料，以1～2层进行通气使用时，和粘接于无通气性的片材时，用作一侧表面开放的1层，所述吸附用处理部件是将家用或汽车用空气净化器作为对象的小型装置用，无法应用于大容量气体的处理。

专利文献7中公开了如下方法：交替层叠热熔融性粘接片和活性炭和离子交换树脂等吸附材料粒子群之后，进行加热以熔化加热熔融片材，从而制作吸附粒子群彼此粘接而成的吸附体。若为该方法，则不会产生由于吸附材料粒子的流动导致的不良情况。但是，虽然在加热前没有被密集地填充，但是在进行加热以熔化加热熔融片材的工序中得到最密集化，却无法解决由密集填充带来的缺点。

专利文献8中公开了一种吸附体，其混合填充离子交换树脂的粒子和粉末状热熔胶树脂并将其进行加热以熔融热熔胶树脂，在树脂的粒子表面形成热熔胶树脂的膜并且进行粘接一体化，同时通过从树脂释放的水蒸气在树脂膜上产生微细孔。并且，在进行一体化时，通过大量的销形成贯穿孔，从而能够成为压力损耗小的吸附成型体。但是，该方法中，吸附粒子群被固定，但是除了贯穿孔以外密集填充化的课题还没有解决。

专利文献9中公开了如下方法：将活性炭粒子和粒子状热塑性树脂粘接剂进行混合并放入容器中，进行加热以熔融热塑性树脂粘接剂并粘接活性炭粒子，并且同时将大量的针刺入容器中之后拔出，从而产生贯穿孔，制作通气性高的气体吸附过滤器。

以上，在专利文献6、7、8、9中公开了如下方法：将粒状活性炭或离子交换树脂填充到成型容器中并加热熔融粘接热熔胶树脂粘接剂，从而获得粒状吸附材料结合而成的吸附体。但是，无论是哪种方法都必须将粒子的密度近似为最密集填充。并且，均为无法将再生温度提升至热熔胶粘接剂的耐热温度以上的、假设为一次性的吸附体。

专利文献10中公开了通过在片状基材上形成静电植绒短的活性炭纤维的片材并将其层叠多张来制作吸附体的方法。但是，纤维状吸附材料限定于活性炭纤维或离子交换纤维等、可纤维化的一部分吸附材料，应用范围也窄，从而无法避免高成本化。

蜂窝吸附体的接触面积大，但是压力损耗低，轻型但有强度，容易适用于大型处理装置。但是，高密度化存在限制，制造方法上还存在容易高成本化的问题。制作蜂窝吸附体的方法大致分为使混抄或粘接涂布吸附材料而成的片材成波纹状并进行蜂窝加工的方法、将进行蜂窝加工后的基材浸渍担载于包含吸附材料的浆料中的方法、以及压印包含吸附材料的粘土而形成蜂窝的方法等。当制作如上所述的蜂窝吸附体时，只要为几微米至几十微米的微粉状吸附材料，则能够直接使用，但是在球状硅胶或离子交换树脂粒子等的情况下，必须事先粉碎成几微米～几十微米的粉末。

浸渍法、涂布法、压印法均需要用于固定吸附材料微粒的粘合剂，因此粒径越细，每一重量的吸附材料的粘接面积变越大。若粘合剂量多，则覆盖吸附材料表面而使性能下降，若粘合剂量少，则存在吸附材料脱落的风险，因此当筛选粘合剂或确定使用量时要格外小心。进行波纹加工并卷绕而制作蜂窝转子吸附体时，片材厚度t、波纹峰间距p及峰高h具有最佳比率范围，从所需性能和加工性的方面出发，成为t＝0.1～1、p＝2～6、h＝0.8～4的范围。为了高性能化而实现高单元化，不得不使片材变薄并造成高成本化。以高密度含有吸附材料的吸附体为目标，若增加片材厚度t，则如果不进行低单元化，则无法进行加工。当浸渍担载于蜂窝基材时，也必须成为相同的比率。在蜂窝吸附体的情况下，实际上开口率达到50％左右，除了基材和粘合剂以外的吸附材料含有率为50％左右，吸附材料填充密度实际极限为25Vol％左右。

由于填充粒状吸附材料的吸附床只是在吸附容器中填充吸附材料即可，因此能够容易构成吸附层。但是，相反成为无法调整填充密度且压力损耗高，粒子通过气流流动而粒子磨损、破裂从而产生粉尘或由于填充层的局部堵塞导致压力损耗的上升等不良情况的原因。

并且，使用粒状吸附材料的填充层中，就高性能化和小型化的观点而言，减小粒子来增加与处理气体的接触面积是有利的，但是越是小的粒子，压力损耗变得过大，也容易引起由气流引起的流动，设计变得困难，并且对于大型装置有困难。

此外，粒子的填充率若为球状，则填充密度在55～74％的范围，即使在初期为疏密度，也会因流动或震动而变得最密集填充化。并且，硅胶或树脂系粒状吸附材料由于吸湿或吸水而溶胀，从而产生体积变化，因此在密集集填充中没有溶胀的逃逸场所而还存在吸附材料粒子破裂的问题。通过专利文献6、7、8、9、10所示的方法获得使吸附材料粒子固定的吸附体，但是粒子的填充密度只有最密集化这一选项，若吸附材料吸水溶胀，则整个吸附体也会发生较大的体积变化。专利文献8、9的方法中公开了在粒状吸附材料群中形成透过通路而减少压力损耗的方法，但是除了透过通路以外为最密集填充，由最密集填充引起的问题尚未解决。

蜂窝吸附体从即使接触面积大，压力损耗也低，轻型且强度高，因此从容易大型化的优点出发，可应用于干燥剂除湿用途、有机溶剂浓缩用途、化学过滤器、臭氧过滤器等很多空气处理装置。作为层叠蜂窝吸附体的制造方法大致分为，将掺入粉状或纤维状吸附材料的纸、涂布有粉状吸附材料的片材进行波纹加工并进行层叠或卷绕而使其蜂窝化的方法、将未包含吸附(吸着)材料的基材片材进行波纹加工并进行层叠或卷绕而使其蜂窝化之后，浸渍到将吸附(吸着)材料粉末和粘合剂进行混合而成的浆料中，进行提拉并干燥的浸渍涂布法。

含有吸附材料的片材的波纹加工法或将吸附材料浸渍到波纹层叠体的浸渍担载法均为了保持粉状吸附材料而所须需的粘合剂，因此具有粘合剂阻碍吸附性能或若粘合剂少，则会产生吸附材料粉的脱落的风险。

并且，在将粉状吸附材料的混合纸或涂布片材进行波纹加工之后制作层叠蜂窝吸附体的加工法中，需要耐受波纹加工的片材强度，片材的厚度和可加工的单元数上，存在可能的范围和限制。吸附材料的含有率与波纹加工性处于相反的关系，使高性能化变困难。并且，若为了高性能化而欲使其高单元化，则必须使其变薄，通过使其变薄，造纸加工性、波纹加工性的难易度也增加，从而成为成本增加的原因。

将吸附材料浆料浸渍涂布到经波纹加工的蜂窝基材的方法中，从堵塞引起的浸渍的困难性出发，高单元化和高担载率处于相反关系，对吸附材料的高密度化存在限制。混合纸波纹法或涂布片材波纹法中30wt％左右存在限制。还有基于浸渍法的担载率为40～50wt％的例，但吸附材料或无机粘合剂的比重重达2～3左右，因此也经常看到。认为减去基材和粘合剂后的吸附体每体积含有吸附材料的最大体积率的极限为25Vol％左右。

用于解决问题的手段

本发明涉及一种气体吸附体和其制造方法及二氧化碳浓缩装置，其能够通过基于水蒸气的冷凝热的解吸和基于由冷凝水的蒸发冷却带来的吸附促进效果的湿式变温吸附法以高回收率回收二氧化碳气体，能够浓缩成高浓度、耐久性高、压力损耗较小、能够小型化且能够降低制造成本。

本发明的吸附体通过在片材的一侧表面或两侧表面粘接固定粒状吸附材料并层叠该片材而制作。一边由于粒状吸附材料固定于片材，因此使用粒状吸附材料，一边由于没有因作为填充塔方式、流动床方式、移动床方式的缺点的粒状吸附材料彼此的接触、碰撞、摩擦产生的粒子的破坏或磨损，并且不是最密集填充结构，因此即使吸附水蒸气等而粒状吸附材料溶胀、膨胀也能够防止粒子的变形、破裂等不良情况。并且，能够任意制作粒子密度，因此根据用途、吸附材料种类、使用方法等，容易优化，并且能够进行还考虑到粒子之间的气体的流动的最佳设计。

作为粒状吸附材料的形状，尽量优选粒径均一的球状，但是即使粒径不均一，破碎状、圆柱状等也能够够适用于本发明的吸附体。吸附材料的种类只要为活性炭、硅胶、活性氧化铝、离子交换树脂、固体胺等固体吸附材料，则不选择吸附材料种类。若粒径大，则由与处理气流的宏观的接触面积减小和粒子内的气体的扩散阻力，吸附/解吸速度降低，因此为了利用吸附材料粒子固定于片材的优点来提高性能为3mm以下的粒径、优选为2mm以下的粒径，进一步优选为1mm以下的粒径。并且，大径的例子还存在由于吸湿/脱湿导致的体积变化、由于热休克而易于破裂的缺点，因此通过采用小径粒子能够解决该问题。

当为了装置的高性能化而采用1mm以下的微小粒子时，以往技术的填充层中压力损耗变得极高，虽然产生由气流引起的粒子的流动化和基于流动的各种不良情况，但在本发明中，有如下特征：固定微小粒子，也能够自由设定填充密度，因此能够调整压力损耗，不会产生粒子的破裂粉化，即使局部破裂，也能够将粒子间隔设定得比最密集填充稀疏，因此也不会产生由破片引起的吸附粒子层的堵塞等不良情况。微小粒子是指有意地控制粒径的吸附材料粒子，也能够通过乳液法等制造0.1mm以下的微粒吸附材料，除非选择等于或大于粘接的片材的厚度、优选2倍以上的粒径的吸附材料，否则填充密度不会提高。

在本发明的方法中，吸附材料粒子二维粘接固定于片材的一侧表面或两面，相较于三维填充粒状的吸附材料的吸附层，也不受由重力引起的最密集化的影响，如图3左图的照片，吸附材料彼此的接触也少。由于粒子被固定，因此在填充有粒状的吸附材料的层(床)中成为问题的缺点、流动、破碎、粉化、最密集部的堵塞、疏密部的吹扫等被解决。

当三维填充粒子时，在最稀疏的情况下实验上为55Vol％左右，但由于重力和粒子的振动、流动移动而无法避免最密集填充化(π/√18＝0.74048)74Vol％。以上的理论基于粒径均一的情况，当粒径不均匀时，填充密度进一步提高。

本发明的方法中，粘接固定时的粒子的重力仅向片材面方向施加，因此也无二维排列的最密集填充化倾向，填充率除非另有说明，否则实验上成为40Vol％左右。如图3的左图所示，粒子彼此的接触少，大半情况下为分开粘接固定也是该粒子粘接片及层叠吸附体的特征。此外，由于粒子彼此的接触少，因此具有使气流在粒子之间平稳地通过而提高接触效率的效果、即使粒子因吸湿、吸水等而膨胀，也避免产生由于膨胀引起的粒子的破裂或堵塞的效果。

发明效果

本发明中，将粒状的吸附材料粒子在粒状吸附材料的制造的状态(制造粒状吸附材料的状态)或以粗破碎的状态使用，因此如担载在蜂窝时那样没有进行微粉碎的功夫，也没有微粉状吸附材料被粘合剂覆盖而吸附性能降低的情况，并且也没有微粉状吸附材料剥离而飞散的情况。能够减少微粉碎、波纹加工、涂布或浸渍干燥等工序，并且能够降低成本。

并且，在以往技术的构成粒状吸附材料填充层的固定床、流动床、移动床的吸附装置中，存在通过粒子的流动或接触进行磨损、破碎、粉化的问题、压力损耗高、产生密度不均和变化等的问题，但本发明的特征为，在片材的一侧表面或两面粘接固定粒状吸附材料，进而将该片材进行层叠或卷绕而构成吸附体，因此没有粒子的流动，从而也不会产生破碎、粉化飞散、粒子的偏离。在本发明中，制造方法上不会产生基于粒子的重力的影响的密集填充部，因此如图3的左图所示，粒子彼此的接触部非常小，能够分散固定于片材上。此外，还有如下特征：在将粒子粘接到片材上的阶段还能够任意设定填充密度，也能够控制粒子排列或在粒子排列中设定导风路和导风分隔器，因此能够在目标吸附装置制作最佳吸附体。

在三维填充粒子状吸附材料的层(床)中，从球的最密集填充理论而言，粒子彼此的接触点在1个粒子上最多存在12处，并在该接触点周边形成毛细管，如图6的左图所示在接触点冷凝水被毛细管力吸引，在粒子表面形成冷凝水的疏密，而对吸附工序中的二氧化碳吸附与水的蒸发冷却现象的同时进行现象带来不良影响。即，冷凝水疏的部分中，气化冷却水在中途中断，粒子的接触部位的冷凝水密的部分中，吸附的开始因较厚地覆盖表面的水膜而延迟。

本发明的吸附体中，如图6的右图所示，粒状吸附材料在片材表面以少的接点分布粘接，因此水膜通过毛细作用力，如图6的右图所示，主要被拉至与片材的接触点，并且不会阻碍二氧化碳气体的吸附。并且，即使产生冷凝水的分布不均匀，也可通过片材的热传导促进整体吸附体中的热传导。即，蒸发冷却效果在整个吸附体内部得到补充和提高，结果，整个吸附体中的吸附性能也提高。

附图说明

图1是在片材的一侧表面连续粘接固定吸附材料粒子的装置的影像图。

图2的左图表示在片材的一侧表面粘接固定粒状吸附材料的片材，右图是层叠该片材的吸附块体的图。

图3的左图是粒状吸附材料粘接片的表面照片，右图是该层叠吸附体的照片。

图4是将层叠容纳有吸附材料粒子粘接片(左图)的块体(中图)组装成圆筒状的圆柱型吸附转子(右图)的实施例。

图5表示使用圆柱型吸附转子的圆筒型转子旋转式二氧化碳气体浓缩装置的实施例。

图6是湿式二氧化碳气体浓缩法中的应用优点的比较说明图，左图是以往的填充层，右图是本申请发明的粒状吸附材料粘接片层叠体。

图7表示粒子沿长度方向排列的粒子粘接片的制造方法例。能够通过在粒子粘接机以1个最大粒径的间隔设置粒子排列导引来实现。

图8表示粒子沿长度方向排列的粒子粘接片内的气流(上图)和层叠体(下图)的端面。

图9表示粒子沿长度方向一边弯曲一边排列的粒子粘接片的制造方法例。能够通过与图7相同的装置一边使粒子排列导引摆动一边粒子粘接来制作。

图10表示粒子沿长度方向交错排列的粒子粘接片的制造方法例和其片材(左图)及层叠体(右图)。能够通过在粒子粘接机以约1.5个粒径的间隔设置粒子排列导引来制作。

图11表示在片材的两面同时粘接吸附材料粒子的两面粒子粘接片的制造方法例。

图12表示通过在片材的两面同时粘接吸附材料粒子的方法而制作的片材(左图)，不切断片材而使其弯曲而层叠的块体(右图)的制造方法例。

图13表示将层叠容纳有吸附材料粒子粘接片的扇形壳体组装成圆盘型转子的吸附浓缩转子的实施例。

图14表示组装圆盘型转子的二氧化碳气体浓缩装置的图。

图15是限制长形片材的长度方向上的气流，并沿横向引导气流的吸附体的例，并且表示通过带分隔板的旋转转子，沿片材的横向排列吸附材料粒子而形成横向上的导风路并粘接固定的实施例。

图16表示完全限制长形片材向长度方向的气流，并向横向引导气流的粒子粘接片的制造方法实施例。

图17表示卷绕以沿轴向引导气流的方式排列吸附材料粒子的片材的吸附体转子的实施例。

图18表示沿轴向引导气流并防止气体向轴的横向泄漏的吸附体转子的实施例。

图19是粒状吸附材料粘接片卷绕圆盘型转子的端面放大照片。

具体实施方式

本发明通过如下方法来获得层叠吸附体：将不是粉状而是粒状的、优选为球状的固体吸附材料粘接固定于非通气性的或通过粘接剂的涂布成为非通气性的片材、例如金属片材或塑料片材、无机纤维片材、耐热纤维无纺布等的、片材的一侧表面或两面，进而将该片材层叠多个或卷绕。将层叠吸附体构成为圆盘型或圆筒型转子，从而制作转子型吸附浓缩装置。有如下优点：由于是转子型，所以通过转子的旋转吸附体向下一工序移动，因此结构简单，容易切换控制且容易大型化。

[实施例1]

图1中示出实施例的吸附材料粒子粘接装置。通过粘接辊将耐水性丙烯酸系乳液粘接剂涂布于25μm铝片原始片的一侧表面之后，一边从粒子料斗供给粒径0.3～1.2mm的胺系弱碱阴离子交换树脂一边通过压辊1按压，在铝片材的一侧表面对粒子进行粘接干燥，从而得到在一侧表面粘接固定280g/m²的离子交换树脂粒子而成的吸附片材图2左图。以规定尺寸法切割吸附片材并且层叠，从而得到图2右图的层叠吸附体。

从图4(左图)一边层叠吸附材料粒子粘接片2一边收入外壳中，从而制作框图4(中图)。另外，将其块体3安装于圆筒型转子框体，从而得到圆筒型转子12图4(右图)。

图5中示出搭载有所述圆筒型转子12的二氧化碳回收浓缩装置的流程。设有吸附区13、解吸区14，吸附体圆筒型转子12构成为从吸附区13经过解吸区14返回吸附区13。

在圆筒的外周侧吸附区13对从发电厂等排出的废气进行脱氮、脱硫、除尘处理，进而冷却脱湿到能够吸附的温度并且作为原料气体而导入时，二氧化碳吸附于吸附体中所担载的弱碱离子交换树脂上，二氧化碳浓度降低的原料气体向圆筒的内周侧流出而排出。

吸附二氧化碳时产生吸附热，只要为以往的方法，则因气体温度的上升而引起二氧化碳吸附能力降低，处理入口浓度10％左右时，1次通过(pass)的回收浓度仅为2％左右，但是转子12的吸附工序的吸附体因后述的理由且因解吸工序中的冷凝水而润湿，因此冷凝水因露点温度10～25℃D.P.左右的原料气体的通过而蒸发，产生蒸发冷却现象而温度上升得到抑制，从而1次通过(pass)的吸附性能得到显著提高。即，同时进行二氧化碳气体的吸附发热与水的蒸发冷却。

水的蒸发潜热为2500kJ/kg·K，相对于二氧化碳的气化潜热369.9kJ/kg·K，能够以6倍以上的潜热将吸附热转换为水的蒸发潜热来有效地进行去除，因此通过吸附热不降低吸附性能，并且能够通过原料气体1次通过来实现充分的回收率，因此能够同时实现装置的小型化、鼓风机的动力消减即节能性。

吸附二氧化碳的吸附块体通过转子的旋转移动到解吸区14，在解吸区14中，在解吸区循环的二氧化碳气体与蒸气的混合气体、所谓的饱和蒸气从圆筒的内周侧朝向外周侧而导入到吸附体。通过饱和蒸气的冷凝加热吸附体，饱和蒸气在吸附体内表面冷凝。同时，吸附于吸附体的粒状胺系离子交换树脂的二氧化碳气体被解吸，从再生循环路回收残留的二氧化碳气体。即，同时进行饱和蒸气的冷凝加热与二氧化碳的解吸冷却。结束解吸的吸附体再次返回到吸附区13，由此能够连续地进行二氧化碳气体的回收浓缩。

[实施例2]

图1的吸附材料粒子粘接装置中，得到通过粘接辊一边将耐水性丙烯酸系乳液粘接剂涂布于50μPET树脂薄膜的一侧表面一边从粒子料斗分布粘接添加胺化合物、例如氨基硅烷的0.8～1.7mm的粒状硅胶而成的片材。硅胶粘接重量为896g/m²。以规定尺寸法切割层叠吸附片材，从而得到图3右图的层叠吸附体。硅胶的担载量为590kg/m³。填充有该硅胶粒子的层为765kg/m³，因此分布成约3分之2的稀疏密度。

图3左图表示吸附片材的表面照片。吸附材料粒子彼此的触点较少，没有二维填充中的密集填充，并且成为空间足够的分布。在本发明的方法中，难以成为二维填充中的密集填充，相反地容易得到在填充层中无法得到的稀疏分布的效果明显，并成为特征。并且，压力损耗的层高(转子宽度)50mm、摄氏30℃(以下，温度均设为“摄氏”)、前表面风速1m/s中，本实施例的吸附体相对于粒状硅胶填充层的445Pa降低到330Pa，约为3分之2。330Pa的压力损耗相当于220孔蜂窝的600mm宽度。大型转子的情况下，为了确保结构上的强度，50mm转子宽度是不现实的，但是在本案中，层高与压力损耗能够自由设定是为特征，由此能够控制粒子分布来自由设计浓缩装置。

将粘接固定含氨基硅烷的球状硅胶而成的片材切割成200×200mm，并且层叠收纳于外壳中，从而得到图4中图的吸附体块体3。将未处理的球状硅胶粘接固定片材设为片状或层叠之后，仅担载于胺化合物浸渍液中，也可得到相同的效果。另外，将吸附体块体设置于圆筒状框体，并且组装于如图4右图的圆筒型吸附体转子12。以下，以与实施例1相同的原理对二氧化碳气体进行浓缩。

作为图1的装置的应用例，图7中示出将吸附材料粒子整列粘接于片材上的装置的实施例。在从料斗向涂布有粘接剂的片材上供给吸附材料粒子的部位设置能够通过多个最大直径的吸附材料粒子的宽度的粒子引导件(整列翅片)，由此在粒子的列之间形成如图8(上图)所示那样的翅片的宽度以上的所贯穿的气体导入路径。在气体导入通路沿气流的方向层叠而构成的圆筒型转子具有使压力损耗减少的效果及气体的偏流在横向上受到限制的效果。

图7的装置中，设成使粒子引导件(整列翅片)摆动时，如图9，能够使粒状吸附材料的列弯曲而粘接固定，并且具有提高气流与吸附材料粒子的接触高效率的效果。另外，若将吸附材料粒子整列翅片的宽度调整为粒子的最大径的1.5倍，则如图10(左图)，能够制作吸附材料粒子以交错排列粘接固定而成的片材。本发明的特征还在于，如上所述，能够制作最佳地控制吸附材料粒子的填充密度或气流通路的层叠吸附体等。

[实施例3]

图11中示出制作在表背两面粘接吸附材料粒子而成的片材的装置。料斗的粒子虽受到重力的影响，但是与片材粘接时以二维排列被限制，另外，由于是瞬时粘接，因此无需转移到二维排列中的密集填充，从而能够实现消除了填充层中的缺点的层叠体。另外，粒子两面粘接片的特征为，如图12(右图)，不切割片材而能够进行折回层叠，并且能够设计以层叠体构成的片材面积较少的低成本层叠吸附体。以下，以与实施例1相同的原理对二氧化碳气体进行浓缩。

[实施例4]

图13中示出圆盘型转子的实施例。将吸附材料粘接片4层叠安装于扇形框体，从而得到扇形层叠吸附块体5。组装扇形层叠吸附块体5，而得到圆盘型转子6。如图13，在与外周正交的方向上层叠安装，由此能够限制吸附体内部中的气流在周向即旋转前后方向上的移动，并且防止处理气体与解吸气体的混合。

图14中示出圆盘型转子二氧化碳气体回收浓缩装置的原理。在至少将导入原料气体的吸附处理区7与解吸区8分割密封的装置内设置圆盘型吸附转子6，并且以低速使其连续旋转。将在处理区7从发电厂等排出的废气进行脱氮、脱硫、除尘处理，进而将冷却脱湿到能够吸附的温度为止的原料气体导入到转子时，层叠吸附体中的吸附材料粒子吸附气体中的二氧化碳气体。二氧化碳气体吸附时虽产生吸附热，但是吸附体因后述的理由而润湿，因此通过水分蒸发，将吸附热转换为水分的蒸发潜热而去除，因此温度上升得到抑制，并且二氧化碳气体的吸附性能得到显著提高。即，同时进行二氧化碳的吸附与冷凝水的蒸发冷却。

在解吸区8中，使二氧化碳气体循环的同时通过泵15向解吸气体加热发热器/加热件9的导热面供给水并且使其蒸发，产生二氧化碳气体与水蒸气的100℃以下的混合气体、即饱和蒸气而导入到层叠吸附体。层叠吸附体通过冷凝饱和蒸气而被加热，并且二氧化碳气体被解吸。解吸用饱和蒸气为100℃以下的低温，但是水蒸气的潜热非常大，因此如上述，具有充分的解吸能量。将在解吸循环路中被解吸的二氧化碳气体的容积增加量的气体10从循环回路外取出并且进行回收。二氧化碳气体被解吸的层叠吸附体通过转子的旋转，在润湿的状态下移动到吸附处理区7而开始吸附。

图19所示的照片为卷绕层叠体的示例。为了结构的简化，通过小型转子进行卷绕层叠的情况下，存在因吸附体内部中的气流的周向的移动而向邻接区泄漏的问题。这种情况下，通过图15所示的装置，以与片材长度方向正交的方式使粒子整列，也能够将轴方的导风路设置于层叠体转子。在图15的粒子粘接机，通过在向刚从粒子料斗涂布了粘接剂的片材供给粒子的正前方沿轴方向等间隔配置的翅片11一边将粒子沿横向整列一边制作形成有与片材的长度方向正交的导入路的粒子粘接片。图17中示出以转子状卷绕层叠的状态。

另外，作为限制横向的气体移动的方法，图16中示出一边将柔软性线状间隙体16沿横向等间隔粘接一边粘接吸附材料粒子的方法。代替线状间隙体16，也能够一边以线状挤出硅酮等固化性填缝材料一边制作具有隔板的吸附材料粒子粘接片。图18中示出以转子状卷绕层叠该片材的状态。隔板防止吸附体内的朝横向的气体移动，因此即使为紧凑的密封结构，也具有能够容易确保密封性等特征。除了氨基硅烷以外，也能够使用将离子液体等吸收剂添加到细孔内而成的吸附材料。另外，本发明为旋转型，因此也能够在吸着区与解吸区的前后边界设置予冷-热回收净化区，可以为紧凑的装置，也能够设置防止原料气体混入回收二氧化碳气体及回收气体向原料气体流出的净化区。

产业上的可利用性

本发明涉及从火力发电厂等排出的燃烧气体回收浓缩二氧化碳气体的装置。本发明中解决固定床、移动床、流动床方式等填充层的缺点，并且一边解决蜂窝转子方式的高成本化的缺点，一边同时具有吸附粒子填充层方式及蜂窝转子方式这两个优点的气体回收浓缩装置成为可能。并且，该装置通过由吸附体润湿的状态吸附二氧化碳气体，并通过水的蒸发冷却效果大大提高吸附性能，并且通过二氧化碳气体与水蒸气混合而成的饱和蒸气的循环进行解吸，因此能够成为高效地利用燃烧废气的低温废热的节能二氧化碳气体回收浓缩。

附图标记说明

1-压辊，

2-粒子粘接片，

3-块体，

4-吸附材料粘接片，

5-层叠吸附块体，

6-圆盘型转子，

7-处理区，

8-解吸区，

9-解吸气体加热器，

10-容积增加量的气体，

11-翅片，

12-圆筒型转子，

13-吸附区，

14-解吸区，

15-泵，

16-线状间隙体。

Claims (7)

1.一种二氧化碳浓缩装置，其中，

将至少在一侧表面粘接有固体吸附材料粒子的片材进行卷绕而形成于圆筒状的吸附体或将该片材进行层叠而构成吸附体，将所述吸附体至少分割为处理区和再生区，使处理气体通过处理区时以用水润湿吸附体的状态吸附二氧化碳气体，使二氧化碳气体和水蒸气混合而成的饱和蒸气通过再生区而使饱和蒸气冷凝，并且通过冷凝热使二氧化碳气体解吸。

2.一种吸附体，其为将至少在一侧表面粘接有固体吸附剂的平面状片材进行卷绕或将至少在一侧表面粘接有固体吸附剂的平面状片材进行层叠而成的吸附体。

3.根据权利要求1所述的吸附体，其为将至少在一侧表面以沿着气流直线状排列或交错排列并且在各列之间构成气体导入路径的方式粘接固体吸附材料而成的平面状片材进行卷绕或层叠而成的吸附体。

4.根据权利要求2或3所述的吸附体，其为将至少在一侧表面使固体吸附材料沿着气流弯曲并且粘接固定成在各列之间构成气体导入路径而成的平面状片材进行层叠而成的吸附体。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的吸附体，其特征在于，

固体吸附材料为担载有胺化合物的多孔吸附材料。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的吸附体，其中，

固体吸附材料为将胺基作为固定离子而取入的高分子系吸附材料。

7.根据权利要求1所述的吸附体，其将粘接有固体吸附材料的平面状片材一边交替折叠一边层叠在两侧表面而成。

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