CN114270106A - 吸收式去除/浓缩装置 - Google Patents

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Abstract

【课题】本发明提供一种能够在整个四季去除或浓缩二氧化碳，并能够以比较简单的结构制造的吸收式二氧化碳去除/浓缩装置。【解决手段】本发明的吸收式去除/浓缩装置具有保持二氧化碳的吸收剂的二氧化碳去除转子(3)，将该转子至少分为处理区域(4)和再生区域(5)，通过将处理对象空气在处理区域(4)中通风，使该处理对象空气所含有的二氧化碳被转子部分的保持吸收剂吸收而从处理对象空气分离去除，通过将利用全热交换器(8)回收再生排气的潜热与显热而得的再生用空气在再生区域(5)中通风，使该保持吸收剂在处理区域(4)中吸收到的二氧化碳在再生用空气中脱离而对转子部分的保持吸收剂进行再生。

Description

吸收式去除/浓缩装置
技术领域
本发明涉及一种吸收式去除/浓缩装置，其通过使用例如保持有胺添附多孔质材料、弱碱性阴离子交换树脂等二氧化碳吸收剂的转子，并利用处理对象空气与再生空气之间的焓差，将包含于处理对象空气的二氧化碳从处理对象空气中分离，从而能够根据以下目的去除/浓缩二氧化碳，例如去除大楼等室内的二氧化碳的目的、向塑料大棚或植物工厂等供给经浓缩的高浓度的二氧化碳的目的等。
背景技术
以往，作为能够在低温下从处理对象空气分离去除气体状的去除对象物质的装置，例如如专利文献1所示，已知有如下吸收式去除/浓缩装置，即，使用保持有担载胺的固体吸收剂的通气性吸附转子并对低温的再生空气进行加湿，由此能够抑制再生能量并且确保装置的物质回收率。
并且，在应用专利文献1的技术的专利文献2中，提供一种如下吸收式去除/浓缩装置，即，使用保持有如担载胺的固体吸收剂的二氧化碳的吸收剂的转子来控制再生用空气的焓(温度与湿度两者)与处理对象空气的焓(温度与湿度两者)，由此能够控制装置的去除对象物质的去除量。
此外，当前作为二氧化碳的分离回收技术之一，已知有基于胺水溶液的化学吸收法。为了从吸收了二氧化碳的胺水溶液分离出二氧化碳(加热再生胺水溶液)，胺水溶液需要巨大的能量，因此期待降低再生能量。作为其解决方案之一，促进了固体吸收剂的开发。固体吸收剂能够降低胺水溶液再生时因其为水溶液类而所需的关于水分的加热/冷却的多余的能量。
如非专利文献1所示，使用胺水溶液的二氧化碳的吸收过程，通常由下式表示。
伯胺(R-NH2)
[1]
Figure BDA0003477478950000011
[2a]
Figure BDA0003477478950000021
[2b]
Figure BDA0003477478950000022
[3]
Figure BDA0003477478950000023
[4a]
Figure BDA0003477478950000024
[4b]
Figure BDA0003477478950000025
若二氧化碳吸收液能够通过第二个示出的路径[2a]、[2b]、[4a]及[4b]进行二氧化碳吸收，则反应热变得比由[1]或[3]所示的反应小，有能够减少脱离再生的能量的优点。即，在使用担载胺的固体吸收剂的情况下，例如在如吸收摄氏15℃(以下，将温度全部设为“摄氏”)、脱离45℃的低温条件下，认为会发生如由[2a]、[2b]、[4a]及[4b]所示的反应。其中，这些反应是在有水存在的前提下进行的，因此水分(湿度)的共存是必须的。
叔胺不持有NH键，因此在此示出的反应不发生，例如在吸收15℃、脱离45℃等低温条件下不显示二氧化碳的吸收脱离性能。
胺类二氧化碳吸收剂还有由氧化分解产生的臭味或热劣化的问题，为了减轻该问题降低再生温度是重要的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5795423号公报
专利文献2：日本特开2017-154063号公报
非专利文献
非专利文献1：公益财团法人地球环境产业技术研究机构平成22年二氧化碳回收技术高度化事业成果报告书
发明内容
发明所要解决的课题
关于专利文献1所公开的装置，通过使用保持有如担载胺的固体吸收剂的需要水分的共存的吸收剂的蜂窝式转子，并对再生区域的再生用空气进行加湿，从而降低再生用空气的温度并且提高二氧化碳去除性能。并且，通过在低温下再生，也减轻了胺类二氧化碳吸收剂的氧化劣化或臭味的问题。
然而，关于专利文献1所记载的装置，利用何种控制方法来控制吸收式去除/浓缩装置，其结果装置的物质回收率η(即，在处理区域中通过吸收从处理对象空气分离去除对象物质的效率)或去除对象物质的去除量会变得如何尚不明确，无法实现设计条件或空气条件等各种规格改变的情况下的装置的最佳化。
并且，关于专利文献2所公开的装置，控制在吸附转子的处理区域中通风的处理对象空气或在加热再生区域中通风的再生用空气中的任一方或两者的焓(温度与湿度两者)，从而能够控制二氧化碳的去除/浓缩性能。
然而，关于专利文献2所记载的装置，在外部气体的温湿度高(焓高)的夏季或一年中外部气体的温湿度高的亚热带地区或热带地区中，由于能够容易提高再生用空气的焓而能够提高二氧化碳的去除/浓缩性能，但在外部气体的温湿度低(焓低)的冬季，与夏季相比，存在为了提高再生用空气的焓而提高二氧化碳的去除/浓缩性能，需要更多能量的缺点。并且，在0016段中记载有对在再生区域中脱离出来的水分和热利用全热交换器等进行回收并向再生入口供给湿度和温度，但并没有明确说明具体将装置设为什么样的结构，或在如日本那样四季分明，且外部气体条件发生较大变化时，如何运转装置等。
鉴于该情况，本发明的主要课题在于，提供一种吸收式去除/浓缩装置，其使用保持有如担载胺的固体吸收剂的二氧化碳的吸收剂的转子，在再生出口排出的空气与再生用空气之间进行全热交换，并从排出空气充分回收潜热与显热，从而提高冬季的再生用空气的焓，由此能够在整个四季适当维持装置的去除对象物质的去除量。
用于解决课题的手段
本发明为了解决如上课题，提供一种吸收式去除/浓缩装置，其具有保持二氧化碳的吸收剂的转子，将该转子至少分为处理区域和再生区域，通过将处理对象空气在处理区域中通风，使该处理对象空气所含有的二氧化碳被转子部分的保持吸收剂吸收而从处理对象空气分离去除，通过将利用全热交换器回收再生排气的潜热与显热而得的再生用空气在再生区域中通风，使该保持吸收剂在所述处理区域中吸收到的二氧化碳在再生用空气中脱离而使转子部分的保持吸收剂再生。
使用担载如担载胺的固体吸收剂的二氧化碳的吸收剂的蜂窝式转子，使处理对象空气的焓低于再生用空气的焓，由此能够使在处理区域中的二氧化碳的吸收性能得到发挥，使再生用空气的焓高于处理对象空气的焓，由此能够使在再生区域中的脱离性能得到发挥。如此利用通过焓差进行目标物质的吸收/脱离的原理(以下，称为“焓变动吸收”或“ESA”(Enthalpy Swing Absorption))，发挥吸收式去除/浓缩装置中的去除/浓缩性能。
作为用于调整焓的温度调整构件使用冷却线圈、加热线圈、帕尔贴(Peltier)元件、电加热器、蒸汽加热器、作为加热构件的热泵的冷凝器(电容器)、作为冷却构件的蒸发器(Evaporator)等。并且，作为供给到室内等的供气湿度低时的加湿装置，使用水加热式、气化式、水喷雾式及超声波式等各种方式，也可以利用由热泵的蒸发器(Evaporator)产生的冷凝水。
并且，为了提高在再生区域中的二氧化碳浓缩效率，也可以设置将从再生区域排出的空气的一部分回送至再生区域的前方的再生循环系统路径。
并且，为了提高在处理区域中的二氧化碳去除率，也可以设置将从处理区域排出的空气的一部分回送至处理区域的前方的处理循环系统路径。
发明效果
本发明的吸收式去除/浓缩装置为如前述构成的装置，通过将处理对象空气在处理区域中通风，使该处理对象空气所包含的二氧化碳被转子部分的保持吸收剂吸收而从处理对象空气分离去除，通过将由全热交换器回收再生排气的潜热与显热而得的再生用空气在再生区域中通风，使该保持吸收剂在所述处理区域吸收到的二氧化碳在再生用空气中脱离而使转子部分的保持吸收剂再生。在进行该保持吸收剂的再生时，由于利用在处理区域中流通的空气与在再生区域中流通的空气之间的焓差进行再生，因此即使在再生区域中流通的空气的温度较低，也能够充分进行再生。因此，即使使用胺类二氧化碳吸收剂，也能够抑制吸收剂的劣化。
若使室内的回流空气通过本发明的吸收式去除/浓缩装置的处理区域，则出口空气的二氧化碳浓度变低，通过将其供给至大楼等二氧化碳浓度变高的室内，能够降低室内的二氧化碳浓度。这种情况下，由于能够大幅减少为了降低室内的二氧化碳浓度而导入的外部气体量，因此与通常的换气相比更节能。并且，已通过本发明的吸收式去除/浓缩装置的再生区域的再生出口空气，由于其二氧化碳浓度变高，因此若导入至塑料大棚或植物工厂等植物的培养室，则植物的生长变快并且能够抑制二氧化碳向环境的排放。也可以使用经本发明的吸收式去除/浓缩装置处理的再生出口空气与处理出口空气这两者，一边去除室内的二氧化碳，一边将再生区域的高浓度的二氧化碳供给至塑料大棚。利用本发明的吸收式去除/浓缩装置，例如还可以进行以下二氧化碳的循环空气调节，即，利用处理出口空气对大楼进行空气调节，将在室内由人等产生的二氧化碳供给至设置于大楼楼顶的塑料大棚来促进植物的生长。
此外，通过将具有挥发性有机化合物(以下记为VOC)或氨等臭气物质的吸附能力的蜂窝式转子与基于ESA的二氧化碳吸收式去除/浓缩装置进行组合，能够进一步提高室内空气质量。
附图说明
图1是本发明的吸收式去除/浓缩装置的实施例1中的流程图。
具体实施方式
本发明具有转子，所述转子保持有具有二氧化碳吸收功能的担载胺的固体吸收剂等，将该转子至少分为处理区域与再生区域。其具有如下作用，即，将处理对象空气在处理区域中通风，从处理对象空气分离去除二氧化碳，将由全热交换器回收再生排气的潜热与显热而得的再生用空气在再生区域中通风，使二氧化碳脱离。
[实施例1]
以下，根据图1对本发明的吸收式去除/浓缩装置的实施例1进行详细说明。3是二氧化碳去除转子，为将陶瓷纤维纸或玻璃纤维纸等不燃性片材进行波纹(Corrugate)加工并卷绕加工成转子状的转子，担载有三乙醇胺及单乙醇胺等有机类吸收剂、或者胺类弱碱性阴离子交换树脂、担载有胺的活性炭或硅胶或介孔二氧化硅等担载胺的固体吸收剂。
二氧化碳去除转子3分为处理区域4与再生区域5。在处理区域4中来自室内等的回流空气RA通过处理鼓风机1经由冷水线圈或热泵的蒸发器等的冷却装置2被供气至室内等的供给处。
将处理对象空气通过冷却装置2进行焓调整之后，在处理区域4中通风，使处理对象空气中所包含的二氧化碳被转子部分的吸收剂吸收而从处理对象空气分离去除，从而降低二氧化碳浓度。另外，在向室内等供气SA的湿度低的情况下，通过水加热式、气化式、水喷雾式、超声波式等加湿装置11进行加湿。
8是全热交换转子，已经有很多市售品，但在技术上以日本专利第3009018号所公开的产品为宜。即，将铝片形成为蜂窝状，在该片上担载吸湿剂，最终形成可旋转的转子状。作为吸湿剂，如日本专利第3009018号所公开那样，以将特定的离子交换树脂进行粉碎而得的吸湿剂为宜，但并不限定于此，可以为氯化钙、硅藻土、硅胶、沸石、高分子吸附剂等，也可以仅使用对铝片的表面进行阳极氧化处理以形成蜂窝状而成的吸湿剂。
在再生区域5中，作为在预冷区域10中从将外部气体OA经由全热交换转子8的预热区域9并通过再生区域5的空气回收潜热与显热而得的再生用空气，通过温水线圈、电加热器、蒸汽加热器、热泵的冷凝器等的加热装置6进行焓调整之后，在再生区域5中进行通风，使转子吸收的二氧化碳脱离于再生用空气，从而存在于区域内通过过程的转子部分的保持吸收剂得到再生。
在全热交换转子8的预冷区域10中从再生出口空气回收潜热与显热而得的空气作为排气EA通过再生鼓风机7排出至装置外。另外，全热交换转子8可以设为能够利用静止型交叉流动元件型的全热交换器进行全热回收。
尤其，若将具有伯胺和/或仲胺作为官能团的弱碱性阴离子交换树脂用作固体吸收剂，则认为会发生如所述的式[2a]、[2b]、[4a]及[4b]所示的反应，并形成胺-二氧化碳-水类的连续介质模型。即，在作为溶质的HCO3 -分子的周围形成作为连续介质的溶剂，溶质分子的电荷分布在周围的溶剂中引起分极。在连续介质模型中，通过这种溶质、溶剂之间的相互作用，在低温条件下促进式[2a]、[2b]、[4a]及[4b]，因此吸收速度或扩散速度等反应性得到提高。从而，通过以低温的再生温度进行加湿，显示与作为现有技术的置换解吸那样的、使已加热的低温的再生用空气成为加湿状态，并通过水分将处于吸附状态的去除对象物质从吸附材料清除的情况不同的举动。另外，在至今为止进行的各种试验中，也得到利用担载有具有叔胺作为官能团的担载胺的固体吸收剂的蜂窝式转子，几乎不能去除/浓缩二氧化碳的见解，由此认为通过如上所述反应发生二氧化碳的去除/浓缩。
在实施例1中，将处理鼓风机1设置在冷却装置2的前方，但并不限定于此，也可以设置在二氧化碳去除转子3的处理区域4的后方或加湿装置11的后方。并且，关于再生鼓风机7，也可以设置在全热交换转子8的预热区域9的前后或预冷区域10的前方。
并且，可以将从处理区域4排出的空气的一部分或全部回送至冷却装置2的前方而进行处理循环，由此提高二氧化碳去除量。
此外，也可以将从再生区域3排出的空气的一部分或全部回送至加热装置6的前方而进行再生循环，由此提高二氧化碳去除量。
在该实施例1的吸收式去除/浓缩装置中，在用于进行一般大楼的一个楼层的空气调节需要约4,000m3/小时的处理风量的情况下，将冬季、夏季及中间期中的图1的符号(1)～(11)中的温湿度与二氧化碳浓度的值示于以下表1。另外，在本说明书中，设为冬季、夏季及中间期处于以下状态。
＜冬季＞
外部气体的气温为10℃以下，且绝对湿度为5g/kg(DA)以下的状态
＜夏季＞
外部气体的温度为25℃以上，且绝对湿度为15g/kg(DA)以上的状态
＜中间期＞
外部气体的温度与绝对湿度为上述冬季与夏季之间的状态
另外，在冬季与中间期使全热交换转子8旋转，但在夏季使其处于静止状态而不旋转。
[表1]
Figure BDA0003477478950000081
在实施例1中，可以设为如下结构：在夏季使全热交换转子8处于静止状态而不旋转，但设置绕过全热交换转子8的旁通路，或将外部气体OA的吸入口设置在全热交换转子8的预热区域9与加热装置6之间，将排气EA的排气口设置在二氧化碳去除转子3的再生区域5与全热交换转子8的预冷区域10之间。通过设为这样的结构，使全热交换转子8全年旋转运转，通过阀门或风门等能够控制通过全热交换转子8的预热区域9或预冷区域10的空气的风量和通过旁通路或外部气体OA的吸入口与排气EA的排气口的空气的风量，并全年适当控制送到再生区域5的再生用空气的焓。
并且，在实施例1中，作为处理对象空气，使用了所有的来自室内的回流空气RA，但可以设为吸入外部气体OA的一部分或全部的结构。
此外，根据外部气体或室内的空气条件，可以设为没有冷却装置2或加热装置6中的任一者或两者的结构，也可以设为没有加湿装置11的结构。
如此通过设为如实施例1那样的结构的吸收式去除/浓缩装置，以比较简单的结构，即使在如日本那样四季分明，且夏季、中间期、冬季和一年中的外部气体条件变化剧烈的地区中，也能够提供节能且可有效使用的吸收式去除/浓缩装置。
产业上的可利用性
本发明使用保持有二氧化碳的吸收剂的转子并利用ESA原理，在处理区域吸收处理对象空气中所包含的二氧化碳，通过利用全热交换器回收了在再生区域中解吸的水分和热的再生用空气脱离在处理区域中吸收的二氧化碳，因此与在再生区域使用高温再生用空气的情况相比更节能。并且，即使在日本等四季分明的地区也能够有效使用，且能够设为结构比较简单的空气调节装置。
通过本发明的吸收式去除/浓缩装置的处理区域的处理出口空气，由于其二氧化碳浓度变低，因此通过将其供给至大楼等二氧化碳浓度较高的室内，能够降低室内的二氧化碳浓度。这种情况下，能够大幅减少由于室内的二氧化碳浓度降低而导入的外部气体量，因此与通常的换气相比更节能。并且，已通过本发明的吸收式去除/浓缩装置的再生区域的再生出口空气，由于其二氧化碳浓度变高，因此若导入至塑料大棚或植物工厂等植物的培养室，则植物的生长变快并且能够抑制二氧化碳向环境的排放。也可以使用再生出口空气与处理出口空气这两者，一边去除室内的二氧化碳，一边将再生区域的高浓度的二氧化碳供给至塑料大棚。例如，利用本发明的吸收式去除/浓缩装置，还可以进行以下二氧化碳的循环空气调节，即，利用从室内空气去除由人等产生的二氧化碳而变为低浓度的处理出口空气对大楼进行空气调节，将二氧化碳变为高浓度的再生出口空气供给至设置于大楼楼顶等的塑料大棚来促进植物的生长。
符号说明
1-处理鼓风机，2-冷却装置，3-二氧化碳去除转子，4-处理区域，5-再生区域，6-加热装置，7-再生鼓风机，8-全热交换转子，9-预热区域，10-预冷区域，11-加湿装置。

Claims (10)

1.一种吸收式去除/浓缩装置，其具有保持二氧化碳的吸收剂的二氧化碳去除转子，将所述二氧化碳去除转子至少分为处理区域和再生区域，通过将处理对象空气在所述处理区域中通风，使所述处理对象空气所含有的二氧化碳被所述二氧化碳去除转子部分的保持吸收剂吸收并分离去除而供气至供给处，通过将利用全热交换器回收来自所述再生区域的再生排气的潜热与显热而得的再生用空气在所述再生区域中通风，使所述保持吸收剂在所述处理区域中吸收到的二氧化碳脱离，由此使所述保持吸收剂再生。
2.根据权利要求1所述的吸收式去除/浓缩装置，其特征在于，
设有冷却所述处理对象空气的冷却装置或加热所述再生用空气的加热装置中的任一者或两者。
3.根据权利要求1或2所述的吸收式去除/浓缩装置，其特征在于，
在所述处理区域的出口侧设有加湿装置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的吸收式去除/浓缩装置，其特征在于，
所述全热交换器为全热交换转子或静止型交叉流动元件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的吸收式去除/浓缩装置，其特征在于，
所述冷却装置为热泵的蒸发器，所述加热装置为热泵的冷凝器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的吸收式去除/浓缩装置，其特征在于，
使所述全热交换转子在冬季和中间期旋转，并使其在夏季静止。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的吸收式去除/浓缩装置，其特征在于，
设置有绕过所述全热交换转子的预热区域和预冷区域中任一者或两者的旁通路。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的吸收式去除/浓缩装置，其特征在于，
在所述二氧化碳去除转子的所述再生区域设置有直接吸入外部气体的吸入口和从所述再生区域直接向装置外部排气的排气口。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的吸收式去除/浓缩装置，其特征在于，
设置有将从所述二氧化碳去除转子的所述处理区域排出的空气的一部分回送至处理区域的前方的处理循环系统路径。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的吸收式去除/浓缩装置，其特征在于，
设置有将从所述二氧化碳去除转子的所述再生区域排出的空气的一部分回送至再生区域的前方的再生循环系统路径。
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