JP2022067482A - Structure and carbon dioxide recovery device having the structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造体及び該構造体を備えた二酸化炭素回収装置に関する。 The present invention relates to a structure and a carbon dioxide recovery device provided with the structure.
二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度が、大気温の上昇や、台風、洪水などの自然災害の機会が上昇する地球温暖化との強い相関性を示すことが広く知られている。発電所、石油精製所、セメント工場及び鉄鋼生産プロセスなどの産業では、各プラントから多量のＣＯ２を放出しており、このようなＣＯ２の放出量を如何にして低減させるかは、大きな問題となっている。 It is widely known that the concentration of carbon dioxide (CO 2 ) shows a strong correlation with the rise in atmospheric temperature and global warming, which increases the chances of natural disasters such as typhoons and floods. Industries such as power plants, oil refineries, cement factories and steel production processes emit large amounts of CO 2 from each plant, and how to reduce such CO 2 emissions is a major issue. It has become.
上記の問題を解決する方法として、放出するＣＯ２を捕捉し、貯蔵することが、以前より研究、検討されている。上記の方法は、実質的にＣＯ２排出量を減少させることができる点で優れており、基本プロセスに大きな変更を行わない種々の方法が検討されている。 As a method for solving the above problems, it has been studied and studied for a long time to capture and store the emitted CO 2 . The above method is excellent in that it can substantially reduce CO 2 emissions, and various methods that do not make major changes to the basic process are being studied.
１つの方法としては、ＣＯ２を捕捉するためにアミンを吸収剤としてペレットに担持する方法が用いられていたが、ＣＯ２との接触面積を大きくとることが難しい。そのため、吸収剤によるＣＯ２吸収量をより増加させるために接触面積を大きくする試みがなされている。また、アミンに吸収されたＣＯ２を放出させるためには、１２０℃程度に加熱する必要があるが、その熱源として一般的には、発電所から排出される安価な水蒸気を用いて加熱している。しかしながら、水蒸気を用いると、吸収剤に水分が付着するため、水分を含む吸収剤を乾燥する必要があり、乾燥のための設備が必要となり、コストも上昇する。これらの問題を解消するため、以下のような装置や方法が提案されている。 As one method, a method of supporting an amine on a pellet as an absorbent in order to capture CO 2 has been used, but it is difficult to obtain a large contact area with CO 2 . Therefore, attempts have been made to increase the contact area in order to further increase the amount of CO 2 absorbed by the absorbent. Further, in order to release CO 2 absorbed by amine, it is necessary to heat it to about 120 ° C., but generally, as the heat source, it is heated by using inexpensive steam discharged from a power plant. There is. However, when water vapor is used, water adheres to the absorbent, so that it is necessary to dry the absorbent containing water, equipment for drying is required, and the cost increases. In order to solve these problems, the following devices and methods have been proposed.
すなわち、特許文献１には、ハニカム状の基体（ハニカム構造体）を、担体を含むスラリーに浸漬処理することにより、基体に担持体をコーティングし、さらに担持体上にアミン等の吸着剤を含むスラリーを用いて吸着剤をコーティングして二酸化炭素を回収する装置が開示されている。 That is, Patent Document 1 coats a carrier on a carrier by immersing a honeycomb-shaped substrate (honeycomb structure) in a slurry containing a carrier, and further contains an adsorbent such as amine on the carrier. A device for recovering carbon dioxide by coating an adsorbent with a slurry is disclosed.
特許文献２には、ペレット状のゼオライトを収容した通気性容器と前記通気性容器の周囲に設置されたヒータとを備える吸着ユニットを多段に積層した吸着部を備えた二酸化炭素の回収・放出装置が開示されている。 Patent Document 2 describes a carbon dioxide recovery / release device having an adsorption unit in which an adsorption unit including an air-permeable container containing pelletized zeolite and a heater installed around the air-permeable container is laminated in multiple stages. Is disclosed.
特許文献３には、基体として、隔壁の表面に吸着剤が形成され、隔壁の内部に熱伝導性フィラメントを備えたハニカム構造体を用いる方法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a method of using a honeycomb structure in which an adsorbent is formed on the surface of a partition wall and a heat conductive filament is provided inside the partition wall as a substrate.
特許文献４には、基体が活性炭からなり、表面に吸着剤が形成されたハニカム構造体であって、該ハニカム構造体を構成する多孔質セル壁内に導電性ドーパント材料を含み、ハニカム構造体を発熱可能な電気伝導性としたハニカム構造体が開示されている。 Patent Document 4 describes a honeycomb structure in which the substrate is made of activated carbon and an adsorbent is formed on the surface thereof, and the porous cell wall constituting the honeycomb structure contains a conductive dopant material. A honeycomb structure having an electric conductivity capable of generating heat is disclosed.
特許文献１に記載のＣＯ２回収装置では、ハニカム構造体を加熱する手段として窒素ガス又は水蒸気を用いることが記載されているが、窒素ガスを用いる場合には、窒素ガスを加熱する必要があり、そのためには窒素ガスの加熱設備を設ける必要があるため、回収コストが上昇してしまうという問題がある。水蒸気を用いた場合には、上述したように、水分を含む吸着剤を乾燥させなければならない。 In the CO 2 recovery device described in Patent Document 1, it is described that nitrogen gas or steam is used as a means for heating the honeycomb structure, but when nitrogen gas is used, it is necessary to heat the nitrogen gas. For that purpose, it is necessary to provide a heating facility for nitrogen gas, which causes a problem that the recovery cost increases. When water vapor is used, the adsorbent containing water must be dried, as described above.
また、特許文献２に記載の装置では、吸着剤がペレットであるため、ＣＯ２を含むガスをペレットを含む層を通過させる際、圧力損失が大きく、吸着部に大きな圧力を印可する必要があり、また、ヒータからの伝熱効率が低く、ＣＯ２脱着・放出のためのコストが高く付くという問題があった。
また、特許文献３、４の方法は、通電による加熱であるので、水蒸気と比べて安価な加熱方法とはならず、やはりＣＯ２脱着・放出のためのコストが高く付くという問題があった。
Further, in the apparatus described in Patent Document 2, since the adsorbent is a pellet, when a gas containing CO 2 is passed through the layer containing the pellet, the pressure loss is large and it is necessary to apply a large pressure to the adsorbed portion. In addition, there is a problem that the heat transfer efficiency from the heater is low and the cost for CO 2 desorption / release is high.
Further, since the methods of Patent Documents 3 and 4 are heating by energization, there is a problem that the heating method is not cheaper than that of steam, and the cost for CO 2 desorption / release is high.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、効率よく、二酸化炭素を吸着・吸収することができ、二酸化炭素を脱着・放出するコストも低く抑えることが可能な構造体、及び、上記構造体を備えた二酸化炭素回収装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, a structure capable of efficiently adsorbing and absorbing carbon dioxide, and a structure capable of suppressing the cost of desorbing and releasing carbon dioxide to a low level. , It is an object of the present invention to provide a carbon dioxide recovery device provided with the above structure.
上記目的を達成するための本発明の構造体は、基体と、担持体と、上記担持体に担持された二酸化炭素を吸脱着する吸着剤とからなる反応層と、上記反応層を加熱するための加熱層と、が交互に積層された二酸化炭素回収用の構造体であって、
二つの上記加熱層の間にある上記反応層の幅は、２０～１００ｃｍであり、上記反応層の体積比率（反応層の体積／（反応層の体積＋加熱層の体積））は、０．６～０．９であることを特徴とする。
The structure of the present invention for achieving the above object is for heating a reaction layer composed of a substrate, a carrier, an adsorbent for adsorbing and desorbing carbon dioxide carried on the carrier, and the reaction layer. It is a structure for carbon dioxide recovery in which the heating layers of the above are alternately laminated.
The width of the reaction layer between the two heating layers is 20 to 100 cm, and the volume ratio of the reaction layer (volume of the reaction layer / (volume of the reaction layer + volume of the heating layer)) is 0. It is characterized by being 6 to 0.9.
本発明の構造体によれば、二酸化炭素の吸脱着を行う反応層と上記反応層を加熱するための加熱層が交互に積層されており、二酸化炭素の脱吸着を行う反応層とは別に加熱層を設けているので、熱源と反応層の吸着剤とは直接接触せず、加熱層の熱源として安価な水蒸気等を用いることができ、さらに、反応層の吸着剤に吸着した水を蒸発させる必要がなく、加熱のための費用を低減させることができる。
また、二つの上記加熱層の間にある上記反応層の幅は、２０～１００ｃｍとしており、上記反応層の体積比率（反応層の体積／（反応層の体積＋加熱層の体積））を０．６～０．９としているので、反応層の体積を十分にとることができ、積層数も減らすことができるため、コストパフォーマンスに優れ、効率よく、加熱層により反応層を加熱することができる。
なお、本明細書において、吸脱着は、吸着、脱着のほか、吸収、放出も含んだ意味として用いることとする。また、吸着剤は、二酸化炭素を吸着・吸収し、所定の温度で脱着・放出する物質を意味する。
According to the structure of the present invention, the reaction layer for adsorbing and desorbing carbon dioxide and the heating layer for heating the reaction layer are alternately laminated and heated separately from the reaction layer for desorbing and adsorbing carbon dioxide. Since the layer is provided, the heat source and the adsorbent of the reaction layer do not come into direct contact with each other, and inexpensive steam or the like can be used as the heat source of the heating layer, and the water adsorbed on the adsorbent of the reaction layer is evaporated. There is no need, and the cost for heating can be reduced.
The width of the reaction layer between the two heating layers is 20 to 100 cm, and the volume ratio of the reaction layer (volume of the reaction layer / (volume of the reaction layer + volume of the heating layer)) is 0. Since it is set to 6.6 to 0.9, the volume of the reaction layer can be sufficiently taken and the number of layers can be reduced, so that the reaction layer can be heated efficiently by the heating layer with excellent cost performance. ..
In addition, in this specification, absorption / desorption is used as a meaning including absorption / release as well as adsorption / desorption. Further, the adsorbent means a substance that adsorbs and absorbs carbon dioxide and desorbs and releases it at a predetermined temperature.
本発明の構造体において、反応層の幅が２０ｃｍ未満であると、多数の反応層や加熱層を製造し、組み立てる必要が生じ、上記構造体の製造コストが上昇し、また、反応層と加熱層の間の接着層が増えるため、二酸化炭素を効率よく、低コストで吸脱着することが難しくなる。一方、上記反応層の総数が１００ｃｍを超えると、加熱層からの熱を伝えるための時間が長くなりすぎ、二酸化炭素を効率よく、低コストで吸脱着することが難しくなる。 In the structure of the present invention, if the width of the reaction layer is less than 20 cm, it becomes necessary to manufacture and assemble a large number of reaction layers and heating layers, which increases the manufacturing cost of the structure and heats the reaction layer and the heating layer. Since the number of adhesive layers between the layers increases, it becomes difficult to absorb and desorb carbon dioxide efficiently and at low cost. On the other hand, if the total number of the reaction layers exceeds 100 cm, the time for transferring heat from the heating layer becomes too long, and it becomes difficult to efficiently absorb and desorb carbon dioxide at low cost.
本発明の構造体において、上記反応層の体積比率（反応層の体積／反応層他の体積＋加熱層の体積））が０．９を超えると、加熱層からの熱供給が少なすぎるため、反応層の温度を上昇させにくくなり、二酸化炭素を効率よく、低コストで吸脱着することが難しくなる。一方、上記反応層と上記加熱層の体積比率（反応層の体積／加熱層の体積）が０．６未満であると、反応層の体積が低下するので、単位体積当たりの二酸化炭素の吸脱着量が少なくなり、やはり二酸化炭素を効率よく、低コストで吸脱着することが難しくなる。 In the structure of the present invention, if the volume ratio of the reaction layer (volume of the reaction layer / volume of the reaction layer and others + volume of the heating layer) exceeds 0.9, the heat supply from the heating layer is too small. It becomes difficult to raise the temperature of the reaction layer, and it becomes difficult to absorb and desorb carbon dioxide efficiently and at low cost. On the other hand, if the volume ratio of the reaction layer to the heating layer (volume of the reaction layer / volume of the heating layer) is less than 0.6, the volume of the reaction layer decreases, so that carbon dioxide is absorbed and desorbed per unit volume. The amount will be small, and it will be difficult to absorb and desorb carbon dioxide efficiently and at low cost.
本発明の構造体では、上記反応層を構成する基体は、二酸化炭素を含む気体の流通路となる複数の貫通孔が、隔壁を隔てて上記貫通孔の延びる方向に並設されたハニカム構造体からなることが望ましい。 In the structure of the present invention, the substrate constituting the reaction layer is a honeycomb structure in which a plurality of through holes serving as flow passages for gas containing carbon dioxide are arranged side by side in the direction in which the through holes extend across a partition wall. It is desirable to consist of.
本発明の構造体において、上記反応層を構成する基体が、二酸化炭素を含む気体の流通路となる複数の貫通孔が、隔壁を隔てて上記貫通孔の延びる方向に並設されたハニカム構造体からなると、流通路での圧力損失が低いため、反応層に大きな圧力を印可する必要がない。また、吸着剤としてペレット等を用いた場合と比較して、吸着剤が担持された吸着剤を含む層の表面積を大きくとることができ、伝熱も良好なので、効率よく、多量の二酸化炭素を吸脱着することができる。 In the structure of the present invention, the substrate constituting the reaction layer is a honeycomb structure in which a plurality of through holes serving as a flow passage for a gas containing carbon dioxide are arranged side by side in the direction in which the through holes extend across a partition wall. Since the pressure loss in the flow path is low, it is not necessary to apply a large pressure to the reaction layer. In addition, compared to the case where pellets or the like are used as the adsorbent, the surface area of the layer containing the adsorbent on which the adsorbent is supported can be increased and the heat transfer is good, so that a large amount of carbon dioxide can be efficiently transferred. It can be attached and detached.
本発明の構造体では、上記ハニカム構造体は、上記基体及び上記担持体であることが望ましい。
本発明の構造体において、上記ハニカム構造体が、上記基体及び上記担持体であると、ハニカム構造体の貫通孔に直接吸着剤を担持することができ、吸着剤への伝熱も良好となり、吸着剤は、二酸化炭素を効率よく、吸脱着することができる。
In the structure of the present invention, it is desirable that the honeycomb structure is the substrate and the carrier.
In the structure of the present invention, when the honeycomb structure is the substrate and the carrier, the adsorbent can be directly supported in the through holes of the honeycomb structure, and the heat transfer to the adsorbent is also good. The adsorbent can efficiently absorb and desorb carbon dioxide.
本発明の構造体では、上記ハニカム構造体の熱伝導率は、１５～３００Ｗ／ｍ・Ｋであることが望ましい。
本発明の構造体において、上記ハニカム構造体の熱伝導率が１５～３００Ｗ／ｍ・Ｋであると、加熱層からの熱が反応層に効率よく伝達され、反応層において、二酸化炭素を効率よく、吸脱着することができる。
In the structure of the present invention, the thermal conductivity of the honeycomb structure is preferably 15 to 300 W / m · K.
In the structure of the present invention, when the thermal conductivity of the honeycomb structure is 15 to 300 W / m · K, heat from the heating layer is efficiently transferred to the reaction layer, and carbon dioxide is efficiently transferred to the reaction layer. , Can be attached and detached.
上記ハニカム構造体の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、反応層において熱を伝えにくくなり、二酸化炭素の吸脱着量が低下してしまう。一方、上記ハニカム構造体の熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・Ｋを超える場合、ハニカム構造体の製造コストが上昇するか、そのような材料を手に入れることが難しくなり、ハニカム構造体の製造が難しくなる。 If the thermal conductivity of the honeycomb structure is less than 15 W / m · K, it becomes difficult to transfer heat in the reaction layer, and the amount of carbon dioxide adsorbed and desorbed decreases. On the other hand, if the thermal conductivity of the honeycomb structure exceeds 300 W / m · K, the manufacturing cost of the honeycomb structure will increase or it will be difficult to obtain such a material, and the honeycomb structure will be manufactured. It will be difficult.
本発明の構造体では、上記基体は、炭素、金属及び高熱伝導性セラミックからなる群から選択される少なくとも１種からなることが望ましい。 In the structure of the present invention, it is desirable that the substrate comprises at least one selected from the group consisting of carbon, metal and high thermal conductive ceramics.
本発明の構造体において、上記基体が、炭素、金属及び高熱伝導性セラミックからなる群から選択される少なくとも１種からなると、上記担持体は、熱伝導率が高いので、上記加熱層からの熱を効率よく受け取ることができ、効率よく、短時間で、吸着剤が吸着・吸収した二酸化炭素を脱着させることができる。 In the structure of the present invention, when the substrate is composed of at least one selected from the group consisting of carbon, metal and high thermal conductive ceramic, the carrier has high thermal conductivity, so that the heat from the heating layer is high. Can be efficiently received, and the carbon dioxide adsorbed and absorbed by the adsorbent can be desorbed efficiently and in a short time.
本発明の構造体では、上記加熱層は、板状の伝熱体からなるか、又は、加熱用の流体の流通路となる一又は複数の貫通孔を有する伝熱体からなり、上記反応層と接着されていることが望ましい。 In the structure of the present invention, the heating layer is made of a plate-shaped heat transfer body or a heat transfer body having one or a plurality of through holes serving as a flow passage for a fluid for heating, and the reaction layer. It is desirable that it is adhered to.
本発明の構造体において、上記加熱層が、板状の伝熱体からなるか、又は、加熱用の流体の流通路となる一又は複数の貫通孔を有する伝熱体からなり、上記反応層と接着されていると、上記加熱層からの熱を、接着層を介して効率よく反応層に伝達することができる。
また、貫通孔を有する伝熱体の場合、表面積の大きい貫通孔を介して水蒸気等の熱源からの熱が加熱層に伝わり、反応層を効率よく加熱することができる。
In the structure of the present invention, the heating layer is made of a plate-shaped heat transfer body or a heat transfer body having one or more through holes serving as a flow path for a fluid for heating, and the reaction layer. The heat from the heating layer can be efficiently transferred to the reaction layer via the adhesive layer.
Further, in the case of a heat transfer body having a through hole, heat from a heat source such as water vapor is transferred to the heating layer through the through hole having a large surface area, and the reaction layer can be efficiently heated.
本発明の構造体では、上記反応層を構成する上記ハニカム構造体の上記流通路と、上記加熱層を構成する上記伝熱体の上記流通路とが交差するように上記ハニカム構造体と上記伝熱体とが積層されてなることが望ましい。 In the structure of the present invention, the honeycomb structure and the transfer are crossed so that the flow path of the honeycomb structure constituting the reaction layer and the flow path of the heat transfer body constituting the heating layer intersect. It is desirable that the hot body is laminated.
本発明の構造体において、上記反応層を構成する上記ハニカム構造体の上記流通路と、上記加熱層を構成する上記伝熱体の上記流通路とが交差するように上記ハニカム構造体と上記伝熱体と積層されていると、反応層と加熱層にそれぞれ流す流体が混ざることなく流入・排出させることができる。そのため、二酸化炭素を効率よく、低コストで吸脱着することができる。 In the structure of the present invention, the honeycomb structure and the transfer are such that the flow path of the honeycomb structure constituting the reaction layer and the flow path of the heat transfer body constituting the heating layer intersect with each other. When laminated with a hot body, the fluids flowing through the reaction layer and the heating layer can flow in and out without being mixed. Therefore, carbon dioxide can be efficiently absorbed and desorbed at low cost.
本発明の二酸化炭素回収装置では、上記した構造体を備えていることを特徴とする。 The carbon dioxide recovery device of the present invention is characterized by having the above-mentioned structure.
本発明の二酸化炭素回収装置が、上記の構造体を備えているので、効率よく、低コストで二酸化炭素の吸脱着を行うことが可能な二酸化炭素回収装置を提供することができる。 Since the carbon dioxide recovery device of the present invention includes the above-mentioned structure, it is possible to provide a carbon dioxide recovery device capable of efficiently adsorbing and desorbing carbon dioxide at low cost.
（発明の詳細な説明）
以下、本発明の構造体について説明する。
本発明の構造体は、基体と、担持体と、上記担持体に担持された二酸化炭素を吸脱着する吸着剤とからなる反応層と、上記反応層を加熱するための加熱層と、が交互に積層された二酸化炭素回収用の構造体であって、
二つの上記加熱層の間にある上記反応層の幅は、２０～１００ｃｍであり、上記反応層の体積比率（反応層の体積／（反応層の体積＋加熱層の体積））は、０．６～０．９であることを特徴とする。
(Detailed description of the invention)
Hereinafter, the structure of the present invention will be described.
In the structure of the present invention, a reaction layer composed of a substrate, a carrier, and an adsorbent that absorbs and desorbs carbon dioxide supported on the carrier, and a heating layer for heating the reaction layer alternate. It is a structure for carbon dioxide recovery laminated on the
The width of the reaction layer between the two heating layers is 20 to 100 cm, and the volume ratio of the reaction layer (volume of the reaction layer / (volume of the reaction layer + volume of the heating layer)) is 0. It is characterized by being 6 to 0.9.
本発明の構造体によれば、二酸化炭素の吸脱着を行う反応層と上記反応層を加熱するための加熱層が交互に積層されており、二酸化炭素の脱吸着を行う反応層とは別に加熱層を設けているので、熱源と反応層の吸着剤は直接接触せず、加熱層の熱源として安価な水蒸気等を用いることができ、さらに、反応層の吸着剤に吸着した水を蒸発させる必要がなく、加熱のための費用を低減させることができる。
また、二つの上記加熱層の間にある上記反応層の幅は、２０～１００ｃｍとしており、上記反応層の体積比率（反応層の体積／（反応層の体積＋加熱層の体積））を０．６～０．９としているので、反応層の体積を十分にとることができ、積層数も減らすことができるため、コストパフォーマンスに優れ、効率よく、加熱層により反応層を加熱することができる。
According to the structure of the present invention, the reaction layer for adsorbing and desorbing carbon dioxide and the heating layer for heating the reaction layer are alternately laminated and heated separately from the reaction layer for desorbing and adsorbing carbon dioxide. Since the layer is provided, the heat source and the adsorbent of the reaction layer do not come into direct contact with each other, inexpensive steam or the like can be used as the heat source of the heating layer, and it is necessary to evaporate the water adsorbed by the adsorbent of the reaction layer. The cost for heating can be reduced.
The width of the reaction layer between the two heating layers is 20 to 100 cm, and the volume ratio of the reaction layer (volume of the reaction layer / (volume of the reaction layer + volume of the heating layer)) is 0. Since it is set to 6.6 to 0.9, the volume of the reaction layer can be sufficiently taken and the number of layers can be reduced, so that the reaction layer can be heated efficiently by the heating layer with excellent cost performance. ..
（反応層）
本発明の構造体において、上記反応層は、基体と、担持体と、担持体に担持された二酸化炭素を吸脱着する吸着剤とからなる。
(Reaction layer)
In the structure of the present invention, the reaction layer comprises a substrate, a carrier, and an adsorbent that absorbs and desorbs carbon dioxide supported on the carrier.
上記基体は、反応層を構成する基礎となる部材であり、基体の二酸化炭素を含む気体と接触する部分に担持体が被覆され、この担持体に吸着剤が担持される。また、基体が担持体も兼ね、この担持体も兼ねた基体に吸着剤が担持されたものであってもよい。
上記基体を構成する材料は、特に限定されるものではないが、炭素、金属及び高熱伝導性セラミックからなる群から選択される少なくとも１種からなるものが挙げられる。
The substrate is a basic member constituting the reaction layer, and a carrier is coated on a portion of the substrate that comes into contact with a gas containing carbon dioxide, and an adsorbent is supported on the carrier. Further, the substrate may also serve as a carrier, and the adsorbent may be supported on the substrate that also serves as the carrier.
The material constituting the substrate is not particularly limited, and examples thereof include those composed of at least one selected from the group consisting of carbon, metal, and high thermal conductive ceramics.
基体の構造は、特に限定されるものではないが、平板形状のものと波板形状のものとが複数層積層され、接触部分が接着又は接合されて貫通孔が形成され、これらの積層体の側面に枠体が配置されたコルゲート構造の部材であってもよく、二酸化炭素を含む気体の流通路となる複数の貫通孔が、隔壁を隔てて上記貫通孔の延びる方向に並設されたハニカム構造体からなる部材であってもよい。 The structure of the substrate is not particularly limited, but a flat plate-shaped structure and a corrugated plate-shaped structure are laminated in a plurality of layers, and the contact portions are bonded or joined to form a through hole. It may be a member having a corrugated structure in which a frame is arranged on the side surface, and a plurality of through holes serving as a flow passage for gas containing carbon dioxide are arranged side by side in the extending direction of the through holes across the partition wall. It may be a member made of a structure.
基体がコルゲート構造の部材からなる場合、平板形状のものや波板形状のものは、金属板から構成されていてもよく、金属や高熱伝導性セラミックからなる繊維を編んで平板形状や波板形状としたものであってもよく、糸状のものを用い、網目構造となるように編んで、平板形状や波板形状にしたものであってもよい。
この場合に用いる金属板は、多孔質のものか、エッチング等により表面積を大きくしたものが望ましく、金属や高熱伝導性セラミックからなる繊維や網目構造のものも、多孔質であるか、エッチング等により表面積を大きくしたものが望ましい。
When the substrate is made of a corrugated member, the flat plate shape or corrugated plate shape may be composed of a metal plate, and the flat plate shape or corrugated plate shape by knitting fibers made of metal or high heat conductive ceramic. It may be made into a flat plate shape or a corrugated plate shape by using a thread-like one and knitting it so as to have a mesh structure.
The metal plate used in this case is preferably a porous one or one having a large surface area by etching or the like, and a fiber or a mesh structure made of metal or a highly thermally conductive ceramic is also porous or by etching or the like. It is desirable to have a large surface area.
コルゲート構造の部材が金属の場合には、ウォシュコート等により平板上、繊維状、糸状の金属表面に担持体を被覆し、この担持体に吸着剤を担持することが望ましい。
担持体としては、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ゼオライト、炭素等が挙げられる。これらは実際には、これらは、無機ゾルや有機バインダやこれらの混合物等の分散媒中に上記酸化物が分散された懸濁液を用いて、基体表面に懸濁液を付着させた後、乾燥、焼成することにより上記材料からなる担持体とすることができる。
When the member of the corrugated structure is made of metal, it is desirable to cover the metal surface of the flat plate, fibrous or thread-like metal surface with a wash coat or the like, and carry the adsorbent on the carrier.
Examples of the carrier include Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , zeolite, carbon and the like. These are actually these after adhering the suspension to the surface of the substrate using a suspension in which the above oxides are dispersed in a dispersion medium such as an inorganic sol, an organic binder or a mixture thereof. By drying and firing, a carrier made of the above materials can be obtained.
コルゲート構造の部材が高熱伝導性セラミックからなる場合、ウォシュコート等により繊維状、糸状の金属表面に担持体を被覆し、この担持体に吸着剤を担持してもよく、基体が担持体を兼ね、基体に、直接吸着剤を担持してもよい。 When the member of the corrugated structure is made of a highly thermally conductive ceramic, a carrier may be coated on a fibrous or filamentous metal surface with a wash coat or the like, and an adsorbent may be supported on the carrier, and the substrate also serves as a carrier. , The adsorbent may be supported directly on the substrate.
コルゲート構造の部材を構成する金属の種類としては、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、コバルト、クロム等やこれらの合金が挙げられる。 Examples of the types of metals constituting the members of the corrugated structure include iron, aluminum, copper, nickel, cobalt, chromium and the like, and alloys thereof.
コルゲート構造の部材を構成する高熱伝導性セラミックとしては、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ等が挙げられる。 Examples of the high thermal conductive ceramic constituting the corrugated member include aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride, and alumina.
反応層がハニカム構造体から構成されている場合、上記ハニカム構造体の材料は、特に限定されるものではないが、金属、炭素又は高熱伝導性セラミックが望ましい。
ハニカム構造体を構成する高熱伝導性セラミックとしては、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ等が挙げられる。
ハニカム構造体を構成する金属の種類としては、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、コバルト、クロム等やこれらの合金が挙げられる。
ハニカム構造体の材料としては、金属とセラミックの混合体であってもよい。
When the reaction layer is composed of a honeycomb structure, the material of the honeycomb structure is not particularly limited, but a metal, carbon or a highly thermally conductive ceramic is desirable.
Examples of the highly thermally conductive ceramic constituting the honeycomb structure include aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride, and alumina.
Examples of the type of metal constituting the honeycomb structure include iron, aluminum, copper, nickel, cobalt, chromium and the like, and alloys thereof.
The material of the honeycomb structure may be a mixture of metal and ceramic.
ハニカム構造体の材料が炭素である場合、ハニカム構造体の貫通孔を隔てる隔壁の表面を担持体が被覆し、この担持体に吸着剤が担持されていてもよいが、ハニカム構造体の貫通孔を隔てる隔壁が、多孔質で高比表面積の構造を有し、この多孔質で高比表面積の隔壁に、担持体を介さず、直接吸着剤が担持されていることが望ましい。 When the material of the honeycomb structure is carbon, the carrier may cover the surface of the partition wall separating the through holes of the honeycomb structure, and the adsorbent may be supported on the carrier, but the through holes of the honeycomb structure may be supported. It is desirable that the partition wall separating the honeycombs has a porous and high specific surface area structure, and the adsorbent is directly supported on the porous and high specific surface area partition wall without using a carrier.
反応層に担持される吸着剤としては、アミン化合物が挙げられ、具体的なアミン化合物としては、例えば、ポリエチレンイミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、テトラエチレンアミンペンタミン、メチルジエタノールアミン、ジブチルアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ヘキサエチレンジアミン、ベンジルアミン、メタキシレンジアミン、ポリエチレンイミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン等が挙げられる。 Examples of the adsorbent carried on the reaction layer include amine compounds, and specific amine compounds include, for example, polyethyleneimine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, tetraethyleneaminepentamine, methyldiethanolamine, and diethanolamine. Examples thereof include butylamine, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, hexaethylenediamine, benzylamine, metaxylenediamine, polyethyleneimine, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine and pentaethylenehexamine.
上記アミン化合物を担持体に担持させる方法としては、例えば、アミン化合物の水溶液をハニカム構造体の貫通孔を通過させたり、アミン化合の水溶液にハニカム構造体を浸漬させることにより担持してもよい。
また、これらアミン化合物の水溶液や、アルコール溶液を、担持体を構成する粒子等と混合し、十分含浸させた後、アミンを含む担持体で反応層内部の隔壁を被覆し、水やアルコールを除去してもよい。
上記の隔壁にアミン化合物を含浸させる担持工程により、上記隔壁の表面にアミン由来の残基を有する二酸化炭素吸着剤となる。
As a method for supporting the amine compound on the carrier, for example, an aqueous solution of the amine compound may be passed through the through holes of the honeycomb structure, or the honeycomb structure may be supported by immersing the honeycomb structure in the aqueous solution of the amine compound.
Further, an aqueous solution of these amine compounds or an alcohol solution is mixed with particles constituting the carrier and sufficiently impregnated, and then the partition wall inside the reaction layer is covered with the carrier containing amine to remove water and alcohol. You may.
By the supporting step of impregnating the partition wall with the amine compound, a carbon dioxide adsorbent having an amine-derived residue on the surface of the partition wall is obtained.
（加熱層）
上記加熱層は、板状の伝熱体からなるか、又は、加熱用の流体の流通路となる一又は複数の貫通孔を有する伝熱体からなり、上記反応層と接着されている。
上記加熱層は、炭素、金属及びセラミックからなる群から選択される少なくとも１種からなることが望ましい。
(Heating layer)
The heating layer is made of a plate-shaped heat transfer body or a heat transfer body having one or a plurality of through holes serving as a flow passage for a fluid for heating, and is adhered to the reaction layer.
The heating layer is preferably made of at least one selected from the group consisting of carbon, metal and ceramic.
上記加熱層を構成する金属の種類は、特に限定されるものではないが、高熱伝導性のものが好ましく、例えば、アルミニウム、ニッケル、クロム、コバルト、タングステン、銅、鉄等およびそれらの合金が挙げられる。セラミックも、高熱伝導性のものが好ましく、例えば、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ等が挙げられる。 The type of metal constituting the heating layer is not particularly limited, but a metal having high thermal conductivity is preferable, and examples thereof include aluminum, nickel, chromium, cobalt, tungsten, copper, iron and the like and alloys thereof. Be done. The ceramic is also preferably one having high thermal conductivity, and examples thereof include aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride, and alumina.
金属を用いる場合、貫通孔を有さない板状の伝熱体をそのまま使用し、板状体に熱媒体である水蒸気等が接することにより、板状の伝熱体を介して反応層に熱を伝達してもよいが、加熱用の流体の流通路となる一又は複数の貫通孔を有する金属製の伝熱体を用いることが望ましい。 When a metal is used, a plate-shaped heat transfer body having no through hole is used as it is, and the plate-shaped body is in contact with water vapor, which is a heat medium, to heat the reaction layer through the plate-shaped heat transfer body. However, it is desirable to use a metal heat transfer body having one or more through holes that serves as a flow path for the heating fluid.
このような複数の貫通孔を有する金属製の伝熱体の構造は、特に限定されるものではないが、平板と波板形状又は規則的に複数の溝が形成された板状体とを積層し、接合したもの、もしくは金属をフィラーとして用いたセラミックまたは有機物との混合体によるハニカム構造であるものが望ましい。 The structure of such a metal heat transfer body having a plurality of through holes is not particularly limited, but a flat plate and a corrugated plate shape or a plate-like body having a plurality of regularly formed grooves are laminated. However, it is desirable that the structure is a bonded structure or a honeycomb structure made of a mixture with a ceramic or an organic substance using a metal as a filler.
炭素やセラミックを用いる場合には、原料となるセラミック粉末や炭素粉末とバインダと水等の分散媒を混合した原料組成物を押出成形した後、焼成することにより、複数の貫通孔を有する伝熱体を得ることができる。 When carbon or ceramic is used, heat transfer having a plurality of through holes is carried out by extruding a raw material composition obtained by mixing the ceramic powder or carbon powder as a raw material, a binder and a dispersion medium such as water, and then firing the mixture. You can get a body.
（接着層）
反応層と加熱層とを接着する接着層を構成する接着剤は、特に限定されるものではないが、無機系の接着剤や耐熱性の有機合成系接着剤、炭素系の接着材、半田等の金属系接着剤を用いることができる。
無機系接着剤としては、例えば、シリカアルミナ、シリカ、アルミナ、ジルコニア等を主成分とする無機系接着剤が挙げられる。耐熱性の有機合成系接着剤としては、シリコーン系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、ポリイミド系接着剤、ポリベンズイミダソール接着剤等が挙げられるが、熱伝導率を上げるために、高熱伝導性のアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素等のセラミック粉末やアルミニウム、銅、ニッケル等の金属粉末が添加されたものを用いることができる。
(Adhesive layer)
The adhesive constituting the adhesive layer for adhering the reaction layer and the heating layer is not particularly limited, but is not particularly limited, but is an inorganic adhesive, a heat-resistant organic synthetic adhesive, a carbon-based adhesive, a solder, or the like. Metallic adhesive can be used.
Examples of the inorganic adhesive include an inorganic adhesive containing silica alumina, silica, alumina, zirconia and the like as main components. Examples of the heat-resistant organic synthetic adhesive include silicone-based adhesives, phenolic resin-based adhesives, polyimide-based adhesives, and polybenzimidazole adhesives. In order to increase the thermal conductivity, high thermal conductivity is used. It is possible to use a material to which a ceramic powder such as alumina, aluminum nitride, boron nitride or silicon nitride or a metal powder such as aluminum, copper or nickel is added.
上記伝熱体を加熱する加熱用の流体は、特に限定されるものではなく、窒素、空気、水蒸気等が挙げられるが、発電工場やその他の工場で使用されている水蒸気が望ましい。安価な加熱源となるからである。 The heating fluid for heating the heat transfer body is not particularly limited, and examples thereof include nitrogen, air, and steam, but steam used in a power generation factory and other factories is desirable. This is because it is an inexpensive heating source.
本発明の構造体は、反応層と加熱層とが交互に積層された構造を有しており、その外形は、特に限定されるものではないが、四角柱形状が望ましく、反応層及び加熱層の形状も四角柱形状（直方体形状）が望ましい。 The structure of the present invention has a structure in which reaction layers and heating layers are alternately laminated, and the outer shape thereof is not particularly limited, but a quadrangular prism shape is desirable, and the reaction layer and the heating layer are desired. The shape of is also preferably a quadrangular prism shape (rectangular parallelepiped shape).
また、反応層を構成するハニカム構造体の流通路と、加熱層を構成する伝熱体の流通路とが交差するように、ハニカム構造体と伝熱体とが積層されてなる構造体が望ましい。 Further, it is desirable that the honeycomb structure and the heat transfer body are laminated so that the flow path of the honeycomb structure constituting the reaction layer and the flow path of the heat transfer body constituting the heating layer intersect with each other. ..
図１は、本発明の構造体の一例を模式的に示す斜視図である。
図１に示すように、本発明の構造体１００は、二酸化炭素を含む気体の流通路となる多数の貫通孔２１が隔壁２２を隔てて長手方向に並設されたセラミック製のハニカム構造体（反応層）２０と、水蒸気等の熱源の流通路となる複数の貫通孔１１が隔壁１２を隔てて貫通孔１１の延びる方向に並設された伝熱体１０とが、ハニカム構造体２０の流通路（貫通孔２１）と伝熱体１０の流通路（貫通孔１１）とが交差するように積層されている。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the structure of the present invention.
As shown in FIG. 1, the
また、ハニカム構造体２０と伝熱体１０との間には接着層３０が形成され、この接着層３０により、ハニカム構造体２０と伝熱体１０とが接着されている。
Further, an
図１に示す構造体１００において、ハニカム構造体２０は、左手前側及び右手奥側に貫通孔２１が露出しており、伝熱体１０では、右手前側及び左手奥側に貫通孔１１が露出している。
従って、ハニカム構造体２０では、二酸化炭素を含む気体は、左手前側から右手奥側又は逆の方向に流れ、伝熱体１０では、水蒸気等を含む気体は、右手前側から左手奥側又は逆の方向に流れ、２つの流路は、直角に交差しているので、２種類の流体（気体）を流通させ易く、伝熱体１０からの熱をハニカム構造体２０に効率よく伝えることができる。
In the
Therefore, in the
図１に示す構造体１００では、構造体１００を構成するハニカム構造体２０は、１個のハニカム構造体２０より構成されているが、複数の小型のハニカム構造体を組み合わせて接着し、ハニカム構造体としてもよく、伝熱体１０も複数の小型の伝熱体を組み合わせて接着し、伝熱体としてもよい。
In the
本発明の構造体において、二つの加熱層の間にある反応層の幅は、２０～１００ｃｍであるが、３０～９０ｃｍであることが望ましい。この反応層の体積は、２００～１０００Ｌ（リットル）であることが望ましい。
また、全体の体積に対する反応層の体積比率（反応層の体積／（反応層の体積＋加熱層の体積））は、０．６～０．９であるが、０．７～０．８５であることが望ましい。
In the structure of the present invention, the width of the reaction layer between the two heating layers is 20 to 100 cm, but preferably 30 to 90 cm. The volume of this reaction layer is preferably 200 to 1000 L (liter).
The volume ratio of the reaction layer to the total volume (volume of the reaction layer / (volume of the reaction layer + volume of the heating layer)) is 0.6 to 0.9, but is 0.7 to 0.85. It is desirable to have.
上記のように、反応層の幅とその体積割合を設定することにより、反応層の体積を十分にとることができ、積層数も減らすことができるため、コストパフォーマンスに優れ、効率よく、加熱層により反応層を加熱することができる。 As described above, by setting the width of the reaction layer and its volume ratio, the volume of the reaction layer can be sufficiently taken and the number of layers can be reduced, so that the cost performance is excellent, the heating layer is efficient, and the heating layer. Can heat the reaction layer.
図１に示した構造体では、ハニカム構造体の貫通孔が露出した端面は矩形であるが、この場合、１辺の長さは２０～１００ｃｍであることが望ましい。上記ハニカム構造体の端面が矩形からなり、１辺の長さが２０～１００ｃｍであると、ハニカム構造体内部の表面積が十分な広さとなり、多量の吸着剤を担持できるとともに、加熱層からの熱が吸着剤に伝達され易くなる。 In the structure shown in FIG. 1, the end face of the honeycomb structure in which the through holes are exposed is rectangular, but in this case, the length of one side is preferably 20 to 100 cm. When the end face of the honeycomb structure is rectangular and the length of one side is 20 to 100 cm, the surface area inside the honeycomb structure becomes sufficiently large, a large amount of adsorbent can be supported, and the heating layer is used. Heat is easily transferred to the adsorbent.
本発明の構造体において、ハニカム構造体を構成する貫通孔の形状としては、図１にも示したように、端面が矩形形状であり、全体が四角柱状であることが望ましいが、三角柱状や六角柱状であってもよい。貫通孔の形状はそれぞれ異なっていてもよいが、全て同じであることが望ましい。 In the structure of the present invention, as the shape of the through hole constituting the honeycomb structure, as shown in FIG. 1, it is desirable that the end face has a rectangular shape and the whole is a square columnar shape, but a triangular columnar shape or a triangular columnar shape is desirable. It may be a hexagonal column. The shapes of the through holes may be different, but it is desirable that they are all the same.
本発明の構造体において、ハニカム構造体の隔壁の厚さは、均一であることが望ましい。具体的には、ハニカム構造体の隔壁の厚さは、０．１～１．０ｍｍであることが望ましく、０．２～０．５ｍｍであることがより望ましい。ハニカム構造体の隔壁の厚さが薄いと、表面積が大きくなり、より多量の触媒を担持することが可能となる。 In the structure of the present invention, it is desirable that the thickness of the partition wall of the honeycomb structure is uniform. Specifically, the thickness of the partition wall of the honeycomb structure is preferably 0.1 to 1.0 mm, and more preferably 0.2 to 0.5 mm. When the thickness of the partition wall of the honeycomb structure is thin, the surface area becomes large and it becomes possible to support a larger amount of catalyst.
ハニカム構造体の隔壁の厚さが上記のように設定されていると、より多量に吸着剤が担持可能となり、多量の二酸化炭素を吸着・吸収できるとともに、加熱層から多量の熱を迅速に供給することができるため、二酸化炭素の吸脱着を効率よく行うことができる。 When the thickness of the partition wall of the honeycomb structure is set as described above, a larger amount of the adsorbent can be supported, a large amount of carbon dioxide can be adsorbed and absorbed, and a large amount of heat is quickly supplied from the heating layer. Therefore, carbon dioxide can be efficiently adsorbed and desorbed.
本発明の構造体において、ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面における貫通孔密度は、４６．５～１５５個／ｃｍ２（３００～１０００個／ｉｎｃｈ２）であることが望ましく、６２～１２４個／ｃｍ２（４００～８００個／ｉｎｃｈ２）がより望ましい。表面積が大きくなり、多量の吸着剤を担持することができるからである。
反応層であるハニカム構造体の熱伝導率は、１５～３００Ｗ／ｍ・Ｋであることが望ましい。
In the structure of the present invention, the through-hole density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb structure is preferably 46.5 to 155 pieces / cm 2 (300 to 1000 pieces / inch 2 ), and is 62 to 124. Pieces / cm 2 (400-800 pieces / inch 2 ) is more desirable. This is because the surface area becomes large and a large amount of adsorbent can be supported.
The thermal conductivity of the honeycomb structure, which is the reaction layer, is preferably 15 to 300 W / m · K.
本発明の構造体では、反応層となるハニカム構造体は、１～２０層積層されており、上記加熱層の間に反応層が挟持されていることが望ましい。
本発明の構造体をこのような構成とし、加熱層に水蒸気のような熱源を流し、反応層を加熱することで、反応層を流通し吸着・吸収された二酸化炭素を効率よく脱着・放出することができる。また、二酸化炭素の脱吸着を行う反応層とは別に加熱層を設けているので、熱源と反応層の吸着剤は直接接触せず、加熱層の熱源として安価な水蒸気を用いることができ、この水蒸気に起因して反応層に吸着した水を蒸発させる必要がなく、二酸化炭素を効率よく、低コストで吸脱着することができる。
図１に示すハニカム構造体は、高熱伝導性セラミックや炭素から構成されているが、金属から構成されていてもよい。
In the structure of the present invention, the honeycomb structure to be the reaction layer is laminated with 1 to 20 layers, and it is desirable that the reaction layer is sandwiched between the heating layers.
The structure of the present invention has such a structure, and by flowing a heat source such as water vapor through the heating layer and heating the reaction layer, carbon dioxide adsorbed and absorbed through the reaction layer is efficiently desorbed and released. be able to. Further, since a heating layer is provided separately from the reaction layer that desorbs carbon dioxide, the heat source and the adsorbent of the reaction layer do not come into direct contact with each other, and inexpensive water vapor can be used as the heat source of the heating layer. It is not necessary to evaporate the water adsorbed on the reaction layer due to water vapor, and carbon dioxide can be efficiently absorbed and desorbed at low cost.
The honeycomb structure shown in FIG. 1 is made of high thermal conductive ceramic or carbon, but may be made of metal.
図１に示す加熱層は、金属製のものを想定しており、平板と波板を組み合わせて接合したものであり、端面の貫通孔の形状は、波板の形状により異なるが、三角柱の形状や、図１に示すような三角柱に近似した曲面からなる形状が望ましい。
加熱層が炭素やセラミックからなる場合、加熱層の貫通孔の形状は、上記ハニカム構造体の貫通孔の形状と同様の四角柱、三角柱、六角柱等が挙げられる。
The heating layer shown in FIG. 1 is assumed to be made of metal, and is formed by combining and joining a flat plate and a corrugated plate. The shape of the through hole on the end face differs depending on the shape of the corrugated plate, but the shape of a triangular prism. Alternatively, a shape having a curved surface similar to a triangular prism as shown in FIG. 1 is desirable.
When the heating layer is made of carbon or ceramic, the shape of the through hole of the heating layer may be a quadrangular prism, a triangular prism, a hexagonal prism or the like similar to the shape of the through hole of the honeycomb structure.
加熱層の長手方向に垂直な断面における貫通孔密度は、０．００５～７７．５個／ｃｍ２（０．０３～５００個／ｉｎｃｈ２）であることが望ましく、０．１５～４６．５個／ｃｍ２（１～３００個／ｉｎｃｈ２）がより望ましい。表面積が大きくなり、水蒸気等の熱を多量かつ迅速にハニカム構造体に伝達できるからである。 The through-hole density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the heating layer is preferably 0.005 to 77.5 pieces / cm 2 (0.03 to 500 pieces / inch 2 ), and is 0.15 to 46.5. Pieces / cm 2 (1 to 300 pieces / inch 2 ) is more desirable. This is because the surface area becomes large and heat such as water vapor can be quickly transferred to the honeycomb structure in a large amount.
本発明の構造体において、加熱層の幅は、２～２０ｃｍであることが望ましく、３～１８ｃｍであることがより望ましい。また、加熱層の体積は、２０～２００Ｌ（リットル）であることが望ましい。また、加熱層の熱伝導率は、１５～３００Ｗ／ｍ・Ｋであることが望ましい。 In the structure of the present invention, the width of the heating layer is preferably 2 to 20 cm, more preferably 3 to 18 cm. The volume of the heating layer is preferably 20 to 200 L (liter). Further, it is desirable that the thermal conductivity of the heating layer is 15 to 300 W / m · K.
［構造体の製造方法］
次に、上記構造体を製造する方法について説明する。
上記構造体を製造する際には、下記する各工程を行い、ハニカム構造体と伝熱体とが積層された構造体を製造する。
以下では、上記ハニカム構造体を構成する材料として、炭素を使用し、伝熱体を構成する材料として金属を使用した場合について説明するが、上述したようにハニカム構造体及び伝熱体を構成する材料は、上記材料に限られず、その製造方法も、下記の方法に限定されるものではない。
[Manufacturing method of structure]
Next, a method for manufacturing the above structure will be described.
When manufacturing the above structure, each of the following steps is performed to manufacture a structure in which a honeycomb structure and a heat transfer body are laminated.
Hereinafter, a case where carbon is used as the material constituting the honeycomb structure and metal is used as the material constituting the heat transfer body will be described, but as described above, the honeycomb structure and the heat transfer body are formed. The material is not limited to the above-mentioned material, and the manufacturing method thereof is not limited to the following method.
本発明の構造体を製造する際には、まず、ハニカム構造体と伝熱体とを製造し、製造されたハニカム構造体と伝熱体とを接着する。
炭素を基体、又は、基体と担持体とするハニカム構造体を製造する際に、例えば、まず、炭素となる炭素前駆体の粒子、高熱伝導フィラーの粒子、造孔材、バインダ、分散媒等を混合、混練して原料組成物を調製する。
When manufacturing the structure of the present invention, first, the honeycomb structure and the heat transfer body are manufactured, and the manufactured honeycomb structure and the heat transfer body are bonded to each other.
When manufacturing a honeycomb structure using carbon as a substrate or a substrate and a carrier, for example, first, particles of a carbon precursor to be carbon, particles of a high heat conductive filler, a pore-forming material, a binder, a dispersion medium, etc. are used. Mix and knead to prepare a raw material composition.
図２Ａは、本発明の構造体の製造方法において作製したハニカム成形体を模式的に示す断面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示したハニカム成形体のＡ－Ａ線断面図である。
上記工程の後、この原料組成物を押出成形することにより、図２Ａ及び図２Ｂに示すような、多数の貫通孔４１と貫通孔４１を区画する隔壁４２とを有するハニカム構造体とほぼ同様の形状を有するハニカム成形体４０を作製する。さらに、窒素等の不活性ガス下、６００～１０００℃程度の温度で焼成し、炭素前駆体を炭素化させる。
FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing a honeycomb molded body produced by the method for manufacturing a structure of the present invention, and FIG. 2B is a sectional view taken along line AA of the honeycomb molded body shown in FIG. 2A.
After the above steps, the raw material composition is extruded to be substantially similar to a honeycomb structure having a large number of through
炭素前駆体としては、例えば、セルロース系繊維、フェノール樹脂等の難黒鉛化性炭素、メソフェーズピッチ、コークス、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）等の易黒鉛化性炭素；およびこれらの混合物等が挙げられる。これらの炭素前駆体は、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのなかでは、フェノール樹脂、ＰＡＮ、コークス等が好ましい。 Examples of the carbon precursor include non-graphitizable carbons such as cellulose fibers and phenolic resins, easily graphitizable carbons such as mesophase pitch, coke, polyvinyl chloride, polyimide and polyacrylonitrile (PAN); and mixtures thereof. And so on. These carbon precursors may be used alone or in combination of two or more. Among these, phenolic resin, PAN, coke and the like are preferable.
高熱伝導フィラーとしては、アルミニウム、銅、天然黒鉛（鱗状）、窒化アルミ等が挙げられる。これらを、上記のように、粒子状（粉末状）として、原料組成物に添加することにより、ハニカム構造体の熱伝導率を高くすることができる。 Examples of the high thermal conductive filler include aluminum, copper, natural graphite (scaly), aluminum nitride and the like. By adding these to the raw material composition in the form of particles (powder) as described above, the thermal conductivity of the honeycomb structure can be increased.
ハニカム構造体を製造する際、上記のようにして炭素前駆体を含むハニカム成形体を加熱することにより炭素化した後、賦活処理を行うことにより、より高比表面積を有するハニカム構造体を製造することができ、多量の吸着剤をハニカム構造体に担持させることが可能となる。 When manufacturing the honeycomb structure, the honeycomb molded body containing the carbon precursor is carbonized by heating as described above, and then the activation treatment is performed to manufacture the honeycomb structure having a higher specific surface area. This makes it possible to support a large amount of adsorbent on the honeycomb structure.
賦活処理の方法としては、ガス賦活処理、薬品賦活処理等が挙げられる。ガス賦活処理とは、炭化物を所定の温度まで加熱した後、賦活ガスを供給することにより賦活処理を行う方法である。賦活ガスとしては、水蒸気、空気、炭酸ガス、酸素、燃焼ガスおよびこれらの混合ガスを用いることができる。賦活処理は、成形体を８００～１０００℃程度の温度で焼成する際に、所定の温度に達した後、上記の賦活ガスを供給し、賦活化処理を行ってもよく、１０００℃より高温で処理する際、賦活ガスを供給し、賦活化処理を行ってもよい。 Examples of the activation treatment method include gas activation treatment and chemical activation treatment. The gas activation treatment is a method of heating a carbide to a predetermined temperature and then supplying the activation gas to perform the activation treatment. As the activating gas, water vapor, air, carbon dioxide gas, oxygen, combustion gas and a mixed gas thereof can be used. In the activation treatment, when the molded product is fired at a temperature of about 800 to 1000 ° C., after reaching a predetermined temperature, the above activation gas may be supplied to perform the activation treatment, and the activation treatment may be performed at a temperature higher than 1000 ° C. At the time of treatment, activation gas may be supplied and activation treatment may be performed.
薬品賦活処理とは、原料組成物を調製する際、原料組成物中に賦活剤を添加し、ハニカム成形体を作製した後、焼成することにより炭化処理と賦活処理とを同時に行う方法である。本発明では、賦活剤として、アルカリ金属化合物を使用することが望ましい。アルカリ金属化合物としては、特に限定されるものではないが、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸塩、硫酸カリウム、硫酸ナトリウムなどのアルカリ金属の硫酸塩等が挙げられる。これらのなかでは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムが望ましい。
賦活剤として、アルカリ金属化合物以外の他の賦活剤を含んでもよい。他の賦活剤としては、例えば、リン酸、硫酸、塩化カルシウム、塩化亜鉛、硫化カリウム等が挙げられる。
原料組成物中には、さらに成形助剤等が含まれていてもよい。
The chemical activation treatment is a method in which, when preparing a raw material composition, an activator is added to the raw material composition, a honeycomb molded product is produced, and then the carbonization treatment and the activation treatment are simultaneously performed by firing. In the present invention, it is desirable to use an alkali metal compound as an activator. The alkali metal compound is not particularly limited, but for example, alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, alkali metal carbonates such as potassium carbonate and sodium carbonate, potassium sulfate, sodium sulfate and the like. Alkali metal sulfates and the like can be mentioned. Of these, potassium hydroxide and sodium hydroxide are desirable.
The activator may contain an activator other than the alkali metal compound. Examples of other activators include phosphoric acid, sulfuric acid, calcium chloride, zinc chloride, potassium sulfide and the like.
The raw material composition may further contain a molding aid or the like.
バインダとしては、特に限定されないが、ピッチ、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。これらのなかでは、焼成時に炭素となり易いピッチ等が好ましい。 The binder is not particularly limited, and examples thereof include pitch, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyethylene glycol, phenol resin, epoxy resin, and the like, and two or more kinds thereof may be used in combination. Among these, a pitch or the like that tends to become carbon at the time of firing is preferable.
造孔剤としては、特に限定されないが、例えば、アクリル樹脂、デンプン等が挙げられる。
造孔剤とは、ハニカム構造体を製造する際、ハニカム構造体の内部に気孔を導入するために用いられるものをいう。
The pore-forming agent is not particularly limited, and examples thereof include acrylic resin and starch.
The pore-forming agent refers to an agent used to introduce pores inside the honeycomb structure when the honeycomb structure is manufactured.
成形助剤としては、特に限定されないが、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられ、二種以上併用してもよい。 The molding aid is not particularly limited, and examples thereof include ethylene glycol, dextrin, fatty acid, fatty acid soap, and polyalcohol, and two or more thereof may be used in combination.
分散媒としては、特に限定されないが、水、ベンゼン等の有機溶媒、メタノール等のアルコール等が挙げられ、二種以上併用してもよい。 The dispersion medium is not particularly limited, and examples thereof include water, an organic solvent such as benzene, an alcohol such as methanol, and the like, and two or more kinds thereof may be used in combination.
原料組成物を調製する際には、混合混練することが望ましく、ミキサー、アトライタ等を用いて混合してもよく、ニーダー等を用いて混練してもよい。 When preparing the raw material composition, it is desirable to mix and knead, and the mixture may be mixed using a mixer, an attritor or the like, or may be kneaded using a kneader or the like.
続いて、ハニカム成形体を乾燥した後、加熱焼成を行い、炭素化し、炭素（黒鉛）からなるハニカム構造体を製造する。
乾燥工程では、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機、凍結乾燥機等の乾燥機を用いて、ハニカム成形体を乾燥する。
この後、６００～１０００℃で加熱焼成する。
加熱焼成は、通常、窒素雰囲気やアルゴン雰囲気で行うが、上述したように、水蒸気、空気、炭酸ガス、酸素、燃焼ガスおよびこれらの混合ガスを用いることにより賦活化も同時に行うことができる。
Subsequently, after the honeycomb molded body is dried, it is heated and fired to be carbonized to produce a honeycomb structure made of carbon (graphite).
In the drying step, the honeycomb molded body is dried using a dryer such as a microwave dryer, a hot air dryer, a dielectric dryer, a vacuum dryer, a vacuum dryer, and a freeze dryer.
After that, it is heated and fired at 600 to 1000 ° C.
The heating and firing is usually performed in a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere, but as described above, activation can also be performed at the same time by using steam, air, carbon dioxide gas, oxygen, combustion gas or a mixed gas thereof.
（伝熱体の製造）
複数の貫通孔を有する金属製の伝熱体の製造法は、特に限定されるものではないが、以下のような方法が考えられる。
図３Ａは、上記伝熱体の製造方法の一工程を模式的に示す断面図であり、図３Ｂは、上記伝熱体の製造方法により得られた伝熱体を模式的に示す断面図である。
まず、ステンレス等からなる平板鋼板５１と波板鋼板５２とを準備し、両者を積層する（図３Ａ参照）。次に、固定具（図示せず）で積層状態を固定した平板鋼板５１と波板鋼板５２とを、真空炉等に入れ、拡散接合用治具により所定の加圧力を加えると共に加熱することにより接触部が接合される。この後、側面に平板を接合することにより、図３Ｂに示すような貫通孔１１と隔壁１２とを有する伝熱体１０が得られる。
(Manufacturing of heat transfer material)
The method for producing a metal heat transfer body having a plurality of through holes is not particularly limited, but the following methods can be considered.
FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing one step of the method for manufacturing the heat transfer body, and FIG. 3B is a cross-sectional view schematically showing the heat transfer body obtained by the method for manufacturing the heat transfer body. be.
First, a
また、ステンレス等からなる平板金属プレートの片方の面に、マスキング部材を載せ、そのマスキング部材をマスクとしてエッチングすることにより、流体の通路（貫通孔）となる溝が形成された平板金属プレートが得られる。次に、この溝が形成された平板金属プレートと溝を有さない平板金属プレートとを積層し、上記と同様に真空炉等に入れ、拡散接合用治具により所定の加圧力を加えると共に加熱することにより接触部が接合され、貫通孔と隔壁とを有する伝熱体が得られる。 Further, by placing a masking member on one surface of a flat metal plate made of stainless steel or the like and etching the masking member as a mask, a flat metal plate having a groove formed as a fluid passage (through hole) can be obtained. Be done. Next, the flat plate metal plate in which the groove is formed and the flat plate metal plate having no groove are laminated, placed in a vacuum furnace or the like in the same manner as described above, and a predetermined pressure is applied and heated by a diffusion joining jig. By doing so, the contact portion is joined, and a heat transfer body having a through hole and a partition wall is obtained.
（伝熱体とハニカム構造体との接着工程）
製造された伝熱体とハニカム構造体とは、上述した高熱伝導性の無機系接着剤、有機合成系接着剤、炭素系接着材、又は、金属系接着剤を用いて交互に、かつ、反応層を構成するハニカム構造体の流通路と、加熱層を構成する伝熱体の流通路とが交差するように接着することにより、図１に示すような構造体１００を製造することができる。
(Adhesion process between heat transfer body and honeycomb structure)
The manufactured heat transfer body and honeycomb structure react alternately and with each other using the above-mentioned high heat conductive inorganic adhesive, organic synthetic adhesive, carbon adhesive, or metal adhesive. The
（二酸化炭素回収装置）
本発明の二酸化炭素回収装置は、上記の構造体を備えていることを特徴とする。
図４は、本発明の構造体を備えた二酸化炭素回収装置を模式的に示す説明図である。
本発明の二酸化炭素回収装置２００は、第１構造体２１１と第２構造体２１２の２台の構造体を備えている。二酸化炭素回収装置２００は、３台以上の構造体を備えていてもよいが、ここでは、２台の構造体を備えている装置としてシステムを説明する。
また、図示していないが、この二酸化炭素回収装置２００に備え付けられた第１構造体２１１と第２構造体２１２は、複数の反応層と加熱層とが互いの流路が交差するように積層されている。
(Carbon dioxide recovery device)
The carbon dioxide recovery device of the present invention is characterized by including the above-mentioned structure.
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a carbon dioxide recovery device provided with the structure of the present invention.
The carbon
Further, although not shown, the
発電機等から発生した二酸化炭素（ＣＯ２）含有ガス２１０は、図示しない脱硝装置、集塵装置、脱硫装置、予備冷却器等を通過した後、第１構造体２１１又は第２構造体２１２の反応層に導入される。二酸化炭素（ＣＯ２）含有ガス２１０が通過する配管は、切り替えバルブ２４０、２４１、２５０、２５１を備えており、切り替えバルブ２４０、２４１、２５０、２５１を切り替えることにより、二酸化炭素（ＣＯ２）含有ガス２１０がいずれかの構造体に択一的に導入されるようになっている。二酸化炭素（ＣＯ２）含有ガス２１０は、第１構造体２１１又は第２構造体２１２の反応層を出た後、煙突２１３を通過し、排気ガス２１４として排出される。
The carbon dioxide (CO 2 ) -containing
一方、熱源である水蒸気を含む水蒸気ガス２３０が通過する配管は、切り替えバルブ２４４、２４５、２４７、２４８を備えており、水蒸気ガス２３０は、第１構造体２１１又は第２構造体２１２のいずれかの加熱層に導入され、熱交換器２３１を経て、排気ガス２３２として排出される。熱交換器２３１には、空気等からなるガス２３３が導入され、加熱層を出た水蒸気ガス２３０により温められたガス２３３は、水蒸気余熱用ガス２３４として使用され、図示しない熱交換器を介して水蒸気を予熱する。このガスは、所定の設備等を加熱する他の用途に用いられてもよい。
On the other hand, the pipe through which the
第１構造体２１１又は第２構造体２１２は、二酸化炭素（ＣＯ２）回収用ガス２２０も導入されるようになっている。二酸化炭素（ＣＯ２）回収用ガス２２０の配管は、切り替えバルブ２４６、２４９、２４２、２４３を備えており、いずれかの反応層で脱着・放出された二酸化炭素は、ポンプ２２１を経て、種々の方法により、二酸化炭素（ＣＯ２）２２２として貯蔵される。
The carbon dioxide (CO 2 )
本発明の二酸化炭素回収装置を稼働させる際には、まず、二酸化炭素（ＣＯ２）含有ガス２１０が第１構造体２１１の反応層に導入され、二酸化炭素が吸着・吸収された後、煙突２１３を通過して排出される。第１構造体２１１の反応層が飽和状態となると、切り替えバルブ２４０、２４１、２５０、２５１が操作され、二酸化炭素（ＣＯ２）含有ガス２１０は、第２構造体２１２の反応層に導入され、同様に、二酸化炭素が吸着・吸収された後、煙突２１３を通過して排出される。
When operating the carbon dioxide recovery device of the present invention, first, carbon dioxide (CO 2 ) -containing
二酸化炭素（ＣＯ２）含有ガス２１０が第２構造体２１２に導入されている間に、二酸化炭素を充分に吸着・吸収した第１構造体２１１の加熱層には、水蒸気ガス２３０が導入され、加熱層により加熱された第１構造体２１１の反応層は、二酸化炭素が脱着・放出される。脱着・放出された二酸化炭素は、二酸化炭素回収用ガス２２０とともに、ポンプ２２１に導入され、ポンプ２２１を出た後、二酸化炭素（ＣＯ２）２２２として貯蔵され、発電機等で発生した二酸化炭素が回収されることとなる。
While the carbon dioxide (CO 2 ) -containing
第１構造体２１１において、上記の二酸化炭素の回収操作が行われている間に、第２構造体２１２の反応層において、二酸化炭素が充分に吸着・吸収される。従って、切り替えバルブ２４０、２４１、２５０、２５１を操作することにより、二酸化炭素（ＣＯ２）含有ガス２１０は、再び第１構造体２１１に導入される。一方、第２構造体２１２では、上記した第１構造体２１１の場合と同様に、二酸化炭素の回収操作が行われる。
上記の二酸化炭素の吸着・吸収及び脱着・放出の操作を、第１構造体２１１と第２構造体２１２との間で交互に繰り返すことにより、二酸化炭素の回収を効率的に行うことができる。
While the carbon dioxide recovery operation is being performed in the
By alternately repeating the above-mentioned operations of adsorption / absorption and desorption / release of carbon dioxide between the
（実施例）
以下、本発明の実施形態をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
(Example)
Hereinafter, examples in which the embodiments of the present invention are disclosed more specifically will be shown. The present invention is not limited to these examples.
（実施例１） (Example 1)
（ハニカム構造体の製造）
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）２５．５重量部、有機バインダ（メチルセルロース）４．１重量部、アルミニウム金属（平均粒子径１０μｍ）５５．２重量部、潤滑剤（日油社製 ユニルーブ）１．４重量部、及び、水１３．８重量部を加えて混練し、原料組成物を調製した。
(Manufacturing of honeycomb structure)
25.5 parts by weight of polyacrylonitrile (PAN), 4.1 parts by weight of organic binder (methyl cellulose), 55.2 parts by weight of aluminum metal (
次に、ハニカム構造体を製造するための金型を用い、原料組成物の押出成形を行い、ハニカム構造体と同様の構造のハニカム成形体を作製した。 Next, the raw material composition was extruded using a mold for manufacturing the honeycomb structure to produce a honeycomb molded body having the same structure as the honeycomb structure.
次いで、マイクロ波乾燥機を用いて上記ハニカム成形体を乾燥させ、加熱炉に搬入し、窒素雰囲気下、１０００℃、１時間の加熱条件下、焼成、炭素化工程を行った。 Next, the honeycomb molded body was dried using a microwave dryer, carried into a heating furnace, and fired and carbonized under a heating condition of 1000 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere.
次に、得られたハニカム構造の部材を、水蒸気下、９００℃で加熱し、賦活処理を行うことにより、表面積を増大させた。 Next, the obtained honeycomb structure member was heated at 900 ° C. under steam and subjected to an activation treatment to increase the surface area.
この後、モノエタノールアミンを含むアミン化合物の水溶液を調製し、炭素化工程を終了したハニカム構造体をアミン化合物の水溶液に浸漬することにより、ハニカム構造体の隔壁にアミン化合物を３０ｇ／Ｌ担持した。 After that, an aqueous solution of the amine compound containing monoethanolamine was prepared, and the honeycomb structure having completed the carbonization step was immersed in the aqueous solution of the amine compound to carry 30 g / L of the amine compound on the partition wall of the honeycomb structure. ..
得られたアミン化合物を担持したハニカム構造体は、貫通孔が露出した端面の形状に関し、積層方向の長さ（幅）：８．９ｃｍ、接着面の長さ：１０ｃｍで、貫通孔方向の長さ：１０ｃｍ、貫通孔密度は、１５５個／ｃｍ２（１０００ｃｐｓｉ）、隔壁の厚さは、０．２ｍｍであった。上記ハニカム構造体の積層方向の長さが反応層の幅となる。 The honeycomb structure supporting the obtained amine compound has a length (width) in the stacking direction: 8.9 cm, a length of the adhesive surface: 10 cm, and a length in the through hole direction with respect to the shape of the end face where the through holes are exposed. The size was 10 cm, the through-hole density was 155 pieces / cm 2 (1000 cpsi), and the thickness of the partition wall was 0.2 mm. The length of the honeycomb structure in the stacking direction is the width of the reaction layer.
また、得られたハニカム構造体には、アルミニウムが４３重量％含まれており、密度は、２．３ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ・Ｋであった。 The obtained honeycomb structure contained 43% by weight of aluminum, had a density of 2.3 g / cm 3 , and had a thermal conductivity of 20 W / m · K.
（伝熱体の製造）
厚さ：０．５ｍｍの平板ステンレス鋼板と、厚さ：０．５ｍｍ、波ピッチ：２ｍｍ、谷深さ・山の高さ：２ｍｍの波板ステンレス鋼板とを用意し、両者を交互に積層した後、真空炉等に入れ、拡散接合用治具により加圧力を加えると共に加熱することにより接触部を接合し、側面に板状体を接合することにより、図３Ｂに示すような貫通孔１１と隔壁１２とを有する伝熱体１０を製造した。
伝熱体は、貫通孔が露出した端面の形状に関し、積層方向の幅（縦）：０．５５ｃｍ、接着面の長さ（横）：１０ｃｍ、貫通孔方向の長さ：１０ｃｍであった。
伝熱体の熱伝導率は、１６．３Ｗ／ｍ・Ｋであった。
(Manufacturing of heat transfer material)
A flat stainless steel plate with a thickness of 0.5 mm and a corrugated stainless steel plate with a thickness of 0.5 mm, a wave pitch of 2 mm, and a valley depth / peak height of 2 mm were prepared and laminated alternately. After that, it is placed in a vacuum furnace or the like, and the contact portion is joined by applying pressure and heating with a diffusion joining jig, and by joining a plate-shaped body to the side surface, the through
Regarding the shape of the end surface where the through hole was exposed, the heat transfer body had a width (vertical) of 0.55 cm in the stacking direction, a length (horizontal) of the adhesive surface: 10 cm, and a length in the through hole direction: 10 cm.
The thermal conductivity of the heat transfer body was 16.3 W / m · K.
（積層、接着工程）
上記工程により製造した１個のハニカム構造体２０の接着面と２個の伝熱体１０の接着面に、シリカアルミナからなる無機系接着剤を塗布し、両方の外側に伝熱体１０が位置するように積み重ねて接着し、１５０℃に加熱することにより、接着剤を硬化させ、本発明の積層体の製造を完了した。
(Laminating and bonding process)
An inorganic adhesive made of silica-alumina is applied to the adhesive surface of one
この実施例１で製造した構造体を構成する反応層（ハニカム構造体）の幅は、８．９ｃｍであり、反応層の体積比率（反応層の体積／（反応層の体積＋加熱層の体積））は、０．８９であった。 The width of the reaction layer (honeycomb structure) constituting the structure produced in Example 1 is 8.9 cm, and the volume ratio of the reaction layer (volume of the reaction layer / (volume of the reaction layer + volume of the heating layer). )) Was 0.89.
（比較例１）
製造した構造体を構成する反応層（ハニカム構造体）の幅を５ｃｍとし、伝熱体の幅を２．５ｃｍとし、反応層の体積比率（反応層の体積／（反応層の体積＋加熱層の体積））を０．５とした他は、実施例１と同様に構造体を製造した。
(Comparative Example 1)
The width of the reaction layer (honeycomb structure) constituting the manufactured structure is 5 cm, the width of the heat transfer body is 2.5 cm, and the volume ratio of the reaction layer (volume of the reaction layer / (volume of the reaction layer + heating layer). The structure was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the volume)) was set to 0.5.
（比較例２）
製造した構造体を構成する反応層（ハニカム構造体）の幅を９．４ｃｍとし、伝熱体の幅を０．３ｃｍとし、反応層の体積比率（反応層の体積／（反応層の体積＋加熱層の体積））を０．９４とした他は、実施例１と同様に構造体を製造した。
(Comparative Example 2)
The width of the reaction layer (honeycomb structure) constituting the manufactured structure is 9.4 cm, the width of the heat transfer body is 0.3 cm, and the volume ratio of the reaction layer (volume of the reaction layer / (volume of the reaction layer +) A structure was produced in the same manner as in Example 1 except that the volume of the heating layer)) was 0.94.
（二酸化炭素の吸脱着試験）
製造した実施例１及び比較例１～２に係る構造体を構成するハニカム構造体の貫通孔が露出した端面に二酸化炭素を含む気体を流通させる配管を接続し、伝熱体の貫通孔が露出した端面に水蒸気を含む熱源を流通させる配管を接続した。
(Carbon dioxide absorption / desorption test)
A pipe for passing a gas containing carbon dioxide is connected to the end face where the through holes of the honeycomb structures constituting the manufactured structures according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are exposed, and the through holes of the heat transfer body are exposed. A pipe for circulating a heat source containing water vapor was connected to the end face.
続いて、二酸化炭素を５容量％含む４０℃の気体を、ＳＶ（空間流速）＝５０００／ｈｒの流速でハニカム構造体の貫通孔に導入し、上記構造体の吸着剤が飽和するまで流した。吸着・吸収の状態については、ハニカム構造体を通過した気体をガス分析計で分析し、吸着剤に吸着・吸収することにより減少した二酸化炭素濃度が最初の濃度となった時点で飽和に達したと判断した。飽和に達するまでの時間は、実施例１が２４８秒間、比較例１が１３６秒間、比較例２が２６０秒間であった。 Subsequently, a gas at 40 ° C. containing 5% by volume of carbon dioxide was introduced into the through holes of the honeycomb structure at a flow rate of SV (space flow rate) = 5000 / hr, and flowed until the adsorbent of the structure was saturated. .. Regarding the state of adsorption / absorption, the gas that passed through the honeycomb structure was analyzed with a gas analyzer, and saturation was reached when the carbon dioxide concentration reduced by adsorption / absorption by the adsorbent reached the initial concentration. I decided. The time to reach saturation was 248 seconds for Example 1, 136 seconds for Comparative Example 1, and 260 seconds for Comparative Example 2.
この後、水蒸気を含む１２０℃の気体を伝熱体の貫通孔に導入し、ハニカム構造体の貫通孔には、窒素ガスをＳＶ（空間流速）＝１０００／ｈｒで導入することにより二酸化炭素の脱着・放出を行った。この際、ガス分析計により脱着・放出された二酸化炭素の量を測定し、二酸化炭素の濃度が０．１容量％以下となったとき、脱着・放出が終了と判断した。
その結果、脱着・放出の時間は、実施例１が３０７秒間、比較例１が１７０秒間、比較例２が７６２秒間であった。
After that, a gas at 120 ° C. containing water vapor is introduced into the through hole of the heat transfer body, and nitrogen gas is introduced into the through hole of the honeycomb structure at SV (space flow velocity) = 1000 / hr to generate carbon dioxide. Detachment / release was performed. At this time, the amount of carbon dioxide desorbed / released was measured by a gas analyzer, and when the concentration of carbon dioxide became 0.1% by volume or less, it was determined that the desorption / release was completed.
As a result, the desorption / release time was 307 seconds for Example 1, 170 seconds for Comparative Example 1, and 762 seconds for Comparative Example 2.
このように、実施例１では、短時間で多量の二酸化炭素を吸脱着できたのに対し、比較例１では二酸化炭素の吸着量が少ないため吸脱着の切り替えが頻繁になり、比較例２では、吸着した二酸化炭素の脱着に長い時間を要した。
本実施例では１個のハニカム構造体２０の両側に２個の伝熱体１０の接着した構造体で評価したが、ハニカム構造体２０と伝熱体１０を交互に複数個積層した場合においても同じ構造であるため同様の結果が期待できる。
As described above, in Example 1, a large amount of carbon dioxide could be absorbed and desorbed in a short time, whereas in Comparative Example 1, since the amount of carbon dioxide adsorbed was small, switching between absorption and desorption became frequent, and in Comparative Example 2, the absorption and desorption were frequently switched. It took a long time to desorb the adsorbed carbon dioxide.
In this embodiment, the evaluation was made using a structure in which two
１０ 伝熱体
１１ 貫通孔
１２ 隔壁
２０ ハニカム構造体
２１ 貫通孔
２２ 隔壁
３０ 接着層
４０ ハニカム成形体
４１ 貫通孔
４２ 隔壁
５１ 平板鋼板
５２ 波板鋼板
１００ 構造体
２００ 二酸化炭素回収装置
２１０ 二酸化炭素（ＣＯ２）含有ガス
２１１ 第１構造体
２１２ 第２構造体
２１３ 煙突
２１４、２３２ 排気ガス
２２０ 二酸化炭素（ＣＯ２）回収用ガス
２２１ ポンプ
２２２ 二酸化炭素（ＣＯ２）
２３０ 水蒸気ガス
２３１ 熱交換器
２３３ ガス
２３４ 水蒸気余熱用ガス
２４０、２４１、２４２、２４３、２４４、２４５ 切り替えバルブ
２４６、２４７、２４８、２４９、２５０、２５１ 切り替えバルブ
10
230
Claims (8)
二つの前記加熱層の間にある前記反応層の幅は、２０～１００ｃｍであり、前記反応層の体積比率（反応層の体積／（反応層の体積＋加熱層の体積））は、０．６～０．９であることを特徴とする構造体。 Carbon dioxide recovery in which a reaction layer composed of a substrate, a carrier, and an adsorbent that absorbs and desorbs carbon dioxide carried on the carrier, and a heating layer for heating the reaction layer are alternately laminated. Structure for
The width of the reaction layer between the two heating layers is 20 to 100 cm, and the volume ratio of the reaction layer (volume of the reaction layer / (volume of the reaction layer + volume of the heating layer)) is 0. A structure characterized by being 6 to 0.9.
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