JP6090810B2 - 二酸化炭素濃縮装置及び二酸化炭素供給方法 - Google Patents
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Description
簡単に述べると、2塔の吸着塔に吸着材を充填し、この吸着塔に二酸化炭素を含む空気を供給し、高圧吸着工程と低圧回収工程とをそれぞれの吸着塔において交互に繰り返し、二酸化炭素濃縮空気を発生するものである。
例えば、植物育成用の温室やビニールハウス、温度とは関係のない密閉空間(二酸化炭素濃度を高めるための)への濃縮二酸化炭素の導入、さらには密閉しない場所での植物への濃縮二酸化炭素の供給等である。
原料空気は、ブロア(1)により加圧されエアードライヤ(2)、流入路パイプ(21)、開閉弁(10)(または(10A))を流通し吸着塔(3)(または(3A))に供給される。
ここでは、吸着塔(3)で吸着が行われる場合について説明する。加圧空気が吸着塔(3)に供給された後、吸着塔(3)内の吸着材によって二酸化炭素は吸着され、他のガスは開閉弁(12)、排気路パイプ(22、23)、開閉弁(14)を通過し系外に排出される。吸着工程に要する時間は、300〜900秒間、好ましくは300〜600秒間である。該吸着材が飽和する前に吸着工程を終了し、開閉弁(10)、(12)、(14)は、閉止される。この際、吸着工程に引続き均圧工程を挿入することが望ましい。均圧工程は、開閉弁(11又は11A)、(15)を開放し、ライン(25)、(27)を使用して、吸着塔(3)から高圧空気を排出する。均圧工程が終了すると回収工程が行われる。この回収工程に要する時間は、吸着工程に要する時間と同様、300〜900秒間、好ましくは300〜600秒間である。この回収工程は、開閉弁(11)、(16)を開放し真空ポンプ(4)により吸着塔(3)を減圧することにより吸着塔(3)内の吸着材に吸着されていた二酸化炭素を脱着回収しリザーバータンク(5)に供給する。リザーバータンク(5)内の製品二酸化炭素濃縮ガスは、二酸化炭素濃縮ガス供給パイプ(6)を通してガス流量調節弁(7)により取り出される。
フェリエライトのアルカリ処理
島根県産天然フェリエライトを2〜5mmに整粒し、10gを100gの純水に入れ、水酸化ナトリウムを0.15mol添加して、室温で1晩振とうさせた。この天然フェリエライトを純水で洗浄し、その後、120℃で乾燥した。このアルカリで処理した天然フェリエライトをカンタクローム社製の水銀圧入式細孔分布測定装置で細孔分布を測定した。その結果、細孔直径0.01〜1.0μmの範囲の細孔容積が0.1056mL/gであった。
吸着材例1で、添加した水酸化ナトリウムを0.225molとした以外は同様の処理をおこなった。その結果、細孔直径0.01〜1.0μmの範囲の細孔容積が0.1086mL/gであった。
吸着材例1で、水酸化ナトリウムの代わりに水酸化カリウムを0.15mol添加した以外は同様の処理をおこなった。その結果、細孔直径0.01〜1.0μmの範囲の細孔容積が0.1042mL/gであった。
吸着材例1で、水酸化ナトリウムの代わりに水酸化カリウムを0.225mol添加した以外は同様の処理をおこなった。その結果、細孔直径0.01〜1.0μmの範囲の細孔容積が0.1055mL/gであった。
無処理の天然フェリエライトの細孔直径0.01〜1.0μmの範囲の細孔容積を測定した結果、0.0654mL/gであった。
吸着材例1で、添加した水酸化ナトリウムを0.075molとした以外は同様の処理をおこなった。その結果、細孔直径0.01〜1.0μmの範囲の細孔容積が0.0831mL/gであった。
吸着材例1で、水酸化ナトリウムの代わりに炭酸ナトリウムを0.225mol添加した以外は同様の処理をおこなった。その結果、細孔直径0.01〜1.0μmの範囲の細孔容積が0.0892mL/gであった。
図1と同様の二酸化炭素吸着装置を製作し、吸着塔に吸着材例1のフェリエライトを1L充填した。吸着圧力2kgf/cm2G、脱着圧力300Pa、吸着・脱着サイクル10分、およびリザーバータンクから吸着塔へのパージ処理をおこなった。二酸化炭素供給口の二酸化炭素濃度は、約10,000ppmであった。このときの大気中の二酸化炭素濃度からの濃縮倍率は、約27倍であった。
吸着塔に吸着材例2のフェリエライトを1L充填した以外は、実施例1と同様におこなった。二酸化炭素供給口の二酸化炭素濃度は、約9,500ppmであった。このときの大気中の二酸化炭素濃度からの濃縮倍率は、約25.7倍であった。
吸着塔に吸着材例3のフェリエライトを1L充填した以外は、実施例1と同様におこなった。二酸化炭素供給口の二酸化炭素濃度は、約9,800ppmであった。このときの大気中の二酸化炭素濃度からの濃縮倍率は、約26.5倍であった。
吸着塔に吸着材例4のフェリエライトを1L充填した以外は、実施例1と同様におこなった。二酸化炭素供給口の二酸化炭素濃度は、約9,500ppmであった。このときの大気中の二酸化炭素濃度からの濃縮倍率は、約25.7倍であった。
吸着塔に無処理の天然フェリエライト(比較吸着材1)を1L充填した以外は、実施例1と同様の操作をおこなった。二酸化炭素供給口の二酸化炭素濃度は、約4,000ppmであった。このときの大気中の二酸化炭素濃度からの濃縮倍率は、約10.8倍であった。
吸着塔に比較吸着材2を1L充填した以外は、実施例1と同様の操作をおこなった。二酸化炭素供給口の二酸化炭素濃度は、約5,000ppmであった。このときの大気中の二酸化炭素濃度からの濃縮倍率は、約13.5倍であった。
吸着塔に比較吸着材3を1L充填した以外は、実施例1と同様の操作をおこなった。二酸化炭素供給口の二酸化炭素濃度は、約6,800ppmであった。このときの大気中の二酸化炭素濃度からの濃縮倍率は、約18.3倍であった。
実施例1で、吸着材例1のフェリエライトを0.5Lと、天然モルデナイト0.5Lを充填した以外は、同様の操作をおこなった。二酸化炭素供給口の二酸化炭素濃度は、約8,000ppmであった。このときの大気中の二酸化炭素濃度からの濃縮倍率は、約21.6倍であった。
実施例1で、吸着材例1のフェリエライトを0.3Lと、天然モルデナイト0.7Lを充填した以外は、同様の操作をおこなった。二酸化炭素供給口の二酸化炭素濃度は、約6,200ppmであった。このときの大気中の二酸化炭素濃度からの濃縮倍率は、約16.8倍であった。
実施例1で、吸着材例1のフェリエライトを0.4Lと、天然モルデナイト0.6Lを充填した以外は、同様の操作をおこなった。二酸化炭素供給口の二酸化炭素濃度は、約7,000ppmであった。このときの大気中の二酸化炭素濃度からの濃縮倍率は、約18.9倍であった。
植物体の育成試験
実施例1の吸着材および運転操作により、濃度10000ppmの二酸化炭素をチューブでイチゴ苗の葉部分に8時から17時まで供給してイチゴを栽培した。葉の周辺の二酸化炭素は2,000ppmであった。二酸化炭素を供給しながら11月から3月まで栽培した。栽培したイチゴ果実の糖度を測定した結果は、10.2%であった。
二酸化炭素を供給せずに栽培したイチゴでは、イチゴ果実の糖度を測定した結果は、8.1%であった。
植物体の育成試験
実施例1の吸着材および運転操作により、濃度10000ppmの二酸化炭素をチューブによりイチゴ苗60株の葉の部分に8時から17時まで供給し、10月から4月までイチゴの育成試験を行った。最初の開花は、植え付け後42日目であった。また、イチゴの総収穫量は13.57kgであった。
比較例7
実施例7で二酸化炭素を供給しなかった以外は、同様にイチゴの育成試験を行った。最初の開花は、植え付け後57日目であり、二酸化炭素を供給した場合より15日遅かった。また、イチゴの総収穫量は10.15kgであり、二酸化炭素を供給した場合より35%少なかった。
以上、実施例6、7及び比較例6、7より、本発明の二酸化炭素供給装置により二酸化炭素を供給することで、イチゴの生育が良くなり、糖度の向上だけでなく収穫量も増大し、ハウス栽培での植物育成の効果が高いことが確認できた。
2 エアードライヤ
3、3A 吸着塔
4 真空ポンプ
5 リザーバータンク
6 二酸化炭素濃縮ガス供給パイプ
7 ガス流量調節弁
10、10A,11、11A、12、12A 開閉弁
13、14、15、16、17 開閉弁
21 流入路パイプ
22 排気路パイプ
23 排気路パイプ
24、25 ライン
26 リターンライン
27 ライン
Claims (3)
- 吸着材としてフェリエライトを使用する圧力スイング式濃縮装置であって、該フェリエライトは、直径0.5〜5mmの粒状又は円柱状であり、濃度1.5mol/L以上の水酸化ナトリウムによってアルカリ処理し、細孔径が0.01〜1μmの細孔容量が、0.1mL/g以上にしたものであることを特徴とする二酸化炭素濃縮装置。
- 吸着材としてフェリエライトを使用する圧力スイング式濃縮方法であって、該フェリエライトは、直径0.5〜5mmの粒状又は円柱状であり、濃度1.5mol/L以上の水酸化ナトリウムによってアルカリ処理し、細孔径が0.01〜1μmの細孔容量が、0.1mL/g以上にしたものであることを特徴とする二酸化炭素濃縮方法。
- 請求項1の装置により濃縮された二酸化炭素を植物育成用に供給することを特徴とする二酸化炭素供給方法。
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