JP6649040B2 - ガス分離装置 - Google Patents
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Description
ガス回収の際の圧力変動は、電力コストに直結している。すなわち、小さな圧力変動でガスを回収することができるゲート型多孔性高分子錯体は、低コストでガスを分離することができる材料である。
複数種のガスを含む混合ガスを前記吸着塔に供給して該吸着塔内にゲート現象を起こさせるためのガス供給手段と、
前記ゲート現象の発現と関連するパラメータを制御して、前記ゲート現象を前記吸着塔内で均質に発現せるための前記パラメータ分布を制御する手段と
を少なくとも含み、
ゲート現象の発現と関連する前記パラメータを制御する手段が、前記吸着塔内の全域に取付けられた温度センサ、温度コントローラ、加熱手段および冷却手段を含むガス分離装置。
(2)ゲート現象を示すゲート型多孔性高分子錯体を充填した吸着塔を含むガス分離装置であって、
複数種のガスを含む混合ガスを前記吸着塔に供給して該吸着塔内にゲート現象を起こさせるためのガス供給手段と、
前記ゲート現象の発現と関連するパラメータを制御して、前記ゲート現象を前記吸着塔内で均質に発現せるための前記パラメータ分布を制御する手段と
を少なくとも含み、
ゲート現象の発現と関連する前記パラメータを制御する手段が、前記吸着塔内の全域に取付けられた圧力センサ、圧力コントローラ、加圧手段および減圧手段を含むガス分離装置。
(3)ゲート現象を示すゲート型多孔性高分子錯体を充填した吸着塔を含むガス分離装置であって、
複数種のガスを含む混合ガスを前記吸着塔に供給して該吸着塔内にゲート現象を起こさせるためのガス供給手段と、
前記ゲート現象の発現と関連するパラメータを制御して、前記ゲート現象を前記吸着塔内で均質に発現せるための前記パラメータ分布を制御する手段と
を少なくとも含み、
ゲート現象の発現と関連する前記パラメータを制御する手段が、前記吸着塔内の全域に取付けられた圧力センサ、温度センサ、圧力コントローラ、温度コントローラ、加熱手段、冷却手段、加圧手段および減圧手段を含むガス分離装置。
(4)前記ゲート型多孔性高分子錯体が、前記複数種の混合ガスの少なくとも1種に関してゲート型等温線を示す(1)〜(3)のいずれかに記載のガス分離装置。
(5)前記ゲート型多孔性高分子錯体が、ELM類、カゴメ類、MIL類、CID類から選ばれる(4)に記載のガス分離装置。
(6)前記ゲート型多孔性高分子錯体の吸着ゲート係数が、0.7〜75で、脱着ゲート係数が0.4〜80である、(5)記載のガス分離装置。
(7)前記ゲート型多孔性高分子錯体の吸着完了ゲート圧と脱着完了ゲート圧の圧力差が、2kPa〜8000kPaである、(5)記載のガス分離装置。
(8)前記ガス種が、酸素、窒素、アルゴン、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アルカン類、アルケン類、およびアルキン類のいずれかである、(1)〜(7)のいずれかに記載のガス分離装置。
式2:脱着ゲート係数=(脱着開始ゲート圧での吸着量−脱着完了ゲート圧での吸着量)/(脱着開始ゲート圧−脱着完了ゲート圧)
注)吸着量は測定ガスの測定温度における吸着量で単位はmL/g(STP)である。
注)圧力はkPaである。
代表的な通過点1:x=5.23,y=0.188;通過点2:x=27.4,y=0.665であり、近似式y=0.022x+0.0753である。
吸着ゲート後吸着等温線:
代表的な通過点1:x=34.2,y=23.3;通過点2:x=35.2,y=50.7であり、近似式y=27.4x−913である。
同様に等温線から算出された「吸着完了ゲート圧」は、36.0kPaであり、その時点での吸着量は74.4mLである。
上記から吸着ゲート係数=(77.4−1.1)/(36.0−33.4)=29.3と算出される。
同様に脱着開始ゲート圧=28.41kPa(吸着量は75.2mL/g(STP))である。また、脱着完了ゲート圧=26.20kPa(吸着量は2.71mL/g(STP))である。
上記から脱着ゲート係数=(75.2−2.71)/(28.41−26.20)=32.8と算出される。
吸着ゲート係数が0.7未満である場合は、圧力変動に対する吸着量の変動量が小さすぎ、一般的な吸着材との明確な差が得られず、ゲート型挙動とは言いがたい。また吸着ゲート係数75を超える場合は、圧力変動に対する吸着量の変動量が急峻過ぎ、急激な吸着熱の発生や、急激な特定ガスの吸着による混合ガスの濃度比の急激な変化があり、ガス分離材料としては実用的に使いづらい(制御しづらい)。脱着ゲート係数が0.4未満である場合は、圧力変動に対する吸着量の変動量が小さすぎ、一般的な吸着材との明確な差が得られず、ゲート型挙動とは言いがたい。また脱着ゲート係数が80を超える場合は、圧力変動に対する脱着量の変動量が急峻過ぎ、急激な脱着熱による温度低下や、急激な特定ガスの放出による混合ガスの濃度比の急激な変化があり、ガス分離材料としては実用的に使いづらい(制御しづらい)。
入り側、出側および中間地点に、幅2センチのリボンヒータが巻き付けられた、内径30mm、長さ100ミリの吸着塔に、ゲート型多孔性高分子錯体前駆体preELM−11(東京化成工業株式会社より購入)10gを、グラスフィルターと焼結フィルターにより、粉が飛散しない様に塔内に装填した。本吸着塔を窒素ガスフロー(50mL/分)で120℃、3時間加熱し、preELM−11を、吸着作用を有するELM−11に変換した。
用いたガス種、吸着塔の入側温度及び出側温度を変えて、実施例1と同じ操作を行った。
吸着塔の入り側および出側の中間地点に、厚さ18ミリの焼結フィルターを設置することで、出側流速2mL/分にて、窒素、CO2混合ガスを流通させた時に、フィルター前で圧力1.4気圧、フィルター後で圧力1.0気圧になるように調整した。表1に示す条件にて、温度制御は行わずに実施例1と同じ操作を行った。
吸着剤としてC2F5−KGMを用いた。使用したガス種は表1に示す。吸着塔の入り側温度、出側温度を変えて、実施例1と同じ操作を行った。実施例6−9で使用した吸着剤「C2F5−KGM」は、国際公報第WO2014/069574号記載のC2F5基を側鎖として有するPCPである。
吸着剤としてC2F5−KGMを用い、使用したガス種がN2/CO=1/2であった以外は、表1に示す条件にて、温度制御は行わずに実施例5と同じ操作を行った。
入り側、出側および中間地点に、幅2センチのリボンヒータが巻き付けられた、内径30mm、長さ100ミリの吸着塔において、室温25℃で、入り側、出側および中間地点の巻きつけたリボンヒータに通電して、吸着塔の入り側温度を50℃、出側温度を30℃に設定した。中間温度は入り側温度と出側温度の平均温度に設定した。さらに吸着塔の入り側および出側の中間地点に、厚さ18ミリの焼結フィルターを設置することで、出側流速2mL/分にて、窒素、CO2混合ガスを流通させた時に、フィルター前で圧力1.4気圧、フィルター後で圧力1.0気圧になるように調整した。吸着材としてELM−11を用い、表1に示す条件で、窒素、CO2混合ガス(混合比2/1(v/v)、純度>99.99%)を出側流速2mL/分にて流通させた。CO2の破過時間は33分であった。
比較例1−4は、表2に示す混合ガスを、発明例と同様に出側流速2mL/分にて流通させ、表2に示すような条件でガス分離を行った。
Claims (8)
- ゲート現象を示すゲート型多孔性高分子錯体を充填した吸着塔を含むガス分離装置であって、
複数種のガスを含む混合ガスを前記吸着塔に供給して該吸着塔内にゲート現象を起こさせるためのガス供給手段と、
前記ゲート現象の発現と関連するパラメータを制御して、前記ゲート現象を前記吸着塔内で均質に発現せるための前記パラメータ分布を制御する手段と
を少なくとも含み、
ゲート現象の発現と関連する前記パラメータを制御する手段が、前記吸着塔内の全域に取付けられた温度センサ、温度コントローラ、加熱手段および冷却手段を含むガス分離装置。 - ゲート現象を示すゲート型多孔性高分子錯体を充填した吸着塔を含むガス分離装置であって、
複数種のガスを含む混合ガスを前記吸着塔に供給して該吸着塔内にゲート現象を起こさせるためのガス供給手段と、
前記ゲート現象の発現と関連するパラメータを制御して、前記ゲート現象を前記吸着塔内で均質に発現せるための前記パラメータ分布を制御する手段と
を少なくとも含み、
ゲート現象の発現と関連する前記パラメータを制御する手段が、前記吸着塔内の全域に取付けられた圧力センサ、圧力コントローラ、加圧手段および減圧手段を含むガス分離装置。 - ゲート現象を示すゲート型多孔性高分子錯体を充填した吸着塔を含むガス分離装置であって、
複数種のガスを含む混合ガスを前記吸着塔に供給して該吸着塔内にゲート現象を起こさせるためのガス供給手段と、
前記ゲート現象の発現と関連するパラメータを制御して、前記ゲート現象を前記吸着塔内で均質に発現せるための前記パラメータ分布を制御する手段と
を少なくとも含み、
ゲート現象の発現と関連する前記パラメータを制御する手段が、前記吸着塔内の全域に取付けられた圧力センサ、温度センサ、圧力コントローラ、温度コントローラ、加熱手段、冷却手段、加圧手段および減圧手段を含むガス分離装置。 - 前記ゲート型多孔性高分子錯体が、前記複数種の混合ガスの少なくとも1種に関してゲート型等温線を示す請求項1〜3のいずれか一項に記載のガス分離装置。
- 前記ゲート型多孔性高分子錯体が、ELM類、カゴメ類、MIL類、CID類から選ばれる請求項4に記載のガス分離装置。
- 前記ゲート型多孔性高分子錯体の吸着ゲート係数が、0.7〜75で、脱着ゲート係数が0.4〜80である、請求項5記載のガス分離装置。
- 前記ゲート型多孔性高分子錯体の吸着完了ゲート圧と脱着完了ゲート圧の圧力差が、2kPa〜8000kPaである、請求項5記載のガス分離装置。
- 前記ガス種が、酸素、窒素、アルゴン、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アルカン類、アルケン類、およびアルキン類のいずれかである、請求項1〜7のいずれか一項に記載のガス分離装置。
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