JPS63305936A - 伝熱性の優れた吸着構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は吸着構造体、特に伝熱性に優れ、かつガス状吸
着物質をシづ度変動により吸着分離するのに適した内部
構造を有し、例えば排ガスなどの顕熱を利用して燃焼用
の酸素富化空気を製造するのに好適な吸着構造体に関す
るものである。

従来の技術 吸着剤は、固体、液体、気体の物質を吸着する固体、又
は液体の物質であるが、これらの具体例としては例えば
、ゼオライト、活性炭、酸性白土などがあげられる。

以下吸着剤として代表的なゼオライトの例をとり説明す
る。ゼオライトは各種ガスの精製などに特異な吸着性能
を有することから工業的に使用されている。

例えば圧力の変動を利用したＰ　Ｓ　Ａ　（Ｐｒｅｓｓ
ｕｒｅＳｗｉｎｇ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）と呼ばれる
プロセスと、温度の変動を利用してガスを吸着分離する
ＴＳＡ（Ｔｈｅｒｍｏ　５ｗ１ｒ＋ｇ　Ａｄｓｏｒｐｔ
ｉｏｎ）と呼ばれるプロセスとがある。

ゼオライト系吸着剤に、例えば空気を常温で接触させる
と、窒素と水分のみが選択的に吸着されるため、酸素富
化された空気が得られ、またこの窒素と水分とを吸着し
た吸着剤を高温に加熱すると、窒素と水分を分離しても
との状態に戻る性質がある。この性質を繰り返し利用し
たのがＴＳＡプロセスである。

ＴＳＡプロセスに用いられるゼオライト系吸着剤につい
ているいろ提案されている。例えば、特開昭５２−１３
８８９８号公報に見られるように、ゼオライトに粘土鉱
物と多価アルコールを加え、水と共に混練、成型、焼成
したもの、また特開昭４９−６６５９３号公報に示され
るように、天然ゼオライト鉱石を塩酸又は硫酸水溶液に
浸漬し、脱酸処理後、乾燥、焼成したものがある。

発明が解決しようとする問題点 しかし、これらは吸着性能は改善されるが、ゼオライト
の熱伝導率が約０．０４２ｋｃａｌ／＋ｈｒ　・℃と非
常に低く、外部からの熱を加えても吸着剤の内部まで熱
が伝わらないため、必要以上の熱量を加えて表面を加熱
しなければ温度の変化を利用してガスの吸着・脱着を繰
り返すのは非常に困難であり、ＴＳＡプロセスに用いら
れる吸着剤としては適当でない。

また、吸着剤の粒度を小さくすれば、熱伝導性は多少改
善されるものの、充填層における圧損失は粒度が小さく
なると極端に大きくなるため、排ガスなどの顕熱を利用
して吸着剤を加熱する場合、送風動力が増大する問題が
ある。　。

そこで、ガス吸着性能を維持しながら、伝熱性能を向上
するような吸着剤、特にＴＳＡプロセスを効率よく運転
できる吸着剤の出現が望まれている。

問題点を解決するための手段 本発明は、このような従来技術の問題点を解決すること
を目的とするものであって、吸着剤と高熱伝導率の蓄熱
剤とを複合した成形体とし、かつ、これを好ましくは、
連続気孔の多孔性（ポーラス）構造とすることにより、
ガス吸着分離性能と伝熱性能とを向上させた伝熱性に優
れた吸着構造体を提供するものである。

すなわち、本発明は、吸着剤、蓄熱剤及び気孔形成剤を
含有する混合物を加圧成型した後、この成形体中の気孔
形成剤を除去した多孔性成形体からなり、しかもこの多
孔性成形体は蓄熱剤１重量部に対し吸着剤０．０５〜０
．２重量部からなることを特徴とする伝熱性に優れた吸
着構造体である。

以下、さらに本発明の詳細な説明する。

本発明に使用される吸着剤は、前記ＴＳＡプロセスに使
用可能な固体状の吸着剤であり、その具体例としては天
然或いは合成のゼオライト、活性炭、酸性白土などがあ
げられる。これらのうち、ゼオライトがより好ましい。

ゼオライトはアルカリ或いはアルカリ土類金属の含水ア
ルミノケイ酸塩であり、８石群に属する天然物の他、合
成品があり、これらはいずれも本発明に用いることがで
きる。

この合成品としては ゼオライト−Ａ　（Ｎａ１２（Ａ文０２）１２（Ｓ１０
２）１２　）、ゼオライト−Ｘ　（Ｎａｓ６（ＡＭ　２
）８６（Ｓ１０２）　１０８　）、ゼオライト−Ｙ（Ｎ
ａ５６（Ａ！；Ｌ０２）５６（Ｓｉ０２）１３６〕、ゼ
オライト−Ｌ（Ｋ８（Ｍｏ２）９（Ｓｉ０２）２゜〕な
どがある。

本発明に用いられる吸着剤の粒度としては、目的とする
吸着構造体によっても変るが、蓄熱剤と共に成形しうる
程度のもので、例えば直径０．５〜３ｍｍ程度に成形し
たものが好ましいが、特に限定するものではない。

また、本発明に用いられる蓄熱剤としては、熱伝導率が
約３４０ｋｃａｌ／ｍｈｒ・℃である銅などの高熱伝導
性の金属、銅合金及び熱伝導率が約２３０ｋｃａｌ／ｍ
ｈｒ　　・℃である炭化けい素などの高熱伝導性セラミ
ックスなどがあげられる。その粒度は吸着剤と同等程度
のもので十分である。

次に、これらの吸着剤と蓄熱剤とを混合成型し、焼成し
て複合化するが、熱膨張係数が近いものどうしであれば
複合化は容易である。

しかし、ゼオライトを吸着剤とする場合、これと等しい
熱膨張係数で高熱伝導率の蓄熱剤を選択することは困難
である。

そこで使用する温度を１０〜１５０℃の範囲とすると、
蓄熱剤に対するゼオライトの割合を重量比で１　：　０
．０５〜０．２好ましくは１：Ｏ−１前後とし、さらに
これに気孔形成剤を配合し加圧成型した後、この成形体
中の気孔形成剤をたとえば加熱融解又は加熱後水浸漬し
て気孔形成剤を除去し、成形体の蓄熱剤の表面に吸着剤
を付着させた構造とすれば、膨張・収縮を蓄熱剤内部で
吸収することができる。

本発明に用いられる気孔形成剤としては、加熱により融
解（揮散）或いは加熱後水浸漬により、除去される物質
であれば好都合であるが、特に限定するものではない。

その具体例としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、
炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウムなどがあげられるが
、これらの生塩化ナトリウムは、安価で入手が容易であ
り、連続気孔が容易に得られるので好ましい。気孔形成
剤の粒度としては、吸着剤と蓄熱剤とが比較的に均一に
混合できる粒度のものが好ましいが、これに限られるも
のではなく、吸着剤とほぼ同等程度のものが用いられる
。

気孔形成剤の配向割合は、吸着剤及び蓄熱剤の合計重量
に対して５〜２０％程度を用いる。この配合割合が少な
すぎると、連続気孔が少なく、吸着又は脱着機能が充分
に作用しない。又、多すぎると、吸着構造体が崩壊する
おそれがある。

このように配合した吸着剤、蓄熱剤、気孔形成剤の混合
物を加圧成型機により成形し、所望の寸法、形状のもの
とする。例えば寸法としては直径１〜５ｍｍＸ高さ３〜
６ｍｍ程度、形状としては円筒状などがあげられる。そ
の成型圧としてはたとえば２〜１０ｋｇ／ｃｒｎ’であ
る。また、成型法によっても成形体内でのガス体の拡散
抵抗が変るので、成形体の寸法、形状などを考慮して適
当な成形法によって成型すればよい。

次に、加圧成型した成形体を必要に際し、加熱し、焼成
すると共に、気孔形成剤を除去する。

その除去方法としては気孔形成剤の種類にもよるが、通
常、気孔形成剤の融点以下で加熱焼成した後、気孔形成
剤の融点以上蓄熱剤の融点以下の温度に加熱して融解（
揮散）させればよい。

気孔形成剤が水溶性の物質の場合は、前記の気孔形成剤
の融点以下に加熱焼成した後、これを水に浸漬する方法
によってもよい。このようにして得られたものは第１図
に示すよう銅基質蓄熱剤２の表面に吸着剤１が付着した
気孔３を有する構造となり、膨張・収縮を蓄熱剤内部で
吸収することができる。

以上のようにして得られた吸着構造体は、吸着性能及び
伝熱性能に優れたものであり、ＴＳＡプロセス用の吸着
剤として好適である。

本発明の明細書では吸着剤がゼオライトである場合のも
のを中心に説明したが、本発明はこれに限られるもので
はなく、吸着剤、蓄熱剤及び気孔形成剤など例示した他
のものを用いた場合も同様である。

また本発明の吸着構造体はＴＳＡプロセスに用いること
に限られるものではなく、広く、伝熱性を要求される分
野の吸着用に用いることができる。

実施例 直径１ｍｍに成形された合成ゼオライト（米国Ｕ３Ｏ社
）と１〜２ｍｍの銅粒子および１ｍｍ前後の食塩を体積
比で１＋５：５の割合で均一混合し、直径３ｍｍ、長さ
５ｍｍの円筒状に成形し、電気炉に挿入し、外部加圧（
約３ｋｇ／ｃｍ’）　Ｌながら５℃／分の速度で昇温し
、塩化ナトリウム（食塩）の融点以下である６００℃で
１時間保持して十分焼成した後、食塩の融点以上で銅の
融点以下である９００’０まで加熱して１時間保持した
。この間に食塩分のみ融解するのでポーラスな銅基質の
表面に合成ゼオライト粒子が付着した吸着帯構造体が得
られた。

この吸着構造体を用いてボイラーの燃焼用空気の富化を
第２図に示す装置で行った。第２図のＩＡ、ＩＢ、ＩＣ
は吸着構造体充填筒で、これに吸着構造体がそれぞれ装
填されている。

ブロワ−９によって圧送された常温の空気をバルブ４Ｃ
を開にして充填筒１−Ｃに導入し、酸素濃度を２１％か
ら約２５％まで富化し、この酸素富化された空気をバル
ブ６Ｃ１及び７Ｂを開にして充填筒１−Ｈに導入し、前
工程で高温になった吸着構造体を冷却すると共に、この
熱交換によって酸素富化された空気は約３０℃から約７
０℃まで予熱され、バルブ３Ｂを開にしてボイラー１０
へ燃焼用空気として導入され使用される。ボイラーｌＯ
での燃焼によって生じた排ガスは、ブロワ−８を経て、
バルブ２Ａを開にして、充填筒１−Ａに導入し、前工程
で吸着した窒素拳湿分を約１５０℃の排ガス顕熱によっ
て、吸着構造体を加熱して解離させ、排ガスと共にバル
ブ５Ａを通して、煙突１１から排出される。これで１サ
イクルが終了し、この操作を順次繰返し連続して酸素富
化を高めることができた。

発明の効果 本発明は、伝熱性に優れたガス吸着構造体であるので、
本発明品を用いることによって、非常に効率的に熱変動
を利用した酸素富化空気の製造装置１ 置を構成することができ、例えば排ガスなどの顕然回収
プロセスとして経済的な省エネルギー装置が提供される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の吸着構造体を説明する斜視図、第２図
は本発明の実施例に用いる装置の工程図である。 １φ・・吸着剤、２・・・銅基質蓄熱剤、３・争・気孔
、ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ・・・充填筒、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ１
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ１４Ａ、４Ｂ、４Ｃ１５Ａ、５Ｂ、５
Ｃ１６Ａ、６Ｂ、６Ｃ１７Ａ、７Ｂ、７Ｇ−Φ争切換バ
ルブ、８．９φ・・ブロワ−１１０・・・ボイラー、１
１・・・煙突。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸着剤、蓄熱剤及び気孔形成剤を含有する混合物
   を加圧成型した後、この成形体中の気孔形成剤を除去し
   た多孔性成形体からなり、しかもこの多孔性成形体は蓄
   熱剤１重量部に対し吸着剤０．０５〜０．２重量部から
   なることを特徴とする伝熱性に優れた吸着構造体。
2. （２）吸着剤がゼオライト及び活性炭からなる群より選
   ばれた少なくとも１種である特許請求の範囲第１項記載
   の伝熱性に優れた吸着構造体。
3. （３）蓄熱剤が銅及び炭化珪素からなる群より選ばれた
   少なくとも１種である特許請求の範囲第１項記載の伝熱
   性に優れた吸着構造体。
4. （４）気孔形成剤が塩化ナトリウムである特許請求の範
   囲第１項記載の伝熱性に優れた吸着構造体。
5. （５）塩化ナトリウムを加熱融解又は加熱後水浸漬によ
   り除去し、連続気孔を形成させたものである特許請求の
   範囲第１項記載の吸着構造体。