TWI702080B - 吸收式去除/濃縮裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠去除或濃縮二氧化碳而確保高回收效率，且防止胺之熱劣化而長壽命化的吸收式二氧化碳去除/濃縮裝置。前述裝置具有保持有負載胺之固體吸收劑的蜂窩式轉子(1)，將蜂窩式轉子(1)至少劃分為處理區域(2)與再生區域(4)，藉由對再生用空氣與處理對象空氣之任一者或兩者設置焓亦即溫/濕度調整機構並使其通過各自的區域，能夠控制二氧化碳的吸收性能及濃縮性能。

Description

吸收式去除/濃縮裝置
本發明係關於一種吸收式去除/濃縮裝置者，其藉由使用例如保持有胺添附多孔質材料、及弱鹼性陰離子交換樹脂等二氧化碳吸收劑的轉子，並利用處理對象空氣與再生空氣之間之焓差，將包含於處理對象空氣的二氧化碳從處理對象空氣中分離，從而能夠依據以下目的去除/濃縮二氧化碳，例如去除大樓等室內的二氧化碳的目的、及向塑膠溫室或植物工廠等供給經由濃縮的高濃度的二氧化碳的目的等。
先前，作為能夠以濃縮狀態且低溫下從處理對象空氣分離去除氣體狀的去除對象物質的裝置，例如如專利文獻1所示，已知有如下吸收式去除/濃縮裝置，即，使用保持有負載胺之固體吸收劑的通氣性吸附轉子並對低溫的再生空氣進行加濕，藉此能夠抑制再生能量並且確保裝置之物質回收率。
又，當前作為二氧化碳之分離回收技術之一，已知有基於胺水溶液的化學吸收法。為了從吸收了二氧化碳的胺水溶液分離出二氧化碳(加熱再生胺水溶液)，胺水溶液需要巨大之能量，因此期待降低再生能量。作為其解決方案之一，促進了固體吸收劑之開發。固體吸收劑能夠降低胺水溶液再生時因其係水溶液系而所需的關於水分之加熱/冷卻的多餘之能 量。
如非專利文獻1所示，使用胺水溶液的二氧化碳之吸收過程，通常由下式顯示。
一級胺(R-NH2)
[1]2R-NH2+CO2
Figure 106102857-A0202-12-0002-8
R-NH3 ++R-NH-COO-
[2a]R-NH2+CO2+H2O
Figure 106102857-A0202-12-0002-9
R-NH3 ++HCO3 -
[2b]R-NH-COO-+H2O
Figure 106102857-A0202-12-0002-10
R-NH2+HCO3 -
二級胺(R1R2-NH)
[3]2R1R2-NH+CO2
Figure 106102857-A0202-12-0002-11
R1R2-NH++R1R2-N-COO-
[4a]R1R2-NH+CO2+H2O
Figure 106102857-A0202-12-0002-12
R1R2-NH2 ++HCO3 -
[4b]R1R2-N-COO-+H2O
Figure 106102857-A0202-12-0002-13
R1R2-NH+HCO3 -
若二氧化碳吸收液能夠藉由第二個示出的路徑[2a]、[2b]、[4a]及[4b]進行二氧化碳吸收，則反應熱變得比[1]或[3]所示的反應小，有能夠減少脫離再生之能量的優點。亦即，在使用負載胺之固體吸收劑的情況下，例如在比如吸收攝氏15℃(以下，將溫度全部設為“攝氏”)、脫離45℃之低溫條件下，認為會發生比如[2a]、[2b]、[4a]及[4b]所示的反應。其中，該些反應係在有水存在的前提下進行的，因此水分(濕度)之共存係必須的。
三級胺不持有NH鍵，因此在此示出的反應不發生，例如在吸收15℃、脫離45℃等低溫條件下不顯示二氧化碳之吸收脫離性能。
胺系二氧化碳吸收劑還有由氧化分解產生的臭味或熱劣化之問題，為了減輕該問題降低再生溫度係重要的。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】：日本專利第5795423號公報
【非專利文獻】
【非專利文獻1】：公益財團法人 地球環境產業技術研究機構 平成22年 二氧化碳回收技術高度化事業 成果報告書
專利文獻1所公開者係，藉由使用保持有比如負載胺之固體吸收劑的需要水分之共存的吸收劑的蜂窩式轉子，並對再生區域之再生用空氣進行加濕，從而降低再生用空氣之溫度並且提高二氧化碳去除性能。又，藉由低溫下再生，亦減輕了胺系二氧化碳吸收劑之氧化劣化或臭味之問題。
然而，專利文獻1所記載者係，利用何種控制方法來控制吸收式去除/濃縮裝置，其結果裝置之物質回收率η(亦即，在處理區域中藉由吸收從處理對象空氣分離去除去除對象物質的效率)或去除對象物質之去除量會變得如何尚不明確，無法實現設計條件或空氣條件等各種規格改變的情況下的裝置之最佳化。
鑒於該情況，本發明之主要課題在於，提供一種如下吸收式去除/濃縮裝置，即，使用比如負載胺之固體吸收劑的二氧化碳之吸收劑來控制再生用空氣之焓(溫度與濕度兩者)與處理對象空氣之焓(溫度與濕度兩者)，藉此能夠控制裝置之去除對象物質之去除量。又，提供一種能夠防止胺系二 氧化碳吸收劑之劣化的二氧化碳吸收式去除/濃縮裝置。
本發明係為了解決如上課題，提供一種吸收式去除/濃縮裝置者，前述裝置具有保持有二氧化碳之吸收劑的轉子，將該轉子至少劃分為處理區域與再生區域，藉由將處理對象空氣在處理區域中通風，使該處理對象空氣所包含的二氧化碳被轉子部分之保持吸收劑吸收而從處理對象空氣分離去除，藉由將再生用空氣在再生區域中通風，使該保持吸收劑在前述處理區域吸收到的二氧化碳被再生用空氣脫離而對轉子部分之保持吸收劑進行再生，其中，將焓(溫度與濕度兩者)調整機構設置於在前述再生區域通風的再生用加熱空氣與在處理區域通風的處理對象空氣中之任一者或兩者，以便能夠控制再生用空氣與處理對象空氣之間之焓差。
使用比如負載胺之固體吸收劑的二氧化碳之吸收劑，使處理對象空氣之焓低於再生用空氣之焓，藉此能夠使在處理區域中的二氧化碳之吸收性能得到發揮，使再生用空氣之焓高於處理對象空氣之焓，藉此能夠使在再生區域中的脫離性能得到發揮。如此利用藉由焓差進行目標物質之吸收/脫離的原理(以下，稱為“焓變動吸收”或“ESA”(Enthalpy Swing Absorption))，以使進行吸收式去除/濃縮裝置中的去除/濃縮性能的控制。
作為焓調整機構，使用組合了溫度調整機構與濕度調整機構者或按照各種條件使用各自單獨之機構。作為溫度調整機構使用冷卻線圈、加熱線圈、帕爾貼元件、電加熱器、蒸汽加熱器、熱泵之冷凝器(電容器)、蒸發器(Evaporator) 等。又，作為濕度調整機構，使用藉由利用冷卻線圈或熱泵之蒸發器(Evaporator)等進行冷卻，從而冷凝去除空氣中之水分，並依據需要利用加濕裝置進行加濕至目標濕度的方法等。作為加濕裝置，使用水加熱式、氣化式、水噴霧式及超聲波式等各種方式，亦可以利用由熱泵之蒸發器(Evaporator)產生的冷凝水。另外，無需基於該加濕裝置的濕度調整的情況下，僅藉由基於冷卻線圈等的水分之冷凝去除來進行焓調整。
在再生區域脫離出的水分與熱量，藉由並用再生循環系統路徑與全熱交換器等，能夠對再生入口回收供給濕度與溫度。
又，為了提高在處理區域中之二氧化碳去除率，亦可以設置將從處理區域排出的空氣之一部分或全部迴送至處理區域之前方的處理循環系統路徑。
本發明之吸收式去除/濃縮裝置係如前述構成者，藉由將處理對象空氣在處理區域中通風，使該處理對象空氣所包含的二氧化碳被轉子部分之保持吸收劑吸收而從處理對象空氣分離去除，藉由將再生用空氣在再生區域中通風，使該保持吸收劑在前述處理區域吸收到的二氧化碳脫離於再生用空氣中而對轉子部分之保持吸收劑進行再生。在進行該保持吸收劑之再生時，由於利用在處理區域中流通的空氣與在再生區域中流通的空氣之間之焓差進行再生，因此即使在再生區域中流通的空氣之溫度較低，亦能夠充分進行再生。藉此，即使使用胺系二氧化碳吸收劑，亦能夠抑制吸收劑之劣化。又，控制在 處理區域中通風的處理對象空氣或在加熱再生區域中通風的再生用空氣中之任一者或兩者之焓(溫度與濕度兩者)，可控制二氧化碳之去除/濃縮性能。
若使室內之迴流空氣通過本發明之吸收式去除/濃縮裝置之處理區域，則出口空氣之二氧化碳濃度變低，藉由將其供給至大樓等二氧化碳濃度較高的室內，能夠降低室內之二氧化碳濃度。該種情況下，由於能夠大幅減少為了降低室內之二氧化碳濃度而導入的外部氣體量，因此與通常之換氣相比更節能。又，已通過本發明之吸收式去除/濃縮裝置之再生區域的再生出口空氣，由於其二氧化碳濃度變高，因此若導入至塑膠溫室或植物工廠等植物之培養室，則植物之生長變快並且能夠抑制二氧化碳向環境的排放。亦可以使用經由本發明之吸收式去除/濃縮裝置處理的再生出口空氣與處理出口空氣之兩者，一邊去除室內之二氧化碳，一邊將再生區域之高濃度之二氧化碳供給至塑膠溫室。利用本發明之吸收式去除/濃縮裝置，例如還可以進行以下二氧化碳之循環空氣調節，亦即，利用處理出口空氣對大樓進行空氣調節，將在室內由人等產生的二氧化碳供給至設置於大樓樓頂的塑膠溫室來促進植物之生長。
而且，藉由將具有揮發性有機化合物(以下記為VOC)或氨等臭氣物質之吸附能力的蜂窩式轉子與基於ESA的二氧化碳吸收式去除/濃縮裝置進行組合，能夠進一步提高室內空氣質量。
1‧‧‧轉子
2‧‧‧處理區域
4‧‧‧再生區域
5、8‧‧‧溫度調整機構(焓調整機構)
6、7‧‧‧濕度調整機構(焓調整機構)
9‧‧‧顆粒狀的負載胺之固體吸收劑
第1圖係本發明之吸收式去除/濃縮裝置之實施例1中的流程圖。
第2圖係顯示相對於再生入口與處理入口之間之焓差的二氧化碳去除量的曲線圖。
第3圖係顯示在將處理入口溫度設為恆定，並改變了再生入口與處理入口之間之焓差的情況下，相對於再生入口與處理入口之間之溫度差的二氧化碳去除量的曲線圖。
第4圖係顯示將處理入口溫濕度設為恆定，相對於再生入口與處理入口之間之絕對濕度差的二氧化碳去除量的曲線圖。
第5圖係顯示將再生入口溫濕度設為恆定，相對於再生入口與處理入口之間之絕對濕度差的二氧化碳去除量的曲線圖。
第6圖係顯示相對於處理入口與處理出口之間之絕對濕度差△x的二氧化碳去除量的曲線圖。
第7圖係在本發明之吸收式去除/濃縮裝置中使用了顆粒狀之吸收劑的轉子之實施例中的流程圖。
本發明具有轉子，前述轉子保持有具有二氧化碳吸收功能的負載胺之固體吸收劑等，將該轉子至少劃分為處理區域與再生區域。其具有如下作用，亦即，將處理對象空氣在處理區域中通風，從處理對象空氣分離去除二氧化碳，將再生用空氣在再生區域中通風，使二氧化碳脫離。構成為設置焓調整機構，該焓調整機構控制在再生區域中通風的再生用空氣與在處理區域中通風的處理對象空氣中之任一者或兩者之焓(溫 度與濕度兩者)。
【實施例1】
以下，依據第1圖對本發明之吸收式去除/分離裝置之實施例1進行詳細說明。1係蜂窩式轉子，係將陶瓷纖維紙或玻璃纖維紙等不燃性片材進行波紋(Corrugate)加工並捲繞加工成轉子狀者，負載有三乙醇胺及單乙醇胺等有機系吸收劑、或者胺系弱鹼性陰離子交換樹脂、負載有胺的活性炭或中孔二氧化矽等負載胺之固體吸收劑。
蜂窩式轉子1被劃分為處理區域2和再生區域4。藉由鼓風機等(係通常的鼓風機，因此未圖示)向處理區域2供給室內空氣。
將處理對象空氣藉由溫度調整機構8與濕度調整機構7進行焓調整之後，在處理區域2中通風，使處理對象空氣中所包含的二氧化碳被轉子部分之吸收劑吸收而從處理對象空氣分離去除，從而降低二氧化碳濃度。
在再生區域4中，將由溫度調整機構5加熱後的再生用空氣藉由濕度調整機構6進行焓調整之後，在再生區域4中通風，使轉子吸收到的二氧化碳脫離於再生用空氣中，而對處於區域內通過過程的轉子部分之保持吸收劑進行再生。另外，亦可以將蜂窩式轉子類型或靜止型交叉流動元件類型之全熱交換器設置於在再生區域4中通風的再生用空氣之入口與出口，以便能夠進行全熱回收。
尤其，若將具有一級胺和/或二級胺作為官能團的弱鹼性陰離子交換樹脂用作固體吸收劑，則認為會發生如前述 之式[2a]、[2b]、[4a]及[4b]所示的反應，並形成胺-二氧化碳-水系之連續衍生物模型。亦即，在作為溶質之HCO3 -分子之周圍形成作為連續電介質之溶劑，溶質分子之電荷分佈在周圍之溶劑中引起分極。在連續衍生物模型中，藉由該種溶質、溶劑之間的相互作用，在低溫條件下促進式[2a]、[2b]、[4a]及[4b]，因此吸收速度或擴散速度等反應性得到提高。從而，藉由以低溫之再生溫度進行加濕，顯示與作為先前技術的置換解吸不同的舉動，前述置換解吸係使已加熱的低溫之再生用空氣成為加濕狀態，並藉由水分將處於吸附狀態的去除對象物質從吸附材料清除者。另外，在至今為止進行的各種試驗中，亦得到利用負載有具有三級胺作為官能團的負載胺之固體吸收劑的蜂窩式轉子，幾乎不能去除/濃縮二氧化碳的見解，藉此認為藉由如上所述反應發生二氧化碳之去除/濃縮。
又，在不對再生入口進行加濕的情況下，為了使裝置發揮適當的二氧化碳去除性能，需要50~60℃以上的再生溫度，但是即使將再生空氣加熱至50~60℃之後，藉由進行氣化冷卻加濕將再生溫度降低至30~40℃左右，亦能夠維持二氧化碳去除性能，並減輕負載胺之固體吸收劑之熱劣化，具有可以實現蜂窩式轉子之長壽命化的效果。而且，亦可以抑制由胺之分解等產生的胺臭等來自蜂窩式轉子之臭氣產生。
另外，在實施例1中，在處理區域2與再生區域4之兩者設置作為焓調整機構之濕度調整機構6、7與溫度調整機構5、8，以使能夠控制焓，但是並不限定於此，亦可以僅設置於任一區域。又，可以將濕度調整機構6、7與溫度調整機 構5、8之順序顛倒，而且，亦可以設為濕度或溫度單獨之調整機構。而且，室內空氣或外部氣體之條件在規定範圍內的情況下，若輸送至再生區域4的空氣之焓比輸送至處理區域2的空氣之焓大，則室內之二氧化碳排放至外部空氣。藉此，該種情況下，不對焓進行調整，且可以係固定狀態。
又，關於實施例1之空氣流程係亦並不限定於一個方向者，可以將從再生區域4排出的再生用空氣之一部分或全部迴送至焓調整機構5之前方而進行再生循環，藉此進一步提高二氧化碳的濃度。又，亦可以將從處理區域2排出的空氣之一部分或全部迴送至焓調整機構8之前方而進行處理循環，藉此提高二氧化碳去除量。而且，還可以係將前述的再生循環與處理循環組合的吸收式去除/分離裝置。
關於蜂窩式轉子1係亦並不限定於2分為處理區域2與再生區域4者，可以將處理區域2劃分為2個以上或將再生區域4劃分為2個以上，亦可以係將兩個區域都劃分為2個以上的結構。又，本發明並不限定於蜂窩式轉子，如第7圖所示，亦可以使用將顆粒狀或粒狀之負載胺之固體吸收劑9等填充至使用了網或網狀物等的轉子或者圓柱狀或角柱狀等管柱，以使空氣能夠直接與吸收劑等接觸的轉子或管柱等來代替蜂窩式轉子。而且，還可以係比如使用負載有負載胺之固體吸收劑等的至少2種以上轉子，交替進行二氧化碳的吸收及脫離處理的間歇式結構。
以下示出，使用該實施例1之吸收式去除/分離裝置進行各種實驗的結果。另外，蜂窩式轉子係使用了負載有負 載胺之固體吸收劑的直徑200mm、寬度係200mm者，並在處理入口之二氧化碳濃度係800ppm、處理區域與再生區域之面積比係1：1、處理面風速與再生面風速皆係2m/s下進行了試驗。
第2圖示出，在改變了處理入口溫度的情況下，相對於再生入口與處理入口之間之焓差的二氧化碳去除量。另外，再生入口之二氧化碳濃度固定為500ppm。依據該曲線圖再生入口與處理入口之間之焓差越大，二氧化碳去除量則越多。從而，得知為了使二氧化碳去除量較多，將裝置的焓控制為盡量降低處理入口空氣之焓，且盡量提高再生入口空氣之焓即可。作為該種運行例，若使用二氧化碳熱泵之排熱、來自鍋爐之溫水及來自其他設備之排熱等90℃左右之排熱，將再生空氣絕對濕度20g/kg’(夏季空氣條件)之空氣加熱至70℃，進一步利用氣化式加濕器氣化冷卻至45℃，則再生用空氣之焓成為128kJ/kg’。又，處理入口溫度越低，二氧化碳去除量則越多。
第3圖示出，在將處理入口溫度20℃、再生入口二氧化碳濃度800ppm設為恆定，改變了再生入口與處理入口之間之焓差的情況下，相對於再生入口與處理入口之間之溫度差的二氧化碳去除量。依據該曲線圖處理入口溫度與再生入口溫度之間之差越大，二氧化碳去除量則越多，因此，得知去除量依賴於再生入口溫度與處理入口溫度之間之溫度差。
第4圖示出，在將處理入口溫度20℃、處理入口絕對濕度3.8g/kg’、再生入口二氧化碳濃度800ppm設為恆定，改變了再生入口絕對濕度的情況下之二氧化碳去除量。又，第 5圖示出，在將處理入口溫度20℃、再生入口絕對濕度17.0g/kg’、再生入口二氧化碳濃度800ppm設為恆定，改變了處理入口的絕對濕度的情況下之二氧化碳去除量。從該些曲線圖得知，處理入口絕對濕度與再生入口絕對濕度之間之差越大二氧化碳去除量越多，藉由降低處理側之濕度增加二氧化碳去除量。從而，為了使二氧化碳去除量增多，將裝置控制為盡量降低處理入口空氣之焓即可。依據第3圖~第5圖，認為藉由焓差進行目標物質之吸收/脫離的焓變動吸收係藉由溫度變動與濕度變動之組合而發生者。
第6圖示出，相對於處理入口與處理出口之間之絕對濕度差△x的二氧化碳去除量。依據該曲線圖可知二氧化碳去除量不依賴於處理入口與處理出口之間之絕對濕度差△x。若藉由比如先前技術的將水蒸氣等濕度較高之空氣使用為再生用空氣的置換解吸進行二氧化碳的解吸，則相對於絕對濕度差△x可以在二氧化碳去除率觀察到有規則的傾向，但是由於觀察不到該種傾向，因此並不發生置換解吸。
依據以上情況得知，將裝置之焓控制為盡量降低處理入口空氣之焓，且盡量提高再生入口空氣之焓，對利用保持有二氧化碳之吸收劑的蜂窩式轉子並使用了焓變動吸收之原理的本發明之吸收式去除/濃縮裝置有效。尤其，若將負載有1、2級胺的苯乙烯系凝膠樹脂用作吸收劑，則與其他固體二氧化碳吸附劑相比，價格更便宜。又，與使用了胺水溶液的去除裝置相比，操作更簡單，且初始成本或運行成本亦更廉價。該負載有1、2級胺的苯乙烯系凝膠樹脂雖然有耐熱性較 差的缺點，但是藉由使用本發明之利用了ESA原理的裝置能夠降低再生溫度，因此也能夠解決該問題。
而且，若將弱鹼性陰離子交換樹脂與弱酸性陽離子交換樹脂混合而負載於蜂窩式轉子，則除了二氧化碳以外還能夠去除SOx、NOx等酸性氣體與氨等鹼性氣體。除此之外，亦可以與使用了活性炭、疏水性沸石及合成吸附劑的轉子進行組合。該種情況下，蜂窩式轉子還具有能夠吸附去除室內之臭氣或VOC的功能。
【產業上之可利用性】
本發明使用保持有二氧化碳之吸收劑的轉子並利用ESA原理，在處理區域吸收處理對象空氣中所包含的二氧化碳，藉由30~80℃之再生用空氣脫離在處理區域中吸收的二氧化碳，因此與在再生區域使用高溫再生用空氣的情況相比更節能。
通過本發明之吸收式去除/濃縮裝置之處理區域的處理出口空氣，其由於二氧化碳濃度變低，因此藉由將其供給至大樓等二氧化碳濃度較高的室內，能夠降低室內的二氧化碳濃度。該種情況下，由於能夠大幅減少為了降低室內之二氧化碳濃度而導入的外部氣體量，因此與通常之換氣相比更節能。又，已通過本發明之吸收式去除/濃縮裝置之再生區域的再生出口空氣，由於其二氧化碳濃度變高，因此若導入至塑膠溫室或植物工廠等植物之培養室，則植物的生長變快並且能夠抑制二氧化碳向環境之排放。亦可以使用再生出口空氣與處理出口空氣之兩者，一邊去除室內之二氧化碳，一邊將再生區域之高 濃度之二氧化碳供給至塑膠溫室。例如，利用本發明之吸收式去除/濃縮裝置，還可以進行以下二氧化碳之循環空氣調節，亦即，利用從室內空氣去除由人等產生的二氧化碳而變為低濃度的處理出口空氣對大樓進行空氣調節，將二氧化碳變為高濃度的再生出口空氣供給至設置於大樓樓頂等的塑膠溫室來促進植物之生長。
1‧‧‧轉子
2‧‧‧處理區域
4‧‧‧再生區域
5、8‧‧‧溫度調整機構(焓調整機構)
6、7‧‧‧濕度調整機構(焓調整機構)

Claims (11)

  1. 一種吸收式去除/濃縮裝置，其藉由將含有二氧化碳的處理對象空氣與負載胺之固體吸收劑接觸，使前述吸收劑吸收二氧化碳，並將再生用空氣與前述吸收劑接觸，使二氧化碳從前述吸收劑脫離，而去除處理對象空氣中之二氧化碳，其中藉由調整前述處理對象空氣之焓的機構以及調整前述再生用空氣之焓的機構兩者，使前述再生用空氣之焓大於前述處理對象空氣之焓，藉此使二氧化碳從前述吸收劑脫離，並且藉由控制前述再生用空氣之焓與前述處理對象空氣之焓之間之差，控制二氧化碳去除量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之吸收式去除/濃縮裝置，其中前述負載胺之固體吸收劑係將1級胺或2級胺或該兩者負載於苯乙烯系凝膠樹脂或活性炭或中孔二氧化矽者。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之吸收式去除/濃縮裝置，其中調整前述處理對象空氣之焓的機構係熱泵之蒸發器，調整前述再生用空氣之焓的機構係熱泵之冷凝器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之吸收式去除/濃縮裝置，其中調整前述再生用空氣之焓的機構係熱泵之冷凝器附加了加濕裝置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之吸收式去除/濃縮裝置，其中前述加濕裝置係利用熱泵之蒸發器之冷凝水者。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之吸收式去除/濃縮裝置，其中前述負載胺之固體吸收劑係顆粒狀，使含有二氧化碳的處理對象空氣通過裝滿前述負載胺之固體吸收劑顆粒的管 柱，藉此使前述處理對象空氣接觸於前述負載胺之固體吸收劑，使焓比前述處理對象空氣大的再生用空氣通過前述管柱，藉此使二氧化碳從前述負載胺之固體吸收劑脫離。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之吸收式去除/濃縮裝置，其中前述負載胺之固體吸收劑負載於蜂窩式轉子，將前述蜂窩式轉子至少劃分為處理區域與再生區域，在前述處理區域中流通處理對象空氣，並使焓比前述處理對象空氣大的再生用空氣通過前述再生區域，藉此使二氧化碳從前述負載胺之固體吸收劑脫離。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之吸收式去除/濃縮裝置，其使已通過前述處理區域的已使用的處理空氣之一部分或全部作為循環處理對象空氣，與前述處理對象空氣一併通過前述處理區域。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之吸收式去除/濃縮裝置，其使已通過前述再生區域的已使用的再生用空氣之一部分或全部作為循環再生用空氣，與前述再生用空氣一同通過前述再生區域。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之吸收式去除/濃縮裝置，其中將全熱交換器設置於在前述再生區域中通風的再生用空氣之入口與出口，以便能夠進行全熱回收。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之吸收式去除/濃縮裝置，其由具有二氧化碳之吸收性能的蜂窩式轉子、及具有如下蜂窩式轉子中任一個蜂窩式轉子組合而成，即，具有濕氣吸附或吸收功能的蜂窩式轉子；具有SOx、NOx等酸性氣體的吸 附或吸收功能的蜂窩式轉子；具有鹼性氣體的吸附或吸收功能的蜂窩式轉子；及具有VOC吸附功能的蜂窩式轉子。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102640374B1 (ko) 2015-03-23 2024-02-26 바스프 코포레이션 실내 공기 질을 제어하기 위한 이산화탄소 수착제
TW201741022A (zh) 2016-02-12 2017-12-01 巴斯夫公司 用於空氣品質控制的二氧化碳吸附劑
JP2019066153A (ja) * 2017-10-05 2019-04-25 株式会社デンソー 調湿装置
CN108295628A (zh) * 2018-02-01 2018-07-20 浙江大学 一种鱼粉生产废气低排放装置及应用
JP6578492B1 (ja) * 2018-11-28 2019-09-25 株式会社西部技研 二酸化炭素回収施用一体型発電機
SE544379C2 (en) * 2019-08-21 2022-04-26 Munters Europe Ab A volatile organic compound reduction apparatus
CN110559801A (zh) * 2019-09-17 2019-12-13 上海兰宝环保科技有限公司 一种沸石转轮中的蜂窝轮芯结构
JP7347795B2 (ja) * 2019-12-16 2023-09-20 株式会社西部技研 有機溶剤濃縮装置および有機溶剤濃縮装置の劣化判定方法
US11612853B1 (en) * 2022-01-02 2023-03-28 AirMyne, Inc. Fully automated direct air capture carbon dioxide processing system
US11801476B2 (en) * 2022-01-02 2023-10-31 AirMyne, Inc. Efficient and fully automated catalytic direct carbon dioxide capture from air system
US20230213246A1 (en) 2022-01-02 2023-07-06 AirMyne, Inc. Using Carbon Dioxide From A Direct Air Capture System As A Low Global Warming Car And Industrial Refrigerant

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011247566A (ja) * 2010-05-31 2011-12-08 Seibu Giken Co Ltd デシカント空調機
CN102470314A (zh) * 2009-07-27 2012-05-23 川崎重工业株式会社 二氧化碳分离方法及装置
JP5795423B1 (ja) * 2014-12-19 2015-10-14 株式会社西部技研 吸収式除去・濃縮装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2936873C2 (de) * 1979-09-12 1985-05-02 Rekuperator KG Dr.-Ing. Schack & Co, 4000 Düsseldorf Verfahren zur thermischen Regeneration beladener Sorptionsmaterialien
US5061455A (en) * 1987-04-30 1991-10-29 United Technologies Corporation Apparatus for removing carbon dioxide from air
US6755892B2 (en) * 2000-08-17 2004-06-29 Hamilton Sundstrand Carbon dioxide scrubber for fuel and gas emissions
EP1721653B1 (en) * 2004-02-27 2011-11-23 Shimadzu Corporation Apparatus and tool for adsorbing carbon dioxide and method for manufacture thereof
TWI541478B (zh) * 2009-10-27 2016-07-11 Seibu Giken Kk Air conditioning unit
US8500854B1 (en) * 2010-03-19 2013-08-06 U.S. Department Of Energy Regenerable sorbent technique for capturing CO2 using immobilized amine sorbents
JP5485812B2 (ja) * 2010-06-24 2014-05-07 株式会社西部技研 二酸化炭素回収装置
JP5581554B2 (ja) * 2010-12-01 2014-09-03 株式会社大気社 吸脱着式濃縮装置
WO2012109547A1 (en) * 2011-02-11 2012-08-16 Munters Corporation Apparatus and method for removing co2 from a production plant discharge
CN103648612A (zh) * 2011-05-17 2014-03-19 恩弗里德系统公司 用于从室内空气降低二氧化碳的吸着剂
JP5812694B2 (ja) * 2011-05-31 2015-11-17 川崎重工業株式会社 二酸化炭素回収方法および装置
WO2013003955A1 (en) * 2011-07-02 2013-01-10 Inventys Thermal Technologies Inc. System and method for integrated adsorptive gas separation of combustion gases
US10279306B2 (en) * 2014-07-10 2019-05-07 Climeworks Ag Steam assisted vacuum desorption process for carbon dioxide capture
JP6652806B2 (ja) * 2015-10-13 2020-02-26 清水建設株式会社 空調システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102470314A (zh) * 2009-07-27 2012-05-23 川崎重工业株式会社 二氧化碳分离方法及装置
JP2011247566A (ja) * 2010-05-31 2011-12-08 Seibu Giken Co Ltd デシカント空調機
JP5795423B1 (ja) * 2014-12-19 2015-10-14 株式会社西部技研 吸収式除去・濃縮装置

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