吸收式去除/浓缩装置的制作方法

本发明涉及一种吸收式去除/浓缩装置，其通过使用例如保持有胺添附多孔质材料、及弱碱性阴离子交换树脂等二氧化碳吸收剂的转子，并利用处理对象空气与再生空气之间的焓差，将包含于处理对象空气的二氧化碳从处理对象空气中分离，从而能够根据以下目的去除/浓缩二氧化碳，例如去除大楼等室内的二氧化碳的目的、及向塑料大棚或植物工厂等供给经浓缩的高浓度的二氧化碳的目的等。

背景技术：

以往，作为能够以浓缩状态且低温下从处理对象空气分离去除气体状的去除对象物质的装置，例如如专利文献1所示，已知有如下吸收式去除/浓缩装置，即，使用保持有担载胺的固体吸收剂的通气性吸附转子并对低温的再生空气进行加湿，由此能够抑制再生能量并且确保装置的物质回收率。

并且，当前作为二氧化碳的分离回收技术之一，已知有基于胺水溶液的化学吸收法。为了从吸收了二氧化碳的胺水溶液分离出二氧化碳(加热再生胺水溶液)，胺水溶液需要巨大的能量，因此期待降低再生能量。作为其解决方案之一，促进了固体吸收剂的开发。固体吸收剂能够降低胺水溶液再生时因其为水溶液类而所需的关于水分的加热/冷却的多余的能量。

如非专利文献1所示，使用胺水溶液的二氧化碳的吸收过程，通常由下式表示。

一级胺(r-nh2)

[1]

[2a]

[2b]

二级胺(r1r2-nh)

[3]

[4a]

[4b]

若二氧化碳吸收液能够通过第二个示出的路径[2a]、[2b]、[4a]及[4b]进行二氧化碳吸收，则反应热变得比[1]或[3]所示的反应小，有能够减少脱离再生的能量的优点。即，在使用担载胺的固体吸收剂的情况下，例如在比如吸收摄氏15℃(以下，将温度全部设为“摄氏”)、脱离45℃的低温条件下，认为会发生比如[2a]、[2b]、[4a]及[4b]所示的反应。其中，这些反应是在有水存在的前提下进行的，因此水分(湿度)的共存是必须的。

三级胺不持有nh键，因此在此示出的反应不发生，例如在吸收15℃、脱离45℃等低温条件下不显示二氧化碳的吸收脱离性能。

胺类二氧化碳吸收剂还有由氧化分解产生的臭味或热劣化的问题，为了减轻该问题降低再生温度是重要的。

专利文献1：日本专利第5795423号公报；

非专利文献1：公益财团法人地球环境产业技术研究机构平成22年；

二氧化碳回收技术高度化事业成果报告书；

专利文献1所公开的装置，通过使用保持有比如担载胺的固体吸收剂的需要水分的共存的吸收剂的蜂窝式转子，并对再生区域的再生用空气进行加湿，从而降低再生用空气的温度并且提高二氧化碳去除性能。并且，通过在低温下再生，也减轻了胺类二氧化碳吸收剂的氧化劣化或臭味的问题。

然而，关于专利文献1所记载的装置，利用何种控制方法来控制吸收式去除/浓缩装置，其结果装置的物质回收率η(即，在处理区域中通过吸收从处理对象空气分离去除去除对象物质的效率)或去除对象物质的去除量会变得如何尚不明确，无法实现设计条件或空气条件等各种规格改变的情况下的装置的最佳化。

技术实现要素：

鉴于该情况，本发明的主要课题在于，提供一种如下吸收式去除/浓缩装置，即，使用比如担载胺的固体吸收剂的二氧化碳的吸收剂来控制再生用空气的焓(温度与湿度双方)与处理对象空气的焓(温度与湿度双方)，由此能够控制装置的去除对象物质的去除量。并且，提供一种能够防止胺类二氧化碳吸收剂的劣化的二氧化碳吸收式去除/浓缩装置。

本发明为了解决如上课题，提供一种吸收式去除/浓缩装置，所述装置具有保持有二氧化碳的吸收剂的转子，将该转子至少划分为处理区域与再生区域，通过将处理对象空气在处理区域中通风，使该处理对象空气所包含的二氧化碳被转子部分的保持吸收剂吸收而从处理对象空气分离去除，通过将再生用空气在再生区域中通风，使该保持吸收剂在所述处理区域吸收到的二氧化碳被再生用空气脱离而对转子部分的保持吸收剂进行再生，其中，将焓(温度与湿度双方)调整构件设置于在所述再生区域通风的再生用加热空气与在处理区域通风的处理对象空气中的任一方或双方，以便能够控制再生用空气与处理对象空气之间的焓差。

使用比如担载胺的固体吸收剂的二氧化碳的吸收剂，使处理对象空气的焓低于再生用空气的焓，由此能够使在处理区域中的二氧化碳的吸收性能得到发挥，使再生用空气的焓高于处理对象空气的焓，由此能够使在再生区域中的脱离性能得到发挥。如此利用通过焓差进行目标物质的吸收/脱离的原理(以下，称为“焓变动吸收”或“esa”(enthalpyswingabsorption))，以使进行吸收式去除/浓缩装置中的去除/浓缩性能的控制。

作为焓调整构件，使用组合了温度调整构件与湿度调整构件的构件或按照各种条件使用各自单独的构件。作为温度调整构件使用冷却线圈、加热线圈、帕尔贴元件、电加热器、蒸汽加热器、热泵的冷凝器(电容器)、蒸发器(evaporator)等。并且，作为湿度调整构件，使用通过利用冷却线圈或热泵的蒸发器(evaporator)等进行冷却，从而冷凝去除空气中的水分，并根据需要利用加湿装置进行加湿至目标温度的方法等。作为加湿装置，使用水加热式、气化式、水喷雾式及超声波式等各种方式，也可以利用由热泵的蒸发器(evaporator)产生的冷凝水。另外，无需基于该加湿装置的湿度调整的情况下，仅通过基于冷却线圈等的水分的冷凝去除来进行焓调整。

在再生区域脱离出的水分与热量，通过并用再生循环系统路径与全热交换器等，能够对再生入口回收供给湿度与温度。

并且，为了提高在处理区域中的二氧化碳去除率，也可以设置将从处理区域排出的空气的一部分或全部回送至处理区域的前方的处理循环系统路径。

本发明的吸收式去除/浓缩装置为如前述构成的装置，通过将处理对象空气在处理区域中通风，使该处理对象空气所包含的二氧化碳被转子部分的保持吸收剂吸收而从处理对象空气分离去除，通过将再生用空气在再生区域中通风，使该保持吸收剂在所述处理区域吸收到的二氧化碳脱离于再生用空气中而对转子部分的保持吸收剂进行再生。在进行该保持吸收剂的再生时，由于利用在处理区域中流通的空气与在再生区域中流通的空气之间的焓差进行再生，因此即使在再生区域中流通的空气的温度较低，也能够充分进行再生。由此，即使使用胺类二氧化碳吸收剂，也能够抑制吸收剂的劣化。并且，控制在处理区域中通风的处理对象空气或在加热再生区域中通风的再生用空气中的任一方或双方的焓(温度与湿度双方)，可控制二氧化碳的去除/浓缩性能。

若使室内的回流空气通过本发明的吸收式去除/浓缩装置的处理区域，则出口空气的二氧化碳浓度变低，通过将其供给至大楼等二氧化碳浓度较高的室内，能够降低室内的二氧化碳浓度。这种情况下，由于能够大幅减少为了降低室内的二氧化碳浓度而导入的外部气体量，因此与通常的换气相比更节能。并且，已通过本发明的吸收式去除/浓缩装置的再生区域的再生出口空气，由于其二氧化碳浓度变高，因此若导入至塑料大棚或植物工厂等植物的培养室，则植物的生长变快并且能够抑制二氧化碳向环境的排放。也可以使用经本发明的吸收式去除/浓缩装置处理的再生出口空气与处理出口空气这两者，一边去除室内的二氧化碳，一边将再生区域的高浓度的二氧化碳供给至塑料大棚。利用本发明的吸收式去除/浓缩装置，例如还可以进行以下二氧化碳的循环空气调节，即，利用处理出口空气对大楼进行空气调节，将在室内由人等产生的二氧化碳供给至设置于大楼楼顶的塑料大棚来促进植物的生长。

而且，通过将具有挥发性有机化合物(以下记为voc)或氨等臭气物质的吸附能力的蜂窝式转子与基于esa的二氧化碳吸收式去除/浓缩装置进行组合，能够进一步提高室内空气质量。

附图说明

图1是本发明的吸收式去除/浓缩装置的实施例1中的流程图。

图2是表示相对于再生入口与处理入口之间的焓差的二氧化碳去除量的图表。

图3是表示在将处理入口温度设为恒定，并改变了再生入口与处理入口之间的焓差的情况下，相对于再生入口与处理入口之间的温度差的二氧化碳去除量的图表。

图4是表示将处理入口温湿度设为恒定，相对于再生入口与处理入口之间的绝对温度差的二氧化碳去除量的图表。

图5是表示将再生入口温湿度设为恒定，相对于再生入口与处理入口之间的绝对温度差的二氧化碳去除量的图表。

图6是表示相对于处理入口与处理出口之间的绝对温度差δx的二氧化碳去除量的图表。

图7是在本发明的吸收式去除/浓缩装置中使用了颗粒状的吸收剂的转子的实施例中的流程图。

其中，附图标记说明如下：

1转子；

2处理区域；

4再生区域；

5、8温度调整构件(焓调整构件)；

6、7湿度调整构件(焓调整构件)；

9颗粒状的担载胺的固体吸收剂。

具体实施方式

本发明具有转子，所述转子保持有具有二氧化碳吸收功能的担载胺的固体吸收剂等，将该转子至少划分为处理区域与再生区域。其具有如下作用，即，将处理对象空气在处理区域中通风，从处理对象空气分离去除二氧化碳，将再生用空气在再生区域中通风，使二氧化碳脱离。构成为设置焓调整构件，该焓调整构件控制在再生区域中通风的再生用空气与在处理区域中通风的处理对象空气中的任一方或双方的焓(温度与湿度双方)。

[实施例1]

以下，根据图1对本发明的吸收式去除/分离装置的实施例1进行详细说明。1是蜂窝式转子，为将陶瓷纤维纸或玻璃纤维纸等不燃性片材进行波纹(corrugate)加工并卷绕加工成转子状的转子，担载有三乙醇胺及单乙醇胺等有机类吸收剂、或者胺类弱碱性阴离子交换树脂、担载有胺的活性炭或介孔二氧化硅等担载胺的固体吸收剂。

蜂窝式转子1被划分为处理区域2和再生区域4。通过鼓风机等(是通常的鼓风机，因此未图示)向处理区域2供给室内空气。

将处理对象空气通过温度调整构件8与湿度调整构件7进行焓调整之后，在处理区域2中通风，使处理对象空气中所包含的二氧化碳被转子部分的吸收剂吸收而从处理对象空气分离去除，从而降低二氧化碳浓度。

在再生区域4中，将由温度调整构件5加热后的再生用空气通过湿度调整构件6进行焓调整之后，在再生区域4中通风，使转子吸收到的二氧化碳脱离于再生用空气中，而对处于区域内通过过程的转子部分的保持吸收剂进行再生。另外，也可以将蜂窝式转子类型或静止型交叉流动元件类型的全热交换器设置于在再生区域4中通风的再生用空气的入口与出口，以便能够进行全热回收。

尤其，若将具有一级胺和/或二级胺作为官能团的弱碱性阴离子交换树脂用作固体吸收剂，则认为会发生如所述的式[2a]、[2b]、[4a]及[4b]所示的反应，并形成胺-二氧化碳-水类的连续衍生物模型。即，在作为溶质的hco3-分子的周围形成作为连续电介质的溶剂，溶质分子的电荷分布在周围的溶剂中引起分极。在连续衍生物模型中，通过这种溶质、溶剂之间的相互作用，在低温条件下促进式[2a]、[2b]、[4a]及[4b]，因此吸收速度或扩散速度等反应性得到提高。从而，通过以低温的再生温度进行加湿，显示与作为现有技术的置换解吸表示不同的举动，所述置换解吸是指使已加热的低温的再生用空气成为加湿状态，并通过水分将处于吸附状态的去除对象物质从吸附材料清除。另外，在至今为止进行的各种试验中，也得到利用担载有具有三级胺作为官能团的担载胺的固体吸收剂的蜂窝式转子，几乎不能去除/浓缩二氧化碳的见解，由此认为通过如上所述反应发生二氧化碳的去除/浓缩。

并且，在不对再生入口进行加湿的情况下，为了使装置发挥适当的二氧化碳去除性能，需要50～60℃以上的再生温度，但是即使将再生空气加热至50～60℃之后，通过进行气化冷却加湿将再生温度降低至30～40℃左右，也能够维持二氧化碳去除性能，并减轻担载胺的固体吸收剂的热劣化，具有可以实现蜂窝式转子的长寿命化的效果。而且，也可以抑制由胺的分解等产生的胺臭等来自蜂窝式转子的臭气产生。

另外，在实施例1中，在处理区域2与再生区域4这两个区域设置作为焓调整构件的湿度调整构件6、7与温度调整构件5、8，以使能够控制焓，但是并不限定于此，也可以仅设置于任一区域。并且，可以将湿度调整构件6、7与温度调整构件5、8的顺序颠倒，而且，也可以设为湿度或温度单独的调整构件。而且，室内空气或外部气体的条件在规定范围内的情况下，若输送至再生区域4的空气的焓比输送至处理区域2的空气的焓大，则室内的二氧化碳排放至外部空气。由此，这种情况下，不对焓进行调整，且可以是固定状态。

并且，关于实施例1的空气流程也并不限定于一个方向，可以将从再生区域4排出的再生用空气的一部分或全部回送至焓调整构件5的前方而进行再生循环，由此进一步提高二氧化碳的浓度。并且，也可以将从处理区域2排出的空气的一部分或全部回送至焓调整构件8的前方而进行处理循环，由此提高二氧化碳去除量。而且，还可以是将前述的再生循环与处理循环组合的吸收式去除/分离装置。

关于蜂窝式转子1也并不限定于2分为处理区域2与再生区域4的蜂窝式转子，可以将处理区域2划分为2个以上或将再生区域4划分为2个以上，也可以是将两个区域都划分为2个以上的结构。并且，本发明并不限定于蜂窝式转子，如图7所示，也可以使用将颗粒状或粒状的担载胺的固体吸收剂9等填充至使用了网或网状物等的转子或者圆柱状或角柱状等管柱，以使空气能够直接与吸收剂等接触的转子或管柱等来代替蜂窝式转子。而且，还可以是比如使用担载有担载胺的固体吸收剂等的至少2种以上转子，交替进行二氧化碳的吸收及脱离处理的间歇式结构。

以下示出，使用该实施例1的吸收式去除/分离装置进行各种实验的结果。另外，蜂窝式转子使用了担载有担载胺的固体吸收剂的直径200mm、宽度为200mm的转子，并在处理入口的二氧化碳浓度为800ppm、处理区域与再生区域的面积比为1:1、处理面风速与再生面风速均为2m/s下进行了试验。

图2示出，在改变了处理入口温度的情况下，相对于再生入口与处理入口之间的焓差的二氧化碳去除量。另外，再生入口的二氧化碳浓度固定为500ppm。根据该图表再生入口与处理入口之间的焓差越大，二氧化碳去除量则越多。从而，得知为了使二氧化碳去除量较多，将装置的焓控制为尽量降低处理入口空气的焓，且尽量提高再生入口空气的焓即可。作为这种运行例，若使用二氧化碳热泵的排热、来自锅炉的温水及来自其他设备的排热等90℃左右的排热，将再生空气绝对湿度20g/kg’(夏季空气条件)的空气加热至70℃，进一步利用气化式加湿器气化冷却至45℃，则再生用空气的焓成为128kj/kg’。并且，处理入口温度越低，二氧化碳去除量则越多。

图3示出，在将处理入口温度20℃、再生入口二氧化碳浓度800ppm设为恒定，改变了再生入口与处理入口之间的焓差的情况下，相对于再生入口与处理入口之间的温度差的二氧化碳去除量。根据该图表处理入口温度与再生入口温度之间的差越大，二氧化碳去除量则越多，因此，得知去除量依赖于再生入口温度与处理入口温度之间的温度差。

图4示出，在将处理入口温度20℃、处理入口绝对湿度3.8g/kg’、再生入口二氧化碳浓度800ppm设为恒定，改变了再生入口绝对湿度的情况下的二氧化碳去除量。并且，图5示出，在将处理入口温度20℃、再生入口绝对湿度17.0g/kg’、再生入口二氧化碳浓度800ppm设为恒定，改变了处理入口的绝对湿度的情况下的二氧化碳去除量。从这些图表得知，处理入口绝对湿度与再生入口绝对湿度之间的差越大二氧化碳去除量越多，通过降低处理侧的湿度增加二氧化碳去除量。从而，为了使二氧化碳去除量增多，将装置控制为尽量降低处理入口空气的焓即可。根据图3～图5，认为通过焓差进行目标物质的吸收/脱离的焓变动吸收通过温度变动与湿度变动的组合而发生。

图6示出，相对于处理入口与处理出口之间的绝对湿度差δx的二氧化碳去除量。根据该图表可知二氧化碳去除量不依赖于处理入口与处理出口之间的绝对湿度差δx。若通过比如现有技术的将水蒸气等湿度较高的空气使用为再生用空气的置换解吸进行二氧化碳的解吸，则相对于绝对湿度差δx可以在二氧化碳去除率观察到有规则的倾向，但是由于观察不到这种倾向，因此并不发生置换解吸。

根据以上情况得知，将装置的焓控制为尽量降低处理入口空气的焓，且尽量提高再生入口空气的焓，对利用保持有二氧化碳的吸收剂的蜂窝式转子并使用了焓变动吸收的原理的本发明的吸收式去除/浓缩装置有效。尤其，若将担载有1、2级胺的苯乙烯类凝胶树脂用作吸收剂，则与其他固体二氧化碳吸附剂相比，价格更便宜。并且，与使用了胺水溶液的去除装置相比，操作更简单，且初始成本或运行成本也更廉价。该担载有1、2级胺的苯乙烯类凝胶树脂虽然有耐热性较差的缺点，但是通过使用本发明的利用了esa原理的装置能够降低再生温度，因此也能够解决该问题。

而且，若将弱碱性阴离子交换树脂与弱酸性阳离子交换树脂混合而担载于蜂窝式转子，则除了二氧化碳以外还能够去除sox、nox等酸性气体与氨等碱性气体。除此之外，也可以与使用了活性炭、疏水性沸石及合成吸附剂的转子进行组合。这种情况下，蜂窝式转子还具有能够吸附去除室内的臭气或voc的功能。

本发明使用保持有二氧化碳的吸收剂的转子并利用esa原理，在处理区域吸收处理对象空气中所包含的二氧化碳，通过30～80℃的再生用空气脱离在处理区域中吸收的二氧化碳，因此与在再生区域使用高温再生用空气的情况相比更节能。

通过本发明的吸收式去除/浓缩装置的处理区域的处理出口空气，由于其二氧化碳浓度变低，因此通过将其供给至大楼等二氧化碳浓度较高的室内，能够降低室内的二氧化碳浓度。这种情况下，由于能够大幅减少为了降低室内的二氧化碳浓度而导入的外部气体量，因此与通常的换气相比更节能。并且，已通过本发明的吸收式去除/浓缩装置的再生区域的再生出口空气，由于其二氧化碳浓度变高，因此若导入至塑料大棚或植物工厂等植物的培养室，则植物的生长变快并且能够抑制二氧化碳向环境的排放。也可以使用再生出口空气与处理出口空气这两者，一边去除室内的二氧化碳，一边将再生区域的高浓度的二氧化碳供给至塑料大棚。例如，利用本发明的吸收式去除/浓缩装置，还可以进行以下二氧化碳的循环空气调节，即，利用从室内空气去除由人等产生的二氧化碳而变为低浓度的处理出口空气对大楼进行空气调节，将二氧化碳变为高浓度的再生出口空气供给至设置于大楼楼顶等的塑料大棚来促进植物的生长。

工业实用性

本发明使用保持有二氧化碳的吸收剂的转子并利用esa原理，在处理区域吸收处理对象空气中所包含的二氧化碳，通过30～80℃的再生用空气脱离在处理区域中吸收的二氧化碳，因此与在再生区域使用高温再生用空气的情况相比更节能。

通过本发明的吸收式去除/浓缩装置的处理区域的处理出口空气，由于其二氧化碳浓度变低，因此通过将其供给至大楼等二氧化碳浓度较高的室内，能够降低室内的二氧化碳浓度。这种情况下，由于能够大幅减少为了降低室内的二氧化碳浓度而导入的外部气体量，因此与通常的换气相比更节能。并且，已通过本发明的吸收式去除/浓缩装置的再生区域的再生出口空气，由于其二氧化碳浓度变高，因此若导入至塑料大棚或植物工厂等植物的培养室，则植物的生长变快并且能够抑制二氧化碳向环境的排放。也可以使用再生出口空气与处理出口空气这两者，一边去除室内的二氧化碳，一边将再生区域的高浓度的二氧化碳供给至塑料大棚。例如，利用本发明的吸收式去除/浓缩装置，还可以进行以下二氧化碳的循环空气调节，即，利用从室内空气去除由人等产生的二氧化碳而变为低浓度的处理出口空气对大楼进行空气调节，将二氧化碳变为高浓度的再生出口空气供给至设置于大楼楼顶等的塑料大棚来促进植物的生长。