ゲート型吸着材料を活用した新規吸着分離プロセスの構築

利用门控吸附材料构建新型吸附分离工艺

• 批准号: 21J14297
• 负责人: 坂中 勇太
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14297/
• 关键词: ソフト多孔性錯体; ゲート吸着; 圧力スイング吸着; 速度論

ゲート型吸着材料が示す，ステップ状の吸着挙動(ゲート吸着)における様々な特徴について，それぞれを段階的に検討することによって非等温吸着カラムモデルへと取り入れていくこと，さらには，構築されたカラムモデルを用いて，ゲート型吸着材料の一種であるELM-11を活用した圧力スイング吸着(PSA)プロセスの分離性能を評価することが本研究の目的である。これまでの検討から，構造転移熱による吸脱着熱の低減がPSAプロセスにおいて有効であることやゲート吸着が転移閾圧と環境圧の差圧を推進力に進行することがわかっており、これらを踏まえてゲート型吸着材料を適用した非等温吸着カラムモデルを構築した。ペレット状へと成型したELM-11を用いてCH4/CO2破過挙動を実測し，それをシミュレーションによって再現したところ，良好に一致したことからゲート吸着の諸要素を取り入れた本モデルの妥当性が示された。このモデルを用いて，I型の吸着材料とELM-11の吸脱着過程におけるカラム内部の変化を比較することによって，ゲート吸着においては減圧のみでCO2の大半を脱着できること，さらにはCO2が吸着していない領域でCH4が吸着されないことによって高純度のCO2を容易に得られることを明らかとした。以上を踏まえ，加圧・吸着・減圧（脱着）の3ステップという最も単純なPSAプロセスを評価したところ，上記の利点から確かに CO2を高い純度で回収可能なことを実証した。一方で，ゲート吸着の欠点である転移閾圧に相当する分圧の吸着ガスが漏出する現象によってCH4の純度やCO2の回収率が大きく低下していることに着目し，これを解決する手法として，I型吸着材を併用したPSAプロセスを提案し，さらなる効率化が望めることを示した。今後，さらなるプロセスの最適化に臨んだ上でラボスケールでのPSAプロセスの実測やコスト評価を行う。

The adsorption material is characterized by its isothermal adsorption behavior, its characteristic characteristics, and its application in various stages. The purpose of this study is to evaluate the separation performance of ELM-11, a new type of adsorbent, which is used for pressure adsorption. This paper discusses how to construct a structure for heat transfer, absorption and desorption, and how to reduce PSA pressure. The structure has the advantages of heat transfer threshold pressure, ambient pressure difference and propulsion force. The ELM-11 is designed for use with CH4/CO2 and is suitable for use with other components. The adsorption process of type I adsorbent material and ELM-11 can reduce the pressure of CO2 and release most of CO2. The adsorption process of type I adsorbent material and ELM-11 can easily obtain high purity CO2. The above three points of pressure increase, absorption and reduction (desorption) are the most pure PSA, and the above points of interest are the most accurate CO2 recovery. On the one hand, the adsorption point is not enough, the threshold pressure is equivalent to the partial pressure and the adsorption rate is not enough. On the other hand, the purity of CH4 and the recovery rate of CO2 are greatly reduced. From now on, the optimization of PSA solutions will be evaluated on the basis of the actual test results.

项目成果

Thermal management in vacuum pressure swing adsorption processes using phase change materials

• DOI: 10.1016/j.cej.2022.141262
• 发表时间: 2023-02
• 期刊: Chemical Engineering Journal
• 影响因子: 15.1
• 作者: Yuta Sakanaka;Shotaro Hiraide;Yasuyuki Yamane;M. Miyahara;S. Watanabe

ゲート型吸着材の破過曲線測定と非等温吸着カラムモデルによる解析

门控吸附剂的突破曲线测量和使用非等温吸附柱模型的分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 坂中勇太，齋藤遼太郎，平出翔太郎，宮原稔

ゲート型吸着剤を活用した吸着分離プロセスの実用化を目指して

旨在利用门控吸附剂进行吸附分离工艺的实际应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Kiya Ogasawara;Masayoshi Miyazaki;Masaaki Kitano;Hideo Hosono;平出翔太郎，坂中勇太，有馬誉，齋藤遼太郎，宮原稔
• 通讯作者: 平出翔太郎，坂中勇太，有馬誉，齋藤遼太郎，宮原稔

圧力スイング吸着プロセスにおける潜熱蓄熱剤による熱補償効果

变压吸附过程中潜热蓄热剂的热补偿作用

• 发表时间: 2022
• 作者: 坂中勇太;植松源;平出翔太郎;山根康之;宮原稔
• 通讯作者: 宮原稔

ゲート型吸着材を活用した破過曲線測定と非等温カラムモデルによる解析

使用门控吸附剂进行突破曲线测量并使用非等温柱模型进行分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Shogo Hamajima;Naoko Komura;Hide-Nori Tanaka;Akihiro Imamura;Hideharu Ishida;Haruka Noguchi;Tsuyoshi Ichiyanagi;and Hiromune Ando;坂中勇太，平出翔太郎，齋藤遼太郎，宮原稔
• 通讯作者: 坂中勇太，平出翔太郎，齋藤遼太郎，宮原稔