吸着材の直接熱伝導加熱により低温度再生を可能とする革新的CO2資源化TSAの開発

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吸着材の熱伝導加熱を可能とする内部熱交換型TSA操作を確立し，従来型のTSA操作では困難であった低温度再生による強吸着質CO2の濃縮回収の実現を目指す。そのため，１．内部熱交換型吸着塔内で生じる熱と物質の同時移動現象の可視化およびCO2と共存水蒸気の競合吸着現象の解明，２．吸着材充填層の伝熱性向上と最適な吸着材特性の検討を通じた内部熱交換型吸着塔の最適化，３．プロセス設計・操作指針の基盤構築に取り組んでいる。CO2と共存水蒸気の競合吸着現象の解明について，ゼオライトは水蒸気を強吸着し80℃程度の加熱では脱着することができず，温度スイング吸着操作が成立しない。よって，疎水性吸着材である分子ふるい炭素CMSを検討対象とした。吸着破過‐脱着実験において，分子ふるい炭素CMSは水蒸気吸着（脱着）量の増加によってCO2脱着速度が低下するが，水蒸気よりもCO2脱着の優先度が高く，CO2吸脱着量は原料ガスの湿度に依存しないことがわかった。この点で，CMSはゼオライトに代わるCO2吸着材になり得る。吸着材充填層の伝熱性向上に関して，CaA型ゼオライトの塗布を引き続き検討した。吸着材層厚みを変化することに加えてフィンピッチや熱交換器サイズを違えて吸着材表面積の影響についても検討した。吸着材は迅速に冷却・加熱されて吸脱着速度が大きくなり，短いサイクル時間で最大性能を示すことを確認した。一方で，吸着材搭載量が少ないために長時間のサイクル運転では性能低下が生じる。吸着材塗布厚みを増すこと，熱交換器容積を大きくすること，もしくはフィンピッチを狭めて吸着材塗布量を増加させることでCO2濃度，回収率ともに高い値となることを実験で示し，吸着材表面積が重要な要素の一つであることを見出した。一方で，吸着材塗布に代わる熱交換器への吸着材担持と熱交換器自体の熱容量の低減施策についても検討を開始した。