核形成とガス吸収挙動を制御した瞬間ハイドレート形成法におけるCO2ガス分離機構

受控成核和气体吸收行为的瞬时水合物形成方法中CO2气体分离机理

• 批准号: 22K04800
• 负责人: 小松 博幸
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04800/
• 关键词: ハイドレートスラリー; マイクロナノバブル; 物質移動現象; ガス吸収; 結晶成長; 断熱膨張; ハイドレート核形成; ガス分離

本研究ではセミクラスレートハイドレート(SCH)スラリーへのガス吸収機構がガス種によって異なることを明らかにし，短時間でのガス分離法を開発する。具体的にはマイクロナノバブル(MNB)と断熱膨張を組み合わせた瞬間SCH形成法を検討する。その特殊状況下におけるガス吸収機構を解明し，大幅なCO2分離能の向上を目指す。令和４年度では瞬間的にSCH形成させるための装置開発と高分子分散剤添加がSCHスラリーの流動性やCO2吸収挙動に及ぼす影響を調査した。装置開発では断熱膨張の影響を大きくさせるために，当初予定していた1 MPaより高圧システムに改良する方法を検討した。インライン型MNB発生器の耐圧は1 MPaであるが，高圧ポンプの上流に設置することで1 MPa以上圧力がかからないようにした。その際，バブルを含む流体を輸送可能なハイドラセルポンプを採用した。圧力調整用のダイヤフラムバルブは高圧に対応していないため，グローブタイプのバルブに変更した。これらにより製作した装置でMNBを含む流体が流動可能であることを確認した。瞬間SCH形成法の吸収機構との違いを明らかにするために，高分子分散剤であるポリビニルアルコール (PVA)がSCHスラリーの性状に及ぼす影響を評価した。ループ管流動装置により，CO2加圧はSCHスラリーの固形分率を増大させ，それに伴い凝集性が増大することを確認した。PVA添加条件では固形分率が増大しても，その凝集性は増大しないことが確認された。気泡塔型装置における吸収挙動では，PVAにより吸収量が低下したが、凝集体が多い高固形分率の条件では吸収量が増大した。これより，PVA被覆はSCH凝集を抑制することでCO2吸収を促進させるが，CO2のSCHへの物質移動を阻害させることが確認され，SCHが凝集する条件以外では適切でないことが明らかになった。

这项研究表明，半层流水合物（SCH）浆液中的气体吸收机制因气体类型而有所不同，并在短时间内开发了一种气体分离方法。具体而言，我们将研究瞬时SCH形成方法，其中将微纳米气泡（MNB）和绝热膨胀组合在一起。在特殊情况下的气体吸收机制将被阐明，目的是显着提高二氧化碳分离能力。在2022财年，我们研究了开发瞬时SCH形成设备的影响，并添加聚合物分散剂对SCH浆液和CO2吸收行为的流动性。在设备的开发中，我们考虑了一种将系统从最初计划的1 MPA改善到更高压力系统的方法，以增加绝热扩张的影响。直列MNB发电机的承受压力为1 MPa，但是通过将其安装在高压泵的上游，可以防止其施加1 MPa或以上的压力。在这种情况下，采用了能够运输含有气泡的流体的Hydrac细胞泵。由于压力调节的膜片阀不支持高压，因此我们已更改为手套型阀门。可以证实，可以通过这些方法制造的设备中流动含有MNB的流体。为了阐明瞬时SCH形成的吸收机制之间的差异，我们评估了聚合醇（PVA）（PVA）（一种聚合物分散剂）对SCH浆液特性的影响。已经证实，二氧化碳加压通过使用环管流动装置增加了SCH浆液的固体含量，并且内聚力随结果而增加。已经证实，即使固体含量比在PVA添加条件下增加，其凝聚力也不会增加。在气泡柱类型设备的吸收行为中，PVA减少了吸收量，但在高固体含量的条件下增加了吸收量，那里有许多聚集体。这证实PVA涂层通过抑制SCH聚集来促进CO2的吸收，但抑制CO2向SCH的传质，表明它不合适，除非在执行SCH聚集的条件下。