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

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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。