DE112022002680T5 - Trockeneisherstellungssystem, bei dem auch eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist und bei dem Kohlendioxid in der Luft zu einer Gasquelle gemacht wird - Google Patents

Trockeneisherstellungssystem, bei dem auch eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist und bei dem Kohlendioxid in der Luft zu einer Gasquelle gemacht wird Download PDF

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Abstract

[Aufgabe] CCU-Techniken werden weltweit von verschiedenen Firmen und verschiedenen Einrichtungen erforscht und entwickelt, aber zusätzlich zu den Rückgewinnungskosten des Kohlendioxidgases gibt es viele Aufgaben bezogen darauf, in welche Wertgegenstände es umgewandelt wird, und ferner bezogen auf die Umwandlungskosten, die Anordnungskosten, darauf, wie es kommerziell verwirklicht wird, usw. Die vorliegende Erfindung hat zukünftiges Entwicklungspotential und es wird ein CCU-System mit hoher Wertschöpfung vorgeschlagen, das auch als Luftzufuhr zur Klimatisierung verwendet werden kann.[Lösung] Kompaktes Trockeneisherstellungssystem, bei dem auch eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist und bei dem Kohlendioxid in der Luft zu einer Gasquelle gemacht wird, wobei bei einem System, das durch eine Nass-TSA-Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung, eine Sättigungsdampferzeugungsvorrichtung, eine Gaskühlungsvorrichtung, eine Gasverdichtungsvorrichtung, eine Entfeuchtungsvorrichtung, eine Gasverflüssigungsvorrichtung und eine Tiefkühlmaschine, einen Gasreinigungstank und eine Trockeneisherstellungsvorrichtung aufgebaut wird, die bei jeder Vorrichtung erzeugte Abwärme zurückgewonnen wird und als Wärmequelle der Abscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung verwendet wird, wobei das nicht flüssige Gase während der Reinigung nach der Verflüssigung zum Spülen der Abscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung verwendet wird, wobei nicht desublimiertes Gas der Trockeneisherstellungsvorrichtung zurückgewonnen wird, wodurch die Energiespareigenschaften hoch sind.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein energiesparendes System zur Abscheidung, Rückgewinnung, Anreicherung, Verdichtung, Kühlung, Entfeuchtung, Verflüssigung von Kohlendioxidgas und zur Herstellung von Trockeneis, bei dem auch eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist und Kohlendioxid in der Luft zu einem Grundstoff gemacht wird, sowie eine Nass-TSA-Methode-Kohlendioxidabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung.
  • [Technischer Hintergrund]
  • Als Gegenmaßnahme zur Erderwärmung wird sich auf Weltniveau darum bemüht, das von Betrieben bzw. Kraftfahrzeugen und Haushalten ausgestoßene Kohlendioxidgas möglichst zu reduzieren. Z. B. gibt es Bemühungen dahingehend, dass Maschinen mit einem hohen Energieverbrauch durch energiesparende Modelle ersetzt werden, bzw. Bemühungen dahingehend, dass sie durch nicht fossile erneuerbare Energien, wie Sonnenlicht bzw. Windkraft usw. ersetzt werden. Ferner werden Forschungen und Entwicklungen von CSS-Techniken (Rückgewinnung und Lagerung von Kohlendioxid), bei denen das Kohlendioxidgas, das unweigerlich erzeugt wird, zurückgewonnen wird und im Erdinneren bzw. in der Tiefsee gelagert wird, oder Techniken, bei denen CO2-EOR (verbessertes Rückgewinnungsverfahren von Rohöl) benutzt wird, und ferner Techniken, bei denen Kohlendioxid von Zement bzw. Felsgesteinen chemisch absorbiert und erhärtet wird, getätigt. Bis jetzt wurde so gedacht, dass als Technik, bei der Kohlendioxidgas effizient zurückgewonnen und angereichert wird, Erzeugungsquellen von möglichst hochkonzentriertem Gas, wie bei Patentdokument 1, und außerdem Erzeugungsquellen von Abwärme, die zur Rückgewinnung und Anreicherung benutzt werden kann, z. B. Kraftwerke bzw. Müllverbrennungsanlagen geeignet sind. Ferner ist in Patentdokument 2 eine Vorrichtung offenbart, bei der zur Verbesserung der Verflüssigungseffizienz des zurückgewonnenen angereicherten Gases unter Verwendung der Verdichtungswärme einer Verdichtungsvorrichtung als regenerative Wärmequelle einer Kohlendioxidgasentfeuchtungsvorrichtung für die Erneuerung der Entfeuchtungsvorrichtung die Energiespareigenschaften gesteigert werden.
  • Als CCU-Technik (Kohlendioxidrückgewinnungsverwendung), bei der das rückgewonnene Kohlendioxid als Ressource verwendet wird, ist ein Verfahren, bei dem es für einen Grundstoff wie ein Urea-Grundstoff bzw. Polycarbonatharz usw. wiederverwendet wird, usw. implementiert, aber hinsichtlich der gesamten Ausstoßmenge des Kohlendioxids ist es nur geringfügig. In den letzten Jahren schreiten in verschiedenen Ländern durch verschiedene Organisationen auch die Forschung und Entwicklung von erneuerbaren Kraftstoffen voran, bei denen das zurückgewonnene Kohlendioxidgas in Flüssigkraftstoff bzw. Gaskraftstoff umgewandelt werden kann.
  • Darüber hinaus werden insbesondere im Ausland als DAC-Technik (Direct Air Caputure), bei der das Kohlendioxidgas in der Atmosphäre direkt abgeschieden und zurückgewonnen wird, die Entwicklungen bzw. die Demonstrationsversuche von Patentdokument 3 und Patentdokument 4 durchgeführt. Die guten Seiten von DAC sind die Merkmale, dass (1) die Ausstoßquellen, die zerstreut werden und sich bewegen, wie Kraftfahrzeuge bzw. Flugzeuge usw. betroffen sein können, dass (2) das Kohlendioxidgas, das in der Vergangenheit ausgestoßen wurde, auch betroffen sein kann, und (3) dass Kohlendioxidgrundstoffe in der Nähe von Fabriken, die eine Wiederverwendung vornehmen, erhalten werden können, ohne dass der Anordnungsort der Rückgewinnungsvorrichtung auf eine Ausstoßquelle beschränkt wird usw., weshalb es in Europa bzw. in den USA Beispiele gibt, in denen großformatige Demonstrationsversuche durchgeführt werden.
  • Zur Reduzierung der Kohlendioxidausstoßmenge ist es notwendig, auch die Kohlenstoffausstoßmenge, die von der Energie stammt, die bei der Rückgewinnung, Anreicherung und Verflüssigung notwendig ist, zu beachten. Daher ist in Patentdokument 3 eine Energie offenbart, bei der aufgrund einer Verwendbarkeit von Kraft-Wärme-Kopplung-Abwärme bzw. verschiedener erneuerbarer Energie alles bis zur Erdwärme bzw. der Abwärme eines Kernkraftwerks verwendbar ist.
  • In Patentdokument 4 ist ein Verfahren offenbart, bei dem unter Verwendung einer Heizpumpe Dampf in einen Kohlendioxid-Adsorptionsstrukturkörper eingeführt und desorbiert wird, wobei durch eine stromabwärts des Adsorptionsstrukturkörpers angebrachte Verdampfungsspule die Wärmerückgewinnung des Desorptionsgases durchgeführt wird und das Kondenswasser zurückgewonnen wird, wobei durch eine an der Stromaufwärtsseite des Adsorptionsstrukturkörpers angebrachte Kondensationsspule die Heizpumpe als eine Wärmequelle, die Dampf für die Desorption erzeugt, verwendet wird. Ferner ist ein Verfahren offenbart, bei dem von dem Adsorptionsstrukturkörper desorbiertes Kohlendioxidgas mit hoher Feuchtigkeit rückverdichtet und erhitzt wird und in einen Kessel-Verdampfer eingeführt wird, wobei durch einen Wärmeaustausch gleichzeitig mit der Dampferzeugung für die Desorption das Kondenswasser des Desorptionsgases zurückgewonnen wird. Als eine Technik, die in letzter Zeit implementiert ist, ist in Patentdokument 6 eine Heizpumpe offenbart, die Wärme von warmem Abwasser zurückgewinnt und Dampf erzeugt.
  • Es besteht ein konstanter Bedarf an Kohlendioxidgas zum Schweißen, zum medizinischen Gebrauch, zur Lagerung von Lebensmitteln etc. und das Rohgas davon wird als Nebenprodukt von petrochemischen Anlagen bzw. Ammoniaksyntheseanlagen usw. zurückgewonnen und verwendet.
  • In Japan wurden im Jahre 2021 innerhalb des Jahres 1.100.000 Tonnen gewerbliches Kohlendioxidgas verkauft, wobei der häufigste Verwendungszweck das Schweißen mit 33% und an zweiter Stelle Trockeneis mit 32% ist.
  • Flüssig-Kohlendioxidgasprodukte haben je nach Verwendungszweck Qualitätsstandards und Verfeinerungs- und Entfeuchtungsprozesse zur Gewährleistung der Qualität sind auch Ursachen für eine Erhöhung der Kosten. Als Qualitätsstandard sind bei Flüssig-Kohlendioxid in JISK1106 eine bis drei Arten von Qualitäten wie die Reinheit, der Wassergehalt usw. bestimmt. Gas für den industriellen Gebrauch wie für das Schweißen ist in JISZ3253 bestimmt.
  • In den letzten Jahren besteht in Japan durch den Rückgang an petrochemischen Anlagen bzw. Ammoniaksyntheseanlagen usw., die als Kohlendioxidgasrückgewinnungsquellen verwendet wurden, bzw. durch Transfers ins Ausland ein Mangel an gewerblichem Kohlendioxidgas und seit 2010 sind Importe aus dem Ausland stark angestiegen und es besteht ein Krisenbewusstsein in der Industrie, weshalb Gegenmaßnahmen in Erwägung gezogen werden. Als Gegenmaßnahme werden vielerorts Demonstrationsversuche usw., getätigt, bei denen probiert wird, Abgase von Stahlwerken bzw. Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen usw. zu Kohlendioxidgasrückgewinnungsquellen zu machen. Allerdings sind in Verbrennungsgas viele Verunreinigungen wie NOx, SOx, Staub usw. enthalten und eine Vorbehandlung ist wichtig. Es gibt viele Aufgaben wie die Gewährleistung der Reinheit des rückgewonnenen Kohlendioxids bzw. Rückgewinnungskosten, Transportkosten usw. Ferner besteht bei abgelegenen Inseln bzw. bei entfernten Gebieten das Problem der Zunahme der Erzeugung von Kohlendioxid durch den Transport von dem Kohlendioxidgasrückgewinnungsstützpunkt.
  • Auch Gasquellen wie petrochemischen Anlagen, bei denen es bis jetzt so betrachtet wurde, dass keine Probleme bestehen, da, selbst wenn Kohlendioxidgas erzeugt wird, dieses zurückgewonnen und verwendet wird, werden in Hinsicht auf den Anstieg an elektrischen Kraftfahrzeugen bzw. die Förderung des Ressourcenrecyclings unter Berücksichtigung der Umweltverschmutzung usw. durch Plastikmüll bzw. Kraftstoffe, die die Umwelt noch weniger belasten, bzw. Produktionsverfahren bzw. Materialien neu betrachtet und es wird vorausgesehen, dass ein noch größerer Mangel zustande kommt. Es ist denkbar, dass es in naher Zukunft wünschenswert ist, dass auch gewerbliche Kohlendioxidgasrückgewinnungsquellen durch erneuerbare Modelle ersetzt werden.
  • In Japan gibt es einen Trockeneismarkt von 350.000 Tonnen im Jahr, wovon 300.000 Tonnen für Transport und Zustellung verwendet werden. In den letzten Jahren sind als Pandemie-Gegenmaßnahme des neuartigen Coronavirus weltweit Impfungen vorangeschritten, aber bei Impfstoffen ist die Verwahrung bei sehr niedrigen Temperaturen notwendig und für diesen Transport steigt der Bedarf an Trockeneis. Ferner steigt durch die Erhöhung des Bedarfes an der Zustellung von Kühl- und Tiefkühlkost auch der Bedarf an Trockeneis als Kühlmittel davon. Beim Bedarf an Trockeneis gibt es jahreszeitliche Schwankungen und im Sommer mangelt es jedes Jahr an Trockeneis und es kommt zu der Situation, dass 26.000 Tonnen aus dem Ausland importiert werden. Das durch petrochemische Anlagen usw. innerhalb des Landes zurückgewonnene Kohlendioxidgas wird anhand der Ausstoßmenge am Rückgewinnungsursprung berechnet, aber das importierte Trockeneis wird anhand der Ausstoßmenge innerhalb des Landes berechnet, weshalb Kohlendioxid importiert wird und die Ausstoßmenge ansteigt.
  • In Gebieten mit langen Hitzeperioden, wie Okinawa in Japan und weltweit in den Philippinen, Vietnam, Indien, Mexiko, Brasilien usw. gibt es das ganze Jahr hindurch Bedarf an Trockeneis als Kühlmittel. Allerdings sind viele davon von der Kohlendioxidgasquelle entfernte Gebiete, weshalb es notwendig ist, den Transport in Form von speziellen Gastransportschiffen, speziellen Tankwagen oder Kohlendioxidflaschen bzw. Trockeneis zum Gebiet, bei dem Bedarf besteht, zu tätigen und durch den Transport besteht auch das Problem der Zunahme der Ausstoßmenge des Kohlendioxids.
  • Bei der Effizienzsteigerung der Trockeneisherstellung ist in Patentdokument 7 bezüglich einer Vorrichtung, bei der Trockeneis aus Flüssig-Kohlendioxid eines Speichertanks hergestellt wird, ein Verfahren offenbart, bei dem der Ertrag an Trockeneis gesteigert wird. In Patentdokument 8 ist bezüglich einer Vorrichtung, bei der Trockeneis unter Verwendung von Flüssig-Kohlendioxid hergestellt wird, eine Vorrichtung offenbart, bei der Kohlendioxidgas, das nicht desublimiert wurde (zu Trockeneis wurde), zurückgewonnen und verflüssigt wird.
  • Trockeneis ist ein Kühlmittel, das die Umwandlungswärme von Kohlendioxid verwendet, und hat den Zweck zur Kühlhaltung für Lebensmittellagerung und für den Transport usw., weshalb keine Reinheit wie bei anderen Flüssig-Kohlendioxidprodukten erforderlich ist und bei Trockeneis des aus der Atmosphäre zurückgewonnenen Kohlendioxidgases ist das durch die Verwendung des Trockeneises in die Atmosphäre entlassene Gas keine Belastung für die Umwelt. D. h. es ist denkbar, dass durch die Aufstellung eines Systems, dass als erneuerbares Kohlendioxid auf dem Markt vertrieben wird, eine Gegenmaßnahme zur Verhinderung der Erderwärmung zustande kommt.
  • [Dokumente zum Stand der Technik]
  • [Patentdokumente]
    • [Patentdokument 1] JP H06-99034 A
    • [Patentdokument 2] JP 2010-266155 A
    • [Patentdokument 3] JP 2018-023976 A
    • [Patentdokument 4] JP 2017-528318 A
    • [Patentdokument 5] JP 6510702 B1
    • [Patentdokument 6] JP 2007-232357 A
    • [Patentdokument 7] JP 2006-193377 A
    • [Patentdokument 8] JP 2016-204234 A
    • [Patentdokument 9] JP 2021-211907 A
  • [Zusammenfassung der Erfindung]
  • [Zu lösende Aufgabe der Erfindung]
  • CCU-Techniken werden weltweit von verschiedenen Firmen und verschiedenen Einrichtungen erforscht und entwickelt, aber zusätzlich zu den Rückgewinnungskosten des Kohlendioxidgases gibt es viele Aufgaben bezogen darauf, in welche Wertgegenstände es umgewandelt wird, und ferner bezogen auf die Umwandlungskosten, die Anordnungskosten, darauf, wie es kommerziell verwirklicht wird, usw. Daher ist es wünschenswert, von den verschiedenen denkbaren CCU-Techniken eine CCU-Technik als Vorreiter zu implementieren, bei der die Markteinführung und die Verbreitung relativ schnell sind.
  • Daher wurde auf ein System zur Abscheidung, Anreicherung und Verflüssigung von Kohlendioxidgas in der Luft und zur Herstellung von Trockeneis abgezielt, das nicht in einer Einrichtung, die große Mengen an Kohlendioxidgas ausstößt, wie einem allgemeinen Kraftwerk bzw. einer petrochemischen Anlage angeordnet wird, sondern ein System ist, das relativ kompakt ist und an einem Ort, an dem zurückgewonnenes Kohlendioxidgas verwendet wird, im Umfang einer kleinen Fabrik in der Stadt anwendbar ist, wobei die Abwärme bzw. die Abgase der einzelnen Geräte des gesamten Systems gemeinsam verwendet wird, die Energieeinsparung hoch ist und auch eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist.
  • Als Dokument zum Stand der Technik ist in Patentdokument 1 ein Beispiel einer Anlage offenbart, bei der Flüssig-Kohlendioxid von einem Verbrennungsofen abgeschieden und angereichert wird. Das Verfahren zur Abscheidung und Anreicherung des Kohlendioxidgases wird alsTSA-Methode, PSA-Methode und PTSA-Methode ausgeführt. Es ist ein Verfahren offenbart, bei dem nicht flüssiges Gas nach der Verflüssigung zurückfließt und die Rückgewinnungsquote und die Reinheit des Flüssig-Kohlendioxids erhöht wird, aber es ist kein Verfahren erwähnt, bei dem die Energiespareigenschaften gesteigert werden.
  • Bei dem rückgewonnenen Kohlendioxidgas erhöht sich durch die Verdichtung der Wasserdampfteildruck und es entsteht leicht Kondenswasser, weshalb zusammen mit der Kühlung eine Kondensatsentwässerung getätigt wird. Aufgrund von Qualitätsanforderungen wird es ferner durch einen Adsorption-Entfeuchter wie einen Absorptionstyp oder eine PSA-Methode oder eine TSA-Methode auf eine niedrige Taupunkttemperatur entfeuchtet. Patentdokument 2 betrifft eine Energieeinsparung einer Vorrichtung zur Verdichtung, Kühlung und Verflüssigung von rückgewonnenem Kohlendioxidgas, weshalb ein Verfahren offenbart ist, bei dem die Kühlwärme eines von einer Kohlendioxidverflüssigungs-/Tiefkühlspule zurückkehrenden Kühlmediums in einem Verflüssigung-Vorprozess zur Kühlung und Entfeuchtung verwendet wird und die Energiespareigenschaften gesteigert werden. Allerdings sind nicht die Energiespareigenschaften der Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung der vorderen Stufe davon bzw. die Verwendung der durch die Verdichtungs-/Verflüssigungsvorrichtung entstandenen Abwärme berücksichtigt.
  • In Patentdokument 3 ist erwähnt, dass bei einer DAC-Technik als Wärmequelle zur Abscheidung und Anreicherung von Kohlendioxidgas beim Rückgewinnungs- und Anreicherungsprozess entstehende Prozesswärme neben Kraft-Wärme-Kopplung-Abwärme, Sonnenwärme, Biomasse, Erdwärme und Kernkraft verwendet wird, aber es ist kein konkretes Verfahren offenbart. Allerdings ist die Ausführung auf jeden Fall auf Orte bzw. Umgebungen beschränkt, bei denen Wärmequellenenergie erlangt werden können.
  • Patentdokument 4 betrifft eine DAC-Technik. Es ist ein Verfahren offenbart, bei dem bei einer Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung während der Desorption durch ein in einem Adsorptionsstrukturkörper installiertes Wärmetauscherelement zusammen mit der Erwärmung Kohlendioxidgas durch überhitzten Dampf hindurch desorbiert und zurückgewonnen wird, wobei während der Adsorption ein Kühlungsfluid in das Wärmetauscherelement fließt und das Kohlendioxidgas unter Kühlen adsorbiert wird. Während des Umschaltens zwischen der Adsorption und der Desorption beeinträchtigt und verkompliziert die Wärmekapazität des Wärmetauscherelements selbst die Wärmeeffizienz der gesamten Vorrichtung. Ferner ist auch ein Beispiel offenbart, in dem ein Dampferzeugungswärmetauscher und ein Dampfkondensationswärmetauscher zur Rückgewinnung der Kondensationswärme zur Dampferzeugung mit einer Hitzepumpe verbunden werden. Ferner ist auch ein Verfahren offenbart, bei dem das desorbierte Kohlendioxid enthaltende Gas rückverdichtet wird, die Temperatur ansteigt und zugleich der Dampfteildruck erhöht wird und wird als Wärmequelle in einen Kessel-Verdampfer eingeführt wird, wobei über einen Wärmetauscher Wasserdampf zur Desorption erzeugt wird und zugleich das Kondenswasser wiederverwendet wird. Darüber hinaus ist es zur Verhinderung der Verschlechterung durch Wärme der Amino-Adsorptionsstruktur und zur Reinheitsverbesserung des rückgewonnenen Gases notwendig, dass ein Vakuumablass und eine Druckaufbaubetätigung wiederholt werden, und dafür ist auch Energie notwendig und die Vorrichtung wird kompliziert.
  • In Patentdokument 5 ist eine Nass-TSA-Methode-Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung offenbart, bei der bei einem Verfahren zur Rückgewinnung und Anreicherung von Kohlendioxidgas, das einen Prozess, bei dem ein Honigwabenrotor, der eine Funktion zur Adsorption von Kohlendioxidgas aufweist, in einem jeweils versiegelten Gehäuse, das zumindest eine Behandlungsadsorptionszone und eine Desorptionszone aufweist, aufgenommen und gedreht wird, wobei er in der Adsorptionszone in einem Zustand, in dem die Honigwabe befeuchtet ist, mit einem Kohlendioxidgas enthaltenden Mischgas in Kontakt kommt und unter Verdampfungskühlen das Kohlendioxidgas adsorbiert, und einen Prozess, bei dem in der Desorptionszone gesättigter Dampf in die Honigwabe, die das Kohlendioxidgas adsorbiert hat, eingeführt wird, umfasst, ein Kreislauf, bei dem der Einlass und der Auslass der Desorptionszone in Verbindung stehen, aufgebaut wird, und innerhalb des Kreises ein Gebläse und ein Dampferzeugungsheizgerät vorgesehen werden, wobei während das Gas innerhalb des Kreislaufs umlaufen gelassen wird, die Wärmeübertragungsfläche des Dampferzeugungsheizgeräts durch zugeführtes Wasser erwärmt wird und durch Siededampfdruck Sättigungsdampf zugeführt wird. Die Sauerstoffkonzentration des umlaufenden Gases wird herabgesetzt und es wird ein Effekt zur Verhinderung der Verschlechterung durch thermische Oxidation des Amino-Adsorptionsstoffs erwartet, aber andersrum wurden ein Mangel an Desorption durch den Teildruck des Kohlendioxidgases und aufgrund davon eine Reduzierung der Rückgewinnungsquote beobachtet.
  • In Patentdokument 6 ist eine Vorrichtung vom Heizpumpentyp zur Erzeugung von Dampf/Warmwasser offenbart, bei der die Wärme von warmem Abwasser zurückgewonnen wird und durch eine Heizpumpe Dampf und Warmwasser generiert und zugeführt werden. Die Verwendungsmöglichkeit bei einer Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung kann von einem Techniker leicht erdacht werden, aber es ist Kreativität notwendig, darauf bezogen, auf welche Weise dieser Dampf verwendet wird.
  • Patentdokument 7 ist bezüglich einer Vorrichtung, bei der die Herstellungseffizienz von Trockeneis erhöht wird, vorhanden. Wenn das Flüssig-Kohlendioxidgas unter Atmosphärendruck entlassen wird, wird das Kohlendioxidgas durch die Umwandlungswärme der Vergasung gekühlt und desublimiert und es wird Trockeneis generiert, aber das erhaltene Trockeneis beträgt etwa 40% des entlassenen Kohlendioxidgases und der Rest wird gasförmig. Bei diesem Patent ist offenbart, dass dadurch, dass, bevor das Flüssig-Kohlendioxid entlassen wird, es in einen Unterkühlungszustand versetzt wird, der Ertrag auf 60 bis 70% erhöht wird. In Patentdokument 8 ist eine Technik offenbart, bei der bei einem Trockeneisherstellungsprozess das nicht desublimierte Kohlendioxidgas zurückgewonnen und rückverdichtet und verflüssigt wird, wodurch der Verlust des Gases verhindert wird.
  • In Patentdokument 9 ist ein Verfahren zur Abscheidung und Anreicherung von Kohlendioxidgas in der Luft durch eine DAC-Technik und eine Nass-TSA-Methode offenbart, aber die Verwendung des rückgewonnenen Kohlendioxidgases bzw. die Desorptionswärmequelle der Kohlendioxidabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung ist nicht offenbart und wenn diese zwei äußerst wichtigen Aufgaben nicht gelöst werden, sind die Verbreitung und die Förderung einer CCU-Technik nicht wünschenswert.
  • [Mittel zum Lösen der Aufgabe]
  • Flüssig-Kohlendioxidprodukte sind standardisiert und je nach Verwendungszweck kommt es vor, dass sie auf eine noch höhere Reinheit als zirkulierende Produkte gereinigt werden. Wenn Kohlendioxidgas für medizinische Zwecke, für Lebensmittel, für chemische Rohmaterialen und für Schweißen benutzt wird, beeinflusst es die Qualität des Ergebnisses, weshalb es Qualitätserfordernisse gibt, wobei in JIS die Reinheit bzw. der Wassergehalt usw. bestimmt sind. Allerdings gibt es, auch wenn es sich ebenso um ein Kohlendioxidprodukt handelt, bei der Nutzung von Trockeneis als Kühlmittel keine JIS-Standards und als Qualitätsrichtlinien von Seiten des Herstellers ist bestimmt, dass es weiß ist bzw. keinen unangenehmen Geruch hat. Es ist notwendig, gewerbliches Kohlendioxidgas auf einen Wassergehalt eines Richtwerts oder niedriger zu entfeuchten, aber bei der Trockeneisherstellung wird zur Verfestigung des schneeartigen Trockeneises Flüssigkeit usw. hinzugefügt und es wird erhärtet usw., die Reinheit ist nicht streng und auch Verunreinigungen wie Sauerstoff bzw. Stickstoff und Wassergehalt usw., die bei gewerblichem Gas als Problem betrachtet werden, sind bei Trockeneis kein Problem.
  • Daher haben die vorliegenden Erfinder auf ein System mit hoher Wertschöpfung abgezielt, bei dem es sich um ein kleines und kompaktes System zur Abscheidung und Anreicherung von Kohlendioxidgas und zur Herstellung von Trockeneis mit hoher Energieeinsparung handelt, bei dem durch einen Rotor, der eine Funktion zur Adsorption von Kohlendioxidgas aufweist, Kohlendioxidgas aus der Luft zurückgewonnen wird, die systeminnere Verdichtungsabwärme, die Kühlungs-/Entfeuchtungsabwärme, die Abwärme der Gasverflüssigungs- und Tiefkühlmaschine und die Abwärme usw. der Klimaanlage, die im Prozess der Verdichtung und Verflüssigung des rückgewonnenen Kohlendioxidgases entstehen, zurückgewonnen werden und als Wärmequelle für die Desorption einer Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung verwendet werden, wobei die Luft nach der Behandlung als Luftzufuhr für die Klimatisierung verwendet werden kann.
  • Es wurde ein Trockeneisherstellungssystem erfunden, das ein System zur Abscheidung, Anreicherung, Kühlung und Verflüssigung von Kohlendioxidgas und zur Herstellung von Trockeneis ist, das durch eine Nass-TSA-Kohlendioxidgas-Abscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung, eine Sättigungsdampferzeugungsvorrichtung, eine Kühlungs-/Entfeuchtungsvorrichtung, eine Gasverdichtungsvorrichtung, eine Adsorption-Entfeuchtungsvorrichtung, eine Kühlungsvorrichtung, eine Verflüssigungsvorrichtung, eine Tiefkühlmaschine, einen Kühlturm, einen Flüssig-Kohlendioxid-Reinigungstank und eine Trockeneisherstellungsvorrichtung aufgebaut wird, wobei nicht desublimiertes Gas während der Trockeneisherstellung in der Gasverdichtungsvorrichtung zurückgewonnen wird, wobei die Nass-TSA-Kohlendioxidgas-Abscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung einen Rotor, der eine Adsorptionsleistung von Kohlendioxidgas aufweist, in einem Gehäuse aufnimmt und dreht, in das ein „Spül-/Rückgewinnungsblock“ einer Struktur mit hoher Wärmeisolierung installiert wird, die zumindest in der Drehrichtung der Reihe nach eine Behandlungszone, eine Spülzone und eine Desorptionszone aufweist, und das jeweils versiegelt ist, wobei in der Behandlungszone in einem befeuchteten Zustand des Rotors unter Einführen und Verdampfungskühlen von Luft das Kohlendioxidgas adsorbiert wird, wobei in der Spülzone nicht flüssiges Gas vom Flüssig-Kohlendioxid-Reinigungstank eingeführt wird und Luft, die im Spalt des Rotors enthalten wird, gespült und abgelassen wird, wobei in der Desorptionszone durch die Dampferzeugungsvorrichtung erzeugter Sättigungsdampf durch den Druck der Erzeugung des Dampfes eingeführt wird, wobei durch die Kondensationswärme des Dampfes das Kohlendioxidgas desorbiert wird und rückgewonnen und angereichert wird, wobei eine Luftzufuhr zur Klimatisierung der Auslassluft der Behandlungszone möglich ist und das Kohlendioxid in der Luft zu einer Gasquelle gemacht wird.
  • Als Verfahren, bei dem die Energieeinsparung weiter erhöht wird, wurde eine Nass-TSA-Kohlendioxidabscheidungs-/Anreichungsvorrichtung erfunden, bei der ein Rotor, der eine Adsorptionsleistung von Kohlendioxidgas aufweist, in einem Gehäuse aufgenommen und gedreht wird, in das ein „Spül-/Rückgewinnungsblock“ einer Struktur mit hoher Wärmeisolierung installiert wird, die in der Drehrichtung der Reihe nach eine Behandlungszone, eine Spülzone und mehrere Rückgewinnungszonen mit einer Stufe oder einer Stufe oder mehr und eine Desorptionszone aufweist, und das jeweils versiegelt ist, wobei in der Behandlungszone in einem befeuchteten Zustand des Rotors unter Einführen und Verdampfungskühlen von Luft das Kohlendioxidgas adsorbiert wird, wobei in der Spülzone nicht flüssiges Gas vom Flüssig-Kohlendioxid-Reinigungstank eingeführt wird und Luft, die im Spalt des Rotors enthalten wird, abgelassen wird, wobei Sättigungsdampf in die Desorptionszone eingeführt wird und durch die Kondensationswärme des Dampfes hochkonzentriertes Kohlendioxidgas desorbiert wird und in die Rückgewinnungszone der vorderen Stufe der Drehrichtung eingeführt wird, wobei es die Rückgewinnungszone der weiter vorderen Stufe der Drehrichtung der Rückgewinnungszone und die mehreren Rückgewinnungszonen in Richtung auf die Seite der vorderen Stufe der Drehrichtung der Reihe nach durchläuft und zurückgewonnen wird. Wenn die zuvor erwähnte Nass-Kohlendioxidabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung des Trockeneisherstellungssystems durch diese Vorrichtung ersetzt wird, kommt eine weitere Energieeinsparung zustande.
  • Dadurch, dass Behandlungsauslassluft mit einer niedrigen Kohlendioxidgaskonzentration als Luftzufuhr zur Klimatisierung verwendet wird, wurde die Wertschöpfungserhöhung zur Verbreitung des Systems der vorliegenden Erfindung berücksichtigt. Die Luft, die die Behandlungszone der Nass-TSA-Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung durchlaufen hat, wird durch eine Kühlungsspule gekühlt und entfeuchtet und als Luftzufuhr zur Klimatisierung verwendet, wobei das Abflusswasser der Kühlungsspule zurückgewonnen wird und als zugeführtes Wasser der Sättigungsdampfvorrichtung verwendet wird, wodurch die Energieeinsparung der Klimatisierung, die Wertschöpfungserhöhung des Trockeneisherstellungssystems der vorliegenden Erfindung und das Sparen von Wasser ermöglicht wird.
  • Darüber hinaus wurde zur Erhöhung der Energiespareigenschaften im gesamten System eine Rückgewinnungsverwendung der Abwärme, die im System und in der Nähe des Systems entsteht, in Erwägung gezogen. Die Sättigungsdampferzeugungsvorrichtung ist eine Heizpumpen-Dampferzeugungsvorrichtung, die Abwärme verwendet, und die Abwärme der Tiefkühlvorrichtung und einer Kühlungsklimatisierungsvorrichtung in der Nähe, die die Verdichtungswärmekühlung und die Verflüssigung des rückgewonnenen Kohlendioxidgases tätigen, wird zurückgewonnen und einer Dampferzeugungsheizpumpe zugeführt und es wird Sättigungsdampf erzeugt.
  • Es wurde auch über eine Energieeinsparung einer Entfeuchtung mit niedrigem Taupunkt des rückgewonnenen Gases nachgedacht. In eine Erneuerungszone eines Honigwabenrotor-Adsorption-Entfeuchters, der eine Behandlungszone und eine Erneuerungszone aufweist, wird verdichtetes Hochtemperaturgas von der Gasverdichtungsvorrichtung eingeführt und das Adsorptionswasser des Rotors wird desorbiert, wobei dieses Auslassgas durch eine Kühlungsspule hindurch gekühlt und entfeuchtet wird, in die Behandlungszone eingeführt wird und in die Entfeuchtungsvorrichtung, die adsorbiert und entfeuchtet, eingeleitet wird, wodurch auch eine Energieeinsparung einer Entfeuchtung mit niedrigem Taupunkt verwirklicht werden kann.
  • [Vorteile der Erfindung]
  • Das Trockeneisherstellungssystem der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist und Kohlendioxid in der Luft zu einer Gasquelle gemacht wird, ist durch eine Nass-TSA-Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung, eine Sättigungsdampferzeugungsvorrichtung, eine Kühlungs-/Entfeuchtungsvorrichtung, eine Gasverdichtungsvorrichtung, eine Adsorption-Entfeuchtungsvorrichtung, eine Kühlungsvorrichtung, eine Gasverflüssigungsvorrichtung, eine Tiefkühlmaschine, einen Flüssig-Kohlendioxid-Reinigungstank und eine Trockeneisherstellungsvorrichtung aufgebaut. In jeder Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsanlage sind Verdichtungs-, Kühlungs- und Verflüssigungsprozesse notwendig und in jedem Prozess wird ein Energieverbrauch und damit verbundene Abwärme erzeugt. In den Prozessen zur Verdichtung und Verflüssigung von Kohlendioxidgas wird beträchtlich viel Verdichtungswärme und Umwandlungswärme der Kühlung und Verflüssigung erzeugt. Die Verdichtungswärme und die Umwandlungswärme der Kühlung und Verflüssigung wird durch einen Radiator wie einen herkömmlichen Kühlungsturm in die Atmosphäre abgestrahlt. Dadurch, dass diese Wärme zurückgewonnen wird und als Energie der Abscheidung und Anreicherung von Kohlendioxid in der Luft verwendet wird, kann ein System ermöglicht werden, das entfernt von großen Erzeugungsquellen von Kohlendioxid und verwendbaren Abwärmequellen überall angeordnet werden kann.
  • Wenn ferner das verflüssigte Kohlendioxid in den Reinigungstank gefüllt wird, tritt auch nicht flüssiges Gas ein, aber das nicht flüssige Gas enthält Verunreinigungen, die aus den Bestandteilen der Luft stammen, weshalb es mit dem Ziel, die Reinheit zu erhöhen, und zur Verringerung des Einführungswiderstand des Flüssig-Gases in den Tank abgelassen wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird dieses nicht flüssige Gas als Spülgas der Nass-TSA-Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung verwendet, weshalb es einen Effekt der Konzentrationserhöhung des rückgewonnenen Gases gibt. Ferner wird bei dem Trockeneisherstellungssystem das nicht desublimierte Gas während der Trockeneisherstellung zur Gasverdichtungsvorrichtung zurückgebracht und zurückgewonnen, wodurch die Rückgewinnungseffizienz und die Energiespareigenschaften des gesamten Systems erhöht werden können.
  • Die Nass-TSA-Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung weist die Behandlungszone, die Spülzone und die Desorptionszone auf, wobei in der Behandlungszone in einem befeuchteten Zustand des Rotors Kontakt mit der Kohlendioxidgas enthaltenden Luft hergestellt wird und das Kohlendioxidgas unter Verdampfungskühlen adsorbiert wird, wobei nicht flüssiges Gas vom Flüssig-Gas-Reinigungstank in die Spülzone eingeführt wird, und Luft, die in einem Spalt des Rotors enthalten wird, gespült und abgelassen wird und anschließend zur Desorptionszone gedreht und bewegt wird, weshalb die Bewegung der Luft zur Desorptionszone verhindert wird, die Konzentration des rückgewonnenen Kohlendioxidgases erhöht wird und die Verschlechterung durch thermische Oxidation des Adsorptionsstoffs in der Desorptionszone verhindert wird. Bei der Desorptionszone wird Sättigungsdampf von ungefähr 100°C durch Siededruck eingeführt und das adsorbierte Kohlendioxidgas wird desorbiert und zurückgewonnen. Ungefähr 100°C bezieht sich darauf, dass der Siedepunkt von Wasser sich durch Druck verändert, weshalb durch den Einführungswiderstand des Sättigungsdampfes in die Desorptionszone bzw. den Luftdruck eine Schwankung von einigen °C, einschließlich Plus und Minus, angenommen wird.
  • Darüber hinaus wurde zur Erhöhung der Energiespareigenschaften der Nass-TSA-Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung ein Aufbau erfunden, bei dem die Zonen des Rotors in der Drehrichtung der Reihe nach in eine Behandlungszone, eine Spülzone, und außerdem in mehrere Rückgewinnungszonen mit einer Stufe oder einer Stufe oder mehr und eine Desorptionszone aufgeteilt und versiegelt werden. Es wird genauso nicht flüssiges Gas vom Flüssig-Gas-Reinigungstank in die Spülzone eingeführt und Luft, die im Spalt des Rotors enthalten wird, wird abgelassen, wobei Sättigungsdampf von ungefähr 100°C in die Desorptionszone eingeführt wird und durch die Kondensationswärme des Dampfes hochkonzentriertes Kohlendioxidgas desorbiert wird, aber zwischen der Spülzone und der Desorptionszone wird eine Rückgewinnungszone vorgesehen. Die Enthalpie des Desorptionsauslassgases durchläuft die Seite der vorderen Stufe der Drehrichtung der Desorptionszone und wird zurückgewonnen, wobei ein Effekt, dass vor der Desorption der Rotor vorgewärmt wird, und ein Effekt, dass dadurch, dass das Rückgewinnungsgas vorgekühlt wird, die Belastung der Kühlung und der Entfeuchtung im Nachprozess reduziert werden kann, erzielt werden und das Risiko, dass Luft in die Desorptionszone eingemischt wird, kann weiter reduziert werden.
  • Bei den Rückgewinnungszonen können auch mehrere Rückgewinnungszonen mit einer Stufe oder mehr vorgesehen werden. Das Desorptionszonen-Auslassgas wird in eine Rückgewinnungszone 1 der vorderen Stufe in der Drehrichtung eingeführt und darüber hinaus durchläuft es in Richtung auf eine Rückgewinnungszone 2 der vorderen Stufe der Drehrichtung und in Richtung der Seite der vorderen Stufe der Drehrichtung die mehreren Rückgewinnungszonen der Reihe nach und wird zurückgewonnen. Bezüglich einer Stufenanzahl, bei der kein Überschuss oder Mangel besteht, kann aufgrund der Kenntnisse der Wärmetauscheffizienz eines Dreh-Wärmetauschers angenommen werden, dass, auch wenn es durch die Rotorbreite bzw. die Durchlaufgeschwindigkeit Unterschiede gibt, sie einer gesamten Durchlauflänge der Rückgewinnungszonen von 200 bis 400 mm entspricht. Wenn z. B. die Zellenanzahl 190 und die Rotorbreite 500 mm beträgt, können, wenn die wünschenswerte gesamte Durchlauflänge 200 mm beträgt, vier Durchläufe geschätzt werden, aber es sollte festgelegt werden, indem die Wirtschaftlichkeit und der Effekt in Versuchen beurteilt werden.
  • Andererseits verringert sich bei der Luft, die die Behandlungszone durchlaufen hat, die Kohlendioxidgaskonzentration und durch den Verdampfungskühlungseffekt verändert sich die Temperatur kaum, aber die absolute Feuchtigkeit wird höher. Diese Luft wird durch die Kühlungsspule gekühlt und entfeuchtet und die Luft, die eine hohe Luftqualität hat und bei der die Kohlendioxidkonzentration niedrig ist, wird als Luftzufuhr für die Klimatisierung verwendet und es kann ein Effekt erwartet werden, dass sich die geistige Produktivität der sich im Zimmer befindenden Personen erhöht. Das Abflusswasser der Kühlungsspule wird zurückgewonnen und der Sättigungsdampferzeugungsvorrichtung zugeführt, wobei der Einführungsvorteil und die Wirtschaftlichkeit in Bezug auf die Anfangs- und Laufkosten weiter erhöht werden.
  • Zur Verflüssigung des rückgewonnenen Kohlendioxidgases ist es notwendig, dass es verdichtet und gekühlt wird. Wenn es durch eine Mehrstufenverdichtung bis auf 6,4 Mpa verdichtet wird, wird die Temperatur des Gases etwa 130°C und durch den Wärmeaustauch mit diesem Gas ist auch eine Dampferzeugung möglich, aber wenn es als erzeugte Dampfmenge nicht ausreicht, wird die Abwärme des Kühlgeräts bzw. des Verflüssigungsgeräts, der Tiefkühlmaschine und bei Bedarf darüber hinaus der Klimatisierungsmaschine usw. der benachbarten Einrichtung innerhalb des Systems der vorliegenden Erfindung zurückgewonnen und als Wärmequelle der Dampferzeugungsheizpumpe kann sie die Desorptionsenergie der Abscheidungs-/Rückgewinnungs-/ und Anreicherungsvorrichtungen des Kohlendioxidgases abdecken.
  • Bei einer Entfeuchtung bei niedrigem Taupunkt des Rückgewinnungsgases ist es gut, wenn eine Kombination mit einem Rotor-Adsorption-Entfeuchter vorgenommen wird. In eine Erneuerungszone eines Honigwabenrotor-Adsorption-Entfeuchters, der eine Behandlungszone und eine Erneuerungszone aufweist, wird verdichtetes Hochtemperaturgas von der Gasverdichtungsvorrichtung eingeführt und das Absorptionswasser des Rotors wird desorbiert. Wenn bei dem durchgelaufenen Gas durch die Desorptionswärme die Temperatur sinkt, wird zugleich die Taupunkttemperatur (absolute Feuchtigkeit) höher und durch den nächsten Kühlungsspulendurchlauf wird es gekühlt und entfeuchtet. Darüber hinaus durchläuft das rückgewonnene Gas die Behandlungszone des Rotor-Adsorption-Entfeuchters, wird auf eine niedrige Taupunkttemperatur entfeuchtet und wird in den Verdichter der nächsten Stufe eingeführt.
  • Durch dieses Entfeuchtungsverfahren kann die Taupunkttemperatur des Rückgewinnungsgases bis zu einem Minus-Taupunkt, der geringer ist als die Temperatur der Kühlungsspule, entfeuchtet werden, weshalb schließlich, während derselbe Entfeuchtungseffekt wie bei einer bisherigen PSA-, TSA-, PTSA-Methode erhalten wird, bei der Erneuerungsenergie die überschüssige Wärme innerhalb des Systems verwendet werden kann. Ein Honigwabenrotor-Dreh-Entfeuchter, der eine Form eines solchen TSA-Entfeuchtungsverfahrens ist, ist allgemein bekannt, aber dadurch, dass bei dem System der vorliegenden Erfindung auf diese Weise eine Kombination vorgenommen wird, wird ein Beitrag zur Erhöhung der Energiespareigenschaften des gesamten Systems geleistet.
  • Bei dem System der vorliegenden Erfindung wie oben wird die Abwärme, die innerhalb des Systems erzeugt wird, zurückgewonnen und es wird Sättigungsdampf erzeugt und zu einer Desorptionsquelle des adsorbierten Kohlendioxidgases gemacht, weshalb bei dem gesamten System eine Energieeinsparung zustande kommt. Selbstverständlich ist für den Betrieb des Systems eine elektrische Leistung notwendig, aber da in den Zeiträumen und den Gebieten, in denen der Bedarf an Trockeneis hoch ist, eine hohe Sonnenbestrahlung vorhanden ist, passt es gut zu Solarkraftwerken. Da es sich ferner um heiße Gebiete handelt, kann auch die Abwärme der Kühlung verwendet werden und durch die niedrige Zufuhr von Kohlendioxidgas nach der Behandlung ist eine Klimatisierung von hoher Qualität möglich, ohne dass die Ventilationsmenge überhöht wird, und wenn die Umgebungsluft der Klimatisierung bzw. die Abluft zu Behandlungsluft gemacht wird, ist die Kohlendioxidgaskonzentration höher als bei der Außenluft, weshalb ein Effekt, dass die Rückgewinnungsmenge erhöht wird, bzw. auch ein Energiespareffekt der Klimatisierung durch eine Enthalpie-Rückgewinnung der Umgebungsluft bei einer Umgebungsluftbehandlung erwartet werden können.
  • Darüber hinaus ist bei dem System der vorliegenden Erfindung keine Kohlendioxidgasquelle bzw. Abwärmequelle wie beim Stand derTechnik vorhanden und es kann auch ein System mit mittelgroßem und kleinem Ausmaß aufgestellt werden, weshalb es das Merkmal hat, dass es in jedes Gebiet mit Bedarf an Trockeneis verteilt und dort aufgestellt werden kann, wobei die Ausstoßmenge an Kohlendioxidgas durch den Transport von Trockeneis bzw. Kohlendioxidgas verringert werden kann und eine Effizienzsteigerung des gesamten Unternehmens umgesetzt wird. Ferner ist bei der Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Wärmekapazität deutlich geringer als bei einem bisherigen Absorptionsflüssigkeitsverfahren, und je nach Notwendigkeit der Trockeneisproduktion sind auch der Start, das Beenden und das Pausieren des Gesamtsystems einfach und der damit verbundene Wärmeverlust ist auch gering.
  • Zusammen mit der Trockeneisherstellung wie oben kann durch eine Kombination mit der energiesparenden Klimatisierungsverwendung von Luft mit niedriger Kohlendioxidgaskonzentration die Verbreitung als CCU-Technik gefördert werden und es wird die Beschleunigung der Reduzierung von petrochemischen Anlagen, bei denen bis jetzt die Erzeugung von Kohlendioxid erlaubt war, ermöglicht.
  • [Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
    • [1] ist ein Basis-Flussdiagramm eines Trockeneisherstellungssystems mit Kohlendioxid in der Luft als Gasquelle, bei dem auch eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist, einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [2] ist eine ausführliche Ansicht einer Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [3] ist ein Basis-Flussdiagramm eines Trockeneisherstellungssystems mit Kohlendioxid in der Luft als Gasquelle, bei dem auch eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist, einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [4] ist eine ausführliche Ansicht einer Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [5] ist eine erläuternde Schnittansicht des Prinzips eines Behandlungs-, Spül-, zweiten Rückgewinnungs-, ersten Rückgewinnungs- und Desorptionszonenabschnitts der Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [6] ist eine erläuternde Schnittansicht des Prinzips der Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [7] ist eine erläuternde Ansicht des Prinzips einer Honigwabenrotor-Entfeuchtungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [8] ist ein Flussdiagramm einer kleinformatigen Versuchsvorrichtung, bei der tatsächlich Proben und Versuche getätigt wurden.
    • [9] ist ein Implementierungsentwurf einer mittelgroßen Kassette.
    • [10] ist ein Implementierungsentwurf einer Vierergruppeneinheit einer mittelgroßen Kassette.
  • [Ausführungsformen der Erfindung]
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen, bei denen die vorliegende Erfindung angewandt wurde, auf Basis der Zeichnungen ausführlich erläutert. Bauteile usw., die in den Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen versehen sind, haben denselben oder einen ähnlichen Aufbau und doppelte Erläuterungen in Bezug auf diese werden den Umständen entsprechend weggelassen. Ferner ist bei Bauteilen usw., die für die Erläuterung nicht notwendig sind, den Umständen entsprechend die Darstellung weggelassen.
  • Die vorliegenden Erfinder sind von dem Umstand, dass bis jetzt durch Rotortyp-Nass-TSA(Temperaturwechsel)-Verfahren, die kompakt sind und bei denen die Energiespareigenschaften hoch sind, Techniken zur Abscheidung und Anreicherung von Kohlendioxidgas in der Luft erforscht und entwickelt wurden, zur vorliegenden Erfindung gelangt. Zunächst werden das Prinzip und die Vorteile eines Nass-TSA-Verfahrens erläutert. Ein Nass-TSA-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem zur Desorption von Kohlendioxidgas kein überhitzter Dampf, sondern Sättigungsdampf verwendet wird und durch die Kondensationswärme des Sättigungsdampfes das Kohlendioxidgas desorbiert, angereichert und zurückgewonnen wird. Es wird nicht, wie bei einem bisherigen Trocken-TSA-Verfahren, Heißluft bzw. Gas zur Desorption verwendet, weshalb nicht nur eine hochkonzentrierte Anreicherung und Rückgewinnung möglich ist, sondern gleichzeitig mit der Desorption der Wasserdampf kondensiert wird und die Flüssigkeit auf der Oberfläche in der Honigwabe verbleibt, wobei in der Behandlungsadsorptionszone das Kohlendioxidgas unter Verdunstungskühlen adsorbiert wird, weshalb der Rotor direkt nach der Desorption schnell gekühlt wird, und gleichzeitig wird die Adsorptionswärme des Kohlendioxidgases ausgeglichen und ein Temperaturanstieg wird unterdrückt, weshalb die Adsorptionsleistungsfähigkeit und die Energiespareigenschaften des Kohlendioxidgases im Vergleich mit einem bisherigen Trocken-TSA-Verfahren bzw. TSA-Verfahren mit überhitztem Dampf rapide erhöht werden.
  • Ferner gibt es dadurch, dass die Desorption durch einen Sättigungsdampf von ungefähr 100°C, der keine Luft enthält, getätigt wird, den Effekt, dass eine Verschlechterung durch thermische Oxidation des Amino-Adsorptionsstoffs verhindert wird. Wenn ferner direkt nach der Desorption bei hoher Temperatur eine Drehbewegung zur Behandlungszone getätigt wird und eine Berührung mit der Luft hergestellt wird, ist die Adsorptionsstoffoberfläche mit Kondenswasser befeuchtet, weshalb eine direkte Berührung mit Sauerstoff verhindert wird und durch den Verdampfungskühlungseffekt aufgrund des Durchlaufens der Behandlungsluft erfolgt schnell eine Kühlung und es gibt auch einen Effekt, dass die Verschlechterung durch thermische Oxidation unterdrückt wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wurde eine derartige erfinderische Leistung vollbracht, dass bei dem Nass-TSA-Verfahren eine weitere Verhinderung der Verschlechterung durch thermische Oxidation des Adsorptionsstoffs und eine Erhöhung der Rückgewinnungsquote und der Rückgewinnungskonzentration erzielt werden und die Energiespareigenschaften gesteigert werden.
  • [Ausführungsform 1]
  • 1 ist ein Gesamtsystem der Ausführungsform 1. Das Behandlungsgas ist Atmosphären- oder Klimatisierungsluft, weshalb keine besondere Vorbehandlung notwendig ist und es in Ordnung ist, wenn etwa ein Staubfilter, der bei einer allgemeinen Klimatisierung angewandt ist, vorhanden ist. Wenn es sich um wasserlösliche Verunreinigungen bzw. feinen Staub handelt, werden sie zusammen mit Wasser, das bei einer Kühlungsspule inmitten des Systems kondensiert ist, ablaufen gelassen und beseitigt und ausgestoßen. Bei Bedarf ist es auch einfach, an der Behandlungsluft-Einströmungsöffnung zusätzlich einen Aktivkohle-Geruchsbeseitigungsfilter einzurichten.
  • Zuerst wird eine Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung anhand von 2 detailliert erläutert. Ein Rotor 1, der Kohlendioxidgas adsorbieren kann, wird bei einem Rotor-Antriebsmotor 2 durch einen Riemen 3 angetrieben und gedreht. Bei großen Modellen kann auch ein Kettenantrieb ausgewählt werden. Wenn Behandlungsluft durch ein Gebläse 7 in eine Behandlungszone 4 des Rotors eingeführt wird, wird unter Verdampfungskühlen des Rotors in einem befeuchteten Zustand das Kohlendioxidgas adsorbiert und zugleich wird auch die Adsorptionswärme gekühlt und beseitigt.
  • Wenn der Rotor sich zu einer Spülzone 6 dreht, wird nicht flüssiges Gas von einem Flüssig-Kohlendioxidgas-Reinigungstank eingeführt und Luft, die in einem Spalt des Rotors enthalten wird, wird zur Seite der Behandlungszone gespült und abgelassen. Durch dieses Spülen wird ein Effekt erzielt, dass das Einmischen von Luft in das rückgewonnene Gas verhindert wird und die Rückgewinnungskonzentration gesteigert wird, die Einmischung von Sauerstoff in die Desorptionszone, die eine hohe Temperatur erreicht, wird verhindert, die Verschlechterung durch thermische Oxidation des Adsorptionsstoffes wird vermieden und die Haltbarkeit wird erhöht. Ferner wird durch die Adsorption des Durchlaufens des Kohlendioxidgases, das direkt vor der Desorption eine höhere Konzentration als Luft hat, ein Effekt der Erhöhung der Rückgewinnungsmenge erwartet. Es gibt den Effekt, dass in jeder Durchlaufrichtung des Spülgases die Luft im Spalt des Rotors gespült wird, aber wenn sie zur Einlassseite der Behandlungszone abgelassen wird und mit der Behandlungsluft zusammenläuft, ist die Spülgasmenge enorm und auch wenn das Kohlendioxidgas mit einer relativ hohen Konzentration abgelassen wird, wird es in der Behandlungszone wieder adsorbiert, weshalb es nicht vergeudet wird.
  • Wenn der Rotor sich zur Desorptionszone 5-1 dreht, wird durch den Dampferzeugungsdruck von der Sättigungsdampferzeugungsvorrichtung Sättigungsdampf eingeführt und durch die Kondensationswärme wird das Kohlendioxidgas desorbiert und das Kondenswasser verbleibt im Rotor. Das Mischgas des desorbierten Kohlendioxidgases und des Wasserdampfes wird durch eine Kühlungsspule 10-1 der 1 hindurch gekühlt und entfeuchtet. Als Nächstes wird das gekühlte und entfeuchtete rückgewonnene Gas in eine Verdichtungsvorrichtung 11-1 eingeführt, mit Druck beaufschlagt und erhitzt. Die Verflüssigung des Kohlendioxidgases durch eine einstufige Verdichtung ist schwierig, weshalb das erhitzte Gas durch eine Kühlungsspule 10-2 nochmal gekühlt wird, in einen Verdichter 11-2 der zweiten Stufe eingeführt wird und bis auf etwa 4 Mpa mit Druck beaufschlagt wird, und obwohl es in 1 nicht gezeigt ist, kommt es auch vor, dass es darüber hinaus nochmal gekühlt wird und in einer Verdichtungsvorrichtung der dritten Stufe bis auf etwa 6,4 Mpa mit Druck beaufschlagt wird. Das zum Schluss mit Druck beaufschlagte Gas wird nochmal gekühlt und nach einer Entfeuchtung auf eine niedrige Taupunkttemperatur durch einen Adsorption-Entfeuchter 13 durch ein Verflüssigungsgerät 15 auf eine Verflüssigungstemperatur oder weniger gekühlt und verflüssigt.
  • Das Kohlendioxidgas verflüssigt sich umso leichter, je höher der Druck ist, aber die Verdichtungsenergie wird groß, die Schmelzmenge von verunreinigtem Gas zum Flüssig-Gas nimmt zu und die Reinheit verringert sich. Andersrum ist, wenn der Druck gering ist, eine Kühlung auf eine geringere Verflüssigungstemperatur notwendig und die Kühlungsbelastung nimmt zu, wobei sich ferner auch der COP (Leistungskoeffizient) der Tiefkühlmaschine verringert und eine Ausgleichbeziehung besteht, bei der die verbrauchte Energie der Tiefkühlmaschine zunimmt. Das verflüssigte Kohlendioxid wird in den Reinigungstank befördert und das nicht flüssige Gas wird entfernt und die Reinheit wird erhöht und gespeichert. Das entfernte Gas wird bei dem Spülen der Abscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung verwendet.
  • Es ist notwendig, dass die Extraktionsmenge des nicht flüssigen Gases aus dem Reinigungstank eine überschüssige Menge ist, bei der die im Spalt des Rotors enthaltende und sich bewegende Menge ausreichend gespült werden kann. Wenn ein Mangel besteht, wird Luft in das Rückgewinnungsgas eingemischt. Auch wenn es sich um eine übermäßige Menge handelt, läuft das nicht flüssige Gas, das die Spülzone durchlaufen hat, mit der Behandlungsluft zusammen und durchläuft nochmal die Behandlungszone und wird adsorbiert, weshalb es nicht vergeudet wird. Das Volumen des Spülgases schwankt aufgrund von Temperatur- und Feuchtigkeitsveränderungen und der Adsorption des Kohlendioxids, weshalb es praktisch ist, die Kohlendioxidgaskonzentration des Gasauslasses der Spülzone 5-1 zu messen und zu regulieren.
  • Das rückgewonnene Gas wird durch einen Verdichter 11-1, 11-2 auf 100°C oder mehr erhitzt und unter Verwendung der Wärme dieses Gases ist auch die Sättigungsdampferzeugung möglich, aber wenn es nur durch die Wärme dieses Gases an Desorptionsenergie mangelt, wird die Abwärme wie die Kühlungs-/Entfeuchtungswärme bzw. die Verdichtungswärme und die Verflüssigungswärme zur Verflüssigung des Rückgewinnungsgases durch die Dampferzeugungsheizpumpe zurückgewonnen und Sättigungsdampf wird erzeugt und in die Desorptionszone der Kohlendioxidabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung eingeführt. Durch den obigen Aufbau wird die Abwärme, die im Verdichtungs-, Kühlungs-/Entfeuchtungs-, Kühlungs- und Verflüssigungsprozess des abgeschiedenen und angereicherten Kohlendioxidgases erzeugt wird, zurückgewonnen und verwendet und die Abscheidung und Anreicherung des Kohlendioxidgases in der Luft wird ermöglicht und es ist ein Trockeneisherstellungssystem mit Kohlendioxidgas in der Luft als Gasquelle möglich, das energiesparender und kompakter als der Stand der Technik ist.
  • [Ausführungsform 2]
  • 3 ist eine Ansicht des Gesamtsystems der Ausführungsform 2. Es wurde eine derartige erfinderische Leistung vollbracht, dass bei dem zuvor erwähnten Nass-TSA-Verfahren eine weitere Verhinderung der Verschlechterung durch thermische Oxidation des Adsorptionsstoffs und eine Erhöhung der Rückgewinnungsquote und der Rückgewinnungskonzentration erzielt werden und die Energiespareigenschaften erhöht werden. Zuerst werden in 4 die Details der Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung erläutert. Der Rotor 1, der Kohlendioxidgas adsorbieren kann, ist in der Drehrichtung der Reihe nach in eine Behandlungszone 4, eine Spülzone 6, eine Stufe-2-Rückgewinnungszone 5-3, eine Stufe-1-Rückgewinnungszone 5-2 und eine Desorptionszone 5-1 aufgeteilt, wobei er bei dem Rotor-Antriebsmotor 2 durch den Riemen 3 angetrieben und gedreht wird.
  • Wenn durch das Gebläse 7 Luft in die Behandlungszone 4 des Rotors eingeführt wird, werden bei dem Rotor in einem befeuchteten Zustand die Adsorption des Kohlendioxidgases und gleichzeitig die Verdampfungskühlung der Flüssigkeit vorangetrieben, wobei die erzeugte Adsorptionswärme auch gekühlt und beseitigt wird. In der Gas-Spülzone 6, die eine Drehbewegung gemacht hat, wird nicht flüssiges Gas aus dem Flüssig-Kohlendioxidgas-Reinigungstank 16 eingeführt und Luft, die im Spalt des Rotors enthalten wird, wird gespült und in die Desorptionszone 5-1 wird Sättigungsdampf eingeführt, das vom Rotor adsorbierte Kohlendioxidgas wird desorbiert und durch die Stufe-1-Rückgewinnungszone 5-2 hindurch und darüber hinaus durch die Rückgewinnungszone 5-3 der Seite der vorigen Stufe der Drehung hindurch zurückgewonnen.
  • In 5 ist ein noch ausführlicher Fluss des Gases im Rotor erläutert. Der Rotor dreht sich von der Behandlungszone 4 zur Spülzone 6 und nicht flüssiges Gas wird eingeführt, Luft, die im Spalt des Rotors enthalten wird, wird zu Einlassseite der Behandlungszone 4 gespült und abgelassen, mit der Behandlungsluft vermischt und nochmal in die Behandlungszone eingeführt. Durch dieses Spülen gibt es einen Effekt, dass das Einmischen von Luft in das rückgewonnene Gas verhindert wird und die Rückgewinnungskonzentration gesteigert wird, einen Effekt, dass in der Desorptionszone 5-1, die eine hohe Temperatur erreicht, die Verschlechterung durch thermische Oxidation des Adsorptionsstoffes vermieden wird und die Haltbarkeit erhöht wird, und auch einen Effekt, dass durch die Kontaktadsorption mit dem Kohlendioxidgas, das direkt vor der Desorption eine höhere Konzentration als die Luft hat, die Rückgewinnungsmenge erhöht wird. Gleichzeitig gibt es dadurch, dass das nicht flüssige Gas aus dem Gasreinigungstank 16 entfernt wird, den Effekt, dass die Reinheit des Flüssig-Gases gesteigert wird.
  • In der Desorptionszone 5-1 wird Sättigungsdampf eingeführt und durch die Umwandlungswärme der Kondensation wird das Kohlendioxidgas desorbiert und das Kondenswasser verbleibt im Rotor. Das Mischgas des desorbierten Kohlendioxidgases und des Wasserdampfes durchläuft die Stufe-1-Rückgewinnungszone 5-2 der vorigen Stufe der Drehrichtung, wird umgelenkt, durchläuft die Stufe-2-Rückgewinnungszone 5-3 und wird zurückgewonnen. Dadurch wird die Enthalpie (Eigenwärme und Umwandlungswärme) des Desorptionsauslassgases durch die Restwärme des Rotors vor der Desorption zurückgewonnen und andersrum wird durch das Durchlaufen des rückgewonnenen Gases die Enthalpie herabgesenkt und die Belastung der Kühlungs-/Entfeuchtungsspule 10-1 des nächsten Prozesses herabgesenkt.
  • Bei der Stufenanzahl der Rückgewinnungszonen wird der Überfluss und der Mangel des Effekts davon getestet und bestätigt und es können darüber hinaus auch drei Stufen und vier Stufen zu der vorigen Stufe der Drehrichtung zusätzlich eingerichtet werden. Bis jetzt wurde in Experimenten die Wirksamkeit von einer Stufe bestätigt und es wurde die Notwendigkeit einer weiteren zusätzlichen Einrichtung und die Möglichkeit einer dadurch hervorgerufenen Erhöhung der Energiespareigenschaften erfasst. Auf diese Weise sind komplizierte Strömungswegaufbauten und Wärmeisolierungsbehandlungen beim Stand der Technik schwierig, aber durch eine Struktur eines „Laminatspülungs- und Rückgewinnungsblocks" (Patentdokument 9) können sie verwirklicht werden. Es handelt sich um einen Laminatstrukturkörper fächerförmiger Folien, die jeweils Zonenräume aufweisen oder nicht aufweisen, wobei bei einer mit einer Rotor-Endfläche in Kontakt kommende Gleitfläche eine wärmeresistente und reibungsresistente Gleitfolie, eine Schaumgummischicht an derer unteren Schicht, eine Schaumgummischicht oder eine Schaumplattenschicht, bei der an derer unterer Schicht zwischen den Zonenschichten Verbindungswege vorgesehen werden, und eine Wärmeisolierungsplatte, bei der die Bodenflächenschicht keinen Räume aufweist, laminiert, geklebt und zu einem Block gemacht werden, wobei sie durch einen „Laminatstruktur-Spül- und Rückgewinnungsblock“ einer Struktur mit hoher Wärmeisolierung, bei der am Außenumfangsteil oder an der Bodenfläche ein Dampfeinführungsteil, ein Desorptionsgas-Rückgewinnungsteil und ein Spülgas-Ein- und Auslassteil vorgesehen werden, einfach und kostengünstig angefertigt werden kann.
  • [Dritte Ausführungsform der Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung]
  • In 5 ist ein Beispiel gezeigt, in dem in Richtung auf die Seite der vorderen Stufe der Rotor-Drehrichtung der Reihe nach eine Desorptionszone, eine Stufe-1-Rückgewinnungszone und eine Stufe-2-Rückgewinnungszone unter Umwenden der Gasdurchlaufrichtung in den Rotor eingeführt werden, aber die Desorptionszone, die Stufe-1-Rückgewinnungszone und die Stufe-2-Rückgewinnungszone können, wie in 6, auch alle auf dieselbe Durchlaufrichtung des Gases eingestellt werden. Von jeder Zone wird die Außenumfangsseite des Rotors umgeleitet und der Reihe nach auf einer Spirale zur Seite der vorderen Stufe der Drehrichtung durchlaufen. Die Umleitung kann unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitbarkeit, der Montageeinstellung und der Wärmeisolierungseigenschaften so aufgebaut sein, dass ein Schaumsilikongummischlauch bzw. mehrere Folien aus Schaumsilikongummi usw., bei denen der Gasströmungsweg herausgeschnitten oder nicht entfernt ist, aufgeschichtet und geklebt werden. Dieses Verfahren ist in thermodynamischer Hinsicht wünschenswert, aber die Struktur wird ziemlich kompliziert, weshalb es sich unter Berücksichtigung der Kosteneffektivität dafür entschieden werden sollte. Falls es für die Klimatisierung eines beschränkten abgeschlossenen Raums wie eines Raumschiffs usw. ist, wird angenommen, dass die Leistung wichtiger ist als die Kosten.
  • Hier werden die Rückgewinnungsmenge und das Maßstabsgefühl in einem Fall, in dem die Nass-TSA-Kohlendioxidabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung tatsächlich implementiert wurde, anhand von tatsächlichen Experimentergebnissen (Patentdokument 9) geschätzt. 8 ist eine Blockansicht einer tatsächlich ausgeführten kleinformatigen Experimentvorrichtung, wobei sie der 4 der vorliegenden Erfindung ähnelt, aber sich ein wenig von ihr unterscheidet. Z. B. ist das Spülgas kein nicht flüssiges Gas, sondern es handelt sich um eine Struktur, bei der über die vorderen und hinteren Bereiche der Rückgewinnungs- und Desorptionszone vorgesehene Umlauf-Spülzonen 6-1, 6-2 Gas, das im Spalt des Rotors enthalten wird, direkt nachdem er sich von der Desorptionszone 5-1 zur Desorptionsgas-Spülzone 6-1 gedreht hat, entfernt wird und in die Behandlungsluft-Spülzone 6-2 direkt hinter der Behandlungszone eingeleitet wird, wobei dadurch, dass die im Spalt des Rotors enthaltene Luft gespült wird, die Lufteinmischung in das rückgewonnene Gas verhindert wird.
  • Der Rotor ist eine Amino-Adsorptionsstoff-Honigwabe mit etwa 190 Zellen und es handelt sich um Experimentdaten, die sich inmitten der Optimierungsregulierung befinden, weshalb die Konzentration des rückgewonnenen Kohlendioxidgases auf etwa 50% beschränkt ist, aber durch die Regulierung ist eine weitere Konzentrationserhöhung möglich und darüber hinaus wird durch ein Spülen durch das nicht flüssige Gas der vorliegenden Erfindung eine hochkonzentrierte Rückgewinnung nahe 100% angenommen.
  • Ferner ist die Rückgewinnungsquote (von der Durchlaufluftseite aus betrachtet die Beseitigungsquote) von Kohlendioxidgas aus der Außenluft mit etwa 45% nicht hoch, aber es handelt sich um Daten einer Rotorbreite von 50mm und einer Strömungsgeschwindigkeit der Behandlungsluft von 3,3 m/s. Die Rotorbreite beeinflusst bei dem gesamten Wärmetauscher die Wärmeaustauscheffizienz, bei einem Entfeuchter die Entfeuchtungseffizienz und bei einem VOC-Anreicherungsrotor die Beseitigungsquote und, wenn eine hohe Leistung gefordert wird, wird ein Rotor einer weiten Breite wie etwa 200 bis 600 mm usw. ausgewählt. Da ein Druckverlust in dem Strömungsbereich der Schichten vorliegt, wird er mit der Rotorbreite und der Strömungsgeschwindigkeit im Wesentlichen direkt proportional höher und verändert sich auch durch die Gasbestandteile bzw. die Temperatur. Z. B., bei einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 3,3 m/s und bei 30°C erreicht er bei 190 Zellen und einer Breite von 400 mm 550 Pa und bei einer Breite von 50 mm etwa 140 Pa.
  • Die Abscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung von Kohlendioxidgas in der Luft der vorliegenden Erfindung hat bei einer Breite von 50 mm eine ausreichende Rückgewinnungsquote. Das liegt daran, dass weniger auf eine noch größere Rückgewinnungsquote abgezielt wird, sondern dass es sich durch den niedrigen Druckverlust, der ein Vorteil eines Rotors mit einer schmalen Breite ist, um ein Axialgebläse handelt, das wie ein Lüftungsgebläse einfach und preiswert ist, wobei bei geringerer elektrischer Leistung als bei einem Zentrifugal-Gebläse große Mengen an Behandlungsluft aufgenommen werden und große Mengen an Kohlendioxidgas adsorbiert werden können. Andererseits wird durch die schmale Breite eine Verringerung der Desorptionseffizienz befürchtet, aber bei der vorliegenden Erfindung durchläuft das Desorptionsauslassgas die Behandlungszonen einer Stufe oder mehrerer Stufen der vorderen Stufe der Drehrichtung und wird zurückgewonnen, wodurch durch den ausreichenden Desorptionseffekt, ein Vorwärmen vor der Desorption des Rotors durch den Enthalpie-Rückgewinnungseffekt und durch den Effekt, dass das Desorptionsgas gekühlt und entfeuchtet werden kann, die Energiespareigenschaften erhöht werden.
  • Anhand von Experimentdaten wird der Maßstab der tatsächlichen Maschine geschätzt. 9 ist eine mittelgroße Kassette eines einzelnen Abscheidungs-/Anreicherungsrotors mit einem Rotordurchmesser von ca. ϕ 2000mm und einer Rotorbreite von 50 mm, wobei die Behandlungsluftmenge 40000 m3/Std. erreicht und bei einer Kohlendioxidkonzentration von 400 ppm und einer Rückgewinnungsquote von 45% die Rückgewinnungsmenge des Kohlendioxidgases 8 m3/h≈14,2 kg/Std./Stück beträgt. Wenn diese Rotorkassette, wie in 10, viereckig in einer Vierergruppe kombiniert wird, ist es gut, wenn es sich bei dem Behandlungsgebläse um ein einzelnes großes Modell handelt und es wird eine Abscheidung und Anreicherung von Kohlendioxid in der Luft von 56 kg/Std. bei einer Anordnungsfläche von 6,6m2 ermöglicht.
  • Es wird zur Erläuterung des Systems der 3 zurückgekehrt. Das rückgewonnene Gas durchläuft die Kühlungsspule 10-1, wird gekühlt und entfeuchtet, in die Verdichtungsvorrichtung 11-1 der nächsten Stufe eingeführt und mit Druck beaufschlagt und erhitzt. Das erhitzte Gas wird als Nächstes in die Desorptionszone 12-1 des Rotor-Dreh-Adsorption-Entfeuchters 12 (eine ausführliche Ansicht ist in 7 gezeigt) eingeführt und die vom Rotor adsorbierte Flüssigkeit wird desorbiert und durch die Desorptionswärme verringert sich bei dem Gas die Temperatur und die absolute Feuchtigkeit wird höher. Als Nächstes wird es durch die Kühlungs-/Entfeuchtungsspule 10-2 gekühlt und gleichzeitig entfeuchtet, in die Behandlungszone von 12-2 eingeführt, adsorbiert und entfeuchtet und in die Verdichtungsvorrichtung 11-2 eingeführt und weiter verdichtet. Dadurch, dass die Kühlungs-/Entfeuchtungsspule 10-2 und der Rotor-Entfeuchter 12 kombiniert werden, kann eine Entfeuchtung bis zu einer Taupunkttemperatur, die niedriger ist als die Kühlwassertemperatur, getätigt werden, weshalb der in 1 der Ausführungsform 1 gezeigte Adsorption-Entfeuchter 13 unnötig wird und es zu einer Energieeinsparung kommt.
  • Bei der Verflüssigung des Kohlendioxidgases ist eine einstufige Verdichtung schwierig, weshalb das Gas, das die Behandlungszone 12-2 des Rotor-Entfeuchters 12 verlassen hat, in den Verdichter 11-2 der zweiten Stufe eingeführt wird und etwa auf 4 Mpa mit Druck beaufschlagt wird. Es ist in 3 nicht gezeigt, aber bei weiterem Bedarf wird es nochmal gekühlt und durch die Verdichtungsvorrichtung der dritten Stufe auf etwa 6,4 Mpa mit Druck beaufschlagt. Das mit Druck beaufschlagte Gas wird nochmal gekühlt und durch die Verflüssigungsvorrichtung 15 gekühlt und verflüssigt.
  • Bei der Verflüssigungstemperatur ist eine Kühlung auf -15°C oder weniger bei einem Druck von 2,2 Mpa, auf 5°C oder weniger bei 3,9 Mpa und auf 25°C oder weniger bei 6,4 Mpa notwendig. Wenn eine hohe Verdichtung getätigt wird, ist die Verflüssigung einfach, aber es wird viel Energie des Verdichters benötigt. Wenn andersrum der Druck gering ist, muss zur Verflüssigung eine Kühlung auf eine niedrige Temperatur getätigt werden, aber das Schmelzen des verunreinigten Gases sinkt herab und die Reinheit des Flüssig-Kohlendioxids wird erhöht. Andererseits nimmt die Belastung der Tiefkühlmaschine zu und außerdem verschlechtert sich der Leistungskoeffizient der Tiefkühlmaschine, weshalb die erforderliche Energie zunimmt. Im Falle einer Trockeneisherstellung gemäß Patentdokument 7 ist offenbart, dass es unter dem Gesichtspunkt des Trockeneiserzeugungsertrages wünschenswert ist, dass eine Kühlung bis zu einem Unterkühlungszustand getätigt wird. Die Konzipierung sollte unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren vorgenommen werden.
  • Der Sättigungsdampf zur Desorption der Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung wird unter Rückgewinnung und Verwendung der Abwärme, die innerhalb des Systems wie der zuvor erwähnten Kühlvorrichtung bzw. Verflüssigungs-/Tiefkühlvorrichtung usw. erzeugt wurde, durch die Dampferzeugungsheizpumpe erzeugt, weshalb die Zunahme der Verdichtungsbelastung bzw. der Kühlungsbelastung zur Trockeneisherstellung mit der Erhöhung der Abwärmequellen zur Sättigungsdampferzeugung verbunden ist, und durch das gesamte System ergänzt wird und die Energiespareigenschaften erhöht werden. Falls es an Abwärmequellen mangelt, gibt es im Zeitraum, in dem Bedarf an Trockeneis besteht, Kühlungsabwärme und auch reichlich Sonnenwärme, weshalb sie als Ergänzung verwendet werden können.
  • Das Behandlungsauslassgas hat eine niedrige Kohlendioxidgaskonzentration, weshalb es als Luftzufuhr zur Klimatisierung verwendet werden kann. Die Luft, die die Behandlungszone des Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsrotors durchlaufen hat, wird durch die Kühlungsspule gekühlt und entfeuchtet und zur Klimatisierung zugeführt, wobei dadurch, dass das Abflusswasser der Kühlungsspule zurückgewonnen und der Sättigungsdampferzeugungsvorrichtung zugeführt wird, eine Energieeinsparung der Klimatisierung, eine Wertschöpfungserhöhung des Systems der vorliegenden Erfindung und eine Wassereinsparung ermöglicht werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es auch zur Klimatisierung von geschlossenen Räumen wie Weltraumeinrichtungen usw. verwendet werden kann.
  • Das Flüssig-Gas wird in den Reinigungstank gefüllt, aber es ist nicht flüssiges Gas enthalten und das nicht flüssige Gas wird zur Reinheitserhöhung des Flüssig-Gases herkömmlich abgelassen. Im nicht flüssigen Gas ist verunreinigtes Gas enthalten, aber der Hauptbestandteil ist Kohlendioxidgas und dieses nicht flüssige Gas wird in die Spülzone der Rotor-Abscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung eingeführt, wodurch verschiedene Probleme, die dadurch entstehen, dass sich durch die Drehung des Rotors Luft, die im Spalt des Rotors enthalten wird, zur Desorptionszone bewegt, ausgeräumt werden können. Als erstes wird ein Effekt der Erhöhung der Konzentration des rückgewonnenen Kohlendioxids durch das Spülen der Luft erzielt, und als zweites schreitet durch das Durchlaufen der Rückgewinnungszonen des hochkonzentrierten Kohlendioxidgases die Gasadsorption zum Rotor weiter voran und die Rückgewinnungsmenge des Kohlendioxidgases wird erhöht. Als drittes gibt es dadurch, dass kein Sauerstoff enthaltendes Gas in die Desorptionszone eintritt, auch den Effekt, dass in der Desorptionszone die Verschlechterung durch thermische Oxidation des Amino-Kohlendioxidadsorptionsstoffs verhindert wird.
  • Bei Flüssig-Kohlendioxidprodukten ist es notwendig, dass sie derart entfeuchtet werden, dass der Wassergehalt innerhalb des Standards liegt, aber bei der Herstellung von blockförmigem Trockeneis werden Verhärtungsmittel wie Flüssigkeit usw. zum Härten des schneeförmigen Trockeneises enthalten, weshalb es bei Kohlendioxidgas mit dem Verwendungszweck von Trockeneis nicht wie bei Flüssig-Gas notwendig ist, dass es hochgradig entfeuchtet wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde als Trockeneisherstellungssystem unter Berücksichtigung der Verbreitbarkeit ausgeführt, damit es zu einem Vorreiter der CCU-Technik wird, aber es ist auch möglich, dass das Flüssig-Kohlendioxid weiter gereinigt wird, ohne dass es zu Trockeneis gemacht wird, und sie als Flüssig-Kohlendioxidprodukt ausgeführt wird. Ferner hat Trockeneis mit etwa 1,56 g/cm3 das zweifache spezifische Gewicht gegenüber Flüssig-Kohlendioxid mit etwa 0,77 g/cm3, d. h. die Kapazität beträgt die Hälfte und es ist keine Hochdruckflasche, die das Gewicht vermehrt, notwendig, weshalb auch angenommen wird, dass ein Verfahren entwickelt wird, bei dem Trockeneis für eine CCUS-Anlage in Containern mit hoher Wärmeisolierung mit niedriger Kohlenstoffausstoßmenge transportiert und angesammelt wird.
  • [Gewerbliche Anwendbarkeit]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trockeneisherstellungssystem, bei dem auch eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist und Kohlendioxid in der Luft zu einer Gasquelle gemacht wird, und sie wird nicht wie bisher auf eine Kohlendioxidausstoßquelle bzw. eine Abwärmequelle beschränkt, sondern es kann ein Trockeneisherstellungssystem bereitgestellt werden, bei dem in notwendigen Gebieten zu einem notwendigen Zeitpunkt in einer notwendigen Menge Trockeneis erzeugt werden kann, weshalb eine mit dem Jahreszeitenwechsel verbundene Lagerhaltung unnötig ist und Abwärme bzw. Abgas, das im Abscheidungs-, Anreicherungs-, Verdichtungs-, Kühlungs-, Entfeuchtungs- und Verflüssigungsprozess entsteht, im gesamten System zusammen verwendet wird, wodurch die Energiespareigenschaften hoch sind und es sich um ein vollendetes System von der Kohlendioxidgasabscheidung/Anreicherung bis zur Produktherstellung handelt, weshalb es an einem Ort, bei dem Bedarf an Trockeneis entsteht, im Umfang einer kleinen Fabrik in der Stadt angeordnet werden kann, es keine Zunahme der Kohlendioxidgasausstoßmenge aufgrund des Transports gibt, eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist und Kohlendioxid in der Luft zu einer Gasquelle gemacht wird.
  • [Bezugszeichen liste]
    • 1
    Kohlendioxid-Adsorption-Rotor
    2
    Rotor-Antriebsmotor
    3
    Rotor-Antriebsriemen
    4
    Behandlungszone
    5-1
    Desorptionszone
    5-2
    Rückgewinnungszone 1
    5-3
    Rückgewinnungszone 2
    6
    Spülzone
    6-1
    Desorptionsgas-Spülzone
    6-2
    Behandlungsluft-Spülzone
    7
    Behandlungsluftgebläse
    8
    Dampferzeugungsvorrichtung
    9
    Kühlungsturm
    10-1
    Gaskühlungsspule 1
    10-2
    Gaskühlungsspule 2
    10-3
    Gaskühlungsspule 3
    11-1
    Gasverdichter 1
    11-2
    Gasverdichter 2
    12
    Honigwabenrotor-Dreh-Adsorptionsentfeuchter
    12-1
    Erneuerungszone
    12-2
    Behandlungszone
    13
    Adsorption-Zweiturm-Entfeuchter
    14
    Tiefkühlmaschine
    15
    Kohlendioxidgas-Verflüssigungsvorrichtung
    16
    Flüssig-Kohlendioxid-Reinigungstank
    17
    Trockeneisherstellungsvorrichtung
    18
    Umlauf-Spülpumpe
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (4)

  1. Trockeneisherstellungssystem, bei dem auch eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist und Kohlendioxid in der Luft zu einer Gasquelle gemacht wird, das durch eine Dampferzeugungsheizpumpenvorrichtung, die Abwärme aus einer Vorrichtung, die Kohlendioxidgas innerhalb eines Systems verdichtet, kühlt und verflüssigt, zurückgewinnt und Dampf erzeugt, eine Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung, die Kohlendioxidgas in der Luft abscheidet und anreichert, den Dampf einführt und durch die Kondensationswärme des Sättigungsdampfes desorbiert und zurückgewinnt, eine Vorrichtung, die ein Mischgas des in einer Abscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung zurückgewonnenen Sättigungsdampfes und des Kohlendioxidgases kühlt und entfeuchtet, eine Verdichtungsvorrichtung mit einer Stufe oder mehr, die das gekühlte und entfeuchtete Kohlendioxidgas zur Verflüssigung verdichtet, eine Adsorption-Entfeuchtungsvorrichtung, die das verdichtete Kohlendioxidgas entfeuchtet, eine Gasverflüssigungsvorrichtung und eine Tiefkühlmaschine, die das entfeuchtete Kohlendioxidgas bis zu einer Verflüssigungstemperatur kühlen, einen Flüssig-Kohlendioxidgas-Reinigungstank, bei dem das verflüssigte Kohlendioxidgas eingeführt wird und verflüssigtes Kohlendioxid gespeichert wird und nicht verflüssigtes Gas entfernt wird, und eine Trockeneisherstellungsvorrichtung, bei der das Flüssig-Kohlendoxid vom Flüssig-Kohlendioxid-Reinigungstank gefördert und unter Atmosphärendruck entlassen wird und durch die Umwandlungswärme der Verdampfung davon das Kohlendioxid gekühlt und desublimiert wird und Trockeneis erzeugt wird, aufgebaut wird und bei dem nicht desublimiertes Gas während der Trockeneiserzeugung zur Verdichtungsvorrichtung zurückkehrt und zurückgewonnen wird, wobei es sich um eine Nass-TSA-Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung handelt, bei der die Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung einen Rotor, der eine Adsorptionsleistung von Kohlendioxidgas aufweist, in einem Gehäuse aufnimmt und dreht, das zumindest in der Reihenfolge der Drehrichtung eine Behandlungszone, eine Spülzone und eine Desorptionszone aufweist und jeweils versiegelt ist, wobei in der Behandlungszone in einem befeuchteten Zustand des Rotors Luft eingeführt wird und unter Verdampfungskühlen das Kohlendioxidgas adsorbiert wird, wobei in der Spülzone das aus dem Flüssig-Kohlendioxid-Reinigungstank entfernte nicht flüssige Gas eingeführt wird und Luft, die im Spalt des Rotors enthalten wird, gespült und abgelassen wird, wobei in der Desorptionszone durch die Dampferzeugungsheizpumpenvorrichtung erzeugter Sättigungsdampf von ungefähr 100°C eingeführt wird und das Kohlendioxidgas durch die Kondensationswärme des Dampfes desorbiert wird und angereichert und zurückgewonnen wird.
  2. Trockeneisherstellungssystem, bei dem auch eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist und Kohlendioxid in der Luft zu einer Gasquelle gemacht wird, nach Anspruch 1, wobei es sich um eine Nass-TSA-Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung handelt, bei der die Nass-TSA-Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung einen Rotor, der eine Adsorptionsleistung von Kohlendioxidgas aufweist, in einem Gehäuse aufnimmt und dreht, das in der Reihenfolge der Drehrichtung eine Behandlungszone, eine Spülzone, mehrere Rückgewinnungszonen mit einer Stufe oder mehr und eine Desorptionszone aufweist und jeweils versiegelt ist, wobei in der Behandlungszone in einem befeuchteten Zustand des Rotors Luft eingeführt wird und unter Verdampfungskühlen das Kohlendioxidgas adsorbiert wird, wobei in der Spülzone das nicht flüssige Gas aus dem Flüssig-Kohlendioxid-Reinigungstank eingeführt wird und Luft, die im Spalt des Rotors enthalten wird, abgelassen wird, wobei in der Desorptionszone der Sättigungsdampf von ungefähr 100°C eingeführt wird und hochkonzentriertes Kohlendioxidgas durch die Kondensationswärme des Dampfes desorbiert wird, wobei in der Rückgewinnungszone das Desorptionsgas in Richtung auf die Seite der vorderen Stufe der Drehrichtung die Rückgewinnungszonen mit einer Stufe oder mehr der Reihe nach durchläuft und zurückgewonnen wird.
  3. Trockeneisherstellungssystem, bei dem eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist und Kohlendioxid in der Luft zu einer Gasquelle gemacht wird, nach Anspruch 1, wobei Luft, die die Behandlungszone der Nass-TSA-Kohlendioxidgasabscheidungs-/Anreicherungsvorrichtung durchlaufen hat, durch eine Kühlungsspule gekühlt und entfeuchtet wird und als Luftzufuhr zur Klimatisierung verwendet wird, wobei Abflusswasser der Kühlungsspule zurückgewonnen wird und als zugeführtes Wasser der Sättigungsdampferzeugungsvorrichtung verwendet wird.
  4. Trockeneisherstellungssystem, bei dem auch eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist und Kohlendioxid in der Luft zu einer Gasquelle gemacht wird, nach Anspruch 1, wobei es sich um eine Entfeuchtungsvorrichtung handelt, bei der eine Adsorption-Entfeuchtungsvorrichtung verdichtetes Hochtemperaturgas von einer Gasverdichtungsvorrichtung in eine Erneuerungszone eines Honigwabenrotor-Entfeuchters einführt, der eine Behandlungszone und eine Erneuerungszone aufweist, und das Adsorptionswasser des Rotors wird desorbiert, wobei dieses Auslassgas durch eine Kühlungsspule hindurch gekühlt und entfeuchtet wird, in die Behandlungszone eingeführt wird, adsorbiert und entfeuchtet wird.
DE112022002680.4T 2022-05-23 2022-12-22 Trockeneisherstellungssystem, bei dem auch eine Luftzufuhr zur Klimatisierung möglich ist und bei dem Kohlendioxid in der Luft zu einer Gasquelle gemacht wird Pending DE112022002680T5 (de)

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