JP2022136403A - Adsorbent for gas drying, gas drier and carbon dioxide circulation system - Google Patents

Adsorbent for gas drying, gas drier and carbon dioxide circulation system Download PDF

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徳彦 瀬戸山
Norihiko Setoyama
征治 山本
Seiji Yamamoto
和人 小笠原
Kazuto Ogasawara
隆太 神谷
Ryuta Kamiya
哲治 永田
Tetsuji Nagata
伸光 堀部
Nobumitsu Horibe
佳道 山本
Yoshimichi Yamamoto
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Denso Corp
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Abstract

To provide a technique that suppresses gas from decreasing in carbon dioxide content with respect to an adsorbent for gas drying which adsorbs moisture included in the gas to dry the gas.SOLUTION: A adsorbent for gas drying has zeolite which includes a magnesium ion as a cation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ガス乾燥用吸着材、ガス乾燥器、および、二酸化炭素循環システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an adsorbent for gas drying, a gas dryer, and a carbon dioxide circulation system.

従来から、ガスに含まれる水分を吸着することによってガスを乾燥させるガス乾燥用吸着材が知られている。例えば、特許文献1には、メタン(CH4)燃焼の排ガスを乾燥させるガス乾燥用吸着材を備え、ガス乾燥用吸着材によって水蒸気が取り除かれた排ガス中の二酸化炭素を用いてメタンを製造するメタン製造装置が開示されている。 2. Description of the Related Art Gas-drying adsorbents that dry gas by adsorbing moisture contained in the gas have been conventionally known. For example, in Patent Document 1, a gas drying adsorbent for drying methane (CH 4 ) combustion exhaust gas is provided, and methane is produced using carbon dioxide in the exhaust gas from which water vapor has been removed by the gas drying adsorbent. A methane production system is disclosed.

特開2019-142806号公報JP 2019-142806 A

特許文献1のメタン製造装置では、水蒸気が取り除かれた排ガスからの二酸化炭素の回収には、ゼオライト13Xが充填された二酸化炭素回収器が用いられる。ゼオライト13Xは水蒸気を吸着するため、排ガスを十分に乾燥させる必要があり、特許文献1のメタン製造装置では、ナトリウムイオンをカチオンとして含むNaY型ゼオライトが充填されたガス乾燥器が二酸化炭素回収器の前段に設置されている。しかしながら、NaY型ゼオライトは、水蒸気とともに、排ガス中の二酸化炭素も一定量吸着するため、排ガスを乾燥させると、排ガスの二酸化炭素含有量が低下する。排ガスにおける二酸化炭素含有量が低下すると、メタン製造装置でのメタンの生成効率も低下する。 In the methane production apparatus of Patent Document 1, a carbon dioxide recovery vessel filled with zeolite 13X is used to recover carbon dioxide from exhaust gas from which water vapor has been removed. Since zeolite 13X adsorbs water vapor, it is necessary to sufficiently dry the exhaust gas. installed in the front. However, since NaY-type zeolite adsorbs a certain amount of carbon dioxide in the exhaust gas as well as water vapor, drying the exhaust gas reduces the carbon dioxide content of the exhaust gas. As the carbon dioxide content in the exhaust gas decreases, so does the efficiency of methane production in the methane production plant.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるガス乾燥用吸着材において、ガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a technique for suppressing a decrease in the carbon dioxide content of a gas in a gas drying adsorbent for drying a gas containing carbon dioxide. for the purpose.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least part of the above problems, and can be implemented as the following modes.

(1)本発明の一形態によれば、ガスに含まれる水分を吸着することによって、前記ガスを乾燥させるガス乾燥用吸着材が提供される。このガス乾燥用吸着材は、マグネシウムイオンをカチオンとして含むゼオライトを備える。 (1) According to one aspect of the present invention, there is provided an adsorbent for drying a gas that dries the gas by adsorbing moisture contained in the gas. This gas drying adsorbent comprises a zeolite containing magnesium ions as cations.

この構成によれば、ガス乾燥用吸着材は、カチオンとしてマグネシウムイオンを含むゼオライトを備えている。マグネシウムイオンを含むゼオライトは、カチオンとしてナトリウムイオンを含むゼオライトと比べて、水分の吸蔵性能がほとんど変わらないものの、二酸化炭素の吸蔵性能が小さい。これにより、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるとき、二酸化炭素の吸着が抑制されるため、乾燥させるガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制できる。 According to this configuration, the gas drying adsorbent includes zeolite containing magnesium ions as cations. A zeolite containing magnesium ions has almost the same moisture storage capacity as a zeolite containing sodium ions as a cation, but has a lower carbon dioxide storage capacity. As a result, adsorption of carbon dioxide is suppressed when the gas containing carbon dioxide is dried, so that a decrease in the carbon dioxide content of the gas to be dried can be suppressed.

(2)上記形態のガス乾燥用吸着材において、前記ゼオライトに含まれるカチオンに対するマグネシウムイオンのモル比は、0.8以上であってもよい。この構成によれば、ゼオライトに含まれるカチオンに対するマグネシウムイオンのモル比は、0.8以上となっている。カチオンにおけるマグネシウムイオンの割合を0.8以上とすることで、ガス乾燥用吸着材における二酸化炭素の吸蔵性能をさらに小さくすることができる。したがって、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるとき、乾燥させるガスの二酸化炭素含有量が低下することをさらに抑制できる。 (2) In the gas drying adsorbent of the above aspect, the molar ratio of magnesium ions to cations contained in the zeolite may be 0.8 or more. According to this configuration, the molar ratio of magnesium ions to cations contained in the zeolite is 0.8 or more. By setting the proportion of magnesium ions in the cations to 0.8 or more, the carbon dioxide storage performance of the gas drying adsorbent can be further reduced. Therefore, when drying a gas containing carbon dioxide, it is possible to further suppress a decrease in the carbon dioxide content of the gas to be dried.

(3)上記形態のガス乾燥用吸着材において、前記ゼオライトは、アルミニウムと珪素との複合酸化物を含んでおり、前記複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2以上5以下であってもよい。この構成によれば、ゼオライトは、アルミニウムと珪素との複合酸化物を含んでおり、この複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2以上5以下となっている。これにより、ゼオライトにおけるイオン交換容量を大きくなるため、ゼオライトに、より多くのマグネシウムイオンを含めることができる。したがって、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるとき、二酸化炭素の吸着がさらに抑制されるため、乾燥させるガスの二酸化炭素含有量が低下することをさらに抑制できる。 (3) In the adsorbent for gas drying of the above aspect, the zeolite contains a composite oxide of aluminum and silicon, and the composition ratio of silicon to aluminum in the composite oxide is 2 or more and 5 or less. good too. According to this configuration, the zeolite contains a composite oxide of aluminum and silicon, and the composition ratio of silicon to aluminum in this composite oxide is 2 or more and 5 or less. This increases the ion exchange capacity of the zeolite, so that the zeolite can contain more magnesium ions. Therefore, when the gas containing carbon dioxide is dried, the adsorption of carbon dioxide is further suppressed, so that the decrease in the carbon dioxide content of the gas to be dried can be further suppressed.

(4)上記形態のガス乾燥用吸着材において、前記ゼオライトは、Y型ゼオライトであり、前記複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2.75であってもよい。この構成によれば、ゼオライトは、マグネシウムイオンが通過可能な大きさの細孔を有するY型ゼオライトであるため、ゼオライトは、マグネシウムイオンをカチオンとして含みやすくなる。これにより、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるとき、二酸化炭素の吸着がさらに抑制されるため、乾燥させるガスの二酸化炭素含有量が低下することをさらに抑制できる。 (4) In the adsorbent for gas drying of the above aspect, the zeolite may be Y-type zeolite, and the composition ratio of silicon to aluminum in the composite oxide may be 2.75. According to this configuration, since the zeolite is a Y-type zeolite having pores large enough for magnesium ions to pass through, the zeolite tends to contain magnesium ions as cations. This further suppresses the adsorption of carbon dioxide when drying the gas containing carbon dioxide, thereby further suppressing a decrease in the carbon dioxide content of the gas to be dried.

(5)上記形態のガス乾燥用吸着材において、前記ゼオライトは、MgyNa(6.4-2y)Al6.4Si17.648の組成を有するY型ゼオライトであり、yは、2.23より大きくてもよい。この構成によれば、アルミニウムに対する珪素の組成比が2.75となっているY型のゼオライトは、マグネシウムイオンが通過可能な大きさの細孔を有しており、カチオンとして、マグネシウムイオンをナトリウムイオンより多く含んでいる。これにより、ナトリウムイオンをカチオンとして含むゼオライトと比べて、水分の吸蔵性能をほとんど変化させることなく、二酸化炭素の吸蔵性能をさらに小さくすることができる。したがって、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるとき、乾燥させるガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制できる。 (5) In the adsorbent for gas drying of the above aspect, the zeolite is a Y-type zeolite having a composition of Mg y Na (6.4-2y) Al 6.4 Si 17.6 O 48 , and y is greater than 2.23. good too. According to this configuration, the Y-type zeolite in which the composition ratio of silicon to aluminum is 2.75 has pores large enough for magnesium ions to pass through, and magnesium ions are used as cations. Contains more than ions. As a result, compared to zeolite containing sodium ions as cations, it is possible to further reduce the carbon dioxide storage performance without substantially changing the moisture storage performance. Therefore, when drying a gas containing carbon dioxide, it is possible to suppress a decrease in the carbon dioxide content of the gas to be dried.

(6)本発明の別の形態によれば、ガス乾燥器が提供される。このガス乾燥器は、上述したガス乾燥用吸着材と、前記ガス乾燥用吸着材を収容する収容容器と、を備える。この構成によれば、ガス乾燥器は、上述のガス乾燥用吸着材を備える。これにより、このガス乾燥器によって乾燥されるガスは、二酸化炭素を比較的多く含むことになるため、二酸化炭素を利用するシステムにおいて、二酸化炭素を効率的に利用することができる。 (6) According to another aspect of the invention, a gas dryer is provided. This gas dryer includes the above-described gas drying adsorbent and a container that houses the gas drying adsorbent. According to this configuration, the gas dryer includes the gas drying adsorbent described above. As a result, the gas dried by this gas dryer contains a relatively large amount of carbon dioxide, so carbon dioxide can be used efficiently in a system that uses carbon dioxide.

(7)本発明のさらに別の形態によれば、二酸化炭素循環システムが提供される。この二酸化炭素循環システムは、上述のガス乾燥器であって、外部のガス発生部から供給された、二酸化炭素と水分とを含む混合ガス中の水分を、前記ガス乾燥用吸着材に吸着させることで、前記混合ガスを乾燥させるガス乾燥器と、前記ガス乾燥器において乾燥させた混合ガスから、二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、前記二酸化炭素回収部において回収された二酸化炭素を用いて炭化水素化合物を生成し、外部の前記ガス発生部に供給する炭化水素生成部と、を備える。この構成によれば、二酸化炭素循環システムでは、ガス発生部から供給される混合ガスは、ガス乾燥器において乾燥される。このとき、ガス乾燥器が備える上述のガス乾燥用吸着材は、水分を吸着する一方、二酸化炭素をあまり吸着しないため、ガス乾燥器から二酸化炭素回収部に送られる混合ガスには、比較的多くの二酸化炭素が含まれることとなる。二酸化炭素回収部に送られる混合ガスから回収される二酸化炭素は、炭化水素生成部において、生成される炭化水素化合物の原料となる。この生成された炭化水素化合物は、外部のガス発生部に供給される。ガス発生部では、例えば、炭化水素化合物の燃焼によって熱エネルギが取り出されるとともに、二酸化炭素と水分とを含む混合ガスが発生する。この発生した混合ガスは、再びガス乾燥器において乾燥されたのち、二酸化炭素回収部において炭化水素化合物の原料として二酸化炭素が回収される。このように、上述の構成の二酸化炭素循環システムは、ガス発生部との間で炭素を循環させつつ、燃焼熱等のエネルギを取り出すことができる。この二酸化炭素循環システムでは、ガス乾燥器において、ガス乾燥用吸着材に吸着された水分は、加熱等によってガス乾燥用吸着材から脱離させてシステム外に排出する再生工程を行う。上述のガス乾燥用吸着材は、例えば、カチオンとしてナトリウムイオンを含むゼオライトと比べると、二酸化炭素を吸着しにくいため、再生工程において、水分とともにシステム外に排出される二酸化炭素は少ない。これにより、ガス発生部と二酸化炭素循環システムとの間での炭素の循環において、システム全体での炭素の循環率を向上することができる。 (7) According to still another aspect of the present invention, a carbon dioxide circulation system is provided. This carbon dioxide circulation system is the above-mentioned gas dryer, and the moisture in the mixed gas containing carbon dioxide and moisture supplied from the external gas generation unit is adsorbed on the gas drying adsorbent. A gas dryer for drying the mixed gas, a carbon dioxide recovery unit for recovering carbon dioxide from the mixed gas dried in the gas dryer, and carbon dioxide recovered in the carbon dioxide recovery unit a hydrocarbon generator that generates a hydrocarbon compound and supplies it to the external gas generator. According to this configuration, in the carbon dioxide circulation system, the mixed gas supplied from the gas generator is dried in the gas dryer. At this time, the gas drying adsorbent provided in the gas dryer adsorbs moisture but does not adsorb much carbon dioxide. of carbon dioxide will be included. Carbon dioxide recovered from the mixed gas sent to the carbon dioxide recovery section serves as a raw material for hydrocarbon compounds to be produced in the hydrocarbon production section. The produced hydrocarbon compound is supplied to an external gas generating section. In the gas generating section, for example, thermal energy is extracted by combustion of hydrocarbon compounds, and a mixed gas containing carbon dioxide and moisture is generated. The generated mixed gas is dried again in the gas dryer, and then carbon dioxide is recovered as a raw material for hydrocarbon compounds in the carbon dioxide recovery section. In this manner, the carbon dioxide circulation system having the above-described configuration can take out energy such as combustion heat while circulating carbon with the gas generation section. In this carbon dioxide circulation system, in the gas dryer, a regeneration process is performed in which moisture adsorbed by the gas drying adsorbent is desorbed from the gas drying adsorbent by heating or the like and discharged out of the system. Compared with, for example, zeolite containing sodium ions as cations, the gas drying adsorbent described above does not easily adsorb carbon dioxide, so less carbon dioxide is discharged out of the system together with moisture in the regeneration process. Thereby, in the carbon circulation between the gas generating part and the carbon dioxide circulation system, the carbon circulation rate in the entire system can be improved.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ガス乾燥器および二酸化炭素循環システムの制御方法、ガス乾燥器および二酸化炭素循環システムにおいて水分の吸着および回収を実行させるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。 The present invention can be implemented in various aspects, for example, a method for controlling a gas dryer and a carbon dioxide circulation system, a computer for executing moisture adsorption and recovery in a gas dryer and a carbon dioxide circulation system. It can be implemented in the form of a program, a server device for distributing the computer program, a non-temporary storage medium storing the computer program, or the like.

第1実施形態の二酸化炭素循環システムの概略構成を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows schematic structure of the carbon-dioxide circulation system of 1st Embodiment. 吸着されたH2Oのガス乾燥器内での分布を説明する概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the distribution of adsorbed H 2 O within a gas dryer. ガス乾燥器でのCO2損失率を説明する図である。It is a figure explaining the CO2 loss rate in a gas dryer. 未利用吸着材の割合とCO2損失量の関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the percentage of unused adsorbent and the amount of CO 2 loss.

<第1実施形態>
図1は、第1実施形態の二酸化炭素循環システム1の概略構成を示した説明図である。二酸化炭素循環システム1は、ガス乾燥器10と、二酸化炭素分離部20と、混合ガス供給流路30と、水素供給源41と、水素供給流路42と、反応器50と、原料ガス流路60と、反応ガス流路70と、熱媒体流路80と、制御部90と、を備えている。二酸化炭素循環システム1は、二酸化炭素(CO2)を含む混合ガスを供給する混合ガス供給源5と併用される。混合ガス供給源5は、例えば、工場の燃焼炉などであり、混合ガスにはCO2の他に、酸素(O2)、窒素(N2)、水分(H2O)等が含まれている。ここで、混合ガスに含まれる水分には、気体状の水分(水蒸気)と、液体状の水分(例えば、液滴など)と、が含まれる。二酸化炭素循環システム1は、混合ガス供給源5から供給される混合ガスに含まれるCO2を用いて、混合ガス供給源5が燃焼に用いるメタン(CH4)を生成することで、炭素を循環させるシステムである。なお、本実施形態では、二酸化炭素循環システム1は、CH4を生成するとしているが、CH4以外の炭化水素化合物も生成可能である。二酸化炭素循環システム1は、例えば、エタン(C26)やプロパン(C38)等の炭素と水素とから構成される炭化水素化合物や、メタノール(CH3OH)等の主に炭素と水素とから構成される炭化水素化合物の生成にも適用可能である。混合ガス供給源5は、特許請求の範囲の「ガス発生部」に該当する。
<First embodiment>
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide circulation system 1 of the first embodiment. The carbon dioxide circulation system 1 includes a gas dryer 10, a carbon dioxide separator 20, a mixed gas supply channel 30, a hydrogen supply source 41, a hydrogen supply channel 42, a reactor 50, and a source gas channel. 60 , reaction gas flow paths 70 , heat medium flow paths 80 , and control section 90 . The carbon dioxide circulation system 1 is used in conjunction with a mixed gas supply source 5 that supplies a mixed gas containing carbon dioxide (CO 2 ). The mixed gas supply source 5 is, for example, a combustion furnace in a factory, and the mixed gas contains oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), moisture (H 2 O), etc. in addition to CO 2 . there is Here, the moisture contained in the mixed gas includes gaseous moisture (water vapor) and liquid moisture (for example, liquid droplets). The carbon dioxide circulation system 1 uses CO 2 contained in the mixed gas supplied from the mixed gas supply source 5 to generate methane (CH 4 ) used for combustion by the mixed gas supply source 5, thereby circulating carbon. It is a system that allows In this embodiment, the carbon dioxide circulation system 1 is assumed to generate CH4, but it is also possible to generate hydrocarbon compounds other than CH4. The carbon dioxide circulation system 1 includes, for example, hydrocarbon compounds composed of carbon and hydrogen such as ethane (C 2 H 6 ) and propane (C 3 H 8 ), and mainly carbon compounds such as methanol (CH 3 OH). and hydrogen. The mixed gas supply source 5 corresponds to the "gas generator" in the claims.

ガス乾燥器10は、混合ガスからH2Oを分離するための装置であり、ガス乾燥用吸着材11が収容されている収容容器12を備えている。ガス乾燥用吸着材11は、H2Oの吸蔵性能を有する材料であり、本実施形態では、カチオンとしてマグネシウムイオンを含むY型ゼオライトが用いられている。ガス乾燥用吸着材11は、後述する熱媒体流路80を流通する熱媒体の熱や、図示しないヒータの熱等を利用することで、吸着しているH2Oを脱離し、再生することが可能である。ガス乾燥用吸着材11から脱離したH2Oは、図示しないパージガス供給部が供給するパージガスによって、排出流路13から排出バルブ14を経由して、システム外に放出される。ガス乾燥用吸着材11の特徴は、後述する。 A gas dryer 10 is a device for separating H 2 O from a mixed gas, and includes a storage container 12 in which an adsorbent 11 for gas drying is stored. The gas drying adsorbent 11 is a material having H 2 O storage performance, and in this embodiment, Y-type zeolite containing magnesium ions as cations is used. The gas-drying adsorbent 11 desorbs and regenerates the adsorbed H 2 O by utilizing the heat of a heat medium flowing through a heat medium flow path 80 to be described later, the heat of a heater (not shown), or the like. is possible. The H 2 O desorbed from the gas drying adsorbent 11 is discharged out of the system from the discharge passage 13 via the discharge valve 14 by the purge gas supplied by the purge gas supply unit (not shown). Features of the gas drying adsorbent 11 will be described later.

二酸化炭素分離部20は、第1CO2分離器21と、第2CO2分離器22と、を備える。二酸化炭素分離部20は、混合ガスからCO2を分離して回収するための装置である。二酸化炭素分離部20は、特許請求の範囲の「二酸化炭素回収部」に該当する。 The carbon dioxide separation section 20 includes a first CO 2 separator 21 and a second CO 2 separator 22 . The carbon dioxide separator 20 is a device for separating and recovering CO 2 from the mixed gas. The carbon dioxide separation section 20 corresponds to the "carbon dioxide recovery section" in the claims.

第1CO2分離器21は、内部にCO2の吸蔵性能を有するCO2吸着材21a、例えば、ゼオライト、活性炭、シリカゲル等が収容されている。第1CO2分離器21の内部には、水素供給流路42から供給される水素を第1CO2分離器21の内部に噴射する水素噴射部21bが設けられている。第1CO2分離器21には、混合ガス供給流路30と、原料ガス流路60と、第1排出流路21cと、が接続されている。混合ガス供給流路30から供給された混合ガスに含まれるCO2は、CO2吸着材21aに吸蔵され、混合ガス中の残りの成分は第1排出流路21cから第1排出バルブ21dを経由して、システム外に放出される。CO2吸着材21aから脱離したCO2は、水素噴射部21bから噴射されるH2によってパージされ、H2とともに原料ガス流路60に送り出される。 The first CO 2 separator 21 accommodates therein a CO 2 adsorbent 21a having CO 2 storage performance, such as zeolite, activated carbon, or silica gel. Inside the first CO 2 separator 21 , a hydrogen injection part 21 b is provided for injecting hydrogen supplied from the hydrogen supply channel 42 into the first CO 2 separator 21 . The first CO 2 separator 21 is connected to the mixed gas supply channel 30, the source gas channel 60, and the first discharge channel 21c. The CO 2 contained in the mixed gas supplied from the mixed gas supply channel 30 is occluded by the CO 2 adsorbent 21a, and the remaining components in the mixed gas are discharged from the first discharge channel 21c via the first discharge valve 21d. and released outside the system. The CO 2 desorbed from the CO 2 adsorbent 21a is purged by H 2 injected from the hydrogen injection section 21b and sent to the source gas flow path 60 together with H 2 .

第2CO2分離器22は、第1CO2分離器21と同形状、同容量の装置であり、内部にCO2吸着材22aが収容されている。CO2吸着材22aは、CO2吸着材21aと同様に、CO2を吸蔵可能な材料であり、CO2吸着材21aと同程度の吸蔵性能を有している。第2CO2分離器22の内部には、水素供給流路42から供給される水素を第2CO2分離器22の内部に噴射する水素噴射部22bが設けられている。第2CO2分離器22には、混合ガス供給流路30と、原料ガス流路60と、第2排出流路22cと、が接続されている。混合ガス供給流路30から供給された混合ガスに含まれるCO2は、CO2吸着材22aに吸蔵され、混合ガス中の残りの成分は第2排出流路22cから第2排出バルブ22dを経由して、システム外に放出される。CO2吸着材22aから脱離したCO2は、水素噴射部22bから噴射されるH2によってパージされ、H2とともに原料ガス流路60に送り出される。 The second CO 2 separator 22 has the same shape and capacity as the first CO 2 separator 21, and accommodates a CO 2 adsorbent 22a therein. The CO 2 adsorbent 22a, like the CO 2 adsorbent 21a, is a material capable of absorbing CO 2 and has the same degree of occluding performance as the CO 2 adsorbent 21a. Inside the second CO 2 separator 22 , a hydrogen injection part 22 b is provided for injecting hydrogen supplied from the hydrogen supply channel 42 into the second CO 2 separator 22 . The second CO 2 separator 22 is connected to the mixed gas supply channel 30, the source gas channel 60, and the second discharge channel 22c. The CO 2 contained in the mixed gas supplied from the mixed gas supply channel 30 is occluded by the CO 2 adsorbent 22a, and the remaining components in the mixed gas are discharged from the second discharge channel 22c via the second discharge valve 22d. and released outside the system. The CO 2 desorbed from the CO 2 adsorbent 22a is purged by H 2 injected from the hydrogen injection section 22b and sent to the source gas flow path 60 together with H 2 .

混合ガス供給流路30は、混合ガス供給源5から供給される混合ガスを、ガス乾燥器10を経由して、二酸化炭素分離部20に供給するためのガス流路であり、複数のガス配管を含んで構成されている。混合ガス供給流路30には、第1混合ガス供給バルブ31、および、第2混合ガス供給バルブ32が設けられている。混合ガス供給源5から供給される混合ガスは、ガス乾燥器10において乾燥された後、第1混合ガス供給バルブ31を経由して第1CO2分離器21に供給される。また、混合ガス供給源5から供給される混合ガスは、第2混合ガス供給バルブ32を経由して第2CO2分離器22に供給される。第1混合ガス供給バルブ31と第2混合ガス供給バルブ32は、それぞれ、制御部90によって開閉が制御される。混合ガス供給流路30には、第1CO2分離器21、および、第2CO2分離器22に供給される混合ガスの温度、流量、CO2濃度を測定するための図示しない温度センサ、流量センサ、および、CO2濃度センサが設けられている。 The mixed gas supply channel 30 is a gas channel for supplying the mixed gas supplied from the mixed gas supply source 5 to the carbon dioxide separator 20 via the gas dryer 10, and includes a plurality of gas pipes. is composed of The mixed gas supply passage 30 is provided with a first mixed gas supply valve 31 and a second mixed gas supply valve 32 . The mixed gas supplied from the mixed gas supply source 5 is dried in the gas dryer 10 and then supplied to the first CO 2 separator 21 via the first mixed gas supply valve 31 . Also, the mixed gas supplied from the mixed gas supply source 5 is supplied to the second CO 2 separator 22 via the second mixed gas supply valve 32 . The opening and closing of the first mixed gas supply valve 31 and the second mixed gas supply valve 32 are controlled by the controller 90 . The mixed gas supply channel 30 includes a temperature sensor and a flow rate sensor (not shown) for measuring the temperature, flow rate, and CO 2 concentration of the mixed gas supplied to the first CO 2 separator 21 and the second CO 2 separator 22. , and a CO 2 concentration sensor.

水素供給源41は、例えば、水電解装置や水素タンク等であり、ここでは、水電解装置として説明する。水素供給源41は、第1CO2分離器21、および、第2CO2分離器22に供給されるH2を生成する。 The hydrogen supply source 41 is, for example, a water electrolysis device, a hydrogen tank, etc. Here, the water electrolysis device will be described. A hydrogen supply source 41 produces H 2 that is supplied to the first CO 2 separator 21 and the second CO 2 separator 22 .

水素供給流路42は、水素供給源41において生成されるH2を、第1CO2分離器21、第2CO2分離器22、および、原料ガス流路60に供給するためのガス流路であり、複数のガス配管を含んで構成されている。水素供給流路42には、第1水素供給バルブ43、第2水素供給バルブ44、および、第3水素供給バルブ45が設けられている。水素供給源41で生成されたH2は、第1水素供給バルブ43の開弁時には、第1CO2分離器21の内部に噴射される。また、水素供給源41で生成されたH2は、第2水素供給バルブ44の開弁時には、第2CO2分離器22の内部に噴射される。また、第3水素供給バルブ45の開弁時には、水素付加部46から、原料ガス流路60を流通する原料ガスにH2が付加される。第1水素供給バルブ43、第2水素供給バルブ44、および、第3水素供給バルブ45は、それぞれ、制御部90によって開閉が制御される。水素供給流路42には、第1CO2分離器21、第2CO2分離器22、および、原料ガス流路60に供給されるH2ガスの温度や流量を測定するための図示しない温度センサおよび流量センサが設けられている。 The hydrogen supply channel 42 is a gas channel for supplying H 2 generated in the hydrogen supply source 41 to the first CO 2 separator 21, the second CO 2 separator 22, and the source gas channel 60. , including a plurality of gas pipes. A first hydrogen supply valve 43 , a second hydrogen supply valve 44 , and a third hydrogen supply valve 45 are provided in the hydrogen supply channel 42 . H 2 produced by the hydrogen supply source 41 is injected into the first CO 2 separator 21 when the first hydrogen supply valve 43 is opened. Further, H 2 produced by the hydrogen supply source 41 is injected into the second CO 2 separator 22 when the second hydrogen supply valve 44 is opened. Further, when the third hydrogen supply valve 45 is opened, H 2 is added from the hydrogen adding section 46 to the raw material gas flowing through the raw material gas flow path 60 . Opening and closing of the first hydrogen supply valve 43 , the second hydrogen supply valve 44 , and the third hydrogen supply valve 45 are controlled by the controller 90 . The hydrogen supply channel 42 includes the first CO 2 separator 21, the second CO 2 separator 22, and a temperature sensor (not shown) for measuring the temperature and flow rate of the H 2 gas supplied to the source gas channel 60. A flow sensor is provided.

反応器50は、内部においてメタネーション反応によりCH4を生成するための容器であり、触媒51が収容されている。触媒51は、メタン化性能を有する金属、例えば、RuやNiなどを含んでいる。反応器50には、原料ガス流路60と、反応ガス流路70と、が接続されている。反応器50は、原料ガス流路60によって供給されるCO2とH2とを含む原料ガスを用いて、メタン化反応によってCH4を生成する。反応器50は、特許請求の範囲の「炭化水素生成部」に該当する。 The reactor 50 is a vessel for generating CH 4 by a methanation reaction inside, and accommodates a catalyst 51 . The catalyst 51 contains a metal having methanation performance, such as Ru or Ni. A source gas channel 60 and a reaction gas channel 70 are connected to the reactor 50 . The reactor 50 uses a raw material gas containing CO 2 and H 2 supplied through the raw material gas flow path 60 to produce CH 4 through a methanation reaction. The reactor 50 corresponds to the "hydrocarbon production section" in the claims.

原料ガス流路60は、第1CO2分離器21、および、第2CO2分離器22から送り出されたH2とCO2を含む原料ガスを反応器50に供給するためのガス流路であり、複数のガス配管を含んで構成されている。原料ガス流路60には、第1原料ガスバルブ61、および、第2原料ガスバルブ62が設けられている。第1原料ガスバルブ61と第2原料ガスバルブ62は、それぞれ、制御部90によって開閉が制御される。具体的には、第1CO2分離器21の内部の原料ガスを反応器50に供給する場合には、第1原料ガスバルブ61が開弁状態となり、第2原料ガスバルブ62が閉弁状態となるように制御される。第2CO2分離器22の内部の原料ガスを反応器50に供給する場合には、第1原料ガスバルブ61が閉弁状態となり、第2原料ガスバルブ62が開弁状態となるように制御される。原料ガス流路60には、流通する原料ガスの温度、流量、CO2濃度を測定するための図示しない温度センサ、流量センサ、および、CO2濃度センサが設けられている。 The raw material gas channel 60 is a gas channel for supplying the raw material gas containing H 2 and CO 2 sent out from the first CO 2 separator 21 and the second CO 2 separator 22 to the reactor 50, It is configured including a plurality of gas pipes. A first source gas valve 61 and a second source gas valve 62 are provided in the source gas flow path 60 . The opening and closing of the first raw material gas valve 61 and the second raw material gas valve 62 are respectively controlled by the controller 90 . Specifically, when the source gas inside the first CO 2 separator 21 is supplied to the reactor 50, the first source gas valve 61 is opened and the second source gas valve 62 is closed. controlled by When the raw material gas inside the second CO 2 separator 22 is supplied to the reactor 50, control is performed so that the first raw material gas valve 61 is closed and the second raw material gas valve 62 is open. The raw material gas flow path 60 is provided with a temperature sensor, a flow rate sensor, and a CO 2 concentration sensor (not shown) for measuring the temperature, flow rate, and CO 2 concentration of the flowing raw material gas.

反応ガス流路70は、反応器50において生成されたCH4を混合ガス供給源5に供給するためのガス流路であり、複数のガス配管を含んで構成されている。反応ガス流路70には、熱交換部71が設けられている。反応器50から排出されるCH4を含む反応混合ガスは、最初に、熱交換部71に供給される。熱交換部71では、反応混合ガスからH2Oが分離される。反応混合ガスから分離されたH2Oは、H2O排出流路72を経由して、システム外に排出される。H2Oが分離されたCH4を含む反応ガスは、反応ガス流路70を経由して、混合ガス供給源5に供給される。 The reaction gas flow path 70 is a gas flow path for supplying the CH 4 produced in the reactor 50 to the mixed gas supply source 5, and includes a plurality of gas pipes. A heat exchange section 71 is provided in the reaction gas flow path 70 . The reaction gas mixture containing CH 4 discharged from the reactor 50 is first supplied to the heat exchange section 71 . In the heat exchange section 71, H 2 O is separated from the reaction gas mixture. The H 2 O separated from the reaction mixture gas is discharged outside the system via the H 2 O discharge channel 72 . The reactant gas containing CH 4 from which H 2 O has been separated is supplied to the mixed gas supply source 5 via the reactant gas flow path 70 .

熱媒体流路80は、オイル等の流体の熱媒体(熱流体)が流通する流路であり、メタン化反応によって反応器50で生じた熱を二酸化炭素分離部20に供給する。熱媒体流路80には、第1流路切替バルブ81と、第2流路切替バルブ82とが設けられている。熱媒体流路80は、この2つのバルブによって区切られた3つの流路(第1熱媒体流路83、第2熱媒体流路84、第3熱媒体流路85)を含んでいる。第1熱媒体流路83は、第1CO2分離器21に熱媒体を供給する。第2熱媒体流路84は、第2CO2分離器22に熱媒体を供給する。第3熱媒体流路85には、ポンプ86と、温度調整部87が設けられている。第3熱媒体流路85の熱媒体は、ポンプ86の駆動によって、第1熱媒体流路83または第2熱媒体流路84を流通した後、再度、第3熱媒体流路85に戻って循環される。温度調整部87は、熱媒体の温度を調整する装置であり、反応器50や熱交換部71において昇温された熱媒体の温度が設定温度よりも高い場合には、常温の熱媒体を付加して温度を調整する。また、熱媒体の温度が設定温度よりも低い場合には、流量調整の他にもヒータ等によって設定温度まで加熱する。ポンプ86および温度調整部87は、制御部90によって制御される。 The heat medium flow path 80 is a flow path through which a fluid heat medium (thermal fluid) such as oil flows, and supplies heat generated in the reactor 50 by the methanation reaction to the carbon dioxide separation section 20 . A first channel switching valve 81 and a second channel switching valve 82 are provided in the heat medium channel 80 . The heat medium flow path 80 includes three flow paths (first heat medium flow path 83, second heat medium flow path 84, third heat medium flow path 85) separated by these two valves. The first heat medium flow path 83 supplies the heat medium to the first CO 2 separator 21 . A second heat medium flow path 84 supplies the heat medium to the second CO 2 separator 22 . A pump 86 and a temperature adjuster 87 are provided in the third heat medium flow path 85 . The heat medium in the third heat medium flow path 85 flows through the first heat medium flow path 83 or the second heat medium flow path 84 by driving the pump 86, and then returns to the third heat medium flow path 85 again. circulated. The temperature adjustment unit 87 is a device that adjusts the temperature of the heat medium, and when the temperature of the heat medium heated in the reactor 50 or the heat exchange unit 71 is higher than the set temperature, the heat medium at room temperature is added. to adjust the temperature. Further, when the temperature of the heat medium is lower than the set temperature, it is heated to the set temperature by a heater or the like in addition to the flow rate adjustment. Pump 86 and temperature adjustment section 87 are controlled by control section 90 .

第1流路切替バルブ81は、ポンプ86によって第3熱媒体流路85から送り出される熱媒体の送り出し先(第1熱媒体流路83または第2熱媒体流路84)を切り替えるための三方弁である。第2流路切替バルブ82は、第1流路切替バルブ81の切り替えと連動しており、第3熱媒体流路85に戻る熱媒体の送り出し元(第1熱媒体流路83または第2熱媒体流路84)を切り替えるための三方弁である。第1流路切替バルブ81と第2流路切替バルブ82の切り替えは、それぞれ、制御部90によって制御される。 The first flow path switching valve 81 is a three-way valve for switching the destination (first heat medium flow path 83 or second heat medium flow path 84) of the heat medium sent out from the third heat medium flow path 85 by the pump 86. is. The second flow path switching valve 82 is interlocked with the switching of the first flow path switching valve 81, and is the source of the heat medium returning to the third heat medium flow path 85 (the first heat medium flow path 83 or the second heat medium flow path). It is a three-way valve for switching the medium flow path 84). Switching between the first flow path switching valve 81 and the second flow path switching valve 82 is controlled by the control unit 90 respectively.

第1熱媒体流路83は、第1CO2分離器21の内部を通過する流路を含んでおり、熱媒体の熱をCO2吸着材21aに供給できるように構成されている。第1CO2分離器21は、二重管で構成されており、外側の管と内側の管との間に熱媒体の流路が形成されている。 The first heat medium flow path 83 includes a flow path passing through the interior of the first CO 2 separator 21 and is configured to supply heat of the heat medium to the CO 2 adsorbent 21a. The first CO 2 separator 21 is composed of a double pipe, and a heat medium flow path is formed between the outer pipe and the inner pipe.

第2熱媒体流路84は、第2CO2分離器22の内部を通過する流路を含んでおり、熱媒体の熱をCO2吸着材22aに供給できるように構成されている。第2CO2分離器22は、二重管で構成されており、外側の管と内側の管との間に熱媒体の流路が形成されている。 The second heat medium flow path 84 includes a flow path passing through the interior of the second CO 2 separator 22, and is configured to supply heat of the heat medium to the CO2 adsorbent 22a. The second CO 2 separator 22 is composed of a double pipe, and a heat medium flow path is formed between the outer pipe and the inner pipe.

第3熱媒体流路85は、反応器50の内部を通過する流路を含んでおり、反応器50内部でのメタン化反応によって生じた熱を熱媒体に伝達できるように構成されている。ここでは、反応器50は、二重管で構成されており、内側の管内に触媒51が配置され、外側の管と内側の管との間に熱媒体の流路が形成されている。 The third heat medium flow path 85 includes a flow path passing through the interior of the reactor 50 and is configured to transfer heat generated by the methanation reaction inside the reactor 50 to the heat medium. Here, the reactor 50 is composed of a double tube, a catalyst 51 is arranged in the inner tube, and a heat medium flow path is formed between the outer tube and the inner tube.

制御部90は、ROM、RAM、および、CPUを含んで構成されるコンピュータであり、二酸化炭素循環システム1の全体の制御をおこなう。制御部90は、上述の各流路に設けられているバルブ、センサ(温度センサ、流量センサ、濃度センサ等)のほか、ポンプ86、温度調整部87と電気的に接続され、センサでの測定値等に基づいて、各種バルブやポンプ86、温度調整部87等の制御をおこなう。 The control unit 90 is a computer including a ROM, a RAM, and a CPU, and controls the carbon dioxide circulation system 1 as a whole. The control unit 90 is electrically connected to the valves and sensors (temperature sensor, flow rate sensor, concentration sensor, etc.) provided in each of the flow paths, as well as the pump 86 and the temperature adjustment unit 87. Various valves, a pump 86, a temperature control unit 87, and the like are controlled based on the values.

二酸化炭素循環システム1では、混合ガス供給源5から供給される混合ガスは、ガス乾燥器10においてH2Oが吸着除去されることで乾燥される。乾燥させた混合ガスは、二酸化炭素分離部20に送られる。二酸化炭素分離部20では、乾燥させた混合ガスは、第1CO2分離器21または第2CO2分離器22のいずれか一方に供給される。乾燥させた混合ガスが供給されたCO2分離器では、混合ガス中のCO2を吸着し回収する。このとき、第1CO2分離器21または第2CO2分離器22のいずれか他方では、水素供給源41によってH2が供給されることで、CO2吸着材に吸着されたCO2がCO2吸着材から脱離し、CO2とH2とが含まれる原料ガスが反応器50に送られる。このように、二酸化炭素分離部20では、第1CO2分離器21または第2CO2分離器22のいずれか一方が混合ガスからCO2を吸着しているとき、第1CO2分離器21または第2CO2分離器22のいずれか他方が原料ガスを反応器50に供給する。これにより、反応器50に、切れ目なくCO2とH2とが含まれる原料ガスを供給することができる。 In the carbon dioxide circulation system 1 , the mixed gas supplied from the mixed gas supply source 5 is dried by removing H 2 O by adsorption in the gas dryer 10 . The dried mixed gas is sent to the carbon dioxide separation section 20 . In the carbon dioxide separation section 20 , the dried mixed gas is supplied to either the first CO 2 separator 21 or the second CO 2 separator 22 . The CO 2 separator supplied with the dried mixed gas adsorbs and recovers the CO 2 in the mixed gas. At this time, H 2 is supplied from the hydrogen supply source 41 to the other of the first CO 2 separator 21 or the second CO 2 separator 22, so that the CO 2 adsorbed on the CO 2 adsorbent becomes CO 2 adsorbed. A source gas desorbed from the material and containing CO 2 and H 2 is sent to the reactor 50 . Thus, in the carbon dioxide separation unit 20, when either the first CO 2 separator 21 or the second CO 2 separator 22 is adsorbing CO 2 from the mixed gas, the first CO 2 separator 21 or the second CO 2 separator Either one of the two separators 22 supplies the source gas to the reactor 50 . Thereby, the raw material gas containing CO 2 and H 2 can be continuously supplied to the reactor 50 .

反応器50では、二酸化炭素分離部20から供給される原料ガスを用いて、CH4が生成される。生成されたCH4は、副生成物であるH2Oとともに、反応混合ガスとして反応器50から排出される。反応混合ガスに含まれるH2Oは、熱交換部71において反応混合ガスから除去される。H2Oが除去された反応ガスは、反応ガス流路70を経由して混合ガス供給源5に供給される。本実施形態では、混合ガス供給源5は、CH4を燃焼することで熱エネルギを生成し、この生成した熱エネルギによって、発電したり、各種装置を駆動したりする。この混合ガス供給源5でのCH4の燃焼によって発生するCO2を含む混合ガスは、ガス乾燥器10に供給される。これにより、混合ガス供給源5と二酸化炭素循環システム1との併用によって、炭素を系外に排出することなく循環させた状態で熱エネルギを得ることができる。 In the reactor 50 , CH 4 is produced using the raw material gas supplied from the carbon dioxide separation section 20 . The produced CH 4 is discharged from the reactor 50 as a reaction mixture gas together with the by-product H 2 O. H 2 O contained in the reaction mixture gas is removed from the reaction mixture gas in the heat exchange section 71 . The reaction gas from which H 2 O has been removed is supplied to the mixed gas supply source 5 via the reaction gas channel 70 . In this embodiment, the mixed gas supply source 5 burns CH 4 to generate thermal energy, and the generated thermal energy is used to generate power and drive various devices. A mixed gas containing CO 2 generated by combustion of CH 4 in this mixed gas supply source 5 is supplied to a gas dryer 10 . As a result, by using the mixed gas supply source 5 and the carbon dioxide circulation system 1 together, thermal energy can be obtained in a circulated state without discharging carbon to the outside of the system.

二酸化炭素循環システム1では、ガス乾燥器10において、H2Oを吸着したガス乾燥用吸着材11が加熱されることで、吸着されたH2Oを脱離させて、ガス乾燥用吸着材11が再生される。ガス乾燥用吸着材11が再生されるとき、ガス乾燥用吸着材11に吸着されているH2O以外のガス成分もガス乾燥用吸着材11から脱離する。ガス乾燥用吸着材11から脱離したH2Oを含むガス成分は、パージガスによって、システム外に排出される。なお、H2Oを吸着したガス乾燥用吸着材11の再生方法は、上述した方法に限定されず、パージガスのみによって行ってもよい。 In the carbon dioxide circulation system 1, the gas drying adsorbent 11 that adsorbs H 2 O is heated in the gas dryer 10 to desorb the adsorbed H 2 O and the gas drying adsorbent 11 is played. When the gas drying adsorbent 11 is regenerated, gas components other than H 2 O adsorbed on the gas drying adsorbent 11 are also desorbed from the gas drying adsorbent 11 . The gas component containing H 2 O desorbed from the gas drying adsorbent 11 is discharged out of the system by the purge gas. Note that the method for regenerating the gas drying adsorbent 11 that has adsorbed H 2 O is not limited to the method described above, and may be performed using only a purge gas.

次に、ガス乾燥用吸着材11について説明する。ガス乾燥用吸着材11は、カチオンとしてマグネシウムイオンを含むゼオライトである。具体的には、ガス乾燥用吸着材11は、Mg2.8Na0.8Al6.4Si17.648の組成を有するY型ゼオライトを含んでいる。すなわち、本実施形態のガス乾燥用吸着材11は、アルミニウムと珪素との複合酸化物を含んでおり、この複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2.75となっている。さらに、Y型ゼオライトに含まれる、カチオンに対するマグネシウムイオンのモル比は、0.78となっている。 Next, the gas drying adsorbent 11 will be described. The gas drying adsorbent 11 is zeolite containing magnesium ions as cations. Specifically, the gas drying adsorbent 11 contains Y-type zeolite having a composition of Mg 2.8 Na 0.8 Al 6.4 Si 17.6 O 48 . That is, the gas drying adsorbent 11 of the present embodiment contains a composite oxide of aluminum and silicon, and the composition ratio of silicon to aluminum in this composite oxide is 2.75. Furthermore, the molar ratio of magnesium ions to cations contained in Y-type zeolite is 0.78.

ガス乾燥用吸着材11に含まれる、カチオンにおけるマグネシウムイオンの割合は、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)や誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP-AES)によって測定される。具体的には、一定量のガス乾燥用吸着材11を溶かした溶液を作成し、一定量のガス乾燥用吸着材11に含まれるカチオンの量と、マグネシウムの量を測定する。次に、測定されたカチオンの量に対するマグネシウムの量の割合を算出し、Y型ゼオライトに含まれる、カチオンに対するマグネシウムイオンのモル比を算出する。また、ガス乾燥用吸着材11に含まれるカチオンにおけるマグネシウムイオンの割合は、エネルギ分散型X線分光法(EDX)によって測定してもよい。具体的には、ガス乾燥用吸着材11を研磨することで、断面を露出させたサンプルを形成する。このサンプルの断面をEDXによって観察し、所定の範囲内において、観測されるカチオン原子の全数と、マグネシウム原子の全数とをカウントする。このときにカウントされたカチオン原子の全数に対するマグネシウム原子の数の割合を、Y型ゼオライトに含まれるカチオンに対するマグネシウムイオンのモル比とする。また、原子吸光分析法(AAS)を用いて、ガス乾燥用吸着材11に含まれる、カチオンにおけるマグネシウムイオンの割合を測定してもよい。 The proportion of magnesium ions in the cations contained in the gas drying adsorbent 11 is measured by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) or inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). Specifically, a solution is prepared by dissolving a certain amount of the gas drying adsorbent 11, and the amount of cations and the amount of magnesium contained in the certain amount of the gas drying adsorbent 11 are measured. Next, the ratio of the amount of magnesium to the measured amount of cations is calculated, and the molar ratio of magnesium ions to cations contained in Y-type zeolite is calculated. Moreover, the proportion of magnesium ions in the cations contained in the gas drying adsorbent 11 may be measured by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Specifically, by polishing the gas drying adsorbent 11, a sample with an exposed cross section is formed. A cross section of this sample is observed by EDX, and the total number of observed cation atoms and the total number of magnesium atoms are counted within a predetermined range. The ratio of the number of magnesium atoms to the total number of cation atoms counted at this time is taken as the molar ratio of magnesium ions to cations contained in the Y-type zeolite. Alternatively, atomic absorption spectrometry (AAS) may be used to measure the proportion of magnesium ions in the cations contained in the gas drying adsorbent 11 .

Y型ゼオライトに含まれる複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、ICP-AESまたはAASを用いて測定する。また、ガス乾燥用吸着材11に含まれるゼオライトの種類は、X線回折法(XRD)による測定結果に基づいて同定する。 The composition ratio of silicon to aluminum in the composite oxide contained in the Y-type zeolite is measured using ICP-AES or AAS. Also, the type of zeolite contained in the gas drying adsorbent 11 is identified based on the measurement results by the X-ray diffraction method (XRD).

次に、ガス乾燥用吸着材11の製造方法について説明する。最初に、10gのゼオライトペレット(NaY型ゼオライト、東ソー製HSZ-320NAD1C、Si/Al比=2.75、組成 Na:6.4、Al:6.4、Si:17.6、O:48)を、2mol/L硝酸マグネシウム溶液50mLに浸漬させた状態で、60℃の温度条件下で、時折撹拌しながら1昼夜静置する。1昼夜静置した試料を室温まで冷却したのち、ろ過してから、イオン交換水500mLで3回洗浄する。洗浄した試料を、再び新しい2mol/L硝酸マグネシウム溶液50mLに浸漬させた状態で、60℃の温度条件下で、1昼夜加熱静置し、同様の洗浄を行う。浸漬、静置、および、洗浄の一連の操作を更に1回行った後に乾燥することで、ガス乾燥用吸着材11のゼオライトを得た。この製造方法によって、ゼオライトのカチオンが、ナトリウムイオンからマグネシウムイオンに交換されることで、ゼオライトにおけるイオン交換サイト数を基準としたカチオンイオンの交換率を、80%以上とすることができる。 Next, a method for manufacturing the gas drying adsorbent 11 will be described. First, 10 g of zeolite pellets (NaY type zeolite, Tosoh HSZ-320NAD1C, Si/Al ratio = 2.75, composition Na: 6.4, Al: 6.4, Si: 17.6, O: 48) is immersed in 50 mL of a 2 mol/L magnesium nitrate solution and allowed to stand overnight at a temperature of 60° C. with occasional stirring. The sample left standing for one day and night is cooled to room temperature, filtered, and then washed three times with 500 mL of deionized water. The washed sample is again immersed in 50 mL of a new 2 mol/L magnesium nitrate solution, left at rest under a temperature condition of 60° C. for 1 day and night, and washed in the same manner. The zeolite of the adsorbent 11 for gas drying was obtained by performing a series of operations of immersion, standing, and washing once more and then drying. By this production method, the cations of the zeolite are exchanged from sodium ions to magnesium ions, so that the cation exchange rate based on the number of ion exchange sites in the zeolite can be 80% or more.

次に、本実施形態のガス乾燥用吸着材11の特徴について、ガス乾燥用吸着材11を備えるガス乾燥器10の性能を用いて説明する。ここでは、比較例のガス乾燥用吸着材を備えるガス乾燥器の性能と比較しつつ、本実施形態のガス乾燥器10の性能を説明する。ここで、比較例のガス乾燥用吸着材は、カチオンとしてナトリウムイオンを含むY型ゼオライトであって、上述の製造方法において、硝酸マグネシウム溶液に浸漬させる前に準備されたゼオライトである。以下、本実施形態のガス乾燥用吸着材11を「MgY型ゼオライト」といい、比較例のガス乾燥用吸着材を「NaY型ゼオライト」という。 Next, the characteristics of the gas drying adsorbent 11 of this embodiment will be described using the performance of the gas dryer 10 provided with the gas drying adsorbent 11. FIG. Here, the performance of the gas dryer 10 of the present embodiment will be described while comparing with the performance of the gas dryer provided with the gas drying adsorbent of the comparative example. Here, the adsorbent for gas drying of the comparative example is Y-type zeolite containing sodium ions as cations, and is zeolite prepared before being immersed in the magnesium nitrate solution in the production method described above. Hereinafter, the gas drying adsorbent 11 of the present embodiment will be referred to as "MgY zeolite", and the gas drying adsorbent of the comparative example will be referred to as "NaY zeolite".

ガス乾燥器の性能評価に先立って、MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトとのそれぞれについて、CO2とH2Oとのそれぞれの吸着等温線を作成した。CO2の吸着等温線は、1gのガス乾燥用吸着材を150℃で真空前処理したのち、容量法全自動吸着測定装置(BELSORP-MAX、マイクロトラックベル製)を用いて、30℃におけるCO2の吸着量を測定することで作成した。また、H2Oの吸着等温線は、0.1gのガス乾燥用吸着材を150℃で真空前処理したのち、CO2の場合と同様に、容量法全自動吸着測定装置を用いて、25℃におけるH2Oの吸着量を測定することで作成した。 Prior to performance evaluation of the gas dryer, adsorption isotherms for CO 2 and H 2 O were created for each of MgY zeolite and NaY zeolite. The CO 2 adsorption isotherm was measured by vacuum pretreatment of 1 g of the gas drying adsorbent at 150 ° C., followed by a volumetric fully automatic adsorption measurement device (BELSORP-MAX, manufactured by Microtrack Bell). It was prepared by measuring the adsorption amount of 2 . Further, the adsorption isotherm of H 2 O was obtained by subjecting 0.1 g of the adsorbent for gas drying to vacuum pretreatment at 150° C., and then using a volumetric fully automatic adsorption measuring device in the same manner as for CO 2 . It was prepared by measuring the adsorption amount of H 2 O at °C.

ガス乾燥器の性能評価試験では、CO2とH2Oとを含む混合ガスを乾燥させる実験において、混合ガス、および、ガス乾燥器の条件を以下のように設定した。
・混合ガス
流量:6m3/h
露点:25℃(H2O濃度:3%)
CO2濃度:10%
これにより、ガス乾燥器に流入するH2Oの重量は、1時間当たり0.145kgH2Oとなる。また、ガス乾燥器に流入するCO2の重量は、1時間当たり1.18kgCO2となる。
・ガス乾燥器
内容積:0.26m3
ガス乾燥用吸着材の充填重量:1.82kgads(かさ密度:0.7kg/L)
In the performance evaluation test of the gas dryer, in the experiment of drying the mixed gas containing CO 2 and H 2 O, the conditions of the mixed gas and the gas dryer were set as follows.
・Mixed gas flow rate: 6 m 3 /h
Dew point: 25°C (H 2 O concentration: 3%)
CO2 concentration: 10%
This results in a weight of H 2 O entering the gas dryer of 0.145 kg H2O per hour. Also, the weight of CO2 flowing into the gas dryer is 1.18 kg CO2 per hour.
・Gas dryer Internal volume: 0.26 m 3
Filling weight of adsorbent for gas drying: 1.82 kg ads (bulk density: 0.7 kg / L)

ガス乾燥器において、ガス乾燥用吸着材と混合ガスとの接触を2.5時間行った(吸着工程)後、ガス乾燥用吸着材を再生させる(再生工程)。この場合、ガス乾燥器に流入するH2Oを全て吸着するには、1時間あたり1kgadsのガス乾燥用吸着材によって、0.08kgのH2Oを吸着させる必要がある。したがって、1回の吸着工程では、吸着材に求められるH2O吸着量は、0.2kgH2O/kgadsとなる。 In the gas dryer, the gas drying adsorbent is brought into contact with the mixed gas for 2.5 hours (adsorption step), and then the gas drying adsorbent is regenerated (regeneration step). In this case, in order to adsorb all the H 2 O flowing into the gas dryer, it is necessary to adsorb 0.08 kg of H 2 O with the adsorbent for gas drying at 1 kg ads per hour. Therefore, in one adsorption step, the H 2 O adsorption amount required for the adsorbent is 0.2 kg H 2 O /kg ads .

MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトのそれぞれのH2Oの吸着等温線から、MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトのそれぞれのH2O飽和吸着量は、ともに0.3kgH2O/kgadsであった。したがって、MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトとの間において、H2Oの吸蔵性能、すなわち、混合ガスの乾燥能力に差異は無い。このことから、MgY型ゼオライトをNaY型ゼオライトの代替として用いてもガス乾燥器の乾燥性能は変化しない。なお、上述したガス乾燥器の性能評価試験では、MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトとのいずれにもH2Oを吸着するには余力があるため、再生工程を行う周期(2.5時間)をさらに長く(例えば、3.5時間)することも可能である。しかしながら、システムの冗長性をもたせるために、ガス乾燥用吸着材再生タイミングを2.5時間のままとした。 From the H 2 O adsorption isotherms of MgY-type zeolite and NaY-type zeolite, the saturated H 2 O adsorption amounts of MgY-type zeolite and NaY -type zeolite were both 0.3 kg H 2 O /kg ads . Therefore, there is no difference in H 2 O storage performance, ie, mixed gas drying performance, between MgY-type zeolite and NaY-type zeolite. From this, even if MgY type zeolite is used as a substitute for NaY type zeolite, the drying performance of the gas dryer does not change. In the performance evaluation test of the gas dryer described above, both the MgY zeolite and the NaY zeolite have a surplus capacity to adsorb H 2 O, so the period (2.5 hours) for performing the regeneration process was set to Even longer (eg, 3.5 hours) are possible. However, in order to provide system redundancy, the regeneration timing of the gas drying adsorbent was left at 2.5 hours.

図2は、吸着されたH2Oのガス乾燥器内での分布を説明する概念図である。上述した条件においては、ガス乾燥器に充填されている吸着材の約30%がH2Oの吸着に利用されないことになる。図2に示すように、混合ガスがガス乾燥器の一方の側から他方の側に向かう方向(図2の白抜き矢印が示す方向)に流通する場合、混合ガスに含まれるH2Oは、ガス乾燥器における混合ガスの上流側に充填されているガス乾燥用吸着材に吸着される。このため、ガス乾燥器における混合ガスの下流側のガス乾燥用吸着材は、H2Oの吸着に利用されない。この利用されない吸着材(図2の「H2O未吸着部」)には、H2Oが除去された混合ガスが通るため、混合ガスに含まれるCO2が吸着されることになる。すなわち、本評価試験では、1回の吸着工程において、0.61kgのガス乾燥用吸着材にCO2が吸着されることになる。 FIG. 2 is a conceptual diagram explaining the distribution of adsorbed H 2 O within the gas dryer. Under the above conditions, about 30% of the adsorbent packed in the gas dryer is not used for H2O adsorption. As shown in FIG. 2, when the mixed gas flows from one side of the gas dryer to the other side (the direction indicated by the white arrow in FIG. 2), H 2 O contained in the mixed gas is It is adsorbed by the gas drying adsorbent filled upstream of the mixed gas in the gas dryer. Therefore, the gas drying adsorbent on the downstream side of the mixed gas in the gas dryer is not used for adsorbing H2O . Since the mixed gas from which H 2 O has been removed passes through this unused adsorbent (“H 2 O unadsorbed portion” in FIG. 2), CO 2 contained in the mixed gas is adsorbed. That is, in this evaluation test, CO 2 is adsorbed by 0.61 kg of the gas drying adsorbent in one adsorption step.

図3は、ガス乾燥器でのCO2損失率を説明する図である。上述したように、混合ガス中のCO2濃度が10%である場合、1回の吸着工程において、ガス乾燥器に流入するCO2の総量は2.95kgとなる。MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトのそれぞれのCO2の吸着等温線から、CO2分圧10kPaにおける、「単位重量当たりのCO2吸着量」は、MgY型ゼオライトでは0.031kgであり、NaY型ゼオライトでは0.059kgとなる。したがって、「未利用吸着材でのCO2吸着量」は、MgY型ゼオライトでは0.019kgであり、NaY型ゼオライトでは0.036kgとなる。この「未利用吸着材」に吸着されたCO2は、再生工程において、システム外へと排出されるCO2の損失量となる。1回の吸着工程においてガス乾燥器に流入するCO2の総量に対し、再生工程においてシステム外に放出されるCO2の割合(「CO2損失率」)は、MgY型ゼオライト(0.65%)方がNaY型ゼオライト(1.21%)に比べ小さいことから、MgY型ゼオライトは、システム外に排出されるCO2の量を低減することができる。すなわち、MgY型ゼオライトは、NaY型ゼオライトに比べ、混合ガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制することができる。 FIG. 3 is a diagram explaining the CO 2 loss rate in the gas dryer. As described above, when the CO 2 concentration in the mixed gas is 10%, the total amount of CO 2 flowing into the gas dryer is 2.95 kg in one adsorption step. From the CO 2 adsorption isotherms of MgY zeolite and NaY zeolite, the “CO 2 adsorption amount per unit weight” at a CO 2 partial pressure of 10 kPa is 0.031 kg for MgY zeolite, and 0.031 kg for NaY zeolite. Then, it becomes 0.059 kg. Therefore, the "CO 2 adsorption amount of the unused adsorbent" is 0.019 kg for MgY zeolite and 0.036 kg for NaY zeolite. The CO 2 adsorbed by this "unused adsorbent" becomes the lost amount of CO 2 discharged out of the system in the regeneration process. The ratio of CO 2 released outside the system in the regeneration process (“CO 2 loss rate”) to the total amount of CO 2 flowing into the gas dryer in one adsorption step is MgY zeolite (0.65% ) is smaller than that of NaY zeolite (1.21%), MgY zeolite can reduce the amount of CO 2 discharged outside the system. That is, the MgY zeolite can suppress the decrease in the carbon dioxide content of the mixed gas as compared with the NaY zeolite.

また、二酸化炭素循環システムが備えるガス乾燥器は、二酸化炭素循環システムを長期に運転することで再生が繰り返される。このため、再生工程において、システム外に排出されるCO2は、二酸化炭素循環システムでの炭化水素化合物の生成に利用できない。上述したように、MgY型ゼオライトは、混合ガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制することができるため、NaY型ゼオライトに比べ、より多くの二酸化炭素を後段の二酸化炭素分離部に供給することができる。これにより、二酸化炭素循環システム全体での炭素の循環率を向上することができる。 Further, the gas dryer provided in the carbon dioxide circulation system is repeatedly regenerated by operating the carbon dioxide circulation system for a long period of time. Therefore, in the regeneration process, the CO 2 discharged outside the system cannot be used to generate hydrocarbon compounds in the carbon dioxide circulation system. As described above, MgY-type zeolite can suppress a decrease in the carbon dioxide content of the mixed gas, so more carbon dioxide is supplied to the subsequent carbon dioxide separation unit than NaY-type zeolite. be able to. Thereby, the carbon circulation rate in the entire carbon dioxide circulation system can be improved.

図4は、未利用吸着材の割合とCO2損失量の関係を示す図である。上述したように、ガス乾燥用吸着材の再生工程においてシステム外に排出されるCO2の量、すなわち、CO2損失量は、ガス乾燥器における未利用吸着材(図2の「H2O未吸着部」)の割合によって決定される。そこで、ガス乾燥器における未利用吸着材の割合(ガス乾燥用吸着材全体の重量に対する割合)と、CO2損失率の関係を、MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトとのそれぞれにおいて比較した。その結果を図4に示す。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the percentage of unused adsorbent and the amount of CO 2 loss. As described above, the amount of CO 2 discharged outside the system in the regeneration process of the adsorbent for gas drying, that is, the amount of CO 2 loss, is determined by the amount of unused adsorbent in the gas dryer (“H 2 O unused” in FIG. 2). determined by the ratio of "adsorption part"). Therefore, the relationship between the ratio of the unused adsorbent in the gas dryer (ratio to the total weight of the adsorbent for gas drying) and the CO 2 loss rate was compared between MgY zeolite and NaY zeolite. The results are shown in FIG.

図4の横軸は、ガス乾燥器における未利用吸着材の割合を示している。具体的には、未利用吸着材の割合は、ガス乾燥器に流入するH2Oの総重量と、ガス乾燥器に充填されている吸着材が吸着可能なH2Oの重量との比を用いて表される。ガス乾燥器に流入するH2Oの総重量は、単位時間当たりにガス乾燥器に流入するH2Oの重量をα(kg/時間)とし、1サイクルの時間をβ(時間)とすると、α×β(kg)と示すことができる。また、ガス乾燥器に充填されているガス乾燥用吸着材が吸着可能なH2Oの重量は、ガス乾燥器に充填されているガス乾燥用吸着材の重量をγ(kg)とし、単位重量当たりのガス乾燥用吸着材が吸着可能なH2Oの重量をWsat(kg/kg)とすると、γ×Wsat(kg)と示すことができる。γ×Wsatに対するα×β、すなわち、(α×β)/(γ×Wsat)は、ガス乾燥器に充填されているガス乾燥用吸着材の全重量に対する、ガス乾燥器に流入するH2Oが全てガス乾燥用吸着材に吸着されるときの利用されたガス乾燥用吸着材の重量の比となるため、{1-(α×β)/(γ×Wsat)}は、ガス乾燥器に充填されているガス乾燥用吸着材のうち、H2Oの吸着に利用されていないガス乾燥用吸着材の割合となる。すなわち、{1-(α×β)/(γ×Wsat)}が大きいほど、ガス乾燥器に充填されている未利用吸着材の占める割合が大きいことを示している。なお、実使用時のガス乾燥器としては、α×β/γ<Wsatである必要があり、α×β/γ>Wsatである場合、H2Oの吸着に利用されていないガス乾燥用吸着材は、存在しないことになる。図4の縦軸は、図3で示した「CO2損失率」を示している。 The horizontal axis of FIG. 4 indicates the percentage of unused adsorbent in the gas dryer. Specifically, the ratio of unused adsorbents is the ratio of the total weight of H 2 O flowing into the gas dryer to the weight of H 2 O that can be adsorbed by the adsorbents filled in the gas dryer. is represented by The total weight of H 2 O flowing into the gas dryer is given by α (kg/hour) being the weight of H 2 O flowing into the gas dryer per unit time and β (hour) being the time of one cycle. It can be expressed as α×β (kg). Further, the weight of H 2 O that can be adsorbed by the gas drying adsorbent filled in the gas dryer is given by the unit weight, where the weight of the gas drying adsorbent filled in the gas dryer is γ (kg). Assuming that the weight of H 2 O that can be adsorbed by the gas drying adsorbent is Wsat (kg/kg), it can be expressed as γ×Wsat (kg). α×β for γ×Wsat, that is, (α×β)/(γ×Wsat) is the H 2 O flowing into the gas dryer with respect to the total weight of the gas drying adsorbent packed in the gas dryer. is the ratio of the weight of the gas drying adsorbent used when all are adsorbed on the gas drying adsorbent, so {1-(α × β) / (γ × Wsat)} is the gas dryer It is the ratio of the adsorbent for gas drying that is not used for adsorbing H 2 O to the packed adsorbent for gas drying. That is, the larger {1−(α×β)/(γ×Wsat)}, the larger the ratio of the unused adsorbent filled in the gas dryer. It should be noted that α×β/γ< Wsat is required for a gas dryer in actual use. material will not exist. The vertical axis in FIG. 4 indicates the "CO 2 loss rate" shown in FIG.

図4に示すように、MgY型ゼオライト(図4の実線L1)とNaY型ゼオライト(図4の一点鎖線L2)とを比較すると、未利用吸着材の割合(横軸)が大きくなるほど、CO2損失率の差は大きくなることが明らかとなった。ここで、未利用吸着材の割合が0.3より小さいと、MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトとの間でのCO2損失率の差は小さくなるが、ガス乾燥器のH2Oの吸蔵性能の冗長性が低下し、ガス流量の突発的な変動等によってガス乾燥器からH2Oが漏出するおそれがある。また、未利用吸着材の割合が0.6より大きい場合、MgY型ゼオライトのCO2損失率は、NaY型ゼオライトのCO2損失率の1/2より小さくなるため、CO2損失率の低減効果は、大きくなる。しかしながら、未利用吸着材の割合が増えるため、混合ガスからH2Oを吸着するときのガス乾燥用吸着材の利用率が低下する。さらに、未利用吸着材の割合が0.6より大きい場合、余剰なガス乾燥用吸着材が存在することになるため、例えば、加熱再生によってH2Oを脱離するときに要するエネルギの増加(顕熱ロスなど)につながる。したがって、未利用吸着材の割合の範囲は、0.3≦{1-(α×β)/(γ×Wsat)}≦0.6であることが望ましい(図4の両端矢印A1で示す範囲)。 As shown in FIG. 4, when comparing MgY zeolite (solid line L1 in FIG. 4) and NaY zeolite (one-dot chain line L2 in FIG. 4), CO 2 It became clear that the difference in the loss rate becomes large. Here, if the ratio of the unused adsorbent is less than 0.3, the difference in CO 2 loss rate between the MgY zeolite and the NaY zeolite becomes small, but the H 2 O storage performance of the gas dryer decreases. redundancy is reduced, and H 2 O may leak from the gas dryer due to abrupt fluctuations in the gas flow rate or the like. In addition, when the ratio of the unused adsorbent is greater than 0.6, the CO 2 loss rate of MgY-type zeolite is less than 1/2 of the CO 2 loss rate of NaY-type zeolite, so the effect of reducing the CO 2 loss rate becomes larger. However, since the ratio of the unused adsorbent increases, the utilization rate of the gas drying adsorbent decreases when H 2 O is adsorbed from the mixed gas. Furthermore, if the ratio of the unused adsorbent is greater than 0.6, there will be excess adsorbent for gas drying. sensible heat loss, etc.). Therefore, the range of the ratio of the unused adsorbent is desirably 0.3 ≤ {1-(α × β) / (γ × Wsat)} ≤ 0.6 (the range indicated by the double-ended arrow A1 in FIG. 4 ).

以上説明した、本実施形態のガス乾燥用吸着材11によれば、ガス乾燥用吸着材11は、カチオンとしてマグネシウムイオンを含むゼオライトを備えている。マグネシウムイオンを含むゼオライトは、カチオンとしてナトリウムイオンを含むゼオライトと比べて、H2Oの吸蔵性能がほとんど変わらないものの、CO2の吸蔵性能が小さい。これにより、CO2を含む混合ガスを乾燥させるとき、CO2の吸着が抑制されるため、ガス乾燥器10から排出される混合ガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制できる。 According to the gas drying adsorbent 11 of the present embodiment described above, the gas drying adsorbent 11 includes zeolite containing magnesium ions as cations. A zeolite containing magnesium ions has almost the same H 2 O storage capacity as a zeolite containing sodium ions as cations, but has a lower CO 2 storage capacity. As a result, adsorption of CO 2 is suppressed when the mixed gas containing CO 2 is dried, so that a decrease in the carbon dioxide content of the mixed gas discharged from the gas dryer 10 can be suppressed.

また、本実施形態のガス乾燥用吸着材11によれば、ガス乾燥用吸着材11は、Mg2.8Na0.8Al6.4Si17.648の組成を有するY型ゼオライトを含んでいる。すなわち、アルミニウムと珪素との複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2.75となっている。これにより、ゼオライトにおけるイオン交換容量を大きくすることができるとともに、マグネシウムイオンが通過可能な大きさの細孔を有しているため、ゼオライトは、マグネシウムイオンをより多く含むことができる。したがって、ガス乾燥用吸着材11は、ナトリウムイオンをカチオンとして含むゼオライトと比べて、H2Oの吸蔵性能をほとんど変化させることなく、CO2の吸蔵性能を小さくすることができるため、CO2を含む混合ガスを乾燥させるとき、混合ガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制できる。 Further, according to the gas drying adsorbent 11 of the present embodiment, the gas drying adsorbent 11 contains Y-type zeolite having a composition of Mg 2.8 Na 0.8 Al 6.4 Si 17.6 O 48 . That is, the composition ratio of silicon to aluminum in the composite oxide of aluminum and silicon is 2.75. As a result, the ion exchange capacity of the zeolite can be increased, and since the zeolite has pores large enough to allow magnesium ions to pass through, the zeolite can contain more magnesium ions. Therefore, compared with zeolite containing sodium ions as cations, the gas drying adsorbent 11 can reduce the CO 2 storage performance while hardly changing the H 2 O storage performance. When the mixed gas is dried, it is possible to prevent the carbon dioxide content of the mixed gas from decreasing.

また、本実施形態のガス乾燥用吸着材11によれば、アルミニウムと珪素との複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2以上5以下となっており、アルミニウムが比較的多い。これにより、ゼオライトの親水性が向上するため、水分を吸着しやすくなる。したがって、ガス乾燥器10から排出される混合ガスの乾燥度を向上させることができる。 Further, according to the gas drying adsorbent 11 of the present embodiment, the composition ratio of silicon to aluminum in the composite oxide of aluminum and silicon is 2 or more and 5 or less, and aluminum is relatively large. This improves the hydrophilicity of the zeolite, making it easier to adsorb moisture. Therefore, the dryness of the mixed gas discharged from the gas dryer 10 can be improved.

また、本実施形態の二酸化炭素循環システム1によれば、混合ガス供給源5から排出される混合ガスは、ガス乾燥器10において乾燥される。このとき、ガス乾燥器10が備えるガス乾燥用吸着材11は、H2Oを吸着する一方、CO2をあまり吸着しないため、ガス乾燥器10から二酸化炭素分離部20に送られる混合ガスには、比較的多くのCO2が含まれる。二酸化炭素分離部20に送られる混合ガスから回収されるCO2は、反応器50において、生成されるCH4の原料となる。この生成されたCH4は、混合ガス供給源5に供給される。混合ガス供給源5では、CH4の燃焼によって熱エネルギが取り出されるとともに、CO2とH2Oとを含む混合ガスが発生する。この発生した混合ガスは、再びガス乾燥器10において乾燥されたのち、二酸化炭素分離部20においてCH4の原料としてCO2が回収される。このように、二酸化炭素循環システム1は、混合ガス供給源5との間で炭素を循環させつつ、燃焼熱等のエネルギを取り出すことができる。二酸化炭素循環システム1では、ガス乾燥器10において、ガス乾燥用吸着材11がH2Oを吸着すると、加熱等によってH2Oをガス乾燥用吸着材11から脱離させてシステム外に排出する再生工程を行う。ガス乾燥用吸着材11は、例えば、カチオンとしてナトリウムイオンを含むゼオライトと比べると、CO2を吸着しにくいため、再生工程において、H2Oとともにシステム外に排出されるCO2は少ない。これにより、混合ガス供給源5と二酸化炭素循環システム1との間での炭素の循環において、システム全体での炭素の循環率を向上することができる。 Moreover, according to the carbon dioxide circulation system 1 of the present embodiment, the mixed gas discharged from the mixed gas supply source 5 is dried in the gas dryer 10 . At this time, the gas drying adsorbent 11 provided in the gas dryer 10 adsorbs H 2 O but does not adsorb much CO 2 , so the mixed gas sent from the gas dryer 10 to the carbon dioxide separation unit 20 contains , contains a relatively large amount of CO 2 . CO 2 recovered from the mixed gas sent to the carbon dioxide separation section 20 serves as a raw material for CH 4 produced in the reactor 50 . This generated CH 4 is supplied to the mixed gas supply source 5 . In the mixed gas supply source 5 , heat energy is taken out by combustion of CH4, and mixed gas containing CO2 and H2O is generated. The generated mixed gas is dried in the gas dryer 10 again, and then CO 2 is recovered as a raw material of CH 4 in the carbon dioxide separator 20 . Thus, the carbon dioxide circulation system 1 can take out energy such as combustion heat while circulating carbon between the mixed gas supply source 5 and the mixed gas supply source 5 . In the carbon dioxide circulation system 1, when the gas drying adsorbent 11 adsorbs H 2 O in the gas dryer 10, the H 2 O is desorbed from the gas drying adsorbent 11 by heating or the like and is discharged outside the system. Carry out the regeneration process. Compared with, for example, zeolite containing sodium ions as cations, the gas drying adsorbent 11 is less likely to adsorb CO 2 , so less CO 2 is discharged out of the system together with H 2 O in the regeneration process. Thereby, in the carbon circulation between the mixed gas supply source 5 and the carbon dioxide circulation system 1, the carbon circulation rate in the entire system can be improved.

<本実施形態の変形例>
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
<Modification of this embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various aspects without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications are possible.

[変形例1]
上述の実施形態では、ガス乾燥用吸着材11は、二酸化炭素循環システム1が備えるガス乾燥器10で用いられるとした。しかしながら、ガス乾燥用吸着材11が適用される分野はこれに限定されない。例えば、CO2とH2Oとを含むガスを、CO2とH2Oとに高精度に分離することができるため、分離されたCO2とH2Oとのそれぞれを、異なる用途に利用することができる。
[Modification 1]
In the above-described embodiment, the gas drying adsorbent 11 is used in the gas dryer 10 included in the carbon dioxide circulation system 1 . However, the field to which the gas drying adsorbent 11 is applied is not limited to this. For example, since a gas containing CO 2 and H 2 O can be separated into CO 2 and H 2 O with high accuracy, the separated CO 2 and H 2 O can be used for different purposes. can do.

[変形例2]
上述の実施形態では、ガス乾燥用吸着材11は、ゼオライトに含まれるカチオンに対するマグネシウムイオンのモル比が0.78のMg2.8Na0.8Al6.4Si17.648の組成を有するY型ゼオライトを含んでいるとした。このY型ゼオライトでは、カチオンに対するマグネシウムイオンのモル比は、0.78となるが、カチオンに対するマグネシウムイオンのモル比は、0.8以上であることが望ましい。これにより、ガス乾燥用吸着材におけるCO2の吸蔵性能をさらに小さくすることができる。したがって、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるとき、ガスの二酸化炭素含有量が低下することをさらに抑制することができる。なお、上述した製造方法において、浸漬、静置、および、洗浄の一連の操作をさらに繰り返すことで、カチオンに対するマグネシウムイオンのモル比が0.8以上となるゼオライトを得ることができる。
[Modification 2]
In the above-described embodiment, the gas drying adsorbent 11 contains Y-type zeolite having a composition of Mg 2.8 Na 0.8 Al 6.4 Si 17.6 O 48 in which the molar ratio of magnesium ions to cations contained in the zeolite is 0.78. I thought I was there. In this Y-type zeolite, the molar ratio of magnesium ions to cations is 0.78, and the molar ratio of magnesium ions to cations is preferably 0.8 or more. As a result, the CO 2 storage performance of the gas drying adsorbent can be further reduced. Therefore, when drying the gas containing carbon dioxide, it is possible to further suppress the decrease in the carbon dioxide content of the gas. In the production method described above, a zeolite having a molar ratio of magnesium ions to cations of 0.8 or more can be obtained by further repeating a series of operations of immersion, standing, and washing.

[変形例3]
上述の実施形態では、ガス乾燥用吸着材11に含まれるゼオライトは、複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2.75であるY型ゼオライトであるとした。しかしながら、アルミニウムに対する珪素の組成比は、これに限定されない。2以上5以下であってもよい。アルミニウムに対する珪素の組成比が2以上5以下となることで、ゼオライトにおけるイオン交換容量を大きくすることができるため、ゼオライトにマグネシウムイオンをより多く含めることができる。
[Modification 3]
In the above-described embodiment, the zeolite contained in the gas drying adsorbent 11 is Y-type zeolite having a composition ratio of silicon to aluminum of 2.75 in the composite oxide. However, the composition ratio of silicon to aluminum is not limited to this. 2 or more and 5 or less may be sufficient. Since the ion exchange capacity of the zeolite can be increased by setting the composition ratio of silicon to aluminum to 2 or more and 5 or less, the zeolite can contain more magnesium ions.

[変形例4]
上述の実施形態では、二酸化炭素循環システム1は、ガス乾燥器10、二酸化炭素分離部20、水素供給源41、反応器50などを備えているとした。しかしながら、二酸化炭素循環システム1の構成はこれに限定されない。例えば、二酸化炭素分離部20は、2つのCO2分離器を備えていなくてもよく、1つであっても、CO2吸着工程と、CO2脱着工程とを切り替えることで、反応器50にCO2とH2とを含む原料ガスを供給することができる。
[Modification 4]
In the above-described embodiment, the carbon dioxide circulation system 1 includes the gas dryer 10, the carbon dioxide separator 20, the hydrogen supply source 41, the reactor 50, and the like. However, the configuration of the carbon dioxide circulation system 1 is not limited to this. For example, the carbon dioxide separation unit 20 does not have to have two CO 2 separators, and even if there is only one, the CO 2 adsorption process and the CO 2 desorption process can be switched so that A source gas containing CO 2 and H 2 can be supplied.

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。 The present aspect has been described above based on the embodiments and modifications, but the above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present aspect, and do not limit the present aspect. This aspect may be modified and modified without departing from its spirit and scope of the claims, and this aspect includes equivalents thereof. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

1…二酸化炭素循環システム
5…混合ガス供給源
10…ガス乾燥器
11…ガス乾燥用吸着材
12…収容容器
20…二酸化炭素分離部
41…水素供給源
50…反応器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Carbon dioxide circulation system 5... Mixed gas supply source 10... Gas dryer 11... Adsorbent for gas drying 12... Container 20... Carbon dioxide separator 41... Hydrogen supply source 50... Reactor

Claims (7)

ガスに含まれる水分を吸着することによって、前記ガスを乾燥させるガス乾燥用吸着材であって、
マグネシウムイオンをカチオンとして含むゼオライトを備える、
ガス乾燥用吸着材。
A gas drying adsorbent that dries the gas by adsorbing moisture contained in the gas,
comprising a zeolite containing magnesium ions as cations,
Adsorbent for gas drying.
請求項1に記載のガス乾燥用吸着材であって、
前記ゼオライトに含まれるカチオンに対するマグネシウムイオンのモル比は、0.8以上である、
ガス乾燥用吸着材。
The adsorbent for gas drying according to claim 1,
The molar ratio of magnesium ions to cations contained in the zeolite is 0.8 or more.
Adsorbent for gas drying.
請求項1または請求項2に記載のガス乾燥用吸着材であって、
前記ゼオライトは、アルミニウムと珪素との複合酸化物を含んでおり、
前記複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2以上5以下である、
ガス乾燥用吸着材。
The gas drying adsorbent according to claim 1 or 2,
The zeolite contains a composite oxide of aluminum and silicon,
The composition ratio of silicon to aluminum in the composite oxide is 2 or more and 5 or less.
Adsorbent for gas drying.
請求項3に記載のガス乾燥用吸着材であって、
前記ゼオライトは、Y型ゼオライトであり、
前記複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2.75である、
ガス乾燥用吸着材。
The adsorbent for gas drying according to claim 3,
The zeolite is a Y-type zeolite,
The composition ratio of silicon to aluminum in the composite oxide is 2.75.
Adsorbent for gas drying.
請求項1に記載のガス乾燥用吸着材であって、
前記ゼオライトは、MgyNa(6.4-2y)Al6.4Si17.648の組成を有するY型ゼオライトであり、
yは、2.23以上である、
ガス乾燥用吸着材。
The adsorbent for gas drying according to claim 1,
The zeolite is a Y-type zeolite having a composition of Mg y Na (6.4-2y) Al 6.4 Si 17.6 O 48 ,
y is 2.23 or greater;
Adsorbent for gas drying.
ガス乾燥器であって、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のガス乾燥用吸着材と、
前記ガス乾燥用吸着材を収容する収容容器と、を備える、
ガス乾燥器。
A gas dryer,
The gas drying adsorbent according to any one of claims 1 to 5,
A storage container that stores the gas drying adsorbent,
gas dryer.
二酸化炭素循環システムであって、
請求項6に記載のガス乾燥器であって、外部のガス発生部から供給された、二酸化炭素と水分とを含む混合ガス中の水分を前記ガス乾燥用吸着材に吸着させることで、前記混合ガスを乾燥させるガス乾燥器と、
前記ガス乾燥器において乾燥させた混合ガスから、二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、
前記二酸化炭素回収部において回収された二酸化炭素を用いて炭化水素化合物を生成し、外部の前記ガス発生部に供給する炭化水素生成部と、を備える、
二酸化炭素循環システム。
A carbon dioxide circulation system,
7. The gas dryer according to claim 6, wherein moisture in a mixed gas containing carbon dioxide and moisture supplied from an external gas generating unit is adsorbed by the gas drying adsorbent, so that the mixture is a gas dryer for drying gas;
a carbon dioxide recovery unit for recovering carbon dioxide from the mixed gas dried in the gas dryer;
a hydrocarbon generation unit that generates a hydrocarbon compound using the carbon dioxide recovered in the carbon dioxide recovery unit and supplies the hydrocarbon compound to the external gas generation unit;
Carbon dioxide circulation system.
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