JP2022163279A - Carbon dioxide recovery control device, carbon dioxide recovery device, hydrocarbon production device, carbon dioxide recovery method, and program - Google Patents

Carbon dioxide recovery control device, carbon dioxide recovery device, hydrocarbon production device, carbon dioxide recovery method, and program Download PDF

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Seiichi Kunitomi
征治 山本
Seiji Yamamoto
隆太 神谷
Ryuta Kamiya
哲治 永田
Tetsuji Nagata
伸光 堀部
Nobumitsu Horibe
俊介 水谷
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Abstract

To provide a carbon dioxide recovery control device suppressing a variation in carbon dioxide concentration in a recovery gas containing carbon dioxide recovered from a mixed gas containing carbon dioxide using an adsorption tower.SOLUTION: A carbon dioxide recovery control device includes: a step control part for repeatedly performing a first step of performing an adsorption step of supplying a mixed gas to a first adsorption tower and at the same time performing a desorption step of supplying hydrogen to a second adsorption tower, and a second step of performing an adsorption step of supplying the mixed gas to a second adsorption tower and at the same time performing a desorption step of supplying hydrogen to the first adsorption tower; a breakthrough time prediction part for predicting breakthrough time at a predetermined prediction time in the adsorption tower where the adsorption step is performed; and a hydrogen flow rate determination part for determining a hydrogen flow rate flowing in the desorption step according to a predicted breakthrough time. The step control part switches between the first step and the second step based on carbon dioxide breakthrough information.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、二酸化炭素を含有する混合ガスから吸着塔を用いて二酸化炭素を回収する技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technique for recovering carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide using an adsorption tower.

従来、吸着剤が充填された吸着装置を利用して、気体または液体中に含まれている不純物を取り除く技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、吸着剤が充填された2基の塔を利用して、交互に不純物の吸着工程および脱離(再生)工程を行う吸着装置が記載されている。この吸着装置では、吸着工程において流入するガスの流量が設計値よりも低下した場合は流入ガス総流量が設計値となるまで吸着工程の時間を延長し、再生工程は設計通りの運用をする。これにより、流入するガスの流量が低下した場合でも、吸着塔の性能を最大限まで利用することができ、不純物分離のエネルギー効率が高まることが記載されている。 Conventionally, there has been proposed a technique for removing impurities contained in gas or liquid using an adsorption device filled with an adsorbent (see, for example, Patent Document 1). Patent Literature 1 describes an adsorption apparatus that alternately performs an impurity adsorption step and a desorption (regeneration) step using two columns packed with an adsorbent. In this adsorption apparatus, when the flow rate of the inflowing gas in the adsorption process is lower than the design value, the time of the adsorption process is extended until the total flow rate of the inflow gas reaches the design value, and the regeneration process is operated as designed. It is described that, as a result, even when the flow rate of the inflowing gas is reduced, the performance of the adsorption tower can be utilized to the maximum, and the energy efficiency of impurity separation is increased.

特開昭62-176516号公報JP-A-62-176516

しかしながら、特許文献1に記載の技術によれば、流入するガスの流量が低下した場合に、吸着工程を延長し、脱離工程はそのままとしているため、脱離工程を行う吸着塔においては、待機する時間が生じる。特許文献1に記載された技術を用いて、例えば、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を分離回収する場合、脱離工程において吸着塔から二酸化炭素が出てくるため、待機している間は、二酸化炭素が出てこない。すなわち、吸着塔から出てくる二酸化炭素の濃度が変動する。 However, according to the technique described in Patent Document 1, when the flow rate of the inflowing gas is reduced, the adsorption step is extended and the desorption step is left as it is. there will be time to Using the technology described in Patent Document 1, for example, when separating and recovering carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide, carbon dioxide comes out of the adsorption tower in the desorption step, so while waiting does not emit carbon dioxide. That is, the concentration of carbon dioxide coming out of the adsorption tower fluctuates.

吸着塔によって回収された二酸化炭素を炭化水素化させる炭化水素合成装置が、吸着塔の下流に接続される場合がある。このような構成において、二酸化炭素の濃度が変動すると、炭化水素合成装置に供給される二酸化炭素が過多の場合には、炭化水素触媒の失活が生じる虞があり、一方、炭化水素合成装置に供給される水素が過多の場合には、炭化水素合成装置から得られる炭化水素の純度が低下する虞がある。 A hydrocarbon synthesizer that hydrocarbonates the carbon dioxide recovered by the adsorption tower may be connected downstream of the adsorption tower. In such a configuration, if the concentration of carbon dioxide fluctuates, the hydrocarbon catalyst may be deactivated if the amount of carbon dioxide supplied to the hydrocarbon synthesis device is excessive. If too much hydrogen is supplied, the purity of hydrocarbons obtained from the hydrocarbon synthesizing apparatus may be lowered.

そこで、二酸化炭素を含有する混合ガスから吸着塔を用いて二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置において、回収する二酸化炭素の濃度変動を抑制する技術が望まれている。 Therefore, in a carbon dioxide separation and recovery apparatus that separates and recovers carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide using an adsorption tower, a technique for suppressing fluctuations in the concentration of carbon dioxide to be recovered is desired.

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、二酸化炭素を含有する混合ガスから、吸着塔を用いて回収された二酸化炭素を含む回収ガスにおける、二酸化炭素濃度の変動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 suppresses fluctuations in carbon dioxide concentration in a recovered gas containing carbon dioxide recovered from a mixed gas containing carbon dioxide using an adsorption tower. The purpose is to provide technology to

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、少なくとも第1吸着塔と第2吸着塔とを含む複数の吸着塔を用いて、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を回収させる二酸化炭素回収制御を行う二酸化炭素回収制御装置が提供される。この二酸化炭素回収制御装置は、前記第1吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第2吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第1工程と、前記第2吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第1吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第2工程と、を繰り返し実行させる工程制御部と、前記吸着工程が実行されている前記吸着塔において、所定の予測時刻から前記吸着塔の外へ二酸化炭素が漏洩するまでの時間である破過時間を予測する破過時間予測部と、前記破過時間予測部において予測された前記破過時間に応じて、同時に実行されている脱離工程において前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御するための水素流通量を決定する水素流通量決定部と、を備え、前記工程制御部は、前記水素流通量決定部により決定された前記水素流通量になるように、前記脱離工程が実行されている前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御し、前記吸着工程が実行されている前記吸着塔における二酸化炭素の破過に関する情報である二酸化炭素破過情報を取得し、前記二酸化炭素破過情報に基づいて、二酸化炭素の破過が生じたとき、または二酸化炭素の破過が生じる直前に前記第1工程と前記第2工程とを切替える。 (1) According to one aspect of the present invention, carbon dioxide recovery control for recovering carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide using a plurality of adsorption towers including at least a first adsorption tower and a second adsorption tower. A carbon dioxide capture controller is provided that: This carbon dioxide recovery control device comprises a first step of executing an adsorption step of supplying the mixed gas to the first adsorption tower and simultaneously executing a desorption step of supplying hydrogen to the second adsorption tower; a process control unit for repeatedly performing a second step of performing an adsorption step of supplying the mixed gas to the second adsorption tower and simultaneously performing a desorption step of supplying hydrogen to the first adsorption tower; a breakthrough time prediction unit for predicting a breakthrough time, which is a time from a predetermined prediction time until carbon dioxide leaks out of the adsorption tower, in the adsorption tower in which the adsorption step is being performed; and the breakthrough time. a hydrogen flow rate determination unit that determines a hydrogen flow rate for controlling the flow rate of hydrogen to be circulated to the adsorption tower in the desorption process being simultaneously performed according to the breakthrough time predicted by the prediction unit; , wherein the process control unit controls the flow rate of hydrogen to be circulated in the adsorption tower in which the desorption step is performed so as to be the hydrogen flow rate determined by the hydrogen flow rate determination unit. Then, carbon dioxide breakthrough information, which is information on carbon dioxide breakthrough in the adsorption tower in which the adsorption step is being performed, is acquired, and based on the carbon dioxide breakthrough information, carbon dioxide breakthrough has occurred. When or just before breakthrough of carbon dioxide occurs, the first step and the second step are switched.

この構成によれば、第1工程および第2工程は、それぞれ、吸着工程において二酸化炭素が破過するか破過する直前まで行われる。そのため、第1工程および第2工程の期間は、吸着塔に供給される混合ガスの流量や、混合ガス中の二酸化炭素濃度に応じて変わる。吸着工程では、二酸化炭素が破過するか破過する直前まで、混合ガスが供給されるため、二酸化炭素の吸着量は、略満量(最大吸着量)である。これに対し、仮に、脱離工程において、水素流通量を一定にすると、脱離工程の全期間に吸着塔に供給される水素の総量が変動し、水素の過不足が生じる。しかしながら、この構成によれば、吸着工程と同時に行われている(期間が等しい)脱離工程において供給される水素流通量が、破過時間に応じて決定されるため、脱離工程の長さの変動に応じて、脱離工程の全期間に吸着塔に供給される水素の量を、適切に制御することができる。その結果、二酸化炭素を含有する混合ガスから、吸着塔を用いて回収された二酸化炭素を含む回収ガスにおける、二酸化炭素濃度の変動を抑制することができる。 According to this configuration, the first step and the second step are carried out until carbon dioxide breaks through or just before it breaks through, respectively, in the adsorption step. Therefore, the periods of the first step and the second step change according to the flow rate of the mixed gas supplied to the adsorption tower and the carbon dioxide concentration in the mixed gas. In the adsorption step, the mixed gas is supplied until the carbon dioxide breaks through or just before the carbon dioxide breaks through, so the adsorption amount of carbon dioxide is substantially full (maximum adsorption amount). On the other hand, if the flow rate of hydrogen is constant in the desorption process, the total amount of hydrogen supplied to the adsorption tower fluctuates during the entire period of the desorption process, resulting in an excess or deficiency of hydrogen. However, according to this configuration, since the flow rate of hydrogen supplied in the desorption step (having the same period) performed simultaneously with the adsorption step is determined according to the breakthrough time, the length of the desorption step , the amount of hydrogen supplied to the adsorption tower during the entire desorption step can be appropriately controlled. As a result, fluctuations in carbon dioxide concentration in the recovered gas containing carbon dioxide recovered from the mixed gas containing carbon dioxide using the adsorption tower can be suppressed.

(2)上記形態の二酸化炭素回収制御装置であって、前記破過時間予測部は、所定の時間ごとに前記破過時間を予測し、前記水素流通量決定部は、予測された前記破過時間に応じて、前記所定の時間ごとに前記水素流通量を更新し、前記所定の時間をdt、前記予測時刻をn(nは1以上の整数)、前記予測時刻nにおいて予測された前記破過時間をt(n)としたとき、前記水素流通量決定部は、予測時刻nにおいて予測された破過時間t(n)と、予測時刻(n-1)において予測された破過時間t(n-1)との関係が、第1関係の場合には、予測時刻nにおける前記水素流通量を、予測時刻(n-1)における前記水素流通量より減少させ、第2関係の場合には、予測時刻nにおける前記水素流通量を、予測時刻(n-1)における前記水素流通量より増加させ、第3関係の場合には、予測時刻nにおける前記水素流通量を、予測時刻(n-1)における前記水素流通量と同一にし、前記第1関係は、t(n-1)<t(n)+dtであり、前記第2関係は、t(n-1)>t(n)+dtであり、前記第3関係は、t(n-1)=t(n)+dtであってもよい。 (2) In the carbon dioxide recovery control device of the above aspect, the breakthrough time prediction unit predicts the breakthrough time every predetermined time, and the hydrogen flow rate determination unit predicts the predicted breakthrough According to time, the hydrogen flow rate is updated every predetermined time, the predetermined time is dt, the predicted time is n (n is an integer of 1 or more), and the failure predicted at the predicted time n Assuming that the elapsed time is t(n), the hydrogen flow rate determining unit determines the predicted breakthrough time t(n) at the predicted time n and the predicted breakthrough time t at the predicted time (n−1). If the relationship with (n-1) is the first relationship, the hydrogen flow rate at the predicted time n is reduced from the hydrogen flow rate at the predicted time (n-1), and if the relationship is the second relationship increases the hydrogen flow rate at predicted time n from the hydrogen flow rate at predicted time (n-1), and in the case of the third relationship, increases the hydrogen flow rate at predicted time n by predicted time (n -1), the first relationship is t (n-1) < t (n) + dt, and the second relationship is t (n-1) > t (n) +dt, and the third relation may be t(n−1)=t(n)+dt.

この構成によれば、1つの吸着工程の中で、時々刻々と破過時間が予測され、破過時間に応じて、時々刻々と水素流通量が更新される。そのため、より精度よく水素流通量を変更することができる。また、現予測時刻と1時刻前の予測時刻においてそれぞれ予測された破過時間の関係が第1関係の場合は、1時刻前の予測時刻において予測された吸着工程の長さより現時刻において予測された吸着工程の長さが長い場合であるため、水素流通量を低下させることにより、脱離工程において供給される水素の総量を適切にすることができる。現予測時刻と1時刻前の予測時刻においてそれぞれ予測された破過時間の関係が第2関係の場合は、1時刻前の予測時刻において予測された吸着工程の長さより現時刻において予測された吸着工程の長さが短い場合であるため、水素流通量を増加させることにより、脱離工程において供給される水素の総量を適切にすることができる。現予測時刻と1時刻前の予測時刻においてそれぞれ予測された破過時間の関係が第3関係の場合は、1時刻前の予測時刻において予測された吸着工程の長さと現時刻において予測された吸着工程の長さが等しい(変わらない)場合であるため、水素流通量を維持することにより、脱離工程において供給される水素の総量を適切にすることができる。すなわち、このように水素流通量を更新することにより、水素の供給量をより精度よく適切にすることができ、回収ガスにおける二酸化炭素濃度の変動をより抑制することができる。 According to this configuration, the breakthrough time is predicted moment by moment in one adsorption step, and the flow rate of hydrogen is updated moment by moment according to the breakthrough time. Therefore, it is possible to change the flow rate of hydrogen with higher accuracy. Further, when the relationship between the breakthrough time predicted at the current prediction time and the prediction time one hour before is the first relation, the length of the adsorption process predicted at the prediction time one hour before is predicted at the current time. Since the length of the adsorption step is long, the total amount of hydrogen supplied in the desorption step can be made appropriate by reducing the flow rate of hydrogen. When the relationship between the breakthrough times predicted at the current prediction time and the prediction time one hour earlier is the second relation, the length of the adsorption process predicted at the prediction time one hour earlier is compared with the length of the adsorption process predicted at the current time. Since the length of the process is short, the total amount of hydrogen supplied in the desorption process can be made appropriate by increasing the flow rate of hydrogen. When the relationship between the breakthrough times predicted at the current prediction time and the prediction time one hour earlier is the third relation, the length of the adsorption process predicted at the prediction time one hour earlier and the adsorption predicted at the current time Since the length of the process is equal (unchangeable), the total amount of hydrogen supplied in the desorption process can be made appropriate by maintaining the flow rate of hydrogen. That is, by updating the flow rate of hydrogen in this manner, the supply rate of hydrogen can be made more accurate and appropriate, and fluctuations in the concentration of carbon dioxide in the recovered gas can be further suppressed.

(3)上記形態の二酸化炭素回収制御装置であって、前記水素流通量決定部は、前記脱離工程が開始してから前記予測時刻までに前記吸着塔に流通した水素量と、前記脱離工程の全期間の間に前記吸着塔に流通可能な水素総量と、を取得し、前記予測時刻以降に前記脱離工程中の前記吸着塔に流通させる水素流通量を、下記式(1)により決定してもよい。
mf(n)=(ma-mp)/t(n)… (1)
但し、mf(n):予測時刻n以降に脱離工程中の吸着塔に流通させる水素流通量、mp:脱離工程が開始してから予測時刻nまでに吸着塔に流通した水素量、ma:脱離工程の全期間の間に吸着塔に流通可能な水素総量、t(n):予測時刻nにおいて予測された破過時間
(3) In the carbon dioxide recovery control device of the above aspect, the hydrogen flow amount determination unit determines the amount of hydrogen that has flowed through the adsorption tower from the start of the desorption step to the prediction time, and the desorption The total amount of hydrogen that can be circulated in the adsorption tower during the entire period of the process is obtained, and the hydrogen circulation amount that is circulated in the adsorption tower during the desorption process after the prediction time is calculated by the following formula (1). may decide.
mf(n)=(ma−mp)/t(n) (1)
However, mf(n): the amount of hydrogen flowing through the adsorption tower during the desorption process after the predicted time n, mp: the amount of hydrogen flowing through the adsorption tower from the start of the desorption process to the predicted time n, ma : Total amount of hydrogen that can flow through the adsorption tower during the entire period of the desorption process, t(n): Predicted breakthrough time at predicted time n

この構成によれば、脱離工程中の吸着塔に、現に供給された水素量を用いて、残余の脱離工程における水素流通量を決定するため、適切な水素流通量の算出精度を向上させることができる。 According to this configuration, the amount of hydrogen actually supplied to the adsorption tower during the desorption process is used to determine the hydrogen flow rate in the remaining desorption process, so the calculation accuracy of the appropriate hydrogen flow rate is improved. be able to.

(4)上記形態の二酸化炭素回収制御装置であって、前記破過時間予測部は、前記吸着工程において、前記予測時刻までに前記吸着塔に流入した前記混合ガスの総量と、前記吸着工程において処理可能な混合ガス量と、前記混合ガスの供給源毎に予め定められた前記混合ガスの流量である定格混合ガス流量と、を取得し、下記式(2)により、前記破過時間を予測してもよい。
t(n)=(qc-q(n))/qf … (2)
但し、t(n):予測時刻nにおいて予測される破過時間 qc:吸着工程において処理可能な混合ガス量 q(n):予測時刻nまでに流入した混合ガスの総量 qf:定格混合ガス流量
この構成によれば、破過時間を容易に予測することができる。
(4) In the carbon dioxide recovery control device of the above aspect, the breakthrough time prediction unit predicts, in the adsorption step, the total amount of the mixed gas that has flowed into the adsorption tower by the prediction time, and Acquire the amount of mixed gas that can be processed and the rated mixed gas flow rate that is the flow rate of the mixed gas predetermined for each supply source of the mixed gas, and predict the breakthrough time by the following formula (2) You may
t(n)=(qc−q(n))/qf (2)
However, t(n): breakthrough time predicted at predicted time n qc: mixed gas amount that can be processed in the adsorption step q(n): total amount of mixed gas that has flowed up to predicted time n qf: rated mixed gas flow rate With this configuration, the breakthrough time can be easily predicted.

(5)上記形態の二酸化炭素回収制御装置であって、前記破過時間予測部は、前記吸着塔に流入する前記混合ガスの流量と、前記混合ガスの温度と、前記混合ガス中の二酸化炭素の濃度と、を取得し、前記吸着工程において、前記予測時刻までに流入した二酸化炭素の総量を、前記混合ガスの流量と、前記混合ガス中の二酸化炭素の濃度と、を用いて算出し、前記吸着工程における二酸化炭素の飽和吸着量を、前記予測時刻の前記混合ガスの温度と、前記混合ガス中の二酸化炭素の濃度と、を用いて算出し、前記混合ガスの供給源毎に予め定められた前記二酸化炭素の流量である定格二酸化炭素流量と、を取得し、下記式(3)により、前記破過時間を予測してもよい。
t(n)=(Ca-C(n))/Cf … (3)
但し、t(n):予測時刻nにおいて予測される破過時間 Ca:二酸化炭素の飽和吸着量 C(n):予測時刻nまでに流入した二酸化炭素の総量 Cf:定格二酸化炭素流量
(5) In the carbon dioxide recovery control device of the above aspect, the breakthrough time predicting unit includes the flow rate of the mixed gas flowing into the adsorption tower, the temperature of the mixed gas, and carbon dioxide in the mixed gas. obtaining the concentration of and, in the adsorption step, calculating the total amount of carbon dioxide that has flowed in by the prediction time using the flow rate of the mixed gas and the concentration of carbon dioxide in the mixed gas, The saturated adsorption amount of carbon dioxide in the adsorption step is calculated using the temperature of the mixed gas at the predicted time and the concentration of carbon dioxide in the mixed gas, and is predetermined for each supply source of the mixed gas. A rated carbon dioxide flow rate, which is the flow rate of the carbon dioxide obtained, may be obtained, and the breakthrough time may be predicted by the following formula (3).
t(n)=(Ca−C(n))/Cf (3)
However, t(n): Breakthrough time predicted at predicted time n Ca: Saturated adsorption amount of carbon dioxide C(n): Total amount of carbon dioxide that has flowed up to predicted time n Cf: Rated carbon dioxide flow rate

この構成によれば、混合ガスの温度や混合ガス中の二酸化炭素濃度に応じて変動する二酸化炭素の飽和吸着量を用いて破過時間を予測することができるため、破過時間の予測精度を向上させることができる。 According to this configuration, the breakthrough time can be predicted using the saturated adsorption amount of carbon dioxide, which varies according to the temperature of the mixed gas and the carbon dioxide concentration in the mixed gas. can be improved.

(6)本発明の他の形態によれば、二酸化炭素回収装置が提供される。この二酸化炭素回収装置は、上記形態の二酸化炭素回収制御装置と、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を分離可能な吸着塔であって、少なくとも第1吸着塔と第2吸着塔とを含む複数の吸着塔と、前記複数の吸着塔に前記混合ガスを供給可能な混合ガス供給部と、前記複数の吸着塔に水素を供給可能な水素供給部と、を備える。
この構成によれば、二酸化炭素を含有する混合ガスから、吸着塔を用いて回収された二酸化炭素を含む回収ガスにおける、二酸化炭素濃度の変動を抑制することができる。
(6) According to another aspect of the present invention, a carbon dioxide capture device is provided. This carbon dioxide recovery device includes the carbon dioxide recovery control device of the above-described form, and an adsorption tower capable of separating carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide, and includes at least a first adsorption tower and a second adsorption tower. A plurality of adsorption towers, a mixed gas supply section capable of supplying the mixed gas to the plurality of adsorption towers, and a hydrogen supply section capable of supplying hydrogen to the plurality of adsorption towers.
According to this configuration, it is possible to suppress variation in carbon dioxide concentration in the recovered gas containing carbon dioxide recovered from the mixed gas containing carbon dioxide using the adsorption tower.

(7)本発明の他の形態によれば、炭化水素製造装置が提供される。この炭化水素製造装置は、上記形態の二酸化炭素回収装置と、内部に炭化水素化触媒を有し、前記二酸化炭素回収装置から流出する二酸化炭素と水素とを含む回収ガスを用いて、炭化水素化合物を生成する炭化水素生成部と、を備える。
この構成によれば、二酸化炭素を含有する混合ガスから、吸着塔を用いて回収された二酸化炭素を含む回収ガスにおける、二酸化炭素濃度の変動を抑制することができるため、炭化水素生成部の炭化水素化触媒の失活を抑制することができる。また、炭化水素生成部によって生成されるガスのメタン純度を向上させることができる。
(7) According to another aspect of the present invention, a hydrocarbon production apparatus is provided. This hydrocarbon production device has a carbon dioxide recovery device of the above-described form and a hydrocarbonation catalyst inside, and uses a recovered gas containing carbon dioxide and hydrogen flowing out of the carbon dioxide recovery device to produce a hydrocarbon compound and a hydrocarbon production section that produces
According to this configuration, it is possible to suppress the fluctuation of the concentration of carbon dioxide in the recovery gas containing carbon dioxide recovered using the adsorption tower from the mixed gas containing carbon dioxide, so that the carbonization of the hydrocarbon generation unit Deactivation of the hydrogenation catalyst can be suppressed. Also, the methane purity of the gas produced by the hydrocarbon production section 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、二酸化炭素回収方法、二酸化炭素回収装置を制御するためのプログラム、二酸化炭素回収システム、炭化水素製造システム、メタン製造システム、これら装置やシステムを制御する方法、これら装置やシステムを制御するためのプログラム、これらプログラムを配布するためのサーバ装置、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。 It should be noted that the present invention can be implemented in various aspects, including, for example, a carbon dioxide recovery method, a program for controlling a carbon dioxide recovery device, a carbon dioxide recovery system, a hydrocarbon production system, a methane production system, It can be implemented in the form of methods for controlling these devices and systems, programs for controlling these devices and systems, server devices for distributing these programs, non-temporary storage media storing programs, and the like.

第1実施形態の炭化水素製造装置の概略構成を示す説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing which shows schematic structure of the hydrocarbon production apparatus of 1st Embodiment. 二酸化炭素回収装置における吸着塔の切替タイミングの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of switching timing of adsorption towers in the carbon dioxide recovery device. 二酸化炭素回収制御の第1工程の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the first step of carbon dioxide recovery control; 二酸化炭素回収制御の第2工程の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a second step of carbon dioxide recovery control; 二酸化炭素回収制御のフローチャートである。4 is a flowchart of carbon dioxide recovery control; 破過時間予測処理の流れを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a flow of breakthrough time prediction processing; 破過時間予測処理を説明するための説明図である。It is an explanatory view for explaining breakthrough time prediction processing. 水素流通量決定処理の流れを示すフローチャートである。4 is a flow chart showing the flow of hydrogen distribution amount determination processing. 破過時間(n)と、水素流通量(n)との関係の一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between breakthrough time (n) and hydrogen flow rate (n); 第2実施形態の炭化水素製造装置の概略構成を示す説明図である。It is an explanatory view showing a schematic structure of a hydrocarbon production device of a second embodiment. 第2実施形態における破過時間予測処理の流れを示すフローチャートである。9 is a flow chart showing the flow of breakthrough time prediction processing in the second embodiment.

<第1実施形態>
図1は、第1実施形態の炭化水素製造装置100の概略構成を示す説明図である。炭化水素製造装置100は、二酸化炭素(CO2)と水素(H2)との混合ガスを用いて、炭化水素化合物を製造する装置であり、二酸化炭素回収装置200と炭化水素生成部60と、を備える。詳しくは、炭化水素製造装置100は、二酸化炭素回収装置200において、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を回収し、回収された二酸化炭素を用いて、炭化水素を生成する。本実施形態では、炭化水素としてメタン(CH4)を生成する例を示すが、メタン(CH4)以外の炭化水素化合物、例えば、エタンやプロパンなどの炭素と水素とから構成される化合物やメタノールなどの主に炭素と水素とから構成される化合物を生成してもよい。
<First Embodiment>
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hydrocarbon production apparatus 100 of the first embodiment. The hydrocarbon production device 100 is a device for producing hydrocarbon compounds using a mixed gas of carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ), and includes a carbon dioxide recovery device 200, a hydrocarbon production unit 60, Prepare. Specifically, in the carbon dioxide recovery device 200, the hydrocarbon production device 100 recovers carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide, and uses the recovered carbon dioxide to produce hydrocarbons. In this embodiment, an example of producing methane (CH 4 ) as a hydrocarbon is shown, but hydrocarbon compounds other than methane (CH 4 ), for example, compounds composed of carbon and hydrogen such as ethane and propane, and methanol may produce compounds composed primarily of carbon and hydrogen, such as

炭化水素生成部60は、内部に炭化水素化触媒を有し、二酸化炭素回収装置200から供給される回収ガス(二酸化炭素と水素を含む)と、外部の水素供給源から供給される水素と、を用いて、メタンを生成し、メタンを主成分とするガス(以下、「製品ガス」とも呼ぶ)を外部に供給可能に構成されている。炭化水素生成部60は、回収ガス流路72を介して二酸化炭素回収装置200と接続されると共に、水素流路62を介して外部の水素供給源と接続されている。水素流路62には、水素流路62を流れる水素の流量を調整する流量制御器62aが設けられている。流量制御器62aにおける水素流量は、予め設定されている。また、炭化水素生成部60は、製品ガス流路63と接続されている。例えば、製品ガス流路63の他端に貯留タンクを接続することにより、製品ガスを、貯留タンクに貯留することができる。本実施形態では、後述するように、二酸化炭素回収装置200において、回収ガスの流量および濃度の変動を抑制することができるため、炭化水素生成部60は高いメタン純度の製品ガスを外部に供給することができる。 The hydrocarbon generation unit 60 has a hydrocarbonation catalyst inside, and is composed of a recovery gas (including carbon dioxide and hydrogen) supplied from the carbon dioxide recovery device 200, hydrogen supplied from an external hydrogen supply source, is used to generate methane, and a gas containing methane as a main component (hereinafter also referred to as "product gas") can be supplied to the outside. The hydrocarbon generator 60 is connected to the carbon dioxide recovery device 200 via the recovered gas flow path 72 and is connected to an external hydrogen supply source via the hydrogen flow path 62 . The hydrogen channel 62 is provided with a flow rate controller 62 a that adjusts the flow rate of hydrogen flowing through the hydrogen channel 62 . A hydrogen flow rate in the flow controller 62a is set in advance. Further, the hydrocarbon generation section 60 is connected to the product gas flow path 63 . For example, by connecting a storage tank to the other end of the product gas flow path 63, the product gas can be stored in the storage tank. In this embodiment, as will be described later, in the carbon dioxide recovery device 200, fluctuations in the flow rate and concentration of the recovered gas can be suppressed, so the hydrocarbon generation unit 60 supplies the product gas with high methane purity to the outside. be able to.

二酸化炭素回収装置200は、二酸化炭素を含む混合ガスから吸着塔を用いて二酸化炭素を回収する。本実施形態では、二酸化炭素を含む混合ガスとして、燃焼炉や内燃機関などから排出される排ガスを例示する。二酸化炭素回収装置200は、複数の吸着塔(第1吸着塔11および第2吸着塔12)と、排ガス流路20と、オフガス流路25と、水素流路30と、回収ガス流路40と、回収ガスタンク70と、二酸化炭素回収制御装置50と、を備える。以下の説明において、第1吸着塔11と第2吸着塔12とを区別しない場合は、単に、吸着塔10とも呼ぶ。二酸化炭素回収装置200では、吸着塔10に吸着された二酸化炭素を、パージガスとしての水素を用いて脱離させる。 The carbon dioxide recovery device 200 recovers carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide using an adsorption tower. In this embodiment, exhaust gas discharged from a combustion furnace, an internal combustion engine, or the like is exemplified as a mixed gas containing carbon dioxide. The carbon dioxide recovery device 200 includes a plurality of adsorption towers (first adsorption tower 11 and second adsorption tower 12), an exhaust gas flow channel 20, an offgas flow channel 25, a hydrogen flow channel 30, and a recovered gas flow channel 40. , a recovery gas tank 70 and a carbon dioxide recovery control device 50 . In the following description, when the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12 are not distinguished, they are simply called the adsorption tower 10 . In the carbon dioxide recovery device 200, carbon dioxide adsorbed in the adsorption tower 10 is desorbed using hydrogen as a purge gas.

第1吸着塔11、第2吸着塔12は、それぞれ、筒状に形成され、それぞれの内部に吸着材11a、12aが収容されている。吸着材11a、12aは、二酸化炭素吸蔵性能を有する材料、例えば、ゼオライト、活性炭、シリカゲルなどである。第1吸着塔11、第2吸着塔12のそれぞれには、排ガス流路20と、水素流路30と、回収ガス流路40が接続されている。 The 1st adsorption tower 11 and the 2nd adsorption tower 12 are formed in cylinder shape, respectively, and adsorbents 11a and 12a are stored in each inside. The adsorbents 11a and 12a are materials having carbon dioxide storage performance, such as zeolite, activated carbon, and silica gel. An exhaust gas channel 20 , a hydrogen channel 30 , and a recovered gas channel 40 are connected to each of the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12 .

排ガス流路20は、燃焼炉や内燃機関などの、二酸化炭素を含む排ガスを排出する外部の排ガス供給装置に接続されており、排ガス供給装置が排出する排ガスが流れる。排ガス流路20を流れる排ガスは、排ガス分流路21、22を介して、第1吸着塔11、第2吸着塔12に供給される。排ガス分流路21、22には、排ガス入口弁21a、22aがそれぞれ設けられている。排ガス入口弁21a、22aのそれぞれは、後述する二酸化炭素回収制御装置50の指令に応じて、第1吸着塔11、第2吸着塔12の内部への排ガスの供給を制御する。本実施形態において、二酸化炭素を含む混合ガスとして、排ガスを例示しているが、二酸化炭素を含む混合ガスは、排ガスでなくてもよい。本実施形態における排ガス流路20、排ガス分流路21、22、排ガス入口弁21a、22aを併せて、「混合ガス供給部」とも呼ぶ。 The exhaust gas passage 20 is connected to an external exhaust gas supply device for discharging exhaust gas containing carbon dioxide, such as a combustion furnace or an internal combustion engine, and the exhaust gas discharged by the exhaust gas supply device flows. The exhaust gas flowing through the exhaust gas channel 20 is supplied to the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12 via the exhaust gas branch channels 21 and 22 . Exhaust gas inlet valves 21a and 22a are provided in the exhaust gas branch passages 21 and 22, respectively. Each of the flue gas inlet valves 21a and 22a controls the supply of flue gas into the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12 according to commands from the carbon dioxide recovery control device 50, which will be described later. In this embodiment, exhaust gas is exemplified as the mixed gas containing carbon dioxide, but the mixed gas containing carbon dioxide may not be exhaust gas. The exhaust gas passage 20, the exhaust gas branch passages 21 and 22, and the exhaust gas inlet valves 21a and 22a in this embodiment are collectively referred to as a "mixed gas supply section".

オフガス流路25はオフガス分流路23を介して第1吸着塔11に接続され、オフガス分流路24を介して第2吸着塔12に接続されている。排ガスに含まれる二酸化炭素が吸着材にトラップされ、吸着材にトラップされなかった窒素などを含むオフガスが、オフガス流路25を流れる。オフガスは、二酸化炭素回収装置200の外部、例えば、大気に放出される。オフガス流路25は三方弁25aを介してオフガス分流路23、24と接続されており、後述する二酸化炭素回収制御装置50の指令に応じて、第1吸着塔11、第2吸着塔12からのオフガスの排出を制御する。 The offgas channel 25 is connected to the first adsorption tower 11 via the offgas branch channel 23 and is connected to the second adsorption tower 12 via the offgas branch channel 24 . Carbon dioxide contained in the exhaust gas is trapped by the adsorbent, and offgas containing nitrogen and the like that is not trapped by the adsorbent flows through the offgas channel 25 . The off-gas is released outside the carbon dioxide capture device 200, for example, to the atmosphere. The offgas channel 25 is connected to the offgas branch channels 23 and 24 via a three-way valve 25a, and the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12 are discharged in accordance with a command from the carbon dioxide recovery control device 50, which will be described later. Control off-gas emissions.

オフガス分流路23およびオフガス分流路24には、それぞれ、温度センサ84、85が設けられている。温度センサ84、85は、それぞれ、第1吸着塔11、第2吸着塔12から排出されるオフガスの温度を検出し、検出結果を二酸化炭素回収制御装置50へ出力する。 Temperature sensors 84 and 85 are provided in the offgas branch channel 23 and the offgas branch channel 24, respectively. The temperature sensors 84 and 85 detect the temperature of the offgas discharged from the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12, respectively, and output the detection results to the carbon dioxide recovery control device 50.

水素流路30は、第1吸着塔11、第2吸着塔12の内部に、パージガスとしての水素を供給する外部の水素供給源に接続している。水素流路30には、二酸化炭素回収制御装置50の指令に応じて、水素流路30を流れる水素の流量を調整する流量制御器30aが設けられている。水素流路30を流れる水素は、水素分流路31、32を介して、第1吸着塔11、第2吸着塔12に供給される。水素分流路31、32には、水素入口弁31a、32aが、それぞれ設けられている。水素入口弁31a、32aのそれぞれは、二酸化炭素回収制御装置50の指令に応じて、第1吸着塔11、第2吸着塔12の内部への水素の流れを制御する。本実施形態における水素流路30、流量制御器30a、水素分流路31、32、水素入口弁31a、32aを併せて、「水素供給部」とも呼ぶ。 The hydrogen channel 30 is connected to an external hydrogen supply source that supplies hydrogen as a purge gas to the insides of the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12 . The hydrogen flow path 30 is provided with a flow rate controller 30 a that adjusts the flow rate of hydrogen flowing through the hydrogen flow path 30 according to a command from the carbon dioxide recovery control device 50 . Hydrogen flowing through the hydrogen channel 30 is supplied to the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12 via hydrogen branch channels 31 and 32 . Hydrogen inlet valves 31a and 32a are provided in the hydrogen branch passages 31 and 32, respectively. Each of the hydrogen inlet valves 31 a and 32 a controls the flow of hydrogen into the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12 according to commands from the carbon dioxide recovery control device 50 . The hydrogen flow path 30, the flow controller 30a, the hydrogen branch flow paths 31 and 32, and the hydrogen inlet valves 31a and 32a in this embodiment are collectively referred to as a "hydrogen supply unit".

回収ガス流路40は、回収ガス分流路41、42を介して、第1吸着塔11、第2吸着塔12のそれぞれに接続されている。回収ガス流路40には、吸着材11a、12aから脱離した二酸化炭素と、パージガスとして第1吸着塔11、第2吸着塔12に供給された水素と、の混合ガスである回収ガスが流れる。回収ガス分流路41、42には、回収ガス出口弁41a、42aが設けられている。回収ガス出口弁41a、42aのそれぞれは、二酸化炭素回収制御装置50の指令に応じて、第1吸着塔11、第2吸着塔12からの回収ガスの流れを制御する。 The recovered gas channel 40 is connected to the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12 via recovered gas branch channels 41 and 42, respectively. A recovered gas, which is a mixed gas of carbon dioxide desorbed from the adsorbents 11a and 12a and hydrogen supplied to the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12 as a purge gas, flows through the recovered gas flow path 40. . The collected gas branch passages 41 and 42 are provided with collected gas outlet valves 41a and 42a. The collected gas outlet valves 41a and 42a respectively control the flows of the collected gas from the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12 according to commands from the carbon dioxide recovery control device 50 .

回収ガスタンク70は、回収ガス流路40に接続されており、回収ガス流路40を流れる回収ガスを一時的に貯留する。また、回収ガスタンク70は、回収ガス流路72を介して炭化水素生成部60と接続されており、回収ガスを炭化水素生成部60に供給する。 The collected gas tank 70 is connected to the collected gas flow path 40 and temporarily stores the collected gas flowing through the collected gas flow path 40 . The collected gas tank 70 is also connected to the hydrocarbon generating section 60 via a collected gas flow path 72 and supplies the collected gas to the hydrocarbon generating section 60 .

流量計81は、排ガス流路20において、排ガス分流路21が接続する位置より上流側の位置に設けられている。流量計81は、排ガス流路20を流れる排ガスの流量を検出する。流量計81は、検出した排ガス流量を二酸化炭素回収制御装置50に出力する。 The flow meter 81 is provided in the exhaust gas flow path 20 at a position on the upstream side of the position where the exhaust gas branch flow path 21 is connected. The flow meter 81 detects the flow rate of exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 20 . The flow meter 81 outputs the detected flue gas flow rate to the carbon dioxide recovery control device 50 .

二酸化炭素回収制御装置50は、ROM、RAM、および、CPUを含んで構成されるコンピュータ(情報処理装置)であり、後述する工程制御部における第1吸着塔11および第2吸着塔12の切替えや、弁の開閉制御など、二酸化炭素回収装置200の全体の制御を行う。また、二酸化炭素回収制御装置50は、吸着塔10に供給する水素の流量を決定する(後述する)。 The carbon dioxide recovery control device 50 is a computer (information processing device) including a ROM, a RAM, and a CPU. , and controls the entire carbon dioxide capture device 200, such as valve opening/closing control. In addition, the carbon dioxide recovery control device 50 determines the flow rate of hydrogen to be supplied to the adsorption tower 10 (described later).

二酸化炭素回収制御装置50は、工程制御部51と、破過時間予測部52と、水素流通量決定部53と、記憶部54と、を備える。 The carbon dioxide recovery control device 50 includes a process control section 51 , a breakthrough time prediction section 52 , a hydrogen flow rate determination section 53 and a storage section 54 .

二酸化炭素回収制御装置50は、第1吸着塔11に排ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、第2吸着塔12に水素を供給させる脱離工程を実行させる第1工程と、第2吸着塔12に排ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、第1吸着塔11に水素を供給させる脱離工程を実行させる第2工程と、を繰り返し実行させる二酸化炭素回収制御を実行する。各吸着塔10では、吸着工程と脱離工程とが交互に繰り返し行われ、これにより、排ガスから二酸化炭素が回収される。二酸化炭素回収制御装置50は、吸着工程が行われている吸着塔10における二酸化炭素の破過と連動して工程を切替える(後に詳述する)。本実施形態において、吸着工程は、吸着塔10に対して排ガスを供給する工程であり、脱離工程は、吸着塔10に対して水素を供給する工程である。 The carbon dioxide recovery control device 50 causes the first adsorption tower 11 to perform an adsorption step of supplying exhaust gas, and at the same time, a first step of performing a desorption step of supplying hydrogen to the second adsorption tower 12, and a second adsorption. Carbon dioxide recovery control is executed to repeatedly perform the adsorption step of supplying exhaust gas to the tower 12 and the second step of performing the desorption step of supplying hydrogen to the first adsorption tower 11 at the same time. In each adsorption tower 10, an adsorption step and a desorption step are alternately repeated, thereby recovering carbon dioxide from the exhaust gas. The carbon dioxide recovery control device 50 switches the process in conjunction with breakthrough of carbon dioxide in the adsorption tower 10 in which the adsorption process is being performed (described later in detail). In the present embodiment, the adsorption step is a step of supplying exhaust gas to the adsorption tower 10 and the desorption step is a step of supplying hydrogen to the adsorption tower 10 .

工程制御部51は、破過時間予測部52及び水素流通量決定部53と協働して、後述する二酸化炭素回収制御を実行する。工程制御部51は、上述した排ガス入口弁21a、22a、三方弁25a、流量制御器30a、水素入口弁31a、32a、回収ガス出口弁41a、42aを制御することにより、吸着塔10において、吸着工程と脱離工程とを繰り返し実行させる。 The process control unit 51 cooperates with the breakthrough time prediction unit 52 and the hydrogen flow rate determination unit 53 to execute carbon dioxide recovery control, which will be described later. The process control unit 51 controls the exhaust gas inlet valves 21a and 22a, the three-way valve 25a, the flow rate controller 30a, the hydrogen inlet valves 31a and 32a, and the collected gas outlet valves 41a and 42a described above, so that the adsorption in the adsorption tower 10 The step and the desorption step are repeatedly performed.

破過時間予測部52は、吸着工程が実行されている吸着塔10において、所定の予測時刻から吸着塔10の外へ二酸化炭素が漏洩するまでの時間である破過時間を予測する。本実施形態において、破過時間予測部52は、排ガス流路20に設けられた流量計81により計測された排ガス流量を取得し、吸着塔が分離可能な排ガス総流量をもとに残りの吸着可能期間(破過するまでの時間)を算出する(後に詳述する)。本実施形態において、破過時間予測部52は、吸着工程が実行されている間に、複数回、破過時間を予測する。すなわち、破過時間を予測する時刻である予測時刻は、所定の間隔で設定されている。 The breakthrough time prediction unit 52 predicts the breakthrough time, which is the time from a predetermined prediction time until carbon dioxide leaks out of the adsorption tower 10 in the adsorption tower 10 in which the adsorption step is being performed. In this embodiment, the breakthrough time prediction unit 52 acquires the exhaust gas flow rate measured by the flow meter 81 provided in the exhaust gas flow path 20, and based on the total flow rate of the exhaust gas that can be separated by the adsorption tower, the remaining adsorption Calculate the possible period (time until breakthrough) (described in detail later). In the present embodiment, the breakthrough time prediction unit 52 predicts the breakthrough time multiple times while the adsorption step is being performed. That is, the prediction time, which is the time at which the breakthrough time is predicted, is set at predetermined intervals.

水素流通量決定部53は、破過時間予測部52において予測された破過時間に応じて、破過時間が予測された吸着工程と同時に実行されている脱離工程において吸着塔10に流通させる水素の流通量を制御するための水素流通量を決定する(後に詳述する)。 According to the breakthrough time predicted by the breakthrough time prediction unit 52, the hydrogen distribution amount determination unit 53 distributes hydrogen to the adsorption tower 10 in the desorption step being performed simultaneously with the adsorption step for which the breakthrough time is predicted. A hydrogen distribution rate is determined for controlling the hydrogen distribution rate (described in detail later).

記憶部54には、定格排ガス流量55と、処理可能排ガス量56と、が記憶されている。定格排ガス流量55は、排ガスの供給源毎に予め定められた排ガスの流量であり、炭化水素製造装置100に接続される排ガス供給装置固有の値が、予め、使用者等により入力されている。処理可能排ガス量56は、吸着塔10が処理可能な排ガスの総量であって、例えば、吸着塔10の容量、吸着材の種類、吸着材の充填率等に応じて、吸着塔10毎に予め定められている。処理可能排ガス量56は、定格排ガス流量55と同様に、使用者により入力されてもよいし、炭化水素製造装置100の製造時に、予め、記憶されていてもよい。 The storage unit 54 stores a rated exhaust gas flow rate 55 and a treatable exhaust gas amount 56 . The rated exhaust gas flow rate 55 is a predetermined exhaust gas flow rate for each exhaust gas supply source, and a value unique to the exhaust gas supply device connected to the hydrocarbon production device 100 is input in advance by the user or the like. The processable exhaust gas amount 56 is the total amount of exhaust gas that can be processed by the adsorption tower 10. For example, depending on the capacity of the adsorption tower 10, the type of adsorbent, the packing rate of the adsorbent, etc., It is defined. Like the rated exhaust gas flow rate 55, the treatable exhaust gas amount 56 may be input by the user, or may be stored in advance when the hydrocarbon production apparatus 100 is manufactured.

図2は、本実施形態の二酸化炭素回収装置200における吸着塔10の切替タイミングの説明図である。本実施形態の二酸化炭素回収制御では、図示するように、第1工程および第2工程を1サイクルとして、このサイクルが、複数回繰り返される。各工程では、吸着工程および脱離工程(水素供給)のそれぞれが、2つの吸着塔(第1吸着塔11および第2吸着塔12)のいずれかにおいて実行される。具体的には、第1工程では、第1吸着塔11において吸着工程が実行され、第2吸着塔12において脱離工程が実行される。第2工程では、第1吸着塔11において脱離工程が実行され、第2吸着塔12において吸着工程が実行される。本実施形態の二酸化炭素回収装置200では、このようにして、一方の吸着塔10において排ガス中の二酸化炭素を吸着すると同時に、他方の吸着塔10において、吸着された二酸化炭素を脱離する。これにより、定常的に、二酸化炭素含有ガス(排ガス)を供給することが可能である。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the switching timing of the adsorption tower 10 in the carbon dioxide recovery device 200 of this embodiment. In the carbon dioxide recovery control of this embodiment, as shown in the figure, the first step and the second step constitute one cycle, and this cycle is repeated multiple times. In each step, each of the adsorption step and the desorption step (hydrogen supply) is performed in either of the two adsorption towers (first adsorption tower 11 and second adsorption tower 12). Specifically, in the first step, an adsorption step is performed in the first adsorption tower 11 and a desorption step is performed in the second adsorption tower 12 . In the second step, a desorption step is performed in the first adsorption tower 11 and an adsorption step is performed in the second adsorption tower 12 . In the carbon dioxide recovery device 200 of the present embodiment, in this way, one adsorption tower 10 adsorbs carbon dioxide in the exhaust gas, and the other adsorption tower 10 desorbs the adsorbed carbon dioxide. Thereby, it is possible to steadily supply the carbon dioxide-containing gas (exhaust gas).

1つの吸着塔10に注目すると、吸着工程と脱離工程が繰り返し行われる。図2では、繰り返し行われる工程の通し番号Nを、0から順に記載している。以下に、第1吸着塔11を例に、説明する。吸着工程では、第1吸着塔11に排ガスが供給される(第1工程)。第1吸着塔11において二酸化炭素が破過する直前に、脱離工程(第2工程)に移行する。脱離工程では、第1吸着塔11にパージガスとしての水素が供給される。第1吸着塔11にパージガスとしての水素が供給されると、第1吸着塔11の内部の二酸化炭素の分圧が低下するため、吸着材11aに吸着されている二酸化炭素が吸着材11aから脱離する。第2工程において第2吸着塔12で二酸化炭素が破過する直前に、第1吸着塔11は吸着工程(第1工程)に移行する。 Focusing on one adsorption tower 10, an adsorption step and a desorption step are repeatedly performed. In FIG. 2, the serial numbers N of the steps that are repeated are listed in order from 0. In FIG. The first adsorption tower 11 will be described below as an example. In the adsorption step, exhaust gas is supplied to the first adsorption tower 11 (first step). Immediately before carbon dioxide breaks through in the first adsorption tower 11, the process shifts to the desorption step (second step). In the desorption step, hydrogen as a purge gas is supplied to the first adsorption tower 11 . When hydrogen as a purge gas is supplied to the first adsorption tower 11, the partial pressure of carbon dioxide inside the first adsorption tower 11 decreases, so that the carbon dioxide adsorbed on the adsorbent 11a is desorbed from the adsorbent 11a. release. Immediately before carbon dioxide breaks through the second adsorption tower 12 in the second step, the first adsorption tower 11 shifts to the adsorption step (first step).

このように、本実施形態の二酸化炭素回収装置200では、吸着工程が行われている吸着塔10において二酸化炭素が破過する直前に、第1工程と第2工程との切替が行われる。そのため、図示するように、複数の第1工程と複数の第2工程の長さは、互いに異なる場合がある。但し、第1工程における吸着工程と脱離工程の長さは同一であり、第2工程における吸着工程と脱離工程の長さは同一である。第1工程と第2工程との切替については、後に詳述する。 Thus, in the carbon dioxide recovery device 200 of the present embodiment, switching between the first step and the second step is performed immediately before carbon dioxide breaks through in the adsorption tower 10 in which the adsorption step is being performed. Therefore, as shown, the lengths of the plurality of first steps and the plurality of second steps may differ from each other. However, the lengths of the adsorption step and the desorption step in the first step are the same, and the lengths of the adsorption step and the desorption step in the second step are the same. Switching between the first step and the second step will be described in detail later.

図3は、二酸化炭素回収装置200における二酸化炭素回収制御の第1工程の説明図である。図4は、二酸化炭素回収装置200における二酸化炭素回収制御の第2工程の説明図である。上述の通り、二酸化炭素回収装置200では、2つの吸着塔10(第1吸着塔11と第2吸着塔12)のそれぞれに、順番に排ガスを供給することで、排ガスから二酸化炭素を回収する。第1吸着塔11および第2吸着塔12のそれぞれが、吸着材に二酸化炭素が吸着される吸着塔、吸着材に吸着された二酸化炭素が脱離される脱離塔として機能する。 FIG. 3 is an explanatory diagram of the first step of carbon dioxide recovery control in the carbon dioxide recovery device 200. As shown in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of the second step of carbon dioxide recovery control in the carbon dioxide recovery device 200. As shown in FIG. As described above, the carbon dioxide recovery device 200 recovers carbon dioxide from the exhaust gas by sequentially supplying the exhaust gas to each of the two adsorption towers 10 (the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12). Each of the first adsorption tower 11 and the second adsorption tower 12 functions as an adsorption tower in which carbon dioxide is adsorbed by the adsorbent and a desorption tower in which carbon dioxide adsorbed by the adsorbent is desorbed.

第1吸着塔11は、図3に示す第1工程において吸着塔として機能し、図4に示す第2工程において脱離塔として機能している。図3、図4において、排ガス、水素、および回収ガスの流れを太い実線で示している。図3に示すように、吸着塔として機能する第1吸着塔11には、排ガスが供給される。脱離塔として機能する第2吸着塔12には、水素が供給され、吸着材から脱離した二酸化炭素が、水素と共に回収ガスとして排出される。 The first adsorption tower 11 functions as an adsorption tower in the first step shown in FIG. 3, and functions as a desorption tower in the second step shown in FIG. In FIGS. 3 and 4, the flows of exhaust gas, hydrogen, and recovered gas are indicated by thick solid lines. As shown in FIG. 3, exhaust gas is supplied to the first adsorption tower 11 functioning as an adsorption tower. Hydrogen is supplied to the second adsorption tower 12 that functions as a desorption tower, and carbon dioxide desorbed from the adsorbent is discharged together with hydrogen as a recovered gas.

図3に示す第1工程では、第1吸着塔11に、排ガス流路20を用いて、排ガスを供給させる(吸着工程)。具体的には、二酸化炭素回収制御装置50は、排ガス入口弁21aを開くとともに、三方弁25aを介してオフガス分流路23とオフガス流路25とが接続されるように、それぞれの弁を制御する。これにより、排ガス流路20を流れる排ガスは、排ガス分流路21を介して、第1吸着塔11に供給される。第1吸着塔11では、排ガスに含まれる二酸化炭素が吸着材11aにトラップされ、吸着材11aにトラップされなかった窒素や水分などは、オフガスとしてオフガス分流路23およびオフガス流路25を介して二酸化炭素回収装置200の外部、例えば、大気に放出される。 In the first step shown in FIG. 3, exhaust gas is supplied to the first adsorption tower 11 using the exhaust gas flow path 20 (adsorption step). Specifically, the carbon dioxide capture control device 50 opens the exhaust gas inlet valve 21a and controls each valve such that the offgas branch channel 23 and the offgas channel 25 are connected via the three-way valve 25a. . Thereby, the exhaust gas flowing through the exhaust gas channel 20 is supplied to the first adsorption tower 11 via the exhaust gas branch channel 21 . In the first adsorption tower 11, the carbon dioxide contained in the exhaust gas is trapped in the adsorbent 11a, and the nitrogen, water, and the like that are not trapped in the adsorbent 11a pass through the offgas branch channel 23 and the offgas channel 25 as offgas into dioxide. It is discharged to the outside of the carbon capture device 200, eg, to the atmosphere.

第1工程は、上記吸着工程と同時に、第2吸着塔12において脱離工程が実行される。脱離工程では、第2吸着塔12に、水素流路30を用いて、水素を供給させる。具体的には、二酸化炭素回収制御装置50は、水素入口弁32aを開くとともに、水素入口弁31aを閉じる。そして、回収ガス出口弁42aを開くとともに、回収ガス出口弁41aを閉じる。流量制御器30aは、二酸化炭素回収制御装置50の指令に応じて、水素流通量決定部53によって決定された水素流通量になるように水素の流量を制御する。後に詳述するように、二酸化炭素回収制御装置50において、水素流通量決定部53により決定される水素流通量が時々刻々と変化するため、第2吸着塔12に供給される水素流量も時々刻々と変化する。第2吸着塔12に水素が供給されると、第2吸着塔12内部の二酸化炭素の分圧が低下するため、吸着材12aに吸着されている二酸化炭素が吸着材12aから脱離される。脱離された二酸化炭素は、水素と共に回収ガス分流路42に流入し、回収ガス流路40を流れて、回収ガスタンク70に流入する。脱離工程において、第2吸着塔12に水素が供給されることにより、吸着材12aが冷却され、二酸化炭素を吸着可能な状態となる。 In the first step, a desorption step is performed in the second adsorption tower 12 at the same time as the adsorption step. In the desorption step, hydrogen is supplied to the second adsorption tower 12 using the hydrogen channel 30 . Specifically, the carbon dioxide recovery control device 50 opens the hydrogen inlet valve 32a and closes the hydrogen inlet valve 31a. Then, the collected gas outlet valve 42a is opened and the collected gas outlet valve 41a is closed. The flow rate controller 30 a controls the flow rate of hydrogen according to the command from the carbon dioxide recovery control device 50 so that the flow rate of hydrogen is determined by the hydrogen flow rate determination unit 53 . As will be described in detail later, in the carbon dioxide recovery control device 50, the hydrogen flow rate determined by the hydrogen flow rate determination unit 53 changes from moment to moment, so the flow rate of hydrogen supplied to the second adsorption tower 12 also changes from moment to moment. and change. When hydrogen is supplied to the second adsorption tower 12, the partial pressure of carbon dioxide inside the second adsorption tower 12 decreases, so that the carbon dioxide adsorbed on the adsorbent 12a is desorbed from the adsorbent 12a. The desorbed carbon dioxide flows into the recovered gas branch channel 42 together with hydrogen, flows through the recovered gas channel 40 , and flows into the recovered gas tank 70 . In the desorption step, hydrogen is supplied to the second adsorption tower 12, whereby the adsorbent 12a is cooled to be in a state capable of adsorbing carbon dioxide.

図4に示すように、第2工程では、第1工程とは逆に、第2吸着塔12において吸着工程が行われ、第1吸着塔11において脱離工程が行われる。具体的には、二酸化炭素回収制御装置50は、排ガス入口弁22aを開くとともに、三方弁25aを介してオフガス分流路24とオフガス排出流路25とが接続されるように、それぞれの弁を制御する。これにより、排ガス流路20を流れる排ガスは、排ガス分流路22を介して、第2吸着塔12に供給される。第2吸着塔12では、排ガスに含まれる二酸化炭素が吸着材12aにトラップされ、吸着材12aにトラップされなかった窒素や水分などは、オフガスとしてオフガス分流路24およびオフガス流路25を介して二酸化炭素回収装置200の外部に放出される。 As shown in FIG. 4 , in the second step, the adsorption step is performed in the second adsorption tower 12 and the desorption step is performed in the first adsorption tower 11, contrary to the first step. Specifically, the carbon dioxide recovery control device 50 opens the exhaust gas inlet valve 22a and controls each valve so that the offgas branch channel 24 and the offgas discharge channel 25 are connected via the three-way valve 25a. do. Thereby, the exhaust gas flowing through the exhaust gas channel 20 is supplied to the second adsorption tower 12 via the exhaust gas branch channel 22 . In the second adsorption tower 12, the carbon dioxide contained in the exhaust gas is trapped in the adsorbent 12a, and the nitrogen, moisture, etc. that are not trapped in the adsorbent 12a pass through the offgas branch channel 24 and the offgas channel 25 as offgas to form dioxide. It is discharged outside the carbon recovery device 200 .

第2工程は、上記吸着工程と同時に、第1吸着塔11において脱離工程が実行される。脱離工程では、第1吸着塔11に、水素流路30を用いて、水素を供給させる。具体的には、二酸化炭素回収制御装置50は、水素入口弁31aを開くとともに、水素入口弁32aを閉じる。そして、回収ガス出口弁41aを開くとともに、回収ガス出口弁42aを閉じる。流量制御器30aは、二酸化炭素回収制御装置50の指令に応じて、水素流通量決定部53によって決定された水素流通量になるように水素の流量を制御する。第1吸着塔11に水素が供給されると、吸着材11aに吸着されている二酸化炭素が吸着材11aから脱離し、水素と共に回収ガス分流路41に流入し、回収ガス流路40を流れて、回収ガスタンク70に流入する。 In the second step, a desorption step is performed in the first adsorption tower 11 at the same time as the adsorption step. In the desorption step, hydrogen is supplied to the first adsorption tower 11 using the hydrogen channel 30 . Specifically, the carbon dioxide recovery control device 50 opens the hydrogen inlet valve 31a and closes the hydrogen inlet valve 32a. Then, the collected gas outlet valve 41a is opened and the collected gas outlet valve 42a is closed. The flow rate controller 30 a controls the flow rate of hydrogen according to the command from the carbon dioxide recovery control device 50 so that the flow rate of hydrogen is determined by the hydrogen flow rate determination unit 53 . When hydrogen is supplied to the first adsorption tower 11, carbon dioxide adsorbed on the adsorbent 11a is desorbed from the adsorbent 11a, flows into the recovered gas branch channel 41 together with hydrogen, and flows through the recovered gas channel 40. , flows into the recovery gas tank 70 .

図5は、二酸化炭素回収装置200における二酸化炭素回収制御のフローチャートである。二酸化炭素回収制御は、炭化水素製造装置100が起動され、二酸化炭素回収開始の指示が入力されると開始され、終了指示が入力されるまで繰り返し実行される。二酸化炭素回収制御は、工程制御部51、破過時間予測部52、および水素流通量決定部53が協働して実行する。 FIG. 5 is a flow chart of carbon dioxide recovery control in the carbon dioxide recovery device 200 . The carbon dioxide recovery control is started when the hydrocarbon production apparatus 100 is activated and an instruction to start carbon dioxide recovery is input, and is repeatedly executed until an end instruction is input. Carbon dioxide recovery control is executed by the process control unit 51, the breakthrough time prediction unit 52, and the hydrogen flow rate determination unit 53 in cooperation.

工程制御部51は、ステップS10において、工程の通し番号N(図2)を、N=0に設定し、ステップS11において、各吸着工程における予測時刻nを、n=0に設定する。 The process control unit 51 sets the process serial number N (FIG. 2) to N=0 in step S10, and sets the predicted time n in each adsorption process to n=0 in step S11.

ステップS20において、工程制御部51は、一方の吸着塔10に吸着工程を実行させる。ここでは、排ガス供給装置から排出される排ガスが、流量が調整されずそのまま吸着塔10に供給される。すなわち、排ガス供給装置から排出される排ガスの流量が変動する場合、吸着塔10に流入する排ガスの流量も変動する。N=2m(mは0以上の整数)のとき、ステップS20では、第1吸着塔11において吸着工程が実行され、N=2m+1(mは0以上の整数)のとき、ステップS20では、第2吸着塔12において吸着工程が実行される。すなわち、N=0のとき、ステップS20では、第1吸着塔11において吸着工程が実行される。 In step S20, the process control unit 51 causes one adsorption tower 10 to perform an adsorption process. Here, the exhaust gas discharged from the exhaust gas supply device is directly supplied to the adsorption tower 10 without adjusting the flow rate. That is, when the flow rate of the exhaust gas discharged from the exhaust gas supply device fluctuates, the flow rate of the exhaust gas flowing into the adsorption tower 10 also fluctuates. When N = 2m (m is an integer of 0 or more), the adsorption step is performed in the first adsorption tower 11 in step S20, and when N = 2m + 1 (m is an integer of 0 or more), in step S20, the second An adsorption step is performed in the adsorption tower 12 . That is, when N=0, the adsorption step is performed in the first adsorption tower 11 in step S20.

ステップS12において工程制御部51は、他方の吸着塔10に脱離工程を実行させる。N=2m(mは0以上の整数)のとき、ステップS12では、第2吸着塔12において脱離工程が実行され、N=2m+1(mは0以上の整数)のとき、ステップS12では、第1吸着塔11において脱離工程が実行される。このとき、工程制御部51は、流量制御器30aを制御して、水素流通量mf(n)の水素を供給させる。このように、N=2m(mは0以上の整数)のとき、第1工程が実行され(図2、図3)、N=2m+1(mは0以上の整数)のとき、第2工程が実行される(図2、図4)。N=0のとき、ステップS12では、第2吸着塔12において脱離工程が実行される。予測時刻n=0のとき、水素流通量mf(n)は、水素流通量の初期値(水素流通量mf(0))として、予め設定されており、工程制御部51は、予め設定された水素流通量mf(0)になるように水素を供給させる。水素流通量mf(0)としては、例えば、排ガス供給装置から所定の流量で排ガスが供給され、吸着塔10内に最大吸着量まで二酸化炭素が吸着された場合に、最大吸着量の二酸化炭素を吸着するのに要した時間で、全ての二酸化炭素を脱離させる水素の流通量が設定されている。 In step S12, the process control unit 51 causes the other adsorption tower 10 to perform the desorption process. When N = 2m (m is an integer of 0 or more), the desorption step is performed in the second adsorption tower 12 in step S12, and when N = 2m + 1 (m is an integer of 0 or more), in step S12, the 1 adsorption tower 11 performs a desorption step. At this time, the process control unit 51 controls the flow rate controller 30a to supply hydrogen at the hydrogen flow rate mf(n). Thus, when N=2m (m is an integer of 0 or more), the first step is executed (FIGS. 2 and 3), and when N=2m+1 (m is an integer of 0 or more), the second step is executed. (Figs. 2 and 4). When N=0, the desorption step is performed in the second adsorption tower 12 in step S12. When the prediction time n=0, the hydrogen flow rate mf(n) is set in advance as the initial value of the hydrogen flow rate (hydrogen flow rate mf(0)), and the process control unit 51 Hydrogen is supplied so that the flow rate of hydrogen becomes mf(0). As the hydrogen flow rate mf(0), for example, when exhaust gas is supplied from the exhaust gas supply device at a predetermined flow rate and carbon dioxide is adsorbed up to the maximum adsorption amount in the adsorption tower 10, the maximum adsorption amount of carbon dioxide is The time required for adsorption determines the flow rate of hydrogen for desorbing all carbon dioxide.

ステップS13において、工程制御部51は、吸着塔工程が行われている吸着塔10について、二酸化炭素が破過する直前であるか否かを判断する。本実施形態では、温度センサ84または温度センサ85により検出された吸着塔10の出口のオフガス温度に基づいて二酸化炭素の破過を判定する。二酸化炭素が吸着材に吸着される吸着反応は、発熱反応であるため、二酸化炭素の吸着量の増加に伴い、オフガスの温度が上昇する。そのため、オフガスの温度をモニタすることにより、二酸化炭素の破過を判断することができる。本実施形態では、予め、実験的に、二酸化炭素の破過と、オフガス温度との関係を調べておき、二酸化炭素が破過する直前のオフガス温度を、閾値として設定し、温度センサ84または温度センサ85により検出されたオフガス温度が閾値を超えたとき、二酸化炭素が破過する直前であると判断する。なお、「破過する直前」は、例えば、破過する時間の前、5分以内に設定する。本実施形態におけるオフガス温度を、「二酸化炭素破過情報」とも呼ぶ。 In step S13, the process control unit 51 determines whether or not the adsorption tower 10 in which the adsorption tower process is being performed is just before carbon dioxide passes through. In this embodiment, the breakthrough of carbon dioxide is determined based on the off-gas temperature at the outlet of the adsorption tower 10 detected by the temperature sensor 84 or the temperature sensor 85 . Since the adsorption reaction in which carbon dioxide is adsorbed by the adsorbent is an exothermic reaction, the offgas temperature rises as the amount of carbon dioxide adsorbed increases. Therefore, carbon dioxide breakthrough can be determined by monitoring the temperature of the off-gas. In the present embodiment, the relationship between the breakthrough of carbon dioxide and the offgas temperature is experimentally investigated in advance, and the offgas temperature immediately before the breakthrough of carbon dioxide is set as a threshold value. When the off-gas temperature detected by the sensor 85 exceeds the threshold, it is determined that carbon dioxide is about to break through. Note that "immediately before breakthrough" is set, for example, within 5 minutes before the breakthrough time. The off-gas temperature in this embodiment is also called "carbon dioxide breakthrough information".

ステップS13において、二酸化炭素が破過しないと判断された場合には(ステップS13:NO)、ステップS14に進む。具体的には、温度センサ84または温度センサ85により検出されたオフガス温度が閾値より低いとき、二酸化炭素が破過しないと判断する。 When it is determined in step S13 that carbon dioxide does not pass through (step S13: NO), the process proceeds to step S14. Specifically, when the off-gas temperature detected by the temperature sensor 84 or the temperature sensor 85 is lower than the threshold value, it is determined that carbon dioxide does not pass through.

ステップS14において、工程制御部51は、1つの工程が開始してから時間dtが経過したか否かを判断する。時間dtが経過するまでは、ステップS13とステップS14とを繰り返し、途中で、二酸化炭素の破過直前になったら、工程を切替える(ステップS16)。時間dtは、後述する破過時間を予測する間隔であり、本実施形態では、例えば、1分に設定されている。時間dtは、任意に設定することができる。 In step S14, the process control unit 51 determines whether or not the time dt has elapsed since one process started. Steps S13 and S14 are repeated until the time dt elapses, and when the carbon dioxide is just before breakthrough, the process is switched (step S16). The time dt is an interval for predicting a breakthrough time, which will be described later, and is set to, for example, one minute in this embodiment. The time dt can be set arbitrarily.

ステップS14において、時間dtが経過したら(ステップS14:YES)、工程制御部51は、予測時刻n=n+1に設定する(ステップS15)。1回目のステップS14では、予測時刻n=1に更新される。 In step S14, when the time dt has elapsed (step S14: YES), the process control unit 51 sets the predicted time n=n+1 (step S15). In the first step S14, the predicted time n is updated to 1.

ステップS30では、破過時間予測部52が、予測時刻n=n(現時刻)における二酸化炭素が破過するまでの時間である破過時間t(n)を予測する。1回目のステップS30では、予測時刻n=1における破過時間t(1)が予測される。破過時間t(n)の予測処理については、後に詳述する。 In step S30, the breakthrough time prediction unit 52 predicts the breakthrough time t(n), which is the time until carbon dioxide breaks through at the prediction time n=n (current time). In the first step S30, the breakthrough time t(1) at the prediction time n=1 is predicted. The prediction processing of the breakthrough time t(n) will be detailed later.

ステップS40では、水素流通量決定部53が、破過時間t(n)に応じて、水素流通量mf(n)を決定して、ステップS12およびステップS20に戻る。1回目のステップS40では、水素流通量mf(1)が決定される。すなわち、水素流通量の初期値mf(0)からmf(1)に水素流通量が更新される。水素流通量mf(n)の決定処理については、後に詳述する。 In step S40, the hydrogen distribution amount determination unit 53 determines the hydrogen distribution amount mf(n) according to the breakthrough time t(n), and the process returns to steps S12 and S20. In the first step S40, the hydrogen flow rate mf(1) is determined. That is, the hydrogen flow rate is updated from the initial value mf(0) of the hydrogen flow rate to mf(1). The process of determining the hydrogen flow rate mf(n) will be described in detail later.

ステップS12では、工程制御部51は、直近に実行されたステップS40において決定された水素流通量mf(n)になるように、水素流量を調整させる。すなわち、2回目のステップS12では、工程制御部51は、水素流通量mf(1)になるように、水素流量を調整させる。ステップS20では、排ガス供給装置から排出される排ガスが、流量が調整されずそのまま吸着塔10に供給される。 In step S12, the process control unit 51 adjusts the hydrogen flow rate so that it becomes the hydrogen flow rate mf(n) determined in step S40 executed most recently. That is, in the second step S12, the process control unit 51 adjusts the hydrogen flow rate so that it becomes the hydrogen flow rate mf(1). In step S20, the exhaust gas discharged from the exhaust gas supply device is supplied to the adsorption tower 10 as it is without adjusting the flow rate.

このように、二酸化炭素回収制御装置50は、第1工程が行われている間は、時間dt毎に、第1吸着塔11における二酸化炭素の破過時間t(n)を予測し、予測結果に応じて、水素流通量mf(n)を更新し、更新された水素流通量mf(n)になるように、第2吸着塔12に水素を供給させる。一方、予測された破過時間に関わらず、第1吸着塔11のオフガス出口の温度を用いて、第1吸着塔11において二酸化炭素が破過する直前に工程の切替が行われる。第2工程においても、第1工程と同様に、二酸化炭素回収制御装置50は、第2工程が行われている間は、時間dt毎に、第2吸着塔12における二酸化炭素の破過時間t(n)を予測し、予測結果に応じて、水素流通量mf(n)を更新し、更新された水素流通量mf(n)になるように、第1吸着塔11に水素を供給させる。 In this way, the carbon dioxide recovery control device 50 predicts the breakthrough time t(n) of carbon dioxide in the first adsorption tower 11 every time dt while the first step is being performed, and the prediction result , the hydrogen flow rate mf(n) is updated, and hydrogen is supplied to the second adsorption tower 12 so as to reach the updated hydrogen flow rate mf(n). On the other hand, regardless of the predicted breakthrough time, the temperature at the offgas outlet of the first adsorption tower 11 is used to switch the process immediately before carbon dioxide breaks through in the first adsorption tower 11 . In the second step, as in the first step, the carbon dioxide recovery control device 50 changes the breakthrough time t of carbon dioxide in the second adsorption tower 12 every time dt while the second step is being performed. (n) is predicted, the hydrogen flow rate mf(n) is updated according to the prediction result, and hydrogen is supplied to the first adsorption tower 11 so as to achieve the updated hydrogen flow rate mf(n).

ステップS13において、二酸化炭素の破過直前であると判断された場合には(ステップS13:YES)、ステップS16に進み、工程制御部51は、工程を切替え、N=N+1に設定してステップS11に戻り予測時刻n=0にリセットする(ステップS11)。すなわち、工程を切替えたら、予測時刻n=0にリセットし、実行中の工程(第1工程または第2工程)における時間の経過に伴い、水素流通量mf(n)を更新する。N=0のときは、上述の通り第1工程が実行されており、N=N+1にするとN=1となり、第2工程に切替える。第1工程を実行中の場合には、ステップ16において、第2工程に切替え、第2工程を実行中の場合には、ステップS16において第1工程に切替える。 In step S13, if it is determined that the carbon dioxide is just before the breakthrough (step S13: YES), the process proceeds to step S16, the process control unit 51 switches the process, sets N=N+1, and sets step S11. , and the prediction time n is reset to 0 (step S11). That is, when the process is switched, the prediction time n is reset to 0, and the flow rate of hydrogen mf(n) is updated as time elapses in the process being executed (first process or second process). When N=0, the first process is executed as described above, and when N=N+1, N=1, and the process is switched to the second process. If the first process is being executed, the process is switched to the second process in step S16, and if the second process is being executed, the process is switched to the first process in step S16.

(破過時間予測処理)
図6は、第1実施形態における破過時間予測処理S30の流れを示すフローチャートである。図7は、破過時間予測処理を説明するための説明図である。
(Breakthrough time prediction processing)
FIG. 6 is a flow chart showing the flow of the breakthrough time prediction process S30 in the first embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the breakthrough time prediction process.

ステップS31では、破過時間予測部52は、排ガス総量q(n)[L]を取得する。排ガス総量q(n)は、吸着工程開始から予測時刻nまでに流入した排ガスの総量である。図7(b)および図7(c)に示すように、予測時刻nまでに流入した排ガスの総量は、予測時刻の増加に伴い変化する。破過時間予測部52は、流量計81から毎秒入力される排ガス流量の計測値[L/s]の積算値を算出することにより、排ガス総量q(n)を取得することができる。 In step S31, the breakthrough time prediction unit 52 acquires the total exhaust gas amount q(n) [L]. The exhaust gas total amount q(n) is the total amount of exhaust gas that has flowed in from the start of the adsorption process to the predicted time n. As shown in FIGS. 7(b) and 7(c), the total amount of exhaust gas that has flowed in by the predicted time n changes as the predicted time increases. The breakthrough time prediction unit 52 can obtain the total exhaust gas amount q(n) by calculating the integrated value of the measured value [L/s] of the exhaust gas flow rate input from the flow meter 81 every second.

ステップS32では、破過時間予測部52は、処理可能排ガス量qc[L]を取得する。処理可能排ガス量qcは、吸着工程において、吸着塔10が処理可能な排ガスの総量であり、吸着塔10の容量、吸着材の種類、吸着材の充填率等に応じて、吸着塔10毎に予め定められている。図7(a)に示すように、処理可能排ガス量qcは、吸着材に満量の二酸化炭素が吸着されるまでに、吸着塔10を流通した排ガスの総量である。本実施形態では、上述の通り、処理可能排ガス量56として、記憶部54に予め記憶されており、破過時間予測部52は、処理可能排ガス量56を記憶部54から取得する。 In step S32, the breakthrough time prediction unit 52 acquires the processable exhaust gas amount qc[L]. The treatable flue gas amount qc is the total amount of flue gas that can be treated by the adsorption tower 10 in the adsorption step. Predetermined. As shown in FIG. 7(a), the treatable flue gas amount qc is the total amount of flue gas that has flowed through the adsorption tower 10 until the full amount of carbon dioxide is adsorbed on the adsorbent. In this embodiment, as described above, the processable exhaust gas amount 56 is stored in advance in the storage unit 54 , and the breakthrough time prediction unit 52 acquires the processable exhaust gas amount 56 from the storage unit 54 .

ステップS33では、破過時間予測部52は、定格排ガス量qf[L/s]を取得する。定格排ガス量qfは、排ガスの供給源毎に予め定められた排ガスの流量であり、上述の通り、定格排ガス流量55として、記憶部54に予め記憶されている。破過時間予測部52は、定格排ガス流量55を記憶部54から取得する。 In step S33, the breakthrough time prediction unit 52 acquires the rated exhaust gas amount qf [L/s]. The rated exhaust gas flow rate qf is a predetermined flow rate of exhaust gas for each supply source of exhaust gas, and is stored in advance in the storage unit 54 as the rated exhaust gas flow rate 55 as described above. The breakthrough time prediction unit 52 acquires the rated exhaust gas flow rate 55 from the storage unit 54 .

ステップS34では、破過時間予測部52は、破過時間t(n)を下記式(2)により算出する。
t(n)=(qc-q(n))/qf … (2)
但し、t(n):予測時刻nにおいて予測される破過時間 qc:吸着工程において処理可能な排ガス量 q(n):予測時刻nまでに流入した排ガスの総量 qf:定格排ガス流量
In step S34, the breakthrough time prediction unit 52 calculates the breakthrough time t(n) using the following equation (2).
t(n)=(qc−q(n))/qf (2)
where t(n): breakthrough time predicted at predicted time n qc: amount of exhaust gas that can be processed in the adsorption process q(n): total amount of exhaust gas that has flowed up to predicted time n qf: rated exhaust gas flow rate

式(2)において、qc-q(n)は、予測時刻nにおいて残余の吸着工程の期間で処理可能な排ガス量(L)に相当する(図7(b)、(c))。そのため、式(2)により、予測時刻nにおける破過時間t(n)を求めることができる。図示するように、時間の経過に伴い、予測時刻nにおいて処理可能な排ガス量が変化する(小さくなる)ため、予測される破過時間t(n)は、時間の経過に伴い短くなる。但し、排ガス流量の変動に伴い、q(n)の増加量も変動するため、予測時刻nにおいて処理可能な排ガス量(qc-q(n))の減少量も変動し、破過時間t(n)の減少量も変動する。 In equation (2), qc-q(n) corresponds to the exhaust gas amount (L) that can be treated in the remaining adsorption process period at predicted time n (FIGS. 7(b) and (c)). Therefore, the breakthrough time t(n) at the predicted time n can be obtained from equation (2). As shown in the figure, the amount of exhaust gas that can be processed at the predicted time n changes (decreases) as time elapses, so the predicted breakthrough time t(n) becomes shorter as time elapses. However, as the exhaust gas flow rate fluctuates, the amount of increase in q(n) also fluctuates, so the amount of decrease in the amount of flue gas that can be processed at predicted time n (qc-q(n)) also fluctuates, and the breakthrough time t ( The amount of decrease in n) also varies.

(水素流通量決定処理)
図8は、第1実施形態における水素流通量決定処理S40の流れを示すフローチャートである。
(Hydrogen distribution amount determination processing)
FIG. 8 is a flow chart showing the flow of the hydrogen distribution amount determination process S40 in the first embodiment.

図8に示すように、ステップS41において、水素流通量決定部53は、予測時刻nにおいて予測された破過時間t(n)と、1時刻前(時間dt前)の予測時刻(n-1)において予測された破過時間t(n-1)との関係を判定する。 As shown in FIG. 8, in step S41, the hydrogen flow rate determination unit 53 determines the predicted breakthrough time t(n) at the predicted time n and the predicted time (n−1 ) with the predicted breakthrough time t(n−1).

破過時間t(n)と、破過時間t(n-1)との関係が、
t(n-1)<t(n)+dt … (第1関係)
の場合には、ステップS42に進み、水素流通量mf(n)を、1時刻前に設定された水素流通量mf(n-1)より低下させる。
The relationship between the breakthrough time t(n) and the breakthrough time t(n−1) is
t(n-1)<t(n)+dt ... (first relation)
In the case of , the flow advances to step S42 to decrease the hydrogen flow rate mf(n) from the hydrogen flow rate mf(n-1) set one time ago.

例えば、予測時刻nにおいて処理可能な排ガス量(qc-q(n))を用いて、二酸化炭素が破過するまでに吸着塔10の吸着材に吸着される二酸化炭素の量を算出し、算出された二酸化炭素を脱離させるのに過不足ない水素の量を、破過時間t(n)で除することにより、水素流通量mf(n)を求めてもよい。 For example, using the amount of exhaust gas that can be processed at predicted time n (qc-q(n)), the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorbent of the adsorption tower 10 is calculated until carbon dioxide breaks through. The hydrogen flow rate mf(n) may be obtained by dividing the amount of hydrogen that is just enough to desorb the carbon dioxide that has been added by the breakthrough time t(n).

予測時刻nにおける破過時間t(n)と、1時刻前の予測時刻(n-1)における破過時間t(n-1)との関係が、第1関係である場合というのは、吸着塔10に流入する排ガス流量が予測時刻(n-1)より少なくなった場合である。すなわち、工程(第1工程または第2工程)が開始してから二酸化炭素が破過するまでの時間(吸着工程の時間)が予測時刻(n-1)において予測された時間(吸着工程の時間)より長くなった場合であり、実行中の工程(第1工程または第2工程)の時間が長くなると予測される。各工程において、脱離工程は吸着工程と同時に実行され、期間が等しいため、吸着工程が長くなると脱離工程も長くなると予測される。そのため、予測時刻nにおける水素流通量mf(n)を、予測時刻(n-1)における水素流通量mf(n-1)より少なくすることにより、脱離工程において供給される水素の量が過多になることを抑制することができる。その結果、回収ガスにおける二酸化炭素濃度の変動を抑制することができる。 When the relationship between the breakthrough time t(n) at the predicted time n and the breakthrough time t(n-1) at the predicted time (n-1) one hour earlier is the first relationship, the adsorption This is the case when the flow rate of exhaust gas flowing into the tower 10 is less than the predicted time (n-1). That is, the time from the start of the step (first step or second step) to the breakthrough of carbon dioxide (adsorption step time) is predicted at the prediction time (n-1) (adsorption step time ), and it is predicted that the time of the process being executed (first process or second process) will become longer. In each step, the desorption step is performed concurrently with the adsorption step and is of equal duration, so longer adsorption steps are expected to result in longer desorption steps. Therefore, by making the hydrogen flow rate mf(n) at the predicted time n smaller than the hydrogen flow rate mf(n-1) at the predicted time (n-1), the amount of hydrogen supplied in the desorption process is excessive. can be prevented from becoming As a result, fluctuations in carbon dioxide concentration in the recovered gas can be suppressed.

破過時間t(n)と、破過時間t(n-1)との関係が、
t(n-1)>t(n)+dt … (第2関係)
の場合には、ステップS43に進み、水素流通量mf(n)を、1時刻前に設定された水素流通量mf(n-1)より増加させる。
The relationship between the breakthrough time t(n) and the breakthrough time t(n−1) is
t(n-1)>t(n)+dt ... (second relation)
In the case of , the process proceeds to step S43 to increase the hydrogen flow rate mf(n) from the hydrogen flow rate mf(n-1) set one time ago.

水素流通量mf(n)は、破過時間t(n)と破過時間t(n-1)との関係が第1関係の場合と同様に求めることができる。 The hydrogen flow rate mf(n) can be obtained in the same manner as in the case where the relationship between the breakthrough time t(n) and the breakthrough time t(n-1) is the first relationship.

破過時間t(n)と、破過時間t(n-1)との関係が、第2関係である場合というのは、吸着塔10に流入する排ガス流量が予測時刻(n-1)より多くなった場合である。すなわち、工程(第1工程または第2工程)が開始してから二酸化炭素が破過するまでの時間(吸着工程の時間)が、予測時刻(n-1)において予測された時間(吸着工程の時間)より短くなった場合であり、実行中の工程(第1工程または第2工程)の時間が短くなると予測される。各工程において、脱離工程は吸着工程と同時に実行され、期間が等しいため、吸着工程が短くなると脱離工程も短くなると予測される。そのため、予測時刻nにおける水素流通量mf(n)を、予測時刻(n-1)における水素流通量(n-1)より多くすることにより、脱離工程において供給される水素の量が不足することを抑制することができる。そのため、脱離工程において、脱離されずに吸着塔10内に残留する二酸化炭素の量を低減することができる。その結果、回収ガスにおける二酸化炭素濃度の変動を抑制することができる。 When the relationship between the breakthrough time t(n) and the breakthrough time t(n−1) is the second relationship, the flow rate of the exhaust gas flowing into the adsorption tower 10 is less than the predicted time (n−1). This is the case when there are many. That is, the time from the start of the step (first step or second step) to the breakthrough of carbon dioxide (adsorption step time) is the predicted time (adsorption step time) at the prediction time (n−1). time), and it is predicted that the time of the process being executed (first process or second process) will be shortened. In each step, the desorption step is performed concurrently with the adsorption step and is of equal duration, so shorter adsorption steps are expected to result in shorter desorption steps. Therefore, by making the hydrogen flow rate mf(n) at the predicted time n larger than the hydrogen flow rate (n-1) at the predicted time (n-1), the amount of hydrogen supplied in the desorption process becomes insufficient. can be suppressed. Therefore, in the desorption step, the amount of carbon dioxide remaining in the adsorption tower 10 without being desorbed can be reduced. As a result, fluctuations in carbon dioxide concentration in the recovered gas can be suppressed.

破過時間t(n)と、破過時間t(n-1)との関係が、
t(n-1)=t(n)+dt … (第3関係)
の場合には、ステップS44に進み、水素流通量mf(n)を、1時刻前に設定された水素流通量mf(n-1)と同一に設定する。
The relationship between the breakthrough time t(n) and the breakthrough time t(n−1) is
t(n-1)=t(n)+dt ... (Third relation)
In the case of , the process proceeds to step S44, where the hydrogen flow rate mf(n) is set to be the same as the hydrogen flow rate mf(n-1) set one time earlier.

破過時間t(n)と、破過時間t(n-1)との関係が、第3関係である場合というのは、吸着塔10に流入する排ガス流量が予測時刻(n-1)と同一であった(変動しなかった)場合である。すなわち、工程(第1工程または第2工程)が開始してから二酸化炭素が破過するまでの時間(吸着工程の時間)が予測時刻(n-1)において予測された時間(吸着工程の時間)と同一であった場合であり、実行中の工程(第1工程または第2工程)の時間は変化しないと予測される。各工程において、脱離工程は吸着工程と同時に実行され、期間が等しいため、脱離工程も変化しないと予測される。そのため、予測時刻nにおける水素流通量mf(n)を、予測時刻(n-1)における水素流通量mf(n-1)と同一にすることにより、回収ガスにおける二酸化炭素濃度の変動を抑制することができる。 When the relationship between the breakthrough time t(n) and the breakthrough time t(n−1) is the third relationship, the flow rate of the exhaust gas flowing into the adsorption tower 10 is equal to the predicted time (n−1). This is the case where they were the same (not changed). That is, the time from the start of the step (first step or second step) to the breakthrough of carbon dioxide (adsorption step time) is predicted at the prediction time (n-1) (adsorption step time ), and the time of the process being executed (either the first process or the second process) is not expected to change. In each step, the desorption step is performed simultaneously with the adsorption step and is of equal duration, so the desorption step is also expected to be unchanged. Therefore, by making the hydrogen flow rate mf(n) at the predicted time n the same as the hydrogen flow rate mf(n-1) at the predicted time (n-1), fluctuations in the carbon dioxide concentration in the recovered gas are suppressed. be able to.

図9は、第1実施形態における破過時間t(n)と、水素流通量mf(n)との関係の一例を示す説明図である。この例では、破過時間t(n)の初期値を30[min]、水素流通量mf(n)の初期値をx1[L/min]、dtを1[min]に設定している。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the breakthrough time t(n) and the hydrogen flow rate mf(n) in the first embodiment. In this example, the initial value of breakthrough time t(n) is set to 30 [min], the initial value of hydrogen flow rate mf(n) is set to x1 [L/min], and dt is set to 1 [min].

図9に示す各予測時刻における破過時間t(n)と破過時間t(n-1)との関係と、水素流通量mf(n)について説明する。
予測時刻n=1では、破過時間t(1)=29、破過時間t(0)=30であり、dt=1であるため、
t(1)=t(0)+dt
である。すなわち、破過時間t(n)と破過時間t(n-1)との関係は、第3関係である。そのため、
mf(1)=mf(0)
であり、
mf(1)=x1
に設定される。すなわち、予測時刻nにおけるmf(n)は、予測時刻(n-1)における水素流通量mf(n-1)を維持する。
The relationship between the breakthrough time t(n) and the breakthrough time t(n−1) at each predicted time shown in FIG. 9 and the flow rate of hydrogen mf(n) will be described.
At predicted time n=1, breakthrough time t(1)=29, breakthrough time t(0)=30, and dt=1, so
t(1)=t(0)+dt
is. That is, the relationship between breakthrough time t(n) and breakthrough time t(n-1) is the third relationship. for that reason,
mf(1)=mf(0)
and
mf(1)=x1
is set to That is, mf(n) at predicted time n maintains the hydrogen flow rate mf(n-1) at predicted time (n-1).

予測時刻n=2では、破過時間t(2)=28.5、破過時間t(1)=29であり、dt=1であるため、
t(1)<t(2)+dt
である。すなわち、破過時間t(n)と破過時間t(n-1)との関係は、第1関係である。そのため、
mf(2)=x2(x2<x1)
に設定される。すなわち、予測時刻nにおけるmf(n)を予測時刻(n-1)における水素流通量mf(n-1)より低下させる。
At predicted time n=2, breakthrough time t(2)=28.5, breakthrough time t(1)=29, and dt=1, so
t(1)<t(2)+dt
is. That is, the relationship between breakthrough time t(n) and breakthrough time t(n-1) is the first relationship. for that reason,
mf(2)=x2 (x2<x1)
is set to That is, mf(n) at predicted time n is made lower than the hydrogen flow rate mf(n-1) at predicted time (n-1).

予測時刻n=3では、破過時間t(3)=26、破過時間t(2)=28.5であり、dt=1であるため、
t(2)>t(3)+dt
である。すなわち、破過時間t(n)と破過時間t(n-1)との関係は、第2関係である。そのため、
mf(3)=x3(x3>x2)
に設定される。すなわち、予測時刻nにおけるmf(n)を予測時刻(n-1)における水素流通量mf(n-1)より増加させる。
At predicted time n=3, breakthrough time t(3)=26, breakthrough time t(2)=28.5, and dt=1, so
t(2)>t(3)+dt
is. That is, the relationship between breakthrough time t(n) and breakthrough time t(n-1) is the second relationship. for that reason,
mf(3)=x3(x3>x2)
is set to That is, mf(n) at predicted time n is increased from hydrogen flow rate mf(n-1) at predicted time (n-1).

上述の二酸化炭素回収制御を実現するプログラムは、二酸化炭素回収制御装置50に、予め記憶されていてもよい。また、プログラムはプログラム提供者側から通信ネットワークを介して、提供されてもよい。また、プログラムは、市販され、流通している可搬型記憶媒体に格納されていてもよい。この場合、この可搬型記憶媒体は外付け又は内蔵の読取装置にセットされて、二酸化炭素回収制御装置50によってそのプログラムが読み出されて、実行されてもよい。可搬型記憶媒体としてはCD-ROM、DVD-ROM、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ICカード、USBメモリ装置など様々な形式の記憶媒体を使用することができる。このような記憶媒体に格納されたプログラムが読取装置によって読み取られる。 A program that implements the carbon dioxide recovery control described above may be stored in advance in the carbon dioxide recovery control device 50 . Alternatively, the program may be provided by a program provider via a communication network. Also, the program may be stored in a commercially available and distributed portable storage medium. In this case, the portable storage medium may be set in an external or built-in reading device, and the program may be read and executed by the carbon dioxide recovery control device 50 . Various types of storage media such as CD-ROMs, DVD-ROMs, flexible disks, optical disks, magneto-optical disks, IC cards, and USB memory devices can be used as portable storage media. A program stored in such a storage medium is read by a reader.

以上説明したように、本実施形態の二酸化炭素回収装置200によれば、第1工程または第2工程において、吸着工程と脱離工程が同時に実行される。すなわち、各吸着塔10において、一方の吸着塔10において吸着工程が行われている間中、他方の吸着塔10では脱離工程が行われており、実行中の工程(第1工程または第2工程)において待機期間がない。また、二酸化炭素回収装置200では、吸着工程が実行されている吸着塔10において二酸化炭素が破過するまでの時間である破過時間を、時々刻々と予測して、その予測結果に応じて、脱離工程が行われている吸着塔10における水素流通量を時々刻々と更新している。破過時間t(n)は、排ガス流量に基づいて算出されるため、吸着塔として機能している吸着塔10に流入する排ガス流量の変動に応じて、脱離塔として機能している吸着塔10に流通させる水素流通量を変動させていると言える。ここで、排ガス流量が増加した場合に水素流通量を減少させ、排ガス流量が減少した場合に水素流通量を増加させているため、脱離工程における水素の過不足を抑制することができる。その結果、回収ガスにおける二酸化炭素濃度の変動、および回収ガスの流量の変動を抑制することができる。 As described above, according to the carbon dioxide capture device 200 of the present embodiment, the adsorption step and the desorption step are performed simultaneously in the first step or the second step. That is, in each adsorption tower 10, while the adsorption step is performed in one adsorption tower 10, the desorption step is performed in the other adsorption tower 10, and the step being performed (first step or second There is no waiting period in the process). In addition, in the carbon dioxide recovery device 200, the breakthrough time, which is the time until carbon dioxide breaks through in the adsorption tower 10 in which the adsorption step is performed, is predicted every moment, and according to the prediction result, The flow rate of hydrogen in the adsorption tower 10 in which the desorption process is being performed is updated moment by moment. Since the breakthrough time t(n) is calculated based on the flow rate of the exhaust gas, the adsorption tower functioning as the desorption tower changes according to the fluctuation of the flow rate of the exhaust gas flowing into the adsorption tower 10 functioning as the adsorption tower. It can be said that the amount of hydrogen flowing to 10 is changed. Here, when the flue gas flow rate increases, the hydrogen flow rate is decreased, and when the flue gas flow rate decreases, the hydrogen flow rate is increased. As a result, fluctuations in the concentration of carbon dioxide in the collected gas and fluctuations in the flow rate of the collected gas can be suppressed.

本実施形態の二酸化炭素回収装置200によれば、吸着塔として機能している吸着塔10において二酸化炭素が破過する直前に第1工程と第2工程との間の切替を行っている。そのため、吸着材に吸着されず、オフガスとして排出される二酸化炭素の量を抑制することができる。すなわち、二酸化炭素回収装置200による排ガスからの二酸化炭素の回収率を向上させることができる。 According to the carbon dioxide recovery device 200 of the present embodiment, switching between the first step and the second step is performed immediately before carbon dioxide breaks through in the adsorption tower 10 functioning as an adsorption tower. Therefore, the amount of carbon dioxide discharged as off-gas without being adsorbed by the adsorbent can be suppressed. That is, the recovery rate of carbon dioxide from the exhaust gas by the carbon dioxide recovery device 200 can be improved.

本実施形態の炭化水素製造装置100によれば、上述の通り、二酸化炭素回収装置200において回収ガスにおける二酸化炭素濃度の変動、および回収ガスの流量の変動を抑制することができる。そのため、回収ガスを用いてメタンを主成分とする製品ガスを生成する炭化水素生成部60において、回収ガスの流量および濃度の変動に伴う製品ガスのメタン純度の低下を抑制することができる。また、排ガス流量の変動に伴う、炭化水素生成部60の炭化水素化触媒の失活を抑制することができる。そのため、炭化水素製造装置100において生成する製品ガスにおいて、炭化水素製造装置100に供給される排ガスの流量変動に伴うメタン純度の低下を抑制することができる。 According to the hydrocarbon production apparatus 100 of the present embodiment, as described above, in the carbon dioxide recovery apparatus 200, fluctuations in the concentration of carbon dioxide in the recovered gas and fluctuations in the flow rate of the recovered gas can be suppressed. Therefore, in the hydrocarbon production section 60 that uses the recovered gas to produce a product gas containing methane as a main component, it is possible to suppress a decrease in the purity of methane in the product gas due to fluctuations in the flow rate and concentration of the recovered gas. In addition, it is possible to suppress the deactivation of the hydrocarbon conversion catalyst in the hydrocarbon generation section 60 due to fluctuations in the flow rate of the exhaust gas. Therefore, in the product gas produced in the hydrocarbon production apparatus 100, it is possible to suppress a decrease in methane purity due to fluctuations in the flow rate of the exhaust gas supplied to the hydrocarbon production apparatus 100.

<第2実施形態>
図10は、第2実施形態の炭化水素製造装置100Aの概略構成を示す説明図である。第2実施形態の炭化水素製造装置100Aは、第1実施形態の構成において、二酸化炭素回収装置200に代えて二酸化炭素回収装置200Aを有する。以下に説明する実施形態において、炭化水素製造装置100と同一の構成には同一の符号を付し、先行する説明を参照する。
<Second embodiment>
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hydrocarbon production apparatus 100A of the second embodiment. A hydrocarbon production device 100A of the second embodiment has a carbon dioxide recovery device 200A in place of the carbon dioxide recovery device 200 in the configuration of the first embodiment. In the embodiments described below, the same components as those of the hydrocarbon production apparatus 100 are denoted by the same reference numerals, and the preceding description is referred to.

二酸化炭素回収装置200Aは、第1実施形態の二酸化炭素回収装置200の構成に加え、二酸化炭素濃度センサ82と、温度センサ83と、を有する。二酸化炭素濃度センサ82および温度センサ83は、排ガス流路20に設けられており、それぞれ、排ガス中の二酸化炭素濃度と排ガス温度を検出し、検出結果を二酸化炭素回収制御装置50に出力する。 The carbon dioxide recovery device 200A has a carbon dioxide concentration sensor 82 and a temperature sensor 83 in addition to the configuration of the carbon dioxide recovery device 200 of the first embodiment. A carbon dioxide concentration sensor 82 and a temperature sensor 83 are provided in the exhaust gas flow path 20 to detect the carbon dioxide concentration in the exhaust gas and the temperature of the exhaust gas, respectively, and output the detection results to the carbon dioxide recovery control device 50 .

また、本実施形態の二酸化炭素回収装置200Aは、二酸化炭素回収制御装置50に代えて二酸化炭素回収制御装置50Aを有する。二酸化炭素回収制御装置50Aでは、破過時間予測部52における破過時間の予測方法と、水素流通量決定部53における水素流通量の算出方法が第1実施形態と異なる。また、記憶部54には、第1実施形態における定格排ガス流量55と処理可能排ガス量56に代えて、定格二酸化炭素流量57と、飽和吸着量マップ58と、が記憶されている。定格二酸化炭素流量57は、排ガス供給装置から供給される二酸化炭素の流量であり、排ガス供給装置毎に予め定められている。本実施形態において、定格二酸化炭素流量57として、炭化水素製造装置100に接続される排ガス供給装置固有の値が、予め、使用者等により入力されている。飽和吸着量マップ58は、吸着塔10の二酸化炭素吸着能力と、排ガス温度および二酸化炭素濃度との関係を示すマップである。実施形態では、予め、実験的に、吸着塔10における二酸化炭素吸着能力(最大吸着量)と排ガス温度および二酸化炭素濃度との関係を調べ、その結果を示すマップとして、使用者等により記憶部54に入力されている。また、炭化水素製造装置100Aの製造時に、予め、記憶されていてもよい。 Further, the carbon dioxide recovery device 200A of the present embodiment has a carbon dioxide recovery control device 50A instead of the carbon dioxide recovery control device 50. As shown in FIG. In the carbon dioxide recovery control device 50A, the method of predicting the breakthrough time in the breakthrough time prediction unit 52 and the method of calculating the hydrogen flow rate in the hydrogen flow rate determination unit 53 are different from those of the first embodiment. In addition, the storage unit 54 stores a rated carbon dioxide flow rate 57 and a saturated adsorption amount map 58 instead of the rated exhaust gas flow rate 55 and the treatable exhaust gas amount 56 in the first embodiment. The rated carbon dioxide flow rate 57 is the flow rate of carbon dioxide supplied from the exhaust gas supply device, and is predetermined for each exhaust gas supply device. In this embodiment, as the rated carbon dioxide flow rate 57, a value peculiar to the exhaust gas supply device connected to the hydrocarbon production device 100 is input in advance by the user or the like. The saturated adsorption amount map 58 is a map showing the relationship between the carbon dioxide adsorption capacity of the adsorption tower 10 and the flue gas temperature and carbon dioxide concentration. In the embodiment, the relationship between the carbon dioxide adsorption capacity (maximum adsorption amount) in the adsorption tower 10, the exhaust gas temperature, and the carbon dioxide concentration is experimentally investigated in advance, and a map showing the results is stored in the storage unit 54 by the user or the like. is entered in Moreover, it may be stored in advance when the hydrocarbon production apparatus 100A is manufactured.

(破過時間予測処理)
図11は、第2実施形態における破過時間予測処理の流れを示すフローチャートである。
(Breakthrough time prediction process)
FIG. 11 is a flow chart showing the flow of breakthrough time prediction processing in the second embodiment.

ステップS31Aでは、破過時間予測部52は、二酸化炭素総量C(n)[L]を算出する。二酸化炭素総量C(n)は、吸着工程開始から予測時刻nまでに流入した二酸化炭素の総量である。破過時間予測部52は、流量計81から毎秒入力される排ガス流量の計測値[L/s]と二酸化炭素濃度センサ82から毎秒入力される二酸化炭素濃度の計測値とを用いて毎秒二酸化炭素流量[L/s]を算出し、二酸化炭素流量[L/s]の積算値を算出することにより、二酸化炭素総量C(n)を取得することができる。 At step S31A, the breakthrough time prediction unit 52 calculates the total amount of carbon dioxide C(n) [L]. The total amount of carbon dioxide C(n) is the total amount of carbon dioxide that has flowed in from the start of the adsorption step to the predicted time n. The breakthrough time prediction unit 52 uses the measured value [L/s] of the exhaust gas flow rate input every second from the flow meter 81 and the measured value of the carbon dioxide concentration input every second from the carbon dioxide concentration sensor 82 to calculate the carbon dioxide per second. By calculating the flow rate [L/s] and calculating the integrated value of the carbon dioxide flow rate [L/s], the total carbon dioxide amount C(n) can be obtained.

ステップS32Aでは、破過時間予測部52は、飽和吸着量Ca[L]を取得する。飽和吸着量Caは、吸着工程において、吸着塔10が吸着可能な二酸化炭素の総量(最大吸着量)であり、予測時刻nにおける排ガス温度(温度センサ83から取得)および二酸化炭素濃度(二酸化炭素濃度センサ82から取得)と、を用いて、記憶部54に記憶されている飽和吸着量マップ58から得ることができる。 At step S32A, the breakthrough time prediction unit 52 acquires the saturated adsorption amount Ca[L]. The saturated adsorption amount Ca is the total amount (maximum adsorption amount) of carbon dioxide that can be adsorbed by the adsorption tower 10 in the adsorption step, and is the exhaust gas temperature (obtained from the temperature sensor 83) and the carbon dioxide concentration (carbon dioxide concentration obtained from the sensor 82) and from the saturated adsorption amount map 58 stored in the storage unit 54.

ステップS33Aでは、破過時間予測部52は、定格二酸化炭素流量Cf[L/s]を取得する。定格二酸化炭素流量Cfは、排ガスの供給源毎に予め定められた二酸化炭素の流量であり、上述の通り、定格二酸化炭素流量57として、記憶部54に予め記憶されている。破過時間予測部52は、定格二酸化炭素流量57を記憶部54から取得する。 At step S33A, the breakthrough time prediction unit 52 acquires the rated carbon dioxide flow rate Cf [L/s]. The rated carbon dioxide flow rate Cf is a predetermined flow rate of carbon dioxide for each exhaust gas supply source, and is stored in advance in the storage unit 54 as the rated carbon dioxide flow rate 57 as described above. The breakthrough time prediction unit 52 acquires the rated carbon dioxide flow rate 57 from the storage unit 54 .

ステップS34Aでは、破過時間予測部52は、破過時間t(n)を下記式(3)により算出する。
t(n)=(Ca-C(n))/Cf … (3)
但し、t(n):予測時刻nにおいて予測される破過時間 Ca:飽和吸着量 C(n):予測時刻nまでに流入した二酸化炭素の総量 Cf:定格二酸化炭素流量
At step S34A, the breakthrough time prediction unit 52 calculates the breakthrough time t(n) using the following equation (3).
t(n)=(Ca−C(n))/Cf (3)
However, t(n): Breakthrough time predicted at predicted time n Ca: Saturated adsorption amount C(n): Total amount of carbon dioxide that has flowed up to predicted time n Cf: Rated carbon dioxide flow rate

式(3)において、Ca-C(n)は、予測時刻nにおいて残余の吸着工程の期間で吸着可能な二酸化炭素量(L)に相当する。そのため、式(3)により、予測時刻nにおける破過時間t(n)を求めることができる。時間の経過に伴い、予測時刻nにおいて吸着可能な二酸化炭素量が変化する(小さくなる)ため、予測される破過時間t(n)は、時間の経過に伴い短くなる。但し、二酸化炭素流量の変動に伴い、C(n)の増加量も変動するため、予測時刻nにおいて吸着可能な二酸化炭素量(Ca-C(n))の減少量も変動し、破過時間t(n)の減少量も変動する。 In equation (3), Ca-C(n) corresponds to the amount of carbon dioxide (L) that can be adsorbed during the remaining adsorption step at predicted time n. Therefore, the breakthrough time t(n) at the predicted time n can be obtained from equation (3). Since the amount of carbon dioxide that can be adsorbed at the predicted time n changes (decreases) with the passage of time, the predicted breakthrough time t(n) becomes shorter with the passage of time. However, as the carbon dioxide flow rate fluctuates, the amount of increase in C(n) also fluctuates. The amount of decrease in t(n) also varies.

本実施形態では、排ガスの流量、温度、二酸化炭素濃度を用いて、破過時間t(n)を予測している。吸着塔10における二酸化炭素の吸着量は、排ガスの流量、温度、二酸化炭素濃度によって異なるため、第1実施形態よりも、正確に破過時間を予測することができる。 In this embodiment, the flow rate, temperature, and carbon dioxide concentration of the exhaust gas are used to predict the breakthrough time t(n). Since the amount of carbon dioxide adsorbed in the adsorption tower 10 varies depending on the flow rate, temperature, and carbon dioxide concentration of the exhaust gas, the breakthrough time can be predicted more accurately than in the first embodiment.

(水素流通量決定処理)
第2実施形態において、水素流通量決定部53は、水素流通量mf(n)を、下記の式(1)により算出する。
(Hydrogen distribution amount determination processing)
In the second embodiment, the hydrogen distribution amount determining unit 53 calculates the hydrogen distribution amount mf(n) using the following formula (1).

mf(n)=(ma-mp)/t(n)… (1)
但し、mp:脱離工程が開始してから予測時刻nまでに吸着塔に流通した水素量、ma:脱離工程の全期間の間に吸着塔に流通可能な水素総量、t(n):予測時刻nにおける破過時間
mf(n)=(ma−mp)/t(n) (1)
However, mp: the amount of hydrogen that has flowed through the adsorption tower from the start of the desorption step to the predicted time n, ma: the total amount of hydrogen that can flow through the adsorption tower during the entire period of the desorption step, t(n): Breakthrough time at predicted time n

脱離工程が開始してから予測時刻nまでに吸着塔に流通した水素量mp[L]は、流量制御器30aから毎秒入力される水素流量[L/s]を積算することにより得ることができる。 The amount of hydrogen mp [L] that has flowed through the adsorption tower from the start of the desorption step to the predicted time n can be obtained by integrating the hydrogen flow rate [L/s] that is input every second from the flow controller 30a. can.

脱離工程の全期間の間に吸着塔に流通可能な水素総量maは、本実施形態では、以下のように求める。現脱離工程の前に行われた吸着工程において、吸着塔10内に吸着された二酸化炭素の総量を、流量計81から入力された排ガス流量と、二酸化炭素濃度センサ82から入力された二酸化炭素濃度と、温度センサ83から入力された温度と、飽和吸着量マップ58とを用いて予測し、予測した二酸化炭素吸着量を全て脱離させるのに必要な水素の量を算出し、水素総量ma[L]とする。水素総量maは、nがカウントアップされても、変更されない。 In this embodiment, the total amount ma of hydrogen that can flow through the adsorption tower during the entire period of the desorption process is obtained as follows. In the adsorption step performed before the current desorption step, the total amount of carbon dioxide adsorbed in the adsorption tower 10 is determined by the exhaust gas flow rate input from the flow meter 81 and the carbon dioxide input from the carbon dioxide concentration sensor 82. The concentration, the temperature input from the temperature sensor 83, and the saturated adsorption amount map 58 are used to predict and calculate the amount of hydrogen required to desorb all the predicted amount of carbon dioxide adsorption, and the total hydrogen amount ma Let it be [L]. The total hydrogen amount ma does not change even if n is counted up.

破過時間t(n)は、上述の通り予測時刻nにおいて算出された破過時間である。 The breakthrough time t(n) is the breakthrough time calculated at the predicted time n as described above.

吸着塔10に流入する排ガスの温度、二酸化炭素濃度が変化すると、二酸化炭素の飽和吸着量が変化する。詳しくは、排ガスの温度が低い程、飽和吸着量は大きく、排ガス中の二酸化炭素濃度が高いほど、飽和吸着量は大きい。本実施形態では、水素流通量mf(n)を、排ガス中の二酸化炭素濃度および排ガス温度を用いて算出された二酸化炭素吸着量に対応する水素総量maを用いて、水素流通量mf(t)を算出している。そのため、吸着塔10内部に吸着された二酸化炭素を脱離させるのに、より適切な(過不足ない)量に、水素流通量mf(n)を設定することができる。その結果、回収ガスの流量および濃度の変動をより抑制することができる。そして、製品ガスのメタン純度をさらに向上させることができる。 When the temperature and carbon dioxide concentration of the exhaust gas flowing into the adsorption tower 10 change, the saturated adsorption amount of carbon dioxide changes. Specifically, the lower the exhaust gas temperature, the larger the saturated adsorption amount, and the higher the carbon dioxide concentration in the exhaust gas, the larger the saturated adsorption amount. In this embodiment, the hydrogen circulation amount mf(n) is calculated using the total hydrogen amount ma corresponding to the carbon dioxide adsorption amount calculated using the carbon dioxide concentration in the exhaust gas and the exhaust gas temperature, and the hydrogen circulation amount mf(t) is calculated. Therefore, it is possible to set the hydrogen flow rate mf(n) to a more appropriate (neither excess or deficiency) amount for desorbing the carbon dioxide adsorbed inside the adsorption tower 10 . As a result, fluctuations in the flow rate and concentration of the recovered gas can be further suppressed. And the methane purity of the product gas can be further 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。また、上記実施形態において、ハードウェアによって実現されるとした構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されるとした構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
<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. Further, in the above embodiments, part of the configuration realized by hardware may be replaced with software, and conversely, part of the configuration realized by software may be replaced with hardware. may

・上記実施形態において、1つの吸着工程において、複数回に亘り、破過時間t(n)を予測すると共に水素流通量mf(n)を更新する例を示したが、1つの吸着工程において、破過時間を1回だけ予測し、予測された破過時間に基づいて水素流通量を決定してもよい。例えば、吸着工程の開始時に、排ガス流量を用いて破過時間を予測し、予測された破過時間に応じて、水素流通量を決定してもよい。このようにすると、水素流通量を変更しない場合や、破過時間に関わらず予め決定された水素流通量に変更する場合と比較して、回収ガスの流量および二酸化炭素の濃度変更を抑制することができる。特に、比較的、排ガス流量の変動が緩やか場合等は、適切に、回収ガスの流量および濃度の変動を抑制することができる。 In the above embodiment, an example was shown in which the breakthrough time t(n) is predicted and the hydrogen flow rate mf(n) is updated a plurality of times in one adsorption step. The breakthrough time may be predicted only once, and the hydrogen flow rate may be determined based on the predicted breakthrough time. For example, at the start of the adsorption step, the exhaust gas flow rate may be used to predict the breakthrough time, and the hydrogen flow rate may be determined according to the predicted breakthrough time. In this way, changes in the flow rate of the recovered gas and the concentration of carbon dioxide can be suppressed compared to the case where the hydrogen flow rate is not changed or the case where the hydrogen flow rate is changed to a predetermined hydrogen flow rate regardless of the breakthrough time. can be done. In particular, when fluctuations in the flue gas flow rate are relatively gentle, fluctuations in the flow rate and concentration of the recovered gas can be appropriately suppressed.

・上記実施形態において、1つの吸着工程において、複数回に亘り、破過時間t(n)を予測する場合に、破過時間t(n)と破過時間t(n-1)との関係による水素流通量mf(n)の決定の仕方の一例を示したが、水素流通量mf(n)の決定の仕方は、上記実施形態に限定されない。例えば、t(n-1)<t(n)+dtの場合に、水素流通量mf(n)を水素流通量mf(n-1)より低下させ、t(n-1)≧t(n)+dtの場合に、水素流通量mf(n)を維持(水素流通量mf(n-1)と同一)するようにしてもよい。このようにしても、少なくとも、吸着塔10への水素供給量の過多を抑制することができる。 The relationship between the breakthrough time t(n) and the breakthrough time t(n−1) when predicting the breakthrough time t(n) over a plurality of times in one adsorption step in the above embodiment Although an example of the method of determining the hydrogen flow rate mf(n) is shown, the method of determining the hydrogen flow rate mf(n) is not limited to the above embodiment. For example, when t(n−1)<t(n)+dt, the hydrogen flow rate mf(n) is reduced below the hydrogen flow rate mf(n−1), and t(n−1)≧t(n) In the case of +dt, the hydrogen flow rate mf(n) may be maintained (the same as the hydrogen flow rate mf(n−1)). Even in this way, at least, an excessive supply of hydrogen to the adsorption tower 10 can be suppressed.

・破過時間の計算方法は、上記実施形態に限定されない。例えば、排ガス流量と破過時間との関係示すマップ、関係式を用いて破過時間を求めてもよい。排ガス流量に、排ガス中の二酸化炭素濃度、排ガス温度を加え、それらと、破過時間との関係を示すマップ、関係式を用いて破過時間を求めてもよい。また、シミュレーションにより求めてもよい。 - The method of calculating the breakthrough time is not limited to the above embodiment. For example, the breakthrough time may be obtained using a map or a relational expression showing the relationship between the exhaust gas flow rate and the breakthrough time. The breakthrough time may be obtained by adding the concentration of carbon dioxide in the exhaust gas and the temperature of the exhaust gas to the flow rate of the exhaust gas, and using a map or relational expression showing the relationship between them and the breakthrough time. Moreover, you may obtain|require by simulation.

水素流通量の決定方法は、上記実施形態に限定されない。例えば、第2実施形態において示した式(1)において、水素総量maを固定値としてもよい。具体的には、各工程において同量の二酸化炭素を吸着すると仮定して、当該量の二酸化炭素を分離させるのに必要な水素の量を、水素総量maとしてもよい。 The method for determining the flow rate of hydrogen is not limited to the above embodiment. For example, in the formula (1) shown in the second embodiment, the total hydrogen amount ma may be a fixed value. Specifically, assuming that the same amount of carbon dioxide is adsorbed in each step, the amount of hydrogen required to separate the corresponding amount of carbon dioxide may be taken as the total hydrogen amount ma.

・上記実施形態では、二酸化炭素の破過に関する情報である二酸化炭素破過情報として、オフガスの温度を用いる例を示したが、他の情報を用いて、二酸化炭素の破過を予測してもよい。例えば、オフガス中の二酸化炭素濃度を、二酸化炭素破過情報として用いてもよい。具体的には、オフガス分流路23およびオフガス分流路24に、二酸化炭素濃度センサを設けて、オフガス中の二酸化炭素濃度に基づいて、二酸化炭素の流出を検知してもよい。また、排ガス流量とオフガス流量とを二酸化炭素破過情報として用いてもよい。具体的には、オフガス分流路23およびオフガス分流路24に、流量計を設けて、吸着塔10に流入する排ガスの流量と、吸着塔10から流出するガス(オフガス)の流量との差分から二酸化炭素の流出を検知してもよい。 In the above embodiment, an example of using the temperature of the off-gas as carbon dioxide breakthrough information, which is information related to carbon dioxide breakthrough, is shown. good. For example, the carbon dioxide concentration in the offgas may be used as the carbon dioxide breakthrough information. Specifically, a carbon dioxide concentration sensor may be provided in the offgas branch channel 23 and the offgas branch channel 24 to detect the outflow of carbon dioxide based on the carbon dioxide concentration in the offgas. Alternatively, the exhaust gas flow rate and the off-gas flow rate may be used as the carbon dioxide breakthrough information. Specifically, a flow meter is provided in the off-gas branch channel 23 and the off-gas branch channel 24, and the difference between the flow rate of the exhaust gas flowing into the adsorption tower 10 and the flow rate of the gas (off-gas) flowing out from the adsorption tower 10 is measured. Carbon efflux may be detected.

・上記実施形態において、二酸化炭素が破過する直前に、第1工程と第2工程とを切替える例を示したが、二酸化炭素が破過したときに第1工程と第2工程とを切替えてもよい。破過する直前に工程を切替えると、排ガスからの二酸化炭素回収効率を向上させることができるため、好ましい。 - In the above embodiment, the first step and the second step are switched immediately before the carbon dioxide breaks through, but when the carbon dioxide breaks through, the first step and the second step are switched. good too. It is preferable to switch the process immediately before the breakthrough because the carbon dioxide recovery efficiency from the exhaust gas can be improved.

・上記実施形態では、二酸化炭素回収装置が2つの吸着塔を備える例を示したが、3つ以上の吸着塔を備える構成にしてもよい。 - In the above-described embodiment, an example in which the carbon dioxide recovery device is provided with two adsorption towers is shown, but it may be configured to be provided with three or more adsorption towers.

・上記実施形態では、1つの吸着塔において、吸着工程と脱離工程とを1サイクルとして、複数サイクルが繰り返し実行される例を示したが、さらに、別の工程が実行されてもよい。例えば、吸着工程と脱離工程と冷却工程とで1サイクルとしてもよいし、吸着工程と予熱工程と脱離工程と冷却工程とで1サイクルとしてもよい。 - In the above-mentioned embodiment, in one adsorption tower, although the adsorption process and the desorption process were made into 1 cycle and multiple cycles were repeatedly performed, another process may be performed further. For example, one cycle may be composed of the adsorption step, the desorption step and the cooling step, or one cycle may be composed of the adsorption step, the preheating step, the desorption step and the cooling step.

・上記実施形態の二酸化炭素回収装置において、吸着塔の温度を調整する温度調整部(例えば、ヒータ、熱媒体等)を、さらに備える構成にしてもよい。 - The carbon dioxide recovery apparatus of the above-described embodiment may further include a temperature adjustment unit (for example, a heater, a heat medium, etc.) that adjusts the temperature of the adsorption tower.

・上記実施形態では、二酸化炭素回収制御の一例を示した。しかし、炭化水素回収制御の手順は種々の変更が可能であり、各ステップにおける処理内容の追加/省略/変更をしてもよく、ステップの実行順序を変更してもよい。 - In the above-mentioned embodiment, an example of carbon dioxide recovery control was shown. However, the procedure of hydrocarbon recovery control can be changed in various ways, and the contents of processing in each step may be added/omitted/changed, and the execution order of steps may be changed.

・上記実施形態において、二酸化炭素回収装置と炭化水素生成部とを備える炭化水素製造装置を例示したが、二酸化炭素回収装置単体として構成してもよいし、二酸化炭素回収制御装置単体として構成してもよい。 - In the above embodiment, the hydrocarbon production device including the carbon dioxide recovery device and the hydrocarbon generation unit was exemplified, but the carbon dioxide recovery device may be configured as a single unit, or the carbon dioxide recovery control device may be configured as a single unit. good too.

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、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、改良され得ると共に、本発明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。 Although the present invention has been described above based on the embodiments and modifications, the above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention, and do not limit the present invention. The present invention may be modified and modified without departing from the spirit and scope of the claims, and the present invention includes equivalents thereof. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

10…吸着塔
11…第1吸着塔
11a、12a…吸着材
12…第2吸着塔
20…排ガス流路
21、22…排ガス分流路
21a…排ガス入口弁
22a…排ガス入口弁
23、24…オフガス分流路
25…オフガス流路
25a…三方弁
30…水素流路
30a…流量制御器
31、32…水素分流路
31a、32a…水素入口弁
40…回収ガス流路
41、42…回収ガス分流路
41a、42a…回収ガス出口弁
50、50A…二酸化炭素回収制御装置
51…工程制御部
52…破過時間予測部
53…水素流通量決定部
54…記憶部
55…定格排ガス流量
56…処理可能排ガス量
57…定格二酸化炭素流量
58…飽和吸着量マップ
60…炭化水素生成部
62…水素流路
62a…流量制御器
63…製品ガス流路
70…回収ガスタンク
72…回収ガス流路
81…流量計
82…二酸化炭素濃度センサ
83…温度センサ
84…温度センサ
85…温度センサ
100、100A…炭化水素製造装置
200、200A…二酸化炭素回収装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Adsorption tower 11... First adsorption tower 11a, 12a... Adsorbent 12... Second adsorption tower 20... Exhaust gas channel 21, 22... Exhaust gas branch channel 21a... Exhaust gas inlet valve 22a... Exhaust gas inlet valve 23, 24... Offgas branch stream Path 25 Off-gas channel 25a Three-way valve 30 Hydrogen channel 30a Flow controller 31, 32 Hydrogen branch channel 31a, 32a Hydrogen inlet valve 40 Recovered gas channel 41, 42 Recovered gas branch channel 41a, 42a... Recovered gas outlet valve 50, 50A... Carbon dioxide recovery control device 51... Process control unit 52... Breakthrough time prediction unit 53... Hydrogen flow rate determination unit 54... Storage unit 55... Rated exhaust gas flow rate 56... Processable exhaust gas amount 57 Rated carbon dioxide flow rate 58 Saturated adsorption amount map 60 Hydrocarbon generation unit 62 Hydrogen flow path 62a Flow controller 63 Product gas flow path 70 Collected gas tank 72 Collected gas flow path 81 Flow meter 82 Dioxide Carbon concentration sensor 83 Temperature sensor 84 Temperature sensor 85 Temperature sensor 100, 100A Hydrocarbon production device 200, 200A Carbon dioxide recovery device

Claims (9)

少なくとも第1吸着塔と第2吸着塔とを含む複数の吸着塔を用いて、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を回収させる二酸化炭素回収制御を行う二酸化炭素回収制御装置であって、
前記第1吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第2吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第1工程と、前記第2吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第1吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第2工程と、を繰り返し実行させる工程制御部と、
前記吸着工程が実行されている前記吸着塔において、所定の予測時刻から前記吸着塔の外へ二酸化炭素が漏洩するまでの時間である破過時間を予測する破過時間予測部と、
前記破過時間予測部において予測された前記破過時間に応じて、同時に実行されている脱離工程において前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御するための水素流通量を決定する水素流通量決定部と、
を備え、
前記工程制御部は、
前記水素流通量決定部により決定された前記水素流通量になるように、前記脱離工程が実行されている前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御し、
前記吸着工程が実行されている前記吸着塔における二酸化炭素の破過に関する情報である二酸化炭素破過情報を取得し、前記二酸化炭素破過情報に基づいて、二酸化炭素の破過が生じたとき、または二酸化炭素の破過が生じる直前に前記第1工程と前記第2工程とを切替える、
二酸化炭素回収制御装置。
A carbon dioxide recovery control device that performs carbon dioxide recovery control to recover carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide using a plurality of adsorption towers including at least a first adsorption tower and a second adsorption tower,
A first step of performing an adsorption step of supplying the mixed gas to the first adsorption tower and simultaneously performing a desorption step of supplying hydrogen to the second adsorption tower; and the mixed gas to the second adsorption tower. A process control unit for repeatedly performing a second step of performing an adsorption step of supplying hydrogen at the same time as performing a desorption step of supplying hydrogen to the first adsorption tower;
a breakthrough time prediction unit that predicts a breakthrough time, which is the time from a predetermined prediction time until carbon dioxide leaks out of the adsorption tower, in the adsorption tower in which the adsorption step is performed;
Hydrogen flow for determining the flow rate of hydrogen for controlling the flow rate of hydrogen to be flowed to the adsorption tower in the desorption step being simultaneously performed according to the breakthrough time predicted by the breakthrough time prediction unit. a quantity determination unit;
with
The process control unit
controlling the flow rate of hydrogen to be circulated in the adsorption tower in which the desorption step is performed so as to be the hydrogen flow rate determined by the hydrogen flow rate determining unit;
Acquiring carbon dioxide breakthrough information, which is information on carbon dioxide breakthrough in the adsorption tower in which the adsorption step is being performed, and based on the carbon dioxide breakthrough information, when carbon dioxide breakthrough occurs, or switching between the first step and the second step just before breakthrough of carbon dioxide occurs;
Carbon dioxide capture controller.
請求項1に記載の二酸化炭素回収制御装置であって、
前記破過時間予測部は、所定の時間ごとに前記破過時間を予測し、
前記水素流通量決定部は、予測された前記破過時間に応じて、前記所定の時間ごとに前記水素流通量を更新し、
前記所定の時間をdt、前記予測時刻をn(nは1以上の整数)、前記予測時刻nにおいて予測された前記破過時間をt(n)としたとき、
前記水素流通量決定部は、
予測時刻nにおいて予測された破過時間t(n)と、予測時刻(n-1)において予測された破過時間t(n-1)との関係が、第1関係の場合には、予測時刻nにおける前記水素流通量を、予測時刻(n-1)における前記水素流通量より減少させ、第2関係の場合には、予測時刻nにおける前記水素流通量を、予測時刻(n-1)における前記水素流通量より増加させ、第3関係の場合には、予測時刻nにおける前記水素流通量を、予測時刻(n-1)における前記水素流通量と同一にし、
前記第1関係は、t(n-1)<t(n)+dtであり、
前記第2関係は、t(n-1)>t(n)+dtであり、
前記第3関係は、t(n-1)=t(n)+dtである、
二酸化炭素回収制御装置。
The carbon dioxide recovery control device according to claim 1,
The breakthrough time prediction unit predicts the breakthrough time every predetermined time,
The hydrogen flow rate determination unit updates the hydrogen flow rate every predetermined time according to the predicted breakthrough time,
When the predetermined time is dt, the predicted time is n (n is an integer of 1 or more), and the breakthrough time predicted at the predicted time n is t(n),
The hydrogen flow rate determining unit,
When the relationship between the breakthrough time t(n) predicted at the prediction time n and the breakthrough time t(n-1) predicted at the prediction time (n-1) is the first relationship, the prediction The hydrogen flow rate at time n is reduced from the hydrogen flow rate at predicted time (n-1), and in the case of the second relationship, the hydrogen flow rate at predicted time n is reduced to predicted time (n-1) , and in the case of the third relationship, the hydrogen flow rate at predicted time n is made the same as the hydrogen flow rate at predicted time (n-1),
the first relationship is t(n−1)<t(n)+dt;
the second relationship is t(n−1)>t(n)+dt;
wherein the third relationship is t(n−1)=t(n)+dt;
Carbon dioxide capture controller.
請求項1または請求項2に記載の二酸化炭素回収制御装置であって、
前記水素流通量決定部は、
前記脱離工程が開始してから前記予測時刻までに前記吸着塔に流通した水素量と、前記脱離工程の全期間の間に前記吸着塔に流通可能な水素総量と、を取得し、前記予測時刻以降に前記脱離工程中の前記吸着塔に流通させる水素流通量を、下記式(1)により決定する、
二酸化炭素回収制御装置。
mf(n)=(ma-mp)/t(n)… (1)
但し、mf(n):予測時刻n以降に脱離工程中の吸着塔に流通させる水素流通量、mp:脱離工程が開始してから予測時刻nまでに吸着塔に流通した水素量、ma:脱離工程の全期間の間に吸着塔に流通可能な水素総量、t(n):予測時刻nにおいて予測された破過時間
The carbon dioxide recovery control device according to claim 1 or 2,
The hydrogen flow rate determining unit,
Acquiring the amount of hydrogen that has flowed through the adsorption tower from the start of the desorption step to the predicted time, and the total amount of hydrogen that can flow through the adsorption tower during the entire period of the desorption step, Determine the amount of hydrogen to be circulated in the adsorption tower during the desorption step after the predicted time by the following formula (1),
Carbon dioxide capture controller.
mf(n)=(ma−mp)/t(n) (1)
However, mf(n): the amount of hydrogen flowing through the adsorption tower during the desorption process after the predicted time n, mp: the amount of hydrogen flowing through the adsorption tower from the start of the desorption process to the predicted time n, ma : Total amount of hydrogen that can flow through the adsorption tower during the entire period of the desorption process, t(n): Predicted breakthrough time at predicted time n
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の二酸化炭素回収制御装置であって、
前記破過時間予測部は、
前記吸着工程において、前記予測時刻までに前記吸着塔に流入した前記混合ガスの総量と、前記吸着工程において処理可能な混合ガス量と、前記混合ガスの供給源毎に予め定められた前記混合ガスの流量である定格混合ガス流量と、を取得し、下記式(2)により、前記破過時間を予測する、
二酸化炭素回収制御装置。
t(n)=(qc-q(n))/qf … (2)
但し、t(n):予測時刻nにおいて予測される破過時間 qc:吸着工程において処理可能な混合ガス量 q(n):予測時刻nまでに流入した混合ガスの総量 qf:定格混合ガス流量
The carbon dioxide recovery control device according to any one of claims 1 to 3,
The breakthrough time prediction unit
In the adsorption step, the total amount of the mixed gas that has flowed into the adsorption tower by the predicted time, the amount of the mixed gas that can be processed in the adsorption step, and the mixed gas predetermined for each supply source of the mixed gas Obtaining the rated mixed gas flow rate, which is the flow rate of, and predicting the breakthrough time by the following formula (2),
Carbon dioxide capture controller.
t(n)=(qc−q(n))/qf (2)
However, t(n): breakthrough time predicted at predicted time n qc: mixed gas amount that can be processed in the adsorption step q(n): total amount of mixed gas that has flowed up to predicted time n qf: rated mixed gas flow rate
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の二酸化炭素回収制御装置であって、
前記破過時間予測部は、
前記吸着塔に流入する前記混合ガスの流量と、前記混合ガスの温度と、前記混合ガス中の二酸化炭素の濃度と、を取得し、
前記吸着工程において、前記予測時刻までに流入した二酸化炭素の総量を、前記混合ガスの流量と、前記混合ガス中の二酸化炭素の濃度と、を用いて算出し、
前記吸着工程における二酸化炭素の飽和吸着量を、前記予測時刻の前記混合ガスの温度と、前記混合ガス中の二酸化炭素の濃度と、を用いて算出し、
前記混合ガスの供給源毎に予め定められた前記二酸化炭素の流量である定格二酸化炭素流量と、を取得し、
下記式(3)により、前記破過時間を予測する、
二酸化炭素回収制御装置。
t(n)=(Ca-C(n))/Cf … (3)
但し、t(n):予測時刻nにおいて予測される破過時間 Ca:二酸化炭素の飽和吸着量 C(n):予測時刻nまでに流入した二酸化炭素の総量 Cf:定格二酸化炭素流量
The carbon dioxide recovery control device according to any one of claims 1 to 3,
The breakthrough time prediction unit
obtaining the flow rate of the mixed gas flowing into the adsorption tower, the temperature of the mixed gas, and the concentration of carbon dioxide in the mixed gas;
In the adsorption step, the total amount of carbon dioxide that has flowed in by the prediction time is calculated using the flow rate of the mixed gas and the concentration of carbon dioxide in the mixed gas,
calculating the saturated adsorption amount of carbon dioxide in the adsorption step using the temperature of the mixed gas at the predicted time and the concentration of carbon dioxide in the mixed gas;
obtaining a rated carbon dioxide flow rate, which is the flow rate of the carbon dioxide predetermined for each supply source of the mixed gas;
Predicting the breakthrough time by the following formula (3),
Carbon dioxide capture controller.
t(n)=(Ca−C(n))/Cf (3)
However, t(n): Breakthrough time predicted at predicted time n Ca: Saturated adsorption amount of carbon dioxide C(n): Total amount of carbon dioxide that has flowed up to predicted time n Cf: Rated carbon dioxide flow rate
二酸化炭素回収装置であって、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の二酸化炭素回収制御装置と、
二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を分離可能な吸着塔であって、少なくとも第1吸着塔と第2吸着塔とを含む複数の吸着塔と、
前記複数の吸着塔に前記混合ガスを供給可能な混合ガス供給部と、
前記複数の吸着塔に水素を供給可能な水素供給部と、
を備える、二酸化炭素回収装置。
A carbon dioxide capture device,
A carbon dioxide recovery control device according to any one of claims 1 to 5;
a plurality of adsorption towers capable of separating carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide, the plurality of adsorption towers including at least a first adsorption tower and a second adsorption tower;
a mixed gas supply unit capable of supplying the mixed gas to the plurality of adsorption towers;
a hydrogen supply unit capable of supplying hydrogen to the plurality of adsorption towers;
A carbon dioxide capture device.
炭化水素製造装置であって、
請求項6に記載の二酸化炭素回収装置と、
内部に炭化水素化触媒を有し、前記二酸化炭素回収装置から流出する二酸化炭素と水素とを含む回収ガスを用いて、炭化水素化合物を生成する炭化水素生成部と、を備える、
炭化水素製造装置。
A hydrocarbon production device,
A carbon dioxide capture device according to claim 6;
a hydrocarbon production unit that has a hydrocarbonation catalyst inside and produces a hydrocarbon compound using a recovered gas containing carbon dioxide and hydrogen flowing out of the carbon dioxide recovery device;
Hydrocarbon production equipment.
少なくとも第1吸着塔と第2吸着塔とを含む複数の吸着塔を用いて、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を回収させる二酸化炭素回収方法であって、
前記第1吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第2吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第1工程と、前記第2吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第1吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第2工程と、を繰り返し実行させ、
前記吸着工程が実行されている前記吸着塔において、所定の予測時刻から前記吸着塔の外へ二酸化炭素が漏洩するまでの時間である破過時間を予測し、
前記破過時間予測部において予測された前記破過時間に応じて、同時に実行されている脱離工程において前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御するための水素流通量を決定し、
決定された前記水素流通量になるように、前記脱離工程が実行されている前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御し、
前記吸着工程が実行されている前記吸着塔における二酸化炭素の破過に関する情報である二酸化炭素破過情報を取得し、前記二酸化炭素破過情報に基づいて、二酸化炭素の破過が生じたとき、または二酸化炭素の破過が生じる直前に前記第1工程と前記第2工程とを切替える、
二酸化炭素回収方法。
A carbon dioxide recovery method for recovering carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide using a plurality of adsorption towers including at least a first adsorption tower and a second adsorption tower,
A first step of performing an adsorption step of supplying the mixed gas to the first adsorption tower and simultaneously performing a desorption step of supplying hydrogen to the second adsorption tower; and the mixed gas to the second adsorption tower. At the same time as performing the adsorption step of supplying the second step of performing the desorption step of supplying hydrogen to the first adsorption tower, repeatedly performing
predicting a breakthrough time, which is the time from a predetermined prediction time until carbon dioxide leaks out of the adsorption tower, in the adsorption tower in which the adsorption step is performed;
determining a flow rate of hydrogen for controlling the flow rate of hydrogen to be flowed to the adsorption tower in the desorption step being simultaneously performed according to the breakthrough time predicted by the breakthrough time prediction unit;
controlling the flow rate of hydrogen to be circulated in the adsorption tower in which the desorption step is performed so as to achieve the determined flow rate of hydrogen;
Acquiring carbon dioxide breakthrough information, which is information on carbon dioxide breakthrough in the adsorption tower in which the adsorption step is being performed, and based on the carbon dioxide breakthrough information, when carbon dioxide breakthrough occurs, or switching between the first step and the second step just before breakthrough of carbon dioxide occurs;
Carbon dioxide recovery method.
少なくとも第1吸着塔と第2吸着塔とを含む複数の吸着塔を用いて、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置を制御するためのプログラムであって、コンピュータに、
前記第1吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第2吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第1工程と、前記第2吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第1吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第2工程と、を繰り返し実行させる工程制御機能と、
前記吸着工程が実行されている前記吸着塔において、所定の予測時刻から前記吸着塔の外へ二酸化炭素が漏洩するまでの時間である破過時間を予測する破過時間予測機能と、
前記破過時間予測部において予測された前記破過時間に応じて、同時に実行されている脱離工程において前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御するための水素流通量を決定する水素流通量決定機能と、
を実現させ、
前記工程制御機能では、
前記水素流通量決定部により決定された前記水素流通量になるように、前記脱離工程が実行されている前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御し、
前記吸着工程が実行されている前記吸着塔における二酸化炭素の破過に関する情報である二酸化炭素破過情報を取得し、前記二酸化炭素破過情報に基づいて、二酸化炭素の破過が生じたとき、または二酸化炭素の破過が生じる直前に前記第1工程と前記第2工程とを切替える、
プログラム。
A program for controlling a carbon dioxide recovery device that recovers carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide using a plurality of adsorption towers including at least a first adsorption tower and a second adsorption tower, the program comprising: ,
A first step of performing an adsorption step of supplying the mixed gas to the first adsorption tower and simultaneously performing a desorption step of supplying hydrogen to the second adsorption tower; and the mixed gas to the second adsorption tower. A process control function for repeatedly performing a second step of performing an adsorption step of supplying hydrogen at the same time as performing a desorption step of supplying hydrogen to the first adsorption tower;
A breakthrough time prediction function that predicts a breakthrough time, which is the time from a predetermined prediction time until carbon dioxide leaks out of the adsorption tower, in the adsorption tower in which the adsorption step is performed;
Hydrogen flow for determining the flow rate of hydrogen for controlling the flow rate of hydrogen to be flowed to the adsorption tower in the desorption step being simultaneously performed according to the breakthrough time predicted by the breakthrough time prediction unit. a quantity determination function;
to realize
In the process control function,
controlling the flow rate of hydrogen to be circulated in the adsorption tower in which the desorption step is performed so as to be the hydrogen flow rate determined by the hydrogen flow rate determining unit;
Acquiring carbon dioxide breakthrough information, which is information on carbon dioxide breakthrough in the adsorption tower in which the adsorption step is being performed, and based on the carbon dioxide breakthrough information, when carbon dioxide breakthrough occurs, or switching between the first step and the second step just before breakthrough of carbon dioxide occurs;
program.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024157609A1 (en) * 2023-01-27 2024-08-02 日立造船株式会社 Generation device and generation method

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