JP2023105445A - Co2 separation and recovery system for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

To provide a CO2 separation and recovery system for an internal combustion engine capable of controlling a CO2 adsorber to an appropriate temperature state and successfully and promptly adsorbing/desorbing CO2 by using the CO2 adsorber.SOLUTION: A CO2 separation and recovery system for an internal combustion engine includes: at least four CO2 separators each having a CO2 adsorber capable of adsorbing/desorbing CO2 in accordance with a temperature and a heat exchanger capable of exchanging heat with the CO2 adsorber; an exhaust passage device configured so that exhaust gas flows in the four CO2 separators sequentially to pass through one of the CO2 adsorber and the heat exchanger of each CO2 separator; and a control device switching a flowing order of exhaust gas through the four CO2 separators. In the CO2 separator on the most upstream side, CO2 is desorbed from the CO2 adsorber by causing exhaust gas to flow in the heat exchanger, and in the CO2 separator on the most downstream side, CO2 in the exhaust gas is adsorbed to the CO2 adsorber by causing the exhaust gas to flow in the CO2 adsorber.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排ガスからCO2を分離する内燃機関のCO2分離装置に関する。 The present invention relates to a CO2 separation device for an internal combustion engine, which is provided in an exhaust system of the internal combustion engine and separates CO2 from exhaust gas.

地球環境上の悪影響を軽減するために、自動車の排ガス規制が一段と進んでいる。とりわけ、内燃機関の排ガスに含まれるCO2(二酸化炭素)は、地球温暖化の一因であるといわれており、排ガスからCO2を分離、回収し、自動車から排出されるCO2量を低減することが求められている。 In order to reduce adverse effects on the global environment, exhaust gas regulations for automobiles are becoming more advanced. In particular, CO2 (carbon dioxide) contained in exhaust gas from internal combustion engines is said to be one of the causes of global warming. It has been demanded.

従来、排ガスからCO2を分離するCO2分離装置として、例えば特許文献1に記載されたものが知られている。このCO2分離装置では、内燃機関の排気通路に、CO2を捕捉するCO2捕捉材を設置し、内燃機関の排ガス中のCO2をCO2捕捉材で捕捉するとともに、捕捉したCO2をCO2捕捉材から脱離させるようになっている。CO2捕捉材としては、ゼオライト等が用いられる。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a CO2 separation device for separating CO2 from exhaust gas, for example, one described in Patent Document 1 is known. In this CO2 separation device, a CO2 capturing material that captures CO2 is installed in the exhaust passage of the internal combustion engine, captures CO2 in the exhaust gas of the internal combustion engine with the CO2 capturing material, and desorbs the captured CO2 from the CO2 capturing material. It is designed to let Zeolite or the like is used as the CO2 capturing material.

具体的には、排気通路は、切替バルブによって、一方にのみ排ガスを流すことが可能な2つの分岐通路を備えており、両分岐通路にそれぞれCO2捕捉材が設けられている。一方の分岐通路に排ガスを流すことにより、その分岐通路のCO2捕捉材で排ガス中のCO2を捕捉し(捕捉工程)、他方の分岐通路のCO2捕捉材を、排ガスの熱を利用して加温することにより、CO2捕捉材に捕捉されているCO2を脱離させる(脱離工程)。そして、各CO2捕捉材において、上記の捕捉工程と脱離工程を交互に繰り返すことにより、排ガスからCO2が分離される。 Specifically, the exhaust passage has two branch passages that allow the exhaust gas to flow only in one direction by means of a switching valve, and both branch passages are provided with CO2 capture materials. By letting the exhaust gas flow through one of the branch passages, the CO2 capture material in the branch passage captures CO2 in the exhaust gas (capture step), and the CO2 capture material in the other branch passage is heated using the heat of the exhaust gas. By doing so, the CO2 captured by the CO2 capture material is desorbed (desorption step). Then, in each CO2 capturing material, CO2 is separated from the exhaust gas by alternately repeating the capturing process and the desorbing process.

国際公開第2016/076041号WO2016/076041

CO2吸着材として用いられる材料の中には、上述のゼオライトなどのように、その温度に応じてCO2吸着性能が変化し、吸着材温度が低いほどCO2吸着性能が高く、吸着材温度が高くなるにつれて低下するという温度特性を示すものがある。したがって、CO2吸着材の温度を変化させることによってCO2の吸着/脱離を切り替え、それにより排ガス中のCO2の分離・回収を行うCO2分離回収システムにおいて、CO2吸着材のCO2吸着性能を最大限、活用するためには、CO2の吸着時には吸着に適した低温、CO2の脱離時には脱離に適した高温となるよう、CO2吸着材の温度状態を適切に制御することが必要となる。 Some materials used as CO2 adsorbents, such as the above-mentioned zeolite, change their CO2 adsorption performance according to their temperature, and the lower the adsorbent temperature, the higher the CO2 adsorption performance, and the higher the adsorbent temperature. Some exhibit a temperature characteristic that decreases as the temperature increases. Therefore, in a CO2 separation and recovery system that switches CO2 adsorption/desorption by changing the temperature of the CO2 adsorbent and thereby separates and recovers CO2 in the exhaust gas, the CO2 adsorption performance of the CO2 adsorbent can be maximized. In order to utilize it, it is necessary to appropriately control the temperature state of the CO2 adsorbent so that it becomes a low temperature suitable for adsorption during CO2 adsorption and a high temperature suitable for desorption during CO2 desorption.

特許文献1に記載のCO2分離装置のように、排ガスの熱を用いて2つのCO2吸着材の温度を変化させ、それによりCO2の吸着と脱離を連続的に実行する場合、2つのCO2吸着器の温度を、それぞれCO2の吸着に適した低温状態(例えば、50℃)とCO2の脱離に適した高温状態(例えば、200℃)とに瞬時に切り替えるように制御するのが理想的ではあるが、実際には、それぞれのCO2吸着材の温度が目標温度に達するまでにはある程度の時間を要する。こうしたCO2吸着材の温度変化の遅れは、CO2吸着/脱離の効率を低下させる一因となっていた。 As in the CO2 separation device described in Patent Document 1, when the heat of the exhaust gas is used to change the temperature of the two CO2 adsorbents, thereby continuously performing CO2 adsorption and desorption, two CO2 adsorption Ideally, the temperature of the vessel should be controlled so as to instantaneously switch between a low temperature state (e.g., 50°C) suitable for CO2 adsorption and a high temperature state (e.g., 200°C) suitable for CO2 desorption. However, in practice, it takes a certain amount of time for the temperature of each CO2 adsorbent to reach the target temperature. This delay in temperature change of the CO2 adsorbent has been one of the factors that reduce the efficiency of CO2 adsorption/desorption.

こうした課題に対し、ヒータやクーラを用いることでCO2吸着器を短時間で加熱/冷却するという方法も提案されているが、この場合、ヒータやクーラを使用することで必要エネルギーが増大し、システム全体としてのエネルギー効率が悪化するという問題が生じる。 To address these issues, a method has been proposed in which a heater or cooler is used to heat/cool the CO2 adsorber in a short period of time. A problem arises that the energy efficiency as a whole deteriorates.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、排ガスの熱を効率的に利用することによりCO2吸着器を適切な温度状態に制御し、CO2吸着器によるCO2の吸着/脱離を良好かつ迅速に行うことができる内燃機関のCO2分離回収システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems. By efficiently utilizing the heat of the exhaust gas, the CO2 adsorber is controlled to an appropriate temperature state, and the CO2 adsorption/ It is an object of the present invention to provide a CO2 separation and recovery system for an internal combustion engine capable of performing desorption well and quickly.

この目的を達成するために、本発明の請求項1に係る内燃機関のCO2分離回収システムは、内燃機関3(実施形態における(以下、本項において同じ)エンジン)から排出された排ガスからCO2を分離し回収する内燃機関のCO2分離回収システム1であって、排ガスが通流可能に構成されるとともに温度に応じてCO2を吸着及び脱離可能なCO2吸着器(CO2吸着器A、CO2吸着器B、CO2吸着器C、CO2吸着器D)と、排ガスが通流可能に構成されるとともに排ガスとCO2吸着器との間で熱交換可能な熱交換器(熱交換器A、熱交換器B、熱交換器C、熱交換器D)とをそれぞれ有する、少なくとも4つのCO2分離装置(CO2分離装置A、CO2分離装置B、CO2分離装置C、CO2分離装置D)と、複数の排気通路(第1排気通路11、第2排気通路12、第3排気通路13、第4排気通路14、第5排気通路15)、及び複数の排気通路に設けられた複数の開閉バルブ(開閉バルブIN1、IN2、IN3、IN4、O1、O2、O3、O4、C1、C2、C3、C4、A1、A2、A3、A4、S1、S2、S3、S4、B1、E1、E2、E3、E4、R1、R2、R3、R4)を有し、排ガスが、少なくとも4つのCO2分離装置を順に、かつ各CO2分離装置のCO2吸着器及び熱交換器の一方を通流するように構成された排気通路装置と、複数の開閉バルブを制御することにより、少なくとも4つのCO2分離装置への排ガスの通流順を切り替える制御装置(ECU2)と、を備え、少なくとも4つのCO2分離装置のうち、排ガスが最初に通流する最上流側のCO2分離装置において、熱交換器に排ガスを流すことにより、CO2吸着器からCO2を脱離させ、少なくとも4つのCO2分離装置のうち、排ガスが最後に通流する最下流側のCO2分離装置において、CO2吸着器に排ガスを流すことにより、CO2吸着器に排ガス中のCO2を吸着させる(図4)ことを特徴とする。 In order to achieve this object, the CO2 separation and capture system for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention removes CO2 from exhaust gas discharged from an internal combustion engine 3 (an engine in the embodiment (hereinafter the same in this section)). A CO2 separation and recovery system 1 for an internal combustion engine that separates and recovers CO2, which is configured to allow the flow of exhaust gas and has a CO2 adsorber (CO2 adsorber A, CO2 adsorber A, CO2 adsorber B, CO2 adsorber C, CO2 adsorber D), and heat exchangers (heat exchanger A, heat exchanger B , heat exchanger C, heat exchanger D), and a plurality of exhaust passages ( a first exhaust passage 11, a second exhaust passage 12, a third exhaust passage 13, a fourth exhaust passage 14, a fifth exhaust passage 15), and a plurality of open/close valves (open/close valves IN1, IN2) provided in the plurality of exhaust passages. , IN3, IN4, O1, O2, O3, O4, C1, C2, C3, C4, A1, A2, A3, A4, S1, S2, S3, S4, B1, E1, E2, E3, E4, R1, R2 , R3, R4), wherein exhaust gas is configured to flow exhaust gas through at least four CO2 separation units in sequence and through one of a CO2 adsorber and a heat exchanger of each CO2 separation unit; a control device (ECU 2) for switching the flow order of the exhaust gas to at least four CO2 separation devices by controlling a plurality of open/close valves, wherein the exhaust gas flows first among the at least four CO2 separation devices. CO2 is desorbed from the CO2 adsorber by causing the exhaust gas to flow through the heat exchanger in the most upstream CO2 separation unit, and the most downstream of the at least four CO2 separation units through which the exhaust gas flows last. The CO2 separation apparatus is characterized in that the CO2 in the exhaust gas is adsorbed by the CO2 adsorber by causing the exhaust gas to flow through the CO2 adsorber (Fig. 4).

この内燃機関のCO2分離回収システムでは、少なくとも4つのCO2分離装置のそれぞれがCO2吸着器と熱交換器を有し、排ガスは、排気通路装置により、少なくとも4つのCO2分離装置を順に、かつ各CO2分離装置のCO2吸着器及び熱交換器の一方を通流する。そして、制御装置により、複数の排気通路上に設けられた複数の開閉バルブが制御され、それにより各CO2分離装置への排ガスの通流順が切り替えられる。 In this internal combustion engine CO2 separation and recovery system, each of the at least four CO2 separation devices has a CO2 adsorber and a heat exchanger, and the exhaust gas passes through the at least four CO2 separation devices in turn and each CO2 by an exhaust passage device. It flows through one of the CO2 adsorber and heat exchanger of the separation unit. The control device controls a plurality of open/close valves provided on the plurality of exhaust passages, thereby switching the flow order of the exhaust gas to each CO2 separation device.

内燃機関から出た高温の排ガスは、最上流側のCO2分離装置の熱交換器を通流する際に、CO2吸着器と熱交換を行う。これにより加熱されたCO2吸着器からは、それまでに吸着していたCO2が効率よく脱離する。一方、最上流側のCO2分離装置を通過する際に熱を奪われた排ガスは、他のCO2分離装置を順に通流する過程で更に熱を失い、最後に最下流側のCO2分離装置のCO2吸着器を通流する際に、排ガス中のCO2がCO2吸着器により効率よく吸着される。このようにして、ヒータやクーラを用いることなく、排ガスの熱を効率的に利用することによりCO2吸着器を適切な温度状態に制御し、CO2吸着材によるCO2の吸着/脱離を良好かつ迅速に行うことができる。 High-temperature exhaust gas emitted from the internal combustion engine exchanges heat with the CO2 adsorber when passing through the heat exchanger of the CO2 separation device on the most upstream side. From the heated CO2 adsorber, the CO2 that has been adsorbed up to that point is efficiently desorbed. On the other hand, the exhaust gas, which has lost heat when passing through the most upstream CO2 separation device, loses further heat in the process of passing through the other CO2 separation devices in order, and finally passes through the CO2 separation device on the most downstream side. When passing through the adsorber, CO2 in the exhaust gas is efficiently adsorbed by the CO2 adsorber. In this way, without using a heater or a cooler, the heat of the exhaust gas is efficiently used to control the temperature of the CO2 adsorber to an appropriate temperature state, and the adsorption/desorption of CO2 by the CO2 adsorbent can be performed satisfactorily and quickly. can be done.

本発明の請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関のCO2分離回収システムにおいて、複数の排気通路は、内燃機関と少なくとも4つのCO2分離装置との間に接続され、内燃機関から排出された排ガスを最上流側のCO2分離装置の熱交換器に導入するための第1排気通路と、少なくとも4つのCO2分離装置を相互に接続する第2排気通路と、少なくとも4つのCO2分離装置のCO2吸着器に接続され、最下流側のCO2分離装置のCO2吸着器を通過した排ガスを大気中に排出するための第3排気通路と、少なくとも4つのCO2分離装置のCO2吸着器に接続され、最上流側のCO2分離装置のCO2吸着器から脱離したCO2を回収するための第4排気通路と、を有していることを特徴とする。 The invention according to claim 2 of the present invention is the CO2 separation and recovery system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the plurality of exhaust passages are connected between the internal combustion engine and at least four CO2 separation devices, and the internal combustion engine a first exhaust passage for introducing the exhaust gas discharged from the CO2 separation unit to the heat exchanger of the most upstream CO2 separation unit; A third exhaust passage connected to the CO2 adsorber of the device and for discharging exhaust gas that has passed through the CO2 adsorber of the most downstream CO2 separation device into the atmosphere, and connected to the CO2 adsorbers of at least four CO2 separation devices and a fourth exhaust passage for recovering CO2 desorbed from the CO2 adsorber of the CO2 separation device on the most upstream side.

この構成によれば、第1排気通路により、内燃機関から排出された排ガスを最上流側のCO2分離装置の熱交換器に導入することができ、第2排気通路により、最上流側のCO2分離装置を通過した排ガスを、他のCO2分離装置に順に通流させることができる。また、第3排気通路により、最下流側のCO2分離装置を通流する際にCO2を吸着された排ガスを大気中に排出することができ、第4排気通路により、最上流側のCO2分離装置のCO2吸着器から脱離したCO2を効率的に回収することができる。このような排気通路の構成により、排ガスの熱を効率的に利用することができ、それによりCO2吸着器を適切な温度状態に制御し、CO2吸着材によるCO2の吸着/脱離を良好かつ迅速に行うことができる。 According to this configuration, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine can be introduced into the heat exchanger of the CO2 separation device on the most upstream side by the first exhaust passage, and the CO2 separation on the most upstream side by the second exhaust passage. The exhaust gas that has passed through the device can in turn be passed through another CO2 separation device. In addition, the third exhaust passage allows the exhaust gas, in which CO2 is adsorbed when flowing through the CO2 separation device on the most downstream side, to be discharged into the atmosphere, and the fourth exhaust passage allows the CO2 separation device on the most upstream side to be discharged into the atmosphere. CO2 desorbed from the CO2 adsorber can be efficiently recovered. With such an exhaust passage configuration, it is possible to efficiently utilize the heat of the exhaust gas, thereby controlling the temperature of the CO2 adsorber to an appropriate temperature state, so that the CO2 adsorption/desorption by the CO2 adsorbent can be performed satisfactorily and quickly. can be done.

本発明の請求項3に係る発明は、請求項2に記載の内燃機関のCO2分離回収システムにおいて、少なくとも4つのCO2分離装置は、排ガスが流れる上流から下流に向かって、第1、第2、第3及び第4CO2分離装置の順に配置されており、第1CO2分離装置では、内燃機関から排出された排ガスが第1CO2分離装置の熱交換器に流れることにより、第1CO2分離装置のCO2吸着器からCO2を脱離させる脱離処理が実行され、第2CO2分離装置では、第1CO2分離装置を通過した排ガスが第2CO2分離装置の熱交換器に流れることにより、第2CO2分離装置のCO2吸着器を加熱する加熱処理が実行され、第3CO2分離装置では、第2CO2分離装置を通過した排ガスが第3CO2分離装置の熱交換器に流れることにより、第3CO2分離装置のCO2吸着器を冷却する冷却処理が実行され、第4CO2分離装置では、第3CO2分離装置を通過した排ガスが第4CO2分離装置のCO2吸着器に流れることにより、第4CO2分離装置のCO2吸着器に排ガス中のCO2を吸着させる吸着処理が実行される(図4)ことを特徴とする。 The invention according to claim 3 of the present invention is the CO2 separation and recovery system for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the at least four CO2 separation devices are arranged in the order from upstream to downstream where the exhaust gas flows, first, second, The third and fourth CO2 separation devices are arranged in this order. In the first CO2 separation device, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows into the heat exchanger of the first CO2 separation device, and the CO2 adsorber of the first CO2 separation device A desorption process for desorbing CO2 is performed, and in the second CO2 separation device, the exhaust gas that has passed through the first CO2 separation device flows into the heat exchanger of the second CO2 separation device, thereby heating the CO2 adsorber of the second CO2 separation device. In the third CO2 separation device, the exhaust gas that has passed through the second CO2 separation device flows into the heat exchanger of the third CO2 separation device, thereby cooling the CO2 adsorber of the third CO2 separation device. Then, in the fourth CO2 separation device, the exhaust gas that has passed through the third CO2 separation device flows into the CO2 adsorber of the fourth CO2 separation device, whereby the CO2 in the exhaust gas is adsorbed by the CO2 adsorption device of the fourth CO2 separation device. (Fig. 4).

この構成によれば、内燃機関から排出された高温の排ガスが通流する第1CO2分離装置において、CO2吸着器からCO2を脱離させる脱離処理を実行し、次いで、第2CO2分離装置において、更に排ガスの熱を奪うことにより、CO2吸着器を加熱する加熱処理を実行する。その後、第1及び第2のCO2分離装置を通過することで熱を奪われた排ガスを第3CO2分離装置の熱交換器に通流させることで、CO2吸着器を冷却する冷却処理を実行し、さらに、熱を奪われた排ガスを第4CO2分離装置のCO2吸着器に通流させることで、排ガス中のCO2をCO2吸着器に吸着させる吸着処理を実行する。 According to this configuration, in the first CO2 separation device through which high-temperature exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows, desorption processing is performed to desorb CO2 from the CO2 adsorber, and then in the second CO2 separation device, further A heat treatment is performed to heat the CO2 adsorber by taking heat from the exhaust gas. After that, the exhaust gas that has lost heat by passing through the first and second CO2 separation devices is passed through the heat exchanger of the third CO2 separation device to cool the CO2 adsorber, Furthermore, the exhaust gas from which the heat has been taken is allowed to flow through the CO2 adsorber of the fourth CO2 separation device, thereby performing an adsorption process in which CO2 in the exhaust gas is adsorbed by the CO2 adsorber.

以上のように、排ガスを第1から第4までのCO2分離装置に順に通流させる過程で、排ガスの熱を効率的に利用して脱離処理、加熱処理、冷却処理、吸着処理をそれぞれ実行することにより、各CO2吸着器を適切な温度状態に制御し、CO2吸着材によるCO2の吸着/脱離を良好かつ迅速に行うことができる。 As described above, in the process of sequentially passing the exhaust gas through the first to fourth CO2 separation devices, the heat of the exhaust gas is efficiently used to perform the desorption treatment, heating treatment, cooling treatment, and adsorption treatment, respectively. By doing so, each CO2 adsorber can be controlled to an appropriate temperature state, and adsorption/desorption of CO2 by the CO2 adsorbent can be performed satisfactorily and quickly.

本発明の請求項4に係る発明は、請求項3に記載の内燃機関のCO2分離回収システムにおいて、複数の排気通路は、第1、第2、第3及び第4CO2分離装置に接続された第5排気通路を、さらに有しており、第5排気通路に配置され、第2CO2分離装置の熱交換器を通過した排ガスを冷却するための放熱器6を、さらに備えていること特徴とする。 The invention according to claim 4 of the present invention is the CO2 separation and recovery system for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the plurality of exhaust passages are connected to the first, second, third and fourth CO2 separation devices. 5 exhaust passage, and is further provided with a radiator 6 arranged in the fifth exhaust passage for cooling the exhaust gas that has passed through the heat exchanger of the second CO2 separation device.

この構成によれば、第1から第4までの各CO2分離装置に接続された第5排気通路に配置された放熱器により、第2CO2分離装置の熱交換器を通過した排ガスを更に冷却することが可能となるので、冷却された排ガスが、放熱器の下流側に配置された第3CO2分離装置及び第4CO2分離装置に通流することにより、冷却処理及び吸着処理をより効率よく実行することができる。したがって、CO2吸着器をより適切な温度状態に制御し、CO2吸着材によるCO2の吸着/脱離をさらに良好かつ迅速に行うことができる。 According to this configuration, the exhaust gas that has passed through the heat exchanger of the second CO2 separation device is further cooled by the radiator arranged in the fifth exhaust passage connected to each of the first to fourth CO2 separation devices. Since the cooled exhaust gas flows through the third CO2 separation device and the fourth CO2 separation device arranged downstream of the radiator, the cooling treatment and the adsorption treatment can be performed more efficiently. can. Therefore, the CO2 adsorber can be controlled to a more appropriate temperature state, and the adsorption/desorption of CO2 by the CO2 adsorbent can be performed more favorably and quickly.

本発明の請求項5に係る発明は、請求項3又は4に記載の内燃機関のCO2分離回収システムにおいて、制御装置による複数の開閉バルブの制御により、少なくとも4つのCO2分離装置の各々は、第1、第2、第3及び第4CO2分離装置のいずれかに設定され、脱離処理、冷却処理、吸着処理及び加熱処理が順に繰り返し実行される(図4)ことを特徴とする。 The invention according to claim 5 of the present invention is the CO2 separation and recovery system for an internal combustion engine according to claim 3 or 4, wherein each of the at least four CO2 separation devices is controlled by the control of the plurality of opening and closing valves by the control device. 1, 2nd, 3rd and 4th CO2 separators are set, and desorption treatment, cooling treatment, adsorption treatment and heating treatment are repeated in order (Fig. 4).

この構成によれば、複数の開閉バルブを制御することにより排ガスの通流順を順次切り替えることによって、少なくとも4つのCO2分離装置の各々を、第1、第2、第3及び第4CO2分離装置のいずれかに設定し、各CO2分離装置は、脱離処理、冷却処理、吸着処理及び加熱処理を順に繰り返し実行する。すなわち、第1CO2分離装置として排ガスの熱を受けて脱離処理を実行した高温状態のCO2分離装置は、次に第3CO2分離装置に設定され、後の吸着処理に備えて冷却処理を実行することにより冷却される。冷却されたCO2分離装置は、その後、第4CO2分離装置に設定され、吸着処理を実行する。さらに、吸着処理実行後のCO2分離装置は、第2CO2分離装置に設定され、再度の脱離処理に備えて加熱処理を実行することで加熱された後、再度、第1CO2分離装置に設定され、再度の脱離処理が実行される。 According to this configuration, each of the at least four CO2 separation devices is switched to the first, second, third, and fourth CO2 separation devices by sequentially switching the flow order of the exhaust gas by controlling the plurality of open/close valves. Either one is set, and each CO2 separation device repeats desorption processing, cooling processing, adsorption processing, and heating processing in order. That is, the high-temperature CO2 separation device that has performed the desorption process by receiving the heat of the exhaust gas as the first CO2 separation device is next set as the third CO2 separation device, and performs the cooling process in preparation for the subsequent adsorption process. cooled by The cooled CO2 separator is then set to the fourth CO2 separator to perform the adsorption process. Furthermore, the CO2 separation device after execution of the adsorption treatment is set to the second CO2 separation device, heated by performing heat treatment in preparation for the second desorption treatment, and then set to the first CO2 separation device again, Desorption processing is performed again.

各CO2分離装置が脱離処理、冷却処理、吸着処理及び加熱処理を順に繰り返し実行することにより、吸着処理を実行する際には、事前に冷却処理が実行されていることによりCO2吸着器が冷却されているので、吸着処理の開始時点から効率よくCO2の吸着を行うことができる。また、脱離処理を実行する際には、事前に加熱処理が実行されていることによりCO2吸着器が加熱されているので、脱離処理の開始時点から効率よくCO2の脱離を行うことができる。このようにして、排ガスの熱を効率的に利用することができるので、CO2吸着器をより適切な温度状態に制御し、CO2吸着材によるCO2の吸着/脱離をさらに良好かつ迅速に行うことができる。 Each CO2 separation device repeats the desorption process, cooling process, adsorption process, and heating process in order, so that when the adsorption process is performed, the CO2 adsorber is cooled because the cooling process is performed in advance. Therefore, CO2 can be efficiently adsorbed from the start of the adsorption treatment. In addition, when the desorption process is performed, the CO2 adsorber is heated by the heat treatment performed in advance, so CO2 can be efficiently desorbed from the start of the desorption process. can. In this way, the heat of the exhaust gas can be efficiently used, so that the CO2 adsorber can be controlled to a more appropriate temperature state, and the adsorption/desorption of CO2 by the CO2 adsorbent can be performed better and more quickly. can be done.

本発明のCO2分離回収システムの基本概念を説明するためのブロック図である。1 is a block diagram for explaining the basic concept of the CO2 separation and recovery system of the present invention; FIG. CO2吸着材のCO2吸着性能の温度特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing temperature characteristics of CO2 adsorption performance of a CO2 adsorbent. 本発明のCO2分離回収システムにおける動作モードの切り替えを説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining switching of operation modes in the CO2 separation and recovery system of the present invention; 各動作モードにおける排ガスの流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of exhaust gas in each operation mode. 本発明の一実施形態によるCO2分離回収システムを内燃機関とともに模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a CO2 separation and capture system according to one embodiment of the present invention together with an internal combustion engine; FIG. CO2分離回収システムの制御装置を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a controller of the CO2 separation and recovery system; 動作モード切替制御処理を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing operation mode switching control processing; 各動作モードにおけるバルブの開閉を設定するためのマップである。It is a map for setting opening and closing of the valve in each operation mode. モード1におけるCO2分離回収システムの動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the operation of the CO2 separation and recovery system in mode 1; モード2におけるCO2分離回収システムの動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the operation of the CO2 separation and recovery system in mode 2; モード3におけるCO2分離回収システムの動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the operation of the CO2 separation and recovery system in mode 3; モード4におけるCO2分離回収システムの動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the operation of the CO2 separation and recovery system in mode 4; 2つのCO2分離装置を用いるCO2分離回収システムの従来例を示す図である。1 is a diagram showing a conventional example of a CO2 separation and recovery system using two CO2 separation devices; FIG.

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。はじめに、本発明におけるCO2分離回収システムの基本概念と動作の概要について説明する。 Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. First, the basic concept and operation of the CO2 separation and recovery system of the present invention will be described.

図13は、2つのCO2分離装置を用いるCO2分離回収システムの従来例を模式的に示している。この従来例のCO2分離回収システム91は、排気通路94に設けられた2つのCO2分離装置95A、95Bを備えており、CO2分離装置95A、95Bは、互いに隣接するように配置された熱交換器AとCO2吸着器A、及び熱交換器BとCO2吸着器Bをそれぞれ有している。CO2吸着器は、排ガス中のCO2を吸着及び脱離するものであり、そのためのCO2吸着材(図示せず)を内蔵している。CO2吸着材は、それぞれのCO2吸着器を流れる排ガスに晒されるように設けられている。 FIG. 13 schematically shows a conventional example of a CO2 separation and recovery system using two CO2 separation devices. This conventional CO2 separation and recovery system 91 includes two CO2 separation devices 95A and 95B provided in an exhaust passage 94. The CO2 separation devices 95A and 95B are heat exchangers arranged adjacent to each other. A and CO2 adsorber A, and heat exchanger B and CO2 adsorber B respectively. The CO2 adsorber adsorbs and desorbs CO2 in the exhaust gas, and contains a CO2 adsorbent (not shown) for that purpose. The CO2 adsorbents are provided so as to be exposed to exhaust gas flowing through each CO2 adsorber.

CO2吸着材は、例えばゼオライトなどで構成されており、図2に示すような、温度に応じたCO2吸着性能を有する。具体的には、図2に示すように、CO2吸着材が吸着することが可能なCO2の吸着量はCO2吸着材の温度に応じて変化し、温度が低いほどCO2吸着量が大きく、温度が高くなるにつれて低下する。この従来例のCO2分離回収システム91では、こうしたCO2吸着材の温度特性を利用して、CO2吸着器の温度を下げ、CO2の吸着に適した低温(例えば50℃)とすることにより排ガス中のCO2を吸着させるとともに、CO2吸着器の温度を上げ、CO2の脱離に適した高温(例えば200℃)とすることにより吸着したCO2を脱離させることで、CO2の吸着処理と脱離処理を実行する。 The CO2 adsorbent is made of, for example, zeolite, and has CO2 adsorption performance depending on temperature as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 2, the amount of CO2 that can be adsorbed by the CO2 adsorbent changes according to the temperature of the CO2 adsorbent. decreases as it rises. In this conventional CO2 separation and recovery system 91, the temperature characteristics of the CO2 adsorbent are used to lower the temperature of the CO2 adsorber to a low temperature (for example, 50°C) suitable for CO2 adsorption, thereby In addition to adsorbing CO2, the temperature of the CO2 adsorber is raised to a high temperature (for example, 200°C) suitable for desorption of CO2, thereby desorbing the adsorbed CO2, thereby performing adsorption and desorption of CO2. Execute.

この従来例のCO2分離回収システム91において、内燃機関93から出た排ガスは、CO2分離装置95A、95Bの上流側に設けられた上流側切替弁96により選択的に開放された分岐通路94a、94bのいずれか(図13では分岐通路94a)を通って流れ、熱交換器A、Bのいずれか(図13では熱交換器A)を通過する。熱交換器との熱交換によって冷却され温度が下がった排ガスは、続いてCO2吸着器A、Bのいずれか(図13ではCO2吸着器B)を通過する際にCO2が吸着され、その後、脱CO2排ガス(N2、水などを含む。)として大気に排出される。その一方で、高温の排ガスから熱交換器に吸収された熱は、熱交換器に隣接する、排ガスが導入されない方のCO2吸着器(図13ではCO2吸着器A)へと伝えられる。それにより、暖められたCO2吸着器から、それまでに吸着されていたCO2が脱離する。脱離したCO2は、下流側切替弁97により選択的に開放された分岐通路94c、94dのいずれか(図13では分岐通路94c)を通って合流通路94e側に流れ、負圧を伴って吸出し効果を有する圧縮機98により脱離され圧縮された状態で貯蔵タンク99に貯蔵される。 In this conventional CO2 separation and recovery system 91, the exhaust gas emitted from the internal combustion engine 93 passes through branch passages 94a and 94b selectively opened by an upstream switching valve 96 provided upstream of the CO2 separation devices 95A and 95B. (branch passage 94a in FIG. 13) and either heat exchanger A or B (heat exchanger A in FIG. 13). The flue gas, which has been cooled and cooled by heat exchange with the heat exchanger, then passes through either CO2 adsorber A or B (CO2 adsorber B in FIG. 13), where CO2 is adsorbed, and then desorbed. Emitted to the atmosphere as CO2 exhaust gas (including N2, water, etc.). On the other hand, the heat absorbed by the heat exchanger from the high-temperature exhaust gas is transferred to the CO2 adsorber adjacent to the heat exchanger to which the exhaust gas is not introduced (CO2 adsorber A in FIG. 13). The previously adsorbed CO2 is thereby desorbed from the warmed CO2 adsorber. The desorbed CO2 flows through one of the branch passages 94c and 94d (the branch passage 94c in FIG. 13) selectively opened by the downstream side switching valve 97, flows toward the confluence passage 94e, and is sucked out with negative pressure. It is desorbed and stored in a storage tank 99 in a compressed state by the effective compressor 98 .

この従来例のCO2分離回収システム91では、上述のように、排ガスが導入される方のCO2吸着器がCO2の吸着を行うときに、排ガスが導入されない方のCO2吸着器がそれまでに吸着したCO2を脱離するように動作する。さらに、所定の条件下で、上流側切替弁96により排ガスを導入する分岐通路94a、94bを切り替えるように制御するとともに、下流側切替弁97により合流通路94e側に開放する分岐通路94c、94dを切り替えるように制御することにより、排ガスが通過する熱交換器及びCO2吸着器が切り替わるとともに、圧縮機98及び貯蔵タンク99側に開放されるCO2吸着器が切り替わる。それにより、それまでCO2を吸着していたCO2吸着器が、吸着したCO2の脱離を開始し、それまでCO2を脱離していたCO2吸着器が、新たに導入される排ガスからのCO2の吸着を開始する。 In the conventional CO2 separation and recovery system 91, as described above, when the CO2 adsorber to which the flue gas is introduced adsorbs CO2, the CO2 adsorber to which the flue gas is not introduced has already adsorbed CO2. It operates to desorb CO2. Furthermore, under predetermined conditions, the upstream side switching valve 96 is controlled to switch the branch passages 94a and 94b for introducing the exhaust gas, and the downstream side switching valve 97 is used to switch the branch passages 94c and 94d open to the confluence passage 94e side. By performing switching control, the heat exchanger and CO2 adsorber through which exhaust gas passes are switched, and the CO2 adsorber opened to the compressor 98 and storage tank 99 side is switched. As a result, the CO2 adsorber that has been adsorbing CO2 starts to desorb the adsorbed CO2, and the CO2 adsorber that has been desorbing CO2 adsorbs CO2 from the newly introduced exhaust gas. to start.

上流側切替弁96と下流側切替弁97による排気通路の切り替えは、例えば、CO2吸着器の下流側に設けられたCO2濃度センサ(不図示)により、CO2吸着器を通過した排ガス中のCO2濃度が所定値を超えたことが検出され、CO2吸着を行っているCO2吸着器が飽和状態に達したと判定された場合に行われる。 Switching of the exhaust passage by the upstream switching valve 96 and the downstream switching valve 97 is performed by, for example, using a CO2 concentration sensor (not shown) provided downstream of the CO2 adsorber to detect the CO2 concentration in the exhaust gas that has passed through the CO2 adsorber. is detected to have exceeded a predetermined value, and it is determined that the CO2 adsorber that is adsorbing CO2 has reached a saturated state.

この従来例のCO2分離回収システム91のように、2つのCO2分離装置の一方がCO2の脱離を行うときに他方がCO2の吸着を行い、それを交互に切り替えながら繰り返すことによってCO2の吸着と脱離を行うシステムにおいては、CO2吸着器の温度変化に時間を要することが、CO2の吸着/脱離の効率を悪化させる要因となる。 As in the conventional CO2 separation and recovery system 91, one of the two CO2 separation devices desorbs CO2 while the other adsorbs CO2. In a desorption system, it takes time to change the temperature of the CO2 adsorber, which is a factor that deteriorates the efficiency of CO2 adsorption/desorption.

すなわち、それまでCO2の吸着処理を実行していたCO2吸着器が飽和状態に達したと判定された場合に、排気通路を切り替えることによって排ガスの流路を変更し、それまでCO2吸着を行っていたCO2吸着器への加温を開始しても、CO2吸着器がCO2の脱離に適した温度に達するまでには一定の時間を要するため、その間のCO2脱離の効率が悪化することとなる。同様に、それまでCO2脱離を行っていたCO2吸着器の冷却を開始しても、CO2吸着器の温度がCO2の吸着に適した温度に下がるまでには一定の時間を要し、その間のCO2吸着の効率は悪化することとなる。 That is, when it is determined that the CO2 adsorber that has been performing CO2 adsorption processing has reached a saturated state, the exhaust gas passage is changed to change the flow path of the exhaust gas, and CO2 adsorption has been performed until then. Even if the heating of the CO2 adsorber is started, it takes a certain amount of time for the CO2 adsorber to reach a temperature suitable for desorption of CO2, so the efficiency of CO2 desorption during that time is degraded. Become. Similarly, even if the cooling of the CO2 adsorber that has been desorbing CO2 is started, it takes a certain amount of time for the temperature of the CO2 adsorber to drop to a temperature suitable for CO2 adsorption. The efficiency of CO2 adsorption will deteriorate.

CO2吸着器の温度変化に要する時間を短縮するために、ヒータやクーラを用いてCO2吸着器の昇温や冷却を促進することも可能であるが、この場合、ヒータやクーラの使用により必要エネルギーが増大し、システム全体のエネルギー効率が悪化するという別の問題が生じる。 In order to shorten the time required for the temperature change of the CO2 adsorber, it is possible to use a heater or cooler to accelerate the temperature rise or cooling of the CO2 adsorber. increases, resulting in a worsening of the energy efficiency of the overall system.

こうした従来例の問題点に鑑み、本発明に係るCO2分離回収システムでは、少なくとも4つのCO2分離装置を用い、排ガスがこれら少なくとも4つのCO2分離装置を順に通流するように排気通路を構成する。図1は、本発明に係るCO2分離回収システムの基本概念を示す。図1に例示するCO2分離回収システムでは、互いに隣接するように配置された熱交換器とCO2吸着器をそれぞれ有する4つのCO2分離装置A、B、C、Dを用いる。 In view of the problems of the conventional example, the CO2 separation and recovery system according to the present invention uses at least four CO2 separation devices, and configures an exhaust passage so that the exhaust gas flows through the at least four CO2 separation devices in order. FIG. 1 shows the basic concept of a CO2 separation and recovery system according to the present invention. The CO2 separation and recovery system illustrated in FIG. 1 uses four CO2 separation units A, B, C, D each having a heat exchanger and a CO2 adsorber arranged adjacent to each other.

内燃機関から出た高温の排ガスは、最上流のCO2分離装置Aの熱交換器Aを通流する際に熱を奪われる。排ガスから奪った熱により、CO2の脱離に適した所定の高温度範囲まで昇温したCO2吸着器Aからは、それまでに吸着していたCO2が脱離し、脱離したCO2は圧縮機によって圧縮された状態で貯蔵タンクに貯蔵される。 The high-temperature exhaust gas emitted from the internal combustion engine loses heat when flowing through the heat exchanger A of the CO2 separation device A located most upstream. From the CO2 adsorber A, which is heated to a predetermined high temperature range suitable for desorption of CO2 by the heat taken from the exhaust gas, the CO2 that had been adsorbed up to that point is desorbed, and the desorbed CO2 is desorbed by the compressor. It is stored in a storage tank in a compressed state.

一方、熱交換器Aを通過した排ガスは、続けてCO2分離装置Bの熱交換器Bを通流する際に更に熱を奪われる。熱交換器Bが排ガスから奪った熱は隣接するCO2吸着器Bに伝達され、それによりCO2吸着器Bが加熱される。 On the other hand, the exhaust gas that has passed through the heat exchanger A loses more heat when it continues to flow through the heat exchanger B of the CO2 separator B. The heat taken from the exhaust gas by the heat exchanger B is transferred to the adjacent CO2 adsorber B, whereby the CO2 adsorber B is heated.

熱交換器A、Bを通過することで熱を奪われ温度の下がった排ガスは、続けてCO2分離装置Cの熱交換器Cを通流する際に、隣接するCO2吸着器Cとの熱交換によりCO2吸着器Cを冷却する。 Exhaust gas whose temperature has been lowered by losing heat by passing through heat exchangers A and B continues heat exchange with the adjacent CO2 adsorber C when flowing through the heat exchanger C of the CO2 separator C. to cool the CO2 adsorber C.

熱交換器Cを通過した低温の排ガスは、続けて最下流のCO2分離装置DのCO2吸着器Dを通流し、CO2吸着器Dを冷却する。CO2の吸着に適した所定の低温度範囲まで冷却されたCO2吸着器Dは、排ガス中のCO2を吸着する。CO2が除去又は低減された排ガス(脱CO2排ガス)は、その後、大気に開放される。 The low-temperature exhaust gas that has passed through the heat exchanger C continues to flow through the CO2 adsorber D of the CO2 separation device D at the most downstream side to cool the CO2 adsorber D. The CO2 adsorber D cooled to a predetermined low temperature range suitable for CO2 adsorption adsorbs CO2 in the exhaust gas. The flue gas from which CO2 has been removed or reduced (de-CO2 flue gas) is then released to the atmosphere.

このように、本発明に係るCO2分離回収システムでは、最上流のCO2分離装置によってCO2を脱離する脱離処理が実行され、2つ目のCO2分離装置によってCO2吸着器を加熱する加熱処理が実行され、3つ目のCO2分離装置によってCO2吸着器を冷却する冷却処理が実行され、最下流のCO2分離装置によってCO2を吸着する吸着処理が実行される。 As described above, in the CO2 separation and recovery system according to the present invention, the most upstream CO2 separation device performs desorption processing for desorbing CO2, and the second CO2 separation device performs heat processing for heating the CO2 adsorber. The third CO2 separation device performs cooling processing for cooling the CO2 adsorber, and the most downstream CO2 separation device performs adsorption processing for adsorbing CO2.

最下流のCO2分離装置の下流側の排気通路には、CO2濃度センサが配置されており、脱CO2排ガス中のCO2濃度を検出する。脱CO2排ガス中のCO2濃度が所定値を超えた場合、最下流のCO2吸着器のCO2吸着量が吸着許容量の上限に達したと判定し、排気通路に設けられた開閉バルブ(図示せず)を切り替えることにより、4つのCO2分離装置への排ガスの通流順が変更され、それぞれのCO2分離装置が実行する処理が切り替えられる。 A CO2 concentration sensor is arranged in the exhaust passage on the downstream side of the most downstream CO2 separation device to detect the CO2 concentration in the de-CO2 exhaust gas. When the CO2 concentration in the de-CO2 exhaust gas exceeds a predetermined value, it is determined that the CO2 adsorption amount of the most downstream CO2 adsorber has reached the upper limit of the adsorption allowable amount, and the opening/closing valve (not shown) provided in the exhaust passage ), the flow order of the exhaust gas to the four CO2 separation devices is changed, and the processes performed by the respective CO2 separation devices are switched.

図3は、CO2分離装置A、B、C、Dの各々が実行する脱離、加熱、冷却、吸着の各処理の順序を示している。モード1(1番目の処理サイクル)では、CO2分離装置Aが脱離処理を実行し、CO2分離装置Bが加熱処理を実行し、CO2分離装置Cが冷却処理を実行し、CO2分離装置Dが吸着処理を実行する。モード2(2番目の処理サイクル)では、CO2分離装置Aが冷却処理を実行し、CO2分離装置Bが脱離処理を実行し、CO2分離装置Cが吸着処理を実行し、CO2分離装置Dが加熱処理を実行する。モード3(3番目の処理サイクル)では、CO2分離装置Aが吸着処理を実行し、CO2分離装置Bが冷却処理を実行し、CO2分離装置Cが加熱処理を実行し、CO2分離装置Dが脱離処理を実行する。モード4(4番目の処理サイクル)では、CO2分離装置Aが加熱処理を実行し、CO2分離装置Bが吸着処理を実行し、CO2分離装置Cが脱離処理を実行し、CO2分離装置Dが冷却処理を実行する。 FIG. 3 shows the sequence of desorption, heating, cooling, and adsorption processes performed by each of the CO2 separators A, B, C, and D. FIG. In mode 1 (first processing cycle), CO2 separation device A performs desorption processing, CO2 separation device B performs heating processing, CO2 separation device C performs cooling processing, and CO2 separation device D performs Execute adsorption processing. In mode 2 (second processing cycle), CO2 separation device A performs cooling processing, CO2 separation device B performs desorption processing, CO2 separation device C performs adsorption processing, and CO2 separation device D performs Carry out heat treatment. In mode 3 (third processing cycle), CO2 separation device A performs adsorption processing, CO2 separation device B performs cooling processing, CO2 separation device C performs heating processing, and CO2 separation device D performs desorption. Execute remote processing. In mode 4 (fourth processing cycle), CO2 separation device A performs heat treatment, CO2 separation device B performs adsorption processing, CO2 separation device C performs desorption processing, and CO2 separation device D performs Carry out the cooling process.

このような動作モード1~4を繰り返し実行することにより、各CO2分離装置は、脱離処理、冷却処理、吸着処理、加熱処理を順に繰り返し実行することとなる。すなわち、脱離処理の実行によりそれまでに吸着していたCO2を脱離したCO2吸着器は、再度のCO2吸着の前段階として冷却処理を実行することで冷却され、CO2吸着を効率的に行えるように準備される。冷却処理により冷却されたCO2吸着器は、続いて吸着処理を実行する。吸着処理の実行によりCO2を吸着したCO2吸着器は、再度のCO2脱離の前段階として加熱処理を実行することで加熱され、次の脱離処理を効率的に実行できるように準備される。 By repeatedly executing such operation modes 1 to 4, each CO2 separation device repeatedly executes the desorption process, the cooling process, the adsorption process, and the heating process in this order. That is, the CO2 adsorber that has desorbed the previously adsorbed CO2 by executing the desorption process is cooled by executing the cooling process as a pre-stage of the second CO2 adsorption, and the CO2 adsorption can be performed efficiently. be prepared as The CO2 adsorber cooled by the cooling process then performs the adsorption process. The CO2 adsorber that has adsorbed CO2 through the execution of the adsorption process is heated by performing heat treatment as a pre-stage of the second CO2 desorption, and is prepared so that the next desorption process can be efficiently performed.

CO2分離装置A、B、C、Dの各々において、吸着処理の前に必ず冷却処理が実行されるので、各CO2吸着器は、吸着処理を開始する時点で既にCO2吸着に適した所定の低温、又はこれに近い温度まで冷却されていることにより、吸着処理の開始直後から良好にCO2の吸着を行うことができる。また、脱離処理の前に必ず加熱処理が実行されるので、各CO2吸着器は、脱離処理を開始する時点で既にCO2脱離に適した所定の高温、又はこれに近い温度まで加熱されていることにより、脱離処理の開始直後から良好にCO2の脱離を行うことができる。したがって、本発明に係るCO2分離回収システムでは、CO2吸着器の温度変化の遅れによりCO2吸着/脱離のエネルギー効率が悪化することを防止することができる。 In each of the CO2 separation devices A, B, C, and D, the cooling process is always performed before the adsorption process, so that each CO2 adsorber is already at a predetermined low temperature suitable for CO2 adsorption when the adsorption process is started. , or is cooled to a temperature close to this, CO2 can be adsorbed satisfactorily immediately after the start of the adsorption treatment. In addition, since the heat treatment is always performed before the desorption process, each CO2 adsorber is already heated to a predetermined high temperature suitable for CO2 desorption or a temperature close thereto when the desorption process is started. Therefore, it is possible to desorb CO2 satisfactorily immediately after the desorption treatment is started. Therefore, in the CO2 separation and recovery system according to the present invention, it is possible to prevent the energy efficiency of CO2 adsorption/desorption from deteriorating due to the delay in the temperature change of the CO2 adsorber.

また、4つのCO2分離装置が互いに異なる処理を実行する4つの動作モードを切り替えながら繰り返し実行することにより、システム全体としてはCO2の吸着と脱離を切れ目なく連続的に実行することができるので、CO2の吸着/脱離を良好かつ迅速に行うことができる。 In addition, by repeatedly executing four operation modes in which the four CO2 separation devices perform different processes while switching between them, the system as a whole can continuously perform the adsorption and desorption of CO2 without a break. Good and fast CO2 adsorption/desorption can be achieved.

次に、図4を参照して、上述の動作モード1~4における排ガスの流れについて説明する。なお、同図では、加熱処理を実行するCO2分離装置を通過した排ガスが、放熱器を通流した後に冷却処理を実行するCO2分離装置に導入される構成としている。これにより、冷却処理、及びそれに続く吸着処理をより効率よく実行することができる。 Next, referring to FIG. 4, the flow of the exhaust gas in the operation modes 1 to 4 described above will be described. In addition, in the figure, exhaust gas that has passed through a CO2 separation device that performs heat treatment is introduced into a CO2 separation device that performs cooling processing after flowing through a radiator. As a result, the cooling treatment and subsequent adsorption treatment can be performed more efficiently.

まず、モード1では、内燃機関を出た排ガスは、はじめにCO2分離装置Aの熱交換器Aに通流して脱離処理が実行され、次にCO2分離装置Bの熱交換器Bに通流して加熱処理が実行され、続いて放熱器を通過した後にCO2分離装置Cの熱交換器Cに通流して冷却処理が実行され、最後にCO2分離装置DのCO2吸着器Dに通流して吸着処理が実行される。 First, in mode 1, the exhaust gas emitted from the internal combustion engine first flows through the heat exchanger A of the CO2 separation device A to be desorbed, and then flows through the heat exchanger B of the CO2 separation device B. Heating treatment is performed, then after passing through a radiator, it flows through the heat exchanger C of the CO2 separation device C for cooling treatment, and finally flows through the CO2 adsorber D of the CO2 separation device D for adsorption treatment. is executed.

次に、モード2では、内燃機関を出た排ガスは、はじめに前のモード(モード1)で加熱処理を実行したCO2分離装置Bに通流して脱離処理が実行され、次に前のモードで吸着処理を実行したCO2分離装置Dに通流して加熱処理が実行され、続いて放熱器を通過した後に、前のモードで脱離処理を実行したCO2分離装置Aに通流して冷却処理が実行され、最後に前のモードで冷却処理を実行したCO2分離装置Cに通流して吸着処理が実行される。 Next, in mode 2, the exhaust gas emitted from the internal combustion engine first flows through the CO2 separation device B that has been heat-treated in the previous mode (mode 1) to be desorbed, and then in the previous mode. Heat treatment is performed by passing through the CO2 separation device D that performed the adsorption process, and then, after passing through the radiator, it is passed through the CO2 separation device A that performed the desorption process in the previous mode, and the cooling process is performed. Finally, it flows through the CO2 separator C that has performed the cooling treatment in the previous mode, and the adsorption treatment is performed.

続いて、モード3では、内燃機関を出た排ガスは、はじめに前のモード(モード2)で加熱処理を実行したCO2分離装置Dに通流して脱離処理が実行され、次に前のモードで吸着処理を実行したCO2分離装置Cに通流して加熱処理が実行され、続いて放熱器を通過した後に、前のモードで脱離処理を実行したCO2分離装置Bに通流して冷却処理が実行され、最後に前のモードで冷却処理を実行したCO2分離装置Aに通流して吸着処理が実行される。 Subsequently, in mode 3, the exhaust gas emitted from the internal combustion engine first flows through the CO2 separation device D in which the heat treatment was performed in the previous mode (mode 2), and desorption treatment is performed. Heat treatment is performed by passing through the CO2 separation device C that performed the adsorption process, and then after passing through the radiator, it is passed through the CO2 separation device B that performed the desorption process in the previous mode, and the cooling process is performed. Finally, it flows through the CO2 separator A, which performed the cooling treatment in the previous mode, and the adsorption treatment is performed.

最後に、モード4では、内燃機関を出た排ガスは、はじめに前のモード(モード3)で加熱処理を実行したCO2分離装置Cに通流して脱離処理が実行され、次に前のモードで吸着処理を実行したCO2分離装置Aに通流して加熱処理が実行され、続いて放熱器を通過した後に、前のモードで脱離処理を実行したCO2分離装置Dに通流して冷却処理が実行され、最後に前のモードで冷却処理を実行したCO2分離装置Bに通流して吸着処理が実行される。 Finally, in mode 4, the exhaust gas leaving the internal combustion engine first flows through the CO2 separation device C that has been heat-treated in the previous mode (mode 3) to be desorbed, and then in the previous mode. Heat treatment is performed by passing through the CO2 separation device A that performed the adsorption process, and then after passing through the radiator, it is passed through the CO2 separation device D that performed the desorption process in the previous mode, and the cooling process is performed. Finally, it flows through the CO2 separator B, which performed the cooling treatment in the previous mode, and the adsorption treatment is performed.

このように、本実施形態に係るCO2分離回収システムでは、4つのCO2分離装置A~Dに対する排ガスの通流順をモードごとに切り替えることにより、各CO2分離装置が実行する処理の切り替えを実現する。以下では、上述した排ガスの通流順の切り替えを実現する本発明の好適な実施形態について説明する。 As described above, in the CO2 separation and recovery system according to the present embodiment, by switching the flow order of the exhaust gas to the four CO2 separation devices A to D for each mode, the processing performed by each CO2 separation device can be switched. . A preferred embodiment of the present invention that realizes the above-described switching of the flow order of the exhaust gas will be described below.

図5は、本発明の一実施形態によるCO2分離回収システム1を内燃機関3とともに模式的に示す図である。内燃機関3(以下「エンジン」という)は、例えば車両(図示せず)に動力源として搭載され、例えば4つの気筒(図示せず)を有するガソリンエンジンである。エンジン3には、各気筒にマニホールド(図示せず)を介して、吸気通路(図示せず)及び排気通路4が接続されている。また、エンジン3では、各気筒において、燃料噴射弁(図示せず)から噴射された燃料と吸気通路から吸入された空気との混合気が、点火プラグ(図示せず)による点火によって燃焼し、それにより発生した高温の燃焼ガスが、排ガスとして排気通路4に排出される。 FIG. 5 is a diagram schematically showing the CO2 separation and recovery system 1 according to one embodiment of the present invention together with the internal combustion engine 3. As shown in FIG. The internal combustion engine 3 (hereinafter referred to as "engine") is mounted on a vehicle (not shown), for example, as a power source, and is, for example, a gasoline engine having four cylinders (not shown). An intake passage (not shown) and an exhaust passage 4 are connected to each cylinder of the engine 3 via a manifold (not shown). In the engine 3, in each cylinder, a mixture of fuel injected from a fuel injection valve (not shown) and air taken in from an intake passage is ignited by a spark plug (not shown) and combusted. High-temperature combustion gas generated thereby is discharged to the exhaust passage 4 as exhaust gas.

図5に示すように、CO2分離回収システム1は、排気通路4を流れる排ガスからCO2(二酸化炭素)を分離し、回収するためのものであり、4つのCO2分離装置A、B、C、D、圧縮機8、貯蔵タンク9を備えている。 As shown in FIG. 5, the CO2 separation and recovery system 1 separates and recovers CO2 (carbon dioxide) from the exhaust gas flowing through the exhaust passage 4, and includes four CO2 separation devices A, B, C, and D. , a compressor 8 and a storage tank 9 .

4つのCO2分離装置A、B、C、Dの各々は、互いに接した状態に隣接する熱交換器及びCO2吸着器を有している。なお、隣接とは、直接的に接触するものに限定されず、間に例えば熱伝導性の高い物質を挟んだ構造であってもよい。以下の説明では、各CO2分離装置の熱交換器及びCO2吸着器を区別する場合には、CO2分離装置Aの熱交換器及びCO2吸着器を、それぞれ熱交換器A及びCO2吸着器Aといい、CO2分離装置Bのそれらを、それぞれ熱交換器B及びCO2吸着器Bといい、CO2分離装置Cのそれらを、それぞれ熱交換器C及びCO2吸着器Cといい、CO2分離装置Dのそれらを、それぞれ熱交換器D及びCO2吸着器Dというものとする。 Each of the four CO2 separation units A, B, C, D has a heat exchanger and a CO2 adsorber adjacent in contact with each other. Note that "adjacent" is not limited to direct contact, and may be a structure in which, for example, a substance with high thermal conductivity is interposed therebetween. In the following description, when distinguishing the heat exchanger and CO2 adsorber of each CO2 separation device, the heat exchanger and CO2 adsorber of CO2 separation device A will be referred to as heat exchanger A and CO2 adsorber A, respectively. , those of CO2 separation device B are referred to as heat exchanger B and CO2 adsorber B, respectively, those of CO2 separation device C are referred to as heat exchanger C and CO2 adsorber C, and those of CO2 separation device D are referred to as , as heat exchanger D and CO2 adsorber D, respectively.

各熱交換器は、内部を排ガスが通流可能に構成されており、高温の排ガスとの熱交換により、隣接するCO2吸着器を加熱する加熱機能と、低温の排ガスとの熱交換により、隣接するCO2吸着器を冷却する冷却機能を果たすように構成されている。熱交換器は、排ガス及び隣接するCO2吸着器との間で熱交換が可能なものであればよく、公知の任意の構造を採用可能である。 Each heat exchanger is configured so that exhaust gas can flow through its interior, and heat exchange with high-temperature exhaust gas heats the adjacent CO2 adsorber. It is configured to perform the cooling function of cooling the CO2 adsorber. Any known structure can be adopted as the heat exchanger as long as it can exchange heat between the exhaust gas and the adjacent CO2 adsorber.

各CO2吸着器は、内部を排ガスが通流可能に構成されており、排ガス中のCO2を吸着及び脱離するためのCO2吸着材(図示せず)を内蔵している。CO2吸着材は、それぞれのCO2吸着器を流れる排ガスに晒されるように設けられている。また、CO2吸着材は、例えばゼオライトなどで構成されており、上述した従来例と同様に、図2に示すような温度に応じたCO2吸着性能を有する。すなわち、CO2吸着材が吸着することが可能なCO2の吸着量は、CO2吸着材の温度が低いほど大きく、温度が高くなるにつれて小さくなる。本実施形態のCO2分離回収システム1では、こうしたCO2吸着材の温度特性を利用して、CO2吸着器の温度を下げ、CO2の吸着に適した低温(例えば50℃)とすることにより排ガス中のCO2を吸着させるとともに、CO2吸着器の温度を上げ、CO2の脱離に適した高温(例えば200℃)とすることにより吸着したCO2を脱離させることで、CO2の吸着処理と脱離処理を実行する。 Each CO2 adsorber is configured so that exhaust gas can flow through it, and incorporates a CO2 adsorbent (not shown) for adsorbing and desorbing CO2 in the exhaust gas. The CO2 adsorbents are provided so as to be exposed to exhaust gas flowing through each CO2 adsorber. The CO2 adsorbent is made of, for example, zeolite, and has CO2 adsorption performance depending on temperature as shown in FIG. 2, as in the conventional example described above. That is, the amount of CO2 that can be adsorbed by the CO2 adsorbent increases as the temperature of the CO2 adsorbent decreases, and decreases as the temperature increases. In the CO2 separation and recovery system 1 of the present embodiment, the temperature characteristics of the CO2 adsorbent are used to lower the temperature of the CO2 adsorber to a low temperature (for example, 50°C) suitable for CO2 adsorption. In addition to adsorbing CO2, the temperature of the CO2 adsorber is raised to a high temperature (for example, 200°C) suitable for desorption of CO2, thereby desorbing the adsorbed CO2, thereby performing adsorption and desorption of CO2. Execute.

圧縮機8は、例えば電動のポンプで構成されており、圧縮機8の上流側を負圧、下流側を加圧状態にすることが可能である。上流側を負圧化することで、各CO2吸着器から脱離し、流出したCO2を圧縮した状態で、貯蔵タンク9に貯蔵させる。圧縮機8の駆動/停止は、後述するECU2によって制御される。 The compressor 8 is composed of, for example, an electric pump, and it is possible to keep the upstream side of the compressor 8 in a negative pressure state and the downstream side thereof in a pressurized state. By applying a negative pressure to the upstream side, the CO2 desorbed from each CO2 adsorber and stored in the storage tank 9 in a compressed state. Driving/stopping of the compressor 8 is controlled by an ECU 2, which will be described later.

排気通路4は、4つのCO2分離装置A、B、C、Dの上流側において第1排気通路11に接続しており、第1排気通路11は、4つのCO2分離装置A、B、C、Dとそれぞれ接続する分岐通路11a、11b、11c、11dを有する。分岐通路11a、11b、11c、11dには、分岐通路11a、11b、11c、11dの各々の開閉を切り替えるバルブIN1、IN2、IN3、IN4が設けられている。 The exhaust passage 4 is connected to a first exhaust passage 11 on the upstream side of the four CO2 separation devices A, B, C, D, and the first exhaust passage 11 connects to the four CO2 separation devices A, B, C, It has branch passages 11a, 11b, 11c, and 11d respectively connected to D. The branch passages 11a, 11b, 11c, and 11d are provided with valves IN1, IN2, IN3, and IN4 for switching opening and closing of the branch passages 11a, 11b, 11c, and 11d, respectively.

熱交換器A、B、C、D及びCO2吸着器A、B、C、Dは、第2排気通路12により、互いに接続されている。第2排気通路12は、熱交換器A、B、C、Dとそれぞれ接続する分岐通路12a、12b、12c、12dを有する。分岐通路12a、12b、12c、12dには、分岐通路12a、12b、12c、12dの各々の開閉を切り替えるバルブO1、O2、O3、O4が設けられている。 Heat exchangers A, B, C, D and CO2 adsorbers A, B, C, D are connected to each other by a second exhaust passage 12 . The second exhaust passage 12 has branch passages 12a, 12b, 12c and 12d that connect with the heat exchangers A, B, C and D, respectively. The branch passages 12a, 12b, 12c and 12d are provided with valves O1, O2, O3 and O4 for switching opening and closing of the branch passages 12a, 12b, 12c and 12d.

また、第2排気通路12は、CO2吸着器A、B、C、Dとそれぞれ接続する分岐通路12e、12f、12g、12hを更に有する。分岐通路12e、12f、12g、12hには、分岐通路12e、12f、12g、12hの各々の開閉を切り替えるバルブA1、A2、A3、A4が設けられている。 In addition, the second exhaust passage 12 further has branch passages 12e, 12f, 12g and 12h connected to the CO2 adsorbers A, B, C and D, respectively. The branch passages 12e, 12f, 12g and 12h are provided with valves A1, A2, A3 and A4 for switching opening and closing of the branch passages 12e, 12f, 12g and 12h.

また、第2排気通路12は、分岐通路12i、12j、12k、12lを更に有する。分岐通路12iは、分岐通路12a、12b、12eを互いに接続する。分岐通路12jは、分岐通路12b、12c、12iを互いに接続する。分岐通路12kは、分岐通路12c、12d、12h、12jを互いに接続する。分岐通路12lは、分岐通路12d、12g、12h、12kを互いに接続する。分岐通路12i、12j、12k、12lには、分岐通路12i、12j、12k、12lの各々の開閉を切り替えるバルブS1、S2、S3、S4が設けられている。 The second exhaust passage 12 further has branch passages 12i, 12j, 12k, and 12l. The branch passage 12i connects the branch passages 12a, 12b, 12e to each other. The branch passage 12j connects the branch passages 12b, 12c, 12i with each other. The branch passage 12k connects the branch passages 12c, 12d, 12h and 12j with each other. The branch passage 12l connects the branch passages 12d, 12g, 12h and 12k to each other. The branch passages 12i, 12j, 12k and 12l are provided with valves S1, S2, S3 and S4 for switching opening and closing of the branch passages 12i, 12j, 12k and 12l.

また、第2排気通路12は、分岐通路12m、12nを更に有する。分岐通路12mは、分岐通路12a、12f、12iを互いに接続する。分岐通路nは、分岐通路12f、12g、12l、12mを互いに接続する。分岐通路12mには、分岐通路12mの開閉を切り替えるバルブB1が設けられている。 The second exhaust passage 12 further has branch passages 12m and 12n. The branch passage 12m connects the branch passages 12a, 12f and 12i to each other. A branch passage n connects the branch passages 12f, 12g, 12l, and 12m to each other. The branch passage 12m is provided with a valve B1 for switching opening and closing of the branch passage 12m.

CO2吸着器A、B、C、Dは、ワンウェイバルブ5を介して大気に開放される第3排気通路13と接続している。第3排気通路13は、CO2吸着器A、B、C、Dとそれぞれ接続する分岐通路13a、13b、13c、13dを有する。分岐通路13a、13b、13c、13dには、分岐通路13a、13b、13c、13dの各々の開閉を切り替えるバルブE1、E2、E3、E4が設けられている。また、第3排気通路13の分岐通路13a、13b、13c、13dの下流側には、CO2濃度センサ7が設けられており、CO2濃度センサ7は、その設置位置における排ガスのCO2濃度を検出し、その検出値Cco2を後述するECU2に出力する。 The CO2 adsorbers A, B, C, and D are connected to a third exhaust passage 13 that is open to the atmosphere via a one-way valve 5 . The third exhaust passage 13 has branch passages 13a, 13b, 13c and 13d connected to the CO2 adsorbers A, B, C and D, respectively. The branch passages 13a, 13b, 13c and 13d are provided with valves E1, E2, E3 and E4 for switching opening and closing of the branch passages 13a, 13b, 13c and 13d. A CO2 concentration sensor 7 is provided on the downstream side of the branch passages 13a, 13b, 13c, and 13d of the third exhaust passage 13, and the CO2 concentration sensor 7 detects the CO2 concentration of the exhaust gas at its installation position. , and outputs the detected value Cco2 to the ECU 2, which will be described later.

また、CO2吸着器A、B、C、Dは、第4排気通路14により、圧縮機8及び貯蔵タンク9と接続されている。第4排気通路14は、CO2吸着器A、B、C、Dとそれぞれ接続する分岐通路14a、14b、14c、14dを有する。分岐通路14a、14b、14c、14dには、分岐通路14a、14b、14c、14dの各々の開閉を切り替えるバルブR1、R2、R3、R4が設けられている。 Also, the CO2 adsorbers A, B, C, and D are connected to the compressor 8 and the storage tank 9 by the fourth exhaust passage 14 . The fourth exhaust passage 14 has branch passages 14a, 14b, 14c and 14d connected to the CO2 adsorbers A, B, C and D, respectively. The branch passages 14a, 14b, 14c and 14d are provided with valves R1, R2, R3 and R4 for switching opening and closing of the branch passages 14a, 14b, 14c and 14d.

さらに、第5排気通路15により、第1排気通路11の分岐通路11a、11b、11c、11dがバルブIN1、IN2、IN3、IN4の下流側で互いに接続されている。第5排気通路15は、分岐通路11a、11b、11c、11dとそれぞれ接続する分岐通路15a、15b、15c、15dを有する。分岐通路15a、15b、15c、15dには、分岐通路15a、15b、15c、15dの各々の開閉を切り替えるバルブC1、C2、C3、C4が設けられている。また、第5排気通路15には、放熱器6が設けられている。放熱器6は、内部を排ガスが通流可能に構成されており、排ガスの熱を外部に逃がして排ガスを冷却する。放熱器6は、熱交換により排ガスの熱を外部に逃がすことができればよく、空冷式、水冷式などの公知の任意の構造を採用可能である。 Furthermore, the fifth exhaust passage 15 connects the branch passages 11a, 11b, 11c, and 11d of the first exhaust passage 11 to each other downstream of the valves IN1, IN2, IN3, and IN4. The fifth exhaust passage 15 has branch passages 15a, 15b, 15c and 15d respectively connected to the branch passages 11a, 11b, 11c and 11d. The branch passages 15a, 15b, 15c and 15d are provided with valves C1, C2, C3 and C4 for switching opening and closing of the branch passages 15a, 15b, 15c and 15d. A radiator 6 is provided in the fifth exhaust passage 15 . The radiator 6 is configured so that the exhaust gas can flow through the inside thereof, and the heat of the exhaust gas is released to the outside to cool the exhaust gas. The radiator 6 only needs to release the heat of the exhaust gas to the outside through heat exchange, and any known structure such as an air-cooled system or a water-cooled system can be adopted.

図6は、CO2分離回収システム1の制御装置を示している。同図に示すECU2は、CPU、RAM、ROM及びI/Oインターフェース(いずれも図示せず)などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ECU2は、上記のCO2濃度センサ7の検出信号などに応じて、上述した29個のバルブIN1、IN2、IN3、IN4、O1、O2、O3、O4、A1、A2、A3、A4、S1、S2、S3、S4、B1、E1、E2、E3、E4、R1、R2、R3、R4、C1、C2、C3、C4の各々の開閉を制御することにより、CO2分離装置A、B、C、Dの動作モードを切り替える動作モード切替制御を実行する。以下では、この動作モード切替制御について、図7及び8を参照して説明する。 FIG. 6 shows the control device of the CO2 separation and recovery system 1. As shown in FIG. The ECU 2 shown in the figure is composed of a microcomputer including a CPU, a RAM, a ROM and an I/O interface (none of which are shown). The ECU 2 operates the 29 valves IN1, IN2, IN3, IN4, O1, O2, O3, O4, A1, A2, A3, A4, S1, S2 according to the detection signal of the CO2 concentration sensor 7 and the like. , S3, S4, B1, E1, E2, E3, E4, R1, R2, R3, R4, C1, C2, C3, C4 by controlling the opening and closing of each of the CO2 separation devices A, B, C, D. The operation mode switching control for switching the operation mode of is executed. The operation mode switching control will be described below with reference to FIGS. 7 and 8. FIG.

図7は、動作モード切替制御の制御処理を示すフローチャートである。本処理は、エンジン3の通常運転状態において、所定時間ごとに実行される。本処理では、まずステップ101(「S101」と図示。以下同じ)において、CO2分離回収システム1によるCO2の分離・回収が実行中か否かが判別される。ステップ101の判別結果がYESである場合は、ステップ102へと進む。一方、ステップ101の判別結果がNOであり、CO2分離回収システム1によるCO2の分離・回収の実行中ではない場合は、本処理を終了する。 FIG. 7 is a flowchart showing control processing of operation mode switching control. This process is executed at predetermined time intervals while the engine 3 is in a normal operating state. In this process, first, in step 101 (illustrated as "S101"; the same shall apply hereinafter), it is determined whether or not the CO2 separation/recovery by the CO2 separation/recovery system 1 is being executed. If the determination result of step 101 is YES, the process proceeds to step 102 . On the other hand, if the determination result of step 101 is NO and the CO2 separation/recovery system 1 is not executing the CO2 separation/recovery, this process ends.

ステップ102では、第3排気通路13に設けられたCO2濃度センサ7から、現在の脱CO2排ガスのCO2濃度の検出値Cco2を取得する。ついで、ステップ103において、検出値Cco2が、所定のしきい値濃度Cco2REFを超えているか否かを判別する。しきい値濃度Cco2REFは、CO2濃度センサ7の検出値Cco2が当該濃度を超えている場合には、現在CO2の吸着処理を実行しているCO2分離装置のCO2吸着器におけるCO2吸着量が吸着許容量を超え、CO2吸着器に吸着されないCO2が下流側に溢れ出していると判断することができる値に設定されている。 In step 102, the current detection value Cco2 of the CO2 concentration of the de-CO2 exhaust gas is obtained from the CO2 concentration sensor 7 provided in the third exhaust passage 13. FIG. Next, at step 103, it is determined whether or not the detected value Cco2 exceeds a predetermined threshold concentration Cco2REF. When the detected value Cco2 of the CO2 concentration sensor 7 exceeds the threshold concentration Cco2REF, the CO2 adsorption amount in the CO2 adsorber of the CO2 separation device currently executing the CO2 adsorption process is within the adsorption allowance. It is set to a value at which it can be judged that the CO2 that exceeds the capacity and is not adsorbed by the CO2 adsorber is overflowing to the downstream side.

ステップ103の判別結果がYESである場合、すなわち、検出値Cco2がしきい値濃度Cco2REFより高い場合、ステップ104に進む。一方、ステップ103の判別結果がNOである場合、すなわち、検出値Cco2がしきい値濃度Cco2REF以下である場合、本処理を終了する。 If the determination result of step 103 is YES, that is, if the detected value Cco2 is higher than the threshold concentration Cco2REF, the process proceeds to step 104 . On the other hand, if the determination result of step 103 is NO, that is, if the detected value Cco2 is equal to or less than the threshold concentration Cco2REF, this process ends.

ステップ104では、現在CO2の吸着処理を実行しているCO2分離装置のCO2吸着器が飽和状態に達したとの判断のもと、CO2分離装置A、B、C、Dが次に実行する動作モードを検出する。動作モードの切り替え順序は図3に示したとおりであり、モード1、モード2、モード3、モード4の順に切り替わり、モード4の次は再度モード1に切り替えられる。 In step 104, based on the determination that the CO2 adsorber of the CO2 separation device currently performing the CO2 adsorption process has reached a saturated state, the next operation to be performed by the CO2 separation devices A, B, C, and D Detect mode. The switching order of the operation modes is as shown in FIG.

次いで、ステップ105において、図8のようなマップを用いて開弁するバルブを検索する。図8のマップは、モード1~4の各々におけるバルブの開閉状態が設定されている。なお、図8では、開弁するバルブを「〇」で示しており、「〇」が示されていないバルブは閉弁することを示している。続いて、ステップ106において、検索結果に基づきバルブの開閉を制御することにより、CO2分離装置A、B、C、Dの動作モードの切り替えが完了し、各CO2分離装置において新たな処理の実行が開始される。 Next, in step 105, a map such as that shown in FIG. 8 is used to search for valves to be opened. In the map of FIG. 8, the open/closed states of the valves in each of modes 1 to 4 are set. In FIG. 8, open valves are indicated by "o", and valves not indicated by "o" are closed. Subsequently, in step 106, by controlling the opening and closing of the valves based on the search results, the switching of the operation modes of the CO2 separation devices A, B, C, and D is completed, and each CO2 separation device starts executing a new process. be started.

次に、図9~図12を参照して、各モードにおけるCO2分離回収システム1の動作について説明する。図9は、モード1を実行しているとき、すなわち、CO2分離装置Aが脱離処理を実行し、CO2分離装置Bが加熱処理を実行し、CO2分離装置Cが冷却処理を実行し、CO2分離装置Dが吸着処理を実行している状態を示している。モード1では、図8のマップに従い、IN1、O1、O2、O3、C2、C3、A4、S1、S3、E4、R1のバルブが開弁し、その他のバルブは閉弁している。 Next, operations of the CO2 separation and recovery system 1 in each mode will be described with reference to FIGS. 9 to 12. FIG. FIG. 9 shows when mode 1 is executed, that is, CO2 separation device A performs desorption processing, CO2 separation device B performs heating processing, CO2 separation device C performs cooling processing, and CO2 separation device C performs cooling processing. The separation device D shows a state in which adsorption processing is being performed. In mode 1, the valves IN1, O1, O2, O3, C2, C3, A4, S1, S3, E4 and R1 are open and the other valves are closed according to the map of FIG.

まず、エンジン3から排出された高温の排ガスは、排気通路4から分岐通路11aを通り、CO2分離装置Aの熱交換器Aに流入する。CO2分離装置Aは、前のモード(モード4)で加熱処理を実行していたため、CO2吸着器Aは既にある程度昇温している。高温の排ガスは、熱交換器Aを通過することで熱を奪われ、温度が低下する。このとき、CO2分離装置Aにおいて脱離処理が実行される。すなわち、熱交換器Aにより、排ガスから奪った熱によってCO2吸着器Aがさらに加熱されることにより、CO2吸着器Aの温度が上昇し、吸着されていたCO2が脱離する。脱離したCO2は、開弁したバルブR1、分岐通路14a及び第4排気通路14を通って流れ、圧縮機8で圧縮され、貯蔵タンク9に貯蔵される。 First, high-temperature exhaust gas discharged from the engine 3 flows from the exhaust passage 4 into the heat exchanger A of the CO2 separator A through the branch passage 11a. Since the CO2 separator A had been heat-treated in the previous mode (mode 4), the temperature of the CO2 adsorber A has already risen to some extent. The high-temperature exhaust gas loses heat by passing through the heat exchanger A, and the temperature drops. At this time, desorption processing is performed in the CO2 separator A. That is, the CO2 adsorber A is further heated by the heat taken from the exhaust gas by the heat exchanger A, thereby increasing the temperature of the CO2 adsorber A and desorbing the adsorbed CO2. The desorbed CO 2 flows through the opened valve R 1 , the branch passage 14 a and the fourth exhaust passage 14 , is compressed by the compressor 8 , and is stored in the storage tank 9 .

熱交換器Aを通過することにより温度が低下した排ガスは、分岐通路12a、12i、12bを通り、CO2分離装置Bの熱交換器Bに流入する。CO2分離装置Bは、前のモード(モード4)で吸着処理を実行していたため、CO2吸着器Bは低温の状態にある。排ガスは、熱交換器Bを通過することで更に熱を奪われ、温度が更に低下する。このとき、CO2分離装置Bにおいて加熱処理が実行される。すなわち、熱交換器Bにより、排ガスから奪った熱によってCO2吸着器Bが加熱されることにより、CO2吸着器Bの温度が上昇する。 The exhaust gas whose temperature has been lowered by passing through the heat exchanger A flows into the heat exchanger B of the CO2 separator B through the branch passages 12a, 12i and 12b. Since the CO2 separator B was performing adsorption treatment in the previous mode (mode 4), the CO2 adsorber B is in a low temperature state. As the exhaust gas passes through the heat exchanger B, heat is further taken away, and the temperature is further lowered. At this time, heat treatment is performed in the CO2 separator B. FIG. That is, the heat exchanger B heats the CO2 adsorber B with the heat taken from the exhaust gas, and the temperature of the CO2 adsorber B rises.

熱交換器Bを通過することにより温度が更に低下した排ガスは、分岐通路11b、15bを通り、放熱器6に流入し、放熱器6によって更に熱を奪われて冷却される。放熱器6を通過して冷却された排ガスは、分岐通路15c、11cを通り、CO2分離装置Cの熱交換器Cに流入する。CO2分離装置Cは、前のモード(モード4)で脱離処理を実行していたため、CO2吸着器Cは高温の状態にある。冷却された排ガスは、熱交換器Cを通過することでCO2吸着器Cから熱を奪う。これにより、CO2分離装置Cにおいて冷却処理が実行される。すなわち、熱交換器Cを通る冷却された排ガスにより、CO2吸着器Cが冷却されることにより、CO2吸着器Cの温度が低下する。 The exhaust gas whose temperature has been further lowered by passing through the heat exchanger B passes through the branch passages 11b and 15b, flows into the radiator 6, and is further deprived of heat by the radiator 6 to be cooled. The exhaust gas that has passed through the radiator 6 and has been cooled flows into the heat exchanger C of the CO2 separator C through the branch passages 15c and 11c. Since the CO2 separator C was performing desorption processing in the previous mode (mode 4), the CO2 adsorber C is in a high temperature state. The cooled exhaust gas takes heat from the CO2 adsorber C by passing through the heat exchanger C. Thereby, the cooling process in the CO2 separation device C is performed. That is, the cooled exhaust gas passing through the heat exchanger C cools the CO2 adsorber C, thereby lowering the temperature of the CO2 adsorber C.

熱交換器Cを通過した排ガスは、分岐通路12c、12k、12hを通り、CO2分離装置DのCO2吸着器Dに流入する。CO2分離装置Dは、前のモード(モード4)で冷却処理を実行していたため、CO2吸着器Dは既にある程度冷却されている。低温の排ガスは、CO2吸着器Dを通過することでCO2吸着器Dから更に熱を奪う。これにより、CO2分離装置Dにおいて吸着処理が実行される。すなわち、CO2吸着器Dによって排ガス中のCO2が吸着される。CO2が除去又は低減された脱CO2排ガスは、CO2吸着器Dから流出し、分岐通路13d、第3排気通路13及びワンウェイバルブ5を介して、大気に排出される。 After passing through the heat exchanger C, the exhaust gas flows into the CO2 adsorber D of the CO2 separator D through the branch passages 12c, 12k, and 12h. Since the CO2 separator D was performing a cooling process in the previous mode (mode 4), the CO2 adsorber D is already cooled to some extent. The low-temperature flue gas further takes heat from the CO2 adsorber D by passing through the CO2 adsorber D. Thereby, the adsorption treatment is performed in the CO2 separation device D. FIG. That is, the CO2 adsorber D adsorbs CO2 in the exhaust gas. The CO2-removed exhaust gas from which CO2 has been removed or reduced flows out from the CO2 adsorber D and is discharged to the atmosphere via the branch passage 13d, the third exhaust passage 13 and the one-way valve 5.

次に、モード2におけるCO2分離回収システム1の動作を説明する。図10は、モード2を実行しているとき、すなわち、CO2分離装置Bが脱離処理を実行し、CO2分離装置Dが加熱処理を実行し、CO2分離装置Aが冷却処理を実行し、CO2分離装置Cが吸着処理を実行している状態を示している。モード2では、図8のマップに従い、IN2、O1、O2、O4、C1、C4、A3、S2、S3、B1、E3、R2のバルブが開弁し、その他のバルブは閉弁している。 Next, the operation of the CO2 separation and recovery system 1 in mode 2 will be described. FIG. 10 shows when mode 2 is executed, that is, CO2 separation device B performs desorption processing, CO2 separation device D performs heating processing, CO2 separation device A performs cooling processing, and CO2 separation device A performs cooling processing. A state in which the separation device C is performing the adsorption process is shown. In mode 2, the valves IN2, O1, O2, O4, C1, C4, A3, S2, S3, B1, E3 and R2 are open and the other valves are closed according to the map in FIG.

まず、エンジン3から排出された高温の排ガスは、排気通路4から分岐通路11bを通り、CO2分離装置Bの熱交換器Bに流入する。CO2分離装置Bは、前のモード(モード1)で加熱処理を実行していたため、CO2吸着器Bは既にある程度昇温している。高温の排ガスは、熱交換器Bを通過することで熱を奪われ、温度が低下する。このとき、CO2分離装置Bにおいて脱離処理が実行される。すなわち、熱交換器Bにより、排ガスから奪った熱によってCO2吸着器Bがさらに加熱されることにより、CO2吸着器Bの温度が上昇し、吸着されていたCO2が脱離する。脱離したCO2は、開弁したバルブR2、分岐通路14b及び第4排気通路14を通って流れ、圧縮機8で圧縮され、貯蔵タンク9に貯蔵される。 First, high-temperature exhaust gas discharged from the engine 3 passes through the branch passage 11b from the exhaust passage 4 and flows into the heat exchanger B of the CO2 separator B. As shown in FIG. Since the CO2 separation device B was performing the heat treatment in the previous mode (mode 1), the temperature of the CO2 adsorber B has already risen to some extent. The high-temperature exhaust gas loses heat by passing through the heat exchanger B, and the temperature drops. At this time, desorption processing is performed in the CO2 separator B. FIG. That is, the CO2 adsorber B is further heated by the heat taken from the exhaust gas by the heat exchanger B, thereby increasing the temperature of the CO2 adsorber B and desorbing the adsorbed CO2. The desorbed CO2 flows through the opened valve R2, the branch passage 14b and the fourth exhaust passage 14, is compressed by the compressor 8, and is stored in the storage tank 9.

熱交換器Bを通過することにより温度が低下した排ガスは、分岐通路12b、12j、12k、12dを通り、CO2分離装置Dの熱交換器Dに流入する。CO2分離装置Dは、前のモード(モード1)で吸着処理を実行していたため、CO2吸着器Dは低温の状態にある。排ガスは、熱交換器Dを通過することで更に熱を奪われ、温度が更に低下する。このとき、CO2分離装置Dにおいて加熱処理が実行される。すなわち、熱交換器Dにより、排ガスから奪った熱によってCO2吸着器Dが加熱されることにより、CO2吸着器Dの温度が上昇する。 The exhaust gas whose temperature has been lowered by passing through the heat exchanger B flows into the heat exchanger D of the CO2 separation device D through the branch passages 12b, 12j, 12k, and 12d. Since the CO2 separator D was performing adsorption treatment in the previous mode (mode 1), the CO2 adsorber D is in a low temperature state. As the exhaust gas passes through the heat exchanger D, heat is further taken away, and the temperature is further lowered. At this time, heat treatment is performed in the CO2 separation device D. FIG. That is, the heat exchanger D heats the CO2 adsorber D with the heat taken from the exhaust gas, and the temperature of the CO2 adsorber D rises.

熱交換器Dを通過することにより温度が更に低下した排ガスは、分岐通路11d、15dを通り、放熱器6に流入し、放熱器6によって更に熱を奪われて冷却される。放熱器6を通過して冷却された排ガスは、分岐通路15a、11aを通り、CO2分離装置Aの熱交換器Aに流入する。CO2分離装置Aは、前のモード(モード1)で脱離処理を実行していたため、CO2吸着器Aは高温の状態にある。冷却された排ガスは、熱交換器Aを通過することでCO2吸着器Aから熱を奪う。これにより、CO2分離装置Aにおいて冷却処理が実行される。すなわち、熱交換器Aを通る冷却された排ガスにより、CO2吸着器Aが冷却されることにより、CO2吸着器Aの温度が低下する。 The exhaust gas whose temperature has been further lowered by passing through the heat exchanger D passes through the branch passages 11d and 15d, flows into the radiator 6, and is further deprived of heat by the radiator 6 to be cooled. After passing through the radiator 6 and cooled, the exhaust gas flows into the heat exchanger A of the CO2 separator A through the branch passages 15a and 11a. Since the CO2 separator A was performing the desorption process in the previous mode (mode 1), the CO2 adsorber A is in a high temperature state. The cooled exhaust gas takes heat from the CO2 adsorber A by passing through the heat exchanger A. Thereby, the cooling process is performed in the CO2 separation device A. FIG. That is, the cooled exhaust gas passing through the heat exchanger A cools the CO2 adsorber A, thereby lowering the temperature of the CO2 adsorber A.

熱交換器Aを通過した排ガスは、分岐通路12a、12m、12n、12gを通り、CO2分離装置CのCO2吸着器Cに流入する。CO2分離装置Cは、前のモード(モード1)で冷却処理を実行していたため、CO2吸着器Cは既にある程度冷却されている。低温の排ガスは、CO2吸着器Cを通過することでCO2吸着器Cから更に熱を奪う。これにより、CO2分離装置Cにおいて吸着処理が実行される。すなわち、CO2吸着器Cによって排ガス中のCO2が吸着される。CO2が除去又は低減された脱CO2排ガスは、CO2吸着器Cから流出し、分岐通路13c、第3排気通路13及びワンウェイバルブ5を介して、大気に排出される。 The exhaust gas that has passed through the heat exchanger A flows into the CO2 adsorber C of the CO2 separator C through the branch passages 12a, 12m, 12n, and 12g. Since the CO2 separator C was performing a cooling process in the previous mode (mode 1), the CO2 adsorber C is already cooled to some extent. The low-temperature flue gas further takes heat from the CO2 adsorber C by passing through the CO2 adsorber C. Thereby, the adsorption process is performed in the CO2 separation device C. FIG. That is, the CO2 adsorber C adsorbs CO2 in the exhaust gas. The CO2-removed exhaust gas from which CO2 has been removed or reduced flows out of the CO2 adsorber C and is discharged to the atmosphere via the branch passage 13c, the third exhaust passage 13 and the one-way valve 5.

続いて、モード3におけるCO2分離回収システム1の動作を説明する。図11は、モード3を実行しているとき、すなわち、CO2分離装置Dが脱離処理を実行し、CO2分離装置Cが加熱処理を実行し、CO2分離装置Bが冷却処理を実行し、CO2分離装置Aが吸着処理を実行している状態を示している。モード3では、図8のマップに従い、IN4、O2、O3、O4、C2、C3、A1、S1、S3、E1、R4のバルブが開弁し、その他のバルブは閉弁している。 Next, the operation of the CO2 separation and recovery system 1 in mode 3 will be described. FIG. 11 shows when mode 3 is executed, that is, CO2 separation device D performs desorption processing, CO2 separation device C performs heating processing, CO2 separation device B performs cooling processing, and CO2 separation device B performs cooling processing. It shows a state where the separation device A is performing adsorption processing. In mode 3, the valves IN4, O2, O3, O4, C2, C3, A1, S1, S3, E1 and R4 are open and the other valves are closed according to the map in FIG.

まず、エンジン3から排出された高温の排ガスは、排気通路4から分岐通路11dを通り、CO2分離装置Dの熱交換器Dに流入する。CO2分離装置Dは、前のモード(モード2)で加熱処理を実行していたため、CO2吸着器Dは既にある程度昇温している。高温の排ガスは、熱交換器Dを通過することで熱を奪われ、温度が低下する。このとき、CO2分離装置Dにおいて脱離処理が実行される。すなわち、熱交換器Dにより、排ガスから奪った熱によってCO2吸着器Dがさらに加熱されることにより、CO2吸着器Dの温度が上昇し、吸着されていたCO2が脱離する。脱離したCO2は、開弁したバルブR4、分岐通路14d及び第4排気通路14を通って流れ、圧縮機8で圧縮され、貯蔵タンク9に貯蔵される。 First, high-temperature exhaust gas discharged from the engine 3 flows from the exhaust passage 4 into the heat exchanger D of the CO2 separator D through the branch passage 11d. Since the CO2 separator D had been heat-treated in the previous mode (mode 2), the temperature of the CO2 adsorber D has already risen to some extent. The high-temperature exhaust gas loses heat by passing through the heat exchanger D, and the temperature drops. At this time, a desorption process is performed in the CO2 separation device D. That is, the heat exchanger D further heats the CO2 adsorber D with the heat taken from the exhaust gas, thereby increasing the temperature of the CO2 adsorber D and desorbing the adsorbed CO2. The desorbed CO 2 flows through the opened valve R 4 , the branch passage 14 d and the fourth exhaust passage 14 , is compressed by the compressor 8 , and is stored in the storage tank 9 .

熱交換器Dを通過することにより温度が低下した排ガスは、分岐通路12d、12k、12cを通り、CO2分離装置Cの熱交換器Cに流入する。CO2分離装置Cは、前のモード(モード2)で吸着処理を実行していたため、CO2吸着器Cは低温の状態にある。排ガスは、熱交換器Cを通過することで更に熱を奪われ、温度が更に低下する。このとき、CO2分離装置Cにおいて加熱処理が実行される。すなわち、熱交換器Cにより、排ガスから奪った熱によってCO2吸着器Cが加熱されることにより、CO2吸着器Cの温度が上昇する。 The exhaust gas whose temperature has been lowered by passing through the heat exchanger D flows into the heat exchanger C of the CO2 separator C through the branch passages 12d, 12k, and 12c. Since the CO2 separator C was performing adsorption treatment in the previous mode (mode 2), the CO2 adsorber C is in a low temperature state. As the exhaust gas passes through the heat exchanger C, heat is further taken away, and the temperature is further lowered. At this time, heat treatment is performed in the CO2 separation device C. FIG. That is, the heat exchanger C heats the CO2 adsorber C with the heat taken from the exhaust gas, and the temperature of the CO2 adsorber C rises.

熱交換器Cを通過することにより温度が更に低下した排ガスは、分岐通路11c、15cを通り、放熱器6に流入し、放熱器6によって更に熱を奪われて冷却される。放熱器6を通過して冷却された排ガスは、分岐通路15b、11bを通り、CO2分離装置Bの熱交換器Bに流入する。CO2分離装置Bは、前のモード(モード2)で脱離処理を実行していたため、CO2吸着器Bは高温の状態にある。冷却された排ガスは、熱交換器Bを通過することでCO2吸着器Bから熱を奪う。これにより、CO2分離装置Bにおいて冷却処理が実行される。すなわち、熱交換器Bを通る冷却された排ガスにより、CO2吸着器Bが冷却されることにより、CO2吸着器Bの温度が低下する。 The exhaust gas whose temperature has been further lowered by passing through the heat exchanger C passes through the branch passages 11c and 15c, flows into the radiator 6, and is further deprived of heat by the radiator 6 to be cooled. The exhaust gas that has passed through the radiator 6 and is cooled flows into the heat exchanger B of the CO2 separator B through the branch passages 15b and 11b. Since the CO2 separator B was performing the desorption process in the previous mode (mode 2), the CO2 adsorber B is in a high temperature state. The cooled exhaust gas takes heat from the CO2 adsorber B by passing through the heat exchanger B. Thereby, the cooling process is performed in the CO2 separation device B. FIG. That is, the cooled exhaust gas passing through the heat exchanger B cools the CO2 adsorber B, thereby lowering the temperature of the CO2 adsorber B.

熱交換器Bを通過した排ガスは、分岐通路12b、12i、12eを通り、CO2分離装置AのCO2吸着器Aに流入する。CO2分離装置Aは、前のモード(モード2)で冷却処理を実行していたため、CO2吸着器Aは既にある程度冷却されている。低温の排ガスは、CO2吸着器Aを通過することでCO2吸着器Aから更に熱を奪う。これにより、CO2分離装置Aにおいて吸着処理が実行される。すなわち、CO2吸着器Aによって排ガス中のCO2が吸着される。CO2が除去又は低減された脱CO2排ガスは、CO2吸着器Aから流出し、分岐通路13a、第3排気通路13及びワンウェイバルブ5を介して、大気に排出される。 After passing through the heat exchanger B, the exhaust gas flows into the CO2 adsorber A of the CO2 separator A through branch passages 12b, 12i, and 12e. Since CO2 separator A was performing a cooling process in the previous mode (mode 2), CO2 adsorber A has already cooled to some extent. The low-temperature flue gas further takes heat from the CO2 adsorber A by passing through the CO2 adsorber A. Thereby, the adsorption process is performed in the CO2 separation device A. That is, the CO2 adsorber A adsorbs CO2 in the exhaust gas. The CO2-removed exhaust gas from which CO2 has been removed or reduced flows out of the CO2 adsorber A, passes through the branch passage 13a, the third exhaust passage 13 and the one-way valve 5 and is discharged to the atmosphere.

最後に、モード4におけるCO2分離回収システム1の動作を説明する。図12は、モード4を実行しているとき、すなわち、CO2分離装置Cが脱離処理を実行し、CO2分離装置Aが加熱処理を実行し、CO2分離装置Dが冷却処理を実行し、CO2分離装置Bが吸着処理を実行している状態を示している。モード4では、図8のマップに従い、IN3、O1、O3、O4、C1、C4、A2、S1、S2、S4、E2、R3のバルブが開弁し、その他のバルブは閉弁している。 Finally, the operation of the CO2 separation and recovery system 1 in Mode 4 will be explained. FIG. 12 shows when mode 4 is executed, that is, the CO2 separation device C performs desorption processing, the CO2 separation device A performs heating processing, the CO2 separation device D performs cooling processing, and the CO2 separation device D performs cooling processing. A state in which the separation device B is performing the adsorption process is shown. In mode 4, the valves IN3, O1, O3, O4, C1, C4, A2, S1, S2, S4, E2 and R3 are open and the other valves are closed according to the map of FIG.

まず、エンジン3から排出された高温の排ガスは、排気通路4から分岐通路11cを通り、CO2分離装置Cの熱交換器Cに流入する。CO2分離装置Cは、前のモード(モード3)で加熱処理を実行していたため、CO2吸着器Cは既にある程度昇温している。高温の排ガスは、熱交換器Cを通過することで熱を奪われ、温度が低下する。このとき、CO2分離装置Cにおいて脱離処理が実行される。すなわち、熱交換器Cにより、排ガスから奪った熱によってCO2吸着器Cがさらに加熱されることにより、CO2吸着器Cの温度が上昇し、吸着されていたCO2が脱離する。脱離したCO2は、開弁したバルブR3、分岐通路14c及び第4排気通路14を通って流れ、圧縮機8で圧縮され、貯蔵タンク9に貯蔵される。 First, high-temperature exhaust gas discharged from the engine 3 passes through the branch passage 11c from the exhaust passage 4 and flows into the heat exchanger C of the CO2 separator C. As shown in FIG. Since the CO2 separator C had been heat-treated in the previous mode (mode 3), the temperature of the CO2 adsorber C has already risen to some extent. The high-temperature exhaust gas loses heat as it passes through the heat exchanger C, and the temperature drops. At this time, a desorption process is performed in the CO2 separator C. That is, the CO2 adsorber C is further heated by the heat taken from the exhaust gas by the heat exchanger C, so that the temperature of the CO2 adsorber C rises and the adsorbed CO2 is desorbed. The desorbed CO 2 flows through the opened valve R 3 , the branch passage 14 c and the fourth exhaust passage 14 , is compressed by the compressor 8 , and is stored in the storage tank 9 .

熱交換器Cを通過することにより温度が低下した排ガスは、分岐通路12c、12j、12i、12aを通り、CO2分離装置Aの熱交換器Aに流入する。CO2分離装置Aは、前のモード(モード3)で吸着処理を実行していたため、CO2吸着器Aは低温の状態にある。排ガスは、熱交換器Aを通過することで更に熱を奪われ、温度が更に低下する。このとき、CO2分離装置Aにおいて加熱処理が実行される。すなわち、熱交換器Aにより、排ガスから奪った熱によってCO2吸着器Aが加熱されることにより、CO2吸着器Aの温度が上昇する。 The exhaust gas whose temperature has been lowered by passing through the heat exchanger C flows into the heat exchanger A of the CO2 separator A through the branch passages 12c, 12j, 12i and 12a. Since the CO2 separator A was performing adsorption treatment in the previous mode (mode 3), the CO2 adsorber A is in a low temperature state. As the exhaust gas passes through the heat exchanger A, it loses more heat and its temperature further drops. At this time, heat treatment is performed in the CO2 separation device A. That is, the heat exchanger A heats the CO2 adsorber A with the heat taken from the exhaust gas, and the temperature of the CO2 adsorber A rises.

熱交換器Aを通過することにより温度が更に低下した排ガスは、分岐通路11a、15aを通り、放熱器6に流入し、放熱器6によって更に熱を奪われて冷却される。放熱器6を通過して冷却された排ガスは、分岐通路15d、11dを通り、CO2分離装置Dの熱交換器Dに流入する。CO2分離装置Dは、前のモード(モード3)で脱離処理を実行していたため、CO2吸着器Dは高温の状態にある。冷却された排ガスは、熱交換器Dを通過することでCO2吸着器Dから熱を奪う。これにより、CO2分離装置Dにおいて冷却処理が実行される。すなわち、熱交換器Dを通る冷却された排ガスにより、CO2吸着器Dが冷却されることにより、CO2吸着器Dの温度が低下する。 The exhaust gas whose temperature has been further lowered by passing through the heat exchanger A passes through the branch passages 11a and 15a, flows into the radiator 6, and is further deprived of heat by the radiator 6 to be cooled. The exhaust gas that has passed through the radiator 6 and has been cooled flows into the heat exchanger D of the CO2 separator D through the branch passages 15d and 11d. Since the CO2 separator D was performing desorption processing in the previous mode (mode 3), the CO2 adsorber D is in a high temperature state. The cooled exhaust gas takes heat from the CO2 adsorber D by passing through the heat exchanger D. Thereby, the cooling process is performed in the CO2 separation device D. FIG. That is, the cooled exhaust gas passing through the heat exchanger D cools the CO2 adsorber D, thereby lowering the temperature of the CO2 adsorber D.

熱交換器Dを通過した排ガスは、分岐通路12d、12l、12n、12fを通り、CO2分離装置BのCO2吸着器Bに流入する。CO2分離装置Bは、前のモード(モード3)で冷却処理を実行していたため、CO2吸着器Bは既にある程度冷却されている。低温の排ガスは、CO2吸着器Bを通過することでCO2吸着器Bから更に熱を奪う。これにより、CO2分離装置Bにおいて吸着処理が実行される。すなわち、CO2吸着器Bによって排ガス中のCO2が吸着される。CO2が除去又は低減された脱CO2排ガスは、CO2吸着器Bから流出し、分岐通路13b、第3排気通路13及びワンウェイバルブ5を介して、大気に排出される。 After passing through the heat exchanger D, the exhaust gas flows into the CO2 adsorber B of the CO2 separator B through the branch passages 12d, 12l, 12n, and 12f. Since CO2 separator B was performing a cooling process in the previous mode (mode 3), CO2 adsorber B is already cooled to some extent. The low-temperature flue gas further takes heat from the CO2 adsorber B by passing through the CO2 adsorber B. Thereby, the adsorption process is performed in the CO2 separation device B. FIG. That is, the CO2 adsorber B adsorbs CO2 in the exhaust gas. The CO2-removed exhaust gas from which CO2 has been removed or reduced flows out of the CO2 adsorber B and is discharged to the atmosphere via the branch passage 13b, the third exhaust passage 13 and the one-way valve 5.

以上のようにして、車両に搭載されたCO2分離回収システム1により、4つのCO2分離装置A、B、C、Dの間で、排ガス中のCO2の吸着処理、吸着処理の前段階としての冷却処理、吸着器からのCO2の脱離処理、脱離処理の前段階としての加熱処理という4つの異なる処理が交互に実施される。これにより、車両の走行時において、エンジン3から排出される排ガス中のCO2が大気中に排出されるのを大幅に低減することができる。 As described above, the CO2 separation and recovery system 1 mounted on the vehicle performs adsorption treatment of CO2 in the exhaust gas between the four CO2 separation devices A, B, C, and D, and cooling as a pre-stage of the adsorption treatment. Four different treatments are alternately performed: treatment, desorption of CO2 from the adsorber, and heat treatment as a pre-desorption treatment. As a result, it is possible to greatly reduce the emission of CO2 in the exhaust gas emitted from the engine 3 into the atmosphere while the vehicle is running.

特に、本実施形態のCO2分離回収システム1によれば、第1から第5までの複数の排気通路が設けられ、この複数の排気通路上に設けられた複数の開閉バルブを制御することにより、排ガスが4つのCO2分離装置を順に通流するとともに、その通流順を切り替えることができるので、排ガスの熱を効率的に利用することができる。また、図9~図12に示したように、本実施形態のCO2分離回収システム1では、排気通路の構成を効率化し、排気通路の本数や敷設距離を最小限に抑えるように工夫している。そのため、同じ排気通路であっても、動作モードによって排ガスの通過方向が逆向きになることも特徴の一つとしている。このような構成により、本実施形態のCO2分離回収システム1では、ヒータやクーラなどの使用による必要エネルギーの増大を回避しながら、排ガスの熱を効率的に利用することで、各CO2吸着器を適切な温度状態に制御し、CO2の吸着/脱離を良好かつ迅速に行うことができる。 In particular, according to the CO2 separation and recovery system 1 of the present embodiment, a plurality of first to fifth exhaust passages are provided, and by controlling a plurality of open/close valves provided on the plurality of exhaust passages, Since the exhaust gas flows through the four CO2 separation devices in order and the order of the flow can be switched, the heat of the exhaust gas can be efficiently used. In addition, as shown in FIGS. 9 to 12, in the CO2 separation and recovery system 1 of the present embodiment, the configuration of the exhaust passages is made efficient, and the number and installation distance of the exhaust passages are minimized. . Therefore, even if the exhaust passage is the same, one of the features is that the passage direction of the exhaust gas is reversed depending on the operation mode. With such a configuration, in the CO2 separation and recovery system 1 of the present embodiment, while avoiding an increase in the required energy due to the use of heaters, coolers, etc., the heat of the exhaust gas is efficiently used to operate each CO2 adsorber. Adsorption/desorption of CO2 can be performed satisfactorily and rapidly by controlling the temperature in an appropriate state.

なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、4つのCO2分離装置A~Dを用いる構成としたが、5つ以上のCO2分離装置を用いる構成とすることも可能である。この場合、脱離処理、加熱処理、冷却処理、吸着処理の各処理のいずれか、又は全てを複数のCO2分離装置により実行するように構成することができ、排ガスの熱をより効率的に利用しながら、CO2の吸着/脱離をより効率よく行うことができる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above described embodiments and can be implemented in various ways. For example, in the embodiment, four CO2 separators A to D are used, but a configuration using five or more CO2 separators is also possible. In this case, any one or all of the desorption treatment, heat treatment, cooling treatment, and adsorption treatment can be performed by a plurality of CO2 separation devices, and the heat of the exhaust gas can be used more efficiently. However, the adsorption/desorption of CO2 can be performed more efficiently.

また、実施形態では、脱CO2排ガス中のCO2濃度が所定値を超えた場合に、吸着処理を実行するCO2吸着器の吸着許容量に達したと判定して動作モードを切り替える構成としたが、貯蔵タンクに回収されるCO2ガスの流量やCO2濃度を検出し、これが所定値を下回った場合に脱離が完了したと判定し、動作モードを切り替えるように構成してもよい。 In addition, in the embodiment, when the concentration of CO2 in the deCO2 exhaust gas exceeds a predetermined value, it is determined that the adsorption capacity of the CO2 adsorber that performs the adsorption process has been reached, and the operation mode is switched. The flow rate and CO2 concentration of the CO2 gas collected in the storage tank may be detected, and when the detected values are below a predetermined value, it may be determined that the desorption is completed, and the operation mode may be switched.

また、実施形態において、動作モードの切り替えを実現可能な排気通路及び開閉バルブの構成(第1~第5排気通路及び29個の開閉バルブ)を例示したが、同等の機能を実現可能なものであれば、異なる排気通路及び開閉バルブの構成を採用することも可能である。 In addition, in the embodiment, the configuration of the exhaust passages and the opening/closing valves (the first to fifth exhaust passages and 29 opening/closing valves) capable of switching the operation mode was exemplified, but equivalent functions can be realized. If so, it is also possible to employ different configurations of exhaust passages and on-off valves.

また、実施形態では、CO2の吸着材としてゼオライトを例示したが、温度に応じてCO2を吸着及び脱離可能なものであれば、種々の吸着材(例えばシリカゲル、リチウム複合酸化物又はアミンなど)を採用することが可能である。 In addition, in the embodiments, zeolite was exemplified as an adsorbent for CO2, but various adsorbents (such as silica gel, lithium composite oxide, or amine) can be used as long as they can adsorb and desorb CO2 depending on the temperature. can be adopted.

また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジンなどの他の種類のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。 Further, the embodiments are examples in which the present invention is applied to a gasoline engine mounted on a vehicle, but the present invention is not limited to this, and may be applied to other types of engines such as diesel engines. , and can also be applied to engines other than those for vehicles. In addition, it is possible to change the detailed configuration as appropriate within the scope of the present invention.

1 CO2分離回収システム
2 ECU(電子制御ユニット)(制御装置)
3 エンジン(内燃機関)
4 排気通路
6 放熱器
11 第1排気通路
12 第2排気通路
13 第3排気通路
14 第4排気通路
15 第5排気通路
A CO2分離装置A(CO2分離装置)
B CO2分離装置B(CO2分離装置)
C CO2分離装置C(CO2分離装置)
D CO2分離装置D(CO2分離装置)
IN1、IN2、IN3、IN4 開閉バルブ(複数の開閉バルブ)
O1、O2、O3、O4 開閉バルブ(複数の開閉バルブ)
C1、C2、C3、C4 開閉バルブ(複数の開閉バルブ)
A1、A2、A3、A4 開閉バルブ(複数の開閉バルブ)
S1、S2、S3、S4 開閉バルブ(複数の開閉バルブ)
B1 開閉バルブ(複数の開閉バルブ)
E1、E2、E3、E4 開閉バルブ(複数の開閉バルブ)
R1、R2、R3、R4 開閉バルブ(複数の開閉バルブ)
1 CO2 separation and recovery system 2 ECU (electronic control unit) (control device)
3 Engine (internal combustion engine)
4 exhaust passage 6 radiator 11 first exhaust passage 12 second exhaust passage 13 third exhaust passage 14 fourth exhaust passage 15 fifth exhaust passage A CO2 separation device A (CO2 separation device)
B CO2 separation device B (CO2 separation device)
C CO2 separation device C (CO2 separation device)
D CO2 separation device D (CO2 separation device)
IN1, IN2, IN3, IN4 Open/close valve (multiple open/close valves)
O1, O2, O3, O4 On-off valve (multiple on-off valves)
C1, C2, C3, C4 on-off valves (multiple on-off valves)
A1, A2, A3, A4 Open/close valve (multiple open/close valves)
S1, S2, S3, S4 Open/close valves (multiple open/close valves)
B1 open/close valve (multiple open/close valves)
E1, E2, E3, E4 on-off valve (multiple on-off valves)
R1, R2, R3, R4 on-off valve (multiple on-off valves)

Claims (5)

内燃機関から排出された排ガスからCO2を分離し回収する内燃機関のCO2分離回収システムであって、
前記排ガスが通流可能に構成されるとともに温度に応じてCO2を吸着及び脱離可能なCO2吸着器と、前記排ガスが通流可能に構成されるとともに当該排ガスと前記CO2吸着器との間で熱交換可能な熱交換器とをそれぞれ有する、少なくとも4つのCO2分離装置と、
複数の排気通路、及び当該複数の排気通路に設けられた複数の開閉バルブを有し、前記排ガスが、前記少なくとも4つのCO2分離装置を順に、かつ各CO2分離装置の前記CO2吸着器及び前記熱交換器の一方を通流するように構成された排気通路装置と、
前記複数の開閉バルブを制御することにより、前記少なくとも4つのCO2分離装置への前記排ガスの通流順を切り替える制御装置と、
を備え、
前記少なくとも4つのCO2分離装置のうち、前記排ガスが最初に通流する最上流側のCO2分離装置において、前記熱交換器に前記排ガスを流すことにより、前記CO2吸着器からCO2を脱離させ、
前記少なくとも4つのCO2分離装置のうち、前記排ガスが最後に通流する最下流側のCO2分離装置において、前記CO2吸着器に前記排ガスを流すことにより、前記CO2吸着器に前記排ガス中のCO2を吸着させることを特徴とする、内燃機関のCO2分離回収システム。
A CO2 separation and recovery system for an internal combustion engine that separates and recovers CO2 from exhaust gas emitted from the internal combustion engine,
A CO2 adsorber configured to allow the exhaust gas to flow and capable of adsorbing and desorbing CO2 according to temperature; and a CO2 adsorber configured to allow the exhaust gas to flow and between the exhaust gas and the CO2 adsorber. at least four CO2 separation units, each having a heat exchanger capable of exchanging heat;
a plurality of exhaust passages, and a plurality of on-off valves provided in the plurality of exhaust passages, wherein the exhaust gas passes through the at least four CO2 separation devices in sequence, and the CO2 adsorber and the heat of each CO2 separation device. an exhaust passageway device configured to flow through one of the exchangers;
a control device that switches the flow order of the exhaust gas to the at least four CO2 separation devices by controlling the plurality of open/close valves;
with
desorbing CO2 from the CO2 adsorber by causing the exhaust gas to flow through the heat exchanger in the most upstream CO2 separation device through which the exhaust gas flows first among the at least four CO2 separation devices;
Of the at least four CO2 separation devices, in the most downstream CO2 separation device through which the exhaust gas flows last, the exhaust gas is allowed to flow through the CO2 adsorber so that the CO2 in the exhaust gas is transferred to the CO2 adsorber. A CO2 separation and recovery system for an internal combustion engine, characterized by adsorption.
前記複数の排気通路は、
前記内燃機関と前記少なくとも4つのCO2分離装置との間に接続され、当該内燃機関から排出された排ガスを前記最上流側のCO2分離装置の前記熱交換器に導入するための第1排気通路と、
前記少なくとも4つのCO2分離装置を相互に接続する第2排気通路と、
前記少なくとも4つのCO2分離装置の前記CO2吸着器に接続され、前記最下流側のCO2分離装置の前記CO2吸着器を通過した排ガスを大気中に排出するための第3排気通路と、
前記少なくとも4つのCO2分離装置の前記CO2吸着器に接続され、前記最上流側のCO2分離装置の前記CO2吸着器から脱離したCO2を回収するための第4排気通路と、
を有していることを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関のCO2分離回収システム。
The plurality of exhaust passages are
a first exhaust passage connected between the internal combustion engine and the at least four CO2 separation devices for introducing exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the heat exchanger of the most upstream CO2 separation device; ,
a second exhaust passage interconnecting the at least four CO2 separation devices;
a third exhaust passage connected to the CO2 adsorbers of the at least four CO2 separation devices and for discharging into the atmosphere exhaust gas that has passed through the CO2 adsorbers of the most downstream CO2 separation device;
a fourth exhaust passage connected to the CO2 adsorbers of the at least four CO2 separation devices for recovering CO2 desorbed from the CO2 adsorbers of the most upstream CO2 separation device;
The CO2 separation and recovery system for an internal combustion engine according to claim 1, characterized by comprising:
前記少なくとも4つのCO2分離装置は、前記排ガスが流れる上流から下流に向かって、第1、第2、第3及び第4CO2分離装置の順に配置されており、
前記第1CO2分離装置では、前記内燃機関から排出された排ガスが当該第1CO2分離装置の前記熱交換器に流れることにより、当該第1CO2分離装置の前記CO2吸着器からCO2を脱離させる脱離処理が実行され、
前記第2CO2分離装置では、前記第1CO2分離装置を通過した排ガスが当該第2CO2分離装置の前記熱交換器に流れることにより、当該第2CO2分離装置の前記CO2吸着器を加熱する加熱処理が実行され、
前記第3CO2分離装置では、前記第2CO2分離装置を通過した排ガスが当該第3CO2分離装置の前記熱交換器に流れることにより、当該第3CO2分離装置の前記CO2吸着器を冷却する冷却処理が実行され、
前記第4CO2分離装置では、前記第3CO2分離装置を通過した排ガスが当該第4CO2分離装置の前記CO2吸着器に流れることにより、当該第4CO2分離装置の前記CO2吸着器に前記排ガス中のCO2を吸着させる吸着処理が実行されることを特徴とする、請求項2に記載の内燃機関のCO2分離回収システム。
The at least four CO2 separation devices are arranged in the order of first, second, third and fourth CO2 separation devices from upstream to downstream through which the exhaust gas flows,
In the first CO2 separation device, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows through the heat exchanger of the first CO2 separation device to desorb CO2 from the CO2 adsorber of the first CO2 separation device. is executed and
In the second CO2 separation device, the exhaust gas that has passed through the first CO2 separation device flows into the heat exchanger of the second CO2 separation device, whereby heat treatment is performed to heat the CO2 adsorber of the second CO2 separation device. ,
In the third CO2 separation device, the exhaust gas that has passed through the second CO2 separation device flows into the heat exchanger of the third CO2 separation device, thereby performing a cooling process of cooling the CO2 adsorber of the third CO2 separation device. ,
In the fourth CO2 separation device, the exhaust gas that has passed through the third CO2 separation device flows into the CO2 adsorber of the fourth CO2 separation device, thereby adsorbing CO2 in the exhaust gas onto the CO2 adsorber of the fourth CO2 separation device. 3. The CO2 separation and recovery system for an internal combustion engine according to claim 2, wherein an adsorption process that causes the CO2 separation and recovery is performed.
前記複数の排気通路は、前記第1、第2、第3及び第4CO2分離装置に接続された第5排気通路を、さらに有しており、
前記第5排気通路に配置され、前記第2CO2分離装置の前記熱交換器を通過した排ガスを冷却するための放熱器を、さらに備えていること特徴とする、請求項3に記載の内燃機関のCO2分離回収システム。
said plurality of exhaust passages further comprising a fifth exhaust passage connected to said first, second, third and fourth CO2 separation devices;
4. The internal combustion engine according to claim 3, further comprising a radiator disposed in the fifth exhaust passage for cooling the exhaust gas that has passed through the heat exchanger of the second CO2 separation device. CO2 separation and recovery system.
前記制御装置による前記複数の開閉バルブの制御により、前記少なくとも4つのCO2分離装置の各々は、前記第1、第2、第3及び第4CO2分離装置のいずれかに設定され、前記脱離処理、前記冷却処理、前記吸着処理及び前記加熱処理が順に繰り返し実行されること特徴とする、請求項3又は4に記載の内燃機関のCO2分離回収システム。 each of the at least four CO2 separation devices is set to one of the first, second, third and fourth CO2 separation devices by the control of the plurality of on-off valves by the control device; 5. The CO2 separation and recovery system for an internal combustion engine according to claim 3, wherein said cooling process, said adsorption process and said heat treatment are repeatedly executed in order.
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