JP7205348B2 - 二酸化炭素回収装置、炭化水素製造装置、および、二酸化炭素回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、二酸化炭素回収装置、炭化水素製造装置、および、二酸化炭素回収方法に関する。

従来から、吸着材を用いて、複数のガスが混合されている混合ガスから特定のガスを回収するガス回収装置が知られている（例えば、特許文献１）。また、二酸化炭素が吸着している吸着材を収容している回収器の内部に、パージガスを噴射することで、二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置が知られている。

特開２０１５－１６３５５６号公報

二酸化炭素回収装置では、吸着材を用いて、排ガスに含まれる二酸化炭素を吸着し、排ガスから分離する。しかしながら、排ガスには、二酸化炭素以外に、窒素や水分などの不純物が含まれているため、吸着材を収容している回収器内に、これらの不純部が残存する場合がある。このため、回収器にパージガスを噴射することで、二酸化炭素を吸着材から脱離させて回収器からパージガスとともに排出させるとき、回収器から排出される混合ガスには、不純物が多く含まれる課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、二酸化炭素回収装置において、不純物が少ない二酸化炭素とパージガスとの混合ガスを回収器から取り出す技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、二酸化炭素回収装置が提供される。この二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素を吸着可能な吸着材を内部に収容する回収器と、二酸化炭素を含む排ガスを前記回収器に供給する排ガス供給部と、前記回収器の内部においてパージガスを噴射するパージガス噴射部と、前記回収器の内部を減圧する減圧ポンプと、前記回収器への前記排ガスの供給と、前記パージガスの噴射と、前記回収器内部の減圧とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記回収器に前記排ガスを供給して前記吸着材に二酸化炭素を吸着させる吸着工程と、前記パージガスを噴射して前記吸着材に吸着した二酸化炭素を前記回収器内部から取り出す脱離工程と、を実行可能であり、前記吸着工程では、前記吸着工程の途中から前記吸着工程の終了時まで、前記排ガスを供給しつつ、前記回収器の内部を減圧させる。

この構成によれば、吸着工程の途中から吸着工程の終了時まで、回収器に排ガスを供給しつつ、回収器の内部を減圧するため、吸着材に吸着されずに回収器の内部に残っている排ガスが回収器から排出される。吸着材に吸着されずに回収器の内部に残っているガスには、回収される二酸化炭素に対して不純物となる窒素や水分などが含まれている。脱離工程の前に、これらの不純物を回収器の内部から取り除くことによって、脱離工程において回収器から二酸化炭素を回収するとき、回収器から取り出されるガスに不純物が混入しにくくなる。これにより、不純物が少ない二酸化炭素とパージガスとの混合ガスを回収器から取り出すことができる。

（２）上記形態の二酸化炭素回収装置において、前記制御部は、前記吸着工程において、前記回収器の内部を減圧するとき、前記回収器に供給される前記排ガスの供給量を相対的に減少させてもよい。この構成によれば、回収器に供給される排ガスの供給量が減少するため、回収器の内部に残る不純物の量が相対的に少なくなる。これにより、脱離工程において回収器から二酸化炭素を回収するとき、回収器から取り出されるガスに不純物がさらに混入しにくくなる。これにより、不純物が少ない二酸化炭素とパージガスとの混合ガスを回収器から取り出すことができる。

（３）上記形態の二酸化炭素回収装置において、前記回収器を複数備えており、前記二酸化炭素回収装置は、さらに、複数の前記回収器のうちの一の回収器の内部と、他の回収器の内部とを接続する接続流路と、前記吸着材の温度を調整可能な温度調整部と、を備え、前記制御部は、前記脱離工程の後において、前記吸着材の温度を制御することで、前記吸着材を冷却する冷却工程を実行可能であり、前記一の回収器において前記吸着工程を実行し、前記他の回収器において前記冷却工程を実行するとき、前記接続流路を用いて前記一の回収器で吸着されなかった未吸着ガスを前記他の回収器に供給しつつ、前記他の回収器の内部を減圧させてもよい。この構成によれば、一の回収器の吸着材で吸着されなかった未吸着ガスに含まれる微量の二酸化炭素を、冷却によって内部の圧力が低下している他の回収器によって回収することができる。これにより、二酸化炭素の回収効率を向上することができる。

（４）上記形態の二酸化炭素回収装置は、さらに、前記接続流路を流れる前記未吸着ガスの二酸化炭素濃度を検出する濃度検出部と、前記接続流路に設けられ、前記一の回収器と前記他の回収器との間の前記未吸着ガスの流れを遮断可能な遮断弁と、を備え、前記制御部は、検出された二酸化炭素濃度を用いて、前記接続流路による前記未吸着ガスの供給を制御し、前記他の回収器の内部を減圧させるとき、検出された二酸化炭素濃度が所定値になると、前記一の回収器と前記他の回収器との間の前記未吸着ガスの流れを遮断させてもよい。この構成によれば、他の回収器に供給される未吸着ガスに二酸化炭素が含まれないとき、一の回収器から他の回収器に流れる未吸着ガスの流れを遮断し、一の回収器の内部のみを減圧させる。これにより、冷却工程が実行されている他の回収器のために減圧ポンプを駆動する必要がなくなるため、減圧ポンプを駆動するエネルギーを節約することができる。したがって、二酸化炭素の回収で消費されるエネルギーの量を低減することができる。

（５）本発明の別の形態によれば、炭化水素製造装置が提供される。この炭化水素製造装置は、上記形態の二酸化炭素回収装置と、前記二酸化炭素回収装置が回収した二酸化炭素と、前記パージガスとして用いられた水素との混合ガスを用いて、炭化水素化合物を生成する炭化水素生成部と、を備える。この構成によれば、炭化水素生成部は、純度が高い二酸化炭素と水素との混合ガスを用いて炭化水素化合物を生成することができる。これにより、純度の高い炭化水素化合物を生成することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、二酸化炭素回収方法、炭化水素製造方法、二酸化炭素回収装置の制御方法、炭化水素製造装置の制御方法、これらの制御方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム、二酸化炭素回収装置の製造方法、炭化水素製造装置の製造方法、二酸化炭素循環システム、炭化水素化合物を燃料とする燃料製造装置などの形態で実現することができる。

第１実施形態のメタン製造装置の概略構成を示す説明図である。 二酸化炭素回収処理のフローチャートである。 吸着工程における回収器内部の圧力の時間変化を示す説明図である。 メタン製造装置での回収器の切替タイミングの説明図である。 混合ガスに含まれる窒素濃度の時間変化を示す説明図である。 第２実施形態のメタン製造装置の概略構成を示す説明図である。 第３実施形態のメタン製造装置の概略構成を示す説明図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態のメタン製造装置５の概略構成を示す説明図である。本実施形態のメタン製造装置５は、二酸化炭素（ＣＯ₂）と水素（Ｈ₂）との混合ガスを用いて、メタン（ＣＨ₄）を製造する装置であり、二酸化炭素回収装置１とメタン生成部８を備える。なお、本実施形態は、ＣＨ₄以外の炭化水素化合物を製造する炭化水素製造装置にも適用可能であり、例えば、エタンやプロパンなどの炭素と水素とから構成される化合物やメタノールなどの主に炭素と水素とから構成される化合物を「炭化水素化合物」として製造する「炭化水素製造装置」にも適用可能である。

二酸化炭素回収装置１は、燃焼炉や内燃機関などから排出される排ガスに含まれるＣＯ₂を回収する。二酸化炭素回収装置１は、複数の回収器１１、１２、１３、１４と、排ガス流路２０と、オフガス流路２５と、パージガス流路３０と、混合ガス流路３５と、サージタンク４０と、制御部４５とを備える。

複数の回収器１１、１２、１３、１４は、筒状に形成され、それぞれの内部に吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａが収容されている。吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａは、ＣＯ₂吸蔵性能を有する材料、例えば、ゼオライト、活性炭、シリカゲルなどである。回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれには、排ガス流路２０と、オフガス流路２５と、パージガス流路３０と、混合ガス流路３５が接続されている。複数の回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれには、図示しない熱媒体流路が形成されている。それぞれの熱媒体流路には、吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの温度を調整可能な熱媒体（図１の点線矢印Ｆ１、Ｆ２）が流れる。

排ガス流路２０は、燃焼炉や内燃機関などの、ＣＯ₂を含む排ガスを排出する外部の排ガス供給装置に接続しており、排ガス供給装置が排出する排ガスが流れる。排ガス流路２０を流れる排ガスは、排ガス分流路２１、２２、２３、２４を介して、回収器１１、１２、１３、１４に供給される。排ガス分流路２１、２２、２３、２４には、排ガス入口弁２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａが設けられている。排ガス入口弁２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａのそれぞれは、後述する制御部４５の指令に応じて、回収器１１、１２、１３、１４の内部への排ガスの供給を制御する。

オフガス流路２５は、図１に示すように、回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれに接続されている。オフガス流路２５には、排ガス流路２０によって回収器１１、１２、１３、１４に供給された排ガスのうち吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａに吸着されなかったオフガスが流れる。オフガス流路２５は、回収器１１、１２、１３、１４を挟んで、排ガス分流路２１、２２、２３、２４とは反対側において、回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれに接続するオフガス分流路２６、２７、２８、２９を有している。オフガス分流路２６、２７、２８、２９には、オフガス出口弁２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａが設けられている。オフガス出口弁２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａのそれぞれは、制御部４５の指令に応じて、回収器１１、１２、１３、１４からのオフガスの流れを制御する。

オフガス流路２５には、回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれから排出されるオフガスをオフガス流路２５から分岐する分岐流路２５ａが設けられている。分岐流路２５ａには、オフガス分流路２６、２７、２８、２９を介して回収器１１、１２、１３、１４の内部を減圧可能な減圧ポンプ２５ｂと、切換弁２５ｃが設けられている。減圧ポンプ２５ｂは、制御部４５の指令に応じて、回収器１１、１２、１３、１４の内部を減圧する。切換弁２５ｃは、オフガス流路２５の、分岐流路２５ａと分岐した後のオフガス流路２５ｄに設けられている切換弁２５ｅと連動して、回収器１１、１２、１３、１４の内部を、オフガス流路２５ｄまたは分岐流路２５ａに連通する。

パージガス流路３０は、回収器１１、１２、１３、１４の内部に、パージガスを供給する外部のパージガス供給部に接続している。パージガス流路３０は、パージガス供給部が供給するパージガスを、回収器１１、１２、１３、１４の内部において噴射する。本実施形態では、パージガスとしては、二酸化炭素回収装置１の後段に設けられるメタン生成部８でのメタンの生成反応に用いられるＨ₂を用いる。パージガス流路３０には、制御部４５の指令に応じて、パージガス流路３０を流れるＨ₂の流量を調整する流量制御器３０ａが設けられている。パージガス流路３０を流れるＨ₂は、パージガス分流路３１、３２、３３、３４を介して、回収器１１、１２、１３、１４に供給される。パージガス分流路３１、３２、３３、３４には、パージガス入口弁３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａが設けられている。パージガス入口弁３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａのそれぞれは、制御部４５の指令に応じて、回収器１１、１２、１３、１４の内部へのＨ₂の流れを制御する。

混合ガス流路３５は、図１に示すように、回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれに接続されている。混合ガス流路３５には、パージガス流路３０によって回収器１１、１２、１３、１４に供給されたＨ₂と、吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａから脱離したＣＯ₂とが混合された混合ガスが流れる。混合ガス流路３５は、回収器１１、１２、１３、１４を挟んで、パージガス分流路３１、３２、３３、３４とは反対側において、回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれに接続する混合ガス分流路３６、３７、３８、３９を有している。混合ガス分流路３６、３７、３８、３９には、混合ガス出口弁３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａが設けられている。混合ガス出口弁３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａのそれぞれは、制御部４５の指令に応じて、回収器１１、１２、１３、１４からの混合ガスの流れを制御する。

サージタンク４０は、混合ガス流路３５に設けられている。サージタンク４０は、混合ガス流路３５を流れる混合ガスを一時的に貯蔵する。サージタンク４０に貯蔵された混合ガスは、メタン生成部８に送られる。

制御部４５は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、ＣＰＵを含んで構成されるコンピュータであり、後述するＣＯ₂回収処理における回収器１１、１２，１３，１４の切り替えや、弁の開閉制御など、二酸化炭素回収装置１の全体の制御をおこなう。制御部４５の制御内容の詳細は、後述する。

メタン生成部８は、混合ガス流路３５の回収器１１、１２、１３、１４に接続する側とは反対側の端部に設けられている。メタン生成部８は、サージタンク４０が供給するＣＯ₂とＨ₂との混合ガスを用いて、ＣＨ₄を生成する。生成されたＣＨ₄は、メタン製造装置５の外部の装置に供給される。

次に、二酸化炭素回収装置１における二酸化炭素回収処理について説明する。二酸化炭素回収装置１では、４つの回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれに、順番に排ガスを供給することで、排ガスからＣＯ₂を回収する。

図２は、二酸化炭素回収装置１における二酸化炭素回収処理のフローチャートである。二酸化炭素回収装置１では、４つの回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれが、図２に示す二酸化炭素回収処理を繰り返し行う。ここでは、最初に、１つの回収器、例えば、回収器１１に着目して、図２に示す二酸化炭素処理のフローを説明する。

吸着工程（ステップＳ１）は、２つの小工程に分けられる。１つ目の小工程である主吸着工程（ステップＳ１１）では、排ガス流路２０を用いて、回収器１１に排ガスを供給する。具体的には、制御部４５は、排ガス入口弁２１ａとオフガス出口弁２６ａを開くとともに、パージガス入口弁３１ａと混合ガス出口弁３６ａを閉じるように、それぞれの弁を制御する。これにより、排ガス流路２０を流れる排ガスは、排ガス分流路２１を介して、回収器１１に供給される。回収器１１では、排ガスに含まれるＣＯ₂が吸着材１１ａによってトラップされ、吸着材１１ａにトラップされなかった窒素や水分などの大部分のガスは、オフガスとして、オフガス分流路２６を介してオフガス流路２５を流れる。このとき、切換弁２５ｃは閉じられており、切換弁２５ｅは開かれているため、オフガスは、オフガス流路２５ｄを通って、二酸化炭素回収装置１の外部、例えば、大気に放出される。

吸着工程の終盤において、主吸着工程の後に実行される２つ目の小工程である洗浄工程（ステップＳ１２）では、制御部４５は、切換弁２５ｃを開き、切換弁２５ｅを閉じる。このとき、制御部４５は、減圧ポンプ２５ｂを駆動し、回収器１１の内部を減圧する。回収器１１の内部が減圧されると、回収器１１の内部に滞留するオフガスは、オフガス流路２５から分岐流路２５ａを流れ、大気に放出される。これにより、回収器１１の内部から未吸着の排ガスが取り除かれるため、回収器１１の内部が洗浄されることとなる。洗浄工程を実行する時間は、吸着器の構造や特性にもよるが、本実施形態では、吸着工程全体の時間の約５０分の１程度とする。

また、本実施形態では、洗浄工程において、制御部４５は、排ガス入口弁２１ａを操作して、回収器１１の内部に供給される排ガスの量を、主吸着工程のときに比べ少なくし、減圧によって回収器１１の内部に流入する排ガスの流量が増加することを抑制する。

図３は、吸着工程における回収器１１の内部の圧力の時間変化を示す説明図である。本実施形態の二酸化炭素回収処理では、上述したように、主吸着工程では、回収器１１の内部に供給される排ガスの流れによってオフガスが回収器１１の外部に押し出されており、回収器１１の内部の圧力は一定となっている。一方、洗浄工程では、回収器１１の内部を減圧ポンプ２５ｂによって減圧しつつ、かつ、回収器１１の内部に流入する排ガスの量を少なくしているため、回収器１１の内部の圧力は、時間の経過とともに低下する。

次の予熱工程（ステップＳ２）では、回収器１１に、高温の熱媒体を供給し、吸着材１１ａを昇温する。これにより、吸着材１１ａにトラップされているＣＯ₂が吸着材１１ａから脱離しやすくする。

次の脱離工程（ステップＳ３）では、回収器１１にＨ₂を供給することで、吸着材１１ａにトラップされているＣＯ₂を脱離させる。具体的には、制御部４５は、排ガス入口弁２１ａとオフガス出口弁２６ａを閉じるとともに、パージガス入口弁３１ａと混合ガス出口弁３６ａを開くように、それぞれの弁を制御する。これにより、パージガス流路３０を流れるＨ₂は、パージガス分流路３１を介して、回収器１１に供給される。回収器１１においてＨ₂が噴射されると、回収器１１の内部のＣＯ₂の分圧が低下するため、吸着材１１ａに吸着されているＣＯ₂が吸着材１１ａから脱離する。吸着材１１ａから脱離したＣＯ₂は、回収器１１の内部においてＨ₂と混合される。回収器１１の内部のＣＯ₂とＨ₂との混合ガスは、回収器１１の内部から排出され、混合ガス分流路３６を介して混合ガス流路３５を流れる。混合ガス流路３５を流れる混合ガスは、サージタンク４０に貯蔵される。

次の冷却工程（ステップＳ４）では、比較的温度が低い熱媒体を回収器１１の熱媒体流路に供給し、吸着材１１ａを冷却する。これにより、吸着材１１ａは、ＣＯ₂を吸着可能な状態となる。

図４は、本実施形態のメタン製造装置５での回収器の切替タイミングの説明図である。本実施形態の二酸化炭素回収処理では、図４に示すように、上述した二酸化炭素回収処理の４つの工程（吸着工程、予熱工程、脱離工程、および、冷却工程）が、４つの回収器１１、１２、１３、１４のいずれかにおいて実行される。例えば、回収器１１において吸着工程が実行されているとき、回収器１２において予熱工程が実行され、回収器１３において脱離工程が実行され、回収器１４において冷却工程が実行される。本実施形態の二酸化炭素回収装置１では、このようにして、いずれかの回収器において排ガスのＣＯ₂を吸着すると同時に、他のいずれかの回収器において吸着したＣＯ₂を脱離する。これにより、定常的に、混合ガスを供給することが可能である。

図５は、混合ガスに含まれる窒素濃度の時間変化を示す説明図である。図５は、二酸化炭素回収処理において脱離工程で回収器から排出される混合ガスの窒素濃度の時間変化を示している。図５には、比較例の二酸化炭素回収処理における脱離工程での窒素濃度の時間変化を点線Ｌ１で示し、本実施形態での二酸化炭素回収処理における脱離工程での窒素濃度の時間変化を点線Ｌ２で示す。ここで、比較例の二酸化炭素回収処理とは、脱離工程の全期間において、パージガスであるＨ₂を一定量流し続けることでＣＯ₂を脱離させる脱離工程を備えた二酸化炭素回収処理を指す。

図５に示すように、比較例の二酸化炭素回収処理では、脱離工程開始直後から窒素濃度が比較的高く、時間の経過とともに低くなることがわかる。このことから、比較例の二酸化炭素回収処理では、混合ガスに比較的多量の窒素が含まれることとなり、この混合ガスからメタンを製造すると、窒素が混入した純度が低いメタンが製造されることになる。一方、本実施形態の二酸化炭素処理では、脱離工程開始直後から窒素濃度が低いため、この混合ガスを用いてメタンを製造すると、純度が高いメタンを製造することができる。

以上説明した、第１実施形態の二酸化炭素回収装置１によれば、吸着工程のうちの終盤の洗浄工程において、回収器１１、１２、１３、１４に排ガスを供給しつつ、回収器１１、１２、１３、１４の内部を減圧する。これにより、回収器１１、１２、１３、１４の内部で吸着されていない排ガスが回収器１１、１２、１３、１４から排出される。吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａに吸着されずに回収器１１、１２、１３、１４の内部に残っているガスには、回収されるＣＯ₂に対して不純物となる窒素や水分などが含まれている。脱離工程の前に、これらの不純物を回収器１１、１２、１３、１４の内部から取り除くことによって、脱離工程において回収器１１、１２、１３、１４からＣＯ₂を回収するとき、回収器１１、１２、１３、１４から取り出される混合ガスに不純物が混入しにくくなる。これにより、不純物が少ないＣＯ₂とＨ₂との混合ガスを回収器１１、１２、１３、１４から取り出すことができる。

また、第１実施形態の二酸化炭素回収装置１によれば、洗浄工程において、制御部４５は、排ガス入口弁２１ａを操作して、回収器１１内に供給される排ガスの量を、主吸着工程のときに比べ少なくする。これにより、回収器１１、１２、１３、１４に供給される排ガスの供給量が減少するため、回収器１１、１２、１３、１４の内部に残る不純物の量が相対的に少なくなる。これにより、脱工程において回収器１１、１２、１３、１４からＣＯ₂を回収するとき、回収器１１、１２、１３、１４から取り出されるガスに不純物がさらに混入しにくくなる。これにより、さらに不純物が少ないＣＯ₂とＨ₂との混合ガスを回収器１１、１２、１３、１４から取り出すことができる。

また、第１実施形態のメタン製造装置５によれば、二酸化炭素回収装置１で回収された純度が高いＣＯ₂と、パージガスとして用いられたＨ₂との混合ガスを用いて、ＣＨ₄を生成する。これにより、純度の高い炭化水素化合物を生成することができる。

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態の二酸化炭素回収装置２の概略構成を示した説明図である。本実施形態の二酸化炭素回収装置２は、一の回収器の出口と他の回収器の入口とを接続する接続流路を備える点が第１実施形態（図１）と異なる。

本実施形態の二酸化炭素回収装置２は、複数の回収器１１、１２、１３、１４と、排ガス流路２０と、オフガス流路２５と、パージガス流路３０と、混合ガス流路３５と、サージタンク４０と、制御部４５と、接続流路５１、５２、５３、５４を備える。

接続流路５１、５２、５３、５４のそれぞれは、回収器１１、１２、１３、１４のうち、一の回収器のオフガス分流路と他の回収器の排ガス分流路とを接続している。接続流路５１は、図６に示すように、回収器１１のオフガス分流路２６と、回収器１４の排ガス分流路２４とを接続している。同様に、接続流路５２は、回収器１４のオフガス分流路２９と、回収器１３の排ガス分流路２３とを接続している。接続流路５３は、回収器１３のオフガス分流路２８と、回収器１２の排ガス分流路２２とを接続している。接続流路５４は、回収器１２のオフガス分流路２７と、回収器１１の排ガス分流路２１とを接続している。

接続流路５１、５２、５３、５４のそれぞれには、開閉弁５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａが設けられている。開閉弁５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａは、制御部４５の指令に応じて開閉し、接続流路５１、５２、５３、５４を介したオフガスの流れを制御する。

次に、二酸化炭素回収装置２における二酸化炭素回収処理について説明する。本実施形態の二酸化炭素回収処理では、第１実施形態と同様に、４つの回収器１１、１２、１３、１４が、位相をずらして、それぞれの回収器において、吸着工程と、予熱工程と、脱離工程と、冷却工程とが実行されている（図４参照）。

最初に、吸着工程について説明する。ここでは、回収器１１で吸着工程を実行され、回収器１４で冷却工程が実行されているとして説明する。回収器１１での主吸着工程では、第１実施形態と同様に、排ガス流路２０を用いて、回収器１１に排ガスを供給する。回収器１１で吸着材１１ａにトラップされなかったオフガスは、オフガス流路２５ｄを通って、大気に放出される。

次に、回収器１１で洗浄工程が実行されるとき、制御部４５は、切換弁２５ｅとオフガス出口弁２６ａを閉じるとともに、開閉弁５１ａを開く。これにより、接続流路５１によって、回収器１１のオフガス分流路２６と、回収器１４の排ガス分流路２４とが連通する。このとき、冷却工程の終盤になっている回収器１４は、内部の圧力が大気圧以下となっているため、回収器１１のオフガスは、接続流路５１を通って回収器１４の内部に流入する。

さらに、制御部４５は、オフガス出口弁２９ａと切換弁２５ｃを開くとともに、減圧ポンプ２５ｂの駆動を開始する。これにより、減圧ポンプ２５ｂは、減圧ポンプ２５ｂに対して直列に接続されている回収器１１の内部と回収器１４の内部を減圧する。回収器１１から排出されたオフガスは、回収器１４と、オフガス流路２５と、分岐流路２５ａを介して、大気に排出される。なお、このような、冷却工程が実行されている回収器との関係で実行される吸着工程は、４つの回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれにおいて実行される。例えば、回収器１３で吸着工程を実行され、回収器１２で冷却工程が実行されているとき、回収器１３のオフガスは、回収器１２と、オフガス流路２５と、分岐流路２５ａを介して、大気に排出される。二酸化炭素回収装置２における二酸化炭素回収処理では、吸着工程の後、第１実施形態と同様に、予熱工程と、脱離工程と、冷却工程を実行する。

以上説明した、第２実施形態の二酸化炭素回収装置２によれば、一の回収器において吸着工程を実行し、他の回収器において冷却工程を実行するとき、接続流路５１、５２、５３、５４を用いて一の回収器で吸着されなかったオフガスを他の回収器に供給可能な状態で、一の回収器の内部と他の回収器の内部を減圧させる。冷却工程を実行している他の回収器は、冷却工程の終盤、すなわち、次の吸着工程の直前であるため、一の回収器をすり抜けた少量のＣＯ₂であっても吸着することが可能である。これにより、一の回収器の吸着材で吸着されなかったオフガスに含まれるＣＯ₂を、冷却によって内部の圧力が低下している他の回収器によって回収することができる。したがって、ＣＯ₂の回収効率を向上することができる。

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態の二酸化炭素回収装置３の概略構成を示した説明図である。本実施形態の二酸化炭素回収装置３は、接続流路にＣＯ₂濃度計が設けられている点が第２実施形態（図６）と異なる。

本実施形態の二酸化炭素回収装置３は、複数の回収器１１、１２、１３、１４と、排ガス流路２０と、オフガス流路２５と、パージガス流路３０と、混合ガス流路３５と、サージタンク４０と、制御部４５と、接続流路５１、５２、５３、５４と、ＣＯ₂濃度計５５を備える。

ＣＯ₂濃度計５５は、接続流路５１、５２、５３、５４のそれぞれに設けられている。ＣＯ₂濃度計５５は、接続流路５１、５２、５３、５４を流れるオフガスのＣＯ₂濃度を検出する。ＣＯ₂濃度計５５は、検出したＣＯ₂濃度を制御部４５に出力する。なお、図７では、接続流路５１を流れるオフガスのＣＯ₂濃度を検出するＣＯ₂濃度計５５のみ示しており、接続流路５２、５３、５４に設けられるＣＯ₂濃度計５５は、省略してある。

次に、二酸化炭素回収装置３における二酸化炭素回収処理について説明する。本実施形態の二酸化炭素回収処理では、第１実施形態と同様に、４つの回収器１１、１２、１３、１４が、位相をずらして、それぞれの回収器において、吸着工程と、予熱工程と、脱離工程と、冷却工程とが実行されている（図４参照）。

最初に、吸着工程について説明する。ここでは、回収器１１で吸着工程が実行され、回収器１４で冷却工程が実行されているとして説明する。回収器１１での主吸着工程では、第１実施形態と同様に、排ガス流路２０を用いて、回収器１１に排ガスを供給する。回収器１１で吸着材１１ａにトラップされなかったオフガスは、オフガス流路２５ｄを通って、大気に放出される。

次に、回収器１１で洗浄工程が実行されるとき、制御部４５は、切換弁２５ｅとオフガス出口弁２６ａを閉じるとともに、開閉弁５１ａとオフガス出口弁２９ａと切換弁２５ｃとを開き、減圧ポンプ２５ｂの駆動を開始する。これにより、回収器１１から排出されたオフガスは、回収器１４と、オフガス流路２５と、分岐流路２５ａを介して、大気に排出される。

回収器１１で洗浄工程が実行されるとき、制御部４５は、ＣＯ₂濃度計５５が検出する接続流路５１を流れるオフガスのＣＯ₂濃度を用いて、開閉弁５１ａの開閉を制御する。具体的には、制御部４５は、ＣＯ₂濃度計５５がＣＯ₂濃度は０より大きい値であると検出しているときには、開閉弁５１ａを開いたままとし、ＣＯ₂濃度が０であると検出したときには、開閉弁５１ａを閉じる。開閉弁５１ａが閉じられると、回収器１１と回収器１４とが切り離される。このとき、制御部４５は、オフガス出口弁２６ａを開く。これにより、減圧ポンプ２５ｂは、回収器１１の内部のみを減圧することとなる。

以上説明した、第３実施形態の二酸化炭素回収装置３によれば、制御部４５は、洗浄工程において、ＣＯ₂濃度計５５が検出する接続流路５１を流れるオフガスのＣＯ₂濃度を用いて、一の回収器と他の回収器との接続を切り替え、一の回収器のみを減圧させる。これにより、冷却工程が実行されている他の回収器のために減圧ポンプ２５ｂを駆動する必要がなくなるため、減圧ポンプ２５ｂを駆動するエネルギーを節約することができる。したがって、ＣＯ₂の回収で消費されるエネルギーの量を低減することができる。

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

［変形例１］
上述の実施形態では、「炭化水素製造装置」としてのメタン製造装置は、「炭化水素化合物」としてのＣＨ₄を製造するとした。しかしながら、炭化水素製造装置が製造する炭化水素化合物は、ＣＨ₄だけでなく、例えば、エタンやプロパンなどの炭素と水素とから構成される化合物や、メタノールなどの主に炭素と水素とから構成される化合物を含んでもよい。

［変形例２］
上述の実施形態では、混合ガス流路にサージタンクを設けるとした。しかしながら、サージタンクはなくてもよい。サージタンクがある場合、上述したように、混合ガスのＨ₂／ＣＯ₂を安定させることができるほか、Ｈ₂の流量を逐次調整しなくてもＨ₂／ＣＯ₂を目標の範囲内とすることができる。

［変形例３］
上述の実施形態では、脱離工程では、回収器１１、１２、１３、１４にＨ₂を供給することで、吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａにトラップされているＣＯ₂を脱離させるとした。しかしながら、吸着材からＣＯ₂を脱離させる方法は、これに限定されない。パージガスと減圧ポンプ２５ｂとを併用して脱離させてもよい。

［変形例４］
第１実施形態では、洗浄工程において、制御部４５は、排ガス入口弁２１ａを操作して、回収器１１の内部に供給される排ガスの量を、主吸着工程のときに比べ少なくし、減圧によって回収器１１の内部に流入する排ガスの流量が増加することを抑制するとした。しかしながら、洗浄工程において回収器１１の内部に供給される排ガスの量は、これに限定されない。主吸着工程と同じ量であってもよい。

［変形例５］
第１実施形態では、洗浄工程の時間は、吸着工程全体の時間の約５０分の１程度であるとした。しかしながら、洗浄工程の時間は、これに限定されない。

［変形例６］
第３実施形態では、洗浄工程において、制御部４５は、ＣＯ₂濃度が０になると、開閉弁５１ａを閉じ、一の回収器と他の回収器とを切り離すとした。しかしながら、開閉弁を閉じるときのＣＯ₂濃度はこれに限定されない。０より大きくてもよい。開閉弁を閉じるときのＣＯ₂濃度を０にすると、ＣＯ₂の回収効率が最大となる一方、開閉弁を閉じるときのＣＯ₂濃度を０より大きくすると、回収器間での工程の切り替えが比較的短時間となるため、単位時間当たりに回収されるＣＯ₂の量は多くなる。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

１、２，３…二酸化炭素回収装置
５…メタン製造装置
８…メタン生成部
１１、１２、１３，１４…回収器
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ…吸着材
２０…排ガス流路
２１、２２、２３、２４…排ガス分流路
２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ…排ガス入口弁
２５、２５ｄ…オフガス流路
２５ａ…分岐流路
２５ｂ…減圧ポンプ
２５ｃ、２５ｅ…切換弁
２６、２７、２８、２９…オフガス分流路
２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａ…オフガス出口弁
３０…パージガス流路
３０ａ…流量制御器
３１、３２、３３、３４…パージガス分流路
３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ…パージガス入口弁
３５…混合ガス流路
３６、３７、３８、３９…混合ガス分流路
３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａ…混合ガス出口弁
４０…サージタンク
４５…制御部
５１、５２、５３、５４…接続流路
５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ…開閉弁
５５…ＣＯ₂濃度計

Claims (6)

1. 二酸化炭素回収装置であって、
   二酸化炭素を吸着可能な吸着材を内部に収容する回収器と、
   二酸化炭素を含む排ガスを前記回収器に供給する排ガス供給部と、
   前記回収器の内部においてパージガスを噴射するパージガス噴射部と、
   前記回収器の内部を減圧する減圧ポンプと、
   前記回収器への前記排ガスの供給と、前記パージガスの噴射と、前記回収器内部の減圧とを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記回収器に前記排ガスを供給して前記吸着材に二酸化炭素を吸着させる吸着工程と、前記パージガスを噴射して前記吸着材に吸着した二酸化炭素を前記回収器内部から取り出す脱離工程と、を実行可能であり、
   前記吸着工程では、前記吸着工程の途中から前記吸着工程の終了時まで、前記排ガスを供給しつつ、前記回収器の内部を減圧させる、
   二酸化炭素回収装置。
2. 請求項１に記載の二酸化炭素回収装置であって、
   前記制御部は、前記吸着工程において、前記回収器の内部を減圧するとき、前記回収器に供給される前記排ガスの供給量を相対的に減少させる、
   二酸化炭素回収装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の二酸化炭素回収装置であって、
   前記回収器を複数備えており、
   前記二酸化炭素回収装置は、さらに、
   複数の前記回収器のうちの一の回収器の内部と、他の回収器の内部とを接続する接続流路と、
   前記吸着材の温度を調整可能な温度調整部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記脱離工程の後において、前記吸着材の温度を制御することで、前記吸着材を冷却する冷却工程を実行可能であり、
   前記一の回収器において前記吸着工程を実行し、前記他の回収器において前記冷却工程を実行するとき、前記接続流路を用いて前記一の回収器で吸着されなかった未吸着ガスを前記他の回収器に供給しつつ、前記他の回収器の内部を減圧させる、
   二酸化炭素回収装置。
4. 請求項３に記載の二酸化炭素回収装置は、さらに、
   前記接続流路を流れる前記未吸着ガスの二酸化炭素濃度を検出する濃度検出部と、
   前記接続流路に設けられ、前記一の回収器と前記他の回収器との間の前記未吸着ガスの流れを遮断可能な遮断弁と、を備え、
   前記制御部は、
   検出された二酸化炭素濃度を用いて、前記接続流路による前記未吸着ガスの供給を制御し、
   前記他の回収器の内部を減圧させるとき、検出された二酸化炭素濃度が所定値になると、前記一の回収器と前記他の回収器との間の前記未吸着ガスの流れを遮断させる、
   二酸化炭素回収装置。
5. 炭化水素製造装置であって、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の二酸化炭素回収装置と、
   前記二酸化炭素回収装置が回収した二酸化炭素と、前記パージガスとして用いられた水素との混合ガスを用いて、炭化水素化合物を生成する炭化水素生成部と、を備える、
   炭化水素製造装置。
6. 吸着材を用いて二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収方法であって、
   二酸化炭素を吸着可能な前記吸着材を内部に収容する回収器に、二酸化炭素を含む排ガスを供給して、前記吸着材に二酸化炭素を吸着させる吸着工程と、
   前記回収器の内部におけるパージガスの噴射、および、前記回収器内部の減圧の少なくとも一方によって、前記吸着材に吸着した二酸化炭素を前記回収器内部から取り出す脱離工程と、を備え、
   前記吸着工程では、前記吸着工程の途中から前記吸着工程の終了時まで、前記排ガスを供給しつつ、前記回収器の内部を減圧させる、
   二酸化炭素回収方法。

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