JP7312688B2 - 炭化水素製造装置、炭化水素製造方法、および、コンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、炭化水素製造装置、炭化水素製造方法、および、コンピュータプログラムに関する。

従来から、二酸化炭素と水素を反応させて、炭化水素化合物を製造する炭化水素製造装置が知られている。炭化水素製造装置は、一般的に、二酸化炭素を吸着する吸着材を収容する回収器と、回収器において回収された二酸化炭素と水素とを混合して炭化水素化合物を生成する生成部を備える。例えば、特許文献１には、炭化水素化合物の生成反応熱による温度スイングと、炭化水素化合物の原料である水素を用いるパージとによって、吸着材に吸着されている二酸化炭素を回収する技術が開示されている。

特開２０１９－１４２８０６号公報

しかしながら、特許文献１のような先行技術によっても、炭化水素化合物を効率的に製造する技術については、なお、改善の余地があった。例えば、特許文献１に記載の技術では、燃焼炉などの排ガスから二酸化炭素を回収するため、排ガスに含まれる酸素が回収器内に残留する。このため、回収器から排出される回収ガスにおける酸素の濃度が高くなり、パージガスである水素が酸化されやすくなる。生成部において水素が酸化され消費されると、生成部における水素と二酸化炭素の比率を、炭化水素化合物の生成反応にとって最適な水素と二酸化炭素の比率にすることが難しくなるため、炭化水素化合物を効率的に製造することができないおそれがある。また、水素を用いて、回収器内に残留する酸素などの残留ガスをパージすると、回収器内の二酸化炭素の分圧が低下するため、吸着材に吸着されている二酸化炭素も残留ガスとともに回収器の外に排出されるおそれがある。このため、吸着材に吸着されている二酸化炭素の量が少なくなり、回収器における二酸化炭素の回収率が低下する。二酸化炭素の回収率が低下すると、炭化水素化合物を効率的に製造することができない。

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、炭化水素製造装置において、炭化水素化合物を効率的に製造する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、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、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、水素と、前記回収器が回収した二酸化炭素とを用いて、炭化水素化合物を生成する炭化水素生成部と、を備え、前記回収器は、排ガス供給源から排ガスが供給される排ガス供給口と、前記排ガス供給口から前記回収器内に前記排ガスが供給されているとき、前記吸着材に吸着されなかった吸着オフガスを排出する吸着オフガス排出口と、前記排ガス供給口から前記排ガスが前記回収器内に供給されていないとき、前記回収器内に残留する残留ガスを排出する残留ガス排出口と、を有し、前記回収器において、前記排ガス供給口は、前記吸着オフガス排出口とは反対側に配置され、前記残留ガス排出口は、前記吸着オフガス排出口と同じ側に配置される。

この構成によれば、回収器では、吸着オフガス排出口は、排ガス供給口とは反対側に配置され、残留ガス排出口と吸着オフガス排出口とは、同じ側に配置される。排ガスが回収器内を流れると、排ガスに含まれる二酸化炭素は、吸着材に吸着されていくため、排ガスにおける二酸化炭素の濃度は、排ガス供給口から吸着オフガス排出口に向かうにしたがって低くなる。このため、吸着材に吸着されている二酸化炭素の量も、排ガス供給口から吸着オフガス排出口に向かうにしたがって低くなる。残留ガス排出口を用いて回収器内の残留ガスを回収器から排出するとき、残留ガス排出口付近の吸着材に吸着されている二酸化炭素は残留ガスとともに排出されやすいが、残留ガス排出口付近の吸着材の吸着量は、排ガス供給口付近の吸着材の吸着量に比べ少ない。これにより、残留ガスとともに排出される二酸化炭素は、比較的少量となるため、二酸化炭素の回収率を向上することができる。また、回収器内に残留している残留ガスは、残留ガス排出口を通って回収器の外に排出されるため、回収器から排出される回収ガスにおける酸素などの残留ガスの濃度を低くすることができる。これにより、生成部での、酸化による水素の消費を抑制することができるため、生成部における水素と二酸化炭素の比率を炭化水素化合物の生成反応にとって最適な水素と二酸化炭素の比率にすることができる。したがって、回収ガスにおける残留ガスの濃度を低くしつつ、二酸化炭素の回収率を向上することができるため、炭化水素化合物を効率的に製造することができる。

（２）上記形態の炭化水素製造装置は、さらに、前記残留ガスを前記回収器から排出させるための洗浄ガスを前記回収器に供給する洗浄ガス供給部を備え、前記回収器は、前記排ガス供給口から前記排ガスが供給されていないとき、前記洗浄ガス供給部から前記洗浄ガスが供給される洗浄ガス供給口を有し、前記洗浄ガス供給口は、前記排ガス供給口と同じ側に配置されてもよい。この構成によれば、回収器内に残留している残留ガスは、回収器に供給される洗浄ガスとの置換によって回収器の外に排出されるため、回収ガスにおける酸素などの残留ガスの濃度をさらに低くすることができる。また、回収器において、洗浄ガス供給口は、排ガス供給口と同じ側に配置されるため、洗浄ガスの流れによって洗浄ガス供給口付近の吸着材に吸着されている二酸化炭素が吸着材から脱離しても、吸着量が比較的少ない残留ガス排出口付近の吸着材によって再吸着される。これにより、二酸化炭素の回収率をさらに向上することができる。したがって、炭化水素化合物をさらに効率的に製造することができる。

（３）上記形態の炭化水素製造装置は、さらに、前記回収器内を減圧する減圧ポンプと、前記排ガス供給口からの排ガスの供給をするか否かと、前記洗浄ガス供給部および前記減圧ポンプの駆動と、を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記排ガス供給口から前記排ガスを供給していないとき、前記洗浄ガスを前記回収器に供給し、前記洗浄ガスの供給を停止してから、前記回収器内を減圧してもよい。この構成によれば、回収器内の残留ガスを洗浄ガスで置換してから、置換された残留ガスを減圧ポンプによって回収器の外に排出させる。これにより、回収ガスにおける酸素などの残留ガスの濃度をさらに低くすることができるため、炭化水素化合物をさらに効率的に製造することができる。

（４）上記形態の炭化水素製造装置において、前記回収器は、前記吸着材を加熱する加熱部を有しており、前記制御部は、さらに、前記加熱部を制御可能であり、前記加熱部によって前記吸着材の加熱を開始した後に、前記洗浄ガスを前記回収器に供給してもよい。この構成によれば、制御部は、高温になると二酸化炭素を脱離しやすくなる吸着材が加熱部によって高温になる前に、洗浄ガス供給部を駆動し、回収器内の残留ガスを排出させる。これにより、残留ガスとともに排出される二酸化炭素の量をさらに少なくすることができるため、二酸化炭素の回収率をさらに向上することができる。

（５）本発明の別の形態によれば、炭化水素製造方法が提供される。この炭化水素製造方法は、排ガス供給口を通って排ガス供給源から供給される排ガスに含まれる二酸化炭素を、前記排ガス供給口を有する回収器が収容する吸着材によって吸着しつつ、前記吸着材に吸着されなかった吸着オフガスを、前記回収器において、前記排ガス供給口と反対側に配置される吸着オフガス排出口から排出する吸着工程と、前記吸着工程の後、前記回収器内に残留する残留ガスを、前記回収器において、前記排ガス供給口とは反対側に配置される残留ガス排出口から排出する排出工程と、水素と、前記回収器が回収した二酸化炭素とを用いて、炭化水素化合物を生成する生成工程と、を備える。この構成によれば、排出工程において、回収器内に残留している残留ガスは、残留ガス排出口を通って回収器の外に排出されるため、回収ガスにおける酸素などの残留ガスの濃度を低くすることができる。また、吸着工程において、排ガスが回収器内を流れると、排ガス中の二酸化炭素は、吸着材に吸着されていくため、排ガスの二酸化炭素の濃度は、排ガス供給口から吸着オフガス排出口に向かうにしたがって低くなる。このため、吸着材に吸着されている二酸化炭素の量も、排ガス供給口から吸着オフガス排出口に向かうにしたがって低くなる。排出工程において、残留ガス排出口を用いて回収器内の残留ガスを排出するとき、残留ガスとともに排出されやすい二酸化炭素は、残留ガス排出口付近の吸着材に吸着されていた二酸化炭素であり、その吸着量は、排ガス供給口付近の吸着材の吸着量に比べ少ない。これにより、残留ガスとともに排出される二酸化炭素は、比較的少量となるため、二酸化炭素の回収率を向上することができる。したがって、回収ガスにおける残留ガスの濃度を低くしつつ、二酸化炭素の回収率を向上することができるため、生成工程において、炭化水素化合物を効率的に製造することができる。

（６）本発明のさらに別の形態によれば、炭化水素化合物の生成をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムが提供される。このコンピュータプログラムは、排ガス供給口を通って排ガス供給源から供給される排ガスに含まれる二酸化炭素を、前記排ガス供給口を有する回収器が収容する吸着材によって吸着しつつ、前記吸着材に吸着されなかった吸着オフガスを、前記回収器において、前記排ガス供給口と反対側に配置される吸着オフガス排出口から排出する吸着機能と、前記回収器内に残留する残留ガスを、前記回収器において、前記排ガス供給口とは反対側に配置される残留ガス排出口から排出する排出機能と、水素と、前記回収器が回収した二酸化炭素とを用いて、炭化水素化合物を生成する生成機能と、を前記コンピュータに実行させる。この構成によれば、排出機能によって、回収器内に残留している残留ガスは、残留ガス排出口を通って回収器の外に排出されるため、回収ガスにおける酸素などの残留ガスの濃度を低くすることができる。また、吸着機能によって、排ガスが回収器内を流れると、排ガス中の二酸化炭素は、吸着材に吸着されていくため、吸着材に吸着されている二酸化炭素の量は、排ガス供給口から吸着オフガス排出口に向かうにしたがって低くなる。排出機能によって、残留ガス排出口を用いて回収器内の残留ガスを排出するとき、残留ガスとともに排出されやすい二酸化炭素は、残留ガス排出口付近の吸着材に吸着されていた二酸化炭素であり、その吸着量は、排ガス供給口付近の吸着材の吸着量に比べ少ない。これにより、残留ガスとともに排出される二酸化炭素は、比較的少量となるため、二酸化炭素の回収率を向上することができる。したがって、回収ガスにおける残留ガスの濃度を低くしつつ、二酸化炭素の回収率を向上することができるため、生成機能によって、炭化水素化合物を効率的に製造することができる。

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、炭化水素製造装置の制御方法、こ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、炭化水素製造装置の製造方法、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。 第１実施形態のメタン製造装置が備える回収器の模式図である。 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での回収器の切替タイミングの説明図である。 回収ガスの酸素濃度の時間変化を説明する図である。 洗浄オフガスの二酸化炭素濃度の時間変化を説明する図である。 回収器での二酸化炭素の吸着量と気体の流れの関係を説明する図である。 第２実施形態のメタン製造装置が備える回収器の模式図である。 第３実施形態のメタン製造装置が備える回収器の模式図である。 第４実施形態のメタン製造装置が備える回収器の模式図である。 メタン製造装置での水素を供給するタイミングを説明する模式図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態のメタン製造装置１の概略構成を示す説明図である。図２は、本実施形態のメタン製造装置１が備える回収器１１の模式図である。本実施形態のメタン製造装置１は、回収器１１が排出する二酸化炭素（ＣＯ₂）と水素（Ｈ₂）との回収ガスを用いて、メタン（ＣＨ₄）を製造する装置であり、二酸化炭素回収装置５とメタン生成部６を備える。なお、本実施形態は、メタン以外の炭化水素化合物の製造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る。

二酸化炭素回収装置５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二酸化炭素を回収する。二酸化炭素回収装置５は、複数の回収器１１、１２、１３、１４と、排ガス流路２０と、吸着オフガス流路２５と、パージガス流路３０と、回収ガス流路３５と、洗浄ガス流路４０と、洗浄オフガス流路４５と、サージタンク５０と、制御部５５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（図１参照）。吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａは、二酸化炭素吸蔵性能を有する材料、例えば、ゼオライト、活性炭、シリカゲルなどである。回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれには、排ガス流路２０と、吸着オフガス流路２５と、パージガス流路３０と、回収ガス流路３５と、洗浄ガス流路４０と、洗浄オフガス流路４５のそれぞれが接続されている。

ここで、回収器１１、１２、１３、１４の構成の詳細について、図２を用いて説明する。図２には、回収器１１、１２、１３、１４のうち、代表例として、回収器１１の構成を示しているが、回収器１２、１３、１４の構成も図２と同様である。

回収器１１は、吸着材１１ａと、円筒部１１ｂと、２個の蓋部１１ｃ、１１ｄとを備える。吸着材１１ａは、円筒部１１ｂに収容されている。円筒部１１ｂは、内部に熱媒体流路１１ｅが形成されている。熱媒体流路１１ｅには、吸着材１１ａの温度を調整可能な熱媒体（図２の点線矢印ＨＭ１、ＨＭ２参照）が流れる。図２では、熱媒体流路１１ｅには、蓋部１１ｃに近い側の流路入口１１ｆから熱媒体が供給される。熱媒体流路１１ｅを流れる熱媒体は、吸着材１１ａを加熱し、蓋部１１ｄに近い側の流路出口１１ｇから排出される。これにより、吸着材１１ａは、吸着している二酸化炭素を容易に脱離することができる。円筒部１１ｂの２つの開口のそれぞれは、２つの蓋部１１ｃ、１１ｄによって閉塞されている。これにより、回収器内１１ｈは、密閉された空間となっている。熱媒体流路１１ｅは、特許請求の範囲の「加熱部」に相当する。

蓋部１１ｃは、円筒部１１ｂの一方の開口に配置される。蓋部１１ｃには、排ガス供給口１６ａと、回収ガス排出口１６ｂと、洗浄ガス供給口１６ｃが形成されている。排ガス供給口１６ａは、排ガス分流路２１を介して排ガス流路２０に接続する。回収ガス排出口１６ｂは、回収ガス分流路３６を介して回収ガス流路３５に接続する。洗浄ガス供給口１６ｃは、洗浄ガス分流路４１を介して洗浄ガス流路４０に接続する。本実施形態では、蓋部１１ｃにおいて、熱媒体流路１１ｅの流路入口１１ｆ側から、洗浄ガス供給口１６ｃ、排ガス供給口１６ａ、回収ガス排出口１６ｂの順に並ぶように配置されている。

蓋部１１ｄは、円筒部１１ｂの他方の開口に配置される。蓋部１１ｄには、吸着オフガス排出口１６ｄと、パージガス供給口１６ｅと、洗浄オフガス排出口１６ｆが形成されている。吸着オフガス排出口１６ｄは、吸着オフガス分流路２６を介して吸着オフガス流路２５に接続する。パージガス供給口１６ｅは、パージガス分流路３１を介してパージガス流路３０に接続する。洗浄オフガス排出口１６ｆは、洗浄オフガス分流路４６を介して洗浄オフガス流路４５に接続する。本実施形態では、蓋部１１ｄにおいて、熱媒体流路１１ｅの流路入口１１ｆ側から、洗浄オフガス排出口１６ｆ、吸着オフガス排出口１６ｄ、パージガス供給口１６ｅの順に並ぶように配置されている。洗浄オフガス排出口１６ｆは、特許請求の範囲の「残留ガス排出口」に相当する。

ここで、回収器１１が有する複数の供給口および排出口が配置される位置に関して、回収器の「同じ側」および「反対側」を定義する。図２に示すように、回収器１１について、蓋部１１ｃと蓋部１１ｄとの間の中心線Ｃ１１を仮定する。中心線Ｃ１１から見て、２つの供給口または排出口が、蓋部１１ｃ側、または、蓋部１１ｄ側にある場合、この２つの供給口または排出口は、「同じ側に配置される」とする。また、２つの供給口または排出口が、中心線Ｃ１１を挟んで、蓋部１１ｃ側と蓋部１１ｄ側とにある場合、「反対側に配置される」とする。本実施形態では、洗浄ガス供給口１６ｃと、排ガス供給口１６ａと、回収ガス排出口１６ｂとは、回収器１１の同じ側に配置されている。また、洗浄オフガス排出口１６ｆと、吸着オフガス排出口１６ｄと、パージガス供給口１６ｅとは、回収器１１の同じ側に配置されており、洗浄ガス供給口１６ｃと、排ガス供給口１６ａと、回収ガス排出口１６ｂとは、反対側に配置されている。

図１に戻り、排ガス流路２０は、燃焼炉や内燃機関などの、二酸化炭素を含む排ガスを排出する外部の排ガス供給装置１０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のそれぞれに供給される。すなわち、排ガス分流路２１、２２、２３、２４のそれぞれは、回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれが有する排ガス供給口（回収器１１の場合、図２に示す排ガス供給口１６ａ）に接続している。排ガス分流路２１、２２、２３、２４には、排ガス入口弁２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａが配置されている。排ガス入口弁２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａのそれぞれは、後述する制御部５５の指令に応じて、回収器１１、１２、１３、１４への排ガスの供給を制御する。

吸着オフガス流路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。吸着オフガス流路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吸着オフガスが流れる。吸着オフガス流路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のそれぞれの吸着オフガス排出口（回収器１１の場合、図２に示す吸着オフガス排出口１６ｄ）に接続する吸着オフガス分流路２６、２７、２８、２９を有している。吸着オフガス分流路２６、２７、２８、２９には、吸着オフガス出口弁２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａが配置されている。吸着オフガス出口弁２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａのそれぞれは、制御部５５の指令に応じて、回収器１１、１２、１３、１４からの吸着オフガスの流れを制御する。

パージガス流路３０は、回収器１１、１２、１３、１４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に供給する。本実施形態では、パージガスとして、二酸化炭素回収装置５の後段に設けられるメタン生成部６でのメタンの生成反応に用いられる水素を用いる。パージガス流路３０には、制御部５５の指令に応じて、パージガス流路３０を流れる水素の流量を調整する流量制御器３０ａが配置されている。パージガス流路３０を流れる水素は、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。すなわち、パージガス分流路３１、３２、３３、３４のそれぞれは、回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれが有するパージガス供給口（回収器１１の場合、図２に示すパージガス供給口１６ｅ）に接続している。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が配置されている。パージガス入口弁３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａのそれぞれは、制御部５５の指令に応じて、回収器１１、１２、１３、１４への水素の流れを制御する。

回収ガス流路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。回収ガス流路３５には、パージガス流路３０によって回収器１１、１２、１３、１４に供給された水素と、吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａから脱離した二酸化炭素とが混合された回収ガスが流れる。回収ガス流路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のそれぞれの回収ガス排出口（回収器１１の場合、図２に示す回収ガス排出口１６ｂ）に接続する回収ガス分流路３６、３７、３８、３９を有している。回収ガス分流路３６、３７、３８、３９には、回収ガス出口弁３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａが配置されている。回収ガス出口弁３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａのそれぞれは、制御部５５の指令に応じて、回収器１１、１２、１３、１４から回収された回収ガスの流れを制御する。

洗浄ガス流路４０は、回収器１１、１２、１３、１４に、残留ガスとしての酸素を回収器１１、１２、１３、１４から排出させるための洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給部４０ａに接続している。洗浄ガス流路４０は、洗浄ガス供給部４０ａが供給する洗浄ガスを、回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれが有する洗浄ガス供給口（回収器１１の場合、図２に示す洗浄ガス供給口１６ｃ）を介して回収器１１、１２、１３、１４に供給する。本実施形態では、洗浄ガスとしては、不活性ガスである窒素（Ｎ₂）を用いる。洗浄ガス流路４０には、制御部５５の指令に応じて、洗浄ガス流路４０を流れる窒素の流量を調整する流量制御器４０ｂが配置されている。洗浄ガス分流路４１、４２、４３、４４には、洗浄ガス入口弁４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａが配置されている。洗浄ガス入口弁４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａのそれぞれは、制御部５５の指令に応じて、回収器１１、１２、１３、１４への窒素の流れを制御する。

洗浄オフガス流路４５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。洗浄オフガス流路４５には、洗浄ガス流路４０によって回収器１１、１２、１３、１４に供給された洗浄ガスとともに、回収器１１、１２，１３，１４に残留している残留ガスが流れる。ここで、回収器１１、１２、１３、１４に洗浄ガスを供給したとき、回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれの洗浄オフガス排出口（回収器１１の場合、図２に示す洗浄オフガス排出口１６ｆ）から排出されるガスを洗浄オフガスという。洗浄オフガス流路４５は、回収器１１、１２、１３、１４を挟んで、洗浄ガス分流路４１、４２、４３、４４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洗浄オフガス分流路４６、４７、４８、４９を有している。洗浄オフガス分流路４６、４７、４８、４９には、洗浄オフガス出口弁４６ａ、４７ａ、４８ａ、４９ａが配置されている。洗浄オフガス出口弁４６ａ、４７ａ、４８ａ、４９ａのそれぞれは、制御部５５の指令に応じて、回収器１１、１２、１３、１４からの洗浄オフガスの流れを制御する。洗浄オフガスは、特許請求の範囲の「残留ガス」に相当する。

洗浄オフガス流路４５には、回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれから排出される洗浄オフガスを洗浄オフガス流路４５から分岐する分岐流路４５ａが配置されている。分岐流路４５ａには、洗浄オフガス分流路４６、４７、４８、４９を介して回収器１１、１２、１３、１４内を減圧可能な減圧ポンプ４５ｂと、切換弁４５ｃが配置されている。減圧ポンプ４５ｂは、制御部５５の指令に応じて、回収器１１、１２、１３、１４内を減圧する。切換弁４５ｃの作動は、洗浄オフガス流路４５の分岐流路４５ａと分岐した後の洗浄オフガス流路４５ｄに配置されている切換弁４５ｅと連動している。具体的には、切換弁４５ｃが開いているとき切換弁４５ｅは閉じられることで、回収器１１、１２、１３、１４内は、減圧ポンプ４５ｂに連通する。

サージタンク５０は、回収ガス流路３５に配置されている。サージタンク５０は、回収ガス流路３５を流れる回収ガスを一時的に貯蔵する。サージタンク５０に貯蔵された回収ガスは、メタン生成部６に送られる。

制御部５５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、後述する二酸化炭素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５の全体の制御をおこなう。制御部５５の制御内容の詳細は、後述する。

メタン生成部６は、回収ガス流路３５の回収器１１、１２、１３、１４に接続する側とは反対側の端部に配置されている。メタン生成部６は、サージタンク５０が供給する二酸化炭素と水素を含む回収ガスを用いて、メタンを生成する。生成されたメタンは、メタン製造装置１の外部の装置に供給される。

次に、メタン製造装置１における二酸化炭素回収処理について説明する。メタン製造装置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、排ガスから二酸化炭素を連続的に回収する。

図３は、二酸化炭素回収装置５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５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３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）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５５は、排ガス入口弁２１ａと吸着オフガス出口弁２６ａを開くとともに、パージガス入口弁３１ａ、回収ガス出口弁３６ａ、洗浄ガス入口弁４１ａ、および、洗浄オフガス出口弁４６ａを閉じるように、それぞれの弁の開閉を制御する。回収器１１に関連するこれらの弁の開閉が制御されたのち、排ガス供給装置１０から排出された排ガスは、排ガス分流路２１と排ガス供給口１６ａを介して、回収器１１に供給される。窒素をベースとした二酸化炭素と酸素との混合物である排気ガスが回収器内１１ｈを流れると、二酸化炭素は吸着材１１ａによって吸着される。吸着材１１ａに吸着されなかった窒素や酸素などの大部分は、吸着オフガスとして吸着オフガス排出口１６ｄと吸着オフガス分流路２６を介して吸着オフガス流路２５を流れ、大気中に排出される。

吸着工程の次の準備工程（ステップＳ２）は、吸着材１１ａに吸着された二酸化炭素を吸着材１１ａから脱離させるための準備を行う。本実施形態の準備工程では、最初に、予熱工程（ステップＳ２１）として、回収器１１の吸着材１１ａを昇温する。具体的には、制御部５５は、排ガス入口弁２１ａと吸着オフガス出口弁２６ａを閉じるように、それぞれの弁の開閉を制御する。これにより、回収器１１への排ガスの供給が停止する。このとき、パージガス入口弁３１ａ、回収ガス出口弁３６ａ、洗浄ガス入口弁４１ａ、および、洗浄オフガス出口弁４６ａは、閉じられたままである。回収器１１に関連するこれらの弁の開閉が制御されたのち、回収器１１の熱媒体流路１１ｅに高温の熱媒体を供給する。これにより、吸着材１１ａが昇温され、吸着材１１ａにトラップされている二酸化炭素が吸着材１１ａから脱離しやすくする。

予熱工程によって吸着材１１ａの加熱が開始された直後に、第１洗浄工程（ステップＳ２２）として、回収器１１に洗浄ガスを供給し、回収器内１１ｈに残留する残留ガスを回収器１１から排出する。具体的には、制御部５５は、洗浄ガス入口弁４１ａと洗浄オフガス出口弁４６ａを開くように、それぞれの弁の開閉を制御する。このとき、排ガス入口弁２１ａ、吸着オフガス出口弁２６ａ、パージガス入口弁３１ａ、および、回収ガス出口弁３６ａは、閉じられたままである。回収器１１に関連するこれらの弁の開閉が制御されたのち、洗浄ガス供給部４０ａが供給する洗浄ガスは、洗浄ガス分流路４１および洗浄ガス供給口１６ｃを介して、回収器１１に供給される。このとき、制御部５５は、流量制御器４０ｂを制御することによって、洗浄ガスの流量を制御する。これにより、回収器１１の酸素を含む残留ガスは、洗浄ガスに置換される。洗浄ガスに置換された残留ガスは、残りの洗浄ガスとともに、洗浄オフガスとして、洗浄オフガス排出口１６ｆおよび洗浄オフガス流路４５を介して、回収器１１から排出される。回収器１１から排出された酸素を含む洗浄オフガスは、切換弁４５ｅが開いた状態の洗浄オフガス流路４５ｄを通って大気に排出される。第１洗浄工程は、特許請求の範囲の「排出工程」に相当する。

第１洗浄工程の後、第２洗浄工程（ステップＳ２３）として、回収器内１１ｈを減圧する。具体的には、制御部５５は、洗浄ガス供給部４０ａによる洗浄ガスの供給を停止するとともに、洗浄ガス入口弁４１ａを閉じるように、洗浄ガス供給部４０ａと洗浄ガス入口弁４１ａを制御する。このとき、洗浄ガス入口弁４１ａ以外の回収器１１に関連する弁の開閉状態は、第１洗浄工程での開閉状態のままである。さらに、制御部５５は、洗浄オフガス流路４５ｄの切換弁４５ｅを閉じ、分岐流路４５ａの切換弁４５ｃを開けるとともに減圧ポンプ４５ｂの駆動を開始するように、それぞれの弁の開閉と減圧ポンプ４５ｂを制御する。これにより、減圧ポンプ４５ｂは、回収器内１１ｈを減圧し、回収器１１に残留する酸素を含む残留ガスをさらに排出する。第２洗浄工程は、特許請求の範囲の「排出工程」に相当する。

次の脱離工程（ステップＳ３）では、回収器１１に水素を供給することで、吸着材１１ａにトラップされている二酸化炭素を脱離させる。具体的には、制御部５５は、洗浄オフガス出口弁４６ａを閉じるとともに、パージガス入口弁３１ａと回収ガス出口弁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を流れる水素は、パージガス分流路３１とパージガス供給口１６ｅを介して、回収器１１に供給される。回収器１１に水素が供給されると、回収器内１１ｈの二酸化炭素の分圧が低下するため、吸着材１１ａに吸着されている二酸化炭素が吸着材１１ａから脱離する。吸着材１１ａから脱離した二酸化炭素は、回収器内１１ｈにおいて水素と混合される。回収器内１１ｈの二酸化炭素と水素とが混合された回収ガスは、回収器１１から排出され、回収ガス排出口１６ｂと回収ガス分流路３６を介して回収ガス流路３５を流れる。回収ガス流路３５を流れる回収ガスは、サージタンク５０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。具体的には、制御部５５は、パージガス入口弁３１ａと回収ガス出口弁３６ａを閉じるように、それぞれの弁を制御する。これにより、回収器内１１ｈへの水素の供給が停止する。次に、制御部５５は、回収器１１の熱媒体流路１１ｅに常温の熱媒体を供給する。これにより、吸着材１１ａの温度は、常温付近まで低下する。

図４は、本実施形態のメタン製造装置１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、準備工程、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において準備工程が実行され、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５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二酸化炭素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二酸化炭素を脱離する。これにより、定常的に、回収ガスを供給することが可能である。

次に、本実施形態のメタン製造装置１の特徴について、メタン製造装置が備える二酸化炭素回収装置の課題に触れつつ、比較例と対比しながら説明する。

燃焼器などの排ガスから二酸化炭素を回収する場合、回収器に残留ガスとして酸素が残留すると、脱離工程において、パージガスとして用いる水素と残留する酸素とが反応し、燃焼するおそれがある。また、メタン製造装置が備えるメタン生成部に、二酸化炭素と水素の他に酸素が混入しているガスが供給されると、メタン生成部において水素が酸化され、水素が消費される場合がある。メタン生成部で水素が酸化によって消費されると、メタン生成部での水素と二酸化炭素との比率が、メタン化反応に最適な水素と二酸化炭素との比率から外れるため、メタン化反応の効率が低下するおそれがある。このため、脱離工程で排出される回収ガスの酸素濃度は低い方が望ましい。

図５は、脱離工程で排出される回収ガスにおける酸素濃度の時間変化を説明する図である。図５には、吸着工程において以下の組成の排ガスから二酸化炭素を回収した場合での、脱離工程での酸素濃度の時間変化を示している。
二酸化炭素：５．０ｖｏｌ％、 窒素：８２．９ｖｏｌ％、 酸素：１２．０ｖｏｌ％
この排ガスの組成は、メタンを燃料とする空気過剰率（λ）が２．２の燃焼を仮定したものであるが、排ガスの組成は、これに限定されない。図５には、本実施形態での酸素濃度の時間変化を実線Ｌ１１で示す。また、図５には、第１の比較例のメタン製造装置での二酸化炭素回収処理における脱離工程での酸素濃度の時間変化を２点鎖線Ｌ０１で示す。第１の比較例のメタン製造装置における二酸化炭素回収処理では、本実施形態の第１洗浄工程および第２洗浄工程を実施していない。

図５に示すように、脱離工程においては、酸素は、脱離工程の初期段階で排出されることがわかる。しかしながら、第１の比較例のメタン製造装置における二酸化炭素回収処理（２点鎖線Ｌ０１）では、酸素の許容濃度Ｃ０を超える酸素濃度の回収ガスが排出される時間帯が脱離工程に存在する。この酸素の許容濃度は、水素と酸素とが燃焼するときの酸素の下限濃度であり、回収ガスにおける酸素濃度がこの許容濃度を超えると、回収ガスが燃焼するおそれがある。

一方、本実施形態の二酸化炭素回収処理（実線Ｌ１１）では、図５に示すように、回収ガスの酸素濃度が許容濃度Ｃ０を超えることはなく、酸素濃度は、許容濃度に比べて大幅に低い値となっている。これにより、本実施形態の二酸化炭素回収処理によって回収される回収ガスが燃焼することはなく、回収ガスにおける酸素の濃度は低くなることがわかる。

また、二酸化炭素回収装置において、吸着工程後に、回収器内に二酸化炭素以外のガスを流通させたり、回収器内を減圧したりすると、回収器内における二酸化炭素の分圧が低下する。二酸化炭素の分圧が下がると、吸着材から二酸化炭素が脱離しやすくなるため、例えば、減圧時には、回収器の外に二酸化炭素が排出されやすくなる。二酸化炭素が排出されると、メタン製造装置でのメタン生成の効率が低下するため、二酸化炭素の排出は抑制されることが望ましい。

図６は、洗浄工程で排出される洗浄オフガスにおける二酸化炭素濃度の時間変化を説明する図である。図６には、吸着工程において図５と同じ組成の排ガスから二酸化炭素を回収した場合での、洗浄工程での二酸化炭素濃度の時間変化を示している。図６には、洗浄工程の最初の時間帯と、吸着工程の最後の時間帯とでの二酸化炭素濃度の時間変化を示しており、時刻ｔ０において洗浄工程での吸着材の加熱を開始している。

図６には、回収器における、排ガス供給口および吸着オフガス排出口と、洗浄ガス供給口および洗浄オフガス排出口との位置関係が異なる場合の二酸化炭素濃度の時間変化が示されている。実線Ｌ１２は、排ガス供給口と洗浄ガス供給口とが同じ側にあり、吸着オフガス排出口と洗浄オフガス排出口とが、排ガス供給口および洗浄ガス供給口とは反対側に配置されている場合の二酸化炭素濃度の時間変化であって、本実施形態での洗浄工程での時間変化に相当する。２点鎖線Ｌ０２は、排ガス供給口と洗浄オフガス排出口とが同じ側にあり、吸着オフガス排出口と洗浄ガス供給口とが、排ガス供給口および洗浄オフガス排出口とは反対側に配置されている場合の二酸化炭素濃度の時間変化であって、第２の比較例とする。

第２の比較例（２点鎖線Ｌ０２）では、洗浄工程の最初の時間帯において、二酸化炭素が比較的多く排出されている。第２の比較例では、排ガス供給口と洗浄オフガス排出口とが同じ側にあるため、洗浄オフガス排出口付近の吸着材に多くの二酸化炭素が吸着されている。このため、洗浄工程において洗浄ガスを供給すると、洗浄オフガス排出口付近の吸着材に吸着している多くの二酸化炭素が早期に洗浄オフガス排出口から排出される。したがって、図６に示すように、比較的多くの二酸化炭素が排出されることとなる。

一方、本実施形態（実線Ｌ１２）では、洗浄工程の最初の時間帯において排出される洗浄オフガス中の二酸化炭素の濃度は、第２の比較例に比べ低いことがわかる。本実施形態では、排ガス供給口と洗浄ガス供給口とが同じ側にあり、吸着オフガス排出口と洗浄オフガス排出口とが、排ガス供給口および洗浄ガス供給口とは反対側に配置されているため、洗浄オフガス排出口付近の吸着材に吸着されている二酸化炭素の量は比較的少ない。これにより、洗浄工程において洗浄ガスを供給しても、洗浄オフガス排出口から早期に二酸化炭素が排出されることもなく、また、排出される量も少ない。

図７は、回収器での二酸化炭素の吸着量と気体の流れの関係を説明する図である。図７の回収器内１１ｈに示すコンター図は、吸着材１１ａに吸着されている二酸化炭素の濃度分布を示しており、ドットの密度が大きいほど吸着されている二酸化炭素の量は多いことを示している。すなわち、回収器内１１ｈでは、排ガス供給口１６ａ付近の吸着材１１ａに比較的多くの二酸化炭素が吸着されていることがわかる。

図７に示すように、吸着工程において排ガスが回収器内１１ｈを流れる方向（図７の点線矢印Ｆ１）と、洗浄工程において洗浄ガスが回収器内１１ｈを流れる方向（図７の点線矢印Ｆ２）とは、略同じ方向となる。これは、排ガス供給口１６ａと洗浄ガス供給口１６ｃとが同じ側にあり、吸着オフガス排出口１６ｄと洗浄オフガス排出口１６ｆとが、排ガス供給口１６ａおよび洗浄ガス供給口１６ｃとは反対側に配置されているためである。これにより、洗浄オフガス排出口１６ｆ付近の吸着材（図７の点線Ａ１で囲む吸着材１１ａ）に吸着されている二酸化炭素の量は比較的少なくなるため、洗浄ガスを洗浄ガス供給口１６ｃから供給しても、洗浄オフガス排出口１６ｆから排出される二酸化炭素の量は少なくなる。また、洗浄ガスの下流側の吸着材でもある排ガスの下流側の吸着材（図７の点線Ａ２で囲む吸着材１１ａ）は、二酸化炭素の吸着量が比較的少ない。これにより、洗浄ガス供給口１６ｃ付近の吸着材（図７の点線Ａ３で囲む吸着材１１ａ）に吸着されている二酸化炭素が洗浄ガスの流れによって脱離しても、洗浄ガスの下流側の吸着材によって再吸着されるため、排出されにくくなる。

以上説明した、第１実施形態のメタン製造装置１によれば、回収器１１、１２、１３、１４では、吸着オフガス排出口は、排ガス供給口とは反対側に配置され、洗浄オフガス排出口と吸着オフガス排出口とは、同じ側に配置される。排ガスが回収器内を流れると、排ガス中の二酸化炭素は、吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａに吸着されていくため、排ガスの二酸化炭素の濃度は、排ガス供給口から吸着オフガス排出口に向かうにしたがって低くなる。このため、吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａに吸着されている二酸化炭素の量も、排ガス供給口から吸着オフガス排出口に向かうにしたがって低くなる。洗浄オフガス排出口を用いて回収器１１、１２、１３、１４内の残留ガスを排出するとき、残留ガスとともに排出されやすい二酸化炭素は、洗浄オフガス排出口付近の吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａに吸着されていた二酸化炭素であり、その吸着量は、排ガス供給口付近の吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの吸着量に比べ少ない。これにより、残留ガスとともに排出される二酸化炭素は、比較的少量となるため、二酸化炭素の回収率を向上することができる。また、回収器１１、１２、１３、１４内に残留している残留ガスは、洗浄オフガス排出口を通って回収器１１、１２、１３、１４の外に排出される。これにより、回収器１１、１２、１３、１４から排出される回収ガスにおける酸素の濃度を低くすることができる。これにより、メタン生成部６での、酸化による水素の消費を抑制することができるため、メタン生成部６における水素と二酸化炭素の比率をメタンの生成反応にとって最適な水素と二酸化炭素の比率にすることができる。したがって、回収ガスにおける酸素の濃度を低くしつつ、二酸化炭素の回収率を向上することができるため、メタンを効率的に製造することができる。

また、第１実施形態のメタン製造装置１によれば、回収器１１、１２、１３、１４において、洗浄ガス供給口は、排ガス供給口と同じ側に配置されている。これにより、回収器１１、１２、１３、１４内に残留している残留ガスとしての酸素は、回収器１１、１２、１３、１４内への洗浄ガスの供給によって排出されるため、回収ガスにおける酸素の濃度をさらに低くすることができる。また、回収器１１、１２、１３、１４において、洗浄ガス供給口は、排ガス供給口と同じ側に配置されるため、洗浄ガスの流れによって洗浄ガス供給口付近の吸着材に吸着されている二酸化炭素が吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａから脱離しても、吸着量が比較的少ない洗浄オフガス排出口付近の吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａによって再吸着される。これにより、二酸化炭素の回収率をさらに向上することができる。したがって、メタンをさらに効率的に製造することができる。

また、第１実施形態のメタン製造装置１によれば、制御部５５は、排ガス供給口から排ガスが供給されていないとき、洗浄ガスを回収器１１、１２、１３、１４に供給したのち、洗浄ガスの回収器１１、１２、１３、１４への供給を停止してから、回収器１１、１２、１３、１４内を減圧するように、洗浄ガス供給部４０ａと減圧ポンプ４５ｂの駆動を制御する。これにより、回収器１１、１２、１３、１４内を洗浄ガスで置換してから、減圧ポンプによって減圧する。したがって、残留ガスと洗浄ガスとの置換によって、残留ガスを効率的に排出できる。また、置換された洗浄ガスも減圧ポンプ４５ｂによって回収器１１、１２、１３、１４の外に排出される。この洗浄ガスと減圧との併用によって、回収ガスにおける酸素などの残留ガスの濃度をさらに低くすることができるため、メタンをさらに効率的に製造することができる。

また、第１実施形態のメタン製造装置１によれば、吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａを加熱する熱媒体流路１１ｅを有している。制御部５５は、熱媒体流路１１ｅを流れる高温の熱媒体による吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの加熱の開始直後に、洗浄ガスを回収器１１、１２、１３、１４に供給するように洗浄ガス供給部の駆動を制御する。これにより、制御部５５は、高温になると二酸化炭素を脱離しやすくなる吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａが、熱媒体流路１１ｅを流れる高温の熱媒体によって高温になる前に、洗浄ガス供給部４０ａを駆動し、回収器１１、１２、１３、１４内の残留ガスを排出させる。これにより、残留ガスとともに排出される二酸化炭素の量を少なくすることができるため、二酸化炭素の回収率の低下を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態のメタン製造装置が備える回収器６１の模式図である。本実施形態のメタン製造装置は、回収器におけるガス供給口およびガス排出口の位置県関係が第１実施形態（図２）と異なる。本実施形態のメタン製造装置が備える回収器６１は、吸着材１１ａと、円筒部１１ｂと、２個の蓋部６１ｃ、６１ｄとを備える。

蓋部６１ｃは、円筒部１１ｂの一方の開口に配置される。蓋部６１ｃには、排ガス供給口１６ａと、回収ガス排出口１６ｂと、洗浄ガス供給口１６ｃが形成されている。蓋部６１ｃでは、熱媒体流路１１ｅの流路入口１１ｆ側から、洗浄ガス供給口１６ｃ、回収ガス排出口１６ｂ、排ガス供給口１６ａの順に並ぶように配置されている。洗浄ガス供給口１６ｃと、回収ガス排出口１６ｂと、排ガス供給口１６ａとは、蓋部６１ｃと蓋部６１ｄとの間の中心線Ｃ６１から見て、回収器６１の同じ側である蓋部６１ｃ側に配置されている（図８参照）。

蓋部６１ｄは、円筒部１１ｂの他方の開口に配置される。蓋部６１ｄには、吸着オフガス排出口１６ｄと、パージガス供給口１６ｅと、洗浄オフガス排出口１６ｆが形成されている。蓋部６１ｄでは、熱媒体流路１１ｅの流路入口１１ｆ側から、洗浄オフガス排出口１６ｆ、パージガス供給口１６ｅ、吸着オフガス排出口１６ｄの順に並ぶように配置されている。洗浄オフガス排出口１６ｆと、パージガス供給口１６ｅと、吸着オフガス排出口１６ｄとは、中心線Ｃ６１から見て、回収器６１の同じ側である蓋部６２ｃ側に配置されている（図８参照）。すなわち、洗浄オフガス排出口１６ｆ、パージガス供給口１６ｅ、および、吸着オフガス排出口１６ｄは、洗浄ガス供給口１６ｃ、回収ガス排出口１６ｂ、および、排ガス供給口１６ａとは反対側に配置されている。

回収器６１では、吸着材１１ａが収容されている回収器内６１ｈにおいて、吸着工程で排ガスが流れる方向（図８の点線矢印Ｆ１）と、洗浄工程で洗浄ガスが流れる方向（図８の点線矢印Ｆ２）とは、図８に示すように、略同じ方向となる。これは、排ガス供給口１６ａと洗浄ガス供給口１６ｃとが同じ側にあり、吸着オフガス排出口１６ｄと洗浄オフガス排出口１６ｆとが、排ガス供給口１６ａおよび洗浄ガス供給口１６ｃとは反対側に配置されているためである。

以上説明した、第２実施形態のメタン製造装置によれば、回収器６１では、吸着オフガス排出口１６ｄは、排ガス供給口１６ａとは反対側に配置され、洗浄オフガス排出口１６ｆと吸着オフガス排出口１６ｄとは、同じ側に配置される。これにより、残留ガスとともに排出される二酸化炭素は、比較的少量となるため、二酸化炭素の回収率を向上することができる。また、回収器内６１ｈに残留している残留ガスは、洗浄オフガス排出口１６ｆを通って回収器６１の外に排出されるため、回収器６１から排出される回収ガスにおける酸素の濃度を低くすることができる。したがって、回収ガスにおける酸素の濃度を低くしつつ、二酸化炭素の回収率を向上することができるため、メタンを効率的に製造することができる。

＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態のメタン製造装置が備える回収器７１の模式図である。本実施形態のメタン製造装置は、回収器におけるガス供給口およびガス排出口の位置県関係が第１実施形態（図１）および第２実施形態（図８）と異なる。本実施形態のメタン製造装置が備える回収器７１は、吸着材１１ａと、円筒部１１ｂと、２個の蓋部６１ｃ、７１ｄとを備える。

蓋部７１ｄは、円筒部１１ｂの他方の開口に配置される。蓋部７１ｄには、吸着オフガス排出口１６ｄと、パージガス供給口１６ｅと、洗浄オフガス排出口１６ｆが形成されている。蓋部７１ｄでは、熱媒体流路１１ｅの流路入口１１ｆ側から、吸着オフガス排出口１６ｄ、パージガス供給口１６ｅ、洗浄オフガス排出口１６ｆの順に並ぶように配置されている。吸着オフガス排出口１６ｄと、パージガス供給口１６ｅと、洗浄オフガス排出口１６ｆとは、蓋部６１ｃと蓋部７１ｄとの間の中心線Ｃ７１から見て、回収器７１の同じ側である蓋部７１ｄ側に配置されている。すなわち、吸着オフガス排出口１６ｄ、パージガス供給口１６ｅ、および、洗浄オフガス排出口１６ｆは、洗浄ガス供給口１６ｃ、回収ガス排出口１６ｂ、および、排ガス供給口１６ａとは反対側に配置されている。

回収器７１では、吸着材１１ａが収容されている回収器内７１ｈにおいて、吸着工程で排ガスが流れる方向（図９の点線矢印Ｆ１）と、洗浄工程で洗浄ガスが流れる方向（図９の点線矢印Ｆ２）とは、図９に示すように、交差するものの、蓋部６１ｃから蓋部７１ｄに向かう方向となっている。これは、排ガス供給口１６ａと洗浄ガス供給口１６ｃとが同じ側にあり、吸着オフガス排出口１６ｄと洗浄オフガス排出口１６ｆとが、排ガス供給口１６ａおよび洗浄ガス供給口１６ｃとは反対側に配置されているためである。

以上説明した、第３実施形態のメタン製造装置によれば、回収器７１では、吸着オフガス排出口１６ｄは、排ガス供給口１６ａとは反対側に配置され、洗浄オフガス排出口１６ｆと吸着オフガス排出口１６ｄとは、同じ側に配置される。これにより、残留ガスとともに排出される二酸化炭素は、比較的少量となるため、二酸化炭素の回収率を向上することができる。また、回収器内７１ｈに残留している残留ガスは、洗浄オフガス排出口１６ｆを通って回収器７１の外に排出されるため、回収器７１から排出される回収ガスにおける酸素の濃度を低くすることができる。したがって、回収ガスにおける酸素の濃度を低くしつつ、二酸化炭素の回収率を向上することができるため、メタンを効率的に製造することができる。

＜第４実施形態＞
図１０は、第４実施形態のメタン製造装置が備える回収器の模式図である。本実施形態のメタン製造装置は、回収器において、洗浄ガス供給口が配置される位置が第１実施形態（図１）と異なる。本実施形態のメタン製造装置が備える回収器８１は、吸着材１１ａと、円筒部８１ｂと、２個の蓋部８１ｃ、１１ｄとを備える。

円筒部８１ｂには、熱媒体流路１１ｅと、流路入口１１ｆと、流路出口１１ｇが形成されている。円筒部８１ｂには、蓋部８１ｃ付近の側壁に、洗浄ガス供給口１６ｃが形成されている。

蓋部８１ｃは、円筒部８１ｂの一方の開口に配置される。蓋部８１ｃには、排ガス供給口１６ａと、回収ガス排出口１６ｂが形成されている。蓋部８１ｃでは、熱媒体流路１１ｅの流路入口１１ｆ側から、排ガス供給口１６ａ、回収ガス排出口１６ｂの順に並ぶように配置されている。円筒部８１ｂに形成されている洗浄ガス供給口１６ｃと、蓋部８１ｃに形成されている回収ガス排出口１６ｂおよび排ガス供給口１６ａとは、蓋部８１ｃと蓋部１１ｄとの間の中心線Ｃ８１を挟んで、回収器８１の同じ側である蓋部８１ｃ側に配置されている。

回収器８１では、吸着材１１ａが収容されている回収器内８１ｈにおいて、吸着工程で排ガスが流れる方向（図１０の点線矢印Ｆ１）と、洗浄工程で洗浄ガスが流れる方向（図１０の点線矢印Ｆ２）とは、図１０に示すように、交差するものの、蓋部８１ｃから蓋部１１ｄに向かう方向となっている。これは、排ガス供給口１６ａと洗浄ガス供給口１６ｃとが同じ側にあり、吸着オフガス排出口１６ｄと洗浄オフガス排出口１６ｆとが、排ガス供給口１６ａおよび洗浄ガス供給口１６ｃとは反対側に配置されているためである。

以上説明した、第４実施形態のメタン製造装置によれば、回収器８１では、吸着オフガス排出口１６ｄは、排ガス供給口１６ａとは反対側に配置され、洗浄オフガス排出口１６ｆと吸着オフガス排出口１６ｄとは、同じ側に配置される。これにより、残留ガスとともに排出される二酸化炭素は、比較的少量となるため、二酸化炭素の回収率を向上することができる。また、回収器内８１ｈに残留している残留ガスは、洗浄オフガス排出口１６ｆを通って回収器８１の外に排出されるため、回収器８１から排出される回収ガスにおける酸素の濃度を低くすることができる。したがって、回収ガスにおける酸素の濃度を低くしつつ、二酸化炭素の回収率を向上することができるため、メタンを効率的に製造することができる。

＜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」としてのメタンを製造するとした。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、メタンだけでなく、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、４個の回収器を組み合わせたシステムとした。しかしながら、二酸化炭素回収装置の構成はこれに限定されない。１個の回収器で、図３に示すフローを繰り返し行ってもよい。

［変形例３］
上述の実施形態では、二酸化炭素回収方法は、「排出工程」として、洗浄ガスで回収器内の残留ガスを置換する第１洗浄工程と、減圧によって残留ガスを排出させる第２洗浄工程とを備えるとした。しかしながら、「排出工程」は、第１洗浄工程または第２洗浄工程のいずれかであってもよい。「排出工程」を減圧によって残留ガスを排出させる第２洗浄工程のみとする場合、回収器内の減圧は、吸着材の加熱が開始された直後に行ってもよい。

［変形例４］
上述の実施形態では、第１洗浄工程は、吸着材の加熱が開始された直後に行われるとした。しかしながら、第１洗浄工程を行うタイミングはこれに限定されない。吸着材の加熱前に行ってもよく、第１洗浄工程の後の第２洗浄工程において吸着材の加熱を開始してもよい。

［変形例５］
上述の実施形態では、吸着オフガス排出口１６ｄと洗浄オフガス排出口１６ｆとは、別々に形成されるとした。吸着オフガス排出口１６ｄと洗浄オフガス排出口１６ｆとは、１つの排出口であってもよい。この関係は、排ガス供給口１６ａと洗浄ガス供給口１６ｃとでも同様である。

［変形例６］
上述の実施形態では、制御部５５によって、４個の回収器１１、１２、１３、１４のそれぞれにおける二酸化炭素回収方法の工程を切り替えるとした。しかしながら、制御部はなくてもよく、手動によって工程を切り替えてもよい。

［変形例７］
上述の実施形態では、回収器は、「加熱部」として熱媒体が流れる流路を備えるとした。しかしながら、加熱部の構成はこれに限定されない。抵抗加熱などによって吸着材を加熱してもよい。

［変形例８］
第３実施形態では、回収器８１に形成される複数のガス供給口およびガス排出口のうち、洗浄ガス供給口１６ｃが、円筒部８１ｂの側壁に形成されるとした。しかしながら、円筒部の側壁に形成されるガス供給口またはガス排出口は、これに限定されない。複数のガス供給口またはガス排出口が側壁に形成されていてもよく、排ガス供給口１６ａが、吸着オフガス排出口１６ｄとは反対側に配置され、洗浄オフガス排出口１６ｆは、吸着オフガス排出口１６ｄと同じ側に配置されていればよい。

［変形例９］
上述の実施形態では、メタンの原料となる水素は、脱離工程での吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａからの二酸化炭素のパージのときのパージガスとして、回収器１１、１２、１３、１４に供給するとした。しかしながら、水素を供給するタイミングは、これに限定されない。

図１１は、メタン製造装置での水素を供給するパターンを説明する模式図である。図１１に示すように、一般的に、以下の３パターンのうちの少なくとも１つのパターンによって、回収器１１、１２、１３、１４の回収ガスと水素とを混合させる。
（１）二酸化炭素回収装置５での脱離工程において、パージガスとして用いるパターン（白抜き矢印Ｈ１、第１実施形態）
（２）回収器１１、１２、１３、１４の回収ガスを貯蔵するサージタンク５０に水素を供給するパターン（白抜き矢印Ｈ２）
（３）サージタンク５０からメタン生成部６に供給される回収器１１、１２、１３、１４の回収ガスに混合し、メタン生成部６に供給するパターン（白抜き矢印Ｈ３）
上述したいずれのパターンにおいても、回収器１１、１２、１３、１４の回収ガスに酸素が混入している場合、水素との混合によって燃焼するおそれがある。このため、上述の実施形態のように、パージガスとして水素を回収器１１、１２、１３、１４に供給する前に、酸素などの残留ガスを排出することが安全性の観点から望ましい。

［変形例１０］
上述の実施形態では、脱離工程において、水素によるパージによって二酸化炭素を吸着材１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａから脱離させるとした。しかしながら、二酸化炭素を脱離させる方法は、これに限定されない。回収器１１、１２、１３、１４内を減圧することによって脱離させてもよいし、パージガスと減圧ポンプ４５ｂとを併用して脱離させてもよい。

［変形例１１］
上述の実施形態では、回収ガス流路３５にサージタンク５０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、回収ガスの水素と二酸化炭素との比率を安定させることができるほか、水素の流量を逐次調整しなくても水素と二酸化炭素との比率をメタン化反応に最適な範囲内とすることができる。

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…メタン製造装置
５…二酸化炭素回収装置
６…メタン生成部
１０…排ガス供給装置
１１，１２，１３，１４，６１，７１，８１…回収器
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ…吸着材
１１ｂ，８１ｂ…円筒部
１１ｃ，１１ｄ，６１ｃ，６１ｄ，７１ｃ，７１ｄ，８１ｃ…蓋部
１１ｅ…熱媒体流路
１１ｆ…流路入口
１１ｇ…流路出口
１１ｈ，６１ｈ，７１ｈ，８１ｈ…回収器内
１６ａ…排ガス供給口
１６ｂ…回収ガス排出口
１６ｃ…洗浄ガス供給口
１６ｄ…吸着オフガス排出口
１６ｅ…パージガス供給口
１６ｆ…洗浄オフガス排出口
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…吸着オフガス流路
２６，２７，２８，２９…吸着オフガス分流路
２６ａ，２７ａ，２８ａ，２９ａ…吸着オフガス出口弁
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…回収ガス流路
３６，３７，３８，３９…回収ガス分流路
３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａ…回収ガス出口弁
４０…洗浄ガス流路
４０ａ…洗浄ガス供給部
４０ｂ…流量制御器
４１，４２，４３，４４…洗浄ガス分流路
４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ…洗浄ガス入口弁
４５，４５ｄ…洗浄オフガス流路
４５ａ…分岐流路
４５ｂ…減圧ポンプ
４５ｃ，４５ｅ…切換弁
４６，４７，４８，４９…洗浄オフガス分流路
４６ａ，４７ａ，４８ａ，４９ａ…洗浄オフガス出口弁
５０…サージタンク
５５…制御部
Ｃ０…許容濃度
Ｃ１１，Ｃ８１…中心線

Claims (5)

1. 炭化水素製造装置であって、
   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、
   前記回収器内に残留する残留ガスを前記回収器から排出させるための洗浄ガスを前記回収器に供給する洗浄ガス供給部と、
   前記回収器内を減圧する減圧ポンプと、
   前記回収器内にパージガスを供給するパージガス供給部と、
   排ガス供給源から前記回収器への排ガスの供給をするか否かと、前記洗浄ガス供給部と、前記減圧ポンプと、前記パージガス供給部と、を制御する制御部と、
   水素と、前記回収器が回収した二酸化炭素とを用いて、炭化水素化合物を生成する炭化水素生成部と、を備え、
   前記回収器は、
   前記排ガスが供給される排ガス供給口と、
   前記排ガス供給口から前記回収器内に前記排ガスが供給されているとき、前記吸着材に吸着されなかった吸着オフガスを排出する吸着オフガス排出口と、
   前記洗浄ガスが供給される洗浄ガス供給口と、
   前記減圧ポンプに接続し、前記排ガス供給口から前記排ガスが前記回収器内に供給されていないとき、前記回収器内に残留する残留ガスを排出する残留ガス排出口と、
   前記パージガスが供給されるパージガス供給口と、
   前記パージガス供給口から前記パージガスが供給されているとき、前記回収器内の二酸化炭素とパージガスとが混合された回収ガスを排出する回収ガス排出口と、を有し、
   前記回収器において、
   前記排ガス供給口は、前記吸着オフガス排出口、前記残留ガス排出口、および、前記パージガス供給口とは反対側に配置され、
   前記洗浄ガス供給口と前記回収ガス排出口は、前記排ガス供給口と同じ側に配置される、
   炭化水素製造装置。
2. 請求項１に記載の炭化水素製造装置であって、
   前記制御部は、前記排ガス供給口から前記排ガスを供給していないとき、前記洗浄ガスを前記回収器に供給し、前記洗浄ガスの供給を停止してから、前記回収器内を減圧する、
   炭化水素製造装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の炭化水素製造装置であって、
   前記回収器は、前記吸着材を加熱する加熱部を有しており、
   前記制御部は、さらに、前記加熱部を制御可能であり、前記加熱部によって前記吸着材の加熱を開始した後に、前記洗浄ガスを前記回収器に供給する、
   炭化水素製造装置。
4. 炭化水素製造方法であって、
   排ガス供給口を通って排ガス供給源から供給される排ガスに含まれる二酸化炭素を、前記排ガス供給口を有する回収器が収容する吸着材によって吸着しつつ、前記吸着材に吸着されなかった吸着オフガスを、前記回収器において、前記排ガス供給口と反対側に配置される吸着オフガス排出口から排出する吸着工程と、
   前記吸着工程の後、前記回収器において、前記排ガス供給口と同じ側に配置される洗浄ガス供給口から洗浄ガスを前記回収器内に供給し、前記回収器内に残留する残留ガスを、前記回収器において、前記排ガス供給口とは反対側に配置される残留ガス排出口から排出する第１洗浄工程と、
   前記第１洗浄工程の後、前記洗浄ガスの供給を停止してから、前記残留ガス排出口に接続する減圧ポンプを用いて前記回収器内を減圧する第２洗浄工程と、
   前記第２洗浄工程の後、前記回収器内の減圧を停止してから、前記回収器において、前記排ガス供給口とは反対側に配置されるパージガス供給口からパージガスを前記回収器内に供給し、前記回収器内の二酸化炭素とパージガスとが混合された回収ガスを、前記回収器において、前記排ガス供給口と同じ側に配置される回収ガス排出口から排出する脱離工程と、
   水素と、前記回収ガスとを用いて、炭化水素化合物を生成する生成工程と、を備える、
   炭化水素製造方法。
5. 炭化水素化合物の生成をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
   排ガス供給口を通って排ガス供給源から供給される排ガスに含まれる二酸化炭素を、前記排ガス供給口を有する回収器が収容する吸着材によって吸着しつつ、前記吸着材に吸着されなかった吸着オフガスを、前記回収器において、前記排ガス供給口と反対側に配置される吸着オフガス排出口から排出する吸着機能と、
   前記回収器において、前記排ガス供給口と同じ側に配置される洗浄ガス供給口から洗浄ガスを前記回収器内に供給し、前記回収器内に残留する残留ガスを、前記回収器において、前記排ガス供給口とは反対側に配置される残留ガス排出口から排出する第１洗浄機能と、
   前記残留ガス排出口に接続する減圧ポンプを用いて前記回収器内を減圧する第２洗浄機能と、
   前記回収器において、前記排ガス供給口とは反対側に配置されるパージガス供給口からパージガスを前記回収器内に供給し、前記回収器内の二酸化炭素とパージガスとが混合された回収ガスを、前記回収器において、前記排ガス供給口と同じ側に配置される回収ガス排出口から排出する脱離機能と、
   水素と、前記回収ガスとを用いて、炭化水素化合物を生成する生成機能と、を前記コンピュータに実行させる、
   コンピュータプログラム。

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