JP7338577B2 - Carbon dioxide recovery device and carbon dioxide recovery method - Google Patents

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Description

本開示は、二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a carbon dioxide recovery device and a carbon dioxide recovery method.

二酸化炭素を回収する方法は、地球温暖化問題における二酸化炭素排出量の削減という点で注目されている。 The method of recovering carbon dioxide is attracting attention from the viewpoint of reducing carbon dioxide emissions in the global warming problem.

特許文献1には、二酸化炭素吸蔵能及びメタン生成能を有する二酸化炭素吸蔵還元型触媒を備える反応器と、メタン化触媒を備える反応器と、パージガスを供給する手段と、還元性ガスを供給する手段とを備える、二酸化炭素含有ガスからメタンを製造するための装置であって、2基以上の二酸化炭素吸蔵還元型触媒を備える反応器が並列に配置されており、少なくとも1基のパージガスを供給する手段及び少なくとも1基の還元性ガスを供給する手段が、ガス流路の二酸化炭素吸蔵還元型触媒を備える反応器より上流に配置されており、少なくとも1基のメタン化触媒を備える反応器が、ガス流路の二酸化炭素吸蔵還元型触媒を備える反応器より下流に配置されており、二酸化炭素吸蔵還元型触媒を備える反応器のガス出口と該反応器以外の少なくとも1基の二酸化炭素吸蔵還元型触媒を備える他の反応器のガス入口とが、反応器のガス出口から排出されたパージガスを他の反応器のガス入口から供給するためのパージガス再循環ラインで接続されているメタンの製造装置が記載されている。 Patent Document 1 discloses a reactor equipped with a carbon dioxide storage reduction type catalyst having carbon dioxide storage capacity and methane production capacity, a reactor equipped with a methanation catalyst, a means for supplying a purge gas, and a means for supplying a reducing gas. means for producing methane from a carbon dioxide-containing gas, wherein reactors comprising two or more carbon dioxide storage-reduction catalysts are arranged in parallel, and at least one purge gas is supplied. means for supplying at least one reducing gas are arranged upstream of the reactor comprising a carbon dioxide storage reduction catalyst in the gas flow path, and the reactor comprising at least one methanation catalyst is and at least one carbon dioxide storage reduction other than the gas outlet of the reactor equipped with the carbon dioxide storage reduction catalyst and the reactor located downstream of the reactor equipped with the carbon dioxide storage reduction catalyst in the gas flow path. A methane production apparatus in which the gas inlet of another reactor equipped with a type catalyst is connected by a purge gas recirculation line for supplying the purge gas discharged from the gas outlet of the reactor from the gas inlet of the other reactor is described.

特開2019-108290号公報JP 2019-108290 A

二酸化炭素を含むガスから、二酸化炭素を分離回収する場合において、エネルギー消費を抑えることが求められている。 When separating and recovering carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide, it is required to reduce energy consumption.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、二酸化炭素を含むガスから、二酸化炭素を回収し、低エネルギーでメタンに変換する二酸化炭素回収装置を提供することである。
また、本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、二酸化炭素を含むガスから、二酸化炭素を回収し、低エネルギーでメタンに変換する二酸化炭素回収方法を提供することである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and the problem to be solved by one embodiment of the present invention is to recover carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide and convert it to methane with low energy. It is to provide a carbon dioxide capture device.
Another problem to be solved by another embodiment of the present invention is to provide a carbon dioxide recovery method for recovering carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide and converting it into methane with low energy.

本発明は、以下の態様を含む。
<1>二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物と、メタン化触媒性能を有する金属と、を含む二酸化炭素吸蔵還元触媒を収容する二酸化炭素回収還元器と、二酸化炭素吸蔵性能を有する吸着材料を収容する二酸化炭素吸蔵器と、二酸化炭素回収還元器に水素を供給する水素供給源と、二酸化炭素吸蔵器に二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素含有ガス供給流路と、二酸化炭素吸蔵器から二酸化炭素回収還元器へガスを供給する第1ガス供給流路と、二酸化炭素回収還元器から大気へガスを排出する排出流路と、二酸化炭素回収還元器から二酸化炭素吸蔵器へガスを供給する第2ガス供給流路と、を備える二酸化炭素回収装置。
<2>二酸化炭素含有ガスを生成する燃焼器と、吸着材料から脱離した二酸化炭素を、メタンに転化するメタン転化器と、をさらに備える、<1>に記載の二酸化炭素回収装置。
<3>二酸化炭素吸蔵器内の圧力を低下させるポンプをさらに備える、<1>又は<2>に記載の二酸化炭素回収装置。
<4>2基以上の二酸化炭素吸蔵器及び2基以上の二酸化炭素回収還元器をそれぞれ並列に備える、<1>~<3>のいずれか1つに記載の二酸化炭素回収装置。
<5>2基以上の二酸化炭素吸蔵器及び2基以上の二酸化炭素回収還元器を備え、二酸化炭素含有ガスが供給される少なくとも1基の二酸化炭素吸蔵器と、二酸化炭素回収還元器から排出されたガスが供給される少なくとも1基の二酸化炭素吸蔵器との間で、収容されている吸着材料を互いに交換する第1交換部と、二酸化炭素吸蔵器から排出されたガスが供給される少なくとも1基の二酸化炭素回収還元器と、水素が供給される少なくとも1基の二酸化炭素回収還元器との間で、収容されている二酸化炭素吸蔵還元触媒を互いに交換する第2交換部と、をさらに備える、<1>~<3>のいずれか1つに記載の二酸化炭素回収装置。
<6>第1交換部は、各二酸化炭素吸蔵器内で、ガスの流れ方向と対向する方向に向かって、各吸着材料を移動させ、第2交換部は、各二酸化炭素回収還元器内で、ガスの流れ方向と対向する方向に向かって、各二酸化炭素吸蔵還元触媒を移動させる、<5>に記載の二酸化炭素回収装置。
<7>二酸化炭素回収還元器と二酸化炭素吸蔵器との間に、水分を除去する除湿器をさらに備える、<1>~<6>のいずれか1つに記載の二酸化炭素回収装置。
<8>二酸化炭素回収還元器で発生した排熱を蓄熱する蓄熱器をさらに備える、<1>~<7>のいずれか1つに記載の二酸化炭素回収装置。
<9>二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物と、メタン化触媒性能を有する金属と、を含む二酸化炭素吸蔵還元触媒を収容する二酸化炭素回収還元器に水素を供給する工程と、二酸化炭素吸蔵性能を有する吸着材料を収容する二酸化炭素吸蔵器に二酸化炭素含有ガスを供給する工程と、二酸化炭素吸蔵器から前記二酸化炭素回収還元器へガスを供給する工程と、二酸化炭素回収還元器から大気へガスを排出する工程と、二酸化炭素回収還元器から二酸化炭素吸蔵器へガスを供給する工程と、を含む二酸化炭素回収方法。
The present invention includes the following aspects.
<1> A carbon dioxide recovery reducer accommodating a carbon dioxide storage reduction catalyst containing a metal oxide having carbon dioxide storage performance and a metal having methanation catalyst performance, and an adsorption material having carbon dioxide storage performance. a carbon dioxide storage device, a hydrogen supply source that supplies hydrogen to the carbon dioxide recovery and reduction device, a carbon dioxide-containing gas supply channel that supplies the carbon dioxide-containing gas to the carbon dioxide storage device, and carbon dioxide from the carbon dioxide storage device A first gas supply channel for supplying gas to the carbon dioxide recovery/reduction device, a discharge channel for discharging gas from the carbon dioxide recovery/reduction device to the atmosphere, and a second gas supply channel for supplying gas from the carbon dioxide recovery/reduction device to the carbon dioxide storage device. and a gas supply channel.
<2> The carbon dioxide recovery apparatus according to <1>, further comprising a combustor that generates a carbon dioxide-containing gas, and a methane converter that converts carbon dioxide desorbed from the adsorption material into methane.
<3> The carbon dioxide recovery device according to <1> or <2>, further comprising a pump that reduces the pressure in the carbon dioxide absorber.
<4> The carbon dioxide recovery device according to any one of <1> to <3>, comprising two or more carbon dioxide absorbers and two or more carbon dioxide recovery reducers in parallel.
<5> Equipped with two or more carbon dioxide storage devices and two or more carbon dioxide recovery and reduction devices, at least one carbon dioxide storage device to which a carbon dioxide-containing gas is supplied, and the carbon dioxide recovery and reduction device discharged from the carbon dioxide storage and reduction devices and at least one carbon dioxide storage device to which the gas discharged from the carbon dioxide storage device is supplied. a second exchange part for exchanging the carbon dioxide storage reduction catalyst contained between the primary carbon dioxide recovery reducer and the at least one carbon dioxide recovery reducer to which hydrogen is supplied; , the carbon dioxide recovery device according to any one of <1> to <3>.
<6> The first exchange part moves each adsorption material in each carbon dioxide occluding device in a direction opposite to the gas flow direction, and the second exchange part moves each carbon dioxide recovery reducer in each , the carbon dioxide recovery device according to <5>, wherein each carbon dioxide storage reduction catalyst is moved in a direction opposite to the gas flow direction.
<7> The carbon dioxide recovery device according to any one of <1> to <6>, further comprising a dehumidifier for removing moisture between the carbon dioxide recovery reducer and the carbon dioxide absorber.
<8> The carbon dioxide recovery device according to any one of <1> to <7>, further comprising a heat accumulator that stores exhaust heat generated by the carbon dioxide recovery reducer.
<9> A step of supplying hydrogen to a carbon dioxide recovery reducer containing a carbon dioxide storage reduction catalyst containing a metal oxide having carbon dioxide storage performance and a metal having methanation catalyst performance, and carbon dioxide storage performance a step of supplying a carbon dioxide-containing gas to a carbon dioxide storage device containing an adsorption material having and a step of supplying gas from a carbon dioxide recovery reducer to a carbon dioxide occlusion device.

本発明の実施態様によれば、二酸化炭素を含むガスから、二酸化炭素を回収し、低エネルギーでメタンに変換することができる。 According to embodiments of the present invention, carbon dioxide can be recovered from a gas containing carbon dioxide and converted to methane with low energy.

図1は、第1実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the carbon dioxide capture device of the first embodiment. 図2は、第1実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flow chart showing a carbon dioxide recovery method using the carbon dioxide recovery device of the first embodiment. 図3は、第2実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the carbon dioxide capture device of the second embodiment. 図4は、第3実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a carbon dioxide capture device of a third embodiment. 図5は、第3実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flow chart showing a carbon dioxide recovery method using the carbon dioxide recovery device of the third embodiment. 図6は、第4実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the carbon dioxide capture device of the fourth embodiment. 図7は、第4実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flow chart showing a carbon dioxide recovery method using the carbon dioxide recovery device of the fourth embodiment. 図8は、第5実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing the carbon dioxide capture device of the fifth embodiment. 図9は、比較例1の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。9 is a schematic diagram showing a carbon dioxide recovery device of Comparative Example 1. FIG. 図10は、比較例2の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a carbon dioxide recovery device of Comparative Example 2. FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。図1に示すように、二酸化炭素回収装置100は、燃焼器Aと、原料ガスの供給源の一例である熱利用機器Bと、二酸化炭素吸蔵器Cと、二酸化炭素回収還元器Dと、メタン転化器Eと、水素供給源Hと、を備える。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the carbon dioxide capture device of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the carbon dioxide recovery device 100 includes a combustor A, a heat utilization device B that is an example of a source gas supply source, a carbon dioxide absorber C, a carbon dioxide recovery reducer D, a methane A converter E and a hydrogen source H are provided.

燃焼器Aは、ガスを燃焼するための装置である。燃焼器Aには、大気供給流路11と、燃焼ガス供給流路12と、メタン供給流路19と、が接続されている。燃焼器Aの運転は、制御部(図示せず)によって制御される。 Combustor A is a device for burning gas. The combustor A is connected to an air supply channel 11 , a combustion gas supply channel 12 and a methane supply channel 19 . Operation of combustor A is controlled by a controller (not shown).

燃焼器Aでは、燃料(具体的には、水素、メタン等)を燃焼させ、燃焼ガスを発生させる。燃焼温度は特に限定されないが、例えば、800℃~1500℃である。燃焼に用いる加熱器としては、バーナー、ガスタービン、及びボイラーが挙げられる。 The combustor A burns fuel (specifically, hydrogen, methane, etc.) to generate combustion gas. Although the combustion temperature is not particularly limited, it is, for example, 800°C to 1500°C. Heaters used for combustion include burners, gas turbines, and boilers.

大気供給流路11は、燃焼器Aに大気を供給するための流路である。大気供給流路11上には、大気供給バルブV1が設けられている。大気供給バルブV1の開弁時には、大気が燃焼器Aに供給される。一方、大気供給バルブV1の閉弁時には、大気の燃焼器Aへの供給が停止される。大気供給バルブV1の開閉は、制御部(図示せず)によって制御される。大気には、酸素、窒素、二酸化炭素等が含まれている。 The atmosphere supply channel 11 is a channel for supplying the combustor A with the atmosphere. An atmosphere supply valve V<b>1 is provided on the atmosphere supply channel 11 . The atmosphere is supplied to the combustor A when the atmosphere supply valve V1 is open. On the other hand, when the air supply valve V1 is closed, the supply of air to the combustor A is stopped. Opening and closing of the atmosphere supply valve V1 is controlled by a control unit (not shown). The atmosphere contains oxygen, nitrogen, carbon dioxide, and the like.

第1燃焼ガス供給流路12は、燃焼器Aで発生した燃焼ガスを熱利用機器Bへ供給するための流路である。第1燃焼ガス供給流路12上には、第1燃焼ガス供給バルブV2が設けられている。第1燃焼ガス供給バルブV2の開弁時には、燃焼ガスが熱利用機器Bに供給される。一方、第1燃焼ガス供給バルブV2の閉弁時には、燃焼ガスの熱利用機器Bへの供給が停止される。第1燃焼ガス供給バルブV2の開閉は、制御部によって制御される。 The first combustion gas supply channel 12 is a channel for supplying the combustion gas generated in the combustor A to the heat utilization equipment B. As shown in FIG. A first combustion gas supply valve V<b>2 is provided on the first combustion gas supply passage 12 . Combustion gas is supplied to the heat utilization equipment B when the first combustion gas supply valve V2 is open. On the other hand, when the first combustion gas supply valve V2 is closed, the supply of the combustion gas to the heat utilization equipment B is stopped. Opening and closing of the first combustion gas supply valve V2 is controlled by the controller.

メタン供給流路19は、メタン転化器Eで生成された生成ガスを燃焼器Aに供給するための流路である。生成ガスには、主にメタンが含まれている。メタン供給流路19上には、メタン供給バルブV9が設けられている。メタン供給バルブV9の開弁時には、生成ガスが燃焼器Aに供給される。一方、メタン供給バルブV9の閉弁時には、生成ガスの燃焼器Aへの供給が停止される。メタン供給バルブV9の開閉は、制御部によって制御される。 The methane supply channel 19 is a channel for supplying the product gas generated in the methane converter E to the combustor A. The product gas mainly contains methane. A methane supply valve V<b>9 is provided on the methane supply flow path 19 . The generated gas is supplied to the combustor A when the methane supply valve V9 is open. On the other hand, when the methane supply valve V9 is closed, the supply of the produced gas to the combustor A is stopped. Opening and closing of the methane supply valve V9 is controlled by the controller.

熱利用機器Bは、燃焼器Aで発生した燃焼ガスの熱エネルギーを利用する機器である。燃焼ガスは、熱利用機器Bで熱エネルギーに変換されて使用された後、温度が低下する。燃焼ガスには、二酸化炭素、窒素、水蒸気等が含まれている。熱利用機器Bとしては、例えば、給湯器及び空調機器が挙げられる。熱利用機器Bには、第1燃焼ガス供給流路12と、第2燃焼ガス供給流路13と、が接続されている。 The heat utilization device B is a device that utilizes the thermal energy of the combustion gas generated in the combustor A. After the combustion gas is converted into thermal energy by the heat utilization equipment B and used, the temperature of the combustion gas decreases. The combustion gas contains carbon dioxide, nitrogen, water vapor, and the like. Examples of heat utilization equipment B include water heaters and air conditioners. A first combustion gas supply channel 12 and a second combustion gas supply channel 13 are connected to the heat utilization device B. As shown in FIG.

第2燃焼ガス供給流路13は、熱利用機器Bから排出された燃焼ガスを二酸化炭素吸蔵器Cへ供給するための流路である。第2燃焼ガス供給流路13上には、第2燃焼ガス供給バルブV3が設けられている。第2燃焼ガス供給バルブV3の開弁時には、燃焼ガスが二酸化炭素吸蔵器Cに供給される。一方、第2燃焼ガス供給バルブV3の閉弁時には、燃焼ガスの二酸化炭素吸蔵器Cへの供給が停止される。第2燃焼ガス供給バルブV3の開閉は、制御部によって制御される。 The second combustion gas supply channel 13 is a channel for supplying the combustion gas discharged from the heat utilization equipment B to the carbon dioxide storage device C. As shown in FIG. A second combustion gas supply valve V3 is provided on the second combustion gas supply passage 13 . Combustion gas is supplied to the carbon dioxide absorber C when the second combustion gas supply valve V3 is open. On the other hand, when the second combustion gas supply valve V3 is closed, the supply of combustion gas to the carbon dioxide absorber C is stopped. Opening and closing of the second combustion gas supply valve V3 is controlled by the controller.

二酸化炭素吸蔵器Cは、吸着材料としてゼオライトを収容している。二酸化炭素吸蔵器Cには、第2燃焼ガス供給流路13と、ガス供給流路14と、ガス供給流路15と、生成ガス供給流路18と、が接続されている。 The carbon dioxide absorber C contains zeolite as an adsorption material. A second combustion gas supply channel 13 , a gas supply channel 14 , a gas supply channel 15 , and a generated gas supply channel 18 are connected to the carbon dioxide absorber C.

吸着材料としては、ゼオライト以外に、活性炭、シリカゲル、及びアミン担持固体が挙げられる。 Adsorbent materials include activated carbon, silica gel, and amine-supported solids, in addition to zeolites.

また、二酸化炭素吸蔵器Cには、濃度検出部として二酸化炭素検出センサ(図示せず)が取り付けられている。二酸化炭素検出センサは、二酸化炭素吸蔵器Cの雰囲気中の二酸化炭素濃度を検出する装置であり、制御部と接続されている。 A carbon dioxide detection sensor (not shown) is attached to the carbon dioxide storage device C as a concentration detection unit. The carbon dioxide detection sensor is a device that detects the concentration of carbon dioxide in the atmosphere of the carbon dioxide absorber C, and is connected to the controller.

二酸化炭素回収還元器Dは、二酸化炭素吸蔵器Cで二酸化炭素が吸蔵された後の残留ガスに含まれる二酸化炭素を吸蔵し、かつ、吸蔵された二酸化炭素を、供給される水素により還元してメタンに変換するための装置である。二酸化炭素回収還元器Dは、二酸化炭素吸蔵還元触媒を収容している。二酸化炭素吸蔵還元触媒は、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物と、メタン化触媒性能を有する金属と、を含む。 The carbon dioxide recovery reducer D absorbs carbon dioxide contained in the residual gas after the carbon dioxide is absorbed by the carbon dioxide absorber C, and reduces the absorbed carbon dioxide with the supplied hydrogen. A device for conversion to methane. The carbon dioxide recovery reducer D accommodates a carbon dioxide storage reduction catalyst. The carbon dioxide storage reduction catalyst contains a metal oxide having carbon dioxide storage performance and a metal having methanation catalyst performance.

二酸化炭素吸蔵還元触媒は、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物と、メタン化触媒性能を有する金属と、を担体に担持させた触媒であることが好ましい。担体は、アルミナであり、二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物は、酸化カルシウムであり、メタン化触媒性能を有する金属は、ルテニウム(Ru)である。 The carbon dioxide storage reduction catalyst is preferably a catalyst in which a metal oxide having carbon dioxide storage performance and a metal having methanation catalyst performance are supported on a carrier. The carrier is alumina, the metal oxide having carbon dioxide storage performance is calcium oxide, and the metal having methanation catalyst performance is ruthenium (Ru).

担体としては、アルミナ以外に、例えば、シリカ、シリカ-アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア及びセリア-ジルコニアが挙げられる。二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物としては、例えば、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物が挙げられ、酸化カルシウム以外に、酸化カリウム及び酸化マグネシウムが挙げられる。メタン化触媒性能を有する金属としては、ルテニウム(Ru)以外に、例えば、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rd)、コバルト(Co)、鉄(Fe)及びマンガン(Mn)が挙げられる。これらの金属は1種のみであってもよく、2種以上を組み合わせてもよい。 Other than alumina, carriers include, for example, silica, silica-alumina, titania, zirconia, ceria and ceria-zirconia. Examples of metal oxides having carbon dioxide storage capacity include alkali metal oxides and alkaline earth metal oxides, and in addition to calcium oxide, potassium oxide and magnesium oxide are included. Other than ruthenium (Ru), metals having methanation catalytic performance include, for example, nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rd), cobalt (Co), iron (Fe) and manganese. (Mn). These metals may be used alone or in combination of two or more.

また、二酸化炭素吸蔵還元触媒には、焼結防止剤が含まれていてもよい。二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物が酸化カルシウムである場合に、焼結防止剤によって、酸化カルシウム同士の焼結を防止することができる。酸化カルシウム同士が焼結すると、比表面積が低下して、反応のための界面が小さくなる。また、固体内の拡散距離が長くなることにより、酸化カルシウムと二酸化炭素との反応性が低下する傾向にある。酸化カルシウム同士の焼結を防止することにより、酸化カルシウムと二酸化炭素との反応性を高く維持することができる。 In addition, the carbon dioxide storage reduction catalyst may contain a sintering inhibitor. When the metal oxide having carbon dioxide storage capacity is calcium oxide, the sintering inhibitor can prevent the calcium oxide from sintering. When calcium oxide particles are sintered together, the specific surface area decreases and the interface for reaction becomes smaller. In addition, as the diffusion distance in the solid increases, the reactivity between calcium oxide and carbon dioxide tends to decrease. By preventing the sintering of calcium oxide, the reactivity between calcium oxide and carbon dioxide can be maintained at a high level.

焼結防止剤としては、例えば、マグネシア、アルミナ、カルシウムアルミネート、シリカ、カルシウムシリケート、チタニア、カルシウムチタネート、ジルコニア、カルシウムジルコネート、イットリア、及びランタニアが挙げられる。 Sintering inhibitors include, for example, magnesia, alumina, calcium aluminate, silica, calcium silicate, titania, calcium titanate, zirconia, calcium zirconate, yttria, and lanthania.

二酸化炭素回収還元器Dには、ガス供給流路14と、ガス供給流路15と、ガス排出流路16と、水素供給流路17と、が接続されている。 A gas supply channel 14 , a gas supply channel 15 , a gas discharge channel 16 , and a hydrogen supply channel 17 are connected to the carbon dioxide recovery reducer D.

また、二酸化炭素回収還元器Dには、濃度検出部として二酸化炭素検出センサ(図示せず)が取り付けられている。二酸化炭素検出センサは、二酸化炭素回収還元器Dの雰囲気中の二酸化炭素濃度を検出する装置であり、制御部と接続されている。 A carbon dioxide detection sensor (not shown) is attached to the carbon dioxide recovery reducer D as a concentration detection unit. The carbon dioxide detection sensor is a device for detecting the concentration of carbon dioxide in the atmosphere of the carbon dioxide recovery reducer D, and is connected to the controller.

ガス供給流路14は、二酸化炭素吸蔵器Cで二酸化炭素が吸蔵された後の残留ガスを二酸化炭素回収還元器Dへ供給するための流路である。ガス供給流路14上には、ガス供給バルブV4が設けられている。ガス供給バルブV4の開弁時には、残留ガスが二酸化炭素回収還元器Dに供給される。一方、ガス供給バルブV4の閉弁時には、残留ガスの二酸化炭素回収還元器Dへの供給が停止される。ガス供給バルブV4の開閉は、制御部によって制御される。 The gas supply flow path 14 is a flow path for supplying the residual gas after carbon dioxide has been occluded in the carbon dioxide occluding device C to the carbon dioxide recovering and reducing device D. As shown in FIG. A gas supply valve V<b>4 is provided on the gas supply flow path 14 . Residual gas is supplied to the carbon dioxide recovery reducer D when the gas supply valve V4 is opened. On the other hand, when the gas supply valve V4 is closed, the supply of residual gas to the carbon dioxide recovery reducer D is stopped. Opening and closing of the gas supply valve V4 is controlled by the controller.

ガス供給流路15は、二酸化炭素回収還元器Dで吸蔵された二酸化炭素のメタン化反応によって得られた生成ガスを、二酸化炭素吸蔵器Cへ供給するための流路である。ガス供給流路15上には、ガス供給バルブV5が設けられている。ガス供給バルブV5の開弁時には、生成ガスが二酸化炭素吸蔵器Cに供給される。一方、ガス供給バルブV5の閉弁時には、生成ガスの二酸化炭素吸蔵器Cへの供給が停止される。ガス供給バルブV5の開閉は、制御部によって制御される。 The gas supply flow path 15 is a flow path for supplying the generated gas obtained by the methanation reaction of the carbon dioxide occluded in the carbon dioxide recovery reducer D to the carbon dioxide occluder C. A gas supply valve V5 is provided on the gas supply flow path 15 . When the gas supply valve V5 is open, the generated gas is supplied to the carbon dioxide occluding device C. As shown in FIG. On the other hand, when the gas supply valve V5 is closed, the supply of the produced gas to the carbon dioxide absorber C is stopped. Opening and closing of the gas supply valve V5 is controlled by the controller.

ガス排出流路16は、二酸化炭素回収還元器Dで二酸化炭素が吸蔵された後の残留ガスを、大気中へ排出する流路である。残留ガスは、二酸化炭素回収還元器Dで吸蔵されなかった、二酸化炭素以外のガスであり、主に、窒素及び水蒸気からなる。ガス排出流路16上には、ガス排出バルブV6が設けられている。ガス排出バルブV6の開弁時には、残留ガスが大気中へ排出される。一方、ガス排出バルブV6の閉弁時には、残留ガスの大気中への排出が停止される。ガス排出バルブV6の開閉は、制御部によって制御される。 The gas discharge channel 16 is a channel for discharging residual gas after carbon dioxide is occluded in the carbon dioxide recovery/reduction device D into the atmosphere. The residual gas is gas other than carbon dioxide that has not been occluded in the carbon dioxide recovery reducer D, and mainly consists of nitrogen and water vapor. A gas discharge valve V<b>6 is provided on the gas discharge flow path 16 . Residual gas is discharged into the atmosphere when the gas discharge valve V6 is opened. On the other hand, when the gas exhaust valve V6 is closed, the discharge of residual gas into the atmosphere is stopped. The opening and closing of the gas exhaust valve V6 is controlled by the controller.

水素供給流路17は、水素供給源Hから二酸化炭素回収還元器Dへ水素を供給するための流路である。水素供給流路17上には、水素供給バルブV7が設けられている。水素供給バルブV7の開弁時には、水素が二酸化炭素回収還元器Dへ供給される。一方、水素供給バルブV7の閉弁時には、水素の二酸化炭素回収還元器Dへの供給が停止される。水素供給バルブV7の開閉は、制御部によって制御される。 The hydrogen supply channel 17 is a channel for supplying hydrogen from the hydrogen supply source H to the carbon dioxide recovery reducer D. As shown in FIG. A hydrogen supply valve V7 is provided on the hydrogen supply channel 17 . Hydrogen is supplied to the carbon dioxide recovery reducer D when the hydrogen supply valve V7 is opened. On the other hand, when the hydrogen supply valve V7 is closed, the supply of hydrogen to the carbon dioxide recovery reducer D is stopped. Opening and closing of the hydrogen supply valve V7 is controlled by the control unit.

生成ガス供給流路18は、二酸化炭素回収還元器Dで吸蔵された二酸化炭素のメタン化反応によって得られた生成ガスと、二酸化炭素吸蔵器Cに収容されているゼオライトから脱離した二酸化炭素と、を含む混合ガスを、メタン転化器Eへ供給するための流路である。生成ガス供給流路18上には、生成ガス供給バルブV8が設けられている。生成ガス供給バルブV8の開弁時には、混合ガスがメタン転化器Eへ供給される。一方、生成ガス供給バルブV8の閉弁時には、混合ガスのメタン転化器Eへの供給が停止される。生成ガス供給バルブV8の開閉は、制御部によって制御される。 The generated gas supply channel 18 is supplied with the generated gas obtained by the methanation reaction of the carbon dioxide stored in the carbon dioxide recovery reducer D and the carbon dioxide desorbed from the zeolite accommodated in the carbon dioxide storage device C. , to the methane converter E. A generated gas supply valve V<b>8 is provided on the generated gas supply passage 18 . The mixed gas is supplied to the methane converter E when the generated gas supply valve V8 is opened. On the other hand, when the product gas supply valve V8 is closed, the supply of the mixed gas to the methane converter E is stopped. Opening and closing of the generated gas supply valve V8 is controlled by the controller.

メタン転化器Eは、二酸化炭素吸蔵器Cから供給された混合ガスに含まれる二酸化炭素及び水素からメタンを生成するための装置である。メタン転化器Eは、メタン化触媒を収容している。メタン転化器Eには、生成ガス供給流路18と、メタン供給流路19と、が接続されている。メタン化触媒は、メタン化触媒性能を有する金属を担体に担持させた触媒であることが好ましい。メタン化触媒性能を有する金属は、ルテニウム(Ru)であり、担体はアルミナである。 The methane converter E is a device for producing methane from carbon dioxide and hydrogen contained in the mixed gas supplied from the carbon dioxide absorber C. The methane converter E contains a methanation catalyst. The methane converter E is connected to a product gas supply channel 18 and a methane supply channel 19 . The methanation catalyst is preferably a catalyst in which a metal having methanation catalytic performance is supported on a carrier. The metal having methanation catalytic performance is ruthenium (Ru) and the support is alumina.

メタン化触媒性能を有する金属としては、ルテニウム(Ru)以外に、例えば、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rd)、コバルト(Co)、鉄(Fe)及びマンガン(Mn)が挙げられる。これらの金属は1種のみであってもよく、2種以上を組み合わせてもよい。担体としては、アルミナ以外に、例えば、シリカ、シリカ-アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア及びセリア-ジルコニアが挙げられる Other than ruthenium (Ru), metals having methanation catalytic performance include, for example, nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rd), cobalt (Co), iron (Fe) and manganese. (Mn). These metals may be used alone or in combination of two or more. Supports other than alumina include, for example, silica, silica-alumina, titania, zirconia, ceria and ceria-zirconia.

メタン供給流路19は、メタン転化器Eで生成した生成ガスを燃焼器Aへ供給するための流路である。メタン供給流路19上には、メタン供給バルブV9が設けられている。メタン供給バルブV9の開弁時には、生成ガスが燃焼器Aへ供給される。一方、メタン供給バルブV9の閉弁時には、生成ガスの燃焼器Aへの供給が停止される。メタン供給バルブV9の開閉は、制御部によって制御される。 The methane supply channel 19 is a channel for supplying the product gas generated by the methane converter E to the combustor A. A methane supply valve V<b>9 is provided on the methane supply flow path 19 . The generated gas is supplied to the combustor A when the methane supply valve V9 is open. On the other hand, when the methane supply valve V9 is closed, the supply of the produced gas to the combustor A is stopped. Opening and closing of the methane supply valve V9 is controlled by the controller.

水素供給源Hは、二酸化炭素回収還元器Dへ水素を供給するための供給源である。水素供給源Hには、水素供給流路17が接続されている。水素は、水素ガスとして供給されることが好ましい。 The hydrogen supply source H is a supply source for supplying hydrogen to the carbon dioxide recovery reducer D. A hydrogen supply channel 17 is connected to the hydrogen supply source H. As shown in FIG. Hydrogen is preferably supplied as hydrogen gas.

次に、図2を参照して、第1実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法について説明する。図2は、第1実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。 Next, a carbon dioxide recovery method using the carbon dioxide recovery device of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flow chart showing a carbon dioxide recovery method using the carbon dioxide recovery device of the first embodiment.

最初に、大気供給バルブV1、第1燃焼ガス供給バルブV2、第2燃焼ガス供給バルブV3、ガス供給バルブV4、ガス供給バルブV5、ガス排出バルブV6、水素供給バルブV7、生成ガス供給バルブV8、メタン供給バルブV9は閉じているものとする。また、燃焼器Aには、あらかじめ、メタンが貯蔵されているものとする。各バルブは、図示しないが、制御部(例えばコンピュータ)と電気的接続され、制御部からの信号により開閉動作できるようになっている。 First, atmosphere supply valve V1, first combustion gas supply valve V2, second combustion gas supply valve V3, gas supply valve V4, gas supply valve V5, gas discharge valve V6, hydrogen supply valve V7, generated gas supply valve V8, It is assumed that the methane supply valve V9 is closed. It is also assumed that methane is stored in the combustor A in advance. Although not shown, each valve is electrically connected to a control unit (for example, a computer) so that it can be opened and closed according to a signal from the control unit.

まず、制御部は、燃焼器Aの運転を開始させ、大気供給バルブV1、第1燃焼ガス供給バルブV2、第2燃焼ガス供給バルブV3、ガス供給バルブV4、及びガス排出バルブV6を開ける(ステップS11)。 First, the control unit starts the operation of the combustor A, and opens the atmosphere supply valve V1, the first combustion gas supply valve V2, the second combustion gas supply valve V3, the gas supply valve V4, and the gas discharge valve V6 (step S11).

大気供給バルブV1の開弁により、大気供給流路11を介して、燃焼器Aへ大気が供給される。大気中の二酸化炭素濃度は約400ppmとする。燃焼器Aでメタンが燃焼され、燃焼ガスが発生する。 The air is supplied to the combustor A through the air supply passage 11 by opening the air supply valve V1. The concentration of carbon dioxide in the atmosphere is assumed to be approximately 400 ppm. Methane is combusted in combustor A to generate combustion gas.

第1燃焼ガス供給バルブV2の開弁により、第1燃焼ガス供給流路12を介して、燃焼器Aから熱利用機器Bへ燃焼ガスが供給される。熱利用機器Bにおいて、燃焼ガスの熱エネルギーが使用され、燃焼ガスの温度が低下する。 By opening the first combustion gas supply valve V2, combustion gas is supplied from the combustor A to the heat utilization device B through the first combustion gas supply flow path 12. As shown in FIG. In the heat utilization equipment B, the thermal energy of the combustion gas is used to lower the temperature of the combustion gas.

第2燃焼ガス供給バルブV3の開弁により、第2燃焼ガス供給流路13を介して、熱利用機器Bから二酸化炭素吸蔵器Cへ燃焼ガスが供給される。 By opening the second combustion gas supply valve V3, combustion gas is supplied from the heat utilization device B to the carbon dioxide storage device C through the second combustion gas supply flow path 13. As shown in FIG.

二酸化炭素吸蔵器Cでは、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素が、ゼオライトに吸蔵される。これにより、二酸化炭素吸蔵器Cのガス供給口における二酸化炭素濃度と比較して、ガス排出口における二酸化炭素濃度が低下する。 In the carbon dioxide absorber C, carbon dioxide contained in the combustion gas is occluded by zeolite. As a result, compared to the carbon dioxide concentration at the gas supply port of the carbon dioxide absorber C, the carbon dioxide concentration at the gas discharge port decreases.

ガス供給バルブV4の開弁により、二酸化炭素吸蔵器C内の残留ガスがガス供給流路4を介して二酸化炭素回収還元器Dへ供給される。ここでいう残留ガスは、二酸化炭素吸蔵器Cに収容されている吸着材料に二酸化炭素が吸蔵された後の残留ガスである。残留ガスには、窒素、水蒸気、及び、二酸化炭素が含まれる。 By opening the gas supply valve V4, the residual gas in the carbon dioxide occluding device C is supplied to the carbon dioxide recovering and reducing device D through the gas supply passage 4. As shown in FIG. The residual gas referred to here is the residual gas after carbon dioxide is absorbed by the adsorption material contained in the carbon dioxide absorber C. Residual gases include nitrogen, water vapor, and carbon dioxide.

二酸化炭素回収還元器Dでは、二酸化炭素吸蔵器Cから供給された残留ガスに含まれる二酸化炭素が、二酸化炭素吸蔵還元触媒に吸蔵される。具体的には、二酸化炭素回収還元器D内において、二酸化炭素吸蔵還元触媒に含まれる酸化カルシウムが二酸化炭素と反応して、炭酸カルシウムとなる反応が進行する。これにより、二酸化炭素回収還元器Dのガス供給口における二酸化炭素濃度と比較して、ガス排出口における二酸化炭素濃度が低下する。 In the carbon dioxide recovery reducer D, the carbon dioxide contained in the residual gas supplied from the carbon dioxide absorber C is occluded in the carbon dioxide storage reduction catalyst. Specifically, in the carbon dioxide recovery reducer D, calcium oxide contained in the carbon dioxide storage reduction catalyst reacts with carbon dioxide to form calcium carbonate. As a result, the carbon dioxide concentration at the gas discharge port of the carbon dioxide recovery reducer D is reduced compared to the carbon dioxide concentration at the gas supply port.

ガス排出バルブV6の開弁により、二酸化炭素回収還元器D内の残留ガスがガス排出流路16を介して大気中へ排出される。残留ガスには、窒素、水蒸気、及び、二酸化炭素が含まれる。大気中へ排出される残留ガスに含まれる二酸化炭素濃度は、10ppm以下である。 By opening the gas discharge valve V6, the residual gas in the carbon dioxide recovery reducer D is discharged to the atmosphere through the gas discharge passage 16. FIG. Residual gases include nitrogen, water vapor, and carbon dioxide. The concentration of carbon dioxide contained in the residual gas discharged into the atmosphere is 10 ppm or less.

次に、制御部は、燃焼ガスの供給停止条件を満たしたか否かを判定する(ステップS12)。供給停止条件としては、例えば、二酸化炭素回収還元器Dのガス排出口における二酸化炭素濃度があらかじめ設定された濃度(例えば、10ppm)を超えたという条件が挙げられる。 Next, the control unit determines whether or not a condition for stopping the supply of combustion gas is satisfied (step S12). The condition for stopping the supply includes, for example, a condition that the concentration of carbon dioxide at the gas outlet of the carbon dioxide recovery reducer D exceeds a preset concentration (for example, 10 ppm).

制御部は、燃焼ガスの供給停止条件を満たしたと判定すると(ステップS12:YES)、燃焼器Aの運転を停止させ、大気供給バルブV1、第1燃焼ガス供給バルブV2、第2燃焼ガス供給バルブV3、ガス供給バルブV4、及びガス排出バルブV6を閉じる。(ステップS13)。制御部が燃焼ガスの供給停止条件を満たしたと判定するまで、熱利用機器Bから二酸化炭素吸蔵器Cへ燃焼ガスが供給され、二酸化炭素吸蔵器Cから二酸化炭素回収還元器Dへガスが供給され、二酸化炭素回収還元器D内の残留ガスがガス排出流路16を介して大気中へ排出される。(ステップS12:NO)。 When the control unit determines that the combustion gas supply stop condition is satisfied (step S12: YES), it stops the operation of the combustor A, and closes the atmosphere supply valve V1, the first combustion gas supply valve V2, and the second combustion gas supply valve. Close V3, gas supply valve V4, and gas exhaust valve V6. (Step S13). The combustion gas is supplied from the heat utilization device B to the carbon dioxide occluding device C, and the gas is supplied from the carbon dioxide occluding device C to the carbon dioxide recovery reducer D until the control unit determines that the condition for stopping the supply of the combustion gas is satisfied. , the residual gas in the carbon dioxide recovery reducer D is discharged into the atmosphere through the gas discharge passage 16 . (Step S12: NO).

次に、制御部は、ガス供給バルブV5、水素供給バルブV7、生成ガス供給バルブV8、及びメタン供給バルブV9を開ける(ステップS14)。 Next, the controller opens the gas supply valve V5, hydrogen supply valve V7, generated gas supply valve V8, and methane supply valve V9 (step S14).

水素供給バルブV7の開弁により、水素供給流路17を介して、水素供給源Hから二酸化炭素回収還元器Dへ水素が供給される。 Hydrogen is supplied from the hydrogen supply source H to the carbon dioxide recovery reducer D through the hydrogen supply flow path 17 by opening the hydrogen supply valve V7.

二酸化炭素回収還元器Dでは、二酸化炭素吸蔵還元触媒に吸蔵された二酸化炭素が脱離し、水素によって還元される。これにより、メタンと水素とを主に含む生成ガスが得られる。 In the carbon dioxide recovery reducer D, the carbon dioxide stored in the carbon dioxide storage reduction catalyst is desorbed and reduced by hydrogen. This results in a product gas containing mainly methane and hydrogen.

ガス供給バルブV5の開弁により、ガス供給流路15を介して、二酸化炭素回収還元器Dから二酸化炭素吸蔵器Cへ生成ガスが供給される。 By opening the gas supply valve V<b>5 , the generated gas is supplied from the carbon dioxide recovery/reduction device D to the carbon dioxide storage device C through the gas supply flow path 15 .

二酸化炭素吸蔵器Cでは、熱を付与することにより、ゼオライトに吸蔵されている二酸化炭素が脱離する。 In the carbon dioxide occluding device C, the carbon dioxide occluded in the zeolite is desorbed by applying heat.

生成ガス供給バルブV8の開弁により、生成ガス供給流路18を介して、二酸化炭素吸蔵器Cからメタン転化器Eへ、二酸化炭素回収還元器Dで得られた生成ガスと、ゼオライトから脱離した二酸化炭素と、を含む混合ガスが供給される。混合ガスには、メタン、二酸化炭素及び水素が含まれている。 By opening the produced gas supply valve V8, the produced gas obtained in the carbon dioxide recovery reducer D is desorbed from the zeolite from the carbon dioxide storage device C to the methane converter E through the produced gas supply passage 18. and a mixed gas is supplied. The mixed gas contains methane, carbon dioxide and hydrogen.

メタン転化器Eでは、メタン化触媒と水素によって、混合ガスに含まれる二酸化炭素がメタンに転化される。これにより、水素と高濃度のメタンが得られる。 In the methane converter E, carbon dioxide contained in the mixed gas is converted into methane by a methanation catalyst and hydrogen. This yields hydrogen and a high concentration of methane.

メタン供給バルブV9の開弁により、メタン供給流路19を介して、メタン転化器Eから燃焼器Aへ、メタン転化器Eで生成した水素と高濃度のメタンが供給される。 By opening the methane supply valve V 9 , hydrogen produced in the methane converter E and high-concentration methane are supplied from the methane converter E to the combustor A through the methane supply flow path 19 .

次に、制御部は、水素供給停止条件を満たしたか否かを判定する(ステップS15)。水素供給停止条件としては、例えば、二酸化炭素吸蔵器Cのガス排出口からメタン化反応器へ排出された二酸化炭素の累積量に対する水素の累積量(水素/二酸化炭素)の比率が4を超えたという条件が挙げられる。また、水素供給停止条件としては、例えば、メタン転化器Eのガス排出口におけるメタン濃度があらかじめ設定された濃度(例えば、99体積%)を下回ったという条件が挙げられる。 Next, the control unit determines whether or not the hydrogen supply stop condition is satisfied (step S15). As a hydrogen supply stop condition, for example, the ratio of the cumulative amount of hydrogen (hydrogen/carbon dioxide) to the cumulative amount of carbon dioxide discharged from the gas outlet of the carbon dioxide absorber C to the methanation reactor exceeds 4. conditions. Further, as a hydrogen supply stop condition, for example, there is a condition that the methane concentration at the gas outlet of the methane converter E is below a preset concentration (for example, 99% by volume).

制御部は、水素供給停止条件を満たしたと判定すると(ステップS15:YES)、ガス供給バルブV5、水素供給バルブV7、生成ガス供給バルブV8、及びメタン供給バルブV9を閉める(ステップS16)。制御部が水素供給停止条件を満たしたと判定するまで、二酸化炭素回収還元器Dへ水素が供給される(ステップS15:NO)。 When the control unit determines that the hydrogen supply stop condition is satisfied (step S15: YES), it closes the gas supply valve V5, the hydrogen supply valve V7, the generated gas supply valve V8, and the methane supply valve V9 (step S16). Hydrogen is supplied to the carbon dioxide recovery reducer D until the control unit determines that the hydrogen supply stop condition is satisfied (step S15: NO).

制御部は、熱利用機器Bによる熱要求があるか否かを判定する(ステップS17)。 The control unit determines whether or not there is a request for heat from the heat-utilizing device B (step S17).

制御部は、熱利用機器Bによる熱要求があると判定すると(ステップS17:YES)、ステップS11へ戻って、ステップS11以降の処理を繰り返す。制御部は、熱利用機器Bによる熱要求がないと判定すると(ステップS17:NO)、本処理を終了する。 When the control unit determines that there is a heat request from the heat-utilizing device B (step S17: YES), the control unit returns to step S11 and repeats the processes after step S11. When the control unit determines that there is no heat request from the heat-utilizing device B (step S17: NO), the processing ends.

第1実施形態の二酸化炭素回収装置100を用いると、取り込んだ大気から二酸化炭素を分離回収することができる。二酸化炭素吸蔵器Cには、吸着材料が収容されており、吸着材料に二酸化炭素を吸蔵させることにより、雰囲気中の二酸化炭素濃度を約3000ppmまで低下させることができる。二酸化炭素回収還元器Dに収容されている二酸化炭素吸蔵還元触媒は酸化カルシウムを含んでおり、二酸化炭素を炭酸カルシウムに変換させることにより、雰囲気中の二酸化炭素濃度を約10ppmまで低下させることができる。また、二酸化炭素回収還元器Dに収容されている二酸化炭素吸蔵還元触媒はルテニウムを含んでおり、二酸化炭素回収還元器Dに水素を供給することにより、炭酸カルシウムからメタンに転化させることができる。 By using the carbon dioxide capture device 100 of the first embodiment, carbon dioxide can be separated and recovered from the taken air. The carbon dioxide absorber C contains an adsorption material, and by causing the adsorption material to absorb carbon dioxide, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere can be reduced to about 3000 ppm. The carbon dioxide storage reduction catalyst housed in the carbon dioxide recovery reducer D contains calcium oxide, and by converting carbon dioxide into calcium carbonate, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere can be reduced to about 10 ppm. . Further, the carbon dioxide storage reduction catalyst housed in the carbon dioxide recovery reducer D contains ruthenium, and by supplying hydrogen to the carbon dioxide recovery reducer D, calcium carbonate can be converted into methane.

二酸化炭素を吸蔵した二酸化炭素吸蔵還元触媒に水素を流通させてメタンを生成させる場合、反応生成物であるメタンの濃度が高くなると、炭酸カルシウムと水素からメタンが生成する反応が進行しにくくなる。例えば、二酸化炭素吸蔵器に水素を導入すると、水素と二酸化炭素の混合ガスが排出される。この混合ガスが二酸化炭素回収還元容器に供給されると、炭酸カルシウムよりも優先してガス中の二酸化炭素がメタンに転化されるためメタン濃度が上昇し、炭酸カルシウムと水素からメタンを生成する反応が進行しにくくなる。これに対して、第1実施形態の二酸化炭素回収装置100では、二酸化炭素吸蔵器Cから二酸化炭素回収還元器Dに供給されるガスが二酸化炭素を含まないため、炭酸カルシウムのメタン化反応が進行しやすい。 When hydrogen is circulated through a carbon dioxide storage reduction catalyst that has stored carbon dioxide to generate methane, if the concentration of methane, which is a reaction product, increases, the reaction that generates methane from calcium carbonate and hydrogen becomes difficult to proceed. For example, when hydrogen is introduced into a carbon dioxide absorber, a mixed gas of hydrogen and carbon dioxide is discharged. When this mixed gas is supplied to the carbon dioxide recovery and reduction vessel, carbon dioxide in the gas is converted to methane with priority over calcium carbonate, so the methane concentration rises, and a reaction that produces methane from calcium carbonate and hydrogen. becomes difficult to progress. On the other hand, in the carbon dioxide recovery device 100 of the first embodiment, the gas supplied from the carbon dioxide absorber C to the carbon dioxide recovery reducer D does not contain carbon dioxide, so the methanation reaction of calcium carbonate proceeds. It's easy to do.

第1実施形態の二酸化炭素回収装置100では、二酸化炭素回収還元器Dから二酸化炭素吸蔵器Cへ、メタンと水素を含む混合ガスが供給される。二酸化炭素吸蔵器Cに供給される混合ガスには二酸化炭素が含まれてない。そのため、二酸化炭素吸蔵器Cにおいて、吸着材料から二酸化炭素の脱離が二酸化炭素によって阻害されることなく進行する。 In the carbon dioxide recovery device 100 of the first embodiment, a mixed gas containing methane and hydrogen is supplied from the carbon dioxide recovery reducer D to the carbon dioxide storage device C. As shown in FIG. The mixed gas supplied to the carbon dioxide absorber C does not contain carbon dioxide. Therefore, in the carbon dioxide absorber C, the desorption of carbon dioxide from the adsorption material proceeds without being hindered by carbon dioxide.

通常、炭酸カルシウムから二酸化炭素を脱離させるためには、約1000℃まで加熱する必要がある。これに対して、炭酸カルシウムをメタンに変換させる反応は、約300℃で進行する。第1実施形態の二酸化炭素回収装置100では、酸化カルシウム1g当たりの二酸化炭素吸蔵量が18mモル、酸化カルシウムの比熱が47J/モル・Kであり、酸化カルシウムの分子量が56g/モルであり、昇温幅を300℃とすると、酸化カルシウムの顕熱が二酸化炭素1モル当たり14kJであり、炭酸カルシウムからの二酸化炭素の脱離熱が二酸化炭素1モル当たり175kJである。すなわち、エネルギー消費量は、二酸化炭素1モル当たり189kJである。 Usually, it is necessary to heat up to about 1000° C. in order to desorb carbon dioxide from calcium carbonate. In contrast, the reaction that converts calcium carbonate to methane proceeds at about 300°C. In the carbon dioxide recovery apparatus 100 of the first embodiment, the carbon dioxide storage amount per 1 g of calcium oxide is 18 mmol, the specific heat of calcium oxide is 47 J/mol·K, the molecular weight of calcium oxide is 56 g/mol, and the Assuming that the temperature range is 300° C., the sensible heat of calcium oxide is 14 kJ per 1 mol of carbon dioxide, and the desorption heat of carbon dioxide from calcium carbonate is 175 kJ per 1 mol of carbon dioxide. That is, the energy consumption is 189 kJ per mole of carbon dioxide.

[第2実施形態]
図3は、第2実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。なお、第2実施形態の二酸化炭素回収装置について、第1実施形態の二酸化炭素回収装置と同一の構成及び作用効果については、同一の符号を用いて説明を省略する。
[Second embodiment]
FIG. 3 is a schematic diagram showing the carbon dioxide capture device of the second embodiment. Regarding the carbon dioxide recovery device of the second embodiment, the same reference numerals are used for the same configurations and effects as those of the carbon dioxide recovery device of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

第2実施形態の二酸化炭素回収装置200の、第1実施形態の二酸化炭素回収装置100と異なる構成について説明する。 A configuration of the carbon dioxide recovery device 200 of the second embodiment that is different from the carbon dioxide recovery device 100 of the first embodiment will be described.

第2実施形態の二酸化炭素回収装置200は、二酸化炭素吸蔵器Cとメタン転化器Eとの間に、二酸化炭素吸蔵器C内の圧力を低下させるポンプP1を備える。ポンプP1の動作は、制御部によって制御される。二酸化炭素吸蔵器内の圧力は、10~200,000Paに調整されることが好ましい。 The carbon dioxide recovery device 200 of the second embodiment includes a pump P1 between the carbon dioxide absorber C and the methane converter E that reduces the pressure inside the carbon dioxide absorber C. As shown in FIG. The operation of the pump P1 is controlled by the controller. The pressure inside the carbon dioxide absorber is preferably adjusted to 10-200,000Pa.

次に、第2実施形態の二酸化炭素回収装置200を用いた二酸化炭素回収方法について説明する。 Next, a carbon dioxide recovery method using the carbon dioxide recovery device 200 of the second embodiment will be described.

第2実施形態では、第1実施形態のステップS14において、制御部が、ガス供給バルブV5、水素供給バルブV7、生成ガス供給バルブV8、及びメタン供給バルブV9を開けると共に、ポンプP1の動作を開始させる点で、第1実施形態と異なる。また、第2実施形態では、第1実施形態のステップS16において、制御部が、ガス供給バルブV5、水素供給バルブV7、生成ガス供給バルブV8、及びメタン供給バルブV9を閉めると共に、ポンプP1の動作を停止させる点で、第1実施形態と異なる。 In the second embodiment, in step S14 of the first embodiment, the control unit opens the gas supply valve V5, the hydrogen supply valve V7, the generated gas supply valve V8, and the methane supply valve V9, and starts the operation of the pump P1. It differs from the first embodiment in that the Further, in the second embodiment, in step S16 of the first embodiment, the control unit closes the gas supply valve V5, the hydrogen supply valve V7, the generated gas supply valve V8, and the methane supply valve V9, and operates the pump P1. is stopped, which is different from the first embodiment.

第2実施形態の二酸化炭素回収装置200では、二酸化炭素が吸蔵されている吸着材料から二酸化炭素を脱離させる際に、二酸化炭素吸蔵器C内の圧力を低下させることにより、二酸化炭素の脱離を促進させることができる。ポンプP1が設けられていない場合と比較して、吸着材料からより多くの二酸化炭素を脱離させることができ、吸着材料の吸蔵可能な容量が増える。そのため、次のサイクルで、二酸化炭素を吸蔵させる際に、二酸化炭素の吸蔵量が増え、1サイクル当たりの二酸化炭素回収量及びメタン生成量が向上する。 In the carbon dioxide recovery device 200 of the second embodiment, when the carbon dioxide is desorbed from the adsorption material in which carbon dioxide is occluded, the pressure in the carbon dioxide occluder C is lowered to desorb the carbon dioxide. can promote Compared to the case where the pump P1 is not provided, more carbon dioxide can be desorbed from the adsorbent material, increasing the occlusion capacity of the adsorbent material. Therefore, when carbon dioxide is absorbed in the next cycle, the amount of carbon dioxide absorbed increases, and the amount of carbon dioxide recovered and the amount of methane produced per cycle are improved.

なお、ポンプP1の動作を開始させるタイミングは、ガス供給バルブV5、水素供給バルブV7、生成ガス供給バルブV8、及びメタン供給バルブV9と同時である場合に限らず、各バルブを開けた後の任意のタイミングであってよい。ポンプP1の動作を開始させるタイミングが早いほど、吸着材料の吸蔵可能な容量が増える。ポンプP1を動作させるエネルギー消費量とのバランスを考慮して、ポンプP1の動作を開始させるタイミングは適宜調整してもよい。 The timing for starting the operation of the pump P1 is not limited to simultaneous with the gas supply valve V5, the hydrogen supply valve V7, the generated gas supply valve V8, and the methane supply valve V9. may be the timing of The earlier the timing of starting the operation of the pump P1, the greater the capacity of the adsorption material that can be absorbed. The timing for starting the operation of the pump P1 may be appropriately adjusted in consideration of the balance with the energy consumption for operating the pump P1.

[第3実施形態]
図4は、第3実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。なお、第3実施形態の二酸化炭素回収装置について、第1実施形態の二酸化炭素回収装置100と同一の構成及び作用効果については、同一の符号を用いて説明を省略する。
[Third embodiment]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a carbon dioxide capture device of a third embodiment. Regarding the carbon dioxide recovery device of the third embodiment, the same reference numerals are used for the same configurations and effects as those of the carbon dioxide recovery device 100 of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

第3実施形態の二酸化炭素回収装置300の、第1実施形態の二酸化炭素回収装置100と異なる構成について説明する。 A configuration of the carbon dioxide recovery device 300 of the third embodiment, which is different from that of the carbon dioxide recovery device 100 of the first embodiment, will be described.

第3実施形態の二酸化炭素回収装置300は、2基の二酸化炭素吸蔵器C1、C2と、2基の二酸化炭素回収還元器D1、D2と、二酸化炭素吸蔵器C1と二酸化炭素吸蔵器C2との間で吸着材料を交換する第1交換部51と、二酸化炭素回収還元器D1と二酸化炭素回収還元器D2との間で二酸化炭素吸蔵還元触媒を交換する第2交換部52と、を備える。 The carbon dioxide recovery device 300 of the third embodiment includes two carbon dioxide occlusion devices C1 and C2, two carbon dioxide recovery reducers D1 and D2, and a carbon dioxide occlusion device C1 and a carbon dioxide occlusion device C2. A first exchange unit 51 exchanges an adsorption material between them, and a second exchange unit 52 exchanges a carbon dioxide storage reduction catalyst between the carbon dioxide recovery reducer D1 and the carbon dioxide recovery reducer D2.

二酸化炭素吸蔵器C1には、第2燃焼ガス供給流路13と、ガス供給流路14と、が接続されている。 A second combustion gas supply channel 13 and a gas supply channel 14 are connected to the carbon dioxide absorber C1.

二酸化炭素回収還元器D1には、ガス供給流路14と、ガス排出流路16と、が接続されている。 A gas supply channel 14 and a gas discharge channel 16 are connected to the carbon dioxide recovery reducer D1.

二酸化炭素吸蔵器C2には、ガス供給流路15と、生成ガス供給流路18と、が接続されている。 A gas supply channel 15 and a generated gas supply channel 18 are connected to the carbon dioxide absorber C2.

二酸化炭素回収還元器D2には、ガス供給流路15と、水素供給流路17と、が接続されている。 A gas supply channel 15 and a hydrogen supply channel 17 are connected to the carbon dioxide recovery reducer D2.

第1交換部51は、二酸化炭素吸蔵器C1と二酸化炭素吸蔵器C2との間で、収容されている吸着材料を互いに交換する手段である。 The first exchange part 51 is a means for exchanging the adsorbent materials contained between the carbon dioxide occluding device C1 and the carbon dioxide occluding device C2.

第1交換部51は、二酸化炭素吸蔵器C1内で、ガスの流れ方向と対向する方向に向かって、吸着材料を移動させることが好ましい。ガスの流れ方向と対向する方向とは、ガス供給流路14と接続されているガス排出口から、第1燃焼ガス供給流路13と接続されているガス供給口に向かう方向である。同様に、第1交換部51は、二酸化炭素吸蔵器C2内で、ガスの流れ方向と対向する方向に向かって、吸着材料を移動させることが好ましい。ガスの流れ方向と対向する方向とは、生成ガス供給流路18と接続されているガス排出口から、ガス供給流路15と接続されているガス供給口に向かう方向である。 It is preferable that the first exchange part 51 moves the adsorption material in the direction opposite to the gas flow direction within the carbon dioxide storage device C1. The direction opposite to the gas flow direction is the direction from the gas outlet connected to the gas supply channel 14 toward the gas supply port connected to the first combustion gas supply channel 13 . Similarly, the first exchange part 51 preferably moves the adsorbent material in the direction opposite to the gas flow direction within the carbon dioxide storage device C2. The direction opposite to the gas flow direction is the direction from the gas outlet connected to the generated gas supply channel 18 toward the gas supply port connected to the gas supply channel 15 .

吸着材料の材料供給口は、例えば、二酸化炭素吸蔵器C1の上部に設けられ、吸着材料の材料排出口は、二酸化炭素吸蔵器C1の下部に設けられている。これにより、重力を利用して、吸着材料を、二酸化炭素吸蔵器C1の上部から下部に向かって移動させることができる。一方、燃焼ガスのガス供給口は、例えば、二酸化炭素吸蔵器C1の下部に設けられ、燃焼ガスのガス排出口は、二酸化炭素吸蔵器C1の上部に設けられている。圧力差を利用して、燃焼ガスを、二酸化炭素吸蔵器C1の下部から上部に向かって移動させることができる。 A material supply port for the adsorbent material is provided, for example, in the upper portion of the carbon dioxide absorber C1, and a material discharge port for the adsorbent material is provided in the lower portion of the carbon dioxide absorber C1. As a result, gravity can be used to move the adsorption material from the top to the bottom of the carbon dioxide storage device C1. On the other hand, the gas supply port for the combustion gas is provided, for example, in the lower portion of the carbon dioxide occlusion device C1, and the gas discharge port for the combustion gas is provided in the upper portion of the carbon dioxide occlusion device C1. The pressure difference can be used to move the combustion gas from the bottom to the top of the carbon dioxide absorber C1.

なお、吸着材料とガスの移動方向は、上下方向でなく、左右方向であってもよい。吸着材料を移動させるために、二酸化炭素吸蔵器C1内に、ベルトコンベア、スクリューコンベア等の搬送装置を設けてもよい。 Note that the moving direction of the adsorbent material and the gas may be the horizontal direction instead of the vertical direction. In order to move the adsorbing material, a conveying device such as a belt conveyor or a screw conveyor may be provided inside the carbon dioxide absorber C1.

第2交換部52は、二酸化炭素回収還元器D1と二酸化炭素回収還元器D2との間で、収容されている二酸化炭素吸蔵還元触媒を互いに交換する手段である。 The second exchange unit 52 is a means for exchanging the carbon dioxide storage reduction catalyst accommodated between the carbon dioxide recovery reducer D1 and the carbon dioxide recovery reducer D2.

第2交換部は、二酸化炭素回収還元器D1内で、ガスの流れ方向と対向する方向に向かって、二酸化炭素吸蔵還元触媒を移動させることが好ましい。ガスの流れ方向とは、外部へのガス排出口から、ガス供給流路14と接続されているガス供給口に向かう方向である。同様に、第2交換部は、二酸化炭素回収還元器D2内で、ガスの流れ方向と対向する方向に向かって、二酸化炭素吸蔵還元触媒を移動させることが好ましい。ガスの流れ方向と対向する方向とは、ガス供給流路15と接続されているガス排出口から、水素供給流路17と接続されているガス供給口に向かう方向である。 It is preferable that the second exchange unit moves the carbon dioxide storage reduction catalyst in the direction opposite to the gas flow direction within the carbon dioxide recovery reducer D1. The gas flow direction is the direction from the gas discharge port to the outside toward the gas supply port connected to the gas supply channel 14 . Similarly, the second exchange section preferably moves the carbon dioxide storage reduction catalyst in the direction opposite to the gas flow direction within the carbon dioxide recovery reducer D2. The direction opposite to the gas flow direction is the direction from the gas outlet connected to the gas supply channel 15 toward the gas supply port connected to the hydrogen supply channel 17 .

二酸化炭素吸蔵還元触媒の材料供給口は、例えば、二酸化炭素回収還元器D1の上部に設けられ、二酸化炭素吸蔵還元触媒の材料排出口は、二酸化炭素回収還元器D1の下部に設けられている。これにより、重力を利用して、二酸化炭素吸蔵還元触媒を、二酸化炭素回収還元器D1の上部から下部に向かって移動させることができる。一方、二酸化炭素吸蔵器C1から供給されるガスのガス供給口は、例えば、二酸化炭素回収還元器D1の下部に設けられ、二酸化炭素吸蔵器C1から供給されるガスのガス排出口は、二酸化炭素回収還元器D1の上部に設けられている。圧力差を利用して、二酸化炭素吸蔵器C1から供給されるガスを、二酸化炭素回収還元器D1の下部から上部に向かって移動させることができる。 A material supply port for the carbon dioxide storage reduction catalyst is provided, for example, in the upper portion of the carbon dioxide recovery reducer D1, and a material discharge port for the carbon dioxide storage reduction catalyst is provided in the lower portion of the carbon dioxide recovery reduction device D1. As a result, gravity can be used to move the carbon dioxide storage reduction catalyst from the upper portion of the carbon dioxide recovery reducer D1 toward the lower portion. On the other hand, the gas supply port for the gas supplied from the carbon dioxide occlusion device C1 is provided, for example, in the lower portion of the carbon dioxide recovery and reduction device D1, and the gas discharge port for the gas supplied from the carbon dioxide occlusion device C1 is the carbon dioxide It is provided above the recovery reducer D1. Using the pressure difference, the gas supplied from the carbon dioxide occluding device C1 can be moved from the bottom to the top of the carbon dioxide recovery and reducing device D1.

なお、二酸化炭素吸蔵還元触媒とガスの移動方向は、上下方向でなく、左右方向であってもよい。二酸化炭素吸蔵還元触媒を移動させるために、二酸化炭素回収還元器D1内に、ベルトコンベア、スクリューコンベア等の搬送装置を設けてもよい。 The moving direction of the carbon dioxide storage reduction catalyst and the gas may be the horizontal direction instead of the vertical direction. In order to move the carbon dioxide storage reduction catalyst, a conveying device such as a belt conveyor or a screw conveyor may be provided inside the carbon dioxide recovery and reduction device D1.

次に、図5を参照して、第3実施形態の二酸化炭素回収装置300を用いた二酸化炭素回収方法について説明する。図5は、第3実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。 Next, a carbon dioxide recovery method using the carbon dioxide recovery device 300 of the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flow chart showing a carbon dioxide recovery method using the carbon dioxide recovery device of the third embodiment.

最初に、大気供給バルブV1、第1燃焼ガス供給バルブV2、第2燃焼ガス供給バルブV3、ガス供給バルブV4、ガス供給バルブV5、ガス排出バルブV6、水素供給バルブV7、生成ガス供給バルブV8、及びメタン供給バルブV9は閉じているものとする。 First, atmosphere supply valve V1, first combustion gas supply valve V2, second combustion gas supply valve V3, gas supply valve V4, gas supply valve V5, gas discharge valve V6, hydrogen supply valve V7, generated gas supply valve V8, and methane supply valve V9 are assumed to be closed.

まず、燃焼器Aの運転を開始させ、全てのバルブ、すなわち、大気供給バルブV1、第1燃焼ガス供給バルブV2、第2燃焼ガス供給バルブV3、ガス供給バルブV4、ガス供給バルブV5、ガス排出バルブV6、水素供給バルブV7、生成ガス供給バルブV8、及びメタン供給バルブV9を開ける。 First, the operation of the combustor A is started, and all valves, that is, the atmosphere supply valve V1, the first combustion gas supply valve V2, the second combustion gas supply valve V3, the gas supply valve V4, the gas supply valve V5, and the gas exhaust Open valve V6, hydrogen supply valve V7, product gas supply valve V8, and methane supply valve V9.

大気供給バルブV1、及び第1燃焼ガス供給バルブV2の開弁によるガスの流れは、第1実施形態と同様である。 The flow of gas due to the opening of the atmosphere supply valve V1 and the first combustion gas supply valve V2 is the same as in the first embodiment.

第2燃焼ガス供給バルブV3の開弁により、第2燃焼ガス供給流路13を介して、熱利用機器Bから二酸化炭素吸蔵器C1へ燃焼ガスが供給される。このとき、二酸化炭素吸蔵器C1内では、燃焼ガスの流れ方向と対向する方向に向かって、二酸化炭素吸蔵器C1に収容されている吸着材料を移動させる。 By opening the second combustion gas supply valve V3, combustion gas is supplied from the heat utilization device B to the carbon dioxide occluding device C1 through the second combustion gas supply flow path 13. As shown in FIG. At this time, within the carbon dioxide occluding device C1, the adsorbing material accommodated in the carbon dioxide occluding device C1 is moved in a direction opposite to the flow direction of the combustion gas.

ガス供給バルブV4の開弁により、二酸化炭素吸蔵器C1内の残留ガスがガス供給流路14を介して二酸化炭素回収還元器D1へ供給される。残留ガスには、窒素、水蒸気、及び二酸化炭素が含まれる。このとき、二酸化炭素回収還元器D1内では、残留ガスの流れ方向と対向する方向に向かって、二酸化炭素回収還元器D1に収容されている二酸化炭素吸蔵還元触媒を移動させる。 By opening the gas supply valve V4, the residual gas in the carbon dioxide occluding device C1 is supplied to the carbon dioxide recovering and reducing device D1 through the gas supply passage 14. As shown in FIG. Residual gases include nitrogen, water vapor, and carbon dioxide. At this time, in the carbon dioxide recovery reducer D1, the carbon dioxide storage reduction catalyst accommodated in the carbon dioxide recovery reducer D1 is moved in a direction opposite to the flow direction of the residual gas.

ガス排出バルブV6の開弁により、二酸化炭素回収還元器D1内の残留ガスがガス排出流路16を介して大気中へ排出される。残留ガスには、窒素、水蒸気、及び、二酸化炭素が含まれる。大気中へ排出される残留ガスに含まれる二酸化炭素濃度は、10ppm以下である。 By opening the gas discharge valve V6, the residual gas in the carbon dioxide recovery and reduction device D1 is discharged to the atmosphere through the gas discharge passage 16. FIG. Residual gases include nitrogen, water vapor, and carbon dioxide. The concentration of carbon dioxide contained in the residual gas discharged into the atmosphere is 10 ppm or less.

水素供給バルブV7の開弁により、水素供給流路17を介して、水素供給源Hから二酸化炭素回収還元器D2へ水素が供給される。 By opening the hydrogen supply valve V7, hydrogen is supplied from the hydrogen supply source H to the carbon dioxide recovery reducer D2 through the hydrogen supply flow path 17. As shown in FIG.

二酸化炭素回収還元器D2では、二酸化炭素吸蔵還元触媒に吸蔵された二酸化炭素が脱離し、水素によって還元される。これにより、メタンと水素とを主に含む生成ガスが得られる。 In the carbon dioxide recovery reducer D2, the carbon dioxide stored in the carbon dioxide storage reduction catalyst is desorbed and reduced by hydrogen. This results in a product gas containing mainly methane and hydrogen.

ガス供給バルブV5の開弁により、ガス供給流路15を介して、二酸化炭素回収還元器D2から二酸化炭素吸蔵器C2へ生成ガスが供給される。 By opening the gas supply valve V5, the generated gas is supplied from the carbon dioxide recovery/reduction device D2 to the carbon dioxide storage device C2 through the gas supply passage 15. FIG.

生成ガス供給バルブV8の開弁により、生成ガス供給流路18を介して、二酸化炭素吸蔵器C2からメタン転化器Eへ、二酸化炭素回収還元器D1で得られた生成ガスと、ゼオライトから脱離した二酸化炭素と、を含む混合ガスが供給される。混合ガスには、メタン、二酸化炭素及び水素が含まれている。 By opening the produced gas supply valve V8, the produced gas obtained in the carbon dioxide recovery reducer D1 and the produced gas desorbed from the zeolite are transferred from the carbon dioxide storage device C2 to the methane converter E through the produced gas supply passage 18. and a mixed gas is supplied. The mixed gas contains methane, carbon dioxide and hydrogen.

メタン供給バルブV9の開弁により、メタン供給流路19を介して、メタン転化器Eから燃焼器Aへ、メタン転化器Eで生成した水素と高濃度のメタンが供給される。 By opening the methane supply valve V9, the hydrogen produced in the methane converter E and high-concentration methane are supplied from the methane converter E to the combustor A through the methane supply flow path 19. FIG.

第1交換部51は、任意のタイミングで、二酸化炭素吸蔵器C1と二酸化炭素吸蔵器C2との間で、それぞれに収容されている吸着材料を交換する。また、第2交換部52は、任意のタイミングで、二酸化炭素回収還元器D1と二酸化炭素回収還元器D2との間で、それぞれに収容されている二酸化炭素吸蔵還元触媒を交換する The first exchange unit 51 exchanges the adsorbent materials contained in the carbon dioxide occluding device C1 and the carbon dioxide occluding device C2 at an arbitrary timing. In addition, the second exchange unit 52 exchanges the carbon dioxide storage reduction catalyst accommodated in each of the carbon dioxide recovery reducer D1 and the carbon dioxide recovery reducer D2 at an arbitrary timing.

次に、制御部は、熱利用機器Bによる熱要求があるか否かを判定する(ステップS22)。 Next, the control unit determines whether or not there is a request for heat from the heat-utilizing device B (step S22).

制御部は、熱利用機器Bによる熱要求があると判定すると(ステップS22:YES)、ステップS21へ戻って、ステップS21以降の処理を繰り返す。制御部は、熱利用機器Bによる熱要求がないと判定すると(ステップS22:NO)、燃焼器Aの運転を停止させ、全てのバルブを閉じて(ステップS23)、本処理を終了する。 When the control unit determines that there is a heat request from the heat-utilizing device B (step S22: YES), the control unit returns to step S21 and repeats the processing from step S21 onward. When the control unit determines that there is no heat request from the heat utilization device B (step S22: NO), it stops the operation of the combustor A, closes all the valves (step S23), and ends this process.

第3実施形態の二酸化炭素回収装置300は、二酸化炭素含有ガスが供給される少なくとも1基の二酸化炭素吸蔵器と、二酸化炭素回収還元器から排出されたガスが供給される少なくとも1基の二酸化炭素吸蔵器との間で、収容されている吸着材料を互いに交換する第1交換部と、二酸化炭素吸蔵器から排出されたガスが供給される少なくとも1基の二酸化炭素回収還元器と、水素が供給される少なくとも1基の二酸化炭素回収還元器との間で、収容されている二酸化炭素吸蔵還元触媒を互いに交換する第2交換部と、備えるため、連続的に二酸化炭素を回収し、メタンを得ることができる。 The carbon dioxide recovery device 300 of the third embodiment includes at least one carbon dioxide absorber to which a carbon dioxide-containing gas is supplied, and at least one carbon dioxide to which a gas discharged from the carbon dioxide recovery reducer is supplied. a first exchange unit that exchanges the adsorbent material contained with the occlusion device; at least one carbon dioxide recovery and reduction device that is supplied with gas discharged from the carbon dioxide occlusion device; and hydrogen is supplied. and a second exchange part for exchanging the carbon dioxide storage reduction catalyst contained between the at least one carbon dioxide recovery reducer and the carbon dioxide storage reduction device, so that carbon dioxide is continuously recovered and methane is obtained. be able to.

また、第3実施形態の二酸化炭素回収装置300では、第1交換部は、ガスの流れ方向と対向する方向に向かって、吸着材料を移動させ、第2交換部は、ガスの流れ方向と対向する方向に向かって、二酸化炭素吸蔵還元触媒を移動させるため、吸着材料及び二酸化炭素吸蔵還元触媒への二酸化炭素の吸蔵量を高めることができる。吸着材料が二酸化炭素吸蔵器に固定されている場合、二酸化炭素濃度の低い位置に固定されている吸着材料は二酸化炭素の吸蔵量が少ない。同様に、二酸化炭素吸蔵還元触媒が二酸化炭素回収還元器に固定されている場合、二酸化炭素濃度の低い位置に固定されている二酸化炭素吸蔵還元触媒は二酸化炭素の吸蔵量が少ない。二酸化炭素の吸蔵量を高めることにより、二酸化炭素の回収量を高めることができ、エネルギー効率が優れる。 In addition, in the carbon dioxide capture device 300 of the third embodiment, the first exchange section moves the adsorbent material in the direction facing the gas flow direction, and the second exchange section moves the adsorbent material in the direction facing the gas flow direction. Since the carbon dioxide storage-reduction catalyst is moved in the direction of movement, the amount of carbon dioxide stored in the adsorption material and the carbon dioxide storage-reduction catalyst can be increased. When the adsorbent material is fixed to the carbon dioxide storage device, the adsorbent material fixed at a position where the carbon dioxide concentration is low has a small amount of carbon dioxide absorbed. Similarly, when the carbon dioxide storage reduction catalyst is fixed to the carbon dioxide recovery reducer, the carbon dioxide storage reduction catalyst fixed at a position where the carbon dioxide concentration is low has a small amount of carbon dioxide stored. By increasing the amount of carbon dioxide stored, the amount of carbon dioxide recovered can be increased, resulting in excellent energy efficiency.

[第4実施形態]
図6は、第4実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。なお、第4実施形態の二酸化炭素回収装置について、第1実施形態の二酸化炭素回収装置100と同一の構成及び作用効果については、同一の符号を用いて説明を省略する。
[Fourth embodiment]
FIG. 6 is a schematic diagram showing the carbon dioxide capture device of the fourth embodiment. Regarding the carbon dioxide recovery apparatus of the fourth embodiment, the same reference numerals are used for the same configurations and effects as those of the carbon dioxide recovery apparatus 100 of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

第4実施形態の二酸化炭素回収装置400の、第1実施形態の二酸化炭素回収装置100と異なる構成について説明する。 A configuration of the carbon dioxide recovery device 400 of the fourth embodiment, which is different from that of the carbon dioxide recovery device 100 of the first embodiment, will be described.

第4実施形態の二酸化炭素回収装置400は、2基の二酸化炭素吸蔵器C3、C4及び2基の二酸化炭素回収還元器D3、D4をそれぞれ並列に備える。なお、二酸化炭素吸蔵器及び二酸化炭素回収還元器はそれぞれ3基以上であってもよい。 The carbon dioxide recovery device 400 of the fourth embodiment includes two carbon dioxide absorbers C3 and C4 and two carbon dioxide recovery reducers D3 and D4 in parallel. Incidentally, the number of the carbon dioxide occluding device and the carbon dioxide recovery reducing device may be three or more.

二酸化炭素吸蔵器C3、C4にはそれぞれ、第2燃焼ガス供給流路13a、13bと、ガス供給流路14a、14bと、ガス供給流路15a、15bと、生成ガス供給流路18a、18bと、が接続されている。 The carbon dioxide absorbers C3 and C4 are provided with second combustion gas supply passages 13a and 13b, gas supply passages 14a and 14b, gas supply passages 15a and 15b, and generated gas supply passages 18a and 18b, respectively. , are connected.

二酸化炭素回収還元器D3、D4にはそれぞれ、ガス供給流路14a、14bと、ガス供給流路15a、15bと、水素供給流路17a、17bと、が接続されている。 Gas supply channels 14a and 14b, gas supply channels 15a and 15b, and hydrogen supply channels 17a and 17b are connected to the carbon dioxide recovery reducers D3 and D4, respectively.

第2燃焼ガス供給流路13a、13b、ガス供給流路14a、14b、ガス供給流路15a、15b、ガス排出流路16a、16b、水素供給流路17a、17b及び生成ガス供給流路18a、18bにはそれぞれ、第2燃焼ガス供給バルブV3a、V3b、ガス供給バルブV4a、V4b、ガス供給バルブV5a、V5b、ガス排出バルブV6a、V6b、水素供給バルブV7a、V7b及び生成ガス供給バルブV8a、V8bが設けられている。各バルブの開閉は、制御部によって制御される。 second combustion gas supply passages 13a, 13b, gas supply passages 14a, 14b, gas supply passages 15a, 15b, gas discharge passages 16a, 16b, hydrogen supply passages 17a, 17b, and generated gas supply passages 18a, 18b are respectively second combustion gas supply valves V3a and V3b, gas supply valves V4a and V4b, gas supply valves V5a and V5b, gas exhaust valves V6a and V6b, hydrogen supply valves V7a and V7b, and generated gas supply valves V8a and V8b. is provided. Opening and closing of each valve is controlled by the controller.

次に、図7を用いて、第4実施形態の二酸化炭素回収装置400を用いた二酸化炭素回収方法について説明する。図7は、第4実施形態の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。 Next, a carbon dioxide recovery method using the carbon dioxide recovery device 400 of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flow chart showing a carbon dioxide recovery method using the carbon dioxide recovery device of the fourth embodiment.

最初に、大気供給バルブV1、第1燃焼ガス供給バルブV2、第2燃焼ガス供給バルブV3a、V3b、ガス供給バルブV4a、V4b、ガス供給バルブV5a、V5b、ガス排出バルブV6a、V6b、水素供給バルブV7a、V7b、生成ガス供給バルブV8a、V8b、メタン供給バルブV9は閉じているものとする。 First, the atmosphere supply valve V1, the first combustion gas supply valve V2, the second combustion gas supply valves V3a and V3b, the gas supply valves V4a and V4b, the gas supply valves V5a and V5b, the gas discharge valves V6a and V6b, and the hydrogen supply valve. It is assumed that V7a, V7b, generated gas supply valves V8a, V8b, and methane supply valve V9 are closed.

まず、図7に示すように、制御部は、燃焼器Aの運転を開始させ、大気供給バルブV1、第1燃焼ガス供給バルブV2、第2燃焼ガス供給バルブV3a、ガス供給バルブV4a、及びガス排出バルブV6aを開ける(ステップS31)。 First, as shown in FIG. 7, the control unit starts the operation of the combustor A, the atmosphere supply valve V1, the first combustion gas supply valve V2, the second combustion gas supply valve V3a, the gas supply valve V4a, and the gas supply valve V4a. The discharge valve V6a is opened (step S31).

次に、制御部は、燃焼ガスの供給停止条件を満たしたか否かを判定する(ステップS32)。供給停止条件としては、例えば、二酸化炭素回収還元器D3のガス排出口における二酸化炭素濃度があらかじめ設定された濃度(例えば、10ppm)を超えたという条件が挙げられる。 Next, the control unit determines whether or not a condition for stopping the supply of combustion gas is satisfied (step S32). An example of the supply stop condition is a condition that the concentration of carbon dioxide at the gas outlet of the carbon dioxide recovery reducer D3 exceeds a preset concentration (for example, 10 ppm).

制御部は、燃焼ガスの供給停止条件を満たしたと判定すると(ステップS32:YES)、第2燃焼ガス供給バルブV3a、ガス供給バルブV4a、及びガス排出バルブV6aを閉じる(ステップS33)。制御部が燃焼ガスの供給停止条件を満たしたと判定するまで、熱利用機器Bから二酸化炭素吸蔵器Cへ燃焼ガスが供給され、二酸化炭素吸蔵器C3から二酸化炭素回収還元器D3へガスが供給され、二酸化炭素回収還元器D3内の残留ガスがガス排出流路16aを介して大気中へ排出される。(ステップS32:NO)。 When the controller determines that the combustion gas supply stop condition is satisfied (step S32: YES), it closes the second combustion gas supply valve V3a, the gas supply valve V4a, and the gas discharge valve V6a (step S33). The combustion gas is supplied from the heat utilization device B to the carbon dioxide occluding device C, and the gas is supplied from the carbon dioxide occluding device C3 to the carbon dioxide recovery reducer D3 until the control unit determines that the condition for stopping the supply of the combustion gas is satisfied. , the residual gas in the carbon dioxide recovery reducer D3 is discharged into the atmosphere through the gas discharge passage 16a. (Step S32: NO).

次に、制御部は、ガス供給バルブV5a、水素供給バルブV7a、生成ガス供給バルブV8a、及びメタン供給バルブV9を開ける(ステップS34)。 Next, the controller opens the gas supply valve V5a, hydrogen supply valve V7a, generated gas supply valve V8a, and methane supply valve V9 (step S34).

次に、制御部は、水素供給停止条件を満たしたか否かを判定する(ステップS35)。水素供給停止条件としては、例えば、二酸化炭素吸蔵器C3のガス排出口からメタン化反応器へ排出された二酸化炭素の累積量に対する水素の累積量(水素/二酸化炭素)の比率が4を超えたという条件が挙げられる。また、水素供給停止条件としては、例えば、メタン転化器Eのガス排出口におけるメタン濃度があらかじめ設定された濃度(例えば、99体積%)を下回ったという条件が挙げられる。 Next, the control unit determines whether or not the hydrogen supply stop condition is satisfied (step S35). As a hydrogen supply stop condition, for example, the ratio of the cumulative amount of hydrogen (hydrogen/carbon dioxide) to the cumulative amount of carbon dioxide discharged from the gas outlet of the carbon dioxide absorber C3 to the methanation reactor exceeds 4. conditions. Further, as a hydrogen supply stop condition, for example, there is a condition that the methane concentration at the gas outlet of the methane converter E is below a preset concentration (for example, 99% by volume).

制御部は、水素供給停止条件を満たしたと判定すると(ステップS35:YES)、ガス供給バルブV5a、水素供給バルブV7a、及び生成ガス供給バルブV8aを閉める(ステップS36)。制御部が水素供給停止条件を満たしたと判定するまで、二酸化炭素回収還元器D3へ水素が供給される(ステップS35:NO)。 When the control unit determines that the hydrogen supply stop condition is satisfied (step S35: YES), it closes the gas supply valve V5a, the hydrogen supply valve V7a, and the generated gas supply valve V8a (step S36). Hydrogen is supplied to the carbon dioxide recovery reducer D3 until the control unit determines that the hydrogen supply stop condition is satisfied (step S35: NO).

制御部は、熱利用機器Bによる熱要求があるか否かを判定する(ステップS37)。 The control unit determines whether or not there is a request for heat from the heat-utilizing device B (step S37).

制御部は、熱利用機器Bによる熱要求があると判定すると(ステップS37:YES)、ステップS38へ進む。ステップS38において、制御部は、ガス供給バルブV3bが閉じているか否かを判定し、閉じていると判定すると(ステップS38:YES)、ステップS31へ戻って、ステップS31以降の処理を繰り返す。2回目以降のサイクルでは、ステップS31において、制御部は、第2燃焼ガス供給バルブV3a、ガス供給バルブV4a、及びガス排出バルブV6aを開ける。ステップS38において、制御部は、ガス供給バルブV3bが閉じていると判定するまで、ステップS38の処理を繰り返す(ステップS38:NO)。 When the control unit determines that there is a request for heat from the heat-utilizing device B (step S37: YES), the process proceeds to step S38. In step S38, the control unit determines whether or not the gas supply valve V3b is closed, and if it is determined that it is closed (step S38: YES), returns to step S31, and repeats the processes after step S31. In the second and subsequent cycles, in step S31, the controller opens the second combustion gas supply valve V3a, the gas supply valve V4a, and the gas exhaust valve V6a. In step S38, the control unit repeats the process of step S38 until it determines that the gas supply valve V3b is closed (step S38: NO).

制御部は、熱利用機器Bによる熱要求がないと判定すると(ステップS37:NO)、本処理を終了する。 When the control unit determines that there is no heat request from the heat-utilizing device B (step S37: NO), the processing ends.

一方、ステップS33の後、ステップS39において、制御部は、第2燃焼ガス供給バルブV3b、ガス供給バルブV4b、及びガス排出バルブV6bを開ける。 On the other hand, after step S33, in step S39, the controller opens the second combustion gas supply valve V3b, the gas supply valve V4b, and the gas exhaust valve V6b.

ステップS40~ステップS44の処理は、ステップS32~S36の処理と同様である。 The processing of steps S40 to S44 is the same as the processing of steps S32 to S36.

制御部は、熱利用機器Bによる熱要求があるか否かを判定する(ステップS45)。 The control unit determines whether or not there is a request for heat from the heat-utilizing device B (step S45).

制御部は、熱利用機器Bによる熱要求があると判定すると(ステップS45:YES)、ステップS46へ進む。ステップS46において、制御部は、ガス供給バルブV3aが閉じているか否かを判定し、閉じていると判定すると(ステップS46:YES)、ステップS39へ戻って、ステップS39以降の処理を繰り返す。ステップS46において、制御部は、ガス供給バルブV3aが閉じていると判定するまで、ステップS46の処理を繰り返す(ステップS46:NO)。 When the control unit determines that there is a request for heat from the heat-utilizing device B (step S45: YES), the process proceeds to step S46. In step S46, the control unit determines whether or not the gas supply valve V3a is closed, and if it is determined that it is closed (step S46: YES), returns to step S39 and repeats the processes after step S39. In step S46, the control unit repeats the process of step S46 until it determines that the gas supply valve V3a is closed (step S46: NO).

制御部は、熱利用機器Bによる熱要求がないと判定すると(ステップS45:NO)、本処理を終了する。 When the control unit determines that there is no heat request from the heat-utilizing device B (step S45: NO), the processing ends.

第4実施形態の二酸化炭素回収装置400は、2基の二酸化炭素吸蔵器及び2基の二酸化炭素回収還元器をそれぞれ並列に備えるため、二酸化炭素を連続的に回収することができる。これは、二酸化炭素吸蔵器C3と二酸化炭素回収還元器D3とで、二酸化炭素を吸蔵する処理を行っている間に、二酸化炭素吸蔵器C4と二酸化炭素回収還元器D4とで、吸蔵されている二酸化炭素をメタンに転化させる処理を行うことができるためである。 Since the carbon dioxide capture device 400 of the fourth embodiment includes two carbon dioxide absorbers and two carbon dioxide recovery reducers in parallel, carbon dioxide can be recovered continuously. This is absorbed by the carbon dioxide absorber C4 and the carbon dioxide recovery reducer D4 while the carbon dioxide is being absorbed by the carbon dioxide absorber C3 and the carbon dioxide recovery reducer D3. This is because a process for converting carbon dioxide into methane can be performed.

[第5実施形態]
図8は、第5実施形態の二酸化炭素回収装置を示す概略図である。なお、第5実施形態の二酸化炭素回収装置について、第1実施形態の二酸化炭素回収装置100と同一の構成及び作用効果については、同一の符号を用いて説明を省略する。
[Fifth embodiment]
FIG. 8 is a schematic diagram showing the carbon dioxide capture device of the fifth embodiment. Regarding the carbon dioxide recovery device of the fifth embodiment, the same reference numerals are used for the same configurations and effects as those of the carbon dioxide recovery device 100 of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

第5実施形態の二酸化炭素回収装置500の、第1実施形態の二酸化炭素回収装置100と異なる構成について説明する。 A configuration of the carbon dioxide recovery device 500 of the fifth embodiment, which is different from that of the carbon dioxide recovery device 100 of the first embodiment, will be described.

第5実施形態の二酸化炭素回収装置500は、二酸化炭素吸蔵器Cと二酸化炭素回収還元器Dとの間に、水分を除去する除湿器Kをさらに備える。 The carbon dioxide recovery device 500 of the fifth embodiment further includes a dehumidifier K between the carbon dioxide absorber C and the carbon dioxide recovery reducer D for removing moisture.

除湿器Kは、二酸化炭素回収還元器から二酸化炭素吸蔵器Cに供給されるガス中の水分を除去する機能を有する装置であれば、特に制限されない。除湿器Kは、シリカゲル等の吸湿剤を収容していてもよい。また、除湿器Kは、ガスの温度を低下させて水を凝縮させる機能を有していてもよい。 The dehumidifier K is not particularly limited as long as it has a function of removing moisture from the gas supplied to the carbon dioxide absorber C from the carbon dioxide recovery reducer. The dehumidifier K may contain a moisture absorbent such as silica gel. Also, the dehumidifier K may have the function of reducing the temperature of the gas to condense the water.

第5実施形態の二酸化炭素回収装置500は、除湿器Kを備えるため、二酸化炭素回収還元器Dにおけるメタン化反応で生成したガスから水蒸気が除去されたガスが、二酸化炭素吸蔵器Cへ供給される。そのため、二酸化炭素吸蔵器Cにおいて、二酸化炭素の脱離が水蒸気によって阻害されることなく、効率良く行われる。 Since the carbon dioxide recovery device 500 of the fifth embodiment includes the dehumidifier K, the gas obtained by removing water vapor from the gas produced by the methanation reaction in the carbon dioxide recovery reducer D is supplied to the carbon dioxide storage device C. be. Therefore, in the carbon dioxide storage device C, the desorption of carbon dioxide is efficiently performed without being hindered by water vapor.

[変形例1]
第1実施形態~第5実施形態の二酸化炭素回収装置は、メタン転化器の下流側に、メタン転化器で生成した混合ガスを貯蔵するためのメタン貯蔵器を備えていてもよい。混合ガスには、主にメタンが含まれている。メタン貯蔵器が備えられていると、燃焼器が発生する熱の需要が高まるまで、メタンを貯蔵させておくことができ、不要なエネルギー消費を抑制することができる。
[Modification 1]
The carbon dioxide recovery apparatuses of the first to fifth embodiments may include a methane storage device for storing the mixed gas produced by the methane converter downstream of the methane converter. The mixed gas mainly contains methane. With the methane storage device, methane can be stored until the demand for heat generated by the combustor increases, thereby reducing unnecessary energy consumption.

[変形例2]
第1実施形態~第5実施形態の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素を含む原料ガスの供給源として、大気中の二酸化炭素を燃焼する燃焼器Aを備え、燃焼器Aで発生した熱を利用するための熱利用機器Bを備えるが、燃焼器Aと熱利用機器Bを備えていなくてもよい。二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素吸蔵器C(C1、C2、C3、C4)へ、二酸化炭素を含むガスを直接供給する供給源を備えていてもよい。
[Modification 2]
The carbon dioxide recovery apparatuses of the first to fifth embodiments are provided with a combustor A that burns carbon dioxide in the atmosphere as a supply source of a raw material gas containing carbon dioxide, and use the heat generated by the combustor A. Although the heat utilization equipment B is provided, the combustor A and the heat utilization equipment B may not be provided. The carbon dioxide capture device may comprise a supply source that supplies gas containing carbon dioxide directly to the carbon dioxide absorbers C (C1, C2, C3, C4).

[変形例3]
第1実施形態~第5実施形態の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素回収還元器Dで発生した排熱を、二酸化炭素吸蔵器Cへ供給する排熱供給流路をさらに備えていてもよい。二酸化炭素回収還元器Dでは、酸化カルシウムが二酸化炭素を吸収して炭酸カルシウムを生成する際に、二酸化炭素1モル当たり175kJの熱を発生する。二酸化炭素回収還元器Dで発生した排熱を、二酸化炭素吸蔵器Cへ供給することにより、二酸化炭素吸蔵器Cにおいて、二酸化炭素を脱離させるために追加するエネルギーを抑えることができる。
[Modification 3]
The carbon dioxide recovery apparatuses of the first to fifth embodiments may further include an exhaust heat supply channel for supplying the exhaust heat generated in the carbon dioxide recovery reducer D to the carbon dioxide absorber C. In the carbon dioxide recovery reducer D, heat of 175 kJ per 1 mol of carbon dioxide is generated when calcium oxide absorbs carbon dioxide to produce calcium carbonate. By supplying the exhaust heat generated in the carbon dioxide recovery reducer D to the carbon dioxide occlusion device C, the energy to be added in the carbon dioxide occlusion device C to desorb carbon dioxide can be suppressed.

[変形例4]
第1実施形態~第5実施形態の二酸化炭素回収装置では、二酸化炭素吸蔵器C(C1、C2、C3、C4)と二酸化炭素回収還元器D(D1、D2、D3、D4)との間に、ガス供給流路4(4a、4b)とガス供給流路5(5a、5b)の2つが接続されているが、二酸化炭素吸蔵器Cと二酸化炭素回収還元器Dとの間に接続されるガス供給流路は1つであってもよい。二酸化炭素回収装置の構成の簡略化が実現される。
[Modification 4]
In the carbon dioxide recovery devices of the first to fifth embodiments, the , the gas supply channel 4 (4a, 4b) and the gas supply channel 5 (5a, 5b) are connected. The number of gas supply channels may be one. A simplification of the configuration of the carbon dioxide capture device is realized.

[変形例5]
第1実施形態~第5実施形態の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素回収還元器で発生した排熱を蓄熱する蓄熱器をさらに備えていてもよい。蓄熱の方法は、顕熱蓄熱、潜熱蓄熱、及び化学蓄熱のいずれであってもよい。蓄熱器に蓄熱された排熱は、二酸化炭素吸蔵器において、二酸化炭素を脱離させるために利用することにより、エネルギー消費を抑制することができる。
[Modification 5]
The carbon dioxide recovery apparatuses of the first to fifth embodiments may further include a heat accumulator that stores exhaust heat generated by the carbon dioxide recovery reducer. The heat storage method may be any of sensible heat storage, latent heat storage, and chemical heat storage. Energy consumption can be suppressed by using the exhaust heat stored in the heat accumulator to desorb carbon dioxide in the carbon dioxide absorber.

[変形例6]
第3実施形態の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素吸蔵器C1と二酸化炭素吸蔵器C2との間に、吸着材料を貯蔵しておく貯蔵容器を備えていてもよい。また、第3実施形態の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素回収還元器D1と二酸化炭素回収還元器D2との間に二酸化炭素吸蔵還元触媒を貯蔵しておく貯蔵容器を備えていてもよい。これらの貯蔵容器が備えられていると、回収した二酸化炭素を貯蔵しておくことができる。
[Modification 6]
The carbon dioxide recovery device of the third embodiment may include a storage container for storing the adsorbent material between the carbon dioxide occluding device C1 and the carbon dioxide occluding device C2. Further, the carbon dioxide recovery apparatus of the third embodiment may include a storage container for storing the carbon dioxide storage reduction catalyst between the carbon dioxide recovery reducer D1 and the carbon dioxide recovery reducer D2. With these storage containers, the recovered carbon dioxide can be stored.

[変形例7]
また、第3実施形態の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素回収還元器D1(又はD2)で発生した排熱を、二酸化炭素吸蔵器C2(又はC1)に輸送する伝熱流路を備えていてもよい。排熱を利用することにより、エネルギー消費を抑制することができる。
[Modification 7]
Further, the carbon dioxide recovery apparatus of the third embodiment may include a heat transfer channel for transporting the exhaust heat generated in the carbon dioxide recovery reducer D1 (or D2) to the carbon dioxide absorber C2 (or C1). good. By utilizing exhaust heat, energy consumption can be suppressed.

[比較例1]
図9は、比較例1の二酸化炭素回収装置600を示す概略図である。二酸化炭素回収装置600は、第1実施形態の二酸化炭素回収装置100と異なり、二酸化炭素回収還元器Dを備えていない。二酸化炭素吸蔵器Cに、水素供給源Hから水素を供給するための水素供給流路17cと、二酸化炭素吸蔵器Cで吸蔵されなかった残留ガスを大気中へ排出するためのガス排出流路16cと、が接続されている。水素供給流路17c上には、水素供給バルブV7cが設けられ、ガス排出流路16c上には、ガス排出バルブV6cが設けられている。
[Comparative Example 1]
FIG. 9 is a schematic diagram showing a carbon dioxide recovery device 600 of Comparative Example 1. As shown in FIG. Unlike the carbon dioxide recovery device 100 of the first embodiment, the carbon dioxide recovery device 600 does not include the carbon dioxide recovery reducer D. As shown in FIG. A hydrogen supply channel 17c for supplying hydrogen from the hydrogen supply source H to the carbon dioxide absorber C, and a gas discharge channel 16c for discharging residual gas not absorbed by the carbon dioxide absorber C into the atmosphere. and are connected. A hydrogen supply valve V7c is provided on the hydrogen supply channel 17c, and a gas discharge valve V6c is provided on the gas discharge channel 16c.

二酸化炭素吸蔵器Cに収容されている吸着材料では、二酸化炭素の吸蔵量が少ないため、二酸化炭素の回収効率が悪い。また、比較例1の二酸化炭素回収装置600では、ゼオライトの1g当たりの二酸化炭素の吸蔵量は1mモルであり、ゼオライトの比熱が1J/g・Kであり、昇温幅を300℃とすると、ゼオライトの顕熱が二酸化炭素1モル当たり300kJ、ゼオライトからの二酸化炭素の脱離熱が二酸化炭素1モル当たり40kJである。すなわち、エネルギー消費量は、二酸化炭素1モル当たり340kJである。 Since the adsorption material contained in the carbon dioxide absorber C has a small amount of carbon dioxide absorbed, the carbon dioxide recovery efficiency is low. Further, in the carbon dioxide recovery device 600 of Comparative Example 1, if the amount of carbon dioxide absorbed per 1 g of zeolite is 1 mmol, the specific heat of zeolite is 1 J/g·K, and the temperature rise width is 300° C., The sensible heat of zeolite is 300 kJ per 1 mol of carbon dioxide, and the heat of desorption of carbon dioxide from zeolite is 40 kJ per 1 mol of carbon dioxide. That is, the energy consumption is 340 kJ per mole of carbon dioxide.

これに対して、本実施形態の二酸化炭素回収装置では、上記のとおり、エネルギー消費量は、二酸化炭素1モル当たり189kJであり、比較例1よりも低エネルギーで二酸化炭素を回収することができる。 On the other hand, in the carbon dioxide recovery apparatus of the present embodiment, as described above, the energy consumption is 189 kJ per 1 mol of carbon dioxide, and carbon dioxide can be recovered with less energy than in Comparative Example 1.

[比較例2]
図10は、比較例2の二酸化炭素回収装置700を示す概略図である。二酸化炭素回収装置600は、第1実施形態の二酸化炭素回収装置100と異なり、二酸化炭素吸蔵器Cを備えていない。二酸化炭素回収還元器Dに、二酸化炭素回収還元器Dで生成した混合ガスをメタン転化器Eへ供給するための生成ガス供給流路18cが接続されている。生成ガス供給流路18c上には、生成ガス供給バルブV8cが設けられている。
[Comparative Example 2]
FIG. 10 is a schematic diagram showing a carbon dioxide recovery device 700 of Comparative Example 2. As shown in FIG. Unlike the carbon dioxide recovery device 100 of the first embodiment, the carbon dioxide recovery device 600 does not include the carbon dioxide storage device C. As shown in FIG. The carbon dioxide recovery reducer D is connected to a produced gas supply passage 18c for supplying the mixed gas produced in the carbon dioxide recovery reducer D to the methane converter E. As shown in FIG. A generated gas supply valve V8c is provided on the generated gas supply passage 18c.

比較例2の二酸化炭素回収装置700では、二酸化炭素回収還元器Dから排出される生成ガスは、ガス平衡の点から、メタン濃度が低く抑えられる。具体的には、炭酸カルシウムと水素との反応において、メタンへの転化率が最大となる300℃において、生成ガスに含まれる水素濃度は78%、メタン濃度は7%、水の濃度は15%である。 In the carbon dioxide recovery device 700 of Comparative Example 2, the methane concentration of the generated gas discharged from the carbon dioxide recovery reducer D is kept low from the viewpoint of gas equilibrium. Specifically, in the reaction between calcium carbonate and hydrogen, at 300° C. where the conversion rate to methane is maximum, the concentration of hydrogen contained in the produced gas is 78%, the concentration of methane is 7%, and the concentration of water is 15%. is.

これに対して、本実施形態の二酸化炭素回収装置では、二酸化炭素回収還元器Dから排出される生成ガス(水素とメタンを含む混合ガス)に、二酸化炭素吸蔵器Cから脱離した二酸化炭素を加えて、メタン転化器でメタンに転化させることができる。これにより、高濃度のメタンを生成することができる。 On the other hand, in the carbon dioxide recovery apparatus of the present embodiment, carbon dioxide desorbed from the carbon dioxide absorber C is added to the generated gas (mixed gas containing hydrogen and methane) discharged from the carbon dioxide recovery reducer D. Additionally, it can be converted to methane in a methane converter. Thereby, high-concentration methane can be generated.

11 大気供給流路
12 燃焼ガス供給流路
13、13a、13b 第1燃焼ガス供給流路
14、14a、14b ガス供給流路
15、15a、15b ガス供給流路
16、16a、16b、16c ガス排出流路
17、17a、17b、17c 水素供給流路
18、18a、18b 生成ガス供給流路
19 メタン供給流路
51 第1交換部
52 第2交換部
100、200、300、400、500、600 二酸化炭素回収装置
A 燃焼器
B 熱利用機器
C 二酸化炭素吸蔵器
D 二酸化炭素回収還元器
E メタン転化器
H 水素供給源
K 除湿器
V1 大気供給バルブ
V2 第1燃焼ガス供給バルブ
V3、V3a、V3b 第2燃焼ガス供給バルブ
V4、V4a、V4b ガス供給バルブ
V5、V5a、V5b ガス供給バルブ
V6、V6a、V6b、V6c ガス排出バルブ
V7、V7a、V7b、V7c 水素供給バルブ
V8、V8a、V8b 生成ガス供給バルブ
V9 メタン供給バルブ
P1 ポンプ
11 atmosphere supply passage 12 combustion gas supply passages 13, 13a, 13b first combustion gas supply passages 14, 14a, 14b gas supply passages 15, 15a, 15b gas supply passages 16, 16a, 16b, 16c gas discharge Channels 17, 17a, 17b, 17c Hydrogen supply channels 18, 18a, 18b Generated gas supply channel 19 Methane supply channel 51 First exchange part 52 Second exchange part 100, 200, 300, 400, 500, 600 Dioxide Carbon recovery device A Combustor B Heat utilization equipment C Carbon dioxide absorber D Carbon dioxide recovery reducer E Methane converter H Hydrogen supply source K Dehumidifier V1 Air supply valve V2 First combustion gas supply valve V3, V3a, V3b Second Combustion gas supply valves V4, V4a, V4b Gas supply valves V5, V5a, V5b Gas supply valves V6, V6a, V6b, V6c Gas discharge valves V7, V7a, V7b, V7c Hydrogen supply valves V8, V8a, V8b Generated gas supply valve V9 Methane supply valve P1 Pump

Claims (9)

二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物と、メタン化触媒性能を有する金属と、を含む二酸化炭素吸蔵還元触媒を収容する二酸化炭素回収還元器と、
二酸化炭素吸蔵性能を有する吸着材料を収容する二酸化炭素吸蔵器と、
前記二酸化炭素回収還元器に水素を供給する水素供給源と、
前記二酸化炭素吸蔵器に二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素含有ガス供給流路と、
前記二酸化炭素吸蔵器から前記二酸化炭素回収還元器へガスを供給する第1ガス供給流路と、
前記二酸化炭素回収還元器から大気へガスを排出する排出流路と、
前記二酸化炭素回収還元器から前記二酸化炭素吸蔵器へガスを供給する第2ガス供給流路と、
を備える二酸化炭素回収装置。
a carbon dioxide recovery reducer containing a carbon dioxide storage reduction catalyst containing a metal oxide having carbon dioxide storage performance and a metal having methanation catalyst performance;
a carbon dioxide storage device containing an adsorption material having carbon dioxide storage performance;
a hydrogen supply source that supplies hydrogen to the carbon dioxide recovery reducer;
a carbon dioxide-containing gas supply channel for supplying the carbon dioxide-containing gas to the carbon dioxide storage device;
a first gas supply passage for supplying gas from the carbon dioxide occlusion device to the carbon dioxide recovery and reduction device;
a discharge channel for discharging gas from the carbon dioxide recovery reducer to the atmosphere;
a second gas supply passage for supplying gas from the carbon dioxide recovery-reduction device to the carbon dioxide storage device;
A carbon dioxide capture device comprising:
前記二酸化炭素含有ガスを生成する燃焼器と、
前記吸着材料から脱離した二酸化炭素を、メタンに転化するメタン転化器と、
をさらに備える、請求項1に記載の二酸化炭素回収装置。
a combustor that produces the carbon dioxide-containing gas;
a methane converter for converting carbon dioxide desorbed from the adsorbent material into methane;
2. The carbon dioxide capture device of claim 1, further comprising:
前記二酸化炭素吸蔵器内の圧力を低下させるポンプをさらに備える、請求項1又は請求項2に記載の二酸化炭素回収装置。 3. The carbon dioxide capture device according to claim 1, further comprising a pump that reduces pressure within the carbon dioxide absorber. 2基以上の二酸化炭素吸蔵器及び2基以上の二酸化炭素回収還元器をそれぞれ並列に備える、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の二酸化炭素回収装置。 4. The carbon dioxide capture device according to any one of claims 1 to 3, comprising two or more carbon dioxide absorbers and two or more carbon dioxide recovery reducers arranged in parallel. 2基以上の二酸化炭素吸蔵器及び2基以上の二酸化炭素回収還元器を備え、
前記二酸化炭素含有ガスが供給される少なくとも1基の二酸化炭素吸蔵器と、前記二酸化炭素回収還元器から排出されたガスが供給される少なくとも1基の二酸化炭素吸蔵器との間で、収容されている吸着材料を互いに交換する第1交換部と、
前記二酸化炭素吸蔵器から排出されたガスが供給される少なくとも1基の二酸化炭素回収還元器と、前記水素が供給される少なくとも1基の二酸化炭素回収還元器との間で、収容されている二酸化炭素吸蔵還元触媒を互いに交換する第2交換部と、をさらに備える、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の二酸化炭素回収装置。
Equipped with two or more carbon dioxide absorbers and two or more carbon dioxide recovery reducers,
stored between at least one carbon dioxide absorber to which the carbon dioxide-containing gas is supplied and at least one carbon dioxide absorber to which the gas discharged from the carbon dioxide recovery reducer is supplied; a first exchange part that exchanges the adsorbent materials with each other;
Dioxide stored between at least one carbon dioxide recovery reducer to which the gas discharged from the carbon dioxide absorber is supplied and at least one carbon dioxide recovery reducer to which the hydrogen is supplied 4. The carbon dioxide recovery device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a second exchange part that exchanges the carbon storage reduction catalysts with each other.
前記第1交換部は、各二酸化炭素吸蔵器内で、ガスの流れ方向と対向する方向に向かって、各吸着材料を移動させ、
前記第2交換部は、各二酸化炭素回収還元器内で、ガスの流れ方向と対向する方向に向かって、各二酸化炭素吸蔵還元触媒を移動させる、請求項5に記載の二酸化炭素回収装置。
The first exchange unit moves each adsorption material in each carbon dioxide storage device in a direction opposite to the gas flow direction,
6. The carbon dioxide recovery device according to claim 5, wherein said second exchange unit moves each carbon dioxide storage reduction catalyst in each carbon dioxide recovery reducer in a direction opposite to the gas flow direction.
前記二酸化炭素回収還元器と前記二酸化炭素吸蔵器との間に、水分を除去する除湿器をさらに備える、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide recovery device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a dehumidifier for removing moisture between the carbon dioxide recovery reducer and the carbon dioxide absorber. 前記二酸化炭素回収還元器で発生した排熱を蓄熱する蓄熱器をさらに備える、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide recovery apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a heat accumulator that stores exhaust heat generated by the carbon dioxide recovery reducer. 二酸化炭素吸蔵性能を有する金属酸化物と、メタン化触媒性能を有する金属と、を含む二酸化炭素吸蔵還元触媒を収容する二酸化炭素回収還元器に水素を供給する工程と、
二酸化炭素吸蔵性能を有する吸着材料を収容する二酸化炭素吸蔵器に二酸化炭素含有ガスを供給する工程と、
前記二酸化炭素吸蔵器から前記二酸化炭素回収還元器へガスを供給する工程と、
前記二酸化炭素回収還元器から大気へガスを排出する工程と、
前記二酸化炭素回収還元器から前記二酸化炭素吸蔵器へガスを供給する工程と、
を含む二酸化炭素回収方法。
a step of supplying hydrogen to a carbon dioxide recovery reducer containing a carbon dioxide storage reduction catalyst containing a metal oxide having carbon dioxide storage performance and a metal having methanation catalyst performance;
a step of supplying a carbon dioxide-containing gas to a carbon dioxide storage device containing an adsorption material having carbon dioxide storage performance;
a step of supplying gas from the carbon dioxide absorber to the carbon dioxide recovery reducer;
a step of discharging gas from the carbon dioxide capture and reducer into the atmosphere;
a step of supplying gas from the carbon dioxide recovery-reduction device to the carbon dioxide storage device;
A carbon dioxide capture method comprising:
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