JP7424279B2 - 二酸化炭素回収システム - Google Patents

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Description

本発明は、ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を回収する二酸化炭素回収システムに関する。
特許文献１には、吸着部に設けられた吸着材が圧力変動によってＣＯ2を吸着及び脱離することを利用してＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する装置が開示されている。特許文献１の装置では、吸着材から脱離したＣＯ2の濃度が所定濃度以上の場合にＣＯ2を回収し、吸着材から脱離したＣＯ2の濃度が所定濃度未満の場合にＣＯ2を還流路を介して吸着部に還流させ、高濃度のＣＯ2を回収している。
特許第６５７５０５０号公報
しかしながら、特許文献１のようにＣＯ2の吸着と脱離を切り替えてＣＯ2を回収する装置では、ＣＯ2吸着時に吸着部内や配管内にＣＯ2以外のガスが残存したり、吸着部でＣＯ2と同時にＣＯ2以外のガスを吸着することがある。このため、ＣＯ2回収時にＣＯ2以外のガスをＣＯ2と共に回収してしまうため、回収するＣＯ2の濃度が低下してしまう。
また、特許文献１の装置では、脱離したＣＯ2が所定濃度以下の場合に吸着部に還流させ、回収するＣＯ2の濃度を高くするようにしている。このような構成でより高濃度のＣＯ2を得るためには、吸着部内からＣＯ2以外のガスを除去するために吸着部内の圧力を過度に低くする必要があり、吸着したＣＯ2が脱離してしまうため回収量が落ちてしまう。
また、特許文献１の装置では、脱離したＣＯ2が所定濃度以下の場合に吸着部に還流させるために、還流路や圧縮機を追加する必要があり、装置が複雑化してしまう。
本発明は上記点に鑑み、ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を回収する二酸化炭素回収システムにおいて、簡易な構成で回収するＣＯ2の濃度を向上させることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の二酸化炭素回収システムは、吸着部（１２、１９）と、供給流路（１００）と、貯蔵部（１６）と、ガス供給部（１５）と、絞り弁（２９、３０）とを備え、吸着モードと、脱離モードと、脱離準備モードとを有している。吸着部は、ＣＯ２を吸着および脱離する。供給流路は、供給ガスが通過する。貯蔵部は、吸着部で脱離したＣＯ２を貯蔵する。ガス供給部は、貯蔵部に貯蔵されているＣＯ２を吸着部に供給する。
絞り弁は、供給流路に設けられており、脱離準備モードで貯蔵部に貯蔵されているＣＯ ２ を吸着部に供給する際のガス流れ方向において、前記吸着部の下流側に位置している。絞り弁は、脱離準備モードにおいて、吸着モードよりも弁開度を小さくする。
吸着モードでは、吸着部が供給流路を介して供給される供給ガスに含まれるＣＯ2を吸着する。脱離モードでは、吸着部が吸着しているＣＯ2を脱離し、吸着部から脱離したＣＯ2を貯蔵部が貯蔵する。脱離準備モードでは、吸着モードが終了してから脱離モードが開始するまでの間に、ガス供給部が貯蔵部に貯蔵されているＣＯ2を吸着部に供給する。
これにより、脱離準備モードでは、吸着モードの終了後に吸着部に残留している非ＣＯ2ガスをＣＯ2で置換することができ、脱離モードでは、高濃度のＣＯ2を回収することができる。これにより、簡素な構成で回収するＣＯ2の濃度を向上させることができる。
なお、上記各構成要素の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
第１実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す図である。 第１実施形態の二酸化炭素回収システムにおける各作動モードのガス流れを示す図である。 第２実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す図である。 第２実施形態の二酸化炭素回収システムにおける各作動モードのガス流れを示す図である。 第３実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す図である。 第３実施形態の二酸化炭素回収システムの電気制御部を示すブロック図である。 第３実施形態の第２吸着部が脱離準備モードから脱離モードに切り替わる場合のガス流れを示す図である。 第３実施形態の吸着部が脱離準備モードから脱離モードに切り替わる場合の制御処理を示すフローチャートである。 第３実施形態の第１吸着部が脱離準備モードから脱離モードに切り替わる場合のガス流れを示す図である。 第３実施形態の第１吸着部および第２吸着部のガス流量の経時的変化を示す図である。 第４実施形態の吸着部が脱離準備モードから脱離モードに切り替わる場合の制御処理を示すフローチャートである。 第５実施形態の吸着部が脱離準備モードから脱離モードに切り替わる場合の制御処理を示すフローチャートである。 第６実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す図である。 第７実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す図である。
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態の二酸化炭素回収システム１０は、第１ガス供給部１１、吸着部１２、絞り弁１３、流路切替弁１４、第２ガス供給部１５、貯蔵部１６が設けられている。これらの機器は、ガス流路１００～１０３で接続されている。なお、ガス供給部１１、１５、絞り弁１３は、吸着部１２の内部におけるＣＯ2分圧を調整する圧力調整部に相当する。
ガス流路１００～１０３は、内部をガスが通過可能なガス配管である。ガス流路１００～１０３には、供給流路１００、排出流路１０１、出口流路１０２および回収流路１０３が含まれている。
本実施形態では、供給流路１００から排出流路１０１を介して出口流路１０２または回収流路１０３に向かって流れるガス流れ方向を順流方向とし、回収流路１０３から排出流路１０１を介して供給流路１００に向かって流れるガス流れ方向を逆流方向としている。順流方向と逆流方向はガス流れ方向が反対になっており、順流方向の上流側が逆流方向の下流側に対応し、順流方向の下流側が逆流方向の上流側に対応している。本明細書において、単に「上流側」および「下流側」と表記した場合は、「順流方向上流側」および「順流方向下流側」を意味するものとする。
供給流路１００は、吸着部１２に供給される供給ガスが通過する。供給ガスはＣＯ2とＣＯ2以外の非ＣＯ2ガスを含有しており、例えば内燃機関の排気ガスや大気を用いることができる。
供給流路１００には、第１ガス供給部１１が設けられている。第１ガス供給部１１は、供給ガスを加圧して吸着部１２に供給する圧縮機である。第１ガス供給部１１によって供給された供給ガスは、吸着部１２に向かって順流方向に供給流路１００を流れる。
供給流路１００における第１ガス供給部１１の下流側には、吸着部１２が設けられている。吸着部１２は、供給ガスからＣＯ2を吸着して分離する装置である。吸着部１２は、供給ガスを内部に導入し、供給ガスからＣＯ2が分離された残りの非ＣＯ2ガス、あるいは供給ガスから分離されたＣＯ2を排出する。
吸着部１２の内部には、ＣＯ2を吸着可能な吸着材１２ａが設けられている。吸着材１２ａは、所定の吸着条件で供給ガスに含まれるＣＯ2を吸着し、吸着条件と異なる脱離条件で吸着したＣＯ2を脱離する。吸着部１２で脱離したＣＯ2を脱離ガスとも称する。
本実施形態の吸着材１２ａは、圧力変動によってＣＯ2の吸着および脱離を行う材料を用いており、吸着条件と脱離条件を異なる圧力としている。吸着材１２ａは、ＣＯ2分圧に応じてＣＯ2吸着量が変動し、ＣＯ2分圧が大きくなるほどＣＯ2吸着量が増大する。吸着部１２内のＣＯ2分圧を相対的に高圧にすることで、吸着材１２ａにＣＯ2を吸着させることができる。吸着部１２内のＣＯ2分圧を相対的に低圧にすることで、吸着材１２ａからＣＯ2を脱離させることができる。
本実施形態の二酸化炭素回収システムは、吸着部１２でＣＯ2の吸着が行われる吸着モードと、吸着部１２でＣＯ2の脱離が行われる脱離モードと、吸着部１２でＣＯ2の脱離準備が行われる脱離準備モードを含む複数の作動モードを有している。これらの作動モードについては、後で説明する。
本実施形態では、吸着材１２ａとして金属有機複合体（ＭＯＦ）を用いている。金属有機複合体は、金属イオンに有機配位子が配位結合した多孔質構造体である。吸着材１２ａとして用いる金属有機複合体は、ＣＯ2に対して吸着性を有していればよく、例えば［Ｃｕ（４，４´－ジヒドロキシビフェニル－３－カルボキシル）２（４，４´－ビピリジル）］n、［Ｃｕ（ＰＦ6 -）2（１，２－ビス（４－ピリジル）エタン）］n、［Ｃｕ（ＣＦ3ＳＯ3 -）2（１，３－ビス（４－ピリジル）プロパン）2］n、｛［Ｃｕ（ＰＦ6 -）（２，２－ビス（４－ピリジル））］ＰＦ6 -｝n等を挙げることができる。
吸着部１２の下流側には、排出流路１０１が接続されている。排出流路１０１は、吸着部１２から排出される非ＣＯ2ガス、あるいはＣＯ2が通過する。
排出流路１０１には、絞り弁１３が設けられている。絞り弁１３は弁開度を調整可能な可変絞り機構を備えており、流路面積を調整して吸着部１２の内部におけるガス圧力を変化させることができる。第１ガス供給部１１が供給ガスを加圧して供給している場合に、絞り弁１３の弁開度を小さくすることで、吸着部１２の内部おけるガス圧力を上昇させることができる。一方、絞り弁１３の弁開度を大きくすることで、吸着部１２の内部におけるガス圧力を低下させることができる。
排出流路１０１は、下流側で出口流路１０２および回収流路１０３に分岐する。排出流路１０１、出口流路１０２および回収流路１０３の接続点には、流路切替弁１４が設けられている。流路切替弁１４は三方弁であり、排出流路１０１と出口流路１０２が連通している状態と、排出流路１０１と回収流路１０３が連通している状態を切り替える。流路切替弁１４は、吸着モードでは排出流路１０１と出口流路１０２を連通させ、脱離準備モードおよび脱離モードでは排出流路１０１と回収流路１０３を連通させる。
出口流路１０２は大気に連通している。吸着部１２から排出された非ＣＯ2ガスは、出口流路１０２を介して大気に放出される。
回収流路１０３は貯蔵部１６に接続している。回収流路１０３には、第２ガス供給部１５が設けられている。第２ガス供給部１５は、供給部１２から排出されるＣＯ2を掃引して貯蔵部１６に供給する。吸着部１２から排出されたＣＯ2は、回収流路１０３を介して貯蔵部１６に供給される。
第２ガス供給部１５としては、ブロワもしくは圧縮機を用いることができる。貯蔵部１６は、吸着部１２で供給ガスから分離されたＣＯ2を貯蔵する装置である。本実施形態では、貯蔵部１６として高圧のＣＯ2を貯蔵する高圧タンクを用いており、第２ガス供給部１５としてＣＯ2を加圧して貯蔵部１６に供給する圧縮機を用いている。
本実施形態の第２ガス供給部１５は、供給部１２から貯蔵部１６に向かう順流方向に加え、貯蔵部１６から供給部１２に向かう逆流方向にもガスを供給することが可能となっている。逆流方向に供給されるガスを逆流ガスとも称する。
第２ガス供給部１５は、脱離モードでは、吸着部１２で脱離したＣＯ2を貯蔵部１６に向かって順流方向に供給し、脱離準備モードでは、貯蔵部１６に貯蔵されているＣＯ2を吸着部１２に向かって逆流方向に供給する。第２ガス供給部１５は、１台の装置で順流用と逆流用を兼用する構成としてもよく、２台の装置で順流用と逆流用を個別に構成してもよい。第２ガス供給部１５を順流用と逆流用の２台の装置で構成する場合には、２台の装置を並列接続させ、一方の装置の作動時に他方の装置をバイパスさせればよい。
二酸化炭素回収システム１０には、制御部５０が設けられている。制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御部５０は、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、各種制御対象機器の作動を制御する。制御部５０は、ガス供給部１１、１５、絞り弁１３、流路切替弁１４に制御信号を出力し、ガス供給部１１、１５の作動制御、絞り弁１３の開度制御、流路切替弁１４の流路切替制御の作動制御を行う。
次に、上記構成の二酸化炭素回収システム１０の作動について説明する。上述したように、本実施形態の二酸化炭素回収システム１０は、複数の作動モードを有している。これら複数の作動モードの実行および切り替えは、制御部５０の制御によって行われる。
図２に示すように、複数の作動モードは、吸着モードと、脱離モードと、脱離準備モードとを含んでいる。吸着モードは、吸着部１２が供給流路１００を介して供給される供給ガスに含まれるＣＯ2を吸着するモードである。脱離モードは、吸着部１２が吸着しているＣＯ2を脱離し、吸着部１２から脱離したＣＯ2を貯蔵部１６が貯蔵するモードである。脱離準備モードは、吸着モードが終了してから脱離モードが開始するまでの間に、吸着部１２でＣＯ2の脱離準備を行うモードである。これらの作動モードは、吸着モード、脱離準備モード、脱離モードの順で繰り返し実行される。なお、図２では、ガスが流れる流路を太線で示している。
まず、吸着モードについて説明する。吸着モードでは、第１ガス供給部１１を作動させ、供給ガスを加圧して吸着部１２に供給する。このとき、絞り弁１３の弁開度を小さくし、流路切替弁１４を出口流路１０２側に切り替え、第２ガス供給部１５を停止させる。吸着モードでは、吸着部１２におけるＣＯ2分圧を吸着材１２ａによるＣＯ2吸着が可能となる所定圧力となるようにしている。
吸着部１２では、供給ガスに含まれるＣＯ2が吸着材１２ａに吸着され、供給ガスからＣＯ2が分離される。供給ガスのうち吸着材１２ａに吸着されなかった非ＣＯ2ガスは、吸着部１２から排出され、さらに出口流路１０２を介して大気に放出される。吸着モードでは、吸着部１２でＣＯ2の吸着を継続すると、吸着材１２ａのＣＯ2吸着速度が徐々に低下する。このため、所定の吸着終了タイミングで吸着モードから脱離準備モードに移行する。
脱離準備モードでは、第２ガス供給部１５を逆流方向で作動させる。このとき、第１ガス供給部１１を停止させ、絞り弁１３の弁開度を大きくし、流路切替弁１４を回収流路１０３側に切り替える。第２ガス供給部１５は、貯蔵部１６に貯蔵されているＣＯ2を回収流路１０３および排出流路１０１を逆流させて吸着部１２に供給する。貯蔵部１６に貯蔵されているＣＯ2は、それ以前の脱離モードで予め回収されたＣＯ2である。
吸着モードから脱離準備モードに切り替わった直後は、吸着部１２における吸着材１２ａ以外の部位や排出流路１０１に非ＣＯ2ガスが残留している。脱離準備モードでは、第２ガス供給部１５によってＣＯ2が逆流ガスとして供給されることで、吸着部１２内に残留していた非ＣＯ2ガスがＣＯ2で置換される。同様に、排出流路１０１に残留していた非ＣＯ2ガスも第２ガス供給部１５によって供給されたＣＯ2で置換される。
ＣＯ2によって置換された非ＣＯ2ガスは、吸着部１２から逆流方向下流側に排出される。つまり、脱離準備モードでは、第２ガス供給部１５によるＣＯ2供給に伴って吸着部１２から非ＣＯ2ガスを含む排出ガスが排出される。
第２ガス供給部１５によって供給されるＣＯ2が非ＣＯ2ガスの置換に充分な量である場合には、非ＣＯ2ガスの置換に用いられたＣＯ2の一部が吸着部１２から逆流方向下流側に排出される。つまり、脱離準備モードにおいて、第２ガス供給部１５によるＣＯ2供給に伴って吸着部１２から排出される排出ガスには、非ＣＯ2ガスの置換に用いられたＣＯ2の一部も含まれている。
また、吸着材１２ａはＣＯ2以外の非ＣＯ2ガスも吸着していることがある。第２ガス供給部１５によってＣＯ2を吸着部１２に供給させることで、吸着材１２ａに吸着されている非ＣＯ2ガスを脱離させ、代わりにＣＯ2を吸着させることができる。
脱離準備モードでは、吸着モードで吸着材１２ａに吸着したＣＯ2を吸着材１２ａから脱離させないことが望ましい。このため、脱離準備モードでは、吸着材１２ａからのＣＯ2脱離を抑制するために、吸着部１２のＣＯ2分圧を吸着モードよりも高くすることが望ましい。
貯蔵部１６でＣＯ2による残留ガスの置換が終了する所定のタイミングで脱離準備モードから脱離モードに移行する。
脱離モードでは、第２ガス供給部１５を順流方向で作動させる。このとき、第１ガス供給部１１を停止させ、絞り弁１３の弁開度を大きくし、流路切替弁１４を出口流路１０２側に切り替える。脱離モードでは、吸着部１２におけるＣＯ2分圧を吸着モードよりも低くなるようにしている。
脱離モードでは、吸着部１２で吸着材１２ａに吸着されているＣＯ2が吸着材１２ａから脱離する。吸着材１２ａで脱離したＣＯ2は脱離ガスとして、回収流路１０３を介して貯蔵部１６に供給され、貯蔵部１６で貯蔵される。脱離モードに先立って、脱離準備モードで吸着部１２および排出流路１０１の内部がＣＯ2で置換されている。このため、脱離モードでは、吸着材１２ａから脱離したＣＯ2と、吸着部１２および排出流路１０１の内部で非ＣＯ2ガスから置換されたＣＯ2が貯蔵部１６に供給されるため、貯蔵部１６に高濃度のＣＯ2が供給される。
脱離モードを継続すると、吸着部１２のＣＯ2吸着量が減少し、吸着部１２から脱離するＣＯ2が徐々に減少する。このため、吸着部１２からのＣＯ2脱離量が所定量以下になる所定のタイミングで脱離モードから吸着モードに移行する。
以上説明した本実施形態では、吸着部１２でＣＯ2を吸着する吸着モードと、吸着部１２でＣＯ2を脱離する脱離モードの間に、貯蔵部１６で予め回収されたＣＯ2を吸着部１２に向かって逆流方向に供給する脱離準備モードを設けている。脱離準備モードでは、吸着モードの終了後に吸着部１２と排出流路１０１に残留している非ＣＯ2ガスをＣＯ2で置換することができ、脱離モードでは、高濃度のＣＯ2を回収することができる。これにより、簡素な構成で回収するＣＯ2の濃度を向上させることができる。
また、本実施形態では、脱離準備モードで吸着部１２から非ＣＯ2ガスを除去する際に吸着部１２を減圧する必要ない。このため、脱離準備モードで吸着材１２ａに吸着しているＣＯ2が脱離することを抑制することができ、ＣＯ2の回収率が低下することを抑制できる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図３に示すように、本第２実施形態の二酸化炭素回収システム１０では、供給流路１００における第１ガス供給部１１と吸着部１２との間に補助流路１０４が分岐して設けられている。補助流路１０４には補助貯蔵部１７が接続されている。
補助貯蔵部１７は、脱離準備モードにおいて、第２ガス供給部１５によるＣＯ２の供給に伴って吸着部１２から排出される排出ガスが一時的に貯蔵される。排出ガスには、ＣＯ2で置換された非ＣＯ2ガスと、非ＣＯ2ガスの置換に用いられたＣＯ2の一部が含まれている。
供給流路１００と補助流路１０４との接続点には、補助流路切替弁１８が設けられている。補助流路切替弁１８は、吸着モード、脱離準備モード、脱離モードのそれぞれで、第１ガス供給部１１、吸着部１２および補助貯蔵部１７の連通状態を切り替える。補助流路切替弁１８による流路切替は、制御部５０の制御によって行われる。
次に、本第２実施形態の二酸化炭素回収システムの作動について図４を用いて説明する。本第２実施形態の吸着モード、脱離準備モード、脱離モードにおいて、第１ガス供給部１１、絞り弁１３、流路切替弁１４、第２ガス供給部１５の作動は、上記第１実施形態と同一となっている。
まず、吸着モードについて説明する。吸着モードでは、補助流路切替弁１８は、第１ガス供給部１１、吸着部１２および補助貯蔵部１７を連通させている。
吸着モードでは、第１ガス供給部１１によって供給ガスが吸着部１２に供給される。吸着モード開始時には、それ以前の脱離準備モードにおいて、予め補助貯蔵部１７に非ＣＯ2ガスとＣＯ2を含んだ排出ガスが貯蔵されている。このため、吸着モードでは、補助流路１０４を介して補助貯蔵部１７に貯蔵されている排出ガスが供給流路１００の供給ガスに合流して、吸着部１２に供給される。吸着モードでは、第１ガス供給部１１から供給された供給ガスに含まれるＣＯ2に加え、補助貯蔵部１７から供給された排出ガスに含まれるＣＯ2も吸着部１２で吸着される。
次に、脱離吸着モードについて説明する。脱離準備モードでは、補助流路切替弁１８は、吸着部１２および補助貯蔵部１７を連通させている。脱離準備モードでは、第２ガス供給部１５によって貯蔵部１６に貯蔵されているＣＯ2が逆流方向に供給される。ＣＯ2によって置換された非ＣＯ2ガスと、置換に用いられたＣＯ2の一部は、吸着部１２から排出ガスとして排出される。吸着部１２から排出された排出ガスは、補助流路１０４を介して補助貯蔵部１７に供給され、補助貯蔵部１７で貯蔵される。
本第２実施形態の脱離モードは、上記第１実施形態と同一であるので説明を省略する。
以上説明した本第２実施形態では、脱離準備モードで第２ガス供給部１５によるＣＯ2供給に伴って吸着部１２から排出される排出ガスを貯蔵し、貯蔵した排出ガスを吸着モードで吸着部１２に供給する補助貯蔵部１７を設けている。これにより、脱離準備モードで非ＣＯ2ガスの置換に用いられたＣＯ2の一部を、吸着モードで吸着部１２によって再度吸着させることができ、ＣＯ2の回収率を向上させることができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本第３実施形態では、上記第１、第２実施形態の吸着部１２、絞り弁１３、流路切替弁１４を、それぞれ第１吸着部１２、第１絞り弁１３、第１流路切替弁１４としている。
図５に示すように、本第３実施形態の供給流路１００は、第１供給流路１００ａ、第２供給流路１００ｂおよび第３供給流路１００ｃを含んでいる。第１供給流路１００ａは、下流側で第２供給流路１００ｂおよび第３供給流路１００ｃに分岐している。第２供給流路１００ｂおよび第３供給流路１００ｃは、並列的に設けられている。第１供給流路１００ａは、第２供給流路１００ｂおよび第３供給流路１００ｃのいずれかと連通する。
第１供給流路１００ａには、第１ガス供給部１１が設けられている。本第３実施形態では、複数の吸着部１２、１９が設けられている。第１吸着部１２は第２供給流路１００ｂに設けられており、第２吸着部１９は第３供給流路１００ｃに設けられている。これらの吸着部１２、１９は同一の構成を備えており、それぞれ吸着材１２ａ、１９ａが設けられている。
第１吸着部１２と第２吸着部１９は、並列して配置されている。第１吸着部１２が吸着モードで作動している場合には、第２吸着部１９が脱離準備モードと脱離モードで作動する。第２吸着部１９が吸着モードで作動している場合には、第１吸着部１２が脱離準備モードと脱離モードで作動する。
本第３実施形態の排出流路１０１は、第１排出流路１０１ａおよび第２排出流路１０１ｂを含んでいる。第１排出流路１０１ａは第１吸着部１２に接続されており、第２排出流路１０１ｂは第２吸着部１９に接続されている。
第１排出流路１０１ａには、第１絞り弁１３が設けられている。第２排出流路１０１ｂには、第２絞り弁２０が設けられている。これらの絞り弁１３、２０は同一の構成を備えており、それぞれ弁開度を調整可能な可変絞り機構を備えており、吸着部１２、１９の内部におけるガス圧力を変化させることができる。なお、絞り弁１３、２０は、吸着部１２、１９の内部におけるＣＯ2分圧を調整する圧力調整部の一部である。
第１排出流路１０１ａおよび第２排出流路１０１ｂは、それぞれ下流側において、出口流路１０２および回収流路１０３と接続している。第１排出流路１０１ａおよび第２排出流路１０１ｂは、それぞれ出口流路１０２および回収流路１０３のいずれかと連通する。第１排出流路１０１ａが出口流路１０２と連通している場合は、第２排出流路１０１ｂは回収流路１０３と連通し、第１排出流路１０１ａが回収流路１０３と連通している場合は、第２排出流路１０１ｂは出口流路１０２と連通している。
第１排出流路１０１ａ、出口流路１０２および回収流路１０３の接続点には、第１流路切替弁１４が設けられている。第１流路切替弁１４は、第１排出流路１０１ａと出口流路１０２が連通した状態と、第１排出流路１０１ａと回収流路１０３が連通した状態を切り替える。
第２排出流路１０１ｂ、出口流路１０２および回収流路１０３の接続点には、第２流路切替弁２１が設けられている。第２流路切替弁２１は、第２排出流路１０１ｂと出口流路１０２が連通した状態と、第２排出流路１０１ｂと回収流路１０３が連通した状態を切り替える。
第１供給流路１００ａ、第２供給流路１００ｂおよび第３供給流路１００ｃの接続点には、第３流路切替弁２２が設けられている。第３流路切替弁２２は、第１供給流路１００ａと第２供給流路１００ｂが連通した状態と、第１供給流路１００ａと第３供給流路１００ｃが連通した状態を切り替える。
第１供給流路１００ａと第２供給流路１００ｂには、第１ガス供給部１１をバイパスする第１バイパス流路１０５が設けられている。第１バイパス流路１０５は、第１供給流路１００ａにおける第１ガス供給部１１の上流側と、第２供給流路１００ｂを接続している。
第１供給流路１００ａと第３供給流路１００ｃには、第１ガス供給部１１をバイパスする第２バイパス流路１０６が設けられている。第２バイパス流路１０６は、第１供給流路１００ａにおける第１ガス供給部１１の上流側と、第３供給流路１００ｃを接続している。
第１供給流路１００ａ、第１バイパス流路１０５および第２バイパス流路１０６との接続点には、第４流路切替弁２３が設けられている。第４流路切替弁２３は、第１供給流路１００ａと第１バイパス流路１０５の接続状態、第１供給流路１００ａと第２バイパス流路１０６の接続状態のそれぞれを切り替える。
第２供給流路１００ｂと第１バイパス流路１０５との接続点には、第５流路切替弁２４が設けられている。第５流路切替弁２４は、第２供給流路１００ｂにおける第５流路切替弁２４の上流側および下流側が連通した状態と、第２供給流路１００ｂにおける第５流路切替弁２４の下流側と第１バイパス流路１０５が連通した状態を切り替える。
第３供給流路１００ｃと第２バイパス流路１０６との接続点には、第６流路切替弁２５が設けられている。第６流路切替弁２５は、第３供給流路１００ｃにおける第６流路切替弁２５の上流側および下流側が連通した状態と、第３供給流路１００ｃにおける第６流路切替弁２５の下流側と第２バイパス流路１０６が連通した状態を切り替える。
第１吸着部１２が脱離準備モードで作動している場合には、第１吸着部１２から排出された排出ガスが第１バイパス流路１０５に流れる。第２吸着部１９が脱離準備モードで作動している場合には、第２吸着部１９から排出された排出ガスが第２バイパス流路１０６に流れる。
第１バイパス流路１０５には、第１吸着部１２から排出された排出ガスのＣＯ2濃度を検出する第１ガス濃度センサ２６が設けられている。第２バイパス流路１０６には、第２吸着部１９から排出された排出ガスのＣＯ2濃度を検出する第２ガス濃度センサ２７が設けられている。
図６に示すように、本第３実施形態の制御部５０は、ガス濃度センサ２６、２７からセンサ信号が入力する。さらに、本第３実施形態の制御部５０は、ガス供給部１１、１５、絞り弁１３、２０、流路切替弁１４、２１、２２、２３、２４、２５に制御信号を出力する。制御部５０は、ガス濃度センサ２６、２７のセンサ値に基づいて、脱離準備モードから脱離モードへの移行処理を行う。
次に、本第３実施形態の二酸化炭素回収システム１０の作動を説明する。二酸化炭素回収システム１０の作動は、制御部５０の制御によって実行される。
まず、第１吸着部１２が吸着モードで作動し、第２吸着部１９が脱離準備モードおよび脱離モードで作動する場合について、図７、図８を用いて説明する。
図７では、第１吸着部１２を通過するガス流れを実線の太線で示し、第２吸着部１９を通過するガス流れを一点鎖線の太線で示している。図７の上段は、第１吸着部１２が吸着モード、第２吸着部１９が脱離準備モードの場合を示している。図７の下段は、第１吸着部１２が吸着モード、第２吸着部１９が脱離モードの場合を示している。
図８のフローチャートに示すように、まず、Ｓ１０の処理で流路切替弁１４、２１、２２、２３、２４、２５による流路切り替えを行う。第１流路切替弁１４は、第１排出流路１０１ａと出口流路１０２を連通させる。第２流路切替弁２１は、第２排出流路１０１ｂと回収流路１０３を連通させる。第３流路切替弁２２は、第１供給流路１００ａと第２供給流路１００ｂを連通させる。第４流路切替弁２３は、第２バイパス流路１０６と第１供給流路１００ａを連通させる。第５流路切替弁２４は、第２供給流路１００ｂにおける第５流路切替弁２４の上流側および下流側を連通させる。第６流路切替弁２５は、第３供給流路１００ｃにおける第６流路切替弁２５の下流側と第２バイパス流路１０６を連通させる。
次に、Ｓ１１の処理で絞り弁１３、２０の開度調整を行う。第１絞り弁１３の弁開度を小さくし、第２絞り弁２０の弁開度を大きくする。
次に、Ｓ１２の処理で第１ガス供給部１１を作動開始させ、Ｓ１３の処理で第２ガス供給部１５を逆流方向に作動開始させる。
第１ガス供給部１１を作動させることによって、供給ガスが第１供給流路１００ａおよび第２供給流路１００ｂを介して第１吸着部１２に供給される。第１吸着部１２では、供給ガスに含まれるＣＯ2の吸着が行われ、供給ガスのうち第１吸着部１２で吸着されなかった非ＣＯ2ガスは第１排出流路１０１ａおよび出口流路１０２を介して大気に放出される。
第２ガス供給部１５を逆流方向に作動させることによって、貯蔵部１６に貯蔵されているＣＯ2が、回収流路１０３および第２排出流路１０１ｂを介して第２吸着部１９に供給される。第２吸着部１９および第２排出流路１０１ｂに存在している非ＣＯ2ガスは、ＣＯ2で置換される。第２吸着部１９から、ＣＯ2で置換された非ＣＯ2ガスと、非ＣＯ2ガスの置換に用いられたＣＯ2の一部を含む排出ガスが排出される。
第２吸着部１９から排出された排出ガスは、第２バイパス流路１０６を介して第１供給流路１００ａに流れ込み、供給ガスに合流する。排出ガスは供給ガスとともに第１吸着部１２に供給され、排出ガスに含まれるＣＯ2は第１吸着部１２で吸着される。
次に、Ｓ１４の処理で第２ガス濃度センサ２７によって第２吸着部１９から排出された排出ガスのＣＯ2濃度を検出し、Ｓ１５の処理でＣＯ2濃度が所定濃度以上になったか否かを判定する。
第２吸着部１９で脱離準備モードを開始した直後は、第２吸着部１９から排出された排出ガスの非ＣＯ2ガス濃度が高くなっている。脱離準備モードを継続するとＣＯ2による非ＣＯ2ガスの置換が進行するため、第２吸着部１９から排出された排出ガスはＣＯ2ガス濃度が徐々に上昇する。本第３実施形態では、第２ガス濃度センサ２７で検出したＣＯ2濃度が所定濃度を上回った場合に、第２吸着部１９の非ＣＯ2ガスがＣＯ2で充分に置換され、脱離準備モードから脱離モードに切り替えるタイミングが到来したと判断している。
Ｓ１５の処理でＣＯ2濃度が所定濃度以上になっていないと判定された場合には、Ｓ１４の処理に戻る。一方、Ｓ１５の処理でＣＯ2濃度が所定濃度以上になったと判定された場合には、Ｓ１６の処理で第２ガス供給部１５を順流方向で作動させる。これにより、第２吸着部１９が脱離準備モードから脱離モードに移行し、二酸化炭素回収システム１０は図７の上段に示す状態から下段に示す状態に移行する。
第２吸着部１９は脱離モードに移行することで、吸着していたＣＯ2を脱離する。第２吸着部１９で脱離されたＣＯ2は、脱離ガスとして回収流路１０３を介して貯蔵部１６に供給され、貯蔵部１６で貯蔵される。
次に、第１吸着部１２が脱離準備モードおよび脱離モードで作動し、第２吸着部１９が吸着モードで作動する場合について図９を用いて説明する。図９では、第１吸着部１２を通過するガス流れを一点鎖線の太線で示し、第２吸着部１９を通過するガス流れを実線の太線で示している。図９の上段は、第１吸着部１２が脱離準備モード、第２吸着部１９が吸着モードの場合を示している。図９の下段は、第１吸着部１２が脱離モード、第２吸着部１９が吸着モードの場合を示している。第１吸着部１２が脱離準備モードおよび脱離モードで作動し、第２吸着部１９が吸着モードで作動する場合も、図８のフローチャートにしたがって制御処理が行われる。
まず、Ｓ１０の処理で流路切替弁１４、２１、２２、２３、２４、２５による流路切り替えを行う。第１流路切替弁１４は、第１排出流路１０１ａと回収流路１０３を連通させる。第２流路切替弁２１は、第２排出流路１０１ｂと出口流路１０２を連通させる。第３流路切替弁２２は、第１供給流路１００ａと第３供給流路１００ｃを連通させる。第４流路切替弁２３は、第１バイパス流路１０５と第１供給流路１００ａを連通させる。第５流路切替弁２４は、第２供給流路１００ｂにおける第５流路切替弁２４の下流側と第１バイパス流路１０５を連通させる。第６流路切替弁２５は、第３供給流路１００ｃにおける第６流路切替弁２５の上流側と下流側を連通させる。
次に、Ｓ１１の処理で絞り弁１３、２０の開度調整を行う。第１絞り弁１３の弁開度を大きくし、第２絞り弁２０の弁開度を小さくする。
次に、Ｓ１２の処理で第１ガス供給部１１を作動開始させ、Ｓ１３の処理で第２ガス供給部１５を逆流方向に作動開始させる。
第１ガス供給部１１を作動させることによって、供給ガスが加圧され、第１供給流路１００ａおよび第３供給流路１００ｃを介して第２吸着部１９に供給される。第２吸着部１９では、供給ガスに含まれるＣＯ2の吸着が行われ、供給ガスのうち第２吸着部１９で吸着されなかった非ＣＯ2ガスは第２排出流路１０１ｂおよび出口流路１０２を介して大気に放出される。
第２ガス供給部１５を逆流方向に作動させることによって、貯蔵部１６に貯蔵されているＣＯ2が逆流ガスとして、回収流路１０３および第１排出流路１０１ａを介して第１吸着部１２に供給される。第１吸着部１２および第１排出流路１０１ａに存在している非ＣＯ2ガスはＣＯ2で置換される。第１吸着部１２からＣＯ2で置換された非ＣＯ2ガスと、非ＣＯ2ガスの置換に用いられたＣＯ2の一部を含む排出ガスが排出される。
第１吸着部１２から排出された排出ガスは、第１バイパス流路１０５を介して第１供給流路１００ａに流れ込み、供給ガスに合流する。排出ガスは供給ガスとともに第２吸着部１９に供給され、排出ガスに含まれるＣＯ2は第２吸着部１９で吸着される。
次に、Ｓ１４の処理で第１ガス濃度センサ２６によって第１吸着部１２から排出された排出ガスのＣＯ2濃度を検出し、Ｓ１５の処理でＣＯ2濃度が所定濃度以上になったか否かを判定する。
Ｓ１５の判定処理でＣＯ2濃度が所定濃度以上になったと判定された場合には、Ｓ１６の処理で第２ガス供給部１５を順流方向に作動させる。これにより、第１吸着部１２が脱離準備モードから脱離モードに移行し、二酸化炭素回収システム１０は図９の上段に示す状態から下段に示す状態に移行する。第１吸着部１２は脱離モードに移行することで、吸着していたＣＯ2を脱離する。第１吸着部１２で脱離されたＣＯ2は、脱離ガスとして第１排出流路１０１ａおよび回収流路１０３を介して貯蔵部１６に供給され、貯蔵部１６で貯蔵される。
ここで、第１吸着部１２と第２吸着部１９におけるガス流量の経時的変化について図１０を用いて説明する。図１０では、第１吸着部１２のガス流量を実線で示し、第２吸着部１９のガス流量を一点鎖線で示している。図１０では、順流方向のガス流れはガス流量がプラスになっており、逆流方向のガス流れはガス流量がマイナスとなっている。
まず、第１吸着部１２が吸着モードで作動し、第２吸着部１９が脱離準備モードで作動する状態では、第２吸着部１９では逆流ガスが流れ、第１吸着部１２では供給ガスと第２吸着部１９から供給された逆流ガスが流れる。
第２吸着部１９が脱離準備モードから脱離モードに移行すると、第１ガス供給部１１では供給ガスのみが流れ、第２吸着部１９では脱離ガスが順流方向に流れる。
次に、第１吸着部１２が脱離準備モードで作動し、第２吸着部１９が吸着モードで作動する状態では、第１吸着部１２では逆流ガスが流れ、第２吸着部１９では供給ガスと第１吸着部１２から供給された逆流ガスが流れる。
第１吸着部１２が脱離準備モードから脱離モードに移行すると、第２吸着部１９では供給ガスのみが流れ、第１吸着部１２では脱離ガスが順流方向に流れる。
図１０に示すように、第１吸着部１２および第２吸着部１９では、それぞれ脱離準備モードの実行時間よりも脱離モードの実行時間の方が長くなっている。このため、第１吸着部１２および第２吸着部１９からＣＯ2が脱離する時間を充分に確保することができる。
以上説明した本第３実施形態では、複数の吸着部１２、１９を設け、特定の吸着部１２、１９が吸着モードで作動している場合に、他の吸着部１２、１９が脱離準備モードおよび脱離モードで作動するようにしている。これにより、複数の吸着部１２、１９によって交互にＣＯ2の吸着とＣＯ2の脱離を行うことができ、システム全体としてＣＯ2の吸着とＣＯ2の脱離を連続的に行うことができる。この結果、本第３実施形態の二酸化炭素回収システムでは、ＣＯ2の回収を連続的に行うことができる。
また、本第３実施形態では、第２ガス供給部１５によるＣＯ2供給に伴って脱離準備モードの吸着部１２、１９から排出される排出ガスを吸着モードの吸着部１２、１９に供給している。これにより、脱離準備モードで作動している吸着部１２、１９から排出された排出ガスに含まれるＣＯ2を吸着モードで作動している吸着部１２、１９で吸着させることができる。この結果、非ＣＯ2ガスの置換に用いられたＣＯ2を有効利用することができ、ＣＯ2の回収率を向上させることができる。
また、本第３実施形態では、脱離準備モードで作動中の吸着部１２、１９から排出される排出ガスのＣＯ2濃度が所定濃度以上になった場合に、脱離準備モードから脱離モードに移行するようにしている。これにより、所定濃度以下のＣＯ2を回収することを回避でき、回収するＣＯ2の濃度を高めることができる。
また、本第３実施形態の吸着部１２、１９では、脱離準備モードの実行時間よりも脱離モードの実行時間を長くしている。これにより、吸着部１２、１９からＣＯ2が脱離する時間を充分に確保することができる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本第４実施形態では、図５で示したガス濃度センサ２６、２７が、脱離準備モードで吸着部１２、１９から排出された排出ガスの非ＣＯ2ガス濃度を検出する点が上記第３実施形態と異なっている。
本第４実施形態の二酸化炭素回収システム１０において、第１吸着部１２が吸着モードで作動し、第２吸着部１９が脱離準備モードおよび脱離モードで作動する場合について、図１１のフローチャートを用いて説明する。図１１に示す制御処理において、Ｓ２０～Ｓ２３、Ｓ２６の各処理は、上記第３実施形態のＳ１０～Ｓ１３、Ｓ１６の各処理と同一であるので説明を省略する。
図１１に示すように、本第４実施形態では、第２ガス供給部１５を逆流方向で作動開始した後、Ｓ２４の処理で第１ガス濃度センサ２６によって第１吸着部１２から排出された排出ガスの非ＣＯ2ガス濃度を検出する。そして、Ｓ２５の処理で非ＣＯ2ガス濃度が所定濃度以下になったか否かを判定する。
Ｓ２５の判定処理で非ＣＯ2ガス濃度が所定濃度以下になったと判定された場合には、Ｓ２６の処理で第２ガス供給部１５を順流方向に作動させる。これにより、第１吸着部１２が脱離準備モードから脱離モードに移行する。第１吸着部１２は脱離モードに移行することで、吸着していたＣＯ2を脱離する。第１吸着部１２で脱離されたＣＯ2は、脱離ガスとして第１排出流路１０１ａおよび回収流路１０３を介して貯蔵部１６に供給され、貯蔵部１６で貯蔵される。
以上説明した本第４実施形態によれば、脱離準備モードで作動中の吸着部１２、１９から排出される排出ガスの非ＣＯ2ガス濃度が所定濃度以上になった場合に、脱離準備モードから脱離モードに移行するようにしている。これにより、所定濃度以下のＣＯ2を回収することを回避でき、回収するＣＯ2の濃度を高めることができる。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本第５実施形態の二酸化炭素回収システムでは、図５で示したガス濃度センサ２６、２７が設けられていない点が上記第３実施形態と異なっている。
本第５実施形態の二酸化炭素回収システム１０において、第１吸着部１２が吸着モードで作動し、第２吸着部１９が脱離準備モードおよび脱離モードで作動する場合について、図１２のフローチャートを用いて説明する。図１２に示す制御処理において、Ｓ３０～Ｓ３３、Ｓ３６の各処理は、上記第３実施形態のＳ１０～Ｓ１３、Ｓ１６の各処理と同一であるので説明を省略する。
図１２に示すように、本第５実施形態では、第２ガス供給部１５を逆流方向で作動開始した後、Ｓ３５の処理で脱離準備モードが開始してからの経過時間が所定時間に到達したか否かを判定する。「所定時間」は、吸着部１２、１９および排出流路１０１ａ、１０１ｂの非ＣＯ2ガスがＣＯ2で置換されるのに必要な時間として、予め設定しておけばよい。
Ｓ３５の判定処理で脱離準備モードが開始してからの経過時間が所定時間に到達したと判定された場合には、Ｓ３６の処理で第２ガス供給部１５を順流方向に作動させる。これにより、第１吸着部１２が脱離準備モードから脱離モードに移行する。第１吸着部１２は脱離モードに移行することで、吸着していたＣＯ2を脱離する。第１吸着部１２で脱離されたＣＯ2は、脱離ガスとして第１排出流路１０１ａおよび回収流路１０３を介して貯蔵部１６に供給され、貯蔵部１６で貯蔵される。
以上説明した本第５実施形態では、脱離準備モードが開始してからの経過時間が所定時間に到達した場合に、脱離準備モードから脱離モードに移行するようにしている。これにより、所定濃度以下のＣＯ2を回収することを回避でき、回収するＣＯ2の濃度を高めることができる。
また、本第５実施形態では、脱離モードを開始してからの経過時間に基づいて脱離準備モードから脱離モードに移行するようにしている。このため、ガス濃度センサ２６、２７を設ける必要がなく、構成を簡素化することができる。
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図１３に示すように、本第６実施形態の二酸化炭素回収システムでは、第１供給流路１００ａにおける第４流路切替弁２３の上流側に逆止弁２８が設けられている。逆止弁２８は、吸着部１２、１９から排出される排出ガスがバイパス流路１０５、１０６を介して供給ガスに合流する合流点よりも上流側に設けられている。本第６実施形態の二酸化炭素回収システムは、逆止弁２８を除いて上記第３実施形態と同一の構成を備えている。
逆止弁２８は、供給ガスの流れ方向に流れるガスを通過させ、供給ガスの流れ方向の反対方向に流れるガスを通過させない。このため、第４流路切替弁２３が第１バイパス流路１０５および第１供給流路１００ａを連通させている場合に、第１バイパス流路１０５から第１供給流路１００ａに合流する排出ガスが供給ガスの流れ方向の反対方向に流れることを防止できる。同様に、第４流路切替弁２３が第２バイパス流路１０６および第１供給流路１００ａを連通させている場合に、第２バイパス流路１０６から第１供給流路１００ａに合流する排出ガスが供給ガスの流れ方向の反対方向に流れることを防止できる。
以上説明した本第６実施形態では、第１供給流路１００ａにおける第４流路切替弁２３の上流側に逆止弁２８が設けられている。これにより、第１バイパス流路１０５および第２バイパス流路１０６から第１供給流路１００ａに合流する排出ガスを確実に吸着部１２、１９に供給することができ、排出ガスに含まれるＣＯ2を吸着部１２、１９で吸着させることができる。この結果、ＣＯ2の回収率を向上させることができる。
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図１４に示すように、本第７実施形態の二酸化炭素回収システムは、吸着部１２、１９における排出ガスの流れ方向下流側に絞り弁２９、３０が設けられている。排出ガスの流れ方向下流側は、逆流方向下流側である。本第７実施形態の二酸化炭素回収システムは、絞り弁２９、３０を除いて上記第３実施形態と同一の構成を備えている。なお、絞り弁２９、３０は、吸着部１２、１９の内部におけるＣＯ2分圧を調整する圧力調整部の一部である。
第１吸着部１２の排出ガスの流れ方向下流側には、第３絞り弁２９が設けられている。第３絞り弁２９は、第２供給流路１００ｂにおける第５流路切替弁２４と第１吸着部１２の間に設けられている。第３絞り弁２９は、第１吸着部１２の排出ガスの流れ方向下流側のガス流路に設けられていればよく、第１バイパス流路１０５に設けられていてもよい。
第２吸着部１９の排出ガスの流れ方向下流側には、第４絞り弁３０が設けられている。第４絞り弁３０は、第３供給流路１００ｃにおける第６流路切替弁２５と第２吸着部１９の間に設けられている。第４絞り弁３０は、第２吸着部１９の排出ガスの流れ方向下流側のガス流路に設けられていればよく、第２バイパス流路１０６に設けられていてもよい。
第３絞り弁２９は、第２ガス供給部１５によって第１吸着部１２にＣＯ２が供給される場合に弁開度を小さくし、第１ガス供給部１１によって第１吸着部１２に供給ガスが供給される場合に弁開度を大きくする。第４絞り弁３０は、第２ガス供給部１５によって第２吸着部１９にＣＯ２が供給される場合に弁開度を小さくし、第１ガス供給部１１によって第２吸着部１９に供給ガスが供給される場合に弁開度を大きくする。
以上説明した本第７実施形態によれば、脱離準備モードで第２ガス供給部１５によってＣＯ2が吸着部１２、１９に供給される際に絞り弁２９、３０の弁開度を小さくしている。これにより、脱離準備モードで吸着部１２、１９の非ＣＯ2ガスをＣＯ2で置換する際に、吸着部１２、１９内部のＣＯ2分圧を上昇させることができる。この結果、脱離準備モードで吸着部１２、１９からＣＯ2が脱離することを抑制でき、ＣＯ2の回収率を向上させることができる。
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
例えば、上記各実施形態では、ＣＯ2分圧差によってＣＯ2の吸着および脱離を行う吸着部１２、１９を用いた例について説明したが、異なる種類の吸着部を用いてもよい。例えば、温度差によってＣＯ2の吸着および脱離を行う吸着部を用いてもよく、あるいは電極間に印加する電圧差によってＣＯ2の吸着および脱離を行う電気化学セルからなる吸着部を用いてもよい。
また、上記第６実施形態では、複数の吸着部１２、１９で交互に吸着モードが実行される構成において、第１供給流路１００ａに逆止弁２８を設けたが、１つの吸着部１２が設けられた上記第２実施形態の構成においても逆止弁２８を設けてもよい。この場合、供給流路１００において、補助流路切替弁１８を介して排出ガスが合流する合流点よりも供給ガスの流れ方向上流側に逆止弁を設ければよい。これにより、脱離準備モードでは、吸着部１２から排出された排出ガスを確実に補助貯蔵部１７に供給することができ、吸着モードでは、補助貯蔵部１７に貯蔵された排出ガスを確実に吸着部１２に供給することができる。この結果、ＣＯ2の回収率を向上させることができる。
また、上記第７実施形態では、複数の吸着部１２、１９が設けられている構成において、吸着部１２、１９における供給ガスの流れ方向上流側に絞り弁２９、３０を設けたが、１つの吸着部１２が設けられている構成において、吸着部１２における供給ガスの流れ方向上流側に絞り弁を設けてもよい。
また、上記第３実施形態では、複数の吸着部１２、１９が設けられた構成において、ＣＯ2濃度に基づいて脱離モードに移行するようにしたが、１つの吸着部１２が設けられた構成においても、ＣＯ2濃度に基づいて脱離モードに移行するようにしてもよい。
また、上記第４実施形態では、複数の吸着部１２、１９が設けられた構成において、非ＣＯ2ガス濃度に基づいて脱離モードに移行するようにしたが、１つの吸着部１２が設けられた構成においても、非ＣＯ2ガス濃度に基づいて脱離モードに移行するようにしてもよい。
また、上記第５実施形態では、複数の吸着部１２、１９が設けられた構成において、脱離準備モード開始後の経過時間に基づいて脱離モードに移行するようにしたが、１つの吸着部１２が設けられた構成においても、脱離準備モード開始後の経過時間に基づいて脱離モードに移行するようにしてもよい。
また、上記第３～第７実施形態では、２つの吸着部１２、１９を設けた二酸化炭素回収システムについて説明したが、吸着部を３つ以上設けてもよい。例えば、３つの吸着部を設ける場合には、１つの吸着部を吸着モードで作動させ、２つの吸着部を脱離準備モードと脱離モードで作動させるようにすることができる。
また、上記第３実施形態では、脱離準備モードの吸着部１２、１９から排出された排出ガスを吸着モードの吸着部１２、１９に供給するようにしたが、排出ガスを吸着モードの吸着部１２、１９に供給することなく大気に排出するようにしてもよい。この場合、排出ガスが通過するガス流路に大気に連通する大気開放弁を設ければよい。
１１、１５…ガス供給部（圧力調整部）、１２、１９…吸着部、１３、２０、２９、３０…絞り弁（圧力調整部）、１６…貯蔵部、１７…補助貯蔵部、２６、２７…ガス濃度センサ、２８…逆止弁、５０…制御部、１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ…供給流路

Claims (9)

  1. ＣＯ２とＣＯ２以外の非ＣＯ２ガスを含有する供給ガスからＣＯ２を分離して回収する二酸化炭素回収システムであって、
    ＣＯ２を吸着および脱離する吸着部（１２、１９）と、
    前記供給ガスが通過する供給流路（１００）と、
    前記吸着部で脱離したＣＯ２を貯蔵する貯蔵部（１６）と、
    前記貯蔵部に貯蔵されているＣＯ２を前記吸着部に供給するガス供給部（１５）と、
    前記供給流路に設けられた絞り弁（２９、３０）と、
    を備え、
    前記吸着部が前記供給流路を介して供給される前記供給ガスに含まれるＣＯ２を吸着する吸着モードと、
    前記吸着部が吸着しているＣＯ２を脱離し、前記吸着部から脱離したＣＯ２を前記貯蔵部が貯蔵する脱離モードと、
    前記吸着モードが終了してから前記脱離モードが開始するまでの間に、前記ガス供給部が前記貯蔵部に貯蔵されているＣＯ２を前記吸着部に供給する脱離準備モードと、
    を有しており、
    前記絞り弁は、前記脱離準備モードで前記貯蔵部に貯蔵されているＣＯ ２ を前記吸着部に供給する際のガス流れ方向において、前記吸着部の下流側に位置しており、
    前記絞り弁は、前記脱離準備モードにおいて、前記吸着モードよりも弁開度を小さくする二酸化炭素回収システム。
  2. 前記吸着部は、内部のＣＯ２分圧の変動に応じてＣＯ２の吸着および脱離が行われるようになっており、
    前記吸着部内のＣＯ２分圧を調整する圧力調整部（１１、１３、１５、２０、２９、３０）を備え、
    前記圧力調整部は、前記吸着モードでは、前記吸着部でＣＯ２を吸着させるために、前記吸着部内のＣＯ２分圧を所定圧力とし、前記脱離モードでは、前記吸着部でＣＯ２を脱離させるために、前記吸着部内のＣＯ２分圧を前記吸着モードよりも低くする請求項１に記載の二酸化炭素回収システム。
  3. 前記脱離準備モードで前記ガス供給部によるＣＯ２の供給に伴って前記吸着部から排出される排出ガスを貯蔵する補助貯蔵部（１７）を備え、
    前記補助貯蔵部に貯蔵された前記排出ガスは、前記吸着モードで前記供給ガスに合流して前記吸着部に供給される請求項１または２に記載の二酸化炭素回収システム。
  4. 前記吸着部は複数設けられており、
    特定の前記吸着部が前記吸着モードで作動している場合に、他の前記吸着部は前記脱離準備モードおよび前記脱離モードで作動し、
    前記脱離準備モードで作動している前記吸着部から前記ガス供給部によるＣＯ２の供給に伴って排出される排出ガスが、前記供給ガスに合流して前記吸着モードで作動している前記吸着部に供給される請求項１または２に記載の二酸化炭素回収システム。
  5. 前記供給流路において、前記供給ガスに前記排出ガスが合流する合流点よりも前記供給ガスの流れ方向上流側に設けられた逆止弁（２８）を備え、
    前記逆止弁は、前記供給ガスの流れ方向に流れるガスを通過させ、前記供給ガスの流れ方向の反対方向に流れるガスを通過させない請求項３または４に記載の二酸化炭素回収システム。
  6. 前記脱離準備モードで、前記ガス供給部によるＣＯ２の供給に伴って前記吸着部から排出される排出ガスのＣＯ２濃度を検出するガス濃度センサ（２６、２７）を備え、
    前記脱離準備モードにおいて、前記ガス濃度センサで検出されたＣＯ２濃度が所定濃度以上になった場合に、前記脱離モードに移行する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の二酸化炭素回収システム。
  7. 前記脱離準備モードで、前記ガス供給部によるＣＯ２の供給に伴って前記吸着部から排出される排出ガスの非ＣＯ２ガス濃度を検出するガス濃度センサ（２６、２７）を備え、
    前記脱離準備モードにおいて、前記ガス濃度センサで検出された非ＣＯ２ガス濃度が所定濃度以下になった場合に、前記脱離モードに移行する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の二酸化炭素回収システム。
  8. 前記脱離準備モードが開始してからの経過時間が所定時間に到達した場合に、前記脱離モードに移行する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の二酸化炭素回収システム。
  9. 前記脱離モードの実行時間は、前記脱離準備モードの実行時間よりも長くなっている請求項１ないし８のいずれか１つに記載の二酸化炭素回収システム。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008174407A (ja) 2007-01-17 2008-07-31 Nippon Steel Corp Ｃｏ２回収方法及びｃｏ２回収装置
JP2009269805A (ja) 2008-05-09 2009-11-19 Nippon Steel Corp 炭酸ガス回収方法およびその装置
JP2020163247A (ja) 2019-03-28 2020-10-08 株式会社豊田中央研究所 二酸化炭素回収装置、炭化水素製造装置、および、二酸化炭素回収方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4784672A (en) * 1987-10-08 1988-11-15 Air Products And Chemicals, Inc. Regeneration of adsorbents
JP6575050B2 (ja) 2014-08-12 2019-09-18 株式会社Ihi 二酸化炭素の回収方法及び回収装置
EP3449996A1 (en) * 2017-08-28 2019-03-06 Casale Sa A temperature-swing adsorption process

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008174407A (ja) 2007-01-17 2008-07-31 Nippon Steel Corp Ｃｏ２回収方法及びｃｏ２回収装置
JP2009269805A (ja) 2008-05-09 2009-11-19 Nippon Steel Corp 炭酸ガス回収方法およびその装置
JP2020163247A (ja) 2019-03-28 2020-10-08 株式会社豊田中央研究所 二酸化炭素回収装置、炭化水素製造装置、および、二酸化炭素回収方法

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