JP7487590B2 - Carbon dioxide capture device and carbon dioxide capture method - Google Patents

Carbon dioxide capture device and carbon dioxide capture method Download PDF

Info

Publication number
JP7487590B2
JP7487590B2 JP2020119417A JP2020119417A JP7487590B2 JP 7487590 B2 JP7487590 B2 JP 7487590B2 JP 2020119417 A JP2020119417 A JP 2020119417A JP 2020119417 A JP2020119417 A JP 2020119417A JP 7487590 B2 JP7487590 B2 JP 7487590B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon dioxide
methane
hydrogen
gas
dioxide capture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020119417A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022016120A (en
Inventor
陽介 水谷
靖樹 廣田
崇史 山内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2020119417A priority Critical patent/JP7487590B2/en
Publication of JP2022016120A publication Critical patent/JP2022016120A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7487590B2 publication Critical patent/JP7487590B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

本発明は、二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収方法に関する。 The present invention relates to a carbon dioxide capture device and a carbon dioxide capture method.

大気に含まれる二酸化炭素を回収する方法は、地球温暖化問題における大気中の温室効果ガス濃度の低減という点で注目されている。 Methods of capturing carbon dioxide from the atmosphere have been attracting attention as a way to reduce the concentration of greenhouse gases in the atmosphere in the context of global warming.

非特許文献1には、大気から取り入れた二酸化炭素を、水酸化カリウムを用いて回収する方法が記載されている。 Non-Patent Document 1 describes a method for recovering carbon dioxide taken from the atmosphere using potassium hydroxide.

Joule, 2018年8月15日,Volume 2, Issue 8, 1573~1594頁Joule, August 15, 2018, Volume 2, Issue 8, pp. 1573-1594

しかしながら、非特許文献1の方法では、二酸化炭素の回収に、二酸化炭素1トン当たり8.81GJのエネルギーが必要であると見積もられている。また、大気を導入するために、多くのファン動力が必要である。 However, the method described in Non-Patent Document 1 is estimated to require 8.81 GJ of energy per ton of carbon dioxide to capture carbon dioxide. In addition, a large amount of fan power is required to introduce air.

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、大気から二酸化炭素を効率良く回収し、燃料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、大気から二酸化炭素を効率良く回収し、燃料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 consideration of the above circumstances, and a problem that one embodiment of the present invention aims to solve is to provide a carbon dioxide capture device that efficiently captures carbon dioxide from the atmosphere and converts it into fuel.
Another problem to be solved by another embodiment of the present invention is to provide a carbon dioxide capture method for efficiently capturing carbon dioxide from the atmosphere and converting it into fuel.

本発明は、以下の態様を含む。
<1>大気を取り込み、燃焼ガスを生成する燃焼器と、水素を供給する水素供給源と、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を水素によって燃料に変換させる材料を収容する二酸化炭素回収還元器と、を備える二酸化炭素回収装置。
<2>材料は、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、を含む二酸化炭素吸蔵還元触媒である、<1>に記載の二酸化炭素回収装置。
<3>二酸化炭素吸蔵還元触媒により二酸化炭素が回収された後の残留ガスを、大気へ排出するためのガス排出流路と、二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離するメタン分離器と、メタン分離器で分離後の低濃度メタン含有ガスを、燃焼器及び二酸化炭素回収還元器のうち少なくとも一方に供給するためのメタンガス供給流路と、をさらに備える<2>に記載の二酸化炭素回収装置。
<4>メタンガス供給流路は、メタン分離器で分離後の低濃度メタン含有ガスを、燃焼器に供給するための流路である、<3>に記載の二酸化炭素回収装置。
<5>燃焼器と二酸化炭素回収還元器との間に、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をさらに備える、<1>~<4>のいずれか1つに記載の二酸化炭素回収装置。
<6>二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離するメタン分離器と、二酸化炭素吸蔵器へ燃焼ガスを供給するための燃焼ガス供給流路と、水素供給源から二酸化炭素吸蔵器へ水素を供給するための水素供給流路と、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ためのガス供給流路と、二酸化炭素回収還元器からメタン分離器へメタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給流路と、をさらに備える、<5>に記載の二酸化炭素回収装置。
<7>二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離するメタン分離器と、二酸化炭素回収吸蔵器へ燃焼ガスを供給するための燃焼ガス供給流路と、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ための第1ガス供給流路と、水素供給源から二酸化炭素回収還元器へ水素を供給するための水素供給流路と、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ための第2ガス供給流路と、二酸化炭素吸蔵器からメタン分離器へメタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給流路と、をさらに備える、<5>に記載の二酸化炭素回収装置。
<8>メタン分離器と二酸化炭素回収還元器との間に、二酸化炭素をメタンに転化するメタン転化器をさらに備える、<6>に記載の二酸化炭素回収装置。
<9>メタン分離器と二酸化炭素吸蔵器との間に、二酸化炭素をメタンに転化するメタン転化器をさらに備える、<7>に記載の二酸化炭素回収装置。
<10>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、<5>~<9>のいずれか1つに記載の二酸化炭素回収装置。
<11>大気を取り込み、燃焼ガスを生成する工程と、水素を供給する工程と、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を水素によって燃料に変換させる工程と、を含む二酸化炭素回収方法。
The present invention includes the following aspects.
<1> A carbon dioxide capture device comprising a combustor that takes in air and generates combustion gas, a hydrogen supply source that supplies hydrogen, and a carbon dioxide capture reducer that captures carbon dioxide contained in the combustion gas and contains a material that converts the captured carbon dioxide into fuel using hydrogen.
<2> The carbon dioxide recovery device according to <1>, wherein the material is a carbon dioxide occlusion/reduction catalyst containing a metal oxide having carbon dioxide occlusion performance and a metal having methanation catalytic performance.
<3> The carbon dioxide capture device described in <2>, further comprising: a gas exhaust flow path for exhausting to the atmosphere the residual gas after the carbon dioxide has been captured by the carbon dioxide occlusion reduction catalyst; a methane separator for separating a portion of the methane from a methane-containing gas containing methane obtained by the conversion of carbon dioxide; and a methane gas supply flow path for supplying the low-concentration methane-containing gas separated in the methane separator to at least one of the combustor and the carbon dioxide capture reduction device.
<4> The carbon dioxide capture device according to <3>, wherein the methane gas supply passage is a passage for supplying low-concentration methane-containing gas separated in the methane separator to the combustor.
<5> A carbon dioxide capture device according to any one of <1> to <4>, further comprising a carbon dioxide absorber between the combustor and the carbon dioxide capture and reduction device, the carbon dioxide absorber housing an adsorbent material having carbon dioxide absorption capacity.
<6> The carbon dioxide capture device described in <5>, further comprising a methane separator that separates a portion of methane from a methane-containing gas containing methane obtained by conversion of carbon dioxide, a combustion gas supply flow path for supplying combustion gas to the carbon dioxide absorption device, a hydrogen supply flow path for supplying hydrogen from a hydrogen supply source to the carbon dioxide absorption device, a gas supply flow path for supplying gas from the carbon dioxide absorption device to the carbon dioxide capture and reduction device, and a methane-containing gas supply flow path for supplying methane-containing gas from the carbon dioxide capture and reduction device to the methane separator.
<7> The carbon dioxide capture device described in <5>, further comprising a methane separator that separates a portion of methane from a methane-containing gas containing methane obtained by conversion of carbon dioxide, a combustion gas supply flow path for supplying combustion gas to the carbon dioxide capture and absorption device, a first gas supply flow path for supplying gas from the carbon dioxide capture and absorption device to the carbon dioxide capture and reduction device, a hydrogen supply flow path for supplying hydrogen from a hydrogen supply source to the carbon dioxide capture and reduction device, a second gas supply flow path for supplying gas from the carbon dioxide capture and reduction device to the carbon dioxide capture and reduction device, and a methane-containing gas supply flow path for supplying methane-containing gas from the carbon dioxide capture and reduction device to the methane separator.
<8> The carbon dioxide capture device according to <6>, further comprising a methane converter between the methane separator and the carbon dioxide capture and reduction device, which converts carbon dioxide into methane.
<9> The carbon dioxide recovery apparatus according to <7>, further comprising a methane converter between the methane separator and the carbon dioxide absorber, which converts carbon dioxide into methane.
<10> The carbon dioxide capture device according to any one of <5> to <9>, further comprising a dehumidifier for removing moisture between the carbon dioxide capture reduction device and the carbon dioxide absorption device.
<11> A carbon dioxide capture method including the steps of taking in air and generating combustion gas, supplying hydrogen, and capturing carbon dioxide contained in the combustion gas and converting the captured carbon dioxide into fuel using hydrogen.

本発明によれば、大気から二酸化炭素を効率良く回収し、燃料に変換することができる。 The present invention makes it possible to efficiently capture carbon dioxide from the atmosphere and convert it into fuel.

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 a carbon dioxide capture device according to a 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 flowchart showing a carbon dioxide capture method using the carbon dioxide capture 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 a carbon dioxide capture device according to the second embodiment. 図4は、第2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. 4 is a flowchart showing a carbon dioxide capture method using the carbon dioxide capture device of the second embodiment. 図5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. 5 is a schematic diagram showing a carbon dioxide capture device according to the third embodiment. 図6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. 6 is a flowchart showing a carbon dioxide capture method using the carbon dioxide capture device of the third embodiment. 図7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. 7 is a schematic diagram showing a carbon dioxide capture device according to 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 a carbon dioxide capture device according to the fifth embodiment. 図9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. 9 is a schematic diagram showing a carbon dioxide capture apparatus of Comparative Example 2.

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。 The following describes in detail an embodiment of the present invention 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、熱利用機器Bと、二酸化炭素回収還元器Cと、メタン分離器Dと、水素・メタンガス貯蔵器Eと、水素供給源Hと、メタン貯蔵器Mと、を備える。
[First embodiment]
Fig. 1 is a schematic diagram showing a carbon dioxide capture device of a first embodiment. As shown in Fig. 1, the carbon dioxide capture device 100 includes a combustor A, a heat utilization device B, a carbon dioxide capture reducer C, a methane separator D, a hydrogen/methane gas storage E, a hydrogen supply source H, and a methane storage M.

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、水素・メタンガス供給流路17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. Combustor A is connected to an air supply passage 11, a combustion gas supply passage 12, and a hydrogen/methane gas supply passage 17. The operation of combustor A is controlled by a control unit (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。 In combustor A, fuel (specifically, hydrogen, methane, etc.) is burned to generate combustion gas. The combustion temperature is not particularly limited, but is, for example, 800°C to 1500°C. Examples of 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 atmospheric air supply passage 11 is a passage for supplying atmospheric air to the combustor A. An atmospheric air supply valve V1 is provided on the atmospheric air supply passage 11. When the atmospheric air supply valve V1 is open, atmospheric air is supplied to the combustor A. On the other hand, when the atmospheric air supply valve V1 is closed, the supply of atmospheric air to the combustor A is stopped. The opening and closing of the atmospheric air supply valve V1 is controlled by a control unit. The atmospheric air contains oxygen, nitrogen, carbon dioxide, etc.

水素・メタンガス供給流路17は、燃焼器Aに水素とメタンの混合ガスを供給するための流路である。水素・メタンガス供給流路17上には、水素・メタンガス供給バルブV7が設けられている。水素・メタンガス供給バルブV7の開弁時には、水素とメタンの混合ガスが燃焼器Aに供給される。一方、水素・メタンガス供給バルブV7の閉弁時には、水素とメタンの混合ガスの燃焼器Aへの供給が停止される。水素・メタンガス供給バルブV7の開閉は、制御部によって制御される。 The hydrogen/methane gas supply passage 17 is a passage for supplying a mixed gas of hydrogen and methane to the combustor A. A hydrogen/methane gas supply valve V7 is provided on the hydrogen/methane gas supply passage 17. When the hydrogen/methane gas supply valve V7 is open, the mixed gas of hydrogen and methane is supplied to the combustor A. On the other hand, when the hydrogen/methane gas supply valve V7 is closed, the supply of the mixed gas of hydrogen and methane to the combustor A is stopped. The opening and closing of the hydrogen/methane gas supply valve V7 is controlled by the control unit.

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。燃焼ガスには、二酸化炭素、窒素、水蒸気等が含まれている。 The first combustion gas supply passage 12 is a passage for supplying the combustion gas generated in the combustor A to the heat utilization equipment B. A first combustion gas supply valve V2 is provided on the first combustion gas supply passage 12. When the first combustion gas supply valve V2 is open, the combustion gas is supplied to the heat utilization equipment B. 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. The opening and closing of the first combustion gas supply valve V2 is controlled by a control unit. The combustion gas contains carbon dioxide, nitrogen, water vapor, etc.

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で熱エネルギーが使用された後、温度が低下する。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 equipment B is an equipment that utilizes the thermal energy of the combustion gas generated in the combustor A. After the thermal energy of the combustion gas is used in the heat utilization equipment B, the temperature of the combustion gas decreases. Examples of the heat utilization equipment B include a water heater and an air conditioner. A first combustion gas supply flow path 12 and a second combustion gas supply flow path 13 are connected to the heat utilization equipment B.

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回収還元器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回収還元器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回収還元器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 passage 13 is a passage for supplying the combustion gas discharged from the heat utilization equipment B to the carbon dioxide capture and reduction device C. A second combustion gas supply valve V3 is provided on the second combustion gas supply passage 13. When the second combustion gas supply valve V3 is open, the combustion gas is supplied to the carbon dioxide capture and reduction device C. On the other hand, when the second combustion gas supply valve V3 is closed, the supply of the combustion gas to the carbon dioxide capture and reduction device C is stopped. The opening and closing of the second combustion gas supply valve V3 is controlled by the control unit.

二酸化炭素回収還元器Cは、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を燃料に変換するための装置である。二酸化炭素回収還元器Cは、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を水素によって燃料に変換させる材料を収容している。二酸化炭素回収還元器Cが収容している材料は、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、を含む二酸化炭素吸蔵還元触媒である。 The carbon dioxide capture and reduction device C is a device for capturing carbon dioxide contained in the combustion gas and converting the captured carbon dioxide into fuel. The carbon dioxide capture and reduction device C contains a material that captures carbon dioxide contained in the combustion gas and converts the captured carbon dioxide into fuel using hydrogen. The material contained in the carbon dioxide capture and reduction device C is a carbon dioxide storage and reduction catalyst that includes a metal oxide having carbon dioxide storage capacity and a metal having methanation catalytic capacity.

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 capacity and a metal having methanation catalytic capacity are supported on a carrier. The carrier is alumina, the metal oxide having carbon dioxide storage capacity is calcium oxide, and the metal having methanation catalytic capacity 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。 In addition to alumina, examples of the carrier include 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, examples of the metals having methanation catalytic capacity include 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.

二酸化炭素回収還元器Cには、第2燃焼ガス供給流路13と、ガス排出流路14と、生成ガス供給流路15と、水素供給流路18と、が接続されている。 The carbon dioxide capture and reduction device C is connected to a second combustion gas supply passage 13, a gas exhaust passage 14, a generated gas supply passage 15, and a hydrogen supply passage 18.

また、二酸化炭素回収還元器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)とメタン検出センサ(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。メタン検出センサは、二酸化炭素回収還元器Cの雰囲気中のメタン濃度を検出する装置であり、制御部と接続されている。 The carbon dioxide capture and reduction device C is also fitted with a carbon dioxide detection sensor (not shown) and a methane detection sensor (not shown) as concentration detection units. The carbon dioxide detection sensor is a device that detects the carbon dioxide concentration in the atmosphere of the carbon dioxide capture and reduction device C, and is connected to the control unit. The methane detection sensor is a device that detects the methane concentration in the atmosphere of the carbon dioxide capture and reduction device C, and is connected to the control unit.

ガス排出流路14は、二酸化炭素還元触媒に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Cに収容されている二酸化炭素還元触媒に吸蔵されなかったガスであり、主に、窒素及び水蒸気からなる。ガス排出流路14上には、ガス排出バルブV4が設けられている。ガス排出バルブV4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V4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V4の開閉は、制御部によって制御される。 The gas exhaust flow path 14 is a flow path that exhausts the residual gas after carbon dioxide is absorbed in the carbon dioxide reduction catalyst to the atmosphere. The residual gas is gas that has not been absorbed in the carbon dioxide reduction catalyst contained in the carbon dioxide capture and reduction device C, and is mainly composed of nitrogen and water vapor. A gas exhaust valve V4 is provided on the gas exhaust flow path 14. When the gas exhaust valve V4 is open, the residual gas is exhausted to the atmosphere. On the other hand, when the gas exhaust valve V4 is closed, the exhaust of the residual gas to the atmosphere is stopped. The opening and closing of the gas exhaust valve V4 is controlled by the control unit.

生成ガス供給流路15は、二酸化炭素還元触媒に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、メタン分離器Dへ供給するための流路である。生成ガスは、主に、水素及びメタンからなる。生成ガス供給流路15上には、生成ガス供給バルブV5が設けられている。生成ガス供給バルブV5の開弁時には、生成ガスがメタン分離器Dへ供給される。一方、生成ガス供給バルブV5の閉弁時には、生成ガスのメタン分離器Dへの供給が停止される。生成ガス供給バルブV5の開閉は、制御部によって制御される。 The product gas supply flow path 15 is a flow path for supplying the product gas obtained by the methanation reaction of the carbon dioxide stored in the carbon dioxide reduction catalyst to the methane separator D. The product gas mainly consists of hydrogen and methane. A product gas supply valve V5 is provided on the product gas supply flow path 15. When the product gas supply valve V5 is open, the product gas is supplied to the methane separator D. On the other hand, when the product gas supply valve V5 is closed, the supply of the product gas to the methane separator D is stopped. The opening and closing of the product gas supply valve V5 is controlled by the control unit.

水素供給流路18は、水素供給源Hから二酸化炭素回収還元器Cへ水素を供給するための流路である。水素供給流路18上には、水素供給バルブV8が設けられている。水素供給バルブV8の開弁時には、水素が二酸化炭素回収還元器Cへ供給される。一方、水素供給バルブV8の閉弁時には、水素の二酸化炭素回収還元器Cへの供給が停止される。水素供給バルブV8の開閉は、制御部によって制御される。 The hydrogen supply flow path 18 is a flow path for supplying hydrogen from the hydrogen supply source H to the carbon dioxide capture and reduction device C. A hydrogen supply valve V8 is provided on the hydrogen supply flow path 18. When the hydrogen supply valve V8 is open, hydrogen is supplied to the carbon dioxide capture and reduction device C. On the other hand, when the hydrogen supply valve V8 is closed, the supply of hydrogen to the carbon dioxide capture and reduction device C is stopped. The opening and closing of the hydrogen supply valve V8 is controlled by the control unit.

メタン分離器Dは、二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離する装置である。第1実施形態では、メタン分離器Dは、二酸化炭素回収還元器Cで得られた生成ガスからメタンの一部を分離する。メタン分離器Dには、生成ガス供給流路15と、ガス供給流路の一例である水素・メタンガス供給流路16と、メタン回収流路19と、が接続されている。 The methane separator D is a device that separates a portion of methane from a methane-containing gas that contains methane obtained by converting carbon dioxide. In the first embodiment, the methane separator D separates a portion of methane from the product gas obtained in the carbon dioxide capture and reduction device C. The methane separator D is connected to a product gas supply flow path 15, a hydrogen/methane gas supply flow path 16, which is an example of a gas supply flow path, and a methane recovery flow path 19.

メタンを分離する方法としては、例えば、PSA法及び膜分離法が挙げられる。 Methods for separating methane include, for example, the PSA method and membrane separation method.

水素・メタンガス供給流路16は、メタン分離器Dでメタンの一部が分離された後の残留ガスを、水素・メタンガス貯蔵器Eに供給するための流路である。残留ガスには、二酸化炭素回収還元器Cで得られた生成ガスよりも低濃度のメタン、水素等が含まれている。水素・メタンガス供給流路16上には、水素・メタンガス供給バルブV6が設けられている。水素・メタンガス供給バルブV6の開弁時には、残留ガスが水素・メタンガス貯蔵器Eへ供給される。一方、水素・メタンガス供給バルブV6の閉弁時には、残留ガスの水素・メタンガス貯蔵器Eへの供給が停止される。水素・メタンガス供給バルブV6の開閉は、制御部によって制御される。 The hydrogen/methane gas supply passage 16 is a passage for supplying the residual gas remaining after a portion of the methane has been separated in the methane separator D to the hydrogen/methane gas storage vessel E. The residual gas contains a lower concentration of methane, hydrogen, etc. than the product gas obtained in the carbon dioxide capture and reduction vessel C. A hydrogen/methane gas supply valve V6 is provided on the hydrogen/methane gas supply passage 16. When the hydrogen/methane gas supply valve V6 is open, the residual gas is supplied to the hydrogen/methane gas storage vessel E. On the other hand, when the hydrogen/methane gas supply valve V6 is closed, the supply of the residual gas to the hydrogen/methane gas storage vessel E is stopped. The opening and closing of the hydrogen/methane gas supply valve V6 is controlled by a control unit.

メタン回収流路19は、メタン分離器Dで分離したメタンを回収するための流路である。メタン回収流路19上には、メタン回収バルブV9が設けられている。メタン回収バルブV9の開弁時には、メタンがメタン貯蔵器Mへ供給される。一方、メタン回収バルブV9の閉弁時には、メタンのメタン貯蔵器Mへの供給が停止される。メタン回収バルブV9の開閉は、制御部によって制御される。 The methane recovery flow path 19 is a flow path for recovering the methane separated in the methane separator D. A methane recovery valve V9 is provided on the methane recovery flow path 19. When the methane recovery valve V9 is open, methane is supplied to the methane storage tank M. On the other hand, when the methane recovery valve V9 is closed, the supply of methane to the methane storage tank M is stopped. The opening and closing of the methane recovery valve V9 is controlled by the control unit.

水素・メタンガス貯蔵器Eは、メタン分離器Dでメタンの一部が分離された後の残留ガスを貯蔵するための貯蔵器である。水素・メタンガス貯蔵器Eには、水素・メタンガス供給流路16と、水素・メタンガス供給流路17と、が接続されている。 The hydrogen/methane gas storage tank E is a tank for storing the residual gas remaining after a portion of the methane is separated in the methane separator D. The hydrogen/methane gas storage tank E is connected to a hydrogen/methane gas supply flow path 16 and a hydrogen/methane gas supply flow path 17.

水素・メタンガス貯蔵器は、ガスを貯蔵することが可能な容器であれば特に限定されず、例えば、貯蔵タンクが挙げられる。 The hydrogen/methane gas storage device is not particularly limited as long as it is a container capable of storing gas, and examples thereof include storage tanks.

水素供給源Hは、二酸化炭素回収還元器C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18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 capture and reduction device C. A hydrogen supply flow path 18 is connected to the hydrogen supply source H. It is preferable that hydrogen is supplied as hydrogen gas.

メタン貯蔵器Mは、メタン分離器で分離されたメタンを貯蔵するための貯蔵器である。メタン貯蔵器Mには、メタン回収流路19が接続されている。 The methane storage tank M is a tank for storing the methane separated by the methane separator. A methane recovery passage 19 is connected to the methane storage tank M.

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 capture method using the carbon dioxide capture device of the first embodiment will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a flowchart showing a carbon dioxide capture method using the carbon dioxide capture 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、ガス排出バルブV4、生成ガス供給バルブV5、水素・メタンガス供給バルブV6、水素・メタンガス供給バルブV7、水素供給バルブV8、及びメタン回収バルブV9は閉じているものとする。また、水素・メタンガス貯蔵器Eには、あらかじめ、メタン及び水素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。 Initially, the atmospheric supply valve V1, the first combustion gas supply valve V2, the second combustion gas supply valve V3, the gas exhaust valve V4, the product gas supply valve V5, the hydrogen/methane gas supply valve V6, the hydrogen/methane gas supply valve V7, the hydrogen supply valve V8, and the methane recovery valve V9 are closed. Also, it is assumed that methane and hydrogen are stored in the hydrogen/methane gas storage tank E beforehand. Although not shown, each valve is electrically connected to a control unit (e.g., a computer) and can be opened and closed by 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、ガス排出バルブV4、及び水素・メタンガス供給バルブV7を開ける(ステップS11)。 First, the control unit starts the operation of 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 exhaust valve V4, and the hydrogen/methane gas supply valve V7 (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。水素・メタンガス供給バルブV7の開弁により、水素・メタンガス供給流路17を介して、燃焼器Aへ水素・メタンガスが供給される。燃焼器Aで水素・メタンガスが燃焼され、燃焼ガスが発生する。 When the atmospheric supply valve V1 is opened, atmospheric air is supplied to combustor A via the atmospheric supply passage 11. The carbon dioxide concentration in the atmosphere is approximately 400 ppm. When the hydrogen/methane gas supply valve V7 is opened, hydrogen/methane gas is supplied to combustor A via the hydrogen/methane gas supply passage 17. The hydrogen/methane gas is combusted in combustor A, generating combustion gas.

第1燃焼ガス供給バルブV2の開弁により、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。 When the first combustion gas supply valve V2 is opened, combustion gas is supplied from the combustor A to the heat utilization device B via the combustion gas supply passage 12. In the heat utilization device B, the thermal energy of the combustion gas is used, and the temperature of the combustion gas is reduced.

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から二酸化炭素回収還元器Cへ燃焼ガスが供給される。 When the second combustion gas supply valve V3 is opened, combustion gas is supplied from the heat utilization equipment B to the carbon dioxide capture and reduction device C via the second combustion gas supply passage 13.

二酸化炭素回収還元器Cでは、燃焼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C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 capture and reduction device C, the carbon dioxide contained in the combustion gas is absorbed in the carbon dioxide absorption and reduction catalyst. Specifically, in the carbon dioxide capture and reduction device C, the calcium oxide contained in the carbon dioxide absorption and reduction catalyst reacts with carbon dioxide to form calcium carbonate. As a result, the carbon dioxide concentration at the gas exhaust port of the carbon dioxide capture and reduction device C is lower than the carbon dioxide concentration at the gas supply port.

ガス排出バルブV4の開弁により、二酸化炭素回収還元器C内の残留ガスがガス排出流路14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。 When the gas exhaust valve V4 is opened, the residual gas in the carbon dioxide capture and reduction device C is exhausted to the atmosphere through the gas exhaust passage 14. The residual gas contains nitrogen, water vapor, and carbon dioxide. The carbon dioxide concentration contained in the residual gas exhausted to 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Cへの燃焼ガスの供給量があらかじめ設定された供給量に達したという条件が挙げられる。また、供給停止条件としては、例えば、二酸化炭素回収還元器C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。 The control unit then determines whether or not a condition for stopping the supply of combustion gas has been met (step S12). An example of the supply stopping condition is that the amount of combustion gas supplied to the carbon dioxide capture and reduction device C has reached a preset supply amount. Another example of the supply stopping condition is that the carbon dioxide concentration at the gas outlet of the carbon dioxide capture and reduction device C has exceeded a preset concentration (e.g., 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、ガス排出バルブV4、及び水素・メタンガス供給バルブV7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から二酸化炭素回収還元器Cへ燃焼ガスが供給され、二酸化炭素回収還元器C内の残留ガスがガス排出流路14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 met (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, the second combustion gas supply valve V3, the gas exhaust valve V4, and the hydrogen/methane gas supply valve V7 (step S13). Until the control unit determines that the combustion gas supply stop condition is met, combustion gas is supplied from the heat utilization equipment B to the carbon dioxide capture and reduction device C, and the residual gas in the carbon dioxide capture and reduction device C is exhausted to the atmosphere via the gas exhaust passage 14 (step S12: NO).

次に、制御部は、生成ガス供給バルブV5、水素・メタンガス供給バルブV6、水素供給バルブV8、及びメタン回収バルブV9を開ける(ステップS14)。 Next, the control unit opens the product gas supply valve V5, the hydrogen/methane gas supply valve V6, the hydrogen supply valve V8, and the methane recovery valve V9 (step S14).

水素供給バルブV8の開弁により、水素供給流路18を介して、水素供給源Hから二酸化炭素回収還元器Cへ水素ガスが供給される。 When the hydrogen supply valve V8 is opened, hydrogen gas is supplied from the hydrogen supply source H to the carbon dioxide capture and reduction device C via the hydrogen supply passage 18.

二酸化炭素回収還元器C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 capture and reduction device C, the carbon dioxide stored in the carbon dioxide storage and reduction catalyst is desorbed and reduced by hydrogen. This produces a product gas that mainly contains methane and hydrogen.

生成ガス供給バルブV5の開弁により、生成ガス供給流路15を介して、二酸化炭素回収還元器Cからメタン分離器Dへ生成ガスが供給される。生成ガスは、メタン分離器D内において、膜分離法により、メタン濃度が相対的に高いガス(高濃度メタン含有ガス)とメタン濃度が相対的に低いガス(低濃度メタン含有ガス)とに分離される。 By opening the product gas supply valve V5, the product gas is supplied from the carbon dioxide capture and reduction device C to the methane separator D via the product gas supply passage 15. In the methane separator D, the product gas is separated by membrane separation into gas with a relatively high methane concentration (high-concentration methane-containing gas) and gas with a relatively low methane concentration (low-concentration methane-containing gas).

メタン回収バルブV9の開弁により、メタン回収流路19を介して、メタン分離器Dからメタン貯蔵器Mへ、メタン分離器Dで分離後の高濃度メタン含有ガスが供給され、メタン貯蔵器Mに貯蔵される。高濃度メタン含有ガスには、水素及びメタンが含まれている。 When the methane recovery valve V9 is opened, the high-concentration methane-containing gas separated in the methane separator D is supplied from the methane separator D to the methane storage tank M via the methane recovery passage 19 and stored in the methane storage tank M. The high-concentration methane-containing gas contains hydrogen and methane.

水素・メタンガス供給バルブV6の開弁により、水素・メタンガス供給流路16を介して、メタン分離器Dから水素・メタンガス貯蔵器Eへ、メタン分離器Dで分離後の低濃度メタン含有ガスが供給される。低濃度メタン含有ガスには、水素及びメタンが含まれている。 When the hydrogen/methane gas supply valve V6 is opened, the low-concentration methane-containing gas separated in the methane separator D is supplied from the methane separator D to the hydrogen/methane gas storage tank E via the hydrogen/methane gas supply passage 16. The low-concentration methane-containing gas contains hydrogen and methane.

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、二酸化炭素回収還元器Cへ水素の供給量があらかじめ設定された供給量に達し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、二酸化炭素回収還元器C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、1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). For example, the hydrogen supply stop condition is that the amount of hydrogen supplied to the carbon dioxide capture and reduction device C reaches a preset supply amount. In addition, for example, the hydrogen supply stop condition is that the methane concentration at the gas outlet of the carbon dioxide capture and reduction device C falls below a preset concentration (for example, 1% 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)、生成ガス供給バルブV5、水素・メタンガス供給バルブV6、水素供給バルブV8、及びメタン回収バルブ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C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 met (step S15: YES), it closes the product gas supply valve V5, the hydrogen/methane gas supply valve V6, the hydrogen supply valve V8, and the methane recovery valve V9 (step S16). Hydrogen is supplied to the carbon dioxide recovery and reduction unit C until the control unit determines that the hydrogen supply stop condition is met (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 there is a heat request from heat utilization 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 heat utilization device B (step S17: YES), it returns to step S11 and repeats the process from step S11 onward. When the control unit determines that there is no heat request from heat utilization device B (step S17: NO), it ends this process.

第1実施形態の二酸化炭素回収装置100を用いると、大気を直接取り込むことができる。二酸化炭素回収還元器C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いる。酸化カルシウムは二酸化炭素と反応して、炭酸カルシウムとなる。二酸化炭素を酸化カルシウムと反応させることにより、ガス排出流路14から大気へ排出されるガスに含まれる二酸化炭素濃度を、大気中の二酸化炭素濃度よりも低くすることできる。すなわち、第1実施形態の二酸化炭素回収装置100を用いると、大気を取り込み、取り込んだ大気に含まれる二酸化炭素を回収することができる。また、二酸化炭素回収還元器C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(Ru)を含んでおり、二酸化炭素回収還元器C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。 When the carbon dioxide capture device 100 of the first embodiment is used, it is possible to directly take in the atmosphere. The carbon dioxide storage reduction catalyst housed in the carbon dioxide capture reducer C contains calcium oxide. Calcium oxide reacts with carbon dioxide to become calcium carbonate. By reacting carbon dioxide with calcium oxide, it is possible to make the carbon dioxide concentration contained in the gas discharged from the gas exhaust passage 14 to the atmosphere lower than the carbon dioxide concentration in the atmosphere. In other words, when the carbon dioxide capture device 100 of the first embodiment is used, it is possible to take in the atmosphere and capture the carbon dioxide contained in the taken-in atmosphere. In addition, the carbon dioxide storage reduction catalyst housed in the carbon dioxide capture reducer C contains ruthenium (Ru), and by supplying hydrogen to the carbon dioxide capture reducer C, it is possible to convert calcium carbonate to methane.

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。炭酸カルシウムから二酸化炭素を脱離させる場合、昇温幅を1000℃とすると、炭酸カルシウムの顕熱が1モル当たり約83kJであり、脱離熱が二酸化炭素1モル当たり175kJである。また、二酸化炭素をメタンに転化する場合、二酸化炭素1モル当たり177kJの熱が発生する。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、二酸化炭素1モル及び水素4モルから、メタン1モル及び水2モルを得る際に発生する熱(二酸化炭素1モル当たり177kJ)を用いて、炭酸カルシウムから二酸化炭素を脱離させるために必要なエネルギー(二酸化炭素1モル当たり175kJ)を補うことができる。すなわち、第1実施形態の二酸化炭素回収装置100を用いると、大気から二酸化炭素を効率良く取り込み、燃料であるメタンに低エネルギーで変換することができる。 Normally, in order to desorb carbon dioxide from calcium carbonate, it is necessary to heat it to about 1000°C. When desorbing carbon dioxide from calcium carbonate, if the temperature rise is 1000°C, the sensible heat of calcium carbonate is about 83 kJ per mole, and the heat of desorption is 175 kJ per mole of carbon dioxide. When carbon dioxide is converted to methane, 177 kJ of heat is generated per mole of carbon dioxide. In contrast, the reaction of converting calcium carbonate to methane proceeds at about 300°C. In the carbon dioxide capture device 100 of the first embodiment, the heat (177 kJ per mole of carbon dioxide) generated when obtaining 1 mole of methane and 2 moles of water from 1 mole of carbon dioxide and 4 moles of hydrogen can be used to supplement the energy (175 kJ per mole of carbon dioxide) required to desorb carbon dioxide from calcium carbonate. In other words, when the carbon dioxide capture device 100 of the first embodiment is used, carbon dioxide can be efficiently taken in from the atmosphere and converted into methane, which is a fuel, with low energy.

第1実施形態では、大気中の二酸化炭素濃度が約400ppmである場合について説明したが、二酸化炭素濃度は特に制限されない。また、第1実施形態では、二酸化炭素吸蔵還元触媒が酸化カルシウム及びルテニウム(Ru)を含む場合について説明したが、二酸化炭素吸蔵還元触媒は、上記のものに限定されない。 In the first embodiment, the carbon dioxide concentration in the atmosphere is about 400 ppm, but the carbon dioxide concentration is not particularly limited. In addition, in the first embodiment, the carbon dioxide storage reduction catalyst includes calcium oxide and ruthenium (Ru), but the carbon dioxide storage reduction catalyst is not limited to the above.

[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]
3 is a schematic diagram showing a carbon dioxide capture device of the second embodiment. Note that, in the carbon dioxide capture device of the second embodiment, the same components and functions as those of the carbon dioxide capture device of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and will not be described.

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。 The following describes the configuration of the carbon dioxide capture device 200 of the second embodiment that differs from the carbon dioxide capture device 100 of the first embodiment.

第2実施形態の二酸化炭素回収装置200は、熱利用機器Bと二酸化炭素回収還元器との間に、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Fを備える。 The carbon dioxide capture device 200 of the second embodiment is provided with a carbon dioxide adsorbent F that contains an adsorption material having carbon dioxide adsorption capacity between the heat utilization equipment B and the carbon dioxide capture and reduction device.

二酸化炭素吸蔵器F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Fには、第2燃焼ガス供給流路13aと、水素供給流路18aと、ガス供給流路20と、が接続されている。 The carbon dioxide absorber F contains zeolite as an adsorption material. The carbon dioxide absorber F is connected to the second combustion gas supply passage 13a, the hydrogen supply passage 18a, and the gas supply passage 20.

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。 In addition to zeolites, other adsorbent materials include activated carbon, silica gel, and amine-supported solids.

また、二酸化炭素吸蔵器F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F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。 The carbon dioxide absorber F is also fitted with a carbon dioxide detection sensor (not shown) as a concentration detector. The carbon dioxide detection sensor is a device that detects the carbon dioxide concentration in the atmosphere of the carbon dioxide absorber F and is connected to the control unit.

第2燃焼ガス供給流路13a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Fへ供給するための流路である。第2燃焼ガス供給流路13a上には、第2燃焼ガス供給バルブV3aが設けられている。第2燃焼ガス供給バルブV3aの開弁時には、燃焼ガスが二酸化炭素吸蔵器Fに供給される。一方、第2燃焼ガス供給バルブV3aの閉弁時には、燃焼ガスの二酸化炭素吸蔵器Fへの供給が停止される。第2燃焼ガス供給バルブV3aの開閉は、制御部によって制御される。 The second combustion gas supply passage 13a is a passage for supplying the combustion gas discharged from the heat utilization equipment B to the carbon dioxide absorber F. A second combustion gas supply valve V3a is provided on the second combustion gas supply passage 13a. When the second combustion gas supply valve V3a is open, the combustion gas is supplied to the carbon dioxide absorber F. On the other hand, when the second combustion gas supply valve V3a is closed, the supply of the combustion gas to the carbon dioxide absorber F is stopped. The opening and closing of the second combustion gas supply valve V3a is controlled by the control unit.

ガス供給流路20は、二酸化炭素吸蔵器F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Cへ供給するための流路である。ガス供給流路20上には、ガス供給バルブV10が設けられている。ガス供給バルブV10の開弁時には、残留ガスが二酸化炭素回収還元器Cに供給される。一方、ガス供給バルブV10の閉弁時には、残留ガスの二酸化炭素回収還元器Cへの供給が停止される。ガス供給バルブV10の開閉は、制御部によって制御される。 The gas supply flow path 20 is a flow path for supplying the residual gas after the carbon dioxide is absorbed in the carbon dioxide absorber F to the carbon dioxide capture and reduction device C. A gas supply valve V10 is provided on the gas supply flow path 20. When the gas supply valve V10 is open, the residual gas is supplied to the carbon dioxide capture and reduction device C. On the other hand, when the gas supply valve V10 is closed, the supply of the residual gas to the carbon dioxide capture and reduction device C is stopped. The opening and closing of the gas supply valve V10 is controlled by the control unit.

次に、図4を参照して、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。図4は、第2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 capture method using the carbon dioxide capture device 200 of the second embodiment will be described with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a flowchart showing a carbon dioxide capture method using the carbon dioxide capture device of the second 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、ガス排出バルブV4、生成ガス供給バルブV5、水素・メタンガス供給バルブV6、水素・メタンガス供給バルブV7、水素供給バルブV8a、メタン回収バルブV9、及びガス供給バルブV10は閉じているものとする。 Initially, the atmospheric supply valve V1, the first combustion gas supply valve V2, the second combustion gas supply valve V3a, the gas exhaust valve V4, the product gas supply valve V5, the hydrogen/methane gas supply valve V6, the hydrogen/methane gas supply valve V7, the hydrogen supply valve V8a, the methane recovery valve V9, and the gas supply valve V10 are closed.

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V3a、ガス排出バルブV4、水素・メタンガス供給バルブV7、及びガス供給バルブV10を開ける(ステップS21)。 First, the control unit starts the operation of combustor A and opens the atmosphere supply valve V1, the first combustion gas supply valve V2, the second combustion gas supply valve V3a, the gas exhaust valve V4, the hydrogen/methane gas supply valve V7, and the gas supply valve V10 (step S21).

大気供給バルブV1、第1燃焼ガス供給バルブV2、ガス排出バルブV4、及び水素・メタンガス供給バルブV7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 gas flow caused by opening the atmospheric supply valve V1, the first combustion gas supply valve V2, the gas exhaust valve V4, and the hydrogen/methane gas supply valve V7 is the same as in the first embodiment.

第2燃焼ガス供給バルブV3aの開弁により、第2燃焼ガス供給流路13aを介して、熱利用機器Bから二酸化炭素吸蔵器Fへ燃焼ガスが供給される。二酸化炭素吸蔵器Fへ供給される燃焼ガスに含まれる二酸化炭素濃度は、例えば、10体積%である。 When the second combustion gas supply valve V3a is opened, combustion gas is supplied from the heat utilization device B to the carbon dioxide absorber F via the second combustion gas supply passage 13a. The carbon dioxide concentration contained in the combustion gas supplied to the carbon dioxide absorber F is, for example, 10% by volume.

二酸化炭素吸蔵器F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F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 F, the carbon dioxide contained in the combustion gas is absorbed into the zeolite. This reduces the carbon dioxide concentration at the gas exhaust port compared to the carbon dioxide concentration at the gas supply port of the carbon dioxide absorber F.

ガス供給バルブV10の開弁により、二酸化炭素吸蔵器F内の残留ガスがガス供給流路20を介して二酸化炭素回収還元器C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。二酸化炭素回収還元器Cへ供給される残留ガスに含まれる二酸化炭素濃度は、例えば、3000ppmである。 When the gas supply valve V10 is opened, the residual gas in the carbon dioxide absorber F is supplied to the carbon dioxide recovery reducer C via the gas supply passage 20. The residual gas contains nitrogen, water vapor, and carbon dioxide. The carbon dioxide concentration contained in the residual gas supplied to the carbon dioxide recovery reducer C is, for example, 3000 ppm.

二酸化炭素回収還元器Cでは、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C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 capture and reduction device C, the carbon dioxide contained in the residual gas is absorbed in the carbon dioxide absorption and reduction catalyst. Specifically, in the carbon dioxide capture and reduction device C, the calcium oxide contained in the carbon dioxide absorption and reduction catalyst reacts with carbon dioxide to form calcium carbonate. As a result, the carbon dioxide concentration at the gas exhaust port of the carbon dioxide capture and reduction device C is lower than the carbon dioxide concentration at the gas supply port.

ガス排出バルブV4の開弁により、二酸化炭素回収還元器C内の残留ガスがガス排出流路14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。 When the gas exhaust valve V4 is opened, the residual gas in the carbon dioxide capture and reduction device C is exhausted to the atmosphere through the gas exhaust passage 14. The residual gas contains nitrogen, water vapor, and carbon dioxide. The carbon dioxide concentration contained in the residual gas exhausted to 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S22)。供給停止条件としては、第1実施形態と同様の条件が挙げられる。 Next, the control unit determines whether or not the supply stop condition for the combustion gas is satisfied (step S22). The supply stop condition may be the same as that in the first embodiment.

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S22: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V3a、ガス排出バルブV4、水素・メタンガス供給バルブV7、及びガス供給バルブV10を閉じる。(ステップS23)。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Fへ燃焼ガスが供給され、二酸化炭素回収還元器C内の残留ガスがガス排出流路14を介して大気中へ排出される。(ステップS22:NO)。 When the control unit determines that the combustion gas supply stop condition is met (step S22: YES), it stops the operation of the combustor A and closes the atmosphere supply valve V1, the first combustion gas supply valve V2, the second combustion gas supply valve V3a, the gas exhaust valve V4, the hydrogen/methane gas supply valve V7, and the gas supply valve V10 (step S23). Until the control unit determines that the combustion gas supply stop condition is met, the combustion gas is supplied from the heat utilization equipment B to the carbon dioxide absorber F, and the residual gas in the carbon dioxide capture and reduction device C is exhausted to the atmosphere via the gas exhaust passage 14 (step S22: NO).

ステップS23の後、水素供給バルブV8の代わりに水素供給バルブV8aの開閉を行い、ガス供給バルブV10の開閉を追加して行うこと以外は、第1実施形態のステップS14~S16と同様の処理を行う(ステップS24~S26)。 After step S23, the same processing as steps S14 to S16 in the first embodiment is performed (steps S24 to S26), except that the hydrogen supply valve V8a is opened and closed instead of the hydrogen supply valve V8, and the gas supply valve V10 is additionally opened and closed.

生成ガス供給バルブV5、水素・メタンガス供給バルブV6、及びメタン回収バルブV9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 gas flow caused by opening the product gas supply valve V5, the hydrogen/methane gas supply valve V6, and the methane recovery valve V9 is the same as in the first embodiment.

水素供給バルブV8aの開弁により、水素供給流路18aを介して、水素供給源Hから二酸化炭素吸蔵器Fへ水素ガスが供給される。 When the hydrogen supply valve V8a is opened, hydrogen gas is supplied from the hydrogen supply source H to the carbon dioxide absorber F via the hydrogen supply passage 18a.

二酸化炭素吸蔵器F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 absorber F, the carbon dioxide absorbed in the zeolite is desorbed by applying heat.

ガス供給バルブV10の開弁により、水素と、二酸化炭素吸蔵器F内で脱離した二酸化炭素がガス供給流路20を介して二酸化炭素回収還元器Cへ供給される。 When the gas supply valve V10 is opened, hydrogen and the carbon dioxide desorbed in the carbon dioxide absorber F are supplied to the carbon dioxide recovery reducer C via the gas supply passage 20.

二酸化炭素回収還元器C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、二酸化炭素吸蔵器Fから供給された二酸化炭素と共に、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 capture and reduction device C, the carbon dioxide stored in the carbon dioxide storage and reduction catalyst is desorbed and reduced by hydrogen together with the carbon dioxide supplied from the carbon dioxide storage device F. This produces a product gas that mainly contains methane and hydrogen.

ステップS26の後、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S27)。 After step S26, the control unit determines whether there is a heat request from heat utilization device B (step S27).

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S27: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S27:NO)、本処理を終了する。 When the control unit determines that there is a heat request from heat utilization device B (step S27: YES), the control unit returns to step S21 and repeats the process from step S21 onward. When the control unit determines that there is no heat request from heat utilization device B (step S27: NO), the control unit ends this process.

第2実施形態の二酸化炭素回収装置200では、燃焼器Aと二酸化炭素回収還元器Cとの間に、二酸化炭素吸蔵器Fが設けられているため、より多くの二酸化炭素を回収して、メタンに転化させることができる。 In the second embodiment of the carbon dioxide capture device 200, a carbon dioxide absorber F is provided between the combustor A and the carbon dioxide capture and reduction device C, so that more carbon dioxide can be captured and converted to methane.

二酸化炭素吸蔵器Fに収容されている吸着材料は、二酸化炭素濃度が低いと、吸蔵容量が低下する傾向にある。一方、二酸化炭素回収還元器Cに収容されている酸化カルシウムは、二酸化炭素濃度が低い場合にも、吸蔵容量が低下しない。しかし、二酸化炭素を脱離させるためのエネルギーは、吸着材料よりも酸化カルシウムの方が大きい。第2実施形態の二酸化炭素回収装置200では、高濃度の二酸化炭素を吸着材料で吸蔵させ、低濃度の二酸化炭素を酸化カルシウムに吸蔵させることにより、二酸化炭素濃度をより低下させることができるとともに、二酸化炭素を脱離させるためのエネルギーを抑制することができる。 The adsorption material contained in the carbon dioxide absorber F tends to have a lower storage capacity when the carbon dioxide concentration is low. On the other hand, the calcium oxide contained in the carbon dioxide capture and reduction device C does not have a lower storage capacity even when the carbon dioxide concentration is low. However, the energy required to desorb carbon dioxide is greater for calcium oxide than for the adsorption material. In the carbon dioxide capture device 200 of the second embodiment, high-concentration carbon dioxide is absorbed by the adsorption material, and low-concentration carbon dioxide is absorbed by calcium oxide, thereby further reducing the carbon dioxide concentration and reducing the energy required to desorb carbon dioxide.

また、第2実施形態の二酸化炭素回収装置200では、排熱を利用して、吸着材料から二酸化炭素を脱離させることができる。吸着材料から脱離した気体状の二酸化炭素と水素との反応は、炭酸カルシウムと水素との反応よりも進行しやすく、吸着材料に吸蔵されていた高濃度の二酸化炭素からメタンを効率良く得ることができる。 In addition, in the carbon dioxide capture device 200 of the second embodiment, exhaust heat can be used to desorb carbon dioxide from the adsorption material. The reaction between the gaseous carbon dioxide desorbed from the adsorption material and hydrogen proceeds more easily than the reaction between calcium carbonate and hydrogen, making it possible to efficiently obtain methane from the high concentration of carbon dioxide occluded in the adsorption material.

第2実施形態の二酸化炭素回収装置200では、二酸化炭素回収還元器Cで二酸化炭素を吸蔵する際に発生する熱(二酸化炭素1モル当たり175kJ)と、吸蔵された二酸化炭素をメタンに転化する際に発生する熱(二酸化炭素1モル当たり177kJ)と、を二酸化炭素吸蔵器Fから二酸化炭素を脱離させるためのエネルギーとして利用することができ、エネルギー効率に優れている。 The carbon dioxide capture device 200 of the second embodiment can utilize the heat (175 kJ per mole of carbon dioxide) generated when carbon dioxide is absorbed in the carbon dioxide capture and reduction device C and the heat (177 kJ per mole of carbon dioxide) generated when the absorbed carbon dioxide is converted to methane as energy for desorbing carbon dioxide from the carbon dioxide absorber F, resulting in excellent energy efficiency.

第2実施形態では、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素濃度が10体積%である場合について説明したが、二酸化炭素濃度は特に制限されない。また、第2実施形態では、二酸化炭素吸蔵還元触媒が酸化カルシウム及びルテニウム(Ru)を含む場合について説明したが、二酸化炭素吸蔵還元触媒は、上記のものに限定されない。 In the second embodiment, the carbon dioxide concentration in the combustion gas is 10% by volume, but the carbon dioxide concentration is not particularly limited. In addition, in the second embodiment, the carbon dioxide storage reduction catalyst contains calcium oxide and ruthenium (Ru), but the carbon dioxide storage reduction catalyst is not limited to the above.

[第3実施形態]
図5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及び第2実施形態の二酸化炭素回収装置200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]
5 is a schematic diagram showing a carbon dioxide capture device of the third embodiment. Note that, in the carbon dioxide capture device of the third embodiment, the same configurations and effects as those of the carbon dioxide capture device 100 of the first embodiment and the carbon dioxide capture device 200 of the second embodiment are denoted by the same reference numerals and will not be described.

第3実施形態の二酸化炭素回収装置300の、第2実施形態の二酸化炭素回収装置200と異なる構成について説明する。 The following describes the configuration of the carbon dioxide capture device 300 of the third embodiment that differs from the carbon dioxide capture device 200 of the second embodiment.

第3実施形態の二酸化炭素回収装置300は、二酸化炭素回収還元器Cとメタン分離器Dとの間に、二酸化炭素回収還元器Cから排出された混合ガスをメタンに転化するメタン転化器Gを備える。二酸化炭素回収還元器Cには、ガス排出流路14と、生成ガス供給流路15aと、ガス供給流路20と、が接続されている。 The carbon dioxide capture device 300 of the third embodiment is provided with a methane converter G between the carbon dioxide capture reducer C and the methane separator D, which converts the mixed gas discharged from the carbon dioxide capture reducer C into methane. The carbon dioxide capture reducer C is connected to a gas discharge flow path 14, a product gas supply flow path 15a, and a gas supply flow path 20.

生成ガス供給流路15aは、二酸化炭素吸蔵器F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、二酸化炭素回収還元器C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、をメタン転化器Gへ供給するための流路である。生成ガス供給流路15a上には、生成ガス供給バルブV5aが設けられている。生成ガス供給バルブV5aの開弁時には、生成ガスがメタン転化器Gへ供給される。一方、生成ガス供給バルブV5aの閉弁時には、生成ガスのメタン転化器Gへの供給が停止される。生成ガス供給バルブV5aの開閉は、制御部によって制御される。 The product gas supply flow passage 15a is a flow passage for supplying the carbon dioxide desorbed from the zeolite contained in the carbon dioxide storage device F and the product gas obtained by the methanation reaction of the carbon dioxide stored in the carbon dioxide capture and reduction device C to the methane converter G. A product gas supply valve V5a is provided on the product gas supply flow passage 15a. When the product gas supply valve V5a is open, the product gas is supplied to the methane converter G. On the other hand, when the product gas supply valve V5a is closed, the supply of the product gas to the methane converter G is stopped. The opening and closing of the product gas supply valve V5a is controlled by the control unit.

メタン転化器Gは、二酸化炭素回収還元器Cから排出された混合ガスをメタンに転化するための装置である。メタン転化器Gは、メタン化触媒を収容している。メタン転化器Gには、生成ガス供給流路15aと、生成ガス供給流路21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。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 G is a device for converting the mixed gas discharged from the carbon dioxide capture and reduction device C into methane. The methane converter G contains a methanation catalyst. The product gas supply flow path 15a and the product gas supply flow path 21 are connected to the methane converter G. The methanation catalyst is 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 carrier 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。 In addition to ruthenium (Ru), examples of metals having methanation catalytic performance include 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. In addition to alumina, examples of supports include silica, silica-alumina, titania, zirconia, ceria, and ceria-zirconia.

生成ガス供給流路21は、メタン転化器Gで生成した生成ガスをメタン分離器Dへ供給するための流路である。生成ガス供給流路21上には、生成ガス供給バルブV11が設けられている。生成ガス供給バルブV11の開弁時には、生成ガスがメタン分離器Dへ供給される。一方、生成ガス供給バルブV11の閉弁時には、生成ガスのメタン分離器Dへの供給が停止される。生成ガス供給バルブV11の開閉は、制御部によって制御される。 The product gas supply flow path 21 is a flow path for supplying the product gas generated in the methane converter G to the methane separator D. A product gas supply valve V11 is provided on the product gas supply flow path 21. When the product gas supply valve V11 is open, the product gas is supplied to the methane separator D. On the other hand, when the product gas supply valve V11 is closed, the supply of the product gas to the methane separator D is stopped. The opening and closing of the product gas supply valve V11 is controlled by the control unit.

次に、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。次に、図6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6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 capture method using the carbon dioxide capture device 300 of the third embodiment will be described. Next, with reference to FIG. 6, a carbon dioxide capture method using the carbon dioxide capture device 300 of the third embodiment will be described. FIG. 6 is a flowchart showing a carbon dioxide capture method using the carbon dioxide capture 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V3a及びガス排出バルブV4、生成ガス供給バルブV5a、水素・メタンガス供給バルブV6、水素・メタンガス供給バルブV7、水素供給バルブV8、メタン回収バルブV9、ガス供給バルブV10、及び生成ガス供給バルブV11は閉じているものとする。 Initially, the atmospheric supply valve V1, the first combustion gas supply valve V2, the second combustion gas supply valve V3a, the gas exhaust valve V4, the generated gas supply valve V5a, the hydrogen/methane gas supply valve V6, the hydrogen/methane gas supply valve V7, the hydrogen supply valve V8, the methane recovery valve V9, the gas supply valve V10, and the generated gas supply valve V11 are closed.

まず、第2実施形態のステップS21~S23と同様の処理を行う(ステップS31)。 First, the same processing as steps S21 to S23 in the second embodiment is performed (step S31).

ステップS31の後、制御部は、生成ガス供給バルブV5a、水素・メタンガス供給バルブV6、水素供給バルブV8、メタン回収バルブV9、ガス供給バルブV10、及び生成ガス供給バルブV11を開ける(ステップS32)。 After step S31, the control unit opens the product gas supply valve V5a, the hydrogen/methane gas supply valve V6, the hydrogen supply valve V8, the methane recovery valve V9, the gas supply valve V10, and the product gas supply valve V11 (step S32).

ステップS31の後、生成ガス供給バルブV5の開閉に代えて、生成ガス供給バルブV5aの開閉を行い、生成ガス供給バルブV11の開閉を追加して行うこと以外は、第2実施形態のステップS24~S26と同様の処理を行う(ステップS32~S34)。 After step S31, the same processing as steps S24 to S26 in the second embodiment is performed (steps S32 to S34), except that instead of opening and closing the generated gas supply valve V5, the generated gas supply valve V5a is opened and closed, and the generated gas supply valve V11 is additionally opened and closed.

水素・メタンガス供給バルブV6、水素供給バルブV8、メタン回収バルブV9、及びガス供給バルブV10の開弁によるガスの流れは、第2実施形態と同様である。 The gas flow caused by opening the hydrogen/methane gas supply valve V6, hydrogen supply valve V8, methane recovery valve V9, and gas supply valve V10 is the same as in the second embodiment.

生成ガス供給バルブV5aの開弁により、生成ガス供給流路15aを介して、二酸化炭素吸蔵器Fからメタン転化器Gへ、二酸化炭素回収還元器Cで得られた生成ガスが供給される。生成ガスには、メタン及び水素が主に含まれている。 When the product gas supply valve V5a is opened, the product gas obtained in the carbon dioxide capture and reduction device C is supplied from the carbon dioxide storage device F to the methane converter G via the product gas supply passage 15a. The product gas mainly contains methane and hydrogen.

メタン転化器Gでは、メタン化触媒と水素によって、二酸化炭素回収還元器Cから供給された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 G, the carbon dioxide contained in the mixed gas supplied from the carbon dioxide capture and reduction device C is converted to methane by the methanation catalyst and hydrogen. This produces hydrogen and high-concentration methane.

生成ガス供給バルブV11の開弁により、生成ガス供給流路21を介して、メタン転化器Gからメタン分離器Dへ、メタン転化器Gで得られた生成ガスが供給される。生成ガスには、水素及び高濃度のメタンが含まれている。 When the product gas supply valve V11 is opened, the product gas obtained in the methane converter G is supplied from the methane converter G to the methane separator D via the product gas supply passage 21. The product gas contains hydrogen and a high concentration of methane.

ステップS34の後、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S35)。 After step S34, the control unit determines whether there is a heat request from heat utilization device B (step S35).

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S35: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。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S35:NO)、本処理を終了する。 When the control unit determines that there is a heat request from heat utilization device B (step S35: YES), it returns to step S31 and repeats the process from step S31 onward. When the control unit determines that there is no heat request from heat utilization device B (step S35: NO), it ends this process.

第3実施形態の二酸化炭素回収装置300では、二酸化炭素回収還元器Cと二酸化炭素吸蔵器Fの下流側に、メタン転化器Gが配置されている。二酸化炭素吸蔵器Fから脱離した二酸化炭素と流通させた水素との混合ガスが、二酸化炭素回収還元器Cにおいてメタンに転化する速度が低い場合に、二酸化炭素と水素の混合ガスが二酸化炭素回収還元器Cから排出される。この混合ガスをメタン転化器Gに通すことにより、メタン分離器Dに供給されるガスの二酸化炭素濃度を低下させ、メタン濃度を向上させることができる。 In the third embodiment of the carbon dioxide capture device 300, a methane converter G is disposed downstream of the carbon dioxide capture reducer C and the carbon dioxide storage device F. When the rate at which a mixed gas of carbon dioxide desorbed from the carbon dioxide storage device F and circulating hydrogen is converted to methane in the carbon dioxide capture reducer C is low, a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen is discharged from the carbon dioxide capture reducer C. By passing this mixed gas through the methane converter G, the carbon dioxide concentration of the gas supplied to the methane separator D can be reduced and the methane concentration can be improved.

[第4実施形態]
図7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、第2実施形態の二酸化炭素回収装置200及び第3実施形態の二酸化炭素回収装置300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]
7 is a schematic diagram showing a carbon dioxide capture device of the fourth embodiment. Note that, in the carbon dioxide capture device of the fourth embodiment, the same configurations and effects as those of the carbon dioxide capture device 100 of the first embodiment, the carbon dioxide capture device 200 of the second embodiment, and the carbon dioxide capture device 300 of the third embodiment will be denoted by the same reference numerals and will not be described.

第4実施形態の二酸化炭素回収装置400の、第3実施形態の二酸化炭素回収装置300と異なる構成について説明する。 The following describes the configuration of the carbon dioxide capture device 400 of the fourth embodiment that differs from the carbon dioxide capture device 300 of the third embodiment.

第4実施形態の二酸化炭素回収装置400では、第3実施形態の二酸化炭素回収装置300と異なり、二酸化炭素吸蔵器Fに、ガス供給流路22と、生成ガス供給流路15bと、が接続されており、水素供給源Hが接続されていない。二酸化炭素回収還元器Cに、水素供給源Hが接続されている。 In the carbon dioxide capture device 400 of the fourth embodiment, unlike the carbon dioxide capture device 300 of the third embodiment, the gas supply flow path 22 and the product gas supply flow path 15b are connected to the carbon dioxide occlusion device F, and the hydrogen supply source H is not connected. The hydrogen supply source H is connected to the carbon dioxide capture reduction device C.

ガス供給流路22は、二酸化炭素回収還元器C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Fへ供給するための流路である。ガス供給流路22上には、ガス供給バルブV12が設けられている。ガス供給バルブV12の開弁時には、生成ガスが二酸化炭素吸蔵器Fに供給される。一方、ガス供給バルブV12の閉弁時には、生成ガスの二酸化炭素吸蔵器Fへの供給が停止される。ガス供給バルブV12の開閉は、制御部によって制御される。 The gas supply flow path 22 is a flow path for supplying the product gas obtained by the methanation reaction of the carbon dioxide absorbed in the carbon dioxide capture and reduction device C to the carbon dioxide absorber F. A gas supply valve V12 is provided on the gas supply flow path 22. When the gas supply valve V12 is open, the product gas is supplied to the carbon dioxide absorber F. On the other hand, when the gas supply valve V12 is closed, the supply of the product gas to the carbon dioxide absorber F is stopped. The opening and closing of the gas supply valve V12 is controlled by the control unit.

生成ガス供給流路15bは、二酸化炭素回収還元器C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F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、をメタン転化器Gへ供給するための流路である。生成ガス供給流路15b上には、生成ガス供給バルブV5bが設けられている。生成ガス供給バルブV5bの開弁時には、生成ガスがメタン転化器Gへ供給される。一方、生成ガス供給バルブV5bの閉弁時には、生成ガスのメタン転化器Gへの供給が停止される。生成ガス供給バルブV5bの開閉は、制御部によって制御される。 The product gas supply flow passage 15b is a flow passage for supplying the product gas obtained by the methanation reaction of the carbon dioxide stored in the carbon dioxide capture and reduction device C and the carbon dioxide desorbed from the zeolite contained in the carbon dioxide storage device F to the methane converter G. A product gas supply valve V5b is provided on the product gas supply flow passage 15b. When the product gas supply valve V5b is open, the product gas is supplied to the methane converter G. On the other hand, when the product gas supply valve V5b is closed, the supply of the product gas to the methane converter G is stopped. The opening and closing of the product gas supply valve V5b is controlled by the control unit.

第4実施形態の二酸化炭素回収装置400では、ガス供給流路22を介して、二酸化炭素回収還元器Cから二酸化炭素吸蔵器Fへ生成ガスが供給される。生成ガスには、水素及びメタンが主に含まれている。メタン転化器Gには、二酸化炭素回収還元器C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F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、が供給される。メタン転化器Gにおいて、二酸化炭素回収還元器Cにおけるメタン化反応のために過剰に供給された水素が利用できるため、第3実施形態の二酸化炭素回収装置300と比較して、高濃度のメタンを得ることができる。 In the carbon dioxide capture device 400 of the fourth embodiment, the product gas is supplied from the carbon dioxide capture reducer C to the carbon dioxide occluder F via the gas supply passage 22. The product gas mainly contains hydrogen and methane. The methane converter G is supplied with the product gas obtained by the methanation reaction of the carbon dioxide occluded in the carbon dioxide capture reducer C and the carbon dioxide desorbed from the zeolite contained in the carbon dioxide occluder F. Since the methane converter G can utilize the hydrogen supplied in excess for the methanation reaction in the carbon dioxide capture reducer C, a higher concentration of methane can be obtained compared to the carbon dioxide capture device 300 of the third embodiment.

[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、第2実施形態の二酸化炭素回収装置200、第3実施形態の二酸化炭素回収装置300、及び第4実施形態の二酸化炭素回収装置400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]
8 is a schematic diagram showing a carbon dioxide capture device of the fifth embodiment. Note that, for the carbon dioxide capture device of the fourth embodiment, the same reference numerals are used for the same configurations and effects as those of the carbon dioxide capture device 100 of the first embodiment, the carbon dioxide capture device 200 of the second embodiment, the carbon dioxide capture device 300 of the third embodiment, and the carbon dioxide capture device 400 of the fourth embodiment, and the description thereof will be omitted.

第5実施形態の二酸化炭素回収装置500の、第4実施形態の二酸化炭素回収装置400と異なる構成について説明する。 The following describes the configuration of the carbon dioxide capture device 500 of the fifth embodiment that differs from the carbon dioxide capture device 400 of the fourth embodiment.

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

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F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。 There are no particular limitations on the dehumidifier K, so long as it is a device that has the function of removing moisture from the gas supplied from the carbon dioxide capture and reduction device to the carbon dioxide absorption device F. The dehumidifier K may contain a moisture absorbent such as silica gel. The dehumidifier K may also have the function of lowering 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C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Fへ供給される。そのため、二酸化炭素吸蔵器Fにおいて、二酸化炭素の吸着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。 The carbon dioxide capture device 500 of the fifth embodiment is equipped with a dehumidifier K, so that the gas produced by the methanation reaction in the carbon dioxide capture reducer C from which water vapor has been removed is supplied to the carbon dioxide occlusion device F. Therefore, in the carbon dioxide occlusion device F, the adsorption of carbon dioxide is efficiently carried out without being inhibited 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、メタン分離器Dでメタンが分離された後の低濃度メタン含有ガスを、二酸化炭素回収還元器Cへ供給するための流路を備えていてもよい。具体的には、水素・メタンガス貯蔵器Eに接続された水素・メタンガス供給流路16が分岐する等して、二酸化炭素回収還元器Cへ供給するための流路となっていてもよい。メタン分離器Dでメタンが分離された後の低濃度メタン含有ガスには、水素が含まれる。二酸化炭素回収還元器Cへ上記低濃度メタン含有ガスを供給することにより、二酸化炭素回収還元器C内におけるメタン化反応に、低濃度メタン含有ガスに含まれる水素を利用することができる。
[Modification 1]
The carbon dioxide capture devices of the first to fifth embodiments may include a flow path for supplying the low-concentration methane-containing gas after methane separation in the methane separator D to the carbon dioxide capture and reducer C. Specifically, the hydrogen/methane gas supply flow path 16 connected to the hydrogen/methane gas storage device E may be branched to form a flow path for supplying to the carbon dioxide capture and reducer C. The low-concentration methane-containing gas after methane separation in the methane separator D contains hydrogen. By supplying the low-concentration methane-containing gas to the carbon dioxide capture and reducer C, the hydrogen contained in the low-concentration methane-containing gas can be used for the methanation reaction in the carbon dioxide capture and reducer C.

[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、二酸化炭素回収還元器Cを1つのみ備えるが、二酸化炭素回収還元器を2つ以上備えていてもよい。2つ以上の二酸化炭素回収還元器を輪番で用いることにより、一部の二酸化炭素回収還元器で二酸化炭素を回収し、他の一部の二酸化炭素回収還元器でメタン化反応を行うことができ、バーナー等を用いて熱を連続的に供給すると共に、大気からの二酸化炭素を連続的に回収することができる。
[Modification 2]
The carbon dioxide capture devices of the first to fifth embodiments include only one carbon dioxide capture/reducer C, but may include two or more carbon dioxide capture/reducers. By using two or more carbon dioxide capture/reducers in rotation, it is possible to capture carbon dioxide in some of the carbon dioxide capture/reducers and perform the methanation reaction in other parts of the carbon dioxide capture/reducers, and it is possible to continuously supply heat using a burner or the like and continuously capture carbon dioxide from the atmosphere.

[変形例3]
変形例2と同様に、第2実施形態~第5実施形態の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素吸蔵器Fを1つのみ備えるが、二酸化炭素吸蔵器を2つ以上備えていてもよい。2つ以上の二酸化炭素吸蔵器を輪番で用いることにより、一部の二酸化炭素吸蔵器で二酸化炭素を吸蔵し、他の一部の二酸化炭素吸蔵器で二酸化炭素を脱離することができ、大気からの二酸化炭素を連続的に回収することができる。
[Modification 3]
As in Modification 2, the carbon dioxide capture devices of the second to fifth embodiments include only one carbon dioxide occluder F, but may include two or more carbon dioxide occluders. By using two or more carbon dioxide occluders in rotation, it is possible to occlude carbon dioxide in some of the carbon dioxide occluders and desorb carbon dioxide in other of the carbon dioxide occluders, and thus it is possible to continuously capture carbon dioxide from the atmosphere.

[変形例4]
第4実施形態及び第5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Cと二酸化炭素吸蔵器Fの間に、ガス供給流路20とガス供給流路22の2つが接続されているが、二酸化炭素回収還元器Cと二酸化炭素吸蔵器F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 capture devices of the fourth and fifth embodiments, the gas supply flow path 20 and the gas supply flow path 22 are connected between the carbon dioxide capture and reduction device C and the carbon dioxide occlusion device F, but only one gas supply flow path may be connected between the carbon dioxide capture and reduction device C and the carbon dioxide occlusion device F. This realizes a simplified configuration of the carbon dioxide capture device.

[比較例1]
比較例1は、非特許文献1に記載されている従来の二酸化炭素回収装置である。従来の二酸化炭素回収装置では、まず、大気から取り込んだ二酸化炭素を水酸化カリウム水溶液と反応させて、炭酸カリウム水溶液を得る。次に、炭酸カリウム水溶液を水酸化カルシウムと反応させて、炭酸カルシウムを得る。焼成炉において、炭酸カルシウムから二酸化炭素を脱離させる。
[Comparative Example 1]
Comparative Example 1 is a conventional carbon dioxide capture device described in Non-Patent Document 1. In the conventional carbon dioxide capture device, first, carbon dioxide taken in from the atmosphere is reacted with an aqueous potassium hydroxide solution to obtain an aqueous potassium carbonate solution. Next, the aqueous potassium carbonate solution is reacted with calcium hydroxide to obtain calcium carbonate. In a calcination furnace, carbon dioxide is desorbed from the calcium carbonate.

上記のとおり、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を用いると、大気から二酸化炭素を効率良く取り込み、燃料であるメタンに低エネルギーで変換することができる。 As mentioned above, it is usually necessary to heat calcium carbonate to about 1000°C in order to desorb carbon dioxide. In contrast, the reaction that converts calcium carbonate to methane proceeds at about 300°C. By using the carbon dioxide capture device 100 of the first embodiment, carbon dioxide can be efficiently captured from the atmosphere and converted into methane, a fuel, with low energy.

[比較例2]
図9は、比較例2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3実施形態の二酸化炭素回収装置300と異なり、二酸化炭素回収還元器Cを備えていない。二酸化炭素吸蔵器F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18aと、二酸化炭素吸蔵器F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14aと、が接続されている。水素供給流路18a上には、水素供給バルブV8aが設けられ、ガス排出流路14a上には、ガス排出バルブV4aが設けられている。
[Comparative Example 2]
9 is a schematic diagram showing a carbon dioxide capture device 600 of Comparative Example 2. Unlike the carbon dioxide capture device 300 of the third embodiment, the carbon dioxide capture device 600 does not include a carbon dioxide capture and reduction device C. A hydrogen supply flow path 18a for supplying hydrogen from a hydrogen supply source H and a gas exhaust flow path 14a for exhausting residual gas not absorbed in the carbon dioxide absorber F to the atmosphere are connected to the carbon dioxide occlusion device F. A hydrogen supply valve V8a is provided on the hydrogen supply flow path 18a, and a gas exhaust valve V4a is provided on the gas exhaust flow path 14a.

二酸化炭素吸蔵器Fに収容されている吸着材料(例えば、ゼオライト)では、二酸化炭素が低濃度である場合の吸蔵容量が小さい。二酸化炭素が低濃度になるまで、吸着材料が二酸化炭素を吸蔵するようなシステムを考慮すると、吸着材料の重量又は体積当たりの二酸化炭素吸蔵量が少ないために、二酸化炭素を回収するための装置を大きくする必要がある。 The adsorption material (e.g., zeolite) contained in the carbon dioxide absorber F has a small absorption capacity when the carbon dioxide concentration is low. If a system is considered in which the adsorption material absorbs carbon dioxide until the carbon dioxide concentration becomes low, the amount of carbon dioxide absorbed per weight or volume of the adsorption material is small, so the device for recovering carbon dioxide needs to be large.

これに対して、本実施形態の二酸化炭素回収装置は、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Cを備える。二酸化炭素吸蔵還元触媒に含まれる酸化カルシウムは、二酸化炭素が400ppm程度の低濃度になっても、吸蔵容量が低下しない。したがって、比較例2と比較して、体積の小さい装置で、同量の二酸化炭素を大気から回収することができる。 In contrast, the carbon dioxide capture device of this embodiment is equipped with a carbon dioxide capture and reduction device C that houses a carbon dioxide storage and reduction catalyst. The calcium oxide contained in the carbon dioxide storage and reduction catalyst does not lose its storage capacity even when the carbon dioxide concentration is as low as about 400 ppm. Therefore, compared to Comparative Example 2, a device with a smaller volume can capture the same amount of carbon dioxide from the atmosphere.

11 大気供給流路
12 第1燃焼ガス供給流路
13 第2燃焼ガス供給流路
14、14a ガス排出流路
15、15a、15b 生成ガス供給流路
16 水素・メタンガス供給流路
17 水素・メタンガス供給流路
18、18a 水素供給流路
19 メタン回収流路
20 ガス供給流路
21 ガス供給流路
22 生成ガス供給流路
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 二酸化炭素回収還元器
D メタン分離器
E 水素・メタンガス貯蔵器
F 二酸化炭素吸蔵器
G メタン転化器
H 水素供給源
K 除湿器
M メタン貯蔵器
V1 大気供給バルブ
V2 第1燃焼ガス供給バルブ
V3 第2燃焼ガス供給バルブ
V4、V4a ガス排出バルブ
V5、V5a、V5b 生成ガス供給バルブ
V6 水素・メタンガス供給バルブ
V7 水素・メタンガス供給バルブ
V8、V8a 水素供給バルブ
V9 メタン回収バルブ
V10 ガス供給バルブ
V11 ガス供給バルブ
V12 生成ガス供給バルブ
11 Atmosphere supply flow path 12 First combustion gas supply flow path 13 Second combustion gas supply flow path 14, 14a Gas exhaust flow path 15, 15a, 15b Produced gas supply flow path 16 Hydrogen/methane gas supply flow path 17 Hydrogen/methane gas supply flow path 18, 18a Hydrogen supply flow path 19 Methane recovery flow path 20 Gas supply flow path 21 Gas supply flow path 22 Produced gas supply flow path 100, 200, 300, 400, 500, 600 Carbon dioxide recovery device A Combustor B Heat utilization equipment C Carbon dioxide recovery reducer D Methane separator E Hydrogen/methane gas storage device F Carbon dioxide storage device G Methane converter H Hydrogen supply source K Dehumidifier M Methane storage device V1 Atmosphere supply valve V2 First combustion gas supply valve V3 Second combustion gas supply valve V4, V4a Gas exhaust valve V5, V5a, V5b Produced gas supply valve V6 Hydrogen/methane gas supply valve V7 Hydrogen/methane gas supply valve V8, V8a Hydrogen supply valve V9 Methane recovery valve V10 Gas supply valve V11 Gas supply valve V12 Produced gas supply valve

Claims (11)

大気を取り込む大気供給流路と、
前記大気供給流路から大気が供給され、燃焼ガスを生成する燃焼器と、
水素を供給する水素供給源と、
前記燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を前記水素によって燃料に変換させる材料を収容する二酸化炭素回収還元器と、
を備える二酸化炭素回収装置。
an atmosphere supply passage for taking in atmosphere;
a combustor to which air is supplied from the air supply passage and which generates a combustion gas;
A hydrogen source that supplies hydrogen;
A carbon dioxide capture and reduction device that captures carbon dioxide contained in the combustion gas and contains a material that converts the captured carbon dioxide into fuel using the hydrogen;
A carbon dioxide capture device comprising:
前記材料は、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、を含む二酸化炭素吸蔵還元触媒である、請求項1に記載の二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide capture device according to claim 1, wherein the material is a carbon dioxide storage/reduction catalyst that includes a metal oxide having carbon dioxide storage capability and a metal having methanation catalytic capability. 前記二酸化炭素吸蔵還元触媒により二酸化炭素が回収された後の残留ガスを、大気へ排出するためのガス排出流路と、
前記二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離するメタン分離器と、
前記メタン分離器で分離後の低濃度メタン含有ガスを、前記燃焼器及び前記二酸化炭素回収還元器のうち少なくとも一方に供給するためのメタンガス供給流路と、をさらに備える請求項2に記載の二酸化炭素回収装置。
a gas exhaust passage for exhausting residual gas after the carbon dioxide is captured by the carbon dioxide occlusion reduction catalyst to the atmosphere;
a methane separator for separating a portion of methane from a methane-containing gas containing methane obtained by the conversion of carbon dioxide;
The carbon dioxide capture device according to claim 2, further comprising a methane gas supply passage for supplying the low-concentration methane-containing gas separated in the methane separator to at least one of the combustor and the carbon dioxide capture and reduction device.
前記メタンガス供給流路は、前記メタン分離器で分離後の低濃度メタン含有ガスを、前記燃焼器に供給するための流路である、請求項3に記載の二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide capture device according to claim 3, wherein the methane gas supply passage is a passage for supplying the low-concentration methane-containing gas separated by the methane separator to the combustor. 前記燃焼器と前記二酸化炭素回収還元器との間に、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をさらに備える、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide capture device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a carbon dioxide adsorbent that contains an adsorbent material having carbon dioxide adsorption capacity, between the combustor and the carbon dioxide capture and reduction device. 前記二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離するメタン分離器と、
前記二酸化炭素吸蔵器へ前記燃焼ガスを供給するための燃焼ガス供給流路と、
前記水素供給源から前記二酸化炭素吸蔵器へ水素を供給するための水素供給流路と、
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ためのガス供給流路と、
前記二酸化炭素回収還元器から前記メタン分離器へ前記メタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給流路と、をさらに備える、請求項5に記載の二酸化炭素回収装置。
a methane separator for separating a portion of methane from a methane-containing gas containing methane obtained by the conversion of carbon dioxide;
a combustion gas supply passage for supplying the combustion gas to the carbon dioxide occlusion device;
a hydrogen supply flow path for supplying hydrogen from the hydrogen supply source to the carbon dioxide occlusion device;
a gas supply passage for supplying gas from the carbon dioxide occlusion device to the carbon dioxide capture and reduction device;
The carbon dioxide capture apparatus according to claim 5 , further comprising a methane-containing gas supply passage for supplying the methane-containing gas from the carbon dioxide capture reducer to the methane separator.
前記二酸化炭素の変換によって得られたメタンを含むメタン含有ガスから、メタンの一部を分離するメタン分離器と、
前記二酸化炭素吸蔵器へ前記燃焼ガスを供給するための燃焼ガス供給流路と、
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ための第1ガス供給流路と、
前記水素供給源から前記二酸化炭素回収還元器へ水素を供給するための水素供給流路と、
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ための第2ガス供給流路と、
前記二酸化炭素吸蔵器から前記メタン分離器へ前記メタン含有ガスを供給するためのメタン含有ガス供給流路と、をさらに備える、請求項5に記載の二酸化炭素回収装置。
a methane separator for separating a portion of methane from a methane-containing gas containing methane obtained by the conversion of carbon dioxide;
a combustion gas supply passage for supplying the combustion gas to the carbon dioxide occlusion device;
a first gas supply passage for supplying gas from the carbon dioxide occlusion device to the carbon dioxide capture and reduction device;
a hydrogen supply passage for supplying hydrogen from the hydrogen supply source to the carbon dioxide capture and reduction device;
a second gas supply passage for supplying gas from the carbon dioxide capture and reduction device to the carbon dioxide occlusion device;
The carbon dioxide capture apparatus according to claim 5 , further comprising a methane-containing gas supply passage for supplying the methane-containing gas from the carbon dioxide absorber to the methane separator.
前記メタン分離器と前記二酸化炭素回収還元器との間に、二酸化炭素をメタンに転化するメタン転化器をさらに備える、請求項6に記載の二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide capture device according to claim 6, further comprising a methane converter between the methane separator and the carbon dioxide capture reducer for converting carbon dioxide to methane. 前記メタン分離器と前記二酸化炭素吸蔵器との間に、二酸化炭素をメタンに転化するメタン転化器をさらに備える、請求項7に記載の二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide capture device according to claim 7, further comprising a methane converter between the methane separator and the carbon dioxide storage device, for converting carbon dioxide to methane. 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5~請求項9のいずれか1項に記載の二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide capture device according to any one of claims 5 to 9, further comprising a dehumidifier for removing moisture between the carbon dioxide capture reducer and the carbon dioxide adsorber. 大気を取り込む工程と、
前記大気が供給され、燃焼ガスを生成する工程と、
水素を供給する工程と、
前記燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を前記水素によって燃料に変換させる工程と、
を含む二酸化炭素回収方法。
Taking in atmospheric air;
the atmospheric air is supplied and a combustion gas is generated;
providing hydrogen;
A step of recovering carbon dioxide contained in the combustion gas and converting the recovered carbon dioxide into fuel using the hydrogen;
A method for capturing carbon dioxide, comprising:
JP2020119417A 2020-07-10 2020-07-10 Carbon dioxide capture device and carbon dioxide capture method Active JP7487590B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020119417A JP7487590B2 (en) 2020-07-10 2020-07-10 Carbon dioxide capture device and carbon dioxide capture method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020119417A JP7487590B2 (en) 2020-07-10 2020-07-10 Carbon dioxide capture device and carbon dioxide capture method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022016120A JP2022016120A (en) 2022-01-21
JP7487590B2 true JP7487590B2 (en) 2024-05-21

Family

ID=80121496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020119417A Active JP7487590B2 (en) 2020-07-10 2020-07-10 Carbon dioxide capture device and carbon dioxide capture method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7487590B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016007825A1 (en) 2014-07-11 2016-01-14 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods, systems, and materials for capturing carbon dioxide and converting it to a chemical product
JP2019108290A (en) 2017-12-18 2019-07-04 株式会社豊田中央研究所 Manufacturing device of methane and manufacturing method of methane using the same
JP2019142806A (en) 2018-02-20 2019-08-29 株式会社豊田中央研究所 Methane production apparatus and methane production method
JP2019156760A (en) 2018-03-13 2019-09-19 川崎重工業株式会社 System and process for producing methane
JP2020100597A (en) 2018-12-25 2020-07-02 株式会社豊田中央研究所 Metan manufacturing system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016007825A1 (en) 2014-07-11 2016-01-14 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods, systems, and materials for capturing carbon dioxide and converting it to a chemical product
JP2019108290A (en) 2017-12-18 2019-07-04 株式会社豊田中央研究所 Manufacturing device of methane and manufacturing method of methane using the same
JP2019142806A (en) 2018-02-20 2019-08-29 株式会社豊田中央研究所 Methane production apparatus and methane production method
JP2019156760A (en) 2018-03-13 2019-09-19 川崎重工業株式会社 System and process for producing methane
JP2020100597A (en) 2018-12-25 2020-07-02 株式会社豊田中央研究所 Metan manufacturing system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022016120A (en) 2022-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2442119C (en) Process for the separation and recovery of carbon dioxide from waste gas or fumes produced by combustible oxidation
JP4745299B2 (en) Adsorption / desorption material of ammonia using a combination of specific metal halides, separation method and storage method
TW201231639A (en) Methane recycling method and methane recycling apparatus
JP5743215B2 (en) Helium gas purification method and purification apparatus
JP5101615B2 (en) Methane gas treatment system and methane gas treatment method
JP2021035909A (en) Production method for methane and production facility therefor
Jo et al. A fundamental study of CO2 capture and CH4 production in a rapid cyclic system using nickel-lithium-silicate as a catal-sorbent
TWI569864B (en) Purifying method and purifying apparatus for argon gas
JP7487590B2 (en) Carbon dioxide capture device and carbon dioxide capture method
JP2000143204A (en) Carbon separation device for carbon-containing fuel
US8128735B1 (en) Process for CO2 capture using zeolites from high pressure and moderate temperature gas streams
JP7338577B2 (en) Carbon dioxide recovery device and carbon dioxide recovery method
US7572429B1 (en) Cyclic pre-reformer/desulphurization unit
JP2021074657A (en) Carbon dioxide recovery device, hydrocarbon generator, carbon circulation system and carbon dioxide recovery method
JP2005256899A (en) Hydrogen storage and/or derivation device
WO2017183388A1 (en) Internal combustion engine
JP2002326810A (en) Separation method and apparatus of ammonia using a metallic halide
JP2013216555A (en) Hydrogen generating device
WO2024080190A1 (en) Carbon dioxide adsorbent, use of carbon dioxide adsorbent, method for isolating carbon dioxide, plant for recovering/reserving carbon dioxide, and method for recovering/reserving carbon dioxide
JP2004292240A (en) Method for reducing carbon-dioxide emission in hydrogen production equipment
JP7407673B2 (en) Hydrocarbon production system
WO2024057593A1 (en) Hydrocarbon production system and hydrocarbon production method
WO2023100834A1 (en) Gas production apparatus
KR102578044B1 (en) Method for separating carbon dioxide, hydrogen and carbon monoxide from steel by-product gas
JP2023091958A (en) Gas production device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230315

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240123

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240321

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240409

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240422