JP7443723B2 - 二酸化炭素回収装置、炭化水素生成装置、炭素循環システム、および、二酸化炭素回収方法 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態の炭素循環システム1の概略構成を示す模式図である。第1実施形態の炭素循環システム1は、メタンの燃焼によって熱エネルギーを発生させるとともに、メタンを燃焼することで生成される二酸化炭素(CO2)を回収する。また、回収された二酸化炭素からメタンを生成する。このように、炭素循環システム1では、炭素を含むメタンの燃焼、二酸化炭素の回収、および、メタンの生成を繰り返すことで、炭素を循環させて熱エネルギーを発生させる。炭素循環システム1は、燃焼器5と、メタン生成装置6と、制御部55とを備える。メタン生成装置6は、二酸化炭素回収装置10と、メタン化反応器50と、生成ガス除湿器51とを備える。なお、本実施形態の炭素循環システム1は、メタン以外の炭化水素化合物を用いた炭素循環システムにも適用可能であり、例えば、エタンやプロパンなどの炭素と水素とから構成される化合物や主に炭素と水素とから構成される炭化水素化合物を用いた炭素循環システムにも適用可能である。メタン生成装置6は、特許請求の範囲の「炭化水素生成装置」に相当する。
図3は、第2実施形態の炭素循環システム2の概略構成を示す模式図である。第2実施形態の炭素循環システム2は、第1実施形態の炭素循環システム1(図1)と比較すると、NOx吸着器が並列に2台設けられる点が異なる。
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上述の実施形態では、「炭化水素製造装置」としてのメタン製造装置は、「炭化水素化合物」としてのCH4を製造するとした。しかしながら、炭化水素製造装置が製造する炭化水素化合物は、CH4だけでなく、例えば、エタンやプロパンなどの炭素と水素とから構成される化合物や、主に炭素と水素とから構成される化合物を含んでもよい。
上述の実施形態では、「NOx除去部」としてのNOx吸着器は、NOxを吸着するNOx吸着材を有しており、燃焼排ガスから窒素酸化物を除去するとした。しかしながら、NOx除去部が燃焼排ガスから窒素酸化物を除去する方法は、これに限定されない。尿素などの還元剤を使った還元方法や、触媒を使った還元方法などによっても、燃焼排ガスから窒素酸化物を除去してもよい。また、前段にNO酸化触媒を配置することでNOをNO2に酸化し、後段に配置されるNOx吸着材で吸着してもよい。
上述の実施形態では、除湿部20は、燃焼排ガスを冷却することで燃焼排ガスに含まれる水分を除去するとした。しかしながら、除湿部20による水分を除去する方法は、これに限定されない。
上述の実施形態では、燃焼排ガスに対して、除湿部20で水分を除去したのち、NOx吸着器によって窒素酸化物を除去するとした。しかしながら、燃焼排ガスから水分を除去するタイミングと、窒素酸化物を除去するタイミングとの関係は、これに限定されない。燃焼排ガスから窒素酸化物を除去してから、水分を除去してもよい。例えば、尿素などの還元剤を用いて窒素酸化物を除去する場合、燃焼排ガスに含まれる水分が増える場合があるため、窒素酸化物を除去してから水分を除去することが望ましい。
上述の実施形態では、二酸化炭素回収装置の上流側で検出されたNOx濃度を用いて、切替弁12によって、燃焼排ガスを、NOx吸着器を経由してCO2回収器40に供給するか、または、NOx吸着器を経由させずにCO2回収器40に供給するか、を切り替えるとした。しかしながら、切替弁12はなくてもよい。除湿部20から排出された燃焼排ガスの全量を、NOx吸着器を経由してCO2回収器40に供給してもよい。
上述の実施形態では、切替弁の制御、制御部、制御部はなくてもよく、一定の濃度を検出したときに切替弁での切り替えを行うことができる方法であればよい。
5…燃焼器
6,7…メタン生成装置
10,60…二酸化炭素回収装置
11,13,16…NOx濃度センサ
12,14,15…切替弁
12a,12b,12c,14a,14b,14c,15a,15b,15c,…接続口
20…除湿部
21…排ガス除湿器
22…乾燥器
30…NOx吸着器
40…CO2回収器
50…メタン化反応器
51…生成ガス除湿器
55…制御部
61…第1NOx吸着器
62…第2NOx吸着器
91…メタンガス流路
92,93…排ガス流路
94,94a,94b,97…迂回流路
95…排出ポート
96…CO2供給流路
97a,97d…接続流路
97b,97c…分岐流路
Claims (6)
- 二酸化炭素回収装置であって、
二酸化炭素を吸着するCO2吸着材を有しており、燃焼器から排出される燃焼排ガスが供給され、供給された前記燃焼排ガスから二酸化炭素を回収するCO2回収部と、
前記燃焼器から前記CO2回収部に供給される前記燃焼排ガスから窒素酸化物を除去するNOx除去部と、
前記NOx除去部の上流側に配置されており、前記燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出する上流側検出部と、
前記燃焼器から供給された前記燃焼排ガスを、前記NOx除去部を経由させて前記CO2回収部に供給するか、または、前記NOx除去部を経由させずに前記CO2回収部に供給するか、を切り替える上流側切替弁と、
前記上流側切替弁の上流側に配置されており、前記燃焼器から前記CO2回収部に供給される前記燃焼排ガスから水分を除去する除湿部と、
前記上流側切替弁による切り替えを制御する制御部と、を備え、
前記除湿部は、
前記燃焼排ガスを第1温度まで冷却することで前記燃焼排ガスに含まれる水分の少なくとも一部を除去する排ガス除湿器と、
前記燃焼排ガスの流れにおいて、前記排ガス除湿器の下流側に配置される乾燥器であって、前記排ガス除湿器を通過した燃焼排ガスを前記第1温度よりも低い第2温度まで冷却することで、前記燃焼排ガスに含まれる水分をさらに除去する乾燥器と、を備え、
前記制御部は、
前記上流側検出部が検出する窒素酸化物の濃度が第1の所定値より大きい場合、前記燃焼排ガスを、前記NOx除去部を経由させて前記CO2回収部に供給させ、
前記上流側検出部が検出する窒素酸化物の濃度が前記第1の所定値以下の場合、前記燃焼排ガスを、前記NOx除去部を経由させずに前記CO2回収部に供給させる、
二酸化炭素回収装置。 - 請求項1に記載の二酸化炭素回収装置であって、
前記NOx除去部は、窒素酸化物を吸着するNOx吸着材を有しており、
前記除湿部は、前記NOx除去部の上流側において、前記燃焼排ガスから水分を除去する、
二酸化炭素回収装置。 - 請求項1または請求項2に記載の二酸化炭素回収装置であって、
前記NOx除去部は、前記燃焼排ガスから窒素酸化物を除去する第1除去器と、前記第1除去器とは別に前記燃焼排ガスから窒素酸化物を除去する第2除去器と、を有しており、
前記二酸化炭素回収装置は、さらに、
前記NOx除去部の下流側に配置されており、前記燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出する下流側検出部と、
前記上流側切替弁の切り替えによって前記NOx除去部に供給される前記燃焼排ガスを、前記第1除去器を経由させて前記CO2回収部に供給するか、または、前記第2除去器を経由させて前記CO2回収部に供給するか、を切り替える下流側切替弁と、を備え、
前記制御部は、
前記上流側検出部が検出する窒素酸化物の濃度が第2の所定値より大きい場合、前記第1除去器または前記第2除去器のうちの一方の除去器を経由して前記CO2回収部に供給されている前記燃焼排ガスを、前記第1除去器または前記第2除去器のうちの他方の除去器を経由して前記CO2回収部に供給させるように、前記下流側切替弁を制御する、
二酸化炭素回収装置。 - 炭化水素生成装置であって、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の二酸化炭素回収装置と、
水素と、前記CO2回収部で回収された二酸化炭素とを用いて、炭化水素化合物を生成する生成器と、を備える、
炭化水素生成装置。 - 炭素循環システムであって、
請求項4に記載の炭化水素生成装置と、
前記生成器で生成された前記炭化水素化合物を燃焼し、前記燃焼排ガスを排出する前記燃焼器と、を備える、
炭素循環システム。 - 二酸化炭素回収方法であって、
燃焼排ガスから水分を除去する除湿工程と、
前記除湿工程において水分が除去された前記燃焼排ガスから窒素酸化物を除去するNOx除去工程と、
CO2吸着材を用いて、前記NOx除去工程において窒素酸化物が除去された前記燃焼排ガスから二酸化炭素を回収するCO2回収工程と、を備え、
前記除湿工程では、前記燃焼排ガスを第1温度まで冷却することで前記燃焼排ガスに含まれる水分の少なくとも一部を除去したのち、前記燃焼排ガスを前記第1温度よりも低い第2温度まで冷却することで、前記燃焼排ガスに含まれる水分をさらに除去し、
NOx除去部の上流側に配置される上流側検出部が検出する前記燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物の濃度が第1の所定値より大きい場合、前記燃焼排ガスは、前記NOx除去工程において窒素酸化物が除去されたのち、前記CO2回収工程において二酸化炭素が回収され、
前記上流側検出部が検出する前記燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物の濃度が前記第1の所定値以下の場合、前記燃焼排ガスは、前記NOx除去工程を行うことなく、前記CO2回収工程において二酸化炭素が回収される、
二酸化炭素回収方法。
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