特開 2022-163279 二酸化炭素回収制御装置、二酸化炭素回収装置、炭化水素製造装置、二酸化炭素回収方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022163279

(43)【公開日】2022-10-26

(54)【発明の名称】二酸化炭素回収制御装置、二酸化炭素回収装置、炭化水素製造装置、二酸化炭素回収方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/04 20060101AFI20221019BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20221019BHJP

   B01D 53/82 20060101ALI20221019BHJP

   B01D 53/96 20060101ALI20221019BHJP

   C07C 1/12 20060101ALI20221019BHJP

   C07C 9/04 20060101ALI20221019BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20221019BHJP

【ＦＩ】

B01D53/04 230

B01D53/62 100

B01D53/82 ZAB

B01D53/96

C07C1/12

C07C9/04

C01B32/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021068120

(22)【出願日】2021-04-14

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100144510

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 真由

(72)【発明者】

【氏名】國富 誠一

(72)【発明者】

【氏名】山本 征治

(72)【発明者】

【氏名】神谷 隆太

(72)【発明者】

【氏名】永田 哲治

(72)【発明者】

【氏名】堀部 伸光

(72)【発明者】

【氏名】水谷 俊介

【テーマコード（参考）】

4D002

4D012

4G146

4H006

【Ｆターム（参考）】

4D002AA09

4D002BA04

4D002CA07

4D002DA41

4D002DA45

4D002DA46

4D002DA54

4D002EA07

4D002GA02

4D002GA03

4D002GB01

4D002GB03

4D002GB20

4D012BA01

4D012BA02

4D012BA03

4D012CA03

4D012CA12

4D012CB16

4D012CD10

4D012CE01

4D012CE02

4D012CF01

4D012CF02

4D012CF04

4D012CG01

4D012CJ05

4G146JA02

4G146JC21

4G146JC25

4G146JC26

4G146JC27

4G146JD02

4H006AA04

4H006AC29

4H006BD10

4H006BE20

4H006BE41

(57)【要約】

【課題】二酸化炭素を含有する混合ガスから、吸着塔を用いて回収された二酸化炭素を含む回収ガスにおける、二酸化炭素濃度の変動を抑制する。
【解決手段】二酸化炭素回収制御装置は、第１吸着塔に混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、第２吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第１工程と、第２吸着塔に混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、第１吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第２工程と、を繰り返し実行させる工程制御部と、吸着工程が実行されている吸着塔において、所定の予測時刻における破過時間を予測する破過時間予測部と、予測された破過時間に応じて脱離工程において流通させる水素流通量を決定する水素流通量決定部と、を備え、工程制御部は、二酸化炭素破過情報に基づいて第１工程と第２工程とを切替える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも第１吸着塔と第２吸着塔とを含む複数の吸着塔を用いて、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を回収させる二酸化炭素回収制御を行う二酸化炭素回収制御装置であって、
前記第１吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第２吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第１工程と、前記第２吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第１吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第２工程と、を繰り返し実行させる工程制御部と、
前記吸着工程が実行されている前記吸着塔において、所定の予測時刻から前記吸着塔の外へ二酸化炭素が漏洩するまでの時間である破過時間を予測する破過時間予測部と、
前記破過時間予測部において予測された前記破過時間に応じて、同時に実行されている脱離工程において前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御するための水素流通量を決定する水素流通量決定部と、
を備え、
前記工程制御部は、
前記水素流通量決定部により決定された前記水素流通量になるように、前記脱離工程が実行されている前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御し、
前記吸着工程が実行されている前記吸着塔における二酸化炭素の破過に関する情報である二酸化炭素破過情報を取得し、前記二酸化炭素破過情報に基づいて、二酸化炭素の破過が生じたとき、または二酸化炭素の破過が生じる直前に前記第１工程と前記第２工程とを切替える、
二酸化炭素回収制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の二酸化炭素回収制御装置であって、
前記破過時間予測部は、所定の時間ごとに前記破過時間を予測し、
前記水素流通量決定部は、予測された前記破過時間に応じて、前記所定の時間ごとに前記水素流通量を更新し、
前記所定の時間をｄｔ、前記予測時刻をｎ（ｎは１以上の整数）、前記予測時刻ｎにおいて予測された前記破過時間をｔ（ｎ）としたとき、
前記水素流通量決定部は、
予測時刻ｎにおいて予測された破過時間ｔ（ｎ）と、予測時刻（ｎ－１）において予測された破過時間ｔ（ｎ－１）との関係が、第１関係の場合には、予測時刻ｎにおける前記水素流通量を、予測時刻（ｎ－１）における前記水素流通量より減少させ、第２関係の場合には、予測時刻ｎにおける前記水素流通量を、予測時刻（ｎ－１）における前記水素流通量より増加させ、第３関係の場合には、予測時刻ｎにおける前記水素流通量を、予測時刻（ｎ－１）における前記水素流通量と同一にし、
前記第１関係は、ｔ（ｎ－１）＜ｔ（ｎ）＋ｄｔであり、
前記第２関係は、ｔ（ｎ－１）＞ｔ（ｎ）＋ｄｔであり、
前記第３関係は、ｔ（ｎ－１）＝ｔ（ｎ）＋ｄｔである、
二酸化炭素回収制御装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の二酸化炭素回収制御装置であって、
前記水素流通量決定部は、
前記脱離工程が開始してから前記予測時刻までに前記吸着塔に流通した水素量と、前記脱離工程の全期間の間に前記吸着塔に流通可能な水素総量と、を取得し、前記予測時刻以降に前記脱離工程中の前記吸着塔に流通させる水素流通量を、下記式（１）により決定する、
二酸化炭素回収制御装置。
ｍｆ（ｎ）＝（ｍａ－ｍｐ）／ｔ（ｎ）… （１）
但し、ｍｆ（ｎ）：予測時刻ｎ以降に脱離工程中の吸着塔に流通させる水素流通量、ｍｐ：脱離工程が開始してから予測時刻ｎまでに吸着塔に流通した水素量、ｍａ：脱離工程の全期間の間に吸着塔に流通可能な水素総量、ｔ（ｎ）：予測時刻ｎにおいて予測された破過時間

【請求項4】

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制御装置であって、
前記破過時間予測部は、
前記吸着工程において、前記予測時刻までに前記吸着塔に流入した前記混合ガスの総量と、前記吸着工程において処理可能な混合ガス量と、前記混合ガスの供給源毎に予め定められた前記混合ガスの流量である定格混合ガス流量と、を取得し、下記式（２）により、前記破過時間を予測する、
二酸化炭素回収制御装置。
ｔ（ｎ）＝（ｑｃ－ｑ（ｎ））／ｑｆ … （２）
但し、ｔ（ｎ）：予測時刻ｎにおいて予測される破過時間 ｑｃ：吸着工程において処理可能な混合ガス量 ｑ（ｎ）：予測時刻ｎまでに流入した混合ガスの総量 ｑｆ：定格混合ガス流量

【請求項5】

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制御装置であって、
前記破過時間予測部は、
前記吸着塔に流入する前記混合ガスの流量と、前記混合ガスの温度と、前記混合ガス中の二酸化炭素の濃度と、を取得し、
前記吸着工程において、前記予測時刻までに流入した二酸化炭素の総量を、前記混合ガスの流量と、前記混合ガス中の二酸化炭素の濃度と、を用いて算出し、
前記吸着工程における二酸化炭素の飽和吸着量を、前記予測時刻の前記混合ガスの温度と、前記混合ガス中の二酸化炭素の濃度と、を用いて算出し、
前記混合ガスの供給源毎に予め定められた前記二酸化炭素の流量である定格二酸化炭素流量と、を取得し、
下記式（３）により、前記破過時間を予測する、
二酸化炭素回収制御装置。
ｔ（ｎ）＝（Ｃａ－Ｃ（ｎ））／Ｃｆ … （３）
但し、ｔ（ｎ）：予測時刻ｎにおいて予測される破過時間 Ｃａ：二酸化炭素の飽和吸着量 Ｃ（ｎ）：予測時刻ｎまでに流入した二酸化炭素の総量 Ｃｆ：定格二酸化炭素流量

【請求項6】

二酸化炭素回収装置であって、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の二酸化炭素回収制御装置と、
二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を分離可能な吸着塔であって、少なくとも第１吸着塔と第２吸着塔とを含む複数の吸着塔と、
前記複数の吸着塔に前記混合ガスを供給可能な混合ガス供給部と、
前記複数の吸着塔に水素を供給可能な水素供給部と、
を備える、二酸化炭素回収装置。

【請求項7】

炭化水素製造装置であって、
請求項６に記載の二酸化炭素回収装置と、
内部に炭化水素化触媒を有し、前記二酸化炭素回収装置から流出する二酸化炭素と水素とを含む回収ガスを用いて、炭化水素化合物を生成する炭化水素生成部と、を備える、
炭化水素製造装置。

【請求項8】

少なくとも第１吸着塔と第２吸着塔とを含む複数の吸着塔を用いて、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を回収させる二酸化炭素回収方法であって、
前記第１吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第２吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第１工程と、前記第２吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第１吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第２工程と、を繰り返し実行させ、
前記吸着工程が実行されている前記吸着塔において、所定の予測時刻から前記吸着塔の外へ二酸化炭素が漏洩するまでの時間である破過時間を予測し、
前記破過時間予測部において予測された前記破過時間に応じて、同時に実行されている脱離工程において前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御するための水素流通量を決定し、
決定された前記水素流通量になるように、前記脱離工程が実行されている前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御し、
前記吸着工程が実行されている前記吸着塔における二酸化炭素の破過に関する情報である二酸化炭素破過情報を取得し、前記二酸化炭素破過情報に基づいて、二酸化炭素の破過が生じたとき、または二酸化炭素の破過が生じる直前に前記第１工程と前記第２工程とを切替える、
二酸化炭素回収方法。

【請求項9】

少なくとも第１吸着塔と第２吸着塔とを含む複数の吸着塔を用いて、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置を制御するためのプログラムであって、コンピュータに、
前記第１吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第２吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第１工程と、前記第２吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第１吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第２工程と、を繰り返し実行させる工程制御機能と、
前記吸着工程が実行されている前記吸着塔において、所定の予測時刻から前記吸着塔の外へ二酸化炭素が漏洩するまでの時間である破過時間を予測する破過時間予測機能と、
前記破過時間予測部において予測された前記破過時間に応じて、同時に実行されている脱離工程において前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御するための水素流通量を決定する水素流通量決定機能と、
を実現させ、
前記工程制御機能では、
前記水素流通量決定部により決定された前記水素流通量になるように、前記脱離工程が実行されている前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御し、
前記吸着工程が実行されている前記吸着塔における二酸化炭素の破過に関する情報である二酸化炭素破過情報を取得し、前記二酸化炭素破過情報に基づいて、二酸化炭素の破過が生じたとき、または二酸化炭素の破過が生じる直前に前記第１工程と前記第２工程とを切替える、
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二酸化炭素を含有する混合ガスから吸着塔を用いて二酸化炭素を回収する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、吸着剤が充填された吸着装置を利用して、気体または液体中に含まれている不純物を取り除く技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、吸着剤が充填された２基の塔を利用して、交互に不純物の吸着工程および脱離（再生）工程を行う吸着装置が記載されている。この吸着装置では、吸着工程において流入するガスの流量が設計値よりも低下した場合は流入ガス総流量が設計値となるまで吸着工程の時間を延長し、再生工程は設計通りの運用をする。これにより、流入するガスの流量が低下した場合でも、吸着塔の性能を最大限まで利用することができ、不純物分離のエネルギー効率が高まることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６２－１７６５１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、流入するガスの流量が低下した場合に、吸着工程を延長し、脱離工程はそのままとしているため、脱離工程を行う吸着塔においては、待機する時間が生じる。特許文献１に記載された技術を用いて、例えば、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を分離回収する場合、脱離工程において吸着塔から二酸化炭素が出てくるため、待機している間は、二酸化炭素が出てこない。すなわち、吸着塔から出てくる二酸化炭素の濃度が変動する。

【0005】

吸着塔によって回収された二酸化炭素を炭化水素化させる炭化水素合成装置が、吸着塔の下流に接続される場合がある。このような構成において、二酸化炭素の濃度が変動すると、炭化水素合成装置に供給される二酸化炭素が過多の場合には、炭化水素触媒の失活が生じる虞があり、一方、炭化水素合成装置に供給される水素が過多の場合には、炭化水素合成装置から得られる炭化水素の純度が低下する虞がある。

【0006】

そこで、二酸化炭素を含有する混合ガスから吸着塔を用いて二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置において、回収する二酸化炭素の濃度変動を抑制する技術が望まれている。

【0007】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、二酸化炭素を含有する混合ガスから、吸着塔を用いて回収された二酸化炭素を含む回収ガスにおける、二酸化炭素濃度の変動を抑制する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0009】

（１）本発明の一形態によれば、少なくとも第１吸着塔と第２吸着塔とを含む複数の吸着塔を用いて、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を回収させる二酸化炭素回収制御を行う二酸化炭素回収制御装置が提供される。この二酸化炭素回収制御装置は、前記第１吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第２吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第１工程と、前記第２吸着塔に前記混合ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、前記第１吸着塔に水素を供給させる脱離工程を実行させる第２工程と、を繰り返し実行させる工程制御部と、前記吸着工程が実行されている前記吸着塔において、所定の予測時刻から前記吸着塔の外へ二酸化炭素が漏洩するまでの時間である破過時間を予測する破過時間予測部と、前記破過時間予測部において予測された前記破過時間に応じて、同時に実行されている脱離工程において前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御するための水素流通量を決定する水素流通量決定部と、を備え、前記工程制御部は、前記水素流通量決定部により決定された前記水素流通量になるように、前記脱離工程が実行されている前記吸着塔に流通させる水素の流通量を制御し、前記吸着工程が実行されている前記吸着塔における二酸化炭素の破過に関する情報である二酸化炭素破過情報を取得し、前記二酸化炭素破過情報に基づいて、二酸化炭素の破過が生じたとき、または二酸化炭素の破過が生じる直前に前記第１工程と前記第２工程とを切替える。

【0010】

この構成によれば、第１工程および第２工程は、それぞれ、吸着工程において二酸化炭素が破過するか破過する直前まで行われる。そのため、第１工程および第２工程の期間は、吸着塔に供給される混合ガスの流量や、混合ガス中の二酸化炭素濃度に応じて変わる。吸着工程では、二酸化炭素が破過するか破過する直前まで、混合ガスが供給されるため、二酸化炭素の吸着量は、略満量（最大吸着量）である。これに対し、仮に、脱離工程において、水素流通量を一定にすると、脱離工程の全期間に吸着塔に供給される水素の総量が変動し、水素の過不足が生じる。しかしながら、この構成によれば、吸着工程と同時に行われている（期間が等しい）脱離工程において供給される水素流通量が、破過時間に応じて決定されるため、脱離工程の長さの変動に応じて、脱離工程の全期間に吸着塔に供給される水素の量を、適切に制御することができる。その結果、二酸化炭素を含有する混合ガスから、吸着塔を用いて回収された二酸化炭素を含む回収ガスにおける、二酸化炭素濃度の変動を抑制することができる。

【0011】

（２）上記形態の二酸化炭素回収制御装置であって、前記破過時間予測部は、所定の時間ごとに前記破過時間を予測し、前記水素流通量決定部は、予測された前記破過時間に応じて、前記所定の時間ごとに前記水素流通量を更新し、前記所定の時間をｄｔ、前記予測時刻をｎ（ｎは１以上の整数）、前記予測時刻ｎにおいて予測された前記破過時間をｔ（ｎ）としたとき、前記水素流通量決定部は、予測時刻ｎにおいて予測された破過時間ｔ（ｎ）と、予測時刻（ｎ－１）において予測された破過時間ｔ（ｎ－１）との関係が、第１関係の場合には、予測時刻ｎにおける前記水素流通量を、予測時刻（ｎ－１）における前記水素流通量より減少させ、第２関係の場合には、予測時刻ｎにおける前記水素流通量を、予測時刻（ｎ－１）における前記水素流通量より増加させ、第３関係の場合には、予測時刻ｎにおける前記水素流通量を、予測時刻（ｎ－１）における前記水素流通量と同一にし、前記第１関係は、ｔ（ｎ－１）＜ｔ（ｎ）＋ｄｔであり、前記第２関係は、ｔ（ｎ－１）＞ｔ（ｎ）＋ｄｔであり、前記第３関係は、ｔ（ｎ－１）＝ｔ（ｎ）＋ｄｔであってもよい。

【0012】

この構成によれば、１つの吸着工程の中で、時々刻々と破過時間が予測され、破過時間に応じて、時々刻々と水素流通量が更新される。そのため、より精度よく水素流通量を変更することができる。また、現予測時刻と１時刻前の予測時刻においてそれぞれ予測された破過時間の関係が第１関係の場合は、１時刻前の予測時刻において予測された吸着工程の長さより現時刻において予測された吸着工程の長さが長い場合であるため、水素流通量を低下させることにより、脱離工程において供給される水素の総量を適切にすることができる。現予測時刻と１時刻前の予測時刻においてそれぞれ予測された破過時間の関係が第２関係の場合は、１時刻前の予測時刻において予測された吸着工程の長さより現時刻において予測された吸着工程の長さが短い場合であるため、水素流通量を増加させることにより、脱離工程において供給される水素の総量を適切にすることができる。現予測時刻と１時刻前の予測時刻においてそれぞれ予測された破過時間の関係が第３関係の場合は、１時刻前の予測時刻において予測された吸着工程の長さと現時刻において予測された吸着工程の長さが等しい（変わらない）場合であるため、水素流通量を維持することにより、脱離工程において供給される水素の総量を適切にすることができる。すなわち、このように水素流通量を更新することにより、水素の供給量をより精度よく適切にすることができ、回収ガスにおける二酸化炭素濃度の変動をより抑制することができる。

【0013】

（３）上記形態の二酸化炭素回収制御装置であって、前記水素流通量決定部は、前記脱離工程が開始してから前記予測時刻までに前記吸着塔に流通した水素量と、前記脱離工程の全期間の間に前記吸着塔に流通可能な水素総量と、を取得し、前記予測時刻以降に前記脱離工程中の前記吸着塔に流通させる水素流通量を、下記式（１）により決定してもよい。
ｍｆ（ｎ）＝（ｍａ－ｍｐ）／ｔ（ｎ）… （１）
但し、ｍｆ（ｎ）：予測時刻ｎ以降に脱離工程中の吸着塔に流通させる水素流通量、ｍｐ：脱離工程が開始してから予測時刻ｎまでに吸着塔に流通した水素量、ｍａ：脱離工程の全期間の間に吸着塔に流通可能な水素総量、ｔ（ｎ）：予測時刻ｎにおいて予測された破過時間

【0014】

この構成によれば、脱離工程中の吸着塔に、現に供給された水素量を用いて、残余の脱離工程における水素流通量を決定するため、適切な水素流通量の算出精度を向上させることができる。

【0015】

（４）上記形態の二酸化炭素回収制御装置であって、前記破過時間予測部は、前記吸着工程において、前記予測時刻までに前記吸着塔に流入した前記混合ガスの総量と、前記吸着工程において処理可能な混合ガス量と、前記混合ガスの供給源毎に予め定められた前記混合ガスの流量である定格混合ガス流量と、を取得し、下記式（２）により、前記破過時間を予測してもよい。
ｔ（ｎ）＝（ｑｃ－ｑ（ｎ））／ｑｆ … （２）
但し、ｔ（ｎ）：予測時刻ｎにおいて予測される破過時間 ｑｃ：吸着工程において処理可能な混合ガス量 ｑ（ｎ）：予測時刻ｎまでに流入した混合ガスの総量 ｑｆ：定格混合ガス流量
この構成によれば、破過時間を容易に予測することができる。

【0016】

（５）上記形態の二酸化炭素回収制御装置であって、前記破過時間予測部は、前記吸着塔に流入する前記混合ガスの流量と、前記混合ガスの温度と、前記混合ガス中の二酸化炭素の濃度と、を取得し、前記吸着工程において、前記予測時刻までに流入した二酸化炭素の総量を、前記混合ガスの流量と、前記混合ガス中の二酸化炭素の濃度と、を用いて算出し、前記吸着工程における二酸化炭素の飽和吸着量を、前記予測時刻の前記混合ガスの温度と、前記混合ガス中の二酸化炭素の濃度と、を用いて算出し、前記混合ガスの供給源毎に予め定められた前記二酸化炭素の流量である定格二酸化炭素流量と、を取得し、下記式（３）により、前記破過時間を予測してもよい。
ｔ（ｎ）＝（Ｃａ－Ｃ（ｎ））／Ｃｆ … （３）
但し、ｔ（ｎ）：予測時刻ｎにおいて予測される破過時間 Ｃａ：二酸化炭素の飽和吸着量 Ｃ（ｎ）：予測時刻ｎまでに流入した二酸化炭素の総量 Ｃｆ：定格二酸化炭素流量

【0017】

この構成によれば、混合ガスの温度や混合ガス中の二酸化炭素濃度に応じて変動する二酸化炭素の飽和吸着量を用いて破過時間を予測することができるため、破過時間の予測精度を向上させることができる。

【0018】

（６）本発明の他の形態によれば、二酸化炭素回収装置が提供される。この二酸化炭素回収装置は、上記形態の二酸化炭素回収制御装置と、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を分離可能な吸着塔であって、少なくとも第１吸着塔と第２吸着塔とを含む複数の吸着塔と、前記複数の吸着塔に前記混合ガスを供給可能な混合ガス供給部と、前記複数の吸着塔に水素を供給可能な水素供給部と、を備える。
この構成によれば、二酸化炭素を含有する混合ガスから、吸着塔を用いて回収された二酸化炭素を含む回収ガスにおける、二酸化炭素濃度の変動を抑制することができる。

【0019】

（７）本発明の他の形態によれば、炭化水素製造装置が提供される。この炭化水素製造装置は、上記形態の二酸化炭素回収装置と、内部に炭化水素化触媒を有し、前記二酸化炭素回収装置から流出する二酸化炭素と水素とを含む回収ガスを用いて、炭化水素化合物を生成する炭化水素生成部と、を備える。
この構成によれば、二酸化炭素を含有する混合ガスから、吸着塔を用いて回収された二酸化炭素を含む回収ガスにおける、二酸化炭素濃度の変動を抑制することができるため、炭化水素生成部の炭化水素化触媒の失活を抑制することができる。また、炭化水素生成部によって生成されるガスのメタン純度を向上させることができる。

【0020】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、二酸化炭素回収方法、二酸化炭素回収装置を制御するためのプログラム、二酸化炭素回収システム、炭化水素製造システム、メタン製造システム、これら装置やシステムを制御する方法、これら装置やシステムを制御するためのプログラム、これらプログラムを配布するためのサーバ装置、プログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１実施形態の炭化水素製造装置の概略構成を示す説明図である。

【図2】二酸化炭素回収装置における吸着塔の切替タイミングの説明図である。

【図3】二酸化炭素回収制御の第１工程の説明図である。

【図4】二酸化炭素回収制御の第２工程の説明図である。

【図5】二酸化炭素回収制御のフローチャートである。

【図6】破過時間予測処理の流れを示すフローチャートである。

【図7】破過時間予測処理を説明するための説明図である。

【図8】水素流通量決定処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】破過時間（ｎ）と、水素流通量（ｎ）との関係の一例を示す説明図である。

【図10】第２実施形態の炭化水素製造装置の概略構成を示す説明図である。

【図11】第２実施形態における破過時間予測処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の炭化水素製造装置１００の概略構成を示す説明図である。炭化水素製造装置１００は、二酸化炭素（ＣＯ₂）と水素（Ｈ₂）との混合ガスを用いて、炭化水素化合物を製造する装置であり、二酸化炭素回収装置２００と炭化水素生成部６０と、を備える。詳しくは、炭化水素製造装置１００は、二酸化炭素回収装置２００において、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を回収し、回収された二酸化炭素を用いて、炭化水素を生成する。本実施形態では、炭化水素としてメタン（ＣＨ₄）を生成する例を示すが、メタン（ＣＨ₄）以外の炭化水素化合物、例えば、エタンやプロパンなどの炭素と水素とから構成される化合物やメタノールなどの主に炭素と水素とから構成される化合物を生成してもよい。

【0023】

炭化水素生成部６０は、内部に炭化水素化触媒を有し、二酸化炭素回収装置２００から供給される回収ガス（二酸化炭素と水素を含む）と、外部の水素供給源から供給される水素と、を用いて、メタンを生成し、メタンを主成分とするガス（以下、「製品ガス」とも呼ぶ）を外部に供給可能に構成されている。炭化水素生成部６０は、回収ガス流路７２を介して二酸化炭素回収装置２００と接続されると共に、水素流路６２を介して外部の水素供給源と接続されている。水素流路６２には、水素流路６２を流れる水素の流量を調整する流量制御器６２ａが設けられている。流量制御器６２ａにおける水素流量は、予め設定されている。また、炭化水素生成部６０は、製品ガス流路６３と接続されている。例えば、製品ガス流路６３の他端に貯留タンクを接続することにより、製品ガスを、貯留タンクに貯留することができる。本実施形態では、後述するように、二酸化炭素回収装置２００において、回収ガスの流量および濃度の変動を抑制することができるため、炭化水素生成部６０は高いメタン純度の製品ガスを外部に供給することができる。

【0024】

二酸化炭素回収装置２００は、二酸化炭素を含む混合ガスから吸着塔を用いて二酸化炭素を回収する。本実施形態では、二酸化炭素を含む混合ガスとして、燃焼炉や内燃機関などから排出される排ガスを例示する。二酸化炭素回収装置２００は、複数の吸着塔（第１吸着塔１１および第２吸着塔１２）と、排ガス流路２０と、オフガス流路２５と、水素流路３０と、回収ガス流路４０と、回収ガスタンク７０と、二酸化炭素回収制御装置５０と、を備える。以下の説明において、第１吸着塔１１と第２吸着塔１２とを区別しない場合は、単に、吸着塔１０とも呼ぶ。二酸化炭素回収装置２００では、吸着塔１０に吸着された二酸化炭素を、パージガスとしての水素を用いて脱離させる。

【0025】

第１吸着塔１１、第２吸着塔１２は、それぞれ、筒状に形成され、それぞれの内部に吸着材１１ａ、１２ａが収容されている。吸着材１１ａ、１２ａは、二酸化炭素吸蔵性能を有する材料、例えば、ゼオライト、活性炭、シリカゲルなどである。第１吸着塔１１、第２吸着塔１２のそれぞれには、排ガス流路２０と、水素流路３０と、回収ガス流路４０が接続されている。

【0026】

排ガス流路２０は、燃焼炉や内燃機関などの、二酸化炭素を含む排ガスを排出する外部の排ガス供給装置に接続されており、排ガス供給装置が排出する排ガスが流れる。排ガス流路２０を流れる排ガスは、排ガス分流路２１、２２を介して、第１吸着塔１１、第２吸着塔１２に供給される。排ガス分流路２１、２２には、排ガス入口弁２１ａ、２２ａがそれぞれ設けられている。排ガス入口弁２１ａ、２２ａのそれぞれは、後述する二酸化炭素回収制御装置５０の指令に応じて、第１吸着塔１１、第２吸着塔１２の内部への排ガスの供給を制御する。本実施形態において、二酸化炭素を含む混合ガスとして、排ガスを例示しているが、二酸化炭素を含む混合ガスは、排ガスでなくてもよい。本実施形態における排ガス流路２０、排ガス分流路２１、２２、排ガス入口弁２１ａ、２２ａを併せて、「混合ガス供給部」とも呼ぶ。

【0027】

オフガス流路２５はオフガス分流路２３を介して第１吸着塔１１に接続され、オフガス分流路２４を介して第２吸着塔１２に接続されている。排ガスに含まれる二酸化炭素が吸着材にトラップされ、吸着材にトラップされなかった窒素などを含むオフガスが、オフガス流路２５を流れる。オフガスは、二酸化炭素回収装置２００の外部、例えば、大気に放出される。オフガス流路２５は三方弁２５ａを介してオフガス分流路２３、２４と接続されており、後述する二酸化炭素回収制御装置５０の指令に応じて、第１吸着塔１１、第２吸着塔１２からのオフガスの排出を制御する。

【0028】

オフガス分流路２３およびオフガス分流路２４には、それぞれ、温度センサ８４、８５が設けられている。温度センサ８４、８５は、それぞれ、第１吸着塔１１、第２吸着塔１２から排出されるオフガスの温度を検出し、検出結果を二酸化炭素回収制御装置５０へ出力する。

【0029】

水素流路３０は、第１吸着塔１１、第２吸着塔１２の内部に、パージガスとしての水素を供給する外部の水素供給源に接続している。水素流路３０には、二酸化炭素回収制御装置５０の指令に応じて、水素流路３０を流れる水素の流量を調整する流量制御器３０ａが設けられている。水素流路３０を流れる水素は、水素分流路３１、３２を介して、第１吸着塔１１、第２吸着塔１２に供給される。水素分流路３１、３２には、水素入口弁３１ａ、３２ａが、それぞれ設けられている。水素入口弁３１ａ、３２ａのそれぞれは、二酸化炭素回収制御装置５０の指令に応じて、第１吸着塔１１、第２吸着塔１２の内部への水素の流れを制御する。本実施形態における水素流路３０、流量制御器３０ａ、水素分流路３１、３２、水素入口弁３１ａ、３２ａを併せて、「水素供給部」とも呼ぶ。

【0030】

回収ガス流路４０は、回収ガス分流路４１、４２を介して、第１吸着塔１１、第２吸着塔１２のそれぞれに接続されている。回収ガス流路４０には、吸着材１１ａ、１２ａから脱離した二酸化炭素と、パージガスとして第１吸着塔１１、第２吸着塔１２に供給された水素と、の混合ガスである回収ガスが流れる。回収ガス分流路４１、４２には、回収ガス出口弁４１ａ、４２ａが設けられている。回収ガス出口弁４１ａ、４２ａのそれぞれは、二酸化炭素回収制御装置５０の指令に応じて、第１吸着塔１１、第２吸着塔１２からの回収ガスの流れを制御する。

【0031】

回収ガスタンク７０は、回収ガス流路４０に接続されており、回収ガス流路４０を流れる回収ガスを一時的に貯留する。また、回収ガスタンク７０は、回収ガス流路７２を介して炭化水素生成部６０と接続されており、回収ガスを炭化水素生成部６０に供給する。

【0032】

流量計８１は、排ガス流路２０において、排ガス分流路２１が接続する位置より上流側の位置に設けられている。流量計８１は、排ガス流路２０を流れる排ガスの流量を検出する。流量計８１は、検出した排ガス流量を二酸化炭素回収制御装置５０に出力する。

【0033】

二酸化炭素回収制御装置５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、ＣＰＵを含んで構成されるコンピュータ（情報処理装置）であり、後述する工程制御部における第１吸着塔１１および第２吸着塔１２の切替えや、弁の開閉制御など、二酸化炭素回収装置２００の全体の制御を行う。また、二酸化炭素回収制御装置５０は、吸着塔１０に供給する水素の流量を決定する（後述する）。

【0034】

二酸化炭素回収制御装置５０は、工程制御部５１と、破過時間予測部５２と、水素流通量決定部５３と、記憶部５４と、を備える。

【0035】

二酸化炭素回収制御装置５０は、第１吸着塔１１に排ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、第２吸着塔１２に水素を供給させる脱離工程を実行させる第１工程と、第２吸着塔１２に排ガスを供給させる吸着工程を実行させると同時に、第１吸着塔１１に水素を供給させる脱離工程を実行させる第２工程と、を繰り返し実行させる二酸化炭素回収制御を実行する。各吸着塔１０では、吸着工程と脱離工程とが交互に繰り返し行われ、これにより、排ガスから二酸化炭素が回収される。二酸化炭素回収制御装置５０は、吸着工程が行われている吸着塔１０における二酸化炭素の破過と連動して工程を切替える（後に詳述する）。本実施形態において、吸着工程は、吸着塔１０に対して排ガスを供給する工程であり、脱離工程は、吸着塔１０に対して水素を供給する工程である。

【0036】

工程制御部５１は、破過時間予測部５２及び水素流通量決定部５３と協働して、後述する二酸化炭素回収制御を実行する。工程制御部５１は、上述した排ガス入口弁２１ａ、２２ａ、三方弁２５ａ、流量制御器３０ａ、水素入口弁３１ａ、３２ａ、回収ガス出口弁４１ａ、４２ａを制御することにより、吸着塔１０において、吸着工程と脱離工程とを繰り返し実行させる。

【0037】

破過時間予測部５２は、吸着工程が実行されている吸着塔１０において、所定の予測時刻から吸着塔１０の外へ二酸化炭素が漏洩するまでの時間である破過時間を予測する。本実施形態において、破過時間予測部５２は、排ガス流路２０に設けられた流量計８１により計測された排ガス流量を取得し、吸着塔が分離可能な排ガス総流量をもとに残りの吸着可能期間（破過するまでの時間）を算出する（後に詳述する）。本実施形態において、破過時間予測部５２は、吸着工程が実行されている間に、複数回、破過時間を予測する。すなわち、破過時間を予測する時刻である予測時刻は、所定の間隔で設定されている。

【0038】

水素流通量決定部５３は、破過時間予測部５２において予測された破過時間に応じて、破過時間が予測された吸着工程と同時に実行されている脱離工程において吸着塔１０に流通させる水素の流通量を制御するための水素流通量を決定する（後に詳述する）。

【0039】

記憶部５４には、定格排ガス流量５５と、処理可能排ガス量５６と、が記憶されている。定格排ガス流量５５は、排ガスの供給源毎に予め定められた排ガスの流量であり、炭化水素製造装置１００に接続される排ガス供給装置固有の値が、予め、使用者等により入力されている。処理可能排ガス量５６は、吸着塔１０が処理可能な排ガスの総量であって、例えば、吸着塔１０の容量、吸着材の種類、吸着材の充填率等に応じて、吸着塔１０毎に予め定められている。処理可能排ガス量５６は、定格排ガス流量５５と同様に、使用者により入力されてもよいし、炭化水素製造装置１００の製造時に、予め、記憶されていてもよい。

【0040】

図２は、本実施形態の二酸化炭素回収装置２００における吸着塔１０の切替タイミングの説明図である。本実施形態の二酸化炭素回収制御では、図示するように、第１工程および第２工程を１サイクルとして、このサイクルが、複数回繰り返される。各工程では、吸着工程および脱離工程（水素供給）のそれぞれが、２つの吸着塔（第１吸着塔１１および第２吸着塔１２）のいずれかにおいて実行される。具体的には、第１工程では、第１吸着塔１１において吸着工程が実行され、第２吸着塔１２において脱離工程が実行される。第２工程では、第１吸着塔１１において脱離工程が実行され、第２吸着塔１２において吸着工程が実行される。本実施形態の二酸化炭素回収装置２００では、このようにして、一方の吸着塔１０において排ガス中の二酸化炭素を吸着すると同時に、他方の吸着塔１０において、吸着された二酸化炭素を脱離する。これにより、定常的に、二酸化炭素含有ガス（排ガス）を供給することが可能である。

【0041】

１つの吸着塔１０に注目すると、吸着工程と脱離工程が繰り返し行われる。図２では、繰り返し行われる工程の通し番号Ｎを、０から順に記載している。以下に、第１吸着塔１１を例に、説明する。吸着工程では、第１吸着塔１１に排ガスが供給される（第１工程）。第１吸着塔１１において二酸化炭素が破過する直前に、脱離工程（第２工程）に移行する。脱離工程では、第１吸着塔１１にパージガスとしての水素が供給される。第１吸着塔１１にパージガスとしての水素が供給されると、第１吸着塔１１の内部の二酸化炭素の分圧が低下するため、吸着材１１ａに吸着されている二酸化炭素が吸着材１１ａから脱離する。第２工程において第２吸着塔１２で二酸化炭素が破過する直前に、第１吸着塔１１は吸着工程（第１工程）に移行する。

【0042】

このように、本実施形態の二酸化炭素回収装置２００では、吸着工程が行われている吸着塔１０において二酸化炭素が破過する直前に、第１工程と第２工程との切替が行われる。そのため、図示するように、複数の第１工程と複数の第２工程の長さは、互いに異なる場合がある。但し、第１工程における吸着工程と脱離工程の長さは同一であり、第２工程における吸着工程と脱離工程の長さは同一である。第１工程と第２工程との切替については、後に詳述する。

【0043】

図３は、二酸化炭素回収装置２００における二酸化炭素回収制御の第１工程の説明図である。図４は、二酸化炭素回収装置２００における二酸化炭素回収制御の第２工程の説明図である。上述の通り、二酸化炭素回収装置２００では、２つの吸着塔１０（第１吸着塔１１と第２吸着塔１２）のそれぞれに、順番に排ガスを供給することで、排ガスから二酸化炭素を回収する。第１吸着塔１１および第２吸着塔１２のそれぞれが、吸着材に二酸化炭素が吸着される吸着塔、吸着材に吸着された二酸化炭素が脱離される脱離塔として機能する。

【0044】

第１吸着塔１１は、図３に示す第１工程において吸着塔として機能し、図４に示す第２工程において脱離塔として機能している。図３、図４において、排ガス、水素、および回収ガスの流れを太い実線で示している。図３に示すように、吸着塔として機能する第１吸着塔１１には、排ガスが供給される。脱離塔として機能する第２吸着塔１２には、水素が供給され、吸着材から脱離した二酸化炭素が、水素と共に回収ガスとして排出される。

【0045】

図３に示す第１工程では、第１吸着塔１１に、排ガス流路２０を用いて、排ガスを供給させる（吸着工程）。具体的には、二酸化炭素回収制御装置５０は、排ガス入口弁２１ａを開くとともに、三方弁２５ａを介してオフガス分流路２３とオフガス流路２５とが接続されるように、それぞれの弁を制御する。これにより、排ガス流路２０を流れる排ガスは、排ガス分流路２１を介して、第１吸着塔１１に供給される。第１吸着塔１１では、排ガスに含まれる二酸化炭素が吸着材１１ａにトラップされ、吸着材１１ａにトラップされなかった窒素や水分などは、オフガスとしてオフガス分流路２３およびオフガス流路２５を介して二酸化炭素回収装置２００の外部、例えば、大気に放出される。

【0046】

第１工程は、上記吸着工程と同時に、第２吸着塔１２において脱離工程が実行される。脱離工程では、第２吸着塔１２に、水素流路３０を用いて、水素を供給させる。具体的には、二酸化炭素回収制御装置５０は、水素入口弁３２ａを開くとともに、水素入口弁３１ａを閉じる。そして、回収ガス出口弁４２ａを開くとともに、回収ガス出口弁４１ａを閉じる。流量制御器３０ａは、二酸化炭素回収制御装置５０の指令に応じて、水素流通量決定部５３によって決定された水素流通量になるように水素の流量を制御する。後に詳述するように、二酸化炭素回収制御装置５０において、水素流通量決定部５３により決定される水素流通量が時々刻々と変化するため、第２吸着塔１２に供給される水素流量も時々刻々と変化する。第２吸着塔１２に水素が供給されると、第２吸着塔１２内部の二酸化炭素の分圧が低下するため、吸着材１２ａに吸着されている二酸化炭素が吸着材１２ａから脱離される。脱離された二酸化炭素は、水素と共に回収ガス分流路４２に流入し、回収ガス流路４０を流れて、回収ガスタンク７０に流入する。脱離工程において、第２吸着塔１２に水素が供給されることにより、吸着材１２ａが冷却され、二酸化炭素を吸着可能な状態となる。

【0047】

図４に示すように、第２工程では、第１工程とは逆に、第２吸着塔１２において吸着工程が行われ、第１吸着塔１１において脱離工程が行われる。具体的には、二酸化炭素回収制御装置５０は、排ガス入口弁２２ａを開くとともに、三方弁２５ａを介してオフガス分流路２４とオフガス排出流路２５とが接続されるように、それぞれの弁を制御する。これにより、排ガス流路２０を流れる排ガスは、排ガス分流路２２を介して、第２吸着塔１２に供給される。第２吸着塔１２では、排ガスに含まれる二酸化炭素が吸着材１２ａにトラップされ、吸着材１２ａにトラップされなかった窒素や水分などは、オフガスとしてオフガス分流路２４およびオフガス流路２５を介して二酸化炭素回収装置２００の外部に放出される。

【0048】

第２工程は、上記吸着工程と同時に、第１吸着塔１１において脱離工程が実行される。脱離工程では、第１吸着塔１１に、水素流路３０を用いて、水素を供給させる。具体的には、二酸化炭素回収制御装置５０は、水素入口弁３１ａを開くとともに、水素入口弁３２ａを閉じる。そして、回収ガス出口弁４１ａを開くとともに、回収ガス出口弁４２ａを閉じる。流量制御器３０ａは、二酸化炭素回収制御装置５０の指令に応じて、水素流通量決定部５３によって決定された水素流通量になるように水素の流量を制御する。第１吸着塔１１に水素が供給されると、吸着材１１ａに吸着されている二酸化炭素が吸着材１１ａから脱離し、水素と共に回収ガス分流路４１に流入し、回収ガス流路４０を流れて、回収ガスタンク７０に流入する。

【0049】

図５は、二酸化炭素回収装置２００における二酸化炭素回収制御のフローチャートである。二酸化炭素回収制御は、炭化水素製造装置１００が起動され、二酸化炭素回収開始の指示が入力されると開始され、終了指示が入力されるまで繰り返し実行される。二酸化炭素回収制御は、工程制御部５１、破過時間予測部５２、および水素流通量決定部５３が協働して実行する。

【0050】

工程制御部５１は、ステップＳ１０において、工程の通し番号Ｎ（図２）を、Ｎ＝０に設定し、ステップＳ１１において、各吸着工程における予測時刻ｎを、ｎ＝０に設定する。

【0051】

ステップＳ２０において、工程制御部５１は、一方の吸着塔１０に吸着工程を実行させる。ここでは、排ガス供給装置から排出される排ガスが、流量が調整されずそのまま吸着塔１０に供給される。すなわち、排ガス供給装置から排出される排ガスの流量が変動する場合、吸着塔１０に流入する排ガスの流量も変動する。Ｎ＝２ｍ（ｍは０以上の整数）のとき、ステップＳ２０では、第１吸着塔１１において吸着工程が実行され、Ｎ＝２ｍ＋１（ｍは０以上の整数）のとき、ステップＳ２０では、第２吸着塔１２において吸着工程が実行される。すなわち、Ｎ＝０のとき、ステップＳ２０では、第１吸着塔１１において吸着工程が実行される。

【0052】

ステップＳ１２において工程制御部５１は、他方の吸着塔１０に脱離工程を実行させる。Ｎ＝２ｍ（ｍは０以上の整数）のとき、ステップＳ１２では、第２吸着塔１２において脱離工程が実行され、Ｎ＝２ｍ＋１（ｍは０以上の整数）のとき、ステップＳ１２では、第１吸着塔１１において脱離工程が実行される。このとき、工程制御部５１は、流量制御器３０ａを制御して、水素流通量ｍｆ（ｎ）の水素を供給させる。このように、Ｎ＝２ｍ（ｍは０以上の整数）のとき、第１工程が実行され（図２、図３）、Ｎ＝２ｍ＋１（ｍは０以上の整数）のとき、第２工程が実行される（図２、図４）。Ｎ＝０のとき、ステップＳ１２では、第２吸着塔１２において脱離工程が実行される。予測時刻ｎ＝０のとき、水素流通量ｍｆ（ｎ）は、水素流通量の初期値（水素流通量ｍｆ（０））として、予め設定されており、工程制御部５１は、予め設定された水素流通量ｍｆ（０）になるように水素を供給させる。水素流通量ｍｆ（０）としては、例えば、排ガス供給装置から所定の流量で排ガスが供給され、吸着塔１０内に最大吸着量まで二酸化炭素が吸着された場合に、最大吸着量の二酸化炭素を吸着するのに要した時間で、全ての二酸化炭素を脱離させる水素の流通量が設定されている。

【0053】

ステップＳ１３において、工程制御部５１は、吸着塔工程が行われている吸着塔１０について、二酸化炭素が破過する直前であるか否かを判断する。本実施形態では、温度センサ８４または温度センサ８５により検出された吸着塔１０の出口のオフガス温度に基づいて二酸化炭素の破過を判定する。二酸化炭素が吸着材に吸着される吸着反応は、発熱反応であるため、二酸化炭素の吸着量の増加に伴い、オフガスの温度が上昇する。そのため、オフガスの温度をモニタすることにより、二酸化炭素の破過を判断することができる。本実施形態では、予め、実験的に、二酸化炭素の破過と、オフガス温度との関係を調べておき、二酸化炭素が破過する直前のオフガス温度を、閾値として設定し、温度センサ８４または温度センサ８５により検出されたオフガス温度が閾値を超えたとき、二酸化炭素が破過する直前であると判断する。なお、「破過する直前」は、例えば、破過する時間の前、５分以内に設定する。本実施形態におけるオフガス温度を、「二酸化炭素破過情報」とも呼ぶ。

【0054】

ステップＳ１３において、二酸化炭素が破過しないと判断された場合には（ステップＳ１３：ＮＯ）、ステップＳ１４に進む。具体的には、温度センサ８４または温度センサ８５により検出されたオフガス温度が閾値より低いとき、二酸化炭素が破過しないと判断する。

【0055】

ステップＳ１４において、工程制御部５１は、１つの工程が開始してから時間ｄｔが経過したか否かを判断する。時間ｄｔが経過するまでは、ステップＳ１３とステップＳ１４とを繰り返し、途中で、二酸化炭素の破過直前になったら、工程を切替える（ステップＳ１６）。時間ｄｔは、後述する破過時間を予測する間隔であり、本実施形態では、例えば、１分に設定されている。時間ｄｔは、任意に設定することができる。

【0056】

ステップＳ１４において、時間ｄｔが経過したら（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、工程制御部５１は、予測時刻ｎ＝ｎ＋１に設定する（ステップＳ１５）。１回目のステップＳ１４では、予測時刻ｎ＝１に更新される。

【0057】

ステップＳ３０では、破過時間予測部５２が、予測時刻ｎ＝ｎ（現時刻）における二酸化炭素が破過するまでの時間である破過時間ｔ（ｎ）を予測する。１回目のステップＳ３０では、予測時刻ｎ＝１における破過時間ｔ（１）が予測される。破過時間ｔ（ｎ）の予測処理については、後に詳述する。

【0058】

ステップＳ４０では、水素流通量決定部５３が、破過時間ｔ（ｎ）に応じて、水素流通量ｍｆ（ｎ）を決定して、ステップＳ１２およびステップＳ２０に戻る。１回目のステップＳ４０では、水素流通量ｍｆ（１）が決定される。すなわち、水素流通量の初期値ｍｆ（０）からｍｆ（１）に水素流通量が更新される。水素流通量ｍｆ（ｎ）の決定処理については、後に詳述する。

【0059】

ステップＳ１２では、工程制御部５１は、直近に実行されたステップＳ４０において決定された水素流通量ｍｆ（ｎ）になるように、水素流量を調整させる。すなわち、２回目のステップＳ１２では、工程制御部５１は、水素流通量ｍｆ（１）になるように、水素流量を調整させる。ステップＳ２０では、排ガス供給装置から排出される排ガスが、流量が調整されずそのまま吸着塔１０に供給される。

【0060】

このように、二酸化炭素回収制御装置５０は、第１工程が行われている間は、時間ｄｔ毎に、第１吸着塔１１における二酸化炭素の破過時間ｔ（ｎ）を予測し、予測結果に応じて、水素流通量ｍｆ（ｎ）を更新し、更新された水素流通量ｍｆ（ｎ）になるように、第２吸着塔１２に水素を供給させる。一方、予測された破過時間に関わらず、第１吸着塔１１のオフガス出口の温度を用いて、第１吸着塔１１において二酸化炭素が破過する直前に工程の切替が行われる。第２工程においても、第１工程と同様に、二酸化炭素回収制御装置５０は、第２工程が行われている間は、時間ｄｔ毎に、第２吸着塔１２における二酸化炭素の破過時間ｔ（ｎ）を予測し、予測結果に応じて、水素流通量ｍｆ（ｎ）を更新し、更新された水素流通量ｍｆ（ｎ）になるように、第１吸着塔１１に水素を供給させる。

【0061】

ステップＳ１３において、二酸化炭素の破過直前であると判断された場合には（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１６に進み、工程制御部５１は、工程を切替え、Ｎ＝Ｎ＋１に設定してステップＳ１１に戻り予測時刻ｎ＝０にリセットする（ステップＳ１１）。すなわち、工程を切替えたら、予測時刻ｎ＝０にリセットし、実行中の工程（第１工程または第２工程）における時間の経過に伴い、水素流通量ｍｆ（ｎ）を更新する。Ｎ＝０のときは、上述の通り第１工程が実行されており、Ｎ＝Ｎ＋１にするとＮ＝１となり、第２工程に切替える。第１工程を実行中の場合には、ステップ１６において、第２工程に切替え、第２工程を実行中の場合には、ステップＳ１６において第１工程に切替える。

【0062】

（破過時間予測処理）
図６は、第１実施形態における破過時間予測処理Ｓ３０の流れを示すフローチャートである。図７は、破過時間予測処理を説明するための説明図である。

【0063】

ステップＳ３１では、破過時間予測部５２は、排ガス総量ｑ（ｎ）［Ｌ］を取得する。排ガス総量ｑ（ｎ）は、吸着工程開始から予測時刻ｎまでに流入した排ガスの総量である。図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、予測時刻ｎまでに流入した排ガスの総量は、予測時刻の増加に伴い変化する。破過時間予測部５２は、流量計８１から毎秒入力される排ガス流量の計測値［Ｌ／ｓ］の積算値を算出することにより、排ガス総量ｑ（ｎ）を取得することができる。

【0064】

ステップＳ３２では、破過時間予測部５２は、処理可能排ガス量ｑｃ［Ｌ］を取得する。処理可能排ガス量ｑｃは、吸着工程において、吸着塔１０が処理可能な排ガスの総量であり、吸着塔１０の容量、吸着材の種類、吸着材の充填率等に応じて、吸着塔１０毎に予め定められている。図７（ａ）に示すように、処理可能排ガス量ｑｃは、吸着材に満量の二酸化炭素が吸着されるまでに、吸着塔１０を流通した排ガスの総量である。本実施形態では、上述の通り、処理可能排ガス量５６として、記憶部５４に予め記憶されており、破過時間予測部５２は、処理可能排ガス量５６を記憶部５４から取得する。

【0065】

ステップＳ３３では、破過時間予測部５２は、定格排ガス量ｑｆ［Ｌ／ｓ］を取得する。定格排ガス量ｑｆは、排ガスの供給源毎に予め定められた排ガスの流量であり、上述の通り、定格排ガス流量５５として、記憶部５４に予め記憶されている。破過時間予測部５２は、定格排ガス流量５５を記憶部５４から取得する。

【0066】

ステップＳ３４では、破過時間予測部５２は、破過時間ｔ（ｎ）を下記式（２）により算出する。
ｔ（ｎ）＝（ｑｃ－ｑ（ｎ））／ｑｆ … （２）
但し、ｔ（ｎ）：予測時刻ｎにおいて予測される破過時間 ｑｃ：吸着工程において処理可能な排ガス量 ｑ（ｎ）：予測時刻ｎまでに流入した排ガスの総量 ｑｆ：定格排ガス流量

【0067】

式（２）において、ｑｃ－ｑ（ｎ）は、予測時刻ｎにおいて残余の吸着工程の期間で処理可能な排ガス量（Ｌ）に相当する（図７（ｂ）、（ｃ））。そのため、式（２）により、予測時刻ｎにおける破過時間ｔ（ｎ）を求めることができる。図示するように、時間の経過に伴い、予測時刻ｎにおいて処理可能な排ガス量が変化する（小さくなる）ため、予測される破過時間ｔ（ｎ）は、時間の経過に伴い短くなる。但し、排ガス流量の変動に伴い、ｑ（ｎ）の増加量も変動するため、予測時刻ｎにおいて処理可能な排ガス量（ｑｃ－ｑ（ｎ））の減少量も変動し、破過時間ｔ（ｎ）の減少量も変動する。

【0068】

（水素流通量決定処理）
図８は、第１実施形態における水素流通量決定処理Ｓ４０の流れを示すフローチャートである。

【0069】

図８に示すように、ステップＳ４１において、水素流通量決定部５３は、予測時刻ｎにおいて予測された破過時間ｔ（ｎ）と、１時刻前（時間ｄｔ前）の予測時刻（ｎ－１）において予測された破過時間ｔ（ｎ－１）との関係を判定する。

【0070】

破過時間ｔ（ｎ）と、破過時間ｔ（ｎ－１）との関係が、
ｔ（ｎ－１）＜ｔ（ｎ）＋ｄｔ … （第１関係）
の場合には、ステップＳ４２に進み、水素流通量ｍｆ（ｎ）を、１時刻前に設定された水素流通量ｍｆ（ｎ－１）より低下させる。

【0071】

例えば、予測時刻ｎにおいて処理可能な排ガス量（ｑｃ－ｑ（ｎ））を用いて、二酸化炭素が破過するまでに吸着塔１０の吸着材に吸着される二酸化炭素の量を算出し、算出された二酸化炭素を脱離させるのに過不足ない水素の量を、破過時間ｔ（ｎ）で除することにより、水素流通量ｍｆ（ｎ）を求めてもよい。

【0072】

予測時刻ｎにおける破過時間ｔ（ｎ）と、１時刻前の予測時刻（ｎ－１）における破過時間ｔ（ｎ－１）との関係が、第１関係である場合というのは、吸着塔１０に流入する排ガス流量が予測時刻（ｎ－１）より少なくなった場合である。すなわち、工程（第１工程または第２工程）が開始してから二酸化炭素が破過するまでの時間（吸着工程の時間）が予測時刻（ｎ－１）において予測された時間（吸着工程の時間）より長くなった場合であり、実行中の工程（第１工程または第２工程）の時間が長くなると予測される。各工程において、脱離工程は吸着工程と同時に実行され、期間が等しいため、吸着工程が長くなると脱離工程も長くなると予測される。そのため、予測時刻ｎにおける水素流通量ｍｆ（ｎ）を、予測時刻（ｎ－１）における水素流通量ｍｆ（ｎ－１）より少なくすることにより、脱離工程において供給される水素の量が過多になることを抑制することができる。その結果、回収ガスにおける二酸化炭素濃度の変動を抑制することができる。

【0073】

破過時間ｔ（ｎ）と、破過時間ｔ（ｎ－１）との関係が、
ｔ（ｎ－１）＞ｔ（ｎ）＋ｄｔ … （第２関係）
の場合には、ステップＳ４３に進み、水素流通量ｍｆ（ｎ）を、１時刻前に設定された水素流通量ｍｆ（ｎ－１）より増加させる。

【0074】

水素流通量ｍｆ（ｎ）は、破過時間ｔ（ｎ）と破過時間ｔ（ｎ－１）との関係が第１関係の場合と同様に求めることができる。

【0075】

破過時間ｔ（ｎ）と、破過時間ｔ（ｎ－１）との関係が、第２関係である場合というのは、吸着塔１０に流入する排ガス流量が予測時刻（ｎ－１）より多くなった場合である。すなわち、工程（第１工程または第２工程）が開始してから二酸化炭素が破過するまでの時間（吸着工程の時間）が、予測時刻（ｎ－１）において予測された時間（吸着工程の時間）より短くなった場合であり、実行中の工程（第１工程または第２工程）の時間が短くなると予測される。各工程において、脱離工程は吸着工程と同時に実行され、期間が等しいため、吸着工程が短くなると脱離工程も短くなると予測される。そのため、予測時刻ｎにおける水素流通量ｍｆ（ｎ）を、予測時刻（ｎ－１）における水素流通量（ｎ－１）より多くすることにより、脱離工程において供給される水素の量が不足することを抑制することができる。そのため、脱離工程において、脱離されずに吸着塔１０内に残留する二酸化炭素の量を低減することができる。その結果、回収ガスにおける二酸化炭素濃度の変動を抑制することができる。

【0076】

破過時間ｔ（ｎ）と、破過時間ｔ（ｎ－１）との関係が、
ｔ（ｎ－１）＝ｔ（ｎ）＋ｄｔ … （第３関係）
の場合には、ステップＳ４４に進み、水素流通量ｍｆ（ｎ）を、１時刻前に設定された水素流通量ｍｆ（ｎ－１）と同一に設定する。

【0077】

破過時間ｔ（ｎ）と、破過時間ｔ（ｎ－１）との関係が、第３関係である場合というのは、吸着塔１０に流入する排ガス流量が予測時刻（ｎ－１）と同一であった（変動しなかった）場合である。すなわち、工程（第１工程または第２工程）が開始してから二酸化炭素が破過するまでの時間（吸着工程の時間）が予測時刻（ｎ－１）において予測された時間（吸着工程の時間）と同一であった場合であり、実行中の工程（第１工程または第２工程）の時間は変化しないと予測される。各工程において、脱離工程は吸着工程と同時に実行され、期間が等しいため、脱離工程も変化しないと予測される。そのため、予測時刻ｎにおける水素流通量ｍｆ（ｎ）を、予測時刻（ｎ－１）における水素流通量ｍｆ（ｎ－１）と同一にすることにより、回収ガスにおける二酸化炭素濃度の変動を抑制することができる。

【0078】

図９は、第１実施形態における破過時間ｔ（ｎ）と、水素流通量ｍｆ（ｎ）との関係の一例を示す説明図である。この例では、破過時間ｔ（ｎ）の初期値を３０［ｍｉｎ］、水素流通量ｍｆ（ｎ）の初期値をｘ１［Ｌ／ｍｉｎ］、ｄｔを１［ｍｉｎ］に設定している。

【0079】

図９に示す各予測時刻における破過時間ｔ（ｎ）と破過時間ｔ（ｎ－１）との関係と、水素流通量ｍｆ（ｎ）について説明する。
予測時刻ｎ＝１では、破過時間ｔ（１）＝２９、破過時間ｔ（０）＝３０であり、ｄｔ＝１であるため、
ｔ（１）＝ｔ（０）＋ｄｔ
である。すなわち、破過時間ｔ（ｎ）と破過時間ｔ（ｎ－１）との関係は、第３関係である。そのため、
ｍｆ（１）＝ｍｆ（０）
であり、
ｍｆ（１）＝ｘ１
に設定される。すなわち、予測時刻ｎにおけるｍｆ（ｎ）は、予測時刻（ｎ－１）における水素流通量ｍｆ（ｎ－１）を維持する。

【0080】

予測時刻ｎ＝２では、破過時間ｔ（２）＝２８．５、破過時間ｔ（１）＝２９であり、ｄｔ＝１であるため、
ｔ（１）＜ｔ（２）＋ｄｔ
である。すなわち、破過時間ｔ（ｎ）と破過時間ｔ（ｎ－１）との関係は、第１関係である。そのため、
ｍｆ（２）＝ｘ２（ｘ２＜ｘ１）
に設定される。すなわち、予測時刻ｎにおけるｍｆ（ｎ）を予測時刻（ｎ－１）における水素流通量ｍｆ（ｎ－１）より低下させる。

【0081】

予測時刻ｎ＝３では、破過時間ｔ（３）＝２６、破過時間ｔ（２）＝２８．５であり、ｄｔ＝１であるため、
ｔ（２）＞ｔ（３）＋ｄｔ
である。すなわち、破過時間ｔ（ｎ）と破過時間ｔ（ｎ－１）との関係は、第２関係である。そのため、
ｍｆ（３）＝ｘ３（ｘ３＞ｘ２）
に設定される。すなわち、予測時刻ｎにおけるｍｆ（ｎ）を予測時刻（ｎ－１）における水素流通量ｍｆ（ｎ－１）より増加させる。

【0082】

上述の二酸化炭素回収制御を実現するプログラムは、二酸化炭素回収制御装置５０に、予め記憶されていてもよい。また、プログラムはプログラム提供者側から通信ネットワークを介して、提供されてもよい。また、プログラムは、市販され、流通している可搬型記憶媒体に格納されていてもよい。この場合、この可搬型記憶媒体は外付け又は内蔵の読取装置にセットされて、二酸化炭素回収制御装置５０によってそのプログラムが読み出されて、実行されてもよい。可搬型記憶媒体としてはＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＵＳＢメモリ装置など様々な形式の記憶媒体を使用することができる。このような記憶媒体に格納されたプログラムが読取装置によって読み取られる。

【0083】

以上説明したように、本実施形態の二酸化炭素回収装置２００によれば、第１工程または第２工程において、吸着工程と脱離工程が同時に実行される。すなわち、各吸着塔１０において、一方の吸着塔１０において吸着工程が行われている間中、他方の吸着塔１０では脱離工程が行われており、実行中の工程（第１工程または第２工程）において待機期間がない。また、二酸化炭素回収装置２００では、吸着工程が実行されている吸着塔１０において二酸化炭素が破過するまでの時間である破過時間を、時々刻々と予測して、その予測結果に応じて、脱離工程が行われている吸着塔１０における水素流通量を時々刻々と更新している。破過時間ｔ（ｎ）は、排ガス流量に基づいて算出されるため、吸着塔として機能している吸着塔１０に流入する排ガス流量の変動に応じて、脱離塔として機能している吸着塔１０に流通させる水素流通量を変動させていると言える。ここで、排ガス流量が増加した場合に水素流通量を減少させ、排ガス流量が減少した場合に水素流通量を増加させているため、脱離工程における水素の過不足を抑制することができる。その結果、回収ガスにおける二酸化炭素濃度の変動、および回収ガスの流量の変動を抑制することができる。

【0084】

本実施形態の二酸化炭素回収装置２００によれば、吸着塔として機能している吸着塔１０において二酸化炭素が破過する直前に第１工程と第２工程との間の切替を行っている。そのため、吸着材に吸着されず、オフガスとして排出される二酸化炭素の量を抑制することができる。すなわち、二酸化炭素回収装置２００による排ガスからの二酸化炭素の回収率を向上させることができる。

【0085】

本実施形態の炭化水素製造装置１００によれば、上述の通り、二酸化炭素回収装置２００において回収ガスにおける二酸化炭素濃度の変動、および回収ガスの流量の変動を抑制することができる。そのため、回収ガスを用いてメタンを主成分とする製品ガスを生成する炭化水素生成部６０において、回収ガスの流量および濃度の変動に伴う製品ガスのメタン純度の低下を抑制することができる。また、排ガス流量の変動に伴う、炭化水素生成部６０の炭化水素化触媒の失活を抑制することができる。そのため、炭化水素製造装置１００において生成する製品ガスにおいて、炭化水素製造装置１００に供給される排ガスの流量変動に伴うメタン純度の低下を抑制することができる。

【0086】

＜第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態の炭化水素製造装置１００Ａの概略構成を示す説明図である。第２実施形態の炭化水素製造装置１００Ａは、第１実施形態の構成において、二酸化炭素回収装置２００に代えて二酸化炭素回収装置２００Ａを有する。以下に説明する実施形態において、炭化水素製造装置１００と同一の構成には同一の符号を付し、先行する説明を参照する。

【0087】

二酸化炭素回収装置２００Ａは、第１実施形態の二酸化炭素回収装置２００の構成に加え、二酸化炭素濃度センサ８２と、温度センサ８３と、を有する。二酸化炭素濃度センサ８２および温度センサ８３は、排ガス流路２０に設けられており、それぞれ、排ガス中の二酸化炭素濃度と排ガス温度を検出し、検出結果を二酸化炭素回収制御装置５０に出力する。

【0088】

また、本実施形態の二酸化炭素回収装置２００Ａは、二酸化炭素回収制御装置５０に代えて二酸化炭素回収制御装置５０Ａを有する。二酸化炭素回収制御装置５０Ａでは、破過時間予測部５２における破過時間の予測方法と、水素流通量決定部５３における水素流通量の算出方法が第１実施形態と異なる。また、記憶部５４には、第１実施形態における定格排ガス流量５５と処理可能排ガス量５６に代えて、定格二酸化炭素流量５７と、飽和吸着量マップ５８と、が記憶されている。定格二酸化炭素流量５７は、排ガス供給装置から供給される二酸化炭素の流量であり、排ガス供給装置毎に予め定められている。本実施形態において、定格二酸化炭素流量５７として、炭化水素製造装置１００に接続される排ガス供給装置固有の値が、予め、使用者等により入力されている。飽和吸着量マップ５８は、吸着塔１０の二酸化炭素吸着能力と、排ガス温度および二酸化炭素濃度との関係を示すマップである。実施形態では、予め、実験的に、吸着塔１０における二酸化炭素吸着能力（最大吸着量）と排ガス温度および二酸化炭素濃度との関係を調べ、その結果を示すマップとして、使用者等により記憶部５４に入力されている。また、炭化水素製造装置１００Ａの製造時に、予め、記憶されていてもよい。

【0089】

（破過時間予測処理）
図１１は、第２実施形態における破過時間予測処理の流れを示すフローチャートである。

【0090】

ステップＳ３１Ａでは、破過時間予測部５２は、二酸化炭素総量Ｃ（ｎ）［Ｌ］を算出する。二酸化炭素総量Ｃ（ｎ）は、吸着工程開始から予測時刻ｎまでに流入した二酸化炭素の総量である。破過時間予測部５２は、流量計８１から毎秒入力される排ガス流量の計測値［Ｌ／ｓ］と二酸化炭素濃度センサ８２から毎秒入力される二酸化炭素濃度の計測値とを用いて毎秒二酸化炭素流量［Ｌ／ｓ］を算出し、二酸化炭素流量［Ｌ／ｓ］の積算値を算出することにより、二酸化炭素総量Ｃ（ｎ）を取得することができる。

【0091】

ステップＳ３２Ａでは、破過時間予測部５２は、飽和吸着量Ｃａ［Ｌ］を取得する。飽和吸着量Ｃａは、吸着工程において、吸着塔１０が吸着可能な二酸化炭素の総量（最大吸着量）であり、予測時刻ｎにおける排ガス温度（温度センサ８３から取得）および二酸化炭素濃度（二酸化炭素濃度センサ８２から取得）と、を用いて、記憶部５４に記憶されている飽和吸着量マップ５８から得ることができる。

【0092】

ステップＳ３３Ａでは、破過時間予測部５２は、定格二酸化炭素流量Ｃｆ［Ｌ／ｓ］を取得する。定格二酸化炭素流量Ｃｆは、排ガスの供給源毎に予め定められた二酸化炭素の流量であり、上述の通り、定格二酸化炭素流量５７として、記憶部５４に予め記憶されている。破過時間予測部５２は、定格二酸化炭素流量５７を記憶部５４から取得する。

【0093】

ステップＳ３４Ａでは、破過時間予測部５２は、破過時間ｔ（ｎ）を下記式（３）により算出する。
ｔ（ｎ）＝（Ｃａ－Ｃ（ｎ））／Ｃｆ … （３）
但し、ｔ（ｎ）：予測時刻ｎにおいて予測される破過時間 Ｃａ：飽和吸着量 Ｃ（ｎ）：予測時刻ｎまでに流入した二酸化炭素の総量 Ｃｆ：定格二酸化炭素流量

【0094】

式（３）において、Ｃａ－Ｃ（ｎ）は、予測時刻ｎにおいて残余の吸着工程の期間で吸着可能な二酸化炭素量（Ｌ）に相当する。そのため、式（３）により、予測時刻ｎにおける破過時間ｔ（ｎ）を求めることができる。時間の経過に伴い、予測時刻ｎにおいて吸着可能な二酸化炭素量が変化する（小さくなる）ため、予測される破過時間ｔ（ｎ）は、時間の経過に伴い短くなる。但し、二酸化炭素流量の変動に伴い、Ｃ（ｎ）の増加量も変動するため、予測時刻ｎにおいて吸着可能な二酸化炭素量（Ｃａ－Ｃ（ｎ））の減少量も変動し、破過時間ｔ（ｎ）の減少量も変動する。

【0095】

本実施形態では、排ガスの流量、温度、二酸化炭素濃度を用いて、破過時間ｔ（ｎ）を予測している。吸着塔１０における二酸化炭素の吸着量は、排ガスの流量、温度、二酸化炭素濃度によって異なるため、第１実施形態よりも、正確に破過時間を予測することができる。

【0096】

（水素流通量決定処理）
第２実施形態において、水素流通量決定部５３は、水素流通量ｍｆ（ｎ）を、下記の式（１）により算出する。

【0097】

ｍｆ（ｎ）＝（ｍａ－ｍｐ）／ｔ（ｎ）… （１）
但し、ｍｐ：脱離工程が開始してから予測時刻ｎまでに吸着塔に流通した水素量、ｍａ：脱離工程の全期間の間に吸着塔に流通可能な水素総量、ｔ（ｎ）：予測時刻ｎにおける破過時間

【0098】

脱離工程が開始してから予測時刻ｎまでに吸着塔に流通した水素量ｍｐ［Ｌ］は、流量制御器３０ａから毎秒入力される水素流量［Ｌ／ｓ］を積算することにより得ることができる。

【0099】

脱離工程の全期間の間に吸着塔に流通可能な水素総量ｍａは、本実施形態では、以下のように求める。現脱離工程の前に行われた吸着工程において、吸着塔１０内に吸着された二酸化炭素の総量を、流量計８１から入力された排ガス流量と、二酸化炭素濃度センサ８２から入力された二酸化炭素濃度と、温度センサ８３から入力された温度と、飽和吸着量マップ５８とを用いて予測し、予測した二酸化炭素吸着量を全て脱離させるのに必要な水素の量を算出し、水素総量ｍａ［Ｌ］とする。水素総量ｍａは、ｎがカウントアップされても、変更されない。

【0100】

破過時間ｔ（ｎ）は、上述の通り予測時刻ｎにおいて算出された破過時間である。

【0101】

吸着塔１０に流入する排ガスの温度、二酸化炭素濃度が変化すると、二酸化炭素の飽和吸着量が変化する。詳しくは、排ガスの温度が低い程、飽和吸着量は大きく、排ガス中の二酸化炭素濃度が高いほど、飽和吸着量は大きい。本実施形態では、水素流通量ｍｆ（ｎ）を、排ガス中の二酸化炭素濃度および排ガス温度を用いて算出された二酸化炭素吸着量に対応する水素総量ｍａを用いて、水素流通量ｍｆ（ｔ）を算出している。そのため、吸着塔１０内部に吸着された二酸化炭素を脱離させるのに、より適切な（過不足ない）量に、水素流通量ｍｆ（ｎ）を設定することができる。その結果、回収ガスの流量および濃度の変動をより抑制することができる。そして、製品ガスのメタン純度をさらに向上させることができる。

【0102】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。また、上記実施形態において、ハードウェアによって実現されるとした構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されるとした構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。

【0103】

・上記実施形態において、１つの吸着工程において、複数回に亘り、破過時間ｔ（ｎ）を予測すると共に水素流通量ｍｆ（ｎ）を更新する例を示したが、１つの吸着工程において、破過時間を１回だけ予測し、予測された破過時間に基づいて水素流通量を決定してもよい。例えば、吸着工程の開始時に、排ガス流量を用いて破過時間を予測し、予測された破過時間に応じて、水素流通量を決定してもよい。このようにすると、水素流通量を変更しない場合や、破過時間に関わらず予め決定された水素流通量に変更する場合と比較して、回収ガスの流量および二酸化炭素の濃度変更を抑制することができる。特に、比較的、排ガス流量の変動が緩やか場合等は、適切に、回収ガスの流量および濃度の変動を抑制することができる。

【0104】

・上記実施形態において、１つの吸着工程において、複数回に亘り、破過時間ｔ（ｎ）を予測する場合に、破過時間ｔ（ｎ）と破過時間ｔ（ｎ－１）との関係による水素流通量ｍｆ（ｎ）の決定の仕方の一例を示したが、水素流通量ｍｆ（ｎ）の決定の仕方は、上記実施形態に限定されない。例えば、ｔ（ｎ－１）＜ｔ（ｎ）＋ｄｔの場合に、水素流通量ｍｆ（ｎ）を水素流通量ｍｆ（ｎ－１）より低下させ、ｔ（ｎ－１）≧ｔ（ｎ）＋ｄｔの場合に、水素流通量ｍｆ（ｎ）を維持（水素流通量ｍｆ（ｎ－１）と同一）するようにしてもよい。このようにしても、少なくとも、吸着塔１０への水素供給量の過多を抑制することができる。

【0105】

・破過時間の計算方法は、上記実施形態に限定されない。例えば、排ガス流量と破過時間との関係示すマップ、関係式を用いて破過時間を求めてもよい。排ガス流量に、排ガス中の二酸化炭素濃度、排ガス温度を加え、それらと、破過時間との関係を示すマップ、関係式を用いて破過時間を求めてもよい。また、シミュレーションにより求めてもよい。

【0106】

水素流通量の決定方法は、上記実施形態に限定されない。例えば、第２実施形態において示した式（１）において、水素総量ｍａを固定値としてもよい。具体的には、各工程において同量の二酸化炭素を吸着すると仮定して、当該量の二酸化炭素を分離させるのに必要な水素の量を、水素総量ｍａとしてもよい。

【0107】

・上記実施形態では、二酸化炭素の破過に関する情報である二酸化炭素破過情報として、オフガスの温度を用いる例を示したが、他の情報を用いて、二酸化炭素の破過を予測してもよい。例えば、オフガス中の二酸化炭素濃度を、二酸化炭素破過情報として用いてもよい。具体的には、オフガス分流路２３およびオフガス分流路２４に、二酸化炭素濃度センサを設けて、オフガス中の二酸化炭素濃度に基づいて、二酸化炭素の流出を検知してもよい。また、排ガス流量とオフガス流量とを二酸化炭素破過情報として用いてもよい。具体的には、オフガス分流路２３およびオフガス分流路２４に、流量計を設けて、吸着塔１０に流入する排ガスの流量と、吸着塔１０から流出するガス（オフガス）の流量との差分から二酸化炭素の流出を検知してもよい。

【0108】

・上記実施形態において、二酸化炭素が破過する直前に、第１工程と第２工程とを切替える例を示したが、二酸化炭素が破過したときに第１工程と第２工程とを切替えてもよい。破過する直前に工程を切替えると、排ガスからの二酸化炭素回収効率を向上させることができるため、好ましい。

【0109】

・上記実施形態では、二酸化炭素回収装置が２つの吸着塔を備える例を示したが、３つ以上の吸着塔を備える構成にしてもよい。

【0110】

・上記実施形態では、１つの吸着塔において、吸着工程と脱離工程とを１サイクルとして、複数サイクルが繰り返し実行される例を示したが、さらに、別の工程が実行されてもよい。例えば、吸着工程と脱離工程と冷却工程とで１サイクルとしてもよいし、吸着工程と予熱工程と脱離工程と冷却工程とで１サイクルとしてもよい。

【0111】

・上記実施形態の二酸化炭素回収装置において、吸着塔の温度を調整する温度調整部（例えば、ヒータ、熱媒体等）を、さらに備える構成にしてもよい。

【0112】

・上記実施形態では、二酸化炭素回収制御の一例を示した。しかし、炭化水素回収制御の手順は種々の変更が可能であり、各ステップにおける処理内容の追加／省略／変更をしてもよく、ステップの実行順序を変更してもよい。

【0113】

・上記実施形態において、二酸化炭素回収装置と炭化水素生成部とを備える炭化水素製造装置を例示したが、二酸化炭素回収装置単体として構成してもよいし、二酸化炭素回収制御装置単体として構成してもよい。

【0114】

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0115】

１０…吸着塔
１１…第１吸着塔
１１ａ、１２ａ…吸着材
１２…第２吸着塔
２０…排ガス流路
２１、２２…排ガス分流路
２１ａ…排ガス入口弁
２２ａ…排ガス入口弁
２３、２４…オフガス分流路
２５…オフガス流路
２５ａ…三方弁
３０…水素流路
３０ａ…流量制御器
３１、３２…水素分流路
３１ａ、３２ａ…水素入口弁
４０…回収ガス流路
４１、４２…回収ガス分流路
４１ａ、４２ａ…回収ガス出口弁
５０、５０Ａ…二酸化炭素回収制御装置
５１…工程制御部
５２…破過時間予測部
５３…水素流通量決定部
５４…記憶部
５５…定格排ガス流量
５６…処理可能排ガス量
５７…定格二酸化炭素流量
５８…飽和吸着量マップ
６０…炭化水素生成部
６２…水素流路
６２ａ…流量制御器
６３…製品ガス流路
７０…回収ガスタンク
７２…回収ガス流路
８１…流量計
８２…二酸化炭素濃度センサ
８３…温度センサ
８４…温度センサ
８５…温度センサ
１００、１００Ａ…炭化水素製造装置
２００、２００Ａ…二酸化炭素回収装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】