特開 2024-113351 ＣＯ２回収システム

(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】P2024113351

(43)【公開日】2024-08-22

(54)【発明の名称】ＣＯ２回収システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/14 20060101AFI20240815BHJP

   F27D 17/00 20060101ALI20240815BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20240815BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20240815BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20240815BHJP

【ＦＩ】

B01D53/14 200

F27D17/00 104G

B01D53/62 ZAB

B01D53/78

C01B32/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018272

(22)【出願日】2023-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 久高

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 利幸

【テーマコード（参考）】

4D002

4D020

4G146

4K056

【Ｆターム（参考）】

4D002AA09

4D002AC10

4D002BA02

4D002CA06

4D002DA02

4D002DA12

4D002EA13

4D002FA04

4D002GA01

4D002GA02

4D002GA03

4D002GB01

4D002GB11

4D020AA03

4D020BA01

4D020BA08

4D020BB03

4D020BC06

4D020CB02

4D020CC07

4D020DA01

4D020DA02

4D020DA03

4D020DB01

4D020DB06

4G146JA02

4G146JB09

4G146JC22

4G146JC29

4G146JC33

4K056DB04

(57)【要約】

【課題】目的生成物の高純度化を図ることができるとともに、検出精度、装置サイズ、設備コスト及びメンテナンス性において優れたＣＯ_２回収システムを提供する。
【解決手段】ＣＯ_２回収システム１は、反応槽１０に貯留されたＮａＯＨを含有する反応液ＬにＣＯ_２含有ガスを接触させて反応液ＬにＣＯ_２を反応させて反応生成物を生成することによりＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収システムである。そして、反応液Ｌの温度を取得する温度取得部４３と、温度取得部４３により取得された温度に基づいて、反応生成物の生成反応の進行度を判定する反応進行度判定部２３とを有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応槽に貯留されたＮａＯＨを含有する反応液にＣＯ_２含有ガスを接触させて上記反応液にＣＯ_２を反応させて反応生成物を生成することによりＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収システムであって、
上記反応液の温度を取得する温度取得部と、
上記温度取得部により取得された温度に基づいて、上記反応生成物の生成反応の進行度を判定する反応進行度判定部と、を有する、ＣＯ_２回収システム。

【請求項2】

上記反応液の温度と上記反応生成物の生成反応の進行度との対応関係が予め記憶された対応関係記憶部を有し、
上記反応進行度判定部は、上記温度取得部により取得された温度と、上記対応関係記憶部に記憶された上記対応関係とに基づいて、上記反応生成物の生成反応の進行度を判定する、請求項１に記載のＣＯ_２回収システム。

【請求項3】

上記温度取得部により取得された温度から単位時間当たりの温度変化量を算出する温度変化算出部を有し、
上記反応進行度判定部は、上記温度変化算出部により算出された上記単位時間当たりの温度変化量に基づいて上記反応生成物の生成反応の進行度を判定する、請求項１に記載のＣＯ_２回収システム。

【請求項4】

上記温度変化算出部により取得された温度に基づいて、上記反応生成物の生成反応の開始から終了までの間に上記反応液の温度が最大となる時間であるピーク時間を予測するピーク時間予測部を備え、
上記反応進行度判定部は、上記ピーク時間予測部により予測された上記ピーク時間に基づいて、上記反応生成物の生成反応の進行度を判定する、請求項３に記載のＣＯ_２回収システム。

【請求項5】

上記温度変化算出部は、上記温度取得部により取得された温度と経過時間との関係を多次元曲線に近似して得た近似曲線を算出し、
上記ピーク時間予測部は、上記近似曲線に基づいて上記ピーク時間を予測する、請求項４に記載のＣＯ_２回収システム。

【請求項6】

上記反応進行度判定部は、上記ピーク時間予測部により予測された上記ピーク時間から所定時間経過したときに目的の上記反応生成物の生成が完了したと判定する、請求項４又は５に記載のＣＯ_２回収システム。

【請求項7】

上記ピーク時間予測部によって予測された上記ピーク時間を補正する補正部と、
上記ピーク時間予測部によって予測された上記ピーク時間に到達したときに上記温度取得部により取得された上記反応液の温度に基づいて、上記ピーク時間予測部による予測結果を評価する予測結果評価部と、
上記予測結果評価部の評価結果に基づいて、上記補正部における補正度を調整する調整部と、有する請求項４又は５に記載のＣＯ_２回収システム。

【請求項8】

上記反応生成物の生成反応の開始時における上記反応液の温度である初期温度が、１０～３０℃の範囲内である、請求項１～５のいずれか一項に記載のＣＯ_２回収システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＣＯ_２回収システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、温室効果ガスとしてのＣＯ_２ガスの排出を抑制することが求められており、ＣＯ_２ガスを回収する方法が種々検討されている。ＣＯ_２を回収する方法として、例えば、ＣＯ_２をアミン溶液に化学的に吸収させて回収する方法があるが、ＣＯ_２を吸収させたアミン溶液は資源として利用することができないため、ＣＯ_２の分離を要する。そして、ＣＯ_２の分離には昇温する必要があり、エネルギー損失を招く。また、ＣＯ_２をゼオライトに物理的に吸着させて回収する方法があるが、吸着時に加圧・加熱する必要があるためエネルギー損失を招くとともに、ＣＯ_２を吸着させたゼオライトも資源として利用することができず、ＣＯ_２の分離を要する。

【0003】

さらに、ＣＯ_２を回収する方法として、ＣＯ_２をＮａＯＨなどのアルカリ溶液に化学的に吸収させて回収する方法がある。例えば、特許文献１に開示の構成では、Ｌ－グルタミン酸発酵において発生したＣＯ_２をＮａＯＨ水溶液中に曝気させて、ＮａＨＣＯ_３又はＮａ_２ＣＯ_３を生成することでＣＯ_２を固定化して回収している。また、特許文献２に開示の構成でも、発電所、化学プラント等の排ガスをＮａＯＨ水溶液に接触させてＮａＨＣＯ_３又はＮａ_２ＣＯ_３を生成して排ガスからＣＯ_２を回収している。これらの生成物はいずれも資源として有用であり、ＣＯ_２を分離することなく回収したＣＯ_２を有効に再利用することができる。また、ＣＯ_２を分離する場合でも、生成物水溶液にクエン酸を添加すればよく、昇温をすることを要しないため、エネルギー損失が少なくて済む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１－２４３９８５号公報

【特許文献2】特表２００９－５３５１９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

生成物としてのＮａＨＣＯ_３やＮａ_２ＣＯ_３を資源としてより有効に活用するには、生成物の生成開始や生成完了を正確に検出して、生成物の純度を向上することが求められる。生成物の生成開始や生成完了の検出は、反応液におけるｐＨ変化、ＣＯ_２濃度変化、反応時間、反応液電気伝導率変化、反応液重量変化などを取得することにより行われている。しかしながら、ｐＨ変化の取得の場合は装置のメンテナンス性が悪い。また、ＣＯ_２濃度変化を取得する場合は装置サイズが大型化しやすいとともに設備コストの面で不利である。また、反応時間を取得する場合は検出精度が低く十分な信頼性が得られにくい。また、反応液電気伝導率変化を取得する場合は装置サイズが大型化しやすく、設備コストの面で不利であり、装置のメンテナンス性も悪い。また、反応液重量変化を取得する場合は検出精度が低く、装置が大型化しやすく、設備コストの面で不利である。したがって、いずれの手法でも検出精度、装置サイズ、設備コスト、メンテナンス性のすべてにおいて有利とするには改善の余地がある。

【0006】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、目的生成物の高純度化を図ることができるとともに、検出精度、装置サイズ、設備コスト及びメンテナンス性において優れたＣＯ_２回収システムを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、反応槽に貯留されたＮａＯＨを含有する反応液にＣＯ_２含有ガスを接触させて上記反応液にＣＯ_２を反応させて反応生成物を生成することによりＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収システムであって、
上記反応液の温度を取得する温度取得部と、
上記温度取得部により取得された温度に基づいて、上記反応生成物の生成反応の進行度を判定する反応進行度判定部と、を有する、ＣＯ_２回収システムにある。

【発明の効果】

【0008】

上記一態様のＣＯ_２回収システムでは、反応液の温度に基づいて反応生成物の生成反応の進行度を判定する。そのため、装置を簡素な構成とすることができるため、装置サイズが大型化することを防止でき、設備コストを低減できるとともにメンテナンス性にも優れる。また、上記反応液におけるＮａＯＨとＣＯ_２との反応は発熱エネルギーの異なる２段階の発熱反応に基づいて行われるため、当該反応の発熱エネルギーと密接に関係する反応液温度と反応生成物の生成反応の進行度とは高い相関関係を有する。それゆえ、上記一態様のＣＯ_２回収システムにおける反応生成物の生成反応の進行度は高い判定精度を呈するものとなる。そして、高い判定精度に基づいて、反応生成物を取得することができるため、目的生成物の純度の向上を図ることができる。

【0009】

以上のごとく、上記態様によれば、目的生成物の高純度化を図ることができるとともに、検出精度、装置サイズ、設備コスト及びメンテナンス性において優れたＣＯ_２回収システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態１における、ＣＯ_２回収システムの構成を示す概念図。

【図2】実施形態１における、ＣＯ_２回収システムの構成を示す他の概念図。

【図3】実施形態１における、演算部の構成を示すブロック図。

【図4】実施形態１における、目的生成物の生成完了を判定する処理のフロー図。

【図5】実施形態１における、検証試験１での反応液の温度（液温）、ｐＨ、二次近似曲線の関係を示す図。

【図6】実施形態１における、検証試験２でのピーク時間の取得結果を示す図。

【図7】実施形態１における、検証試験２でのｐＨ変化を示す図。

【図8】実施形態２における、演算部の構成を示すブロック図。

【図9】実施形態２における、反応液の温度と反応進行度との対応関係を示す図。

【図10】実施形態３における、演算部の構成を示すブロック図。

【図11】実施形態４における、演算部の構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（実施形態１）
１．ＣＯ_２回収システム１
上記ＣＯ_２回収システム１の本実施形態１について、図１～図３を用いて説明する。図１に示すように、本実施形態のＣＯ_２回収システム１は、主として、反応槽１０、ＣＯ_２含有ガス流通部４１、吹き出し部３０、ＣＯ_２除去ガス排出部４２、演算部２、制御部３を備える。

【0012】

２．反応槽１０
反応槽１０は、中空の円柱形状を有している。反応槽１０には、反応液ＬとしてＮａＯＨ水溶液が投入される。反応槽１０の材質は耐アルカリ性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、ポリエチレン樹脂製、ポリ塩化ビニル樹脂製などの樹脂製とすることができる。また、反応槽１０はステンレス製とすることもでき、樹脂ライニングなどの表面処理を施した金属製とすることもできる。本実施形態では、容量２０Ｌのポリエチレン樹脂製の反応槽１０を採用している。図１、図２に示すように、反応槽１０の上面に設けられた開口部１１には蓋１３が着脱可能に取り付けられている。蓋１３には、後述のＣＯ_２含有ガス流通部４１とＣＯ_２除去ガス排出部４２が挿通されており、両者の先端部４１１、４２１は反応槽１０内に位置している。また、蓋１３には、後述する温度検出部を構成する熱電対４３と反応槽１０内に反応液Ｌを供給する反応液供給部４４も挿通されている。

【0013】

３．ＣＯ_２含有ガス流通部４１
ＣＯ_２含有ガス流通部４１はＣＯ_２含有ガスを流通させる。なお、本明細書では、「ＣＯ_２含有ガス」とは、構成成分としてＣＯ_２を含有するガスを指すものとする。当該ＣＯ_２含有ガスは、構成成分としてＣＯ_２のみを含むガスであってもよいし、さらに不可避的不純物を含むガスであってもよい。また、ＣＯ_２含有ガスは、構成成分としてＣＯ_２とその他の物質とが混在する混合ガスであってよい。混合ガスにおいてＣＯ_２が占める割合は限定されず、混合ガスにおいて占める割合が最も多い主成分はＣＯ_２であってもよいし、ＣＯ_２以外の物質であってもよい。

【0014】

ＣＯ_２含有ガスは、ＣＯ_２含有ガス流通部４１に接続された図示しないＣＯ_２含有ガス供給源からポンプ４５を介して供給され、ＣＯ_２含有ガス流通部４１の先端部４１１に接続された吹き出し部３０から反応液Ｌ内に吹き出される。ＣＯ_２含有ガス供給源は限定されないが、例えば、ＣＯ_２含有ガスを排ガスとして排出するＣＯ_２含有ガス排出設備とすることができる。ＣＯ_２含有ガス排出設備としては、ボイラを有する設備、燃料電池、焼却炉、熱処理設備などを例示することができる。

【0015】

４．吹き出し部３０
本実施形態１では、吹き出し部３０は、図１に示すように、軸受け装置４１２を介してＣＯ_２含有ガス流通部４１の先端部４１１に接続されて反応槽１０内の底部１２の近傍に位置しており、軸受け装置４１２により吹き出し部３０の中心軸Ｃを中心に回転可能となっている。吹き出し部３０は、鉛直方向に延びる第１延在部３１と、第１延在部３１から分岐して延在する複数の第２延在部３２とを有する。第２延在部３２は、先端に向かうほど互いに離間するように先広がり状に配置されている。複数の第２延在部３２の先端にはそれぞれ吹き出し口３３が配置されている。

【0016】

第２延在部３２は可撓性を有するチューブからなり、第２延在部３２の先端には吹き出し口３３が設けられている。通常状態では、吹き出し口３３の位置の最大径は、反応槽１０の開口部１１の開口径よりも大きいが、図２に示すように、第２延在部３２の可撓性を利用して第２延在部３２を撓ませて変形することにより、吹き出し口３３を変位させて吹き出し口３３の位置の最大径Ｄ１を開口部１１の開口径Ｄ２以下にすることができる。これにより、開口部１１を介して吹き出し部３０及びＣＯ_２含有ガス流通部４１の先端部４１１を反応槽１０に対して挿入及び取出しを容易に行うことができる。

【0017】

なお、第２延在部３２における可撓性の程度は限定されないが、後述するように吹き出し部３０の回転により変形可能であって、回転していない通常状態においては、各吹き出し口３３の姿勢が維持できるとともに、反応槽１０への挿入及び取出しの際には上述のごとく変形可能な程度とすることができる。

【0018】

そして、本実施形態１では、４個の第２延在部３２が設けられており、それぞれの第２延在部３２の先端に位置する吹き出し口３３は、吹き出し部３０の中心軸Ｃの方向から見て、中心軸Ｃを中心とする図示しない仮想円の接線方向に対して若干内側に傾斜した方向となっている。そして、それぞれの吹き出し口３３からＣＯ_２含有ガスＦ１が吹き出されることで吹き出し部３０に吹き出し圧がかかることにより、矢印Ｒで示すように、吹き出し部３０が軸受け装置４１２を介して中心軸Ｃを中心とする周方向に回転することとなる。そして、吹き出し部３０が回転することにより発生する遠心力により、それぞれの第２延在部３２は撓んで先端が互いに離れるように変形して、吹き出し口３３の回転径Ｄ１は拡大することとなる。なお、本実施形態１では、軸受け装置４１２はＣＯ_２含有ガス流通部４１を通じて供給されたＣＯ_２含有ガスＦ１を支持流体として用いた流体軸受けからなる。

【0019】

５．ＣＯ_２固定化反応と液温
次に、反応槽１０におけるＣＯ_２固定化反応について説明する。上述のように、ＣＯ_２含有ガスＦ１が反応槽１０内の反応液Ｌに吹き出されることにより、ＣＯ_２固定化反応が進行する。本実施形態１では、反応液ＬとしてＮａＯＨ水溶液を用いる場合について説明する。

【0020】

反応槽１０内でのＣＯ_２固定化反応として、下記の式１の反応が行われた後、式２の反応が行われる。
２ＮａＯＨ＋ＣＯ_２ → Ｎａ_２ＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ （式１）
Ｎａ_２ＣＯ_３＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→ ２ＮａＨＣＯ_３ （式２）

【0021】

上記反応の開始前は、反応槽１０内にはＮａＨＣＯ_３及びＮａ_２ＣＯ_３は存在していない状態であるが、上記反応の進行状態に応じて、Ｎａ_２ＣＯ_３が生成されてＮａＨＣＯ_３が存在しない状態と、一部のＮａ_２ＣＯ_３がさらにＣＯ_２と反応してＮａＨＣＯ_３が生成されて両者がともに存在する状態と、すべてのＮａ_２ＣＯ_３がＮａＨＣＯ_３に変換されてＮａ_２ＣＯ_３がなくなりＮａＨＣＯ_３が存在する状態とのいずれかとなる。上記反応により生じるＮａＨＣＯ_３及びＮａ_２ＣＯ_３はいずれも、反応槽１０内の水に溶解して水溶液の状態となっている。本明細書ではＮａＨＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３及び両者の混合物を総称して「生成物」とい、これらの水溶液を総称して「生成物水溶液」というものとする。そして、反応槽１０から回収した生成物水溶液の脱水・乾燥を行うことで、固体の状態で回収することができる。回収された当該生成物は資源として利用することができる。

【0022】

上記式１及び式２はいずれも発熱反応であるが、式１に示すＮａ_２ＣＯ_３生成反応の発熱エネルギーは、式２に示すＮａＨＣＯ_３生成反応の発熱エネルギーの約８倍であり、両者の発熱エネルギーは大きく異なっている。そして、上述の通り、ＣＯ_２固定化反応は式１の反応が行われた後、式２の反応が行われることから、反応槽１０内の反応液Ｌの温度（液温）は、上記式１及び式２の発熱エネルギーの影響を受け、反応の進行度に応じて変化することとなる。したがって、後述するように、反応槽１０内の反応液Ｌの温度に基づいてＣＯ_２固定化反応の進行度を正確に把握することができる。

【0023】

６．ＣＯ_２除去ガス排出部４２
上記反応によってＣＯ_２が除去されたＣＯ_２除去ガスは、図１、図２に示すＣＯ_２除去ガス排出部４２から反応槽１０外に排出される。なお、ＣＯ_２除去ガスに有害成分が含まれうる場合は、ＣＯ_２除去ガス排出部４２に当該有害成分を捕集するためのフィルタを設けてもよい。

【0024】

７．温度取得部４３
図１に示すように、反応槽１０の蓋１３には温度取得部４３が挿通されている。温度取得部４３は、反応槽１０内の反応液の温度（液温）を取得する。本実施形態１では、温度取得部４３は熱電対により構成されている。

【0025】

８．演算部２
演算部２は、所定のプログラムを実施可能なプロセッサと記憶装置により構成され、図３に示すように、初期温度取得部２０、温度変化算出部２１、ピーク時間予測部２２、反応進行度判定部２３及び進行度表示部２４を有する。

【0026】

初期温度取得部２０は、反応槽１０へのＣＯ_２含有ガスの供給開始時の反応液Ｌの温度を初期温度として取得する。初期温度は、通常は外気温と同等であって、１０～３０℃程度となっている。

【0027】

温度変化算出部２１は、温度取得部４３により取得された反応液Ｌの温度Ｔを所定のタイミングで読み込んで、単位時間当たりの温度変化量ΔＴを算出する。本実施形態１では、温度変化算出部２１は、温度取得部４３により取得された温度と経過時間との関係を多次元曲線に近似した近似曲線を算出する。本実施形態１では、近似曲線として二次曲線を採用する。

【0028】

ピーク時間予測部２２は、温度変化算出部２１により算出された単位時間当たりの温度変化量ΔＴに基づいて、反応液Ｌの温度が最大値となるピーク時間を予測する。なお、反応液Ｌの温度の最大値とはＣＯ_２固定化反応の開始から終了までの間に変化する反応液Ｌの温度の最大値を指す。

【0029】

本実施形態１では、ピーク時間予測部２２は、温度変化算出部２１により算出された近似曲線に基づいてピーク時間Δｔａを予測する。そして、本実施形態１では、近似曲線として二次曲線を採用しており、当該二次近似曲線が最大値を示す時間を液温のピーク時間Δｔａとして予測する。ピーク時間Δｔａの算出は、当該二次近似曲線の微分値が０となる時間を算出することにより行うことができる

【0030】

反応進行度判定部２３は、ピーク時間予測部２２の予測結果に基づいて、ＣＯ_２固定化反応の進行度を判定する。例えば、ピーク時間予測部２２の予測結果としてのピーク時間Δｔａから所定の時間Δｔｂが経過した時点でＣＯ_２固定化反応における上記式１が終了して反応生成物としてのＮａ_２ＣＯ_３の生成が完了したと判定することができる。なお、時間Δｔｂは実験値に基づいて設定することができる。進行度表示部２４は、反応進行度判定部２３による判定結果を表示する表示装置からなる。当該ＣＯ_２回収システム１のユーザは、進行度表示部２４の表示結果に基づいて、ＣＯ_２固定化反応の進行度を認知することができる。

【0031】

９．制御部３
図１に示す制御部３はＣＯ_２回収システム１の動作を制御する。例えば、反応進行度判定部２３による判定結果に基づいて、ポンプ４５の動作を制御して反応槽１０へのＣＯ_２含有ガスの供給量を制御することができる。

【0032】

１０．目的生成物の生成完了を判定する処理フロー
次に、本実施形態１のＣＯ_２回収システム１における目的生成物の生成完了を判定する処理フローについて、図４のフロー図を用いで説明する。なお、当該フローでは、Ｎａ_２ＣＯ_３を目的生成物とする。まず、ステップＳ１において、反応液Ｌが貯蔵された図示しないタンクから反応液供給部４４を介して反応槽１０内に反応液Ｌを所定量投入する。次に、ステップＳ２において、温度取得部４３により取得した反応液Ｌの温度を、初期温度取得部２０により反応液Ｌの初期温度として取得する。以降、温度取得部４３は継続的に反応液Ｌの温度を取得するものとする。

【0033】

その後、ステップＳ３において、ポンプ４５を駆動してＣＯ_２含有ガス流通部４１を介して反応槽１０内の反応液ＬへのＣＯ_２含有ガスの供給を開始する。そして、ステップＳ４において、温度変化算出部２１により、温度取得部４３により取得された液温に基づいて、反応液Ｌの温度変化量ΔＴを取得する。

【0034】

次いで、ステップＳ５において温度変化算出部２１により温度変化量ΔＴに基づいて二次近似曲線を算出する。そして、ステップＳ６において、ピーク時間予測部２２により二次近似曲線における微分値が０となる時間をピーク時間Δｔａとして予測する。

【0035】

そして、ステップＳ７において、反応進行度判定部２３によりピーク時間Δｔａに到達したか否か判定する。ステップＳ７においてピーク時間Δｔａに到達していないと判定された場合は、ステップＳ７のＮｏに進み、ステップＳ８において反応進行度判定部２３は反応進行度として目的生成物の生成中と判定する。そして、ステップＳ９において、進行度表示部２４において、上記反応進行度を表示して、ステップＳ４に戻って以降のステップＳ４～ステップＳ７を再度実施する。

【0036】

一方、ステップＳ７において、反応進行度判定部２３によりピーク時間Δｔａに到達したと判定された場合は、ステップＳ７のＹｅｓに進み、ステップＳ１０において、反応進行度判定部２３によりピーク時間Δｔａに到達した後、時間Δｔｂが経過したか否かを判定する。ステップＳ１０において、時間Δｔｂが経過していないと判定された場合は、ステップＳ１０のＮｏに進み、再度ステップＳ１０を実行する。一方、ステップＳ１０において時間Δｔｂが経過したと判定された場合は、ステップＳ１０のＹｅｓに進み、ステップＳ１１において、反応進行度判定部２３により目的生成物であるＮａ_２ＣＯ_３の生成が完了したと判定する。その後、ステップＳ１２において、進行度表示部２４により、上記反応進行度表示して当該フローを終了する。

【0037】

１１．検証試験１
本実施形態１のＣＯ_２回収システム１における反応進行度の判定についての検証試験１を行った。検証試験は、実施形態１のＣＯ_２回収システム１において、反応液Ｌの初期温度を１６℃とし、反応液Ｌの温度変化と、その二次近似曲線を取得し、さらに反応液ＬのｐＨ変化をｐＨメータで取得した。そして、図５にこれらの関係を示した。

【0038】

図５に示すように、実施形態１のＣＯ_２回収システム１では、ピーク時間予測部２２により算出された二次近似曲線のピーク時間Δｔａから時間Δｔｂ経過した時間Ａにおいて、目的生成物（Ｎａ_２ＣＯ_３）の生成が完了すると予想された。一方、ｐＨ変化に基づき、Ｎａ_２ＣＯ_３水溶液のｐＨは１１．０～１１．８であり、時間ＡにおいてＮａ_２ＣＯ_３の生成が完了したことが検証できた。

【0039】

１２．検証試験２
次に、本実施形態１のＣＯ_２回収システム１におけるピーク時間Δｔａについての検証試験２を行った。検証試験２では、初期温度が１４℃～２４℃の範囲Ｔｐで異なる７パターンａ～ｇの反応液Ｌについて、本実施形態１のＣＯ_２回収システム１においてピーク時間Δｔａを取得し、取得結果を図６に示した。図６に示すように、初期温度が１４℃～２４℃の範囲Ｔｐで異なっていても、ピーク時間Δｔａは概ね変化しないことが検証できた。なお、図７に示すように、各パターンａ～ｇの反応液ＬについてのｐＨ変化についても、互いに同様の傾向を示している。

【0040】

１３．作用効果
次に、本実施形態のＣＯ_２回収システム１における作用効果について詳述する。本実施形態１のＣＯ_２回収システムでは、反応液Ｌの温度に基づいて反応生成物の生成反応の進行度を判定する。そのため、装置を簡素な構成とすることができるため、装置サイズが大型化することを防止でき、設備コストを低減できるとともにメンテナンス性にも優れる。また、反応液ＬにおけるＮａＯＨとＣＯ_２との反応は発熱エネルギーの異なる２段階の発熱反応に基づいて行われるため、当該反応の発熱エネルギーと密接に関係する反応液温度と反応生成物の生成反応の進行度とは高い相関関係を有する。それゆえ、本実施形態１のＣＯ_２回収システムにおける反応生成物の生成反応の進行度は高い判定精度を呈するものとなる。そして、高い判定精度に基づいて、反応生成物を取得することができるため、目的生成物の純度の向上を図ることができる。

【0041】

また、本実施形態１では、温度取得部４３により取得された温度から単位時間当たりの温度変化量Δｔａを算出する温度変化算出部２１を有し、反応進行度判定部２３は、温度変化算出部２１により算出された単位時間当たりの温度変化量Δｔａに基づいて上記反応生成物の生成反応の進行度を判定する。これにより、反応液Ｌの温度変化を高精度に取得でき、反応生成物の生成反応の進行度の判定精度を向上することができる。

【0042】

また、本実施形態１では、温度変化算出部２１により取得された温度に基づいて、反応生成物の生成反応の開始から終了までの間に反応液Ｌの温度が最大となる時間であるピーク時間Δｔａを予測するピーク時間予測部２２を備える。そして、反応進行度判定部２３は、ピーク時間予測部２２により予測されたピーク時間Δｔａに基づいて、反応生成物の生成反応の進行度を判定する。これにより、ＣＯ_２固定化反応は反応液Ｌの温度が最大となるピーク時間Δｔａにおいて上記式１の反応が終了するため、ピーク時間Δｔａに基づいて反応生成物の生成反応の進行度を判定することにより判定精度を向上することができる。

【0043】

また、本実施形態１では、温度変化算出部２１は、温度取得部４３により取得された温度と経過時間との関係を多次元曲線に近似して得た近似曲線を算出し、ピーク時間予測部２２は、近似曲線に基づいてピーク時間Δｔａを予測する。これにより、外乱要因の影響を低減することができ、反応進行度の判定精度を向上することができる。

【0044】

また、本実施形態１では、反応進行度判定部２３は、ピーク時間予測部により予測されたピーク時間Δｔａから所定時間Δｔｂを経過したときに目的の反応生成物の生成が完了したと判定する。これにより、ＣＯ_２固定化反応の進行が安定する時間が考慮されるため、反応進行度の判定精度を一層向上することができる。

【0045】

また、本実施形態１では、反応生成物の生成反応の開始時における反応液Ｌの温度である初期温度が１０～３０℃の範囲内である。これにより、反応液Ｌの初期温度が当該範囲であることで、反応液Ｌの初期温度が異なってもピーク時間Δｔａはほぼ変化しないため、反応液Ｌの初期温度が当該範囲とすることで反応進行度の判定精度を一層向上することができる。

【0046】

以上のごとく、上記態様によれば、目的生成物の高純度化を図ることができるとともに、検出精度、装置サイズ、設備コスト及びメンテナンス性において優れたＣＯ_２回収システムを提供することができる。

【0047】

（実施形態２）
なお、本実施形態１では、温度変化算出部２１とピーク時間予測部２２とを備える構成としたが、これに替えて本実施形態２では、図８に示すように、温度変化算出部２１とピーク時間予測部２２を備えておらず、近似曲線算出部２５と対応関係記憶部２６を備えている。近似曲線算出部２５は、温度取得部４３が取得した反応液Ｌの温度から多次元の近似曲線を算出する。本実施形態２では二次近似曲線を算出する。

【0048】

対応関係記憶部２６は、図９に示すように近似曲線の温度変化と反応進行度との対応関係が予め記憶されている。すなわち、ピーク時間Δｔａと所定時間Δｔｂとが経過する前の状態では反応進行度ＩはＮａ_２ＣＯ_３生成中であり、ピーク時間Δｔａと所定時間Δｔｂとが経過したタイミングでは反応進行度ＩＩはＮａ_２ＣＯ_３の生成完了し、ピーク時間Δｔａと所定時間Δｔｂとが経過した後の状態ではは反応進行度ＩＩＩはＮａ_２ＣＯ_３とＮａＨＣＯ_３とが共存した状態であることを示す関係が記憶されている。

【0049】

そして、現在の反応液Ｌの温度を取得して近似曲線算出部２５により取得された近似曲線と、対応関係記憶部２６に記憶された対応関係とに基づいて、現在の反応液Ｌの反応進行度を判定することができる。実施形態２によれば、簡易な構成で反応液Ｌの反応進行度を判定することができる。

【0050】

（実施形態３）
本実施形態３では、図１０に示すように、実施形態１の構成に加えて、外気温度取得部５０と補正部２７を有する。外気温度取得部５０は、公知の温度センサからなり、外気の温度を取得するように構成されている。補正部２７は外気温度取得部５０により取得された外気温度に基づいて、ピーク時間予測部２２により予測されたピーク時間を補正する。例えば、外気温度が予め設定された基準値よりも高い場合は、ピーク時間予測部２２により予測されたピーク時間Δｔａに所定の補正値を加算又は減算することができる。なお、本実施形態３におけるその他の構成は、実施形態１の場合と同様であって、実施形態１の場合と同一の符号を付してその説明を省略する。

【0051】

本実施形態３によれば、外乱要因となりうる外気温度の影響を抑制することができ、反応進行度の判定精度を一層向上することができる。そして、本実施形態３においても実施形態１と同様の作用効果を奏する。

【0052】

（実施形態４）
本実施形態４では、図１１に示すように、実施形態３の構成に加えて、予測結果評価部２８と調整部２９を有する。予測結果評価部２８は、ピーク時間予測部２２によって予測されたピーク時間Δｔａに到達したときに温度取得部４３により取得された反応液Ｌの温度に基づいて、ピーク時間予測部２２による予測結果を評価する。例えば、ピーク時間予測部２２によって予測されたピーク時間Δｔａが実際に反応液Ｌの温度が最大値となるピーク時間であるか否かを判定したり、予測されたピーク時間Δｔａと温度取得部４３により取得されたリアルデータとしてのピーク時間とを比較したりすることでピーク時間予測部２２による予測結果を評価する。調整部２９は、予測結果評価部の評価結果に基づいて、補正部２７における補正度を調整する。当該補正度の調整は、予測されたピーク時間Δｔａとリアルデータとして取得されたピーク時間との差異が小さくなるように行う。

【0053】

本実施形態４によれば、シミュレーションの結果として予測されたピーク時間Δｔａを、リアルデータとして取得されたピーク時間に基づいて補正することで、いわゆるデジタルツインを構成することができ、ピーク時間Δｔａの予測精度を向上して、反応進行度を精度よく判定することができる。なお、本実施形態４においても、実施形態１の場合と同様の作用効果を奏する。

【0054】

本発明は上記実施形態及び変形形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

【符号の説明】

【0055】

１…ＣＯ_２回収システム、１０…反応槽、２…演算部、３…制御部、１０…反応槽、２０…初期温度取得部、２１…温度変化算出部、２２…ピーク時間予測部、２３…反応進行度判定部、２４…進行度表示部、２５…近似曲線算出部、２６…対応関係記憶部、２７…補正部、２８…予測結果評価部、２９…調整部、３０…吹き出し部、４１…ＣＯ_２含有ガス流通部、４２…ＣＯ_２除去ガス排出部、４３…温度取得部（熱電対）、４４…反応液供給部、４５…ポンプ、５０…外気温度取得部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】