特許 7443723 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-27

(45)【発行日】2024-03-06

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/62 20060101AFI20240228BHJP

   B01D 53/56 20060101ALI20240228BHJP

   B01D 53/81 20060101ALI20240228BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20240228BHJP

   C07C 1/22 20060101ALI20240228BHJP

   C07C 9/04 20060101ALI20240228BHJP

   C07B 61/00 20060101ALN20240228BHJP

【ＦＩ】

B01D53/62 ZAB

B01D53/56 100

B01D53/81

C01B32/50

C07C1/22

C07C9/04

C07B61/00 300

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019201584

(22)【出願日】2019-11-06

(65)【公開番号】P2021074657

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-07-04

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸山 徳彦

(72)【発明者】

【氏名】今川 晴雄

(72)【発明者】

【氏名】山本 征治

【審査官】山田 陸翠

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１６４６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７４８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１８２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２１９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０７６０４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１４２８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１８２７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１３６８３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／３４－５３／７３

Ｂ０１Ｄ ５３／７４－５３／８５

Ｂ０１Ｄ ５３／９２

Ｂ０１Ｄ ５３／９６

Ｂ０１Ｄ ５３／０２－５３／１２

Ｃ０１Ｂ ３２／００－３２／９９１

Ｃ０７Ｂ ６１／００

Ｃ０７Ｃ １／００－ １／３６

Ｃ０７Ｃ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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2】

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3】

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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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。

【請求項6】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、複数種のガスが混合されている混合ガスから、二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置が知られている。二酸化炭素回収装置は、一般的に、二酸化炭素を吸着する吸着材を備える。例えば、特許文献１には、燃焼炉で発生する燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材によって吸着し、二酸化炭素を吸着した吸着材を加熱することで二酸化炭素を吸着材から脱離させる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１４２８０６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に記載の二酸化炭素回収装置では、吸着材によって二酸化炭素を吸着するとき、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物や水分も吸着材に吸着される。このため、吸着材が吸着可能な二酸化炭素の量が少なくなる。特に、窒素酸化物は、不可逆的に吸着材に吸着されるため、吸着材において、燃焼排ガスからの二酸化炭素の吸着と、吸着した二酸化炭素の脱離を繰り返すと、吸着材に吸着された窒素酸化物の蓄積量が多くなるため、二酸化炭素を吸着可能な容量が低下する。このため、二酸化炭素の回収性能が低下する。

【0005】

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、二酸化炭素回収装置において、二酸化炭素の回収性能の低下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】

【0006】

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。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、二酸化炭素回収装置が提供される。二酸化炭素回収装置は、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、を備える。

【0008】

この構成によれば、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物と水分のそれぞれは、ＣＯ₂回収部において燃焼排ガスから二酸化炭素が回収される前に、ＮＯｘ除去部と除湿部とのそれぞれによって、燃焼排ガスから除去される。これにより、ＣＯ₂回収部において燃焼排ガスから二酸化炭素が回収されるとき、二酸化炭素とともにＣＯ₂吸着材に吸着される窒素酸化物や水分の量が少なくなるため、ＣＯ₂吸着材において、二酸化炭素の吸着性能が低下することを抑制できる。したがって、二酸化炭素回収装置における二酸化炭素の回収性能の低下を抑制することができる。

【0009】

（２）上記形態の二酸化炭素回収装置において、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してもよい。この構成によれば、ＮＯｘ除去部において燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物がＮＯｘ吸着材によって吸着される前に、除湿部において、燃焼排ガスに含まれる水分が燃焼排ガスから除去される。これにより、ＮＯｘ吸着材に水分が吸着されることで、ＮＯｘ吸着材において、窒素酸化物の吸着性能が低下することを抑制できる。したがって、ＣＯ₂回収部において、ＣＯ₂吸着材に吸着される窒素酸化物の量をさらに少なくすることができるため、二酸化炭素回収装置における二酸化炭素の回収性能の低下をさらに抑制することができる。

【0010】

（３）上記形態の二酸化炭素回収装置は、さらに、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、前記上流側切替弁による切り替えを制御する制御部と、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回収部に供給させてもよい。この構成によれば、上流側切替弁は、上流側検出部が検出する燃焼排ガスの窒素酸化物の濃度に応じて、燃焼排ガスが流れるルートを切り替える。具体的には、ＮＯｘ除去部の上流側における燃焼排ガスの窒素酸化物の濃度が第１の所定値より大きい場合、燃焼排ガスは、ＮＯｘ除去部を経由してＣＯ₂回収部に供給される。これにより、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物は、ＮＯｘ除去部において除去されるため、ＣＯ₂回収部において、ＣＯ₂吸着材に吸着される窒素酸化物の量を少なくすることができる。また、燃焼排ガスの窒素酸化物の濃度が第１の所定値以下の場合、燃焼排ガスは、ＮＯｘ除去部を経由することなくＣＯ₂回収部に供給される。これにより、ＮＯｘ除去部において窒素酸化物の除去が行われないため、ＮＯｘ除去部がＮＯｘ吸着材を有している場合、ＮＯｘ吸着材の使用量を低減することができる。したがって、ＮＯｘ除去部において、吸着性能が低下したＮＯｘ吸着材を交換するメンテナンスの回数を低減することができる。このように、二酸化炭素回収装置における二酸化炭素の回収性能の低下を抑制しつつ、ＮＯｘ除去部のメンテナンスの回数を低減することができる。

【0011】

（４）上記形態の二酸化炭素回収装置において、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してもよい。この構成によれば、下流側切替弁は、下流側検出部が検出する燃焼排ガスの窒素酸化物の濃度に応じて、燃焼排ガスが流れるルートを切り替える。上流側切替弁の切り替えによって燃焼排ガスがＮＯｘ除去部に供給されているとき、第１除去器または第２除去器のいずれか一方の下流側における燃焼排ガスの窒素酸化物の濃度が第２の所定値より大きい場合、燃焼排ガスを第１除去器または第２除去器のいずれか他方に流す。ＮＯｘ除去部の下流側に配置されている下流側検出部が検出する窒素酸化物の濃度は、２つの除去器のうちの燃焼排ガスが流れている除去器の窒素酸化物の除去性能を示しており、下流側検出部が検出する窒素酸化物の濃度が第２の所定値より大きくなることは、その除去器の窒素酸化物の除去性能が低下していることを意味している。そこで、下流側検出部が検出する窒素酸化物の濃度を用いて、２つの除去器を切り替えることによって、１つの除去器を用いて窒素酸化物を除去する場合に比べて連続して燃焼排ガスの窒素酸化物を除去することができる。

【0012】

（５）本発明の別の形態によれば、炭化水素生成装置が提供される。この炭化水素生成装置は、上記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。この構成によれば、上記の二酸化炭素回収装置で回収された二酸化炭素と、水素とを用いて炭化水素化合物を生成する。上記の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素の回収性能が低下しにくくなっているため、二酸化炭素の回収性能を元の状態に戻すためのメンテナンスの回数を低減することができる。したがって、安定して炭化水素化合物を生成することができる。

【0013】

（６）本発明のさらに別の形態によれば、炭素循環システムが提供される。この炭素循環システムは、上記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。この構成によれば、二酸化炭素回収装置で回収された二酸化炭素と、水素とを用いて生成された炭化水素化合物を燃焼し、熱エネルギーを回収する。炭化水素化合物の燃焼によって生成された二酸化炭素は、ＣＯ₂回収器によって回収され、再び炭化水素化合物の原料となる。このように、炭素を循環して利用することができるため、系外への二酸化炭素の排出量を低減することができる。

【0014】

（７）本発明のさらに別の形態によれば、二酸化炭素回収方法が提供される。この二酸化炭素回収方法は、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、を備える。この構成によれば、燃焼排ガスは、最初に、除湿工程において、水分が除去される。水分が除去された燃焼排ガスは、ＮＯｘ除去工程において、窒素酸化物が除去される。これにより、ＣＯ₂回収工程において二酸化炭素を回収するとき、二酸化炭素とともにＣＯ₂吸着材に吸着される窒素酸化物や水分の量が少なくなるため、ＣＯ₂吸着材において、二酸化炭素の吸着性能が低下することを抑制できる。したがって、二酸化炭素の回収性能の低下を抑制することができる。

【0015】

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、二酸化炭素回収装置を含むシステム、これら装置およびシステムの制御方法、これら装置およびシステムにおいて二酸化炭素回収方法を実行させるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータ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】

【0016】

【図1】第１実施形態の炭素循環システムの概略構成を示す模式図である。

【図2】第１実施形態の二酸化炭素回収処理を示すフローチャートである。

【図3】第２実施形態の炭素循環システムの概略構成を示す模式図である。

【図4】第２実施形態の二酸化炭素回収処理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】

【0017】

＜第１実施形態＞
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。

【0018】

燃焼器５は、後述する生成ガス除湿器５１にメタンガス流路９１を介して接続し、二酸化炭素回収装置１０に排ガス流路９２を介して接続している。燃焼器５は、外部から供給される空気を用いて、後述するメタン化反応器５０から供給されるメタンを燃焼し、熱エネルギーを生成する。生成された熱エネルギーは、炭素循環システム１の外部において利用される。また、燃焼器５は、メタンの燃焼によって発生する気体を、燃焼排ガスとして排出する。燃焼排ガスには、窒素と酸素の他に、二酸化炭素と、窒素酸化物（ＮＯｘ）と、水分とが含まれている。燃焼排ガスは、排ガス流路９２を通って二酸化炭素回収装置１０に供給される。

【0019】

二酸化炭素回収装置１０は、除湿部２０と、ＮＯｘ吸着器３０と、ＣＯ₂回収器４０を備える。二酸化炭素回収装置１０は、排ガス流路９２を介して燃焼器５に接続しており、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、メタン化反応器５０に供給する。

【0020】

除湿部２０は、燃焼器５が排出する燃焼排ガスの流れにおいて、ＮＯｘ吸着器３０およびＣＯ₂回収器４０の上流側に配置されている。除湿部２０は、排ガス除湿器２１と、乾燥器２２を有する。排ガス除湿器２１は、燃焼排ガスの流れにおいて、乾燥器２２の上流側に配置されている。排ガス除湿器２１は、燃焼排ガスを、例えば、室温程度まで冷却することで、燃焼排ガスに含まれる水分を除去する。なお、ここでは、「除去」とは、取り除く対象物を、全てを取り除くだけではなく、一部を取り除くことを含む。

【0021】

燃焼器５と排ガス除湿器２１との間の排ガス流路９２には、ＮＯｘ濃度センサ１１が配置されている。ＮＯｘ濃度センサ１１は、後述する制御部５５と電気的に接続している。ＮＯｘ濃度センサ１１は、燃焼器５と排ガス除湿器２１との間の排ガス流路９２を流れる燃焼排ガスの窒素酸化物の濃度（以下、「ＮＯｘ濃度」という）を検出し、制御部５５に出力する。ＮＯｘ濃度センサ１１は、特許請求の範囲の「上流側検出部」に相当する。

【0022】

乾燥器２２は、燃焼排ガスの流れにおいて、排ガス除湿器２１の下流側に配置されており、本実施形態では、排ガス流路９２の下流側の端部に接続されている。乾燥器２２は、燃焼排ガスを、例えば、マイナス２０℃程度まで冷却する。これにより、除湿部２０で除去されなかった水分を、燃焼排ガスからさらに除去する。

【0023】

乾燥器２２とＣＯ₂回収器４０との間には、排ガス流路９３と、迂回流路９４とが配置されている。排ガス流路９３は、一端が乾燥器２２に接続し、乾燥器２２とＣＯ₂回収器４０とを直接接続する。排ガス流路９３には、制御部５５と電気的に接続する切替弁１２が配置されている。切替弁１２には、排ガス流路９３を介して乾燥器２２に接続する接続口１２ａと、排ガス流路９３を介してＣＯ₂回収器４０に接続する接続口１２ｂと、迂回流路９４の一端が接続する接続口１２ｃが形成されている。迂回流路９４の他端は、排ガス流路９３において切替弁１２の下流側に位置する合流点（図１に示す符号Ｐ１）で排ガス流路９３に接続する。迂回流路９４には、ＮＯｘ吸着器３０が配置されている。切替弁１２は、制御部５５の指令に応じて、排ガス流路９３を流れる乾燥器２２からの燃焼排ガスを、ＣＯ₂回収器４０に供給するか、または、迂回流路９４に供給するか、を切り替える。切替弁１２の作用の詳細は、後述する。切替弁１２は、特許請求の範囲の「上流側切替弁」に相当する。

【0024】

ＮＯｘ吸着器３０は、窒素酸化物を吸着する図示しないＮＯｘ吸着材を有している。ＮＯｘ吸着器３０は、迂回流路９４のうちの切替弁１２とＮＯｘ吸着器３０を接続する迂回流路９４ａを流れる燃焼排ガス、すなわち、除湿部２０によって水分が除去された燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物を吸着する。これにより、燃焼排ガスから、窒素酸化物が除去される。ＮＯｘ吸着器３０が有するＮＯｘ吸着材は、例えば、Ｓｉ／Ａｌ比が２．７以上であり、二酸化炭素の分圧が１０ｋＰａにおける二酸化炭素吸着量が０．５ｍｍｏｌ／ｇ以下のゼオライトである。なお、ＮＯｘ吸着材は、これに限定されない。活性炭や、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、塩基性有機物、金属酸化物を炭素多孔体もしくは金属酸化物多孔体に担持したものであってもよい。ＮＯｘ吸着器３０は、特許請求の範囲の「ＮＯｘ吸着部」に相当する。

【0025】

迂回流路９４のうちのＮＯｘ吸着器３０と排ガス流路９３の合流点Ｐ１とを接続する迂回流路９４ｂには、ＮＯｘ濃度センサ１３が配置されている。ＮＯｘ濃度センサ１３は、制御部５５と電気的に接続しており、ＮＯｘ吸着器３０が排出する燃焼排ガスのＮＯｘ濃度を検出し、制御部５５に出力する。

【0026】

迂回流路９４ｂにおいて、ＮＯｘ濃度センサ１３の下流側には、切替弁１４が配置されている。切替弁１４は、制御部５５と電気的に接続している。切替弁１４には、迂回流路９４ｂを介してＮＯｘ吸着器３０に接続する接続口１４ａと、迂回流路９４ｂを介して排ガス流路９３に接続する接続口１４ｂと、排出ポート９５が接続する接続口１４ｃが形成されている。切替弁１４は、制御部５５の指令に応じて、ＮＯｘ吸着器３０から排出される燃焼排ガスを、ＣＯ₂回収器４０に供給するか、または、排出ポート９５を介して系外に排出するか、を切り替える。切替弁１４の作用の詳細は、後述する。

【0027】

ＣＯ₂回収器４０は、排ガス流路９３の他端に接続しており、二酸化炭素を吸着するＣＯ₂吸着材を有する。ＣＯ₂回収器４０が有するＣＯ₂吸着材は、例えば、ゼオライトや活性炭である。ＣＯ₂回収器４０は、ＣＯ₂吸着材を用いて、排ガス流路９３を介して乾燥器２２を流れる燃焼排ガス、または、迂回流路９４を介してＮＯｘ吸着器３０から流れる燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸着することで、これらの燃焼排ガスから二酸化炭素を分離する。ＣＯ₂吸着材に吸着された二酸化炭素は、圧力スイングや温度スイングによってＣＯ₂吸着材から脱離し、回収される。回収された二酸化炭素は、ＣＯ₂供給流路９６を介してメタン化反応器５０に送られる。ＣＯ₂回収器４０は、特許請求の範囲の「ＣＯ₂回収部」に相当する。

【0028】

メタン化反応器５０は、ＣＯ₂供給流路９６に接続している。メタン化反応器５０には、メタン化触媒性能を有する金属から形成される触媒が収容されている。メタン化触媒性能を有する金属としては、例えば、ルテニウムやニッケルなどである。メタン化反応器５０は、ＣＯ₂供給流路９６を介してＣＯ₂回収器４０から供給される二酸化炭素と、外部から供給される水素とのメタン化反応によって、メタンを生成する。メタン化反応器５０で生成された生成ガスは、燃焼器５に接続するメタンガス流路９１を介して、生成ガス除湿器５１に送られる。メタン化反応器５０は、特許請求の範囲の「生成器」に相当する。

【0029】

生成ガス除湿器５１は、メタンガス流路９１において、メタン化反応器５０と燃焼器５との間に配置される。生成ガス除湿器５１は、メタン化反応器５０において生成された生成ガスに含まれる水分を、例えば、生成ガスの冷却などによって、生成ガスから除去する。生成ガス除湿器５１で水分が除去された生成ガスは、燃焼器５に送られる。

【0030】

制御部５５は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、ＣＰＵを含んで構成されるコンピュータである。制御部５５は、後述する二酸化炭素回収処理における切替弁１２、１４での流路の切り替えや、ＣＯ₂回収器４０での二酸化炭素の脱離操作など、炭素循環システム１の全体の制御をおこなう。制御部５５の制御内容の詳細は、後述する。

【0031】

図２は、本実施形態の二酸化炭素回収処理のフローチャートである。次に、炭素循環システム１における二酸化炭素回収処理について説明する。図２に示す二酸化炭素回収方法は、炭素循環システム１において、燃焼器５でメタンガスが燃焼している間、常時繰り返して実施される。

【0032】

図２に示すフローチャートが開始される前では、切替弁１２は、接続口１２ａと接続口１２ｂとが接続している状態となっている。また、切替弁１４は、接続口１４ａと接続口１４ｂとが接続している状態となっている。このとき、燃焼器５においてメタンガスが燃焼すると、燃焼器５の内部で、二酸化炭素の他に、窒素酸化物や水分が生成される。生成された二酸化炭素や窒素酸化物、水分は、窒素などとともに、燃焼排ガスとして燃焼器５から排出される。燃焼排ガスは、排ガス流路９２、９３を通ってＣＯ₂回収器４０に送られる。燃焼排ガスは、排ガス流路９２を流れるとき、排ガス除湿器２１と乾燥器２２によって水分が除去される。本実施形態では燃焼排ガスに含まれる水分量は、排ガス除湿器２１において、室温での飽和水蒸気量まで低減され、乾燥器２２において、１ｐｐｍ以下となる。水分が除去された燃焼排ガスは、排ガス流路９３を流れる。

【0033】

本実施形態の二酸化炭素回収処理では、最初に、二酸化炭素回収装置１０の上流でのＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。具体的には、ＮＯｘ濃度センサ１１は、排ガス除湿器２１より上流側での排ガス流路９２を流れる燃焼排ガスのＮＯｘ濃度を検出する。ＮＯｘ濃度センサ１１は、ＮＯｘ濃度の検出結果を制御部５５に出力する。ＮＯｘ濃度センサ１１で検出されたＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍ以下であると判定されるとき（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、制御部５５は、処理をステップＳ１２に遷移させる。ＮＯｘ濃度センサ１１で検出されたＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍより大きいと判定されるとき（ステップＳ１１：ＮＯ）、制御部５５は、処理をステップＳ１３に遷移させる。なお、ステップＳ１１での判定基準であるＮＯｘ濃度は、２００ｐｐｍに限定されない。例えば、後段のＣＯ₂回収器４０での窒素酸化物の吸着量を抑制するために、２００ｐｐｍより低く設定されていてもよい。ステップＳ１１での２００ｐｐｍは、特許請求の範囲の「第１の所定値」に相当する。

【0034】

ステップＳ１２では、制御部５５は、切替弁１２を切り替えない決定をおこなう。これにより、排ガス流路９３を流れる燃焼排ガスは、乾燥器２２からＣＯ₂回収器４０に直接供給される。ＣＯ₂回収器４０では、乾燥器２２から供給された燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸着し、燃焼排ガスから二酸化炭素を分離する。二酸化炭素が分離された燃焼排ガスの主な成分は、窒素と酸素となる。ＣＯ₂回収器４０から排出される燃焼排ガスは、炭素循環システム１の系外に排出される。ＣＯ₂回収器４０では、燃焼排ガスから分離した二酸化炭素をＣＯ₂吸着材から脱離させ、メタン化反応器５０に供給する。

【0035】

ステップＳ１３では、制御部５５は、切替弁１２を切り替える制御を行う。具体的には、制御部５５は、切替弁１２の接続口１２ａと接続口１２ｃとが接続されるように、切替弁１２を制御する。これにより、排ガス流路９３を流れる燃焼排ガスは、迂回流路９４ａに流入する。迂回流路９４ａを流れる燃焼排ガスは、ＮＯｘ吸着器３０に供給される。ＮＯｘ吸着器３０では、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物をＮＯｘ吸着材によって吸着する。ＮＯｘ吸着器３０によって窒素酸化物が吸着された燃焼排ガスは、ＮＯｘ吸着器３０の迂回流路９４ｂを流れる。

【0036】

次に、ＮＯｘ吸着器３０の下流でのＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。具体的には、ＮＯｘ濃度センサ１３は、迂回流路９４ｂを流れる燃焼排ガスのＮＯｘ濃度を検出する。ＮＯｘ濃度センサ１３は、ＮＯｘ濃度の検出結果を制御部５５に出力する。ＮＯｘ濃度センサ１３で検出されたＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍ以下であると判定されるとき（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、制御部５５は、今回の二酸化炭素回収処理を終了する。このとき、迂回流路９４ｂを流れる燃焼排ガスは、ＣＯ₂回収器４０に供給される。ＮＯｘ濃度センサ１３で検出されたＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍより大きいと判定されるとき（ステップＳ１４：ＮＯ）、制御部５５は、処理をステップＳ１５に遷移させる。なお、ステップＳ１４での判定基準であるＮＯｘ濃度は、２００ｐｐｍに限定されない。例えば、後段のＣＯ₂回収器４０での窒素酸化物の吸着量を抑制するために、２００ｐｐｍより低く設定されていてもよい。

【0037】

ステップＳ１５では、制御部５５は、切替弁１４を切り替える制御を行う。具体的には、制御部５５は、切替弁１４の接続口１４ａと接続口１４ｃとが接続されるように、切替弁１４を制御する。これにより、ＮＯｘ吸着器３０が排出した燃焼排ガスは、排出ポート９５に流入し、炭素循環システム１の系外に排出される。これにより、今回の二酸化炭素回収処理を終了する。

【0038】

本実施形態では、ステップＳ１４においてＮＯｘ濃度センサ１３によって検出されたＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍより大きいと判定される場合、ＮＯｘ吸着器３０が有するＮＯｘ吸着材の吸着性能が低下していることが予想される。そこで、ステップＳ１４においてＮＯｘ濃度センサ１３が検出したＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍより大きいと判定される場合、ＮＯｘ吸着器３０が有するＮＯｘ吸着材を交換する。

【0039】

以上説明した、本実施形態の二酸化炭素回収装置１０によれば、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物と水分のそれぞれは、ＣＯ₂回収器４０において燃焼排ガスから二酸化炭素が回収される前に、ＮＯｘ吸着器３０と除湿部２０とのそれぞれによって、燃焼排ガスから除去される。これにより、ＣＯ₂回収器４０において燃焼排ガスから二酸化炭素が回収されるとき、二酸化炭素とともにＣＯ₂吸着材に吸着される窒素酸化物や水分の量が少なくなる。特に、燃焼器５からＣＯ₂回収器４０に供給される燃焼排ガスから、ＣＯ₂吸着材に不可逆的に吸着される窒素酸化物を除去することによって、ＣＯ₂吸着材に吸着された窒素酸化物の蓄積量を少なくすることができる。これにより、ＣＯ₂吸着材において、二酸化炭素の吸着性能が低下することを抑制できるため、二酸化炭素回収装置１０における二酸化炭素の回収性能の低下を抑制することができる。

【0040】

また、本実施形態の二酸化炭素回収装置１０によれば、ＣＯ₂回収器４０における二酸化炭素の回収性能の低下を抑制することができるため、ＣＯ₂回収器４０の性能寿命を延ばすことができる。これにより、ＣＯ₂回収器４０において、二酸化炭素の吸着性能が低下したＣＯ₂吸着材の交換や再生などのメンテナンスの回数を低減することができる。

【0041】

また、本実施形態の二酸化炭素回収装置１０によれば、ＮＯｘ吸着器３０において燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物がＮＯｘ吸着材によって吸着される前に、除湿部２０において、燃焼排ガスに含まれる水分が燃焼排ガスから除去される。これにより、ＮＯｘ吸着材に水分が吸着されることで、ＮＯｘ吸着材において、窒素酸化物の吸着性能が低下することを抑制できる。したがって、ＣＯ₂回収器４０において、ＣＯ₂吸着材に吸着される窒素酸化物の量をさらに少なくすることができるため、二酸化炭素回収装置１０における二酸化炭素の回収性能の低下をさらに抑制することができる。

【0042】

また、本実施形態の二酸化炭素回収装置１０によれば、切替弁１２は、ＮＯｘ濃度センサ１１が検出する燃焼排ガスのＮＯｘ濃度に応じて、燃焼排ガスが流れるルートを切り替える。具体的には、ＮＯｘ吸着器３０の上流側における燃焼排ガスのＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍより大きい場合、燃焼排ガスは、ＮＯｘ吸着器３０を経由してＣＯ₂回収器４０に供給される。これにより、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物は、ＮＯｘ吸着器３０において除去されるため、ＣＯ₂回収器４０において、ＣＯ₂吸着材に吸着される窒素酸化物の量を少なくすることができる。また、燃焼排ガスのＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍ以下の場合、燃焼排ガスは、ＮＯｘ吸着器３０を経由することなくＣＯ₂回収器４０に供給される。これにより、ＮＯｘ吸着器３０において窒素酸化物の除去が行われないため、ＮＯｘ吸着材の使用量を低減することができる。したがって、ＮＯｘ吸着器３０において、吸着性能が低下したＮＯｘ吸着材を交換するメンテナンスの回数を低減することができる。このように、二酸化炭素回収装置１０における二酸化炭素の回収性能の低下を抑制しつつ、ＮＯｘ吸着器３０のメンテナンスの回数を低減することができる。

【0043】

また、本実施形態の二酸化炭素回収装置１０によれば、例えば、燃焼器５での異常燃焼によって高濃度の窒素酸化物が生成されるとき、切替弁１２によって燃焼排ガスが流れるルートを切り替え、燃焼排ガスから窒素酸化物を除去できる。これにより、ＣＯ₂吸着材に吸着される窒素酸化物の量を突発的に増加することを抑制できるため、二酸化炭素回収装置１０における二酸化炭素の回収性能の低下をさらに抑制することができる。

【0044】

また、本実施形態のメタン生成装置６によれば、二酸化炭素回収装置１０で回収された二酸化炭素と、水素とを用いてメタンを生成する。二酸化炭素回収装置１０は、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物と水分のそれぞれがＮＯｘ吸着器３０と除湿部２０とのそれぞれによって除去されており、二酸化炭素の回収性能が低下しにくくなっている。これにより、二酸化炭素の回収性能を元の状態に戻すためのメンテナンスの回数を低減することができる。したがって、炭素循環システム１では、安定して炭化水素化合物を生成することができる。

【0045】

また、本実施形態の炭素循環システム１によれば、二酸化炭素回収装置１０で回収された二酸化炭素と、水素とを用いて生成されたメタンを燃焼し、熱エネルギーを回収する。メタンの燃焼によって生成された二酸化炭素は、ＣＯ₂回収器４０によって回収され、再びメタンの原料となる。このように、炭素を循環して利用することができるため、系外への二酸化炭素の排出量を低減することができる。

【0046】

＜第２実施形態＞
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。

【0047】

本実施形態の炭素循環システム２は、燃焼器５と、メタン生成装置７と、制御部５５とを備える。メタン生成装置７は、二酸化炭素回収装置６０と、メタン化反応器５０と、生成ガス除湿器５１とを備える。二酸化炭素回収装置６０は、除湿部２０と、第１ＮＯｘ吸着器６１と、第２ＮＯｘ吸着器６２と、ＣＯ₂回収器４０を備える。二酸化炭素回収装置６０は、排ガス流路９２を介して燃焼器５に接続しており、燃焼器５が排出する燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、メタン化反応器５０に供給する。メタン生成装置７は、特許請求の範囲の「炭化水素生成装置」に相当する。

【0048】

本実施形態では、乾燥器２２とＣＯ₂回収器４０との間には、図３に示すように、排ガス流路９３と、迂回流路９７とが配置されている。迂回流路９７は、切替弁１２の接続口１２ｃに接続する接続流路９７ａと、２つの分岐流路９７ｂ、９７ｃと、排ガス流路９３において切替弁１２の下流側に位置する合流点（図３に示す符号Ｐ２）で排ガス流路９３に接続する接続流路９７ｄが形成されている。接続流路９７ａと２つの分岐流路９７ｂ、９７ｃとは、切替弁１５によって接続されている。切替弁１５には、接続流路９７ａに接続する接続口１５ａと、分岐流路９７ｂに接続する接続口１５ｂと、分岐流路９７ｃに接続する接続口１５ｃが形成されている。切替弁１５は、電気的に接続している制御部５５の指令に応じて、接続流路９７ａを流れる燃焼排ガスを、第１ＮＯｘ吸着器６１を経由してＣＯ₂回収器４０に供給するか、または、第２ＮＯｘ吸着器６２を経由してＣＯ₂回収器４０に供給するかを、切り替える。切替弁１５の作用の詳細は、後述する。切替弁１５は、特許請求の範囲に記載の「下流側切替弁」に相当する。

【0049】

第１ＮＯｘ吸着器６１は、分岐流路９７ｂに配置されており、ＮＯｘを吸着する図示しないＮＯｘ吸着材を有している。第１ＮＯｘ吸着器６１は、分岐流路９７ｂを流れる燃焼排ガスに含まれるＮＯｘを吸着する。第２ＮＯｘ吸着器６２は、分岐流路９７ｃに配置されており、ＮＯｘを吸着する図示しないＮＯｘ吸着材を有している。第２ＮＯｘ吸着器６２は、分岐流路９７ｃを流れる燃焼排ガスに含まれるＮＯｘを吸着する。第１ＮＯｘ吸着器６１および第２ＮＯｘ吸着器６２が有するＮＯｘ吸着材は、Ｓｉ／Ａｌ比が２．７以上であり、二酸化炭素の分圧が１０ｋＰａにおける二酸化炭素吸着量が０．５ｍｍｏｌ／ｇ以下のゼオライトである。第１ＮＯｘ吸着器６１は、特許請求の範囲の「第１除去器」に相当する。第２ＮＯｘ吸着器６２は、特許請求の範囲の「第２除去器」に相当する。

【0050】

接続流路９７ｄには、接続流路９７ｄを流れる燃焼排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ１６が配置されている。ＮＯｘ濃度センサ１６は、制御部５５と電気的に接続している。ＮＯｘ濃度センサ１６は、第１ＮＯｘ吸着器６１または第２ＮＯｘ吸着器６２が排出する燃焼排ガスのＮＯｘ濃度を検出し、制御部５５に出力する。ＮＯｘ濃度センサ１６は、特許請求の範囲の「下流側検出部」に相当する。

【0051】

図４は、本実施形態の二酸化炭素回収処理のフローチャートである。次に、炭素循環システム２における二酸化炭素回収処理について説明する。図４に示す二酸化炭素回収処理は、炭素循環システム１において、燃焼器５でメタンガスが燃焼している間、常時実施される。図４に示すフローチャートが開始される前では、切替弁１２は、接続口１２ａと接続口１２ｂとが接続している状態となっている。また、切替弁１５は、接続口１５ａと接続口１５ｂとが接続している状態となっている。

【0052】

本実施形態の二酸化炭素回収処理では、最初に、第１実施形態のステップＳ１１と同様に、二酸化炭素回収装置６０の上流でのＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。ＮＯｘ濃度センサ１１で検出されたＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍ以下であると判定されるとき（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、制御部５５は、処理をステップＳ２２に遷移させる。ＮＯｘ濃度センサ１１で検出されたＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍより大きいと判定されるとき（ステップＳ２１：ＮＯ）、制御部５５は、処理をステップＳ２３に遷移させる。

【0053】

ステップＳ２２では、第１実施形態のステップＳ１２と同様に、制御部５５は、切替弁１２を切り替えない決定をおこなう。これにより、排ガス流路９３を流れる燃焼排ガスは、乾燥器２２からＣＯ₂回収器４０に直接供給される。

【0054】

ステップＳ２３では、第１実施形態のステップＳ１３と同様に、制御部５５は、切替弁１２を切り替える制御を行う。具体的には、制御部５５は、切替弁１２の接続口１２ａと接続口１２ｃとが接続されるように、切替弁１２を制御する。これにより、排ガス流路９３を流れる燃焼排ガスは、迂回流路９７の接続流路９７ａに流入する。接続流路９７ａを流れる燃焼排ガスは、接続口１５ａと接続口１５ｂとが接続している状態となっている切替弁１５および分岐流路９７ｂを介して、第１ＮＯｘ吸着器６１に供給される。第１ＮＯｘ吸着器６１では、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物をＮＯｘ吸着材によって吸着する。第１ＮＯｘ吸着器６１によって窒素酸化物が吸着された燃焼排ガスは、接続流路９７ｄを流れる。

【0055】

次に、第１ＮＯｘ吸着器６１の下流を流れる燃焼排ガスのＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。具体的には、ＮＯｘ濃度センサ１６は、迂回流路９４ｂを流れる燃焼排ガスのＮＯｘ濃度を検出する。このときの燃焼排ガスは、第１ＮＯｘ吸着器６１を通った燃焼排ガスである。ＮＯｘ濃度センサ１６は、ＮＯｘ濃度の検出結果を制御部５５に出力する。ＮＯｘ濃度センサ１６で検出されたＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍ以下であると判定されるとき（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、制御部５５は、今回の二酸化炭素回収処理を終了する。ＮＯｘ濃度センサ１６で検出されたＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍより大きいと判定されるとき（ステップＳ２４：ＮＯ）、制御部５５は、処理をステップＳ２５に遷移させる。なお、ステップＳ２４での判定基準であるＮＯｘ濃度は、２００ｐｐｍに限定されない。後段のＣＯ₂回収器４０での窒素酸化物の吸着量を抑制するため、２００ｐｐｍより低く設定されていてもよい。ステップＳ２４での２００ｐｐｍは、特許請求の範囲の「第２の所定値」に相当する。

【0056】

ステップＳ２５では、制御部５５は、切替弁１５を切り替える制御を行う。具体的には、制御部５５は、切替弁１５の接続口１５ａと接続口１５ｃとが接続されるように、切替弁１５を制御する。これにより、接続流路９７ａを流れる燃焼排ガスを、分岐流路９７ｂとは別の分岐流路、すなわち、分岐流路９７ｃに流入させる。分岐流路９７ｃを流れる燃焼排ガスは、第２ＮＯｘ吸着器６２に供給される。第２ＮＯｘ吸着器６２では、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物をＮＯｘ吸着材によって吸着する。第２ＮＯｘ吸着器６２によって窒素酸化物が吸着された燃焼排ガスは、接続流路９７ｄを流れる。本実施形態では、ステップＳ２５において、切替弁１５を接続口１５ａと接続口１５ｃとが接続されるように切り替えたのち、第１ＮＯｘ吸着器６１のＮＯｘ吸着材を交換する。

【0057】

次に、第２ＮＯｘ吸着器６２の下流を流れる燃焼排ガスのＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。具体的には、ステップＳ２４と同様に、ＮＯｘ濃度センサ１６によって接続流路９７ｄを流れる燃焼排ガスのＮＯｘ濃度を検出する。このときの燃焼排ガスは、第２ＮＯｘ吸着器６２を通った燃焼排ガスである。ＮＯｘ濃度センサ１６は、ＮＯｘ濃度の検出結果を制御部５５に出力する。ＮＯｘ濃度センサ１６で検出されたＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍ以下であると判定されるとき（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、制御部５５は、今回の二酸化炭素回収処理を終了する。ＮＯｘ濃度センサ１６で検出されたＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍより大きいと判定されるとき（ステップＳ２６：ＮＯ）、制御部５５は、処理をステップＳ２７に遷移させる。

【0058】

ステップＳ２７では、ステップＳ２５と同様に、制御部５５は、切替弁１５を切り替える制御を行う。具体的には、制御部５５は、切替弁１５の接続口１５ａと接続口１５ｂとが接続されるように、切替弁１５を制御する。これにより、接続流路９７ａを流れる燃焼排ガスを、分岐流路９７ｂに流入させる。分岐流路９７ｂを流れる燃焼排ガスは、第１ＮＯｘ吸着器６１に供給され、窒素酸化物がＮＯｘ吸着材によって吸着される。第１ＮＯｘ吸着器６１によって窒素酸化物が吸着された燃焼排ガスは、接続流路９７ｄを流れる。本実施形態では、ステップＳ２７において、切替弁１５を接続口１５ａと接続口１５ｂとが接続されるように切り替えたのち、第２ＮＯｘ吸着器６２のＮＯｘ吸着材を交換する。その後、今回の二酸化炭素回収処理を終了する。

【0059】

本実施形態の二酸化炭素回収処理では、このように、接続流路９７ｄを流れる燃焼排ガスに含まれるＮＯｘ濃度に応じて、切替弁１５は、接続流路９７ａを流れる燃焼排ガスを、第１ＮＯｘ吸着器６１を経由してＣＯ₂回収器４０に供給するか、または、第２ＮＯｘ吸着器６２を経由してＣＯ₂回収器４０に供給するかを、切り替える。また、切替弁１５を切り替えたとき、燃焼排ガスが流れなくなったＮＯｘ吸着器のＮＯｘ吸着材を交換する。

【0060】

以上説明した、本実施形態の二酸化炭素回収装置６０によれば、切替弁１５は、ＮＯｘ濃度センサ１６が検出する燃焼排ガスのＮＯｘ濃度に応じて、燃焼排ガスが流れるルートを切り替える。切替弁１２の切り替えによって燃焼排ガスが接続流路９７ａを流れているとき、例えば、第１ＮＯｘ吸着器６１の下流側における燃焼排ガスのＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍより大きい場合、燃焼排ガスを第２ＮＯｘ吸着器６２に流す。また、第２ＮＯｘ吸着器６２の下流側における燃焼排ガスのＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍより大きい場合、燃焼排ガスを第１ＮＯｘ吸着器６１に流す。ＮＯｘ濃度センサ１６が検出するＮＯｘ濃度は、２つの吸着器のうちの燃焼排ガスが流れている吸着器の窒素酸化物の除去性能を示しており、ＮＯｘ濃度センサ１６が検出するＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍより大きくなることは、窒素酸化物の除去性能が低下していることを意味している。そこで、ＮＯｘ濃度センサ１６が検出するＮＯｘ濃度を用いて２つの除去器を切り替えることによって、１つの除去器を用いて窒素酸化物を除去する場合に比べて、連続して燃焼排ガスの窒素酸化物を除去することができる。

【0061】

また、本実施形態の二酸化炭素回収装置６０によれば、燃焼器５から排出される燃焼排ガスは、ＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍより大きくなるとき、第１ＮＯｘ吸着器６１または第２ＮＯｘ吸着器６２によって、窒素酸化物が除去される。これにより、２つのＮＯｘ吸着器のうちの一方の窒素酸化物の吸着性能が低下しても、他方で窒素酸化物を除去しつつ、一方のＮＯｘ吸着材を交換するメンテナンスを行うことができる。したがって、２つのＮＯｘ吸着器を切り替えて窒素酸化物を除去することで、第１実施形態のように、窒素酸化物を除去できなかった燃焼排ガスを炭素循環システム２の系外に排出することがなくなるため、炭素による熱エネルギーの生成を効率的に行うことができる。

【0062】

＜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。

【0063】

［変形例１］
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。

【0064】

［変形例２］
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。

【0065】

［変形例３］
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。

【0066】

［変形例４］
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。

【0067】

［変形例５］
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。

【0068】

［変形例６］
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。

【0069】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、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、改良され得るとともに、本態様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】

【0070】

１，２…炭素循環システム
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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】