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JP7721286B2 - Carbon dioxide circulation system and adsorbent for gas drying - Google Patents
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JP7721286B2 - Carbon dioxide circulation system and adsorbent for gas drying - Google Patents

Carbon dioxide circulation system and adsorbent for gas drying

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JP7721286B2
JP7721286B2 JP2021035992A JP2021035992A JP7721286B2 JP 7721286 B2 JP7721286 B2 JP 7721286B2 JP 2021035992 A JP2021035992 A JP 2021035992A JP 2021035992 A JP2021035992 A JP 2021035992A JP 7721286 B2 JP7721286 B2 JP 7721286B2
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Description

本発明は、ガス乾燥用吸着材、ガス乾燥器、および、二酸化炭素循環システムに関する。 The present invention relates to an adsorbent for gas drying, a gas dryer, and a carbon dioxide circulation system.

従来から、ガスに含まれる水分を吸着することによってガスを乾燥させるガス乾燥用吸着材が知られている。例えば、特許文献1には、メタン(CH4)燃焼の排ガスを乾燥させるガス乾燥用吸着材を備え、ガス乾燥用吸着材によって水蒸気が取り除かれた排ガス中の二酸化炭素を用いてメタンを製造するメタン製造装置が開示されている。 Gas drying adsorbents that dry gas by adsorbing moisture contained in the gas have been known for some time. For example, Patent Document 1 discloses a methane production apparatus that includes a gas drying adsorbent that dries exhaust gas from methane ( CH4 ) combustion, and that produces methane using carbon dioxide in the exhaust gas from which water vapor has been removed by the gas drying adsorbent.

特開2019-142806号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-142806

特許文献1のメタン製造装置では、水蒸気が取り除かれた排ガスからの二酸化炭素の回収には、ゼオライト13Xが充填された二酸化炭素回収器が用いられる。ゼオライト13Xは水蒸気を吸着するため、排ガスを十分に乾燥させる必要があり、特許文献1のメタン製造装置では、ナトリウムイオンをカチオンとして含むNaY型ゼオライトが充填されたガス乾燥器が二酸化炭素回収器の前段に設置されている。しかしながら、NaY型ゼオライトは、水蒸気とともに、排ガス中の二酸化炭素も一定量吸着するため、排ガスを乾燥させると、排ガスの二酸化炭素含有量が低下する。排ガスにおける二酸化炭素含有量が低下すると、メタン製造装置でのメタンの生成効率も低下する。 In the methane production apparatus of Patent Document 1, a carbon dioxide recovery vessel filled with zeolite 13X is used to recover carbon dioxide from flue gas after water vapor has been removed. Because zeolite 13X adsorbs water vapor, the flue gas must be sufficiently dried. Therefore, in the methane production apparatus of Patent Document 1, a gas dryer filled with NaY-type zeolite, which contains sodium ions as cations, is installed upstream of the carbon dioxide recovery vessel. However, because NaY-type zeolite adsorbs a certain amount of carbon dioxide in the flue gas along with water vapor, drying the flue gas reduces the carbon dioxide content of the flue gas. A reduction in the carbon dioxide content in the flue gas also reduces the efficiency of methane production in the methane production apparatus.

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、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるガス乾燥用吸着材において、ガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制する技術を提供することを目的とする。 The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a technology that prevents a decrease in the carbon dioxide content of gas in a gas drying adsorbent that dries gas containing carbon dioxide.

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。 The present invention has been made to solve at least some of the above-mentioned problems, and can be realized in the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、ガスに含まれる水分を吸着することによって、前記ガスを乾燥させるガス乾燥用吸着材が提供される。このガス乾燥用吸着材は、マグネシウムイオンをカチオンとして含むゼオライトを備える。 (1) According to one aspect of the present invention, there is provided an adsorbent for drying gas that dries the gas by adsorbing moisture contained in the gas. This adsorbent for drying gas includes zeolite containing magnesium ions as cations.

この構成によれば、ガス乾燥用吸着材は、カチオンとしてマグネシウムイオンを含むゼオライトを備えている。マグネシウムイオンを含むゼオライトは、カチオンとしてナトリウムイオンを含むゼオライトと比べて、水分の吸蔵性能がほとんど変わらないものの、二酸化炭素の吸蔵性能が小さい。これにより、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるとき、二酸化炭素の吸着が抑制されるため、乾燥させるガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制できる。 According to this configuration, the gas drying adsorbent comprises zeolite containing magnesium ions as cations. Compared to zeolite containing sodium ions as cations, zeolite containing magnesium ions has almost the same moisture absorption capacity, but a lower carbon dioxide absorption capacity. This suppresses carbon dioxide adsorption when drying gas containing carbon dioxide, thereby preventing a decrease in the carbon dioxide content of the gas being dried.

(2)上記形態のガス乾燥用吸着材において、前記ゼオライトに含まれるカチオンに対するマグネシウムイオンのモル比は、0.8以上であってもよい。この構成によれば、ゼオライトに含まれるカチオンに対するマグネシウムイオンのモル比は、0.8以上となっている。カチオンにおけるマグネシウムイオンの割合を0.8以上とすることで、ガス乾燥用吸着材における二酸化炭素の吸蔵性能をさらに小さくすることができる。したがって、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるとき、乾燥させるガスの二酸化炭素含有量が低下することをさらに抑制できる。 (2) In the gas drying adsorbent of the above embodiment, the molar ratio of magnesium ions to cations contained in the zeolite may be 0.8 or greater. According to this configuration, the molar ratio of magnesium ions to cations contained in the zeolite is 0.8 or greater. By setting the ratio of magnesium ions to cations to 0.8 or greater, the carbon dioxide absorption performance of the gas drying adsorbent can be further reduced. Therefore, when drying a gas containing carbon dioxide, a decrease in the carbon dioxide content of the gas to be dried can be further suppressed.

(3)上記形態のガス乾燥用吸着材において、前記ゼオライトは、アルミニウムと珪素との複合酸化物を含んでおり、前記複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2以上5以下であってもよい。この構成によれば、ゼオライトは、アルミニウムと珪素との複合酸化物を含んでおり、この複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2以上5以下となっている。これにより、ゼオライトにおけるイオン交換容量を大きくなるため、ゼオライトに、より多くのマグネシウムイオンを含めることができる。したがって、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるとき、二酸化炭素の吸着がさらに抑制されるため、乾燥させるガスの二酸化炭素含有量が低下することをさらに抑制できる。 (3) In the gas drying adsorbent of the above embodiment, the zeolite may contain a composite oxide of aluminum and silicon, and the composition ratio of silicon to aluminum in the composite oxide may be 2 or more and 5 or less. According to this configuration, the zeolite contains a composite oxide of aluminum and silicon, and the composition ratio of silicon to aluminum in this composite oxide is 2 or more and 5 or less. This increases the ion exchange capacity of the zeolite, allowing the zeolite to contain more magnesium ions. Therefore, when drying a gas containing carbon dioxide, adsorption of carbon dioxide is further suppressed, further suppressing a decrease in the carbon dioxide content of the gas being dried.

(4)上記形態のガス乾燥用吸着材において、前記ゼオライトは、Y型ゼオライトであり、前記複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2.75であってもよい。この構成によれば、ゼオライトは、マグネシウムイオンが通過可能な大きさの細孔を有するY型ゼオライトであるため、ゼオライトは、マグネシウムイオンをカチオンとして含みやすくなる。これにより、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるとき、二酸化炭素の吸着がさらに抑制されるため、乾燥させるガスの二酸化炭素含有量が低下することをさらに抑制できる。 (4) In the gas drying adsorbent of the above embodiment, the zeolite may be Y-type zeolite, and the silicon to aluminum composition ratio in the composite oxide may be 2.75. According to this configuration, the zeolite is Y-type zeolite with pores large enough to allow magnesium ions to pass through, making the zeolite more likely to contain magnesium ions as cations. This further suppresses carbon dioxide adsorption when drying a gas containing carbon dioxide, thereby further preventing a decrease in the carbon dioxide content of the gas being dried.

(5)上記形態のガス乾燥用吸着材において、前記ゼオライトは、MgyNa(6.4-2y)Al6.4Si17.648の組成を有するY型ゼオライトであり、yは、2.23より大きくてもよい。この構成によれば、アルミニウムに対する珪素の組成比が2.75となっているY型のゼオライトは、マグネシウムイオンが通過可能な大きさの細孔を有しており、カチオンとして、マグネシウムイオンをナトリウムイオンより多く含んでいる。これにより、ナトリウムイオンをカチオンとして含むゼオライトと比べて、水分の吸蔵性能をほとんど変化させることなく、二酸化炭素の吸蔵性能をさらに小さくすることができる。したがって、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるとき、乾燥させるガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制できる。 (5) In the gas drying adsorbent of the above embodiment, the zeolite may be a Y-type zeolite having a composition of Mg y Na (6.4-2y) Al 6.4 Si 17.6 O 48 , where y is greater than 2.23. According to this configuration, the Y-type zeolite, which has a silicon to aluminum composition ratio of 2.75, has pores large enough to allow magnesium ions to pass through and contains more magnesium ions as cations than sodium ions. This allows the carbon dioxide absorption capacity to be further reduced without substantially changing the moisture absorption capacity compared to zeolites containing sodium ions as cations. Therefore, when drying a gas containing carbon dioxide, a decrease in the carbon dioxide content of the gas to be dried can be suppressed.

(6)本発明の別の形態によれば、ガス乾燥器が提供される。このガス乾燥器は、上述したガス乾燥用吸着材と、前記ガス乾燥用吸着材を収容する収容容器と、を備える。この構成によれば、ガス乾燥器は、上述のガス乾燥用吸着材を備える。これにより、このガス乾燥器によって乾燥されるガスは、二酸化炭素を比較的多く含むことになるため、二酸化炭素を利用するシステムにおいて、二酸化炭素を効率的に利用することができる。 (6) According to another aspect of the present invention, a gas dryer is provided. This gas dryer includes the above-described gas drying adsorbent and a container that contains the gas drying adsorbent. According to this configuration, the gas dryer includes the above-described gas drying adsorbent. As a result, the gas dried by this gas dryer contains a relatively large amount of carbon dioxide, allowing for efficient use of carbon dioxide in a system that utilizes carbon dioxide.

(7)本発明のさらに別の形態によれば、二酸化炭素循環システムが提供される。この二酸化炭素循環システムは、上述のガス乾燥器であって、外部のガス発生部から供給された、二酸化炭素と水分とを含む混合ガス中の水分を、前記ガス乾燥用吸着材に吸着させることで、前記混合ガスを乾燥させるガス乾燥器と、前記ガス乾燥器において乾燥させた混合ガスから、二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、前記二酸化炭素回収部において回収された二酸化炭素を用いて炭化水素化合物を生成し、外部の前記ガス発生部に供給する炭化水素生成部と、を備える。この構成によれば、二酸化炭素循環システムでは、ガス発生部から供給される混合ガスは、ガス乾燥器において乾燥される。このとき、ガス乾燥器が備える上述のガス乾燥用吸着材は、水分を吸着する一方、二酸化炭素をあまり吸着しないため、ガス乾燥器から二酸化炭素回収部に送られる混合ガスには、比較的多くの二酸化炭素が含まれることとなる。二酸化炭素回収部に送られる混合ガスから回収される二酸化炭素は、炭化水素生成部において、生成される炭化水素化合物の原料となる。この生成された炭化水素化合物は、外部のガス発生部に供給される。ガス発生部では、例えば、炭化水素化合物の燃焼によって熱エネルギが取り出されるとともに、二酸化炭素と水分とを含む混合ガスが発生する。この発生した混合ガスは、再びガス乾燥器において乾燥されたのち、二酸化炭素回収部において炭化水素化合物の原料として二酸化炭素が回収される。このように、上述の構成の二酸化炭素循環システムは、ガス発生部との間で炭素を循環させつつ、燃焼熱等のエネルギを取り出すことができる。この二酸化炭素循環システムでは、ガス乾燥器において、ガス乾燥用吸着材に吸着された水分は、加熱等によってガス乾燥用吸着材から脱離させてシステム外に排出する再生工程を行う。上述のガス乾燥用吸着材は、例えば、カチオンとしてナトリウムイオンを含むゼオライトと比べると、二酸化炭素を吸着しにくいため、再生工程において、水分とともにシステム外に排出される二酸化炭素は少ない。これにより、ガス発生部と二酸化炭素循環システムとの間での炭素の循環において、システム全体での炭素の循環率を向上することができる。 (7) According to yet another aspect of the present invention, a carbon dioxide circulation system is provided. This carbon dioxide circulation system includes the above-mentioned gas dryer, which dries a mixed gas containing carbon dioxide and moisture supplied from an external gas generation unit by adsorbing moisture in the mixed gas onto the gas drying adsorbent; a carbon dioxide capture unit that captures carbon dioxide from the mixed gas dried in the gas dryer; and a hydrocarbon production unit that generates hydrocarbon compounds using the carbon dioxide captured in the carbon dioxide capture unit and supplies the hydrocarbon compounds to the external gas generation unit. According to this configuration, in the carbon dioxide circulation system, the mixed gas supplied from the gas generation unit is dried in the gas dryer. At this time, the above-mentioned gas drying adsorbent provided in the gas dryer adsorbs moisture but does not adsorb much carbon dioxide, so the mixed gas sent from the gas dryer to the carbon dioxide capture unit contains a relatively large amount of carbon dioxide. The carbon dioxide captured from the mixed gas sent to the carbon dioxide capture unit serves as a raw material for hydrocarbon compounds produced in the hydrocarbon production unit. The produced hydrocarbon compounds are supplied to the external gas generation unit. In the gas generation unit, for example, thermal energy is extracted by combustion of hydrocarbon compounds, and a mixed gas containing carbon dioxide and moisture is generated. This generated mixed gas is then dried again in a gas dryer, and carbon dioxide is then captured in a carbon dioxide capture unit as a raw material for hydrocarbon compounds. In this way, the carbon dioxide circulation system configured as described above can extract energy such as combustion heat while circulating carbon between the gas generation unit and the carbon dioxide circulation system. In this carbon dioxide circulation system, a regeneration process is performed in the gas dryer, in which moisture adsorbed on the gas drying adsorbent is desorbed from the gas drying adsorbent by heating or other means and discharged outside the system. The above-mentioned gas drying adsorbent has a lower ability to adsorb carbon dioxide than, for example, zeolite containing sodium ions as cations. Therefore, less carbon dioxide is discharged outside the system together with moisture during the regeneration process. This allows for improved carbon circulation throughout the system when carbon is circulated between the gas generation unit and the carbon dioxide circulation system.

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、ガス乾燥器および二酸化炭素循環システムの制御方法、ガス乾燥器および二酸化炭素循環システムにおいて水分の吸着および回収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。 The present invention can be realized in various forms, such as a control method for a gas dryer and a carbon dioxide circulation system, a computer program for performing moisture adsorption and recovery in a gas dryer and a carbon dioxide circulation system, a server device for distributing the computer program, and a non-transitory storage medium on which the computer program is stored.

第1実施形態の二酸化炭素循環システムの概略構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide circulation system according to a first embodiment. 吸着されたH2Oのガス乾燥器内での分布を説明する概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the distribution of adsorbed H 2 O in a gas dryer. ガス乾燥器でのCO2損失率を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the CO2 loss rate in a gas dryer. 未利用吸着材の割合とCO2損失量の関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the proportion of unused adsorbent and the amount of CO 2 loss.

<第1実施形態>
図1は、第1実施形態の二酸化炭素循環システム1の概略構成を示した説明図である。二酸化炭素循環システム1は、ガス乾燥器10と、二酸化炭素分離部20と、混合ガス供給流路30と、水素供給源41と、水素供給流路42と、反応器50と、原料ガス流路60と、反応ガス流路70と、熱媒体流路80と、制御部90と、を備えている。二酸化炭素循環システム1は、二酸化炭素(CO2)を含む混合ガスを供給する混合ガス供給源5と併用される。混合ガス供給源5は、例えば、工場の燃焼炉などであり、混合ガスにはCO2の他に、酸素(O2)、窒素(N2)、水分(H2O)等が含まれている。ここで、混合ガスに含まれる水分には、気体状の水分(水蒸気)と、液体状の水分(例えば、液滴など)と、が含まれる。二酸化炭素循環システム1は、混合ガス供給源5から供給される混合ガスに含まれるCO2を用いて、混合ガス供給源5が燃焼に用いるメタン(CH4)を生成することで、炭素を循環させるシステムである。なお、本実施形態では、二酸化炭素循環システム1は、CH4を生成するとしているが、CH4以外の炭化水素化合物も生成可能である。二酸化炭素循環システム1は、例えば、エタン(C26)やプロパン(C38)等の炭素と水素とから構成される炭化水素化合物や、メタノール(CH3OH)等の主に炭素と水素とから構成される炭化水素化合物の生成にも適用可能である。混合ガス供給源5は、特許請求の範囲の「ガス発生部」に該当する。
First Embodiment
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide circulation system 1 according to a first embodiment. The carbon dioxide circulation system 1 includes a gas dryer 10, a carbon dioxide separation unit 20, a mixed gas supply flow path 30, a hydrogen supply source 41, a hydrogen supply flow path 42, a reactor 50, a raw material gas flow path 60, a reactant gas flow path 70, a heat transfer medium flow path 80, and a control unit 90. The carbon dioxide circulation system 1 is used in conjunction with a mixed gas supply source 5 that supplies a mixed gas containing carbon dioxide (CO 2 ). The mixed gas supply source 5 is, for example, a combustion furnace in a factory, and the mixed gas contains, in addition to CO 2 , oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), moisture (H 2 O), and the like. The moisture contained in the mixed gas includes gaseous moisture (water vapor) and liquid moisture (e.g., liquid droplets). The carbon dioxide circulation system 1 is a system for circulating carbon by using CO2 contained in a mixed gas supplied from a mixed gas supply source 5 to generate methane ( CH4 ) which the mixed gas supply source 5 uses for combustion. Note that in this embodiment, the carbon dioxide circulation system 1 generates CH4 , but it is also possible to generate hydrocarbon compounds other than CH4 . The carbon dioxide circulation system 1 is also applicable to the generation of hydrocarbon compounds composed of carbon and hydrogen, such as ethane ( C2H6 ) and propane ( C3H8 ), and hydrocarbon compounds composed mainly of carbon and hydrogen, such as methanol ( CH3OH ). The mixed gas supply source 5 corresponds to the "gas generating section" in the claims.

ガス乾燥器10は、混合ガスからH2Oを分離するための装置であり、ガス乾燥用吸着材11が収容されている収容容器12を備えている。ガス乾燥用吸着材11は、H2Oの吸蔵性能を有する材料であり、本実施形態では、カチオンとしてマグネシウムイオンを含むY型ゼオライトが用いられている。ガス乾燥用吸着材11は、後述する熱媒体流路80を流通する熱媒体の熱や、図示しないヒータの熱等を利用することで、吸着しているH2Oを脱離し、再生することが可能である。ガス乾燥用吸着材11から脱離したH2Oは、図示しないパージガス供給部が供給するパージガスによって、排出流路13から排出バルブ14を経由して、システム外に放出される。ガス乾燥用吸着材11の特徴は、後述する。 The gas dryer 10 is an apparatus for separating H2O from a mixed gas and includes a container 12 containing a gas drying adsorbent 11. The gas drying adsorbent 11 is a material capable of absorbing H2O , and in this embodiment, Y-type zeolite containing magnesium ions as cations is used. The gas drying adsorbent 11 can desorb and regenerate the adsorbed H2O by utilizing the heat of a heat medium flowing through a heat medium flow path 80 (described later) or the heat of a heater (not shown). The H2O desorbed from the gas drying adsorbent 11 is released to the outside of the system via a discharge valve 14 from a discharge flow path 13 by a purge gas supplied by a purge gas supply unit (not shown). Features of the gas drying adsorbent 11 will be described later.

二酸化炭素分離部20は、第1CO2分離器21と、第2CO2分離器22と、を備える。二酸化炭素分離部20は、混合ガスからCO2を分離して回収するための装置である。二酸化炭素分離部20は、特許請求の範囲の「二酸化炭素回収部」に該当する。 The carbon dioxide separation unit 20 includes a first CO2 separator 21 and a second CO2 separator 22. The carbon dioxide separation unit 20 is a device for separating and capturing CO2 from the mixed gas. The carbon dioxide separation unit 20 corresponds to the "carbon dioxide capture unit" in the claims.

第1CO2分離器21は、内部にCO2の吸蔵性能を有するCO2吸着材21a、例えば、ゼオライト、活性炭、シリカゲル等が収容されている。第1CO2分離器21の内部には、水素供給流路42から供給される水素を第1CO2分離器21の内部に噴射する水素噴射部21bが設けられている。第1CO2分離器21には、混合ガス供給流路30と、原料ガス流路60と、第1排出流路21cと、が接続されている。混合ガス供給流路30から供給された混合ガスに含まれるCO2は、CO2吸着材21aに吸蔵され、混合ガス中の残りの成分は第1排出流路21cから第1排出バルブ21dを経由して、システム外に放出される。CO2吸着材21aから脱離したCO2は、水素噴射部21bから噴射されるH2によってパージされ、H2とともに原料ガス流路60に送り出される。 The first CO2 separator 21 contains a CO2 adsorbent 21a, such as zeolite, activated carbon, or silica gel, that has CO2 storage capacity. A hydrogen injection unit 21b is provided inside the first CO2 separator 21, which injects hydrogen supplied from the hydrogen supply passage 42 into the first CO2 separator 21. The first CO2 separator 21 is connected to a mixed gas supply passage 30, a raw material gas passage 60, and a first exhaust passage 21c. The CO2 contained in the mixed gas supplied from the mixed gas supply passage 30 is absorbed in the CO2 adsorbent 21a, and the remaining components in the mixed gas are released from the first exhaust passage 21c to the outside of the system via a first exhaust valve 21d. The CO2 desorbed from the CO2 adsorbent 21a is purged by H2 injected from the hydrogen injection unit 21b and is sent to the raw material gas passage 60 together with H2 .

第2CO2分離器22は、第1CO2分離器21と同形状、同容量の装置であり、内部にCO2吸着材22aが収容されている。CO2吸着材22aは、CO2吸着材21aと同様に、CO2を吸蔵可能な材料であり、CO2吸着材21aと同程度の吸蔵性能を有している。第2CO2分離器22の内部には、水素供給流路42から供給される水素を第2CO2分離器22の内部に噴射する水素噴射部22bが設けられている。第2CO2分離器22には、混合ガス供給流路30と、原料ガス流路60と、第2排出流路22cと、が接続されている。混合ガス供給流路30から供給された混合ガスに含まれるCO2は、CO2吸着材22aに吸蔵され、混合ガス中の残りの成分は第2排出流路22cから第2排出バルブ22dを経由して、システム外に放出される。CO2吸着材22aから脱離したCO2は、水素噴射部22bから噴射されるH2によってパージされ、H2とともに原料ガス流路60に送り出される。 The second CO2 separator 22 has the same shape and capacity as the first CO2 separator 21 and contains a CO2 adsorbent 22a. Like the CO2 adsorbent 21a, the CO2 adsorbent 22a is a material capable of absorbing CO2 and has absorption performance comparable to that of the CO2 adsorbent 21a. The second CO2 separator 22 is provided with a hydrogen injection unit 22b that injects hydrogen supplied from the hydrogen supply passage 42 into the second CO2 separator 22. The second CO2 separator 22 is connected to a mixed gas supply passage 30, a raw material gas passage 60, and a second exhaust passage 22c. The CO2 contained in the mixed gas supplied from the mixed gas supply passage 30 is absorbed in the CO2 adsorbent 22a, and the remaining components in the mixed gas are released to the outside of the system from the second exhaust passage 22c via a second exhaust valve 22d. The CO 2 desorbed from the CO 2 adsorbent 22 a is purged by H 2 injected from the hydrogen injection part 22 b and is sent to the raw material gas flow path 60 together with H 2 .

混合ガス供給流路30は、混合ガス供給源5から供給される混合ガスを、ガス乾燥器10を経由して、二酸化炭素分離部20に供給するためのガス流路であり、複数のガス配管を含んで構成されている。混合ガス供給流路30には、第1混合ガス供給バルブ31、および、第2混合ガス供給バルブ32が設けられている。混合ガス供給源5から供給される混合ガスは、ガス乾燥器10において乾燥された後、第1混合ガス供給バルブ31を経由して第1CO2分離器21に供給される。また、混合ガス供給源5から供給される混合ガスは、第2混合ガス供給バルブ32を経由して第2CO2分離器22に供給される。第1混合ガス供給バルブ31と第2混合ガス供給バルブ32は、それぞれ、制御部90によって開閉が制御される。混合ガス供給流路30には、第1CO2分離器21、および、第2CO2分離器22に供給される混合ガスの温度、流量、CO2濃度を測定するための図示しない温度センサ、流量センサ、および、CO2濃度センサが設けられている。 The mixed gas supply flow path 30 is a gas flow path for supplying the mixed gas supplied from the mixed gas supply source 5 to the carbon dioxide separation unit 20 via the gas dryer 10, and is configured to include a plurality of gas pipes. The mixed gas supply flow path 30 is provided with a first mixed gas supply valve 31 and a second mixed gas supply valve 32. The mixed gas supplied from the mixed gas supply source 5 is dried in the gas dryer 10 and then supplied to the first CO2 separator 21 via the first mixed gas supply valve 31. The mixed gas supplied from the mixed gas supply source 5 is supplied to the second CO2 separator 22 via the second mixed gas supply valve 32. The opening and closing of the first mixed gas supply valve 31 and the second mixed gas supply valve 32 are each controlled by a control unit 90. The mixed gas supply flow path 30 is provided with a temperature sensor, a flow rate sensor, and a CO2 concentration sensor (not shown) for measuring the temperature, flow rate, and CO2 concentration of the mixed gas supplied to the first CO2 separator 21 and the second CO2 separator 22.

水素供給源41は、例えば、水電解装置や水素タンク等であり、ここでは、水電解装置として説明する。水素供給源41は、第1CO2分離器21、および、第2CO2分離器22に供給されるH2を生成する。 The hydrogen supply source 41 is, for example, a water electrolysis device or a hydrogen tank, and will be described as a water electrolysis device here. The hydrogen supply source 41 generates H 2 to be supplied to the first CO 2 separator 21 and the second CO 2 separator 22.

水素供給流路42は、水素供給源41において生成されるH2を、第1CO2分離器21、第2CO2分離器22、および、原料ガス流路60に供給するためのガス流路であり、複数のガス配管を含んで構成されている。水素供給流路42には、第1水素供給バルブ43、第2水素供給バルブ44、および、第3水素供給バルブ45が設けられている。水素供給源41で生成されたH2は、第1水素供給バルブ43の開弁時には、第1CO2分離器21の内部に噴射される。また、水素供給源41で生成されたH2は、第2水素供給バルブ44の開弁時には、第2CO2分離器22の内部に噴射される。また、第3水素供給バルブ45の開弁時には、水素付加部46から、原料ガス流路60を流通する原料ガスにH2が付加される。第1水素供給バルブ43、第2水素供給バルブ44、および、第3水素供給バルブ45は、それぞれ、制御部90によって開閉が制御される。水素供給流路42には、第1CO2分離器21、第2CO2分離器22、および、原料ガス流路60に供給されるH2ガスの温度や流量を測定するための図示しない温度センサおよび流量センサが設けられている。 The hydrogen supply flow path 42 is a gas flow path for supplying H 2 generated in the hydrogen supply source 41 to the first CO 2 separator 21, the second CO 2 separator 22, and the raw material gas flow path 60, and is configured to include a plurality of gas pipes. The hydrogen supply flow path 42 is provided with a first hydrogen supply valve 43, a second hydrogen supply valve 44, and a third hydrogen supply valve 45. When the first hydrogen supply valve 43 is opened, the H 2 generated in the hydrogen supply source 41 is injected into the inside of the first CO 2 separator 21. When the second hydrogen supply valve 44 is opened, the H 2 generated in the hydrogen supply source 41 is injected into the inside of the second CO 2 separator 22. When the third hydrogen supply valve 45 is opened, H 2 is added from a hydrogen addition unit 46 to the raw material gas flowing through the raw material gas flow path 60. The first hydrogen supply valve 43, the second hydrogen supply valve 44, and the third hydrogen supply valve 45 are each controlled to open and close by the control unit 90. The hydrogen supply flow path 42 is provided with a temperature sensor and a flow rate sensor (not shown) for measuring the temperature and flow rate of the H gas supplied to the first CO2 separator 21, the second CO2 separator 22, and the raw material gas flow path 60.

反応器50は、内部においてメタネーション反応によりCH4を生成するための容器であり、触媒51が収容されている。触媒51は、メタン化性能を有する金属、例えば、RuやNiなどを含んでいる。反応器50には、原料ガス流路60と、反応ガス流路70と、が接続されている。反応器50は、原料ガス流路60によって供給されるCO2とH2とを含む原料ガスを用いて、メタン化反応によってCH4を生成する。反応器50は、特許請求の範囲の「炭化水素生成部」に該当する。 The reactor 50 is a container for producing CH4 by a methanation reaction therein, and contains a catalyst 51. The catalyst 51 contains a metal having methanation performance, such as Ru or Ni. A raw material gas passage 60 and a reaction gas passage 70 are connected to the reactor 50. The reactor 50 produces CH4 by a methanation reaction using a raw material gas containing CO2 and H2 supplied through the raw material gas passage 60. The reactor 50 corresponds to the "hydrocarbon production section" in the claims.

原料ガス流路60は、第1CO2分離器21、および、第2CO2分離器22から送り出されたH2とCO2を含む原料ガスを反応器50に供給するためのガス流路であり、複数のガス配管を含んで構成されている。原料ガス流路60には、第1原料ガスバルブ61、および、第2原料ガスバルブ62が設けられている。第1原料ガスバルブ61と第2原料ガスバルブ62は、それぞれ、制御部90によって開閉が制御される。具体的には、第1CO2分離器21の内部の原料ガスを反応器50に供給する場合には、第1原料ガスバルブ61が開弁状態となり、第2原料ガスバルブ62が閉弁状態となるように制御される。第2CO2分離器22の内部の原料ガスを反応器50に供給する場合には、第1原料ガスバルブ61が閉弁状態となり、第2原料ガスバルブ62が開弁状態となるように制御される。原料ガス流路60には、流通する原料ガスの温度、流量、CO2濃度を測定するための図示しない温度センサ、流量センサ、および、CO2濃度センサが設けられている。 The raw material gas flow path 60 is a gas flow path for supplying the raw material gas containing H 2 and CO 2 sent out from the first CO 2 separator 21 and the second CO 2 separator 22 to the reactor 50, and is configured to include a plurality of gas pipes. The raw material gas flow path 60 is provided with a first raw material gas valve 61 and a second raw material gas valve 62. The first raw material gas valve 61 and the second raw material gas valve 62 are each controlled to open and close by the control unit 90. Specifically, when the raw material gas inside the first CO 2 separator 21 is to be supplied to the reactor 50, the first raw material gas valve 61 is controlled to be in an open state, and the second raw material gas valve 62 is controlled to be in a closed state. When the raw material gas inside the second CO 2 separator 22 is to be supplied to the reactor 50, the first raw material gas valve 61 is controlled to be in a closed state, and the second raw material gas valve 62 is controlled to be in an open state. The raw material gas flow passage 60 is provided with a temperature sensor, a flow rate sensor, and a CO 2 concentration sensor (not shown) for measuring the temperature, flow rate, and CO 2 concentration of the flowing raw material gas.

反応ガス流路70は、反応器50において生成されたCH4を混合ガス供給源5に供給するためのガス流路であり、複数のガス配管を含んで構成されている。反応ガス流路70には、熱交換部71が設けられている。反応器50から排出されるCH4を含む反応混合ガスは、最初に、熱交換部71に供給される。熱交換部71では、反応混合ガスからH2Oが分離される。反応混合ガスから分離されたH2Oは、H2O排出流路72を経由して、システム外に排出される。H2Oが分離されたCH4を含む反応ガスは、反応ガス流路70を経由して、混合ガス供給源5に供給される。 The reaction gas flow path 70 is a gas flow path for supplying CH4 produced in the reactor 50 to the mixed gas supply source 5, and is configured to include a plurality of gas pipes. A heat exchanger 71 is provided in the reaction gas flow path 70. The reaction mixed gas containing CH4 discharged from the reactor 50 is first supplied to the heat exchanger 71. In the heat exchanger 71, H2O is separated from the reaction mixed gas. The H2O separated from the reaction mixed gas is discharged to the outside of the system via an H2O discharge flow path 72. The reaction gas containing CH4 from which H2O has been separated is supplied to the mixed gas supply source 5 via the reaction gas flow path 70.

熱媒体流路80は、オイル等の流体の熱媒体(熱流体)が流通する流路であり、メタン化反応によって反応器50で生じた熱を二酸化炭素分離部20に供給する。熱媒体流路80には、第1流路切替バルブ81と、第2流路切替バルブ82とが設けられている。熱媒体流路80は、この2つのバルブによって区切られた3つの流路(第1熱媒体流路83、第2熱媒体流路84、第3熱媒体流路85)を含んでいる。第1熱媒体流路83は、第1CO2分離器21に熱媒体を供給する。第2熱媒体流路84は、第2CO2分離器22に熱媒体を供給する。第3熱媒体流路85には、ポンプ86と、温度調整部87が設けられている。第3熱媒体流路85の熱媒体は、ポンプ86の駆動によって、第1熱媒体流路83または第2熱媒体流路84を流通した後、再度、第3熱媒体流路85に戻って循環される。温度調整部87は、熱媒体の温度を調整する装置であり、反応器50や熱交換部71において昇温された熱媒体の温度が設定温度よりも高い場合には、常温の熱媒体を付加して温度を調整する。また、熱媒体の温度が設定温度よりも低い場合には、流量調整の他にもヒータ等によって設定温度まで加熱する。ポンプ86および温度調整部87は、制御部90によって制御される。 The heat medium flow path 80 is a flow path through which a heat medium (thermal fluid) such as oil flows, and supplies heat generated in the reactor 50 by the methanation reaction to the carbon dioxide separation unit 20. The heat medium flow path 80 is provided with a first flow path switching valve 81 and a second flow path switching valve 82. The heat medium flow path 80 includes three flow paths (a first heat medium flow path 83, a second heat medium flow path 84, and a third heat medium flow path 85) separated by these two valves. The first heat medium flow path 83 supplies the heat medium to the first CO2 separator 21. The second heat medium flow path 84 supplies the heat medium to the second CO2 separator 22. The third heat medium flow path 85 is provided with a pump 86 and a temperature adjustment unit 87. The heat medium in the third heat medium flow path 85 flows through the first heat medium flow path 83 or the second heat medium flow path 84 by driving the pump 86, and then returns to the third heat medium flow path 85 to be circulated. The temperature adjusting unit 87 is a device for adjusting the temperature of the heat medium, and when the temperature of the heat medium heated in the reactor 50 or the heat exchange unit 71 is higher than the set temperature, it adjusts the temperature by adding a heat medium at room temperature. Also, when the temperature of the heat medium is lower than the set temperature, in addition to adjusting the flow rate, it heats the heat medium to the set temperature using a heater or the like. The pump 86 and the temperature adjusting unit 87 are controlled by the control unit 90.

第1流路切替バルブ81は、ポンプ86によって第3熱媒体流路85から送り出される熱媒体の送り出し先(第1熱媒体流路83または第2熱媒体流路84)を切り替えるための三方弁である。第2流路切替バルブ82は、第1流路切替バルブ81の切り替えと連動しており、第3熱媒体流路85に戻る熱媒体の送り出し元(第1熱媒体流路83または第2熱媒体流路84)を切り替えるための三方弁である。第1流路切替バルブ81と第2流路切替バルブ82の切り替えは、それぞれ、制御部90によって制御される。 The first flow path switching valve 81 is a three-way valve for switching the destination (first heat medium flow path 83 or second heat medium flow path 84) of the heat medium sent out from the third heat medium flow path 85 by the pump 86. The second flow path switching valve 82 is linked to the switching of the first flow path switching valve 81 and is a three-way valve for switching the source (first heat medium flow path 83 or second heat medium flow path 84) of the heat medium returning to the third heat medium flow path 85. The switching of the first flow path switching valve 81 and the second flow path switching valve 82 is each controlled by the control unit 90.

第1熱媒体流路83は、第1CO2分離器21の内部を通過する流路を含んでおり、熱媒体の熱をCO2吸着材21aに供給できるように構成されている。第1CO2分離器21は、二重管で構成されており、外側の管と内側の管との間に熱媒体の流路が形成されている。 The first heat medium flow path 83 includes a flow path that passes through the inside of the first CO2 separator 21, and is configured to be able to supply heat from the heat medium to the CO2 adsorbent 21a. The first CO2 separator 21 is configured with a double pipe, and a heat medium flow path is formed between the outer pipe and the inner pipe.

第2熱媒体流路84は、第2CO2分離器22の内部を通過する流路を含んでおり、熱媒体の熱をCO2吸着材22aに供給できるように構成されている。第2CO2分離器22は、二重管で構成されており、外側の管と内側の管との間に熱媒体の流路が形成されている。 The second heat medium flow path 84 includes a flow path that passes through the inside of the second CO2 separator 22, and is configured to be able to supply heat from the heat medium to the CO2 adsorbent 22a. The second CO2 separator 22 is configured with a double pipe, and a heat medium flow path is formed between the outer pipe and the inner pipe.

第3熱媒体流路85は、反応器50の内部を通過する流路を含んでおり、反応器50内部でのメタン化反応によって生じた熱を熱媒体に伝達できるように構成されている。ここでは、反応器50は、二重管で構成されており、内側の管内に触媒51が配置され、外側の管と内側の管との間に熱媒体の流路が形成されている。 The third heat transfer medium flow path 85 includes a flow path that passes through the interior of the reactor 50 and is configured to transfer heat generated by the methanation reaction inside the reactor 50 to the heat transfer medium. Here, the reactor 50 is configured with a double pipe, with the catalyst 51 disposed in the inner pipe and a heat transfer medium flow path formed between the outer pipe and the inner pipe.

制御部90は、ROM、RAM、および、CPUを含んで構成されるコンピュータであり、二酸化炭素循環システム1の全体の制御をおこなう。制御部90は、上述の各流路に設けられているバルブ、センサ(温度センサ、流量センサ、濃度センサ等)のほか、ポンプ86、温度調整部87と電気的に接続され、センサでの測定値等に基づいて、各種バルブやポンプ86、温度調整部87等の制御をおこなう。 The control unit 90 is a computer comprising ROM, RAM, and a CPU, and performs overall control of the carbon dioxide circulation system 1. The control unit 90 is electrically connected to the valves and sensors (temperature sensor, flow rate sensor, concentration sensor, etc.) provided in each of the above-mentioned flow paths, as well as the pump 86 and temperature adjustment unit 87, and controls the various valves, pump 86, temperature adjustment unit 87, etc. based on the measured values of the sensors, etc.

二酸化炭素循環システム1では、混合ガス供給源5から供給される混合ガスは、ガス乾燥器10においてH2Oが吸着除去されることで乾燥される。乾燥させた混合ガスは、二酸化炭素分離部20に送られる。二酸化炭素分離部20では、乾燥させた混合ガスは、第1CO2分離器21または第2CO2分離器22のいずれか一方に供給される。乾燥させた混合ガスが供給されたCO2分離器では、混合ガス中のCO2を吸着し回収する。このとき、第1CO2分離器21または第2CO2分離器22のいずれか他方では、水素供給源41によってH2が供給されることで、CO2吸着材に吸着されたCO2がCO2吸着材から脱離し、CO2とH2とが含まれる原料ガスが反応器50に送られる。このように、二酸化炭素分離部20では、第1CO2分離器21または第2CO2分離器22のいずれか一方が混合ガスからCO2を吸着しているとき、第1CO2分離器21または第2CO2分離器22のいずれか他方が原料ガスを反応器50に供給する。これにより、反応器50に、切れ目なくCO2とH2とが含まれる原料ガスを供給することができる。 In the carbon dioxide circulation system 1, the mixed gas supplied from the mixed gas supply source 5 is dried in the gas dryer 10 by adsorption and removal of H2O . The dried mixed gas is sent to the carbon dioxide separation unit 20. In the carbon dioxide separation unit 20, the dried mixed gas is supplied to either the first CO2 separator 21 or the second CO2 separator 22. The CO2 separator supplied with the dried mixed gas adsorbs and recovers CO2 in the mixed gas. At this time, in the other of the first CO2 separator 21 or the second CO2 separator 22, H2 is supplied by the hydrogen supply source 41, so that the CO2 adsorbed in the CO2 adsorbent is desorbed from the CO2 adsorbent, and the raw material gas containing CO2 and H2 is sent to the reactor 50. In this way, in the carbon dioxide separation unit 20, while either the first CO2 separator 21 or the second CO2 separator 22 is adsorbing CO2 from the mixed gas, the other of the first CO2 separator 21 or the second CO2 separator 22 supplies the raw material gas to the reactor 50. This allows the raw material gas containing CO2 and H2 to be supplied to the reactor 50 without interruption.

反応器50では、二酸化炭素分離部20から供給される原料ガスを用いて、CH4が生成される。生成されたCH4は、副生成物であるH2Oとともに、反応混合ガスとして反応器50から排出される。反応混合ガスに含まれるH2Oは、熱交換部71において反応混合ガスから除去される。H2Oが除去された反応ガスは、反応ガス流路70を経由して混合ガス供給源5に供給される。本実施形態では、混合ガス供給源5は、CH4を燃焼することで熱エネルギを生成し、この生成した熱エネルギによって、発電したり、各種装置を駆動したりする。この混合ガス供給源5でのCH4の燃焼によって発生するCO2を含む混合ガスは、ガス乾燥器10に供給される。これにより、混合ガス供給源5と二酸化炭素循環システム1との併用によって、炭素を系外に排出することなく循環させた状態で熱エネルギを得ることができる。 In the reactor 50, CH4 is produced using the raw material gas supplied from the carbon dioxide separation unit 20. The produced CH4 is discharged from the reactor 50 as a reaction mixture gas together with H2O , a by-product. H2O contained in the reaction mixture gas is removed from the reaction mixture gas in the heat exchange unit 71. The reaction gas from which H2O has been removed is supplied to the mixed gas supply source 5 via the reaction gas flow path 70. In this embodiment, the mixed gas supply source 5 generates thermal energy by burning CH4 , and the generated thermal energy is used to generate electricity and drive various devices. The mixed gas containing CO2 generated by the combustion of CH4 in the mixed gas supply source 5 is supplied to the gas dryer 10. As a result, by using the mixed gas supply source 5 in combination with the carbon dioxide circulation system 1, thermal energy can be obtained in a circulated state without discharging carbon outside the system.

二酸化炭素循環システム1では、ガス乾燥器10において、H2Oを吸着したガス乾燥用吸着材11が加熱されることで、吸着されたH2Oを脱離させて、ガス乾燥用吸着材11が再生される。ガス乾燥用吸着材11が再生されるとき、ガス乾燥用吸着材11に吸着されているH2O以外のガス成分もガス乾燥用吸着材11から脱離する。ガス乾燥用吸着材11から脱離したH2Oを含むガス成分は、パージガスによって、システム外に排出される。なお、H2Oを吸着したガス乾燥用吸着材11の再生方法は、上述した方法に限定されず、パージガスのみによって行ってもよい。 In the carbon dioxide circulation system 1, the gas drying adsorbent 11 that has adsorbed H2O is heated in the gas dryer 10, thereby desorbing the adsorbed H2O and regenerating the gas drying adsorbent 11. When the gas drying adsorbent 11 is regenerated, gas components other than H2O adsorbed in the gas drying adsorbent 11 are also desorbed from the gas drying adsorbent 11. The gas components including H2O desorbed from the gas drying adsorbent 11 are discharged outside the system by a purge gas. Note that the method for regenerating the gas drying adsorbent 11 that has adsorbed H2O is not limited to the above-mentioned method, and may be performed using only a purge gas.

次に、ガス乾燥用吸着材11について説明する。ガス乾燥用吸着材11は、カチオンとしてマグネシウムイオンを含むゼオライトである。具体的には、ガス乾燥用吸着材11は、Mg2.8Na0.8Al6.4Si17.648の組成を有するY型ゼオライトを含んでいる。すなわち、本実施形態のガス乾燥用吸着材11は、アルミニウムと珪素との複合酸化物を含んでおり、この複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2.75となっている。さらに、Y型ゼオライトに含まれる、カチオンに対するマグネシウムイオンのモル比は、0.78となっている。 Next, the gas drying adsorbent 11 will be described. The gas drying adsorbent 11 is a zeolite containing magnesium ions as cations. Specifically, the gas drying adsorbent 11 contains Y-type zeolite having a composition of Mg2.8Na0.8Al6.4Si17.6O48 . That is , the gas drying adsorbent 11 of this embodiment contains a composite oxide of aluminum and silicon, and the composition ratio of silicon to aluminum in this composite oxide is 2.75. Furthermore , the molar ratio of magnesium ions to cations contained in the Y-type zeolite is 0.78.

ガス乾燥用吸着材11に含まれる、カチオンにおけるマグネシウムイオンの割合は、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)や誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP-AES)によって測定される。具体的には、一定量のガス乾燥用吸着材11を溶かした溶液を作成し、一定量のガス乾燥用吸着材11に含まれるカチオンの量と、マグネシウムの量を測定する。次に、測定されたカチオンの量に対するマグネシウムの量の割合を算出し、Y型ゼオライトに含まれる、カチオンに対するマグネシウムイオンのモル比を算出する。また、ガス乾燥用吸着材11に含まれるカチオンにおけるマグネシウムイオンの割合は、エネルギ分散型X線分光法(EDX)によって測定してもよい。具体的には、ガス乾燥用吸着材11を研磨することで、断面を露出させたサンプルを形成する。このサンプルの断面をEDXによって観察し、所定の範囲内において、観測されるカチオン原子の全数と、マグネシウム原子の全数とをカウントする。このときにカウントされたカチオン原子の全数に対するマグネシウム原子の数の割合を、Y型ゼオライトに含まれるカチオンに対するマグネシウムイオンのモル比とする。また、原子吸光分析法(AAS)を用いて、ガス乾燥用吸着材11に含まれる、カチオンにおけるマグネシウムイオンの割合を測定してもよい。 The ratio of magnesium ions to cations contained in the gas drying adsorbent 11 is measured by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) or inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). Specifically, a certain amount of gas drying adsorbent 11 is dissolved in a solution, and the amount of cations and magnesium contained in the gas drying adsorbent 11 are measured. Next, the ratio of the amount of magnesium to the measured amount of cations is calculated, and the molar ratio of magnesium ions to cations contained in the Y-type zeolite is calculated. The ratio of magnesium ions to cations contained in the gas drying adsorbent 11 may also be measured by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Specifically, the gas drying adsorbent 11 is polished to form a sample with an exposed cross section. The cross section of this sample is observed using EDX, and the total number of observed cation atoms and the total number of magnesium atoms within a specified range are counted. The ratio of the number of magnesium atoms to the total number of counted cation atoms is taken as the molar ratio of magnesium ions to cations contained in the Y-type zeolite. Additionally, the proportion of magnesium ions among the cations contained in the gas drying adsorbent 11 may be measured using atomic absorption spectrometry (AAS).

Y型ゼオライトに含まれる複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、ICP-AESまたはAASを用いて測定する。また、ガス乾燥用吸着材11に含まれるゼオライトの種類は、X線回折法(XRD)による測定結果に基づいて同定する。 The silicon to aluminum composition ratio in the composite oxide contained in the Y-type zeolite is measured using ICP-AES or AAS. The type of zeolite contained in the gas drying adsorbent 11 is identified based on the results of measurements using X-ray diffraction (XRD).

次に、ガス乾燥用吸着材11の製造方法について説明する。最初に、10gのゼオライトペレット(NaY型ゼオライト、東ソー製HSZ-320NAD1C、Si/Al比=2.75、組成 Na:6.4、Al:6.4、Si:17.6、O:48)を、2mol/L硝酸マグネシウム溶液50mLに浸漬させた状態で、60℃の温度条件下で、時折撹拌しながら1昼夜静置する。1昼夜静置した試料を室温まで冷却したのち、ろ過してから、イオン交換水500mLで3回洗浄する。洗浄した試料を、再び新しい2mol/L硝酸マグネシウム溶液50mLに浸漬させた状態で、60℃の温度条件下で、1昼夜加熱静置し、同様の洗浄を行う。浸漬、静置、および、洗浄の一連の操作を更に1回行った後に乾燥することで、ガス乾燥用吸着材11のゼオライトを得た。この製造方法によって、ゼオライトのカチオンが、ナトリウムイオンからマグネシウムイオンに交換されることで、ゼオライトにおけるイオン交換サイト数を基準としたカチオンイオンの交換率を、80%以上とすることができる。 Next, we will explain the manufacturing method of the gas drying adsorbent 11. First, 10 g of zeolite pellets (NaY-type zeolite, Tosoh HSZ-320NAD1C, Si/Al ratio = 2.75, composition Na: 6.4, Al: 6.4, Si: 17.6, O: 48) were immersed in 50 mL of 2 mol/L magnesium nitrate solution and allowed to stand overnight at 60°C with occasional stirring. After standing overnight, the sample was cooled to room temperature, filtered, and washed three times with 500 mL of ion-exchanged water. The washed sample was again immersed in 50 mL of fresh 2 mol/L magnesium nitrate solution and allowed to stand overnight at 60°C, followed by similar washing. The immersion, standing, and washing process was repeated once more, followed by drying, to obtain the zeolite for the gas drying adsorbent 11. This manufacturing method exchanges the zeolite cations from sodium ions to magnesium ions, enabling the cation exchange rate, based on the number of ion exchange sites in the zeolite, to be 80% or more.

次に、本実施形態のガス乾燥用吸着材11の特徴について、ガス乾燥用吸着材11を備えるガス乾燥器10の性能を用いて説明する。ここでは、比較例のガス乾燥用吸着材を備えるガス乾燥器の性能と比較しつつ、本実施形態のガス乾燥器10の性能を説明する。ここで、比較例のガス乾燥用吸着材は、カチオンとしてナトリウムイオンを含むY型ゼオライトであって、上述の製造方法において、硝酸マグネシウム溶液に浸漬させる前に準備されたゼオライトである。以下、本実施形態のガス乾燥用吸着材11を「MgY型ゼオライト」といい、比較例のガス乾燥用吸着材を「NaY型ゼオライト」という。 Next, the characteristics of the gas drying adsorbent 11 of this embodiment will be explained using the performance of a gas dryer 10 equipped with the gas drying adsorbent 11. Here, the performance of the gas dryer 10 of this embodiment will be explained while comparing it with the performance of a gas dryer equipped with a comparative gas drying adsorbent. Here, the comparative gas drying adsorbent is a Y-type zeolite containing sodium ions as cations, and is zeolite prepared before immersion in the magnesium nitrate solution in the above-mentioned manufacturing method. Hereinafter, the gas drying adsorbent 11 of this embodiment will be referred to as "MgY-type zeolite," and the comparative gas drying adsorbent will be referred to as "NaY-type zeolite."

ガス乾燥器の性能評価に先立って、MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトとのそれぞれについて、CO2とH2Oとのそれぞれの吸着等温線を作成した。CO2の吸着等温線は、1gのガス乾燥用吸着材を150℃で真空前処理したのち、容量法全自動吸着測定装置(BELSORP-MAX、マイクロトラックベル製)を用いて、30℃におけるCO2の吸着量を測定することで作成した。また、H2Oの吸着等温線は、0.1gのガス乾燥用吸着材を150℃で真空前処理したのち、CO2の場合と同様に、容量法全自動吸着測定装置を用いて、25℃におけるH2Oの吸着量を測定することで作成した。 Prior to evaluating the performance of the gas dryer, adsorption isotherms for CO2 and H2O were prepared for each of MgY-type zeolite and NaY-type zeolite. The CO2 adsorption isotherm was prepared by vacuum pretreating 1 g of gas drying adsorbent at 150°C and then measuring the amount of CO2 adsorbed at 30°C using a volumetric fully automatic adsorption measuring device (BELSORP-MAX, manufactured by Microtrack Bell). The H2O adsorption isotherm was prepared by vacuum pretreating 0.1 g of gas drying adsorbent at 150°C and then measuring the amount of H2O adsorbed at 25°C using the volumetric fully automatic adsorption measuring device, as in the case of CO2 .

ガス乾燥器の性能評価試験では、CO2とH2Oとを含む混合ガスを乾燥させる実験において、混合ガス、および、ガス乾燥器の条件を以下のように設定した。
・混合ガス
流量:6m3/h
露点:25℃(H2O濃度:3%)
CO2濃度:10%
これにより、ガス乾燥器に流入するH2Oの重量は、1時間当たり0.145kgH2Oとなる。また、ガス乾燥器に流入するCO2の重量は、1時間当たり1.18kgCO2となる。
・ガス乾燥器
内容積:0.26m3
ガス乾燥用吸着材の充填重量:1.82kgads(かさ密度:0.7kg/L)
In the performance evaluation test of the gas dryer, in an experiment to dry a mixed gas containing CO 2 and H 2 O, the conditions for the mixed gas and the gas dryer were set as follows.
Mixed gas flow rate: 6 m 3 /h
Dew point: 25°C (H 2 O concentration: 3%)
CO2 concentration: 10%
This results in a weight of H2O flowing into the gas dryer of 0.145 kg H2O per hour, and a weight of CO2 flowing into the gas dryer of 1.18 kg CO2 per hour.
Gas dryer Capacity: 0.26 m3
Packing weight of gas drying adsorbent: 1.82 kg ads (bulk density: 0.7 kg/L)

ガス乾燥器において、ガス乾燥用吸着材と混合ガスとの接触を2.5時間行った(吸着工程)後、ガス乾燥用吸着材を再生させる(再生工程)。この場合、ガス乾燥器に流入するH2Oを全て吸着するには、1時間あたり1kgadsのガス乾燥用吸着材によって、0.08kgのH2Oを吸着させる必要がある。したがって、1回の吸着工程では、吸着材に求められるH2O吸着量は、0.2kgH2O/kgadsとなる。 In the gas dryer, the gas drying adsorbent is brought into contact with the mixed gas for 2.5 hours (adsorption step), and then the gas drying adsorbent is regenerated (regeneration step). In this case, to adsorb all of the H2O flowing into the gas dryer, 1 kg ads of gas drying adsorbent must adsorb 0.08 kg of H2O per hour. Therefore, the amount of H2O adsorption required for the adsorbent in one adsorption step is 0.2 kg H2O /kg ads .

MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトのそれぞれのH2Oの吸着等温線から、MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトのそれぞれのH2O飽和吸着量は、ともに0.3kgH2O/kgadsであった。したがって、MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトとの間において、H2Oの吸蔵性能、すなわち、混合ガスの乾燥能力に差異は無い。このことから、MgY型ゼオライトをNaY型ゼオライトの代替として用いてもガス乾燥器の乾燥性能は変化しない。なお、上述したガス乾燥器の性能評価試験では、MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトとのいずれにもH2Oを吸着するには余力があるため、再生工程を行う周期(2.5時間)をさらに長く(例えば、3.5時間)することも可能である。しかしながら、システムの冗長性をもたせるために、ガス乾燥用吸着材再生タイミングを2.5時間のままとした。 Based on the H2O adsorption isotherms of MgY-type zeolite and NaY-type zeolite, the saturated H2O adsorption capacity of both MgY-type zeolite and NaY-type zeolite was 0.3 kg H2O /kg ads . Therefore, there is no difference in H2O storage capacity, i.e., the mixed gas drying capacity, between MgY-type zeolite and NaY-type zeolite. This indicates that the drying performance of the gas dryer does not change even if MgY-type zeolite is used instead of NaY-type zeolite. In the gas dryer performance evaluation test described above, both MgY-type zeolite and NaY-type zeolite have sufficient capacity to adsorb H2O , so the regeneration cycle (2.5 hours) can be extended (e.g., to 3.5 hours). However, to maintain system redundancy, the regeneration timing of the gas drying adsorbent was maintained at 2.5 hours.

図2は、吸着されたH2Oのガス乾燥器内での分布を説明する概念図である。上述した条件においては、ガス乾燥器に充填されている吸着材の約30%がH2Oの吸着に利用されないことになる。図2に示すように、混合ガスがガス乾燥器の一方の側から他方の側に向かう方向(図2の白抜き矢印が示す方向)に流通する場合、混合ガスに含まれるH2Oは、ガス乾燥器における混合ガスの上流側に充填されているガス乾燥用吸着材に吸着される。このため、ガス乾燥器における混合ガスの下流側のガス乾燥用吸着材は、H2Oの吸着に利用されない。この利用されない吸着材(図2の「H2O未吸着部」)には、H2Oが除去された混合ガスが通るため、混合ガスに含まれるCO2が吸着されることになる。すなわち、本評価試験では、1回の吸着工程において、0.61kgのガス乾燥用吸着材にCO2が吸着されることになる。 FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the distribution of adsorbed H 2 O within a gas dryer. Under the conditions described above, approximately 30% of the adsorbent packed in the gas dryer is not used to adsorb H 2 O. As shown in FIG. 2, when the mixed gas flows from one side of the gas dryer to the other (the direction indicated by the white arrow in FIG. 2), the H 2 O contained in the mixed gas is adsorbed by the gas drying adsorbent packed upstream of the mixed gas in the gas dryer. Therefore, the gas drying adsorbent downstream of the mixed gas in the gas dryer is not used to adsorb H 2 O. Since the mixed gas from which H 2 O has been removed passes through this unused adsorbent (the "H 2 O unadsorbed portion" in FIG. 2), CO 2 contained in the mixed gas is adsorbed. That is, in this evaluation test, CO 2 is adsorbed by 0.61 kg of the gas drying adsorbent in one adsorption process.

図3は、ガス乾燥器でのCO2損失率を説明する図である。上述したように、混合ガス中のCO2濃度が10%である場合、1回の吸着工程において、ガス乾燥器に流入するCO2の総量は2.95kgとなる。MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトのそれぞれのCO2の吸着等温線から、CO2分圧10kPaにおける、「単位重量当たりのCO2吸着量」は、MgY型ゼオライトでは0.031kgであり、NaY型ゼオライトでは0.059kgとなる。したがって、「未利用吸着材でのCO2吸着量」は、MgY型ゼオライトでは0.019kgであり、NaY型ゼオライトでは0.036kgとなる。この「未利用吸着材」に吸着されたCO2は、再生工程において、システム外へと排出されるCO2の損失量となる。1回の吸着工程においてガス乾燥器に流入するCO2の総量に対し、再生工程においてシステム外に放出されるCO2の割合(「CO2損失率」)は、MgY型ゼオライト(0.65%)方がNaY型ゼオライト(1.21%)に比べ小さいことから、MgY型ゼオライトは、システム外に排出されるCO2の量を低減することができる。すなわち、MgY型ゼオライトは、NaY型ゼオライトに比べ、混合ガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制することができる。 FIG. 3 is a diagram illustrating the CO2 loss rate in the gas dryer. As described above, when the CO2 concentration in the mixed gas is 10%, the total amount of CO2 flowing into the gas dryer in one adsorption step is 2.95 kg. From the CO2 adsorption isotherms of MgY-type zeolite and NaY-type zeolite, the " CO2 adsorption amount per unit weight" at a CO2 partial pressure of 10 kPa is 0.031 kg for MgY-type zeolite and 0.059 kg for NaY-type zeolite. Therefore, the " CO2 adsorption amount in the unused adsorbent" is 0.019 kg for MgY-type zeolite and 0.036 kg for NaY-type zeolite. The CO2 adsorbed by this "unused adsorbent" is the amount of CO2 lost and discharged outside the system during the regeneration step. The ratio of CO2 released outside the system in the regeneration step to the total amount of CO2 flowing into the gas dryer in one adsorption step (" CO2 loss rate") is smaller for MgY-type zeolite (0.65%) than for NaY-type zeolite (1.21%), so MgY-type zeolite can reduce the amount of CO2 released outside the system. In other words, MgY-type zeolite can suppress a decrease in the carbon dioxide content of the mixed gas more effectively than NaY-type zeolite.

また、二酸化炭素循環システムが備えるガス乾燥器は、二酸化炭素循環システムを長期に運転することで再生が繰り返される。このため、再生工程において、システム外に排出されるCO2は、二酸化炭素循環システムでの炭化水素化合物の生成に利用できない。上述したように、MgY型ゼオライトは、混合ガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制することができるため、NaY型ゼオライトに比べ、より多くの二酸化炭素を後段の二酸化炭素分離部に供給することができる。これにより、二酸化炭素循環システム全体での炭素の循環率を向上することができる。 In addition, the gas dryer provided in the carbon dioxide circulation system is repeatedly regenerated by operating the carbon dioxide circulation system for a long period of time. Therefore, the CO2 discharged outside the system during the regeneration process cannot be used to produce hydrocarbon compounds in the carbon dioxide circulation system. As described above, MgY-type zeolite can suppress a decrease in the carbon dioxide content of the mixed gas, and therefore can supply more carbon dioxide to the carbon dioxide separation section in the subsequent stage than NaY-type zeolite. This can improve the carbon circulation rate throughout the carbon dioxide circulation system.

図4は、未利用吸着材の割合とCO2損失量の関係を示す図である。上述したように、ガス乾燥用吸着材の再生工程においてシステム外に排出されるCO2の量、すなわち、CO2損失量は、ガス乾燥器における未利用吸着材(図2の「H2O未吸着部」)の割合によって決定される。そこで、ガス乾燥器における未利用吸着材の割合(ガス乾燥用吸着材全体の重量に対する割合)と、CO2損失率の関係を、MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトとのそれぞれにおいて比較した。その結果を図4に示す。 Figure 4 shows the relationship between the proportion of unused adsorbent and the amount of CO2 loss. As mentioned above, the amount of CO2 discharged outside the system during the regeneration process of the gas drying adsorbent, i.e., the amount of CO2 loss, is determined by the proportion of unused adsorbent in the gas dryer (the "unadsorbed H2O portion" in Figure 2). Therefore, the relationship between the proportion of unused adsorbent in the gas dryer (proportion relative to the total weight of the gas drying adsorbent) and the CO2 loss rate was compared for MgY-type zeolite and NaY-type zeolite. The results are shown in Figure 4.

図4の横軸は、ガス乾燥器における未利用吸着材の割合を示している。具体的には、未利用吸着材の割合は、ガス乾燥器に流入するH2Oの総重量と、ガス乾燥器に充填されている吸着材が吸着可能なH2Oの重量との比を用いて表される。ガス乾燥器に流入するH2Oの総重量は、単位時間当たりにガス乾燥器に流入するH2Oの重量をα(kg/時間)とし、1サイクルの時間をβ(時間)とすると、α×β(kg)と示すことができる。また、ガス乾燥器に充填されているガス乾燥用吸着材が吸着可能なH2Oの重量は、ガス乾燥器に充填されているガス乾燥用吸着材の重量をγ(kg)とし、単位重量当たりのガス乾燥用吸着材が吸着可能なH2Oの重量をWsat(kg/kg)とすると、γ×Wsat(kg)と示すことができる。γ×Wsatに対するα×β、すなわち、(α×β)/(γ×Wsat)は、ガス乾燥器に充填されているガス乾燥用吸着材の全重量に対する、ガス乾燥器に流入するH2Oが全てガス乾燥用吸着材に吸着されるときの利用されたガス乾燥用吸着材の重量の比となるため、{1-(α×β)/(γ×Wsat)}は、ガス乾燥器に充填されているガス乾燥用吸着材のうち、H2Oの吸着に利用されていないガス乾燥用吸着材の割合となる。すなわち、{1-(α×β)/(γ×Wsat)}が大きいほど、ガス乾燥器に充填されている未利用吸着材の占める割合が大きいことを示している。なお、実使用時のガス乾燥器としては、α×β/γ<Wsatである必要があり、α×β/γ>Wsatである場合、H2Oの吸着に利用されていないガス乾燥用吸着材は、存在しないことになる。図4の縦軸は、図3で示した「CO2損失率」を示している。 The horizontal axis of Figure 4 shows the proportion of unused adsorbent in the gas dryer. Specifically, the proportion of unused adsorbent is expressed as the ratio between the total weight of H2O flowing into the gas dryer and the weight of H2O that can be adsorbed by the adsorbent packed in the gas dryer. The total weight of H2O flowing into the gas dryer can be expressed as α x β (kg), where α (kg/hour) is the weight of H2O flowing into the gas dryer per unit time and β (hours) is the time for one cycle. Furthermore, the weight of H2O that can be adsorbed by the gas drying adsorbent packed in the gas dryer can be expressed as γ x Wsat (kg), where γ (kg) is the weight of the gas drying adsorbent packed in the gas dryer and Wsat (kg/kg) is the weight of H2O that can be adsorbed by the gas drying adsorbent per unit weight. The ratio α×β to γ×Wsat, i.e., (α×β)/(γ×Wsat), is the ratio of the weight of the gas drying adsorbent used when all of the H2O flowing into the gas dryer is adsorbed by the gas drying adsorbent to the total weight of the gas drying adsorbent packed in the gas dryer. Therefore, {1-(α×β)/(γ×Wsat)} is the proportion of the gas drying adsorbent packed in the gas dryer that is not used to adsorb H2O . In other words, the larger {1-(α×β)/(γ×Wsat)}, the greater the proportion of unused adsorbent packed in the gas dryer. Note that, for a gas dryer in actual use, α×β/γ<Wsat must be satisfied. If α×β/γ>Wsat, there will be no gas drying adsorbent unused to adsorb H2O . The vertical axis of Figure 4 represents the " CO2 loss rate" shown in Figure 3.

図4に示すように、MgY型ゼオライト(図4の実線L1)とNaY型ゼオライト(図4の一点鎖線L2)とを比較すると、未利用吸着材の割合(横軸)が大きくなるほど、CO2損失率の差は大きくなることが明らかとなった。ここで、未利用吸着材の割合が0.3より小さいと、MgY型ゼオライトとNaY型ゼオライトとの間でのCO2損失率の差は小さくなるが、ガス乾燥器のH2Oの吸蔵性能の冗長性が低下し、ガス流量の突発的な変動等によってガス乾燥器からH2Oが漏出するおそれがある。また、未利用吸着材の割合が0.6より大きい場合、MgY型ゼオライトのCO2損失率は、NaY型ゼオライトのCO2損失率の1/2より小さくなるため、CO2損失率の低減効果は、大きくなる。しかしながら、未利用吸着材の割合が増えるため、混合ガスからH2Oを吸着するときのガス乾燥用吸着材の利用率が低下する。さらに、未利用吸着材の割合が0.6より大きい場合、余剰なガス乾燥用吸着材が存在することになるため、例えば、加熱再生によってH2Oを脱離するときに要するエネルギの増加(顕熱ロスなど)につながる。したがって、未利用吸着材の割合の範囲は、0.3≦{1-(α×β)/(γ×Wsat)}≦0.6であることが望ましい(図4の両端矢印A1で示す範囲)。 As shown in Figure 4, comparing MgY-type zeolite (solid line L1 in Figure 4) and NaY-type zeolite (dashed line L2 in Figure 4), it was found that the difference in CO2 loss rate increases as the proportion of unused adsorbent (horizontal axis) increases. Here, when the proportion of unused adsorbent is less than 0.3, the difference in CO2 loss rate between MgY-type zeolite and NaY-type zeolite decreases, but the redundancy of the H2O storage performance of the gas dryer decreases, and H2O may leak from the gas dryer due to sudden fluctuations in gas flow rate, etc. Furthermore, when the proportion of unused adsorbent is greater than 0.6, the CO2 loss rate of MgY-type zeolite is less than half that of NaY-type zeolite, so the CO2 loss rate reduction effect is significant. However, as the proportion of unused adsorbent increases, the utilization rate of the gas drying adsorbent when adsorbing H2O from the mixed gas decreases. Furthermore, if the proportion of unused adsorbent is greater than 0.6, excess gas drying adsorbent will be present, which will lead to an increase in the energy required to desorb H 2 O by thermal regeneration (such as sensible heat loss). Therefore, the range of the proportion of unused adsorbent is preferably 0.3≦{1−(α×β)/(γ×Wsat)}≦0.6 (the range indicated by the double-ended arrow A1 in Figure 4).

以上説明した、本実施形態のガス乾燥用吸着材11によれば、ガス乾燥用吸着材11は、カチオンとしてマグネシウムイオンを含むゼオライトを備えている。マグネシウムイオンを含むゼオライトは、カチオンとしてナトリウムイオンを含むゼオライトと比べて、H2Oの吸蔵性能がほとんど変わらないものの、CO2の吸蔵性能が小さい。これにより、CO2を含む混合ガスを乾燥させるとき、CO2の吸着が抑制されるため、ガス乾燥器10から排出される混合ガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制できる。 As described above, the gas drying adsorbent 11 of this embodiment includes zeolite containing magnesium ions as cations. Zeolite containing magnesium ions has almost the same H2O storage performance as zeolite containing sodium ions as cations, but has a lower CO2 storage performance. This suppresses CO2 adsorption when drying a mixed gas containing CO2 , thereby suppressing a decrease in the carbon dioxide content of the mixed gas discharged from the gas dryer 10.

また、本実施形態のガス乾燥用吸着材11によれば、ガス乾燥用吸着材11は、Mg2.8Na0.8Al6.4Si17.648の組成を有するY型ゼオライトを含んでいる。すなわち、アルミニウムと珪素との複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2.75となっている。これにより、ゼオライトにおけるイオン交換容量を大きくすることができるとともに、マグネシウムイオンが通過可能な大きさの細孔を有しているため、ゼオライトは、マグネシウムイオンをより多く含むことができる。したがって、ガス乾燥用吸着材11は、ナトリウムイオンをカチオンとして含むゼオライトと比べて、H2Oの吸蔵性能をほとんど変化させることなく、CO2の吸蔵性能を小さくすることができるため、CO2を含む混合ガスを乾燥させるとき、混合ガスの二酸化炭素含有量が低下することを抑制できる。 Furthermore, the gas drying adsorbent 11 of this embodiment contains Y-type zeolite having a composition of Mg2.8Na0.8Al6.4Si17.6O48 . That is , the aluminum-to - silicon composition ratio in the aluminum-silicon composite oxide is 2.75 . This increases the ion exchange capacity of the zeolite, and the zeolite has pores large enough to allow magnesium ions to pass through, allowing the zeolite to contain a larger amount of magnesium ions. Therefore, compared to zeolites containing sodium ions as cations, the gas drying adsorbent 11 can reduce the CO2 storage capacity without significantly changing the H2O storage capacity. This prevents a decrease in the carbon dioxide content of a CO2 -containing mixed gas when drying the mixed gas.

また、本実施形態のガス乾燥用吸着材11によれば、アルミニウムと珪素との複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2以上5以下となっており、アルミニウムが比較的多い。これにより、ゼオライトの親水性が向上するため、水分を吸着しやすくなる。したがって、ガス乾燥器10から排出される混合ガスの乾燥度を向上させることができる。 Furthermore, according to the gas drying adsorbent 11 of this embodiment, the aluminum to silicon composition ratio in the aluminum and silicon composite oxide is 2 to 5, with a relatively high aluminum content. This improves the hydrophilicity of the zeolite, making it easier to adsorb moisture. This therefore improves the dryness of the mixed gas discharged from the gas dryer 10.

また、本実施形態の二酸化炭素循環システム1によれば、混合ガス供給源5から排出される混合ガスは、ガス乾燥器10において乾燥される。このとき、ガス乾燥器10が備えるガス乾燥用吸着材11は、H2Oを吸着する一方、CO2をあまり吸着しないため、ガス乾燥器10から二酸化炭素分離部20に送られる混合ガスには、比較的多くのCO2が含まれる。二酸化炭素分離部20に送られる混合ガスから回収されるCO2は、反応器50において、生成されるCH4の原料となる。この生成されたCH4は、混合ガス供給源5に供給される。混合ガス供給源5では、CH4の燃焼によって熱エネルギが取り出されるとともに、CO2とH2Oとを含む混合ガスが発生する。この発生した混合ガスは、再びガス乾燥器10において乾燥されたのち、二酸化炭素分離部20においてCH4の原料としてCO2が回収される。このように、二酸化炭素循環システム1は、混合ガス供給源5との間で炭素を循環させつつ、燃焼熱等のエネルギを取り出すことができる。二酸化炭素循環システム1では、ガス乾燥器10において、ガス乾燥用吸着材11がH2Oを吸着すると、加熱等によってH2Oをガス乾燥用吸着材11から脱離させてシステム外に排出する再生工程を行う。ガス乾燥用吸着材11は、例えば、カチオンとしてナトリウムイオンを含むゼオライトと比べると、CO2を吸着しにくいため、再生工程において、H2Oとともにシステム外に排出されるCO2は少ない。これにより、混合ガス供給源5と二酸化炭素循環システム1との間での炭素の循環において、システム全体での炭素の循環率を向上することができる。 Furthermore, according to the carbon dioxide circulation system 1 of this embodiment, the mixed gas discharged from the mixed gas supply source 5 is dried in the gas dryer 10. At this time, the gas drying adsorbent 11 provided in the gas dryer 10 adsorbs H2O but does not adsorb much CO2 , so the mixed gas sent from the gas dryer 10 to the carbon dioxide separation unit 20 contains a relatively large amount of CO2 . The CO2 recovered from the mixed gas sent to the carbon dioxide separation unit 20 becomes a raw material for CH4 generated in the reactor 50. This generated CH4 is supplied to the mixed gas supply source 5. In the mixed gas supply source 5, thermal energy is extracted by combustion of CH4 , and a mixed gas containing CO2 and H2O is generated. This generated mixed gas is dried again in the gas dryer 10, and then CO2 is recovered as a raw material for CH4 in the carbon dioxide separation unit 20. In this way, the carbon dioxide circulation system 1 can extract energy such as combustion heat while circulating carbon between the mixed gas supply source 5 and the carbon dioxide circulation system 1. In the carbon dioxide circulation system 1, when the gas drying adsorbent 11 adsorbs H2O in the gas dryer 10, a regeneration process is carried out in which the H2O is desorbed from the gas drying adsorbent 11 by heating or the like and discharged outside the system. The gas drying adsorbent 11 adsorbs CO2 less easily than, for example, zeolite containing sodium ions as cations, and therefore less CO2 is discharged outside the system together with H2O in the regeneration process. This makes it possible to improve the carbon circulation rate throughout the system when carbon is circulated between the mixed gas supply source 5 and the carbon dioxide circulation system 1.

<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。
<Modification of this embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied in various forms without departing from the spirit of the invention. For example, the following modifications are also possible.

[変形例1]
上述の実施形態では、ガス乾燥用吸着材11は、二酸化炭素循環システム1が備えるガス乾燥器10で用いられるとした。しかしながら、ガス乾燥用吸着材11が適用される分野はこれに限定されない。例えば、CO2とH2Oとを含むガスを、CO2とH2Oとに高精度に分離することができるため、分離されたCO2とH2Oとのそれぞれを、異なる用途に利用することができる。
[Modification 1]
In the above-described embodiment, the gas drying adsorbent 11 is used in the gas dryer 10 included in the carbon dioxide circulation system 1. However, the application field of the gas drying adsorbent 11 is not limited to this. For example, since a gas containing CO2 and H2O can be separated into CO2 and H2O with high accuracy, the separated CO2 and H2O can each be used for different purposes.

[変形例2]
上述の実施形態では、ガス乾燥用吸着材11は、ゼオライトに含まれるカチオンに対するマグネシウムイオンのモル比が0.78のMg2.8Na0.8Al6.4Si17.648の組成を有するY型ゼオライトを含んでいるとした。このY型ゼオライトでは、カチオンに対するマグネシウムイオンのモル比は、0.78となるが、カチオンに対するマグネシウムイオンのモル比は、0.8以上であることが望ましい。これにより、ガス乾燥用吸着材におけるCO2の吸蔵性能をさらに小さくすることができる。したがって、二酸化炭素を含むガスを乾燥させるとき、ガスの二酸化炭素含有量が低下することをさらに抑制することができる。なお、上述した製造方法において、浸漬、静置、および、洗浄の一連の操作をさらに繰り返すことで、カチオンに対するマグネシウムイオンのモル比が0.8以上となるゼオライトを得ることができる。
[Modification 2]
In the above-described embodiment, the gas drying adsorbent 11 contains Y -type zeolite having a composition of Mg2.8Na0.8Al6.4Si17.6O48 , in which the molar ratio of magnesium ions to cations contained in the zeolite is 0.78 . In this Y-type zeolite, the molar ratio of magnesium ions to cations is 0.78, but the molar ratio of magnesium ions to cations is preferably 0.8 or greater. This further reduces the CO2 absorption capacity of the gas drying adsorbent. Therefore, when drying a gas containing carbon dioxide, a decrease in the carbon dioxide content of the gas can be further suppressed. In the above-described manufacturing method, by further repeating the series of steps of immersion, standing, and washing, a zeolite with a molar ratio of magnesium ions to cations of 0.8 or greater can be obtained.

[変形例3]
上述の実施形態では、ガス乾燥用吸着材11に含まれるゼオライトは、複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2.75であるY型ゼオライトであるとした。しかしながら、アルミニウムに対する珪素の組成比は、これに限定されない。2以上5以下であってもよい。アルミニウムに対する珪素の組成比が2以上5以下となることで、ゼオライトにおけるイオン交換容量を大きくすることができるため、ゼオライトにマグネシウムイオンをより多く含めることができる。
[Modification 3]
In the above-described embodiment, the zeolite contained in the gas drying adsorbent 11 is Y-type zeolite in which the silicon to aluminum composition ratio in the composite oxide is 2.75. However, the silicon to aluminum composition ratio is not limited to this and may be 2 or more and 5 or less. When the silicon to aluminum composition ratio is 2 or more and 5 or less, the ion exchange capacity of the zeolite can be increased, and therefore, the zeolite can contain more magnesium ions.

[変形例4]
上述の実施形態では、二酸化炭素循環システム1は、ガス乾燥器10、二酸化炭素分離部20、水素供給源41、反応器50などを備えているとした。しかしながら、二酸化炭素循環システム1の構成はこれに限定されない。例えば、二酸化炭素分離部20は、2つのCO2分離器を備えていなくてもよく、1つであっても、CO2吸着工程と、CO2脱着工程とを切り替えることで、反応器50にCO2とH2とを含む原料ガスを供給することができる。
[Modification 4]
In the above-described embodiment, the carbon dioxide circulation system 1 includes the gas dryer 10, the carbon dioxide separation unit 20, the hydrogen supply source 41, the reactor 50, and the like. However, the configuration of the carbon dioxide circulation system 1 is not limited to this. For example, the carbon dioxide separation unit 20 does not need to include two CO2 separators. Even if there is only one, it is possible to supply a raw material gas containing CO2 and H2 to the reactor 50 by switching between a CO2 adsorption process and a CO2 desorption process.

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。 This aspect has been described above based on embodiments and variations, but the above-described embodiments are intended to facilitate understanding of this aspect and are not intended to limit this aspect. This aspect may be modified or improved without departing from its spirit or the scope of the claims, and equivalents are included in this aspect. Furthermore, if a technical feature is not described as essential in this specification, it may be deleted as appropriate.

1…二酸化炭素循環システム
5…混合ガス供給源
10…ガス乾燥器
11…ガス乾燥用吸着材
12…収容容器
20…二酸化炭素分離部
41…水素供給源
50…反応器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Carbon dioxide circulation system 5... Mixed gas supply source 10... Gas dryer 11... Gas drying adsorbent 12... Storage vessel 20... Carbon dioxide separation section 41... Hydrogen supply source 50... Reactor

Claims (6)

二酸化炭素循環システムであって、
マグネシウムイオンをカチオンとして含むゼオライトを備えるガス乾燥用吸着材と、前記ガス乾燥用吸着材を収容する収容容器と、を有するガス乾燥器であって、外部のガス発生部から供給された、二酸化炭素と水分とを含む混合ガス中の水分を前記ガス乾燥用吸着材に吸着させることで、前記混合ガスを乾燥させるガス乾燥器と、
前記ガス乾燥器において乾燥させた混合ガスから、二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、
前記二酸化炭素回収部において回収された二酸化炭素を用いて炭化水素化合物を生成し、外部の前記ガス発生部に供給する炭化水素生成部と、を備える、
二酸化炭素循環システム。
1. A carbon dioxide circulation system comprising:
a gas dryer including a gas drying adsorbent including zeolite containing magnesium ions as cations and a container for accommodating the gas drying adsorbent, the gas dryer drying the mixed gas containing carbon dioxide and moisture by adsorbing the moisture in the mixed gas supplied from an external gas generating unit to the gas drying adsorbent;
a carbon dioxide recovery unit that recovers carbon dioxide from the mixed gas dried in the gas dryer;
a hydrocarbon production unit that produces hydrocarbon compounds using the carbon dioxide recovered in the carbon dioxide recovery unit and supplies the hydrocarbon compounds to the external gas generation unit,
Carbon dioxide circulation system.
請求項1に記載の二酸化炭素循環システムであって、
前記ガス乾燥用吸着材は、前記ゼオライトに含まれるカチオンに対するマグネシウムイオンのモル比が、0.8以上である、
二酸化炭素循環システム。
2. The carbon dioxide circulation system according to claim 1,
The gas drying adsorbent has a molar ratio of magnesium ions to cations contained in the zeolite of 0.8 or more.
Carbon dioxide circulation system.
請求項1または請求項2に記載の二酸化炭素循環システムであって、
前記ゼオライトは、アルミニウムと珪素との複合酸化物を含んでおり、
前記複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2以上5以下である、
二酸化炭素循環システム。
The carbon dioxide circulation system according to claim 1 or 2,
The zeolite contains a composite oxide of aluminum and silicon,
the composition ratio of silicon to aluminum in the composite oxide is 2 or more and 5 or less;
Carbon dioxide circulation system.
請求項3に記載の二酸化炭素循環システムであって、
前記ゼオライトは、Y型ゼオライトであり、
前記複合酸化物におけるアルミニウムに対する珪素の組成比は、2.75である、
二酸化炭素循環システム。
4. The carbon dioxide circulation system according to claim 3,
The zeolite is a Y-type zeolite,
The composition ratio of silicon to aluminum in the composite oxide is 2.75.
Carbon dioxide circulation system.
請求項1に記載の二酸化炭素循環システムであって、
前記ゼオライトは、MgyNa(6.4-2y)Al6.4Si17.648の組成を有するY型ゼオライトであり、
yは、2.23以上である、
二酸化炭素循環システム。
2. The carbon dioxide circulation system according to claim 1,
The zeolite is a Y-type zeolite having a composition of Mg y Na (6.4-2y) Al 6.4 Si 17.6 O 48 ,
y is equal to or greater than 2.23;
Carbon dioxide circulation system.
ガスに含まれる水分を吸着することによって、前記ガスを乾燥させるガス乾燥用吸着材であって、An adsorbent for drying gas that dries the gas by adsorbing moisture contained in the gas,
マグネシウムイオンをカチオンとして含むゼオライトを備え、Zeolite containing magnesium ions as cations,
前記ゼオライトは、MgThe zeolite contains Mg yy NaNa (6.4-2y)(6.4-2 years) AlAl 6.46.4 SiSi 17.617.6 O 4848 の組成を有するY型ゼオライトであり、is a Y-type zeolite having a composition
yは、2.23以上である、y is equal to or greater than 2.23;
ガス乾燥用吸着材。Adsorbent for gas drying.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002028482A (en) 2000-04-10 2002-01-29 Tosoh Corp Adsorbent for heat pump and heat pump system using the same
JP2008045809A (en) 2006-08-15 2008-02-28 Denso Corp Refrigeration cycle
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

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002028482A (en) 2000-04-10 2002-01-29 Tosoh Corp Adsorbent for heat pump and heat pump system using the same
JP2008045809A (en) 2006-08-15 2008-02-28 Denso Corp Refrigeration cycle
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

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