(57)【要約】【課題】対象ガスの系外への流出を抑制した上で、対象ガスの成分を安定化させたガスを供給する。【解決手段】ガス分離装置は、複数の吸着塔と、第１成分と、第２成分とを含む混合ガスを供給する混合ガス供給部と、各吸着塔から排出される排出ガス中の第２成分を検出する検出部と、第１成分および第２成分を脱離させるための再生ガスを供給する再生ガス供給部と、一の吸着塔に混合ガスを供給し、他の吸着塔に再生ガスを供給する流量制御部と、を備え、流量制御部は、他の吸着塔の排出ガス中から第２成分が検出されなくなるまで、他の吸着塔の排出ガスを一の吸着塔へと供給する回収行程を行い、回収行程において、一の吸着塔の排出ガス中から第２成分が検出されるまでの期間に他の吸着塔に供給する再生ガスの流量を、期間の後に他の吸着塔に供給する再生ガスの流量よりも多くする。【選択図】図１
2020163293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス分離装置であって、
複数の吸着塔と、
各前記吸着塔に対して、少なくとも、第１成分と、前記第１成分よりも吸着性の低い第２成分とを含む混合ガスを供給する混合ガス供給部と、
各前記吸着塔から排出される排出ガス中の前記第２成分を検出する検出部と、
各前記吸着塔に対して、前記吸着塔に吸着された前記第１成分および前記第２成分を脱離させるための再生ガスを供給する再生ガス供給部と、
一の前記吸着塔に前記混合ガスを供給し、前記第１成分および前記第２成分を吸着した他の前記吸着塔に前記再生ガスを供給する流量制御部と、を備え、
前記流量制御部は、
前記他の吸着塔の前記排出ガス中から前記第２成分が検出されなくなるまで、前記他の吸着塔の前記排出ガスを前記混合ガスと共に前記一の吸着塔へと供給する回収行程を行い、
前記回収行程において、前記一の吸着塔の前記排出ガス中から前記第２成分が検出されるまでの期間である未破過期間に前記他の吸着塔に供給する前記再生ガスの流量を、前記未破過期間の後に前記他の吸着塔に供給する前記再生ガスの流量よりも多くする、ガス分離装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス分離装置であって、さらに、
各前記吸着塔により吸着されている前記第１成分と前記第２成分とのそれぞれの吸着量を推定する推定部を備え、
前記流量制御部は、
前記推定部により推定された、前記一の吸着塔に既に吸着されている前記第１成分の吸着量である既吸着量から、前記未破過期間を推定し、
推定された前記未破過期間と、前記推定部により推定された前記他の吸着塔にまだ吸着されている前記第２成分の吸着量と、を用いて、前記回収工程において前記他の吸着塔へと供給する前記再生ガスの流量を決定する、ガス分離装置。
【請求項３】
請求項２に記載のガス分離装置であって、
前記流量制御部は、
前記未破過期間の後に前記他の吸着塔に供給する前記再生ガスの流量を、
予め設定された工程期間から、
前記回収工程後から前記既吸着量を脱離するまでの期間と、前記未破過期間と、を差し引いた期間中に、
前記他の吸着塔に吸着されている前記第２成分の脱離を完了可能な最小の流量に設定する、ガス分離装置。
【請求項４】
ガス分離装置の制御方法であって、
複数の吸着塔の内、一の前記吸着塔に、少なくとも第１成分と、前記第１成分よりも吸着性の低い第２成分とを含む混合ガスを供給し、前記第１成分および前記第２成分を吸着した他の前記吸着塔に、前記吸着塔に吸着された前記第１成分および前記第２成分を脱離させるための再生ガスを供給し、かつ、前記再生ガスが供給されている前記他の吸着塔から排出される排出ガス中から前記第２成分が検出されなくなるまで、前記他の吸着塔の前記排出ガスを前記混合ガスと共に前記一の吸着塔へと供給する回収工程を備え、
前記回収工程では、
前記一の吸着塔の前記排出ガス中から前記第２成分が検出されるまでの期間である未破過期間に前記他の吸着塔に所定流量の前記再生ガスを供給する第１回収工程と、
前記未破過期間の後に前記他の吸着塔に供給する前記再生ガスの流量を前記所定流量よりも少なくする第２回収工程と、を有する、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離装置およびガス分離装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のガス成分を吸着可能な吸着塔を複数備えるガス分離の技術が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された方法では、２つの吸着塔の内の一方に、三フッ化窒素（ＮＦ3）および不純物を含む混合ガスが供給され、他方にＮＦ3および不純物が既に吸着された状態で、パージガスが供給されている。この方法では、他方の吸着塔から排出される、ＮＦ3を含む排出ガスを、混合ガスと共に一方の吸着塔に供給することによって、一方の吸着塔の排出ガス中のＮＦ3の回収率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−３７７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された方法を実施する装置は、全体のシステムの最も下流側に配置されている。しかしながら、このような装置がシステムの中途に配置されると、当該装置よりも下流側に位置する回収器などの性能維持および回収器へと供給するガスの安定化について考慮する必要がある。吸着塔の吸着性能は、供給されるガスの流量およびガス中の濃度に応じて大きく変化する。そのため、対象成分の濃度が薄い排出ガスが吸着塔に供給されると、吸着塔の下流側に配置される回収器での回収性能が低下する。それゆえ、ガス分離装置により分離されたガスの流量およびガス中の成分を安定化する必要がある。
【０００５】
本発明は、上述した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、対象ガスの系外への流出を抑制した上で、ガス分離装置の下流側に配置された各種回収器に、対象ガスの成分を安定化させたガスを供給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、上述の課題を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、ガス分離装置が提供される。このガス分離装置は、複数の吸着塔と、各前記吸着塔に対して、少なくとも、第１成分と、前記第１成分よりも吸着性の低い第２成分とを含む混合ガスを供給する混合ガス供給部と、各前記吸着塔から排出される排出ガス中の前記第２成分を検出する検出部と、各前記吸着塔に対して、前記吸着塔に吸着された前記第１成分および前記第２成分を脱離させるための再生ガスを供給する再生ガス供給部と、一の前記吸着塔に前記混合ガスを供給し、前記第１成分および前記第２成分を吸着した他の前記吸着塔に前記再生ガスを供給する流量制御部と、を備え、前記流量制御部は、前記他の吸着塔の前記排出ガス中から前記第２成分が検出されなくなるまで、前記他の吸着塔の前記排出ガスを前記混合ガスと共に前記一の吸着塔へと供給する回収行程を行い、前記回収行程において、前記一の吸着塔の前記排出ガス中から前記第２成分が検出されるまでの期間である未破過期間に前記他の吸着塔に供給する前記再生ガスの流量を、前記未破過期間の後に前記他の吸着塔に供給する前記再生ガスの流量よりも多くする。
【０００８】
吸着塔は、第１成分を分離するために吸着する部材であるが、混合ガスが供給されると第１成分と共に第２成分も吸着する。そのため、一の吸着塔に混合ガスを供給し始めると、しばらくの間、一の吸着塔の排ガス中から第２成分が検出されない未破過期間が存在する。この構成によれば、この未破過期間を含む回収工程として、他の吸着塔の排出ガスを、混合ガスと共に一の吸着塔へと供給する。第２成分を含んでいる排出ガスが、一の吸着塔に供給されるため、第２成分をガス分離装置の外部へと流出させずに済む。さらに、一の吸着塔の下流側に配置される、例えば第２成分を回収する回収器などに供給する混合ガス中の第２成分の濃度が安定化する。また、未破過期間に高流量の排出ガスが一の吸着塔に供給され、未破過期間後に低流量の排出ガスが一の吸着塔に供給されるため、一の吸着塔に供給される排出ガス中の第２成分の濃度を高めることができる。
【０００９】
（２）上記形態のガス分離装置において、さらに、各前記吸着塔により吸着されている前記第１成分と前記第２成分とのそれぞれの吸着量を推定する推定部を備え、前記流量制御部は、前記推定部により推定された、前記一の吸着塔に既に吸着されている前記第１成分の吸着量である既吸着量から、前記未破過期間を推定し、推定された前記未破過期間と、前記推定部により推定された前記他の吸着塔にまだ吸着されている前記第２成分の吸着量と、を用いて、前記回収工程において前記他の吸着塔へと供給する前記再生ガスの流量を決定してもよい。
この構成によれば、未破過期間および他の吸着塔に吸着されている（残留している）第２成分の吸着量を用いた再生ガスの流量が決定される。これにより、回収工程、一の吸着塔へと混合ガスを供給する吸着工程、および、第１成分を吸着している他の吸着塔から第１成分を除去する回収工程後の再生工程の時間に応じて、混合ガスの流量および再生ガスの流量および供給時間を決定できる。これにより、ガス分離装置を効率化できる。
【００１０】
（３）上記形態のガス分離装置において、前記流量制御部は、前記未破過期間の後に前記他の吸着塔に供給する前記再生ガスの流量を、予め設定された工程期間から、前記回収工程後から前記既吸着量を脱離するまでの期間と、前記未破過期間と、を差し引いた期間中に、前記他の吸着塔に吸着されている前記第２成分の脱離を完了可能な最小の流量に設定してもよい。
第２成分を含む排出ガスを一の吸着塔へと供給する場合に、排出ガスの供給時間が長いほど、より多くの第２成分を一の吸着塔へと供給できる。一方で再生ガスの流量を増加させると、排出ガス中の第２成分の濃度が低下する。この構成によれば、回収工程が完了する時間の全てを用いて、排ガス中の第２成分の濃度が最大になる流量の再生ガスが他の吸着塔へと供給される。これにより、一の吸着塔の排出ガス中の第２成分の濃度をより安定化できる。
【００１１】
（４）本発明の他の一態様によれば、ガス分離装置の制御方法が提供される。この制御方法は、複数の吸着塔の内、一の前記吸着塔に、少なくとも第１成分と、前記第１成分よりも吸着性の低い第２成分とを含む混合ガスを供給し、前記第１成分および前記第２成分を吸着した他の前記吸着塔に、前記吸着塔に吸着された前記第１成分および前記第２成分を脱離させるための再生ガスを供給し、かつ、前記再生ガスが供給されている前記他の吸着塔から排出される排出ガス中から前記第２成分が検出されなくなるまで、前記他の吸着塔の前記排出ガスを前記混合ガスと共に前記一の吸着塔へと供給する回収工程を備え、前記回収工程では、前記一の吸着塔の前記排出ガス中から前記第２成分が検出されるまでの期間である未破過期間に前記他の吸着塔に所定流量の前記再生ガスを供給する第１回収工程と、前記未破過期間の後に前記他の吸着塔に供給する前記再生ガスの流量を前記所定流量よりも少なくする第２回収工程と、を有する。
この構成によれば、一の吸着塔に混合ガスを供給し始めてから、一の吸着塔の排ガス中から第２成分が検出されない未破過期間を回収工程として、他の吸着塔の排出ガスを、混合ガスと共に一の吸着塔へと供給する。第２成分を含んでいる排出ガスが、一の吸着塔に供給されるため、第２成分をガス分離装置の外部へと流出させずに済む。さらに、一の吸着塔の下流側に供給される混合ガス中の第２成分の濃度が安定化する。また、未破過期間である第１回収工程において、高流量の排出ガスが一の吸着塔に供給され、未破過期間後の第２回集工程において、低流量の排出ガスが一の吸着塔に供給される。そのため、一の吸着塔に供給される排出ガスの総量に対する第２成分の割合を高めることができる。
【００１２】
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、ガス分離装置、ガス分離システム、水除去装置、ガス分離方法、水除去方法、ガス分離装置の制御方法、これら装置や方法を実行するためのコンピュータプログラム、こ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、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】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態としてのガス分離装置のブロック図である。
【図２】回収工程において、混合ガスが吸着塔に供給され始めてから吸着塔の排出ガス中の二酸化炭素の濃度および露点温度の時間推移を示すグラフである。
【図３】吸着工程の時間と、再生ガス供給時の排ガス中の二酸化炭素の濃度との関係を示すグラフである。
【図４】吸着塔に供給する再生ガスの流量と、吸着塔の排出ガス中の二酸化炭素の濃度との関係を示すグラフである。
【図５】制御部によるバルブの開閉制御と、各工程との関係を示す表である。
【図６】図５の工程に対応するガス分離装置の簡略化したブロック図である。
【図７】図５の工程に対応するガス分離装置の簡略化したブロック図である。
【図８】図５の工程に対応するガス分離装置の簡略化したブロック図である。
【図９】図５の工程に対応するガス分離装置の簡略化したブロック図である。
【図１０】本実施形態のガス分離装置の制御方法のフローチャートである。
【図１１】本実施形態のガス分離装置の制御方法のフローチャートである。
【図１２】実施例における吸着塔の排ガス中の二酸化炭素の濃度の時間推移を示すグラフである。
【図１３】比較例における吸着塔の排ガス中の二酸化炭素の濃度の時間推移を示すグラフである。
【図１４】変形例におけるガス分離装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態としてのガス分離装置１０のブロック図である。本実施形態のガス分離装置１０は、水蒸気（Ｈ2Ｏ）と、二酸化炭素（ＣＯ2）と、窒素（Ｎ2）とを含む混合ガスが供給され、複数の吸着塔を用いて水蒸気を分離する装置である。吸着塔に吸着されやすいガス成分は、水蒸気、二酸化炭素、窒素の順である。なお、水蒸気は、第１成分に相当し、二酸化炭素は第２成分に相当する。
【００１５】
図１に示されるように、ガス分離装置１０は、２つの吸着塔Ｘおよび吸着塔Ｙと、吸着塔Ｘまたは吸着塔Ｙに対して混合ガスを供給する混合ガス供給部６と、吸着塔Ｘ，Ｙのそれぞれに対して再生ガスとしての窒素を供給する再生ガス供給部５と、吸着塔Ｘ，Ｙのそれぞれから排出される排出ガス（以降、単に「排ガス」とも呼ぶ）中の二酸化炭素を検出する第１検出部２および第２検出部３と、ガスの流通する各流路を開閉する複数のバルブＶｘ１〜Ｖｘ４，Ｖｙ１〜Ｖｙ４，Ｖｚと、流路内を流れるガスの露点を検出する２つの露点計ＤＰ１，ＤＰ２と、バルブＶｘ１〜Ｖｘ４，Ｖｙ１〜Ｖｙ４，Ｖｚ１の開閉を制御する制御部（流量制御部）１と、を備えている。
【００１６】
吸着塔Ｘ，Ｙのそれぞれの内部には、水蒸気、二酸化炭素、および窒素を吸着可能な吸着材が充填されている。吸着塔Ｘ，Ｙのそれぞれの内、一方に混合ガスが供給される吸着工程が実施され、他方に再生ガスが供給される回収工程と、回収工程後に吸着した水蒸気を完全に脱離するための再生工程が実施される。すなわち、吸着塔Ｘ，Ｙには、交互に、吸着工程、回収工程、および再生工程が行われる。混合ガス供給部６は、工場などに接続され、工場から排出される燃焼ガスを混合ガスとして供給する。なお、混合ガス供給部６は、単に工場などに接続された配管であってもよい。再生ガス供給部５は、水蒸気や二酸化炭素を吸着した吸着塔Ｘ，Ｙにパージガスとしての再生ガスを供給する。再生ガスが供給されると、吸着塔Ｘ，Ｙに吸着していた水蒸気および二酸化炭素が脱離する。その結果、回収工程および再生工程が行われると、水蒸気および二酸化炭素を吸着していた吸着塔Ｘ，Ｙは、吸着する前の状態に再生する。
【００１７】
第１検出部２は、検出位置Ｐｚを流れるガスの二酸化炭素の濃度を検出する。そのため、図１に示されるように、第１検出部２は、混合ガス供給部６から混合ガスが供給された吸着塔Ｘまたは吸着塔Ｙの排ガス中の二酸化炭素の濃度を検出する。第２検出部３は、検出位置Ｐｘまたは検出位置Ｐｙを流れるガスの二酸化炭素の濃度を検出する。そのため、第２検出部３は、再生ガス供給部５から再生ガスが供給された吸着塔Ｘまたは吸着塔Ｙの排ガス中の二酸化炭素の濃度を検出する。図１に示されるように、本実施形態では、吸着塔Ｘ，Ｙに対して供給される混合ガスの向きと、再生ガスとの向きとは反対である。本実施形態の第１検出部２および第２検出部３は、検出部として機能する。
【００１８】
制御部１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているコンピュータプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、各種制御を行う。制御部１は、図１に図示されていない各種配線によって複数のバルブＶｘ１〜Ｖｘ４，Ｖｙ１〜Ｖｙ４，Ｖｚ１と、第１検出部２および第２検出部３と、露点計ＤＰ１，ＤＰ２と接続している。制御部１は、第１検出部２および第２検出部３の検出値、および、露点計ＤＰ１，ＤＰ２の検出値を取得する。制御部１は、露点計ＤＰ１，ＤＰ２により検出されるガスの露点温度を用いて、ガス中の水蒸気の濃度を特定している。制御部１は、混合ガスを供給している吸着塔Ｘ，Ｙの排ガス中の水蒸気の濃度が予め設定された閾値以上になると、混合ガスの供給を停止する（他の塔へと切替える）。
【００１９】
図２は、回収工程において、混合ガスが吸着塔Ｘに供給され始めてから吸着塔Ｘの排出ガス中の二酸化炭素の濃度および露点温度の時間推移を示すグラフである。図２に示されるように、吸着塔Ｘに混合ガスが供給されると、水蒸気が吸着塔Ｘに吸着されるため、吸着塔Ｘの排ガスの露点温度は時間と共に低下する。混合ガスの供給開始時では、混合ガス中の二酸化炭素は、水蒸気と共に吸着塔Ｘに吸着されるため、しばらくの間は、吸着塔Ｘの排ガス中から二酸化炭素が検出されない。その後、二酸化炭素が検出されないゼロリーク期間（未破過期間）ｔ１が経過すると、吸着塔Ｘの排ガス中から二酸化炭素が検出される。本実施形態の制御部１は、このゼロリーク期間ｔ１を境界として、後述するように、吸着塔Ｘに供給する混合ガスの流量を変化させる。
【００２０】
図３は、吸着工程の時間と、再生ガス供給時の排ガス中の二酸化炭素の濃度との関係を示すグラフである。図３には、吸着工程時に、吸着塔Ｘに供給される混合ガスの供給時間を変化させた場合に、再生ガスが供給される回収工程時および再生工程時における吸着塔Ｘの排ガス中の二酸化炭素の濃度の時間推移が示されている。図３に示される曲線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の順に、吸着工程時の混合ガスの供給時間が長くなっている（すなわち、曲線Ｃ１の供給時間が最も長い）。吸着工程時に吸着塔Ｘに供給される混合ガスが多いほど、吸着塔Ｘに水蒸気が吸着されやすくなるため、吸着塔Ｘに吸着する二酸化炭素が少なくなる。そのため、図３に示されるように、吸着工程時の混合ガスの供給時間が短いほど、再生ガスが吸着塔Ｘに供給されたときの二酸化炭素の脱離期間が長くなる。
【００２１】
図４は、吸着塔Ｘに供給する再生ガスの流量と、吸着塔Ｘの排出ガス中の二酸化炭素の濃度との関係を示すグラフである。図４には、水蒸気および二酸化炭素を吸着している吸着塔Ｘに、回収工程時および再生工程時に供給する再生ガスを変化させた場合の、吸着塔Ｘの排ガス中の二酸化炭素の濃度の時間推移が示されている。図４に示される曲線Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６の順に、回収工程時および再生工程時の再生ガスの流量が多くなっている（すなわち、曲線Ｃ４の流量が最も多い）。図４に示されるように、回収工程および再生工程時に吸着塔Ｘに供給される再生ガスの流量が少ないほど、長い期間にわたって、吸着塔Ｘから二酸化炭素が脱離し続ける。図３および図４に示された関係から、吸着塔Ｘから二酸化炭素が脱離する期間は、吸着塔Ｘに吸着された水蒸気の量と、再生ガスの流量とによって変化する。
【００２２】
図５は、制御部１によるバルブＶｘ１〜Ｖｘ４，Ｖｙ１〜Ｖｙ４，Ｖｚ１の開閉制御と、各工程との関係を示す表である。図５には、各工程に付与された工程ＩＤ１〜８と、各吸着塔Ｘ，Ｙで実施されている工程と、バルブＶｘ１〜Ｖｘ４，Ｖｙ１〜Ｖｙ４，Ｖｚ１の開閉（Ｏ：ＯｐｅｎまたはＣ：Ｃｌｏｓｅ）と、第２検出部３が二酸化炭素の濃度を検出する検出位置Ｐｘ，Ｐｙと、各工程で供給される再生ガスの流量Ｑｒｇ（Ｌ／ｍｉｎ）および温度Ｔｒｇ（℃）と、各工程の処理時間との対応関係が示されている。図５に示されるように、工程ＩＤ１〜４のそれぞれと、工程ＩＤ５〜８のそれぞれとは、吸着塔Ｘ，Ｙのそれぞれが逆になった場合の工程である。そのため、以下では、工程ＩＤ１〜４について説明し、工程ＩＤ５〜８についての説明を省略する。なお、工程ＩＤ１〜４における吸着塔Ｘは、一の吸着塔として機能し、吸着塔Ｙは、他の吸着塔として機能している。
【００２３】
制御部１は、工程ＩＤ１〜４のそれぞれに対応する第１回収工程、第２回収工程、加熱再生工程、および冷却再生工程に応じて、各バルブＶｘ１〜Ｖｘ４，Ｖｙ１〜Ｖｙ４，Ｖｚ１の開閉を制御する。制御部１は、工程ＩＤ１および工程ＩＤ２の期間において、吸着塔Ｙの排ガスから二酸化炭素が検出されなくなるまで、吸着塔Ｙの排ガスを混合ガスと共に吸着塔Ｘへと供給する。制御部１は、吸着塔Ｘの排ガス中から二酸化炭素が検出されるまでの工程ＩＤ１の期間である未破過期間ｔ１に、吸着塔Ｙに高流量（３０Ｌ／ｍｉｎ）の再生ガスを供給する。一方で、工程ＩＤ２の期間である未破過期間ｔ１後に、吸着塔Ｙに高流量（３０Ｌ／ｍｉｎ）よりも少ない低流量（５Ｌ／ｍｉｎ）の再生ガスを供給する。なお、第１回収工程および第２回収工程を合わせて回収工程とも呼び、加熱再生工程および冷却再生工程を合わせて再生工程とも呼ぶ。
【００２４】
また、本実施形態の制御部１は、事前に吸着塔Ｘ，Ｙに供給した混合ガスおよび再生ガスを変化させた際のデータを蓄積している。そのため、制御部１は、蓄積データと、混合ガスの流量および各ガスの濃度とを用いて、吸着塔Ｙにまだ吸着されている（残留している）二酸化炭素の残留量と、吸着塔Ｘに吸着される水蒸気の量とを推定できる。制御部１は、吸着塔Ｙにおける二酸化炭素の残留量を、吸着工程期間（水蒸気が破過するまでの期間）を用いて推定する。なお、吸着塔Ｘに吸着される水蒸気の量は、吸着塔Ｘの再生度によって決まる。制御部１は、吸着塔Ｘの再生度を用いて、吸着工程における未破過期間ｔ１を推定する。制御部１は、推定した未破過期間ｔ１と、吸着塔Ｙにおける二酸化炭素の残留量とを用いて、回収工程で吸着塔Ｙに供給する再生ガスの流量を決定する。特に、制御部１は、未破過期間ｔ１後である第２回収工程において、吸着塔Ｙに供給する再生ガスの流量を、各工程が行われる時間を用いて設定する。制御部１は、工程ＩＤ１〜４の全ての工程を行うために予め設定された工程期間（１５０ｍｉｎ）から、水蒸気の既吸着量を脱離するための回収工程後の再生工程の期間（１３５ｍｉｎ）と、未破過期間ｔ１（５ｍｉｎ）とを差し引いた期間中（１０ｍｉｎ）に、吸着塔Ｙに吸着されている二酸化炭素の脱離を完了するための最小の再生ガスの流量に設定する。換言すると、第２回収工程の期間は、回収工程期間から未破過期間ｔ１を引いた期間である。なお、第１回収工程中は、再生ガスの流量を増加させてもよい。本実施形態の制御部１は、推定部として機能する。
【００２５】
図６は、図５の工程ＩＤ１に対応するガス分離装置１０の簡略化したブロック図である。図６に示される状態は、図５に示されるように、バルブＶｘ１，Ｖｘ３，Ｖｘ４，Ｖｙ２，Ｖｙ４が開き、かつ、バルブＶｘ２，Ｖｙ１，Ｖｙ３，Ｖｚ１が閉じた状態である。この場合に、第２検出部３は、吸着塔Ｙの下流側の検出位置Ｐｙの排ガス中の二酸化炭素の濃度を検出する。なお、本実施形態では、混合ガスの流量は一定値（１０Ｌ／ｍｉｎ）であり、第１回収工程の期間が５ｍｉｎ、第２回収工程の期間が１０ｍｉｎ、加熱再生工程の期間が６０ｍｉｎ、冷却再生工程の期間が７５ｍｉｎとして設定されている。また、混合ガス、再生ガスが通過する流路には、図示されていないヒータ及びクーラが配置されており、制御部１は、混合ガスおよび再生ガスの温度を調整できる。
【００２６】
図６に示されるように、制御部１は、第１回収工程時の吸着塔Ｙに、温度３０℃、流量３０Ｌ／ｍｉｎの再生ガスを供給する。また、制御部１は、吸着工程時の吸着塔Ｘに、流量１０Ｌ／ｍｉｎの混合ガスに加えて、二酸化炭素を含む吸着塔Ｙの排ガスを供給する。なお、混合ガスの温度は、混合ガス供給部６から供給される温度そのものであり、本実施形態では特に調整されていない。そのため、他の実施形態では、混合ガスの流量は、１０Ｌ／ｍｉｎと異なる流量であってもよいし、変動流量であってもよい。上述したように、第２検出部３は、検出位置Ｐｙを通過する排ガスの二酸化炭素の濃度を検出している。制御部１は、吸着塔Ｙの排ガスから二酸化炭素が検出されなくなるまで、第１回収工程および第２回収工程を行う。
【００２７】
第１検出部２は、吸着工程時に吸着塔Ｘの排ガス中の検出位置Ｐｚを通過する二酸化炭素の濃度を検出している。制御部１は、吸着塔Ｘの排ガスから二酸化炭素が検出されると、吸着塔Ｙの工程を、第１回収工程から第２回収工程へと切り替える。制御部１は、露点計ＤＰ１により検出される吸着塔Ｘの排ガスの露点温度が所定温度以上になった場合に、排ガス中に水蒸気が含まれると判断して、吸着工程を終了する。なお、本実施形態では、制御部１が予め吸着塔Ｘに吸着できる水蒸気の量を推定しているため、吸着工程時の吸着塔Ｘから水蒸気が漏れないように設定されている。
【００２８】
図７は、図５の工程ＩＤ２に対応するガス分離装置１０の簡略化したブロック図である。図７に示される状態は、図５に示されるように、第１回収工程時の状態と比較して、吸着塔Ｙに供給される再生ガスの流量および工程時間が異なる状態である。制御部１は、第１回収工程時の吸着塔Ｙに、温度３０℃、第１回収工程時と異なる流量５Ｌ／ｍｉｎの再生ガスを供給する。再生ガスの流量５（Ｌ／ｍｉｎ）は、第２回収工程の期間中に、制御部１により設定された、吸着塔Ｙに吸着されている二酸化炭素の脱離を完了可能な最小の流量である。制御部１は、吸着塔Ｙの排ガスから二酸化炭素が検出されなくなった１０（ｍｉｎ）後に、吸着塔Ｙに行う第２回収工程を加熱再生工程へと切り替える。
【００２９】
図８は、図５の工程ＩＤ３に対応するガス分離装置１０の簡略化したブロック図である。図８に示される状態は、図５に示されるように、回収工程時からバルブＶｘ４が閉じられ、かつ、外部へと接続されたバルブＶｚ１が開かれた状態である。制御部１は、加熱再生工程時の吸着塔Ｙに、温度１６０℃、流量５０Ｌ／ｍｉｎの再生ガスを供給する。また、制御部１は、吸着工程時の吸着塔Ｘに、流量１０Ｌ／ｍｉｎの混合ガスを供給し、吸着塔Ｙの排ガスを供給しない。制御部１は、回収工程と同様に、吸着塔Ｘの排ガスの露点温度が所定温度以上になった場合に、吸着工程を終了する。なお、本実施形態では、吸着塔Ｙが加熱再生工程時に、吸着塔Ｘに吸着される水蒸気の量は、制御部１により推定された吸着塔Ｘが吸着可能な量を超えないように設定されているため、６０ｍｉｎの間、混合ガスが吸着塔Ｘに供給され続ける。
【００３０】
制御部１は、加熱再生工程時の吸着塔Ｙの排ガスから露点計ＤＰ２の検出値を用いて、排ガス中の水蒸気の濃度を特定する。吸着塔Ｙに再生ガスが供給されると、吸着塔Ｙに吸着されていた水蒸気が、再生ガスと共に外部へと放出される。そのため、排ガス中の水蒸気の濃度は、徐々に小さくなっていく。本実施形態では、制御部１は、排ガスの露点温度が２．５℃未満になった場合に、吸着塔Ｙへの再生ガスの供給を停止し、吸着塔Ｙの過熱再生工程を終了し、冷却再生工程に切り替える。なお、他の実施形態では、再生ガスの供給を停止する露点温度または排ガス中の水蒸気の濃度については、異なる値であってもよい。
【００３１】
図９は、図５の工程ＩＤ４に対応するガス分離装置１０の簡略化したブロック図である。図９に示される状態は、図５に示されるように、加熱再生工程の状態と比較して、吸着塔Ｙに供給される再生ガスの流量および温度と、工程時間とが異なる状態である。制御部１は、冷却再生工程時の吸着塔Ｙに、温度２５℃、流量１０Ｌ／ｍｉｎの再生ガスを７５ｍｉｎの間供給する。なお、他の実施形態では、ガス分離装置１０が吸着塔Ｙの排ガスの温度を検出する温度センサを備え、制御部１が、温度センサの検出温度が所定値以下になった場合に再生ガスの供給を停止してもよい。
【００３２】
吸着工程時の吸着塔Ｘでは、制御部１は、引き続き流量１０Ｌ／ｍｉｎの混合ガスを供給する。制御部１は、加熱再生工程時と同様に、吸着塔Ｘの排ガスの露点温度が所定温度以上になった場合に、吸着工程を終了する。制御部１は、工程ＩＤ１〜４の１５０分（ｍｉｎ）間の工程を終了すると、吸着塔Ｘと吸着塔Ｙとを入れ替えて、工程ＩＤ５〜８の各工程を行う。
【００３３】
図１０および図１１は、本実施形態のガス分離装置１０の制御方法のフローチャートである。図１０および図１１に示されるフローチャートでは、吸着塔Ｘのみに着目している。図１０に示されるように、初めに、制御部１は、吸着塔Ｘに混合ガスを供給する（ステップＳ１）。なお、吸着塔Ｙの排ガス中に二酸化炭素が含まれる場合には（吸着塔Ｙの回収工程）、吸着塔Ｘに、混合ガスに加えて吸着塔Ｙの排ガスも供給される。次に、制御部１は、露点計ＤＰ１の検出値を用いて、吸着塔Ｘから水蒸気が流出しているかを判定する（ステップＳ２）。制御部１は、露点計ＤＰ１の検出温度が予め設定された温度以上の場合に、吸着塔Ｘから水蒸気が流出していると判定する。制御部１は、吸着塔Ｘから水蒸気が流出していないと判定した場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、ステップＳ２以降の処理を続行する。制御部１は、吸着塔Ｘから水蒸気が流出していると判定した場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、吸着塔Ｘへの混合ガスの供給を停止する（ステップＳ３）。この場合に、混合ガスが吸着塔Ｙに供給される。なお、ステップＳ１〜Ｓ３までの工程が、本実施形態の吸着工程に相当する。
【００３４】
吸着工程が終了すると、制御部１は、吸着工程期間（吸着塔Ｘからの水蒸気の破過期間）から、吸着塔Ｘにまだ残留している二酸化炭素の量を推定する（ステップＳ４）。次に、制御部１は、吸着塔Ｙの再生度を用いて未破過期間ｔ１を推定する（ステップＳ５）。制御部１は、推定した未破過期間ｔ１および吸着塔Ｘにおける二酸化炭素の残留量を用いて、第１回収工程で吸着塔Ｘに供給する再生ガスの流量を決定する（ステップＳ６）。制御部１は、決定した流量の再生ガスを、水蒸気および二酸化炭素を吸着している吸着塔Ｘへと供給する（ステップＳ７）。なお、ステップＳ７の処理では、制御部１は、再生ガスの流量を増加させてもよい。制御部１は、第１検出部２の検出値を用いて、混合ガスが供給されている吸着塔Ｙから二酸化炭素が破過しているか否かを判定する（ステップＳ８）。制御部１は、吸着塔Ｙから二酸化炭素が破過していない場合には（ステップＳ８：ＮＯ）、引き続き、再生ガスを吸着塔Ｘに供給する。なお、この場合に、制御部１は、吸着塔Ｘに供給する再生ガスの流量を増加させてもよい。
【００３５】
ステップＳ８の処理において、制御部１は、吸着塔Ｙから二酸化炭素が破過していると判定した場合には（ステップＳ８：ＹＥＳ）、吸着塔Ｘに供給する再生ガスの流量を再度決定し直す（図１１のステップＳ９）。制御部１は、回収工程全期間から未破過期間ｔ１を引いた第２回収工程の期間中に、吸着塔Ｘにまだ吸着されている二酸化炭素の脱離を完了可能な最小の再生ガスの流量を決定する。なお、再生ガスの供給から再生ガスの流量決定前までのステップＳ７〜Ｓ８までの処理が第１回収工程に相当する。
【００３６】
第１回収工程が終了すると、制御部１は、第１回収工程時よりも少なくなった流量の再生ガスを吸着塔Ｘに供給する（ステップＳ１０）。制御部１は、第２検出部３の検出値を用いて、吸着塔Ｘの排ガス中に二酸化炭素が含まれているか否かを判定する（ステップＳ１１）。制御部１は、吸着塔Ｘの排ガス中に二酸化炭素が含まれていると判定した場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、引き続き、再生ガスを吸着塔Ｘへと供給する。制御部１は、吸着塔Ｘの排ガス中に二酸化炭素が含まれていないと判定した場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、吸着塔Ｘへの再生ガスの供給を停止する（ステップＳ１２）。なお、ステップＳ９〜Ｓ１２までの処理が第２回収工程に相当する。
【００３７】
第２回収工程が終了すると、制御部１は、加熱再生工程の再生ガスとして、高温高流量の再生ガスを吸着塔Ｘへと供給する（ステップＳ１３）。制御部１は、露点計ＤＰ２の検出値を用いて、吸着塔Ｘの排ガスに水蒸気が含まれているか否かを判定する（ステップＳ１４）。制御部１は、吸着塔Ｘから水蒸気が含まれていると判定した場合には（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、引き続き、再生ガスを吸着塔Ｘへと供給する。制御部１は、吸着塔Ｘの排ガスに含まれる水蒸気が閾値以下であると判定した場合には（ステップＳ１４：ＮＯ）、吸着塔Ｘの再生が終了したと判定し、吸着塔Ｘへの高温高流量の再生ガスの供給を停止する（ステップＳ１５）。なお、当該閾値は、排ガス濃度に依存して決まる値である。ステップＳ１３〜Ｓ１５までの工程が、加熱再生工程に相当する。制御部１は、加熱再生工程が終了すると、吸着塔Ｘへと常温の再生ガスを供給する冷却再生工程を行い（ステップＳ１６）、ガス分離装置１０の制御方法が終了する。
【００３８】
図１２は、実施例における吸着塔Ｘの排ガス中の二酸化炭素の濃度Ｘ１CO2の時間推移を示すグラフである。図１３は、比較例における吸着塔Ｘの排ガス中の二酸化炭素の濃度Ｘ２CO2の時間推移を示すグラフである。図１２に示される二酸化炭素の濃度Ｘ１CO2の時間推移は、本実施形態の吸着塔Ｘに吸着工程が行われ、吸着塔Ｙに回収工程および再生工程が行われている場合の推移である。比較例のガス分離装置１０ｚは、本実施形態のガス分離装置１０と同じ構成を備え、実施例と比較して、吸着塔Ｘに混合ガスと共に供給される吸着塔Ｙの排ガスの流量が一定であることが異なる。換言すると、実施例では、吸着塔Ｙに対して、第１回収工程時に高流量の再生ガスが供給され、第２回収工程時に低収量の再生ガスが供給されている。そのため、図１２に示されるように、第１回収工程および第２回収工程を含む回収工程において、実施例における吸着塔Ｘの排ガス中には、比較例よりもより濃度の高い二酸化炭素が含まれている。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態のガス分離装置１０では、回収工程の内、混合ガスが供給されている吸着塔Ｘから二酸化炭素が破過するまでの未破過期間ｔ１まで、高流量の再生ガスが吸着塔Ｙに供給され、吸着塔Ｙの排ガスが混合ガスと共に吸着塔Ｘに供給される。そして、未破過期間ｔ１後には、未破過期間ｔ１前よりも流量を少なくした再生ガスが吸着塔Ｙへと供給され、吸着塔Ｙの排ガスおよび混合ガスが吸着塔Ｘに供給される。そのため、本実施形態のガス分離装置１０では、二酸化炭素を含んでいる吸着塔Ｙの排ガスが吸着塔Ｘに供給されるため、二酸化炭素をガス分離装置１０の外部へと流出させずに済む。さらに、未破過期間ｔ１までに高流量の再生ガスによって、二酸化炭素を含む高流量の排ガスが吸着塔Ｘに供給される。そして、未破過期間ｔ１後に低流量の再生ガスによって、第２回収工程の時間いっぱいまで二酸化炭素を含む排ガスが吸着塔Ｘに供給される。これにより、吸着塔Ｘに供給される排ガスの総量に対する第２成分の割合を高めることができ、吸着塔Ｘの排ガス中の二酸化炭素の濃度が安定化する。
【００４０】
また、本実施形態のガス分離装置１０では、制御部１は、吸着塔Ｘに吸着されている水蒸気の量から、混合ガスが供給される吸着塔Ｘの排ガス中から二酸化炭素が検出されるまでの未破過期間ｔ１を推定する。制御部１は、推定された吸着塔Ｙにまだ吸着されている二酸化炭素の量と、未破過期間ｔ１とを用いて、回収工程において吸着塔Ｙに供給する再生ガスの流量を決定する。そのため、制御部１は、図３および図４に示されるように、再生ガスの流量と、吸着塔Ｙの排ガスに含まれる二酸化炭素との関係を用いて、最適な再生ガスの流量を決定できる。これにより、本実施形態のガス分離装置１０が実施する各工程を効率化できる。
【００４１】
また、本実施形態のガス分離装置１０では、第２回収工程で吸着塔Ｙに供給される再生ガスの流量が、予め設定された再生工程と回収工程とを含む工程期間から、第１回収工程の期間と、再生工程の期間とを差し引いた第２回収工程の期間中に、吸着塔Ｙに吸着された二酸化炭素の脱離を完了可能な最小の流量に設定される。図４に示されるように、再生ガスの時間が長いほど、吸着塔Ｙの排ガス中の二酸化炭素の濃度が高くなる。本実施形態では、吸着塔Ｙに吸着された二酸化炭素を完全に脱離可能な範囲で再生ガスの時間を最長にしている。これにより、吸着塔Ｙの排ガス中の二酸化炭素の濃度が高くなるため、吸着塔Ｘの排ガス中の二酸化炭素の濃度がより安定化する。
【００４２】
＜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。
【００４３】
［変形例１］
上記実施形態のガス分離装置１０は、一例であり、構成および制御については種々変形可能である。例えば、ガス分離装置１０は、３つ以上の吸着塔を備えていてもよい。ガス分離装置１０が３つ以上の吸着塔を備える場合に、少なくとも１つの吸着塔Ｘの回収工程時に混合ガスが供給され、少なくとも他の１つの吸着塔Ｙに再生ガスが供給され、吸着塔Ｙの排ガスが吸着塔Ｘに供給されればよい。その際に、吸着塔Ｙに対して、第１回収工程時に高流量の再生ガスが供給され、第２回収工程時に低流量の再生ガスが供給されればよい。例えば、混合ガスが供給される吸着塔の数と、再生ガスが供給される吸着塔の数とが異なっていてもよい。
【００４４】
また、吸着塔Ｘ，Ｙに供給される混合ガスおよび再生ガスの流量、温度、種類についても上記実施形態は一例であり、種々変形可能である。混合ガスは、水蒸気および二酸化炭素以外のガスを含んでいてもよいし、水蒸気と、二酸化炭素とのガスに代えた他の混合ガスが吸着塔に供給されてもよい。その場合に、適宜、再生ガスが選択されてもよいし、吸着塔Ｘ，Ｙを構成する吸着材が選択されてもよい。また、制御部１は、吸着工程において供給される混合ガスの流量を制御してもよい。吸着塔Ｘ，Ｙに供給された混合ガスおよび再生ガスにおける流量および温度についても、第１回収工程時に高流量の再生ガスが供給され、第２回収工程時に低流量の再生ガスが供給される範囲で、適宜選択されてよい。
【００４５】
上記実施形態では、図１０および図１１に、ガス分離装置１０の制御方法の一例としてのフローチャートを例示したが、ガス分離装置１０の制御方法については、種々変形可能である。ガス分離装置１０の制御方法は、高流量の再生ガスを吸着塔Ｙに供給し、かつ、吸着塔Ｙの排ガスを、吸着塔Ｘに混合ガスと共に供給する第１回収工程と、未破過期間ｔ１後に低流量の再生ガスを吸着塔Ｙに供給し、かつ、吸着塔Ｙの排ガスを、吸着塔Ｘに混合ガスと共に供給する第２回収工程を含んでいればよい。
【００４６】
［変形例２］
図１４は、変形例におけるガス分離装置１０ａのブロック図である。変形例では、上記実施形態のガス分離装置１０と比較して、ガス分離装置１０ａが真空ポンプ４を備えることが異なる。図１４に示されるように、真空ポンプ４は、吸着塔Ｘ，Ｙに供給された再生ガスを含む系の下流側に配置されているため、再生ガスが供給された吸着塔Ｘまたは吸着塔Ｙの排ガスを、混合ガスに合流させている。吸着塔Ｘ，Ｙと真空ポンプ４とを接続する流路のそれぞれには、バルブＶｘ５，Ｖｙ５が配置されている。変形例の制御部１ａは、バルブＶｘ５，Ｖｙ５の開閉を制御する。例えば、制御部１ａは、図５に示される工程ＩＤ１において、真空ポンプ４を稼働させた状態でバルブＶｙ５を開き、バルブＶｘ５を閉じることにより、工程ＩＤ１の工程時間を短縮できる。
【００４７】
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、改良され得ると共に、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】
【００４８】
１，１ａ…制御部（流量制御部、推定部）
２…第１検出部
３…第２検出部
４…真空ポンプ
５…再生ガス供給部
６…混合ガス供給部
１０，１０ａ，１０ｚ…ガス分離装置
Ｃ１〜Ｃ３，Ｃ４〜Ｃ６…曲線
ＤＰ１，ＤＰ２…露点計
ＩＤ１〜ＩＤ８…工程
Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ…検出位置
Ｑｒｇ…流量
Ｔｒｇ…温度
Ｖｘ１〜Ｖｘ５，Ｖｙ１〜Ｖｙ５，Ｖｚ１…バルブ
Ｘ，Ｙ…吸着塔
Ｘ１CO2，Ｘ２CO2…二酸化炭素の濃度
ｔ１…ゼロリーク期間（未破過期間）
【図１】
2020163293.tif 000003
【図２】
2020163293.tif 000004
【図３】
2020163293.tif 000005
【図４】
2020163293.tif 000006
【図５】
2020163293.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020163293.tif 000012
【図１１】
2020163293.tif 000013
【図１２】
2020163293.tif 000014
【図１３】
2020163293.tif 000015
【図１４】
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