(57)【要約】【課題】吸着器から脱離する二酸化炭素の脱離量が変動する場合でも、サージタンクおよび真空ポンプの動力の大型化を抑制した上で、目標比のガスを生成する、または、再生率を向上させる。【解決手段】混合ガス生成装置は、二酸化炭素を吸着可能な吸着器と、吸着器に水素を供給する水素供給部と、吸着器の下流側に配置され、吸着器からの排出ガス中の水素と、二酸化炭素とのガス比を取得するガス比取得部と、吸着器内を真空にする真空ポンプと、真空ポンプと、水素供給部とを制御する制御部と、を備え、制御部は、真空ポンプによって所定の時間だけ吸着器内を真空とした後に、水素供給部から吸着器への水素の供給を開始し、ガス比が予め設定された目標比に達すると、水素供給部による水素の供給を停止する。【選択図】図１
2020186174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合ガス生成装置であって、
二酸化炭素を吸着可能な吸着器と、
前記吸着器に水素を供給する水素供給部と、
前記吸着器の下流側に配置され、前記吸着器からの排出ガス中の水素と、二酸化炭素とのガス比を取得するガス比取得部と、
前記吸着器内を真空にする真空ポンプと、
前記真空ポンプと、前記水素供給部とを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記真空ポンプによって所定の時間だけ前記吸着器内を真空とした後に、前記水素供給部から前記吸着器への水素の供給を開始し、
前記ガス比が予め設定された目標比に達すると、前記水素供給部による水素の供給を停止する、混合ガス生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の混合ガス生成装置であって、
前記制御部は、前記吸着器に供給される水素の流量を、経過時間に対して一定の割合で徐々に増加させる、混合ガス生成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の混合ガス生成装置であって、さらに、
前記吸着器に吸着されている二酸化炭素の量を用いて、前記ガス比が前記目標比に達する際の前記水素供給部からの水素の流量を予測する予測部を備え、
前記制御部は、前記水素の流量の増加中において、水素の流量が、前記予測部により予測された水素の流量よりも小さい中間水素流量に達すると、前記水素供給部による水素の流量を一定に維持し、または、減少させる、混合ガス生成装置。
【請求項４】
請求項３に記載の混合ガス生成装置であって、
前記制御部は、前記中間水素流量に達した後に、前記水素供給部による水素の流量を、経過時間に対して一定の割合で徐々に減少させる、混合ガス生成装置。
【請求項５】
混合ガス生成装置の制御方法であって、
真空ポンプによって所定の時間だけ二酸化炭素を吸着している吸着器内を真空とする真空工程と、
前記吸着器からの排出ガス中の水素の量と、二酸化炭素の量とのガス比を取得するガス比取得工程と、
前記真空工程後に、前記水素供給部から前記吸着器への水素の供給を開始する水素供給開始工程と、
前記ガス比が予め設定された目標比に達すると、前記吸着器への水素の供給を停止する供給停止工程と、を備える、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合ガス生成装置および混合ガス生成装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素および水素を含む混合ガスを、反応器内でメタン化反応を生じさせることにより、メタンを製造するメタン製造装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載されたメタン製造装置は、複数の反応器を備える、いわゆる多段式のメタン製造装置である。このメタン製造装置では、各反応器に供給する水素を制御することにより、各反応器内で生成するメタンの量を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３６５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
工場などの排出ガスに含まれる二酸化炭素を吸着器に吸着して分離した後、メタン製造に利用する場合がある。この場合に、パージガスによって吸着器から脱離する二酸化炭素の流量は、定常ではなく変動する。特許文献１に記載された技術では、二酸化炭素と、水素とが別々にメタン製造装置に供給されることが前提である。すなわち、二酸化炭素の流量および水素の流量が制御されている。それに対して、二酸化炭素の濃度が変動する場合、例えば、パージガスの供給開始時に二酸化炭素の脱離量を予測できない場合に、吸着器に水素が供給されると、水素と、二酸化炭素とのガス比が目標比を超えてしまうおそれがある。ガス比が目標比を超えた場合に、水素の供給を停止し、真空ポンプによって吸着器から二酸化炭素を脱離させると、動力の大きい真空ポンプが必要になる、または、目標比に達するまで二酸化炭素を脱離できないおそれがある。一方で、真空ポンプによって吸着器に吸着されている二酸化炭素の全てを脱離させてから水素が供給されると、二酸化炭素を一時的に貯留するサージタンクが大型化してしまう。そのため、サージタンクおよび真空ポンプの大型化を抑制した上で、二酸化炭素の脱離量が少ない場合および変動する場合であっても、目標比のガスをメタン製造装置に供給したい課題があった。
【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、吸着器から脱離する二酸化炭素の脱離量が変動する場合（脱離量を予測できない場合）でも、サージタンクおよび真空ポンプの動力の大型化を抑制した上で、目標比のガスを生成する、または、再生率（吸着量に対する脱離量の割合）を向上させ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、混合ガス生成装置が提供される。この混合ガス生成装置は、二酸化炭素を吸着可能な吸着器と、前記吸着器に水素を供給する水素供給部と、前記吸着器の下流側に配置され、前記吸着器からの排出ガス中の水素と、二酸化炭素とのガス比を取得するガス比取得部と、前記吸着器内を真空にする真空ポンプと、前記真空ポンプと、前記水素供給部とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記真空ポンプによって所定の時間だけ前記吸着器内を真空とした後に、前記水素供給部から前記吸着器への水素の供給を開始し、前記ガス比が予め設定された目標比に達すると、前記水素供給部による水素の供給を停止する。
【０００８】
この構成によれば、パージガスの水素が吸着器に供給される前に、真空ポンプによって所定の時間だけ吸着器内が減圧される。これにより、吸着器に吸着されている二酸化炭素が、ある程度脱離した状態になり、脱離開始時の二酸化炭素の濃度が低い状態で水素が供給されずに済む。そして、所定の時間経過後に水素が吸着器に供給されて、混合ガスのガス比が目標比に達するように調整される。そのため、時間と共に二酸化炭素の脱離量が変化しても、ある程度の二酸化炭素が脱離された後に水素が供給されるため、変化する二酸化炭素の脱離量に応じて水素の流量を変化させる必要がない。これにより、混合ガス生成装置は、目標比の混合ガスを生成できる。また、所定の時間に達するまで吸着器内が真空ポンプによって減圧されることにより、吸着器の再生率（吸着量に対する脱離量の割合）が向上する。また、真空ポンプによってある程度の量の二酸化炭素が脱離しているため、脱離開始時の二酸化炭素の脱離量が少ない場合に水素が供給されて、ガス比が目標比を超えてしまう状況を回避できる。そのため、ガス比が目標比を超えた状態で、二酸化炭素の脱離を促進させるために水素を含む混合ガスを減圧する必要がないため、真空ポンプの動力を小さくできる。また、ガス比が目標比を超えた状態で、二酸化炭素に加えて水素も含む混合ガスをサージタンク内に貯留する必要がないため、サージタンクを小型化できる。
【０００９】
（２）上記形態の混合ガス生成装置において、前記制御部は、前記吸着器に供給される水素の流量を、経過時間に対して一定の割合で徐々に増加させてもよい。
この構成によれば、吸着器に供給される水素の流量が、経過時間に対して一定の割合で徐々に増加するため、水素の流量制御が容易である。また、一定の割合で水素の流量が増加するため、混合ガスのガス比が目標比に達する時間を予測しやすく、ガス比を目標比に一致させやすい。
【００１０】
（３）上記形態の混合ガス生成装置において、さらに、前記吸着器に吸着されている二酸化炭素の量を用いて、前記ガス比が前記目標比に達する際の前記水素供給部からの水素の流量を予測する予測部を備え、前記制御部は、前記水素の流量の増加中において、水素の流量が、前記予測部により予測された水素の流量よりも小さい中間水素流量に達すると、前記水素供給部による水素の流量を一定に維持し、または、減少させてもよい。
この構成によれば、水素の流量が中間水素流量に達した後の二酸化炭素の濃度の減少幅が緩やかになる。これにより、混合ガス生成装置は、ガス比を精度良く目標比に調整できる。
【００１１】
（４）上記形態の混合ガス生成装置において、前記制御部は、前記中間水素流量に達した後に、前記水素供給部による水素の流量を、経過時間に対して一定の割合で徐々に減少させてもよい。
この構成によれば、水素の流量が中間水素流量に達した後の水素の流量を経過時間に対して一定の割合で減少させるため、ガス比をさらに精度良く目標比に調整できる。
【００１２】
（５）本発明の他の一形態によれば、混合ガス生成装置の制御方法が提供される。この制御方法は、真空ポンプによって所定の時間だけ二酸化炭素を吸着している吸着器内を真空とする真空工程と、前記吸着器からの排出ガス中の水素の量と、二酸化炭素の量とのガス比を取得するガス比取得工程と、前記真空工程後に、前記水素供給部から前記吸着器への水素の供給を開始する水素供給開始工程と、前記ガス比が予め設定された目標比に達すると、前記吸着器への水素の供給を停止する供給停止工程と、を備える。
【００１３】
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、混合ガス生成装置、メタン製造システム、混合ガス生成装置の制御方法、混合ガス生成方法、メタン製造システムの制御方法、メタン製造方法、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、および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】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態としての混合ガス生成装置を含むメタン製造システムのブロック図である。
【図２】水素の流量の時間推移を示すグラフである。
【図３】混合ガス中における二酸化炭素の濃度の時間推移を示すグラフである。
【図４】第１実施形態における混合ガス生成装置の制御方法のフローチャートである。
【図５】比較例の制御方法のフローチャートである。
【図６】比較例における水素パージ流量を示すグラフである。
【図７】吸着塔に一定流量の水素を供給した場合の二酸化炭素の濃度の時間推移の概略を示すグラフである。
【図８】第２実施形態における混合ガス生成装置の制御方法のフローチャートである。
【図９】第２実施形態における水素の流量の時間推移を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態における混合ガス中における二酸化炭素の濃度の時間推移を示すグラフである。
【図１１】変形例における混合ガス生成装置の制御方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態としての混合ガス生成装置５０を含むメタン製造システム１００のブロック図である。メタン製造システム１００は、二酸化炭素を含む排出ガス（以降、単に「排ガス」とも呼ぶ）を排出する工場３０と、排ガス中の二酸化炭素を２つの吸着塔（吸着器）Ａ，Ｂによって分離し、分離した二酸化炭素と水素とを含む混合ガスを生成する混合ガス生成装置５０と、混合ガス生成装置５０により生成された混合ガスに下記式（１）で示されるメタン化反応を生じさせてメタンを生成するメタン化反応器２０と、を備えている。
ＣＯ2＋４Ｈ2→ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ・・・（１）
メタン化反応器２０は、メタン化反応を生じさせるメタン化触媒としてのルテニウムを含む複合体などを有している。
【００１６】
図１に示されるように、混合ガス生成装置５０は、二酸化炭素を着脱可能な吸着塔Ａ，Ｂと、吸着塔Ａ，Ｂに水素を供給する水素タンク５と、水素タンク５から吸着塔Ａ，Ｂに供給される水素の流量を制御するマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）７と、吸着塔Ａ，Ｂを真空にする真空ポンプ６と、吸着塔Ａ，Ｂから排出される二酸化炭素および水素を一時的に貯留するサージタンク８と、サージタンク８内の水素と二酸化炭素とのガス比Ｒｇを検出するガス分析計（ガス比取得部）４と、ガス分析計４からガス比Ｒｇを取得して真空ポンプ６およびＭＦＣ７を制御する制御部１と、を備えている。図１では、工場３０の排ガスの流れが破線で示され、水素タンク５に供給された水素を含む混合ガスの流れが実線で示されている。また、制御部１と各部とのデータおよび制御信号の送受信は、一点鎖線で示されている。
【００１７】
吸着塔Ａ，Ｂのそれぞれは、同じ構造を有する。吸着塔Ａ，Ｂは、二酸化炭素を吸着可能な材料として、例えば、ゼオライト、多孔体にアミンを担持させた個体吸収材によって構成されている。一方の吸着塔Ａに対して、排ガス中の二酸化炭素を吸着する吸着工程が行われている場合に、他方の吸着塔Ｂに対して、吸着された二酸化炭素を脱離させる再生工程が行われる。吸着工程と、再生工程とは、互いに交互に繰り返し行われる。吸着工程では、吸着塔Ａ，Ｂにより二酸化炭素が吸着された排ガス（窒素や水蒸気を含む）は、外部へと排気される。
【００１８】
水素タンク５は、圧縮した水素を貯留している。ＭＦＣ７は、水素タンク５に貯留された水素を流量制御して、再生工程中の吸着塔Ａまたは吸着塔Ｂに供給する。真空ポンプ６は、再生工程の吸着塔Ａ内または吸着塔Ｂ内を真空にする。なお、本実施形態における「吸着塔Ａ，Ｂ内を真空にする」とは、吸着塔Ａ，Ｂに吸着している二酸化炭素を脱離するために、吸着塔Ａ，Ｂ内を大気圧から減圧することを意味し、必ずしも所定の圧力以下まで減圧することを意味していない。水素タンク５およびＭＦＣ７は、水素供給部として機能する。
【００１９】
サージタンク８は、真空ポンプ６と、メタン化反応器２０との間に設けられ、混合ガスを一時的に貯留する。ガス分析計４は、サージタンク８内の混合ガス中の水素と、二酸化炭素とのガス比Ｒｇを検出する。ガス比Ｒｇは、混合ガス中の水素の量（モル：ｍｏｌ）を混合ガス中の二酸化炭素の量（モル：ｍｏｌ）で除した値である。また、ガス分析計４は、再生工程中の吸着塔Ａまたは吸着塔Ｂから脱離した二酸化炭素の累計量である累計脱離ＣＯ2量Ｎdes（ｔ）（モル：ｍｏｌ）を検出する。ガス分析計４は、再生工程中の吸着塔Ａまたは吸着塔Ｂへと供給された水素の累計量である累計Ｈ2導入量ＮH2（ｔ）（モル：ｍｏｌ）を検出する。
【００２０】
制御部１は、真空ポンプ６と、ＭＦＣ７とを制御する。具体的には、制御部１は、吸着塔Ａまたは吸着塔Ｂに対して再生工程を開始する際に、真空ポンプ６を動作させて吸着塔Ａ内または吸着塔Ｂ内を、所定の時間経過する時刻ｔ0まで真空とする（大気圧から減圧する）。制御部１は、ガス分析計４から混合ガスのガス比Ｒｇを取得する。制御部１は、時刻ｔ0になると、真空ポンプ６の動作を停止し、ＭＦＣ７を制御することによって再生工程中の吸着塔Ａまたは吸着塔Ｂに、パージガスとしての水素の供給を開始する。制御部１は、吸着塔Ａまたは吸着塔Ｂに供給する水素の流量ｕ（ｔ）を、経過時間に対して一定の割合αで徐々に増加させる。そのため、累計Ｈ2導入量ＮH2（ｔ）は、下記式（２）のように表される。
ＮH2（ｔ）＝α×（ｔ−ｔ0）・・・（２）
ｔ：再生工程開始時からの経過時間
制御部１は、水素の流量を増加させている状態で、混合ガスのガス比Ｒｇが予め設定された目標比Ｒｔｇに達すると、水素の供給を停止する。なお、本実施形態の目標比Ｒｔｇは、上記式（１）で表されるメタン化反応に基づいて、４．０に設定されている。
【００２１】
図２は、水素の流量ｕ（ｔ）の時間推移を示すグラフである。図２の直線Ｌ１として示されるように、再生工程中の吸着塔Ａまたは吸着塔Ｂに供給される水素の流量ｕ（ｔ）は、時刻ｔ0を基点として、傾きαで徐々に増加し、ガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇに達した到達時刻ｔ1でゼロになる。
【００２２】
図３は、混合ガス中における二酸化炭素の濃度の時間推移を示すグラフである。図３の線Ｌ２に示されるように、時刻ｔ0になるまでは吸着塔Ａまたは吸着塔Ｂに水素が供給されないため、二酸化炭素の濃度は、一定である。時刻ｔ0以降では、吸着塔Ａまたは吸着塔Ｂに水素が供給されるため、二酸化炭素の濃度は、徐々に下がっていき、到達時刻ｔ1に目標比Ｒｔｇの二酸化炭素の濃度に達する。
【００２３】
図４は、第１実施形態における混合ガス生成装置５０の制御方法のフローチャートである。図４に示される制御方法では、初めに、吸着塔Ａに吸着工程が行われる（ステップＳ１）。吸着工程では、吸着塔Ａに予め指定された指定時間だけ工場３０からの排ガスが供給される。吸着塔Ａの吸着工程後に、再生工程として初めに、制御部１は、真空ポンプ６を始動させる（ステップＳ２）。真空ポンプ６が始動すると、吸着塔Ａ内が減圧されて、吸着塔Ａに吸着していた二酸化炭素が脱離し始める。
【００２４】
制御部１は、真空ポンプ６の始動と同時に、ガス分析計４から累計脱離ＣＯ2量Ｎdes（ｔ）を取得し始める（ステップＳ３）。制御部１は、再生工程を開始してから所定の時間が経過した時刻ｔ0になったか否かを判定する（ステップＳ４）。時刻ｔ0に達していないと判定された場合には（ステップＳ４：ＮＯ）、制御部１は、時刻ｔ0に達するまで待機する。時刻ｔ0に達したと判定された場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御部１は、真空ポンプ６の動作を停止させ、再生工程の吸着塔Ａへの水素の供給を開始する（ステップＳ５）。制御部１は、吸着塔Ａに供給する水素の流量ｕ（ｔ）を傾きαで徐々に増加させる。
【００２５】
制御部１は、ガス分析計４から累計Ｈ2導入量ＮH2（ｔ）を取得する（ステップＳ６）。制御部１は、サージタンク８内の混合ガスのガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇ以上に変化したかを判定する（ステップＳ７）。本実施形態の目標比Ｒｔｇが４．０であるため、制御部１は、ガス分析計４から取得した累計Ｈ2導入量ＮH2（ｔ）が累計脱離ＣＯ2量Ｎdes（ｔ）の４倍以上に変化したか否かを判定することにより、ガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇ以上に変化したか否かを判定する。ガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇ未満である場合には（ステップＳ７：ＮＯ）、制御部１は、ガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇ以上への変化を待機する。ガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇ以上に変化した場合には（ステップＳ７：ＹＥＳ）、制御部１は、水素タンク５から吸着塔Ａへの水素の供給を停止し（ステップＳ８）、制御方法のフローが終了する。
【００２６】
図５は、比較例の制御方法のフローチャートである。比較例の混合ガス生成装置は、第１実施形態の混合ガス生成装置５０と同じ構成を有する一方、工場３０の代わりに定常状態の二酸化炭素が供給される。そのため、比較例では、吸着工程における吸着塔Ａ，Ｂの二酸化炭素の吸着量は、再生工程における吸着塔Ａ，Ｂからの二酸化炭素の脱離量である。
【００２７】
図５に示されるように、比較例の制御方法では、初めに、吸着塔Ａに吸着工程が行われる（ステップＳ１１）。比較例の吸着工程では、指定時間ｔadsに定常状態の二酸化炭素が吸着塔Ａに供給される。次に、定常状態の二酸化炭素の流量と、指定時間ｔadsとから、吸着工程で吸着塔Ａに吸着される二酸化炭素の量であるＣＯ2吸着量Ｎads（ｍｏｌ）が取得される（ステップＳ１２）。ＣＯ2吸着量Ｎadsと、指定時間ｔadsとから、再生工程で吸着塔Ａに供給される水素の流量である水素パージ流量ｕ0が下記式（３）から決定される（ステップＳ１３）
ｕ0＝４×Ｎads／ｔads・・・（３）
決定された水素パージ流量ｕ0が再生工程の吸着塔Ａに供給される（ステップＳ１４）。
【００２８】
図６は、比較例における水素パージ流量ｕ0を示すグラフである。図５に示されるように、再生工程中の吸着塔Ａに供給される水素パージ流量ｕ0は、一定の流量である。図５のステップＳ１４が終了すると、吸着塔Ａに水素の供給が開始され、累計Ｈ2導入量ＮH2（ｔ）が取得される（ステップＳ１５）。累計Ｈ2導入量ＮH2（ｔ）がＣＯ2吸着量Ｎadsの４倍未満の場合には（ステップＳ１６：ＮＯ）、引き続き、水素パージ流量ｕ0が吸着塔Ａに供給される。累計Ｈ2導入量ＮH2（ｔ）がＣＯ2吸着量Ｎadsの４倍以上に変化した場合には（ステップＳ１６：ＮＯ）、吸着塔Ａへの水素の供給が停止され（ステップＳ１７）、比較例の制御方法のフローが終了する。すなわち、比較例では、吸着工程における吸着塔Ａ，ＢのＣＯ2吸着量Ｎadsが再生工程における吸着塔Ａ，Ｂからの二酸化炭素の脱離量と同じであることを前提に、再生工程時の吸着塔Ａ，Ｂに一定流量の水素パージ流量ｕ0が供給される。
【００２９】
図７は、吸着塔Ａに一定流量の水素を供給した場合の二酸化炭素の濃度の時間推移の概略を示すグラフである。図７の曲線Ｃ１に示されるように、二酸化炭素を吸着している吸着塔Ａに一定流量の水素パージ流量ｕ0が供給され始めると、徐々に二酸化炭素の濃度が徐々に上昇する。その後、二酸化炭素の濃度は、所定時刻ｔsに最も高くなった後に単調減少する。そのため、ガス比Ｒｇを目標比Ｒｔｇに近づける場合には、再生工程時に吸着塔Ａに供給される水素の流量を調整する必要がある。
【００３０】
第１実施形態の混合ガス生成装置５０では、再生工程時にパージガスの水素が吸着塔Ａ，Ｂに供給される前に、真空ポンプ６によって時刻ｔ0まで吸着塔Ａ，Ｂ内が減圧される。これにより、吸着塔Ａ，Ｂに吸着されている二酸化炭素がある程度脱離した状態になり、図７に示されるような脱離開始時の二酸化炭素の濃度が低い状態で水素が供給されずに済む。そして、時刻ｔ0経過後に水素が吸着塔Ａ，Ｂに供給されて、混合ガスのガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇに達するように調整される。そのため、第１実施形態の混合ガス生成装置５０では、時間と友に二酸化炭素の脱離量が変化しても、ある程度の二酸化炭素が脱離した時刻ｔ0後に水素が供給されるため、変化する二酸化炭素の脱離量に応じて水素の流量ｕ（ｔ）を変化させる必要がない。これにより、混合ガス生成装置５０は、目標比Ｒｔｇの混合ガスを容易にメタン化反応器２０に供給できる。また、時刻ｔ0まで吸着塔Ａ，Ｂ内が真空ポンプ６によって減圧されることにより、吸着塔Ａ，Ｂの再生率（吸着量に対する脱離量の割合）が向上する。また、第１実施形態の混合ガス生成装置５０では、比較例のように水素パージ流量ｕ0を再生工程開始時から供給した場合のように、二酸化炭素の脱離量が十分でない場合にガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇを超えなくて済む。そのため、ガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇを超えた状態で、二酸化炭素の脱離を促進させるために水素を含む混合ガスを減圧する必要がないため、真空ポンプ６の動力を小さくできる。また、第１実施形態の混合ガス生成装置５０では、ガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇを超えた状態で、二酸化炭素に加えて水素も含む混合ガスをサージタンク８内に貯留する必要がないため、サージタンク８を小型化できる。
【００３１】
また、第１実施形態の混合ガス生成装置５０では、再生工程時に供給される水素の流量ｕ（ｔ）が、経過時間に対して一定の割合（傾きα）で徐々に増加するため、水素の流量制御が容易である。また、一定の割合で水素の流量ｕ（ｔ）が増加するため、混合ガスのガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇに達する時間を予測しやすく、ガス比Ｒｇを目標比Ｒｔｇに一致させやすい。
【００３２】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の混合ガス生成装置は、第１実施形態の混合ガス生成装置５０と同じ構成を有する。第２実施形態では、第１実施形態と比較して、制御部１が行う制御が異なるため、第１実施形態と異なる制御について説明し、第１実施形態と同じ制御についての説明を省略する。
【００３３】
第２実施形態の制御部１は、吸着工程で吸着塔Ａ，Ｂに吸着されている二酸化炭素の量を用いて、ガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇに達する際の水素タンク５から供給された水素の流量ｕt1を予測する。制御部１は、水素の流量の増加中に、水素の流量ｕ（ｔ）が予測された流量ｕt1よりも小さい中間水素流量ｕmに達すると、水素タンク５から吸着塔Ａ，Ｂに供給させる水素の流量ｕ（ｔ）を、一定に維持する、または、経過時間に対して一定の割合で徐々に減少させる。その後、第１実施形態と同様に、ガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇに達すると、制御部１は、吸着塔Ａ，Ｂへの水素の供給を停止する。なお、第２実施形態の制御部１は、予測部として機能する。
【００３４】
図８は、第２実施形態における混合ガス生成装置５０の制御方法のフローチャートである。なお、図８におけるステップＳ２１〜Ｓ２６と、ステップＳ２９，Ｓ３０との処理は、第１実施形態の制御方法のフローチャート（図４）におけるステップＳ１〜Ｓ６と、ステップＳ７，Ｓ８とのそれぞれの処理と同じである。そのため、第２実施形態では、第１実施形態と異なる図８のステップＳ２７，Ｓ２８について説明する。
【００３５】
再生工程中の吸着塔Ａへの水素の供給開始後に累計Ｈ2導入量ＮH2（ｔ）が取得されると（ステップＳ２６）、制御部１は、吸着塔Ａに供給されている水素の流量ｕ（ｔ）が中間水素流量ｕm以上に変化したか否かを判定する（ステップＳ２７）。水素の流量ｕ（ｔ）が中間水素流量ｕm未満の場合には（ステップＳ２７：ＮＯ）、制御部１は、水素の流量ｕ（ｔ）の中間水素流量ｕm以上への変化を待機する。水素の流量ｕ（ｔ）が中間水素流量ｕm以上に変化した場合には（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、制御部１は、吸着塔Ａに供給する水素の流量ｕ（ｔ）を減少させる（ステップＳ２８）。第２実施形態では、減少後の水素の流量ｕ（ｔ）は、下記式（４）に示される流量に設定される。
ｕ（ｔ）＝β×（ｔ−ｔm）＋ｕm・・・（４）
ｔm：中間水素流量ｕmに達するまでに経過時間（中間時刻）
β：０以下の定数
ステップＳ２８の処理が行われると、ステップＳ２９以降の処理が行われる。
【００３６】
図９は、第２実施形態における水素の流量ｕ（ｔ）の時間推移を示すグラフである。図９に示されるように、第２実施形態の水素の流量ｕ（ｔ）は、中間時刻ｔmを境に傾きαの直線Ｌ３と、傾きβの直線Ｌ４とを組み合わせた推移をする。図１０は、第２実施形態における混合ガス中における二酸化炭素の濃度の時間推移を示すグラフである。第２実施形態では、水素の流量ｕ（ｔ）が中間時刻ｔmを境に減少または一定に変化するため、図１０に示されるように、二酸化炭素の濃度の減少幅は、中間時刻ｔm以降で緩やかになる。
【００３７】
以上説明したように、第２実施形態の混合ガス生成装置５０では、図１０に示されるように、水素の流量ｕ（ｔ）が中間水素流量ｕmに達する中間時刻ｔm以降の二酸化炭素の濃度の減少幅が緩やかになる。これにより、制御部１は、ガス比Ｒｇを精度良く目標比Ｒｔｇに調整できる。また、制御部１は、中間時刻ｔm以降の水素の流量ｕ（ｔ）を経過時間に対して一定の割合で減少させるため、ガス比Ｒｇをさらに精度良く目標比Ｒｔｇに調整できる。
【００３８】
＜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。
【００３９】
［変形例１］
上記第１実施形態および第２実施形態の混合ガス生成装置５０の構成および制御は、一例であり、種々変形可能である。例えば、混合ガス生成装置５０は、サージタンク８を備えていたが、サージタンク８を備えていなくてもよい。この場合に、混合ガス生成装置５０の外部、かつ、混合ガス生成装置５０とメタン化反応器２０との間に、メタン製造システム１００の構成としてのサージタンク８が配置されてもよいし、サージタンク８が配置されていなくてもよい。混合ガス生成装置５０がサージタンク８を備えない場合に、ガス分析計４は、吸着塔Ａ，Ｂの下流側に配置されて、吸着塔Ａ，Ｂからの排ガス中のガス比Ｒｇを検出すればよい。
【００４０】
他の実施形態の混合ガス生成装置５０は、１つの吸着塔Ａを備え、かつ、吸着塔Ｂを備えていなくてもよいし、３つ以上の吸着塔を備えていてもよい。また、混合ガス生成装置５０が複数の吸着塔を備える場合に、各吸着塔は、異なる形状および性能を有していてもよい。上記第１実施形態の目標比Ｒｔｇは、４．０に設定されていたが、４．０以外の値に設定されてもよい。
【００４１】
上記第１実施形態および第２実施形態では、制御部１は、時刻ｔ0以降の水素の流量ｕ（ｔ）を一定割合で増加させたが、時間経過に対して一定ではなく、例えばステップ関数状に流量を増加させてもよく、流量ｕ（ｔ）の増加方法について種々変形可能である。同じように、第２実施形態の制御部１は、中間時刻ｔm以降の水素の流量ｕ（ｔ）を一定割合で減少させたが、流量ｕ（ｔ）の減少方法については種々変形可能である。第２実施形態では、中間時刻ｔmまでの水素の流量ｕ（ｔ）の増加幅の傾きは、第１実施形態の傾きαと同じであったが、異なる傾きであってもよい。すなわち、第２実施形態では、第１実施形態の傾きαと、時刻ｔ1とを用いて、中間時刻ｔmまでの傾きと、中間時刻ｔm以降の傾きβとが自由に設定されてもよい。
【００４２】
［変形例２］
図１１は、変形例における混合ガス生成装置５０の制御方法のフローチャートである。図１１に示されるように、変形例の制御方法のフローチャートでは、初めに、制御部１は、二酸化炭素を吸着している吸着塔Ａを減圧するために、真空ポンプ６を始動させ（ステップＳ４１）、ガス分析計４が検出したサージタンク８のガス比Ｒｇを取得する（ステップＳ４２）。真空ポンプ６の始動から所定の時間が経過した時刻ｔ0になると、制御部１は、真空ポンプ６の動作を停止し、吸着塔Ａへの水素の供給を開始する（ステップＳ４３）。制御部１は、ガス比Ｒｇが目標比Ｒｔｇ以上に変化すると（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、吸着塔Ａへの水素の供給を停止し（ステップＳ４５）、制御方法のフローが終了する。図１１に示されるように、変形例では、制御部１は、ガス比Ｒｇに基づいて水素の流量ｕ（ｔ）を制御すればよく、ガス分析計４は、累計脱離ＣＯ2量Ｎdes（ｔ）および累計Ｈ2導入量ＮH2（ｔ）を必ずしも検出しなくてもよい。また、変形例の制御方法では、必ずしも吸着工程（例えば、図４のステップＳ１）を備えていなくてもよい。
【００４３】
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】
【００４４】
１…制御部（予測部）
４…ガス分析計（ガス比取得部）
５…水素タンク（水素供給部）
６…真空ポンプ
７…ＭＦＣ（水素供給部）
８…サージタンク
２０…メタン化反応器
３０…工場
５０…混合ガス生成装置
１００…メタン製造システム
Ａ，Ｂ…吸着塔（吸着器）
Ｎads…ＣＯ2吸着量
Ｎdes…累計脱離ＣＯ2量
ＮH2…累計Ｈ2導入量
Ｒｇ…ガス比
Ｒｔｇ…目標比
ｕm…中間水素流量
ｕ（ｔ）…水素の流量
ｕ0…水素パージ流量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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】
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【図１１】
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