JP7356885B2 - Gas separation device and control method for gas separation device - Google Patents

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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Description

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。 The present invention relates to a gas separation device and a method of controlling the gas separation device.

従来、複数の種類のガスを含む混合ガスから特定のガスを分離するガス分離装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、熱スイング吸着法（温度スイング吸着法：Tempurature Swing Adsorption）を実施するために、特定のガスを吸着可能な吸着材を内蔵する３つの吸着器を備えるシステムが開示されている。各吸着器内には、吸着器の温度を昇降させるための熱媒体（以降、単に「熱媒」とも言う）が流通している。特定のガスを吸着する吸着塔には、冷却された熱媒が供給される。一方で、特定のガスを吸着した吸着材を内蔵する吸着器には、加熱された熱媒が供給される。 BACKGROUND ART Conventionally, a gas separation device is known that separates a specific gas from a mixed gas containing multiple types of gases (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 discloses a system that includes three adsorbers each containing an adsorbent capable of adsorbing a specific gas in order to implement a thermal swing adsorption method. . A heat medium (hereinafter also simply referred to as "heat medium") for raising and lowering the temperature of the adsorber flows in each adsorber. A cooled heat medium is supplied to an adsorption tower that adsorbs a specific gas. On the other hand, a heated heat medium is supplied to an adsorber containing an adsorbent that has adsorbed a specific gas.

特開２００３－１７５３１１号公報Japanese Patent Application Publication No. 2003-175311

特許文献１に記載された装置では、熱媒を使って吸着器内の温度を昇降させる。そのため、吸着器内に供給する分離ガスを加熱源および冷却源として用いる場合と比較して、特許文献１の各吸着器内には十分な熱量が供給される。これにより、回収されるガスの純度および装置のガス回収率が向上する。しかしながら、特定のガスを吸着した吸着材を加熱して脱離する場合に、吸着器に供給する熱量が多いほど、装置全体に必要なエネルギーが増加する。そのため、特許文献１に記載された装置では、工程切替時の各吸着塔に残留する熱量が無駄であり、必要なエネルギーを増加させている。すなわち、各工程が行われる吸着器内に残留する熱量を有効に利用したいという課題があった。 In the device described in Patent Document 1, a heat medium is used to raise and lower the temperature within the adsorber. Therefore, compared to the case where the separated gas supplied into the adsorbers is used as a heating source and a cooling source, a sufficient amount of heat is supplied into each adsorber of Patent Document 1. This improves the purity of the gas recovered and the gas recovery rate of the device. However, when heating an adsorbent that has adsorbed a specific gas to desorb it, the more heat is supplied to the adsorber, the more energy is required for the entire device. Therefore, in the apparatus described in Patent Document 1, the amount of heat remaining in each adsorption tower at the time of process switching is wasted, and the required energy is increased. That is, there was a problem of effectively utilizing the amount of heat remaining in the adsorber in which each process is performed.

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、各吸着塔に残留する熱量を有効に利用できるガス分離装置を提供する。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a gas separation device that can effectively utilize the amount of heat remaining in each adsorption tower.

本発明は、上述の課題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できる。ガス分離装置であって、混合ガスに含まれる１以上の特定のガスを吸着可能な吸着材を有する３つ以上の吸着塔と、各前記吸着塔に接続され、各前記吸着塔間において熱媒を流通させる熱媒流路と、前記熱媒流路の流通を制御する制御部と、前記熱媒を加熱する加熱部と、各前記吸着塔に流入する前記熱媒の温度である入口温度を取得する入口温度取得部と、各前記吸着塔から流出する前記熱媒の温度である出口温度を取得する出口温度取得部と、を備え、前記３つ以上の吸着塔は、それぞれ、前記吸着材が前記特定のガスを吸着する吸着工程を行う吸着工程塔と、前記熱媒による熱交換によって、前記吸着材に吸着された前記特定のガスを脱離する脱離工程を行う脱離工程塔と、前記吸着材を冷却する冷却工程を行う冷却工程塔と、として順次機能し、前記制御部は、前記冷却工程塔から流出した前記熱媒であって、前記冷却工程において昇温された昇温後の前記熱媒を、前記脱離工程塔と、前記吸着工程終了後かつ前記脱離工程開始前の前記吸着塔との少なくとも一方へと流入させ、前記昇温後の熱媒に加えてさらに、前記加熱部による加熱後の前記熱媒を、前記脱離工程塔へと流入させ、前記脱離工程塔における前記出口温度が前記入口温度以上の場合に、前記吸着塔への前記昇温後の熱媒の流入を停止して前記加熱後の熱媒のみを流入させる、ガス分離装置。そのほか、本発明は、以下の形態としても実現可能である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms. The gas separation device includes three or more adsorption towers each having an adsorbent capable of adsorbing one or more specific gases contained in a mixed gas, and a heating medium connected to each of the adsorption towers, and a heating medium between each of the adsorption towers. a heat medium flow path through which the heat medium flows, a control unit that controls the flow of the heat medium flow path, a heating unit that heats the heat medium, and an inlet temperature that is the temperature of the heat medium flowing into each of the adsorption towers. The three or more adsorption towers each include an inlet temperature acquisition unit that acquires the temperature of the heating medium flowing out from each of the adsorption towers, and an outlet temperature acquisition unit that acquires the exit temperature that is the temperature of the heating medium flowing out from each of the adsorption towers. an adsorption process column that performs an adsorption process in which the specific gas is adsorbed; and a desorption process column that performs a desorption process in which the specific gas adsorbed on the adsorbent is desorbed by heat exchange using the heating medium. , and a cooling process tower that performs a cooling process to cool the adsorbent, and the control unit is configured to control the temperature of the heating medium that has flowed out from the cooling process tower and that has been heated in the cooling process. The subsequent heating medium is caused to flow into at least one of the desorption process tower and the adsorption tower after the end of the adsorption process and before the start of the desorption process, and in addition to the heating medium after the temperature increase, , the heating medium heated by the heating section is caused to flow into the desorption process column, and when the outlet temperature in the desorption process column is equal to or higher than the inlet temperature, after the temperature rise to the adsorption column; A gas separation device that stops the inflow of the heating medium and allows only the heated heating medium to flow in. In addition, the present invention can be realized as the following forms.

（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、混合ガスに含まれる１以上の特定のガスを吸着可能な吸着材を有する３つ以上の吸着塔と、各前記吸着塔に接続され、各前記吸着塔間において熱媒を流通させる熱媒流路と、前記熱媒流路の流通を制御する制御部と、を備え、前記３つ以上の吸着塔は、それぞれ、前記吸着材が前記特定のガスを吸着する吸着工程を行う吸着工程塔と、前記熱媒による熱交換によって、前記吸着材に吸着された前記特定のガスを脱離する脱離工程を行う脱離工程塔と、前記吸着材を冷却する冷却工程を行う冷却工程塔と、として順次機能し、前記制御部は、前記冷却工程塔から流出した前記熱媒であって、前記冷却工程において昇温された昇温後の前記熱媒を、前記脱離工程塔と、前記吸着工程終了後かつ前記脱離工程開始前の前記吸着塔との少なくとも一方へと流入させる。 (1) According to one embodiment of the present invention, a gas separation device is provided. This gas separation device includes three or more adsorption towers each having an adsorbent capable of adsorbing one or more specific gases contained in a mixed gas, and is connected to each of the adsorption towers, and a heat medium is passed between each of the adsorption towers. The three or more adsorption towers each include a heat medium flow path that circulates, and a control unit that controls the flow of the heat medium flow path, and each of the three or more adsorption towers performs an adsorption step in which the adsorbent adsorbs the specific gas. an adsorption process column for performing the adsorption process, a desorption process column for performing the desorption process for desorbing the specific gas adsorbed on the adsorbent by heat exchange using the heating medium, and a desorption process tower for performing the desorption process for cooling the adsorbent. The control unit sequentially functions as a cooling process tower, and the control unit controls the heating medium that has flowed out from the cooling process tower and has been heated in the cooling process to the desorption process. It flows into at least one of the column and the adsorption column after the adsorption step and before the start of the desorption step.

この構成によれば、各吸着塔は、吸着工程で特定のガスを吸着し、脱離工程で吸着材が吸着した特定のガスを脱離し、脱離工程後に冷却工程で冷却される、一連の工程を繰り返す。この温度スイングにより、各吸着塔は、混合ガスから特定のガスを分離する。冷却工程では、熱媒流路を流通する熱媒が冷却工程塔内の吸着材から熱を奪うことにより昇温し、一方で、吸着材が冷却される。冷却工程塔から流出した昇温後の熱媒は、制御部によって脱離工程塔に流入することにより、脱離工程塔内の吸着材を昇温させる。すなわち、本構成によれば、各吸着塔間を流通する熱媒を介して、冷却工程塔が冷却される際に生じた熱量が利用されて、脱離工程塔が昇温される。そのため、温度スイングを行うガス分離装置が、混合ガスから特定のガスを吸着してから分離するまでの一連の工程で必要なエネルギーを低減できる。 According to this configuration, each adsorption tower adsorbs a specific gas in the adsorption process, desorbs the specific gas adsorbed by the adsorbent in the desorption process, and is cooled in the cooling process after the desorption process. Repeat process. This temperature swing causes each adsorption tower to separate a specific gas from the gas mixture. In the cooling process, the heat medium flowing through the heat medium flow path removes heat from the adsorbent in the cooling process tower, thereby raising the temperature, while the adsorbent is cooled. The heated heating medium flowing out from the cooling process tower flows into the desorption process tower by the control unit, thereby raising the temperature of the adsorbent in the desorption process tower. That is, according to this configuration, the heat amount generated when the cooling process tower is cooled is used to raise the temperature of the desorption process tower via the heat medium flowing between the adsorption towers. Therefore, the gas separation device that performs temperature swing can reduce the energy required in a series of steps from adsorbing a specific gas from a mixed gas to separating it.

（２）上記形態のガス分離装置において、さらに、前記熱媒を加熱する加熱部を備え、前記制御部は、前記昇温後の熱媒に加えてさらに、前記加熱部による加熱後の前記熱媒を、前記脱離工程塔へと流入させてもよい。
この構成によれば、脱離工程塔には、昇温後の熱媒に加えて、さらに、加熱部によって加熱された熱媒が流入する。そのため、脱離工程塔の吸着材がより昇温し、特定のガスの吸着時と脱離時とにおける温度スイング幅が向上する。その結果、ガス分離装置における特定のガスの回収率および回収された特定のガスの純度が向上する。 (2) The gas separation device of the above embodiment further includes a heating section that heats the heating medium, and the control section further controls the heating medium after being heated by the heating section, in addition to the heating medium heated by the heating section. A medium may be introduced into the desorption stage column.
According to this configuration, in addition to the heated heating medium, the heating medium heated by the heating section flows into the desorption process column. Therefore, the temperature of the adsorbent in the desorption process tower increases, and the temperature swing width between adsorption and desorption of a specific gas is improved. As a result, the recovery rate of the specific gas in the gas separation device and the purity of the recovered specific gas are improved.

（３）上記形態のガス分離装置において、さらに、各前記吸着塔に流入する前記熱媒の温度である入口温度を取得する入口温度取得部と、各前記吸着塔から流出する前記熱媒の温度である出口温度を取得する出口温度取得部と、を備え、前記制御部は、前記脱離工程塔における前記出口温度が前記入口温度以上の場合に、前記吸着塔への前記昇温後の熱媒の流入を停止して前記加熱後の熱媒のみを流入させてもよい。
昇温後の熱媒および加熱後の熱媒が流入している吸着塔（例えば、脱離工程塔を含む複数の塔）における出口温度が入口温度以上の場合は、脱離工程塔を昇温させずに冷却している状態である。そのような状態において、本構成によれば、昇温後の熱媒を流入させずに、冷却工程塔から流出した熱媒よりもより高温の加熱後の熱媒のみを流入させている。これにより、加熱部の消費電力を減らすことができる又は同じ消費電力であっても脱離工程塔が到達する温度を高めることができる。 (3) The gas separation device of the above embodiment further includes an inlet temperature acquisition unit that acquires an inlet temperature that is the temperature of the heating medium flowing into each of the adsorption towers, and a temperature of the heating medium flowing out from each of the adsorption towers. and an outlet temperature acquisition unit that acquires an outlet temperature that is, when the outlet temperature in the desorption process column is equal to or higher than the inlet temperature, the control unit controls the temperature of the adsorption column after the temperature rise. The inflow of the medium may be stopped and only the heated heating medium may be allowed to flow in.
If the temperature at the outlet of the heated heating medium and the adsorption tower into which the heated heating medium flows (e.g., multiple towers including a desorption process tower) is higher than the inlet temperature, the temperature of the desorption process tower is increased. It is in a state where it is being cooled without being allowed to cool. In such a state, according to the present configuration, only the heated heat medium having a higher temperature than the heat medium flowing out from the cooling process tower is allowed to flow in, without allowing the heated heat medium to flow in. Thereby, the power consumption of the heating section can be reduced, or even with the same power consumption, the temperature reached by the desorption process column can be increased.

（４）上記形態のガス分離装置において、４つ以上の前記吸着塔を備え、前記４つ以上の吸着塔は、それぞれ、前記吸着工程塔と、前記吸着材を予熱する予熱工程を行う予熱工程塔と、前記脱離工塔程と、前記冷却工程塔と、として順次機能し、前記制御部は、前記脱離工程塔から流出した前記熱媒を、前記予熱工程塔に流入させてもよい。
この構成によれば、各吸着塔は、吸着工程を行った後に、かつ、脱離工程を行う前に、吸着材を予熱する予熱工程を行う。予熱工程時の吸着塔に、温度の高い脱離工程塔から流出した熱媒が流入するため、予熱工程塔が加熱される。すなわち、脱離工程が行われる前の予熱工程塔の昇温に、脱離工程塔からの流出する熱媒の熱量が利用される。そのため、混合ガスから特定のガスを分離するまでに必要なエネルギーが低減する。 (4) The gas separation apparatus of the above embodiment includes four or more of the adsorption towers, and each of the four or more adsorption towers performs a preheating step of preheating the adsorption step tower and the adsorbent. The heating medium may function sequentially as a column, the desorption process column, and the cooling process column, and the control unit may cause the heat medium flowing out from the desorption process column to flow into the preheating process column. .
According to this configuration, each adsorption tower performs a preheating step of preheating the adsorbent after performing the adsorption step and before performing the desorption step. The heating medium flowing out from the high-temperature desorption process tower flows into the adsorption tower during the preheating process, so that the preheating process tower is heated. That is, the amount of heat of the heating medium flowing out from the desorption process column is used to raise the temperature of the preheating process column before the desorption process is performed. Therefore, the energy required to separate a specific gas from a mixed gas is reduced.

（５）上記形態のガス分離装置において、さらに、各前記吸着塔に流入する前記熱媒の温度である入口温度を取得する入口温度取得部と、各前記吸着塔から流出する前記熱媒の温度である出口温度を取得する出口温度取得部と、前記熱媒を加熱する加熱部と、を備え、前記制御部は、前記脱離工程塔に、前記加熱部による加熱後の前記熱媒を流入させ、前記予熱工程塔に、前記昇温後の熱媒を流入させた後に、前記予熱工程塔における前記出口温度が前記入口温度以上の場合に、前記昇温後の熱媒の流入を停止し、かつ、前記脱離工程塔から流出する前記熱媒を流入させてもよい。
この構成によれば、昇温後の熱媒が流入する予熱工程塔は徐々に昇温し、予熱工程塔における出口温度が入口温度に達したときに、予熱工程塔への昇温後の熱媒の流入が停止する。すなわち、予熱工程塔を昇温できるまで昇温後の熱媒が予熱工程塔に流入する。その後、加熱後の熱媒が流入して加熱された脱離工程塔から流出する、昇温後の熱媒よりも高温の熱媒が予熱工程塔へと流入する。そのため、冷却工程塔および脱離工程塔から流出する熱媒を介した熱量を、効率的に予熱工程塔の昇温に利用できる。 (5) The gas separation device of the above embodiment further includes an inlet temperature acquisition unit that acquires an inlet temperature that is the temperature of the heating medium flowing into each of the adsorption towers, and a temperature of the heating medium flowing out from each of the adsorption towers. an outlet temperature acquisition unit that acquires an outlet temperature of and after causing the heated heating medium to flow into the preheating process column, if the outlet temperature in the preheating process column is equal to or higher than the inlet temperature, the inflow of the heated heating medium is stopped. , and the heat medium flowing out from the desorption process tower may be allowed to flow in.
According to this configuration, the temperature of the preheating process tower into which the heated heating medium flows is gradually increased, and when the outlet temperature of the preheating process tower reaches the inlet temperature, the heated heat medium flows into the preheating process tower. The flow of medium stops. That is, the heated heating medium flows into the preheating tower until the temperature of the preheating tower can be raised. After that, the heated heating medium flows into the heated desorption process tower, and the heating medium having a higher temperature than the heated heating medium flows into the preheating process tower. Therefore, the amount of heat flowing out from the cooling process tower and the desorption process tower via the heat medium can be efficiently used to raise the temperature of the preheating process tower.

（６）上記形態のガス分離装置において、さらに、前記予熱工程塔に前記昇温後の熱媒が流入している状態で、前記予熱工程塔における前記出口温度が前記入口温度と同じになった際の温度を記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記予熱工程塔への前記昇温後の熱媒の流入を停止している状態で、前記脱離工程塔における前記出口温度が、前記記憶部に記憶された温度よりも高い場合に、前記脱離工程塔から流出される前記熱媒を、前記予熱工程塔に流入させてもよい。
この構成によれば、予熱工程塔に昇温後の熱媒が流入している状態で、予熱工程塔における入口温度と出口温度とが同じになった際の温度が、記憶部に記憶される。予熱工程塔に熱媒が供給されていない状態で、脱離工程塔における出口温度が記憶部に記憶された温度に達した場合に、当該温度よりも高温である脱離工程塔から流出する熱媒が予熱工程塔に流入する。記憶部に記憶される温度は、繰り返し行われるサイクルで変化する温度である。制御部は、変化に対応した温度に応じて、予熱工程塔に流入する熱媒を切り替える。そのため、より効率的に熱媒を介した熱量が予熱工程塔の昇温に利用される。 (6) In the gas separation device of the above embodiment, the outlet temperature in the preheating tower becomes the same as the inlet temperature while the heated heating medium is flowing into the preheating tower. The controller includes a storage unit that stores the temperature at the time of the desorption process, and the control unit is configured such that the outlet temperature in the desorption process column is set to 0. When the temperature is higher than the temperature stored in the storage section, the heat medium flowing out from the desorption step tower may be caused to flow into the preheating step tower.
According to this configuration, the temperature at which the inlet temperature and the outlet temperature in the preheating process tower become the same is stored in the storage unit while the heated heating medium is flowing into the preheating process tower. . When the exit temperature in the desorption process tower reaches the temperature stored in the storage unit when no heating medium is supplied to the preheating process tower, the heat that flows out from the desorption process tower at a higher temperature than that temperature. The medium flows into the preheating stage column. The temperature stored in the storage section is a temperature that changes in repeated cycles. The control unit switches the heat medium flowing into the preheating step tower in accordance with the temperature change. Therefore, the amount of heat transmitted through the heating medium is used more efficiently to raise the temperature of the preheating step tower.

（７）本発明の他の一形態によれば、混合ガスに含まれる１以上の特定のガスを吸着可能な吸着材を有する３つ以上の前記吸着塔と、各前記吸着塔に接続され、各前記吸着塔間において熱媒を流通させる熱媒流路と、を備えるガス分離装置の制御方法が提供される。この制御方法は、一の前記吸着塔が有する前記吸着材が前記特定のガスを吸着する吸着工程と、前記熱媒による熱交換によって、他の前記吸着塔が有する前記吸着材に吸着された前記特定のガスを脱離する脱離工程と、前記吸着工程が行われている前記吸着塔と、前記脱離工程が行われている前記吸着塔とのいずれとも異なる前記吸着塔が冷却される冷却工程と、を備え、前記冷却工程が行われている前記吸着塔から流出した前記熱媒であって、前記冷却工程において昇温された昇温後の前記熱媒は、前記他の吸着塔に流入される。 (7) According to another form of the present invention, three or more adsorption towers each having an adsorbent capable of adsorbing one or more specific gases contained in a mixed gas, and connected to each of the adsorption towers, A method of controlling a gas separation apparatus is provided, which includes a heat medium flow path that allows a heat medium to flow between each of the adsorption towers. This control method includes an adsorption step in which the adsorbent of one of the adsorption towers adsorbs the specific gas, and a heat exchange using the heating medium, whereby the adsorbed gas of the adsorption tower of another adsorption tower adsorbs the specific gas. A desorption step for desorbing a specific gas, and cooling in which the adsorption tower that is different from either the adsorption tower in which the adsorption step is performed or the adsorption tower in which the desorption step is performed is cooled. The heating medium flowing out from the adsorption tower in which the cooling step is being performed, the heating medium having been heated in the cooling step, is transferred to the other adsorption tower. There will be an influx.

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、メタン製造装置、ガス分離装置の制御装置、ガス分離方法、メタン製造方法、ガス分離装置およびメタン製造装置の制御方法、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。 Note that the present invention can be realized in various aspects, such as a gas separation device, a methane production device, a control device for a gas separation device, a gas separation method, a methane production method, a gas separation device, and a methane production device. It can be realized in the form of a control method, a computer program for executing these devices and methods, a server device for distributing this computer program, a non-temporary storage medium storing the computer program, etc.

本発明の一実施形態としてのガス分離装置の概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of a gas separation device as an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態としてのガス分離装置の概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of a gas separation device as an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態としてのガス分離装置の概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of a gas separation device as an embodiment of the present invention. 第１実施形態におけるガス分離装置の制御方法のフローの説明図である。It is an explanatory diagram of a flow of a control method of a gas separation device in a 1st embodiment. 第２実施形態のガス分離装置の概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram of a gas separation device according to a second embodiment. 第２実施形態のガス分離装置の概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram of a gas separation device according to a second embodiment. 第２実施形態のガス分離装置の概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram of a gas separation device according to a second embodiment. 第２実施形態の各吸着塔における入口温度および出口温度の時間推移の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the time course of the inlet temperature and outlet temperature in each adsorption tower of 2nd Embodiment. 第２実施形態における脱離工程のフローチャートである。It is a flow chart of a desorption process in a 2nd embodiment. 第３実施形態のガス分離装置の概略ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram of a gas separation device according to a third embodiment. 第３実施形態のガス分離装置の概略ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram of a gas separation device according to a third embodiment. 第３実施形態のガス分離装置の概略ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram of a gas separation device according to a third embodiment. 第３実施形態における各吸着塔の入口温度および出口温度の時間推移の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the time course of the inlet temperature and outlet temperature of each adsorption tower in 3rd Embodiment. 第３実施形態におけるガス分離装置の制御方法のフローの説明図である。It is an explanatory view of a flow of a control method of a gas separation device in a 3rd embodiment. 第３実施形態における予熱工程のフローチャートである。It is a flow chart of a preheating process in a 3rd embodiment. 第３実施形態のガス分離装置における効果の説明図である。It is an explanatory view of an effect in a gas separation device of a 3rd embodiment. 第３実施形態のガス分離装置における効果の説明図である。It is an explanatory view of an effect in a gas separation device of a 3rd embodiment. 第３実施形態のガス分離装置における効果の説明図である。It is an explanatory view of an effect in a gas separation device of a 3rd embodiment.

＜第１実施形態＞
図１ないし図３は、本発明の一実施形態としてのガス分離装置１００の概略ブロック図である。ガス分離装置１００は、複数種類のガスを含む混合ガスから特定のガスを分離する装置である。本実施形態のガス分離装置１００は、窒素や二酸化炭素を含む混合ガスから、特定のガスとしての二酸化炭素を分離する。ガス分離装置１００に供給される混合ガスは、工場から排出される排出ガスである。 <First embodiment>
1 to 3 are schematic block diagrams of a gas separation apparatus 100 as an embodiment of the present invention. The gas separation device 100 is a device that separates a specific gas from a mixed gas containing multiple types of gases. The gas separation device 100 of this embodiment separates carbon dioxide as a specific gas from a mixed gas containing nitrogen and carbon dioxide. The mixed gas supplied to the gas separation device 100 is exhaust gas discharged from a factory.

図１ないし図３に示されるように、ガス分離装置１００は、二酸化炭素（特定のガス）を吸着する吸着材（不図示）を有する３つの吸着塔５１～５３と、各前記吸着塔に接続され、各前記吸着塔内において昇降温媒体（以降、単に「熱媒」や「冷媒」とも言う）を流通させる熱媒流路４と、前記熱媒流路を流通する熱媒を加熱する加熱部３と、前記熱媒流路を流通する熱媒を冷却する排熱部６と、各前記吸着塔５１～５３に流入する熱媒の温度である入口温度を検出する入口温度センサ（入口温度取得部）Ｓ１～Ｓ３と、各前記吸着塔５１～５３から流出する熱媒の温度である出口温度を検出する出口温度センサ（出口温度取得部）Ｓ５～Ｓ７と、熱媒流路４における各部を開閉する複数のバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ１１～Ｖ１３，Ｖ２１～Ｖ２３，Ｖ３１～Ｖ３３と、各バルブの開閉を制御する制御部２と、を備えている。図１ないし図３に示される、丸で囲まれたアルファベットの「Ａ」および「Ｆ」は、互いに接続していることを表している。例えば、図１における上部の「Ｆ」に流入した熱媒は、下部の「Ｆ」から流出する。また、排熱部６を通って冷却された冷媒は、各吸着塔５１～５３に、バルブＶ１２，Ｖ２２，Ｖ３２および熱媒流路４を介して導かれる。 As shown in FIGS. 1 to 3, the gas separation apparatus 100 includes three adsorption towers 51 to 53 having an adsorbent (not shown) that adsorbs carbon dioxide (a specific gas), and a connection to each of the adsorption towers. and a heating medium flow path 4 through which a temperature raising/lowering medium (hereinafter also simply referred to as a "heating medium" or "refrigerant") flows within each of the adsorption towers, and a heating medium flowing through the heating medium flow path. 3, an exhaust heat section 6 that cools the heat medium flowing through the heat medium flow path, and an inlet temperature sensor (inlet temperature Acquisition unit) S1 to S3, outlet temperature sensors (outlet temperature acquisition unit) S5 to S7 that detect the outlet temperature, which is the temperature of the heat medium flowing out from each of the adsorption towers 51 to 53, and each part in the heat medium flow path 4. It includes a plurality of valves V1, V2, V11 to V13, V21 to V23, and V31 to V33 that open and close the valves, and a control section 2 that controls the opening and closing of each valve. The circled letters "A" and "F" shown in FIGS. 1 to 3 indicate that they are connected to each other. For example, the heat medium flowing into the upper part "F" in FIG. 1 flows out from the lower part "F". Furthermore, the refrigerant cooled through the exhaust heat section 6 is guided to each of the adsorption towers 51 to 53 via valves V12, V22, V32 and the heat medium flow path 4.

各吸着塔５１～５３は、同じ吸着塔である。各吸着塔５１～５３が有する吸着材としては、例えば、ゼオライトおよび多孔体にアミンを担持させた個体吸収材を採用できる。本実施形態における各吸着塔５１～５３は、二重管であるが、他の実施形態では、シェルアンドチューブタイプの熱交換器であってもよい。吸着塔５１～５３のそれぞれは、吸着材が二酸化炭素を吸着する吸着工程と、熱媒による熱交換によって、吸着材に吸着された二酸化炭素を脱離する脱離工程と、脱離工程後の吸着材を冷却する冷却工程と、を順次実行する。本実施形態では、各工程の切り替えは、予め設定された切替時間が経過する毎に行われている。入口温度センサＳ１～Ｓ３および出口温度センサＳ５～Ｓ７は、同じ温度センサである。 Each of the adsorption towers 51 to 53 is the same adsorption tower. As the adsorbent possessed by each of the adsorption towers 51 to 53, for example, a solid absorbent in which an amine is supported on a zeolite or a porous material can be used. Each of the adsorption towers 51 to 53 in this embodiment is a double pipe, but in other embodiments, it may be a shell and tube type heat exchanger. Each of the adsorption towers 51 to 53 performs an adsorption process in which an adsorbent adsorbs carbon dioxide, a desorption process in which carbon dioxide adsorbed by the adsorbent is desorbed by heat exchange with a heating medium, and a post-desorption process. A cooling step of cooling the adsorbent is sequentially performed. In this embodiment, switching between each process is performed every time a preset switching time elapses. The inlet temperature sensors S1-S3 and the outlet temperature sensors S5-S7 are the same temperature sensor.

図１ないし図３には、各吸着塔５１～５３が異なる工程を実行している状態が示されている。例えば、吸着塔５３は、図１において吸着工程を実行する吸着工程塔として機能し、図２において脱離工程を行う脱離工程塔として機能し、図３において吸着工程を行う吸着工程塔として機能している。図１に示されるように、吸着工程塔として機能する吸着塔５３には、混合ガスが供給される。脱離工程塔として機能する吸着塔５２では、吸着材から脱離した二酸化炭素が排出される。排出された二酸化炭素は、図示されていないタンク内に貯蔵される。制御部２は、各バルブの開閉を制御することにより、熱媒流路４内の熱媒の流通を制御する。 1 to 3 show the adsorption towers 51 to 53 performing different steps. For example, the adsorption tower 53 functions as an adsorption process tower that performs an adsorption process in FIG. 1, functions as a desorption process tower that performs a desorption process in FIG. 2, and functions as an adsorption process tower that performs an adsorption process in FIG. are doing. As shown in FIG. 1, a mixed gas is supplied to an adsorption tower 53 that functions as an adsorption process tower. In the adsorption tower 52 functioning as a desorption process tower, carbon dioxide desorbed from the adsorbent is discharged. The emitted carbon dioxide is stored in a tank (not shown). The control unit 2 controls the flow of the heat medium in the heat medium flow path 4 by controlling the opening and closing of each valve.

図１ないし図３には、ガス分離装置１００が備える各構成に加え、太い実線および矢印によって、熱媒流路４内を流通する熱媒の流れが示されている。例えば、図１には、制御部２がバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ１２，Ｖ１４，Ｖ２１，Ｖ２３，Ｖ３２，Ｖ３３を開き、かつ、バルブＶ１１，Ｖ１３，Ｖ２２，Ｖ２４，Ｖ３１，Ｖ３４を閉じた状態での熱媒の流れが示されている。なお、図１ないし図３には、各吸着塔５１～５３が実行する工程が切り替わった直後における熱媒の流れが示されている。本実施形態の熱媒は、オイルであるが、他の実施形態では、水、スチーム、およびガスなどが用いられてもよい。加熱部３は、熱媒流路４を加熱するヒータである。排熱部６は、熱媒流路４を冷却するクーラである。 In addition to each component included in the gas separation device 100, FIGS. 1 to 3 show the flow of the heat medium flowing through the heat medium flow path 4 by thick solid lines and arrows. For example, FIG. 1 shows a state in which the control unit 2 opens valves V1, V2, V12, V14, V21, V23, V32, and V33, and closes valves V11, V13, V22, V24, V31, and V34. The flow of heat medium is shown. Note that FIGS. 1 to 3 show the flow of the heat medium immediately after the process performed by each of the adsorption towers 51 to 53 is switched. The heat medium in this embodiment is oil, but in other embodiments, water, steam, gas, etc. may be used. The heating unit 3 is a heater that heats the heat medium flow path 4 . The heat exhaust section 6 is a cooler that cools the heat medium flow path 4 .

図１に示されるように、吸着工程塔の吸着塔５３には、熱媒流路４を介して冷媒が供給される。供給された冷媒は、吸着材が二酸化炭素を吸着する際の発熱による昇温を抑制する。脱離工程塔の吸着塔５２には、冷却工程塔の吸着塔５１から流出した熱媒と、加熱部３により加熱された加熱後の熱媒とが流入している。なお、加熱後の媒体の温度は、吸着工程塔から流出する熱媒の温度よりも高い。脱離工程塔では、温度スイングによって、吸着材に吸着されている二酸化炭素が分離される。脱離工程塔内の吸着材は、熱媒により加熱される。熱媒を介した熱量は、二酸化炭素の脱離時に必要な熱源として利用される。冷却工程塔の吸着塔５１には、冷媒が流入する。流入した冷媒は、脱離工程によって昇温した吸着材を冷却する。なお、冷却工程塔から流出する熱媒は、吸着材の熱によって昇温された昇温後の熱媒である。すなわち、制御部２は、各バルブの開閉を制御することにより、冷却工程塔から流出した昇温後の熱媒と、加熱部３による加熱後の熱媒を、脱離工程塔の吸着塔５２に流入させている。 As shown in FIG. 1, a refrigerant is supplied to the adsorption tower 53 of the adsorption process tower through the heat medium flow path 4. The supplied refrigerant suppresses temperature rise due to heat generation when the adsorbent adsorbs carbon dioxide. The heat medium flowing out from the adsorption tower 51 of the cooling process tower and the heated heat medium heated by the heating section 3 flow into the adsorption tower 52 of the desorption process tower. Note that the temperature of the medium after heating is higher than the temperature of the heating medium flowing out from the adsorption step tower. In the desorption stage column, carbon dioxide adsorbed on the adsorbent is separated by temperature swings. The adsorbent in the desorption process column is heated by a heating medium. The amount of heat transmitted through the heating medium is used as a heat source necessary for desorption of carbon dioxide. A refrigerant flows into the adsorption tower 51 of the cooling process tower. The coolant that has flowed in cools the adsorbent whose temperature has increased due to the desorption process. Note that the heat medium flowing out from the cooling process tower is a heat medium whose temperature has been raised by the heat of the adsorbent. That is, by controlling the opening and closing of each valve, the control unit 2 transfers the heated heating medium flowing out from the cooling process tower and the heating medium heated by the heating unit 3 to the adsorption tower 52 of the desorption process tower. is flowing into the country.

図４は、第１実施形態におけるガス分離装置１００の制御方法のフローの説明図である。図４には、時間の経過に伴って各吸着塔５１～５３で行われる工程が表として示されている。制御部２が工場等から供給される混合ガスに応じて各バルブの開閉を制御することにより、３つの吸着塔５１～５３で行われる工程を切り替えている。図４に示されるように、初めに、制御部２は、各バルブの開閉を制御することにより、図１に示される状態として、吸着塔５１で冷却工程が行われ、吸着塔５２で脱離工程が行われ、吸着塔５３で吸着工程が行われる。前工程で吸着塔５２の吸着材に二酸化炭素が吸着されていない場合には、吸着塔５２に脱離工程を行わなくてもよい。 FIG. 4 is an explanatory diagram of the flow of the control method for the gas separation apparatus 100 in the first embodiment. In FIG. 4, the steps performed in each of the adsorption towers 51 to 53 over time are shown as a table. The control unit 2 switches the processes performed in the three adsorption towers 51 to 53 by controlling the opening and closing of each valve depending on the mixed gas supplied from a factory or the like. As shown in FIG. 4, first, the control unit 2 controls the opening and closing of each valve to achieve the state shown in FIG. The adsorption process is performed in the adsorption tower 53. If carbon dioxide has not been adsorbed on the adsorbent of the adsorption tower 52 in the previous step, the adsorption tower 52 does not need to undergo a desorption step.

次に、吸着塔５１で吸着工程が行われ、吸着塔５２で冷却工程を行われ、吸着塔５３で脱離工程を行われる。次に、吸着塔５１で脱離工程を行われ、吸着塔５２で吸着工程が行われ、吸着塔５３で冷却工程が行われる。制御部２は、図４に示されるＡの区間を１サイクルとして、各吸着塔５１～５３での運転を繰り返し行う。 Next, an adsorption step is performed in the adsorption tower 51, a cooling step is performed in the adsorption tower 52, and a desorption step is performed in the adsorption tower 53. Next, an adsorption tower 51 performs a desorption process, an adsorption tower 52 performs an adsorption process, and an adsorption tower 53 performs a cooling process. The control unit 2 repeatedly operates each of the adsorption towers 51 to 53, with the section A shown in FIG. 4 as one cycle.

以上説明したように、第１実施形態のガス分離装置１００は、吸着工程塔と、脱離工程塔と、冷却工程塔と、として順次機能する３つの吸着塔５１～５３を備えている。制御部２は、各バルブの開閉を制御することにより、冷却工程塔から流出した昇温後の熱媒を、脱離工程塔へと流入させている。そのため、第１実施形態のガス分離装置１００では、各吸着塔５１～５３管を流通する熱媒を介して、冷却工程塔を冷却される際に生じた熱量が利用されて、脱離工程塔が昇温される。これにより、温度スイングを行うガス分離装置１００が、混合ガスから二酸化炭素を吸着してから分離するまでの一連の工程で必要なエネルギーを低減できる。 As described above, the gas separation apparatus 100 of the first embodiment includes three adsorption towers 51 to 53 that sequentially function as an adsorption process tower, a desorption process tower, and a cooling process tower. The control unit 2 controls the opening and closing of each valve to cause the heated heating medium flowing out of the cooling process tower to flow into the desorption process tower. Therefore, in the gas separation apparatus 100 of the first embodiment, the amount of heat generated when the cooling process tower is cooled is utilized through the heat medium flowing through each of the adsorption towers 51 to 53 pipes, and the desorption process tower is is heated. Thereby, the gas separation device 100 that performs temperature swing can reduce the energy required in a series of steps from adsorbing carbon dioxide from a mixed gas to separating it.

また、第１実施形態の制御部２は、図１ないし図３に示されるように、脱離工程塔に、冷却工程塔から流出する昇温後の媒体に加えて、加熱部３によって加熱された加熱後の熱媒も流入させる。すなわち、脱離工程塔に加熱後の熱媒が流入することにより、脱離工程塔の吸着材がより昇温し、二酸化炭素の吸着時と脱離時とにおける温度スイング幅が向上する。その結果、ガス分離装置１００における二酸化炭素の回収率および回収された二酸化炭素のガスの純度が向上する。
＜第２実施形態＞
図５ないし図７は、第２実施形態のガス分離装置１００ａの概略ブロック図である。第２実施形態のガス分離装置１００ａでは、第１実施形態のガス分離装置１００と比較して、脱離工程塔に流入する熱媒が、脱離工程塔における入口温度および出口温度とに応じて変化する点が異なる。そのため、第２実施形態では、第１実施形態と異なる制御について説明し、第１実施形態と同じ構成および制御についての説明を省略する。第２実施形態の制御部２ａは、各入口温度センサＳ１～Ｓ３および各出口温度センサＳ５～Ｓ７により検出された温度を取得する。制御部２ａは、取得した温度を用いて、各バルブの開閉を制御する。 Further, as shown in FIGS. 1 to 3, the control unit 2 of the first embodiment is configured to heat the desorption process tower by the heating unit 3 in addition to the heated medium flowing out from the cooling process tower. The heat medium after heating is also introduced. That is, by flowing the heated heating medium into the desorption process tower, the temperature of the adsorbent in the desorption process tower increases, and the temperature swing width between adsorption and desorption of carbon dioxide is improved. As a result, the recovery rate of carbon dioxide in the gas separation device 100 and the purity of the recovered carbon dioxide gas are improved.
<Second embodiment>
5 to 7 are schematic block diagrams of a gas separation apparatus 100a according to the second embodiment. In the gas separation apparatus 100a of the second embodiment, compared to the gas separation apparatus 100 of the first embodiment, the heat medium flowing into the desorption process column is controlled according to the inlet temperature and outlet temperature in the desorption process column. They differ in the way they change. Therefore, in the second embodiment, controls that are different from those in the first embodiment will be described, and descriptions of the same configuration and controls as in the first embodiment will be omitted. The control unit 2a of the second embodiment acquires the temperatures detected by each inlet temperature sensor S1 to S3 and each outlet temperature sensor S5 to S7. The control unit 2a controls opening and closing of each valve using the acquired temperature.

図５ないし図７には、吸着塔５１で冷却工程が行われ、吸着塔５２で脱離工程が行われ、吸着塔５３で吸着工程が行われている状態で、脱離工程塔の吸着塔５２に流入する熱媒の変化が示されている。図５には、吸着塔５２で行われる工程が脱離工程に切り替わった直後の状態が示されている。この状態では、熱媒を介して脱離工程塔に流入する熱量が、吸着材から二酸化炭素を脱離するための熱量として利用される。そのため、脱離工程塔における出口温度Ｔout_52が入口温度Ｔin_52よりも低い状態である。なお、図５ないし図７では、図１ないし図３と同じように、熱媒の流れが太い実線によって示されている。 In FIGS. 5 to 7, a cooling process is performed in an adsorption tower 51, a desorption process is performed in an adsorption tower 52, and an adsorption process is performed in an adsorption tower 53. The change in the heat medium flowing into 52 is shown. FIG. 5 shows the state immediately after the process performed in the adsorption tower 52 is switched to the desorption process. In this state, the amount of heat flowing into the desorption process column via the heating medium is used as the amount of heat for desorbing carbon dioxide from the adsorbent. Therefore, the outlet temperature T out_52 in the desorption process column is lower than the inlet temperature T in_52 . Note that in FIGS. 5 to 7, the flow of the heat medium is indicated by thick solid lines, as in FIGS. 1 to 3.

図６には、図５に示される状態から、脱離工程塔の吸着塔５２における出口温度Ｔout_52が入口温度Ｔin_52以上に変化した状態が示されている。制御部２ａは、図５の状態で、脱離工程塔における出口温度Ｔout_52が入口温度Ｔin_52以上に変化すると、図６に示されるように、各バルブの開閉を制御し、脱離工程塔への熱媒の流通を停止する。 FIG. 6 shows a state in which the outlet temperature T out_52 in the adsorption tower 52 of the desorption process tower has changed from the state shown in FIG. 5 to more than the inlet temperature T in_52 . When the outlet temperature T out_52 in the desorption process tower changes to the inlet temperature T in_52 or higher in the state shown in FIG. 5, the control unit 2a controls the opening and closing of each valve as shown in FIG. Stop the flow of heat medium to.

図７には、図６に示される状態に変化してから、予め設定された所定の時間が経過した後の状態が示されている。制御部２ａは、図６の状態に変化してから所定の時間が経過すると、図７に示されるように、加熱部３による加熱後の媒体のみを、脱離工程塔へと流入させる。 FIG. 7 shows the state after a predetermined period of time has elapsed since the state shown in FIG. 6 was changed. When a predetermined period of time has elapsed after the state changes to the state shown in FIG. 6, the control section 2a causes only the medium heated by the heating section 3 to flow into the desorption process tower, as shown in FIG.

図８は、第２実施形態における各吸着塔５１，５２の入口温度および出口温度の時間推移の一例を示すグラフである。図８には、吸着塔５２が脱離工程塔として機能している図５ないし図７に示される状態において、吸着塔５１の出口温度Ｔout_51（一点鎖線）と、吸着塔５２の入口温度Ｔin_52（実線）および出口温度Ｔout_52（破線）の時間推移が示されている。 FIG. 8 is a graph showing an example of the time course of the inlet temperature and outlet temperature of each adsorption tower 51, 52 in the second embodiment. FIG. 8 shows the outlet temperature T out_51 (dotted chain line) of the adsorption tower 51 and the inlet temperature T of the adsorption tower 52 in the states shown in FIGS. The time course of in_52 (solid line) and outlet temperature T out_52 (dashed line) is shown.

図８に示されるように、冷却工程塔の吸着塔５１の出口温度Ｔout_51は、最初に高い温度の熱媒が流出するため上昇し、徐々に低下してくる。また、脱離工程塔の吸着塔５２の入口温度Ｔin_52は、昇温後の熱媒および加熱後の熱媒が流入することにより上昇し、吸着塔５１の出口温度Ｔout_51の低下に伴って低下する。脱離工程塔の吸着塔５２の出口温度Ｔout_52は、吸着材と熱交換できなかった熱量が徐々に流出するため、徐々に上昇する。 As shown in FIG. 8, the outlet temperature T out_51 of the adsorption tower 51 of the cooling process tower initially rises because the high temperature heat medium flows out, and then gradually decreases. In addition, the inlet temperature T in_52 of the adsorption tower 52 of the desorption process tower rises due to the inflow of the heated heat medium and the heated heat medium, and as the outlet temperature T out_51 of the adsorption tower 51 decreases. descend. The outlet temperature T out_52 of the adsorption tower 52 of the desorption process tower gradually rises because the amount of heat that could not be exchanged with the adsorbent gradually flows out.

図８における時刻ｔ１は、脱離工程が行われている吸着塔５２における出口温度Ｔout_52と、入口温度Ｔin_52との高低が逆転する時刻である。すなわち、仮に、時刻ｔ１以降の脱離工程塔の吸着塔５２に、昇温後の熱媒が供給され続けると、流入する熱媒によって昇温されるのではなく、冷却されることになってしまう。 Time t1 in FIG. 8 is the time when the level of the outlet temperature T out_52 and the inlet temperature T in_52 in the adsorption tower 52 where the desorption process is being performed is reversed. That is, if the heated heating medium continues to be supplied to the adsorption tower 52 of the desorption process tower after time t1, the temperature will not be raised by the inflowing heating medium, but it will be cooled. Put it away.

図９は、第２実施形態における脱離工程のフローチャートである。図９には、吸着塔５２で脱離工程が行われている場合（図５ないし図７の状態）の脱離工程のフローチャートが示されている。図９に示される脱離工程では、初めに、図５に示されるように、制御部２ａは、各バルブの開閉を制御することにより、冷却工程塔の吸着塔５１から流出する昇温後の熱媒を脱離工程塔の吸着塔５２に流入させる（ステップＳ１０１）。この状態で、制御部２ａは、脱離工程塔の出口温度Ｔout_52が入口温度Ｔin_52以上に変化したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。制御部２ａは、脱離工程塔の出口温度Ｔout_52が入口温度Ｔin_52未満であると判定した場合には（ステップＳ１０２：ＮＯ）、引き続き、出口温度Ｔout_52が入口温度Ｔin_52以上に変化することを監視する。 FIG. 9 is a flowchart of the desorption step in the second embodiment. FIG. 9 shows a flowchart of the desorption process when the desorption process is performed in the adsorption tower 52 (states shown in FIGS. 5 to 7). In the desorption process shown in FIG. 9, first, as shown in FIG. The heat medium is caused to flow into the adsorption tower 52 of the desorption process tower (step S101). In this state, the control unit 2a determines whether the outlet temperature T out_52 of the desorption process tower has changed to or higher than the inlet temperature T in_52 (step S102). If the control unit 2a determines that the outlet temperature T out_52 of the desorption process tower is less than the inlet temperature T in_52 (step S102: NO), the control unit 2a subsequently changes the outlet temperature T out_52 to the inlet temperature T in_52 or higher. monitor things.

制御部２ａは、脱離工程塔の出口温度Ｔout_52が入口温度Ｔin_52以上に変化したと判定した場合には（ステップＳ１０２：ＮＯ）、各バルブの開閉を制御し、昇温後の熱媒の脱離工程塔への流入を停止する（ステップＳ１０３）。次に、制御部２ａは、脱離工程開始からの出口温度Ｔout_52が入口温度Ｔin_52以上に変化してから、脱離工程開始から予め設定された所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。制御部２ａは、脱離工程開始から所定時間が経過していないと判定した場合には（ステップＳ１０４：ＮＯ）、引き続き、所定時間が経過するまで待機する。制御部２ａは、所定時間が経過したと判定した場合には（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、加熱部３による加熱後の媒体のみを脱離工程塔の吸着塔５２へと流入させる。その後、所定の工程切替時間が経過すると、脱離工程が終了する。 When the control unit 2a determines that the outlet temperature T out_52 of the desorption process tower has changed to or higher than the inlet temperature T in_52 (step S102: NO), the control unit 2a controls the opening and closing of each valve to The flow into the desorption process tower is stopped (step S103). Next, the control unit 2a determines whether a predetermined time period set in advance has elapsed since the start of the desorption process since the outlet temperature T out_52 has changed to the inlet temperature T in_52 or higher. (Step S104). When the control unit 2a determines that the predetermined time has not elapsed since the start of the desorption process (step S104: NO), it continues to wait until the predetermined time has elapsed. When the control unit 2a determines that the predetermined time has elapsed (step S104: YES), the control unit 2a causes only the medium heated by the heating unit 3 to flow into the adsorption tower 52 of the desorption process tower. Thereafter, when a predetermined process switching time has elapsed, the desorption process ends.

以上説明したように、第２実施形態の制御部２ａは、図７に示されるように、脱離工程塔の吸着塔５２における出口温度Ｔout_52が入口温度Ｔin_52以上の場合に、脱離工程塔に流入させていた昇温後の熱媒の流入を停止し、加熱後の熱媒のみを脱離工程塔へと流入させる。脱離工程塔における出口温度Ｔout_52が入口温度Ｔin_52以上の場合は、脱離工程塔を昇温させずに冷却している状態である。すなわち、第２実施形態のガス分離装置１００ａでは、このような状態において、脱離工程塔に対して、昇温後の熱媒を流入させずに、昇温後の熱媒よりも高温の加熱後の熱媒のみを流入させている。そのため、加熱部３の消費電力を減らすことができる又は同じ消費電力であっても脱離工程塔が到達する温度を高めることができる。 As explained above, as shown in FIG. 7, the control unit 2a of the second embodiment controls the desorption process when the outlet temperature T out_52 in the adsorption tower 52 of the desorption process tower is equal to or higher than the inlet temperature T in_52 . The flow of the heated heating medium that had been flowing into the tower is stopped, and only the heated heating medium is allowed to flow into the desorption process tower. When the outlet temperature T out_52 in the desorption process column is higher than the inlet temperature T in_52 , the desorption process column is being cooled without being heated. That is, in the gas separation apparatus 100a of the second embodiment, in such a state, the heated heating medium is not allowed to flow into the desorption process tower, and the heating medium is heated to a higher temperature than the heated heating medium. Only the latter heating medium is allowed to flow in. Therefore, the power consumption of the heating section 3 can be reduced, or even with the same power consumption, the temperature reached by the desorption process column can be increased.

＜第３実施形態＞
図１０ないし図１２は、第３実施形態のガス分離装置１００ｂの概略ブロック図である。第３実施形態のガス分離装置１００ｂは、第１実施形態のガス分離装置１００と比較して、４つの吸着塔５１～５４を備える点と、各吸着塔５１～５４において予熱工程を加えた４つの工程が順次行われる点と、各吸着塔５１～５４の出口温度を記憶する記憶部７を備える点とが大きく異なる。そのため、第３実施形態では、第１実施形態と異なる構成および制御について説明し、第１実施形態と同じ構成および制御について説明を省略する。 <Third embodiment>
10 to 12 are schematic block diagrams of a gas separation apparatus 100b according to the third embodiment. The gas separation apparatus 100b of the third embodiment is different from the gas separation apparatus 100 of the first embodiment in that it includes four adsorption towers 51 to 54 and that a preheating process is added to each adsorption tower 51 to 54. The major difference is that the two steps are performed sequentially and that a storage section 7 is provided to store the outlet temperature of each adsorption tower 51 to 54. Therefore, in the third embodiment, a different configuration and control from the first embodiment will be described, and a description of the same configuration and control as the first embodiment will be omitted.

図１０に示されるように、ガス分離装置１００ｂは、４つの吸着塔５１～５４と、各吸着塔５１～５４における入口温度を検出する入口温度センサＳ１～Ｓ４および出口温度を検出する出口温度センサＳ５～Ｓ８と、各出口温度センサＳ５～Ｓ８によって検出された各吸着塔５１～５４の出口温度を記憶する記憶部７と、制御部２ｂによって開閉が制御される複数のバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ１１～Ｖ１６，Ｖ２１～Ｖ２６，Ｖ３１～Ｖ３６，Ｖ４１～Ｖ４６と、を備えている。図１０ないし図１２に示される丸で囲まれたアルファベットの「Ｂ」～「Ｅ」は、図１ないし図３と、図５ないし図７とに示される「Ａ」および「Ｆ」と同じように、互いに接続していることを表している。 As shown in FIG. 10, the gas separation apparatus 100b includes four adsorption towers 51 to 54, inlet temperature sensors S1 to S4 that detect the inlet temperature in each adsorption tower 51 to 54, and outlet temperature sensors that detect the outlet temperature. S5 to S8, a storage unit 7 that stores the outlet temperature of each adsorption tower 51 to 54 detected by each outlet temperature sensor S5 to S8, and a plurality of valves V1, V2, and V11 whose opening and closing are controlled by the control unit 2b. ~V16, V21~V26, V31~V36, and V41~V46. The circled alphabets “B” to “E” shown in FIGS. 10 to 12 are the same as “A” and “F” shown in FIGS. 1 to 3 and FIGS. 5 to 7. This indicates that they are connected to each other.

吸着塔５４は、他の３つの吸着塔５１～５３と同じ吸着塔である。第３実施形態の各吸着塔５１～５４は、吸着工程と、脱離工程前に加熱される予熱工程と、脱離工程と、冷却工程と、を順次実行する。入口温度センサＳ４および出口温度センサＳ８は、入口温度センサＳ１～Ｓ３および出口温度センサＳ５～Ｓ７と同じでセンサある。制御部２ｂは、記憶部７に記憶された出口温度と、各吸着塔５１～５４における入口温度および出口温度とを用いることによって、各バルブの開閉を制御する。 The adsorption tower 54 is the same adsorption tower as the other three adsorption towers 51 to 53. Each of the adsorption towers 51 to 54 of the third embodiment sequentially performs an adsorption step, a preheating step in which the adsorption step is heated before the desorption step, a desorption step, and a cooling step. The inlet temperature sensor S4 and the outlet temperature sensor S8 are the same sensors as the inlet temperature sensors S1 to S3 and the outlet temperature sensors S5 to S7. The control unit 2b controls opening and closing of each valve by using the outlet temperature stored in the storage unit 7 and the inlet temperature and outlet temperature of each adsorption tower 51 to 54.

図１０には、各吸着塔５１～５４の工程が切り替わった直後で、吸着塔５１で冷却工程が行われ、吸着塔５２で脱離工程が行われ、吸着塔５３で予熱工程が行われ、吸着塔５４で吸着工程が行われている状態が示されている。図１１および図１２に示される状態は、図１１の状態で各吸着塔５１～５４が実行する工程が同じ状態で、制御部２ｂによって、予熱工程が実行されている予熱工程塔に流入する熱媒の流れが変化した状態である。なお、図１１および図１２の状態の詳細については、後述する。 In FIG. 10, immediately after the processes of each of the adsorption towers 51 to 54 are switched, a cooling process is performed in the adsorption tower 51, a desorption process is performed in the adsorption tower 52, a preheating process is performed in the adsorption tower 53, and A state in which an adsorption step is being performed in the adsorption tower 54 is shown. The state shown in FIGS. 11 and 12 is a state in which the adsorption towers 51 to 54 perform the same steps as shown in FIG. This is a state in which the flow of the medium has changed. Note that details of the states shown in FIGS. 11 and 12 will be described later.

図１０に示される状態では、冷却工程塔の吸着塔５１に冷媒が供給され、吸着塔５１から流出した昇温後の熱媒は、脱離工程塔の吸着塔５２には供給されずに、予熱工程を実行する予熱工程塔の吸着塔５３に流入する。予熱工程塔は、吸着塔５１から流入する昇温後の熱媒によって昇温する。脱離工程塔の吸着塔５２には、加熱部３による加熱後の熱媒のみが流入する。冷却工程塔の吸着塔５４には、冷媒が供給される。 In the state shown in FIG. 10, the refrigerant is supplied to the adsorption tower 51 of the cooling process tower, and the heated heating medium flowing out from the adsorption tower 51 is not supplied to the adsorption tower 52 of the desorption process tower. It flows into the adsorption tower 53 of the preheating process tower that performs the preheating process. The temperature of the preheating process tower is raised by the heated heating medium flowing from the adsorption tower 51. Only the heating medium heated by the heating section 3 flows into the adsorption tower 52 of the desorption process tower. A refrigerant is supplied to the adsorption tower 54 of the cooling process tower.

図１３は、第３実施形態における各吸着塔５２，５３の入口温度Ｔin_53および出口温度Ｔout_52，Ｔout_53の時間推移の一例を示すグラフである。図１３には、図１０に示される状態の脱離工程塔の吸着塔５２の出口温度Ｔout_52（一点鎖線）と、予熱工程塔の吸着塔５３の入口温度Ｔin_53（実線）および出口温度Ｔout_53（破線）の時間推移が示されている。 FIG. 13 is a graph showing an example of the time course of the inlet temperature T in_53 and the outlet temperatures T out_52 and T out_53 of each adsorption tower 52 and 53 in the third embodiment. FIG. 13 shows the outlet temperature T out_52 (dotted chain line) of the adsorption tower 52 of the desorption process tower in the state shown in FIG. 10, the inlet temperature T in_53 (solid line) of the adsorption tower 53 of the preheating process tower, and the outlet temperature T The time course of out_53 (dashed line) is shown.

予熱工程塔には、図５に示される第２実施形態の脱離工程塔と同じように、冷却工程塔の吸着塔５１から流出した昇温後の熱媒が流入する。そのため、図８および図１３に示されるように、予熱工程塔の入口温度Ｔin_53および出口温度Ｔout_53は、図８に示される第２実施形態の脱離工程塔の入口温度Ｔin_52および出口温度Ｔout_52のような挙動を示す。第３実施形態における脱離工程塔の吸着塔５２では、加熱部３による加熱後の媒体によって供給される熱量が、吸着材と熱交換する。一定時間経過後、熱交換しきれなくなった熱量が脱離工程塔から流出する。これにより、脱離工程塔の出口温度Ｔout_52は、徐々に上昇する。 Similar to the desorption process tower of the second embodiment shown in FIG. 5, the heated heating medium flowing out from the adsorption tower 51 of the cooling process tower flows into the preheating process tower. Therefore, as shown in FIGS. 8 and 13, the inlet temperature T in_53 and outlet temperature T out_53 of the preheating process column are the same as the inlet temperature T in_52 and outlet temperature of the desorption process column of the second embodiment shown in FIG. It shows behavior like T out_52 . In the adsorption tower 52 of the desorption process tower in the third embodiment, the amount of heat supplied by the medium heated by the heating unit 3 exchanges heat with the adsorbent. After a certain period of time, the amount of heat that cannot be exchanged flows out of the desorption tower. As a result, the outlet temperature T out_52 of the desorption process column gradually increases.

制御部２ｂは、図１０に示される状態で熱媒の流れを制御した後、予熱工程塔の出口温度Ｔout_53が入口温度Ｔin_53と同じになった場合に、各バルブの開閉を制御し、図１１に示されるように、予熱工程塔への昇温後の熱媒の流入を停止する。このとき、記憶部７は、予熱工程塔の吸着塔５３における出口温度Ｔout_53が入口温度Ｔin_53と同じになった際の温度Ｔcrfを記憶する。なお、図１３に示されるように、この時の時刻をｔcrfとする。 After controlling the flow of the heat medium in the state shown in FIG. 10, the control unit 2b controls the opening and closing of each valve when the outlet temperature T out_53 of the preheating process tower becomes the same as the inlet temperature T in_53 , As shown in FIG. 11, the flow of the heating medium into the preheating step tower after the temperature rise is stopped. At this time, the storage unit 7 stores the temperature T crf when the outlet temperature T out_53 of the adsorption tower 53 of the preheating process tower becomes the same as the inlet temperature T in_53 . Note that, as shown in FIG. 13, the time at this time is t crf .

制御部２ｂは、時刻ｔcrf以降、図１１に示される状態を維持し、脱離工程塔における出口温度Ｔout_53が記憶部７に記憶された温度Ｔcrfよりも高い場合に、各バルブの開閉を制御し、図１２に示されるように、脱離工程塔から流出する熱媒を予熱工程塔に流入させる。なお、図１３に示されるように、脱離工程塔から流出する熱媒が予熱工程塔に流入し始める時刻をｔ２とする。 After time t crf , the control section 2b maintains the state shown in FIG. As shown in FIG. 12, the heating medium flowing out from the desorption process column is caused to flow into the preheating process column. Note that, as shown in FIG. 13, t2 is the time when the heat medium flowing out from the desorption process tower starts to flow into the preheating process tower.

図１４は、第３実施形態におけるガス分離装置１００ｂの制御方法のフローの説明図である。図１４には、時間の経過に伴って各吸着塔５１～５４で行われる工程が表として示されている。制御部２ｂが各バルブの開閉を制御することにより、吸着塔５１で冷却工程が行われ、吸着塔５２で脱離工程が行われ、吸着塔５３で予熱工程が行われ、吸着塔５４で吸着工程が行われる。以降、図１４に示されるように、制御部２ｂが各バルブの開閉を制御することにより、各吸着塔５１～５４で各工程が順次行われる。第３実施形態では、制御部２ｂは、図１４に示されるＢの区間を１サイクルとして、各吸着塔５１～５４での運転を繰り返し行う。 FIG. 14 is an explanatory diagram of the flow of the control method for the gas separation device 100b in the third embodiment. In FIG. 14, the steps performed in each of the adsorption towers 51 to 54 over time are shown as a table. By controlling the opening and closing of each valve by the control unit 2b, a cooling process is performed in the adsorption tower 51, a desorption process is performed in the adsorption tower 52, a preheating process is performed in the adsorption tower 53, and an adsorption process is performed in the adsorption tower 54. The process is carried out. Thereafter, as shown in FIG. 14, the control unit 2b controls the opening and closing of each valve, so that each step is sequentially performed in each of the adsorption towers 51 to 54. In the third embodiment, the control unit 2b repeatedly operates each of the adsorption towers 51 to 54, with section B shown in FIG. 14 as one cycle.

図１５は、第３実施形態における予熱工程のフローチャートである。図１５には、吸着塔５３で予熱工程が行われている場合の予熱工程のフローチャートが示されている。図１５に示されるように、予熱工程では、制御部２ｂが各バルブの開閉を制御することにより、初めに、図１０に示されるように、冷却工程塔の吸着塔５１から流出する昇温後の熱媒が、予熱工程塔の吸着塔５３に流入する（ステップＳ１５１）。この状態で、制御部２ｂは、予熱工程塔における出口温度Ｔout_53が入口温度Ｔin_53と同じになったか否かを判定する（ステップＳ１５２）。制御部２ｂは、予熱工程塔における出口温度Ｔout_53が入口温度Ｔin_53と同じにはなっていないと判定した場合には（ステップＳ１５２：ＮＯ）、引き続き、出口温度Ｔout_53と入口温度Ｔin_53の値を監視する。 FIG. 15 is a flowchart of the preheating process in the third embodiment. FIG. 15 shows a flowchart of the preheating process when the adsorption tower 53 is performing the preheating process. As shown in FIG. 15, in the preheating step, the control section 2b controls the opening and closing of each valve, so that, as shown in FIG. The heating medium flows into the adsorption tower 53 of the preheating process tower (step S151). In this state, the control unit 2b determines whether the outlet temperature T out_53 in the preheating process column has become the same as the inlet temperature T in_53 (step S152). When the control unit 2b determines that the outlet temperature T out_53 in the preheating process tower is not the same as the inlet temperature T in_53 (step S152: NO), the control unit 2b continues to adjust the outlet temperature T out_53 and the inlet temperature T in_53 . Monitor values.

制御部２ｂは、予熱工程塔における出口温度Ｔout_53が入口温度Ｔin_53と同じになったと判定した場合には（ステップＳ１５２：Ｙｅｓ）、図１１に示されるように、予熱工程塔に流入させていた昇温後の熱媒の流入を停止する（ステップＳ１５３）。記憶部７は、予熱工程塔の出口温度Ｔout_53が入口温度Ｔin_53と同じになった温度Ｔcrfを記憶する（ステップＳ１５４）。 When the control unit 2b determines that the outlet temperature T out_53 in the preheating process column has become the same as the inlet temperature T in_53 (step S152: Yes), as shown in FIG. The flow of the heat medium after the temperature has been raised is stopped (step S153). The storage unit 7 stores the temperature T crf at which the outlet temperature T out_53 of the preheating process column becomes the same as the inlet temperature T in_53 (step S154).

制御部２ｂは、予熱工程塔への熱媒の流入を停止している状態で、脱離工程塔の吸着塔５２の出口温度Ｔout_52が記憶部７に記憶された温度Ｔcrfよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１５５）。制御部２ｂは、脱離工程塔の出口温度Ｔout_52が温度Ｔcrf以下であると判定した場合には（ステップＳ１５５：ＮＯ）、引き続き、脱離工程塔の出口温度Ｔout_52が温度Ｔcrfよりも高くなるまで監視する（ステップＳ１５５）。制御部２ｂは、脱離工程塔の出口温度Ｔout_52が温度Ｔcrfよりも高くなったと判定した場合には（ステップＳ１５５：ＹＥＳ）、脱離工程塔から流出する熱媒を予熱工程塔へと流入させる（ステップＳ１５６）。その後、所定の工程切替時間が経過すると、脱離工程のフローが終了する。 The control unit 2b determines whether the outlet temperature T out_52 of the adsorption tower 52 of the desorption process tower is higher than the temperature T crf stored in the storage unit 7 while the flow of the heat medium into the preheating process tower is stopped. It is determined whether or not (step S155). When the control unit 2b determines that the outlet temperature T out_52 of the desorption process column is equal to or lower than the temperature T crf (step S155: NO), the control unit 2b continues to make the outlet temperature T out_52 of the desorption process column lower than the temperature T crf . Monitoring is continued until the value becomes high (step S155). When the control unit 2b determines that the outlet temperature T out_52 of the desorption process tower has become higher than the temperature T crf (step S155: YES), the control unit 2b directs the heat medium flowing out from the desorption process tower to the preheating process tower. is caused to flow (step S156). Thereafter, when a predetermined process switching time has elapsed, the flow of the desorption process ends.

図１６ないし図１８は、第３実施形態のガス分離装置１００ｂにおける効果の説明図である。図１６には、第３実施形態における予熱工程塔の出口温度Ｔout_53の時間推移が実線で示されている。また、図１６には、比較例のガス分離装置１００ｘにおける予熱工程塔の出口温度Ｔout_cm（比較例）が破線で示されている。比較例のガス分離装置１００ｘは、第３実施形態のガス分離装置１００ｂと比較して、吸着工程塔および脱離工程塔から流出する熱媒が予熱工程塔に流入していない（再利用されない）点が異なり、その他の構成および制御は同じである。 FIGS. 16 to 18 are explanatory diagrams of the effects of the gas separation device 100b of the third embodiment. In FIG. 16, the time course of the outlet temperature T out_53 of the preheating process column in the third embodiment is shown by a solid line. Further, in FIG. 16, the outlet temperature T out_cm (comparative example) of the preheating step column in the gas separation apparatus 100x of the comparative example is shown by a broken line. In the gas separation apparatus 100x of the comparative example, compared to the gas separation apparatus 100b of the third embodiment, the heat medium flowing out from the adsorption process column and the desorption process column does not flow into the preheating process column (is not reused). However, the other configurations and controls are the same.

図１６には、吸着塔５３で行われる工程が予熱工程から脱離工程へと切り替わる時刻ｔch前後の出口温度の温度推移が示されている。図１６に示されるように、冷却工程塔から流出する昇温後の熱媒および脱離工程塔から流出する熱媒の熱量が、予熱工程塔の昇温に利用されることにより、第３実施形態における予熱工程塔の出口温度Ｔout_53の温度推移は、比較例の出口温度Ｔout_cmの温度推移よりも常に高くなっている。 FIG. 16 shows the temperature transition of the outlet temperature before and after the time t ch when the process performed in the adsorption tower 53 switches from the preheating process to the desorption process. As shown in FIG. 16, the amount of heat of the heated heating medium flowing out from the cooling process tower and the heating medium flowing out from the desorption process tower is used to raise the temperature of the preheating process tower. The temperature transition of the outlet temperature T out_53 of the preheating step column in the example embodiment is always higher than the temperature transition of the outlet temperature T out_cm of the comparative example.

図１７には、脱離工程が始まってから脱離工程塔で回収される第３実施形態の二酸化炭素の流量推移Ｑ53が実線で示され、脱離工程塔から回収される比較例の二酸化炭素の流量推移Ｑcmが破線で示されている。図１８には、脱離工程が始まってから脱離工程塔で回収される二酸化炭素の総量推移Ｖ53が実線で示され、脱離工程塔から回収される比較例の二酸化炭素の総量推移Ｖcmが破線で示されている。図１７および図１８に示されるように、第３実施形態における脱離工程塔は、比較例よりも短時間でより多くの二酸化炭素を回収できる。 In FIG. 17, the flow rate transition Q53 of carbon dioxide in the third embodiment recovered in the desorption process tower after the start of the desorption process is shown as a solid line, and the carbon dioxide in the comparative example recovered from the desorption process tower is shown as a solid line. The carbon flow rate change Q cm is shown by a broken line. In FIG. 18, the transition V 53 in the total amount of carbon dioxide recovered in the desorption process tower after the start of the desorption process is shown by a solid line, and the change in the total amount V 53 of carbon dioxide recovered from the desorption process tower in the comparative example. cm is indicated by a dashed line. As shown in FIGS. 17 and 18, the desorption process column in the third embodiment can recover more carbon dioxide in a shorter time than the comparative example.

以上説明したように、第３実施形態の各吸着塔５１～５４では、吸着工程と、予熱工程と、脱離工程と、冷却工程とが順次行われる。制御部２ｂは、各バルブの開閉を制御することにより、図１２に示されるように、脱離工程塔から流出した熱媒を予熱工程塔へと流入させる。すなわち、脱離工程が行われる前の予熱工程塔の昇温に、脱離工程塔から流出する熱媒の熱量が利用される。そのため、ガス分離装置１００ｂが混合ガスから二酸化炭素を分離するために必要なエネルギーが低減する。 As explained above, in each of the adsorption towers 51 to 54 of the third embodiment, an adsorption step, a preheating step, a desorption step, and a cooling step are sequentially performed. The control unit 2b controls the opening and closing of each valve to cause the heat medium flowing out of the desorption process tower to flow into the preheating process tower, as shown in FIG. That is, the amount of heat of the heating medium flowing out from the desorption process column is used to raise the temperature of the preheating process column before the desorption process is performed. Therefore, the energy required for the gas separation device 100b to separate carbon dioxide from the mixed gas is reduced.

また、第３実施形態のガス分離装置１００ｂでは、冷却工程塔の吸着塔５１から流出する昇温後の熱媒が予熱工程塔の吸着塔５３に流入している状態（図１０）で、予熱工程塔における出口温度Ｔout_53と入口温度Ｔin_53とが同じになると（図１３の温度Ｔcrf）、制御部２ｂは、予熱工程塔に流入する昇温後の熱媒を停止する（図１１）。その後、制御部２ｂは、図１２に示されるように、脱離工程塔の吸着塔５２から流出する高温の熱媒を予熱工程塔に流入させる。すなわち、予熱工程塔には、昇温後の熱媒が予熱工程塔を昇温できるまで流入し、その後に、脱離工程塔から流出する高温の熱媒が流入する。そのため、冷却工程塔および脱離工程塔から流出する熱媒を介した熱量を、効率的に予熱工程塔の昇温に利用できる。 Furthermore, in the gas separation apparatus 100b of the third embodiment, in a state (FIG. 10) in which the heated heating medium flowing out from the adsorption tower 51 of the cooling process tower is flowing into the adsorption tower 53 of the preheating process tower, the preheating When the outlet temperature T out_53 and the inlet temperature T in_53 in the process tower become the same (temperature T crf in FIG. 13), the control unit 2b stops the heated heating medium flowing into the preheating process tower (FIG. 11). . Thereafter, as shown in FIG. 12, the control unit 2b causes the high temperature heat medium flowing out from the adsorption tower 52 of the desorption process tower to flow into the preheating process tower. That is, the heated heating medium flows into the preheating process tower until the temperature of the preheating process tower can be raised, and then the high temperature heating medium flowing out from the desorption process tower flows into the preheating process tower. Therefore, the amount of heat flowing out from the cooling process tower and the desorption process tower via the heat medium can be efficiently used to raise the temperature of the preheating process tower.

また、第３実施形態の記憶部７は、予熱工程塔における出口温度Ｔout_53が入口温度Ｔin_53に達したときの温度Ｔcrfを記憶する。制御部２ｂは、予熱工程塔への熱媒の流入が停止している状態で（図１１）、脱離工程塔の出口温度Ｔout_52が温度Ｔcrfよりも高くなった場合に、脱離工程塔から流出する熱媒を予熱工程塔へと流入させる。記憶部７に記憶された温度Ｔcrfは、繰り返し行われるサイクルで変化する温度である。制御部２ｂは、変化に対応した温度Ｔcrfに応じて、予熱工程塔に流入する熱媒を切り替える。そのため、第３実施形態のガス分離装置１００ｂでは、熱媒を介した熱量がより効率的に予熱工程塔の昇温に利用される。 Furthermore, the storage unit 7 of the third embodiment stores the temperature T crf when the outlet temperature T out_53 in the preheating process column reaches the inlet temperature T in_53 . The control unit 2b controls the desorption process to start when the outlet temperature T out_52 of the desorption process tower becomes higher than the temperature T crf while the flow of the heat medium into the preheating process tower is stopped (FIG. 11). The heating medium flowing out of the column flows into the preheating stage column. The temperature T crf stored in the storage unit 7 is a temperature that changes in repeated cycles. The control unit 2b switches the heat medium flowing into the preheating step tower according to the temperature T crf corresponding to the change. Therefore, in the gas separation apparatus 100b of the third embodiment, the amount of heat via the heating medium is used more efficiently to raise the temperature of the preheating step column.

＜上記実施形態の変形例＞
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 the above embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the spirit thereof. For example, the following modifications are also possible.

［変形例１］
上記実施形態のガス分離装置１００，１００ａ，１００ｂは一例であり、ガス分離装置１００，１００ａ，１００ｂが備える構成および実行する制御については、種々変形可能である。例えば、第１実施形態および第２実施形態のガス分離装置１００，１００ａは、３つよりも多い吸着塔を備えていてもよいし、第３実施形態のガス分離装置１００ｂは、４つよりも多い吸着塔を備えていてもよい。例えば、ガス分離装置が５つの吸着塔を備える場合に、４つの各吸着塔で吸着工程、予熱工程、脱離工程、および冷却工程が行われ、残りの１つの吸着塔でさらに冷却工程が行われてもよい。この場合に、冷却工程の工程時間が、他の工程の工程時間の２倍であるとも換言できる。また、残り１つの工程では、冷却工程後に、熱媒（冷媒）が流入しない工程が行われてもよい。各吸着塔５１～５４が、吸着工程塔、予熱工程塔、脱離工程塔、および吸着工程塔として順次機能するとは、この順番で各工程が行われることを意味し、各工程間に別の工程、例えば、吸着塔に何ら熱媒（冷媒）が流入しない工程などが含まれている場合も包含する。そのため、吸着工程終了後かつ脱離工程開始前の吸着塔は、予熱工程塔以外の工程が行われる吸着塔を含んでいてもよい。 [Modification 1]
The gas separation devices 100, 100a, 100b of the above embodiments are merely examples, and the configuration and control executed by the gas separation devices 100, 100a, 100b can be modified in various ways. For example, the gas separation apparatuses 100 and 100a of the first and second embodiments may include more than three adsorption towers, and the gas separation apparatus 100b of the third embodiment may include more than four adsorption towers. A large number of adsorption towers may be provided. For example, when a gas separation device is equipped with five adsorption towers, each of the four adsorption towers performs an adsorption process, a preheating process, a desorption process, and a cooling process, and the remaining one adsorption tower performs a cooling process. It's okay to be hurt. In this case, it can also be said that the process time of the cooling process is twice the process time of the other processes. Furthermore, in the remaining one step, a step in which no heat medium (coolant) flows may be performed after the cooling step. When the adsorption towers 51 to 54 function sequentially as an adsorption process tower, a preheating process tower, a desorption process tower, and an adsorption process tower, it means that each process is performed in this order, and there is another It also includes a process including, for example, a process in which no heat medium (refrigerant) flows into the adsorption tower. Therefore, the adsorption tower after the end of the adsorption step and before the start of the desorption step may include an adsorption tower in which steps other than the preheating step tower are performed.

各吸着塔は、同じ吸着塔で構成される必要はなく、異なる吸着塔であってもよい。例えば、吸着塔の形状が異なっていてもよいし、吸着塔内の吸着材の種類や量が異なっていてもよく、吸着塔は、複数種類の吸着材を有していてもよい。吸着塔の形状は、熱媒によって熱交換しやすい形状が好ましい。ガス分離装置は、吸着塔の形状等に応じて、各吸着塔で行われる工程の工程時間を変えてもよい。各吸着塔に流入する熱媒（冷媒）の量や時間は、異なるように制御されてもよい。 Each adsorption tower does not need to be composed of the same adsorption tower, and may be a different adsorption tower. For example, the shape of the adsorption tower may be different, the type and amount of adsorbent in the adsorption tower may be different, and the adsorption tower may have multiple types of adsorbent. The shape of the adsorption tower is preferably a shape that facilitates heat exchange with the heat medium. The gas separation device may change the process time of the process performed in each adsorption tower depending on the shape of the adsorption tower and the like. The amount and time of the heat medium (refrigerant) flowing into each adsorption tower may be controlled differently.

ガス分離装置１００，１００ａ，１００ｂが分離する特定のガスは、二酸化炭素以外のガスであってもよく、例えば、空気の除湿のために水蒸気を分離する装置であってもよい。吸着塔が有する吸着材は、特定のガスに応じて適宜材料が選択されればよい。各吸着塔５１～５４に接続される熱媒流路４は、熱媒流路４内を流通する熱媒が各吸着塔５１～５４と熱交換可能な範囲で変形可能である。例えば、円筒状の吸着塔５１～５４に対して中心軸に沿って混合ガスが流通される場合に、熱媒流路４は、同じ中心軸に沿って各吸着塔５１～５４内に配置されていてもよいし、円筒の任意の側面から入って出るように出入口が形成されてもよい。 The specific gas separated by the gas separation devices 100, 100a, and 100b may be gases other than carbon dioxide, and may be, for example, devices that separate water vapor for air dehumidification. The material of the adsorbent included in the adsorption tower may be appropriately selected depending on the specific gas. The heat medium flow path 4 connected to each of the adsorption towers 51 to 54 can be modified within a range where the heat medium flowing through the heat medium flow path 4 can exchange heat with each of the adsorption towers 51 to 54. For example, when a mixed gas is distributed along the central axis of the cylindrical adsorption towers 51 to 54, the heat medium flow path 4 is arranged in each of the adsorption towers 51 to 54 along the same central axis. Alternatively, an opening may be formed to enter and exit from any side of the cylinder.

加熱部３および排熱部６は、熱媒流路４内を流通する熱媒を昇温または降温できればよく、周知の技術を適用できる。加熱部３および排熱部６は、熱媒流路４および熱媒に応じて、選択されればよい。また、第１実施形態のガス分離装置１００は、各吸着塔５１～５３に流出入する熱媒の温度を検出する入口温度センサＳ１～Ｓ３および出口温度センサＳ５～Ｓ８を備えていなくてもよい。また、第２実施形態および第３実施形態のガス分離装置１００ａ，１００ｂの入口温度センサＳ１～Ｓ４および出口温度センサＳ５～Ｓ８は、各吸着塔５１～５４に流出入する熱媒の温度を取得できる範囲で変形可能である。 The heating section 3 and the heat exhaust section 6 only need to be able to raise or lower the temperature of the heat medium flowing through the heat medium flow path 4, and well-known techniques can be applied to them. The heating section 3 and the heat exhaust section 6 may be selected depending on the heat medium flow path 4 and the heat medium. Further, the gas separation apparatus 100 of the first embodiment does not need to include the inlet temperature sensors S1 to S3 and the outlet temperature sensors S5 to S8 that detect the temperature of the heat medium flowing in and out of each adsorption tower 51 to 53. . In addition, the inlet temperature sensors S1 to S4 and outlet temperature sensors S5 to S8 of the gas separation apparatuses 100a and 100b of the second and third embodiments acquire the temperature of the heat medium flowing in and out of each adsorption tower 51 to 54. It can be modified to the extent possible.

［変形例２］
上記第２実施形態では、脱離工程塔の吸着塔５２に熱媒が供給されていない状態（図６）があるが、制御部２ａは、脱離工程塔における出口温度Ｔout_52が入口温度Ｔin_52以上になった場合に、脱離工程塔に昇温後の熱媒が流入している図５の状態から、図６の状態を介さずに、脱離工程塔に加熱後の熱媒を流入させる図７の状態に変化してもよい。換言すると、この変形例では、図９に示される脱離工程のフローチャートにおけるステップＳ１０３，１０４の処理が省略されている。また、制御部２ａは、脱離工程に切り替わった直後の脱離工程塔に、昇温後の熱媒に加えて、さらに、加熱後の熱媒を流入させてもよい。 [Modification 2]
In the second embodiment, there is a state (FIG. 6) in which the heat medium is not supplied to the adsorption tower 52 of the desorption process tower. When the temperature exceeds in_52 , the heated heating medium flows into the desorption process tower from the state shown in Figure 5 in which the heated heating medium is flowing into the desorption process tower without going through the state shown in Figure 6. The state may be changed to the state shown in FIG. 7 where the water is allowed to flow. In other words, in this modification, steps S103 and 104 in the flowchart of the desorption step shown in FIG. 9 are omitted. Further, the control unit 2a may cause the heated heating medium to flow into the desorption process tower immediately after switching to the desorption process, in addition to the heated heating medium.

［変形例３］
第３実施形態のガス分離装置１００ｂでは、図１０ないし図１２に示されるように、予熱工程塔には、冷却工程塔から流出した昇温後の熱媒または脱離工程塔から流出した熱媒が流入したが、予熱工程塔に流入する熱媒については、種々変形可能である。例えば、図１０に示される状態で、制御部２ｂは、昇温後の熱媒に加えて、脱離工程塔から流出する熱媒も予熱工程塔に流入させてもよい。また、図１２に示される状態で、制御部２ｂは、脱離工程塔から流出する熱媒に加えて、加熱部３による加熱後の熱媒も予熱工程塔に流入させてもよい。 [Modification 3]
In the gas separation apparatus 100b of the third embodiment, as shown in FIGS. 10 to 12, the preheating process tower includes the heated heating medium flowing out from the cooling process tower or the heating medium flowing out from the desorption process tower. However, the heating medium flowing into the preheating step tower can be modified in various ways. For example, in the state shown in FIG. 10, the control unit 2b may cause the heating medium flowing out from the desorption process tower to flow into the preheating process tower in addition to the heating medium after the temperature has been raised. Further, in the state shown in FIG. 12, the control section 2b may cause the heat medium heated by the heating section 3 to also flow into the preheating step tower, in addition to the heat medium flowing out from the desorption step tower.

第３実施形態では、図１１に示される予熱工程塔に熱媒が流入しない状態があるが、制御部２ｂは、常に、予熱工程塔に何らかの熱媒を流入させてもよい。例えば、制御部２ｂは、予熱工程塔の吸着塔５３における入口温度Ｔin_53と出口温度Ｔout_53とが同じになった時刻ｔcrf（図１３）に、昇温後の熱媒の流入を停止させ、かつ、脱離工程塔から流出する熱媒を予熱工程塔に流入させてもよい。上記第２実施形態および第３実施形態における同じ温度とは、全く同じ温度に加えて、所定の温度範囲を含む温度を含んでいてもよい。例えば、同じ温度±２℃の範囲も、同じ温度とみなされてもよい。 In the third embodiment, although there is a state in which the heating medium does not flow into the preheating process tower shown in FIG. 11, the control unit 2b may always cause some heating medium to flow into the preheating process tower. For example, the control unit 2b stops the inflow of the heating medium after the temperature rise at time t crf (FIG. 13) when the inlet temperature T in_53 and the outlet temperature T out_53 in the adsorption tower 53 of the preheating process tower become the same. , and the heat medium flowing out from the desorption step tower may be allowed to flow into the preheating step tower. The same temperature in the second embodiment and the third embodiment may include not only the exact same temperature but also a temperature within a predetermined temperature range. For example, a range of the same temperature ±2°C may also be considered the same temperature.

第３実施形態では、制御部２ｂは、記憶部７に記憶された温度Ｔcrfを用いて、予熱工程塔に、脱離工程塔から流出する熱媒の流入開始を制御したが、当該流入開始の制御については種々変形可能である。例えば、制御部２ｂは、時刻ｔcrfから、予め設定された所定の時間が経過した場合に。脱離工程塔から流出する熱媒を予熱工程塔に流入させてもよい。また、制御部２ｂは、所定の時間の代わりに、脱離工程塔の出口温度が温度Ｔcrfを基準として設定された所定温度（例えば、Ｔcrf＋５℃）以上になった場合に、脱離工程塔から流出する熱媒を予熱工程塔に流入させてもよい。 In the third embodiment, the control unit 2b controls the start of the inflow of the heat medium flowing out from the desorption process tower into the preheating process tower using the temperature T crf stored in the storage unit 7. The control can be modified in various ways. For example, when a predetermined time set in advance has elapsed since time t crf , the control unit 2b controls the control unit 2b. The heating medium flowing out of the desorption step column may flow into the preheating step column. In addition, the control unit 2b controls the desorption process when the outlet temperature of the desorption process tower reaches a predetermined temperature (for example, T crf +5°C) set with reference to the temperature T crf instead of the predetermined time. The heating medium flowing out of the process column may flow into the preheating process column.

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。 Although the present aspect has been described above based on the embodiments and modified examples, the embodiments of the above-described aspect are for facilitating understanding of the present aspect, and do not limit the present aspect. This aspect may be modified and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and this aspect includes equivalents thereof. Furthermore, if the technical feature is not described as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.

２，２ａ，２ｂ…制御部
３…加熱部
４…熱媒流路
６…排熱部
７…記憶部
５１～５４…吸着塔
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｘ…ガス分離装置
Ｑ53，Ｑcm…流量推移
Ｓ１～Ｓ４…入口温度センサ（入口温度取得部）
Ｓ５～Ｓ８…出口温度センサ（出口温度取得部）
Ｔcrf…記憶部に記憶された温度
Ｔin_52，Ｔin_53…入口温度
Ｔout_51，Ｔout_52，Ｔout_53…出口温度
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ１１～Ｖ１６，Ｖ２１～Ｖ２６，Ｖ３１～Ｖ３６，Ｖ４１～Ｖ４６…バルブ
Ｖ53，Ｖcm…総量推移
ｔ１，ｔ２，ｔcrf，ｔch…時刻 2, 2a, 2b...Control section 3...Heating section 4...Heating medium channel 6...Exhaust heat section 7...Storage section 51-54...Adsorption tower 100,100a, 100b, 100x...Gas separation device Q 53 , Q cm ... Flow rate transition S1 to S4...Inlet temperature sensor (inlet temperature acquisition section)
S5 to S8...Outlet temperature sensor (outlet temperature acquisition section)
T crf ...Temperature stored in the memory T in_52 , T in_53 ...Inlet temperature T out_51 , T out_52 , T out_53 ...Outlet temperature V1, V2, V11~V16, V21~V26, V31~V36, V41~V46...Valve V 53 , V cm ... total amount transition t1, t2, t crf , t ch ... time

Claims (5)

ガス分離装置であって、
混合ガスに含まれる１以上の特定のガスを吸着可能な吸着材を有する３つ以上の吸着塔と、
各前記吸着塔に接続され、各前記吸着塔間において熱媒を流通させる熱媒流路と、
前記熱媒流路の流通を制御する制御部と、
前記熱媒を加熱する加熱部と、
各前記吸着塔に流入する前記熱媒の温度である入口温度を取得する入口温度取得部と、
各前記吸着塔から流出する前記熱媒の温度である出口温度を取得する出口温度取得部と、
を備え、
前記３つ以上の吸着塔は、それぞれ、
前記吸着材が前記特定のガスを吸着する吸着工程を行う吸着工程塔と、
前記熱媒による熱交換によって、前記吸着材に吸着された前記特定のガスを脱離する脱離工程を行う脱離工程塔と、
前記吸着材を冷却する冷却工程を行う冷却工程塔と、
として順次機能し、
前記制御部は、
前記冷却工程塔から流出した前記熱媒であって、前記冷却工程において昇温された昇温後の前記熱媒を、前記脱離工程塔と、前記吸着工程終了後かつ前記脱離工程開始前の前記吸着塔との少なくとも一方へと流入させ、
前記昇温後の熱媒に加えてさらに、前記加熱部による加熱後の前記熱媒を、前記脱離工程塔へと流入させ、
前記脱離工程塔における前記出口温度が前記入口温度以上の場合に、前記吸着塔への前記昇温後の熱媒の流入を停止して前記加熱後の熱媒のみを流入させる、ガス分離装置。 A gas separation device,
three or more adsorption towers each having an adsorbent capable of adsorbing one or more specific gases contained in the mixed gas;
a heat medium flow path connected to each of the adsorption towers and for circulating a heat medium between each of the adsorption towers;
a control unit that controls the flow of the heat medium flow path;
a heating section that heats the heat medium;
an inlet temperature acquisition unit that acquires an inlet temperature that is the temperature of the heat medium flowing into each of the adsorption towers;
an outlet temperature acquisition unit that acquires an outlet temperature that is the temperature of the heat medium flowing out from each adsorption tower;
Equipped with
The three or more adsorption towers each include:
an adsorption step column that performs an adsorption step in which the adsorbent adsorbs the specific gas;
a desorption step column that performs a desorption step of desorbing the specific gas adsorbed on the adsorbent through heat exchange with the heating medium;
a cooling process tower that performs a cooling process to cool the adsorbent;
functions sequentially as
The control unit includes:
The heating medium that has flowed out from the cooling process tower and has been heated in the cooling process is transferred to the desorption process tower after the adsorption process is completed and before the desorption process is started. into at least one of the adsorption tower,
In addition to the heating medium after the temperature increase, the heating medium after being heated by the heating section is further caused to flow into the desorption process column,
When the outlet temperature in the desorption process tower is equal to or higher than the inlet temperature, the gas separation device stops the flow of the heated heating medium into the adsorption tower and allows only the heated heating medium to flow into the adsorption tower. . 請求項１に記載のガス分離装置であって、
４つ以上の前記吸着塔を備え、
前記４つ以上の吸着塔は、それぞれ、
前記吸着工程塔と、前記吸着材を予熱する予熱工程を行う予熱工程塔と、前記脱離工程塔と、前記冷却工程塔と、として順次機能し、
前記制御部は、前記脱離工程塔から流出した前記熱媒を、前記予熱工程塔に流入させる、ガス分離装置。 The gas separation device according to claim 1,
comprising four or more adsorption towers,
The four or more adsorption towers each include:
Functioning sequentially as the adsorption process tower, a preheating process tower that performs a preheating process to preheat the adsorbent, the desorption process tower , and the cooling process tower,
The control unit is a gas separation device that causes the heating medium flowing out of the desorption process tower to flow into the preheating process tower. 請求項２に記載のガス分離装置であって、
前記制御部は、
前記予熱工程塔に、前記昇温後の熱媒を流入させた後に、前記予熱工程塔における前記出口温度が前記入口温度以上の場合に、前記昇温後の熱媒の流入を停止し、かつ、前記脱離工程塔から流出する前記熱媒を流入させる、ガス分離装置。 The gas separation device according to claim 2,
The control unit includes:
After causing the heated heating medium to flow into the preheating process tower, if the outlet temperature in the preheating process tower is equal to or higher than the inlet temperature, stopping the inflow of the heated heating medium, and , a gas separation device into which the heat medium flowing out from the desorption process column is introduced. 請求項３に記載のガス分離装置であって、さらに、
前記予熱工程塔に前記昇温後の熱媒が流入している状態で、前記予熱工程塔における前記出口温度が前記入口温度と同じになった際の温度を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記予熱工程塔への前記昇温後の熱媒の流入を停止している状態で、前記脱離工程塔における前記出口温度が、前記記憶部に記憶された温度よりも高い場合に、前記脱離工程塔から流出される前記熱媒を、前記予熱工程塔に流入させる、ガス分離装置。 The gas separation device according to claim 3, further comprising:
comprising a storage unit that stores a temperature when the outlet temperature in the preheating process tower becomes the same as the inlet temperature while the heating medium after the temperature increase is flowing into the preheating process tower,
The control unit is configured such that the outlet temperature in the desorption process column is higher than the temperature stored in the storage unit in a state where the flow of the heating medium after the temperature increase into the preheating process column is stopped. If so, the heating medium flowing out from the desorption stage column is allowed to flow into the preheating stage column. ガス分離装置の制御方法であって、
一の吸着塔が有する吸着材が、混合ガスに含まれる１以上の特定のガスを吸着する吸着工程と、
熱媒による熱交換によって、他の吸着塔が有する吸着材に吸着された前記特定のガスを脱離する脱離工程と、
前記吸着工程が行われている前記吸着塔と、前記脱離工程が行われている前記吸着塔である脱離工程塔とのいずれとも異なる吸着塔が冷却される冷却工程と、
を備え、
前記冷却工程が行われている前記吸着塔から流出した前記熱媒であって、前記冷却工程において昇温された昇温後の前記熱媒は、前記他の吸着塔に流入され、
前記昇温後の熱媒に加えてさらに、加熱部により加熱された加熱後の前記熱媒が、前記脱離工程塔へと流入され、
前記脱離工程塔から流出する前記熱媒の出口温度が、前記脱離工程塔へと流入する前記熱媒の入口温度以上の場合に、前記脱離工程塔への前記昇温後の熱媒の流入が停止されて前記加熱後の熱媒のみが流入される、制御方法。 A method for controlling a gas separation device, the method comprising:
an adsorption step in which the adsorbent of one adsorption tower adsorbs one or more specific gases contained in the mixed gas;
a desorption step of desorbing the specific gas adsorbed on adsorbents of other adsorption towers by heat exchange with a heating medium;
a cooling step in which an adsorption tower that is different from both the adsorption tower in which the adsorption step is performed and the desorption step tower that is the adsorption tower in which the desorption step is performed;
Equipped with
The heating medium flowing out from the adsorption tower in which the cooling step is being performed, the heating medium having been heated in the cooling step, flows into the other adsorption tower,
In addition to the heated heating medium, the heated heating medium heated by the heating section is further flowed into the desorption process column,
When the outlet temperature of the heat medium flowing out from the desorption process column is higher than the inlet temperature of the heat medium flowing into the desorption process column, the heat medium after the temperature increase into the desorption process column A control method in which the inflow of the heating medium is stopped and only the heated heating medium is allowed to flow in.
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