JP2002098010A - 天然ガス改質エンジンシステムとその運転方法 - Google Patents
天然ガス改質エンジンシステムとその運転方法Info
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】二酸化炭素分離装置を使用せずに、従来ＥＧＲ
ガスとしてエンジンに還流していた排気ガスを原料ガス
の改質用の添加ガスとして使用することにより、天然ガ
ス等の原料ガスを改質してエンジンに供給できる熱効率
の良い天然ガス改質エンジンシステムとその運転方法を
提供する。 【解決手段】エンジンと、ガス改質装置と、原料ガス加
熱用熱交換器とを有してなる天然ガス改質エンジンシス
テムにおいて、原料ガス供給源とエンジンを連結する燃
料供給通路に、上流から順に前記原料ガス加熱用熱交換
器と前記ガス改質装置を設け、前記エンジンの排気ガス
の熱を加熱源にするために、前記エンジンの排気通路に
前記ガス改質装置を接続し、更に、排気ガスの一部を原
料ガスに混入するために前記排気通路の排気分岐通路を
前記ガス改質装置の上流側の前記燃料供給通路に接続し
て構成する。
ガスとしてエンジンに還流していた排気ガスを原料ガス
の改質用の添加ガスとして使用することにより、天然ガ
ス等の原料ガスを改質してエンジンに供給できる熱効率
の良い天然ガス改質エンジンシステムとその運転方法を
提供する。 【解決手段】エンジンと、ガス改質装置と、原料ガス加
熱用熱交換器とを有してなる天然ガス改質エンジンシス
テムにおいて、原料ガス供給源とエンジンを連結する燃
料供給通路に、上流から順に前記原料ガス加熱用熱交換
器と前記ガス改質装置を設け、前記エンジンの排気ガス
の熱を加熱源にするために、前記エンジンの排気通路に
前記ガス改質装置を接続し、更に、排気ガスの一部を原
料ガスに混入するために前記排気通路の排気分岐通路を
前記ガス改質装置の上流側の前記燃料供給通路に接続し
て構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料の発熱量の増
加のために、天然ガスを改質してからエンジンに供給す
る天然ガス改質エンジンシステムとその運転方法に関す
るものである。
加のために、天然ガスを改質してからエンジンに供給す
る天然ガス改質エンジンシステムとその運転方法に関す
るものである。
【０００２】より詳細には、ＣＯ2 分離装置を使用せず
に天然ガスを改質してエンジンに供給できる天然ガス改
質エンジンシステムとその運転方法に関する。
に天然ガスを改質してエンジンに供給できる天然ガス改
質エンジンシステムとその運転方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】公害対策の面から天然ガスを燃料とする
エンジンの開発が進められてきているが、天然ガスの発
熱量が小さいため、ＣＨ4 等を主成分とする天然ガスに
二酸化炭素ＣＯ2 を加えて、ＣＨ4 を一酸化炭素ＣＯや
水素Ｈ2 に改質してからエンジンに供給することが行な
われている。
エンジンの開発が進められてきているが、天然ガスの発
熱量が小さいため、ＣＨ4 等を主成分とする天然ガスに
二酸化炭素ＣＯ2 を加えて、ＣＨ4 を一酸化炭素ＣＯや
水素Ｈ2 に改質してからエンジンに供給することが行な
われている。
【０００４】図４に示すように、従来の天然ガス改質エ
ンジンシステム１Ｘでは、天然ガス等の原料ガスＧ１を
改質した改質ガスＧ’３を燃焼するエンジン２と、この
エンジン２の排気ガスＧ’７を熱源にして原料ガスＧ１
と排気ガスＧ’７のＣＯ2 を濃縮したガスＧ’８ａの混
合ガスＧ’２を改質ガスＧ’３に改質するガス改質装置
３と、原料ガスＧ１を改質ガスＧ’３で予熱する原料ガ
ス加熱用熱交換器４を有して構成されている。
ンジンシステム１Ｘでは、天然ガス等の原料ガスＧ１を
改質した改質ガスＧ’３を燃焼するエンジン２と、この
エンジン２の排気ガスＧ’７を熱源にして原料ガスＧ１
と排気ガスＧ’７のＣＯ2 を濃縮したガスＧ’８ａの混
合ガスＧ’２を改質ガスＧ’３に改質するガス改質装置
３と、原料ガスＧ１を改質ガスＧ’３で予熱する原料ガ
ス加熱用熱交換器４を有して構成されている。
【０００５】更に、ＣＨ4 ボンベ等で形成される原料ガ
ス供給源５と、改質ガスＧ’３と燃焼用空気Ｇ５を昇圧
してエンジン２に供給するコンプレッサー６と、排気ガ
スＧ’７のエネルギーを回収するタービンジェネレータ
７とスチームタービン８を設けてある。
ス供給源５と、改質ガスＧ’３と燃焼用空気Ｇ５を昇圧
してエンジン２に供給するコンプレッサー６と、排気ガ
スＧ’７のエネルギーを回収するタービンジェネレータ
７とスチームタービン８を設けてある。
【０００６】この従来技術の天然ガス改質エンジンシス
テム１Ｘでは、排気ガスＧ’７の半分をＥＧＲガスＧ’
７ｂとしてエンジン２に供給すると共に、原料ガスＧ１
の改質用の添加ガスとして、エンジン２の排気ガスＧ’
７ａから、ＣＯ2 分離装置５０でＣＯ2 を分離して濃縮
し、このＣＯ2 を濃縮した分岐排ガスＧ’８ａを使用し
て原料ガスＧ１を改質していた。
テム１Ｘでは、排気ガスＧ’７の半分をＥＧＲガスＧ’
７ｂとしてエンジン２に供給すると共に、原料ガスＧ１
の改質用の添加ガスとして、エンジン２の排気ガスＧ’
７ａから、ＣＯ2 分離装置５０でＣＯ2 を分離して濃縮
し、このＣＯ2 を濃縮した分岐排ガスＧ’８ａを使用し
て原料ガスＧ１を改質していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＣ
Ｏ2 の分離する方法には吸着法等があるが、ＣＯ2 の分
離に多くのエネルギーが必要であり、また、分離速度が
遅い等の問題がある。
Ｏ2 の分離する方法には吸着法等があるが、ＣＯ2 の分
離に多くのエネルギーが必要であり、また、分離速度が
遅い等の問題がある。
【０００８】そして、排気ガスＧ’７からＣＯ2 を分離
するためのＣＯ2 分離装置５０が必要不可欠であるた
め、システム自体が複雑化し、運転コストのみならず、
装置コストや保守管理コストが上昇するという問題があ
る。
するためのＣＯ2 分離装置５０が必要不可欠であるた
め、システム自体が複雑化し、運転コストのみならず、
装置コストや保守管理コストが上昇するという問題があ
る。
【０００９】また、原料ガスＧ１の改質用の添加ガス
Ｇ’８ａの窒素成分を分離排除しているため、改質ガス
Ｇ’３の窒素成分が少なくなり、不燃成分が少なくなる
ために、燃焼温度を抑える必要が生じ、略半分近くのＥ
ＧＲガスＧ’７ｂをエンジン２に還流するので、エンジ
ン２に流入するガスＧ’６の全体量が増加し、エンジン
２が大型化するという問題がある。
Ｇ’８ａの窒素成分を分離排除しているため、改質ガス
Ｇ’３の窒素成分が少なくなり、不燃成分が少なくなる
ために、燃焼温度を抑える必要が生じ、略半分近くのＥ
ＧＲガスＧ’７ｂをエンジン２に還流するので、エンジ
ン２に流入するガスＧ’６の全体量が増加し、エンジン
２が大型化するという問題がある。
【００１０】その一方で、原料ガスと排気ガスとの混合
ガスの改質時において、Ｎ2 を混合した場合の方が、熱
力学的にも改質率が向上するということが解ってきた。
ガスの改質時において、Ｎ2 を混合した場合の方が、熱
力学的にも改質率が向上するということが解ってきた。
【００１１】本発明は、上述の従来技術の問題を解決す
るためになされたものであり、その目的は、二酸化炭素
分離装置を使用せずに、従来ＥＧＲガスとしてエンジン
に還流していた排気ガスを原料ガスの改質用の添加ガス
として使用することにより、天然ガス等の原料ガスを改
質してエンジンに供給できる熱効率の良い天然ガス改質
エンジンシステムとその運転方法を提供することにあ
る。
るためになされたものであり、その目的は、二酸化炭素
分離装置を使用せずに、従来ＥＧＲガスとしてエンジン
に還流していた排気ガスを原料ガスの改質用の添加ガス
として使用することにより、天然ガス等の原料ガスを改
質してエンジンに供給できる熱効率の良い天然ガス改質
エンジンシステムとその運転方法を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するための天然ガス改質エンジンシステムは、以下のよ
うに構成される。
するための天然ガス改質エンジンシステムは、以下のよ
うに構成される。
【００１３】１）原料の天然ガスを改質した改質ガスを
燃焼するエンジンと、ガス改質装置と、原料ガス加熱用
熱交換器とを有してなる天然ガス改質エンジンシステム
において、原料ガス供給源とエンジンを連結する燃料供
給通路に、上流から順に前記原料ガス加熱用熱交換器と
前記ガス改質装置を設けると共に、前記エンジンの排気
ガスの熱を前記ガス改質装置の加熱源にするために、前
記エンジンの排気通路に前記ガス改質装置を接続し、更
に、排気ガスの一部を原料ガスに混入するために前記排
気通路の排気分岐通路を前記ガス改質装置の上流側の前
記燃料供給通路に接続して構成される。
燃焼するエンジンと、ガス改質装置と、原料ガス加熱用
熱交換器とを有してなる天然ガス改質エンジンシステム
において、原料ガス供給源とエンジンを連結する燃料供
給通路に、上流から順に前記原料ガス加熱用熱交換器と
前記ガス改質装置を設けると共に、前記エンジンの排気
ガスの熱を前記ガス改質装置の加熱源にするために、前
記エンジンの排気通路に前記ガス改質装置を接続し、更
に、排気ガスの一部を原料ガスに混入するために前記排
気通路の排気分岐通路を前記ガス改質装置の上流側の前
記燃料供給通路に接続して構成される。
【００１４】つまり、エンジンの排気経路にガス改質装
置を配設し、このガス改質装置から排出される排気ガス
の一部を、原料ガスと混合し、この混合ガスをその下流
に配設した原料ガス加熱用熱交換器を経てガス改質装置
に導き、このガス改質装置において改質された改質ガス
を原料ガス加熱用熱交換器を経てエンジンに供給する機
構を有することを特徴とする。
置を配設し、このガス改質装置から排出される排気ガス
の一部を、原料ガスと混合し、この混合ガスをその下流
に配設した原料ガス加熱用熱交換器を経てガス改質装置
に導き、このガス改質装置において改質された改質ガス
を原料ガス加熱用熱交換器を経てエンジンに供給する機
構を有することを特徴とする。
【００１５】２）また、上記の天然ガス改質エンジンシ
ステムにおいて、前記ガス改質装置に充填する触媒は、
VIII族、Ｉｂ族、希土類酸化物のいずれか一つ、又は、
これらの組み合わせで形成され、該触媒の担体は、セラ
ミックスの微粒子層を表面に持つセラミックスの、繊維
及び／又はハニカムで形成される。
ステムにおいて、前記ガス改質装置に充填する触媒は、
VIII族、Ｉｂ族、希土類酸化物のいずれか一つ、又は、
これらの組み合わせで形成され、該触媒の担体は、セラ
ミックスの微粒子層を表面に持つセラミックスの、繊維
及び／又はハニカムで形成される。
【００１６】３）上記の天然ガス改質エンジンシステム
において、前記ガス改質装置と該ガス改質装置の後流側
に設けた前記排気分岐通路の分岐点との間の前記排気通
路に、タービンジェネレータとスチームタービンの少な
くともいずれか一つを配設して構成される。
において、前記ガス改質装置と該ガス改質装置の後流側
に設けた前記排気分岐通路の分岐点との間の前記排気通
路に、タービンジェネレータとスチームタービンの少な
くともいずれか一つを配設して構成される。
【００１７】４）上記の天然ガス改質エンジンシステム
において、前記ガス改質装置と前記エンジンの間の燃料
供給通路に、改質後のガスを燃焼用空気と共に前記エン
ジンに供給するコンプレッサーを配設して構成される。
において、前記ガス改質装置と前記エンジンの間の燃料
供給通路に、改質後のガスを燃焼用空気と共に前記エン
ジンに供給するコンプレッサーを配設して構成される。
【００１８】５）上記の天然ガス改質エンジンシステム
において、前記ガス改質装置で生成した水素ガスを濃縮
する水素濃縮手段を設け、該濃縮した水素を別のエンジ
ン、又は燃料電池に供給するように構成される。
において、前記ガス改質装置で生成した水素ガスを濃縮
する水素濃縮手段を設け、該濃縮した水素を別のエンジ
ン、又は燃料電池に供給するように構成される。
【００１９】６）上記の天然ガス改質エンジンシステム
において、前記エンジンに供給する燃焼用空気の供給経
路に酸素濃縮手段を設け、該酸素濃縮手段を、酸素吸収
剤を充填した酸素吸収容器と、該酸素吸収容器に空気を
供給する第１送風機と、前記酸素吸収容器へ供給される
酸素ガスを前記エンジンから排出される排気ガスで加熱
する酸素ガス加熱用熱交換器と、前記酸素吸収容器へ酸
素ガスを供給する第２送風機とを備えて構成される。
において、前記エンジンに供給する燃焼用空気の供給経
路に酸素濃縮手段を設け、該酸素濃縮手段を、酸素吸収
剤を充填した酸素吸収容器と、該酸素吸収容器に空気を
供給する第１送風機と、前記酸素吸収容器へ供給される
酸素ガスを前記エンジンから排出される排気ガスで加熱
する酸素ガス加熱用熱交換器と、前記酸素吸収容器へ酸
素ガスを供給する第２送風機とを備えて構成される。
【００２０】７）上記の天然ガス改質エンジンシステム
において、前記酸素吸収容器は、前記酸素吸収剤を保持
するための保持部材を具備して構成される。
において、前記酸素吸収容器は、前記酸素吸収剤を保持
するための保持部材を具備して構成される。
【００２１】８）上記の天然ガス改質エンジンシステム
において、前記酸素濃縮手段は、前記酸素吸収容器への
空気の導入と、前記酸素吸収容器からの酸素ガスの排出
とを、切り換える切換手段を設けて構成される。
において、前記酸素濃縮手段は、前記酸素吸収容器への
空気の導入と、前記酸素吸収容器からの酸素ガスの排出
とを、切り換える切換手段を設けて構成される。
【００２２】そして、上記の天然ガス改質エンジンシス
テムを使用した運転方法は、次のように構成される。
テムを使用した運転方法は、次のように構成される。
【００２３】９）原料の天然ガスを改質した燃料を使用
するエンジンと、ガス改質装置と、原料ガス加熱用熱交
換器とを有してなる天然ガス改質エンジンシステムにお
いて、原料ガスとエンジンの排ガスの一部を混合し、該
混合ガスを前記原料ガス加熱用熱交換器で加熱し昇温し
た後に、前記ガス改質装置を通して改質すると共に、前
記原料ガス加熱用熱交換器に導いて、前記原料ガスを加
熱して降温し、該降温した改質ガスを前記エンジンに供
給してエンジンを運転するように構成される。
するエンジンと、ガス改質装置と、原料ガス加熱用熱交
換器とを有してなる天然ガス改質エンジンシステムにお
いて、原料ガスとエンジンの排ガスの一部を混合し、該
混合ガスを前記原料ガス加熱用熱交換器で加熱し昇温し
た後に、前記ガス改質装置を通して改質すると共に、前
記原料ガス加熱用熱交換器に導いて、前記原料ガスを加
熱して降温し、該降温した改質ガスを前記エンジンに供
給してエンジンを運転するように構成される。
【００２４】１０）上記の天然ガス改質エンジンの運転
方法において、前記エンジンの排ガスの５％〜９０％を
二酸化炭素分離装置を経由することなく、前記原料ガス
に混合するように構成される。
方法において、前記エンジンの排ガスの５％〜９０％を
二酸化炭素分離装置を経由することなく、前記原料ガス
に混合するように構成される。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明に係
る実施の形態の天然ガス改質エンジンシステムについて
説明する。
る実施の形態の天然ガス改質エンジンシステムについて
説明する。
【００２６】［構成］図１に示すように、この天然ガス
改質エンジンシステム１は、天然ガス等の原料がすＧ１
を改質した改質ガスＧ３を燃焼するエンジン２と、この
エンジン２の排気ガスＧ７を熱源にして原料ガスＧ１と
排気ガスＧ７の一部Ｇ７ａの混合ガスＧ２を改質ガスＧ
３に改質するガス改質装置３と、原料ガスＧ１を改質ガ
スＧ３で予熱する原料ガス加熱用熱交換器４を有して構
成される。
改質エンジンシステム１は、天然ガス等の原料がすＧ１
を改質した改質ガスＧ３を燃焼するエンジン２と、この
エンジン２の排気ガスＧ７を熱源にして原料ガスＧ１と
排気ガスＧ７の一部Ｇ７ａの混合ガスＧ２を改質ガスＧ
３に改質するガス改質装置３と、原料ガスＧ１を改質ガ
スＧ３で予熱する原料ガス加熱用熱交換器４を有して構
成される。
【００２７】更に、原料ガスＧ１であるメタンＣＨ4 を
貯蔵したＣＨ4 ボンベ等で形成される原料ガス供給源５
と、改質ガスＧ３と燃焼用空気Ｇ５を昇圧してエンジン
２に供給するコンプレッサー６と、排気ガスＧ７のエネ
ルギーを回収するタービンジェネレータ７とスチームタ
ービン８を設けて構成する。
貯蔵したＣＨ4 ボンベ等で形成される原料ガス供給源５
と、改質ガスＧ３と燃焼用空気Ｇ５を昇圧してエンジン
２に供給するコンプレッサー６と、排気ガスＧ７のエネ
ルギーを回収するタービンジェネレータ７とスチームタ
ービン８を設けて構成する。
【００２８】そして、燃料供給通路１０を原料ガス供給
源５から順に原料ガス加熱用熱交換器４の低温側通路、
ガス改質装置３の低温側通路、原料ガス加熱用熱交換器
４の高温側通路、コンプレッサー６の入口側に接続す
る。
源５から順に原料ガス加熱用熱交換器４の低温側通路、
ガス改質装置３の低温側通路、原料ガス加熱用熱交換器
４の高温側通路、コンプレッサー６の入口側に接続す
る。
【００２９】また、燃焼用空気Ｇ５を供給する燃焼用空
気供給通路２０をコンプレッサー６の入口側に接続する
と共に、改質ガスＧ３と燃焼用空気Ｇ５の燃焼用混合ガ
スＧ６をエンジン２に供給するために、コンプレッサー
６の出口側とエンジン２とを燃焼用混合ガス供給通路３
０で連結する。
気供給通路２０をコンプレッサー６の入口側に接続する
と共に、改質ガスＧ３と燃焼用空気Ｇ５の燃焼用混合ガ
スＧ６をエンジン２に供給するために、コンプレッサー
６の出口側とエンジン２とを燃焼用混合ガス供給通路３
０で連結する。
【００３０】このエンジン２からの排気通路４０は、上
流側から順に、ガス改質装置３の高温側通路、タービン
ジェネレータ７、スチームタービン８を、排気分岐通路
４１に連結され、排気分岐通路４１は排気ガスＧ７の一
部を分岐排気ガスＧ８ａとして原料ガスＧ１に混合でき
るように、原料ガス加熱用熱交換器４の燃料供給通路１
０に接続する。
流側から順に、ガス改質装置３の高温側通路、タービン
ジェネレータ７、スチームタービン８を、排気分岐通路
４１に連結され、排気分岐通路４１は排気ガスＧ７の一
部を分岐排気ガスＧ８ａとして原料ガスＧ１に混合でき
るように、原料ガス加熱用熱交換器４の燃料供給通路１
０に接続する。
【００３１】そして、ガス改質装置３には、VIII族、Ｉ
ｂ族、希土類酸化物のいずれか一つ、又は、これらの組
み合わせで形成される触媒を充填する。この触媒の担体
はセラミックスの微粒子層を表面に持つセラミックスの
繊維やハニカムで形成する。
ｂ族、希土類酸化物のいずれか一つ、又は、これらの組
み合わせで形成される触媒を充填する。この触媒の担体
はセラミックスの微粒子層を表面に持つセラミックスの
繊維やハニカムで形成する。
【００３２】［ガスの流れ］以上の構成の天然ガス改質
エンジンシステム１においては、原料ガス供給源５から
出た原料ガスＧ１は、排気ガスＧ７の一部Ｇ７ａと混合
し、原料ガス加熱用熱交換器４で加熱昇温される。この
混合ガスＧ２はガス改質装置３に導かれ、排気ガスＧ７
の熱により更に昇温すると共に、ＣＨ4 の多くがＣＯと
Ｈ2 となり改質ガスＧ３となる。この改質ガスＧ３は、
コンプレッサー６で燃焼用空気Ｇ５と共に昇圧されてエ
ンジン２に供給されて燃焼し、エンジン２を駆動する。
エンジンシステム１においては、原料ガス供給源５から
出た原料ガスＧ１は、排気ガスＧ７の一部Ｇ７ａと混合
し、原料ガス加熱用熱交換器４で加熱昇温される。この
混合ガスＧ２はガス改質装置３に導かれ、排気ガスＧ７
の熱により更に昇温すると共に、ＣＨ4 の多くがＣＯと
Ｈ2 となり改質ガスＧ３となる。この改質ガスＧ３は、
コンプレッサー６で燃焼用空気Ｇ５と共に昇圧されてエ
ンジン２に供給されて燃焼し、エンジン２を駆動する。
【００３３】エンジン２で排出される排気ガスＧ７は、
タービンジェネレータ７とスチームタービン８を駆動し
た後に約半分Ｇ７ｂが排出されるが、残りの約半分の分
岐排気ガスＧ７ａは、改質用のＣＯ2 の供給源として排
気分岐通路４１経由で原料ガスＧ１に混合される。
タービンジェネレータ７とスチームタービン８を駆動し
た後に約半分Ｇ７ｂが排出されるが、残りの約半分の分
岐排気ガスＧ７ａは、改質用のＣＯ2 の供給源として排
気分岐通路４１経由で原料ガスＧ１に混合される。
【００３４】［実施例における各ガスの状態］次に、以
上の構成の天然ガス改質エンジンシステム１を運転する
場合の一実施例について各ガスの状態について説明す
る。なお、燃焼により、水分Ｈ2 Ｏも発生するが、ガス
の改質や燃焼に直接関係していないため以下のガス組成
表示では省略している。
上の構成の天然ガス改質エンジンシステム１を運転する
場合の一実施例について各ガスの状態について説明す
る。なお、燃焼により、水分Ｈ2 Ｏも発生するが、ガス
の改質や燃焼に直接関係していないため以下のガス組成
表示では省略している。
【００３５】先ず、原料ガスの流量１に対する各ガスの
成分（例えばＣＯ2 ）の流量Ｘ（例えば１ＮＬ／ｓに対
するＸＮＬ／ｓ）を（ＣＯ2 ＝Ｘ）で示すことにする。
成分（例えばＣＯ2 ）の流量Ｘ（例えば１ＮＬ／ｓに対
するＸＮＬ／ｓ）を（ＣＯ2 ＝Ｘ）で示すことにする。
【００３６】室温の原料ガスＧ１（ＣＨ4 ＝１．０）に
排気ガスＧ７の半分に当たる分岐排気ガスＧ７ａ（３３
０℃，Ｎ2 ＝９．６，ＣＯ2 ＝１．０，Ｏ2 ＝０．４）
を混合する。この混合ガスＧ２を原料ガス加熱用熱交換
器４で５７５℃に昇温してガス改質装置３に入れ、高温
で触媒に接触させて、ＣＨ4 ＋ＣＯ2 ＝２ＣＯ＋２Ｈ 2
の反応により、ＣＨ4 を改質してＣＯ、Ｈ2 成分の多い
改質ガスＧ３（７００℃，Ｎ2 ＝９．６，Ｈ2 ＝１．
５，ＣＯ＝１．５，ＣＨ4 ＝０．２５，ＣＯ2 ＝０．２
５，Ｏ2 ＝０．４）とする。
排気ガスＧ７の半分に当たる分岐排気ガスＧ７ａ（３３
０℃，Ｎ2 ＝９．６，ＣＯ2 ＝１．０，Ｏ2 ＝０．４）
を混合する。この混合ガスＧ２を原料ガス加熱用熱交換
器４で５７５℃に昇温してガス改質装置３に入れ、高温
で触媒に接触させて、ＣＨ4 ＋ＣＯ2 ＝２ＣＯ＋２Ｈ 2
の反応により、ＣＨ4 を改質してＣＯ、Ｈ2 成分の多い
改質ガスＧ３（７００℃，Ｎ2 ＝９．６，Ｈ2 ＝１．
５，ＣＯ＝１．５，ＣＨ4 ＝０．２５，ＣＯ2 ＝０．２
５，Ｏ2 ＝０．４）とする。
【００３７】この改質ガスＧ３を原料ガス加熱用熱交換
器４の熱源として、２００℃に降温させてから、理論空
気量の１．２倍の燃焼用空気Ｇ５（２０℃，Ｎ2 ＝９．
６，Ｏ2 ＝２．４）と共にコンプレッサー６で０．２６
ＭＰａ（２．６気圧）の燃焼用混合ガスＧ６（１１０
℃，Ｎ2 ＝１９．２，Ｏ2 ＝２．８，Ｈ2 ＝１．５，Ｃ
Ｏ＝１．５，ＣＨ4 ＝０．２５，ＣＯ2 ＝０．２５）に
昇圧昇温してエンジン２に供給する。
器４の熱源として、２００℃に降温させてから、理論空
気量の１．２倍の燃焼用空気Ｇ５（２０℃，Ｎ2 ＝９．
６，Ｏ2 ＝２．４）と共にコンプレッサー６で０．２６
ＭＰａ（２．６気圧）の燃焼用混合ガスＧ６（１１０
℃，Ｎ2 ＝１９．２，Ｏ2 ＝２．８，Ｈ2 ＝１．５，Ｃ
Ｏ＝１．５，ＣＨ4 ＝０．２５，ＣＯ2 ＝０．２５）に
昇圧昇温してエンジン２に供給する。
【００３８】エンジン２で燃焼した後に発生する排気ガ
スＧ７（０．２３ＭＰａ（２．３気圧），９００℃、Ｎ
2 ＝１９．２，ＣＯ2 ＝２．０，Ｏ2 ＝０．８）をガス
改質装置３の熱源として利用し、５８５℃に降温させ
（０．２３ＭＰａ）、タービンジェネレータ７でエネル
ギー回収し、０．１４ＭＰａ，４９５℃とし、更に、ス
チームタービン８でエネルギー回収し、０．１０ＭＰａ
（１気圧），３３０℃とする。
スＧ７（０．２３ＭＰａ（２．３気圧），９００℃、Ｎ
2 ＝１９．２，ＣＯ2 ＝２．０，Ｏ2 ＝０．８）をガス
改質装置３の熱源として利用し、５８５℃に降温させ
（０．２３ＭＰａ）、タービンジェネレータ７でエネル
ギー回収し、０．１４ＭＰａ，４９５℃とし、更に、ス
チームタービン８でエネルギー回収し、０．１０ＭＰａ
（１気圧），３３０℃とする。
【００３９】この排気ガスＧ７の半分の分岐排ガスＧ７
ａ（０．１０ＭＰａ（１気圧），３３０℃、Ｎ2 ＝９．
６，ＣＯ2 ＝１．０，Ｏ2 ＝０．４）を、原料ガスＧ１
に混合し、残りの半分Ｇ７ｂは排出される。
ａ（０．１０ＭＰａ（１気圧），３３０℃、Ｎ2 ＝９．
６，ＣＯ2 ＝１．０，Ｏ2 ＝０．４）を、原料ガスＧ１
に混合し、残りの半分Ｇ７ｂは排出される。
【００４０】なお、この実施例では、ガス改質装置３は
改質率７５％、熱交換効率９０％で、原料ガス加熱用熱
交換器４は熱交換率５４％となっている。
改質率７５％、熱交換効率９０％で、原料ガス加熱用熱
交換器４は熱交換率５４％となっている。
【００４１】そして、この天然ガス改質エンジンシステ
ム１によって、熱効率を６０％に増加させることができ
た。なお、従来技術の天然ガス改質エンジンシステム１
Ｘでは熱効率は４０％程度であるので、非常に良い熱効
率と言える。
ム１によって、熱効率を６０％に増加させることができ
た。なお、従来技術の天然ガス改質エンジンシステム１
Ｘでは熱効率は４０％程度であるので、非常に良い熱効
率と言える。
【００４２】［第２実施例］第２実施例では、ガス改質
装置で生成した水素ガスを水素ガスフィルターや吸着剤
を利用した水素濃縮手段で濃縮し、この水素を別のもう
一つのエンジン又は燃料電池に供給して使用する。
装置で生成した水素ガスを水素ガスフィルターや吸着剤
を利用した水素濃縮手段で濃縮し、この水素を別のもう
一つのエンジン又は燃料電池に供給して使用する。
【００４３】この構成により、天然ガス改質エンジンシ
ステムの熱効率を６５％に増加させることができた。
ステムの熱効率を６５％に増加させることができた。
【００４４】［第３実施例］第３実施例では、燃焼用空
気供給通路２０に、図２に示すような酸素濃縮手段であ
る酸素濃縮システム６０を設け、この酸素濃縮システム
６０で得られた酸素を、コンプレッサー６を通して、エ
ンジン２に供給することで、システムの熱効率を向上で
き、６５％に増加させることができた。
気供給通路２０に、図２に示すような酸素濃縮手段であ
る酸素濃縮システム６０を設け、この酸素濃縮システム
６０で得られた酸素を、コンプレッサー６を通して、エ
ンジン２に供給することで、システムの熱効率を向上で
き、６５％に増加させることができた。
【００４５】この酸素濃縮システム６０は、エンジン２
に供給する燃焼用空気Ｇ５の供給経路２０に設けるもの
であり、図２に示すように、酸素吸収剤を充填した酸素
吸収容器６１と、この酸素吸収容器６１に空気を供給す
る第１送風機６２と、酸素吸収容器６１へ供給される酸
素ガスＯ2 をエンジン２から排出される排気ガスＧ７ｂ
で加熱する空気加熱用熱交換器６３と、酸素吸収容器６
１へ酸素ガスＯ2 を供給する第２送風機６４と，酸素吸
収容器６１から得られる酸素ガスＯ2 を一旦貯蔵する酸
素タンク６５とを備えて構成される。
に供給する燃焼用空気Ｇ５の供給経路２０に設けるもの
であり、図２に示すように、酸素吸収剤を充填した酸素
吸収容器６１と、この酸素吸収容器６１に空気を供給す
る第１送風機６２と、酸素吸収容器６１へ供給される酸
素ガスＯ2 をエンジン２から排出される排気ガスＧ７ｂ
で加熱する空気加熱用熱交換器６３と、酸素吸収容器６
１へ酸素ガスＯ2 を供給する第２送風機６４と，酸素吸
収容器６１から得られる酸素ガスＯ2 を一旦貯蔵する酸
素タンク６５とを備えて構成される。
【００４６】また、酸素吸収容器６１は、活性炭等の酸
素吸収剤を保持するための繊維やハニカム等の保持部材
を具備すると共に、酸素吸収容器６１への空気の導入
と、酸素吸収容器６１からの酸素ガスＯ2 の排出とを切
り換える切換手段である切換弁７１〜７６を設けてあ
る。
素吸収剤を保持するための繊維やハニカム等の保持部材
を具備すると共に、酸素吸収容器６１への空気の導入
と、酸素吸収容器６１からの酸素ガスＯ2 の排出とを切
り換える切換手段である切換弁７１〜７６を設けてあ
る。
【００４７】この酸素濃縮システム６０は、切換弁７６
を開弁し、切換弁７５を閉弁した状態で、切換弁７１、
７２を開弁し、切換弁７３、７４を閉弁して、酸素吸収
剤としての活性炭を充填した酸素吸収容器６１に空気を
通すことで、空気中の酸素を活性炭に吸収させ、その
後、切換弁７１、７２を閉弁し、切換弁７３、７４を開
弁して、活性炭を加熱することにより、酸素Ｏ2 を放出
させることを繰り返して行い、酸素濃度を高める。そし
て、酸素濃度が所定の濃度に高まった時点で切換弁７５
を開弁し、切換弁７６を閉弁して酸素ガスＯ2 を回収し
ている。
を開弁し、切換弁７５を閉弁した状態で、切換弁７１、
７２を開弁し、切換弁７３、７４を閉弁して、酸素吸収
剤としての活性炭を充填した酸素吸収容器６１に空気を
通すことで、空気中の酸素を活性炭に吸収させ、その
後、切換弁７１、７２を閉弁し、切換弁７３、７４を開
弁して、活性炭を加熱することにより、酸素Ｏ2 を放出
させることを繰り返して行い、酸素濃度を高める。そし
て、酸素濃度が所定の濃度に高まった時点で切換弁７５
を開弁し、切換弁７６を閉弁して酸素ガスＯ2 を回収し
ている。
【００４８】この活性炭の加熱は、酸素ガス加熱用熱交
換器６３を用いて、排気ガスＧ７ｂの熱によって酸素ガ
スＯ2 を加熱し、この加熱した酸素ガスＯ2 を、酸素を
吸収した活性炭に通すことによって、活性炭を加熱し酸
素を放出させる。
換器６３を用いて、排気ガスＧ７ｂの熱によって酸素ガ
スＯ2 を加熱し、この加熱した酸素ガスＯ2 を、酸素を
吸収した活性炭に通すことによって、活性炭を加熱し酸
素を放出させる。
【００４９】この酸素濃縮システム６０では、真空ポン
プを使用せずに、排気ガスＧ７ｂの熱を利用して空気か
ら酸素Ｏ2 を分離しているので、熱効率の高い酸素濃縮
システムとなっている。また、酸素吸収剤としては、活
性炭以外にもゼオライト等の吸着材や、ＭｇＯ，ＣａＯ
等のアルカリ土類金属酸化物、ＣｅＯ2 等の希土類酸化
物を使用することがができる。
プを使用せずに、排気ガスＧ７ｂの熱を利用して空気か
ら酸素Ｏ2 を分離しているので、熱効率の高い酸素濃縮
システムとなっている。また、酸素吸収剤としては、活
性炭以外にもゼオライト等の吸着材や、ＭｇＯ，ＣａＯ
等のアルカリ土類金属酸化物、ＣｅＯ2 等の希土類酸化
物を使用することがができる。
【００５０】なお、酸素回収量の時間平均が１２ＮＬ／
ｓで、この酸素濃縮システムによる酸素回収率が９２％
であった時の、酸素加熱時の酸素加熱用熱交換器６３を
通過する排気ガスＧ７ｂの流量は９０ＮＬ／ｓで温度は
３００℃から１５０℃に低下し３０ｋＷの熱を放出し
た。また、活性炭を１５０℃から３００℃に昇温するの
に必要な熱量は合計で２５ｋＷで、酸素Ｏ2 の脱着に必
要な熱量は５ｋＷ（但し、酸素吸着熱は１０ｋＪ／ｍｏ
ｌ）であり、酸素Ｏ2 の回収に必要な熱量は合計で３０
ｋＷであった。
ｓで、この酸素濃縮システムによる酸素回収率が９２％
であった時の、酸素加熱時の酸素加熱用熱交換器６３を
通過する排気ガスＧ７ｂの流量は９０ＮＬ／ｓで温度は
３００℃から１５０℃に低下し３０ｋＷの熱を放出し
た。また、活性炭を１５０℃から３００℃に昇温するの
に必要な熱量は合計で２５ｋＷで、酸素Ｏ2 の脱着に必
要な熱量は５ｋＷ（但し、酸素吸着熱は１０ｋＪ／ｍｏ
ｌ）であり、酸素Ｏ2 の回収に必要な熱量は合計で３０
ｋＷであった。
【００５１】以上の構成の天然ガス改質エンジンシステ
ムとその運転方法によれば、ＣＯ2分離装置が不要であ
るので、システムがシンプルになり、装置コストや保守
管理コストのみならず、運転コストも低減する。
ムとその運転方法によれば、ＣＯ2分離装置が不要であ
るので、システムがシンプルになり、装置コストや保守
管理コストのみならず、運転コストも低減する。
【００５２】また、従来技術のシステムでエンジンに還
流していた略半分近くのＥＧＲガスを全廃できるので、
エンジンに流入するガスや排ガスの流量を減少すること
ができ、エンジン及びシステム全体を小型化できる。
流していた略半分近くのＥＧＲガスを全廃できるので、
エンジンに流入するガスや排ガスの流量を減少すること
ができ、エンジン及びシステム全体を小型化できる。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る天然
ガス改質エンジンシステムとその運転方法によれば、次
のような効果を奏することができる。
ガス改質エンジンシステムとその運転方法によれば、次
のような効果を奏することができる。
【００５４】ＣＯ2 分離装置が不要であるので、システ
ムがシンプルになり、装置コストや保守管理コストのみ
ならず、運転コストも低減する。
ムがシンプルになり、装置コストや保守管理コストのみ
ならず、運転コストも低減する。
【００５５】また、従来技術のシステムでエンジンに還
流していた略半分近くのＥＧＲガスを全廃できるので、
エンジンに流入するガスや排ガスの流量を減少すること
ができ、エンジン及びシステム全体を小型化できる。
流していた略半分近くのＥＧＲガスを全廃できるので、
エンジンに流入するガスや排ガスの流量を減少すること
ができ、エンジン及びシステム全体を小型化できる。
【００５６】更に、ＣＯ2 分離エネルギーが不要となる
ので、エンジンとしての熱効率を従来技術の天然ガス改
質エンジンシステムの４０％程度から、６０％〜６５％
に引き上げることができる。
ので、エンジンとしての熱効率を従来技術の天然ガス改
質エンジンシステムの４０％程度から、６０％〜６５％
に引き上げることができる。
【図１】本発明の実施の形態の天然ガス改質エンジンシ
ステムの構成図である。
ステムの構成図である。
【図２】本発明の第３実施例の酸素濃縮システムの構成
図である。
図である。
【図３】従来技術の天然ガス改質エンジンシステムの構
成図である。
成図である。
１ 天然ガス改質エンジンシステム ２ エンジン ３ ガス改質装置 ４ 原料ガス加熱用熱交換器 ５ 原料ガス供給装置（ＣＨ4 ボンベ） ６ コンプレッサー ７ タービンジェネレータ ８ スチームタービン １０ 燃料供給通路 ２０ 燃焼用空気供給通路 ３０ 燃焼用混合ガス供給通路 ４０ 排気通路 ４１ 排気分岐通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 5/02 Ｆ０１Ｎ 5/02 Ｂ Ｆ０２Ｍ 25/07 Ｆ０２Ｍ 25/07 Ａ 27/02 27/02 Ｊ Ｆ 31/16 31/16 Ｃ 37/00 ３４１ 37/00 ３４１Ｄ
Claims (10)
- 【請求項１】 原料の天然ガスを改質した改質ガスを燃
焼するエンジンと、ガス改質装置と、原料ガス加熱用熱
交換器とを有してなる天然ガス改質エンジンシステムに
おいて、原料ガス供給源とエンジンを連結する燃料供給
通路に、上流から順に前記原料ガス加熱用熱交換器と前
記ガス改質装置を設けると共に、前記エンジンの排気ガ
スの熱を前記ガス改質装置の加熱源にするために、前記
エンジンの排気通路に前記ガス改質装置を接続し、更
に、排気ガスの一部を原料ガスに混入するために前記排
気通路の排気分岐通路を前記ガス改質装置の上流側の前
記燃料供給通路に接続したことを特徴とする天然ガス改
質エンジンシステム。 - 【請求項２】 前記ガス改質装置に充填する触媒は、VI
II族、Ｉｂ族、希土類酸化物のいずれか一つ、又は、こ
れらの組み合わせで形成され、該触媒の担体は、セラミ
ックスの微粒子層を表面に持つセラミックスの、繊維及
び／又はハニカムであることを特徴とする請求項１記載
の天然ガス改質エンジンシステム。 - 【請求項３】 前記ガス改質装置と該ガス改質装置の後
流側に設けた前記排気分岐通路の分岐点との間の前記排
気通路に、タービンジェネレータとスチームタービンの
少なくともいずれか一つを配設したことを特徴とする請
求項１又は２に記載の天然ガス改質エンジンシステム。 - 【請求項４】 前記ガス改質装置と前記エンジンの間の
燃料供給通路に、改質後のガスを燃焼用空気と共に前記
エンジンに供給するコンプレッサーを配設したことを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の天然ガス
改質エンジンシステム。 - 【請求項５】 前記ガス改質装置で生成した水素ガスを
濃縮する水素濃縮手段を設け、該濃縮した水素を別のエ
ンジン、又は、燃料電池に供給することを特徴とする請
求項１〜４のいずれか１項に記載の天然ガス改質エンジ
ンシステム。 - 【請求項６】 前記エンジンに供給する燃焼用空気の供
給経路に酸素濃縮手段を設け、該酸素濃縮手段を、酸素
吸収剤を充填した酸素吸収容器と、該酸素吸収容器に空
気を供給する第１送風機と、前記酸素吸収容器へ供給さ
れる酸素ガスを前記エンジンから排出される排気ガスで
加熱する酸素ガス加熱用熱交換器と、前記酸素吸収容器
へ酸素ガスを供給する第２送風機とを備えて構成したこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の天
然ガス改質エンジンシステム。 - 【請求項７】 前記酸素吸収容器は、前記酸素吸収剤を
保持するための保持部材を具備していることを特徴とす
る請求項６記載の天然ガス改質エンジンシステム。 - 【請求項８】 前記酸素濃縮手段は、前記酸素吸収容器
への空気の導入と、前記酸素吸収容器からの酸素ガスの
排出とを、切り換える切換手段を設けていることを特徴
とする請求項６又は７に記載の天然ガス改質エンジンシ
ステム。 - 【請求項９】 原料の天然ガスを改質した燃料を使用す
るエンジンと、ガス改質装置と、原料ガス加熱用熱交換
器とを有してなる天然ガス改質エンジンシステムにおい
て、原料ガスとエンジンの排ガスの一部を混合し、該混
合ガスを前記原料ガス加熱用熱交換器で加熱し昇温した
後に、前記ガス改質装置を通して改質すると共に、前記
原料ガス加熱用熱交換器に導いて、前記原料ガスを加熱
して降温し、該降温した改質ガスを前記エンジンに供給
してエンジンを運転することを特徴とする天然ガス改質
エンジンの運転方法。 - 【請求項１０】 前記エンジンの排ガスの５％〜９０％
を前記原料ガスに混合することを特徴とする請求項項９
記載の天然ガス改質エンジンの運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000290752A JP2002098010A (ja) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | 天然ガス改質エンジンシステムとその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000290752A JP2002098010A (ja) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | 天然ガス改質エンジンシステムとその運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002098010A true JP2002098010A (ja) | 2002-04-05 |
Family
ID=18773935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000290752A Pending JP2002098010A (ja) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | 天然ガス改質エンジンシステムとその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002098010A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005281131A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | General Electric Co <Ge> | 水素と電気エネルギーの同時生産のためのシステム及び方法 |
| DE102004051121B4 (de) * | 2003-10-21 | 2006-04-06 | Toyota Jidosha K.K., Toyota | Abgasanlage einer Brennkraftmaschine |
| JP2011207755A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | General Electric Co <Ge> | 流体被冷却改質器および改質器を冷却するための方法 |
| JP2013095625A (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-20 | Denso Corp | 除去器およびそれを備える燃料改質装置 |
| AT522812A1 (de) * | 2019-08-02 | 2021-02-15 | Avl List Gmbh | AGR-Anordnung, Brennkraftsystem und Kraftfahrzeug |
-
2000
- 2000-09-25 JP JP2000290752A patent/JP2002098010A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7296400B2 (en) | 2003-10-21 | 2007-11-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine |
| JP2005281131A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | General Electric Co <Ge> | 水素と電気エネルギーの同時生産のためのシステム及び方法 |
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| AT522812A1 (de) * | 2019-08-02 | 2021-02-15 | Avl List Gmbh | AGR-Anordnung, Brennkraftsystem und Kraftfahrzeug |
| AT522812B1 (de) * | 2019-08-02 | 2021-04-15 | Avl List Gmbh | AGR-Anordnung, Brennkraftsystem und Kraftfahrzeug |
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