JP2002179403A - Natural gas reforming system and natural gas reforming apparatus - Google Patents

Natural gas reforming system and natural gas reforming apparatus

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JP2002179403A
JP2002179403A JP2000373211A JP2000373211A JP2002179403A JP 2002179403 A JP2002179403 A JP 2002179403A JP 2000373211 A JP2000373211 A JP 2000373211A JP 2000373211 A JP2000373211 A JP 2000373211A JP 2002179403 A JP2002179403 A JP 2002179403A
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mode
gas
natural gas
adsorption
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Akira Ishida
明 石田
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a natural gas reforming system and a natural gas reforming device, in which a device for separating and recovering only CO2 is not required. SOLUTION: The natural gas reforming system is provided with at least 3 reforming apparatuses, in which an H2 production mode for reacting methane gas G1 with a catalyst S to deposit carbon on the surface of the catalyst and to produce hydrogen G8, a CO2 adsorption mode for adsorbing/absorbing carbon dioxide in the waste combustion gas G4 successive to the H2 production mode and a CO production mode for producing carbon monoxide G9 by reacting the carbon deposited in the H2 production mode with carbon dioxide adsorbed/absorbed in the CO2 adsorption mode are performed stepwise and the H2 production mode is performed in the 1st reforming apparatus 2a, the CO2 adsorption mode is performed in the 2nd reforming apparatus 2b and the CO production mode is performed in the 3rd reforming apparatus 2c. Hydrogen G8 produced in the H2 production mode and carbon monoxide G9 produced in the CO production mode are supplied to a combustor 3 such as an engine and the waste combustion gas G4 is supplied to the reforming apparatus 2b in the CO2 adsorption mode and the execution mode in each reforming apparatus 2a, 2b and 2c is switched successively.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、天然ガス改質シス
テム及び天然ガス改質装置に係り、特に、メタンガス
(CH4 )を主成分とする天然ガスと二酸化炭素(CO
2 )を反応させて水素(H2 )と一酸化炭素(CO)に
改質し、これを燃料として用いる天然ガス改質システム
及び天然ガス改質装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a natural gas reforming system and a natural gas reforming apparatus, and more particularly to a natural gas containing methane gas (CH 4 ) as a main component and carbon dioxide (CO 2).
2 ) The present invention relates to a natural gas reforming system and a natural gas reforming apparatus using hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) as a fuel by reacting them to form a fuel.

【0002】[0002]

【従来の技術】メタンガス(CH4 )を主成分とする天
然ガスは、燃焼に際して石油系燃料のように多くの大気
汚染物質を排出しないといった長所を有しているもの
の、発熱量が低く、燃費があまり良好でないという問題
を有している。
2. Description of the Related Art Natural gas containing methane gas (CH 4 ) as a main component has the advantage that it does not emit as much air pollutants as petroleum fuel during combustion, but has a low calorific value and low fuel consumption. Is not very good.

【0003】そこで、近年、天然ガスと二酸化炭素(C
2 )を反応させて水素(H2 )と一酸化炭素(CO)
に改質し、H2 とCOをガスエンジン及びガスタービン
等の燃焼器の燃料として用いる天然ガス改質システム・
装置が採用されている。この天然ガス改質システム・装
置では、H2 とCOを燃料として用いることで、CH 4
を直接燃料として用いるよりも、発熱量が増加し、燃費
が向上する。
Therefore, in recent years, natural gas and carbon dioxide (C
OTwo ) To react with hydrogen (HTwo ) And carbon monoxide (CO)
To HTwo And CO gas engines and gas turbines
Natural gas reforming system used as fuel for combustors such as
The device is employed. This natural gas reforming system and equipment
By default, HTwo And CO as fuel, CH Four 
Fuel consumption is increased and fuel consumption is higher than when using
Is improved.

【0004】従来の天然ガス改質装置は、図4に示すよ
うに、CH4 (G1)を供給するCH 4 ガスタンク41
と、CH4 (G1)の改質を行う改質装置42と、改質後
のガス分G3を燃焼する燃焼器43と、燃焼排ガスG4中の
CO2 分を分離・回収するCO 2 分離装置44と、改質
後のガス分G3中からCO2 を吸着・吸収するCO2 吸着
装置45a,45b,45cで主に構成される。ここ
で、改質装置42及び各CO2 吸着装置45a,45
b,45cは熱交換手段46を備えている。
A conventional natural gas reformer is shown in FIG.
Yeah, CHFour CH that supplies (G1) Four Gas tank 41
And CHFour (G1) reformer 42 for reforming, after reforming
And a combustor 43 for burning the gas component G3 of the exhaust gas G4.
COTwo CO that separates and collects Two Separation device 44 and reforming
CO from later gas content G3Two Adsorbs and absorbs COTwo adsorption
It is mainly composed of devices 45a, 45b, 45c. here
The reformer 42 and each COTwo Suction devices 45a, 45
b, 45c are provided with heat exchange means 46.

【0005】先ず、CH4 ガスタンク41から供給され
るCH4 (G1)は、CO2 分離装置44から供給される
高温(数百℃)の分離ガス(N2 ,CO2 )G5と混合さ
れ、この混合ガス(CH4 ,N2 ,CO2 )G2をライン
51及びライン51a,51b,51cを介してCO2
吸着装置45a,45b,45cの入口側(図4中では
右側)に供給し、一部の燃焼排ガスG4と熱交換して高温
に加熱する。その後、その混合ガスG2を、ライン52
a,52b,52cを介してCO2 吸着装置45b,4
5c,45aの出口側(図4中では左側)に供給し、再
び熱交換して高温に加熱する。
[0005] First, CH 4 (G1) supplied from the CH 4 gas tank 41, CO 2 high temperature supplied from the separator 44 (hundreds ° C.) of the separation gas (N 2, CO 2) is mixed with G5, The mixed gas (CH 4 , N 2 , CO 2 ) G 2 is supplied to the CO 2 through the line 51 and the lines 51 a, 51 b, 51 c.
It is supplied to the inlet side (right side in FIG. 4) of the adsorption devices 45a, 45b, 45c, and heat-exchanges with a part of the combustion exhaust gas G4 to heat it to a high temperature. Thereafter, the mixed gas G2 is supplied to the line 52.
a, 52b, 52c, the CO 2 adsorbers 45b, 4
It is supplied to the outlet side of 5c and 45a (the left side in FIG. 4) and heat is again exchanged to heat it to a high temperature.

【0006】次に、この高温の混合ガスG2を、ライン5
3b,53c,53a及びライン53を介して改質装置
42に供給し、一部の燃焼排ガスG4と熱交換して更に高
温に加熱すると共に、CH4 をCとH2 に改質・生成
し、このCと混合ガスG2中のCO2 を反応させてCOを
生成する。
Next, the high-temperature mixed gas G2 is supplied to a line 5
3b, 53c, and supplied to the reformer 42 via 53a and the line 53, together with further and a part of the combustion exhaust gas G4 heat exchanger is heated to a high temperature, the reforming and generation was CH 4 to C and H 2 The C is reacted with CO 2 in the mixed gas G2 to generate CO.

【0007】次に、改質後のガス分(H2 ,CO,N
2 ,CO2 ,CH4 (未改質分)等)G3を、ライン56
及びライン56a,56b,56cを介してCO2 吸着
装置45a,45b,45cの入口側に供給し、前述し
た混合ガスG2と熱交換して約200℃の低温とする。そ
の後、このガス分G3を、ライン57a,57b,57c
及びライン57を介して燃焼器43に供給し、空気G7と
共に燃焼させる。燃焼排ガス(N2 ,CO2 ,O2 (余
剰分))G4は、熱交換手段46を介してCO2 分離装置
44に供給され、その一部G5が回収されてCH4 ガスタ
ンク41からのCH4 との混合に供され、残部G6が大気
中に放出される。
Next, the gas content after reforming (H 2 , CO, N
2 , CO 2 , CH 4 (unmodified) etc.)
The gas is supplied to the inlet side of the CO 2 adsorbers 45a, 45b, 45c via the lines 56a, 56b, 56c, and exchanges heat with the above-mentioned mixed gas G2 to a low temperature of about 200 ° C. Thereafter, the gas G3 is transferred to the lines 57a, 57b, 57c.
And is supplied to the combustor 43 via the line 57, and is burned together with the air G7. The flue gas (N 2 , CO 2 , O 2 (excess)) G 4 is supplied to the CO 2 separation device 44 via the heat exchange means 46, and a part of the G 5 is recovered and the CH 4 from the CH 4 gas tank 41 is recovered. 4 and the remainder G6 is released into the atmosphere.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の天然
ガス改質システム・装置においては、CH4 (G1)の改
質を行う改質装置42の他に、燃焼排ガスG4からCO2
分を分離・回収するためのCO2 分離装置44を必要と
することから、システム・装置が大掛かりとなってしま
うという問題があった。
By the way, in the conventional natural gas reforming system / apparatus, in addition to the reformer 42 for reforming CH 4 (G1), the CO 2 gas is discharged from the combustion exhaust gas G4.
Since the CO 2 separation device 44 for separating and recovering the components is required, there is a problem that the system and the device become large.

【0009】ここで、図4に示したCO2 分離装置44
の代わりに、燃焼排ガスG4を分配(例えば、等分配)す
るヘッダ(図示せず)を設けた天然ガス改質システム・
装置もある。CO2 分離装置44を使用する場合、CO
2 分離装置44は、燃焼排ガスG4中のCO2 分を効率よ
く分離・回収(回収率:約70%)できるため、CH 4
(G1)との混合に供する回収ガスG5の流量は、CH4
(G1)の流量の約4〜5倍と比較的少なくて済む。これ
に対して、このヘッダを使用する場合、ヘッダは燃焼排
ガスG4を分配するだけであるため、CH4 (G1)の改質
に必要とするCO 2 を確保するには、回収ガスG5の流量
が、CH4 (G1)の流量の約10倍以上と多くなってし
まい、熱交換効率の低下を招くという問題があった。
Here, the CO shown in FIG.Two Separation device 44
Instead of distributing the flue gas G4 (eg,
Gas reforming system with a header (not shown)
There are also devices. COTwo When the separation device 44 is used, CO 2
Two The separation device 44 removes the CO in the flue gas G4.Two Minute efficiency
Can be separated and recovered (recovery rate: about 70%). Four 
The flow rate of the recovered gas G5 used for mixing with (G1) is CHFour 
It is relatively small, about 4 to 5 times the flow rate of (G1). this
If this header is used, the header
Since only gas G4 is distributed, CHFour (G1) reforming
CO required for Two To ensure the flow rate of the recovered gas G5
But CHFour (G1) is about 10 times more than the flow rate
However, there is a problem that the heat exchange efficiency is reduced.

【0010】また、燃焼器43には過剰の空気G7を供給
するため、燃焼排ガスG4中には余剰酸素(O2 )が存在
するが、燃焼器43における不完全燃焼等により、燃焼
排ガスG4中に所定濃度(例えば、約0〜3%)以上のO
2 が残存した場合、CO2 分離装置44を用いても、混
合ガスG2中に所定濃度以上のO2 が混入する可能性があ
る。この場合、改質装置42で生成するH2 と混入した
2 が激しく反応して改質装置42内部の損傷を招くお
それがあり、延いては装置寿命の低下を招くおそれがあ
った。
Further, since excess air G7 is supplied to the combustor 43, excess oxygen (O 2 ) is present in the flue gas G4. Over a predetermined concentration (eg, about 0-3%)
When 2 remains, O 2 having a predetermined concentration or more may be mixed into the mixed gas G 2 even if the CO 2 separation device 44 is used. In this case, there is a possibility that H 2 generated in the reformer 42 and the mixed O 2 may react violently to cause damage inside the reformer 42, which may lead to a reduction in the life of the device.

【0011】さらに、従来の天然ガス改質システム・装
置においては、同一の改質装置42内で、かつ、同じ工
程で、H2 とCOの生成を行っている。しかし、CH4
→C+2H2 の反応が生じる温度条件と、C+CO2
2COの反応が生じる温度条件が異なるため、同一の改
質装置42内で、かつ、同じ工程で、H2 とCOの生成
を行う従来の天然ガス改質システムは、両方の反応をお
互いの反応が妨げることになるため、メタン改質率があ
まり良好でなかった。
Further, in the conventional natural gas reforming system / apparatus, H 2 and CO are generated in the same reforming apparatus 42 and in the same process. However, CH 4
→ C + 2H 2 reaction temperature conditions and C + CO 2
The temperature conditions under which reaction occurs the 2CO differ, the same reformer within 42, and, at the same step, a conventional natural gas reforming system for the production of H 2 and CO are both reactions each other reaction Methane reforming rate was not so good.

【0012】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、CO2 を分離・回収するための専用の装置を必
要としない天然ガス改質システム及び天然ガス改質装置
を提供することにある。
An object of the present invention, which has been made in view of the above circumstances, is to provide a natural gas reforming system and a natural gas reforming apparatus that do not require a dedicated device for separating and recovering CO 2. It is in.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明に係る天然ガス改質システムは、メタンガス(CH
4 )を主成分とする天然ガスと二酸化炭素(CO2 )を
反応させて水素(H2)と一酸化炭素(CO)に改質
し、これを燃料として用いる天然ガス改質システムにお
いて、上記CH4 を触媒と反応させて触媒表面に炭素
(C)を析出させると共にH2 を生成するH2 生成モー
ドと、H2 生成モードに続いて燃焼排ガス中のCO2
吸着・吸収するCO2 吸着モードと、H2 生成モードで
析出したCとCO2 吸着モードで吸着・吸収されたCO
2 を反応させてCOを生成するCO生成モードを順に実
行可能な少なくとも3つの改質装置を備え、第一の改質
装置をH2 生成モード、第二の改質装置をCO2 吸着モ
ード、第三の改質装置をCO生成モードとして実行する
と共に、H2 生成モードで生成したH2 とCO生成モー
ドで生成したCOを、エンジン等の燃焼器に供給し、そ
の燃焼器で生じた燃焼排ガスをCO2 吸着モードの改質
装置に供給して排気し、かつ、これら各改質装置の実行
モードを順に切換えるものである。
In order to achieve the above object, a natural gas reforming system according to the present invention comprises a methane gas (CH)
4 ) In a natural gas reforming system in which natural gas mainly composed of) is reacted with carbon dioxide (CO 2 ) to reform it into hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO), and this is used as a fuel, and H 2 generation mode for generating of H 2 with precipitating a carbon (C) on the catalyst surface and the CH 4 is reacted with the catalyst, CO 2 for adsorbing or absorbing CO 2 in the combustion exhaust gas is followed in H 2 generation mode C deposited in the H 2 generation mode and CO absorbed and absorbed in the CO 2 adsorption mode
2 comprising at least three reformers capable of sequentially executing a CO generation mode for generating CO by reacting 2 ; a first reformer being a H 2 generation mode; a second reformer being a CO 2 adsorption mode; and executes the third reformer as CO generating mode, the CO produced by the H 2 and CO generation mode generated with H 2 generation mode, and supplied to the combustor such as an engine, resulting in the combustor combustion The exhaust gas is supplied to the reformer in the CO 2 adsorption mode to be exhausted, and the execution mode of each of these reformers is sequentially switched.

【0014】以上によれば、各改質装置の実行モードを
順に切換えることで、一つの改質装置で、H2 生成、C
O生成、及びCO2 吸着の3つを行うことができ、CO
2 を分離・回収するための専用の装置を必要としない。
According to the above, by sequentially switching the execution mode of each reformer, H 2 generation and C
O generation and CO 2 adsorption can be performed.
No special equipment for separating and collecting 2 is required.

【0015】また、CO2 吸着モードが実行されている
改質装置に燃焼器からの燃焼排ガスを供給する際、その
燃焼排ガスを、H2 生成モードとCO生成モードを実行
している改質装置の伝熱部に供給してこれらを加熱した
後、CO2 吸着モードが実行されている改質装置に供給
してもよい。
When the combustion exhaust gas from the combustor is supplied to the reformer in the CO 2 adsorption mode, the combustion exhaust gas is supplied to the reformer in the H 2 generation mode and the CO generation mode. May be supplied to the heat transfer section and heated, and then supplied to the reformer in which the CO 2 adsorption mode is executed.

【0016】また、燃焼排ガス中に、不完全燃焼などに
より所定濃度以上の酸素(O2 )が残存し、そのO2
が、CO2 吸着モードで吸着され、その後のCO生成モ
ードで改質装置内に残存した際に、H2 生成モードの開
始時に、点火手段を用いて供給されたCH4 を徐々に燃
焼させて残存O2 を除去するようにしてもよい。
Further, in the combustion exhaust gas, a predetermined concentration or more of oxygen (O 2) may remain due to incomplete combustion, the O 2
Is adsorbed in the CO 2 adsorption mode and remains in the reformer in the subsequent CO generation mode. At the start of the H 2 generation mode, the supplied CH 4 is gradually burned using the ignition means. The remaining O 2 may be removed.

【0017】一方、本発明に係る天然ガス改質装置は、
メタンガス(CH4 )を主成分とする天然ガスと二酸化
炭素(CO2 )を反応させて水素(H2 )と一酸化炭素
(CO)に改質し、これを燃料として用いる天然ガス改
質装置において、上記CH4を触媒と反応させて触媒表
面に炭素(C)を析出させると共にH2 を生成するH 2
生成モードと、H2 生成モードに続いて燃焼排ガス中の
CO2 を吸着・吸収するCO2 吸着モードと、H2 生成
モードで析出したCとCO2 吸着モードで吸着・吸収さ
れたCO2 を反応させてCOを生成するCO生成モード
を順に実行可能な少なくとも3つの改質装置を備え、第
一の改質装置をH2 生成モード、第二の改質装置をCO
2 吸着モード、第三の改質装置をCO生成モードとして
実行すると共に、H2 生成モードで生成したH2 とCO
生成モードで生成したCOを、エンジン等の燃焼器に供
給し、その燃焼器で生じた燃焼排ガスをCO2 吸着モー
ドの改質装置に供給して排気し、かつ、これら各改質装
置の実行モードを順に切換えるようにしたものである。
また、上記各改質装置の、ガス入口側に上記天然ガスを
供給するCH4 ラインと燃焼排ガスを供給する燃焼排ガ
スラインを、かつ、ガス出口側にH2 生成モード又はC
O生成モードで生成したH2 又はCOを排出する排出ラ
インとCO2 吸着モードで分離された窒素(N2 )を排
出するN2 ラインを、それぞれ独立して接続し、これら
の各ラインに、各ガスの流れを制御するバルブとバルブ
の開閉制御を行う制御手段を接続したものである。
On the other hand, the natural gas reformer according to the present invention
Methane gas (CHFour ) -Based natural gas and dioxide
Carbon (COTwo ) To react with hydrogen (HTwo ) And carbon monoxide
(CO) reformed and used as fuel
In the quality device, the CHFourWith the catalyst
Deposit carbon (C) on the surface andTwo H that produces Two 
Generation mode and HTwo Following the production mode,
COTwo Adsorbs and absorbs COTwo Suction mode and HTwo Generate
And CO deposited in modeTwo Adsorbed / absorbed in adsorption mode
COTwo Generation mode in which CO is reacted to produce CO
And at least three reformers capable of sequentially performing
One reformer is HTwo Production mode, the second reformer is CO
Two Adsorption mode, third reformer as CO generation mode
Execute and HTwo H generated in generation modeTwo And CO
The CO generated in the generation mode is supplied to a combustor such as an engine.
And the combustion exhaust gas generated by the combustor isTwo Adsorption mode
Supply to the reforming unit for the exhaust gas,
The execution modes of the devices are sequentially switched.
In addition, the above natural gas is supplied to the gas inlet side of each of the above reformers.
CH to supplyFour Combustion exhaust gas that supplies lines and combustion exhaust gas
Sline and H on the gas outlet sideTwo Generation mode or C
H generated in O generation modeTwo Or an emission line that emits CO
Inn and COTwo Nitrogen separated in adsorption mode (NTwo )
N to issueTwo Connect the lines independently
Valves and valves to control the flow of each gas in each line
Is connected to control means for controlling the opening and closing of.

【0018】以上の構成によれば、制御手段及びバルブ
により、各改質装置に供給するガスの流れを制御するこ
とができることから、各改質装置でそれぞれ異なるモー
ド(H2 生成モード、CO2 吸着モード、CO生成モー
ド)を実行することができ、また、各改質装置の実行モ
ードを順に切換えることで、一つの改質装置で、H2
成、CO生成、及びCO2 吸着の3つを行うことができ
る。
According to the above configuration, since the flow of gas supplied to each reformer can be controlled by the control means and the valve, different modes (H 2 generation mode, CO 2 (Adsorption mode, CO generation mode) can be executed, and by sequentially switching the execution mode of each reformer, one reformer can perform three processes of H 2 generation, CO generation, and CO 2 adsorption. It can be performed.

【0019】また、上記燃焼排ガスラインに燃焼排ガス
中の酸素濃度を測定するO2 センサを設け、上記各改質
装置のCH4 ラインの接続口近傍にそれぞれ点火手段を
設け、O2 センサおよび各点火手段を上記制御手段と接
続してもよい。
Further, an O 2 sensor for measuring the oxygen concentration in the combustion exhaust gas in the combustion exhaust gas line provided, each ignition means to the connection port near the CH 4 lines of each reformer provided, the O 2 sensor and the The ignition means may be connected to the control means.

【0020】また、上記触媒が、VIII族金属、IB族金
属、希土類酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類
金属酸化物から選択される単体又はそれらの混合物であ
ることが好ましい。
The catalyst is preferably a simple substance selected from Group VIII metals, Group IB metals, rare earth oxides, alkali metal oxides and alkaline earth metal oxides, or a mixture thereof.

【0021】また、上記燃焼排ガス中のCO2 を吸着・
吸収すべく、活性炭、ゼオライト、アルカリ土類金属酸
化物、又は希土類酸化物から選択される吸着・吸収剤を
各改質装置内に配することが好ましい。
Further, CO 2 in the combustion exhaust gas is adsorbed and
For absorption, it is preferable to arrange an adsorbent / absorbent selected from activated carbon, zeolite, alkaline earth metal oxide, or rare earth oxide in each reformer.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0023】本発明に係る天然ガス改質装置の概略図を
図1〜図3に示す。
FIGS. 1 to 3 show schematic views of a natural gas reforming apparatus according to the present invention.

【0024】図1〜図3に示すように、本発明に係る天
然ガス改質装置は、メタンガス(CH4 )G1を主成分と
する天然ガスを供給するCH4 ガスタンク1と、CH4
(G1)をメタン改質触媒Sと反応させて触媒Sの表面に
炭素(C)を析出させると共にH2 (G8)を生成するH
2 生成モードと、H2 生成モードに続いて燃焼排ガスG4
中のCO2 を吸着・吸収するCO2 吸着モードと、H2
生成モードで析出したCとCO2 吸着モードで吸着・吸
収されたCO2 を反応させてCO(G9)を生成するCO
生成モードを順に実行可能な少なくとも3つの改質装置
(図1〜図3中では改質装置2a〜2cの3つを図示)
2と、燃焼ガス(改質後のガス分)G10を燃焼する燃焼
器3で主に構成される。
As shown in FIGS. 1 to 3, a natural gas reforming device according to the present invention, a CH 4 gas tank 1 for supplying natural gas mainly composed of methane (CH 4) G1, CH 4
(G1) reacts with the methane reforming catalyst S to precipitate carbon (C) on the surface of the catalyst S and generate H 2 (G8).
And 2 generating mode, the combustion exhaust gas G4 is followed in H 2 generation mode
And CO 2 adsorption mode for adsorbing or absorbing CO 2 in, H 2
CO which is reacted with CO 2 adsorbed and absorbed by precipitated in generation mode C and CO 2 adsorption mode to generate a CO (G9)
At least three reformers capable of sequentially executing the generation mode (three reformers 2a to 2c are shown in FIGS. 1 to 3)
2 and a combustor 3 for burning a combustion gas (reformed gas portion) G10.

【0025】各改質装置2のガス入口側(図1〜図3中
では右側)には、CH4 (G1)を供給するCH4 ライン
11と燃焼排ガスG4を供給する燃焼排ガスライン15
が、ガス出口側(図1〜図3中では左側)には、H2
成モードで生成したH2 (G8)を排出する(又はCO生
成モードで生成したCO(G9)を排出する)排出ライン
12とCO2 吸着モードで分離された窒素(N2 )G6を
排出するN2 ライン16が、それぞれ独立して接続され
る。また、各改質装置2は熱交換手段6を備えており、
熱交換手段6の導入側(図1〜図3中では左側)ライン
13が燃焼器3の排出側(図1〜図3中では右側)に、
熱交換手段6の排出側(図1〜図3中では右側)ライン
14が燃焼排ガスライン15に接続される。これらの各
ライン11〜16には、各ガスG1,G8,G9,G4,G6の流
れを制御する電磁バルブVA1 〜VA6,VB1 〜VB6 ,VC1
〜VC6 が設けられている。
[0025] The gas inlet side of each reformer 2 (right side in FIGS. 1 to 3), CH 4 (G1) flue gas line 15 for supplying a CH 4 line 11 and the combustion exhaust gas G4 supplies
There, the gas outlet side (in FIGS. 1 to 3 left), the (discharging or CO generated by the generation mode CO (G9)) for discharging of H 2 generated with H 2 generation mode (G8) emissions The line 12 and the N 2 line 16 for discharging the nitrogen (N 2 ) G 6 separated in the CO 2 adsorption mode are connected independently. Further, each reformer 2 includes a heat exchange means 6,
A line 13 on the introduction side (left side in FIGS. 1 to 3) of the heat exchange means 6 is on the discharge side (right side in FIGS. 1 to 3) of the combustor 3.
A discharge side (right side in FIGS. 1 to 3) line 14 of the heat exchange means 6 is connected to a flue gas line 15. Electromagnetic valves VA1 to VA6, VB1 to VB6, VC1 for controlling the flow of each gas G1, G8, G9, G4, G6 are provided in these lines 11 to 16, respectively.
~ VC6.

【0026】燃焼排ガスライン15(又はライン13)
には、燃焼排ガスG4中のO2 濃度を測定するO2 センサ
24が設けられる。また、各改質装置2のCH4 ライン
11の接続口近傍には、それぞれ点火プラグ(点火手
段)21が設けられる。
The flue gas line 15 (or line 13)
Is provided with an O 2 sensor 24 for measuring the O 2 concentration in the combustion exhaust gas G4. An ignition plug (ignition means) 21 is provided in the vicinity of the connection port of the CH 4 line 11 of each reformer 2.

【0027】各電磁バルブVA1 〜VA6 ,VB1 〜VB6 ,VC
1 〜VC6 、O2 センサ24、及び点火プラグ21は、そ
れぞれ、電源23と接続された制御手段22に接続され
ており、各電磁バルブVA1 〜VA6 ,VB1 〜VB6 ,VC1 〜
VC6 (又は点火プラグ21)は、それぞれ単独で開閉制
御(又はON/OFF制御)されるようになっている。
Each of the solenoid valves VA1 to VA6, VB1 to VB6, VC
1 ~VC6, O 2 sensor 24, and the ignition plug 21, respectively, are connected to the control means 22 connected to the power source 23, the electromagnetic valves VA1 ~VA6, VB1 ~VB6, VC1 ~
The VC6 (or the spark plug 21) is individually controlled to open and close (or to be ON / OFF controlled).

【0028】熱交換手段6は、放熱用パイプ6dの表面
に担持体層を形成し、その担持体層の表面に、メタン改
質触媒Sを担持させると共に、CO2 吸着・吸収剤Kを
保持させ、この放熱用パイプ6dを改質装置2のケーシ
ング2d内に蛇行させて配設したものである。または、
表面に担持体層を有する放熱用パイプ6dを改質装置2
のケーシング2d内に蛇行させて配設すると共に、蛇行
した放熱用パイプ6d間にメタン改質触媒S及びCO2
吸着・吸収剤Kを担持・保持させたものである。ここ
で、放熱用パイプ6dとして、慣用の熱交換器等に使用
されている全てのものが適用可能である。また、外周面
にフィンを備えた放熱用パイプ6dであってもよい。
The heat exchanging means 6 forms a carrier layer on the surface of the heat radiating pipe 6d, carries the methane reforming catalyst S on the surface of the carrier layer, and holds the CO 2 adsorbing / absorbing agent K. The heat radiating pipe 6d is arranged in a meandering manner in the casing 2d of the reformer 2. Or
The heat-dissipating pipe 6d having a carrier layer on the surface is transformed into a reformer 2
The methane reforming catalyst S and CO 2 are disposed between the meandering heat radiation pipes 6d while being arranged in a meandering manner in the casing 2d.
The adsorption / absorption agent K is carried and held. Here, as the heat-dissipating pipe 6d, any pipe used for a conventional heat exchanger or the like can be applied. Alternatively, the heat radiation pipe 6d having fins on the outer peripheral surface may be used.

【0029】メタン改質触媒Sとしては、高温状態でC
4 (G1)と接触することによってCH4 をCとH2
改質できるものであれば特に限定するものではなく、VI
II族金属、IB族金属、希土類酸化物、アルカリ金属酸
化物、アルカリ土類金属酸化物から選択される単体又は
それらの混合物などが挙げられる。
As the methane reforming catalyst S, C at a high temperature
There is no particular limitation as long as CH 4 can be reformed into C and H 2 by contact with H 4 (G1).
A simple substance selected from a Group II metal, a Group IB metal, a rare earth oxide, an alkali metal oxide, an alkaline earth metal oxide, or a mixture thereof is exemplified.

【0030】また、CO2 吸着・吸収剤Kとしては、熱
交換により顕熱を回収された比較的低い温度(例えば、
約200〜300℃)の燃焼排ガスG4中のCO2 を吸着
・吸収できるものであれば特に限定するものではなく、
活性炭、ゼオライト、アルカリ土類金属酸化物(例え
ば、MgO、CaO等)、又は希土類酸化物(例えば、
CeO2 等)などが挙げられ、室温に近い温度での吸着
・吸収能が高いものがより好ましい。
As the CO 2 adsorbent / absorbent K, a relatively low temperature at which sensible heat is recovered by heat exchange (for example,
It is not particularly limited as long as it can adsorb and absorb CO 2 in the combustion exhaust gas G4 of about 200 to 300 ° C.)
Activated carbon, zeolite, alkaline earth metal oxides (eg, MgO, CaO, etc.), or rare earth oxides (eg,
CeO 2 and the like, and those having high adsorption / absorption ability at a temperature close to room temperature are more preferable.

【0031】次に、本発明に係る天然ガス改質システ
ム、及び天然ガス改質装置の作用について説明する。
Next, the operation of the natural gas reforming system and the natural gas reforming apparatus according to the present invention will be described.

【0032】先ず、改質開始に先立って、図1に示すよ
うに、制御手段22により電磁バルブVA1 ,VA4 ,VC1
,VC4 を開にし、ライン13a,13cを介して改質
装置2a,2cの熱交換手段6にそれぞれ燃焼排ガスG4
を流し、改質装置2a内のメタン改質触媒Sと、改質装
置2c内のメタン改質触媒S及びCO2 吸着・吸収剤K
を加熱して予め活性化しておく。
First, prior to the start of reforming, as shown in FIG. 1, the control means 22 controls the solenoid valves VA1, VA4, VC1.
, VC4 are opened and the flue gas G4 is supplied to the heat exchange means 6 of the reformers 2a, 2c via the lines 13a, 13c, respectively.
And the methane reforming catalyst S in the reformer 2a, the methane reforming catalyst S in the reformer 2c and the CO 2 adsorbent / absorbent K
Is heated and activated in advance.

【0033】次に、図1に示すように、制御手段22に
より改質装置2aの電磁バルブVA3,VA5 を開にし、C
4 ガスタンク1から供給されるCH4 (G1)を、ライ
ン11→ライン11aの順に導いて、H2 生成モードの
改質装置2a内に供給する。改質装置2a内では、熱交
換手段6による高温(例えば、約600〜750℃)の
燃焼排ガスG4が、その顕熱で、メタン改質触媒Sを高温
に加熱する。この高温のメタン改質触媒SとCH4 (G
1)が高温雰囲気(例えば、600℃前後)で接触する
ことで、メタン改質触媒Sの表面に固体状のCが析出
し、ガス状のH2 (G8)が生成する。改質によって生成
したH2 (G8)は、排出ライン12aを介して改質装置
2aから排出される。
Next, as shown in FIG. 1, the electromagnetic valves VA3 and VA5 of the reformer 2a are opened by the control means 22, and C
CH 4 (G1) supplied from the H 4 gas tank 1 is led in the order of line 11 → line 11a and supplied into the reformer 2a in the H 2 generation mode. In the reformer 2a, the high-temperature (for example, about 600 to 750 ° C.) combustion exhaust gas G4 generated by the heat exchange means 6 heats the methane reforming catalyst S to a high temperature with its sensible heat. This high-temperature methane reforming catalyst S and CH 4 (G
When 1) contacts in a high-temperature atmosphere (for example, around 600 ° C.), solid C precipitates on the surface of the methane reforming catalyst S, and gaseous H 2 (G8) is generated. H 2 (G8) generated by the reforming is discharged from the reformer 2a via the discharge line 12a.

【0034】この改質装置2aのH2 生成モードと同時
に、図1に示すように、制御手段22により改質装置2
cの電磁バルブVC5 を開にし、CO生成モードの改質装
置2c内では、熱交換手段6による高温(例えば、約6
00〜750℃)の燃焼排ガスG4が、その顕熱で、メタ
ン改質触媒S及びCO2 吸着・吸収剤Kを高温(例え
ば、約600〜700℃)に加熱する。メタン改質触媒
SとCO2 吸着・吸収剤Kを高温に加熱することで、メ
タン改質触媒Sの表面に析出していたCによりCO2
着・吸収剤Kに吸着・吸収されていたCO2 が還元さ
れ、CO(G9)が生成する。このCO(G9)は、排出ラ
イン12cを介して改質装置2c内から排出される。こ
こで、改質装置2cの、メタン改質触媒Sの表面のC
は、前々工程のH2 生成モード時に析出したものであ
り、また、CO2 吸着・吸収剤KのCO2は、前工程の
CO2 吸着モード時に吸着・吸収したものである。
At the same time as the H 2 generation mode of the reformer 2a, as shown in FIG.
c, the electromagnetic valve VC5 is opened, and in the reformer 2c in the CO generation mode, the high temperature (for example, about 6
With the sensible heat of the combustion exhaust gas G4 (at 00 to 750 ° C.), the methane reforming catalyst S and the CO 2 adsorbent / absorbent K are heated to a high temperature (for example, about 600 to 700 ° C.). By heating the methane reforming catalyst S and the CO 2 adsorbent / absorbent K to a high temperature, the CO adsorbed and absorbed by the CO 2 adsorbent / absorbent K by C deposited on the surface of the methane reforming catalyst S 2 is reduced to produce CO (G9). This CO (G9) is discharged from the inside of the reformer 2c via the discharge line 12c. Here, C of the surface of the methane reforming catalyst S in the reformer 2c
Are those deposited in H 2 generation mode of the second previous step, also, CO 2 in CO 2 adsorption and absorption agent K is obtained by adsorption and absorbed before CO 2 adsorption mode process.

【0035】また同時に、図1に示すように、制御手段
22により改質装置2bの電磁バルブVB2 ,VB6 を開に
し、改質装置2a,2cにおける顕熱回収後の比較的低
温(例えば、約200〜300℃)の燃焼排ガスG4を、
ライン14a,14c→ライン14→燃焼排ガスライン
15→燃焼排ガスライン15bの順に導いて、CO2
着モードの改質装置2bに供給する。改質装置2b内で
は、燃焼排ガスG4中のCO2 分がCO2 吸着・吸収剤K
及び/又はメタン改質触媒Sの表面に析出していたCに
吸着・吸収され、残余のN2 (少量のCO2 を含む;G
6)が、N2 ライン16bを介して改質装置2b内から
排出され、大気中に放出される(放出温度:例えば、約
100〜200℃)。このN2 (G6)の一部をライン1
3a,13cに戻し、燃焼排ガスG4の温度調整に用いる
ようにしてもよい。ここで、改質装置2bの、メタン改
質触媒Sの表面のCは、前工程のH2 生成モード時に析
出したものである。
At the same time, as shown in FIG. 1, the electromagnetic valves VB2 and VB6 of the reformer 2b are opened by the control means 22 and a relatively low temperature (for example, about 200-300 ° C) flue gas G4,
Lines 14a and 14c → line 14 → combustion exhaust gas line 15 → combustion exhaust gas line 15b are supplied to the reformer 2b in the CO 2 adsorption mode. In the reformer 2b, the CO 2 content in the flue gas G4 becomes CO 2 adsorbent / absorbent K
And / or adsorbed and absorbed by C deposited on the surface of the methane reforming catalyst S, and the remaining N 2 (including a small amount of CO 2 ; G
6), through the N 2 line 16b is discharged from the reforming device 2b, it is released into the atmosphere (discharge temperature: for example, about 100 to 200 ° C.). Part of this N 2 (G6)
The temperature may be returned to 3a, 13c and used for adjusting the temperature of the combustion exhaust gas G4. Here, C on the surface of the methane reforming catalyst S in the reformer 2b is deposited during the H 2 generation mode in the previous step.

【0036】改質装置2a,2cにおいて同時生成した
2 (G8)及びCO(G9)は、排出ライン12において
混合され、燃焼ガスG10 として空気G7と共に燃焼器(例
えば、ガスエンジン、ガスタービン等)3に供給され、
燃料として用いられる。この時、改質装置2aにおいて
生成したH2 (G8)を、水素ガスフィルター及び/又は
Hガス吸収剤を用いて濃縮し、この濃縮H2 をCO(G
9)と混合し、燃焼器3に供給するようにしてもよい。
H 2 (G8) and CO (G9) simultaneously produced in the reformers 2a and 2c are mixed in the discharge line 12, and are burned together with air G7 as a combustion gas G10 (for example, a gas engine, a gas turbine, etc.). 3) supplied to
Used as fuel. At this time, H 2 (G8) generated in the reformer 2a is concentrated using a hydrogen gas filter and / or an H gas absorbent, and the concentrated H 2 is CO (G
9) and may be supplied to the combustor 3.

【0037】ここで、燃焼器3としてガスタービンを用
いて、本システムのメタン改質率及びエネルギー効率を
実際に測定した結果、80%のメタン改質率と50%の
エネルギー効率が得られた。
Here, as a result of actually measuring the methane reforming rate and the energy efficiency of the present system using a gas turbine as the combustor 3, a methane reforming rate of 80% and an energy efficiency of 50% were obtained. .

【0038】その後、図1に示す状態で、天然ガス改質
装置の運転を続けていると、改質装置2a内において
は、メタン改質触媒Sの表面に析出するCの量が徐々に
増大することで、改質率が徐々に低下し、H2 (G8)の
生成量が減少する。また、改質装置2b内においては、
CO2 吸着・吸収剤KにCO2 が徐々に吸着・吸収され
ることで、CO2 の吸着・吸収量が徐々に減少する。さ
らに、改質装置2c内においては、CO生成反応が進行
することで、メタン改質触媒Sの表面の析出C量および
CO2 吸着・吸収剤KのCO2 吸着・吸収量が徐々に減
少し、CO(G9)の生成量が減少する。その後も運転を
続けると、最終的に、各改質装置2は機能を喪失してし
まう。
Thereafter, when the operation of the natural gas reformer is continued in the state shown in FIG. 1, the amount of C deposited on the surface of the methane reforming catalyst S gradually increases in the reformer 2a. By doing so, the reforming rate gradually decreases, and the amount of H 2 (G8) generated decreases. In the reformer 2b,
CO 2 adsorption and absorption agent K that CO 2 is gradually adsorbed and absorbed, adsorbed, absorbed amount of CO 2 decreases gradually. Further, in the reformer 2c, by CO formation reaction proceeds, CO 2 adsorption and absorption of precipitated C amount and CO 2 adsorbent, absorbent K of the surface of the methane reforming catalyst S gradually reduced , CO (G9) is reduced. If the operation is continued thereafter, each reformer 2 eventually loses its function.

【0039】そこで、図1に示す状態で、天然ガス改質
装置の運転を一定時間(例えば、2〜3分間)続けた
ら、図2に示すように、制御手段22により電磁バルブ
VA1 ,VA3 ,VA4 ,VA5 ,VB2 ,VB6 を閉じると共に、
新たに電磁バルブVA2 ,VA6 ,VB1 ,VB4 ,VB5 ,VC3
を開にする。つまり、改質装置2aがCO2 吸着モー
ド、改質装置2bがCO生成モード、改質装置2cがH
2 生成モードとなる。
Therefore, in the state shown in FIG. 1, if the operation of the natural gas reforming unit is continued for a certain period of time (for example, two to three minutes), as shown in FIG.
Close VA1, VA3, VA4, VA5, VB2, VB6 and
New solenoid valves VA2, VA6, VB1, VB4, VB5, VC3
Open. That is, the reformer 2a is in the CO 2 adsorption mode, the reformer 2b is in the CO generation mode, and the reformer 2c is in the H mode.
It becomes 2 generation mode.

【0040】これによって、H2 (G8)は改質装置2c
で、CO(G9)は改質装置2bで生成され、かつ、排出
ライン12c(又は12b)を介して改質装置2c(又
は2b)から排出されると共に、排出ライン12におい
て混合され、燃焼ガスG10 として空気G7と共に燃焼器3
に供給される。また、燃焼排ガスG4中のCO2 は改質装
置2aで吸着・吸収され、N2 (G6)が、N2 ライン1
6aを介して改質装置2aから排出され、大気中に放出
される。
As a result, H 2 (G8) is supplied to the reformer 2c.
The CO (G9) is generated in the reformer 2b and discharged from the reformer 2c (or 2b) via the discharge line 12c (or 12b), and is mixed in the discharge line 12 to produce the combustion gas. Combustor 3 with air G7 as G10
Supplied to Moreover, CO 2 in the combustion exhaust gas G4 are adsorbed and absorbed by the reformer 2a, N 2 (G6) is, N 2 line 1
It is discharged from the reformer 2a via 6a and discharged to the atmosphere.

【0041】その後、図2に示す状態で、天然ガス改質
装置の運転を一定時間続けたら、図3に示すように、制
御手段22により電磁バルブVA2 ,VA6 ,VC1 ,VC3 ,
VC4,VC5 を閉じると共に、新たに電磁バルブVA1 ,VA4
,VA5 ,VB3 ,VC2 ,VC6を開にする。つまり、改質装
置2aがCO生成モード、改質装置2bがH2 生成モー
ド、改質装置2cがCO2 吸着モードとなる。
Thereafter, when the operation of the natural gas reformer is continued for a certain period of time in the state shown in FIG. 2, as shown in FIG. 3, the control means 22 controls the electromagnetic valves VA2, VA6, VC1, VC3, VC3.
VC4 and VC5 are closed and solenoid valves VA1 and VA4 are newly added.
, VA5, VB3, VC2, VC6 are opened. That is, the reformer 2a is in the CO generation mode, the reformer 2b is in the H 2 generation mode, and the reformer 2c is in the CO 2 adsorption mode.

【0042】これによって、H2 (G8)は改質装置2b
で、CO(G9)は改質装置2aで生成され、かつ、排出
ライン12b(又は12a)を介して改質装置2b(又
は2a)から排出されると共に、排出ライン12におい
て混合され、燃焼ガスG10 として空気G7と共に燃焼器3
に供給される。また、燃焼排ガスG4中のCO2 は改質装
置2cで吸着・吸収され、N2 (G6)が、N2 ライン1
6cを介して改質装置2cから排出され、大気中に放出
される。
As a result, H 2 (G8) is supplied to the reformer 2b.
The CO (G9) is generated in the reformer 2a and discharged from the reformer 2b (or 2a) via the discharge line 12b (or 12a), mixed in the discharge line 12, and combusted by the combustion gas. Combustor 3 with air G7 as G10
Supplied to Moreover, CO 2 in the combustion exhaust gas G4 are adsorbed and absorbed by the reformer 2c, N 2 (G6) is, N 2 line 1
It is discharged from the reformer 2c via 6c and discharged to the atmosphere.

【0043】以上に述べたように、本発明に係る天然ガ
ス改質システムによれば、ある時の改質装置2aの実行
モードをH2 生成モード、改質装置2bの実行モードを
CO 2 吸着モード、改質装置2cの実行モードをCO生
成モードとし(図1参照)、その後、一定時間毎に、改
質装置2aの実行モードをH2 生成モード→CO2 吸着
モード→CO生成モード→H2 生成モード…の順に、改
質装置2bの実行モードをCO2 吸着モード→CO生成
モード→H2 生成モード→CO2 吸着モード…の順に、
改質装置2cの実行モードをCO生成モード→H2 生成
モード→CO2吸着モード→CO生成モード…の順に、
それぞれ切換えていくことで、H2 生成モードとCO生
成モードの改質装置(図1中では2aと2c)におい
て、H2 (G8)とCO(G9)を同時に生成することがで
きる。
As described above, the natural gas according to the present invention is
According to the reforming system, the execution of the reformer 2a at a certain time
Set the mode to HTwo The generation mode and the execution mode of the reformer 2b
CO Two The CO mode is used for the adsorption mode and the execution mode of the reformer 2c.
Mode (see Fig. 1), and then
The execution mode of the quality device 2a is HTwo Generation mode → COTwo adsorption
Mode → CO generation mode → HTwo Generate mode ...
Mode of the quality device 2b is set to COTwo Adsorption mode → CO generation
Mode → HTwo Generation mode → COTwo Adsorption mode ...
Change the execution mode of the reformer 2c from the CO generation mode to HTwo Generate
Mode → COTwoAdsorption mode → CO generation mode ...
By switching each, HTwo Generation mode and CO production
In the reformer in the natural mode (2a and 2c in FIG. 1)
And HTwo (G8) and CO (G9) can be generated simultaneously.
Wear.

【0044】また、改質装置(図1中では2b)におい
ては、燃焼排ガスG4中のCO2 分を吸着・吸収すること
ができ、図4に示した従来の天然ガス改質システムのよ
うに、CO2 分離装置44等の専用装置を必要としない
ことから、システム・装置がコンパクトとなる。このC
2 吸着モードの改質装置を用いたCO2 分の吸着・吸
収率は、従来のCO2 分離装置44を用いてCO2 分を
吸着・吸収する場合と比較して遜色がなく、また、前述
のヘッダ使用時のように、熱交換効率の低下を招くこと
もない。
The reformer (2b in FIG. 1) can adsorb and absorb the CO 2 in the flue gas G4, as in the conventional natural gas reforming system shown in FIG. Since a dedicated device such as the CO 2 separation device 44 is not required, the system and the device are compact. This C
The adsorption / absorption rate of CO 2 using the reformer in the O 2 adsorption mode is comparable to the case of adsorbing / absorbing CO 2 using the conventional CO 2 separator 44, and There is no decrease in heat exchange efficiency as in the case of using the header described above.

【0045】さらに、本発明によれば、H2 (G8)の生
成はH2 生成モードの改質装置(図1中では2a)で、
CO(G9)の生成はCO生成モードの改質装置(図1中
では2c)でという具合に、別々の改質装置2でH2
(G8)とCO(G9)の生成を行っている。また、各改質
装置2内の温度は、前述したように、燃焼排ガスG4及び
2 (G6)により自在に調節可能である。このため、各
改質装置2の温度を、H 2 (G8)又はCO(G9)の生成
に最適な温度条件にそれぞれ調整することで、メタン改
質率の更なる向上を図ることができる。
Further, according to the present invention, HTwo (G8) Raw
H is HTwo In the reformer in the production mode (2a in FIG. 1),
CO (G9) is produced in the reformer in the CO production mode (Fig. 1
In 2c), H in separate reformers 2Two 
(G8) and CO (G9). In addition, each reform
As described above, the temperature in the device 2 is determined by the combustion exhaust gas G4 and
NTwo It can be adjusted freely by (G6). Therefore, each
The temperature of the reformer 2 is set to H Two (G8) or CO (G9) generation
By adjusting each to the optimal temperature conditions for
The quality can be further improved.

【0046】一方、本発明に係る天然ガス改質システム
において、各改質装置2の実行モードを順に切換えなが
ら天然ガスの改質を行っている際に、ガス改質中のある
時点において、燃焼器3に不完全燃焼などが起こること
で、燃焼排ガスG4中に所定濃度(例えば、約0〜3%)
以上の酸素(O2 )が残存することになる。この所定濃
度以上のO2 が、CO2 吸着モードの改質装置内に吸着
・残存し、かつ、その後のCO生成モードを経ても改質
装置内に吸着・残存した場合、この改質装置がH2 生成
モードとなった時に、改質装置内で生成するH2 と吸着
・残存したO2が激しく反応するおそれがある。
On the other hand, in the natural gas reforming system according to the present invention, when the reforming of the natural gas is performed while sequentially switching the execution mode of each reformer 2, at a certain point during the gas reforming, When the incomplete combustion or the like occurs in the vessel 3, a predetermined concentration (for example, about 0 to 3%) is contained in the flue gas G4.
The above oxygen (O 2 ) remains. If O 2 having a predetermined concentration or more is adsorbed and remains in the reformer in the CO 2 adsorption mode, and is adsorbed and remains in the reformer even after passing through the CO generation mode, the reformer is when it becomes with H 2 generation mode, O 2 adsorbed, it remains with H 2 generated in the reformer is likely to react violently.

【0047】そこで、燃焼排ガスライン15に設けたO
2 センサ24により燃焼排ガスG4中のO2 濃度を常時測
定し、燃焼排ガスG4中に所定濃度以上のO2 濃度が測定
されると、制御手段22にO2 濃度信号を入力し、制御
手段22が、この時点でのCO2 吸着モード(図1)の
改質装置(図1中では2b)を特定する。
Therefore, the O provided in the flue gas line 15
The second sensor 24 measures the O 2 concentration in the combustion exhaust gas G4 at all times, when the O 2 concentration equal to or higher than the predetermined concentration in the combustion exhaust gas G4 is determined, enter the O 2 concentration signal to the control means 22, control means 22 Specifies the reformer (2b in FIG. 1) in the CO 2 adsorption mode (FIG. 1) at this time.

【0048】その後、この所定濃度以上のO2 が、改質
装置2b内に吸着・残存し、かつ、その後のCO生成モ
ード(図2)を経ても改質装置2b内に吸着・残存した
としても、改質装置2bがH2 生成モード(図3参照)
となった時に、制御手段22が点火プラグ21bを点火
し、改質装置2b内に供給されたCH4 (G1)を徐々に
燃焼させる。
Thereafter, it is assumed that O 2 having a concentration equal to or higher than the predetermined concentration is adsorbed and remains in the reformer 2b, and is adsorbed and remains in the reformer 2b even after the subsequent CO generation mode (FIG. 2). Also, the reformer 2b operates in the H 2 generation mode (see FIG. 3).
Is reached, the control means 22 ignites the spark plug 21b and gradually burns CH 4 (G1) supplied into the reformer 2b.

【0049】これにより、改質装置2b内に吸着・残存
したO2 を燃焼除去することができる(又は吸着・残存
したO2 の濃度を所定濃度未満にすることができる)。
また、改質装置2内で、H2 生成モードにより生成する
2 (G8)とCO2 吸着モード及びCO生成モードを経
て吸着・残存していたO2 が激しく反応するおそれがな
くなり、延いては装置寿命の延長を図ることができる。
As a result, the O 2 adsorbed and remaining in the reformer 2b can be burned and removed (or the concentration of the adsorbed and remaining O 2 can be made lower than a predetermined concentration).
Also, in the reforming apparatus within 2, there is no possibility H 2 where (G8) and O 2 which has been adsorbed and remaining through CO 2 adsorption mode and CO generation mode for generating with H 2 generation mode react violently, and hence Can extend the life of the device.

【0050】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described.

【0051】本発明に係る天然ガス改質システムにおい
ては、別々の改質装置2において同時生成したH2 (G
8)及びCO(G9)を混合した状態で燃焼器3に供給し
ていた。これに対して、本実施の形態に係る天然ガス改
質システムにおいては、同時生成したH2 (G8)とCO
(G9)を混合せず、CO(G9)のみを燃焼器3に供給
し、H2 (G8)を燃料電池(図示せず)に供給するよう
にしたものである。この時、生成したH2 (G8)を水素
ガスフィルター及び/又はHガス吸収剤を用いて濃縮
し、この濃縮H2 を燃料電池に供給するようにしてもよ
い。
In the natural gas reforming system according to the present invention, H 2 (G
8) and CO (G9) were supplied to the combustor 3 in a mixed state. On the other hand, in the natural gas reforming system according to the present embodiment, H 2 (G8) and CO
(G9) is not mixed, and only CO (G9) is supplied to the combustor 3 and H 2 (G8) is supplied to a fuel cell (not shown). At this time, the generated H 2 (G8) may be concentrated using a hydrogen gas filter and / or an H gas absorbent, and the concentrated H 2 may be supplied to the fuel cell.

【0052】本実施の形態に係る天然ガス改質システム
によれば、燃焼器3においては、H 2 (G8)が殆ど流れ
込むことなく、CO(G9)のみが燃料として用いられる
ため、燃焼を精度よく制御することが可能となり、負荷
変動の激しい車両用エンジン(ガスエンジン)の燃料と
して有効に用いることが可能となる。
[0052] Natural gas reforming system according to the present embodiment
According to the above, in the combustor 3, H Two (G8) almost flows
Without CO, only CO (G9) is used as fuel
As a result, combustion can be controlled with high accuracy,
The fuel of the vehicle engine (gas engine)
And it can be used effectively.

【0053】また、H2 (G8)は、燃料電池において発
電用の燃料として有効利用されるため、燃焼器3で動力
を得るのと同時に、燃料電池で多くの電力を得ることが
できる。
Since H 2 (G8) is effectively used as fuel for power generation in the fuel cell, a large amount of power can be obtained in the fuel cell at the same time as power is obtained in the combustor 3.

【0054】さらに、燃焼器3としてガスタービンを用
いて、本実施の形態に係るシステムのメタン改質率及び
エネルギー効率を実際に測定した結果、80%のメタン
改質率と52%のエネルギー効率が得られ、本発明に係
るシステムよりも高いエネルギー効率が得られた。
Furthermore, as a result of actually measuring the methane reforming rate and the energy efficiency of the system according to the present embodiment using a gas turbine as the combustor 3, the methane reforming rate of 80% and the energy efficiency of 52% Was obtained, and higher energy efficiency was obtained than the system according to the present invention.

【0055】以上、本発明の実施の形態は、上述した実
施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のもの
が想定されることは言うまでもない。
As described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various other embodiments are also conceivable.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、H2 生成
モードと、CO2 吸着モードと、CO生成モードを順に
実行可能な少なくとも3つの改質装置を備え、第一の改
質装置をH2 生成モード、第二の改質装置をCO2 吸着
モード、第三の改質装置をCO生成モードとして実行す
ると共に、これら各改質装置の実行モードを順に切換え
ることで、一つの改質装置で、H2 生成、CO生成、及
びCO2 吸着の3つを行うことができ、CO2 を分離・
回収するための専用の装置を必要としなくなるという優
れた効果を発揮する。
In summary, according to the present invention, at least three reformers capable of sequentially executing the H 2 generation mode, the CO 2 adsorption mode, and the CO generation mode are provided. 2 reforming mode, the second reforming unit is executed in the CO 2 adsorption mode, and the third reforming unit is executed in the CO generating mode, and the execution mode of each of these reforming units is sequentially switched to one reforming unit. in, H 2 generation, CO generation, and CO 2 can make three adsorption, and separation of CO 2
An excellent effect of eliminating the need for a dedicated device for collection is exhibited.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る天然ガス改質システムの、ある時
点での各ガスのフローを示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the flow of each gas at a certain point in a natural gas reforming system according to the present invention.

【図2】図1の時点から一定時間経過した時点での各ガ
スのフローを示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a flow of each gas at a point in time when a certain time has elapsed from the point in FIG.

【図3】図2の時点から一定時間経過した時点での各ガ
スのフローを示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the flow of each gas at a point in time when a certain time has elapsed from the point in FIG. 2;

【図4】従来の天然ガス改質システムにおける各ガスの
フローを示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a flow of each gas in a conventional natural gas reforming system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 改質装置 2a 改質装置(第一の改質装置) 2b 改質装置(第二の改質装置) 2c 改質装置(第三の改質装置) 3 燃焼器 6 熱交換手段(伝熱部) 11 CH4 ライン 12 排出ライン 15 燃焼排ガスライン 16 N2 ライン 21 点火プラグ(点火手段) 22 制御手段 24 O2 センサ G1 CH4 (メタンガス) G4 燃焼排ガス G8 H2 (水素) G9 CO(一酸化炭素) VA1 〜VA6 ,VB1 〜VB6 ,VC1 〜VC6 電磁バルブ(バ
ルブ) K CO2 吸着・吸収剤(吸着・吸収剤) S メタン改質触媒(触媒)
2 Reformer 2a Reformer (first reformer) 2b Reformer (second reformer) 2c Reformer (third reformer) 3 Combustor 6 Heat exchange means (heat transfer) part) 11 CH 4 line 12 exhaust line 15 flue gas line 16 N 2 line 21 ignition plug (ignition means) 22 control means 24 O 2 sensor G1 CH 4 (methane) G4 flue gas G8 H 2 (hydrogen) G9 CO (one carbon oxide) VA1 ~VA6, VB1 ~VB6, VC1 ~VC6 solenoid valve (valve) K CO 2 adsorption and absorption agent (adsorbent-absorber) S methane reforming catalyst (catalyst)

フロントページの続き Fターム(参考) 3K068 AA01 AB19 AB36 4G040 EA03 EA05 EB01 EB03 EB18 EB41 EB42 EB43 EC02 EC03 EC04 EC05 4G140 EA03 EA05 EB01 EB03 EB18 EB41 EB42 EB43 EC02 EC03 EC04 EC05 Continued on the front page F term (reference) 3K068 AA01 AB19 AB36 4G040 EA03 EA05 EB01 EB03 EB18 EB41 EB42 EB43 EC02 EC03 EC04 EC05 4G140 EA03 EA05 EB01 EB03 EB18 EB41 EB42 EB43 EC02 EC03 EC04 EC05

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 メタンガス(CH4 )を主成分とする天
然ガスと二酸化炭素(CO2 )を反応させて水素(H
2 )と一酸化炭素(CO)に改質し、これを燃料として
用いる天然ガス改質システムにおいて、上記CH4 を触
媒と反応させて触媒表面に炭素(C)を析出させると共
にH2 を生成するH2 生成モードと、H 2 生成モードに
続いて燃焼排ガス中のCO2 を吸着・吸収するCO2
着モードと、H2 生成モードで析出したCとCO2 吸着
モードで吸着・吸収されたCO2を反応させてCOを生
成するCO生成モードを順に実行可能な少なくとも3つ
の改質装置を備え、第一の改質装置をH2 生成モード、
第二の改質装置をCO2 吸着モード、第三の改質装置を
CO生成モードとして実行すると共に、H2 生成モード
で生成したH2 とCO生成モードで生成したCOを、エ
ンジン等の燃焼器に供給し、その燃焼器で生じた燃焼排
ガスをCO2 吸着モードの改質装置に供給して排気し、
かつ、これら各改質装置の実行モードを順に切換えるこ
とを特徴とする天然ガス改質システム。
1. Methane gas (CH)Four )
Natural gas and carbon dioxide (COTwo ) To react with hydrogen (H
Two ) And carbon monoxide (CO), which are used as fuel
In the natural gas reforming system used, the CHFour Touch
When carbon (C) is precipitated on the catalyst surface by reacting with
To HTwo H that producesTwo Generation mode and H Two In generation mode
Next, CO in the combustion exhaust gasTwo Adsorbs and absorbs COTwo Sucking
Wearing mode and HTwo C and CO deposited in generation modeTwo adsorption
CO absorbed and absorbed in modeTwoReact to produce CO
At least three modes that can sequentially execute the generated CO generation modes
And the first reformer is HTwo Generation mode,
The second reformer is COTwo Adsorption mode, third reformer
Execute as CO generation mode and HTwo Generation mode
H generated byTwo And CO generated in CO generation mode
Engine, etc., and the combustion
CO gasTwo Supply to the reformer in adsorption mode and exhaust,
In addition, the execution mode of each of these reformers must be sequentially switched.
And a natural gas reforming system.
【請求項2】 CO2 吸着モードが実行されている改質
装置に燃焼器からの燃焼排ガスを供給する際、その燃焼
排ガスを、H2 生成モードとCO生成モードを実行して
いる改質装置の伝熱部に供給してこれらを加熱した後、
CO2 吸着モードが実行されている改質装置に供給する
請求項1記載の天然ガス改質システム。
2. When a combustion exhaust gas from a combustor is supplied to a reformer in which a CO 2 adsorption mode is executed, the combustion exhaust gas is subjected to an H 2 generation mode and a CO generation mode. After supplying these to the heat transfer section and heating them,
The natural gas reforming system according to claim 1, wherein the natural gas reforming system is supplied to a reformer in which the CO 2 adsorption mode is performed.
【請求項3】 燃焼排ガス中に、不完全燃焼などにより
所定濃度以上の酸素(O2 )が残存し、そのO2 が、C
2 吸着モードで吸着され、その後のCO生成モードで
改質装置内に残存した際に、H2 生成モードの開始時
に、点火手段を用いて供給されたCH4 を徐々に燃焼さ
せて残存O2 を除去するようにした請求項1記載の天然
ガス改質システム。
To 3. A combustion exhaust gas, a predetermined concentration or more of oxygen (O 2) may remain due to incomplete combustion, its O 2, C
When adsorbed in the O 2 adsorption mode and remains in the reformer in the subsequent CO generation mode, at the start of the H 2 generation mode, the supplied CH 4 is gradually burned using the ignition means, and the remaining O 2 is burned. 2. The natural gas reforming system according to claim 1, wherein 2 is removed.
【請求項4】 メタンガス(CH4 )を主成分とする天
然ガスと二酸化炭素(CO2 )を反応させて水素(H
2 )と一酸化炭素(CO)に改質し、これを燃料として
用いる天然ガス改質装置において、上記CH4 を触媒と
反応させて触媒表面に炭素(C)を析出させると共にH
2 を生成するH2 生成モードと、H2 生成モードに続い
て燃焼排ガス中のCO2 を吸着・吸収するCO2 吸着モ
ードと、H2 生成モードで析出したCとCO2 吸着モー
ドで吸着・吸収されたCO2 を反応させてCOを生成す
るCO生成モードを順に実行可能な少なくとも3つの改
質装置を備え、第一の改質装置をH2 生成モード、第二
の改質装置をCO2 吸着モード、第三の改質装置をCO
生成モードとして実行すると共に、H2 生成モードで生
成したH2 とCO生成モードで生成したCOを、エンジ
ン等の燃焼器に供給し、その燃焼器で生じた燃焼排ガス
をCO2 吸着モードの改質装置に供給して排気し、か
つ、これら各改質装置の実行モードを順に切換えるよう
にしたことを特徴とする天然ガス改質装置。
4. A reaction between natural gas containing methane gas (CH 4 ) as a main component and carbon dioxide (CO 2 ) to produce hydrogen (H 2 ).
2 ) and carbon monoxide (CO), and in a natural gas reformer using the same as fuel, the above-mentioned CH 4 is reacted with a catalyst to deposit carbon (C) on the catalyst surface and H
And H 2 generation mode for generating the 2, H 2 and CO 2 adsorption mode followed by adsorption and absorption of CO 2 in the combustion exhaust gas in the generation mode, adsorption and the C and CO 2 adsorption mode precipitated with H 2 generation mode At least three reformers capable of sequentially performing a CO generation mode for reacting the absorbed CO 2 to generate CO are provided. The first reformer is an H 2 generation mode, and the second reformer is a CO generator. 2 adsorption mode, the third reformer is CO
And executes a generating mode, the CO produced in the generated H 2 and CO generated mode with H 2 generation mode, and supplied to the combustor such as an engine, a combustion exhaust gas produced in the combustor of the CO 2 adsorption mode breaks A natural gas reformer characterized in that the gas is supplied to a reformer and exhausted, and the execution mode of each of these reformers is sequentially switched.
【請求項5】 上記各改質装置の、ガス入口側に上記天
然ガスを供給するCH4 ラインと燃焼排ガスを供給する
燃焼排ガスラインを、かつ、ガス出口側にH 2 生成モー
ド又はCO生成モードで生成したH2 又はCOを排出す
る排出ラインとCO2 吸着モードで分離された窒素(N
2 )を排出するN2 ラインを、それぞれ独立して接続
し、これらの各ラインに、各ガスの流れを制御するバル
ブとバルブの開閉制御を行う制御手段を接続した請求項
4記載の天然ガス改質装置。
5. The apparatus according to claim 5, wherein the gas inlet side of each of the reformers has the ceiling.
CH that supplies natural gasFour Supply line and flue gas
A flue gas line and H on the gas outlet side Two Generation mode
Generated in the CO or CO generation modeTwo Or emit CO
Discharge line and COTwo Nitrogen separated in adsorption mode (N
Two N) to dischargeTwo Connect each line independently
Each of these lines has a valve that controls the flow of each gas.
Control means for controlling the opening and closing of the valve and the valve.
4. The natural gas reformer according to 4.
【請求項6】 上記燃焼排ガスラインに燃焼排ガス中の
酸素濃度を測定するO2 センサを設け、上記各改質装置
のCH4 ラインの接続口近傍にそれぞれ点火手段を設
け、O2 センサおよび各点火手段を上記制御手段と接続
した請求項4または5記載の天然ガス改質装置。
6. provided an O 2 sensor for measuring the oxygen concentration in the combustion exhaust gas in the combustion exhaust gas line, respectively ignition means to the connection port near the CH 4 lines of each reformer provided, the O 2 sensor and the 6. The natural gas reformer according to claim 4, wherein an ignition means is connected to the control means.
【請求項7】 上記触媒が、VIII族金属、IB族金属、
希土類酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属
酸化物から選択される単体又はそれらの混合物である請
求項4から6いずれかに記載の天然ガス改質装置。
7. The catalyst according to claim 1, wherein the catalyst is a Group VIII metal, a Group IB metal,
The natural gas reformer according to any one of claims 4 to 6, wherein the natural gas reformer is a simple substance selected from a rare earth oxide, an alkali metal oxide, and an alkaline earth metal oxide, or a mixture thereof.
【請求項8】 上記燃焼排ガス中のCO2 を吸着・吸収
すべく、活性炭、ゼオライト、アルカリ土類金属酸化
物、又は希土類酸化物から選択される吸着・吸収剤を各
改質装置内に配した請求項4から6いずれかに記載の天
然ガス改質装置。
8. An adsorbent / absorbent selected from activated carbon, zeolite, alkaline earth metal oxide or rare earth oxide is disposed in each reformer in order to adsorb and absorb CO 2 in the combustion exhaust gas. The natural gas reformer according to any one of claims 4 to 6.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP4820404B2 (en) * 2005-03-16 2011-11-24 アイエムエム インスティトゥート フュア ミクロテクニッヒ マインツ ゲーエムベーハー Reformed fuel cell system with external combustor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP4820404B2 (en) * 2005-03-16 2011-11-24 アイエムエム インスティトゥート フュア ミクロテクニッヒ マインツ ゲーエムベーハー Reformed fuel cell system with external combustor

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