JP2003028398A - Town gas supplying method and device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、都市ガス供給方法
及び装置に関し、より詳しくは都市ガス導管網、すなわ
ち都市ガス導管ネットワークの都市ガス中から一つの成
分を取り出して消費し、他の成分を該導管網に戻すよう
にしてなる都市ガス供給方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a city gas supply method and apparatus, and more particularly to a city gas pipeline network, that is, one component is extracted from the city gas of the city gas pipeline network and consumed, and the other component is consumed. The present invention relates to a city gas supply method and device for returning to the conduit network.
【０００２】[0002]
【従来の技術】都市ガスは、メタンを主成分とし、プロ
パン、ブタンなどの重質炭化水素ガスにより熱量や燃焼
性が調節され、また漏洩保安上の目的、すなわち漏洩時
に使用者などに気づかせるために付臭剤が添加されてい
る。例えば１３Ａといわれる都市ガスの組成は、一例と
してメタン＝８７．８％（容量％、以下同じ）、エタン
＝５．９％、プロパン、ブタン等＝６．３％であり、付
臭剤として数ｐｐｍレベルのＤＭＳ（ジメチルサルファ
イド）やＴＢＭ（ターシャリーブチルメルカプタン）、
あるいはＴＨＴ（テトラヒドロチオフェン）等の硫黄化
合物が添加されている。2. Description of the Related Art City gas has methane as a main component, and the amount of heat and combustibility is controlled by heavy hydrocarbon gas such as propane and butane, and the purpose of leakage security is to make the user notice when leaking. Therefore, an odorant is added. For example, the composition of city gas called 13A is, as an example, methane = 87.8% (volume%, the same applies hereinafter), ethane = 5.9%, propane, butane, etc. = 6.3%, and several odorants are used. ppm level DMS (dimethyl sulfide), TBM (tertiary butyl mercaptan),
Alternatively, a sulfur compound such as THT (tetrahydrothiophene) is added.
【０００３】都市ガスは、その製造工場からパイプライ
ン（すなわち基幹パイプライン）を経て、都市ガス導管
網の都市ガス供給ラインを通して供給され、工業用や家
庭用の燃料として用いられるが、近年、その利用形態が
多様化し、都市ガス中のある一成分、例えばメタンのみ
を利用したいという需要家も出現している。[0003] City gas is supplied from its manufacturing plant through a pipeline (that is, a main pipeline) through a city gas supply line of a city gas pipeline network, and is used as a fuel for industrial or household use. The usage patterns have diversified, and some consumers have come to want to use only one component of city gas, for example, methane.
【０００４】固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）やリン
酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）では燃料として水素が使用さ
れる。これらの燃料電池を設置し、稼働させている需要
家においては、都市ガスを水素の製造用原料として使用
する。水素の工業的製造方法の一つである水蒸気改質法
では、その改質器中、Ｎｉ系、Ｒｕ系等の触媒の存在下
で都市ガスに水蒸気を加えて改質し、水素リッチな改質
ガスに変えられる。Hydrogen is used as a fuel in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) and a phosphoric acid fuel cell (PAFC). Customers who install and operate these fuel cells use city gas as a raw material for hydrogen production. In the steam reforming method, which is one of the industrial hydrogen production methods, steam is added to city gas in the reformer in the presence of a catalyst such as Ni-based or Ru-based to reform the hydrogen-rich reformer. It can be changed to quality gas.
【０００５】こうして得られる水素をそれらの燃料電池
用の燃料として用いる場合は、改質器は燃料電池の上流
側に配置される。このような、専ら都市ガスを燃料電池
の燃料水素源として利用する需要家では、１００％水素
が既存の導管網から得られれば最も都合がよいが、その
場合同じ導管網に接続する既存の都市ガス消費機器が利
用できなくなる、という問題がある。When the hydrogen thus obtained is used as fuel for those fuel cells, the reformer is arranged upstream of the fuel cell. For consumers who use city gas exclusively as a fuel hydrogen source for fuel cells, it would be most convenient if 100% hydrogen could be obtained from the existing pipeline network. There is a problem that the gas consuming device cannot be used.
【０００６】そこで本出願人は、水素を所定割合で含む
都市ガスを既存の導管網を通じて供給し、水素が必要な
需要家において水素を分離して利用し、水素分離後の残
りのガスを導管網に戻す方法を先に開発し、出願してい
る（特願２００１−１２２５１）。この発明では、都市
ガスの製造工場での製造過程で水素を都市ガスの燃焼性
の範囲等に収まるように混入し、これを都市ガス導管網
で輸送する。そして、例えば水素を燃料とする燃料電池
を用いている需要家、すなわち、専ら水素を必要として
いる需要家において、都市ガス導管から水素を含む都市
ガスを引き込み、分離装置で水素を選択的に分離して燃
料電池に使用し、水素を分離した後の残りのガスを都市
ガス導管網に戻入する。その際、戻入後の都市ガス導管
網内の都市ガスが、都市ガスとして予め定められている
燃焼性等の範囲内となるように水素の分離量を制御す
る。Therefore, the present applicant supplies city gas containing hydrogen in a predetermined ratio through an existing conduit network, separates and uses hydrogen in a consumer who needs hydrogen, and uses the remaining gas after hydrogen separation as a conduit. A method for returning to the net was first developed and applied (Japanese Patent Application No. 2001-12251). According to the present invention, hydrogen is mixed so that it falls within the combustibility range of city gas in the manufacturing process of the city gas manufacturing plant, and this is transported by the city gas pipeline network. Then, for example, in a customer who uses a fuel cell that uses hydrogen as a fuel, that is, a customer who exclusively needs hydrogen, the city gas containing hydrogen is drawn from the city gas conduit and the hydrogen is selectively separated by the separation device. Then, it is used in a fuel cell, and the remaining gas after hydrogen is separated is returned to the city gas network. At that time, the separated amount of hydrogen is controlled so that the city gas in the city gas conduit network after the return is within the range of the combustibility or the like which is predetermined as the city gas.
【０００７】上記出願に係る発明によれば、現在の都市
ガス導管網をそのまま利用して都市ガスを供給し、既存
の都市ガス消費機器が問題なく使用でき、かつ、水素が
必要な需要家には水素を供給できるが、都市ガス製造工
場での都市ガス製造過程の中において水素の製造、混入
のための設備を別途必要とするという問題がある。According to the invention of the above application, the city gas can be supplied by utilizing the present city gas pipeline network as it is, and the existing city gas consuming equipment can be used without any problem, and can be used by consumers who need hydrogen. Hydrogen can be supplied, but there is a problem that equipment for producing and mixing hydrogen is separately required in the process of producing city gas at a city gas production plant.
【０００８】そこで、既存の都市ガス供給の形態を前提
にした場合、都市ガスからメタンのみを得て改質して水
素を製造し、都市ガス中の他の成分を改質器に導入する
ことがなければ、改質用の触媒が都市ガスに混入されて
いる付臭剤によって性能劣化をきたす、という問題も回
避でき、燃料電池の需要家にとって便宜である。[0008] Therefore, assuming the existing form of city gas supply, it is necessary to obtain only methane from city gas to reform it to produce hydrogen, and to introduce other components in the city gas into the reformer. Without this, the problem that the performance of the reforming catalyst is deteriorated by the odorant mixed in the city gas can be avoided, which is convenient for fuel cell consumers.
【０００９】また、都市ガスを燃料として走行する自動
車について考えてみると、燃料である都市ガスは自動車
に積載する燃料タンクに圧縮して貯蔵され、その貯蔵量
によって走行距離が決まってしまう。この走行距離を延
ばすためには積載燃料の増量が求められるが、一方で燃
料タンクの体積には限度がある。この限られた体積内に
燃料を更に多く貯蔵する方法の一つとして、燃料タンク
内に吸着剤を充填し、より多量の燃料用都市ガスを貯蔵
するという技術が開発されている。Considering an automobile running on city gas as fuel, the city gas, which is fuel, is compressed and stored in a fuel tank mounted on the automobile, and the traveling distance is determined by the stored amount. In order to extend this mileage, it is necessary to increase the amount of fuel loaded, but on the other hand, the volume of the fuel tank is limited. As one of methods for storing more fuel in this limited volume, a technique has been developed in which a fuel tank is filled with an adsorbent to store a larger amount of city gas for fuel.
【００１０】例えば活性炭等の吸着剤の吸着作用は、主
としてその中の細孔を利用することから、吸着される分
子の大きさと細孔径との関係により定まるが、都市ガス
を吸着させる場合、細孔径の均一性（バラツキ）その他
の条件如何によっては都市ガスの主成分であるメタン以
外の重質成分が吸着され、重質成分の吸着は都市ガスの
吸着、脱着、つまり「燃料充填−走行による燃料消費−
燃料充填」の繰り返しの中で燃料タンクへの貯蔵効率の
低下を引き起こすことが知られている。The adsorbing action of an adsorbent such as activated carbon is mainly determined by the relationship between the size of the adsorbed molecule and the pore size because the pores in the adsorbent are mainly used. Porosity uniformity (variation) Depending on other conditions, heavy components other than methane, which is the main component of city gas, are adsorbed. Adsorption of heavy components is the adsorption and desorption of city gas, that is, "fuel filling-traveling". Fuel consumption-
It is known to cause a decrease in storage efficiency in the fuel tank during repeated "fuel filling".
【００１１】そこで、既存の都市ガス供給の形態を前提
にした場合、都市ガスからメタンのみを得て自動車用燃
料として用い、他の重質成分を燃料タンクに導入するこ
とがなければ、吸着剤を充填した燃料タンクにおいて上
記のような貯蔵効率の低下を引き起こすことがなくな
り、都市ガスを燃料として走行する自動車の需要家にお
いて便宜である。Therefore, assuming the existing form of city gas supply, if only methane is obtained from city gas to be used as fuel for automobiles and other heavy components are not introduced into the fuel tank, the adsorbent It is convenient for consumers of automobiles that run on city gas as fuel, because the above-mentioned decrease in storage efficiency does not occur in the fuel tank filled with.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】ところが、これまで、
既存の都市ガス消費機器を使用する需要家と、都市ガス
中の特定成分であるメタンのみを利用したい需要家が混
在した場合に、それら双方の需要家に対応できる都市ガ
スの供給方法、供給装置はないのが現状である。本発明
は、以上のような要請に応えるとともに、以上のような
問題を解決し、しかも都市ガスの利用形態をさらに多様
化させることができる、都市ガス供給方法及び都市ガス
供給装置を提供することを目的とする。[Problems to be Solved by the Invention]
When a customer who uses existing city gas consuming equipment and a customer who wants to use only methane, which is a specific component of city gas, are mixed, a city gas supply method and supply device that can accommodate both of those customers There is no such situation. The present invention provides a city gas supply method and a city gas supply device which can meet the above-mentioned demands, solve the above problems, and further diversify the usage forms of city gas. With the goal.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、都市ガスを都
市ガス導管網を介して需要家に供給するに際して、該導
管網における一以上の需要家において、都市ガス中のメ
タンを分離して利用し、分離後の都市ガスの少なくとも
一部を該導管網に戻入することを特徴とする都市ガス供
給方法を提供する。According to the present invention, when city gas is supplied to a customer through a city gas pipeline network, at least one customer in the pipeline network separates methane from the city gas. There is provided a method for supplying city gas, characterized in that at least a part of the city gas after separation is returned to the conduit network.
【００１４】また本発明は、都市ガスを都市ガス導管網
を介して需要家に供給するための装置であって、該導管
網における一以上の需要家に都市ガス中のメタンを分離
するメタン分離装置を設け、メタン分離後の都市ガスの
少なくとも一部を該導管網に戻入するようにしてなるこ
とを特徴とする都市ガス供給装置を提供するものであ
る。The present invention is also a device for supplying city gas to a customer through a city gas pipeline network, wherein the methane separation is for separating methane in the city gas to one or more customers in the pipeline network. The present invention provides a city gas supply device, characterized in that at least part of the city gas after methane separation is returned to the conduit network by providing a device.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】本発明は、都市ガスを都市ガス導
管網を介して需要家に供給することを前提とし、該導管
網における一以上の需要家、すなわち一または複数の需
要家において都市ガス中のメタンを分離して利用し、分
離後の都市ガスの少なくとも一部を該導管網に戻入する
ことを特徴とする。この場合、分離後の都市ガスが戻入
された都市ガスの組成や熱量等は分離されるメタン量に
より変動する。そこで分離するメタン量は、分離後の都
市ガスが戻入された都市ガスの組成や熱量等が所定の範
囲内に収まるように制御する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is premised on that city gas is supplied to a customer through a city gas pipeline network, and one or more customers in the pipeline network, that is, one or a plurality of customers in the city. It is characterized in that methane in the gas is separated and used, and at least part of the separated city gas is returned to the conduit network. In this case, the composition, heat quantity, etc. of the city gas in which the separated city gas is returned varies depending on the amount of methane separated. Therefore, the amount of methane to be separated is controlled so that the composition, heat amount, etc. of the city gas returned after the separation is within a predetermined range.
【００１６】本発明を実施する装置としては、都市ガス
の供給を受ける需要家において、都市ガスからメタンの
み、あるいは実質上メタンのみを分離する分離装置を設
ける。そして、当該メタンの需要家は、分離装置で分離
したメタンのみ、あるいは実質上メタンのみを消費し、
分離されないで残る都市ガスの少なくとも一部、すなわ
ち分離装置で分離されないで残る都市ガスの一部ないし
全部を都市ガス導管に戻すようにする。ここで実質上メ
タンのみとは、分離装置の性能に起因してメタンに近似
するエタン等の分子が幾分含まれる場合があるからであ
る。As a device for carrying out the present invention, a separation device for separating only methane or substantially only methane from city gas is provided in a consumer who receives supply of city gas. Then, the methane consumer consumes only the methane separated by the separation device, or substantially only the methane,
At least a part of the city gas that remains unseparated, that is, a part or all of the city gas that remains unseparated by the separation device, is returned to the city gas conduit. Here, “substantially only methane” is because some molecules such as ethane, which is close to methane, may be included due to the performance of the separation device.
【００１７】分離装置としては、都市ガスからメタンの
み、あるいは実質上メタンのみを分離できる装置であれ
ばいずれも用いられ、高分子膜法による分離装置、吸着
剤を用いる分離装置など適宜の手段を用いることができ
る。一例として高分子膜法による場合、例えばポリイミ
ド系、ポリオレフィン系、酢酸セルローズ等のセルロー
ス系、あるいはシリコーン系などの高分子で構成された
平膜や管状膜などの形の高分子膜を用い、都市ガスから
メタンのみ、あるいは実質上メタンのみを透過させて分
離する。この場合、メタンの透過率は都市ガス導入側と
メタン導出側との圧力差に左右されるので、その圧力差
をコントロールすることにより、メタンの分離量を制御
することができる。As the separating device, any device can be used as long as it can separate only methane or substantially only methane from city gas. Appropriate means such as a separating device using a polymer membrane method and a separating device using an adsorbent are used. Can be used. As an example, in the case of the polymer film method, for example, a polymer film in the form of a flat film or a tubular film composed of a polymer such as a polyimide-based polymer, a polyolefin-based polymer, a cellulose-based cellulose such as cellulose acetate, or a silicone-based polymer is used. Separates by permeating only methane or substantially only methane from the gas. In this case, since the permeability of methane depends on the pressure difference between the city gas introduction side and the methane derivation side, the methane separation amount can be controlled by controlling the pressure difference.
【００１８】次に、メタン分離後の都市ガスについて
は、その燃焼性、すなわちその組成、燃焼速度及び熱量
が所定範囲内に収まるように制御する。すなわち、分離
後の都市ガスの組成、燃焼速度及び熱量は分離されるメ
タン量により変動する。そこで、都市ガスから分離する
メタン量は、分離後の都市ガスの組成、燃焼速度及び熱
量が所定範囲内に収まるように制御する。Next, the combustibility of the city gas after methane separation is controlled so that its combustibility, that is, its composition, combustion rate, and heat quantity fall within a predetermined range. That is, the composition, burning rate, and heat quantity of the separated city gas vary depending on the separated methane quantity. Therefore, the amount of methane separated from the city gas is controlled so that the composition, burning rate, and heat quantity of the separated city gas fall within a predetermined range.
【００１９】都市ガスの燃焼性については、燃焼速度
（ＭＣＰ）、ウォッベ指数（ＷＩ）が規定されている。
このうち燃焼速度（ＭＣＰ）はガスの組成によって決ま
り、下記式（１）〜（２）によって算出される。またウ
ォッベ指数（ＷＩ）はガスの熱量及び比重によって決ま
り、下記式（３）によって得られる指数である。Regarding the combustibility of city gas, the combustion rate (MCP) and Wobbe index (WI) are specified.
Of these, the combustion rate (MCP) is determined by the composition of the gas and is calculated by the following equations (1) and (2). The Wobbe index (WI) is an index obtained by the following formula (3), which is determined by the heat quantity and specific gravity of the gas.
【００２０】[0020]
【数 １】 [Equation 1]
【００２１】[0021]
【数 ２】 [Equation 2]
【００２２】都市ガスのうちガス種１３Ａでは、ＭＣＰ
については３５≦ＭＣＰ≦４７の範囲、ＷＩについては
５２．７≦ＷＩ≦５７．８の範囲と規定されている。そ
こで本発明においては、分離後の都市ガスが戻入された
都市ガスのＭＣＰ及びＷＩが、それぞれ３５≦ＭＣＰ≦
４７及び５２．７≦ＷＩ≦５７．８の範囲となるように
メタン分離量を制御する。これにより分離後の都市ガス
が戻入された都市ガスにおいても規定された燃焼性とな
り、メタンのみを利用する需要家の下流側に位置する需
要家の都市ガスの利用について問題が生じることがな
い。Among the city gases, gas type 13A, MCP
Is defined as 35 ≦ MCP ≦ 47, and WI is defined as 52.7 ≦ WI ≦ 57.8. Therefore, in the present invention, the MCP and WI of the city gas in which the separated city gas is returned are 35 ≦ MCP ≦
The methane separation amount is controlled so as to be in the range of 47 and 52.7 ≦ WI ≦ 57.8. As a result, the city gas that has been separated and returned has the specified combustibility, and there is no problem with regard to the use of city gas by customers located downstream of the customers who use only methane.
【００２３】[0023]
【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明がこれら実施例により制限されない
ことはもちろんである。The present invention will be described in more detail based on the following examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to these examples.
【００２４】〈実施例１〉図１は都市ガス製造工場にお
ける都市ガス製造過程、図２は都市ガスが製造工場から
需要家に至るまでの供給系統の概略を示す図である。都
市ガスは、通常ＬＮＧが主原料であり、これに熱量調整
のためＬＰＧが加えられる。ＬＮＧとＬＰＧはそれぞれ
ＬＮＧタンクとＬＰＧタンクから配管を経て混合部（混
合装置）に送られる。混合部で混合された後、気化装置
へ送られる。気化装置で気化された都市ガスは昇圧器で
昇圧され、パイプラインから導管網の都市ガス供給ライ
ンを経て各需要家へ供給される。Example 1 FIG. 1 is a diagram showing a city gas production process in a city gas production plant, and FIG. 2 is a diagram showing an outline of a supply system from the production plant to a customer. LNG is the main raw material for city gas, and LPG is added to this to adjust the amount of heat. LNG and LPG are respectively sent from the LNG tank and the LPG tank to the mixing section (mixing device) through the pipes. After being mixed in the mixing section, it is sent to the vaporizer. The city gas vaporized by the vaporizer is boosted by the booster and supplied from the pipeline to each customer through the city gas supply line of the pipeline network.
【００２５】図３は需要家導管網の一部、すなわち水素
を燃料とする燃料電池（ＰＥＦＣ）を備えた需要家への
配管系統を示す図である。需要家用配管は導管網の都市
ガス供給ラインから分岐されている。都市ガスは該分岐
配管から流量制御弁を経てメタン分離装置に供給され
る。メタン分離装置では高分子膜法等によりメタンが分
離される。メタン分離装置で得られたメタンは改質器に
供給され、ここで改質されて水素を主成分とする改質ガ
スとなり、燃料電池の燃料として利用される。FIG. 3 is a diagram showing a part of the customer's pipeline network, that is, a piping system for a customer equipped with a fuel cell (PEFC) using hydrogen as fuel. The customer's piping is branched from the city gas supply line of the pipeline network. City gas is supplied to the methane separation device from the branch pipe through a flow control valve. In the methane separation device, methane is separated by a polymer membrane method or the like. Methane obtained by the methane separator is supplied to a reformer, where it is reformed to become a reformed gas containing hydrogen as a main component and used as a fuel for a fuel cell.
【００２６】一方、メタン分離装置でメタンが分離され
た後の都市ガスは、都市ガス供給ラインに戻入配管を通
して戻される。メタンが分離された後の都市ガスはメタ
ンが分離される前の都市ガスと比べてメタン量が減少
し、相対的に重質の炭化水素ガスの量が増加しているの
で、燃焼速度等も変化している。このため、メタンが分
離された後の都市ガスが都市ガス供給ラインに戻入され
た場合、戻入された地点より下流側の都市ガスにおいて
ガス種１３Ａとしての許容領域から逸脱する危険があ
る。そこで分離後の都市ガスが戻入された都市ガスにお
いてもガス種１３Ａの範囲内に収まるようメタン分離量
を制御する。On the other hand, the city gas from which methane has been separated by the methane separator is returned to the city gas supply line through the return pipe. The amount of methane in the city gas after separation of methane is smaller than that in the city gas before separation of methane, and the amount of relatively heavy hydrocarbon gas is increasing, so the combustion speed etc. Is changing. Therefore, when the city gas after the methane is separated is returned to the city gas supply line, there is a risk that the city gas on the downstream side of the returned point will deviate from the allowable range as the gas species 13A. Therefore, the amount of methane separation is controlled so that the city gas after separation after the separation is within the range of the gas species 13A.
【００２７】図４はこの分離制御系を示す図である。こ
の制御系は、メタン分離装置において分離後の都市ガス
が戻入された都市ガスにおいて所定の燃焼性を保持し得
る範囲内でメタンを分離するよう制御する機構であり、
記憶装置、演算部、制御部等を備えたコンピュータを利
用した制御コントローラを備え、メタン分離装置でのメ
タン分離量を、分離後の都市ガスを戻入した都市ガスが
その燃焼性の範囲内に収まるよう制御するように構成さ
れている。FIG. 4 is a diagram showing this separation control system. This control system is a mechanism for controlling to separate methane within a range in which the city gas after separation in the methane separation device can maintain a predetermined combustibility in the returned city gas,
Equipped with a controller that uses a computer with a storage device, calculation unit, control unit, etc., the amount of methane separated by the methane separation device falls within the range of combustibility of the city gas that has returned the separated city gas. Is configured to control.
【００２８】記憶装置には、予めメタン分離量とメタン
分離後の都市ガスが戻入された都市ガスの燃焼性との関
係、すなわちメタン分離量とメタン分離後の都市ガスが
戻入された都市ガスの燃焼速度（ＭＣＰ）、ウォッベ指
数（ＷＩ）との関係を記憶させておく。具体的には、都
市ガス：１３ＡのＭＣＰは３５≦ＭＣＰ≦４７の範囲、
ＷＩは５２．７≦ＷＩ≦５７．８の範囲と規定されてい
るので、分離後の都市ガスが戻入された都市ガスのＭＣ
Ｐ及びＷＩが、それぞれ、上記範囲に収まるようにメタ
ンの分離量を制御する。The memory device has a relationship between the methane separation amount and the combustibility of the city gas in which the city gas after methane separation is returned in advance, that is, the methane separation amount and the city gas in which the city gas after methane separation is returned. The relationship between the burning rate (MCP) and the Wobbe index (WI) is stored. Specifically, the MCP of city gas: 13A is in the range of 35 ≦ MCP ≦ 47,
Since WI is defined as a range of 52.7 ≤ WI ≤ 57.8, MC of city gas to which city gas after separation is returned
P and WI control the separation amount of methane so that each falls within the above range.
【００２９】メタン分離装置の使用時において、分岐配
管からの都市ガス中のメタン量を分岐配管に設置したメ
タンセンサで検知し、その検知値を図４中点線で示すよ
うに導線等を介して逐次制御コントローラに入力する。
ここで得られたメタン量は都市ガス供給ラインの分岐配
管の上流側と等しいと考えられるが、別途都市ガス製造
工場からメタン量等都市ガスの組成データについて適宜
通信手段等を利用して提供を受けてもよく、また組成等
が安定していれば定数として制御コントローラで保持し
てもよく、それらを検知値と併用してもよい。これによ
り都市ガス中のメタン量をより高精度で把握することが
できる。When the methane separator is used, the amount of methane in the city gas from the branch pipe is detected by the methane sensor installed in the branch pipe, and the detected value is passed through a lead wire or the like as shown by the dotted line in FIG. Input to the sequential controller.
The amount of methane obtained here is considered to be equal to the upstream side of the branch pipe of the city gas supply line, but it is necessary to separately provide the city gas composition data such as the amount of methane from the city gas manufacturing plant using communication means, etc. If the composition or the like is stable, it may be held as a constant in the controller or may be used in combination with the detected value. As a result, the amount of methane in city gas can be grasped with higher accuracy.
【００３０】メタンの分離量を決定すると、メタン分離
後の残りの都市ガスを戻入した下流における都市ガス供
給ラインの組成が決定する。そこで、演算部ではその検
知値とメタン分離量とメタン分離後の都市ガスが戻入さ
れた都市ガスの燃焼性との関係を基にメタン分離量を算
出する。この算出値に対応して流量制御弁の開度を調
整、制御し、またはメタン分離装置の下流にあるポンプ
の能力を調整、制御して、或いはこれを併用すること
で、メタン分離装置に導入する都市ガスの圧力を制御す
る。その際、メタンセンサでの検知に代えるか、または
その検知と併用して、都市ガス供給ラインを流れる組成
データとして都市ガス製造工場等からの組成データを取
り込んで利用するようにしてもよい。When the amount of separated methane is determined, the composition of the city gas supply line downstream from which the remaining city gas after methane separation is returned is determined. Therefore, the calculation unit calculates the methane separation amount based on the relationship between the detected value, the methane separation amount, and the combustibility of the city gas into which the city gas after the methane separation is returned. Introduced into the methane separation device by adjusting and controlling the opening of the flow control valve according to this calculated value, or adjusting and controlling the capacity of the pump downstream of the methane separation device, or by using this together. Control the pressure of city gas. At that time, instead of the detection by the methane sensor, or in combination with the detection, the composition data from the city gas manufacturing plant or the like may be fetched and used as the composition data flowing through the city gas supply line.
【００３１】高分子膜法による分離装置でのメタン分離
量は、入側都市ガスの圧力及び分離メタン側（メタンが
透過した側）の圧力と相関関係があるので、分離メタン
側の圧力を一定とすると、流量制御弁の開度を調整、制
御することによりメタン分離装置でのメタン分離量が制
御される。本例では、こうして、メタン分離後の都市ガ
スが戻入された都市ガスの燃焼速度（ＭＣＰ）、ウォッ
ベ指数（ＷＩ）を都市ガス：１３Ａとして許容される前
記範囲内に収めることができる。Since the amount of methane separated in the separator by the polymer membrane method is correlated with the pressure of the incoming city gas and the pressure of the separated methane side (the side through which methane has permeated), the pressure of the separated methane side is constant. Then, the methane separation amount in the methane separation device is controlled by adjusting and controlling the opening degree of the flow control valve. In this example, in this way, the burning rate (MCP) and Wobbe index (WI) of the city gas into which the city gas after separation of methane is returned can be kept within the above-mentioned range allowed as city gas: 13A.
【００３２】〈実施例２〉本例は、表１に示す組成の都
市ガスが流れている都市ガス供給ラインにおいて、本発
明を実施する例である。図５に示すように、都市ガス供
給ラインにループなどがなく、複数の需要家が直列に都
市ガス供給ラインに存在している。ここで都市ガス供給
ライン内の流量は１,０００Ｎｍ3/ｈである。需要家１
において１０Ｎｍ3/ｈ分岐して、表２に示す性能をもつ
分離膜（ポリイミド系分離膜）を使用してメタンを分離
し、残りを都市ガス供給ラインに戻す。表２中、分離係
数とは、物質が当該膜をどのくらい通過するかの割合を
意味し、メタンは分離係数１、すなわちすべて膜を通過
し、ブタンは膜を通過せず、エタンとプロパンはそれぞ
れ３３％、３．３％膜を通過する。Example 2 This example is an example of carrying out the present invention in a city gas supply line in which city gas having the composition shown in Table 1 is flowing. As shown in FIG. 5, there is no loop in the city gas supply line, and a plurality of consumers are present in series in the city gas supply line. Here, the flow rate in the city gas supply line is 1,000 Nm 3 / h. Customer 1
At 10 Nm 3 / h, methane is separated using a separation membrane (polyimide-based separation membrane) having the performance shown in Table 2, and the rest is returned to the city gas supply line. In Table 2, the separation factor means the ratio of how much a substance passes through the membrane. The separation factor is 1, that is, methane passes through the membrane, butane does not pass through the membrane, and ethane and propane respectively. Passes 33%, 3.3% membrane.
【００３３】[0033]
【表 １】 [Table 1]
【００３４】[0034]
【表 ２】 [Table 2]
【００３５】需要家１の上流（Ａ）では表１に示す組成
の都市ガスが流れている。需要家１においてメタンを使
用し、残りのガスを都市ガスラインに戻すと、需要家１
の下流（Ｂ）における組成は、メタン＝８８．４１％、
エタン＝４．６３％、プロパン＝５．４５％、ブタン＝
１．５１％、流量＝９９１Ｎｍ3/ｈとなる。都市ガスか
ら需要家１において専らメタンを取り出して消費し、残
りのガスを戻入させているためメタン濃度は減少し、消
費されずに戻されるブタンの濃度は相対的に上昇する。
戻入箇所の下流（Ｂ）において、ＷＩ＝５６．９、ＭＣ
Ｐ＝３７．１であり、これは１３Ａガスの範囲内である
ことから、前述の条件で本発明を実施することができ、
下流側の需要家がガスレンジなどの既存の都市ガス消費
機器を専ら使用する需要家であっても問題が生じること
はない。Upstream of the customer 1 (A), city gas having the composition shown in Table 1 is flowing. If methane is used in customer 1 and the remaining gas is returned to the city gas line, customer 1
Downstream (B) of the composition of methane = 88.41%,
Ethane = 4.63%, propane = 5.45%, butane =
1.51%, flow rate = 991 Nm 3 / h. Since the consumer 1 exclusively takes out methane from the city gas and consumes it and returns the remaining gas, the methane concentration decreases, and the concentration of butane returned without being consumed relatively increases.
Downstream (B) of the return point, WI = 56.9, MC
Since P = 37.1, which is in the range of 13A gas, the present invention can be carried out under the above-mentioned conditions,
Even if the downstream customer is a customer who exclusively uses the existing city gas consumption equipment such as a gas range, no problem will occur.
【００３６】また、需要家１において分岐量を２６０Ｎ
ｍ3/ｈとし、前述の条件でメタンを使用し、残りを戻入
すると、下流（Ｂ）において、ＷＩ＝５７．８、ＭＣＰ
＝３７．３となる。これ以上分岐してしまうと、ＷＩが
１３Ａガスの範囲外となるため、下流側に専ら既存の都
市ガス消費機器を使用する需要家が存在すると問題が生
じるため、本条件では最も上流側の需要家における最大
の分岐量が２６０Ｎｍ 3/ｈとなる。In the customer 1, the branch amount is 260N.
m3/ h, use methane under the above conditions, and return the rest
Then, in the downstream (B), WI = 57.8, MCP
= 37.3. If you branch further, WI
Because it is out of the range of 13A gas, the existing
Problems exist when there are customers who use city gas consumption equipment
Therefore, under these conditions, the maximum
Branch amount is 260 Nm 3/ h.
【００３７】〈実施例３〉本例は、実施例２と同じく、
表１に示す組成の都市ガスが流れている都市ガス供給ラ
インにおいて、本発明を実施する別の例である。ここで
都市ガス供給ライン内の流量は１,０００Ｎｍ3/ｈであ
る。図５に示すように、需要家１〜ｎにおいて、順次、
それぞれ１０Ｎｍ3/ｈ分岐し、表２に示す性能をもつ分
離膜を使用してメタンを分離し、残りを都市ガス供給ラ
インに戻す。図６は、こうして各需要家の下流側におけ
るＷＩをプロットしていった図である。２６番目の需要
家の下流側におけるガス組成は、メタン＝８５．６６
％、エタン＝５．４３％、プロパン＝６．９６％、ブタ
ン＝１．９５％、流量＝７６８.４Ｎｍ3/ｈ、ＷＩ＝５
７．７７（図６）、ＭＣＰ＝３７．３となる。２７番目
の需要家の上流側におけるＷＩ＝５７．７７であるの
で、２７番目の需要家が既存の都市ガス消費機器を専ら
使用する需要家であれば問題はないが、２７番目の需要
家がメタンの需要家であれば、下流側でＷＩ＝５７．８
を超えるので、本実施例の条件においては２６のメタン
の需要家が直列に存在し得ることになる。<Third Embodiment> This embodiment is similar to the second embodiment.
It is another example of implementing the present invention in a city gas supply line in which city gas having the composition shown in Table 1 flows. Here, the flow rate in the city gas supply line is 1,000 Nm 3 / h. As shown in FIG. 5, in the customers 1 to n,
Each is branched at 10 Nm 3 / h, methane is separated using a separation membrane having the performance shown in Table 2, and the rest is returned to the city gas supply line. FIG. 6 is a diagram in which the WI on the downstream side of each consumer is plotted in this way. The gas composition on the downstream side of the 26th consumer is methane = 85.66.
%, Ethane = 5.43%, propane = 6.96%, butane = 1.95%, flow rate = 768.4 Nm 3 / h, WI = 5
7.77 (FIG. 6) and MCP = 37.3. Since WI = 57.77 on the upstream side of the 27th consumer, there is no problem if the 27th consumer is a consumer who exclusively uses the existing city gas consumption equipment, but the 27th consumer is If you are a consumer of methane, WI = 57.8 on the downstream side.
Therefore, under the conditions of this embodiment, 26 methane consumers can exist in series.
【００３８】〈実施例４〉図７は導管網における天然ガ
ス自動車スタンドを備える需要家への配管系統を示す図
である。需要家用配管は導管網の都市ガス供給ラインか
ら分岐され、都市ガスは該分岐配管から流量制御弁を経
てメタン分離装置に供給される。メタン分離装置では高
分子膜法等によりメタンが分離され、メタン分離装置で
分離されたメタンはタンクに貯えられる。<Embodiment 4> FIG. 7 is a diagram showing a piping system for a customer equipped with a natural gas vehicle stand in a conduit network. The consumer pipe is branched from the city gas supply line of the conduit network, and the city gas is supplied from the branch pipe to the methane separator through the flow control valve. In the methane separation device, methane is separated by a polymer membrane method or the like, and the methane separated in the methane separation device is stored in a tank.
【００３９】メタン分離装置の使用時において、（１）
分岐配管からの都市ガス中のメタン量をメタンセンサで
検知すること、（２）その検知値を基にして制御コント
ローラで流量制御弁の開度を調整、制御し、メタン分離
装置に導入する都市ガスの圧力を制御すること、（３）
流量制御弁の開度を調整、制御することにより（または
メタン分離装置の下流にあるポンプの能力を調整、制御
して、或いはこれを併用して）メタン分離装置でのメタ
ン分離量を制御すること、（４）こうして、メタン分離
後の都市ガスが戻入された都市ガスの燃焼速度（ＭＣ
Ｐ）、ウォッベ指数（ＷＩ）を都市ガス：１３Ａとして
許容される範囲内に収めること、等については実施例１
と同様である。When the methane separator is used, (1)
Detecting the amount of methane in city gas from the branch pipe with a methane sensor, (2) Based on the detected value, the controller adjusts and controls the opening of the flow control valve and introduces it into the methane separation device. Controlling gas pressure, (3)
Control the amount of methane separation in the methane separator by adjusting and controlling the opening of the flow control valve (or by adjusting or controlling the capacity of the pump downstream of the methane separator, or by using this together). (4) Thus, the burning rate (MC
P), Wobbe index (WI) within the allowable range of city gas: 13 A, etc.
Is the same as.
【００４０】メタン分離装置より得られ、タンクに一旦
貯蔵されたメタンは、都市ガスを燃料として走行する自
動車に搭載された燃料タンクに供給され、充填される。
ここで、充填の速度や該タンクの貯蔵時の圧力等の関係
から、適宜充填用の昇圧器を使用して充填することが望
ましい。タンクにはメタンのみが貯えられていることか
ら、自動車に搭載された燃料タンクが前述の吸着剤を充
填した形式の場合、重質の炭化水素ガスの妨害なく充填
できるので充填量を増やすことができる。Methane obtained from the methane separator and temporarily stored in the tank is supplied to and filled in a fuel tank mounted on an automobile running on city gas as fuel.
Here, it is desirable to use a booster for filling as appropriate in consideration of the filling speed, the pressure during storage of the tank, and the like. Since only methane is stored in the tank, if the fuel tank installed in the vehicle is of the type filled with the above-mentioned adsorbent, it can be filled without disturbing the heavy hydrocarbon gas, so the filling amount can be increased. it can.
【００４１】本実施例の場合、都市ガスから一度にメタ
ンを分離して前述のタンクに貯蔵してもよいが、常時都
市ガスから少しずつメタンを分離して貯めておくか、あ
るいは他の需要家が使用していないか、他の需要家の使
用量が少ない時間帯、例えば深夜から早朝にかけてメタ
ンを分離してタンクに貯めておき、需要に応じてタンク
から自動車に搭載された燃料タンクに充填するようにし
てもよい。In the case of the present embodiment, methane may be separated from the city gas at one time and stored in the above-mentioned tank. However, methane is always separated from the city gas little by little and stored, or other demand is required. When the house is not using it, or when other customers do not use it much, for example, from the midnight to the early morning, methane is separated and stored in a tank. It may be filled.
【００４２】[0042]
【発明の効果】本発明によれば、メタンのみ、あるいは
実質上メタンのみを必要とする需要家において、既設の
都市ガス供給ラインをそのまま利用し、都市ガスからメ
タンのみ、あるいは実質上メタンのみを分離して利用し
得るようにすることにより、都市ガスの利用態様を多様
化させることができるなど各種効果が得られる。既設の
都市ガス供給ラインをそのまま利用できることから実用
上も非常に有用である。EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, in a customer who needs only methane or substantially only methane, the existing city gas supply line can be used as it is, and only methane from city gas or substantially methane can be used. By separating and using it, various effects can be obtained, such as diversifying the usage mode of city gas. Since the existing city gas supply line can be used as is, it is extremely useful in practice.
【００４３】さらに、燃料電池の需要家においては、メ
タン分離装置の部分においてメタンのみを取り出し、都
市ガス中の他成分を改質装置に導入することがなけれ
ば、改質用の触媒が都市ガスに混入されている付臭剤に
よって性能劣化を来す、という問題も回避できる点で有
用である。Further, in the case of a fuel cell consumer, if only methane is taken out in the methane separator and no other component in the city gas is introduced into the reformer, the reforming catalyst is the city gas. It is useful in that the problem that the performance is deteriorated by the odorant mixed in is avoided.
【００４４】また、現在都市ガスを燃料として走行する
自動車においては、燃料が単一の成分となることで効率
の向上や排気ガス中の有害成分の抑制のためのエンジン
等の調整がしやすくなるという点でも有用である。Further, in an automobile that currently runs on city gas as fuel, since the fuel has a single component, it is easy to adjust the engine and the like for improving efficiency and suppressing harmful components in exhaust gas. It is also useful in that respect.
【図１】都市ガス製造工場における都市ガス製造過程を
示す図FIG. 1 is a diagram showing a city gas manufacturing process in a city gas manufacturing factory.
【図２】都市ガス製造工場から需要家に至るまでの供給
系統の概略を示す図FIG. 2 is a diagram showing an outline of a supply system from a city gas manufacturing plant to consumers.
【図３】導管網における水素を燃料とする燃料電池を備
えた需要家サイドの配管系統を示す図（実施例１）FIG. 3 is a diagram showing a customer-side piping system provided with a fuel cell using hydrogen as a fuel in a conduit network (Example 1).
【図４】需要家でのメタン分離装置の制御系統を示す図
（実施例１）FIG. 4 is a diagram showing a control system of a methane separation device in a customer (Example 1)
【図５】実施例２〜３を示す図FIG. 5 is a diagram showing Examples 2 to 3.
【図６】実施例３における需要家１〜ｎにおいて、各需
要家の下流側におけるＷＩをプロットした図FIG. 6 is a diagram in which WI is plotted on the downstream side of each of the customers 1 to n in the third embodiment.
【図７】導管網における天然ガス自動車スタンドを備え
る需要家への配管系統を示す図（実施例４）FIG. 7 is a diagram showing a piping system to a customer equipped with a natural gas vehicle stand in a conduit network (Example 4).
Claims (6)
に供給するに際して、該導管網における一以上の需要家
において、都市ガス中のメタンを分離して利用し、分離
後の都市ガスの少なくとも一部を該導管網に戻入するこ
とを特徴とする都市ガス供給方法。1. When supplying city gas to a customer through a city gas pipeline network, methane in the city gas is separated and used by one or more customers in the pipeline network, and the separated city gas is used. A method for supplying city gas, characterized in that at least a part of the gas is returned to the conduit network.
数（ＷＩ）と燃焼速度指数（ＭＣＰ）が、それぞれ所定
の範囲内の値になるように都市ガス中のメタンの分離量
を制御することを特徴とする請求項１に記載の都市ガス
供給方法。2. The separation amount of methane in city gas is controlled so that the Wobbe index (WI) and the burning rate index (MCP) of the city gas after the methane separation are within respective predetermined ranges. The city gas supply method according to claim 1, wherein:
囲であり、かつ、前記ＭＣＰが３５≦ＭＣＰ≦４７の範
囲となるように前記都市ガス中のメタンの分離量を制御
することを特徴とする請求項２に記載の都市ガス供給方
法。3. The separation amount of methane in the city gas is controlled so that the WI is in the range of 52.7 ≦ WI ≦ 57.8 and the MCP is in the range of 35 ≦ MCP ≦ 47. The city gas supply method according to claim 2, wherein:
に供給するための装置であって、該導管網における一以
上の需要家に都市ガス中のメタンを分離するメタン分離
装置を設け、メタン分離後の都市ガスの少なくとも一部
を該導管網に戻入するようにしてなることを特徴とする
都市ガス供給装置。4. An apparatus for supplying city gas to a consumer through a city gas pipeline network, wherein at least one customer in the pipeline network is provided with a methane separator for separating methane in the city gas. A city gas supply device, characterized in that at least a part of the city gas after methane separation is returned to the conduit network.
都市ガスのウォッベ指数（ＷＩ）と燃焼速度指数（ＭＣ
Ｐ）が、それぞれ所定の範囲内の値になるように都市ガ
ス中のメタンの分離量を制御するようにしてなることを
特徴とする請求項４に記載の都市ガス供給装置。5. The Wobbe index (WI) and burning rate index (MC) of city gas after methane separation by the methane separation device.
The city gas supply device according to claim 4, wherein P) is controlled so that the separation amount of methane in the city gas is controlled so that each of P) becomes a value within a predetermined range.
囲であり、かつ、前記ＭＣＰが３５≦ＭＣＰ≦４７の範
囲となるように前記都市ガス中のメタンの分離量を制御
するようにしてなることを特徴とする請求項５に記載の
都市ガス供給装置。6. The separation amount of methane in the city gas is controlled so that the WI is in the range of 52.7 ≦ WI ≦ 57.8 and the MCP is in the range of 35 ≦ MCP ≦ 47. The city gas supply system according to claim 5, wherein the city gas supply system is configured as described above.
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| CN114001278A (en) * | 2021-09-16 | 2022-02-01 | 北京市燃气集团有限责任公司 | Hydrogen-mixing gas mixing method and system for urban gas burning valve station |
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