JP4102080B2 - Fuel reformer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は,排気ガス中のCO2 を利用して天然ガス燃料を排気ガスの熱エネルギによって改質する燃料改質装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
天然ガスは,その主成分がメタン(CH4 )であることが知られている。燃料のCH4 は,発熱量が大きく,自然界に多く存在するので,将来の石油代替燃料として期待されている。即ち,天然ガスを燃料とするガスエンジンでは,排気ガスが極めてクリーンであり,一般のディーゼルエンジンでは500ppm以上の窒素酸化物が排出されるが,ガスエンジンでは10ppm以下と極めて少なくなる。また,ガスエンジンを燃焼させると,同一エネルギ当たりの二酸化炭素の排出量は石油燃料と比較して30%以上少なく将来の公害対策エンジン,燃料として極めて有望といえる。従来,ガスエンジンは,コージェネレーションシステム等として開発が進められている。コージェネレーションシステムは,動力を発電機で電気エネルギとして取り出し,排気ガスエネルギが有する熱を熱交換器で水を加熱して温水にし,該温水を給湯用として利用している。従来,天然ガスを燃料とするエンジンとして,例えば,特開平6−108865号公報,特開平6−101495号公報に開示されたものがある。
【0003】
しかしながら,天然ガスを用いたガスエンジンの最大の欠点は,天然ガス燃料が気体燃料であるので,天然ガス燃料を燃費の良いディーゼル燃焼させることが難しいことである。即ち,ディーゼル燃焼では,圧縮された空気中に燃料を吹き込むが,その燃料を圧縮された空気圧以上の圧力に圧縮しないと,燃焼室に燃料を噴射することができない。従って,燃料を圧縮して高圧にするために多くの仕事を要し,必ずしも燃費が良くならない。また,圧縮された空気中に燃料が噴射された場合,気体同士では中々混合が良好に行われず,燃費も改良されず,窒素酸化物も少なくならない。
【0004】
また,天然ガスを改質した燃料を用いるガスエンジンとして,例えば,特開平11−93777号公報,特開平11−93778号公報に開示されたものが知られている。特開平11−93777号公報に開示された天然ガス改質装置は,天然ガス主成分のCH4 を熱分解してCOとH2 の改質燃料に転化させ,燃料による熱効率を改善すると共に排気ガス中のCO2 を熱分解に使用し,NOX の発生を抑制するものである。天然ガス改質装置は,排気ガスパイプ内に排気ガス通路を形成する排気ガス通路体を配置し,排気ガスパイプの外側にガス燃料が流れるガス燃料ケースを配置し,ガス燃料ケース内にガス燃料通路を形成する多孔質セラミックスから成る多孔質部材を配置し,多孔質部材の表面にCH4 とCO2 をCOとH2 の改質燃料に変換させる作用を有する触媒を被覆し,更にガス燃料パイプの外周に断熱材を配置したものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで,ディーゼルエンジンの燃費の改良は,数十年に渡って各方面で努力が払われてきたが,そろそろ手詰まり状態であり,何をやっても余り大きな改良ができなくなった。本発明者は,かかる事情の中でメタンガスを,排気ガスの熱を利用して触媒の存在のもとで改質させ,発熱量を増大させることを試みた。それを化学式を示すと次のとおりである。
メタンガスを空気中で燃焼させる場合:
CH4 +2O2 →CO2 +2H2 O+191290Kcal/kmol
二酸化炭素とメタンを反応させる場合(吸熱反応):
CO2 +CH4 +59190Kcal/kmol→2CO+2H2
H2 O+CH4 +53000Kcal/kmol→CO+3H2
改質燃料を燃焼させる場合:
2CO+2H2 +2O2 →2CO2 +2H2 O+250580kcal/2kmol
CO+3H2 +2O2 →CO2 +3H2 O+244290kcal/2kmolとなる。
即ち,250580/191290=1.3となり,発熱量は30%以上増加することがわかる。この理論に基づいて触媒の基礎研究を実施し,CO2 の排気ガスからの吸収分離を行ったところ,原理的には完成したものの,両装置とも,その大きさは極めて大きく,また,それぞれの装置を駆動させるためには,複雑な構造を必要とし,実用に供すことができないことが判った。本発明は,かかる不具合を解消するために開発されたものである。
【0006】
天然ガス中のCH4 を,CO2 の存在によって排気ガスの熱エネルギを利用して,H2 とCOに改質する天然ガス改質装置において,排気ガスから分離されたCO2 を使用する場合に,CO2 を含む分離ガス中にO2 が含まれていると,天然ガス改質装置における触媒装置内でO2 とH2 やCOが反応を起こし,場合によっては,反応爆発するという危険性がある。従って,天然ガス改質装置に送り込む排気ガスから分離されたCO2 を含む分離ガス中に含まれるO2 を可及的に低減する必要がある。また,従来の排気ガスからCO2 を分離する方法は,活性炭に燐酸塩を含浸させた物質にCO2 を吸着させ,その物質からCO2 を吸引分離させる方法が試みられたが,装置自体が複雑で巨大となり,殆ど使用できない状態であった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は,上記の課題を解決することであり,例えば,天然ガスエンジンに組み込んで天然ガスを改質するものであり,排気ガス中に含まれているCO2 をゼオライト粉末を用いて捕捉し,捕捉されたCO2 を用いて排気ガスの熱エネルギを利用して天然ガス中のCH4 を触媒の存在の下でCOとH2 に熱分解し,熱効率を向上させ,しかも小形に構成できる燃料改質装置を提供することである。
【0008】
この発明は,一端面に複数の入口側開口と他端面に複数の出口側開口が形成された筒状のハウジング,前記ハウジングに回転可能に支持され且つ内部が隔壁プレートによって回転方向に複数の区画室に分割されている筒状の回転容器,前記回転容器の前記区画室にそれぞれ収容され且つ表面にコーティングされた被覆層上に触媒が分散密着された金属多孔質体,前記回転容器の一端面に形成され且つ前記入口側開口に整合する入口,前記回転容器の他端面に形成され且つ前記出口側開口に整合する出口,並びに前記ハウジングの前記入口側開口と前記出口側開口とにそれぞれ接続される排気ガス通路を形成する排気ガス管,水蒸気通路を形成する水蒸気管,燃料通路を形成する燃料管及び空気通路を形成して空気を前記入口から前記出口へと流すための空気導入管が順次配設されており,
耐熱性の前記金属多孔質体の表面にコーティングされた前記被覆層はアルミナと該アル ミナの表面にコーティングされたゼオライト粉末及び/又は活性炭素粉末から構成され,
前記回転容器の前記区画室は,前記回転容器の回転に伴って通路面積の大きい前記排気ガス通路,前記水蒸気通路,前記燃料通路及び前記空気通路が順次形成され,
前記燃料管は,前記ハウジングの前記入口側開口に接続された天然ガスを導入する天然ガス管と前記ハウジングの前記出口側開口に接続された改質燃料を送り出す改質燃料管とから成り,前記天然ガス管と前記改質燃料管とは前記回転容器の長手方向に対応して位置決めされていることから成る燃料改質装置に関する。
【0009】
前記回転容器は,前記ハウジングとの間に形成された真空層によって熱放熱が防止され,中心部を通る回転軸を介して軸受によって回転可能に支持されている。
【0010】
前記回転容器は,コントローラの指令で回転制御されるモータによって回転駆動され,前記排気ガス管,前記水蒸気管,前記燃料管及び前記空気導入管が前記区画室に整合する位置で一定期間停止するように制御される。
【0011】
また,前記被覆層の表面に分散密着された前記触媒はPt,Ru,Ni,Al2 O3 ,Pd等の微粒粉体で構成されている。
【0012】
前記金属多孔質体はNi,Cr,Fe,Cu等の金属材料から成り,ガスの流れに対して積層された前記金属材料の表面にアルミニウムをコーティングした後に前記アルミニウムを酸化させることによって前記金属多孔質体の表面にアルミナが形成される。更に,前記金属多孔質体にコーティングされたアルミナコーティング層の表面には,ガラス層であるSiO2 が配置され,前記ガラス層を接着剤としてゼオライト粉末が分散接着されている。
【0013】
この燃料改質装置は,ゼオライト粉末及び/又は活性炭素粉末がコーティングされた前記金属多孔質体の表面に,Pt,Ru,Ni,Al2 O3 ,Pd等の微粒粉体から成る前記触媒を分散して付着させ,CO2 の吸着と天然ガスの燃料改質機能を持たせたものである。或いは,前記金属多孔質体の表面に,パラジウム粉末を直接的に分散して付着させたものである。
【0014】
前記回転容器は,コントローラの指令で回転,停止,間欠回転と,それらの回転速度を可変に調整できるモータによって回転制御されている。
【0015】
この燃料改質装置は,前記回転容器の前記区画室に前記排気ガス管を通じて排気ガスが導入され,排気ガス熱を前記金属多孔質体に移すと同時に,前記排気ガス中のCO2 が前記金属多孔質体の表面の前記被覆層によって吸着され,次いで,気化した水蒸気を前記区画室に前記水蒸気管を通じて導入することによって前記区画室から酸素を含む前記排気ガスが排出され,次いで,前記区画室に前記天然ガス管を通じて導入された天然ガスが前記ゼオライトによって吸着された前記CO2 と,前記水蒸気の存在の下で,前記天然ガスをCOとH2 とに反応させて改質され,次いで空気が前記区画室に導入され,前記空気と共に前記改質燃料をエンジンに送り込むものである。
【0016】
この燃料改質装置では,前記金属多孔質体は,ハニカム形状を持つ金属材,前記被覆層を構成するアルミナとCO2 吸着材としてのゼオライト粉末及び/又は活性炭素粉末,及び前記触媒を構成するPt,Ru,Ni,Al2 O3 ,Pd等の微粒粉体から成る複合材で構成されている。
【0017】
この燃料改質装置は,上記のように構成されているので,極めて簡単で且つコンパクトに小形に構成でき,排気ガスの熱エネルギによって気化された水蒸気として回収し,排気ガス中のCO2 をゼオライトによって捕集し,触媒を付着させた担体上にCO2 とメタンガスを流して反応させ,天然ガスをH2 とCOとに改質することができる。即ち,この燃料改質装置は,排気ガスの流入により多孔質金属が加熱され,排気ガス中に含まれている二酸化炭素がゼオライトに吸着され,水蒸気の封入により,回転容器に含まれている酸素を含む排気ガスが排出され,その状態の回転容器内にメタンガスが封入されると,メタン,CO2 ,水蒸気の混合体が吸熱反応して改質が起こる。天然ガスが改質によって増加した発熱量はその燃料がエンジンに封入されて発熱された時,その熱効率が30%ほど改良される。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下,図面を参照して,この発明による燃料改質装置の実施例を説明する。図1はこの発明による燃料改質装置の一実施例を示し,図2のB−B断面における断面図,及び図2は図1の燃料改質装置を示し,A−A断面における断面図である。
【0019】
この発明による燃料改質装置は,ガスエンジンに使用される天然ガスNを改質した熱効率を向上させるものであり,構造が簡単であって小形に構成することができ,しかも,排気ガスGが有する熱エネルギを利用して水を気化させて水蒸気Sにすると共に,上記熱エネルギと排気ガスG中に含まれるCO2 を利用して天然ガスNの主成分であるCH4 をH2 とCOとの改質燃料RFに熱分解させて熱効率の高い燃料に改質するものである。
【0020】
この燃料改質装置は,一端面に複数即ち少なくとも4個の入口側開口12と他端面に複数即ち少なくとも4個の出口側開口13が形成された筒状のハウジング1,ハウジング1に回転可能に支持され且つ内部が隔壁プレート9によって回転方向に複数の区画室15に分割されている筒状の回転容器2,及びハウジング1の入口側開口12と出口側開口13にシール部材19を介して密封状態にそれぞれ接続された排気ガスGが流れる排気ガス管4,水蒸気Sが流れる水蒸気管5,天然ガスNを導入する天然ガス管6,低湿の空気Aが流れる空気導入管22,及び改質燃料RFを送り出す改質燃料管20を有する。天然ガス管6と改質燃料管20とは,長手方向に対応して位置決めされている。特に,回転容器2の区画室15には,金属多孔質体3がそれぞれ収容されている。従って,回転容器2の区画室15には,回転容器2の回転に伴って,通路面積の大きい排気ガス通路,水蒸気通路,燃料通路及び空気通路を順次配設されることになる。
【0021】
更に,回転容器2は,ハウジング1に軸受16を介して回転自在に取り付けられた回転軸14に固定されている。回転容器2の一端面に形成された入口7は,ハウジング1の入口側開口12に整合することができるように位置決めされている。また,回転容器2の他端面に形成された出口8は,ハウジング1の出口側開口13に整合することができるように位置決めされている。燃料管は,ハウジング1の入口側開口12に接続された天然ガスNを導入する天然ガス管6と,ハウジング1の出口側開口13に接続された改質燃料RFを送り出す改質燃料管20とから成り,天然ガス管6と改質燃料管20とは回転容器2の長手方向に対応して位置決めされている。空気導入管22は,区画室15に残存する改質燃料RFをエンジン側へ送り込むために,区画室15の後流で改質燃料管20に接続されている。また,回転容器2は,ハウジング1内に形成された真空層18においてベース17に軸受16を介して回転可能に支持されている。また,回転容器2は,コントローラ10の指令で回転速度が制御されるモータ11によって回転駆動される。また,金属多孔質体3は,例えば,金属線や金属粒等の金属材料がガスの流れに対して積層された構造であって交差点及び/又は接触点が接合された熱伝導の良好であり,オープンポアが形成された構造を有している。
【0022】
金属多孔質体3の表面には,まず,アルミナがコーティングされている。該アルミナの表面には,排気ガス中のCO2 を捕捉するゼオライト(沸石:zeolite)の粉末及び/又は活性炭素粉末がコーティングされている。更に,ゼオライト粉末の表面には,天然ガスをH2 とCOとの改質燃料に改質させる時の触媒となるPt,Ru(ルテニウム),Ni,Al2 O3 ,Pd(パラジウム)等の微粒粉体の触媒層が配置されている。金属多孔質体3は,Ni,Cr,Fe,Cu等の金属材料から成り,金属材料の表面には,触媒,ゼオライト,活性炭素の付着に適したアルミニウムをコーティングした後に,コーティング表面を酸化させることによって金属多孔質体3の表面にアルミナが形成される。
【0023】
金属多孔質体3にコーティングされたアルミナコーティング層の表面には,ガラス層であるSiO2 が付着され,ガラス層を接着剤としてゼオライト粉末及び/又は活性炭素粉末が分散接着されている。ゼオライト粉末がコーティングされた金属多孔質体3の表面に,化学溶解したPt,Ru,Ni,Al2 O3 ,Pd等の触媒溶液を分散して付着させ,これを800℃以上に加熱して金属粒として溶着させたものである。金属多孔質体3の表面に,Pd(パラジウム)を直接分散付着させることもできる。また,金属粉を含む溶液を金属多孔質体3に流し,電荷された金属多孔質体3に付着させることもできる。
【0024】
コントローラ10の指令によって,回転容器2には,回転容器2の回転,停止,間欠的な回転,回転速度を可変に制御することができるモータ11が取り付けられている。コントローラ10は,排気ガス管4に設けられた排気ガス弁24,水蒸気管5に設けられた水蒸気弁25,天然ガス管6に設けられた天然ガス弁26,及び空気導入管22に設けられた空気弁23の開閉作動をそれぞれ経時的に制御し,排気ガスG,水蒸気S,天然ガスN及び低湿の空気Aを,区画室15へ順次に送り込む制御をする。言い換えれば,回転容器2は,コントローラ10の指令によって回転制御されるモータ11によって回転駆動され,排気ガス管4,水蒸気管5,天然ガス管6と改質燃料管20とでなる燃料管,及び空気導入管22が区画室15に整合する位置で一定期間停止するように制御され,排気ガスG,水蒸気S,天然ガスN及び低湿の空気Aが区画室15へ順次送り込まれることになる。出口側の空気導入管22と改質燃料管20とは接続されて吸気管(図示せず)に連通し,空気と共に改質燃料がエンジンに送り込まれるように構成されている。
【0025】
この燃料改質装置は,回転容器2の区画室15に排気ガス管4を通じて排気ガスが導入され,排気ガスG中のCO2 が金属多孔質体3の表面のゼオライト及び/又は活性炭素によって吸着され,次いで,排気ガスGの熱エネルギで気化した水蒸気Sを区画室15に水蒸気管5を通じて導入することによって区画室15から酸素を含む排気ガスGが排出され,次いで,区画室15に天然ガス管6を通じて導入された天然ガスNがゼオライト及び/又は活性炭素によって吸着されたCO2 と,水蒸気Sの存在の下で,天然ガスNをCOとH2 とに反応させて改質燃料RNに改質させるものである。
【0026】
この改質燃料装置における回転容器2は,例えば,円筒形等の筒体に形成されている。回転容器2は,半径方向に延びる複数の隔壁プレート9によって複数の空間21となる区画室15に仕切られており,それらの空間21には耐熱金属から成る金属多孔質体3が配置即ち充填されている。金属多孔質体3の表面には,アルミナがコーティングされており,更に,アルミナの上にゼオライト材粉末及び/又は活性炭素粉末がコーティングされている。ゼオライト材の表面には,Pt,Ru,Ni,Al2 O3 ,Pd等から成る触媒層が分散付着して配置されている。この改質燃料装置では,ハウジング1内で回転容器2が回転すると,回転容器2に形成された入口7と出口8は,排気ガス管4,水蒸気管5,天然ガス管6,及び空気導入管22が接続されているハウジング1の入口側開口12と出口側開口13とを順次通過するようになる。
【0027】
コントローラ10は,天然ガスを改質するのに回転容器2の最適の作動状態にするため,モータ11に作動指令を出して回転容器2の回転作動を制御するものであり,回転容器2の可変速度回転,停止,連続回転,或いは断続的回転の制御をするように設定されている。
【0028】
金属多孔質体3の表面のアルミナコーティングは,Ni,Cr,Fe,Cu等を成分とする多孔質材の表面にアルミニウムをコーティングし,次いでアルミニウムを酸化処理し,それによって,金属多孔質体3の表面をアルミナ化させたものである。また,アルミナコーティングの表面には,ガラス層であるSiO2 を配置し,該ガラス層を接着剤とし,アルミナコーティングの表面にゼオライト粉末及び/又は活性炭素粉末を分散接着させたものである。更に,ゼオライト粉末及び/又は活性炭素粉末のコーティングされた多孔質金属体3には,触媒金属であるPt,Ni,Ru,Al2 O3 ,Pd等をゾル状に溶解し,該触媒金属をゼオライト粉末及び/又は活性炭素粉末のコーティング層の表面に分散させて付着させ,この材料を800℃以上に加熱させ,溶着させたものである。
【0029】
この燃料改質装置について,金属多孔質体3としては,金属材料がガスの流れに対して積層されたものとして説明したが,その他の構造としてハニカム形状を持つ金属材,被覆層を構成するアルミナとCO2 吸着材としてのゼオライト粉末及び/又は活性炭素粉末,及び燃料改質機能を持つ触媒を構成するPt,Ru,Ni,Al2 O3 ,Pd等の微粒粉体から成る複合材で構成することもできることは勿論である。
【0030】
【発明の効果】
この発明による燃料改質装置は,上記のように構成されているので,排気ガス中のCO2 がゼオライト及び/又は活性炭素に捕捉され,次いで,区画室に導入された天然ガスと捕捉されたCO2 とによって排気ガスの熱エネルギと触媒によって天然ガスが熱分解し,COとH2 とに熱分解されて改質燃料が生成される。天然ガスが改質された改質燃料は,エンジンで着火燃焼されて熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による燃料改質装置の一実施例を示し,図2のB−B断面における断面図である。
【図2】 図1の燃料改質装置を示し,A−A断面における断面図である。
【符号の説明】
1 ハウジング
2 回転容器
3 金属多孔質体
4 排気ガス管
5 水蒸気管
6 天然ガス管
7 入口(回転容器)
8 出口(回転容器)
9 隔壁プレート
10 コントローラ
11 モータ
12 入口側開口(ハウジング)
13 出口側開口(ハウジング)
14 回転軸
15 区画室
16 軸受
17 ベース
18 真空層
19 シール部材
20 改質燃料管
21 空間
22 空気導入管
23 空気弁
24 排気ガス弁
25 水蒸気弁
26 天然ガス弁
A 空気
G 排気ガス
N 天然ガス
RF 改質燃料
S 水蒸気[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel reformer for reforming natural gas fuel with the thermal energy of exhaust gas using CO 2 in the exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
Natural gas is known to have methane (CH 4 ) as its main component. Fuel CH 4 has a large calorific value and exists in nature, so it is expected as a future alternative fuel for oil. That is, in a gas engine using natural gas as a fuel, exhaust gas is extremely clean, and in a general diesel engine, nitrogen oxides of 500 ppm or more are discharged, but in a gas engine, it is extremely low as 10 ppm or less. In addition, when a gas engine is burned, the amount of carbon dioxide emissions per energy is 30% less than that of petroleum fuel, and it can be said that it is extremely promising as a future anti-pollution engine and fuel. Conventionally, a gas engine has been developed as a cogeneration system. In the cogeneration system, power is extracted as electric energy by a generator, heat of exhaust gas energy is heated by a heat exchanger to make hot water, and the hot water is used for hot water supply. Conventionally, as an engine using natural gas as a fuel, for example, there are those disclosed in JP-A-6-108865 and JP-A-6-101495.
[0003]
However, the biggest drawback of a gas engine using natural gas is that it is difficult to burn the natural gas fuel with good fuel consumption because the natural gas fuel is a gaseous fuel. That is, in diesel combustion, fuel is blown into compressed air, but the fuel cannot be injected into the combustion chamber unless the fuel is compressed to a pressure higher than the compressed air pressure. Therefore, a lot of work is required to compress the fuel to a high pressure, and the fuel efficiency is not necessarily improved. In addition, when fuel is injected into compressed air, gas is not mixed well, gas mileage is not improved, and nitrogen oxides are not reduced.
[0004]
Further, as gas engines using fuels obtained by reforming natural gas, for example, those disclosed in JP-A-11-93777 and JP-A-11-93778 are known. The natural gas reforming apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-93777 is pyrolyzed to convert CH 4 which is a main component of natural gas into CO and H 2 reformed fuel, thereby improving the thermal efficiency of the fuel and exhaust gas. CO 2 in the gas is used for thermal decomposition to suppress the generation of NO x . In the natural gas reformer, an exhaust gas passage body that forms an exhaust gas passage is disposed in an exhaust gas pipe, a gas fuel case through which gas fuel flows is disposed outside the exhaust gas pipe, and the gas fuel passage is disposed in the gas fuel case. A porous member made of porous ceramics to be formed is arranged, and a catalyst having an action of converting CH 4 and CO 2 into a reformed fuel of CO and H 2 is coated on the surface of the porous member. A heat insulating material is arranged on the outer periphery.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, efforts have been made to improve the fuel efficiency of diesel engines in various directions for several decades, but it is now in a clogged state, and no major improvement can be made. Under such circumstances, the present inventor attempted to increase the calorific value by reforming methane gas in the presence of a catalyst using the heat of exhaust gas. The chemical formula is as follows.
When burning methane gas in air:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + 191290 Kcal / kmol
When carbon dioxide and methane are reacted (endothermic reaction):
CO 2 + CH 4 +59190 Kcal / kmol → 2CO + 2H 2
H 2 O + CH 4 +53000 Kcal / kmol → CO + 3H 2
When burning reformed fuel:
2CO + 2H 2 + 2O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O + 250580 kcal / 2 kmol
CO + 3H 2 + 2O 2 → CO 2 + 3H 2 O + 244290 kcal / 2 kmol.
That is, 250580/191290 = 1.3, and it can be seen that the calorific value increases by 30% or more. Based on this theory, we conducted basic research on the catalyst and performed absorption and separation of CO 2 from the exhaust gas. Although completed in principle, both devices are extremely large in size. In order to drive the device, it was found that it requires a complicated structure and cannot be put to practical use. The present invention has been developed to eliminate such a problem.
[0006]
The CH 4 in the natural gas, using thermal energy of the exhaust gas by the presence of CO 2, in the natural gas reforming device for reforming the H 2 and CO, when using a CO 2 separated from the exhaust gas In addition, if O 2 is contained in the separation gas containing CO 2 , there is a risk that O 2 reacts with H 2 or CO in the catalytic device of the natural gas reformer, and in some cases, a reaction explosion occurs. There is sex. Therefore, it is necessary to reduce as much as possible O 2 contained in the separated gas containing CO 2 separated from the exhaust gas fed to the natural gas reformer. In addition, as a conventional method for separating CO 2 from exhaust gas, an attempt has been made to adsorb CO 2 to a material in which activated carbon is impregnated with phosphate, and suck and separate CO 2 from the material. It was complicated and huge, and almost unusable.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. For example, it is incorporated into a natural gas engine to reform natural gas, and CO 2 contained in exhaust gas is used by using zeolite powder. Capturing and using the captured CO 2 to thermally decompose CH 4 in natural gas into CO and H 2 in the presence of a catalyst using the thermal energy of the exhaust gas, improving thermal efficiency and downsizing It is to provide a fuel reformer that can be configured.
[0008]
The present invention provides a cylindrical housing having a plurality of inlet side openings on one end surface and a plurality of outlet side openings on the other end surface, and is rotatably supported by the housing and includes a plurality of compartments in the rotation direction by a partition plate. A cylindrical rotating container divided into chambers, a metal porous body in which a catalyst is dispersed and adhered onto a coating layer which is housed in the compartment of the rotating container and is coated on the surface, one end surface of the rotating container Connected to the inlet opening and the outlet opening formed on the other end surface of the rotating container and aligned with the outlet opening, and the inlet opening and the outlet opening of the housing. exhaust gas pipe to form an exhaust gas passage that the water vapor tube to form a steam passage, to form a fuel pipe and the air passage forming a fuel passage and into the outlet air from the inlet Air inlet tube Sutame are sequentially disposed,
The coating layer coated on the surface of the refractory of the metal porous body is composed of zeolite powder and / or activated carbon powder is coated on the surface of the alumina and the alumina,
The compartment of the rotating vessel is formed with the exhaust gas passage, the water vapor passage, the fuel passage, and the air passage having a large passage area in accordance with the rotation of the rotating vessel,
The fuel pipe is composed of a natural gas pipe for introducing natural gas connected to the inlet side opening of the housing and a reformed fuel pipe for sending out reformed fuel connected to the outlet side opening of the housing, The present invention relates to a fuel reformer comprising a natural gas pipe and a reformed fuel pipe which are positioned corresponding to the longitudinal direction of the rotary container .
[0009]
The rotating container is supported by a bearing through a rotating shaft passing through the center portion, and heat dissipation is prevented by a vacuum layer formed between the rotating container and the housing.
[0010]
The rotary container is rotationally driven by a motor whose rotation is controlled by a command from a controller so that the exhaust gas pipe, the water vapor pipe, the fuel pipe, and the air introduction pipe are stopped for a certain period of time at a position aligned with the compartment. Controlled.
[0011]
Further, the catalyst dispersed in close contact with the surface of the front Symbol coating layer is composed of Pt, Ru, Ni, in fine powder, such as Al 2 O 3, Pd.
[0012]
The metal porous body is made of a metal material such as Ni, Cr, Fe, Cu, etc., and the metal porous material is formed by coating the surface of the metal material laminated with respect to a gas flow and then oxidizing the aluminum. Alumina is formed on the surface of the material . Furthermore, SiO 2 which is a glass layer is disposed on the surface of the alumina coating layer coated on the metal porous body, and the zeolite powder is dispersed and bonded using the glass layer as an adhesive.
[0013]
In this fuel reformer, the catalyst made of fine powder such as Pt, Ru, Ni, Al 2 O 3 , Pd is provided on the surface of the metal porous body coated with zeolite powder and / or activated carbon powder. It is dispersed and attached, and has the function of CO 2 adsorption and natural gas fuel reforming. Alternatively, palladium powder is directly dispersed and adhered to the surface of the metal porous body.
[0014]
The rotating container is rotationally controlled by a motor capable of variably adjusting rotation speed, stoppage, and intermittent rotation according to a command from a controller.
[0015]
In this fuel reformer, exhaust gas is introduced into the compartment of the rotary container through the exhaust gas pipe, and heat of the exhaust gas is transferred to the porous metal body. At the same time, CO 2 in the exhaust gas is converted into the metal. It is adsorbed by the pre-Symbol coating layer on the surface of the porous body, then, the exhaust gas containing oxygen from the compartment by the introduction through the steam tube vaporized steam to said compartment is discharged, then the partition Natural gas introduced into the chamber through the natural gas pipe is reformed by reacting the natural gas with CO and H 2 in the presence of the CO 2 adsorbed by the zeolite and the water vapor; Air is introduced into the compartment, and the reformed fuel is sent to the engine together with the air.
[0016]
In this fuel reformer, the metal porous body constitutes a metal material having a honeycomb shape, zeolite powder and / or activated carbon powder as alumina and CO 2 adsorbent constituting the coating layer, and the catalyst. It is composed of a composite material made of fine powder such as Pt, Ru, Ni, Al 2 O 3 and Pd.
[0017]
Since this fuel reformer is configured as described above, it can be configured very simply and compactly, and can be recovered as water vapor evaporated by the thermal energy of the exhaust gas, and CO 2 in the exhaust gas can be recovered from the zeolite. The natural gas can be reformed into H 2 and CO by allowing CO 2 and methane gas to flow and react with each other on a carrier that has been collected by the above-described method and onto which the catalyst is attached. That is, in this fuel reformer, the porous metal is heated by the inflow of exhaust gas, the carbon dioxide contained in the exhaust gas is adsorbed by the zeolite, and the oxygen contained in the rotating vessel is sealed by sealing water vapor. When exhaust gas containing is discharged and methane gas is sealed in the rotating vessel in that state, a mixture of methane, CO 2 and water vapor undergoes an endothermic reaction to cause reforming. The amount of heat generated by the reforming of natural gas improves its thermal efficiency by about 30% when the fuel is enclosed in the engine to generate heat.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a fuel reformer according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a fuel reforming apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2, and FIG. 2 shows the fuel reformer shown in FIG. is there.
[0019]
The fuel reformer according to the present invention improves the thermal efficiency by reforming the natural gas N used in the gas engine, has a simple structure and can be configured in a small size, and the exhaust gas G Water is vaporized using the thermal energy possessed to form water vapor S, and CH 4 which is the main component of natural gas N is converted into H 2 and CO using the thermal energy and CO 2 contained in the exhaust gas G. The reformed fuel RF is thermally decomposed into a fuel with high thermal efficiency.
[0020]
This fuel reformer is rotatable in a
[0021]
Further, the
[0022]
The surface of the metal
[0023]
On the surface of the alumina coating layer coated on the metal
[0024]
A
[0025]
In this fuel reformer, exhaust gas is introduced into the
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
In the alumina coating on the surface of the metal
[0029]
In this fuel reformer, the metal
[0030]
【The invention's effect】
Since the fuel reformer according to the present invention is configured as described above, CO 2 in the exhaust gas is captured by zeolite and / or activated carbon, and then captured by natural gas introduced into the compartment. Natural gas is thermally decomposed by the thermal energy of the exhaust gas and the catalyst by CO 2 and is thermally decomposed to CO and H 2 to produce reformed fuel. The reformed fuel obtained by reforming the natural gas can be ignited and burned by the engine to improve the thermal efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a fuel reformer according to an embodiment of the present invention and is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA, showing the fuel reformer of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
8 Exit (Rotating container)
9
13 Outlet side opening (housing)
DESCRIPTION OF
Claims (11)
耐熱性の前記金属多孔質体の表面にコーティングされた前記被覆層はアルミナと該アルミナの表面にコーティングされたゼオライト粉末及び/又は活性炭素粉末から構成され, 前記回転容器の前記区画室は,前記回転容器の回転に伴って通路面積の大きい前記排気ガス通路,前記水蒸気通路,前記燃料通路及び前記空気通路が順次形成され,
前記燃料管は,前記ハウジングの前記入口側開口に接続された天然ガスを導入する天然ガス管と前記ハウジングの前記出口側開口に接続された改質燃料を送り出す改質燃料管とから成り,前記天然ガス管と前記改質燃料管とは前記回転容器の長手方向に対応して位置決めされていることから成る燃料改質装置。A cylindrical housing having a plurality of inlet side openings on one end surface and a plurality of outlet side openings on the other end surface, rotatably supported by the housing, and the interior is divided into a plurality of compartments in the rotation direction by a partition plate. A cylindrical rotating container, a metal porous body in which a catalyst is dispersed and adhered on a coating layer that is housed in the compartment of the rotating container and is coated on the surface, formed on one end surface of the rotating container, and inlet aligned with the inlet side opening, said rotating container outlet that matches the formed and the outlet opening on the other end face, as well as the inlet-side opening and the outlet opening and the exhaust gas passage that will be connected to each of said housing exhaust gas pipe to form a water vapor tube to form a steam passage, the fuel pipe forming a fuel passage and the air to flow to form an air passage to said outlet air from said inlet Introducing tube are arranged sequentially,
The coating layer coated on the surface of the heat-resistant porous metal body is made of alumina, zeolite powder and / or activated carbon powder coated on the surface of the alumina, and the compartment of the rotating container is formed of the compartment. The exhaust gas passage, the water vapor passage, the fuel passage, and the air passage having a large passage area are sequentially formed with the rotation of the rotating container,
The fuel pipe is composed of a natural gas pipe for introducing natural gas connected to the inlet side opening of the housing and a reformed fuel pipe for sending out reformed fuel connected to the outlet side opening of the housing, A fuel reformer comprising: a natural gas pipe and the reformed fuel pipe positioned in correspondence with a longitudinal direction of the rotary container .
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