JP5567278B2 - ガスエンジンで使用するための天然ガス精製方法および精製装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスエンジンで使用する天然ガスを精製するための方法および装置と、適切に精製された天然ガスと、当該天然ガスの使用と、に関する。

ディーゼルガスエンジンやガスオットーエンジンといったガスエンジンは、例えば固定された装置の駆動部として、および天然ガス車両において、ますます重要性を増してきている。ディーゼルガスエンジンの構造と機能性とは、例えば特許文献１および特許文献２に詳細に記載されているので、当該文献の内容が完全に参照される。

ガスエンジンの機能性、特にガスエンジンの燃焼プロセスにとっては、使用される天然ガスの性質が決定的な意味を持つ。天然ガスの主な構成成分は、メタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）などの炭化水素と、炭酸ガス（ＣＯ_２）と、窒素ガス（Ｎ_２）と、場合によって硫化水素（Ｈ_２Ｓ）と、である。ヨーロッパで使用されている天然ガスのメタン価は、生産地に応じて、通常は７０から９８の間である。一般的に燃焼プロセス中のノッキング傾向は、メタン価が小さくなればなるほど起こりやすくなる。純粋なメタンのメタン価は１００、純粋な水素のメタン価は０である。天然ガス中に存在するプロパンとブタンがアンチノック性を低下させるが、天然ガスを構成する不燃性ガスである窒素および二酸化炭素によってアンチノック性が上昇しうるので、メタン価が１００以上の天然ガス混合物も存在しうる。

メタン価が７０に満たない場合も、ガス燃料は質の悪化が進み、現在のガスエンジンの稼動領域は限られているため、ガス燃料の質を改善し、特にガス燃料のメタン価を増大させる必要がある。

独国特許発明第１９７５４３５４号明細書 独国特許出願公開第１０２００５０５０４３５号明細書

したがって、本発明の課題は、ガスエンジンで使用される天然ガスを精製するための方法と装置とを改善することである。

本発明の第一の側面によれば、本課題は請求項１の特徴を有する天然ガス精製方法によって解決される。

ガスエンジンで使用される天然ガスの前記精製方法は、すでに存在している天然ガス混合物または流入する天然ガス混合物から、より炭素数の多い炭化水素が分離され、残存した天然ガス混合物が燃料として、ガスエンジンに使用されることを特徴とする。

天然ガス混合物からより炭素数の多い炭化水素を分離することによって、残存した天然ガス混合物のメタン価が増大し、アンチノック性が高まるため、燃料の質が向上することになる。この方法によって、有利には、メタン価の小さい天然ガス混合物も、稼動領域の制限された現在のガスエンジンに使用することができる。メタン価は例えば、Ｅ ＤＩＮ ５１６２４：２００７−０１にしたがって算定可能である。

ディーゼルガスエンジンやガスオットーエンジンなどのガスエンジンで使用する天然ガスの当該精製方法は、予燃焼室で点火が行われる場合も行われない場合も、過給が行われる場合も行われない場合も、同様に適している。当該ガスエンジンは、例えば固定された装置や天然ガス車両で使用可能である。

さらに当該方法は基本的に、任意の天然ガス混合物に適用可能であり、メタン価の小さい天然ガス混合物であっても、大きな利点がもたらされる。分離されるべき、より炭素数の多い炭化水素に数えられるのは、特に炭素数２以上の全ての炭化水素、すなわちエタン、プロパン、ブタンなどである。分離方法の実施態様によっては、特に炭素数３以上の全ての炭化水素がより炭素数の多い炭化水素に数えられる。一般的に炭化水素は、炭素数が多くなるにつれ、沸点も高くなる。それゆえ好適には、精製される天然ガスから、より沸点の高い炭化水素が分離され、残存した天然ガス混合物はガスエンジンの燃料として使用される。

より炭素数の多い炭化水素は、例えば膜分離法および／または加圧凝縮法によって、流入する天然ガス混合物から分離されうるが、本発明は、両分離方法に限定されるものではない。本発明の構成においては、より炭素数の多い炭化水素は数段階のプロセスによって、流入する天然ガス混合物から除去され、それによって分離プロセスの効率が高められる。

本発明の有利な構成では、分離されたより炭素数の多い炭化水素は液化され、ガスエンジンの点火材料として用いられる。より炭素数の多い炭化水素は総じて沸点もより高くなるので、容易に液化可能であり、気体状のメタンなどよりもはるかに点火しやすい。それゆえ、例えば点火装置のグロープラグの温度を下げることが可能となる。

本発明の第二の側面によれば、上記の課題は請求項５の特徴を有する天然ガス精製装置によって解決される。

本発明に係るガスエンジンで使用される天然ガスの精製装置は、流入する天然ガス混合物から、より炭素数の多い炭化水素を分離するための分離装置と、残存した天然ガス混合物をガスエンジンの燃料として収容するための装置と、を備える。

当該装置によって、上記の方法と同じ利点が得られるため、再度の説明は省略する。

例えば当該分離装置は、流入する天然ガス混合物からより炭素数の多い炭化水素を分離するために、膜分離法および／または加圧凝縮法によって形成される。

好適には当該装置はさらに、分離されたより炭素数の多い炭化水素を液化する装置を備え、特に好適には液化されたより炭素数の多い炭化水素をガスエンジンの点火材料として収容する装置を備える。

本発明に係るガスエンジンで使用される天然ガスの精製プロセスを部分的に概略化した図である。

本発明の上記の課題およびさらなる課題と、特徴と、利点とは、以下の好適な実施例に関する詳細な説明から、より明らかとなる。唯一の図として、プロセスの進行を示したフローチャートを用いて、本発明を説明する。

図１は本発明に係るガスエンジンで使用される天然ガスの精製プロセスを部分的に概略化したものである。もちろん天然ガス混合物の精製は、図示されたプロセスの前および／または後に、ガスエンジンの燃料として天然ガス混合物を精製するのに必要であり、かつ先行技術から当業者に知られているさらなるプロセスおよび装置（フィルタ、センサなど）を含むことができる。

流入する天然ガス混合物１０は、通常、構成成分としてメタン（ＣＨ_４）とエタン（Ｃ_２Ｈ_６）とプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）とブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）と、ならびに二酸化炭素（ＣＯ_２）と、窒素（Ｎ_２）と、場合によって硫化水素（Ｈ_２Ｓ）と、を含む。ヨーロッパでは、流入する天然ガス混合物１０の典型的なメタン価は７０から９８の間であるが、７０を下回る天然ガス混合物も増加してきている。流入する天然ガス混合物１０は、より炭素数の多い炭化水素１４、すなわち炭素数２以上の炭化水素であるエタン、プロパン、ブタンなどを分離するために、分離装置１２に運ばれる。あるいは炭素数３以上の、より炭素数の多い炭化水素１４のみを分離することもできる。

より炭素数の多い炭化水素１４の分離は、例えば膜分離法または加圧凝縮法によって行われる。当該分離プロセスの効率を高めるために、より炭素数の多い炭化水素１４は、好適には流入する天然ガス混合物１０から数段階のプロセスを経て分離される。

分離後に残存した天然ガス混合物１６は、主要構成成分としてメタンを有し、したがって、流入する天然ガス混合物１０よりもメタン価が大きくなる。残存した天然ガス混合物１６はメタン価が大きくなるため、アンチノック性が高まり、それによってガスエンジンの燃料１８としての質的改善と出力増大がもたらされる。したがって、本発明に係る方法は、特にメタン価の小さい、例えば７０未満の、流入する天然ガス混合物１０の精製に有利なものであるが、基本的にはメタン価のより大きい天然ガス混合物１０にも適用可能である。

本発明の特に好適な実施態様では、分離された、より炭素数の多い炭化水素１４は、当該炭化水素を液化するためのさらなる装置２０に運ばれる。液化が行われた後、より炭素数の多い炭化水素１４は、点火材料２２として、ガスエンジンで使用される。液化された、より炭素数の多い炭化水素は、ガスエンジンにおいて、既存または改良された噴射技術によって使用されうる。

メタンより炭素数の多い炭化水素は、沸点もより高くなる（メタン：−１６２℃、エタン：−８８．６℃、プロパン：−４２℃、ブタン：−０．５℃）。それゆえ、より炭素数の多い炭化水素は容易に分離され、分離されたより炭素数の多い炭化水素１４は容易かつ少量のエネルギーで液化され、液状の点火材料２２としてガスエンジンで使用される。当該液状点火材料２２は、気体状のメタンなどよりもはるかに点火しやすいため、ガスエンジンにおける点火装置のグロープラグの温度と、ガスエンジンにおける高圧圧縮のためのエネルギー消費とを低下させることが可能となる。天然ガス混合物の分析結果によると、メタン価の小さい低級の天然ガス混合物には、点火材料として利用可能な液化ガスが２〜４％含まれている。

上記の方法で製造された点火材料２２と燃料１８とは、まずそれぞれの物質の収容に適した装置（貯蔵タンクなど）に集められた後、ガスエンジンに供給される。

したがって、本発明に係る方法および装置は、質的に改善された燃料（メタン価が増大し、ノッキング傾向が減少し、出力が増大した）だけではなく、質的に改善された点火材料（点火がより容易になり、より少ないエネルギーで高圧圧縮が可能となった）をも提供する。

１０ 天然ガス混合物
１２ 分離装置
１４ 炭素数の多い炭化水素
１６ 残存した天然ガス混合物
１８ ガスエンジンの燃料
２０ 液化装置
２２ 点火材料

Claims (9)

1. ガスエンジンで使用される天然ガスを精製するための方法において、流入する天然ガス混合物（１０）は、より炭素数の多い炭化水素（１４）を分離するために分離装置に運ばれ、流入する前記天然ガス混合物（１０）よりもメタン価が大きい、分離後に残存した天然ガス混合物（１６）は燃料（１８）としてガスエンジンに供給され、前記分離された、より炭素数の多い炭化水素（１４）は、液化するためのさらなる装置（２０）に運ばれ、液化が行われた後、点火材料（２２）としてガスエンジンで使用されることを特徴とする方法。
2. より炭素数の多い炭化水素（１４）が、流入する天然ガス混合物（１０）から、少なくとも部分的に膜分離法（１２）によって分離されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. より炭素数の多い炭化水素（１４）が、前記流入する天然ガス混合物（１０）から、少なくとも部分的に加圧凝縮法（１２）によって分離されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記方法によって製造された前記燃料（１８）と前記方法によって製造された前記点火材料（２２）とは、まずそれぞれの物質の収容に適した装置に集められた後、前記ガスエンジンに供給されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 精製されるべき天然ガス混合物のメタン価が、Ｅ ＤＩＮ ５１６２４に基づき最大で９０であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 精製されるべき天然ガス混合物のメタン価が、Ｅ ＤＩＮ ５１６２４に基づき最大で８０であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
7. 精製されるべき天然ガス混合物のメタン価が、Ｅ ＤＩＮ ５１６２４に基づき最大で７０であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記精製されるべき天然ガス混合物から、沸点のより高い炭化水素が分離されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記精製されるべき天然ガス混合物から、プロパン、ブタンおよび／またはペンタンが分離されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。

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