JP6983088B2

JP6983088B2 - 燃料ガス供給装置

Info

Publication number: JP6983088B2
Application number: JP2018042062A
Authority: JP
Inventors: 貴哉諫田; 翼清水; 昇椿原; 七海石崎
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2038-03-08
Also published as: JP2019157673A

Description

本発明は、重質炭化水素ガスである原料ガスを改質処理してメタンを主成分として含有する燃料ガスを生成する燃料ガス生成部と、当該燃料ガス生成部に前記原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記燃料ガスを消費する内燃機関とが設けられた燃料ガス供給装置に関する。

かかる燃料ガス供給装置は、プロパン、ブタン等の重質炭化水素ガスを改質処理して、メタンを主成分として含有する燃料ガスを製造し、製造された燃料ガスを、ガスエンジンやガスタービン等の内燃機関の燃料として用いられるようにしたものである（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１には記載が省略されているが、このような燃料ガス供給装置においては、燃料ガス生成部に対して原料ガスを供給する原料ガス供給部からの原料ガスの供給量を制御する原料ガス供給制御部が設けられて、この原料ガス供給制御部が、基本的には、内燃機関の負荷が大きくなるほど多くする形態で原料ガスの目標供給量を求めて、原料ガスの供給量を目標供給量に制御することになる。

そして、供給される原料ガスが燃料ガス生成部にて改質処理されて燃料ガスとして生成されるまでの間には時間遅れが生じることになるので、燃料ガス生成部から内燃機関に供給される燃料ガスを貯留する貯留部を設けて、内燃機関の負荷が変動しても、負荷に応じた燃料ガスを内燃機関に供給できるようにすることになる。
つまり、内燃機関の負荷が急増した際には、貯留部に予め貯留されている燃料ガスが内燃機関に供給され、かつ、内燃機関の負荷が急減した際には、燃料ガス生成部から供給される燃料ガスのうちの余剰分が貯留部に貯留されることになる。

ちなみに、燃料ガス生成部から内燃機関に供給される燃料ガスを貯留する貯留部は、燃料ガス生成部と内燃機関とを接続する配管路のみにて形成することも可能であるが、一般には、燃料ガス生成部と内燃機関との間に、バッファタンクを設けることが多い。

国際公開第２０１７／１５０６００号

従来では、内燃機関の負荷が急増した際に対処するための十分な量の燃料ガスを、貯留部に貯留した上で、内燃機関の負荷が急減した際には、余剰の燃料ガスを貯留部に貯留するものであるから、貯留部の容量を大きくする必要があり、装置全体が大型化する不都合があった。

つまり、例えば、貯留部の容量を大きくするためにバッファタンクを設ける場合には、バッファタンクの容量を大きくする必要があり、その結果、バッファタンクが大型化することにより、装置全体が大型化する不都合があった。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、内燃機関の負荷の急増や急減に適切に対処できるようにしながらも、装置全体の小型化を図ることができる燃料ガス供給装置を提供する点にある。

本発明は、重質炭化水素ガスである原料ガスを改質処理してメタンを主成分として含有する燃料ガスを生成する燃料ガス生成部と、当該燃料ガス生成部に前記原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記燃料ガスを消費する内燃機関とが設けられたものであって、その特徴構成は、
前記原料ガス供給部からの前記原料ガスの供給量を制御する原料ガス供給制御部が、前記内燃機関の負荷が大きくなるほど原料ガス供給量を多くする形態で基準供給量を求め、且つ、前記燃料ガス生成部から前記内燃機関に供給される前記燃料ガスを貯留する貯留部の実圧力を前記負荷が大きくなるほど小さくなるように定めた運転目標圧力にすべく、前記運転目標圧力と前記実圧力との差分値に基づいて前記基準供給量を補正する形態で目標供給量を求めて、前記原料ガスの供給量を前記目標供給量に制御するように構成されている点にある。

尚、本発明における重質炭化水素ガスは、メタンに比べて分子量の大きなガス状の炭化水素であり、プロパン、ブタン、エタン、イソブタンを含むものである。また、主成分とは、主な有効成分の中で含有量の多い成分であり、特に５０％を超えて含まれている必要があるものでもないし、含有量として最も多い成分である必要もない。但し、主成分として含有量が５０％を超えて含まれていれば、より好ましく、含有量として５０％を超えていない場合には、最も多い成分であることが好ましい。

すなわち、内燃機関の負荷が大きくなるほど原料ガス供給量を多くする形態で基準供給量が求められ、その基準供給量を、燃料ガス生成部から内燃機関に供給される燃料ガスを貯留する貯留部の実圧力を内燃機関の負荷が大きくなるほど小さくなるように定めた運転目標圧力にすべく、実圧力と運転目標圧力との差分値に基づいて補正して、原料ガス供給部から燃料ガス生成部に供給される原料ガスの供給量の目標供給量が求められる。
そして、原料ガス供給部から燃料ガス生成部に供給される原料ガスの供給量が、求められた目標供給量となるように制御される。

ちなみに、基準供給量を、実圧力を運転目標圧力にすべく、運転目標圧力と実圧力との差分値に基づいて補正するとは、実圧力が運転目標圧力よりも低い場合には、基準供給量を増加側に補正し、かつ、実圧力が運転目標圧力よりも高い場合には、基準供給量を減少側に補正することを意味する。
尚、目標供給量を求めて原料ガスの供給量を制御することは、設定制御周期で繰り返し行われることになる。

また、基準供給量を増加側や減少側に補正する際の補正値（補正供給量）は、所定の大きさの一定値とすることが可能であるが、制御の応答性を高める等のために、一般には、補正値（補正供給量）を、差分値（運転目標圧力と実圧力との差）が大きいほど、正側や負側に大きな値となるように定めることになる。

このように、内燃機関の負荷が大きくなるほど多くなるように基準供給量を求めて、貯留部の実圧力を内燃機関の負荷が大きくなるほど小さくなるように定めた運転目標圧力にすべく、運転目標圧力と実圧力との差分値に基づいて、基準供給量を補正する形態で目標供給量が求められることになるから、内燃機関の負荷が大きいときには、運転目標圧力が小さいため、貯留部には少な目の燃料ガスが貯留され、内燃機関の負荷が小さいときには、運転目標圧力が大きいため、貯留部には多い目の燃料ガスが貯留されることになる。

つまり、内燃機関の負荷が大きいときには、その後、内燃機関の負荷が大きく急減することがあっても、内燃機関の負荷が大きく急増することがないから、内燃機関の負荷が大きく急減することに対処することを目的として、貯留部には少な目の燃料ガスを貯留させるようにする。

これに対して、内燃機関の負荷が小さいときには、その後、内燃機関の負荷が大きく急増することがあっても、内燃機関の負荷が大きく急減することがないから、内燃機関の負荷が大きく急増することに対処することを目的として、貯留部には多い目の燃料ガスを貯留させるようにする。

このように、内燃機関の負荷に合わせて貯留部に貯留する燃料ガスの貯留量を制御するものであるから、内燃機関の負荷が大きく急減する場合には、余剰の燃料ガスを、燃料ガスを少な目に貯留している貯留部に適切に貯留でき、かつ、内燃機関の負荷が大きく急増する場合には、燃料ガスを多い目に貯留している貯留部から燃料ガスを内燃機関に適切に供給することができるのである。

換言すれば、内燃機関の負荷に合わせて貯留部に貯留する燃料ガスの貯留量を制御することによって、貯留部の容量を小さくしながらも、内燃機関の負荷の急増や急減に適切に対処できるため、装置全体の小型化を図ることができる。
ちなみに、貯留部にバッファタンクを備えさせる場合においては、バッファタンクに貯留する燃料ガスの貯留量が制御されることによって、バッファタンクの容量を小さくしながらも、内燃機関の負荷の急増や急減に適切に対処できるため、バッファタンクの小容量化によって、装置全体の小型化を図ることができる。

要するに、本発明の燃料ガス供給装置によれば、内燃機関の負荷の急増や急減に適切に対処できるようにしながらも、装置全体の小型化を図ることができる。

本発明の燃料ガス供給装置の更なる特徴構成は、前記燃料ガス生成部が、前記改質処理として、水蒸気供給部から供給される水蒸気により水蒸気改質処理を実行するように構成され、
前記原料ガス供給制御部が、前記水蒸気供給部から供給される前記水蒸気の水蒸気圧力が前記運転目標圧力よりも高い基準蒸気圧力よりも高くない場合には、前記実圧力を前記運転目標圧力よりも低い低目標圧力にすべく、前記低目標圧力と前記実圧力との差分値に基づいて前記基準供給量を補正する形態で前記目標供給量を求めるように構成されている点にある。

すなわち、水蒸気供給部から供給される水蒸気の水蒸気圧力が運転目標圧力よりも高い基準蒸気圧力よりも高くない場合には、実圧力を運転目標圧力よりも低い低目標圧力にすべく、低目標圧力と実圧力との差分値に基づいて基準供給量を補正する形態で目標供給量が求められる。
そして、原料ガス供給部から燃料ガス生成部に供給される原料ガスの供給量が、求められた目標供給量となるように制御される。

これにより、水蒸気供給部から供給される水蒸気の水蒸気圧力が運転目標圧力よりも高い基準蒸気圧力よりも高くない場合においても、水蒸気供給部から供給される水蒸気を燃料ガス生成部に所定通り供給して、燃料ガスを適正通り生成できることになる。

説明を加えると、内燃機関に対する燃料ガスの供給圧力となる運転目標圧力は、通常運転状態の水蒸気供給部からの水蒸気の水蒸気圧力よりも低く設定することになるが、水蒸気供給部が通常運転状態である水蒸気圧力に近い値に設定されることになる。
つまり、運転目標圧力は、通常運転状態の水蒸気供給部からの水蒸気の水蒸気圧力に基づいて定めた基準蒸気圧力よりも低く設定することになるが、基準蒸気圧力に近い値に設定することになる。
これにより、運転目標圧力を高圧に維持させることによって、燃料ガスを内燃機関の負荷変動に対する応答性の良い高圧状態で供給できるようにすることになる。

しかしながら、ボイラ等にて構成される水蒸気供給部からの水蒸気の水蒸気圧力は、水蒸気供給部の運転状況に応じて変動することがあり、水蒸気圧力は、水蒸気供給部の通常運転状態では、基準蒸気圧力よりも高い状態を維持するものの、基準蒸気圧力よりも高くない状態を生じる虞がある。

このような場合には、原料ガス供給制御部が、実圧力を運転目標圧力よりも低い低目標圧力にすべく、低目標圧力と実圧力との差分値に基づいて、内燃機関の負荷が大きくなるほど原料ガス供給量を多くする形態で求められる基準供給量を補正する形態で目標供給量を求めることになる。
尚、低目標圧力は、運転目標圧力に較べて、燃料ガスを内燃機関の負荷変動に対する応答性の良い高圧状態で供給できないものとなるが、内燃機関の運転を継続させることができる燃料ガスの圧力に基づいて設定されることになる。

ちなみに、基準供給量を、実圧力を低目標圧力にすべく、低目標圧力と実圧力との差分値に基づいて補正するとは、実圧力が低目標圧力よりも低い場合には、基準供給量を増加側に補正し、かつ、実圧力が低目標圧力よりも高い場合には、基準供給量を減少側に補正することを意味する。
尚、目標供給量を求めて原料ガスの供給量を制御することは、設定制御周期で繰り返し行われることになる。

つまり、燃料ガス生成部の内部圧力は、貯留部の実圧力に近い圧力となるものであるから、水蒸気供給部から供給される水蒸気の水蒸気圧力が運転目標圧力よりも高い基準蒸気圧力よりも高くない場合において、貯留部の実圧力が運転目標圧力であると、水蒸気供給部から供給される水蒸気を燃料ガス生成部に所定通り供給できないものとなって、燃料ガスを適正通り生成できなくなり、内燃機関の運転を停止させる等の処置を講ずる事態を招くものとなる。

そこで、水蒸気供給部から供給される水蒸気の水蒸気圧力が運転目標圧力よりも高い基準蒸気圧よりも高くない場合においては、貯留部の実圧力を運転目標圧力よりも低い低目標圧力に保つようにすることにより、水蒸気供給部から供給される水蒸気を燃料ガス生成部に供給して、燃料ガスを適正通り生成できるようにするのである。

要するに、本発明の燃料ガス供給装置の更なる特徴構成によれば、水蒸気供給部から供給される水蒸気の水蒸気圧力が低い場合にも、燃料ガスを適正通り生成することできる。

本発明の燃料ガス供給装置の更なる特徴構成は、前記基準蒸気圧力が、前記負荷が大きくなるほど小さくなるように定められている点にある。

すなわち、運転目標圧力を内燃機関の負荷が大きくなるほど小さくなるように定めることに合わせて、基準蒸気圧力を、内燃機関の負荷が大きくなるほど小さくなるように定めるものであるから、水蒸気供給部から供給される水蒸気の水蒸気圧力が基準蒸気圧力よりも高くなる状態を維持し易いものとなって、貯留部の実圧力を運転目標圧力に保つことを極力継続することができる。

説明を加えると、例えば、基準蒸気圧力を、運転目標圧力における内燃機関の負荷が小さいときに対応する大きな値よりも大きな値とする一定圧力に定めることが考えられる。
しかしながら、この場合には、貯留部の実圧力が内燃機関の負荷が大きいときに対応する小さな値の運転目標圧力に保たれているときに、水蒸気供給部から供給される水蒸気の水蒸気圧力が、運転目標圧力よりも十分に高いのにも拘わらず、基準蒸気圧力よりも高くない状態となって、貯留部の実圧力を運転目標圧力よりも低い低目標圧力に保つ状態に不必要に移行することになる等、貯留部の実圧力を運転目標圧力に保つ状態から低目標圧力に保つ状態に移行し易くなる虞がある。

そこで、運転目標圧力を内燃機関の負荷が大きくなるほど小さくなるように定めることに合わせて、基準蒸気圧力を、内燃機関の負荷が大きくなるほど小さくなるように定めることによって、貯留部の実圧力が、内燃機関の負荷が大きいときに対応する小さな値の運転目標圧力に保たれているときに、水蒸気供給部から供給される水蒸気の水蒸気圧力が運転目標圧力よりも十分に高いのにも拘わらず、水蒸気供給部から供給される水蒸気の水蒸気圧力が基準蒸気圧力よりも高くない状態となることを極力回避して、貯留部の実圧力を運転目標圧力に保つようにして、内燃機関に対する燃料ガスの供給を良好に行えるようにする。

つまり、貯留部の実圧力を運転目標圧力に保つようにすれば、燃料ガスを内燃機関の負荷変動に対する応答性の良い高圧状態で供給できるようにすることになる。
そこで、基準蒸気圧力を内燃機関の負荷が大きくなるほど小さくなるように定めることによって、貯留部の実圧力を運転目標圧力よりも低い低目標圧力に保つ状態に移行することを極力回避させるのである。

要するに、本発明の燃料ガス供給装置の更なる特徴構成によれば、貯留部の実圧力を運転目標圧力よりも低い低目標圧力に保つ状態に移行することを極力回避させて、貯留部の実圧力を運転目標圧力に保つ状態を極力維持できる。

本発明の燃料ガス供給装置の更なる特徴構成は、前記低目標圧力が、前記負荷が大きくなるほど大きくなるように定められている点にある。

すなわち、低目標圧力を、内燃機関の負荷が大きくなるほど大きくなるように定めるものであるから、内燃機関の負荷が小さいときの低目標圧力を十分に低い値とすることができるため、水蒸気供給部から供給される水蒸気の水蒸気圧力が、低目標圧力よりも小さくなって、装置の運転を停止させる事態となることを極力回避することができる。

説明を加えると、燃料ガスを内燃機関に供給する圧力となる低目標圧力を、内燃機関が運転を継続することができる程度に十分に低い圧力に定めるにしても、燃料ガスを供給する圧力としては、内燃機関の負荷が大きいときの方が内燃機関の負荷が小さいときよりも大きくする必要がある。

このような点に鑑みて、例えば、低目標圧力を、内燃機関の負荷が大きいときに対応する一定の圧力に定めることが考えられるが、この場合には、内燃機関の負荷が小さいときの低目標圧力が内燃機関の負荷が大きいときの圧力となるため、内燃機関の負荷が小さいときに、水蒸気供給部から供給される水蒸気の水蒸気圧力が、低目標圧力よりも小さくなって、装置の運転を停止させる事態となる虞がある。

そこで、低目標圧力を、内燃機関の負荷が大きくなるほど大きくなるように定めることにより、内燃機関の負荷が小さいときの低目標圧力を十分に低い値とすることができるようにして、内燃機関の負荷が小さいときに、水蒸気供給部から供給される水蒸気の水蒸気圧力が、低目標圧力よりも小さくなることを極力回避して、装置の運転を停止させる事態となることを極力回避することができるのである。

要するに、本発明の燃料ガス供給装置の更なる特徴構成によれば、水蒸気圧力が低目標圧力よりも小さくなることを極力回避して、装置の運転を停止させる事態となることを極力回避することができる。

本発明の燃料ガス供給装置の更なる特徴構成は、前記燃料ガス生成部が、前記原料ガスを脱硫処理する脱硫装置と、前記脱硫装置にて脱硫処理された前記原料ガスを改質触媒により前記水蒸気改質してメタンに分解する分解反応を行い、メタンを含有する混合ガスを生成する混合ガス生成部、及び、当該混合ガスに含まれる一酸化炭素及び水素から触媒によりメタンを再合成する再合成部を備えた改質装置と、を備える形態に構成されている点にある。

すなわち、燃料ガス生成部が、脱硫装置と改質装置とを備え、改質装置が混合ガス生成部と再合成部とを備えているから、混合ガス生成部において、原料ガスとしての重質炭化水素ガスを脱硫した後に分解する反応を促進させ、再合成部において、分解反応に基づき生成する混合ガスに含まれる一酸化炭素及び水素からメタンを再合成することができる。

具体的には、混合ガス生成部において、重質炭化水素ガスを分解する反応を促進させることにより、生成する混合ガス中の重質炭化水素ガス濃度を大きく低下させることができる。この際、生成した混合ガスは反応熱により高温に達しており、生成した混合ガス中に含まれる水素、一酸化炭素濃度がやや高くなる。
その後、生成した混合ガス中に含まれる水素、一酸化炭素が、再合成部においてメタンを再合成する反応に供されるため、混合ガス中に含まれる水素、一酸化炭素濃度が低下して、メタンガス濃度が増加するため、メタン濃度の高い燃料ガスを得られる。

つまり、混合ガス生成部で積極的に分解反応を行い、重質炭化水素ガスをより完全に分解することで、重質炭化水素の分解反応を進め、再合成部にて生成した水素と一酸化炭素とを再合成して、さらにメタンを得るから、内燃機関の運転に適したメタン濃度の高い燃料ガスが得られる。

要するに、本発明の燃料ガス供給装置の更なる特徴構成によれば、内燃機関の運転に適したメタン濃度の高い燃料ガスを得ることができる。

燃料ガス供給装置のフロー図エンジン負荷と基準供給量との関係を示すグラフエンジン負荷と運転目標圧力との関係を示すグラフ運転目標圧力と実圧力との差分値と補正供給量との関係を示すグラフエンジン負荷と低目標圧力との関係を示すグラフ低目標圧力と実圧力との低圧側差分値と補正供給量との関係を示すグラフエンジン負荷と運転目標圧力及び低目標圧力との関係を示すグラフ

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（燃料ガス供給装置の全体構成）
図１に示すように、燃料ガス供給装置には、重質炭化水素ガスを原料ガスＦとして供給する原料ガス供給部１、原料ガス供給部１から原料ガス供給ライン２を通して供給される原料ガスを改質処理してメタンを主成分として含有する燃料ガスＮを生成する燃料ガス生成部Ｈ、燃料ガスＮを消費する内燃機関の一例としてのガスエンジンＧＥ、燃料ガス生成部ＨとガスエンジンＧＥとの間に設けられて燃料ガスＮを貯留するバッファタンクＢＴ、及び、原料ガス供給部１からの原料ガスＦの供給量を制御する原料ガス供給制御部ＣＦが設けられている。

原料ガス供給部１は、例えば、ＬＰＧ（液化石油ガス）の運搬船の場合には、ＬＰＧを昇温して気化させたガスを原料ガスＦとして供給するものであって、原料ガスＦをガスタンク（図示せず）に貯留しながら、貯留した原料ガスＦを適正圧力（例えば、０．９０ＭＰａＧ程度）にて供給するように構成されている。
原料ガス供給ライン２には、原料ガスＦの供給量を調整する供給量制御弁３が設けられ、加えて、ガスエンジンＧＥの排熱を利用して原料ガスＦを予熱する予熱部５が設けられている。つまり、ガスエンジンＧＥの排ガスを予熱部５に導く予熱流路６が設けられている。

本実施形態においては、ガスエンジンＧＥは、ＬＰＧ（液化石油ガス）の運搬船において、例えば、発電機や空調装置の補機を駆動することに用いられるが、燃料ガスＮを、推進用のガスエンジン等の推進用の内燃機関に供給する形態で実施してもよい。

バッファタンクＢＴに貯留された燃料ガスＮをガスエンジンＧＥに供給する燃料ガス供給ライン７には、圧力調整部としての圧力調整弁８が設けられ、また、圧力調整弁８を制御する圧力制御部ＣＡが設けられている。
また、燃料ガス生成部Ｈからの燃料ガスＮをバッファタンクＢＴに供給する燃料ガス排出路Ｌ５には、燃料ガスＮを冷却する燃料ガス冷却部９が設けられている。

ちなみに、本実施形態においては、ガスエンジンＧＥに供給される燃料ガスＮを貯留する貯留部Ｊが、燃料ガス排出路Ｌ５、バッファタンクＢＴ、及び、燃料ガス供給ライン７における圧力調整弁８よりも上流側部分にて構成される。

（燃料ガスの供給圧力制御）
圧力制御部ＣＡは、圧力調整弁８を制御して、ガスエンジンＥに供給する燃料ガスＮの供給圧力ＫＰを目標供給圧力ＭＫに調整するものであって、図７に示すように、ガスエンジンＥの負荷（以下、エンジン負荷Ｅと呼称）が大きくなるほど、目標供給圧力ＭＫを大きく設定して、供給圧力ＫＰを目標供給圧力ＭＫに調整するように構成されている。
尚、図７においては、エンジン負荷Ｅを運転レート［％］として記載する。

説明を加えると、圧力制御部ＣＡには、エンジン負荷Ｅを示す情報、及び、燃料ガスＮの供給圧力ＫＰを示す情報が入力されている。
ちなみに、エンジン負荷Ｅを示す情報は、例えば、ガスエンジンＥにて発電機を駆動する場合には、発電負荷に相当する情報であり、また、燃料ガスＮの供給圧力ＫＰを示す情報は、圧力調整弁８の下流側の圧力を検出する圧力センサ（図示せず）にて検出される情報である。

圧力制御部ＣＡには、エンジン負荷Ｅと目標供給圧力ＭＫとの関係を示す圧力関係情報が記憶されている。
そして、圧力制御部ＣＡは、エンジン負荷Ｅと圧力関係情報とに基づいて、目標供給圧力ＭＫを求め、供給圧力ＫＰが目標供給圧力ＭＫとなるように、圧力調整弁８の開度を制御するように構成されている。

（燃料ガス生成部の詳細）
燃料ガス生成部Ｈには、改質装置１０及び脱硫装置２０が装備されている。
改質装置１０が、原料ガスＦの分解反応を行い、メタンを含有する混合ガスを生成する混合ガス生成部１１と、原料ガスＦの分解反応に基づき生成する混合ガスに含まれる一酸化炭素及び水素からメタンを再合成する再合成部１２とを備える形態に構成されている。

そして、脱硫装置２０が、改質装置１０の混合ガス生成部１１に供給される重質炭化水素ガスを脱硫処理するように構成されている。
すなわち、予熱部５にて予熱された原料ガスＦを、脱硫装置２０を通過させて改質装置１０の混合ガス生成部１１に供給する原料ガス供給路Ｌ１が設けられている。

原料ガス供給路Ｌ１のうちの、脱硫装置２０にて脱硫される前の原料ガスＦを流動させる供給路部分が、再合成部１２における混合ガス生成部１１から供給される混合ガスが通流する熱交換部１１ｂを経由させる状態で設けられて、脱硫装置２０にて脱硫される前の原料ガスＦを混合ガス生成部１１から供給される混合ガスと熱交換させて昇温させるように構成されている。
また、原料ガス供給路Ｌ１のうちの、脱硫装置２０にて脱硫された後の原料ガスＦを流動させる供給路部分が、混合ガス生成部１１に接続される状態で設けられている。

また、混合ガス生成部１１で生成した混合ガスの一部を、原料ガス供給路Ｌ１に返送するリサイクル路Ｌ４が設けられている。つまり、混合ガス生成部１１で生成した混合ガスには、水素が含まれているから、混合ガスの一部が、脱硫装置２０における脱硫処理のために、リサイクル路Ｌ４を通して原料ガス供給路Ｌ１に返送するように構成されている。
ちなみに、再合成部１２からの燃料ガスＮが、上述の如く、燃料ガス排出路Ｌ５を通してバッファタンクＢＴに導かれることになり、かつ、燃料ガス冷却部９が、燃料ガスＮを冷却して凝縮水を除去するように構成されている。

さらに、原料ガス供給路Ｌ１のうちの、脱硫装置２０にて脱硫される前の原料ガスＦを流動させる供給路部分には、上流側から順に、上述したリサイクル路Ｌ４からリサイクルされる混合ガスをリサイクルガスとして添加する混合ガス添加部３０と、リサイクル路Ｌ４に返送されたリサイクルガスを混合した原料ガスＦに対して改質処理用の水蒸気を混合する水蒸気混合部５０とが備えられている。
水蒸気混合部５０には、ボイラ等から構成される水蒸気供給部４０が接続されて、水蒸気供給部４０から供給される水蒸気が原料ガスＦに対して混合されるように構成されている。

（改質装置の詳細）
改質装置１０は、混合ガス生成部１１を上部に備え且つ再合成部１２を下部に備える状態で一体形成されている。
混合ガス生成部１１には、脱硫装置２０にて脱硫された原料ガスＦを受け入れて改質触媒による改質処理（水蒸気改質処理）を行う断熱反応容器１１Ａが備えられている。
断熱反応容器１１Ａの内部には、改質触媒が充填されており、断熱反応容器１１Ａの内部が、改質処理（水蒸気改質処理）に適した所定の温度、圧力に管理されている。

混合ガス生成部１１における断熱反応容器１１Ａの上方入口部１０ａには、原料ガス供給路Ｌ１が接続され、脱硫装置２０にて脱硫された原料ガスＦが、原料ガス供給路Ｌ１を通して断熱反応容器１１Ａの上方入口部１０ａに供給され、当該上方入口部１０ａから断熱反応容器１１Ａの内部に供給されるように構成されている。

そして、混合ガス生成部１１が、原料ガスＦとしての液化石油ガス（ＬＰＧ）と水蒸気とによる水蒸気改質処理により、メタンを主成分とする混合ガスを生成するように構成されている。

断熱反応容器１１Ａに充填する改質触媒としては、たとえば、ニッケル系あるいは貴金属系の低温水蒸気改質触媒が利用でき、具体的には、たとえば、微細孔を有する非導電性多孔質体の表面に、パラジウム、銀、ニッケル、コバルトおよび銅の群から選ばれた１種の金属の膜を被着したものが好適に用いられる。

また、混合ガス生成部１１における側壁部の下方側の下方排出部１０ｂには、上述したリサイクル路Ｌ４が接続され、混合ガス生成部１１内で生成した混合ガスの一部が、下方排出部１０ｂから取り出されて、原料ガス供給路Ｌ１に設けられた混合ガス添加部３０に導かれるように構成されている。

再合成部１２には、混合ガス生成部１１における断熱反応容器１１Ａの内部と連通する上下姿勢の多数のチューブ状反応部１１ａが、水平方向に沿って並ぶ状態で設けられ、チューブ状反応部１１ａの内部には、触媒が充填されている。

そして、混合ガス生成部１１で形成された混合ガスが、断熱反応容器１１Ａの内部から多数のチューブ状反応部１１ａ内を下方向に向かって通流して、チューブ状反応部１１ａの下端部で集合し、その後、混合ガス生成部１１の下端部に形成された下方出口部１０ｃを通して燃料ガス排出路Ｌ５に排出されるように構成されている。

また、脱硫装置２０にて脱硫される前の原料ガスＦを混合ガス生成部１１から供給される混合ガスと熱交換させて昇温させるための、上述の熱交換部１１ｂが、多数のチューブ状反応部１１ａの上側部分を利用する形態で形成されている。
つまり、再合成部１２の外壁とチューブ状反応部１１ａとの間、及び、隣接するチューブ状反応部１１ａ同士の間に、相互に連通する空間が形成されている。なお、この空間は、断熱反応容器１１Ａの内部とは連通しないように構成されている。

そして、熱交換部１１ｂは、再合成部１２の外壁とチューブ状反応部１１ａとの間及び隣接するチューブ状反応部１１ａ同士の間の空間を通して、原料ガス供給路Ｌ１を通流して脱硫装置２０に向けて流動する脱硫される前の原料ガスＦを流動させることにより、原料ガスＦを昇温するように構成されている。

つまり、チューブ状反応部１１ａの内部を下方向に通流する比較的高温の混合ガスと、上述の熱交換部１１ｂの空間内を上方向に通流する比較的低温の原料ガスＦとが、相互に対向流とする状態で流動して、熱交換を行うように構成されている。
尚、上述の熱交換部１１ｂの空間は、熱交換路Ｌ２として機能することになり、この熱交換路Ｌ２は、原料ガスＦを改質装置１０に供給するものであるから、原料ガス供給路Ｌ１の一部としても機能することになる。

尚、再合成部１２のチューブ状反応部１１ａに充填する触媒として、たとえば、ニッケル系あるいは貴金属系の低温水蒸気改質触媒が充填され、具体的には、たとえば、微細孔を有する非導電性多孔質体の表面に、パラジウム、銀、ニッケル、コバルトおよび銅の群から選ばれた１種の金属の膜を被着した改質触媒が充填されている。

また、再合成部１２における熱交換部１１ｂの下方側には、チューブ状反応部１１ａの下方側部分を囲繞する形態で内部冷却部１１ｃが形成されている。
つまり、内部冷却部１１ｃが、再合成部１２の外壁とチューブ状反応部１１ａとの間及び隣接するチューブ状反応部１１ａ同士の間の空間を通して、冷却用の水を流動させて水蒸気を生成するように構成されている。

（脱硫装置の詳細）
改質装置１０の再合成部１２の熱交換部１１ｂから排出された水蒸気を含む原料ガスＦは、脱硫装置２０を通流して脱硫処理されることになる。尚、原料ガス供給路Ｌ１における熱交換部１１ｂの熱交換路Ｌ２から脱硫装置２０に至るまでの流路部分を、脱硫路Ｌ３と呼称する。
脱硫装置２０は、脱硫触媒を充填した脱硫反応容器を備え、脱硫路Ｌ３が脱硫装置２０の上部に接続される。

脱硫触媒としては、たとえば、ニッケル−モリブデン系、コバルトモリブデン系触媒と酸化亜鉛との組み合わせなど、メルカプタン類化合物を硫化水素まで還元するとともに吸着除去可能なものが好適に用いられる。
脱硫装置２０を経由した水蒸気を含む原料ガスＦは、原料ガス供給路Ｌ１を通して混合ガス生成部１１に導入される。

（原料ガスの処理のまとめ）
原料ガス供給部１から供給される原料ガスＦは、予熱部５にてガスエンジンＧＥからの高温の排ガスにより予熱され、リサイクルガス及び水蒸気が添加される。その後、原料ガスＦは、再合成部１２の一部を利用して構成された熱交換部１１ｂによる加熱により、さらに昇温する。
昇温した原料ガスＦは、再合成部１２の上部から脱硫路Ｌ３に排出され、脱硫路Ｌ３を通して脱硫装置２０に供給されて、脱硫処理される。

脱硫装置２０にて脱硫された後の原料ガスＦは、改質装置１０の混合ガス生成部１１の上方入口部１０ａから混合ガス生成部１１内に流入して、水蒸気改質処理により、重質炭化水素ガスを分解する反応により、重質炭化水素ガス濃度を大きく低下させた混合ガスとして生成される。
生成された混合ガスは反応熱により高温（例えば、４５０℃を超えて５２０℃以下）に達しており、混合ガス中に含まれる水素、一酸化炭素濃度はやや高くなる。

次に、混合ガス生成部１１から排出される混合ガスは、再合成部１２のチューブ状反応部１１ａを通流して、熱交換路Ｌ２を通流する比較的低温の原料ガスＦに熱を与えることにより冷却される。そして、当該混合ガスに含まれる一酸化炭素及び水素が、当該チューブ状反応部１１ａ内の触媒によりメタンに再合成される。

その後、メタンの再合成が進行し混合ガスが燃料ガスＮとなり、再合成部１２の下方出口部１０ｃから燃料ガス排出路Ｌ５に排出されて、冷却部９にて冷却された後、バッファタンクＢＴを経由してガスエンジンＧＥに供給される。

（原料ガスの供給制御）
原料ガス供給制御部ＣＦが、エンジン負荷Ｅが大きくなるほど原料ガス供給量を多くする形態で基準供給量Ｍ１を求め（図２参照）、且つ、燃料ガス生成部ＨからガスエンジンＧＥに供給される燃料ガスＮを貯留する貯留部Ｊの実圧力ＲＰをエンジン負荷Ｅが大きくなるほど小さくなるように定めた運転目標圧力ＭＰにすべく、実圧力ＲＰと運転目標圧力ＭＰとの差分値ＳＰに基づいて基準供給量Ｍ１を補正する形態で目標供給量ＭＦを求めるように構成されている。
そして、原料ガス供給制御部ＣＦが、供給量制御弁３の開度を調節して、原料ガスＦの供給量を目標供給量ＭＦに制御するように構成されている。
以下、基準供給量Ｍ１を実圧力ＲＰと運転目標圧力ＭＰとの差分値ＳＰに基づいて補正して目標供給量ＭＦを求め、原料ガスＦの供給量を求めた目標供給量ＭＦに制御する処理を、基準運転処理と略称する。

また、原料ガス供給制御部ＣＦが、水蒸気供給部４０から供給される水蒸気の水蒸気圧力ＪＰが運転目標圧力ＭＰよりも高い基準蒸気圧力ＫＰよりも高くない場合には、実圧力ＲＰを運転目標圧力ＭＰよりも低い低目標圧力ＬＰにすべく、タンク内部圧ＴＰと低目標圧力ＬＰとの低圧側差分値ＳＬに基づいて基準供給量Ｍ１を補正する形態で目標供給量ＭＦを求めるように構成されている。
そして、原料ガス供給制御部ＣＦが、供給量制御弁３の開度を調節して、原料ガスＦの供給量を目標供給量ＭＦに制御するように構成されている。
以下、基準供給量Ｍ１を実圧力ＲＰと低目標圧力ＬＰとの差分値ＳＰに基づいて補正して目標供給量ＭＦを求め、原料ガスＦの供給量を求めた目標供給量ＭＦに制御する処理を、補助運転処理と略称する。

本実施形態においては、貯留部Ｊの実圧力ＲＰとして、バッファタンクＢＴの内部圧であるタンク圧力ＴＰを圧力センサ（図示せず）にて検出して、検出したタンク圧力ＴＰを原料ガス供給部ＣＦに入力するように構成されている。
また、水蒸気供給部４０から供給される水蒸気の水蒸気圧力ＪＰとして、水蒸気供給部４０から水蒸気混合部５０に供給される水蒸気の圧力を圧力センサ（図示せず）にて検出して、検出した水蒸気圧力ＪＰを原料ガス供給部ＣＦに入力するように構成されている。

また、エンジン負荷Ｅを示す情報は、例えば、ガスエンジンＥにて発電機を駆動する場合には、発電負荷に相当する情報であり、エンジン負荷Ｅを示す情報が、原料ガス供給部ＣＦに入力されるように構成されている。

（基準運転処理の詳細）
原料ガス供給制御部ＣＦには、各種の情報を記憶する記憶部Ｄが接続され、この記憶部Ｄには、エンジン負荷Ｅと基準供給量Ｍ１との関係を示す負荷関連情報（図２参照）、エンジン負荷Ｅと運転目標圧力ＭＰとの関係を示す圧力関連情報（図３参照）、及び、上述した差分値ＰＳと補正供給量Ｍ２との関係を示す差分値関連情報（図４参照）が記憶されている。

ちなみに、差分値ＰＳと差分値関連情報（図４参照）とに基づいて求められ補正供給量Ｍ２は、タンク内圧力ＴＰ（実圧力ＲＰ）が運転目標圧力ＭＰよりも高い場合には、負側の値と求められ、かつ、タンク内圧力ＴＰ（実圧力ＲＰ）が運転目標圧力ＭＰよりも低いい場合には、正側の値と求められことになる。
また、補正供給量Ｍ２は、差分値ＰＳの絶対値が大きいほど多くする状態で求められることになる。

本実施形態においては、タンク内圧力ＴＰ（実圧力ＲＰ）から運転目標圧力ＭＰを減算した正負を有する値を差分値ＳＰとして求め、その差分値ＳＰと差分値関連情報（図４参照）とに基づいて正負を有する補正供給量Ｍ２を求めるように構成されている。

従って、原料ガス供給制御部ＣＦは、基準運転処理においては、エンジン負荷Ｅを示す情報と負荷関連情報とに基づいて、基準供給量Ｍ１を求め、エンジン負荷Ｅを示す情報と圧力関連情報とに基づいて運転目標圧力ＭＰを求め、さらに、運転目標圧力ＭＰとタンク内部圧ＴＰとから差分値ＰＳを求め、差分値ＰＳと差分値関連情報とに基づいて、補正供給量Ｍ２を求める。
そして、原料ガス供給制御部ＣＦは、基準供給量Ｍ１と補正供給量Ｍ２とを加算して目標供給量ＭＦを求め、供給量制御弁３の開度を調節して、原料ガスＦの供給量を目標供給量ＭＦに制御することになる。

このように、エンジン負荷Ｅが大きいときには、運転目標圧力ＭＰが小さいため、バッファタンクＢＴには少な目の燃料ガスＮが貯留され、エンジン負荷Ｅが小さいときには、運転目標圧力ＭＰが大きいため、バッファタンクＢＴには多い目の燃料ガスＮが貯留されることになるから、バッファタンクＢＴの容量を小さくしながらも、エンジン負荷Ｅの急増や急減に適切に対処できる。
ちなみに、バッファタンクＢＴの容量を十分に小さくすると、エンジン負荷Ｅが急減した際に、燃料ガスＮを外部に排出することになるが、エンジン負荷Ｅが大きいときの運転目標圧力ＭＰを低く設定するものであるから、燃料ガスＮの外部排出量を少なくできる。

（補助運転処理の詳細）
上述した記憶部Ｄに、エンジン負荷Ｅと低目標圧力ＬＰとの関係を示す低圧力関連情報（図５参照）、及び、上述した低圧側差分値ＳＬと補正供給量Ｍ２との関係を示す低圧側差分値関連情報（図６参照）が記憶されている。

ちなみに、低圧側差分値ＳＬと低圧側差分値関連情報（図６参照）とに基づいて求められる補正供給量Ｍ２は、タンク内圧力ＴＰ（実圧力ＲＰ）が運転目標圧力ＭＰよりも高い場合には、負側の値と求められ、かつ、タンク内圧力ＴＰ（実圧力ＲＰ）が運転目標圧力ＭＰよりも低い場合には、正側の値と求められことになる。
また、補正供給量Ｍ２は、差分値ＳＬの絶対値が大きいほど多くする状態で求められることになる。

本実施形態においては、タンク内圧力ＴＰ（実圧力ＲＰ）から低目標圧力ＬＰを減算した正負を有する値を低圧側差分値ＳＬとして求め、その低圧側差分値ＳＬと低圧側差分値関連情報（図６参照）とに基づいて正負を有する補正供給量Ｍ２を求めるように構成されている。

尚、本実施形態においては、差分値ＳＰの単位量の変化に対する補正供給量Ｍ２の変化量に較べて、低圧側差分値ＳＬの単位量の変化に対する補正供給量Ｍ２の変化量を小さく設定するように構成するが、差分値ＳＰの単位量の変化に対する補正供給量Ｍ２の変化量と低圧側差分値ＳＬの単位量の変化に対する補正供給量Ｍ２の変化量とが同じ量になるように構成してもよい。

従って、原料ガス供給制御部ＣＦは、補助運転処理においては、エンジン負荷Ｅを示す情報と負荷関連情報とに基づいて、基準供給量Ｍ１を求め、エンジン負荷Ｅを示す情報と低圧力関連情報とに基づいて低目標圧力ＬＰを求め、さらに、低目標圧力ＬＰとタンク内部圧ＴＰとから低圧側差分値ＳＬを求め、低圧側差分値ＳＬと低圧側差分値関連情報（図６参照）とに基づいて、補正供給量Ｍ２を求める。
そして、原料ガス供給制御部ＣＦは、基準供給量Ｍ１と補正供給量Ｍ２とを加算して目標供給量ＭＦを求め、供給量制御弁３の開度を調節して、原料ガスＦの供給量を目標供給量ＭＦに制御する。

（原料ガスの供給制御の補足説明）
上述の如く、原料ガス供給制御部ＣＦが、基準運転処理に加えて補助運転処理を行うことによって、水蒸気圧力ＪＰが変動しても、ガスエンジンＧＥに対して燃料ガスＮを供給する状態を継続することができる。

例えば、図７において、エンジン負荷Ｅが、時間経過に伴って、漸次増大すると仮定した場合において、水蒸気圧力ＪＰが、例示する如く、時間経過に伴って漸次減少した場合を想定すると、水蒸気圧力ＪＰが基準蒸気圧力ＫＰより高い場合には、タンク内圧力ＴＰ（実圧力ＲＰ）を運転目標圧力ＭＰに制御する基準運転処理が実行される。

その後、水蒸気圧力ＪＰが基準蒸気圧力ＫＰより高くない場合に移行すると、基準運転処理から、タンク内圧力ＴＰ（実圧力ＲＰ）を低目標圧力ＬＰに制御する補助運転処理に移行することになる。
そして、補助運転処理が実行されているときに、水蒸気圧力ＪＰが基準蒸気圧力ＫＰより高い場合に復帰すると、補助運転処理から、タンク内圧力ＴＰ（実圧力ＲＰ）を運転目標圧力ＭＰに制御する基準運転処理に復帰することになる。

〔別実施形態〕
以下別実施形態を列記する。
（１）上記実施形態では、ＬＰＧ船に搭載した内燃機関としてのガスエンジンＧＥに燃料ガスＮを供給する場合について例示したが、本発明の燃料ガス供給装置は、その他の種々の目的で装備される内燃機関に対する燃料ガスＮの供給に適用できるものである。

（２）上記実施形態では、燃料ガス生成部Ｈが、再合成部１２を備える改質装置１０を装備する場合を例示したが、改質装置１０として再合成部１２を備えない形態のものを装備させる等、燃料ガス生成部Ｈの具体構成は各種変更できる。

（３）上記実施形態では、貯留部Ｊに、バッファタンクＢＴを装備する場合を例示したが、バッファタンクＢＴを省略する形態で貯留部Ｊを構成してもよい。

（４）上記実施形態では、燃料ガスＮをガスエンジンＧＥに供給する目標供給圧力ＭＫが、エンジン負荷Ｅが大きくなるほど大きくする場合を例示したが、圧力を一定に制御するガバナ等を用いて、目標供給圧力ＭＫを一定圧力に制御する形態で実施してもよい。
この場合には、低目標圧力ＬＰを目標供給圧力ＭＫよりも高い一定の圧力に設定することになる。

なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

１原料ガス供給部
１０改質装置
１１混合ガス生成部
１２再合成部
ＣＦ原料ガス供給制御部
ＧＥ内燃機関
Ｈ燃料ガス生成部

Claims

重質炭化水素ガスである原料ガスを改質処理してメタンを主成分として含有する燃料ガスを生成する燃料ガス生成部と、当該燃料ガス生成部に前記原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記燃料ガスを消費する内燃機関とが設けられた燃料ガス供給装置であって、
前記原料ガス供給部からの前記原料ガスの供給量を制御する原料ガス供給制御部が、前記内燃機関の負荷が大きくなるほど原料ガス供給量を多くする形態で基準供給量を求め、且つ、前記燃料ガス生成部から前記内燃機関に供給される前記燃料ガスを貯留する貯留部の実圧力を前記負荷が大きくなるほど小さくなるように定めた運転目標圧力にすべく、前記運転目標圧力と前記実圧力との差分値に基づいて前記基準供給量を補正する形態で目標供給量を求めて、前記原料ガスの供給量を前記目標供給量に制御するように構成されている燃料ガス供給装置。
前記燃料ガス生成部が、前記改質処理として、水蒸気供給部から供給される水蒸気により水蒸気改質処理を実行するように構成され、
前記原料ガス供給制御部が、前記水蒸気供給部から供給される前記水蒸気の水蒸気圧力が前記運転目標圧力よりも高い基準蒸気圧力よりも高くない場合には、前記実圧力を前記運転目標圧力よりも低い低目標圧力にすべく、前記実圧力と前記低目標圧力との差分値に基づいて前記基準供給量を補正する形態で前記目標供給量を求めるように構成されている請求項１記載の燃料ガス供給装置。
前記基準蒸気圧力が、前記負荷が大きくなるほど小さくなるように定められている請求項２記載の燃料ガス供給装置。
前記低目標圧力が、前記負荷が大きくなるほど大きくなるように定められている請求項２又は３記載の燃料ガス供給装置。
前記燃料ガス生成部が、前記原料ガスを脱硫処理する脱硫装置と、前記脱硫装置にて脱硫処理された前記原料ガスを改質触媒により前記水蒸気改質してメタンに分解する分解反応を行い、メタンを含有する混合ガスを生成する混合ガス生成部、及び、当該混合ガスに含まれる一酸化炭素及び水素から触媒によりメタンを再合成する再合成部を備えた改質装置と、を備える形態に構成されている請求項２〜４のいずれか１項に記載の燃料ガス供給装置。