JPH0525482A - 代替天然ガスの製造方法 - Google Patents

代替天然ガスの製造方法

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JPH0525482A
JPH0525482A JP20461491A JP20461491A JPH0525482A JP H0525482 A JPH0525482 A JP H0525482A JP 20461491 A JP20461491 A JP 20461491A JP 20461491 A JP20461491 A JP 20461491A JP H0525482 A JPH0525482 A JP H0525482A
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Toshiharu Hayashi
俊治 林
Ryohei Kusaka
亮平 日下
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Abstract

(57)【要約】 【目的】地方の中小都市の都市ガス工場用に適する構成
が簡単で,運転維持管理の容易な代替天然ガスの製造方
法を提供する。 【構成】低温水蒸気改質して得られる改質ガスを高分子
膜分離装置で処理して,非透過ガス側のメタンを主成分
とするガスを代替天然ガスの原料ガスとして,透過ガス
側の水素および炭酸ガスを主成分とするガスを水忝脱硫
用のリサイクルガスとしてそれぞれ用いることを特徴と
する代替天然ガスの製造方法

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、代替天然ガスの製造方
法に関し、さらに詳しくは都市ガス用の小容量の代替天
然ガスの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】液化天然ガスは安定した価格で且つ長期
間安定して輸入できるため、都市ガス用としても年々普
及しており、大都市では既に大半で液化天然ガスが使用
されている。都市ガスは非常に公共性が高いため、液化
天然ガスの輸入に万一のことがあった場合の対策とし
て、あるいはピークロード対策として、都市ガス工場に
於いては天然ガスに代り得る、すなわち代替天然ガス
(以下SNGという)の製造設備が設置されている。
【0003】このようにSNGの製造と供給は、都市ガ
ス工業にとって非常に重要であるが、現在大都市におけ
る大容量、例えば100万NM3/日程度のSNGは大
略次の方法により製造されている。図2は、この大容量
のSNGの製造方法を示す系統図である。図において、
原料のナフサ,ブタン等の炭化水素は、水添脱硫用のリ
サイクルガスとともに水添脱硫に好適な温度350〜4
00℃に予熱されて、原料中の有機硫黄化合物はコバル
ト/モリブデン系等の触媒上でリサイクルガス中の水素
ガスと反応して硫化水素になり、後段にある酸化亜鉛触
媒により吸着,除去される。このようにして脱硫された
原料炭化水素は、低温水蒸気改質反応に好適な温度35
0〜450℃に加熱されてプロセススチームとともにニ
ッケル触媒充填のリアクターに入り、ここで水蒸気改質
反応により、メタン,水素,炭酸ガス,一酸化炭素など
からなる混合ガス(以下改質ガスという)になる。
【0004】水添脱硫は、水素分圧が高い程、反応が促
進されるため、リサイクルガス中の水素濃度も高いこと
が必要である。一方水蒸気改質反応においては、平衡的
に反応温度が高い程、水素濃度は高く、逆にメタン濃度
は低くなる。従って場合によっては、低温改質ガスの一
部を抜き出して、リサイクルガス専用の小型の高温炉で
高温水蒸気改質して、水素濃度を高くしてリサイクルガ
スとしている。また別の例としては、低温水蒸気改質反
応のリアクターを二段として、比較的高温側で水素濃度
の高い一段目のリアクターからリサイクルガスを抜き出
す例もある。
【0005】さらに改質ガス中のメタン濃度を高めるた
め、低温改質ガスは別に設けられるメタネータに供給さ
れ、ガス中の一酸化炭素及び炭酸ガスは次のメタネーシ
ョン反応によりメタン化される。 CO+3H2 = CH4+H2O , CO2+4H2 = CH4+2H2O 以上のようにして、例えばメタン:80%前後,炭酸ガ
ス:19%前後,水素:1%前後,一酸化炭素:0.1 %
以下の改質ガスを得るが、炭酸ガスは不燃ガスであり、
これを除去して発熱量を増加するため、炭酸ガス除去装
置で処理される。炭酸ガスの除去方法としては、処理ガ
ス量が多いため、多量の炭酸ガス除去に適するアミンあ
るいは炭酸カリ等のアルカリ水溶液による洗浄方式が好
適であり、なかでも活性剤を添加した炭酸カリ水溶液を
用いるベンフィールド方式が最も多く用いられている。
上記組成の改質ガスを処理して、残存の炭酸ガスを1%
まで除去した場合、メタン:97%,水素:2%,一酸
化炭素:0.1 %以下程度のメタンリッチの混合ガスが得
られる。この混合ガスには水分が飽和しているため、脱
湿装置を通した後に、LPGで若干増熱した後に製品S
NGとして送出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の大
都市ガス工場用の大容量SNG装置には次のような問題
がある。すなわち、製造されるガスの組成を天然ガスと
の互換性を重視する余り、メタン濃度を極力高くしてい
ることである。このために、例えば水蒸気改質工程で
は、リアクターを2基設けて2段改質としたり、さらに
はメタネータを設けてメタン化を増進したり、あるいは
脱炭酸工程では高い吸収塔や再生塔を有し運転が難しい
設備である炭酸カリ水溶液設備により、残留炭酸ガス濃
度を1%以下にする等して、装置構成が非常に複雑にな
っている。従って従来の大容量SNG装置の方式を地方
の中小都市ガス工場用の小容量、例えば10万NM3
日以下の装置に適用した場合には、装置の運転管理,維
持管理等に多くの要員と費用が必要であり、また装置の
設備費も非常に嵩むという不都合がある。本発明は以上
の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、地
方の中小都市の都市ガス工場用に適する構成が簡単で、
運転維持管理の容易な代替天然ガスの製造方法を提供す
ることを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、水添脱硫した炭化水素を低温水蒸気改質してメタ
ンを主成分とする都市ガス用の代替天然ガスを製造する
方法において、低温水蒸気改質して得られる改質ガスを
高分子膜分離装置で処理して、非透過ガス側のメタンを
主成分とするガスを代替天然ガスの原料ガスとして、透
過ガス側の水素及び炭酸ガスを主成分とするガスを水添
脱硫用のリサイクルガスとしてそれぞれ用いることを特
徴とする代替天然ガスの製造方法にある。
【0008】すなわち本発明は、最近長足の進歩をして
いる気体分離用の高分子膜分離装置に着目してなされた
ものである。この装置は多数の高分子の中空系をあたか
も熱交換器の管束のようにシェル内に装着し、有機系高
分子膜の気体成分に対する透過速度の差異を利用して混
合ガス中の特定成分の分離を行うものである。現在各種
の気体分離膜が提供されているが、ここではポリスルホ
ン系,ポリイミド系あるいはその他の有機系高分子から
なる水素及び炭酸ガスを選択的に透過する膜であること
が望ましい。改質ガスをこの高分子膜分離装置で処理し
て改質ガスから水素及び炭酸ガスを透過ガスとして分離
して、製造ガス中のメタン濃度を高めて代替天然ガスの
原料ガスとするとともに、一方水素及び炭酸ガスを主成
分とする透過ガスは水添脱硫用のリサイクルガスとして
用い、さらに余った透過ガスは工場内の燃料ガス等とし
て有効利用する。気体膜分離装置は構造が簡単でコンパ
クトな装置であり、駆動部がないため運転管理が容易で
あり、運転維持管理の労力が少なくて済む装置でもあ
る。
【0009】さらに本発明は、都市ガスの必要性状にも
着目してなされたものである。前述のように従来のSN
G装置では、製品ガス中のメタン濃度を高めることに努
力が向けられてきたが、都市ガスとしての必要な性状は
必ずしも組成のみでなく、ガスの発熱量,比重,燃焼性
などから総合的に決められるものである。これを判断す
る指数として、例えば古くから有名なWobbe 指数,Comb
ustion Potential等がある。従ってガス中のメタン濃度
のみでなく、増熱用に混合されるLPGを含めた組成
で、これらの指数を充足できれば、膜分離装置で処理後
に、例えば炭酸ガス濃度が高くなったりしても支障ない
と言える。むしろ膜分離装置を組み入れることにより、
SNG装置全体の構成を簡単にして、地方の中小都市ガ
ス工場でも運転維持管理ができる利点を評価すべきであ
る。
【0010】
【実施例】以下実施例に基づいて本発明の内容をさらに
説明する。図1は、本発明の一実施例の構成を示す系統
図である。図において原料のLPGは、後記する膜分離
装置の透過ガスである水素濃度:30%前後のリサイク
ルガスとともに水添脱硫に好適な温度350〜400℃
に予熱されて、原料中の有機硫黄化合物は、脱硫塔内の
水添脱硫触媒上でリサイクルガス中の水素ガスと反応し
て硫化水素になり、後続する酸化亜鉛触媒により、吸
着,除去される。次いで脱硫された原料炭化水素は、低
温水蒸気改質反応に好適な温度350〜450℃前後に
加熱されてプロセススチームとともにニッケル触媒充填
のリアクターに入り、ここで水蒸気改質反応により、メ
タン:70%前後,水素:10%前後,炭酸ガス:20
%前後、一酸化炭素:1%以下の改質ガスになる。リア
クターの方式は、構造を簡単にするため一段方式とす
る。これによりプロセススチームの流量が若干増加する
等の影響を受けるが、構造が簡単になり、設備費が安く
なる利点の方が大きい。しかしスチームコストが高い工
場のような場合は、リアクターを従来と同じように二段
方式とし、プロセススチームの量を少なくすることも可
能である。
【0011】リアクターを出る改質ガスは、熱回収装置
などを通って冷却され、ほぼ常温近くの温度になって膜
分離装置に導入される。ここで水素,水分,炭酸ガス等
の透過速度の速い成分は、高分子の中空子の膜を透過し
て透過ガス側に流れ、水素及び炭酸ガス濃度の高いガス
が得られる。この透過ガスの一部は、前記のように水添
脱硫用のリサイクルガスとして用いられ、残りの余った
ガスは工場内の燃料ガスとして有効に利用される。この
際透過ガスは圧力が降下しているので、圧縮機で昇圧し
て脱硫工程に供給する。膜分離装置は、場合によっては
直列の二段方式とし、一段目の膜分離装置から得られる
水素濃度のより高い透過ガスをリサイクルガスとし、二
段目の装置から得られる炭酸ガス濃度の高い透過ガスを
燃料ガスとして用いる方式も可能である。
【0012】水素及び炭酸ガスが分離,除去されメタン
濃度の高くなった非透過ガスは、SNGの原料ガスとさ
れるが、ガス中の水分も相当量透過しているので、通常
は露点降下のための脱湿器の設置は不要である。最後に
熱量増加のため慣用のガス/ガス熱調または液/ガス熱
調方式でLPGが混合され、製品の代替天然ガスになり
需要家に供給される。
【0013】(実施例)LPG(C3)を原料にして、
本発明の方法である一段リアクター及び気体膜分離装置
で代替天然ガスを製造した例について、ガス組成などの
諸元を示す。 メタン 水素 炭酸ガス 一酸化炭素 プロパン 改質ガス) 70.8 10.4 18.6 0.2 − 製品ガス) 62.9 1.6 6.6 0.2 28.7 透過ガス) 24.6 32.1 43.2 0.1 − 注1)上記数値は容積パーセントを示す。 注2)製品ガスの燃焼特性は次の通りである。 総発熱量:13,000Kcal/Nm3 Wobbe Index : 13,700 * Combustion Potential : 39.5 * *・日本瓦斯協会発行「都市ガス工業」(器具編)P4
3〜48記載の方法による。ガス事業法の13Aガスで
はW・Iは12,600以上13,800以下であり、CPは39.2以
上である。
【0014】(比較例)LPG(C4)を原料にして、
従来のメタネータ付リアクター及びベンフィールド式脱
炭酸装置で代替天然ガスを製造した例のガス組成などの
諸元を示す。 メタン 水素 炭酸ガス 一酸化炭素 ブタン 改質ガス: 79.8 1.4 18.8 0.02 − 製品ガス: 90.2 1.5 0.9 0.02 7.4 総発熱量:11,000Kcal/Nm3 Wobbe Index : 13,400 Combustion Potential : 40.0
【0015】
【発明の効果】以上説明した代替天然ガスの製造方法に
よれば、設備構成が非常に簡単になるので、地方の中小
都市ガス工場でも運転維持管理が可能であるとともに、
設備費も安価になる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示す系統図。
【図2】従来の大容量のSNGの製造方法を示す系統
図。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】水添脱硫した炭化水素を低温水蒸気改質し
    てメタンを主成分とする都市ガス用の代替天然ガスを製
    造する方法において、低温水蒸気改質して得られる改質
    ガスを高分子膜分離装置で処理して、非透過ガス側のメ
    タンを主成分とするガスを代替天然ガスの原料ガスとし
    て、透過ガス側の水素及び炭酸ガスを主成分とするガス
    を水添脱硫用のリサイクルガスとしてそれぞれ用いるこ
    とを特徴とする代替天然ガスの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106281519A (zh) * 2016-10-21 2017-01-04 山西高碳能源低碳化利用研究设计院有限公司 带有膜分离器的焦炉煤气甲烷化装置和方法

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