JPH09279169A - 都市ガスの製造方法 - Google Patents

都市ガスの製造方法

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JPH09279169A
JPH09279169A JP11113496A JP11113496A JPH09279169A JP H09279169 A JPH09279169 A JP H09279169A JP 11113496 A JP11113496 A JP 11113496A JP 11113496 A JP11113496 A JP 11113496A JP H09279169 A JPH09279169 A JP H09279169A
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JP
Japan
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gas
low
calorie
temperature
hydrogen
Prior art date
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JP11113496A
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English (en)
Inventor
Toshiharu Hayashi
俊治 林
Osamu Washimi
修 鷲見
Masashi Miura
真史 三浦
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Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】13A規格の高カロリーガスと6C規格等の低
カロリーガスを同時に製造できるとともに、任意にいず
れか一方のガスを単独でも製造できる経済的で且つ柔軟
性のある方法を提供する。 【解決手段】脱硫した石油系炭化水素を低温水蒸気改質
して得られるメタン、炭酸ガス等からなる低温改質ガス
を膜分離装置で処理して、非透過側にメタン濃度の高い
ガスを得て、水素PSA装置から得られる水素ガスと合
流してメタネーション反応により炭酸ガスをメタン化し
て高カロリー都市ガスの原料ガスとするとともに、前記
低温改質ガスの一部を分流して高温水蒸気改質して得ら
れる高温改質ガスを変成反応により水素濃度の高い変成
ガスに変成して低カロリー都市ガスの原料ガスにし、前
記変成ガスの一部を分流して前記水素PSA装置の原料
ガスにして、同時に高カロリーと低カロリーの両方の都
市ガスを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は都市ガスの製造方法
に関し、さらに詳しくは高カロリーガスと低カロリーガ
スの両方を同時に製造できるとともに、任意にいずれか
一方をも製造できる都市ガスの製造方法に関する。
【0002】都市ガスは、その原料を従来の石油系よ
り、クリーンエネルギーであり、且つ長期にわたって安
定した価格で輸入できる液化天然ガス(以下、NGとい
う)に転換中である。すでに大都市では、大半でNGを
ベースとして、都市ガス事業法で定められている発熱量
11,000Kcal/Nm3 の高カロリーガス(以下、13A規格
ガスという)に転換を終えている。そして、現在は、地
方の中小都市においても、転換が進められている段階で
ある。
【0003】一部の中小都市においては、大都市のNG
輸入基地より、NGをローリーで輸送し、保冷タンクに
受け入れて、これを空温式又は水温式などの気化器でガ
ス化したのちに、LPGで熱量調整して、13A規格の
高カロリーガスとして供給している。
【0004】一方上記のように、NGの気化による供給
が困難な中小都市では、代替天然ガスを製造して供給す
る方法が採用されている。この方法はLPG等の石油系
炭化水素を原料にして、ニッケル系の触媒下で、温度40
0 ℃前後で水蒸気でガス化して(以下、低温水蒸気改質
という)得られるメタン,水素,炭酸ガスからなる改質
ガスを得たのち、炭酸ガスを除去し、13A規格の高カ
ロリーガスを製造し、供給する方法である。
【0005】すでに関係省庁においても、全国の都市ガ
スの規格を、最終的には、供給及び使用の互換性,安全
性などの面から、高カロリーガスに統一すべきであると
の方針を打ち出しており、早期に具体化すると考えられ
る。
【0006】しかし、地方の中小都市の多くの現状は、
石油系炭化水素を原料にして、高温水蒸気改質法,サイ
クリック法等で発熱量:4,000 〜6,000Kcal/Nm3の低カ
ロリーガスを供給しており、この現状に合った経済的で
柔軟性のある転換法が必要である。
【0007】低カロリーガスから高カロリーガスへの転
換は、NGの受入れ設備の建設,代替ガス製造設備の建
設,配給設備の取り換え工事などが、いずれも長期間に
わたるため数年を要するのが実状である。したがって、
この間の過渡的な設備として、高カロリーガスと6C規
格等の低カロリーガスの両方を同時に製造できるととも
に、任意にいずれか一方のみを製造できる方法が可能で
あれば、非常に有用であると言える。
【0008】これは、転換が前記のように長期間にわた
るため、この間の高カロリーガスへの転換終了前の低カ
ロリーガスの需要増加対策が必要なこと,転換初期にお
ける高カロリーガスの少量送出と低カロリーガスの併産
が必要なこと,転換用テストガスの製造が必要なこと等
のためである。
【0009】本出願人は、13A規格の高カロリーガス
の製造方法に関しては、先に特開平5−25482号及
び特開平7−216371号などで、中小都市の都市ガ
ス工場用として好適な製造方法を提案した。これらの方
法の特徴は、低温水蒸気改質ガス中の炭酸ガスを除去す
る手段として、最近技術進歩の著しい有機系高分子膜か
らなる膜分離装置を利用したことである。
【0010】膜分離装置は設備構成が簡単であるととも
に運転管理も容易であり、中小都市の都市ガス工場でも
充分に運転管理ができる装置である。この膜分離装置に
より、低温改質ガスを処理して炭酸ガスを選択的に透過
ガス側に移動し、非透過ガス側にメタン濃度の高いガス
を得て、これにLPGを添加して熱量調整して13A規
格ガスを製造する方法である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の従来
技術の諸事情を背景にしてなされたものであって、前記
の本出願人が先に提案した13A規格の高カロリーガス
の製造方法をさらに改良して、13A規格の高カロリー
ガスと6C規格等の低カロリーガスを同時に製造できる
とともに、任意にいずれか一方のガスを単独でも製造で
きる経済的で且つ柔軟性のある方法を提供するに至った
のである。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の請求項1の発明の要旨は、脱硫した石油系炭化水素を
低温水蒸気改質して得られるメタン、炭酸ガス、水素等
からなる低温改質ガスを膜分離装置で処理して、膜分離
装置の非透過側にメタン濃度の高いガスを得て、水素P
SA装置から得られる水素ガスと合流してメタネーショ
ン反応により炭酸ガスをメタン化して高カロリー都市ガ
スの原料ガスとするとともに、前記低温改質ガスの一部
を分流して高温水蒸気改質して得られる高温改質ガスを
変成反応により水素濃度の高い変成ガスに変成して低カ
ロリー都市ガスの原料ガスにし、前記変成ガスの一部を
分流して前記水素PSA装置の原料ガスにして、同時に
高カロリーと低カロリーの両方の都市ガスを製造するこ
とを特徴とする都市ガスの製造方法である。そして請求
項2の発明の要旨は、請求項1の発明において、低温改
質ガスの全量を高温水蒸気改質して、得られる高温改質
ガスを変成反応により水素濃度の高い変成ガスに変成し
て低カロリー都市ガスの原料ガスのみを製造することを
特徴とする都市ガスの製造方法である。そして請求項3
の発明の要旨は、請求項1の発明において、低温改質ガ
スを分流して高温水蒸気改質するガス量を、メタネーシ
ョン反応に必要な水素をPSA装置から供給するに相当
する量として、高カロリー都市ガスの原料ガスのみを製
造することを特徴とする都市ガスの製造方法である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。図1は高カロリーガスと低
カロリーガスの両方を同時に製造する場合の系統図、図
2は低カロリーガスのみを製造する場合の系統図、図3
は高カロリーガスのみを製造する場合の系統図である。
【0014】最初に図1の場合について説明する。図に
おいて、原料のLPGは水素ガスとともに熱交換器で高
温のプロセスガスと熱交換して、水添脱硫に好適な温度
350℃前後に予熱されて脱硫工程の脱硫塔に入り、原
料中の有機硫黄化合物は脱硫塔内のニッケル−モリブデ
ン系又はコバルトーモリブデン系の水添触媒上で前記の
水素ガスと反応して硫化水素になり、後段の酸化亜鉛触
媒により吸着,除去される。
【0015】脱硫された原料LPGは、装置内ボイラか
ら発生するプロセススチームとともに、低温改質工程の
加熱炉において、低温水蒸気改質反応に好適な温度35
0〜400℃に加熱されて、ニッケル触媒充填の低温改
質器に入り、ここで低温水蒸気改質反応により、メタ
ン:75%前後,水素:5%前後,炭酸ガス;19%前
後,一酸化炭素:1%以下の低温改質ガスになる。
【0016】低温改質器を出る低温改質ガスは、熱回収
の熱交換器を通って冷却され、常温近くの温度になって
膜分離装置に入る。ここで透過速度の速い炭酸ガスと水
素の大部分は、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、セ
ルロースアセテート、ポリスルホン等からなる中空糸膜
からなる有機系高分子膜を透過して透過側に移動し、非
透過側にメタン濃度が90%前後,炭酸ガス濃度が8%
前後のガスを得ることができる。
【0017】しかし、このまゝではガス中の炭酸ガス濃
度が高いため、比重が重く発熱量11,000Kcal/Nm3 の1
3A規格から外れるため、後記する水素PSA装置から
得られる水素ガスを混合して、高温のプロセスガスとの
熱交換により、250℃前後に予熱されてメタネーショ
ン工程に入り、ニッケル触媒下でガス中の炭酸ガスは水
素とのメタネーション反応;CO2 +3H2 =CH4
2 Oにより、メタンに転換される。このようにして、
ガス中の残存炭酸ガスは3%前後まで減少し、LPGで
熱量調整して、発熱量11,000Kcal/Nm3 の13A規格ガ
スとなる。
【0018】以上の高カロリーガスと同時に、低カロリ
ーガスは次の方法で製造される。例えばガス事業法の6
C規格の低カロリーガスの場合について説明する。低温
改質器を出る低温改質ガス中のメタン濃度を減らし、カ
ロリーの低い水素に転換するため、高温改質工程に導入
しプロセススチームをさらに添加して、メタンスチーム
反応;CH4 +H2 O=3H2 +COを行う。この反応
は強い吸熱反応であるため、外熱式の高温改質炉におい
て、ニッケル系の触媒下で温度750℃前後の高温で行
う。
【0019】高温改質ガス中のメタン濃度は4%前後ま
で減少し、一方水素濃度は70%前後まで増加する。次
いで、高温改質ガス中の一酸化炭素を水素に転換するた
め、熱回収により350℃前後まで降温してから、変成
工程の高温変成塔に導入し、酸化鉄−酸化クロム系から
なる触媒上で変成反応;CO+H2 O=H2 +CO2
行う。これにより変成ガス中の一酸化炭素は5%前後ま
で減少し、このあと熱回収を行って常温まで冷却し、L
PG及び空気で熱量調整して、発熱量5,000 Kcal/Nm3
の6C規格ガスとなる。
【0020】高温変成ガスの一部は、前記の高カロリー
ガス製造のメタネーション用の水素源にするため、周知
の水素PSA装置に導入されて、水素以外の成分は吸着
除去されて、高純度の水素が得られる。そして圧縮機で
昇圧されて、前記のメタネーション工程に供給される。
さらにこの水素の一部は、原料LPGの水添脱硫用とし
ても使用される。
【0021】以上は高カロリーガス(13A規格ガス)
と低カロリーガス(6C規格ガス)の両方を同時に製造
する場合であるが、次に低カロリーの6C規格ガスのみ
を製造する場合について図2に基づいて説明する。この
場合は、高カロリー化のための炭酸ガス除去及びメタネ
ーションは不要であり、低温改質工程を出るメタン濃度
の高いガスの全量を高温改質工程に導入し、プロセスス
チームを添加して前記のメタンスチーム反応により、メ
タンを分解してカロリーの低い水素と一酸化炭素に転換
する。次いで、高温改質ガスを変成工程に導入し、ガス
中の一酸化炭素を水素に転換して減少し、変成ガスにす
る。このあと熱回収を行って常温まで冷却し、LPGで
熱量調整して、発熱量5,000 Kcal/Nm3 の6C規格ガス
となる。
【0022】以上の低カロリーガスのみを製造する場合
は、膜分離装置,水素PSA装置,メタネーション工程
は遊休設備になるが、これは低カロリーガスから高カロ
リーガスへの転換初期の段階だけであり、高カロリー化
に転換後は、常時の稼動設備であり経済的な負担にはな
らない。
【0023】次に高カロリーの13A規格ガスのみを製
造する場合について図3に基づいて説明する。原料LP
Gを脱硫し、低温水蒸気改質して改質ガスを膜分離処理
し、さらにメタン化してメタン濃度の高いガスを得て、
最後にLPGで熱量調整して13A規格ガスにする工程
の流れは図1の場合と同じである。
【0024】大きく相違する点は、低温改質ガスを分流
して高温改質工程に導入するガス量がメタネーション工
程で必要な水素を得るに相当する量であることである。
すなわち、高温改質炉は、メタネーション工程の水素製
造用の改質炉の機能のみを果たすことになる。
【0025】
【実施例】LPG(ブタン)を原料にして、図1の構成
の設備で13A規格の高カロリーガスと、6C規格の低
カロリーガスの両方を同時に製造する場合の実施例につ
いて、ガス組成,製品ガスの性状などの諸元をを示す。 メタン 水素 炭酸 一酸化 ブタン 空気 流量比 ガス 炭 素 低温改質ガス 75.6 5.5 18.7 0.2 − − 100 膜装置非透過ガス 90.4 1.4 8.0 0.2 − − 69.4メタネーション ガス 91.6 5.5 2.8 0.1 − − 72.5 高カロリー製品ガス 83.2 5.0 2.6 0.1 9.1 − 79.7 高温改質ガス 3.9 69.1 11.0 16.0 − − 30.6 変成ガス 3.6 72.0 19.4 5.0 − − 33.8 低カロリー製品ガス 2.5 51.4 13.8 3.6 9.7 19.0 47.4 注1)上記組成は容積パーセントを示す。 2)製品ガスの燃焼特性は次の通りである。 高カロリーガス(13A) 低カロリーガス(6C) 総発熱量 11,000 Kcal/Nm3 5,000 Kcal/Nm3 Wobbe 指数 13,190 6,040 (12,600〜13,800) (5,670〜6,530) 燃焼速度 M.C.P 36.7 54.9 (35.0 〜47.0) (42.5 〜71.0) ( )内数値は、ガス事業法の規格値である。
【0026】
【発明の効果】以上の構成と作用を有する本発明によれ
ば、地方の中小都市において、都市ガスの熱量を低カロ
リーから高カロリーに転換するに際して、転換の進行に
したがって変化する需要に一つの製造装置でもって柔軟
に対応できるので、経済的且つ安定して都市ガスを供給
できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高カロリーガスと低カロリーガスの両方を同時
に製造する場合の系統図
【図2】低カロリーガスのみを製造する場合の系統図。
【図3】高カロリーガスのみを製造する場合の系統図。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】脱硫した石油系炭化水素を低温水蒸気改質
    して得られるメタン、炭酸ガス、水素等からなる低温改
    質ガスを膜分離装置で処理して、膜分離装置の非透過側
    にメタン濃度の高いガスを得て、水素PSA装置から得
    られる水素ガスと合流してメタネーション反応により炭
    酸ガスをメタン化して高カロリー都市ガスの原料ガスと
    するとともに、前記低温改質ガスの一部を分流して高温
    水蒸気改質して得られる高温改質ガスを変成反応により
    水素濃度の高い変成ガスに変成して低カロリー都市ガス
    の原料ガスにし、前記変成ガスの一部を分流して前記水
    素PSA装置の原料ガスにして、同時に高カロリーと低
    カロリーの両方の都市ガスを製造することを特徴とする
    都市ガスの製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、低温改質ガスの全量を
    高温水蒸気改質して、得られる高温改質ガスを変成反応
    により水素濃度の高い変成ガスに変成して低カロリー都
    市ガスの原料ガスのみを製造することを特徴とする都市
    ガスの製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1において、低温改質ガスを分流し
    て高温水蒸気改質するガス量を、メタネーション反応に
    必要な水素をPSA装置から供給するに相当する量とし
    て、高カロリー都市ガスの原料ガスのみを製造すること
    を特徴とする都市ガスの製造方法。
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