JPH10311253A - Gas engine having gas fuel reforming device - Google Patents
Gas engine having gas fuel reforming deviceInfo
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- JPH10311253A JPH10311253A JP9137484A JP13748497A JPH10311253A JP H10311253 A JPH10311253 A JP H10311253A JP 9137484 A JP9137484 A JP 9137484A JP 13748497 A JP13748497 A JP 13748497A JP H10311253 A JPH10311253 A JP H10311253A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料としての天
然ガス等のガス体燃料を排気ガスの熱エネルギによって
改質して熱効率をアップさせるガス燃料改質装置を備え
たガスエンジンに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas engine provided with a gas fuel reforming device for improving the thermal efficiency by reforming a gaseous fuel such as natural gas as a fuel by the thermal energy of exhaust gas.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、天然ガスを主燃料とするガスエン
ジンは、コジェネレーション型エンジンとして、官公庁
研究機関或いは民間会社で開発が進められている。コジ
ェネレーション型エンジンは、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て給湯用として利用して
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, a gas engine using natural gas as a main fuel has been developed as a cogeneration type engine by a government research institute or a private company. In a cogeneration type engine, power is extracted as electric energy by a generator, and heat of exhaust gas energy is heated by a heat exchanger to heat water to be used as hot water.
【０００３】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。Conventionally, as an engine using natural gas as a fuel, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
There is one disclosed in JP-A-101495.
【０００４】特開平６−１０８８６５号公報に開示され
たコージェネレーション型ガスエンジンは、排気ガスを
ターボチャージャ、エネルギー回収装置及び蒸気発生装
置を通して排気ガス温度を低下させ、低温の排気ガスを
ＥＧＲに使用してＮＯX を低減するものであり、遮熱型
ガスエンジンからの排気ガスによってターボチャージャ
を駆動し、該ターボチャージャからの排気ガスで発電機
を備えたエネルギー回収装置を駆動する。該コージェネ
レーション型ガスエンジンは、エネルギー回収装置から
の排気ガスを熱交換器の蒸気発生装置に送り込み、該蒸
気発生装置で水を蒸気に変換し、該蒸気によって蒸気タ
ービンを駆動して電気エネルギーとして回収する。蒸気
発生装置を通過した排気ガスをターボチャージャのコン
プレッサに送り込んでＥＧＲを行なうものである。A cogeneration type gas engine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-108865 reduces exhaust gas temperature through a turbocharger, an energy recovery device and a steam generator, and uses low-temperature exhaust gas for EGR. and it is intended to reduce NO X, driving the turbocharger by the exhaust gases from the shielding heated gas engine, drives the energy recovery apparatus including the generator in the exhaust gas from the turbocharger. The cogeneration type gas engine sends exhaust gas from an energy recovery device to a steam generator of a heat exchanger, converts water into steam by the steam generator, and drives a steam turbine by the steam to generate electric energy. to recover. The exhaust gas that has passed through the steam generator is sent to the compressor of the turbocharger to perform EGR.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、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。燃料のメタンは、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。メタンを触媒を介して熱分解させて改質すると、メ
タンは一酸化炭素ＣＯと水素Ｈ2 になるが、ＣＯとＨ2
の発熱量は、ＣＨ4 の発熱量以上のものになり、エンジ
ンに使用すると、熱効率を向上させることができ、省資
源となると共に、ＣＯ2 の排出を抑制することができ
る。It is known that natural gas is mainly composed of methane CH 4 . Methane, which is a fuel, has a large calorific value and is abundant in nature, so it is expected as a fuel alternative to oil in the future. When methane is thermally decomposed and reformed through a catalyst, methane becomes carbon monoxide CO and hydrogen H 2 , but CO and H 2
Has a calorific value equal to or greater than the calorific value of CH 4 , and when used in an engine, can improve thermal efficiency, save resources, and suppress CO 2 emissions.
【０００６】即ち、メタンＣＨ4 ，一酸化炭素ＣＯ及び
水素Ｈ2 の各燃料の発熱量は次のとおりである。 ＣＨ4 ＋２Ｏ2 →ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋２１２８００ｋｃ
ａｌ／ｋｍｏｌ・Ｗ ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 →ＣＯ2 ＋６７７００ｋｃａｌ／
ｋｍｏｌ・Ｗ Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ＋６８３５０ｋｃａｌ／
ｋｍｏｌ・Ｗ ところが、触媒を用いると共に排気ガスが有する熱エネ
ルギを利用してＣＨ4を改質燃料に転化させると、その
発熱量が増加することになる。 ＣＨ4 ＋ＣＯ2 →２ＣＯ＋２Ｈ2 ２ＣＯ＋２Ｈ2 ＋２Ｏ2→２ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋２７２
１００ｋｃａｌ／ｋｍｏｌ・ＷThat is, the calorific value of each fuel of methane CH 4 , carbon monoxide CO and hydrogen H 2 is as follows. CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + 212 800 kc
al / kmol · W CO + (1/2) O 2 → CO 2 +67700 kcal /
kmol · W H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O + 68350 kcal /
kmol · W However, if CH 4 is converted to reformed fuel using a catalyst and thermal energy of exhaust gas, the calorific value increases. CH 4 + CO 2 → 2CO + 2H 2 2CO + 2H 2 + 2O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O + 272
100kcal / kmol ・ W
【０００７】[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、天然ガス等のガス体燃
料、特に、ＣＨ4 燃料を改質するため、ＣＨ4 にＣＯ2
を混合して触媒の助けによって排気ガスの熱エネルギを
利用してＣＯとＨ2 とに改質し、熱効率を向上させると
共に、排気ガス中のＣＯ2 を改質に利用してＣＯ2 の放
出を低減したガス燃料改質装置を備えたガスエンジンを
提供することである。Means for Solving the Problems The object of the invention is to solve the above problem, the gas body fuel such as natural gas, in particular, for reforming CH 4 fuel, CO 2 to CH 4
And reforming it into CO and H 2 using the heat energy of the exhaust gas with the help of a catalyst to improve the thermal efficiency and release CO 2 by using the CO 2 in the exhaust gas for reforming It is an object of the present invention to provide a gas engine provided with a gas fuel reformer in which the number of fuel cells is reduced.
【０００８】この発明は、ＣＨ4 を主成分とする天然ガ
ス燃料を収容した燃料タンク、燃焼室からの排気ガスを
排出する排気通路に配置されたＣＨ4 とＣＯ2 の混合ガ
スを排気ガスの熱エネルギによって熱分解してＣＯとＨ
2 から成る改質燃料に変換させる触媒反応器、前記燃料
タンクから前記触媒反応器へ前記天然ガス燃料を供給す
るガス燃料供給装置、前記排気ガスから分離したＣＯ2
を前記触媒反応器へ送り込むＣＯ2 供給装置、及び前記
燃焼室へ前記改質燃料を供給する改質燃料供給装置、か
ら成るガス燃料改質装置を備えたガスエンジンに関す
る。According to the present invention, a mixed gas of CH 4 and CO 2 disposed in a fuel tank containing a natural gas fuel containing CH 4 as a main component and an exhaust passage for discharging exhaust gas from a combustion chamber is used as an exhaust gas. CO and H by thermal decomposition by thermal energy
Catalytic reactor for converting the reforming fuel consisting of 2, wherein the fuel tank to the catalytic reactor for supplying natural gas fuel the gas fuel supply apparatus, CO 2 separated from the exhaust gas
The catalytic reactor CO 2 feeder for feeding to, and the supplies the reformed fuel reformed fuel supply device, a gas engine with a gas fuel reforming apparatus comprising a to the combustion chamber.
【０００９】前記ＣＯ2 供給装置は、冷却された低温の
排気ガス中のＣＯ2 を溶解する溶液を収容したＣＯ2 溶
解装置、前記燃焼室から排出される高温の排気ガスが流
れる前記排気通路に配置され且つ前記ＣＯ2 溶解装置で
ＣＯ2 を溶解した前記溶液を高温排気ガスによって加熱
してＣＯ2 を放出させる前記溶液を収容すると共に放出
されたＣＯ2 を前記触媒反応器に送り込むＣＯ2 送出装
置、及び前記ＣＯ2 溶解装置と前記ＣＯ2 送出装置との
間を前記溶液を循環させる循環ポンプ、から構成されて
いる。The CO 2 supply device includes a CO 2 dissolving device containing a solution for dissolving CO 2 in the cooled low-temperature exhaust gas, and the CO 2 dissolving device is disposed in the exhaust passage through which the high-temperature exhaust gas discharged from the combustion chamber flows. CO 2 delivery for feeding CO 2 emitted accommodates the solution to release CO 2 by heating the placed and the solution of CO 2 in the CO 2 dissolving device by the hot exhaust gas to the catalytic reactor A circulating pump for circulating the solution between the CO 2 dissolving device and the CO 2 sending device.
【００１０】また、前記ＣＯ2 溶解装置における排気ガ
ス中のＣＯ2 を吸収する溶媒はβ−アミノエチルアルコ
ールであり、また、前記ＣＯ2 送出装置におけるＣＯ2
を放出する溶液はβ−オキシエチルアンモニウムであ
る。Further, a solvent that absorbs CO 2 in the exhaust gas in the CO 2 dissolving device is a β- aminoethyl alcohol, also CO 2 in the CO 2 delivery device
Is β-oxyethylammonium.
【００１１】また、前記ＣＯ2 溶解装置におけるＣＯ2
を溶解する溶媒はジェタノールアミンである。Further, CO 2 in the CO 2 dissolving device
Is a ethanol solvent.
【００１２】前記ＣＯ2 溶解装置は、前記排気ガス中の
ＣＯ2 を溶媒に溶解させて溶液とし、前記排気ガス中の
Ｎ2 とＨ2 Ｏガス（１００℃以上で水蒸気）を大気に放
出することから成る。従って、大気には排気ガス中のＮ
2 とＨ2 Ｏのみが放出されるので、極めてクリーンな排
気ガスとなり、大気汚染を低減でき、環境にやさしい排
気ガスとなる。また、燃料中には、大量のＣＯ2 が含ま
れることになり、ＮＯX の生成を抑制することができ
る。[0012] The CO 2 dissolving device, the CO 2 contained in the exhaust gas is dissolved in a solvent to form a solution, wherein the N 2 and the H 2 O gas in the exhaust gas (steam at 100 ° C. or higher) is released into the atmosphere Consisting of Accordingly, the atmosphere contains N in the exhaust gas.
Since only 2 and H 2 O are released, the exhaust gas becomes extremely clean, the air pollution can be reduced, and the exhaust gas is environmentally friendly. Further, a large amount of CO 2 is contained in the fuel, and the generation of NO X can be suppressed.
【００１３】或いは、前記ＣＯ2 供給装置は、低温排気
ガスが流れる前記排気通路に配置されたＣＯ2 分離膜に
よって前記排気ガス中から分離されたＣＯ2 を前記触媒
反応器に供給するものである。また、前記ＣＯ2 供給装
置における前記ＣＯ2 分離膜は、ポリ四フッ化エチレン
膜で構成するか、又はエチレンジアミンを結合させてＣ
Ｏ2 の取込みをアップさせたポリ四フッ化エチレン膜で
構成されている。[0013] Alternatively, the CO 2 supply device supplies a CO 2 separated from in the exhaust gas by the CO 2 separation membrane that is disposed on an exhaust passage through which low-temperature exhaust gas to the catalytic reactor . Further, the CO 2 separation membrane in the CO 2 supply device may be composed of a polytetrafluoroethylene membrane, or may be formed by bonding ethylenediamine to C 2
It is composed of a polytetrafluoroethylene film in which the uptake of O 2 is increased.
【００１４】また、このガス燃料改質装置を備えたガス
エンジンにおいて、前記触媒反応器には、触媒としてＮ
ｉ又はＰｔが使用されている。前記触媒反応器は、前記
排気通路に配置された熱交換器から成り、前記熱交換器
は前記排気ガスが流れる排気ガス通路と前記排気ガス通
路の隔壁の内側に組み込まれた前記触媒によって表面が
被覆された多孔質部材が収容されたガス体燃料通路から
構成されている。In the gas engine provided with the gas fuel reformer, the catalyst reactor includes N as a catalyst.
i or Pt is used. The catalyst reactor includes a heat exchanger disposed in the exhaust passage, and the heat exchanger has a surface formed by an exhaust gas passage through which the exhaust gas flows and the catalyst incorporated inside a partition of the exhaust gas passage. It is composed of a gaseous fuel passage in which a covered porous member is accommodated.
【００１５】また、このガス燃料改質装置を備えたガス
エンジンは、前記触媒反応器の後流の前記排気通路には
ターボチャージャが設けられ、前記ターボチャージャの
後流の前記排気通路には排気ガス及び／又は水蒸気を駆
動源としたエネルギ回収タービンが設けられ、前記エネ
ルギ回収タービンの後流の前記排気通路には蒸気を発生
させる熱交換器が設けられている。上記の構成によっ
て、このガス燃料改質装置を備えたガスエンジンでは、
前記燃焼室から排出される排気ガス温度は、前記触媒反
応器では９００℃〜８００℃程度であるが、前記ターボ
チャージャで回収されて１５０℃程度低下させ、次い
で、前記エネルギ回収タービンで回収されて２００℃程
度低下させ、最後に前記熱交換器で回収されて３５０℃
程度低下させることができる。従って、前記ＣＯ2 溶解
装置へ吹き込まれる排気ガス温度は、１００℃程度にま
で低下させることができ、前記ＣＯ2 溶解装置において
β−アミノエチルアルコールがＣＯ2 を良好に溶解させ
ることができる。Further, in the gas engine provided with the gas fuel reformer, a turbocharger is provided in the exhaust passage downstream of the catalytic reactor, and exhaust gas is provided in the exhaust passage downstream of the turbocharger. An energy recovery turbine driven by gas and / or steam is provided, and a heat exchanger for generating steam is provided in the exhaust passage downstream of the energy recovery turbine. With the above configuration, in a gas engine including the gas fuel reformer,
The temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber is about 900 ° C. to 800 ° C. in the catalytic reactor, but is recovered by the turbocharger and lowered by about 150 ° C., and then recovered by the energy recovery turbine. The temperature is reduced by about 200 ° C, and finally collected by the heat exchanger to 350 ° C.
To some extent. Therefore, the temperature of the exhaust gas blown into the CO 2 dissolving device can be reduced to about 100 ° C., and β-aminoethyl alcohol can satisfactorily dissolve CO 2 in the CO 2 dissolving device.
【００１６】更に、このガス燃料改質装置を備えたガス
エンジンにおいて、前記燃焼室はセラミック部材によっ
て遮熱構造に構成されている。即ち、前記燃焼室の壁面
をセラミック部材で作製し、その外側に遮熱層を形成す
ることによって前記燃焼室を遮熱構造に構成できる。従
って、このガスエンジンは、前記燃焼室から排出される
排気ガスが約９００℃程度の高温排気ガスであり、該高
温の排気ガスを前記燃焼室から前記排気通路に排出する
ことになり、ＣＨ4 とＣＯ2 との混合ガスを触媒の助け
で熱分解してＣＯとＨ2 に変換し、熱効率をアップでき
る。Further, in the gas engine provided with this gas fuel reforming apparatus, the combustion chamber is constituted by a ceramic member in a heat shielding structure. That is, the wall of the combustion chamber is made of a ceramic member, and a heat shield layer is formed outside the ceramic member, whereby the combustion chamber can be configured to have a heat shield structure. Therefore, the gas engine is hot exhaust gas in the exhaust gas is about 900 ° C. discharged from the combustion chamber, will be discharged into the exhaust passage the hot exhaust gases from the combustion chamber, CH 4 A gas mixture of CO 2 and CO 2 is thermally decomposed with the aid of a catalyst to convert it into CO and H 2 , thereby improving thermal efficiency.
【００１７】このガス燃料改質装置を備えたガスエンジ
ンは、上記のように、天然ガスの主成分のＣＨ4 にＣＯ
2 を混合して触媒の助けによって排気ガスの熱エネルギ
で熱分解させ、改質燃料ＣＯとＨ2 に転化させるので、
２７２１００／２１２８００＝２．８となり、発熱量を
約３割程度アップさせることができ、それによって熱効
率を向上させることができる。天然ガスを改質燃料に転
化させた場合の発熱量を１ｋｇ・Ｗ当たりに換算する
と、次のとおりである。 ＣＨ4 ＋２Ｏ2 →ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋１３３００ｋｃａ
ｌ／ｋｇ・Ｗ ＣＨ4 ＋ＣＯ2 →２ＣＯ＋２Ｈ2 ２ＣＯ＋２Ｈ2 ＋２Ｏ2→２ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋１７０
００ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｗ 上記のように、メタンガス（ＣＨ4 ）は、ニッケル（Ｎ
ｉ）やプラチナ（Ｐｔ）等の触媒の助けで排気ガスの熱
エネルギによって二酸化炭素（ＣＯ2 ）と反応して一酸
化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ2 ）に熱分解する。上記分解
反応では排気ガスの熱エネルギを利用すると熱分解がで
き、熱発生量の大きな燃料のＣＯとＨ2を得ることがで
きる。即ち、上記分解反応は、ＮｉやＰｔ等の触媒上に
メタンガスを通し、約８００℃以上に加熱すると、熱分
解が発生する反応であり、二酸化炭素は一酸化炭素へ分
解し、メタンはＣＯとＨ2 に分解する。As described above, a gas engine equipped with this gas fuel reforming apparatus uses CO 4 as a main component of natural gas in CO 4 .
2 is mixed and pyrolyzed by the heat energy of the exhaust gas with the help of the catalyst, and converted into reformed fuel CO and H 2 ,
272100/212800 = 2.8, and the amount of generated heat can be increased by about 30%, thereby improving the thermal efficiency. The calorific value when natural gas is converted into reformed fuel is converted into per kg / W as follows. CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + 13,300 kca
1 / kg · W CH 4 + CO 2 → 2CO + 2H 2 2CO + 2H 2 + 2O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O + 170
00 kcal / kg · W As described above, methane gas (CH 4 ) is converted to nickel (N
i) and platinum (Pt) thermally decomposed to carbon dioxide (CO 2) and react with carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2) with the aid of the catalyst by the heat energy of the exhaust gas or the like. In the above-mentioned decomposition reaction, thermal decomposition can be performed by using the heat energy of the exhaust gas, and CO and H 2 of the fuel which generates a large amount of heat can be obtained. That is, the above decomposition reaction is a reaction in which methane gas is passed over a catalyst such as Ni or Pt and heated to about 800 ° C. or more to cause thermal decomposition. Carbon dioxide is decomposed into carbon monoxide, and methane is converted into CO. It decomposes into H 2.
【００１８】このガス燃料改質装置を備えたガスエンジ
ンでは、燃焼室が遮熱構造に構成されているので、燃焼
室からの排気ガスは高温状態となり、排気ガス温度８０
０℃以上となり、上記熱分解の反応をスムースに達成さ
せることができる。In the gas engine provided with this gas fuel reforming apparatus, the combustion chamber is formed of a heat shielding structure, so that the exhaust gas from the combustion chamber is in a high temperature state and the exhaust gas temperature is 80%.
The temperature becomes 0 ° C. or higher, and the above-mentioned thermal decomposition reaction can be smoothly achieved.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
によるガス燃料改質装置を備えたガスエンジンの実施例
を説明する。図１はこの発明によるガス燃料改質装置を
備えたガスエンジンの一実施例を示す説明図、図２は図
１のガスエンジンに組み込まれたターボチャージャを示
す説明図、及び図３は図１のガスエンジンに組み込まれ
たエネルギ回収タービンを示す説明図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a gas engine provided with a gas fuel reformer according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a gas engine provided with a gas fuel reforming apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing a turbocharger incorporated in the gas engine of FIG. 1, and FIG. FIG. 3 is an explanatory view showing an energy recovery turbine incorporated in the gas engine of FIG.
【００２０】このガス燃料改質装置を備えたガスエンジ
ンは、天然ガス等のガス体を燃料とするガスエンジン１
であり、コージェネレーションシステムに適用されて好
ましいものである。また、この実施例では、ガスエンジ
ン１として燃焼室１Ａをセラミック部材等によって遮熱
構造に構成したものである。ガスエンジン１は、改質燃
料が供給されるシリンダヘッド４３に形成された副室１
Ｂを備えており、副室１Ｂは開閉弁４４による連絡口の
開放によって燃焼室１Ａに連通するように構成されてい
る。また、副室１Ｂには燃料弁４５が設けられ、燃料弁
４５による燃料供給口の開放によって改質燃料供給路９
から副室１Ｂへ改質燃料が供給されるように構成されて
いる。The gas engine provided with the gas fuel reformer is a gas engine 1 using a gas such as natural gas as fuel.
Which is preferably applied to a cogeneration system. In this embodiment, the combustion chamber 1A of the gas engine 1 is configured to have a heat shielding structure using a ceramic member or the like. The gas engine 1 includes a sub-chamber 1 formed in a cylinder head 43 to which reformed fuel is supplied.
B is provided, and the sub-chamber 1B is configured to communicate with the combustion chamber 1A by opening the communication port by the on-off valve 44. Further, a fuel valve 45 is provided in the sub chamber 1B, and the fuel supply port is opened by the fuel valve 45 to supply the reformed fuel supply passage 9B.
The reformed fuel is supplied to the sub-chamber 1B from the sub-chamber 1B.
【００２１】ガスエンジン１は、燃焼室１Ａから排気通
路８を通じて排出される排気ガスの熱エネルギによって
駆動されるターボチャージャ３、ターボチャージャ３の
後流の排気通路８Ａに設けられたＣＯ2 供給装置を構成
するＣＯ2 送出装置４、ターボチャージャ３のタービン
２３から排気される排気ガスの熱エネルギで駆動される
タービン２８を備えた排気ガス及び／又は水蒸気を駆動
源とするエネルギ回収タービン５、エネルギ回収タービ
ン５のタービン２８から排気される排気ガスの熱エネル
ギで高温の蒸気を発生させる熱交換器６、熱交換器６か
らの蒸気によって駆動されるエネルギ回収タービン５に
設けた蒸気タービン２７、エネルギ回収タービン５から
排出される排気ガスを吹き込むことができるＣＯ2 供給
装置を構成するＣＯ2 溶解装置７を有している。The gas engine 1 includes a turbocharger 3 driven by thermal energy of exhaust gas discharged from a combustion chamber 1A through an exhaust passage 8, and a CO 2 supply device provided in an exhaust passage 8A downstream of the turbocharger 3. constituting the CO 2 delivery device 4, the energy recovery turbine 5 to a drive source of the exhaust gas and / or steam with a turbine 28 driven by the thermal energy of the exhaust gas exhausted from the turbocharger 3 of the turbine 23, the energy A heat exchanger 6 for generating high-temperature steam by thermal energy of exhaust gas exhausted from a turbine 28 of the recovery turbine 5, a steam turbine 27 provided in the energy recovery turbine 5 driven by the steam from the heat exchanger 6, CO constituting a CO 2 supply device capable of blowing exhaust gas discharged from the recovery turbine 5 It has two melting devices 7.
【００２２】ガスエンジン１は、特に、ＣＨ4 を主成分
とする天然ガス燃料を収容した燃料タンク１１、燃焼室
１Ａからの排気ガスを排出する排気通路８に配置された
ＣＨ4 とＣＯ2 の混合ガスを排気ガスの熱エネルギによ
って熱分解してＣＯとＨ2 から成る改質燃料に変換させ
る触媒反応器２、燃料タンク１１から触媒反応器２へ天
然ガス燃料を供給するガス燃料供給装置である天然ガス
供給ポンプ１２、排気ガスに含まれるＣＯ2 を分離して
触媒反応器２へ送り込むＣＯ2 供給装置、及び燃焼室１
Ａへ改質燃料を供給する改質燃料供給装置の加圧燃料ポ
ンプ１３を有していることを特徴としている。The gas engine 1, in particular, natural gas fuel the fuel tank 11 containing a combustion chamber CH 4 exhaust gas arranged in an exhaust passage 8 to discharge from 1A and CO 2 mainly composed of CH 4 A catalytic reactor 2 for thermally decomposing the mixed gas by the thermal energy of the exhaust gas to convert it into a reformed fuel composed of CO and H 2, and a gas fuel supply device for supplying natural gas fuel from the fuel tank 11 to the catalytic reactor 2 A certain natural gas supply pump 12, a CO 2 supply device for separating CO 2 contained in exhaust gas and sending it to the catalytic reactor 2, and a combustion chamber 1
A is characterized by having a pressurized fuel pump 13 of a reformed fuel supply device for supplying reformed fuel to A.
【００２３】更に、ガスエンジン１は、多気筒エンジン
であり、燃焼室１Ａからの排気ガスを排出するため排気
マニホルド３１と燃焼室１Ａへ吸気を供給するため吸気
マニホルド３２が設けられている。吸気通路１０からの
吸入空気は吸気マニホルド３２を通じて各気筒の燃焼室
１Ａへ供給され、また、各燃焼室１Ａからの排気ガスは
排気マニホルド３１によって集合して排気通路８へ放出
される。また、燃焼室１Ａへ供給される天然ガスを改質
した改質燃料は加圧燃料ポンプ１３の作動によって改質
燃料供給路９を通じて各燃焼室１Ａへ供給される。Further, the gas engine 1 is a multi-cylinder engine, and is provided with an exhaust manifold 31 for discharging exhaust gas from the combustion chamber 1A and an intake manifold 32 for supplying intake air to the combustion chamber 1A. The intake air from the intake passage 10 is supplied to the combustion chamber 1A of each cylinder through the intake manifold 32, and the exhaust gas from each combustion chamber 1A is collected by the exhaust manifold 31 and discharged to the exhaust passage 8. The reformed fuel obtained by reforming the natural gas supplied to the combustion chamber 1A is supplied to each combustion chamber 1A through the reformed fuel supply passage 9 by the operation of the pressurized fuel pump 13.
【００２４】特に、ＣＯ2 供給装置は、排気通路８Ｄか
ら排出される低温排気ガス中のＣＯ2 を溶解する溶液を
収容したＣＯ2 溶解装置７、高温排気ガスが流れる排気
通路８Ａに配置され且つＣＯ2 溶解装置７でＣＯ2 を溶
解した溶液を高温排気ガスによって加熱してＣＯ2 を放
出させる溶液を収容すると共に放出されたＣＯ2 を触媒
反応器２に送り込むＣＯ2 送出装置４、及びＣＯ2 溶解
装置７とＣＯ2 送出装置４との間で溶液を循環させる循
環ポンプ１４から構成されている。また、排気ガスの低
温領域に配置されたＣＯ2 溶解装置７におけるＣＯ2 を
溶解する溶媒は、β−アミノエチルアルコール（２ＨＯ
Ｃ2 Ｈ4 ＮＨ2 ）であり、排気ガスの高温領域に配置さ
れたＣＯ2 送出装置４におけるＣＯ2 を放出する溶液
は、炭酸β−オキシエチルアンモニウム〔（ＨＯＣ2 Ｈ
4 ＮＨ3 ）2 ＣＯ3 〕である。In particular, the CO 2 supply device is disposed in a CO 2 dissolving device 7 containing a solution for dissolving CO 2 in low-temperature exhaust gas discharged from the exhaust passage 8D, an exhaust passage 8A through which high-temperature exhaust gas flows, and feeding the CO 2 released with a solution of CO 2 in the CO 2 dissolving device 7 is heated by the hot exhaust gas for housing a solution to release CO 2 to the catalyst reactor 2 CO 2 delivery device 4, and CO 2 It is composed of a circulation pump 14 for circulating the solution between the dissolving device 7 and the CO 2 sending device 4. The solvent for dissolving the CO 2 in the CO 2 dissolving device 7 arranged in the low temperature region of exhaust gas, beta-aminoethyl alcohol (2HO
C 2 H 4 is NH 2), a solution of releasing CO 2 in the CO 2 delivery device 4 arranged in the high temperature region of the exhaust gas, carbonic acid β- oxyethyl ammonium [(HOC 2 H
4 NH 3 ) 2 CO 3 ].
【００２５】即ち、ＣＯ2 供給装置における化学式は、
化１に示すようになる。That is, the chemical formula in the CO 2 supply device is as follows:
It becomes as shown in Chemical formula 1.
【化１】 化１において、反応は低温ではＣＯ2 を吸収して右側
（β−アミノエチルアルコール）へ進み、高温ではＣＯ
2 を放出して左側（炭酸β−オキシエチルアンモニウ
ム）へ進む。β−アミノエチルアルコール（溶媒）は低
温ではＣＯ2 を吸収して炭酸β−オキシエチルアンモニ
ウム（溶液）になり、該溶液が循環ポンプ１４の作動に
よってＣＯ2 送出装置４へ送り込まれ、高温になって溶
液からＣＯ2を放出し、ＣＯ2 を放出した溶液であるβ
−アミノエチルアルコールとＨ2 Ｏは、再びＣＯ2 溶解
装置７へ回収される。Embedded image In the chemical formula 1, the reaction absorbs CO 2 at a low temperature and proceeds to the right (β-aminoethyl alcohol),
Release 2 and proceed to the left (β-oxyethylammonium carbonate). At low temperature, β-aminoethyl alcohol (solvent) absorbs CO 2 to become β-oxyethyl ammonium carbonate (solution), and the solution is sent to the CO 2 delivery device 4 by the operation of the circulation pump 14 and becomes high temperature. Release CO 2 from the solution and release the CO 2 , β
- aminoethyl alcohol and H 2 O is recovered again to the CO 2 dissolving device 7.
【００２６】ＣＯ2 送出装置４は、一種の気相−液相熱
交換器であり、加熱されるとＣＯ2を放出する溶媒が収
容された溶液中を排気ガス通路が配置された構造を有し
ている。従って、ＣＯ2 送出装置４内の排気ガス通路に
排気ガスが流れることによって、溶液が高温に加熱さ
れ、ＣＯ2 を放出することになる。放出されたＣＯ
2 は、ＣＯ2 供給路１７を通じて触媒反応器２へ送り込
まれる。また、ＣＯ2 を放出した溶媒は、溶媒回収通路
１６を通じて冷却されつつＣＯ2 溶解装置７へ回収され
る。The CO 2 delivery device 4 is a kind of gas-liquid heat exchanger, and has a structure in which an exhaust gas passage is arranged in a solution containing a solvent that releases CO 2 when heated. doing. Therefore, when the exhaust gas flows through the exhaust gas passage in the CO 2 delivery device 4, the solution is heated to a high temperature and releases CO 2 . CO released
2 is sent to the catalytic reactor 2 through the CO 2 supply path 17. The solvent that has released CO 2 is recovered in the CO 2 dissolving device 7 while being cooled through the solvent recovery passage 16.
【００２７】更に、ＣＯ2 溶解装置７は、排気ガス中の
ＣＯ2 を溶媒に溶解させて溶液３７とし、排気ガス中の
Ｎ2 とＨ2 Ｏ（１００℃以上で水蒸気）を排気口３６を
通じて大気に放出するように構成されている。ＣＯ2 溶
解装置７内に入れられた溶液３７には、排気通路８Ｄが
開口し、排気ガスが溶液３７に吹き込まれる。排気ガス
が溶液３７に吹き込まれると、ＣＯ2 が溶媒に溶解
し、、Ｎ2 とＨ2 Ｏガスとは溶媒に溶解することなく、
排気口３６から大気に放出される。従って、大気に放出
される排気ガスは、ＣＯ2 がほとんど含んでいない状態
であるので、大気汚染となることがない。また、ＣＯ2
が溶解した溶液３７は、循環ポンプ１４によってＣＯ2
含有溶液供給路１５を通じてＣＯ2 送出装置４へ送り込
まれる。Furthermore, CO 2 dissolving device 7, the CO 2 in the exhaust gas and the solution 37 is dissolved in a solvent, through N 2 and H 2 O outlet 36 (steam at 100 ° C. or higher) in the exhaust gas It is configured to emit to the atmosphere. An exhaust passage 8D is opened in the solution 37 placed in the CO 2 dissolving device 7, and exhaust gas is blown into the solution 37. When the exhaust gas is blown into the solution 37, CO 2 dissolves in the solvent, and N 2 and H 2 O gas do not dissolve in the solvent.
The gas is discharged from the exhaust port 36 to the atmosphere. Therefore, since the exhaust gas released to the atmosphere contains almost no CO 2 , it does not cause air pollution. CO 2
Is dissolved in the CO 2 by the circulation pump 14.
It is sent to the CO 2 delivery device 4 through the containing solution supply path 15.
【００２８】ガスエンジン１において、触媒反応器２に
は、触媒としてＮｉ又はＰｔが使用されている。触媒反
応器２は排気マニホルド３１の集合部に配置されてお
り、燃焼室１Ａから排出される排気ガスは約９００℃と
いう約８００℃以上の高温状態である。触媒反応器２
は、排気ガスが流れる排気ガス通路３５中にガス体燃料
が流れるＮｉ又はＰｔの触媒３４が充填されたガス体燃
料通路３４が配置されているものであり、一種の気相−
気相熱交換器を構成するものである。即ち、触媒反応器
２は、排気通路８に配置された熱交換器から成り、熱交
換器は排気ガスが流れる通路３３と通路３３の隔壁の内
側に組み込まれた触媒３４によって表面が被覆された多
孔質部材が収容されたガス体燃料通路３４から構成され
ている。In the gas engine 1, the catalyst reactor 2 uses Ni or Pt as a catalyst. The catalytic reactor 2 is disposed in the collecting portion of the exhaust manifold 31, and the exhaust gas discharged from the combustion chamber 1A is in a high temperature state of about 900 ° C., about 800 ° C. or more. Catalytic reactor 2
Is a gas-gas fuel passage 34 filled with a Ni or Pt catalyst 34 in which a gas fuel flows in an exhaust gas passage 35 through which an exhaust gas flows.
It constitutes a gas-phase heat exchanger. That is, the catalytic reactor 2 is composed of a heat exchanger arranged in the exhaust passage 8, and the surface of the heat exchanger is covered with the passage 33 through which the exhaust gas flows and the catalyst 34 incorporated inside the partition wall of the passage 33. It is constituted by a gaseous fuel passage 34 in which a porous member is accommodated.
【００２９】そこで、燃焼室１Ａからの高温の排気ガス
が触媒反応器２の排気ガス通路３５を流れることによっ
て、ＮｉやＰｔの触媒３４が充填されているガス体燃料
通路３３が加熱される。そこで、約８００℃以上に高温
にされたガス体燃料通路３３を流れるＣＨ4 とＣＯ2 と
の混合ガスが触媒に接触し、ＣＨ4 はＣＯとＨ2 に熱分
解し、ＣＯ2 はＣＯに熱分解され、ＣＯとＨ2 との改質
燃料に変換される。次いで、天然ガスが変換された改質
燃料は、加圧燃料ポンプ１３によって改質燃料供給路９
を通じて吸気マニホルド３２からそれぞれの気筒の燃焼
室１Ａへ供給される。Then, the high-temperature exhaust gas from the combustion chamber 1A flows through the exhaust gas passage 35 of the catalytic reactor 2, so that the gaseous fuel passage 33 filled with the Ni or Pt catalyst 34 is heated. Then, a mixed gas of CH 4 and CO 2 flowing through the gaseous fuel passage 33 heated to about 800 ° C. or higher comes into contact with the catalyst, and CH 4 is thermally decomposed into CO and H 2 , and CO 2 is converted into CO. It is pyrolyzed and converted into a reformed fuel of CO and H 2 . Next, the reformed fuel in which the natural gas has been converted is supplied to the reformed fuel supply passage 9 by the pressurized fuel pump 13.
Is supplied from the intake manifold 32 to the combustion chamber 1A of each cylinder.
【００３０】ガスエンジン１は、燃焼室１Ａがセラミッ
ク部材及び遮熱層によって遮熱構造に構成されているの
で、燃焼室１Ａから排気マニホルド３１を通じて排出さ
れる排気ガスは約９００℃〜８００℃の高温ガスであ
る。そこで、ガスエンジン１では、排気ガスの熱エネル
ギを触媒反応器２で熱分解に作用させた後に、該熱エネ
ルギをターボチャージャ３、エネルギ回収タービン５及
び熱交換器６によって回収するように構成されている。In the gas engine 1, since the combustion chamber 1A has a heat shielding structure constituted by a ceramic member and a heat shielding layer, the exhaust gas discharged from the combustion chamber 1A through the exhaust manifold 31 has a temperature of about 900 ° C. to 800 ° C. It is a hot gas. Therefore, the gas engine 1 is configured to cause the thermal energy of the exhaust gas to act on the thermal decomposition in the catalytic reactor 2 and then recover the thermal energy by the turbocharger 3, the energy recovery turbine 5 and the heat exchanger 6. ing.
【００３１】ガス燃料改質装置を備えたガスエンジン１
は、触媒反応器２の後流の排気通路８にターボチャージ
ャ３が設けられ、ターボチャージャ３のタービン２３の
後流の排気通路８ＡにＣＯ2 供給装置を構成するＣＯ2
送出装置４が配置され、ＣＯ2 送出装置４の後流の排気
通路８Ｂにエネルギ回収タービン５が設けられ、エネル
ギ回収タービンのタービン２８の後流の排気通路８Ｃに
は蒸気生成のための熱交換器６が設けられている。Gas engine 1 equipped with a gas fuel reformer
The turbocharger 3 is provided in the exhaust passage 8 downstream of the catalytic reactor 2, and the CO 2 forming a CO 2 supply device is provided in the exhaust passage 8 A downstream of the turbine 23 of the turbocharger 3.
An energy recovery turbine 5 is provided in an exhaust passage 8B downstream of the CO 2 delivery device 4 and an exhaust passage 8C downstream of a turbine 28 of the energy recovery turbine. A vessel 6 is provided.
【００３２】ターボチャージャ３は、図２に示すよう
に、排気ガスによって駆動されるタービン２３、タービ
ン２３にシャフト２６によって連結され且つタービン２
３によって駆動されるコンプレッサ２４、及びシャフト
２６に対して設けた交流機２５から構成されている。コ
ンプレッサ２４は、タービン２３によって駆動され、空
気を加圧して圧縮空気とし、該圧縮空気を吸気通路１０
を通じて吸気マニホルド３２からそれぞれの気筒の燃焼
室１Ａへ供給する。交流機２５は、タービン２３の回転
力を電力として取り出して排気ガスエネルギを回収する
ことができる。As shown in FIG. 2, the turbocharger 3 is a turbine 23 driven by exhaust gas, connected to the turbine 23 by a shaft 26, and
3 and an AC machine 25 provided for a shaft 26. The compressor 24 is driven by the turbine 23 and pressurizes air to form compressed air.
Through the intake manifold 32 to the combustion chamber 1A of each cylinder. The AC machine 25 can extract exhaust gas energy by extracting the rotational force of the turbine 23 as electric power.
【００３３】エネルギ回収タービン５は、図３に示すよ
うに、排気ガスによって駆動されるタービン２８、熱交
換器６で発生した蒸気によって駆動される蒸気タービン
２７、及びシャフト３０に対して設けられた発電機２９
から構成されている。従って、排気ガスエネルギはター
ビン２８を駆動し、蒸気エネルギは蒸気タービン２７を
駆動し、それらの回転力は発電機２９によって電力とし
て回収される。排気通路８Ｃに設けられた熱交換器６
は、気相−液相熱交換器であり、排気ガスエネルギによ
って高温蒸気を発生させ、該高温蒸気は蒸気通路１９を
通じて蒸気タービン２７へ送り込まれ、蒸気タービン２
７を駆動する。蒸気タービン２７を駆動した蒸気は水と
低温蒸気との流体になって流体通路２１を通ってコンデ
ンサ２０へ放出され、コンデンサ２０で高温水となって
水通路２２を通じて熱交換器６へ再び送り込まれる。ま
た、熱交換器６を通過した排気ガスは、熱エネルギをほ
とんど回収された状態の低温の排気ガス（１００℃程
度）となってＣＯ2 溶解装置７の溶液３７へ吹き込まれ
る。As shown in FIG. 3, the energy recovery turbine 5 is provided for a turbine 28 driven by exhaust gas, a steam turbine 27 driven by steam generated in the heat exchanger 6, and a shaft 30. Generator 29
It is composed of Thus, the exhaust gas energy drives the turbine 28, the steam energy drives the steam turbine 27, and their rotational power is recovered as power by the generator 29. Heat exchanger 6 provided in exhaust passage 8C
Is a gas-liquid heat exchanger which generates high-temperature steam by exhaust gas energy, and the high-temperature steam is sent to the steam turbine 27 through the steam passage 19 and the steam turbine 2
7 is driven. The steam that has driven the steam turbine 27 becomes a fluid of water and low-temperature steam and is discharged to the condenser 20 through the fluid passage 21, becomes high-temperature water in the condenser 20, and is sent again to the heat exchanger 6 through the water passage 22. . Further, the exhaust gas that has passed through the heat exchanger 6 becomes a low-temperature exhaust gas (about 100 ° C.) in which almost all of the heat energy has been recovered, and is blown into the solution 37 of the CO 2 dissolving device 7.
【００３４】また、ガスエンジン１では、ＣＯ2 溶解装
置におけるＣＯ2 を溶解する溶媒は、上記のようなβ−
アミノエチルアルコールの他に、ジェタノールアミンを
使用することもできる。ジェタノールアミン〔（ＨＯＣ
Ｈ2 ＣＨ2 ）ＮＨ〕は、β−アミノエチルアルコールと
同様に、低温でＣＯ2 を吸収し、高温でＣＯ2 を放出す
る特性を有している。ジェタノールアミンを用いた場合
にも、上記と同様に、ＣＯ2 送出装置４でＣＯ2 を放出
して触媒反応器２へ送り込むことができ、触媒反応器２
では、天然ガス中のＣＨ4 とＣＯ2 との混合ガスを触媒
の助けによってＣＯとＨ2 に熱分解させる。排気ガス
は、ジェタノールアミンの溶媒が入れられたＣＯ2 溶解
装置７に吹き込まれることによって、排気ガスはＣＯ2
溶解装置７においてＣＯ2 が排除されたＮ2 とＨ2 Ｏガ
ス（１００℃以上で水蒸気）とから成る極めてクリーン
な排気ガス状態で大気に排出されることになる。Further, in the gas engine 1, the solvent for dissolving CO 2 in the CO 2 dissolving apparatus is β-
In addition to aminoethyl alcohol, it is also possible to use jetanolamine. Jetanolamine [(HOC
H 2 CH 2 ) NH], like β-aminoethyl alcohol, has the property of absorbing CO 2 at low temperatures and releasing CO 2 at high temperatures. In the same manner as above, when using ethanol alcohol, CO 2 can be released from the CO 2 delivery device 4 and sent to the catalytic reactor 2.
In this method, a mixed gas of CH 4 and CO 2 in natural gas is thermally decomposed into CO and H 2 with the aid of a catalyst. Exhaust gas by the solvent of the oxygenate ethanolamine is blown into CO 2 dissolving device 7, which is placed, the exhaust gas is CO 2
In the dissolving apparatus 7, the gas is discharged to the atmosphere in an extremely clean exhaust gas state composed of N 2 and H 2 O gas (water vapor at 100 ° C. or higher) from which CO 2 has been eliminated.
【００３５】次に、図４を参照して、この発明によるガ
ス燃料改質装置を備えたガスエンジンの別の実施例を説
明する。この実施例は、上記実施例と比較して、ＣＯ2
の取り出しシステムが相違する以外は実質的に同一の構
成を有するので、同一機能を有する部品には同一符号を
付し、重複する説明を省略する。Next, another embodiment of the gas engine provided with the gas fuel reformer according to the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the above embodiment in that CO 2
Since the components have substantially the same configuration except that the take-out system is different, parts having the same functions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【００３６】この実施例のガスエンジン１は、上記実施
例と比較してＣＯ2 供給装置が相違するものである。Ｃ
Ｏ2 供給装置は、低温排気ガスが流れる排気通路８Ｄに
配置されたＣＯ2 分離膜４０を収容したＣＯ2 分離装置
３８から構成されている。排気通路８ＤからＣＯ2 分離
装置３８に送り込まれた排気ガスは、ＣＯ2 分離膜４０
によって排気ガス中からＣＯ2 を分離し、分離されたＣ
Ｏ2 はＣＯ2 供給ポンプ４２の作動によってＣＯ2 供給
通路１７を通じて触媒反応器２に供給される。ＣＯ2 分
離装置３８に収容されたＣＯ2 分離膜４０は、ポリ四フ
ッ化エチレン膜から構成されている。ＣＯ2 分離膜４０
は、一種の濾過膜であり、該濾過膜で濾過器を構成し、
高分子材の鎖間隙を分子が通過する作用を利用し、分子
径の大きいＮ2 やＨ2 Ｏ（水蒸気）を通過させることが
できず、分子径の小さいＣＯ2 を通過させ、該ＣＯ2 を
ポンプ４２の作動によってＣＯ2 供給通路１７を通って
触媒反応器２へ送り込むことができる。The gas engine 1 of this embodiment is different from the above embodiment in the CO 2 supply device. C
The O 2 supply device includes a CO 2 separation device 38 that accommodates a CO 2 separation film 40 arranged in an exhaust passage 8D through which low-temperature exhaust gas flows. Exhaust gas sent into the exhaust passage 8D to the CO 2 separation device 38, CO 2 separation membrane 40
To separate CO 2 from the exhaust gas and separate C 2
O 2 is supplied to the catalytic reactor 2 through the CO 2 supply passage 17 by the operation of the CO 2 supply pump 42. CO 2 separation membrane 40 accommodated in the CO 2 separation device 38 is constituted by a polytetrafluoroethylene membrane. CO 2 separation membrane 40
Is a type of filtration membrane, constituting a filter with the filtration membrane,
Utilizing the effect of passing through the chain gap of the polymer material molecules can not pass through the molecular diameter greater N 2 and H 2 O (water vapor), passed through a small CO 2 molecular size, the CO 2 Can be sent to the catalytic reactor 2 through the CO 2 supply passage 17 by the operation of the pump 42.
【００３７】ＣＯ2 分離装置３８において、ＣＯ2 分離
膜４０を通過できなかったＮ2 とＨ2 Ｏガスは、排気通
路８Ｅから大気へ排出される。排気通路８Ｅには、圧力
調整弁３９が設けられており、圧力調整弁３９によって
大気へ放出される排気ガスの圧力が調整され、ＣＯ2 分
離装置３８におけるＣＯ2 分離膜４０によるＣＯ2 の取
込みが調整されている。In the CO 2 separation device 38, the N 2 and H 2 O gas that cannot pass through the CO 2 separation membrane 40 are discharged to the atmosphere from the exhaust passage 8E. The exhaust passage 8E, is provided with a pressure regulating valve 39, adjusts the pressure of the exhaust gas discharged into the atmosphere by the pressure regulating valve 39, the uptake of CO 2 by the CO 2 separation membrane 40 in the CO 2 separation device 38 Has been adjusted.
【００３８】また、ＣＯ2 分離膜４０は、ＣＯ2 の分離
性をアップするため、透過性の優れたポリ四フッ化エチ
レン膜に、ＣＯ2 の輸送を促進する特性を有するエチレ
ンジアミンを結合させた分離膜に構成することができ
る。エチレンジアミンは、ＣＯ2 と反応して化２に示す
ようになり、ＣＯ2 分離膜４０へのＣＯ2 の取込みを大
きくする。The CO 2 separation membrane 40 is composed of a polytetrafluoroethylene membrane having excellent permeability, and ethylenediamine having a property of promoting the transport of CO 2 , in order to improve the CO 2 separation performance. It can be configured as a separation membrane. Ethylenediamine reacts with CO 2 is as shown in and of 2, to increase the uptake of CO 2 to the CO 2 separation membrane 40.
【化２】 Embedded image
【００３９】[0039]
【発明の効果】この発明によるガス燃料改質装置を備え
たガスエンジンは、上記のように構成されているので、
天然ガスの主成分であるＣＨ4 を、排気ガスに含まれる
ＣＯ2と混合し、該混合ガスを触媒に通して排気ガスの
熱エネルギで約８００℃の高温にして熱分解させ、ＣＨ
4 をＣＯとＨ2 に変換して発熱量をアップする。ガスエ
ンジンから大気に放出される排気ガスは、ＣＯ2 が排除
されているので、Ｎ2 とＨ2 Ｏガスであり、排気ガスが
大気汚染になることがなく、環境を悪化させることがな
い。排気ガスの熱エネルギは、ＣＨ4 の熱分解に寄与し
た後に、排気通路に設けたターボチャージャ、エネルギ
回収タービン、及び熱交換器で回収される。即ち、ガス
エンジンは、排気ガスの熱エネルギによってターボチャ
ージャを駆動し、該ターボチャージャのタービンから排
気される排気ガスで発電機を備えたエネルギ回収タービ
ンを駆動し、該エネルギ回収タービンから排気される排
気ガスの熱エネルギで熱交換器によって蒸気を発生さ
せ、該蒸気でエネルギ回収タービンの蒸気タービンを駆
動して発電機で電力として回収できる。The gas engine provided with the gas fuel reformer according to the present invention is constructed as described above.
CH 4 , which is a main component of natural gas, is mixed with CO 2 contained in exhaust gas, and the mixed gas is passed through a catalyst to be thermally decomposed at a high temperature of about 800 ° C. by the heat energy of the exhaust gas, and CH 2 is decomposed.
4 is converted to CO and H 2 to increase the calorific value. Exhaust gas released from the gas engine to the atmosphere is N 2 and H 2 O gas because CO 2 is eliminated, and the exhaust gas does not cause air pollution and does not deteriorate the environment. Thermal energy of the exhaust gas, after contributing to the thermal decomposition of CH 4, the turbocharger provided in an exhaust passage, is recovered by the energy recovery turbine and the heat exchanger. That is, the gas engine drives the turbocharger by the heat energy of the exhaust gas, drives the energy recovery turbine provided with the generator with the exhaust gas exhausted from the turbine of the turbocharger, and is exhausted from the energy recovery turbine. Steam is generated by the heat exchanger using the heat energy of the exhaust gas, and the steam can drive a steam turbine of an energy recovery turbine to be recovered as electric power by a generator.
【００４０】このガス燃料改質装置を備えたガスエンジ
ンは、従来の天然ガスを燃料とするガスエンジンに比較
して、熱効率を理論上約２８％向上させることができ、
天然ガスを用いたガスエンジンで４２％であった熱効率
が５４％に向上させることができる。また、このガスエ
ンジンは、排気通路に排気ガスのエネルギによって駆動
されるターボチャージャ及びエネルギ回収タービンを設
けることによって、約６２％程度の熱効率を確保するこ
とができ、従来のガスエンジンに比較して大幅に熱効率
を向上できる。The gas engine provided with this gas fuel reformer can theoretically improve the thermal efficiency by about 28% as compared with a conventional gas engine using natural gas as fuel.
The thermal efficiency, which was 42% in a gas engine using natural gas, can be improved to 54%. In addition, this gas engine can secure a thermal efficiency of about 62% by providing a turbocharger and an energy recovery turbine driven by the energy of the exhaust gas in the exhaust passage, and as compared with a conventional gas engine. Significantly improved thermal efficiency.
【図１】この発明によるガス燃料改質装置を備えたガス
エンジンの一実施例を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing one embodiment of a gas engine provided with a gas fuel reformer according to the present invention.
【図２】図１のガスエンジンに組み込んだターボチャー
ジャを示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a turbocharger incorporated in the gas engine of FIG.
【図３】図１のガスエンジンに組み込んだエネルギ回収
タービンを示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing an energy recovery turbine incorporated in the gas engine of FIG.
【図４】この発明によるガス燃料改質装置を備えたガス
エンジンの別の実施例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing another embodiment of the gas engine provided with the gas fuel reforming device according to the present invention.
【符号の説明】 １ ガスエンジン １Ａ 燃焼室 １Ｂ 副室 ２ 触媒反応器 ３ ターボチャージャ ４ ＣＯ2 送出装置 ５ エネルギ回収タービン ６ 熱交換器 ７ ＣＯ2 溶解装置 ８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅ 排気通路 ９ 改質燃料供給路 １０ 吸気通路 １１ 燃料タンク １２ 供給ポンプ １３ 加圧燃料ポンプ １４ 循環ポンプ １５ ＣＯ2 含有溶液供給通路 １６ 溶媒回収通路 １７ ＣＯ2 供給通路 １８ 天然ガス供給通路 ３４ 触媒 ３６ 排気口 ３７ 溶液 ３８ ＣＯ2 分離装置 ４０ ＣＯ2 分離膜[Description of Signs] 1 Gas engine 1A Combustion chamber 1B Subchamber 2 Catalytic reactor 3 Turbocharger 4 CO 2 delivery device 5 Energy recovery turbine 6 Heat exchanger 7 CO 2 dissolution device 8, 8A, 8B, 8C, 8D, 8E exhaust passage 9 reformed fuel supply passage 10 intake passage 11 fuel tank 12 supply pump 13 pressurized fuel pump 14 circulation pump 15 CO 2 containing solution supply passage 16 solvent recovery passage 17 CO 2 supply passage 18 the natural gas supply passage 34 catalyst 36 exhaust Mouth 37 Solution 38 CO 2 separation device 40 CO 2 separation membrane
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｂ 43/00 Ｆ０２Ｂ 43/00 Ｚ Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｃ Ｆ０２Ｍ 27/02 Ｆ０２Ｍ 27/02 Ｅ ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F02B 43/00 F02B 43/00 Z F02D 19/02 F02D 19/02 C F02M 27/02 F02M 27/02 E
Claims (11)
容した燃料タンク、燃焼室からの排気ガスを排出する排
気通路に配置されたＣＨ4 とＣＯ2 の混合ガスを排気ガ
スの熱エネルギによって熱分解してＣＯとＨ2 から成る
改質燃料に変換させる触媒反応器、前記燃料タンクから
前記触媒反応器へ前記天然ガス燃料を供給するガス燃料
供給装置、前記排気ガスから分離したＣＯ2 を前記触媒
反応器へ送り込むＣＯ2 供給装置、及び前記燃焼室へ前
記改質燃料を供給する改質燃料供給装置、から成るガス
燃料改質装置を備えたガスエンジン。1. A CH 4 fuel tank containing a natural gas fuel as a main component, heat energy of CH 4 and a mixed gas exhaust of CO 2 exhaust gas arranged in an exhaust passage for discharging from the combustion chamber A catalytic reactor for thermally decomposing the fuel into a reformed fuel composed of CO and H 2 , a gas fuel supply device for supplying the natural gas fuel from the fuel tank to the catalytic reactor, and CO 2 separated from the exhaust gas the catalytic reactor CO 2 feeder for feeding to, and the supplies the reformed fuel reformed fuel supply device, a gas engine with a gas fuel reforming apparatus comprising a to the combustion chamber.
の排気ガス中のＣＯ2 を溶解する溶液を収容したＣＯ2
溶解装置、前記燃焼室から排出された高温の排気ガスが
流れる前記排気通路に配置され且つ前記ＣＯ2 溶解装置
でＣＯ2 を溶解した前記溶液を高温排気ガスによって加
熱してＣＯ2 を放出させる前記溶液を収容すると共に放
出されたＣＯ2 を前記触媒反応器に送り込むＣＯ2 送出
装置、及び前記ＣＯ2 溶解装置と前記ＣＯ2 送出装置と
の間を前記溶液を循環させる循環ポンプ、から構成され
ている請求項１に記載のガス燃料改質装置を備えたガス
エンジン。Wherein said CO 2 supply device, CO 2 solution containing a dissolving of CO 2 in the exhaust gas of the cooled low temperature
Dissolving device, wherein to release CO 2 is heated by the solution hot exhaust gas obtained by dissolving CO 2 in the discharged disposed in the exhaust passage through which exhaust gas flows of the high temperature and the CO 2 dissolving device from the combustion chamber A CO 2 delivery device for containing the solution and delivering the released CO 2 to the catalytic reactor, and a circulation pump for circulating the solution between the CO 2 dissolving device and the CO 2 delivery device. A gas engine comprising the gas fuel reformer according to claim 1.
のＣＯ2 を吸収する溶媒はβ−アミノエチルアルコール
であり、前記ＣＯ2 送出装置におけるＣＯ2を放出する
溶液はβ−オキシエチルアンモニウムである請求項２に
記載のガス燃料改質装置を備えたガスエンジン。3. A solvent that absorbs CO 2 in the exhaust gas in the CO 2 dissolving device is a β- aminoethyl alcohol, solutions of releasing CO 2 in the CO 2 delivery device is a β- oxyethyl ammonium A gas engine comprising the gas fuel reformer according to claim 2.
解する溶媒はジェタノールアミンである請求項２に記載
のガス燃料改質装置を備えたガスエンジン。4. The gas engine equipped with a gas fuel reformer according to claim 2, wherein the solvent for dissolving CO 2 in the CO 2 dissolving device is jetanolamine.
のＣＯ2 を溶媒に溶解させて溶液とし、前記排気ガス中
のＮ2 とＨ2 Ｏを大気に放出することから成る請求項１
に記載のガス燃料改質装置を備えたガスエンジン。Wherein said CO 2 dissolving device, the exhaust of CO 2 in the gas is dissolved in a solvent to form a solution, according to claim 1, of N 2 and of H 2 O in the exhaust gas consists of released into the atmosphere
A gas engine provided with the gas fuel reforming device according to 1.
流れる前記排気通路に配置されたＣＯ2 分離膜によって
前記排気ガス中から分離されたＣＯ2 を前記触媒反応器
に供給することから成る請求項１に記載のガス燃料改質
装置を備えたガスエンジン。Wherein said CO 2 supply device consists of supplying the CO 2 separated from in the exhaust gas by the CO 2 separation membrane that is disposed on an exhaust passage through which low-temperature exhaust gas to the catalytic reactor A gas engine comprising the gas fuel reformer according to claim 1.
分離膜は、ポリ四フッ化エチレン膜で構成するか、又は
エチレンジアミンを結合させてＣＯ2 の取込みをアップ
させたポリ四フッ化エチレン膜で構成されていることか
ら成る請求項６に記載のガス燃料改質装置を備えたガス
エンジン。Wherein said in the CO 2 supply device CO 2
Separation membrane, gas according to claim 6 consisting of be composed of polytetrafluoroethylene film or structure, or polytetrafluoroethylene film ethylenediamine by binding to up the uptake of CO 2 Gas engine with fuel reformer.
はＰｔが使用されていることから成る請求項１に記載の
ガス燃料改質装置を備えたガスエンジン。8. The gas engine provided with the gas fuel reformer according to claim 1, wherein the catalyst reactor uses Ni or Pt as a catalyst.
された熱交換器から成り、前記熱交換器は前記排気ガス
が流れる排気ガス通路と前記排気ガス通路の隔壁の内側
に組み込まれた前記触媒によって表面が被覆された多孔
質部材が収容されたガス燃料通路から構成されているこ
とから成る請求項１に記載のガス燃料改質装置を備えた
ガスエンジン。9. The catalyst reactor includes a heat exchanger disposed in the exhaust passage, and the heat exchanger is incorporated inside an exhaust gas passage through which the exhaust gas flows and a partition wall of the exhaust gas passage. The gas engine provided with a gas fuel reforming device according to claim 1, comprising a gas fuel passage accommodating a porous member whose surface is covered by the catalyst.
にはターボチャージャが設けられ、前記ターボチャージ
ャの後流の前記排気通路にはエネルギ回収タービンが設
けられ、前記エネルギ回収タービンの後流の前記排気通
路には蒸気を発生させる熱交換器が設けられている請求
項１に記載のガス燃料改質装置を備えたガスエンジン。10. A turbocharger is provided in the exhaust passage downstream of the catalytic reactor, an energy recovery turbine is provided in the exhaust passage downstream of the turbocharger, and a downstream of the energy recovery turbine. The gas engine provided with the gas fuel reformer according to claim 1, wherein a heat exchanger for generating steam is provided in the exhaust passage.
遮熱構造に構成されている請求項１に記載のガス燃料改
質装置を備えたガスエンジン。11. The gas engine provided with the gas fuel reformer according to claim 1, wherein the combustion chamber is formed in a heat shielding structure by a ceramic member.
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|---|---|---|---|
| JP13748497A JP3484921B2 (en) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | Gas engine with gas fuel reformer |
| US09/075,956 US6079373A (en) | 1997-05-13 | 1998-05-12 | Gas engine with a gas fuel reforming device |
| EP98303709A EP0878615A3 (en) | 1997-05-13 | 1998-05-12 | A gas engine with a gas fuel reforming device |
| CN98102138A CN1199133A (en) | 1997-05-13 | 1998-05-13 | Gas engine providing with gas fuel modifying device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10311253A true JPH10311253A (en) | 1998-11-24 |
| JP3484921B2 JP3484921B2 (en) | 2004-01-06 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3484921B2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010078436A (en) * | 2000-12-29 | 2001-08-21 | 임순자 | A fuel reduction device using plasma |
| JP2009533582A (en) * | 2006-03-24 | 2009-09-17 | スクデリ グループ リミテッド ライアビリティ カンパニー | Waste heat recovery system and method for split cycle engines |
| KR101152405B1 (en) * | 2009-11-04 | 2012-06-05 | 한국기계연구원 | Engine system having air compressor for reformer |
| JP2017008946A (en) * | 2011-10-24 | 2017-01-12 | サウジ アラビアン オイル カンパニー | Reduction of emission from movable pollution source due to carbon dioxide conversion mounted to fuel |
| JP2017115891A (en) * | 2011-01-20 | 2017-06-29 | サウジ アラビアン オイル カンパニー | Film separation process utilizing waste heat for on-vehicle recovery and storage of co2 from exhaust gas of vehicle internal combustion engine |
-
1997
- 1997-05-13 JP JP13748497A patent/JP3484921B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010078436A (en) * | 2000-12-29 | 2001-08-21 | 임순자 | A fuel reduction device using plasma |
| JP2009533582A (en) * | 2006-03-24 | 2009-09-17 | スクデリ グループ リミテッド ライアビリティ カンパニー | Waste heat recovery system and method for split cycle engines |
| KR101152405B1 (en) * | 2009-11-04 | 2012-06-05 | 한국기계연구원 | Engine system having air compressor for reformer |
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| JP2017008946A (en) * | 2011-10-24 | 2017-01-12 | サウジ アラビアン オイル カンパニー | Reduction of emission from movable pollution source due to carbon dioxide conversion mounted to fuel |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3484921B2 (en) | 2004-01-06 |
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