JPWO2017150600A1 - 燃料ガス供給装置および燃料ガス供給方法 - Google Patents

Abstract

重質炭化水素ガスを改質して高濃度のメタンガスを含有する燃料ガスを供給する技術を提供するため、脱硫装置２０にて脱硫された重質炭化水素ガスを改質触媒により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含有混合ガスを生成するガス生成部１１と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１２とを備えた改質装置１０と、改質装置１０に脱硫装置２０を介して重質炭化水素ガスを供給する供給路Ｌ１と、再合成部１２内にてガス生成部１１からの混合ガスと該供給路Ｌ１を通流する脱硫前の重質炭化水素ガスとの熱交換を行う熱交換部と、ガス生成部１１で生成した混合ガスの一部を該供給路Ｌ１に返送するリサイクル路Ｌ４と、再合成部１２から排出される燃料ガスを燃焼機器（ガスエンジンＧＥ）に供給する燃料ガス供給路Ｌ５と、を備えた。

Description

本発明は、ガスエンジン、ガスタービン等の燃焼機器に対して、重質炭化水素ガスを改質してなるメタンを主成分として含有する燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置および燃料ガス供給方法に関する。

従来、たとえばプロパン、ブタン等の重質炭化水素ガスを改質触媒により改質してメタンを主成分として含有する燃料ガスを得て、燃焼機器に対して供給する燃料ガス供給装置が知られている。このような燃料ガス供給装置では、重質炭化水素ガス供給路から改質装置に重質炭化水素ガスと水蒸気との混合ガスを供給し、供給された混合ガスを改質装置に充填される改質触媒によって改質し、得られたメタンを主成分として含有する燃料ガスを燃焼機器に対して供給するように構成される（たとえば特許文献１参照）。

米国特許７８６６１６１号明細書

ここで、生成した燃料ガスはメタンを主成分とするものであるが、下記改質反応自体が平衡反応であるため、ある程度の重質炭化水素ガスが燃料ガスに混入することは避け難い。重質炭化水素ガスが燃料ガスに混入すると、ガスエンジンはノッキングを起こしやすくなるため、できるだけ重質炭化水素ガスの混入量を最小限に抑えることが好ましい。また、生成した燃料ガスの熱量の安定化を図る上でも生成ガス中に含まれる水素や一酸化炭素の各成分についても、混入量を最小限に抑えることが好ましい。また、ガスタービン等の定常燃焼機器においても、燃料組成の変動は、リフトや逆火の原因となるため、同様に、重質炭化水素ガスの混入量を最小限に抑えることが好ましいといえる。そのため、特許文献１によると、改質装置に供給される重質炭化水素ガスを、生成した燃料ガスの保有する熱により予熱することにより、メタン化効率を高めつつ、クラッキングによる水素や一酸化炭素生成を抑制することが提案されている。

改質反応：
Ｃ_３Ｈ_８＋Ｈ_２Ｏ → ２ＣＨ_４＋ＣＯ＋Ｈ_２ ………（１）
ＣＯ＋３Ｈ_２→ ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ ………（２）

しかし、上述の（２）の反応は、（１）の反応よりも低温で平衡反応が右向きに進行するため、従来の改質装置によれば、水素や一酸化炭素が少なくかつメタンが多くなる所定の平衡温度に管理することで、水素含有率を低下させることができる。しかし、このようにすると、（１）の重質炭化水素ガスの分解反応自体の反応も抑制されるため、温度管理によるメタン化効率等の改善にも限界があり、より安定的にメタン濃度の高い燃料ガスを供給する技術が望まれている。

また、原料ガスとしての重質炭化水素ガスには、硫黄成分等の不純物が含まれていることが多い。改質触媒がこのような不純物により被毒すると改質反応効率の低下や、寿命の短縮につながる。そこで、不純物の除去も含めてメタン濃度の高い燃料ガスを供給する技術が望まれる。

したがって、本発明は、重質炭化水素ガスを改質して高濃度のメタンガスを含有する燃料ガスを供給する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の燃料ガス供給装置の特徴構成は、
燃焼機器に対して、重質炭化水素ガスを改質してなるメタンを主成分として含有する燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置であって、
重質炭化水素ガスを脱硫する脱硫装置と、
前記脱硫装置にて脱硫された重質炭化水素ガスを改質触媒により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ガス生成部と、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とを備えた改質装置と、
前記改質装置に、前記脱硫装置を介して重質炭化水素ガスを供給する重質炭化水素ガス供給路と、
前記再合成部内において、前記ガス生成部から供給される混合ガスと前記重質炭化水素ガス供給路を通流する、前記脱硫装置にて脱硫される前の重質炭化水素ガスとの熱交換を行う熱交換部と、
前記ガス生成部で生成した混合ガスの一部を、前記重質炭化水素ガス供給路に返送するリサイクル路と、
前記再合成部から排出される燃料ガスを前記ガスエンジンに供給する燃料ガス供給路と、
を備えた点にある。

なお、本発明における重質炭化水素ガスとしては、メタンに比べて分子量の大きなガス状の炭化水素を指し、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、を含むものとする。また、主成分という場合、主な有効成分の中で含有量の多い成分を指し、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。ただし、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。

上記構成によると、脱硫装置を備え、改質装置がガス生成部と再合成部とを備えるから、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分解する反応を積極的に促進させ、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、ガス生成部において前述の改質反応のうち、重質炭化水素ガスを分解する反応を積極的に促進させることにより、生成する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、生成したガスは反応熱により高温に達しており、生成ガス中に含まれる水素、一酸化炭素濃度はやや高くなる。ここで生成した水素、一酸化炭素は、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、一酸化炭素濃度は低下し、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、ガス生成部で積極的に分解反応を行い、重質炭化水素をより完全に分解することで、重質炭化水素の分解反応（先述の改質反応（１））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（先述の改質反応（２））して、さらにメタンを得るから、それぞれの反応条件を容易に最適化でき、より効率よくメタン濃度を高められる。

ここで、改質装置に供給される、重質炭化水素ガスは、後続の反応を高温で行う関係上、予熱されることが好ましい。また、ガス生成部での反応は再合成部における反応よりも高温で行われる。そこで、ガス生成部に供給される重質炭化水素ガスを脱硫する脱硫装置を設け、改質装置に対して脱硫装置にて脱硫された重質炭化水素ガスを供給する重質炭化水素ガス供給路と、再合成部に流通する混合ガスと重質炭化水素ガス供給路から供給される重質炭化水素ガスとの間で熱交換を行う熱交換部を設けることにより、改質装置に供給される脱硫装置にて脱硫される前の重質炭化水素ガスは再合成部の熱により予熱され、再合成部の混合ガスは、重質炭化水素ガスに放熱することにより再合成に適した温度に調整される。これにより効率の良い改質反応が進行する温度条件を簡便に実現することができる。

また、ガス生成部における分解反応を経て再合成部に供給される混合ガスは水素濃度の高いものになっている。一方、重質炭化水素ガスに含まれる硫黄成分は、脱硫装置において除去される。ここで、ガス生成部で生成した混合ガスの一部を、重質炭化水素ガス供給路に返送するリサイクル路を設けることにより、脱硫装置に供給される重質炭化水素ガスに、ガス生成部で生成した混合ガスを供給することができる。これにより、脱硫装置で硫黄成分を還元除去するのに必要となる水素ガスを、外部から調達することなしに、改質装置から調達できるようになり、脱硫装置を設けたとしても、水素ガスをリサイクル路により改質装置から供給する簡易な構成で行える。また、脱硫装置により、改質装置で行われる分解反応や改質反応に被毒しやすい改質触媒が用いられたとしても高い活性で長期にわたって利用することができる。

尚、再合成部によって得られた燃料ガスは、熱交換を完了した状態で最適な改質反応が完了した状態となっており、改質反応後に燃料ガスと重質炭化水素ガスとの熱交換を行う従来の例（特許文献１の例）に比べると、混合ガスを再合成して製品ガスとする際に余剰となる熱を重質炭化水素ガスの予熱に効率よく与えることができる。

このようにして得られた燃料ガスは、高濃度のメタンガスを含有するものとなり、燃料ガス供給路から燃焼機器に供給される。

上記構成は、より具体的には下記のように実現することができる。

すなわち、
前記改質装置が、前記ガス生成部を上部に備え且つ前記再合成部を下部に備える状態で一体形成され、
前記ガス生成部は、前記脱硫装置において脱硫された重質炭化水素ガスを受け入れて改質触媒による改質反応を行う断熱反応容器を備え、
前記再合成部が、前記断熱反応容器内と前記燃料ガス供給路とを連通し且つ内部に触媒を備えるチューブ状反応部と、前記チューブ状反応部を囲繞して形成される熱交換容器とを備え、前記熱交換部が、前記チューブ状反応部内を通流する混合ガスと、前記チューブ状反応部と前記熱交換容器との間の空間である前記重質炭化水素ガス供給路を通流する重質炭化水素ガスとが、熱交換を行う構成とすることができる。

上記構成によると、改質装置におけるガス生成部と再合成部との間で、重質炭化水素ガスを改質触媒により水蒸気改質してメタンに分解する分解反応を断熱反応容器にて行い、ガス生成部において生成した混合ガス中の水素や一酸化炭素を再合成部にて再合成してメタンを生成するとともに、燃料ガスに含まれる水素や一酸化炭素の濃度を低下させられる。このとき、再合成部は、チューブ状反応部と、熱交換容器とを備えて、ガス生成部から供給される混合ガスと重質炭化水素ガス供給路を通流する、脱硫装置にて脱硫される前の重質炭化水素ガスとの熱交換を行うから、供給される重質炭化水素ガスと生成した混合ガスと排出される燃料ガスとの成分組成、温度、圧力等の改質反応条件を容易に効率化でき、再合成部におけるチューブ状反応部と熱交換路との間で混合ガスと重質炭化水素ガスとの熱収支を効率化することができ、リサイクル路に供給される混合ガスの組成を、脱硫装置における脱硫反応に適したものとできるため、燃焼機器に供給される燃料ガスをより効率よく高濃度のメタンガスを含有するものとできるよう容易に最適化することができる。

また、前記チューブ状反応部が、前記断熱反応容器内と前記燃料ガス供給路とを上下方向に連通し、前記熱交換部において、前記チューブ状反応部内を通流する混合ガスが下方向に通流し、前記チューブ状反応部と前記熱交換容器との間の空間である前記重質炭化水素ガス供給路内を通流する重質炭化水素ガスが上方向に通流して、対向流となる状態で熱交換を行う構成とすることができる。

上記構成によると、チューブ状反応部内を通流する混合ガスと、重質炭化水素ガスとが、対向流となる状態で熱交換を行うことにより、効率の良い熱交換を図ることができる。

また、前記リサイクル路が、一端側が前記ガス生成部の下端部に接続され、他端側が前記重質炭化水素ガス供給路における前記改質装置の上流側に接続される構成とすることができる。

上記構成によると、ガス生成部で生成した混合ガスを、改質装置の上流側に返送する構成であるから、混合ガスと重質炭化水素ガスとの混合を十分に図ったうえで、改質装置に混合ガスと重質炭化水素ガスとを供給することができる。

また、前記重質炭化水素ガス供給路において前記改質装置に供給される前の重質炭化水素ガスを、前記燃焼機器の排ガスにより予熱する予熱部を備えてもよい。

燃焼機器では、得られた燃料ガスにより動力を得るとともに、排熱を生成する。予熱部を備えれば、この排熱を有効に利用して、改質装置に供給される前の重質炭化水素ガスを予熱して、より反応効率高く改質反応を行うことができ、全体として熱効率高く燃料ガスを供給できる燃料ガス供給装置とすることができる。

また、上記目的を達成するための本発明の燃料ガス供給方法の特徴構成は、
燃焼機器に対して、重質炭化水素ガスを改質してなるメタンを主成分として含有する燃料ガスを供給する燃料ガス供給方法であって、
上記燃料ガス供給装置において、Ｓ／Ｃ（水蒸気／炭素比）値が０．４以上１．０以下で３００℃以上４５０℃以下の重質炭化水素ガスを前記ガス生成部に供給して、当該ガス生成部内において４５０℃を超えて５２０℃以下の混合ガスを得るとともに、前記再合成部にて２５０℃以上３００℃以下の燃料ガスを得る点にある。

ガス生成部では、Ｓ／Ｃ値が、０．４〜１．０で３００℃〜４５０℃にて、改質反応の（１）が進行し、発熱する。これにより得られる混合ガスは４５０℃を超えて５２０℃以下に達する状態で、水素を１０％程度含有するものとなっている。なお、Ｓ／Ｃ値は、低すぎると原料ガスの熱分解に基づきカーボンが析出しやすくなるため０．７以上がより好ましく、高すぎると、改質ガス中のメタン濃度が下がり、エンジンの燃焼に悪影響を及ぼす虞があるため１．０以下が好ましい。さらに好ましくは、０．８以上〜０．９以下である。したがってここで得られた混合ガスは脱硫装置の硫黄成分還元用の脱硫ガスとして用いることができ、効率よく脱硫反応が行える。また、得られた混合ガスは、再合成部において改質反応の（２）の反応に供することができる。再合成部では、混合ガス中に含まれる水素を一酸化炭素や二酸化炭素と反応させてメタンガスを再合成することにより、メタン濃度が高く、水素濃度の低い品質の高い燃料ガスに変換することができる。

したがって、重質炭化水素ガスを改質して高濃度のメタンガスを含有する燃料ガスを供給できるようになった。

燃料ガス供給装置のフロー図 別実施例に記載の燃料ガス供給装置のフロー図

以下に、本発明の実施形態にかかる燃料ガス供給装置を説明する。尚、以下に好適な実施形態を記すが、これら実施形態はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。

〔燃料ガス供給装置〕
燃料ガス供給装置は、図１に示すように、燃焼機器の一例としてのガスエンジンＧＥに対して、重質炭化水素ガスを改質してなるメタンを主成分として含有する燃料ガスを供給するために、重質炭化水素ガスの分解反応を行い、メタンを含有する混合ガスを生成するガス生成部１１と、前記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とを備えた改質装置１０を備える。また、改質装置１０のガス生成部１１に供給される重質炭化水素ガスを脱硫する脱硫装置２０を備える。

また、燃料ガス供給装置は、改質装置１０に、脱硫装置２０を介して重質炭化水素ガスを供給する重質炭化水素ガス供給路Ｌ１と、再合成部１２内において、ガス生成部１１から供給される混合ガスと重質炭化水素ガス供給路Ｌ１を通流する、脱硫装置２０にて脱硫される前の重質炭化水素ガスとの熱交換を行う熱交換部と、ガス生成部１１で生成した混合ガスの一部を、重質炭化水素ガス供給路Ｌ１に返送するリサイクル路Ｌ４と、再合成部１２から排出される燃料ガスをガスエンジンＧＥに供給する燃料ガス供給路Ｌ５と、を備える。なお、燃料ガス供給路Ｌ５には、再合成部１２から排出された燃料ガスを冷却して凝縮水を除去する冷却部４０を設けてある。

〔改質装置〕
改質装置１０は、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。
ガス生成部１１は、脱硫装置２０において脱硫された重質炭化水素ガスを受け入れて改質触媒による改質反応を行う断熱反応容器１１Ａを備えている。つまり、断熱反応容器１１Ａの内部には、改質触媒が充填されており、所定の温度、圧力に管理され、重質炭化水素ガスとしての液化石油ガス（主成分プロパン、以下ＬＰＧと称する場合がある）と水蒸気とによる改質反応により、メタンを主成分とする混合ガスを生成できるようになっている。
ガス生成部１１の断熱反応容器１１Ａの上流端部１０ａ（上部）には、重質炭化水素ガス供給路Ｌ１が接続され、後述するように、水蒸気が添加されるとともに、脱硫装置２０にて脱硫された重質炭化水素ガスが重質炭化水素ガス供給路Ｌ１を介して断熱反応容器１１Ａの上流端部１０ａ（上部）から当該断熱反応容器１１Ａ内に供給されるように構成されている。

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、ガス生成部１１の下流端部１０ｂ付近には、ガス生成部１１内で生成した混合ガスの一部を側方から取り出し、重質炭化水素ガス供給路Ｌ１に設けられた混合ガス添加部３０に導くリサイクル路Ｌ４を接続して設けてある。つまり、リサイクル路Ｌ４が、一端側がガス生成部１１の下流端部１０ｂ（下端部）に接続され、他端側が重質炭化水素ガス供給路Ｌ１における改質装置１０の上流側（後述する水蒸気供給部５０と、予熱部６０との間）に接続される。

ガス生成部１１で得られた混合ガスは、改質装置１０においてガス生成部１１の下部に形成された再合成部１２に案内される。
再合成部１２は、断熱反応容器１１Ａ内と燃料ガス供給路Ｌ５とを上下方向に連通し且つ内部に触媒充填部を備える多数のチューブ状反応部１１ａと、チューブ状反応部１１ａを囲繞して形成される熱交換容器１１ｂとを備える。従って、ガス生成部１１で形成された混合ガスは、断熱反応容器１１Ａ内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、熱交換容器１１ｂ内の下端部で集合した後、当該熱交換容器１１ｂの下端部に形成された最下流端部１０ｃを介して、燃料ガス供給路Ｌ５に排出される構成となっている。

また、再合成部１２内においては、チューブ状反応部１１ａと熱交換容器１１ｂとの間には、空間が形成される。また、隣接するチューブ状反応部１１ａ同士の隣接間にも、空間が形成される。これら空間は、熱交換容器１１ｂ内で相互に連通するように構成されている。即ち、これら空間は、再合成部１２内において、各チューブ状反応部１１ａの周囲を囲繞する状態で、熱交換容器１１ｂ内の略下端部から上端部に至る領域に形成されることとなる。なお、これら空間は、断熱反応容器１１Ａ内とは連通しないように構成されている。

そして、熱交換容器１１ｂは、重質炭化水素ガス供給路Ｌ１を通流し脱硫装置２０にて脱硫される前の重質炭化水素ガス（水蒸気含有）を、熱交換容器１１ｂの側方且つ下端部から受け入れて、上記空間の下端部から上端部へと上方向に通流させ、熱交換容器１１ｂの側方且つ上端部から重質炭化水素ガス供給路Ｌ１に排出して、脱硫装置２０に供給するように構成されている。

これにより、チューブ状反応部１１ａ内を下方向に通流する比較的高温の混合ガスと、上記空間内を上方向に通流する比較的低温の重質炭化水素ガスとを、相互に対向流とする状態で熱交換を行う構成とすることができる。つまり、上記空間は、熱交換路Ｌ２として機能する。なお、重質炭化水素ガスを改質装置１０に供給する重質炭化水素ガス供給路Ｌ１の機能を考慮すると、熱交換路Ｌ２は、当該重質炭化水素ガス供給路Ｌ１の一部として機能する。
よって、熱交換部は、チューブ状反応部１１ａ内を通流する混合ガスと、チューブ状反応部１１ａと熱交換容器１１ｂとの間の空間である重質炭化水素ガス供給路Ｌ１を通流する重質炭化水素ガスとが、熱交換を行う構成となる。つまり、熱交換容器１１ｂが熱交換部として機能する。

なお、再合成部１２の触媒充填部には、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。

一方、重質炭化水素ガス供給路Ｌ１における改質装置１０の上流側には、上流側から順に、重質炭化水素ガスをガスエンジンＧＥからの高温の排ガスにより予熱する予熱部６０と、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重質炭化水素ガスに、さらに水蒸気を混合する水蒸気供給部５０とを備える。

〔脱硫装置〕
改質装置１０の再合成部１２内における熱交換路Ｌ２の上端側から排出された水蒸気を含む重質炭化水素ガスは、脱硫装置２０に流通させられる。なお、熱交換路Ｌ２から排出されて脱硫装置２０に流入するまでの重質炭化水素ガス供給路Ｌ１を、脱流路Ｌ３と呼ぶこともある。脱硫装置２０は、脱硫触媒を充填した脱硫反応容器からなり、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重質炭化水素ガスは、重質炭化水素ガス供給路Ｌ１を介してガス生成部１１に導入される。

上記構成により、重質炭化水素ガス供給路Ｌ１において、重質炭化水素ガスは、予熱部６０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た状態で、再合成部１２内の熱交換路Ｌ２を下端側から上端側に向かって上方向に通流する。この際、熱交換路Ｌ２を通流する重質炭化水素ガスは、チューブ状反応部１１ａから熱を受け、予熱された状態で再合成部１２の上部から脱硫路Ｌ３に排出される。そして、脱硫装置２０にて脱硫された後、改質装置１０のガス生成部１１の最上流側（上流端部１０ａ）からガス生成部１１内に流入する。
これにより、ガス生成部において前述の改質反応のうち、重質炭化水素ガスを分解する反応を積極的に促進させることにより、生成する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、生成ガス中に含まれる水素、一酸化炭素濃度はやや高くなる。

また、改質装置１０のガス生成部１１に流入し、重質炭化水素ガスが分解された混合ガスは、再合成部１２の各チューブ式反応部１１ａ内を上端側から下端側に向かって下方向に通流する。この際、熱交換路Ｌ２を通流する混合ガスは、熱交換路Ｌ２を通流する比較的低温の重質炭化水素ガスに熱を与え、自身は冷却される。そして、当該混合ガスに含まれる一酸化炭素及び水素が、当該チューブ式反応部１１ａ内の触媒によりメタンの再合成が進行する。その後、メタンの再合成が進行し混合ガスは燃料ガスとなり、再合成部１２から燃料ガス供給路Ｌ５に排出されて、冷却部４０にて冷却された後、ガスエンジンＧＥに供給される。
これにより、ガス生成部１１にて生成した水素、一酸化炭素は、再合成部１２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、一酸化炭素濃度は低下し、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、ガス生成部１１で積極的に分解反応を行い、重質炭化水素をより完全に分解することで、重質炭化水素の分解反応（先述の改質反応（１））を進め、再合成部１２にて生成した水素と一酸化炭素とを再合成（先述の改質反応（２））して、さらにメタンを得るから、それぞれの反応条件を容易に最適化でき、より効率よくメタン濃度を高められる。
よって、供給される重質炭化水素ガスと生成した混合ガスと排出される燃料ガスとの成分組成、温度、圧力等の改質反応条件を容易に効率化でき、再合成部１２におけるチューブ状反応部１１ａと熱交換路Ｌ２との間で混合ガスと重質炭化水素ガスとの熱収支を効率化することができ、リサイクル路Ｌ４に供給される混合ガスの組成を、脱硫装置２０における脱硫反応に適したものとできるため、燃焼機器に供給される燃料ガスをより効率よく高濃度のメタンガスを含有するものとできるよう容易に最適化することができる。

〔燃料ガス供給方法〕
上記構成の燃料ガス供給装置では、ガス生成部１１に熱交換路Ｌ２及び脱硫路Ｌ３を経た重質炭化水素ガスをＳ／Ｃ（水蒸気／炭素比）値が０．４以上０．８以下で３００℃以上４５０℃以下にて供給する。これにより、ガス生成部１１においては改質触媒による改質反応が進行し、４５０℃を超えて５２０℃以下の混合ガスが得られる。この混合ガスの組成は重質炭化水素ガスをほとんど含まないメタンを主成分とするもので、水素を約１０％含むものとなる。この混合ガスの一部はリサイクル路Ｌ４に案内され、脱硫反応に用いられるとともに残余は再合成部１２にて２５０℃以上〜３００℃以下で再合成反応を進行しメタンを主成分とする燃料ガスを得ることができる。

〔実施例〕
上記改質装置１０のガス生成部１１に、０．９０ＭＰａＧの原料ガス（ＬＰＧ＋Ｈ２Ｏ＋Ｈ２）を３７０℃にて供給し、ガス生成部１１の終端（下端）にて得られる混合ガスの組成を調べた（リサイクルガスを冷却して凝縮水を除去した後の組成（表中括弧書き）も併せて調べた）。また、そのリサイクルガスを再合成部１２に流通させ、再合成部１２の終端にて得られる燃料ガスの組成を調べた。
その結果、各ガス組成は表１のようになっていた。
なお、ここでは、改質装置１０において、内径約４４０ｍｍで全長約１５００ｍｍのガス生成部１１にニッケルやルテニウム等の貴金属触媒をアルミナ等の担体に担持したる改質触媒を充填した状態で、原料ガスを９．５Ｎｍ３／ｍｉｎで流通させている。また、得られた混合ガスは上記と同等の触媒を充填した内径約２０ｍｍで全長約６００ｍｍのチューブ状反応部１４０本に分かれて流入し、熱交換路Ｌ２に流通される冷却用ガス（比較的低温の重質炭化水素ガス）により再合成部１２の出口が２７８℃に維持される状態で反応が行われている。

表１より、燃料ガス供給装置によると、ＬＰＧ等の重質炭化水素ガスを効率よく改質し、ＬＰＧ成分や水素をほとんど含まない良質な燃料ガスを簡便に製造しうることが明らかになった。

〔別実施例〕
再合成部１２の構成について、再合成反応にて反応熱が高く、熱が余るような場合、図２に示すように、再合成部１２の下流側（下部側）に廃熱回収型熱交換部をさらに設けて、混合ガスの再合成部１２の出口温度が好適に維持されるように構成するとともに、さらに熱利用効率を高めることができる。なお、この場合、重質炭化水素ガス供給路Ｌ１は、再合成部１２の下端側の側方に接続され、排熱回収型熱交換部には熱交換路Ｌ２が配置されない状態となる。

また、水蒸気供給部５０から供給される水蒸気量は、重質炭化水素ガス供給路Ｌ１に供給される重質炭化水素ガスの組成に応じて供給量を制御され、Ｓ／Ｃ比が適切な値になるように調整される。具体的には、供給されるガスの熱伝導率を基にガス組成を推定する原理で機能するカロリーメータ（アズビル社製）を用い、その出力に応じて水蒸気供給部５０から供給される水蒸気量を調整する制御部を設けて構成することができる。

また、燃料ガス供給装置の大きさ、形状は、図示あるいは具体的寸法等の記載のあるものに限定されるものではなく、用いられる触媒についても、例示されたものに限られるものではない。また、燃料ガス供給装置の温度・圧力等の運転条件についても、燃料ガス供給装置の大きさ、形状、用いられる触媒等に応じて種々変更設定されるものであるから、上記記載によって限定されるものではない。

本発明は、たとえば船舶に搭載され、様々な動力を出力すべき燃焼機器に対する、燃料ガス供給装置として利用することができる。

１０ ：改質装置
１１ ：ガス生成部
１１ａ ：チューブ状反応部
１１ｂ ：熱交換容器
１１Ａ ：断熱反応容器
１２ ：再合成部（熱交換部）
２０ ：脱硫装置
６０ ：予熱部
ＧＥ ：ガスエンジン
Ｌ１ ：重質炭化水素ガス供給路
Ｌ２ ：熱交換路
Ｌ３ ：脱硫路
Ｌ４ ：リサイクル路
Ｌ５ ：燃料ガス供給路

Claims (6)

1. 燃焼機器に対して、重質炭化水素ガスを改質してなるメタンを主成分として含有する燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置であって、
   重質炭化水素ガスを脱硫する脱硫装置と、
   前記脱硫装置にて脱硫された重質炭化水素ガスを改質触媒により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ガス生成部と、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とを備えた改質装置と、
   前記改質装置に、前記脱硫装置を介して重質炭化水素ガスを供給する重質炭化水素ガス供給路と、
   前記再合成部内において、前記ガス生成部から供給される混合ガスと前記重質炭化水素ガス供給路を通流する、前記脱硫装置にて脱硫される前の重質炭化水素ガスとの熱交換を行う熱交換部と、
   前記ガス生成部で生成した混合ガスの一部を、前記重質炭化水素ガス供給路に返送するリサイクル路と、
   前記再合成部から排出される燃料ガスを前記燃焼機器に供給する燃料ガス供給路と、
   を備えた燃料ガス供給装置。
2. 前記改質装置が、前記ガス生成部を上部に備え且つ前記再合成部を下部に備える状態で一体形成され、
   前記ガス生成部は、前記脱硫装置において脱硫された重質炭化水素ガスを受け入れて改質触媒による改質反応を行う断熱反応容器を備え、
   前記再合成部が、前記断熱反応容器内と前記燃料ガス供給路とを連通し且つ内部に触媒を備えるチューブ状反応部と、前記チューブ状反応部を囲繞して形成される熱交換容器とを備え、前記熱交換部が、前記チューブ状反応部内を通流する混合ガスと、前記チューブ状反応部と前記熱交換容器との間の空間である前記重質炭化水素ガス供給路を通流する重質炭化水素ガスとが、熱交換を行う構成である請求項１に記載の燃料ガス供給装置。
3. 前記チューブ状反応部が、前記断熱反応容器内と前記燃料ガス供給路とを上下方向に連通し、前記熱交換部において、前記チューブ状反応部内を通流する混合ガスが下方向に通流し、前記チューブ状反応部と前記熱交換容器との間の空間である前記重質炭化水素ガス供給路内を通流する重質炭化水素ガスが上方向に通流して、対向流となる状態で熱交換を行う構成である請求項２に記載の燃料ガス供給装置。
4. 前記リサイクル路が、一端側が前記ガス生成部の下端部に接続され、他端側が前記重質炭化水素ガス供給路における前記改質装置の上流側に接続される請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料ガス供給装置。
5. 前記重質炭化水素ガス供給路において前記改質装置に供給される前の重質炭化水素ガスを、前記燃焼機器の排ガスにより予熱する予熱部を備えた請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料ガス供給装置。
6. 燃焼機器に対して、重質炭化水素ガスを改質してなるメタンを主成分として含有する燃料ガスを供給する燃料ガス供給方法であって、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の燃料ガス供給装置において、Ｓ／Ｃ（水蒸気／炭素比）値が０．４以上１．０以下で３００℃以上４５０℃以下の重質炭化水素ガスを前記ガス生成部に供給して、当該ガス生成部内において４５０℃を超えて５２０℃以下の混合ガスを得るとともに、前記再合成部にて２５０℃以上３００℃以下の燃料ガスを得る燃料ガス供給方法。

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