JP3484931B2 - Gas engine with natural gas reformer - Google Patents
Gas engine with natural gas reformerInfo
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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天然ガス改質装置を備え
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 equipped with a natural gas reforming device for reforming a gas fuel such as natural gas as a fuel with the heat energy of exhaust gas to improve thermal efficiency.
【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,コージェネレーションシステムとして開発が進
められている。コージェネレーションシステムは,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,該
温水を給湯用として利用している。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6−1088
65号公報,特開平6−101495号公報に開示され
たものがある。2. Description of the Related Art Conventionally, a gas engine using natural gas as a main fuel has been developed as a cogeneration system. In a cogeneration system, power is taken out by a generator as electric energy, heat of exhaust gas energy is heated by a heat exchanger to make hot water, and the hot water is used for hot water supply. Conventionally, as an engine using natural gas as fuel, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-1088
65 and Japanese Patent Laid-Open No. 6-101495.
【0003】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E
GR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,蒸気発生装
置で水を蒸気に変換し,該蒸気で蒸気タービンを駆動し
て電気エネルギとして回収する。The cogeneration type gas engine disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-108865 lowers the temperature of exhaust gas through a turbocharger, an energy recovery device and a steam generator, and cools the exhaust gas to a low temperature.
It is used for GR to reduce NO X , exhaust gas from a heat shield type gas engine drives a turbocharger, and exhaust gas from the turbocharger drives an energy recovery device equipped with a generator. The cogeneration 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 the steam turbine with the steam to recover electric energy. To do.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】天然ガスを燃料とする
ガスエンジンでは,燃焼室をセラミックス等の材料で遮
熱構造に構成すると,空気の圧縮温度が天然ガスの自己
着火温度以上に上昇するので,点火装置が不要になり,
また,空気を導入する主室の他に,燃料を導入する副室
を設け,主室と副室との間に制御弁を設け,ディーゼル
サイクルによる作動によって高い効率のコージェネレー
ション用のエンジンを提供することができる。ガスエン
ジンの排気ガスは,燃焼室を遮熱構造に構成した場合
に,850℃以上の高温になる。高温の排気ガスから熱
エネルギを回収して,エンジンの熱効率を向上させるこ
とができる。In a gas engine using natural gas as a fuel, if the combustion chamber is constructed with a heat shield structure made of a material such as ceramics, the compression temperature of air rises above the self-ignition temperature of natural gas. , No need for ignition device,
In addition to the main chamber that introduces air, a sub chamber that introduces fuel is provided, and a control valve is provided between the main chamber and the sub chamber to provide a highly efficient engine for cogeneration by a diesel cycle operation. can do. The exhaust gas of a gas engine becomes a high temperature of 850 ° C. or higher when the combustion chamber has a heat shield structure. The thermal energy of the engine can be improved by recovering heat energy from the hot exhaust gas.
【0005】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CH4 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。また,CH4 をCO
2 の存在のもとで触媒を介して熱分解させると,CH4
はCO(一酸化炭素)とH2 (水素)に変換されるが,
COとH2 の合計の発熱量は,CH4 の発熱量以上のも
の,即ち,1.38倍になる。そこで,遮熱型ガスエン
ジンの高温の排気ガスの熱エネルギを,CH4の熱分解
に利用して天然ガスを改質燃料に改質することによっ
て,改質燃料の発熱を増加させ,エンジンの熱効率を向
上させ,省資源にすると共に,CO2 の排出を抑制する
ことができる。By the way, it is known that the main component of natural gas is methane CH 4 . CH 4 of fuel is
Since it has a large calorific value and is abundant in nature, it is expected as a future alternative fuel for oil. In addition, CH 4 is CO
When pyrolyzed via a catalyst in the presence of 2 , CH 4
Is converted to CO (carbon monoxide) and H 2 (hydrogen),
The total calorific value of CO and H 2 is greater than that of CH 4 , that is, 1.38 times. Therefore, the heat energy of the high-temperature exhaust gas of the heat shielded gas engine is utilized for the thermal decomposition of CH 4 to reform the natural gas into the reformed fuel, thereby increasing the heat generation of the reformed fuel, It is possible to improve thermal efficiency, save resources, and suppress CO 2 emission.
【0006】[0006]
【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,天然ガスの主成分のCH
4 ガスを改質するため,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,その時のCO2 をエンジンが排出する
排気ガスから分離膜を通じて確保し,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
の放出を低減すると共に,NOX の発生を低減した天然
ガス改質装置を備えたガスエンジンを提供することであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and the main component of natural gas is CH.
4 for modifying the gas, by utilizing the heat energy of the exhaust gas by mixing CO 2 with the aid of a catalyst modified in the CO and H 2 in CH 4, the CO 2 at that time the engine discharged exhaust It secures the gas from the gas through a separation membrane to improve the thermal efficiency and to utilize the CO 2 in the exhaust gas for reforming the CO 2
While reducing the emission, it is to provide a gas engine with a natural gas reforming device that reduces the occurrence of NO X.
【0007】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,前記燃料タンクから供給
されるCH4 を燃焼室から排出される排気ガスによって
熱分解して改質燃料に変換させる排気通路に配置された
触媒反応器,前記改質燃料を前記燃焼室へ供給する改質
燃料供給装置,前記触媒反応器の後流の前記排気通路に
設けられたターボチャージャ,前記ターボチャージャの
後流の前記排気通路に設けられた第1段熱交換器,前記
第1段熱交換器で発生した蒸気によって駆動される蒸気
タービン,前記蒸気タービンから排出される水蒸気を水
に変換するコンデンサ,前記第1段熱交換器の後流の前
記排気通路に設けられ且つ前記コンデンサから送り出さ
れる水を蒸気に変換して該蒸気を前記第1段熱交換器に
供給する第2段熱交換器,及び前記第2段熱交換器の後
流の前記排気通路に設けられたCO2 分離膜によって前
記排気ガスからCO2 を分離し且つ前記CO2 を前記触
媒反応器に供給するCO2 供給装置,から成る天然ガス
改質装置を備えたガスエンジンに関する。[0007] The present invention, a fuel tank containing a natural gas fuel mainly composed of CH 4, the reforming fuel by thermal decomposition by the exhaust gas discharged from the combustion chamber CH 4 supplied from the fuel tank A catalytic reactor arranged in an exhaust passage for conversion, a reformed fuel supply device for supplying the reformed fuel to the combustion chamber, a turbocharger provided in the exhaust passage downstream of the catalytic reactor, the turbocharger First-stage heat exchanger provided in the exhaust passage of the downstream flow, a steam turbine driven by steam generated in the first-stage heat exchanger, and a condenser for converting steam discharged from the steam turbine into water A second stage heat exchanger provided in the exhaust passage downstream of the first stage heat exchanger and converting water sent from the condenser into steam and supplying the steam to the first stage heat exchanger. Exchanger, and the CO 2 supply the said from the exhaust gas to separate CO 2 and CO 2 by the CO 2 separation membrane provided in the exhaust passage of the flow after the second stage heat exchanger to the catalytic reactor The present invention relates to a gas engine equipped with a natural gas reforming device including a supply device.
【0008】前記CO2 分離膜は,アルミナ,シリカ,
ゼオライト系の多孔質セラミックスから成る無機分離膜
で構成されている。前記CO2 分離膜は,セラミックス
に細かいオープン孔を形成した多孔体の膜から構成し,
例えば,CO2 の分子径がN2 やO2 の分子径より小さ
いことを利用し,分子ふるい効果を利用して排気ガス中
からCO2 を分離することができ,使用温度が350℃
と高いため,本発明には有効に適用できる。The CO 2 separation membrane is made of alumina, silica,
It is composed of an inorganic separation membrane made of zeolite-based porous ceramics. The CO 2 separation membrane is composed of a porous membrane in which fine open holes are formed in ceramics,
For example, by utilizing the fact that the molecular diameter of CO 2 is smaller than that of N 2 or O 2 , CO 2 can be separated from the exhaust gas by utilizing the molecular sieving effect, and the operating temperature is 350 ° C.
Therefore, it can be effectively applied to the present invention.
【0009】前記触媒反応器は,熱交換作用を持つ触媒
装置によって構成され,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
れたガス燃料通路とから構成されている。また,前記触
媒反応器は,触媒としてNi又はPtを使用してCH4
とCO2 とを反応させてCOとH2 に熱分解する。The catalytic reactor is composed of a catalyst device having a heat exchange action, and has a surface coated with an exhaust gas passage through which the exhaust gas flows and the catalyst incorporated inside a partition wall of the exhaust gas passage. The gas fuel passage accommodates the porous member. In addition, the catalytic reactor uses Ni or Pt as a catalyst to generate CH 4
And CO 2 are reacted to thermally decompose CO and H 2 .
【0010】また,CH4 の熱分解に寄与しなかったC
O2 は,前記燃焼室へ改質燃料と共に供給される。前記
燃焼室には,CH4 ,CO,H2 ,CO2 の混合ガスが
前記燃焼室の副室に導入されるため,制御弁が開放して
前記副室の混合ガスが,前記燃焼室の主室の圧縮空気と
混合して燃焼する時,CO2 が存在することによるNO
X の発生が抑制され,NOX の発生を100ppm以下
に抑えることができる。C which did not contribute to the thermal decomposition of CH 4
O 2 is supplied to the combustion chamber together with the reformed fuel. Since the mixed gas of CH 4 , CO, H 2 , and CO 2 is introduced into the sub chamber of the combustion chamber, the control valve is opened and the mixed gas of the sub chamber is fed to the combustion chamber. When mixed with compressed air in the main chamber and burned, NO due to the presence of CO 2
Generation of X is suppressed, and generation of NO X can be suppressed to 100 ppm or less.
【0011】前記第1段熱交換器は,第1ケーシング内
に配置された前記第2段熱交換器で加熱された前記蒸気
が流れる多孔質セラミック部材が配置された蒸気通路
と,前記蒸気通路内に配置され且つ多孔質セラミック部
材が配置された前記排気ガスが流れる排気ガス通路とか
ら構成されている。The first-stage heat exchanger includes a steam passage in which a porous ceramic member in which the steam heated by the second-stage heat exchanger arranged in the first casing flows is disposed, and the steam passage. And an exhaust gas passage, through which the exhaust gas flows, in which a porous ceramic member is arranged.
【0012】前記第2段熱交換器は,前記第1ケーシン
グに隣接して設けられた第2ケーシング内に配置され且
つ蒸気が流れる多孔質セラミック部材が配置された水を
貯留できる水・蒸気通路と,前記水・蒸気通路の周りに
配置され且つ前記第1段熱交換器からの前記排気ガスが
流れる多孔質セラミック部材が配置された排気ガス通路
とから構成されている。The second-stage heat exchanger is arranged in a second casing provided adjacent to the first casing, and a porous ceramic member through which steam flows is arranged. And an exhaust gas passage arranged around the water / steam passage and in which a porous ceramic member through which the exhaust gas from the first stage heat exchanger flows is arranged.
【0013】前記第1段熱交換器の上流側の前記排気通
路には,前記触媒反応器からの改質燃料を噴射する燃料
ノズルが設けられている。A fuel nozzle for injecting the reformed fuel from the catalytic reactor is provided in the exhaust passage on the upstream side of the first stage heat exchanger.
【0014】また,前記第1段熱交換器の上流側の前記
排気通路には,前記触媒反応器からの改質燃料の一部を
噴射する燃料ノズルが設けられているので,前記燃料ノ
ズルから噴射された少量の燃料が排気ガス中に含まれる
O2 で燃焼し,発熱して前記第1段熱交換器へ送りこま
れるので,排気ガスのエンタルピが増加し,前記蒸気タ
ービンの効率を向上させることができる。Further, since a fuel nozzle for injecting a part of the reformed fuel from the catalytic reactor is provided in the exhaust passage on the upstream side of the first stage heat exchanger, A small amount of injected fuel burns with O 2 contained in the exhaust gas and generates heat and is sent to the first stage heat exchanger, so the enthalpy of the exhaust gas increases and the efficiency of the steam turbine is improved. be able to.
【0015】更に,この天然ガス改質装置を備えたガス
エンジンは,前記燃焼室が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 natural gas reforming device, the combustion chamber is constructed in a heat shield structure by a ceramic member. That is, by forming the wall surface of the combustion chamber from a ceramic member and forming a heat shield layer on the outer side thereof, the combustion chamber can be configured as 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 and CO With the help of a catalyst, the mixed gas with 2 is thermally decomposed and converted into CO and H 2 , which can improve the thermal efficiency.
【0016】この天然ガス改質装置を備えたガスエンジ
ンは,上記の構成において,前記燃焼室をセラミック部
材によって遮熱構造に構成すると,前記燃焼室から排出
される排気ガスの温度は,例えば,前記触媒反応器では
900℃〜800℃程度であってCH4 の熱分解に十分
に寄与でき,次いで,前記ターボチャージャで回収され
て150℃程度低下し,次いで,前記第1段熱交換器で
回収されて200℃℃程度低下し,最後に前記第2段熱
交換器で回収されて200℃程度低下する。従って,前
記CO2 分離装置には,排気ガス温度を350℃〜25
0℃程度にまで低下させた排気ガスを供給することにな
り,前記CO2 分離装置において排気ガスからCO2 を
良好に分離させることができる。即ち,前記CO2 分離
膜は,セラミック多孔体であるので耐熱性に富み,しか
も300℃程度で最も活性化して排気ガスからCO2 が
良好に分離される。In the gas engine equipped with this natural gas reforming apparatus, if the combustion chamber has a heat shield structure with a ceramic member in the above structure, the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber is, for example, In the catalytic reactor, the temperature is about 900 ° C to 800 ° C, which can sufficiently contribute to the thermal decomposition of CH 4 , and is then recovered by the turbocharger to be lowered by about 150 ° C. Then, in the first stage heat exchanger. It is recovered and lowered by about 200 ° C., and finally recovered by the second stage heat exchanger and lowered by about 200 ° C. Accordingly, the exhaust gas temperature of the CO 2 separation device is 350 ° C to 25 ° C.
The exhaust gas reduced to about 0 ° C. is supplied, and CO 2 can be satisfactorily separated from the exhaust gas in the CO 2 separation device. That is, since the CO 2 separation membrane is a ceramic porous body, it has excellent heat resistance, and is most activated at about 300 ° C., so that CO 2 can be separated from the exhaust gas well.
【0017】また,前記第1段熱交換器と前記第2段熱
交換器とによって発生した高温蒸気は,蒸気タービンを
駆動するので,従来のようにガスタービンから成るエネ
ルギ回収装置を設けたものに比較し,前記第1段熱交換
器への入口圧力をガスタービンのように上昇させる必要
がない。即ち,ガスタービンの入口圧力の上昇は,その
まま,往復運動型エンジンの排気行程における背圧を上
げることになり,大きな損失を発生させる。Further, since the high-temperature steam generated by the first-stage heat exchanger and the second-stage heat exchanger drives the steam turbine, an energy recovery device comprising a gas turbine as in the conventional case is provided. Compared with the above, it is not necessary to raise the inlet pressure to the first stage heat exchanger as in the gas turbine. That is, the rise in the inlet pressure of the gas turbine directly increases the back pressure in the exhaust stroke of the reciprocating engine, which causes a large loss.
【0018】この天然ガス改質装置を備えたガスエンジ
ンは,上記のように,蒸気タービンを用いることによっ
て,背圧を上昇させずに,排気ガスエネルギで高圧蒸気
を発生させて,電気エネルギに変換するので,熱効率を
向上させることができる。更に,蒸気タービンは,ラジ
アルタービンに構成すると,軸流タービンに比較して小
型に,低コストに構成することができる。As described above, the gas engine equipped with this natural gas reforming apparatus uses the steam turbine to generate high-pressure steam with the exhaust gas energy without raising the back pressure, and to generate electric energy. Since it is converted, the thermal efficiency can be improved. Furthermore, if the steam turbine is a radial turbine, it can be made smaller and less expensive than an axial flow turbine.
【0019】この天然ガス改質装置を備えたガスエンジ
ンは,上記のように構成したので,天然ガスの主成分の
CH4 にCO2 を混合して触媒の助けによって排気ガス
の熱エネルギで熱分解させ,改質燃料COとH2 に変換
させるので,発熱量を約3.8割程度アップさせること
ができ,エンジンの熱効率を向上させることができる。
上記分解反応は,NiやPt等の触媒上にCH4 とCO
2 の混合ガスを通し,約800℃以上に加熱すると,熱
分解が発生する反応であり,CO2 は一酸化炭素へ分解
し,CH4 はCOとH2 に分解する。また,燃焼室を遮
熱構造に構成することによって,燃焼室からの排気ガス
は高温状態となり,排気ガス温度800℃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。Since the gas engine equipped with this natural gas reforming apparatus is constructed as described above, CO 2 is mixed with CH 4 which is the main component of natural gas, and the heat energy of the exhaust gas is converted into heat by the aid of the catalyst. Since it is decomposed and converted into reformed fuels CO and H 2 , the heat generation amount can be increased by about 38%, and the thermal efficiency of the engine can be improved.
The above decomposition reaction is performed by CH 4 and CO on a catalyst such as Ni or Pt.
This is a reaction in which thermal decomposition occurs when a mixed gas of 2 is passed and heated to about 800 ° C. or higher, CO 2 is decomposed into carbon monoxide, and CH 4 is decomposed into CO and H 2 . Also, by configuring the combustion chamber with a heat shield structure, the exhaust gas from the combustion chamber will be in a high temperature state, and the exhaust gas temperature will be 800 ° C or higher,
The thermal decomposition reaction can be smoothly achieved.
【0020】この天然ガス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,ディーゼルサ
イクルによるガスエンジンでの熱効率を42%とする
と,発電機を備えたターボチャージャにより熱効率が約
8%向上し,蒸気タービンにより熱効率が約5%向上
し,更に,CH4 をCOとH2 に熱分解することにより
発熱量が1.38倍となるので,CH4 の熱分解率を5
0%とすると,ガスエンジン全体で65.5%の熱効率
を期待できる。Since the gas engine equipped with this natural gas reforming apparatus is constructed as described above, if the thermal efficiency of the gas engine by the diesel cycle is 42%, the thermal efficiency will be improved by the turbocharger equipped with the generator. Approximately 8% improvement, thermal efficiency is improved by about 5% by steam turbine, and the heat generation amount is 1.38 times by thermally decomposing CH 4 into CO and H 2 , so the thermal decomposition rate of CH 4 is 5
At 0%, a thermal efficiency of 65.5% can be expected for the entire gas engine.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下,図面を参照して,この発明
による天然ガス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はこの発明による天然ガス改質装置を
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発電機を備えたターボ
チャージャを示す説明図,及び図3は図1のガスエンジ
ンに組み込まれた蒸気タービンを示す説明図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a gas engine having a natural gas reforming apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a gas engine equipped with a natural gas reforming apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing a turbocharger equipped with a generator incorporated in the gas engine of FIG. 1, and FIG. 3 is an explanatory view showing a steam turbine incorporated in the gas engine of FIG.
【0022】この天然ガス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し,例えば,コージ
ェネレーションシステムに適用できる単気筒又は多気筒
エンジンであり,燃焼室がシリンダに形成された主室1
Aと,主室1Aに連絡口を通じて連通するシリンダヘッ
ド30に形成した副室1Bとから副室式ガスエンジンに
構成されている。ガスエンジン1は,燃焼室の主室1A
からの排気ガスを排出するため排気マニホルド39と,
吸気通路10を通じて主室1Aへ吸気を供給するため吸
気マニホルド40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40を通じて各気筒の主室
1Aへ供給され,また,各主室1Aからの排気ガスは排
気マニホルド39によって集合して排気通路8へ排出さ
れる。また,副室1Bへ供給される天然ガスを改質した
改質燃料は,燃料加圧ポンプ13の作動によって改質燃
料供給路9を通じて燃焼室の各副室1Bへ供給される。A gas engine equipped with this natural gas reforming apparatus is a single-cylinder or multi-cylinder engine that uses a gas body such as natural gas as a fuel and can be applied to a cogeneration system. A combustion chamber is formed in the cylinder. Main room 1
A sub-chamber gas engine is composed of A and a sub-chamber 1B formed in a cylinder head 30 communicating with the main chamber 1A through a communication port. The gas engine 1 is the main chamber 1A of the combustion chamber.
An exhaust manifold 39 for exhausting exhaust gas from the
An intake manifold 40 is provided to supply intake air to the main chamber 1A through the intake passage 10. The intake air from the intake passage 10 is supplied to the main chamber 1A of each cylinder through the intake manifold 40, and the exhaust gas from each main chamber 1A is collected by the exhaust manifold 39 and discharged to the exhaust passage 8. Further, the reformed fuel obtained by reforming the natural gas supplied to the sub-chamber 1B is supplied to each sub-chamber 1B of the combustion chamber through the reformed fuel supply passage 9 by the operation of the fuel pressurizing pump 13.
【0023】この実施例では,ガスエンジン1における
燃焼室の主室1Aと副室1Bは,セラミック部材,遮熱
層等によって遮熱構造に構成されている。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30に形成
された副室1Bを備えており,副室1Bは制御弁31に
よる連絡口の開放によって主室1Aに連通するように構
成されている。主室1Aには,ターボチャージャ3のコ
ンプレッサ16からの圧縮空気が吸気通路10を通じて
供給され,また,副室1Bには,燃料弁32が設けら
れ,燃料弁32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。In this embodiment, the main chamber 1A and the sub chamber 1B of the combustion chamber of the gas engine 1 are constructed as a heat shield structure by a ceramic member, a heat shield layer and the like. The gas engine 1 includes a sub chamber 1B formed in a cylinder head 30 to which reformed fuel is supplied, and the sub chamber 1B is configured to communicate with the main chamber 1A by opening a communication port by a control valve 31. ing. Compressed air from the compressor 16 of the turbocharger 3 is supplied to the main chamber 1A through the intake passage 10, and a fuel valve 32 is provided in the sub chamber 1B, which is modified by opening the fuel supply port by the fuel valve 32. The reformed fuel is supplied from the quality fuel supply passage 9 to the sub chamber 1B.
【0024】ガスエンジン1は,特に,天然ガス改質装
置を備えており,主室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天然ガスのCH4
をCO2 の存在によって改質燃料に変換する触媒反応器
2が排気通路8に設けられている。触媒反応器2の後流
の排気通路8には,排気ガスで駆動されるターボチャー
ジャ3が設けられている。ガスエンジン1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11,
改質燃料を燃焼室の副室1Bへ供給する改質燃料供給装
置を構成する燃料加圧ポンプ13,ターボチャージャ3
の後流の排気通路8Aに設けられた第1段熱交換器4,
第1段熱交換器4で発生した蒸気によって駆動される蒸
気タービン5,第1段熱交換器4の後流の排気通路8B
に設けられ且つ蒸気タービン5から排出される流体(低
温蒸気と水)を蒸気に変換して該蒸気を第1段熱交換器
4に供給する第2段熱交換器6,及び第2段熱交換器6
の後流の排気通路8Cに設けられ且つ排気ガスからCO
2 を分離するCO2 分離膜37と分離されたCO2 を触
媒反応器2に供給する供給ポンプ38とから成るCO2
供給装置7を有している。The gas engine 1 is particularly equipped with a natural gas reforming device, and CH 4 of natural gas is generated by the heat energy of the exhaust gas discharged from the main chamber 1A through the exhaust passage 8.
An exhaust passage 8 is provided with a catalytic reactor 2 that converts CO 2 into reformed fuel in the presence of CO 2 . A turbocharger 3 driven by exhaust gas is provided in an exhaust passage 8 downstream of the catalytic reactor 2. The gas engine 1 includes a fuel tank 11 containing a natural gas fuel containing CH 4 as a main component,
A fuel pressurizing pump 13 and a turbocharger 3 which constitute a reformed fuel supply device for supplying the reformed fuel to the sub chamber 1B of the combustion chamber.
The first stage heat exchanger 4, which is provided in the exhaust passage 8A in the downstream of
Steam turbine 5 driven by steam generated in the first-stage heat exchanger 4, exhaust passage 8B in the wake of the first-stage heat exchanger 4
The second stage heat exchanger 6, which supplies the first stage heat exchanger 4 with the fluid (low temperature steam and water) which is provided in the steam turbine 5 and is discharged from the steam turbine 5 to the first stage heat exchanger 4, and the second stage heat. Exchanger 6
Is provided in the exhaust passage 8C downstream of the exhaust gas and CO
The CO 2 separated and CO 2 separation membrane 37 which separates the 2 consisting supply pump 38 for supplying the catalytic reactor 2 CO 2
It has a supply device 7.
【0025】ガスエンジン1では,CO2 供給装置7か
ら大気に放出される排気ガスは,CO2 が少なくN2 ガ
ス等であるので,環境悪化となる大気汚染になることが
ない。触媒反応器2は,触媒としてNi又はPtを使用
してCH4 とCO2 とを反応させてCOとH2 に熱分解
することから構成されている。触媒反応器2は,排気マ
ニホルド39の集合部に配置されており,燃焼室の主室
1Aから排出される排気ガスは,約900℃〜約800
℃程度の高温状態であるので,CH4 の熱分解による改
質には十分に高温である。触媒反応器2は,熱交換作用
を持つ触媒装置によって構成され,排気ガスが流れる排
気ガス通路と,該排気ガス通路の隔壁の内側にNi又は
Ptの触媒33が被覆された多孔質部材が収容されたガ
ス燃料通路とから構成され,一種の気相−気相熱交換器
を構成するものである。触媒反応器2は,排気通路8に
配置され,例えば,排気ガスが流れる排気ガス通路と排
気ガス通路の隔壁の内側に組み込まれた触媒33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 1, since the exhaust gas discharged from the CO 2 supply device 7 to the atmosphere is a small amount of CO 2 and is N 2 gas or the like, it does not become air pollution that causes environmental deterioration. The catalytic reactor 2 is constituted by reacting CH 4 and CO 2 by using Ni or Pt as a catalyst and thermally decomposing into CO and H 2 . The catalytic reactor 2 is arranged in the collecting portion of the exhaust manifold 39, and the exhaust gas discharged from the main chamber 1A of the combustion chamber is about 900 ° C to about 800 ° C.
Since it is in a high temperature state of about ℃, it is sufficiently high temperature for reforming by thermal decomposition of CH 4 . The catalytic reactor 2 is composed of a catalyst device having a heat exchange action, and accommodates an exhaust gas passage through which exhaust gas flows and a porous member coated with a Ni or Pt catalyst 33 inside a partition wall of the exhaust gas passage. It is composed of a gas fuel passage that is formed into a gas phase-gas phase heat exchanger. The catalytic reactor 2 is disposed in the exhaust passage 8 and contains, for example, an exhaust gas passage through which exhaust gas flows and a gas containing a porous member whose surface is covered with a catalyst 33 installed inside a partition wall of the exhaust gas passage. It is composed of a body fuel passage.
【0026】主室1Aからの高温の排気ガスが触媒反応
器2の排気ガス通路を流れることによって,NiやPt
の触媒33が充填されているガス体燃料通路が加熱され
る。そこで,約800℃以上の高温にされたガス体燃料
通路を流れるCH4 とCO2との混合ガスが触媒33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,燃料加圧ポ
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40からそれぞれの気筒の副室1Bへ供給される。The hot exhaust gas from the main chamber 1A flows through the exhaust gas passage of the catalytic reactor 2 to generate Ni and Pt.
The gas body fuel passage filled with the catalyst 33 is heated. Then, the mixed gas of CH 4 and CO 2 flowing in the gas fuel passage heated to a high temperature of about 800 ° C. or higher comes into contact with the catalyst 33, CH 4 is thermally decomposed into CO and H 2 , and CO 2 becomes CO 2.
It is thermally decomposed into CO and converted into reformed fuel of H 2 .
Next, the reformed fuel obtained by converting the natural gas is supplied from the intake manifold 40 to the sub chamber 1B of each cylinder by the fuel pressurizing pump 13 through the reformed fuel supply passage 9.
【0027】ガスエンジン1における燃焼室の主室1A
と副室1Bは,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,主室1Aから排気マニホル
ド39を通じて排出される排気ガスは約900℃〜80
0℃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,第1段
熱交換器4及び第2段熱交換器6によって回収するよう
に構成されている。Main chamber 1A of combustion chamber in gas engine 1
The sub-chamber 1B and the sub-chamber 1B have a heat-shielding structure composed of a ceramic member and a heat-shielding layer, so that the exhaust gas discharged from the main chamber 1A through the exhaust manifold 39 is about 900 ° C to 80 ° C.
It is a high temperature gas of 0 ° C. Therefore, in the gas engine 1,
After the heat energy of the exhaust gas is subjected to thermal decomposition in the catalytic reactor 2, the heat energy is recovered by the turbocharger 3, the first stage heat exchanger 4 and the second stage heat exchanger 6. There is.
【0028】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15,タービ
ン15にシャフト18によって連結され且つタービン1
5によって駆動されるコンプレッサ16,及びシャフト
18に対して設けた交流機即ち発電機17から構成され
ている。コンプレッサ16は,タービン15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40からそれぞれの
気筒の主室1Aへ供給する。発電機17は,タービン1
5の回転力を電力として取り出して排気ガスエネルギを
電気エネルギとして回収することができる。The turbocharger 3 is, as shown in FIG. 2, a turbine 15 driven by exhaust gas, a turbine 15 connected to the turbine 15 and a turbine 1.
It is composed of a compressor 16 driven by a motor 5, and an alternator or generator 17 provided for a shaft 18. The compressor 16 is driven by the turbine 15 to pressurize air into compressed air and supply the compressed air from the intake manifold 40 to the main chamber 1A of each cylinder through the intake passage 10. The generator 17 is the turbine 1
The rotational force of 5 can be taken out as electric power and the exhaust gas energy can be recovered as electric energy.
【0029】第1段熱交換器4は,第1ケーシング内に
配置された第2段熱交換器6で加熱された蒸気が流れる
多孔質セラミック部材が配置された蒸気通路35と,蒸
気通路35に配置された排気ガスが流れる多孔質セラミ
ック部材が配置された排気ガス通路28とから構成され
ている。また,第2段熱交換器6は,第1ケーシングに
隣接して設けられた第2ケーシング内に配置され且つ蒸
気が流れる多孔質セラミック部材が配置された水を貯留
できる水・蒸気通路36と,水・蒸気通路36の周りに
配置され且つ第1段熱交換器4からの排気ガスが流れる
多孔質セラミック部材が配置された排気ガス通路29と
から構成されている。The first-stage heat exchanger 4 includes a steam passage 35 in which a porous ceramic member through which steam heated by the second-stage heat exchanger 6 arranged in the first casing flows, and a steam passage 35. And an exhaust gas passage 28 in which a porous ceramic member through which exhaust gas flows is arranged. The second-stage heat exchanger 6 has a water / steam passage 36 for storing water, which is arranged in a second casing provided adjacent to the first casing and in which a porous ceramic member through which steam flows is arranged. , An exhaust gas passage 29 which is arranged around the water / steam passage 36 and in which a porous ceramic member through which the exhaust gas from the first stage heat exchanger 4 flows is arranged.
【0030】また,ターボチャージャ3の後流で且つ第
1段熱交換器4の上流側の排気通路8Aには,触媒反応
器2からの改質燃料を噴射する燃料ノズル24が設けら
れている。燃料ノズル24への改質燃料は,触媒反応器
2から補助燃料供給路23を通じて供給される。A fuel nozzle 24 for injecting the reformed fuel from the catalytic reactor 2 is provided in the exhaust passage 8A downstream of the turbocharger 3 and upstream of the first stage heat exchanger 4. . The reformed fuel to the fuel nozzle 24 is supplied from the catalytic reactor 2 through the auxiliary fuel supply passage 23.
【0031】蒸気タービン5は,図3に示すように,第
1段熱交換器4で発生した蒸気によって駆動されるター
ビン19,及びシャフト21に対して設けられた発電機
20から構成されている。従って,蒸気エネルギはター
ビン19を駆動し,その回転力は発電機20によって電
力として回収される。排気通路8Bに設けられた第2段
熱交換器6は,気相−液相熱交換器であり,排気ガスエ
ネルギによって蒸気を発生させ,該蒸気は蒸気通路41
を通じて第1段熱交換器4へ送り込まれる。蒸気タービ
ン5を駆動した蒸気は,低温蒸気(水分含有蒸気)との
流体になって流体通路27を通ってコンデンサ14へ放
出され,コンデンサ14で高温水となって水ポンプ12
によって水通路26を通じて第2段熱交換器6へ再び送
り込まれる。また,第2段熱交換器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(例えば,200℃程度)となってCO2 供給装
置7へ送り込まれる。As shown in FIG. 3, the steam turbine 5 is composed of a turbine 19 driven by steam generated in the first stage heat exchanger 4 and a generator 20 provided on a shaft 21. . Therefore, the steam energy drives the turbine 19, and the rotational force thereof is recovered by the generator 20 as electric power. The second stage heat exchanger 6 provided in the exhaust passage 8B is a gas-liquid phase heat exchanger and generates steam by the exhaust gas energy, and the steam is generated by the steam passage 41.
Through the first stage heat exchanger 4. The steam that has driven the steam turbine 5 becomes a fluid with the low temperature steam (moisture containing water) and is discharged to the condenser 14 through the fluid passage 27.
Is again fed to the second stage heat exchanger 6 through the water passage 26. Further, the exhaust gas that has passed through the second stage heat exchanger 6 is sent to the CO 2 supply device 7 as a low temperature exhaust gas (for example, about 200 ° C.) in which most of the heat energy is recovered.
【0032】CO2 供給装置7は,例えば,低温排気ガ
スが流れる排気通路8Cに配置された複数のロッド状の
CO2 分離膜37を収容したCO2 供給装置7から構成
されている。排気通路8CからCO2 供給装置7に送り
込まれた排気ガスは,CO2分離膜37を通過したCO
2 が排気ガス中から分離され,CO2 分離膜37を通過
できないN2 ,O2 ,H2 O等はCO2 分離膜37を迂
回して排気通路へ排出され,分離されたCO2 はCO2
供給ポンプ38の作動によってCO2 供給通路22を通
じて触媒反応器2に供給される。CO2 供給装置7に収
容されたCO2分離膜37は,アルミナ,シリカ,ゼオ
ライト系の多孔質セラミックスから成る無機分離膜で構
成されているセラミック多孔体であり,一種の濾過膜で
あり,分子径の大きいN2 やO2 ,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CO2 吸引供給ポンプ38の作動によ
ってCO2 供給通路22を通って触媒反応器2へ送り込
むことができる。The CO 2 supply unit 7 is composed of, for example, a CO 2 supply unit 7 containing a plurality of rod-shaped CO 2 separation membranes 37 arranged in the exhaust passage 8C through which the low-temperature exhaust gas flows. The exhaust gas sent from the exhaust passage 8C to the CO 2 supply device 7 passes through the CO 2 separation membrane 37
2 is separated from the exhaust gas, N 2 which can not pass through the CO 2 separation membrane 37, O 2, H 2 O or the like is discharged by bypassing the CO 2 separation membrane 37 to the exhaust passage, the separated CO 2 is CO 2
It is supplied to the catalytic reactor 2 through the CO 2 supply passage 22 by the operation of the supply pump 38. CO 2 supply device 7 CO 2 separation membrane 37 accommodated in the alumina, silica, a ceramic porous body is composed of an inorganic separation membrane made of a porous ceramic zeolitic a type filtration membrane, molecular can not be passed through the large N 2 and O 2, H 2 O in diameter (water vapor), passed through a small CO 2 molecular diameters, CO 2 supply passage the CO 2 by the operation of the CO 2 suction supply pump 38 It can be fed through 22 to the catalytic reactor 2.
【0033】CO2 供給装置7において,CO2 分離膜
37を通過できなかったN2 ,H2Oガス(水蒸気)
は,排気通路8Dから大気へ排出される。排気通路8D
には,例えば,圧力調整弁42が設けられており,圧力
調整弁42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 供給装置7におけるCO2 分離膜37
を通じてCO2 吸引供給ポンプ38によって取り込まれ
るCO2 の取込み量が調整されている。In the CO 2 supply device 7, N 2 and H 2 O gas (water vapor) that could not pass through the CO 2 separation membrane 37
Is discharged to the atmosphere through the exhaust passage 8D. Exhaust passage 8D
The, for example, a pressure regulating valve 42 is provided, the pressure of the exhaust gas discharged into the atmosphere is adjusted by the pressure regulating valve 42, CO 2 separation membrane 37 in the CO 2 supply device 7
The amount of CO 2 taken in by the CO 2 suction supply pump 38 is adjusted.
【0034】この天然ガス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,次のように作動する。The gas engine equipped with this natural gas reforming apparatus is constructed as described above and operates as follows.
【0035】制御弁31が閉鎖した状態で,吸気弁(図
示せず)の開放によってターボチャージャ3のコンプレ
ッサ16からの空気が吸気通路10を通じて吸気マニホ
ルド40から主室1Aに供給される。主室1Aの空気は
制御弁31の閉鎖状態で圧縮行程において圧縮される。
一方,天然ガス燃料が燃料タンク11から天然ガス供給
通路34を通じて触媒反応器2へ供給され,天然ガスが
改質燃料に変換されると共に,制御弁31が閉鎖した状
態で燃料弁32が開放し,燃料加圧ポンプ13が作動
し,触媒反応器2から改質燃料が改質燃料供給路9を通
じて副室1Bに供給される。圧縮行程上死点近傍で制御
弁31が開放し,主室1Aの圧縮空気が副室1Bに流入
し,改質燃料が圧縮空気と混合して着火燃焼し,膨張行
程に移行してピストン43に仕事をする。With the control valve 31 closed, air from the compressor 16 of the turbocharger 3 is supplied from the intake manifold 40 to the main chamber 1A through the intake passage 10 by opening an intake valve (not shown). The air in the main chamber 1A is compressed in the compression stroke with the control valve 31 closed.
Meanwhile, the natural gas fuel is supplied from the fuel tank 11 to the catalytic reactor 2 through the natural gas supply passage 34, the natural gas is converted into the reformed fuel, and the fuel valve 32 is opened with the control valve 31 closed. The fuel pressurizing pump 13 operates, and the reforming fuel is supplied from the catalytic reactor 2 to the sub chamber 1B through the reforming fuel supply passage 9. The control valve 31 is opened near the top dead center of the compression stroke, the compressed air in the main chamber 1A flows into the sub chamber 1B, the reformed fuel is mixed with the compressed air and ignited and burned, and the piston 43 is moved to the expansion stroke. To work.
【0036】排気行程において,主室1Aと副室1Bの
排気ガスが排気通路8を通じて排出される。高温の排気
ガスは触媒反応器2を通る際に,その熱エネルギによっ
て天然ガスを改質燃料に変換し,次いで,ターボチャー
ジャ3へ送り出される。ターボチャージャ3では,ター
ビン15を駆動し,その回転力は発電機17で電気エネ
ルギに変換されると共に,コンプレッサ16を駆動す
る。発電機17で得られた電力は,バッテリに蓄電され
たり,補機を駆動するのに消費される。また,コンプレ
ッサ16は空気を吸気通路10を通じて燃焼室へ供給す
る機能を果たす。ターボチャージャ3のタービン15を
通過して排気ガスは排気通路8Aと通じて第1段熱交換
器4へ送り込まれる。In the exhaust stroke, the exhaust gas from the main chamber 1A and the sub chamber 1B is exhausted through the exhaust passage 8. When the hot exhaust gas passes through the catalytic reactor 2, it converts natural gas into reformed fuel by its thermal energy, and then is sent to the turbocharger 3. In the turbocharger 3, the turbine 15 is driven, and the rotational force thereof is converted into electric energy by the generator 17 and also drives the compressor 16. The electric power obtained by the generator 17 is stored in a battery or consumed to drive an auxiliary machine. The compressor 16 also has a function of supplying air to the combustion chamber through the intake passage 10. The exhaust gas passes through the turbine 15 of the turbocharger 3 and is sent to the first stage heat exchanger 4 through the exhaust passage 8A.
【0037】排気通路8Aには燃料ノズル24が設けら
れており,燃料ノズル24は,触媒反応器2から補助燃
料供給路23を通じて送り込まれた改質燃料の一部を排
気通路8Aに噴射する。排気通路8Aを流れる排気ガス
には多量のO2 が含まれているので,燃料ノズル24か
ら噴射された改質燃料は着火燃焼し,排気ガスのエンタ
ルピを増加させる。第1段熱交換器4へ送り込まれた排
気ガスは,排気ガス通路28を通過し,次いで,排気ガ
ス8Bを通じて第2段熱交換器6へ送り込まれる。排気
ガスは,排気ガス通路28を通過する際に,第2段熱交
換器6から蒸気通路41を通って蒸気通路35に送り込
まれた蒸気と熱交換して高温に加熱する。A fuel nozzle 24 is provided in the exhaust passage 8A, and the fuel nozzle 24 injects a part of the reformed fuel fed from the catalytic reactor 2 through the auxiliary fuel supply passage 23 into the exhaust passage 8A. Since the exhaust gas flowing through the exhaust passage 8A contains a large amount of O 2 , the reformed fuel injected from the fuel nozzle 24 is ignited and burned to increase the enthalpy of the exhaust gas. The exhaust gas sent to the first stage heat exchanger 4 passes through the exhaust gas passage 28, and then is sent to the second stage heat exchanger 6 through the exhaust gas 8B. When passing through the exhaust gas passage 28, the exhaust gas exchanges heat with the steam sent from the second stage heat exchanger 6 through the steam passage 41 to the steam passage 35 to heat to a high temperature.
【0038】第1段熱交換器4で高温に加熱された蒸気
は,高温蒸気通路25を通って蒸気タービン5へ送り込
まれ,タービン19を駆動する。タービン19の駆動に
よって発電機20が発電する。発電機20が発電された
電力は,バッテリに蓄電されたり,補機を駆動するのに
消費される。高温蒸気は蒸気タービン5を駆動した後,
低温蒸気や水から成る流体に変換され,該流体は流体通
路27を通じてコンデンサ14へ送られて水になり,そ
の水は水ポンプ12の駆動によって水通路26を通じて
第2段熱交換器6の水・蒸気通路36へ送り込まれる。The steam heated to a high temperature in the first stage heat exchanger 4 is sent to the steam turbine 5 through the high temperature steam passage 25 and drives the turbine 19. The generator 20 generates electricity by driving the turbine 19. The electric power generated by the generator 20 is stored in a battery or consumed to drive an auxiliary machine. After the high temperature steam drives the steam turbine 5,
It is converted into a fluid consisting of low-temperature steam or water, which fluid is sent to the condenser 14 through the fluid passage 27 to become water, and the water is driven by the water pump 12 to pass through the water passage 26 to the water of the second stage heat exchanger 6. -It is sent to the steam passage 36.
【0039】第1段熱交換器4から第2段熱交換器6へ
送り込まれた排気ガスは,第2段熱交換器6の排気ガス
通路29を通じて排気通路8Cへ送り出される。排気ガ
スは,排気ガス通路29を通過する際,水・蒸気通路3
6を通る水を熱交換によって蒸気に変換する。排気通路
8Cへ送り出された排気ガスは,触媒反応器2,ターボ
チャージャ3,第1段熱交換器4及び第2段熱交換器6
によって熱エネルギが回収されており,例えば,200
℃程度にまで温度低下しているので,CO2 供給装置7
に送り出してもCO2 分離膜37を損傷することがな
い。CO2 供給装置7に送り込まれた排気ガスは,CO
2 分離膜37を通過することによって,排気ガスからC
O2 が分離される。分離されたCO2 は,CO2 吸引供
給ポンプ38の作動によってCO2 供給装置7からCO
2 供給通路22を通って触媒反応器2へ送り込まれる。
CO2 分離膜37を通過することによりCO2 が分離さ
れ,CO2 が分離された排気ガスは,CO2 の含有量を
低減されたN2 ,H2 O等から成り,排気通路8Dから
大気へ放出される。The exhaust gas sent from the first stage heat exchanger 4 to the second stage heat exchanger 6 is sent to the exhaust passage 8C through the exhaust gas passage 29 of the second stage heat exchanger 6. When the exhaust gas passes through the exhaust gas passage 29, the water / steam passage 3
The water passing through 6 is converted to steam by heat exchange. The exhaust gas sent to the exhaust passage 8C is used as a catalyst reactor 2, a turbocharger 3, a first stage heat exchanger 4 and a second stage heat exchanger 6.
Heat energy is recovered by, for example, 200
Since the temperature has dropped to around ℃, CO 2 supply device 7
The CO 2 separation membrane 37 will not be damaged even if it is sent to the air. The exhaust gas sent to the CO 2 supply device 7 is CO
2 By passing through the separation membrane 37, C
O 2 is separated. The separated CO 2 is separated from the CO 2 supply device 7 by the operation of the CO 2 suction supply pump 38.
2 It is sent to the catalytic reactor 2 through the supply passage 22.
CO 2 is separated by passing through the CO 2 separation membrane 37, the exhaust gas from which CO 2 has been separated is made N 2, H 2 O or the like which is reducing the content of CO 2, air from the exhaust passage 8D Is released to.
【0040】[0040]
【発明の効果】この発明による天然ガス改質装置を備え
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,排気ガスから分離さ
れた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900〜800℃の高温状態で熱分
解し,CH4 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,C
O2 が排除されているので,N2 やH2 Oガスであり,
排気ガスが大気汚染の原因になることがなく,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,第1段熱交換器及び第2段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第1段熱交換器及び
第2段熱交換器で蒸気を発生させ,該蒸気で蒸気タービ
ンを駆動し,該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。Since the gas engine equipped with the natural gas reforming apparatus according to the present invention is configured as described above,
CH 4 , which is the main component of natural gas, is mixed with CO 2 separated from exhaust gas, and the mixed gas is passed through a catalyst to be thermally decomposed at a high temperature of about 900 to 800 ° C. by the heat energy of exhaust gas, It converts the CH 4 into CO and H 2 to increase the heating value. The exhaust gas emitted from the gas engine to the atmosphere is C
Since O 2 is excluded, it is N 2 or H 2 O gas,
Exhaust gas does not cause air pollution and does not deteriorate the environment. The heat energy of the exhaust gas is CH 4
After it contributes to the thermal decomposition of the gas, it is recovered by the turbocharger, the first-stage heat exchanger, and the second-stage heat exchanger provided in the exhaust passage. That is, the gas engine drives the turbocharger by the heat energy of the exhaust gas, and the exhaust gas exhausted from the turbine of the turbocharger generates steam in the first-stage heat exchanger and the second-stage heat exchanger, The steam turbine can be driven by steam, and the steam turbine can be driven to be recovered as electric power by the generator.
【図1】この発明による天然ガス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 view showing an embodiment of a gas engine equipped with a natural gas reforming apparatus according to the present invention.
【図2】図1のガスエンジンに組み込まれた発電機を備
えたターボチャージャを示す説明図である。2 is an explanatory diagram showing a turbocharger including a generator incorporated in the gas engine of FIG. 1. FIG.
【図3】図1のガスエンジンに組み込まれた蒸気タービ
ンを示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a steam turbine incorporated in the gas engine of FIG. 1.
1 ガスエンジン 1A 主室 1B 副室 2 触媒反応器 3 ターボチャージャ 4 第1段熱交換器 5 蒸気タービン 6 第2段熱交換器 7 CO2 供給装置 8,8A,8B,8C,8D,8E 排気通路 11 燃料タンク 24 燃料ノズル 28,29 排気ガス通路 35 蒸気通路 36 水・蒸気通路 37 CO2 分離膜 38 CO2 供給ポンプ1 Gas Engine 1A Main Chamber 1B Sub-chamber 2 Catalytic Reactor 3 Turbocharger 4 First Stage Heat Exchanger 5 Steam Turbine 6 Second Stage Heat Exchanger 7 CO 2 Supply Device 8, 8A, 8B, 8C, 8D, 8E Exhaust Passage 11 Fuel tank 24 Fuel nozzles 28, 29 Exhaust gas passage 35 Steam passage 36 Water / steam passage 37 CO 2 separation membrane 38 CO 2 supply pump
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02B 37/00 302 F02M 27/02 E F02M 27/02 C10L 3/00 Z (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02M 21/02 C10L 3/00 F01K 23/10 F01N 5/02 F01N 5/04 F02B 37/00 302 F02M 27/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI F02B 37/00 302 F02M 27/02 E F02M 27/02 C10L 3/00 Z (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) F02M 21/02 C10L 3/00 F01K 23/10 F01N 5/02 F01N 5/04 F02B 37/00 302 F02M 27/02
Claims (8)
容した燃料タンク,前記燃料タンクから供給されるCH
4 を燃焼室から排出される排気ガスによって熱分解して
改質燃料に変換させる排気通路に配置された触媒反応
器,前記改質燃料を前記燃焼室へ供給する改質燃料供給
装置,前記触媒反応器の後流の前記排気通路に設けられ
たターボチャージャ,前記ターボチャージャの後流の前
記排気通路に設けられた第1段熱交換器,前記第1段熱
交換器で発生した蒸気によって駆動される蒸気タービ
ン,前記蒸気タービンから排出される水蒸気を水に変換
するコンデンサ,前記第1段熱交換器の後流の前記排気
通路に設けられ且つ前記コンデンサから送り出される水
を蒸気に変換して該蒸気を前記第1段熱交換器に供給す
る第2段熱交換器,及び前記第2段熱交換器の後流の前
記排気通路に設けられたCO2 分離膜によって前記排気
ガスからCO2 を分離し且つ前記CO2 を前記触媒反応
器に供給するCO2 供給装置,から成る天然ガス改質装
置を備えたガスエンジン。1. A fuel tank containing a natural gas fuel containing CH 4 as a main component, and CH supplied from the fuel tank.
A catalytic reactor arranged in an exhaust passage for thermally decomposing 4 by the exhaust gas discharged from the combustion chamber and converting it into reformed fuel, a reformed fuel supply device for supplying the reformed fuel to the combustion chamber, and the catalyst A turbocharger provided in the exhaust passage downstream of the reactor, a first-stage heat exchanger provided in the exhaust passage downstream of the turbocharger, and driven by steam generated in the first-stage heat exchanger Steam turbine, a condenser for converting steam discharged from the steam turbine to water, water provided in the exhaust passage downstream of the first-stage heat exchanger and converted from water sent from the condenser to steam The second stage heat exchanger for supplying the steam to the first stage heat exchanger and the CO 2 separation membrane provided in the exhaust passage downstream of the second stage heat exchanger are used to remove CO 2 from the exhaust gas. Separated One the CO 2 to CO 2 supply device supplies to the catalyst reactor, the gas engine with a natural gas reformer comprising a.
カ,ゼオライト系の多孔質セラミックスから成る無機分
離膜で構成されていることから成る請求項1に記載の天
然ガス改質装置を備えたガスエンジン。2. The gas equipped with the natural gas reforming apparatus according to claim 1, wherein the CO 2 separation membrane is composed of an inorganic separation membrane made of alumina, silica, or zeolite-based porous ceramics. engine.
Ptを使用してCH4 とCO2 とを反応させてCOとH
2 に熱分解することから成る請求項1に記載の天然ガス
改質装置を備えたガスエンジン。3. The catalytic reactor uses Ni or Pt as a catalyst to react CH 4 and CO 2 to produce CO and H.
A gas engine equipped with a natural gas reformer according to claim 1, which comprises pyrolyzing into 2 .
媒装置によって構成され,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とから構成されていることから成る
請求項1に記載の天然ガス改質装置を備えたガスエンジ
ン。4. The catalytic reactor is composed of a catalyst device having a heat exchange action, and has a surface covered with an exhaust gas passage through which the exhaust gas flows and the catalyst installed inside a partition wall of the exhaust gas passage. A gas engine equipped with the natural gas reforming apparatus according to claim 1, wherein the gas engine comprises a gas fuel passage in which the stored porous member is housed.
内に配置された前記第2段熱交換器で加熱された前記蒸
気が流れる多孔質セラミック部材が配置された蒸気通路
と,前記蒸気通路内に配置され且つ多孔質セラミック部
材が配置された前記排気ガスが流れる排気ガス通路とか
ら構成されている請求項1に記載の天然ガス改質装置を
備えたガスエンジン。5. The steam passage in which a porous ceramic member, in which the steam heated by the second-stage heat exchanger arranged in a first casing flows, is arranged in the first-stage heat exchanger, The gas engine provided with the natural gas reforming apparatus according to claim 1, comprising an exhaust gas passage arranged in the steam passage and having a porous ceramic member arranged therein, through which the exhaust gas flows.
ングに隣接して設けられた第2ケーシング内に配置され
且つ蒸気が流れる多孔質セラミック部材が配置された水
を貯留できる水・蒸気通路と,前記水・蒸気通路の周り
に配置され且つ前記第1段熱交換器からの前記排気ガス
が流れる多孔質セラミック部材が配置された排気ガス通
路とから構成されている請求項1に記載の天然ガス改質
装置を備えたガスエンジン。6. The water which can store water, wherein the second-stage heat exchanger is arranged in a second casing provided adjacent to the first casing and in which a porous ceramic member through which steam flows is arranged. The steam passage and the exhaust gas passage which is arranged around the water / steam passage and in which a porous ceramic member through which the exhaust gas from the first-stage heat exchanger flows is arranged. A gas engine equipped with the described natural gas reformer.
通路には,前記触媒反応器からの改質燃料の一部を噴射
する燃料ノズルが設けられている請求項1に記載の天然
ガス改質装置を備えたガスエンジン。7. The fuel nozzle according to claim 1, wherein a fuel nozzle for injecting a part of the reformed fuel from the catalytic reactor is provided in the exhaust passage on the upstream side of the first stage heat exchanger. A gas engine equipped with a natural gas reformer.
熱構造に構成されている請求項1に記載の天然ガス改質
装置を備えたガスエンジン。8. The gas engine equipped with the natural gas reforming apparatus according to claim 1, wherein the combustion chamber is formed into a heat shield structure by a ceramic member.
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