JP2002104805A

JP2002104805A - メタン改質装置

Info

Publication number: JP2002104805A
Application number: JP2000300585A
Authority: JP
Inventors: Akira Ishida; 明石田
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】効率的なメタン改質を容易に達成できる新規
なメタン改質装置の提供。【解決手段】ＣＨ₄を主成分とする原料ガスを通過
させながらその原料ガス中にＣＯ₂を供給する第一反応
器と、この第一反応器を通過した原料ガスをＨ₂，Ｃ
Ｏ，ＣＯ₂を主成分とする改質ガスに改質する改質器
と、この改質ガス中のＣＯ₂を吸収する第二反応器と、
上記第一反応器及び第二反応器の機能を待機状態の第三
反応器を介して一定時間毎に順次切り替える切替え手段
とを備える。これによって、大量のＣＯ₂が外部に排
出されることなく装置内を循環して改質に利用されるた
め、効率的なメタン改質を容易に達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メタン（ＣＨ₄）
を主成分とする天然ガスと二酸化炭素（ＣＯ₂）を反応
させて水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質する
ためのメタン改質装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンやボイラー等の燃料とし
て用いられている石油系燃料は、熱効率に優れ、かつ低
コストで入手できるといった長所を有する反面、燃焼に
際して多くのＣＯ₂やＮＯ_X，黒煙等の大気汚染物質を
発生し、環境破壊を招くといった欠点を有している。こ
れら大気汚染物質は、現在その燃焼過程や排出過程にお
いて大幅に軽減・除去することは技術上可能であるが、
その軽減・除去に際しては、大がかりな設備や高コスト
を要するといった問題がある。

【０００３】一方、メタン（ＣＨ₄）を主成分とする天
然ガスにあっては、燃焼に際して石油系燃料のように多
くの大気汚染物質を排出しないといった長所を有する反
面、そのままでは熱効率が低く、燃費も芳しくないこと
から、石油系燃料の代替燃料としては魅力が乏しいのが
現状である。

【０００４】しかしながら、このようなメタンを主成分
とする天然ガスであっても、ＣＯ₂と反応させることに
よって水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質し、
この改質ガスを燃料として用いることによって熱効率が
向上し、燃費が大幅に向上することが知られている。

【０００５】しかも、この改質に際しては、ＣＨ₄：Ｃ
Ｏ₂＝１：１の場合よりもＣＯ₂の濃度が多い状態（例
えば、ＣＨ₄：ＣＯ₂＝３：７）とすることによって炭
素の析出が抑制され、改質率をより向上させることが可
能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
メタンを効率的に改質するに際して用いられるＣＯ₂と
しては、その改質ガスを燃焼させた際に発生する燃焼排
気ガス中に含まれているものを用いることが最も合理的
である。

【０００７】しかしながら、燃焼排ガス中から二酸化炭
素を分離するための従来方法として考えられる吸着法や
膜分離法、化学反応分離法等といった従来公知の分離方
法はいずれも分離に際して多くのエネルギーを要し、し
かも分離速度が遅いことから大量のＣＯ₂を迅速に供
給することが困難であり、改質率の向上に対応できない
といった問題点がある。

【０００８】そこで、本発明はこのような課題を有効に
解決するために案出されたものであり、その目的は、効
率的なメタン改質を容易に達成することができる新規な
メタン改質装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に第一の発明は、請求項１に示すように、ＣＨ₄を主
成分とする原料ガスを通過させながらその原料ガス中に
ＣＯ₂を供給する第一反応器と、この第一反応器を通
過した原料ガスをＨ₂，ＣＯ，ＣＯ₂を主成分とする改
質ガスに改質する改質器と、この改質ガスを通過させな
がらその改質ガス中のＣＯ₂を吸収する第二反応器
と、上記第一反応器及び第二反応器の機能を待機状態の
第三反応器を介して一定時間毎に順次切り替える切替え
手段とを備えたものである。

【００１０】第二の発明は請求項２に示すように、上記
第一〜第三反応器は、ガスを通過させる容器内に、熱間
時にＣＯ₂を放出すると共に冷間時にＣＯ₂を吸収する
ＣＯ₂吸収剤と、このＣＯ₂吸収剤を加熱する加熱手
段とを収容したものである。

【００１１】第三の発明は、請求項３に示すように、上
記加熱手段は、上記第二反応器を通過した改質ガスを燃
料とする燃焼器から排出される燃焼排ガスを熱源として
利用したものである。

【００１２】第四の発明は、請求項４に示すように、上
記第一反応器と改質器との間に上記燃焼排ガス中のＣＯ
₂を分離して供給するＣＯ₂分離器をさらに備えたもの
である。

【００１３】第五の発明は請求項５に示すように、原料
ガス又は改質ガスを通過させる２つ以上のガス改質ユニ
ットと、高温の排気ガスまたは原料ガスを通過させる二
つ以上のガス通過ユニットとを互いに熱交換自在に交互
に重ね合せ、上記各ガス改質ユニット同士を連通すると
共に、その各ガス改質ユニットの一方にさらに上記ガス
通過ユニットの一方を互いに連通したものである。

【００１４】第六の発明は請求項６に示すように、上記
ガス改質ユニットは、高伝熱性材料からなる短冊棒状を
したユニット枠体内にその長手方向に貫通するガス通過
孔を有すると共に、そのガス通過孔に、ＣＨ₄を主成
分とする原料ガスを改質する改質触媒とＣＯ₂を吸収・
放出するＣＯ₂吸収剤とからなる反応材が充填されてい
るものである。

【００１５】第七の発明は請求項７に示すように、上記
ガス通過ユニットは、高伝熱性材料からなる短冊棒状を
したユニット枠体内にその幅方向に貫通するガス通過孔
を有するものである。

【００１６】第八の発明は請求項８に示すように、上記
ガス改質ユニットとガス通過ユニットとを交互に環状に
積層して回転自在なドラム状のメタン改質部を形成し、
そのメタン改質部の内部及び周囲をその軸心部から径方
向に二分画するように区画し、その区画された一方に高
温の排気ガスを流して加熱部を形成すると共に、他方に
上記原料ガスを流して冷却部を形成し、その冷却部から
流れ込む原料ガスを加熱側のメタン改質ユニットを通過
させて冷却側のメタン改質ユニット側に流すようにした
ものである。

【００１７】第九の発明は請求項９に示すように、上記
ガス改質ユニット内の反応材は、温度によって改質能力
の異なる複数のガス改質触媒をその最適温度域毎にガス
の流れ方向に配置させたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明を実施する好適一形
態を添付図面を参照しながら説明する。

【００１９】図１は、本発明に係るメタン改質装置の実
施の一形態を示したものである。

【００２０】図示するように、このメタン改質装置は、
原料ガスボンベ１から供給されるメタン（ＣＨ₄）を主
成分とする原料ガス（天然ガス等）中にＣＯ₂を加える
第一反応器（反応器Ａ，Ｂ，Ｃのいずれか）と、この第
一反応器で多くのＣＯ₂が加えられた原料ガスを触媒
作用によってＨ₂，ＣＯ，ＣＯ₂を主成分とする改質ガ
スに改質する改質器２と、エンジンやボイラー等の燃焼
器３から排出される燃焼排ガス中のＣＯ₂を分離して原
料ガス中に供給するＣＯ₂分離器４と、改質ガス中のＣ
Ｏ₂を吸収して回収する第二反応器（反応器Ａ，Ｂ，
Ｃのいずれか）と、この第一反応器と第二反応器の機能
を待機中の第三反応器（反応器Ａ，Ｂ，Ｃのいずれか）
を介して一定時間毎に切り替える切替え手段とから主に
構成されている。

【００２１】先ず、この第一〜第三反応器、すなわち図
示する反応器Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれガスが流通可能な
容器５内にＣＯ₂吸収材を充填すると共に３つの給排
ラインａ，ｂ，ｃを接続したものであり、その給排ライ
ンａ，ｂ，ｃのいずれかからガスを流通させながらその
ガスに対してＣＯ₂を供給又は流通するガス中のＣＯ₂
を吸収して回収、あるいはそのまま通過させる、といっ
たいずれかの機能を発揮するようになっている。

【００２２】すなわち、このＣＯ₂吸収材は、例えば
活性炭，ゼオライト等の吸着剤、ＭｇＯ，ＣｅＯ₂，Ｋ
₂Ｏ，ＣａＯ等のアルカリ金属酸化物，アルカリ土類金
属酸化物，希土類酸化物等の二酸化炭素吸収剤を保持さ
せた繊維又はハニカム状に成形したものであり、冷間
（室温）状態の時にＣＯ₂を含むガスを通過させること
でＣＯ₂を吸収し、あるいはその内部に設けられた加熱
手段６によって高温に加熱されたときに吸収したＣＯ
₂を放出するような機能を有している。尚、この加熱
手段６は、本実施の形態にあっては、燃焼器３から排出
される燃焼排ガスを流す伝熱管であり、この伝熱管内に
高温の排ガスを流すことでＣＯ₂吸収材をＣＯ₂が放出
する温度まで加熱するようにしたものであるが、その他
の構造、例えばヒータ線等の通電によって任意に発熱さ
せることができるものであっても良い。

【００２３】また、この給排ラインａ，ｂ，ｃの上流及
び下流側には、それぞれのラインを開閉するための電磁
バルブV1,V2,V3,V4,V5,V6 が２個一組となって設けられ
ており、これら各電磁バルブV1〜V6を後述する順に遠隔
で開閉することでガスの流れを任意にコントロールでき
るようになっている。尚、図面中においては、これら各
電磁バルブV1〜V6を反応器Ａ〜Ｃ毎に識別するために、
反応器Ａ側に設けられている電磁バルブにはそれぞれVA
1,VA2,VA3,VA4,VA5,VA6 と、反応器Ｂ側に設けられてい
る電磁バルブにはそれぞれVB1,VB2,VB3,VB4,VB5,VB6
と、反応器Ｃ側に設けられている電磁バルブにはそれぞ
れVC1,VC2,VC3,VC4,VC5,VC6 との識別符号を付してあ
る。

【００２４】また、各加熱手段６，６，６に接続される
排気ガスラインL1,L2,L3の上流及び下流側にもそれぞれ
そのラインL1,L2,L3を開閉するための電磁バルブV7,V8
が設けられており、各電磁バルブV7,V8 を後述する順に
遠隔で開閉することで各加熱手段６，６，６への排ガス
の流れを任意にコントロールできるようになっている。
尚、同じく図面中においては、この電磁バルブV7,V8 を
反応器Ａ〜Ｃ毎に識別するために、反応器Ａの加熱手段
６側に設けられている電磁バルブにはそれぞれVA7,VA8
と、反応器Ｂの加熱手段６側に設けられている電磁バル
ブにはそれぞれVB7,VB8 と、反応器Ｃの加熱手段６側に
設けられている電磁バルブにはそれぞれVC7,VC8 との識
別符号を付してある。

【００２５】次に、改質器２は、原料ガスが流通可能な
容器７内に改質触媒８を充填すると共に加熱手段６とガ
ス給排ラインL5とを設けたものであり、第一反応器（反
応器Ａ，Ｂ，Ｃのいずれか）から流れてきたＣＯ₂リ
ッチの原料ガスを通過させる際にこの原料ガスを加熱手
段６の熱と改質触媒８の触媒作用によって、Ｈ₂，Ｃ
Ｏ，ＣＯ₂を主成分とする改質ガスに改質するように
なっている。この改質触媒８としては、特に限定される
ものではないが、VIII 属，I ｂ属の金属あるいは希土
類酸化物の混合物、例えば、Ｒｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｎｉ，
Ｆｅ等の触媒原料を保持した繊維あるいはハニカム状に
成形したものが適している。また、この改質器２側の加
熱手段６は、上記反応器Ａ〜Ｃと同様に燃焼器３側から
延びる排気ガスラインL4を介して供給される燃焼排ガス
の熱を利用するようになっている。

【００２６】次に、この改質器２に近傍に設けられたＣ
Ｏ₂分離器４は、従来の二酸化炭素分離法を応用した
従来公知のものであり、上述したように各加熱手段６，
６，６，６を経て低温となった排ガスを主に窒素ガス
（Ｎ₂）等とＣＯ₂とに分離し、Ｎ₂等はそのまま大
気中に放出し、ＣＯ₂のみを改質前の原料ガス中に合
流させて供給するようになっている。

【００２７】すなわち、燃焼器３側から延びる４つの排
ガスラインL1,L2,L3,L4 のうち、排ガスラインL1が反応
器Ａの加熱手段６を介してＣＯ₂分離器４に接続さ
れ、同じく排ガスラインL2,L3 がそれぞれ反応器Ｂ，Ｃ
の加熱手段６，６を介して、排ガスラインL4が改質器２
の加熱手段６を介してそれぞれＣＯ₂分離器４側に合
流するように配管されている。

【００２８】一方、原料ガスボンベ１から延びる原料ガ
スラインL6はその下流側でそれぞれ３つに分岐されて各
反応器Ａ，Ｂ，Ｃの各給排ラインａ，ａ，ａ側に接続さ
れている。また、各反応器Ａ，Ｂ，Ｃの各給排ライン
ｂ，ｂ，ｂはその一端が互いに合流して改質器２側に接
続されており、他端側がそれぞれ他の反応器Ａ，Ｂ，Ｃ
側の各給排ラインａ，ａ，ａの他端側に接続されてい
る。さらに、各給排ラインｃ，ｃ，ｃは、その一端が合
流して改質器２の出口側に接続されており、他端側が同
じく合流して燃焼器３の燃料ラインL7側に接続されてい
る。

【００２９】そして、これら排ガスラインL1〜L4，給排
ラインａ〜ｃ，電磁バルブV1〜V6及び図示しないバルブ
制御部とによって上記各反応器Ａ，Ｂ，Ｃを一定時間毎
に上述した第一〜第三反応器として機能させるように切
り替える切替え手段が構成される。

【００３０】次に、このような構成をした本発明のメタ
ン改質装置の作用を図２〜図４に基づいて詳述する。
尚、図中太線はガスが流れている状態を示し、点線はガ
スが流れていない状態を示したものである。

【００３１】先ず、図２に示すように、予め各電磁バル
ブV1〜V6のうち、バルブVA1,VA4,VB2,VB5,VB7,VB8,VC3,
VC6 のみを開いた後、原料ガスボンベ１からＣＨ₄を主
成分とする原料ガスを流すと共に燃焼器３から高温の燃
焼排気ガスを流す。すると、図示するようにＣＨ₄を
主成分とする原料ガスは反応器Ａから反応器Ｂ側を介し
て改質器２側へ流れた後、反応器Ｃを介して燃焼器３側
に流れるようになる。一方、燃焼器３から出た高温の排
気ガスは、排気ガスラインL2，L4に分流し、その一方の
排ガスが排ガスラインL2から反応器Ｂの加熱手段６を介
してＣＯ₂分離器４側の上流側へ流れ（ア→ア，エ→
エ）、他方の排ガスが排気ガスラインL4から改質器２の
加熱手段６を介してＣＯ₂分離器４側の上流側へ流れ
（イ→イ）、低温の排ガスとなってここで合流した後、
ＣＯ₂分離器４側に流れ込む。

【００３２】そのため、このようなガスの流れ状態にあ
っては、原料ガスボンベ１から出た原料ガスは、反応器
Ａを介して反応器Ｂを通過する際に反応器Ａ内を冷却し
た後、反応器Ｂ内でそのＣＯ₂吸収材から放出されるＣ
Ｏ₂によってＣＯ₂を多く含むＣＯ₂リッチな原料ガ
スとなってから改質器２側に流れ、ここで効率的にＨ₂
とＣＯ及びＣＯ₂を主成分とする改質ガスに改質され
ることになる。その後、この改質器２から出た改質ガス
は、反応器Ｃ側に流れ、ここを通過する際に含まれてい
るＣＯ₂が吸収され、Ｈ₂とＣＯのみを主成分とする燃
料となって燃焼器３側に流れ、ここで燃料として利用さ
れる。

【００３３】そして、このような状態が続くと反応器Ｂ
内のＣＯ₂が徐々に減って原料ガス中のＣＯ₂混合率
が減少すると共に、反応器ＣのＣＯ₂含有率が徐々に上
昇して飽和してＣＯ₂吸収率が減少してくることか
ら、一定時間経過したならば、次に図３に示すように、
これらバルブVA1,VA4,VB2,VB5,VB7,VB8,VC3,VC6 の全て
を閉じると同時にバルブVA3,VA6,VB1,VB4,VC7,VC8,VC2,
VC5 を開く。すると、図示するように、原料ガスボンベ
１から出た原料ガスは、今度は直接反応器Ｂ側に流れ、
これを通過する際にその内部のＣＯ₂吸収材を冷却し
た後に反応器Ｃ側に流れ、ここでＣＯ₂を多く含むＣＯ
₂リッチな原料ガスとなってから改質器２側に流れるこ
とによって同じく効率的な改質が行われた後、反応器Ａ
側に流れ、ここで含まれているＣＯ₂が吸収され、そ
の後は同じく燃焼器３側に流れて燃料として利用され
る。

【００３４】また、同じくこのような状態が続くと、反
応器Ｃ及び反応器Ａ内において上記と同じ現象が発生す
ることから同じく一定時間経過したならば、次に図４に
示すように、これらバルブVA3,VA6,VB1,VB4,VC7,VC8,VC
2,VC5 の全てを閉じると同時に、バルブVA2,VA5,VA7,VA
8,VB3,VB6,VC1,VC4 を開くと、図示するように、原料ガ
スは、直接反応器Ｃ側に流れ、これを冷却した後に反応
器Ａ側に流れ、ここでＣＯ₂リッチな原料ガスとなっ
てから改質器２側に流れることによって同じく効率的な
改質が行われた後、反応器Ｂ側でＣＯ₂が吸収された
後、燃焼器３側に流れて燃料として利用される。

【００３５】その後、この図２〜図４に示すような３通
りのガスの流れを一定時間毎に順次切り替えて行うこと
で効率的なガス改質とその改質ガスの燃焼器３側への供
給が連続的に達成されるようになる。

【００３６】すなわち、図２に示すようなガスの流れに
あっては、反応器Ｂが原料ガスに対してＣＯ₂を供給す
る第一反応器として、反応器Ｃが改質ガス中のＣＯ₂を
回収する第二反応器として機能すると共に、図３に示す
ようなガスの流れにあっては、反応器Ｃが第一反応器と
して、反応器Ａが第二反応器として機能し、さらに図３
に示すようなガスの流れにあっては、反応器Ａが第一反
応器として、反応器Ｂが第二反応器としてそれぞれ順次
機能するようにしたものである。

【００３７】従って、このような構成をした本発明装置
にあっては、メタンの改質率を改善するための一定量の
ＣＯ₂が改質器２を介して常に反応器Ａ〜Ｃ間を循環す
るように流れ、原則として外部に排出されることがない
ため、大量のＣＯ₂をその都度新たに分離生成して原
料ガス中に供給する必要がなくなる。

【００３８】この結果、常に多くのＣＯ₂を原料ガス
中に供給することができるため、効率的なメタン改質を
容易且つ安価に実現できると共に、炭素析出のない理想
的な改質ガスを連続的、かつ安定に供給することが可能
となる。

【００３９】尚、改質運転初期の段階においては系（装
置）内のＣＯ₂が不足していることから、このＣＯ₂
は運転初期においてＣＯ₂分離器４から系内に順次取り
入れられ、その量が一定量になった後は原則的にＣＯ
₂分離器４からの供給は必要なくなるが、実際には系
内のＣＯ₂の一部がＣＯ₂吸収材に吸収されることなく
そのまま改質ガスと共に燃焼器３側に流れ出てしまうた
め、実際には平常運転時においても常にＣＯ₂分離器４
からある程度のＣＯ₂を系内に供給しておくこととな
る。

【００４０】また、本実施の形態のように構成した実機
を試作し、排気ガスとしてガソリンエンジンの燃焼排ガ
スを用い、原料ガスとして純粋なＣＨ₄を０．３ＮＬ
／ｓの流量で流すと共に、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収
材の加熱により発生するＣＯ₂を０．４ＮＬ／ｓの流
量で流し、さらにＣＯ₂分離器４から得られるＣＯ₂を
０．３ＮＬ／ｓの流量で流してそのＣＨ₄の改質率を
測定した。尚、排気ガスの温度は８００℃であった。

【００４１】その結果、ＣＨ₄の改質率は約８６％で
あり、反応器を通さずに直接改質した場合（約６２％）
に比べてその改質率が大幅に向上することが確認され
た。また、ＣＯ₂を供給する第一反応器を出た直後の原
料ガス中のＣＯ₂濃度と、改質器２へ導入される直前
（さらにＣＯ₂分離器４から新たなＣＯ₂が加えられた
状態）の原料ガス中のＣＯ₂濃度を測定したところ、
前者では５７％，後者では６９％であり、改質直前の原
料ガス中に大量のＣＯ₂が含まれていることが確認で
きた。また、排気ガスの熱源によっても触媒の温度をそ
の機能を十分に発揮できる温度（約７００℃）まで容易
に昇温できることが分かった。

【００４２】次に、図５〜図９は、本発明に係るメタン
改質装置のより詳しい具体例を示したものである。

【００４３】図５及び図７に示すように、このメタン改
質装置は、ドラム状をしたガス改質部１０と、このガス
改質部１０の周面を両側から覆うように位置する一対の
周面ケーシング１１，１１と、このガス改質部１０の両
端面を覆うように位置する一対の端面ケーシング１２，
１３とから主に構成されている。

【００４４】このガス改質部１０は、図８に示すよう
に、短冊棒状に形成されたガス改質ユニット１４と、同
じ外形を有するガス通過ユニット１５とを図７に示すよ
うに、互いに熱交換自在に交互に積層してドラム状に成
形したものであり、ガス改質ユニット１４側に原料ガス
を流すと共にガス通過ユニット１５側に高温の排気ガス
又はガス改質ユニット１４側に流れる原料ガスをそれぞ
れ流すように構成されている。

【００４５】このガス改質ユニット１４は、図８に示す
ように金属製のユニット枠体１６の長手方向に延びる貫
通孔１６ａの内部に、前述したガス改質触媒とＣＯ₂
吸収剤とを繊維に担体に保持した反応材１７又はこれら
をハニカム体に成形した反応材１７を充填させたもので
あり、図示破線矢印に示すようにその貫通孔１６ａの一
端から原料ガスを通過させることで、後述するようにそ
の原料ガス中にＣＯ₂を供給してＨ₂とＣＯ及びＣＯ₂
を主成分とする改質ガスに改質する機能と、その原料ガ
ス中のＣＯ₂を吸収して保持する機能との両機能を発
揮できるようになっている。一方、ガス通過ユニット１
５は、同じく金属製のユニット枠体１６の幅方向にスリ
ット状の貫通孔１６ｂを形成したものであり、図示破線
矢印に示すようにその貫通孔１６ｂに対して原料ガスあ
るいは高温の排気ガスをその外側からその軸心部方向に
通過させることでその上下（両側）に位置しているガス
改質ユニット１４を加熱あるいは冷却する機能を発揮す
るようになっている。尚、本実施の形態にあっては、１
０個のガス改質ユニット１４と、同じく１０個のガス通
過ユニット１５とを用い、これらを交互にドラム状に積
層してガス改質部１０が形成されている。

【００４６】また、周面ケーシング１１，１１は、図５
及び図７に示すように、ドラム状のガス改質部１０の周
面部に沿って一定の空間を区画形成するように形成され
た縦割り円筒状のケーシング本体１８に原料ガス又は排
気ガスのいずれかを導入するガス導入ダクト１９を設け
たものであり、図５に示すようにそれぞれそのガス導入
ダクト１９から原料ガス又は高温の排気ガスを導入し、
これをガス改質部１０の各ガス通過ユニット１５，１５
…側にそれぞれ分けて流すようになっている。尚、この
周面ケーシング１１，１１の突き合わせ部にはガス改質
部１０の長手方向に延びる仕切板２０，２０が一体的に
設けられており、この仕切板２０，２０によっていずれ
か一方の周面ケーシング１１側に流れ込んできたガスが
他方の周面ケーシング１１側に直接流れ込まないように
両周面ケーシング１１，１１間を完全に仕切るようにな
っている。

【００４７】また、端面ケーシング１２，１３は、図７
に示すようにそれぞれドラム状のガス改質部１０の端面
に沿って環状の空間を区画形成するように形成されてお
り、リング状をしたケーシング本体２１の中央部をガス
改質部１０側で閉止蓋２２で塞ぐと共に、ケーシング本
体２１内が仕切板２３，２３によって径方向左右（上
下）に仕切られるようになっている。そして、一方の端
面ケーシング１２にあっては、仕切板２３，２３によっ
て仕切られた一方のケーシング本体２１側と閉止蓋２２
間が連通管２４で連通され、他方のケーシング本体２１
側には改質ガスを排出する改質ガス管２５が接続される
と共にさらに閉止蓋２２側にはガス改質部１０内に流れ
込んだ排気ガスを排出する排気管２６が接続されてい
る。また、他方の端面ケーシング１３にあっては、仕切
板２３，２３によって仕切られたケーシング本体２１内
間が同じく連通管２７によってその外側で連通されるよ
うになっている。さらに、この端面ケーシング１２の閉
止蓋２２側には軸方向に延びる中央仕切板２８が一体的
に設けられており、ガス改質部１０の軸心部の空隙内に
挿入されてその内部をその中央部で径方向左右（上下）
に仕切るようになっている。すなわち、このガス改質部
１０は、その外周面部が周面ケーシング１１，１１によ
って径方向左右（上下）に区画されると共に、その端面
及び内周面がこれら端面ケーシング１２，１３によって
同じく径方向左右（上下）に区画されるようになってい
る。

【００４８】また、このガス改質部１０の軸心部には、
端面ケーシング１３の閉止蓋２２中央部を貫通して外部
に延びる回転軸２９が設けられており、この回転軸２９
を図示しないステッピングモータ等によって一定時間毎
に一定の角度で回転駆動させることでガス改質部１０全
体を一定の角度で回転させるようになっている。尚、こ
のガス改質部１０を覆う周面ケーシング１１，１１、端
面ケーシング１２，１３はいずれも固定された状態であ
り、ガス改質部１０のみがその回転軸２９を軸として回
転駆動するようになっている。

【００４９】次に、このような構造をしたメタン改質装
置の作用を説明する。

【００５０】先ず、その内部のガス改質部１０を停止さ
せた状態で図５に示すように一方の周面ケーシング１１
側から予め少量のＣＯ₂を含む原料ガスを流し込むと
同時に他方の周面ケーシング１１側から高温の燃焼排気
ガスを流し込む。

【００５１】すると、図６の破線に示すように排気ガス
の方は、その他方の周面ケーシング１１側のガス改質部
１０の各ガス通過ユニット１５，１５…（本実施の形態
にあっては５つ）をそのまま径方向に通過してガス改質
部１０の軸心部の空隙に流れ込んだ後、その端面の排気
管２５から外部に排気される。尚、上述したようにこの
ガス改質部１０の軸心部の空隙は、中央仕切板２８によ
ってその中央部で仕切られているため、その空隙に流れ
込んだ排気ガスは全て排気管２５から外部に排気され、
他の部位に流れ込むことはない。

【００５２】一方、原料ガスの方は、図６の太線に示す
ように、その一方の周面ケーシング１１側のガス改質部
１０の各ガス通過ユニット１５，１５…（本実施の形態
にあっては５つ）をそのまま通過してガス改質部１０の
軸心部に流れ込んだ後、その端面から連通管２４を介し
て端面ケーシング１２側に達し、ここで反対側に位置す
るガス改質部１０の各ガス改質ユニット１４，１４…
（本実施の形態にあっては５つ）に分流し、これら各ガ
ス改質ユニット１４，１４…内を長手方向に通過する際
に、その内部に充填された反応材１７の一部を構成する
ＣＯ₂吸収剤から放出されるＣＯ₂が加えられてＣＯ
₂リッチな原料ガスとなると共に、ガス改質触媒によっ
てＨ₂とＣＯ及びＣＯ₂を主成分とする改質ガスに効率
的に改質される。すなわち、この上流側のガス改質ユニ
ット１４，１４…にあっては、排気ガスの熱によって高
温に加熱されている状態となっているため、上記実施の
形態でいえば、加熱によってＣＯ₂を原料ガス中に供給
する第一反応器の機能と、ＣＯ₂リッチな原料ガスを熱
と触媒作用によって改質する改質器２の機能との２つの
機能を同時に発揮することとなる。

【００５３】その後、この加熱側の各ガス改質ユニット
１４，１４…で発生した改質ガスは、ＣＯ₂と共に他
方の端面ケーシング１３側に流れ、連通管２７を介して
その端面ケーシング１３の反対側に達した後、ここから
冷却側、すなわち排気ガスが流れていない側のガス改質
ユニット１４，１４…に分流し、これを長手方向反対側
に通過する際に、それら各ガス改質ユニット１４，１４
…に充填された反応材１７の一部を構成するＣＯ₂吸収
剤によってＣＯ₂が吸収・回収された後、端面ケーシン
グ１２を介して改質ガス管２５から外部に排出されるこ
とになる。すなわち、この下流側のガス改質ユニット１
４，１４…にあっては、原料ガスの流れによって低温、
例えば室温程度まで冷却されている状態となっているた
め、上記実施の形態でいえば、原料ガスの通過によって
冷却状態の第三反応器の機能と、冷却によってＣＯ₂吸
収能力を発揮して改質ガス中のＣＯ₂を吸収して回収す
る第二反応器の機能との二つの機能を同時に発揮するこ
ととなる。

【００５４】そして、このような状態が続くと、加熱側
のガス改質ユニット１４，１４…のＣＯ₂放出量が徐
々に減ってくると共に、冷却側のガス改質ユニット１
４，１４…のＣＯ₂吸収量が飽和状態に近づいてメタ
ン改質率が低下してくるため、一定時間経過後にこのガ
ス改質部１０をその軸心部を中心として１８０°回転さ
せて加熱側のガス改質ユニット１４，１４…と、冷却側
のそれとをそっくりそのまま入れ替えるように移動させ
る。すると、加熱側に移動したガス改質ユニット１４，
１４…にあっては、大量のＣＯ₂を含んだ状態で加熱
されることから、再び多くのＣＯ₂を原料ガス中に供
給して効率的なガス改質が行われると共に、冷却側に移
動したガス改質ユニット１４，１４…にあっては、殆ど
のＣＯ₂を放出した状態で冷却されることから、再び改
質ガス中のＣＯ₂を効率良く吸収して回収することと
なる。

【００５５】すなわち、本実施の形態にあっては、改質
に必要なＣＯ₂をドラム状に配置された改質部の加熱
側と冷却側で循環させて有効利用するようにしたもので
あり、これによって上記の実施の形態と同様にＣＯ₂
が原則として外部に排出されることがないため、大量の
ＣＯ₂をその都度新たに分離生成して原料ガス中に供
給する必要がなくなり、常に多くのＣＯ₂を原料ガス
中に供給することが可能となって優れたメタン改質率を
実現することができる。

【００５６】尚、このガス改質ユニット１４，１４…内
に充填される反応材１７としては、上述したようにガス
改質触媒とＣＯ₂吸収剤とをバランス良く配合したも
のであれば上記の作用効果を発揮することができるが、
図９に示すように、この反応材１７の一部を構成するガ
ス改質触媒として、温度に応じて触媒性能の異なる複数
の触媒を用い、これら各触媒をガスの流れ方向上流側か
ら下流側に亘って低温部，中温部，高温部とに分けて配
置すれば、より効率的にメタン改質を行うことができ
る。例えば、図９に示すように、原料ガスの流れ方向上
流側には、比較的低温で優れた改質性能を発揮する触媒
（活性炭やゼオライト等）を配置し、中央部にはそれよ
りも高い温度で優れた改質性能を発揮する触媒（Ｒｕ，
Ｐｔ，Ｒｈ，ＭｇＯ，ＣｅＯ₂等）を用い、原料ガス
の流れ方向下流側には、さらに高い温度で優れた改質性
能を発揮する触媒（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｋ₂Ｏ，ＣａＯ等）
を用いればより優れた改質率を得ることが可能となる。

【００５７】また、このガス改質部１０の回転角度も特
に１８０°の一態様に限定されるものでなくさらに細か
く、例えば加熱側と冷却側とで一ユニット１４，１５毎
に短時間で入れ替わるように回転させても良い。

【００５８】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、メタンの
改質率を改善するためのＣＯ₂が装置内を循環して原
則として外部に排出されることがないため、大量のＣＯ
₂をその都度新たに分離生成して原料ガス中に供給す
る必要がなくなる。

【００５９】この結果、常に多くのＣＯ₂を原料ガス
中に供給することができるため、効率的なメタン改質を
容易且つ安価に実現できる。

【００６０】しかも、炭素析出のない理想的な改質ガス
を連続的に供給することができるため、地球上に大量に
埋蔵されているメタン（天然ガス）を石油系燃料の代替
燃料として有効利用することが可能となる等といった優
れた効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るメタン改質装置の実施の一形態を
示す構成図である。

【図２】本発明のメタン改質装置を構成する反応器Ｂを
第一反応器として、反応器Ｃを第二反応器として利用し
てメタン改質を行うべくガスの流れを示す説明図であ
る。

【図３】反応器Ｃを第一反応器として、反応器Ａを第二
反応器として利用してメタン改質を行うべくガスの流れ
を示す説明図である。

【図４】反応器Ａを第一反応器として、反応器Ｂを第二
反応器として利用してメタン改質を行うべくガスの流れ
を示す説明図である。

【図５】本発明に係るメタン改質装置の具体的な実施の
一形態を示す斜視図である。

【図６】図５に示すメタン改質装置のガスの流れを示す
説明図である。

【図７】図５に示すメタン改質装置の構造を示す分解斜
視図である。

【図８】図５に示すメタン改質装置の一部を構成するメ
タン改質ユニット及びガス通過ユニットを示す斜視図で
ある。

【図９】メタン改質ユニット内に充填される反応材の他
の実施の形態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１原料ガスボンベ２改質器３燃焼器４ＣＯ₂分離器 10 ガス改質部 11 周面ケーシング 12，13 端面ケーシング 14 ガス改質ユニット 15 ガス通過ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＨ₄を主成分とする原料ガスを通過さ
せながらその原料ガス中にＣＯ₂を供給する第一反応器
と、この第一反応器を通過した原料ガスをＨ₂，ＣＯ，
ＣＯ₂を主成分とする改質ガスに改質する改質器と、
この改質ガスを通過させながらその改質ガス中のＣＯ
₂を吸収する第二反応器と、上記第一反応器及び第二
反応器の機能を待機状態の第三反応器を介して一定時間
毎に順次切り替える切替え手段とを備えたことを特徴と
するメタン改質装置。
【請求項２】上記第一〜第三反応器は、ガスを通過さ
せる容器内に、熱間時にＣＯ₂を放出すると共に冷間時
にＣＯ₂を吸収するＣＯ₂吸収剤と、このＣＯ₂吸収剤
を加熱する加熱手段とを収容したものであることを特徴
とする請求項１に記載のメタン改質装置。
【請求項３】上記加熱手段は、上記第二反応器を通過
した改質ガスを燃料とする燃焼器から排出される燃焼排
ガスを熱源とすることを特徴とする請求項２に記載のメ
タン改質装置。
【請求項４】上記第一反応器と改質器との間に上記燃
焼排ガス中のＣＯ₂を分離して供給するＣＯ₂分離器
をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載のメタ
ン改質装置。
【請求項５】原料ガス又は改質ガスを通過させる２つ
以上のガス改質ユニットと、高温の排気ガスまたは原料
ガスを通過させる二つ以上のガス通過ユニットとを互い
に熱交換自在に交互に重ね合わせ、上記各ガス改質ユニ
ット同士を連通すると共に、その各ガス改質ユニットの
一方にさらに上記ガス通過ユニットの一方を互いに連通
したことを特徴とするメタン改質装置。
【請求項６】上記ガス改質ユニットは、高伝熱性材料
からなる短冊棒状をしたユニット枠体内にその長手方向
に貫通するガス通過孔を有すると共に、そのガス通過孔
に、ＣＨ₄を主成分とする原料ガスを改質する改質触媒
とＣＯ₂を吸収・放出するＣＯ₂吸収剤とからなる反
応材が充填されていることを特徴とする請求項５に記載
のメタン改質装置。
【請求項７】上記ガス通過ユニットは、高伝熱性材料
からなる短冊棒状をしたユニット枠体内にその幅方向に
貫通するガス通過孔を有することを特徴とする請求項５
又は６に記載のメタン改質装置。
【請求項８】上記ガス改質ユニットとガス通過ユニッ
トとを交互に環状に積層して回転自在なドラム状のメタ
ン改質部を形成し、そのメタン改質部の内部及び周囲を
その軸心部から径方向に二分画するように区画し、その
区画された一方に高温の排気ガスを流して加熱部を形成
すると共に、他方に上記原料ガスを流して冷却部を形成
し、その冷却部から流れ込む原料ガスを加熱側のメタン
改質ユニットを通過させて冷却側のメタン改質ユニット
側に流すようにしたことを特徴とする請求項５〜７のい
ずれかに記載のメタン改質装置。
【請求項９】上記ガス改質ユニット内の反応材は、温
度によって改質能力の異なる複数のガス改質触媒をその
最適温度域毎にガスの流れ方向に配置させたことを特徴
とする請求項５〜８のいずれかに記載のメタン改質装
置。