JP5600250B2 - Fuel gas purification method and fuel gas purification system - Google Patents
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Description
本発明は、有機物を嫌気性発酵または熱分解することにより得られた燃料ガスの精製方法に関するとともに、その精製方法を実施することができる燃料ガス精製システムに関する。 The present invention relates to a method for purifying a fuel gas obtained by anaerobic fermentation or thermal decomposition of an organic substance, and also relates to a fuel gas purification system capable of performing the purification method.
下水および工場排水を嫌気性メタン発酵することにより得られるバイオガスを燃料電池、RXガス発生設備、ガスエンジン発電機、等のガス消費機器に使用する場合、バイオガスの不純物を高度に除去する必要がある。除去する不純物の例として、二酸化炭素、シロキサンが挙げられる。二酸化炭素は燃料電池、RXガス発生設備などをトラブルなく使用するには、0.5%以下にすることが望ましい。また、シロキサンは、ガスエンジンなどをトラブルなく使用するには一例として0.5mg/m3N以下にすることが望ましい。 When biogas obtained by anaerobic methane fermentation of sewage and industrial wastewater is used in gas consuming equipment such as fuel cells, RX gas generation facilities, gas engine generators, etc., it is necessary to highly remove biogas impurities There is. Examples of impurities to be removed include carbon dioxide and siloxane. Carbon dioxide is desirably 0.5% or less in order to use a fuel cell, an RX gas generation facility, and the like without any trouble. In addition, siloxane is desirably 0.5 mg / m 3 N or less as an example for using a gas engine or the like without any trouble.
これらを同時に除去する方法として、下記特許文献1のような高圧水で吸収する技術がある。また、高圧水で吸収する技術を用いてバイオガスを精製した実験例として、下記非特許文献1および下記非特許文献2がある。 As a method of removing these simultaneously, there is a technique of absorbing with high-pressure water as in Patent Document 1 below. In addition, there are the following Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 as experimental examples in which biogas is purified using a technique of absorbing with high-pressure water.
しかし、前記非特許文献1では、表−3、図−3、図−4に示されているように、メタン濃度は88.4%〜97.1%と純度は高くなく、特に水温が29℃以上になると大きく低下している(水温が29℃で92.0%、水温29.5℃で88.4%、水温34℃で85.6%)。その理由として「水温の上昇によりガスの溶解度が低下し、吸収されない二酸化炭素(CO2)が多くなったためと考えられる」と述べている。つまり、精製されたガスの二酸化炭素(CO2)濃度は、数%〜10数%レベルと考えるのが妥当である。 However, in Non-Patent Document 1, as shown in Table 3, FIG. 3, and FIG. 4, the methane concentration is not as high as 88.4% to 97.1%, and particularly the water temperature is 29. When the temperature is higher than or equal to ℃, the temperature is greatly reduced (92.0% at 29 ° C, 88.4% at 29.5 ° C, 85.6% at 34 ° C). The reason for this is that “the increase in water temperature has caused the solubility of the gas to decrease, and more carbon dioxide (CO 2 ) is not absorbed”. That is, it is appropriate to consider the carbon dioxide (CO 2 ) concentration of the purified gas at a level of several percent to several tens percent.
また、前記非特許文献2では、図2に示されるように、実際の消化ガス(バイオガス)中のシロキサン濃度範囲において、最大0.8mg/m3Nになり、例えばガスエンジンの燃料として使用する場合、天然ガスと同程度に安全に使用できる0.5mg/m3N以下のレベルに維持できていない。よって、ガスエンジンの損傷の危険性があるため、これを回避するには、別途、シロキサン除去装置が必要になる。
即ち、特許文献1、非特許文献1、2に開示の高圧水を使用する技術では、到達できるメタン濃度に限界があるとともに、シロキサン除去に関しても改善の余地がある。
本願の目的は、有機物を嫌気性発酵または熱分解することにより得られた燃料ガスの精製を、比較的簡易な設備構成で、高効率で行うことができる精製方法を得るとともに、その精製方法を実施する精製システムを得ることにある。
Moreover, in the said nonpatent literature 2, as shown in FIG. 2, it becomes 0.8 mg / m < 3 > N at the maximum in the siloxane concentration range in actual digestion gas (biogas), for example, is used as a fuel of a gas engine In this case, it is not maintained at a level of 0.5 mg / m 3 N or less that can be used as safely as natural gas. Therefore, since there is a risk of damage to the gas engine, a siloxane removal device is separately required to avoid this.
That is, in the technology using high-pressure water disclosed in Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2, there is a limit to the methane concentration that can be reached, and there is room for improvement regarding siloxane removal.
The purpose of the present application is to obtain a purification method capable of highly efficiently purifying a fuel gas obtained by anaerobic fermentation or pyrolysis of an organic substance with a relatively simple equipment configuration. To obtain a purification system to be implemented.
上記目的を達成するための本発明に係る燃料ガス精製方法の特徴構成は、
有機物を嫌気性発酵または熱分解することにより得られた燃料ガスの精製方法であって、
フィン管式熱交換器のフィン管内に液化天然ガスが流れる状態で、精製前燃料ガスを前記フィン管式熱交換器のフィン管外に導き、前記フィン管外を流れる燃料ガスであって、前記フィン管式熱交換器の出口近傍に位置する燃料ガスの温度制御による当該燃料ガスの不純物濃度制御を伴って、前記精製前燃料ガス中の不純物を前記液化天然ガスの冷熱を利用して凝縮し、前記不純物を固体状物または液体状物として前記精製前燃料ガスから除去する不純物処理工程を実行して、当該不純物処理工程で、前記不純物が除去されたガスを精製済燃料ガスとして分離回収するとともに、前記精製前燃料ガスとの熱交換により気化される天然ガスを回収し、
前記不純物処理工程を行った後、前記精製前燃料ガス及び前記液化天然ガスの前記フィン管式熱交換器への供給を停止するとともに、前記フィン管式熱交換器のフィン管外に前記不純物を気化する温度の再生ガスを導入し、当該再生ガスをフィン表面の不純物に接触させ、気化させて、前記精製済燃料ガスとは別に放出又は回収して前記フィン表面から除去する再生工程を含む点にある。
The characteristic configuration of the fuel gas purification method according to the present invention for achieving the above object is as follows:
A method for purifying a fuel gas obtained by anaerobic fermentation or pyrolysis of organic matter,
In a state where the liquefied natural gas flows in the fin tube of the finned tube heat exchanger, the fuel gas before purification is led out of the finned tube of the finned tube heat exchanger, and the fuel gas flows outside the finned tube, Along with the impurity concentration control of the fuel gas by temperature control of the fuel gas located near the outlet of the finned tube heat exchanger, the impurities in the fuel gas before purification are condensed using the cold heat of the liquefied natural gas. , Performing an impurity treatment step of removing the impurities from the pre-purification fuel gas as a solid or liquid, and separating and recovering the gas from which the impurities have been removed as a purified fuel gas in the impurity treatment step And recovering natural gas vaporized by heat exchange with the pre-refining fuel gas ,
After performing the impurity treatment step, the supply of the pre-refining fuel gas and the liquefied natural gas to the finned pipe heat exchanger is stopped, and the impurities are placed outside the finned pipe of the finned pipe heat exchanger. The method includes a regeneration step of introducing a regeneration gas having a vaporizing temperature, bringing the regeneration gas into contact with impurities on the fin surface, vaporizing, and releasing or collecting the regeneration gas separately from the purified fuel gas and removing it from the fin surface. It is in.
上記の特徴構成によれば、液化天然ガス(LNG)は圧力に依存するが、−140℃〜−160℃の極低温であるため、その冷熱を利用することにより有機物を嫌気性発酵または熱分解することにより得られた燃料ガス中の不純物を凝縮し、固体状物または液体状物として除去することが可能である。
すなわち、有機物を嫌気性発酵して得られた燃料ガス中の不純物である二酸化炭素、シロキサン、水分、油分、メタン以外の炭化水素類などを十分に除去でき、メタンの純度を高めることが可能である。
また、有機物を熱分解することにより得られた燃料ガス中の不純物である二酸化炭素、水分、油分、メタン以外の炭化水素類などを除去でき、燃料ガスの構成成分である水素、一酸化炭素およびメタンの純度を高めることができる。
さらに、液化天然ガスは燃料ガスと熱交換する時に燃料ガスの顕熱および不純物の凝縮時の潜熱を液化天然ガスを気化させるための加熱源として利用することができ、気化した天然ガスは燃料として有効に利用することができる。従って、この燃料ガスの精製方法を実施する場合に、例えば、従来の液化天然ガスの気化設備が設置されている気化天然ガス製造工場において、従来気化のために使用されていた海水の代わりに燃料ガスを使用すると、液化天然ガスの気化と生物処理由来のバイオガスの精製を同一工程で実現できる。
According to said characteristic structure, although liquefied natural gas (LNG) is a very low temperature of -140 degreeC--160 degreeC depending on a pressure, anaerobic fermentation or thermal decomposition of organic substance is utilized by using the cold heat. By doing so, it is possible to condense impurities in the fuel gas obtained and remove them as solid or liquid.
In other words, carbon dioxide, siloxane, moisture, oil, and hydrocarbons other than methane, which are impurities in fuel gas obtained by anaerobic fermentation of organic matter, can be sufficiently removed, and the purity of methane can be increased. is there.
In addition, carbon dioxide, moisture, oil, hydrocarbons other than methane, which are impurities in the fuel gas obtained by thermally decomposing organic matter, can be removed, and hydrogen, carbon monoxide, The purity of methane can be increased.
Furthermore, when liquefied natural gas exchanges heat with fuel gas, the sensible heat of the fuel gas and the latent heat generated during the condensation of impurities can be used as a heating source for vaporizing the liquefied natural gas. It can be used effectively. Therefore, when carrying out this method for purifying fuel gas, for example, in a vaporized natural gas manufacturing plant where a conventional liquefied natural gas vaporization facility is installed, fuel is used instead of seawater that has been used for conventional vaporization. If gas is used, vaporization of liquefied natural gas and purification of biogas derived from biological treatment can be realized in the same process.
上記の特徴構成によれば、フィン管式熱交換器を用い、フィン管内にLNGを流し、フィン管外に燃料ガスを流すことにより、フィン表面に不純物を凝縮させて付着させることで精製を実現できる。即ち、不純物をフィン表面に付着させて精製前燃料ガスから除去し、残ガスを精製済燃料ガスとして回収することができる。ここで、フィン管式熱交換器は不純物と液化天然ガスとの熱交換を行う表面積を大きく取ることが可能であり、伝熱面であるフィンに付着した固体状物または液体状物の厚みを小さくすることが可能なため、付着物による伝熱特性の低下を防止できる。その結果、長時間効率よく不純物を除去できる。また間接的に燃料ガスとLNGを熱交換できるので、LNG中に燃料ガスを流すような直接熱交換の場合に生じる不純物のLNG中への蓄積というような問題が生じることがない。 According to the above characteristic configuration, the fin tube heat exchanger is used, LNG is flowed into the fin tube, and fuel gas is flowed outside the fin tube, so that the impurities are condensed and adhered to the fin surface. it can. That is, impurities can be attached to the fin surface and removed from the pre-purification fuel gas, and the remaining gas can be recovered as a purified fuel gas. Here, the finned tube heat exchanger can take a large surface area for heat exchange between impurities and liquefied natural gas, and the thickness of the solid or liquid material attached to the fins as the heat transfer surface can be reduced. Since the size can be reduced, it is possible to prevent the heat transfer characteristics from being deteriorated due to the deposits. As a result, impurities can be efficiently removed for a long time. Further, since the heat exchange between the fuel gas and the LNG can be indirectly performed, a problem such as accumulation of impurities in the LNG that occurs in the case of the direct heat exchange in which the fuel gas flows through the LNG does not occur.
上記の特徴構成によれば、フィン表面に不純物を凝縮させて付着させる不純物処理工程を行った後、固体状物または液体状物の状態にある不純物を気化する温度(比較的高温)の再生ガスを流してフィン表面の固体状物または液体状物を気化させて除去する工程を実行することにより、フィン表面に付着した不純物の厚みが過大になって伝熱特性が低下することを防止することができ、不純物の除去率を高い状態に維持することが可能になる。
なお、フィン管式熟交換器は複数使用することが好ましい。これにより、燃料ガス中の不純物を液化天然ガス(LNG)の冷熱を利用して凝縮し、固体状物または液体状物として除去する工程と、高温の再生ガスを所定時間流してフィン表面の固体状物または液体状物を気化させて除去する工程を同時に行うことができる。
According to the above characteristic configuration, a regeneration gas at a temperature (relatively high temperature) that vaporizes impurities in a solid or liquid state after performing an impurity treatment step for condensing and adhering impurities to the fin surface. To prevent the heat transfer characteristics from deteriorating due to excessive thickness of impurities attached to the fin surface by performing a step of vaporizing and removing the solid or liquid material on the fin surface by flowing It is possible to maintain a high impurity removal rate.
In addition, it is preferable to use a plurality of fin tube type mature exchangers. As a result, the impurities in the fuel gas are condensed using the cold heat of liquefied natural gas (LNG) and removed as a solid or liquid substance, and a high temperature regeneration gas is allowed to flow for a predetermined time to obtain a solid on the fin surface. The step of vaporizing and removing the solid or liquid can be performed simultaneously.
本発明に係る燃料ガス精製方法の更なる特徴構成は、前記不純物処理工程で処理された前記精製済燃料ガスの温度を測定し、測定された前記温度が一定以下になるように、前記不純物処理工程で処理する前記精製前燃料ガスの流量及び前記液化天然ガスの流量の少なくともいずれか一方を調整する点にある。 A further characteristic configuration of the fuel gas purification method according to the present invention is that the temperature of the purified fuel gas processed in the impurity processing step is measured, and the impurity processing is performed so that the measured temperature is below a certain level. The point is that at least one of the flow rate of the pre-purification fuel gas and the flow rate of the liquefied natural gas to be processed in the process is adjusted.
本願方法で実施するように、熱交換により不純物を凝縮させて除去する場合、熱交換器で伝熱される熱量が増大すると精製済燃料ガスの温度が上昇する。ここで、このような温度の上昇は、燃料ガスの組成、液化天然ガスの組成が安定していることを考えると、予め予定している燃料ガスの精製量と冷熱源としての液化天然ガスの量とのバランスがくずれ、回収される精製済燃料ガスの精製度合い(組成)が変化していることを意味する。そこで、前記不純物処理工程で処理された燃料ガスの温度を測定し、その温度が一定以下になるように不純物処理工程で処理する燃料ガスの流量及びLNGの流量の少なくともいずれか一方を調整することにより、燃料ガス中の特定の不純物の濃度が所定以上に上昇しないように管理することができる。そのためには、燃料ガスの温度と燃料ガス中の特定の不純物の濃度の関係を事前に把握しておくことが好ましい。好ましい温度の条件として、例えば大気圧レベルの燃料ガスを処理する場合で、かつ二酸化炭素の濃度を例に挙げると、二酸化炭素の濃度を1%以下にするには−125℃以下に維持し、0.5%以下にするには−130℃以下に維持する。 When the impurities are condensed and removed by heat exchange as in the present method, the temperature of the refined fuel gas rises as the amount of heat transferred by the heat exchanger increases. Here, in view of the fact that the composition of the fuel gas and the composition of the liquefied natural gas are stable, such an increase in temperature is considered to be a pre-planned purification amount of the fuel gas and the liquefied natural gas as a cold heat source. This means that the balance with the amount is lost, and the degree of purification (composition) of the recovered refined fuel gas is changed. Therefore, the temperature of the fuel gas processed in the impurity processing step is measured, and at least one of the flow rate of the fuel gas processed in the impurity processing step and the flow rate of LNG is adjusted so that the temperature becomes a certain level or less. Thus, the concentration of the specific impurity in the fuel gas can be managed so as not to rise above a predetermined level. For this purpose, it is preferable to grasp in advance the relationship between the temperature of the fuel gas and the concentration of a specific impurity in the fuel gas. As a preferable temperature condition, for example, when processing a fuel gas at an atmospheric pressure level, and taking the concentration of carbon dioxide as an example, in order to make the concentration of carbon dioxide 1% or less, it is maintained at −125 ° C. or less, To make it 0.5% or less, keep it at -130 ° C or less.
また、本発明に係る製品ガス製造方法の特徴構成は、前記燃料ガス精製方法を実行し、前記不純物が除去されて分離回収される前記精製済燃料ガスと、前記精製前燃料ガスとの熱交換により気化されて回収される前記天然ガスとを、混合して製品ガスを得る点にある。 In addition, the product gas production method according to the present invention has a characteristic configuration in which the fuel gas purification method is executed, and heat exchange between the purified fuel gas separated and recovered after the impurities are removed and the pre-purification fuel gas is performed. The product is obtained by mixing the natural gas which is vaporized and recovered by the above process.
上記の特徴構成によれば、バイオ由来の燃料ガスであって、不純物成分が除かれた精製済燃料ガスと気化済みの天然ガスとを同一の工程で得て、さらにこれらのガスを混合するとともに、熱量調整することで、所望の性状の製品ガスを容易に得ることができる。
さらに、精製済燃料ガスの熱量を天然ガスの熱量に近づけることができるので、天然ガス用の消費機器をそのまま使用できるようになるか、あるいはそのまま使用できるようにするための熱量調整に添加する他の燃料(例えばプロパン、ブタン)の使用量を低減できる。
また、天然ガス中の不純物の濃度は低いので製品ガスの不純物濃度は精製済燃料ガスのそれよりも小さくなるという効果がある。
According to the above characteristic configuration, the fuel gas derived from bio, which is obtained from the purified fuel gas from which the impurity component is removed and the natural gas that has been vaporized is obtained in the same process, and these gases are further mixed. By adjusting the amount of heat, a product gas having a desired property can be easily obtained.
Furthermore, since the calorific value of the refined fuel gas can be brought close to the calorific value of natural gas, it is possible to use the natural gas consuming equipment as it is or to add it to the calorific value adjustment so that it can be used as it is. The amount of fuel used (for example, propane and butane) can be reduced.
Further, since the concentration of impurities in the natural gas is low, there is an effect that the impurity concentration of the product gas is smaller than that of the refined fuel gas.
また、上記目的を達成するための本発明に係る燃料ガス精製システムの特徴構成は、
有機物を嫌気性発酵または熱分解することにより得られた燃料ガスを精製する燃料ガス精製システムであって、
伝熱面の一方の流路に燃料ガスが流れる燃料ガス流路を、前記伝熱面の他方の流路に天然ガスが流れる天然ガス流路を備えた熱交換器を備え、
前記燃料ガス流路に、精製前燃料ガスを導入する燃料ガス導入部と、前記燃料ガス流路において精製された精製済燃料ガスを導出する燃料ガス導出部とを備えるとともに、
前記天然ガス流路に、液化天然ガスを導入する天然ガス導入部と、前記天然ガス流路において気化された天然ガスを導出する天然ガス導出部とを備え、
前記燃料ガス流路を流れる燃料ガスであって、前記熱交換器の出口近傍に位置する燃料ガスの温度制御による当該燃料ガスの不純物濃度制御を伴って、
前記精製前燃料ガス中の不純物を、前記液化天然ガスの冷熱による熱交換により凝縮し、固体状物または液体状物として前記伝熱面の前記燃料ガス流路側表面に付着させて、前記熱交換器を、不純物処理部として働かせる構成で、
前記伝熱面の一方に付着した前記固体状物または液体状物を、前記精製済燃料ガスとは別に分離回収する不純物分離回収機構を備え、
前記熱交換器がフィン管式熱交換器で構成されており、前記フィン管式熱交換器のフィン管内を前記天然ガス流路とし、前記フィン管式熱交換器のフィン管外を前記燃料ガス流路として構成され、
前記フィン管式熱交換器が、前記不純物を気化する温度の再生ガスを前記フィン管外に導入する再生ガス導入部を前記燃料ガス導入部とは別に、さらに、前記再生ガスの導入により気化した不純物を含有するガスを放出又は回収する不純物導出部を前記燃料ガス導出部とは別に備え、前記不純物分離回収機構が構成されている点にある。
Further, the characteristic configuration of the fuel gas purification system according to the present invention for achieving the above object is as follows:
A fuel gas purification system for purifying fuel gas obtained by anaerobic fermentation or pyrolysis of organic matter,
A heat exchanger having a fuel gas flow path through which fuel gas flows in one flow path of the heat transfer surface, and a natural gas flow path through which natural gas flows in the other flow path of the heat transfer surface;
The fuel gas channel includes a fuel gas introduction unit that introduces a pre-purification fuel gas, and a fuel gas deriving unit that derives a refined fuel gas purified in the fuel gas channel,
The natural gas flow path comprises a natural gas introduction part for introducing liquefied natural gas, and a natural gas lead-out part for deriving natural gas vaporized in the natural gas flow path,
The fuel gas flowing through the fuel gas flow path, with the impurity concentration control of the fuel gas by temperature control of the fuel gas located near the outlet of the heat exchanger,
Impurities in the pre-purification fuel gas are condensed by heat exchange by cold heat of the liquefied natural gas, and are attached to the surface of the heat transfer surface of the heat transfer surface as a solid or liquid material, thereby exchanging the heat. In a configuration that works as an impurity treatment unit,
An impurity separation / recovery mechanism for separating and collecting the solid or liquid matter attached to one of the heat transfer surfaces separately from the refined fuel gas ;
The heat exchanger is constituted by a finned tube heat exchanger, the inside of the finned tube of the finned tube type heat exchanger is the natural gas flow path, and the outside of the finned tube of the finned tube type heat exchanger is the fuel gas. Configured as a flow path,
In addition to the fuel gas introduction unit, the fin tube heat exchanger vaporizes the regeneration gas introduction unit for introducing the regeneration gas at a temperature for vaporizing the impurities to the outside of the fin tube. An impurity deriving unit that releases or collects gas containing impurities is provided separately from the fuel gas deriving unit, and the impurity separation and recovery mechanism is configured .
上記の特徴構成によれば、伝熱面を挟んで、その一方に精製前燃料ガスを他方に液化天天然ガスを流すことにより、両ガス間で熱交換させることにより、本願に係る燃料ガス精製方法を実施して、燃料ガスの精製と天然ガスの気化とを実行できる。
また、上記の特徴構成により、燃料ガスの精製において前記伝熱面に付着した不純物の分離回収を行うこともできる。
According to said characteristic structure, fuel gas refinement | purification which concerns on this application is carried out by carrying out heat exchange between both gas by flowing the liquefied natural gas to the other through the fuel gas before refinement | purification on the other side on both sides of a heat-transfer surface. The method can be implemented to perform fuel gas purification and natural gas vaporization.
Moreover, according to said characteristic structure, the isolation | separation collection | recovery of the impurity adhering to the said heat-transfer surface can also be performed in refinement | purification of fuel gas.
上記の特徴構成によれば、汎用のフィン管式熱交換器を採用し、フィン管内外をそれぞれ、天然ガス流路及び燃料ガス流路として、燃料ガスの精製と天然ガスの気化とを実行できる。 According to the above characteristic configuration, a general-purpose finned pipe heat exchanger is employed, and purification of the fuel gas and vaporization of the natural gas can be executed by using the inside and outside of the fin pipe as a natural gas flow path and a fuel gas flow path, respectively. .
上記の特徴構成によれば、再生ガス流路に再生ガスを流すことで、伝熱面から不純物を気化させて、熱交換器の精製機能を回復できる。 According to the above characteristic configuration, by flowing the regeneration gas through the regeneration gas flow path, impurities can be vaporized from the heat transfer surface, and the purification function of the heat exchanger can be recovered.
本発明に係る燃料ガス精製システムの更なる特徴構成は、前記精製済燃料ガスの温度を測定する燃料ガス温度測定部を備え、かつ、前記燃料ガス温度測定部で測定された前記精製済燃料ガスの温度が、予め設定された一定の温度以下になるように、前記不純物処理部で不純物処理を行う前記精製前燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整部、または、前記液化天然ガスの流量を調整する液化天燃ガス流量調整部、の少なくともいずれか一方を備える点にある。 A further characteristic configuration of the fuel gas purification system according to the present invention includes a fuel gas temperature measurement unit that measures the temperature of the purified fuel gas, and the purified fuel gas measured by the fuel gas temperature measurement unit A flow rate of the liquefied natural gas, or a flow rate of the liquefied natural gas that adjusts a flow rate of the pre-purification fuel gas that performs impurity treatment in the impurity treatment portion so that a temperature of It is in the point provided with at least any one of the liquefied natural gas flow volume adjustment part which adjusts.
上記の特徴構成によれば、先に燃料ガスの精製方法において説明した、燃料ガスの温度を予め設定された一定の温度以下になるように制御することにより得られる作用・効果を装置において得ることができる。即ち、燃料ガス中の特定の不純物の濃度が所定以上に上昇しないように管理することができる。 According to the above characteristic configuration, the apparatus obtains the operations and effects obtained by controlling the temperature of the fuel gas to be equal to or lower than a predetermined temperature described in the fuel gas purification method. Can do. That is, it can be managed so that the concentration of the specific impurity in the fuel gas does not rise above a predetermined level.
さらに、本発明に係る製品ガス製造システムの特徴構成は、前記いずれかの燃料ガス精製システムから得られる、前記不純物が除去されて分離回収される前記精製済燃料ガスと、前記精製前燃料ガスとの熱交換により気化されて回収される前記天然ガスとを混合して製品ガスを得るガス混合調整システムを、前記燃料ガス精製システムの下流側に備えた点にある。 Further, the product gas production system according to the present invention is characterized in that the refined fuel gas obtained from any one of the fuel gas purification systems and separated and recovered after the impurities are removed, and the pre-purification fuel gas, A gas mixing and adjusting system is provided on the downstream side of the fuel gas purification system to obtain a product gas by mixing the natural gas which is vaporized and recovered by heat exchange.
上記の特徴構成によれば、先に製品ガスの製造方法において説明した、バイオ由来の燃料ガスであって、不純物成分が除かれた精製済燃料ガスと気化済みの天然ガスとを同一の工程で得て、さらにこれらのガスを混合するとともに、熱量調整することで、所望の性状の製品ガスを容易に得ることができるという作用・効果を、装置において得ることができる。
また、精製済燃料ガスの熱量を天然ガスの熱量に近づけることができるので、天然ガス用の消費機器をそのまま使用できるようになるか、あるいはそのまま使用できるようにするための熱量調整に添加する他の燃料(例えばプロパン、ブタン)の使用量を低減できるという効果、及び、天然ガス中の不純物の濃度は低いので、製品ガスの不純物濃度が精製済燃料ガスのそれよりも小さくなるという効果を、装置において得ることができる。
According to the above-described characteristic configuration, the purified fuel gas from which the impurity component is removed and the vaporized natural gas, which are bio-derived fuel gas described in the method for producing the product gas, are used in the same process. Thus, by further mixing these gases and adjusting the amount of heat, it is possible to obtain an effect and effect that a product gas having a desired property can be easily obtained in the apparatus.
In addition, the amount of heat of the refined fuel gas can be brought close to the amount of heat of natural gas, so that it is possible to use the natural gas consumer device as it is, or to add to the heat amount adjustment so that it can be used as it is. The effect that the amount of fuel used (for example, propane and butane) can be reduced, and the concentration of impurities in natural gas is low, the effect that the impurity concentration of the product gas is smaller than that of purified fuel gas, Can be obtained in the apparatus.
本願において紹介する設備は、図1に示す燃料ガス精製システム1の下流側に、図3に示すガス熱量のガス混合調整システム2を備えて構成されている。
燃料ガス精製システム1は、液化天然ガスが有する冷熱を利用して有機物由来の燃料ガスの精製を行うシステムであり、この燃料ガス精製システム1を運転することで、不純物が除去された精製済燃料ガスBG2を得ることができるとともに、不純物除去のための冷熱供与により暖められて気化した気化天然ガスNG2を得ることができる。
ガス混合調整システム2では、燃料ガス精製システム1から、精製済燃料ガスBG2と気化された天然ガスNG2とを受入れて、両ガスを混合し、LPG熱量調整装置でLPGの添加量を制御することにより、熱量が所定の熱量範囲内の製品ガスGSを得ることができる。
The equipment introduced in the present application includes a gas mixing adjustment system 2 for gas heat quantity shown in FIG. 3 on the downstream side of the fuel gas purification system 1 shown in FIG.
The fuel gas purification system 1 is a system that purifies organic fuel gas using the cold heat of liquefied natural gas. By operating the fuel gas purification system 1, the purified fuel from which impurities have been removed Gas BG2 can be obtained, and vaporized natural gas NG2 that has been warmed and vaporized by donating cold for removing impurities can be obtained.
In the gas mixing adjustment system 2, the refined fuel gas BG2 and the vaporized natural gas NG2 are received from the fuel gas purification system 1, the both gases are mixed, and the amount of LPG added is controlled by the LPG calorific value adjustment device. As a result, the product gas GS having a heat quantity within a predetermined heat quantity range can be obtained.
以下、燃料ガス精製システム1、ガス混合調整システム2の順に説明する。
〔燃料ガス精製システムの構成〕
図1は、本発明に係る燃料ガス精製システム1の構成図である。
本願に係る燃料ガス精製システム1では、燃料ガスの精製を液化天然ガスの保有する冷熱により実行するため、両ガス間で熱交換を行う熱交換器12を核として、この熱交換器12の高温側流路及び低温側流路にそれぞれ接続される燃料ガス系統及び天然ガス系統を備えて構成されている。ここで、前記熱交換器12は、精製前燃料ガスBG1中の不純物を、液化天然ガスNG1の冷熱による熱交換により凝縮し、固体状物または液体状物として伝熱面の燃料ガス流路側表面に付着させて除去することが可能な構成を有している。即ち、この熱交換器12は燃料ガス精製システムにおいて不純物処理部11として働くこととなる。
さらに、本願に係る熱交換器12には、伝熱面に付着した固体状物または液体状物を、気化天然ガスNG2とは別に分離回収する不純物分離回収機構30が備えられている。
Hereinafter, the fuel gas purification system 1 and the gas mixing adjustment system 2 will be described in this order.
[Configuration of fuel gas purification system]
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel gas purification system 1 according to the present invention.
In the fuel gas purification system 1 according to the present application, since the fuel gas is purified by the cold heat held by the liquefied natural gas, the
Furthermore, the
なお、本願において、燃料ガス精製部10、不純物処理部11、熱交換器12は、実体的には全て熱交換器12を指すが、「燃料ガス精製部10」という表現は、燃料ガスを精製する機能部という側面から熱交換器12を捉えるもの、「不純物処理部11」という表現は、燃料ガス中の不純物を処理する機能部であるという側面から熱交換器12を捉えるもの、「熱交換器12」という表現は、「燃料ガスの精製を行う機器として実体的に熱交換器を用いている」ということ、あるいは、「燃料ガスの精製」が「熱交換」により行われているという側面から熱交換器12を捉えるものである。
In the present application, the fuel
〔不純物処理に関係する機能構成〕
図1からも判明するように、熱交換器12にはそれぞれ、燃料ガス系統及び天然ガス系統が接続される構成が採用されている。
燃料ガス系統には、熱交換器12の上流側に、最上流側から燃料ガスを受入れる搬入部、搬入された燃料ガスの流量を測定する流量計FM110、流路を流れる燃料ガス量を調整する流量調整弁V110、及び燃料ガス中の水分を除去する除湿装置105が備えられている。熱交換器12の下流側には、加温器160が備えられている。熱交換器12より上流側には、本願にいう精製前燃料ガスBG1が流れ、下流側には精製済燃料ガスBG2が流れることとなる。
[Functional structure related to impurity treatment]
As can be seen from FIG. 1, the
In the fuel gas system, on the upstream side of the
天然ガス系統には、熱交換器12の上流側に、液化天然ガスタンク201を備え、このタンク201から液化天然ガスを熱交換器12に導入可能に構成されている。熱交換器12の下流側には、温水式気化器260、流量計FM260及び当該流量計FM260により計測される流量に従って、流路を開閉して流量を調整する流量調整弁V270を備えている。図1にも示すように、液化天然ガスタンク201から払い出される液化天然ガスは、その一部が熱交換器12で気化されて気体状態の天然ガスとなり、温水式気化器260で完全に気化される。
The natural gas system includes a liquefied
〔不純物分離回収に関係する構成〕
図1からも判明するように、熱交換器12には、熱交換器の再生処理である不純物の分離回収を実行する窒素ガス系統がさらに接続される構成が採用されている。
窒素ガス系統には、熱交換器12の上流側に、最上流側から窒素ガスを発生するPSA式窒素ガス発生装置301が備えられている。熱交換器12の下流側には、気化状態にある不純物と窒素ガスとの混合ガスを放出する不純物導出部350が備えられている。
[Configuration related to impurity separation and recovery]
As can be seen from FIG. 1, the
In the nitrogen gas system, a PSA type
図1に示すように、本願に係る燃料ガス精製システム1には、精製済燃料ガスBG2を燃料として働く温水ボイラー303が備えられており、この温水ボイラー303により発生される温水を利用して、熱交換器12に供給される空気を加熱するための外気加熱用熱交換器304が備えられるとともに、天然ガス系統の熱交換器12より下流側に備えられる温水式気化器260での気化の用、及び燃料ガス系統の熱交換器12より下流側に備えらえる加温器160での加温の用に供することができるように構成されている。また、図1において、302は、外気加熱用熱交換器304に空気を送るためのブロアーである。
As shown in FIG. 1, the fuel gas purification system 1 according to the present application includes a
以下、さらに詳細に、個々の機器(特に熱交換器)について説明する。
本願に係る燃料ガス精製システム1では、図1、図2に示すように、熱交換器12はフィン管式熱交換器で構成されており、フィン管式熱交換器のフィン管12aを、天然ガス系統の一部を成す天然ガス流路230とし、フィン管式熱交換器のフィン管外を燃料ガス系統の燃料ガス流路130として構成している。
Hereinafter, individual devices (particularly heat exchangers) will be described in more detail.
In the fuel gas purification system 1 according to the present application, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
即ち、本願に係る熱交換器12は、伝熱面の一方の流路に燃料ガスが流れる燃料ガス流路130を、伝熱面の他方の流路に天然ガスが流れる天然ガス流路230を備える構成とし、前記燃料ガス流路130に、精製前燃料ガスBG1を導入する燃料ガス導入部110と、前記燃料ガス流路130において精製された精製済燃料ガスBG2を導出する燃料ガス導出部150とを備えるとともに、前記天然ガス流路230に、液化天然ガスNG1を導入する天然ガス導入部210と、前記天然ガス流路230において気化された気化天然ガスを導出する天然ガス導出部250とを備えて構成している。従って、燃料ガスと液化天然ガスは間接形態で熱交換を行う。
That is, the
また、この熱交換器12は、固体状物または液体状物の状態にある不純物12zを気化する温度の再生ガスRGを伝熱面に伝熱可能な状態で流す、窒素ガス系統の一部を成す再生ガス流路330を備えている。
In addition, the
従って、この熱交換器12に、燃料ガス流路130に連通接続される再生ガス導入部310を燃料ガス導入部110とは別に備えるとともに、燃料ガス流路130に連通接続される再生ガス導出部(不純物導出部)350を燃料ガス導出部150とは別に備え、この熱交換器12では、燃料ガス導入部110からの精製前燃料ガスBG1の供給を停止した状態で、再生ガス導入部310から燃料ガス流路130に再生ガスRGを導入するとともに、燃料ガス流路130内の再生ガスRGを再生ガス導出部350から導出する状態で、燃料ガス流路130が、再生ガス流路330となるように構成されている。
Therefore, the
以上の構成を採用することにより、燃料ガス流路130に燃料ガスを流して精製前燃料ガスBG1から不純物12zを除去する不純物除去運転状態と、燃料ガス流路130に再生ガスRGを流して固体状物または液体状物として前記伝熱面の燃料ガス流路側表面に付着された状態にある不純物12zを気化させて、再生ガス導出部(不純物導出部)350から導出する再生運転状態とにおいて、伝熱面に対する燃料ガスの流れ方向と、再生ガスの流れ方向とが同一方向となる。
By adopting the above configuration, an impurity removal operation state in which the fuel gas is caused to flow through the
さらに、図1から判るように、精製済燃料ガスBG2の温度を測定する燃料ガス温度測定部T150を備え、かつ、燃料ガス温度測定部T150で測定された燃料ガスの温度が、予め設定された一定の温度以下になるように、不純物処理部11である熱交換器12で不純物処理を行う燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整部である流量調整弁V110が、流量計FM110と除湿装置105との間に備えられている。この流量制御弁V110は、流量制御器CTR110の制御を受ける。
Further, as can be seen from FIG. 1, the fuel gas temperature measuring unit T150 for measuring the temperature of the refined fuel gas BG2 is provided, and the temperature of the fuel gas measured by the fuel gas temperature measuring unit T150 is set in advance. A flow rate adjusting valve V110, which is a fuel gas flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the fuel gas that performs impurity processing in the
以上が、本願に係る燃料ガス精製システム1の概略構成の説明であるが、以下、さらに詳細に、その構成と運転形態に関して説明する。
精製の対象となる燃料ガスBG1は、例えば、本発明に係る燃料ガス精製システム1に含まれない燃料ガスボンベ(図示省略)に蓄えられている。前記燃料ガスボンベから導入された精製前燃料ガスBG1は、精製前燃料ガス流量制御弁V110、除湿装置105を経て、開閉制御が可能なバルブV120を介して、熱交換器12内の燃料ガス流路130に送られる。
The above is the description of the schematic configuration of the fuel gas purification system 1 according to the present application. Hereinafter, the configuration and operation mode will be described in more detail.
The fuel gas BG1 to be purified is stored, for example, in a fuel gas cylinder (not shown) that is not included in the fuel gas purification system 1 according to the present invention. The pre-purification fuel gas BG1 introduced from the fuel gas cylinder passes through the pre-purification fuel gas flow rate control valve V110 and the
即ち、前記精製前燃料ガス流量制御弁V110は、精製前燃料ガスBG1の燃料ガス精製部10への流量を制御するものである。前記精製前燃料ガス流量制御弁V110は、精製前燃料ガス流量制御器CTR110により制御されており、精製前燃料ガス流量制御器CTR110は、燃料ガス精製部10の不純物除去性能を維持するために、燃料ガス精製部10の出口(燃料ガス導出部150)近傍の燃料ガスの温度を測定し、当該温度が−135℃以下になるように、前記精製前燃料ガス流量制御弁V110を用いて精製前燃料ガスBG1の流量を制御する。なお、このため、燃料ガス精製部10の燃料ガス導出部150の近傍には、燃料ガスを測定する温度計T150が設置されている。
That is, the pre-purification fuel gas flow control valve V110 controls the flow rate of the pre-purification fuel gas BG1 to the fuel
除湿装置105は、精製前燃料ガスBG1中の水分除去を行うものである。不純物処理部11への導入前に精製前燃料ガスBG1中の水分を除去することにより、熱交換器12のフィンに付着する水の量を低減することができる。これにより、(i)燃料ガスの流れ
の上流側での燃料ガスの閉塞の危険性を低減することができ、また、(ii)フィンの伝熱特性の低下を抑制し、かつ、(iii)再生工程で水分が液体状になり、熱交換器12の底部に蓄積した場合の蓄積量を低減することができる。
The
続いて、燃料ガス精製部10である熱交換器12の構成について説明する。
燃料ガス精製部10は、上流から順に、燃料ガス精製部10への導入部である燃料ガス導入部110、前記燃料ガス導入部110から導入された燃料ガスの燃料ガス精製部10内での流路であり、熱交換器12の一部でもある燃料ガス流路130、燃料ガス流路130で精製された精製済燃料ガスBG2を燃料ガス精製部10外へ導出する燃料ガス導出部150、で構成されており、この順で接続されている。
Then, the structure of the
The fuel
また、機器構成の観点から見れば、燃料ガス精製部10は、不純物処理部11を構成する熱交換器12で構成されており、4本のフィン管12a、及び、フィン管12aの収納容器12bから構成されている。そして、熱交換器12は、フィン管12aにより、フィン管内の媒体とフィン管外の媒体で熱交換を行い、不純物除去を行えるように構成されている。
Further, from the viewpoint of the equipment configuration, the fuel
図2に、本実施例においてフィン管12aを具体的に示す。フィン管12aは、図2に示されるように、入口集合管12i及び出口集合管12o、並びに、入口集合管12i及び出口集合管12oに接合された4本のフィン管12aから構成されているが、各々のフィン管12aは、図2に示されるように、1つの伝熱管12cと、等角度で前記伝熱管12cに固着された8枚のフィン12dから構成されている。本実施例では、熱交換器12はアルミニュウム合金製であり、アルミニュウム合金の熱伝導性により、フィン管内の媒体とフィン管外の媒体が熱交換を行う。
FIG. 2 specifically shows the
本実施例では、図2に示すように、フィン管内(伝熱管)を冷熱媒体である液化天然ガスNG1が流れ、フィン管外を精製対象である燃料ガスが流れている。冷熱媒体である液化天然ガスNG1が流れるのはフィン管内であるが、フィン管12aが熱伝導性の高いアルミニュウム合金で構成されているため、液化天然ガスNG1の冷熱は伝熱管に固着されたフィン12dに伝熱し、フィン管外を流れる精製前燃料ガスBG1中の不純物12zは、伝熱管を流れる液化天然ガスNG1の冷熱により凝縮し、液体化および固体化して、フィン管12a、すなわち、伝熱管12c及びフィン12dに付着する。これによりフィン管外を流れる燃料ガスBG1中の不純物12zは除去され、燃料ガスBG1が精製される。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the liquefied natural gas NG1 that is a cooling medium flows in the fin tube (heat transfer tube), and the fuel gas to be purified flows outside the fin tube. The liquefied natural gas NG1, which is a cooling medium, flows in the fin tube, but since the
すなわち、本実施例では、燃料ガス精製部10における燃料ガス流路130とは、熱交換器12の収納容器12b内で、熱交換器12のフィン管12a外の部分に該当する。つまり、燃料ガス導入部110から収納容器12b内に導入された精製前燃料ガスBG1は、燃料ガス流路130である収容容器12b内において、熱交換器12と接触することによりフィン管12a内を通る天然ガスNG1と熱交換を行い、上述のように精製される。
That is, in the present embodiment, the fuel
図1に戻り、燃料ガス精製部10の下流の構成を説明する。
燃料ガス導出部150は、開閉制御が可能なバルブを介して、下流で加温器160に接続されている。また、加温器160の下流は、不純物濃度測定のための装置、検知管に接続が可能な構成とされている。
Returning to FIG. 1, the downstream configuration of the fuel
The
加温器160は、燃料ガス精製部10における不純物除去のための熱交換により、低温となっている精製済燃料ガスBG2を、需要箇所への供給に先立ち、常温に近づけるものである。
また、加温器160の下流に接続される不純物濃度測定のための装置、検知管は、需要箇所へ供給する精製済み燃料ガスBG2の品質の確認、及び、品質に基づいた制御を可能とするために、品質の測定及び検知を行うものである。
The warmer 160 brings the purified fuel gas BG2 having a low temperature by heat exchange for removing impurities in the fuel
In addition, the device for measuring the concentration of impurities connected to the downstream of the
すなわち、本実施例は、燃料ガス導出部150から導出される精製済燃料ガスBG2について、加温器160で常温に近づけ、その後、品質の確認を行った上で、需要者に提供することが可能な構成となっている。
That is, in the present embodiment, the refined fuel gas BG2 derived from the fuel
続いて、冷熱媒体である天然ガスの流れに沿って、本発明に係る燃料ガス精製システム1の構成を説明する。
冷熱媒体として使用される極低温の液化天然ガスNG1は、液化天然ガスタンク201から受け入れられる。そして、液化天然ガスNG1は、天然ガス導入部210により、燃料ガス精製部10内の天然ガス流路230に導入される。燃料ガス精製部10から外部へは、天然ガス導出部250を経て導出可能とされており、天然ガス導出部250の下流に接続された温水式気化器260、及び、温水式気化器260の下流に接続された気化天然ガス流量計FM260及び気化天然ガス流量制御弁V270を経て、本発明に係る燃料ガス精製システム1の外部へと接続される。
Next, the configuration of the fuel gas purification system 1 according to the present invention will be described along the flow of natural gas that is a cooling medium.
The cryogenic liquefied natural gas NG1 used as a cooling medium is received from the liquefied
本実施例では、燃料ガス精製部10における天然ガス流路230は、前記フィン管12aの伝熱管12cに該当する。また、不純物処理部11の熱交換器12で行われる熱交換については、図2に基づき、先に説明したとおりである。すなわち、天然ガス導入部210から熱交換器12、すなわち、フィン管式熱交換器に導入された液化天然ガスNG1は、天然ガス流路230である伝熱管12c内を流れる際、フィン管材質のアルミニュウム合金の熱伝導性により、フィン管外の精製前燃料ガスBG1と熱交換を行う。そして、天然ガス流路230を通過して、天然ガス導出部250から熱交換器12外に導出される。
In the present embodiment, the natural
すなわち、本発明に係る燃料ガス精製システム1では、精製対象である燃料ガスと冷却媒体である天然ガスは熱交換過程において、各々、熱交換器収納容器内12b、熱交換器12のフィン管12a内、という物理的に分離された流路を通る構成となっている。このように分離された構成で間接的に熱交換を行うため、天然ガス中に燃料ガスを流す直接熱交換の場合に生じる、不純物の天然ガス中への混入というような問題を生じることがない。
That is, in the fuel gas refining system 1 according to the present invention, the fuel gas to be purified and the natural gas as the cooling medium are respectively in the heat
また、開閉制御が可能なバルブV260を介して、天然ガス導出部250の下流に接続された温水式気化器260は、燃料ガス精製部10から導出された液化天然ガスNG1及び気化天然ガスNG2のうち、気化しなかった液化天然ガスNG1を全て気化させるためのものである。
すなわち、天然ガス流路230に導入された前記液化天然ガスNG1のうち、一部は天然ガス流路230での燃料ガスとの熱交換により気化され、気化天然ガスNG2となるが、一部は気化せず、液化天然ガスNG1のまま、天然ガス導出部250から燃料ガス精製部10外へ導出される。そこで、燃料ガス精製部10の下流は温水式気化器260を接続することにより、燃料ガス精製部10から導出された天然ガスを全て気化し、全て気化天然ガスとしている。
Further, the
That is, a part of the liquefied natural gas NG1 introduced into the natural
そして、温水式気化器260を経て、全て気化された天然ガスNG2は、気化天然ガス流量計FM260及び気化天然ガス流量制御弁V270を経て流量を制御され、本発明に係る燃料ガス精製システム1の外部へ提供される構成となっている。
Then, the natural gas NG2 that has been completely vaporized via the
本発明に係る燃料ガス精製システム1では、フィン管12aに付着した燃料ガス中の不純物である二酸化炭素の量が多くなると、二酸化炭素の熱伝導性能はフィン12dよりも大幅に悪いため、熱交換器12の伝熱特性が低下し、不純物を固体状物として除去する性能が徐々に低下する。この場合に、本願システムは、不純物分離回収機構30により、フィン管12aに付着した前記固体状又は液体状の不純物を前記気化天然ガスNG2とは別に分離回収することで、燃料ガス精製部10の不純物除去性能を再生する。
In the fuel gas purification system 1 according to the present invention, if the amount of carbon dioxide, which is an impurity in the fuel gas attached to the
不純物分離回収機構30は、フィン管12aに付着した固体状又は液体状の不純物を分離回収するために、(i)窒素ガスにより燃料ガス精製部10内をパージする機能、及び
、(ii)加熱した空気を燃料ガス精製部10内に導入することにより、熱交換器12を昇温し、フィン管12aに付着した不純物を気化させる機能、を有している。
The impurity separation /
したがって、不純物分離回収機構30は、(i)燃料ガス精製部10内をパージするた
めの窒素ガス、及び、(ii)不純物を気化させるための加熱した空気、を燃料ガス精製部10内に導入するための再生ガス導入部310を備えている。また、不純物分離回収機構30は、燃料ガス精製部10内において、再生ガスを不純物に伝熱可能な状態で流す再生ガス流路330、及び、再生ガスにより分離された不純物を燃料ガス精製部10外に導出する不純物導出部350、を備えている。
Therefore, the impurity separation and
さらに、不純物分離回収機構30は、前記再生ガス導入部310の上流に、(i)燃料
ガス精製部10内をパージするための窒素ガス、及び、(ii)不純物を気化させるための加熱した空気、を燃料ガス精製部10内に導入するための構成として、(i)再生ガス
として使用される窒素ガスを発生させるPSA式窒素ガス発生装置301と、(ii)不純物を気化させるために、加熱した空気を発生させるべく、外気を取り込むブロアー302、取り込んだ外気を加熱するための外気加熱用熱交換器304、外気加熱用熱交換器304に熱を提供するための温水ボイラー303、とを備えている。
また、(i)PSA式窒素ガス発生装置301と、(ii)ブロアー302、外気加熱
用熱交換器304、温水ボイラー303、は、前記再生ガス導入部310の上流に、各々、開閉制御が可能なバルブを介して、並列に接続されている。さらに、(ii)を構成する機器について、ブロアー302及び温水ボイラー303は、外気加熱用熱交換器304の上流に、並列に接続されている。
Further, the impurity separation /
Further, (i) the PSA type
不純物導出部350は、開閉制御が可能なバルブV360を介して、不純物を放出又は回収することが可能に構成されている。
The
〔燃料ガスの精製運転〕
続いて、図4に基づいて、本実施例における燃料ガスの精製運転について説明する。
前提となるガスの流路状況について、燃料ガスの精製の様子を示す概念図である図4では、精製対象である燃料ガス及び冷却媒体である天然ガスの、燃料ガス精製部10への導入部及び導出部である、燃料ガス導入部110、天然ガス導入部210、燃料ガス導出部150、天然ガス導出部250、に関連するバルブV110、V120、V160、V210、V260、V270を開放する(中抜き白符号で示す)一方、不純物分離回収機構30の導入部及び導出部である再生ガス導入部310、不純物導出部350、に関連するバルブV310,V320、V360は閉止している(黒塗り符号で示す)。
[Fuel gas purification operation]
Next, the fuel gas refining operation in this embodiment will be described with reference to FIG.
In FIG. 4 which is a conceptual diagram showing the state of the gas flow path as a premise, the introduction of the fuel gas to be purified and the natural gas to be the cooling medium into the fuel
本実施例で精製する燃料ガスBG1は、下水汚泥を嫌気性発酵して得られた消化ガスを模擬して製造したガスであり、例えば、メタン60%、二酸化炭素40%、デカメチルシクロペンタシロキサン80mg/m3N、酸素0.06%、窒素1.4%から構成されており、本発明に係る燃料ガス精製システム1に接続された燃料ガスボンベ(図外)から供給される。 The fuel gas BG1 to be purified in this example is a gas produced by simulating digestion gas obtained by anaerobic fermentation of sewage sludge. For example, methane 60%, carbon dioxide 40%, decamethylcyclopentasiloxane. It is composed of 80 mg / m 3 N, oxygen 0.06%, and nitrogen 1.4%, and is supplied from a fuel gas cylinder (not shown) connected to the fuel gas purification system 1 according to the present invention.
本実施例では、燃料ガス精製部10の上流で、精製前燃料ガス流量制御弁V110により、精製前燃料ガスBG1の流量を制御している。具体的には、精製前燃料ガスBG1の流量が平均0.21m3N/hとなるように制御している。
これは、精製済燃料ガス中の特定の不純物の濃度が所定値以上に上昇しないようにするために、精製対象とする精製前燃料ガスBG1の流量を、燃料ガス精製部10の上流で制御するものである。好ましい温度の条件として、例えば大気圧レベルの燃料ガスを処理する場合で、かつ、二酸化炭素の濃度を例に挙げれば、二酸化炭素の濃度を1%以下にするには−125℃以下に維持し、0.5%以下にするには−130℃以下に維持する必要がある。本実施例では、燃料ガス精製部温度計T150で測定される精製済燃料ガスBG2の温度が−135℃以下になるように、精製前燃料ガスBG1の流量を制御している。
In the present embodiment, the flow rate of the pre-purification fuel gas BG1 is controlled by the pre-purification fuel gas flow rate control valve V110 upstream of the fuel
This is to control the flow rate of the pre-purification fuel gas BG1 to be purified upstream of the fuel
また、本実施例では、燃料ガス精製部10への導入前に、除湿装置105により、精製前燃料ガスBG1の水分除去を行っている。具体的には、除湿装置105の入口では燃料ガスの温度は室温と同じ25℃、湿度は67%程度であるが、除湿装置105で燃料ガスを冷却し、燃料ガス中の水分を8℃の飽和状態まで除湿している。これにより、燃料ガス中の水分量は約半分に低減される。
燃料ガスの精製において、精製前燃料ガスBG1は、上記水分除去を経て、燃料ガス導入部110より、燃料ガス精製部10に導入される。
In the present embodiment, the moisture of the pre-purification fuel gas BG1 is removed by the
In the purification of the fuel gas, the pre-purification fuel gas BG1 is introduced into the fuel
一方、本実施例において冷却媒体として用いられる液化天然ガスNG1は温度が約−145℃のガスであり、液化天然ガスタンク201としての天然ガスボンベから供給される。天然ガスボンベ201は、一般的に使用されている容積175LのLNG可搬式容器を使用する。
液化天然ガスNG1の送出は、LNG可搬式容器の内圧を通常用いる方法で0.2MPa程度に昇圧して液化天然ガスNG1を押し出すことにより行う。流量は気化後の天然ガス換算で1.5m3N/hとする。
燃料ガスの精製において、送出された液化天然ガスNG1は、天然ガス導入部210より、燃料ガス精製部10に導入される。
On the other hand, the liquefied natural gas NG1 used as a cooling medium in this embodiment is a gas having a temperature of about −145 ° C., and is supplied from a natural gas cylinder as the liquefied
The delivery of the liquefied natural gas NG1 is performed by increasing the internal pressure of the LNG portable container to about 0.2 MPa by a method normally used and pushing out the liquefied natural gas NG1. The flow rate is 1.5 m 3 N / h in terms of natural gas after vaporization.
In the purification of the fuel gas, the delivered liquefied natural gas NG1 is introduced into the fuel
燃料ガス精製部10への導入後の、不純物処理部11、熱交換器12における燃料ガスと天然ガスの熱交換による燃料ガスの精製の仕組みについては、先に図2を用いて説明した通りである。
The mechanism of fuel gas purification by heat exchange between the fuel gas and the natural gas in the
燃料ガス精製部10で精製された精製済燃料ガスBG2は、燃料ガス導出部150から燃料ガス精製部10外へ導出され、燃料ガス導出部150の下流に設置された加温器160により、室温と同じ25℃程度に昇温される。本実施例では、加温器160は、温水を熱源としている。
The refined fuel gas BG2 purified by the fuel
加温器160により昇温された精製済燃料ガスBG2は、加温器160の下流に設置された不純物濃度測定のための装置により、不純物濃度を測定される。
本実施例では、不純物濃度は、(i)二酸化炭素、酸素、窒素について、TCD検出器
を用いたガスクロマトグラフ、(ii)デカメチルシクロペンタシロキサンについて、サンプリングガスをヘキサンに吸収し、この液をガスクロマトグラフ質量分析計で分析、(iii)水分について、露点計による測定、という一般的に用いられる測定方法で測定した。
その結果、本実施例における昇温後の精製済燃料ガスBG2の不純物濃度は、二酸化炭素濃度が0.5%以下、デカメチルシクロペンタシロキサンが0.5mg/m3N以下、水分の露点が−30℃以下、酸素平均0.1%、窒素平均2.3%であり、当該不純物濃度は、ガスエンジン、ガスタービン、温水ボイラー、蒸気ボイラー等の主要なガス消費機器で使用しても問題がない十分に低いレベルであった。
The refined fuel gas BG2 heated by the warmer 160 is measured for impurity concentration by an impurity concentration measuring device installed downstream of the warmer 160.
In this example, the impurity concentration is (i) for carbon dioxide, oxygen and nitrogen, gas chromatograph using a TCD detector, and (ii) for decamethylcyclopentasiloxane, the sampling gas is absorbed in hexane, Analysis was performed with a gas chromatograph mass spectrometer, and (iii) water was measured by a commonly used measurement method of measurement with a dew point meter.
As a result, the impurity concentration of the refined fuel gas BG2 after the temperature rise in this example is such that the carbon dioxide concentration is 0.5% or less, decamethylcyclopentasiloxane is 0.5 mg / m 3 N or less, and the dew point of moisture is -30 ° C or lower, oxygen average 0.1%, nitrogen average 2.3%, and the impurity concentration is problematic even when used in major gas consuming equipment such as gas engines, gas turbines, hot water boilers, steam boilers, etc. There was no low enough level.
また、本実施例では、燃料ガス精製部10から導出された液化天然ガスNG1と気化天然ガスNG2の混合ガスについて、燃料ガス精製部10の下流に温水式気化器260を設置し、これを通過させることにより、完全に気化した気化天然ガスNG2とした後、流量を制御した上で本発明に係る燃料ガス精製システム1外に提供している。
本実施例において、温水式気化器260の熱源には温水ボイラー303を採用しており、80℃の温水を供給している。また、気化した天然ガスNG2の流量は、温水式気化器260の下流に敷設した気化天然ガス流量計FM260で計測し、気化天然ガスNG2の流量が1.5m3N/hとなるように気化天然ガス流量制御弁V270で制御している。
In the present embodiment, a
In the present embodiment, a
なお、図4に示される本実施例では、不純物処理部11において、燃料ガスを流す方向と天然ガスを流す方向がフィン管に対して同一の方向に描かれているが、別実施形態として、図6に示すように、燃料ガスを逆方向に流すことも可能な構成を備えた燃料ガス精製システムとし、不純物処理工程の中間において、燃料ガスを流す方向をそれまで流していた方向と反対方向にする燃料ガス精製方法を採用してもよい。
In the present embodiment shown in FIG. 4, in the
上記の構成及び方法を採用することで、不純物処理工程でフィン12dに付着する固体状物の量が、燃料ガス中の不純物濃度が高い燃料ガスの流れの上流側で極端に多くなることを回避できるので、不純物処理工程が終了した時点で燃料ガスの通路が狭くなる、もしくは、場合によっては閉塞してしまうという問題を解消できる。
By adopting the above configuration and method, it is avoided that the amount of solid matter adhering to the
〔精製済燃料ガスと天然ガスの混合〕
図3は、前記燃料ガス精製システム1の下流側に備えられるガス混合調整システム2を示す構成図である。
ガス混合調整システム2は燃料ガス精製システム1で得られた精製済燃料ガスBG2と、前記燃料ガス精製システム1において、前記不純物との熱交換に使用され、気化されて回収される天然ガスNG2とを、得られる製品ガスの熱量が所定の熱量範囲内の熱量となる割合で混合して製品ガスGSを得るものである。
[Mixed refined fuel gas and natural gas]
FIG. 3 is a configuration diagram showing a gas mixing adjustment system 2 provided on the downstream side of the fuel gas purification system 1.
The gas mixing adjustment system 2 includes a refined fuel gas BG2 obtained by the fuel gas purification system 1, and a natural gas NG2 used for heat exchange with the impurities in the fuel gas purification system 1 and recovered by evaporation. Are mixed in such a ratio that the amount of heat of the obtained product gas becomes the amount of heat within a predetermined heat amount range to obtain the product gas GS.
以下、図3に基づいて、ガス混合調整システム2の機器構成を説明する。
ガス混合調整システム2は、前記燃料ガス精製システム1により精製を行った後の精製済燃料ガスBG2と天然ガスNG2を混合する機構であり、精製済燃料ガスBG2の流路710に精製済燃料ガスBG2の流量を計測する流量計FM610を、天然ガスNG2の流路720に天然ガスNG2の流量を計測する流量計FM620を設置し、かつ、天然ガスNG2の流量計FM620の下流に天然ガス流量制御弁V610を設置している。そして、前記天然ガス流量制御弁V610の下流で精製済燃料ガスBG2と天然ガスNG2を混合している。精製済燃料ガスBG2と天然ガスNG2の混合割合は、天然ガス流量制御弁V610により天然ガスNG2の流量を調整することで調整されている。
Hereinafter, based on FIG. 3, the apparatus structure of the gas mixing adjustment system 2 is demonstrated.
The gas mixing and adjusting system 2 is a mechanism for mixing the refined fuel gas BG2 and the natural gas NG2 that have been refined by the fuel gas purification system 1, and the refined fuel gas is added to the
精製済燃料ガスBG2と天然ガスNG2の混合箇所の下流には、混合状態の均一性を高めるべく、第1のスタティックミキサー630が設置され、その下流には、圧力変動と熱量変動幅を抑制する第1のクッションタンク640が設置されている。
第1のクッションタンク640の下流には、混合燃料ガスの流量を測定する流量計FM710が設定され、その下流にはLPG熱量調整装置710、さらにその下流には第2のスタティックミキサー730が設定されている。第2のスタティックミキサー730の下流には混合燃料ガス熱量測定装置720、第2のクッションタンク740が設置され、第2のクッションタンク740の下流には、付臭装置810が設置され、汎用の付臭剤により、付臭を行っている。
付臭装置810により付臭された熱量調整混合ガスGSは、需要箇所へ供給されるよう、都市ガス導管910や利用先に接続されている。
A first
A
The calorific value adjustment mixed gas GS odorized by the
続いて、図3に基づいて、本実施例におけるガス混合熱量調整を説明する。
ガス混合調整システム2は、上述の機器構成に基づいて、精製済燃料ガスBG2、天然ガスNG2の流量を流量計FM610、FM620で測定し、本実施形態では、流量計FM610の測定値を流量計FM620に送信し、天然ガスNG2の流量が精製済燃料ガスBG2の流量の12倍となるよう、天然ガス流量制御弁V610で天然ガスNG2の流量を制御している。例えば、本実施形態では、精製済燃料ガスBG2は約0.13m3N/h、天然ガスNG2は約1.5m3N/hとなるよう、流量を制御している。
Next, the gas mixing heat amount adjustment in the present embodiment will be described with reference to FIG.
The gas mixing adjustment system 2 measures the flow rates of the refined fuel gas BG2 and the natural gas NG2 with the flow meters FM610 and FM620 based on the above-described device configuration. In this embodiment, the measured value of the flow meter FM610 is measured with the flow meter. The flow rate of the natural gas NG2 is controlled by the natural gas flow rate control valve V610 so that the flow rate of the natural gas NG2 is 12 times the flow rate of the refined fuel gas BG2. For example, in this embodiment, the purified spent fuel gas BG2 about 0.13 m 3 N / h, as natural gas NG2 is to be approximately 1.5 m 3 N / h, and controls the flow rate.
本実施例のガス混合調整システム2は、上述により得られた混合燃料ガスについて、第1のスタティックミキサー630により、混合状態の均―性を高めている。スタティックミキサーは一般的なものでよい。その後、第1のスタティックミキサー630を出た混合燃料ガスを第1のクッションタンク640に通すことにより、圧力変動と熱量変動幅を抑制する。本実施形態において、第1のクッションタンク640の容積は30Lとしている。
The gas mixing adjustment system 2 of the present embodiment uses the first
第1のクッションタンク640を出た混合燃料ガスは、流量計FM710を経て、LPG熱量調整装置710によりプロパンガスが添加され、熱量が調整される。熱量の調整は、混合燃料ガスの流量の流量計FM710による測定値と、熱量調整後、後述の第2のスタティックミキサー730を経て、混合状態の均一性を高めた後の燃料調整混合ガスの熱量の熱量測定装置720による測定値(すなわち、熱量測定装置720は、第2のスタティックミキサー730の下流で燃料調整混合ガスの熱量の測定を行う)に基づき、前記熱量が所定の範囲であるように行う。本実施形態では、所定の範囲として、都市ガスヘの注入を想定して44.3J/m3N〜45.9MJ/m3Nとする。LPG熱量調整装置710は一般的なものを使用する。
The mixed fuel gas that has exited the
また、熱量調整混合ガスは、第2のスタティックミキサー730により、混合状態の均一性を高められる(なお、第2のスタティックミキサー730を経て、混合状態の均一性を高めた後の燃料調整混合ガスについて、熱量測定装置720で熱量の測定を行うのは上述の通りである)。そして、本願ガス混合調整システム2は、第2のスタティックミキサー730を出た混合燃料ガスを第2のクッションタンク740に通すことにより、圧力変動と熱量変動幅を抑制する。
加えて、本実施例では、上述により得られた熱量調整混合ガスに対して、安全のため、付臭剤で付臭する。付臭剤は汎用のものが選択される。付臭剤は一般的な付臭装置810を使用する。
Further, the heat adjustment mixed gas can be improved in the uniformity of the mixed state by the second static mixer 730 (Note that the fuel adjusted mixed gas after the second
In addition, in this embodiment, the calorie-adjusted mixed gas obtained as described above is odorized with an odorant for safety. A general-purpose odorant is selected. As the odorant, a
さらに、第2のクッションタンク740を出た熱量調整混合ガスについて、酸素と窒素の濃度の測定を行う。測定方法は一般的に用いられているTCD検出器を用いたガスクロマトグラフの方法を用いる。熱量調整混合ガスの酸素と窒素の濃度は、酸素が平均0.008%、窒素が平均0.18%である。
Further, the oxygen and nitrogen concentrations are measured for the calorie-adjusted mixed gas exiting the
天然ガス中の酸素および窒素の濃度が非常に小さいことはわかっているため、精製済燃料ガスBG2に対して天然ガスを混合する前後で酸素と窒素の濃度は、天然ガスと精製済燃料ガスBG2の流量倍率を12倍とし、13分の1の濃度レベルまで低減する。その結果、上記のように、酸素と窒素の温度は、都市ガス導管910に注入して使用する場合のガス事業者が決めている基準値の例である「酸素0.01%以下、窒素1%以下」を満たすことができ、当該熱量調整混合ガスを都市ガス導管910に注入することが可能になる。
Since it is known that the concentration of oxygen and nitrogen in natural gas is very small, the concentration of oxygen and nitrogen before and after mixing natural gas with purified fuel gas BG2 is the same as that of natural gas and purified fuel gas BG2. The flow rate magnification is 12 times, and the concentration level is reduced to 1/13. As a result, as described above, the temperatures of oxygen and nitrogen are examples of reference values determined by the gas company when used by being injected into the
ただし、実際に都市ガス導管910に注入する前に、第2のクッションタンク740の下流において熱量調整混合のガス組成、付臭剤濃度の測定を行うことが好ましい。例えば、酸素と窒素の濃度に対するガス消費機器や都市ガス導管910に注入などの利用先の基準値が厳しい場合において、基準値を満足することをより確実にするには、これらの濃度の測定値に基づき、天然ガスと精製済燃料ガスの流量比率を流量計FM610、流量計FM620および流量制御弁V610を使用して調整すればよい。
さらに、他の特定の不純物についても、ガス消費機器や都市ガス導管910に注入などの利用先の基準値が厳しい場合については、同様にその不純物の濃度の測定値に基づき天然ガスと精製済燃料ガスの流量比率を流量計FM610、流量計FM620および流量制御弁を使用して調整することにより、基準値を満足させることができる。
However, before actually injecting into the
Furthermore, with respect to other specific impurities, when the reference value of the usage destination such as injection into the gas consuming equipment or the
〔燃料ガス精製部の再生について〕
図5は、本発明に係る燃料ガス精製システム1における、燃料ガス精製部10の再生の様子を示す概念図である。以下、図5に基づいて、燃料ガス精製部10の再生方法について説明する。
[Regeneration of the fuel gas purification section]
FIG. 5 is a conceptual diagram showing how the fuel
燃料ガス精製部10の再生は、(1)窒素ガスによる燃料ガス精製部10内のパージ、(2)加熱空気によるフィン管に付着した不純物の気化、(3)窒素ガスによる再度の燃料ガス精製部10内のパージ、(4)燃料ガスによる燃料ガス流路のパージ、(5)少量の液化天然ガスによる熱交換器(天然ガス流路)の冷却、を、(1)〜(5)の順に行うことで実現される。以下、(1)〜(5)の各々について説明する。
The regeneration of the fuel
(1)窒素ガスによる燃料ガス精製部10内のパージ
燃料ガス精製部10の再生を行う(1)〜(3)の工程では、燃料ガスの燃料ガス精製部10への混入を避けるため、図5に示すように、燃料ガスの、燃料ガス精製部10への導入部である燃料ガス導入バルブV120、天然ガス導入バルブV210、燃料ガス導出バルブV160を閉止する。
(1) Purge in the fuel
この窒素ガスによる燃料ガス精製部10内のパージ処理では、前記バルブを閉止した後、窒素ガス導入バルブV310及び不純物導出バルブV360を開放し、PSA式窒素ガス発生装置301を稼動させる。これにより、PSA式窒素ガス発生装置301により発生した窒素ガスは、PSA式窒素ガス発生装置301から燃料ガス精製部10、燃料ガス精製部10から不純物導出部350、不純物導出部350から放出又は回収、と流れ、燃料ガス精製部10内に残留している燃料ガスを燃料ガス精製部10外にパージする。
なお、このパージ処理は、以後の加熱空気による不純物の気化処理の安全性を高めることを目的としており、燃料ガス精製部10内に残留している燃料ガスを、化学的に安定な窒素ガスにより燃料ガス精製部10外へ導出する。
In the purge process in the fuel
The purging process is intended to improve the safety of the subsequent vaporization process of the impurities by the heated air, and the fuel gas remaining in the fuel
(2)加熱空気によるフィン管に付着した不純物の気化
この不純物の気化処理では、上記窒素ガスによる燃料ガス精製部10内のパージ処理を行った後、加熱空気を再生ガスRGとして燃料ガス精製部10内に導入することにより、フィン管12aに付着した不純物を、フィン管12aの昇温により気化し、不純物導出部350から燃料ガス精製部10外に導出する。
(2) Vaporization of impurities adhering to the fin tube by heated air In the vaporization processing of impurities, after purging the fuel
加熱空気の流路は、加熱空気導入バルブV320を開放することで、外気用熱交換器304を経て加熱された外気の燃料ガス精製部10への導入を可能にする。また、燃料ガス精製部10に導入された加熱空気により気化された不純物の導出を可能とすべく、不純物導出バルブV360は上記パージ処理に引き続き開放しておく。これにより、本発明に係る燃料ガス精製システム1が、ブロアー302から外気を取り込み、不純物導出部350より不純物を導出することを可能とする。
The flow path of the heated air opens the heated air introduction valve V320, thereby allowing the outside air heated via the outside
燃料ガス精製部10内に導入する加熱空気は、外気をブロアー302により外気用熱交換器304に取り込み、取り込んだ外気を外気加熱用熱交換器304において、温水ボイラー303で生成される温水と熱交換により加熱して生成する。
The heated air introduced into the fuel
そして、フィン管12aに付着した不純物12zは、上記により生成した加熱空気を燃料ガス精製部10内に導入し、熱交換器12を昇温することにより気化させる。気化された不純物は、不純物導出部350より放出又は回収される。なお、加熱空気の温度は30℃〜70℃の範囲が好ましい。
The
(3)窒素ガスによる再度の燃料ガス精製部10内のパージ
上記の加熱空気による不純物12zの気化を行った後、再びPSA式窒素ガス発生装置301を稼動させ、窒素ガスにより燃料ガス精製部10内をパージする。これは、加熱空気の導入だけではパージされずに燃料ガス精製部10内に残留している気化した不純物12zを、化学的に安定な窒素ガスにより、燃料ガス精製部10外にパージするためである。
(3) Purging the fuel
(4)燃料ガスによる燃料ガス流路のパージ
上記の、窒素ガスによる再度の燃料ガス精製部10内のパージを行った後、燃料ガスNG1により、燃料ガス流路130をパージする。このパージ処理では、燃料ガス導入バルブV120及び不純物導出バルブV360を開放し、燃料ガス導出バルブV160は閉止する。このようにバルブの開閉を制御しておけば、燃料ガス流路130に導入された燃料ガスは、燃料ガス導出部150ではなく、不純物導出部350から導出されるため、燃料ガス流路130のパージに用いられた燃料ガスが、誤って精製済燃料ガスBG2として燃料ガス精製部10から導出されることを防げるためである。
この処理は、この後の(5)の工程を終えることにより燃料ガス精製部10の再生が終了し、燃料ガスの精製の再開が可能となることから、燃料ガスの精製の再開の際に、燃料ガス流路130内に再生時に流した窒素ガスが残留していないようにするためである。すなわち、この処理は、燃料ガスにより、燃料ガス流路130に残留している窒素ガスをパージする処理である。
(4) Purging the fuel gas channel with fuel gas After purging the fuel
In this process, the regeneration of the fuel
(5)少量の液化天然ガスによる熱交換器(天然ガス流路)の冷却
上記の、燃料ガスによる燃料ガス流路130をパージした後、燃料ガス導入バルブV120を閉じ、燃料ガスが燃料ガス流路130内に流れない状態にした後、液化天然ガス導入バルブV210を開き、伝熱管12c(フィン管内)に少量の液化天然ガスを流すことにより、熱交換器12を冷却する。不純物除去の際に昇温した熱交換器12を冷却し、再生終了後の燃料ガスの精製の再開に備えるためである。また、この冷却処理に先立ち燃料ガス導入バルブV120を閉じておくのは、燃料ガス流路130に燃料ガスが流れていない状態にしておくことで、この冷却処理が、燃料ガスの精製の再開とならないことを保証するためである。
(5) Cooling of the heat exchanger (natural gas flow path) with a small amount of liquefied natural gas After purging the fuel
以上の(1)〜(5)の工程を経て、燃料ガス精製部10の再生は終了する。再生の終了後、再度、精製前燃料ガスBG1と液化天然ガスNG1を燃料ガス精製部10に流し、燃料ガスの精製を行う。
Through the steps (1) to (5), the regeneration of the fuel
なお、上記の燃料ガス精製部10の再生において、次のようにするとより好ましい。
(i)燃料ガス精製部10の再生処理を行う指標として、すなわち、フィン12dに付着
した不純物12zの量が増加し、不純物12zを除去する性能が低下したことを検知する指標として、燃料ガスの流量や、燃料ガス導出部150の近傍の精製済燃料ガスの温度の上昇を検知するとよい。
(ii)前記「(2)加熱空気による、フィン管に付着した不純物の気化」における加熱空気を流す時間の後半では、加熱空気の温度を、例えば30℃〜50℃程度の低めの温度にするとよい。これにより加熱終了時の燃料ガス精製部10内各部の温度を低めにすることができるため、「(5)少量の液化天然ガスによる、熱交換器(天然ガス流路)の冷却」で液化天然ガスNG1を流したときにフィン管12aの冷却に要する冷熱量を低減できる。
In the regeneration of the fuel
(I) As an index for performing the regeneration process of the fuel
(Ii) In the latter half of the time for flowing heated air in “(2) Vaporization of impurities adhering to the fin tube by heated air”, the temperature of the heated air is set to a low temperature of about 30 ° C. to 50 ° C., for example. Good. As a result, the temperature of each part in the fuel
また、別実施形態として、以下も考えられる。
(iii)PSA式窒素ガス発生装置301に代えて、窒素ボンベを用いることもできる。
(iv)上記の実施の形態では、不純物除去において冷熱の供給源として使用する液化天然ガスに関しては、通常の液化天然ガスを想定し、その性状に関しては特に述べなかった。即ち、その出所、産地を問うことなく、任意の液化天然ガスを使用するものとした。
これに対して、本発明では、燃料ガス精製システムで得られる精製済み燃料ガスと、冷熱源として使用され、得られる気化天然ガスを混合して、熱量調整後、製品ガスを得るため、天然ガスの熱量を液化天然ガスの状態で予め調整しておくと、熱量調整の負荷を低減したり、無くしたりすることができる。
この構成では、不純物除去への使用後に精製済燃料ガスと混合し、製品ガスの製造に用いることを予定している液化天然ガスについて、予め原料である液化天然ガスを加熱しメタンを気化させメタン濃度を低減させるか、あるいは、液化石油ガスを添加することにより、前記液化天然ガスの熱量を高めておくこととなる。
このように液化天然ガスを高熱量化しておくことにより、製品ガスの熱量を高めることができる。また、製品ガスを熱量調整して製造する場合であっても、現地で熱量調整に必要となる液化石油ガス(プロパン、ブタンなど)の使用量を大幅に低減することができる。
本発明の燃料ガス精製システム或いは製品ガス製造システムは、海外等から液化天然ガスを輸入して都市ガス等を製造する都市ガス製造工場で採用できるほか、一般に、小規模で、内陸にある燃料ガス(バイオガス)製造設備が設けられている燃料ガス製造設備(例えばガスステーション)においても採用することができる。後者の場合、液化天然ガス及び液化石油ガスはガスステーションまで、タンクローリーにより輸送され、都市部にあるガスステーションのガス貯槽に供給されることとなる。しかしながら、液化ガスの輸送には輸送費用が掛かるため、両ガスを現地に輸送するとなると非常に高価になるが、上記のように高熱量化した液化天然ガスのみをガスステーションまで輸送すれば、問題となる輸送費用等を圧縮することができ、製品ガスの製造費用を低減することが可能になる。
Moreover, the following is also considered as another embodiment.
(Iii) Instead of the PSA-type
(Iv) In the above embodiment, regarding the liquefied natural gas used as a cold heat source in removing impurities, an ordinary liquefied natural gas is assumed, and the properties thereof are not particularly described. In other words, any liquefied natural gas was used regardless of its origin and production area.
On the other hand, in the present invention, the purified fuel gas obtained by the fuel gas purification system and the vaporized natural gas used as a cold heat source are mixed, and the product gas is obtained after adjusting the calorific value. If the amount of heat is adjusted in advance in the state of liquefied natural gas, the load for adjusting the amount of heat can be reduced or eliminated.
In this configuration, for liquefied natural gas that is mixed with purified fuel gas after use for impurity removal and is planned to be used for production of product gas, the liquefied natural gas that is the raw material is heated in advance to vaporize the methane. By reducing the concentration or adding liquefied petroleum gas, the amount of heat of the liquefied natural gas is increased.
Thus, the calorific value of the product gas can be increased by increasing the calorific value of the liquefied natural gas. Further, even when the product gas is produced by adjusting the amount of heat, the amount of liquefied petroleum gas (propane, butane, etc.) required for adjusting the amount of heat locally can be greatly reduced.
The fuel gas purification system or product gas production system of the present invention can be adopted in a city gas production plant that imports liquefied natural gas from overseas to produce city gas, etc., and is generally a small-scale inland fuel gas. It can also be adopted in a fuel gas production facility (for example, a gas station) provided with a (biogas) production facility. In the latter case, liquefied natural gas and liquefied petroleum gas are transported to a gas station by a tank lorry and supplied to a gas storage tank of a gas station in an urban area. However, transportation of liquefied gas requires transportation costs, so it would be very expensive to transport both gases to the site.However, if only liquefied natural gas with a high calorific value as described above is transported to the gas station, there is a problem. It becomes possible to compress the transportation cost etc. which become and to reduce the manufacturing cost of product gas.
以上、本発明の燃料ガス精製システム及び製品ガス製造システムについて、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、適宜その構成を変更することができるものである。 The fuel gas purification system and the product gas production system of the present invention have been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the configurations described in the above embodiments, and does not depart from the spirit thereof. The structure can be changed as appropriate.
本発明によれば、液化天然ガスの冷熱を利用することにより、有機物を嫌気性発酵または熱分解することにより得られた燃料ガス中の不純物を凝縮し、固体状物または液体状物として除去する燃料ガス精製方法及びシステムを提供できる。 According to the present invention, by utilizing the cold heat of liquefied natural gas, impurities in the fuel gas obtained by anaerobic fermentation or pyrolysis of organic matter are condensed and removed as solid or liquid matter. A fuel gas purification method and system can be provided.
1 燃料ガス精製システム
2 ガス混合調整システム
10 燃料ガス精製部
11 不純物処理部
12 熱交換器
12a フィン管
12z 不純物
110 燃料ガス導入部
130 燃料ガス流路
150 燃料ガス導出部
210 天然ガス導入部
230 天然ガス流路
250 天然ガス導出部
30 不純物分離回収機構
330 再生ガス流路
BG1 精製前燃料ガス
BG2 精製済燃料ガス
NG1 液化天然ガス
NG2 気化天然ガス
RG 再生ガス
V110 精製前燃料ガス流量制御弁
T150 燃料ガス精製部温度計
CTR110 精製前燃料ガス流量制御器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel gas refinement | purification system 2 Gas mixing
Claims (6)
フィン管式熱交換器のフィン管内に液化天然ガスが流れる状態で、精製前燃料ガスを前記フィン管式熱交換器のフィン管外に導き、前記フィン管外を流れる燃料ガスであって、前記フィン管式熱交換器の出口近傍に位置する燃料ガスの温度制御による当該燃料ガスの不純物濃度制御を伴って、前記精製前燃料ガス中の不純物を前記液化天然ガスの冷熱を利用して凝縮し、前記不純物を固体状物または液体状物として前記精製前燃料ガスから除去する不純物処理工程を実行して、当該不純物処理工程で、前記不純物が除去されたガスを精製済燃料ガスとして分離回収するとともに、前記精製前燃料ガスとの熱交換により気化される天然ガスを回収し、
前記不純物処理工程を行った後、前記精製前燃料ガス及び前記液化天然ガスの前記フィン管式熱交換器への供給を停止するとともに、前記フィン管式熱交換器のフィン管外に前記不純物を気化する温度の再生ガスを導入し、当該再生ガスをフィン表面の不純物に接触させ、気化させて、前記精製済燃料ガスとは別に放出又は回収して前記フィン表面から除去する再生工程を含むことを特徴とする燃料ガス精製方法。 A method for purifying a fuel gas obtained by anaerobic fermentation or pyrolysis of organic matter,
In a state where the liquefied natural gas flows in the fin tube of the finned tube heat exchanger, the fuel gas before purification is led out of the finned tube of the finned tube heat exchanger, and the fuel gas flows outside the finned tube, Along with the impurity concentration control of the fuel gas by temperature control of the fuel gas located near the outlet of the finned tube heat exchanger, the impurities in the fuel gas before purification are condensed using the cold heat of the liquefied natural gas. , Performing an impurity treatment step of removing the impurities from the pre-purification fuel gas as a solid or liquid, and separating and recovering the gas from which the impurities have been removed as a purified fuel gas in the impurity treatment step And recovering natural gas vaporized by heat exchange with the pre-refining fuel gas ,
After performing the impurity treatment step, the supply of the pre-refining fuel gas and the liquefied natural gas to the finned pipe heat exchanger is stopped, and the impurities are placed outside the finned pipe of the finned pipe heat exchanger. Including a regeneration step of introducing a regeneration gas at a vaporizing temperature, bringing the regeneration gas into contact with impurities on the fin surface, vaporizing, releasing or collecting the regeneration gas separately from the refined fuel gas, and removing it from the fin surface; A fuel gas refining method.
前記不純物が除去されて分離回収される前記精製済燃料ガスと、前記精製前燃料ガスとの熱交換により気化されて回収される前記天然ガスとを混合して製品ガスを得る製品ガス製造方法。 The fuel gas purification method according to claim 1 or 2 is executed,
A method for producing a product gas, wherein a product gas is obtained by mixing the refined fuel gas separated and recovered after the impurities are removed and the natural gas vaporized and recovered by heat exchange with the fuel gas before purification.
伝熱面の一方の流路に燃料ガスが流れる燃料ガス流路を、前記伝熱面の他方の流路に天然ガスが流れる天然ガス流路を備えた熱交換器を備え、
前記燃料ガス流路に、精製前燃料ガスを導入する燃料ガス導入部と、前記燃料ガス流路において精製された精製済燃料ガスを導出する燃料ガス導出部とを備えるとともに、
前記天然ガス流路に、液化天然ガスを導入する天然ガス導入部と、前記天然ガス流路において気化された天然ガスを導出する天然ガス導出部とを備え、
前記燃料ガス流路を流れる燃料ガスであって、前記熱交換器の出口近傍に位置する燃料ガスの温度制御による当該燃料ガスの不純物濃度制御を伴って、
前記精製前燃料ガス中の不純物を、前記液化天然ガスの冷熱による熱交換により凝縮し、固体状物または液体状物として前記伝熱面の前記燃料ガス流路側表面に付着させて、前記熱交換器を、不純物処理部として働かせる構成で、
前記伝熱面の一方に付着した前記固体状物または液体状物を、前記精製済燃料ガスとは別に分離回収する不純物分離回収機構を備え、
前記熱交換器がフィン管式熱交換器で構成されており、前記フィン管式熱交換器のフィン管内を前記天然ガス流路とし、前記フィン管式熱交換器のフィン管外を前記燃料ガス流路として構成され、
前記フィン管式熱交換器が、前記不純物を気化する温度の再生ガスを前記フィン管外に導入する再生ガス導入部を前記燃料ガス導入部とは別に、さらに、前記再生ガスの導入により気化した不純物を含有するガスを放出又は回収する不純物導出部を前記燃料ガス導出部とは別に備え、前記不純物分離回収機構が構成されていることを特徴とする燃料ガス精製システム。 A fuel gas purification system for purifying fuel gas obtained by anaerobic fermentation or pyrolysis of organic matter,
A heat exchanger having a fuel gas flow path through which fuel gas flows in one flow path of the heat transfer surface, and a natural gas flow path through which natural gas flows in the other flow path of the heat transfer surface;
The fuel gas channel includes a fuel gas introduction unit that introduces a pre-purification fuel gas, and a fuel gas deriving unit that derives a refined fuel gas purified in the fuel gas channel,
The natural gas flow path comprises a natural gas introduction part for introducing liquefied natural gas, and a natural gas lead-out part for deriving natural gas vaporized in the natural gas flow path,
The fuel gas flowing through the fuel gas flow path, with the impurity concentration control of the fuel gas by temperature control of the fuel gas located near the outlet of the heat exchanger,
Impurities in the pre-purification fuel gas are condensed by heat exchange by cold heat of the liquefied natural gas, and are attached to the surface of the heat transfer surface of the heat transfer surface as a solid or liquid material, thereby exchanging the heat. In a configuration that works as an impurity treatment unit,
An impurity separation / recovery mechanism for separating and collecting the solid or liquid matter attached to one of the heat transfer surfaces separately from the refined fuel gas ;
The heat exchanger is constituted by a finned tube heat exchanger, the inside of the finned tube of the finned tube type heat exchanger is the natural gas flow path, and the outside of the finned tube of the finned tube type heat exchanger is the fuel gas. Configured as a flow path,
In addition to the fuel gas introduction unit, the fin tube heat exchanger vaporizes the regeneration gas introduction unit for introducing the regeneration gas at a temperature for vaporizing the impurities to the outside of the fin tube. A fuel gas refining system comprising an impurity deriving unit that releases or collects a gas containing impurities separately from the fuel gas deriving unit, and the impurity separation and recovery mechanism is configured .
前記燃料ガス温度測定部で測定された前記精製済燃料ガスの温度が、予め設定された一定の温度以下になるように、前記不純物処理部で不純物処理を行う前記精製前燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整部、または、前記液化天然ガスの流量を調整する液化天燃ガス流量調整部、の少なくともいずれか一方を備えることを特徴とする請求項4に記載の燃料ガス精製システム。 A fuel gas temperature measuring unit for measuring the temperature of the refined fuel gas, and
The flow rate of the pre-purification fuel gas for performing impurity treatment in the impurity treatment unit is adjusted so that the temperature of the purified fuel gas measured by the fuel gas temperature measurement unit is equal to or lower than a predetermined temperature set in advance. 5. The fuel gas purification system according to claim 4 , further comprising at least one of a fuel gas flow rate adjustment unit configured to adjust or a liquefied natural gas flow rate adjustment unit configured to adjust a flow rate of the liquefied natural gas.
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