JP2002327186A - 代替天然ガスの製造法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価な水及び安価な炭素材を原料として、低
コストでクリーンな代替天然ガスの大量生産を可能とす
る代替天然ガス製造法および代替天然ガス製造装置を提
供する。 【解決手段】 熱プラズマリアクタＰＲの合成ガス生成
部３４Ｂで高温下で水蒸気からなるプラズマガスを固形
状炭素材に接触反応させることにより、合成ガスを生成
し、合成ガスをメタン化反応装置ＭＲでメタン化反応さ
せてメタンリッチガスを生成し、メタンリッチガスを冷
却して凝縮水を分離し、これを水蒸気に変換してプラズ
マガスとして合成ガス生成部に循環させながら代替天然
ガスＳＮＧを生成する。Ｈ_２／ＣＯ比はアーク電極３
６、３８、４０のアーク電流を制御装置１０６で制御す
ることにより所定値に調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、代替天然ガス
（以下、ＳＮＧと略称する）の製造法およびその製造装
置に関し、とくに、硫黄分を全く含まないクリーンな代
替天然ガスの製造法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】 近年、炭酸ガス排出による地球温暖化
防止の切り札として天然ガスの利用が急拡大している。
天然ガスの採掘には多大な投資と環境破壊が生じ、環境
負荷が大きくなるとともに、投資コストの回収に長期の
時間を必要とする。しかも、天然ガスは原油の国際価格
に連動しているため、価格が不安定となって、天然ガス
の価格が高値維持してその普及が遅れているのが現状で
ある。

【０００３】 そこで、米国特許第５，１２８，０００
３号および特開平８−１２７，５４４号には二酸化炭素
と水素を原料としてＳＮＧの主成分であるメタンを製造
する方法が提案されている。しかしながら、ＳＮＧの原
料である二酸化炭素と水素が極めて高いため、ＳＮＧを
低コストで製造することができない。

【０００４】特開平２０００−５３，９７８号には炭化
水素または低級アルコールから選ばれた炭化水素含有物
を原料としてＳＮＧを製造する方法が提案されている。
このＳＮＧ製造法ではメタン化反応中に触媒表面に炭素
が析出して反応が劣化する。このため、ＳＮＧを連続的
に生産することができない。しかも、原料コストが高価
であるため、ＳＮＧの製造コストを低減することができ
ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 本発明は安価な水お
よび安価な炭素材を原料としてクリーンな代替天然ガス
を低コストで安定的に大量生産することが可能な製造法
およびその装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】 本発明の第１概念によ
れば、代替天然ガス製造法は熱プラズマ反応室と、熱プ
ラズマ反応室に配置されたアーク電極とを備えた熱プラ
ズマリアクタを準備する工程と； 熱プラズマ反応室内
に固形状炭素材を充填して固形状炭素材の隙間に微小ア
ーク通路を形成する工程と； アーク電極にプラズマ電
力を供給して微小アーク通路内に熱プラズマを発生させ
る工程と；水蒸気からなるプラズマガスを微小アーク通
路内に通過させながら熱プラズマを発生させてプラズマ
ガスと固形状炭素材の炭素とを接触反応させることによ
りＨ_２、ＣＯ含有合成ガスを生成する工程と； アーク
電極のアーク電流を可変して熱プラズマ温度を制御する
ことにより、Ｈ_２／ＣＯ比を所定値以上に調整する工程
と； メタン化反応槽のメタン化触媒に前記所定値の合
成ガスを接触させて水分含有メタンリッチガスを合成す
る工程と； メタンリッチガスを冷却してメタンリッチ
ガスから第１凝縮水を分離回収する工程と； 第１凝縮
水を水蒸気に変換して前記プラズマガスとして前記微小
アーク通路内に供給する工程と； を備えることにより
達成される。

【０００７】本発明の第２概念によれば、代替天然ガス
製造法は、熱プラズマ反応室と、熱プラズマ反応室に配
置されたアーク電極とを備えたプラズマリアクタを準備
する工程と； 熱プラズマ反応室内に固形状炭素材を充
填して固形状炭素材の隙間に微小アーク通路を形成する
工程と； アーク電極にアーク電力を供給して微小アー
ク通路内に熱プラズマを発生させる工程と； 水蒸気か
らなるプラズマガスを微小アーク通路内に通過させなが
ら熱プラズマを発生させてプラズマガスと固形状炭素材
の炭素とを接触反応させることによりＨ_２、ＣＯ含有合
成ガスを生成する工程と； 合成ガス中のＨ_２、ＣＯの
濃度を検出して検出信号を出力する工程と； 検出信号
からＨ_２／ＣＯ比を算出してアーク電流制御信号を出力
する工程と； アーク電流制御信号に応答してアーク電
流を可変して熱プラズマ温度を制御することにより、Ｈ
_２／ＣＯ比を所定値以上に調整する工程と；メタン化反
応槽のメタン化触媒に前記所定値の合成ガスを接触させ
て水分含有メタンリッチガスを合成する工程と； メタ
ンリッチガスを冷却してメタンリッチガスから第１凝縮
水を分離回収する工程と； 第１凝縮水を水蒸気に変換
して前記プラズマガスとして前記微小アーク通路内に供
給する工程と； を備えることにより達成される。

【０００８】 本発明の第３概念によれば、代替天然ガ
ス製造装置は、密閉された熱プラズマ反応室と、熱プラ
ズマ反応室に配置されたアーク電極とを有する熱プラズ
マリアクタと； 熱プラズマ反応室に固形状炭素材を供
給する炭素材供給装置と； 熱プラズマ反応室に原料水
を供給する原料水供給ラインと； 熱プラズマ反応室内
に形成されていて固形状炭素材の隙間に複数の微小アー
ク通路を備え、水蒸気からなるプラズマガスの存在下で
微小アーク通路内に熱プラズマを発生させて前記プラズ
マガスと前記固形状炭素材との接触反応によりＨ_２、Ｃ
Ｏ含有合成ガスを生成する合成ガス生成部と； 前記ア
ーク電極にアーク電流を供給するプラズマ電源と； 前
記アーク電流を制御して熱プラズマ温度を可変すること
により、Ｈ_２／ＣＯ比を所定値以上に調整する制御装置
と； 前記合成ガスから水分含有メタンリッチガスを合
成するメタン化反応槽と； メタンリッチガスを冷却し
てメタンリッチガスから凝縮水を分離回収する熱交換器
と； 凝縮水を前記熱プラズマ反応室に還流させる凝縮
水還流ラインと；を備えることにより達成される。

【０００９】

【作用】 本発明の代替天然ガスの製造法およびその装
置によれば、熱プラズマ反応室内において水蒸気をプラ
ズマガスとして合成ガス生成部の固形状炭素材の隙間に
形成された微小アーク通路内に供給し、微小アーク通路
内に熱プラズマを発生させながら水蒸気と炭素材の炭素
とを接触反応させ、次式で示されるようにＨ_２、ＣＯ含
有合成ガスを効率的に生成する。

【００１０】 Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→Ｃｏ＋Ｈ_２
（１） Ｃｏ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２ （２）

【００１１】 次に（１）、（２）の反応で得られた合
成ガスはついでメタン化槽に給送されて、そこでメタン
化触媒と接触反応して次式の如く、メタンリッチガスか
らなるＳＮＧを生成する。

【００１２】 Ｃｏ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ
（３） Ｃｏ_２＋４Ｈ_２→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ （４）

【００１３】 上記（３）、（４）の反応式に示される
ように、メタンリッチガスには副産物として生成水が含
まれるが、本発明ではメタンリッチガスから生成水を分
離凝縮して凝縮水として回収し、これを熱プラズマ反応
室の上流側の水蒸気発生部に還流することによりプラズ
マガス原料として利用し、排水を外部に排出しないで環
境負荷を低減し、同時に原料コストを下げて、極めて低
コストにて代替天然ガスの大量生産を可能とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】 以下本発明の望ましい実施例に
よる代替天然ガス製造装置につき図面を参照しながら説
明する。図１において、代替天然ガス製造装置１０は固
形状炭素材を供給するための炭素原料投入装置１２と、
原料水供給ライン１１と、原料水供給ライン１１に原料
水を供給する給水ポンプＰ１と、原料水の流量を調整す
る流量制御弁１３と、合成ガスを生成する熱プラズマリ
アクタＰＲと、熱プラズマリアクタＰＲの熱プラズマ反
応室の温度を検出して温度信号として出力する温度セン
サＴ１と、合成ガスの一部を還流する合成ガス還流ライ
ン１５と、合成ガス還流量を調整する流量制御弁１７
と、原料水と合成ガスを熱交換して原料水を予熱するた
めの第１熱交換器Ｈ１と、合成ガスを冷却するための冷
却器Ｃ１と、開閉弁Ｖ１と、合成ガスから水蒸気を分離
回収して凝縮水を生成する第１気水分離器Ｓ１と、第１
気水分離器Ｓ１の底部から原料水供給ライン１１に合流
する凝縮水還流ライン１９と、凝縮水を凝縮水供給ライ
ン１１を介して熱プラズマリアクタＰＲに循環させる循
環ポンプＰ２と、第１気水分離器Ｓ１に配置されて凝縮
水のレベルを検知してレベル信号を出力する第１レベル
センサＬ１と、第１気水分離器Ｓ１に配置されて水素濃
度およびＣＯ濃度をそれぞれ検出して水素濃度検出信号
およびＣＯ濃度検出信号を出力する水素センサＨ_２Ｓお
よび一酸化炭素センサＣＯＳと、合成ガスを１５〜５０
ｋｇ／ｃｍ^２の範囲で加圧するためのコンプレッサＣＭ
と、合成ガスの圧力を検出して圧力信号を出力する圧力
センサＰＳと、メタン化触媒が充填されていてメタンリ
ッチガスを生成するメタン化反応槽ＭＲと、メタン化反
応槽ＭＲに熱媒を供給して２５０〜５００℃の反応温度
に加熱する熱交換器１００と、メタン化反応槽ＭＲの温
度を検出してメタン化反応温度信号を出力する温度セン
サＴ２と、メタンリッチガスを冷却するための第２熱交
換器Ｈ２と、メタンリッチガスをさらに冷却するための
冷却器Ｃ２と、膨張弁Ｖ２と、メタンリッチガスから代
替天然ガスＳＮＧと副生成水を分離回収する第２気水分
離器Ｓ２と、代替天然ガスの流量を検出してＳＮＧ流量
検出信号を出力するガス流量センサ１０２と、第２気水
分離器Ｓ２の凝縮水を凝縮水還流ライン１９を介して原
料水供給ライン１１と合流させる凝縮水還流ライン２１
と、ＳＮＧの一部を分岐させるための分岐バルブＶ３
と、ＳＮＧにより駆動される発電装置ＥＧと、供給電圧
を可変して熱プラズマリアクタＰＲの供給電力を制御す
る電流制御装置１０４と、地震センサ１０５とを備え
る。温度センサＴ１，Ｔ２の温度検出信号、第１、第２
レベルセンサＬ１，Ｌ２のレベル信号、水素センサＨ_２
Ｓの水素濃度検出信号、一酸化炭素センサＣＯＳのＣＯ
濃度検出信号、圧力センサＰＳの合成ガス圧力の検出信
号、ＳＮＧ流量センサ１０２および地震センサ１０５の
検出信号は制御装置１０６に出力され、制御装置１０６
はこれら検出信号に応答して下記の如く代替天然ガス製
造装置１０の運転を制御する。

【００１５】 図２は図１の熱プラズマリアクタＰＲの
具体的構造を示す。図２において、熱プラズマリアクタ
ＰＲは炭素原料投入装置１２に接続された熱プラズマ反
応装置１４と、多相交流電源からなるプラズマ電源１６
とを備える。原料投入装置１２は粉末状、ペレット状ま
たは塊状の黒鉛、粒状活性炭、あるいはカーボンパウダ
ー等の固形状炭素原料を貯蔵するホッパ２０と、スクリ
ューフィーダ２２と、ロータリバルブ２４とを備え、熱
プラズマ反応装置１４内に固形状炭素原料を連続投入す
る。熱プラズマ反応装置１４は耐熱性セラミックからな
る円筒状外部絶縁ケーシング２６と、円筒状熱プラズマ
反応室３４を有する内部絶縁ケーシング３２とを備え、
その上端部にボルト３０により装着された絶縁性電極ホ
ルダー２８を備える。熱プラズマ反応室３４は上流側に
形成された水蒸気発生部３４Ａと、その下流側に形成さ
れた合成ガス発生部３４Ｂとを備える。合成ガス発生部
３４Ｂに粒状炭素材が供給されると、多数の微小アーク
通路３５が形成され、微小アーク通路内ではスパークに
よる多量の熱プラズマが均一に発生する。このとき、原
料水はプラズマアーク反応室３４の上流側に形成された
水蒸気発生部３４Ａで高温により水蒸気となり、この水
蒸気がプラズマガスとして微小アーク通路３５を下流側
に通過し、その間に水蒸気が炭素材の炭素と接触反応し
て前述の反応式の如く合成ガスが生成される。このと
き、熱プラズマ反応室３４の反応温度が約８３５℃のと
き、生成ガスはＨ_２、４７．８％；Ｃｏ，９．８％；Ｃ
ｈ_４、１６．４％；ＣＯ_２、１３．８％；Ｃ_２Ｈ_２、
２．０％；Ｃ_２Ｈ_６、１．０％；Ｏ_２、２．４％；その
他炭化水素（Ｃ_ｘＨ_ｙ）２．２％となる。熱プラズマ反
応室３４の反応温度が約１０００℃まで上昇すると、生
成ガスはＨ_２、７５．５％；ＣＯ，１３．４％；Ｃ
Ｏ_２、７．６％；ＣＨ_４、２．０％；Ｃ_２Ｈ_２、０．３
％；Ｃ_２Ｈ_６、０．１％；Ｏ_２、２．０％％となり、Ｈ
_２／ＣＯ比は５．６となる。このように、プラズマ温度
の制御により，容易に合成ガス中のＨ_２／Ｃｏ比を調整
することができる。

【００１６】絶縁電極ホルダー２８は棒状多相アーク電
極３６、３８、４０を支持する。絶縁ケーシング３２の
下部には熱プラズマ発生用熱電子を放出するための円板
状中性電極４２が配置される。中性電極４２は円錐面４
２ａと、中央開口部４２ｂとを備える。中性電極４２は
絶縁ケーシング２６の下端部に形成された電極ホルダー
部７８により支持され、ボルト８０で固定される。電極
ホルダー２８は炭素原料投入装置１２に接続された炭素
材供給口５０を備える。外部絶縁ケーシング２６の上部
には水蒸気発生部に３４Ａに原料水を導入するための原
料水供給口５２がアーク電極３６、３８、４０の上部付
近に隣接して配置される。その理由は、原料水によって
アーク電極３６、３８、４０を効果的に冷却してアーク
電極の異常温度上昇を防止するとともに、アーク電極３
６，３８，４０の高温を利用して原料水からプラズマガ
スとして機能する水蒸気を効率的に発生させるためであ
る。内部ケーシング３２および中性電極４２の外周には
環状冷却通路５４からなる冷却兼排熱回収部６３が形成
され、これら冷却通路は連通路６４により互いに連通し
ている。外部絶縁ケーシング２６はインレット７４およ
びアウトレット７６を備え、これらはそれぞれ冷却通路
５４にそれぞれ連通している。絶縁ケーシング２６の下
端部を構成する電極ホルダー部７８にはボルト８０を介
して絶縁性エンドプレート８２が固定され、これらの間
にシール材８３が配置される。熱プラズマ反応室３４の
下流側には中性電極４２の中央開口部４２ｂおよびエン
ドプレート８２のフイルタ収容部８２ａによりフイルタ
８４が収容され、合成ガスＳＧを通過するようになって
いる。エンドプレート８２は合成ガスアウトレット８６
を備える。

【００１７】アウトレット８６は合成ガス還流ライン１
５および流量制御弁１７を介して原料水供給ライン１１
と合流された後、原料水供給口５２に接続される。原料
水は冷却部６３で予熱されてアウトレット７６を経て原
料水供給口５２を介して、熱プラズマ反応室３４の水蒸
気発生部３４Ａに導入され、水蒸気からなるプラズマガ
スが生成される。このとき、アウトレット８６の合成ガ
スＳＧの一部は合成ガス還流ライン１５を経て原料水供
給口５２から熱プラズマ反応室３４内に供給され、上述
の反応式（２）の水生シフト反応が行われる。符号８８
はシール部材を示す。

【００１８】図２において、多相アーク電極３６，３
８，４０は三相交流電極からなり、多相交流電源１６は
三相交流電源からなるものとして示され、三相交流電源
の中性点に中性電極４２が接続される。三相交流電源１
６から三相交流電極３６、３８、４０と中性電極４２と
の間に、出力周波数５０−６０Ｈｚ、出力電圧３０−２
４０Ｖ，出力電流１００−２００Ａの三相交流電力が給
電される。このとき、三相交流電極３６、３８、４０の
うち、２つの電極と３つの電極と中性電極４２との間で
同時に複数の熱プラズマコラム（柱）が回転移動する。
三相交流電流の位相に応じて、複数の熱プラズマコラム
の発生位置が連続的に変化して固形状炭素材を均一に加
熱することで、効率的に熱プラズマ反応室３４内で合成
ガスを発生させる。このとき、固形状炭素原料の隙間に
は常時多量の電離イオンが存在し、中性電極４２からは
常時熱電子が放出されるため、熱プラズマが常に安定し
て発生する。代替天然ガスＳＮＧの一部はコンプレッサ
およびタービンからなる発電プラントＥＧのコンバスタ
ＣＢに供給され、発電機ＧＥが駆動される。発電機ＧＥ
の出力電力はインバータ等からなる電流制御装置１０４
を介して熱プラズマリアクタＰＲに供給される。

【００１９】図３において、制御装置１０６は本発明の
代替天然ガス製造装置１０の運転を制御するための制御
プログラムや基準データを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ
Ｏｎ Ｍｅｍｏｒｙ）１１０と、制御プログラムやデー
タを処理するためのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃ
ｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１２と設定した条件とその
値なんらびに各種センサからの入力情報などを記憶して
おくための不揮発性のＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅ
ｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１１４とを備える。ＣＰＵ１１２
には設定流量、設定温度、設定圧力または設定Ｈ_２／Ｃ
Ｏ比などの入力情報を設定入力するテンキー、プラント
運転開始を指令するスタートキー等を有する入力装置１
１６と、温度センサＴ１，Ｔ２，水素濃度センサＨ
_２Ｓ、ＣＯ濃度センサＣＯＳ，レベルセンサＬ１，Ｌ
２，ＳＮＧ流量センサ１０２、圧力センサＰＳおよび地
震センサ１０５とが接続され、各種検出信号が入力信号
として入力される。ＣＰＵ１１２はこれら入力信号をＲ
ＯＭ１１０に記憶されたそれぞれの基準信号と比較して
それらの差に応じて各種指令信号を出力し、これらを熱
交換器１００、電流制御装置１０４、流量制御弁１３、
１７およびポンプＰ１，Ｐ２に供給する。表示部１１０
はたとえば液晶等の表示パネルで構成され、検出圧力、
検出温度、Ｈ_２濃度、ＣＯ濃度、Ｈ_２／ＣＯ比およびＳ
ＮＧ流量等の各種情報の表示を行う。表示駆動回路１０
８は表示部１１０に表示される情報を切り替え制御す
る。

【００２０】入力装置１１６はスタートスィッチ（図示
せず）と、熱プラズマ反応装置１４およびメタン化反応
槽ＭＲのそれぞれの最適温度、合成ガスＳＧの最適Ｈ_２
／ＣＯ比、コンプレッサＣＭの目標圧力、凝縮水のレベ
ル値Ｌ１，Ｌ２、ＳＮＧの目標流量、目標地震レベル値
等の各種基準データを設定入力するためのキースィッチ
（図示せず）を備える。温度センサＴ１は内部ケーシン
グ３２を介して熱プラズマ反応室３４の温度を間接的に
検出して、温度信号Ｔ１を出力する。温度センサＴ２は
メタン化反応槽ＭＲの温度を検出して、温度信号Ｔ２を
出力する。水素濃度センサＨ_２Ｓは第１気水分離器Ｓ１
内の合成ガス中の水素濃度を検出し、水素濃度信号Ｈ_２
Ｓを出力し、ＣＯ濃度センサＣＯＳは合成ガス中のＣＯ
濃度を検出してＣＯ濃度信号ＣＯＳを出力する。レベル
センサＬ１，Ｌ２はそれぞれ第１、第２気水分離器Ｓ
１，Ｓ２内のそれぞれの凝縮水のレベルを検出してレベ
ル信号Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ出力する。圧力センサＰＳ
はコンプレッサＣＭの出口側の合成ガスの圧力を検出
し、圧力信号ＰＳを出力する。ＳＮＧ流量センサ１０２
は代替天然ガスＳＮＧの流量を検出し、ＳＮＧ流量検出
信号を出力する。地震センサ１０５は振動センサからな
り、大規模な地震が発生したときの振動を検出して、振
動信号を出力する。

【００２１】図４は本発明の代替天然ガス製造法に沿っ
て図３の制御装置の制御を実行するための作動の基本シ
ーケンスを示す概略フローダイアグラムを表す。以下、
図１、図３、図４に基づいて基本シーケンスにつき説明
する。始動のとき、すなわち、スタートキーが押される
と、代替天然ガス製造装置の電源が投入される。このと
き、熱交換器１００の熱媒がメタン化反応槽ＭＲに供給
され、これが加熱される。ステップＳ１０２において、
温度センサＴ２によりメタン化反応槽ＭＲの温度が検出
され、検出温度が２５０℃に達している場合はステップ
１０４に移行し、その温度に達していない場合はステッ
プ１００に戻る。ステップ１０４では、熱プラズマリア
クタＰＲにプラズマ電力が供給され、次いで、ステップ
１０６，１０８ではそれぞれロータリフイーダ２４およ
びポンプＰ１が起動され、熱プラズマリアクタＰＲ内に
固形状炭素材と原料水が供給される。このとき、熱プラ
ズマリアクタＰＲ内では原料水が水蒸気発生部３４Ａで
水蒸気に変換され、水蒸気がプラズマガスとして固形状
炭素材の微小プラズマ通路内を通過する間に熱プラズマ
の存在下で水蒸気が炭素材と接触反応して合成ガスＳＧ
が生成される。ステップ１１０において、温度信号Ｔ１
が図３のＣＰＵ１１２で基準温度１０００℃以上になっ
ているか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ１１
２に移行し、Ｎｏの場合はステップ１１４に移行する。
ステップ１１２ではＨ_２／ＣＯガスをプラズマガスのア
シストガスとして還流を開始し、ステップＳ１１４では
電流制御装置１０４により出力周波数または出力電圧を
上昇させてアーク電流を増加させてステップ１０６に戻
る。アーク電流を増加させると、熱プラズマ温度が上昇
するためＨ_２／ＣＯ比が上昇する。ステップ１１２にお
いて、アシストガスを熱プラズマリアクタＰＲに供給す
ると、生成ガスＳＧ中のＣＯ，ＣＯ_２と水蒸気とが水性
反応を起こす。ステップ１１４ではコンプレッサＣＭが
起動され、第１気水分離器Ｓ１の合成ガスＳＧを圧縮す
る。ステップ１１６では図３のＣＰＵ１１２で圧力信号
ＰＳが基準圧力１５ｋｇ／ｃｍ^２と比較され、基準圧力
に達している場合はステップ１１８に移行し、Ｎｏの場
合はステップ１００に戻る。ステップ１１８ではＣＰＵ
１１２において水素濃度信号Ｈ_２ＳとＣＯ濃度信号ＣＯ
とからＨ_２／ＣＯ比を演算し、これを基準Ｈ_２／ＣＯ比
と比較する。Ｈ_２／ＣＯ比が３以上であれば、ステップ
Ｓ１２０に移行し、ＮＯの場合はステップＳ１００に戻
る。ステップＳ１２０において、流量制御弁１７の開度
が絞られ、Ｈ_２／ＣＯ還流量が低下される。ステップ１
２２において、凝縮水のレベル信号Ｌ１，Ｌ２がそれぞ
れの基準レベル値と比較され、ＹＥＳの場合はステップ
１２４に移行し、ＮＯの場合はステップ１００に戻る。
ステップ１２４において、ポンプＰ１が停止されて原料
水の供給が停止され、ポンプＰ２が起動されるため、第
１、第２気水分離器Ｓ１，Ｓ２の凝縮水が凝縮水還流ラ
イン１９，２１を介して原料水供給ライン１１を経て熱
プラズマ装置ＰＲに循環される。ステップ１２６におい
て、ＳＮＧ流量がＣＰＵ１１２で基準ＳＮＧ流量と比較
され、これらデータが一致している場合はステップ１２
８に移行し、ＮＯの場合はステップ１１４に戻る。ステ
ップ１２８では代替天然ガス製造プラントの運転が継続
される。次に、入力装置の電源オフスイッチが投入され
るか、地震センサ１０５の振動が所定条件で所定値以上
繰り返された場合はＣＰＵ１１２から運転停止指令信号
が出力され、製造プラントが運転停止される。

【００２２】次に、図１の代替天然ガス製造装置１０の
作用につき説明する。図１において、先ず、熱交換器１
００を起動してメタン化反応槽ＭＲを２５０〜５００℃
の範囲に加熱し、アーク電極にプラズマ電力を供給しな
がら、スクリューフイーダ２２およびロータリバルブ２
４を駆動して、熱プラズマリアクタＰＲ内に粒状活性炭
等の炭素材が所定レベルまで充填される。次に、原料水
供給ポンプＰ１を駆動して原料水供給口５２から熱プラ
ズマ反応室３４の蒸気発生部３４Ａに原料水を供給し、
そこで高温により水蒸気からなるプラズマガスが生成さ
れる。プラズマガスは多量の微小プラズマ通路３５内を
下流側に流入し、固形状炭素材と約１０００℃で接触反
応しながら、Ｈ_２／ＣＯ比が３以上の合成ガスを生成す
る。合成ガスＳＧはアウトレット８６から第１冷却器Ｈ
１で冷却され、次いで、水冷式の冷却器Ｃ１で６０°か
ら９０℃まで冷却され、開閉弁Ｖ１を介して気水分離器
Ｓ１で合成ガスＳＧから水分が凝縮水として分離され
る。凝縮水はレベルＬ１に達したときにポンプＰ２によ
り循環ライン１９を経て原料水供給ライン１１に合流し
て原料水と混合されて熱プラズマリアクタＰＲの冷却部
６３で余熱された後、原料水供給口５２に給送される。
一方、合成ガスＳＧはコンプレッサＣＭで１５〜５０Ｋ
ｇ／ｃｍ^２まで加圧された後、メタン化反応装置ＭＲに
導入される。この反応装置ＭＲは熱交換器１００により
２５０°〜５００℃に維持され、メタン化触媒は公知の
ニッケル触媒またはＵＳＰ４，２３８，３７１、ＵＳＰ
４，３６８、１４２、ＵＳＰ４，７７４，２６１または
特開平５−１８４９２５号に開示されたメタン化触媒が
利用される。メタンリッチガスは第２熱交換器Ｈ２およ
び冷却器Ｃ２で冷却され、減圧弁Ｖ２を介して気水分離
器Ｓ２でＳＮＧと凝縮水とに分離回収される。凝縮水は
循環ライン２１および循環ポンプＰ２により、原料水と
混合され、前述のサイクルで再利用される。

【００２３】本発明の代替天然ガス製造法およびその装
置によれば、前述の従来技術に対して次のような特長を
備える。 （１）ＳＮＧ原料が極めて安価な水と安価な炭素材とを
利用するため、原料コストを大幅に低減して、ＳＮＧの
大幅コストダウンが可能となる。 （２）小型高性能の熱プラズマリアクタを用いて、大量
の合成ガスを効率よく生成するようにしたため、ＳＮＧ
の生産効率が高い。 （３）炭素材は全て合成ガス生成用にのみ利用され、改
質器の燃焼用燃料として利用されないため、原料の利用
効率が極めて高い。 （４）熱プラズマリアクタは従来の燃焼方式の改質器よ
りも、高温の作動温度（約１０００℃）となるため、炭
素材と水との利用効率が高まるとともに、熱プラズマ反
応室内の平均プラズマ温度により、合成ガス中のＨ_２／
ＣＯ比率を制御できるため、ＳＮＧ製造プラントの運転
制御の最適化が容易となる。 （５）従来方式では定期的に合成ガス生成プロセスを中
断して空気を改質器に供給して炭化水素燃料を燃焼させ
る複雑なプロセスが必要であるが、本発明方法及び装置
ではこれらの複雑な工程が不要なため、ＳＮＧ製造プラ
ントの運転制御が極めて簡略化され、運転コストも大幅
コストダウンが可能となる。 （６）従来技術においては、改質器が燃焼方式を採用し
ているため、改質器の作動温度をＳＮＧ製造プラントの
運転状況に応じて高速応答で制御することが困難である
のに対して、本発明ではアーク電極への供給電圧を変化
させるだけで改質器の温度を瞬時制御することが可能な
ため、改質器の温度応答性が高く、効率的なＳＮＧの大
量生産が可能となる。 （７）従来技術ではＳＮＧ精製時に発生する水を装置外
部に廃棄しているため、環境負荷が高くなり，その分、
環境対策費がＳＮＧのコストアップ要因となる。本発明
では、ＳＮＧ精製時に副生する水を原料としてリサイク
ルしているため、環境負荷が極めて低くなるとともに原
料水コストを著しく低減可能となる。 （８）従来の燃焼方式を採用した改質工程ではＳＮＧ製
造プラントの立ち上げや運転停止に長時間が必要である
が、本発明の方式では、アーク電極への電力供給遮断と
ポンプの電源オフのみでＳＮＧ製造プラントの立ち上げ
並びに運転停止を瞬時に実行することが可能となり、特
に、地震その他の緊急対策時に極めて安全となり、周辺
住民への安全対策上有利である （９）従来方式では製造設備が全体的に極めて大型とな
り、運転コストも高いため、製造プラントへの投資額が
極めて大きくなり、そのため、投資回収が困難となる。
これに対して、本発明の製造装置は小型、コンパクト、
高性能であり、しかも、製造プロセスが簡略化されるた
め、投資回収を短期間にできる。

【００２４】上記実施例において、熱プラズマリアクタ
は原料水を上流から供給して合成ガスを下流に設けた合
成ガスアウトレットから取出すものとして説明したが、
炭素材の種類によってスラグの発生量が多いときは原料
水供給口をリアクタの下流側に設け、合成ガスアウトレ
ットをリアクタの上流に設けてサイクロンでスラグと合
成ガスを分離するようにしても良い。また、熱プラズマ
リアクタは棒状の三相交流電極を利用したものとして説
明したが、三相交流電極を軸方向に間隔を置いて配置さ
れた円筒状電極とその中央部に配置された棒状中性電極
により構成しても良い。

【００２５】

【発明の効果】以上より、明らかなように、本発明の代
替天然ガス製造法および代替天然ガス製造装置によれ
ば、極めて低コストでクリーンな代替天然ガスの大量生
産が可能であり、実用上の貢献度が極めて高い。しか
も、本発明によれば、排水等の有害物質の排出がないた
め、環境負荷が極めて少ない。さらに、代替天然ガスの
原料となる水と炭素材は極めて長期にわたって調達が可
能なため、代替天然ガスを国際原油価格の高騰に影響を
受けることなく、低コストで安定供給が可能となり、エ
ネルギー戦略上有利となる。また、本発明装置は小型、
コンパクト、高性能であるため、消費地に隣接して、代
替天然ガス製造プラントを設置することが可能となり、
輸送コストの大幅低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る望ましい実施例による代替天然ガ
ス製造装置の概略図を示す。

【図２】図１の熱プラズマリアクタの断面図を示す。

【図３】図１の制御装置の概略ブロック図を示す。

【図４】図３の制御装置による制御の基本シーケンスを
示すフローダイアグラムをしめす。

【符号の説明】

１１ 原料水供給ライン、１２ 炭素材投入装置、１
９，２１ 凝縮水循環ライン、２４ ロータリバルブ、
ＰＲ熱プラズマリアクタ、Ｈ１ 第１熱交換器、Ｓ１
気水分離器、ＣＭ コンプレッサ、ＭＲメタン化反応
装置、Ｈ２ 第２熱交換器、Ｖ２ 減圧弁、Ｓ２ 第２
気水分離器、Ｐ１ 原料水供給ポンプ、Ｐ２循環ポン
プ、ＥＧ 発電機、１００熱交換器

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱プラズマ反応室と、熱プラズマ反応室
   に配置されたアーク電極とを備えた熱プラズマリアクタ
   を準備する工程と；熱プラズマ反応室内に固形状炭素材
   を充填して固形状炭素材の隙間に微小アーク通路を形成
   する工程と；アーク電極にプラズマ電力を供給して微小
   アーク通路内に熱プラズマを発生させる工程と；水蒸気
   からなるプラズマガスを微小アーク通路内に通過させな
   がら熱プラズマを発生させてプラズマガスと固形状炭素
   材の炭素とを接触反応させることによりＨ_２、ＣＯ含有
   合成ガスを生成する工程と；アーク電極のアーク電流を
   可変して熱プラズマ温度を制御することにより、Ｈ_２／
   ＣＯ比を所定値以上に調整する工程と；メタン化反応槽
   のメタン化触媒に前記所定値の合成ガスを接触させて水
   分含有メタンリッチガスを合成する工程と；メタンリッ
   チガスを冷却してメタンリッチガスから第１凝縮水を分
   離回収する工程と；第１凝縮水を水蒸気に変換して前記
   プラズマガスとして前記微小アーク通路内に供給する工
   程と；からなる代替天然ガスの製造法。
2. 【請求項２】 請求項１において、合成ガスを冷却して
   水分を第２凝縮水として分離回収する工程と、第２凝縮
   水から水蒸気を生成して前記プラズマガスとして前記微
   小アーク通路内に供給する工程とをさらに備える代替天
   然ガスの製造法。
3. 【請求項３】 請求項１において、合成ガスの一部を前
   記熱プラズマ反応室内にアシストガスとして還流する工
   程をさらに備える代替天然ガスの製造法。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記熱プラズマリア
   クタにおいて、前記アーク電極が前記熱プラズマ反応室
   の一端部に配置された多相交流電極と、前記熱プラズマ
   反応室の他端部に配置された中性電極とを備え、さら
   に、前記多相交流電極と前記中性電極との間で前記微小
   アーク通路内に同時に複数の熱プラズマコラムを発生さ
   せるとともに、該複数の熱プラズマコラムを前記固形状
   炭素材内で周期的に回転させながら前記プラズマガスと
   前記固形状炭素材とを接触反応させる工程を備える代替
   天然ガスの製造法。
5. 【請求項５】 熱プラズマ反応室と、熱プラズマ反応室
   に配置されたアーク電極とを備えたプラズマリアクタを
   準備する工程と；熱プラズマ反応室内に固形状炭素材を
   充填して固形状炭素材の隙間に微小アーク通路を形成す
   る工程と；アーク電極にアーク電力を供給して微小アー
   ク通路内に熱プラズマを発生させる工程と；水蒸気から
   なるプラズマガスを微小アーク通路内に通過させながら
   熱プラズマを発生させてプラズマガスと固形状炭素材の
   炭素とを接触反応させることによりＨ_２、ＣＯ含有合成
   ガスを生成する工程と；合成ガス中のＨ_２、ＣＯの濃度
   を検出して検出信号を出力する工程と；検出信号からＨ
   _２／ＣＯ比を算出してアーク電流制御信号を出力する工
   程と；アーク電流制御信号に応答してアーク電流を可変
   して熱プラズマ温度を制御することにより、Ｈ_２／ＣＯ
   比を所定値以上に調整する工程と；メタン化反応槽のメ
   タン化触媒に前記所定値の合成ガスを接触させて水分含
   有メタンリッチガスを合成する工程と；メタンリッチガ
   スを冷却してメタンリッチガスから第１凝縮水を分離回
   収する工程と；第１凝縮水を水蒸気に変換して前記プラ
   ズマガスとして前記微小アーク通路内に供給する工程
   と；からなる代替天然ガスの製造法。
6. 【請求項６】 請求項５において、合成ガスを冷却して
   水分を第２凝縮水として分離回収する工程と、第２凝縮
   水から水蒸気を生成して前記プラズマガスとして前記微
   小アーク通路内に供給する工程とをさらに備える代替天
   然ガスの製造法。
7. 【請求項７】 請求項５において、合成ガスの一部を前
   記熱プラズマ反応室内にアシストガスとして還流する工
   程をさらに備える代替天然ガスの製造法。
8. 【請求項８】 請求項５において、前記熱プラズマリア
   クタにおいて、前記アーク電極が前記熱プラズマ反応室
   の一端部に配置された多相交流電極と、前記熱プラズマ
   反応室の他端部に配置された中性電極とを備え、さら
   に、前記多相交流電極と前記中性電極との間で前記微小
   アーク通路内に同時に複数の熱プラズマコラムを発生さ
   せるとともに、該複数の熱プラズマコラムを前記固形状
   炭素材内で周期的に回転させながら前記プラズマガスと
   前記固形状炭素材とを接触反応させる工程を備える代替
   天然ガスの製造法。
9. 【請求項９】 密閉された熱プラズマ反応室と、熱プラ
   ズマ反応室に配置されたアーク電極とを有する熱プラズ
   マリアクタと；熱プラズマ反応室に固形状炭素材を供給
   する炭素材供給装置と；熱プラズマ反応室に原料水を供
   給する原料水供給ラインと；熱プラズマ反応室内に形成
   されていて固形状炭素材の隙間に複数の微小アーク通路
   を備え、水蒸気からなるプラズマガスの存在下で微小ア
   ーク通路内に熱プラズマを発生させて前記プラズマガス
   と前記固形状炭素材との接触反応によりＨ_２、ＣＯ含有
   合成ガスを生成する合成ガス生成部と；前記アーク電極
   にアーク電流を供給するプラズマ電源と；前記アーク電
   流を制御して熱プラズマ温度を可変することにより、Ｈ
   _２／ＣＯ比を所定値以上に調整する制御装置と；前記合
   成ガスから水分含有メタンリッチガスを合成するメタン
   化反応槽と；メタンリッチガスを冷却してメタンリッチ
   ガスから凝縮水を分離回収する熱交換器と；凝縮水を前
   記熱プラズマ反応室に還流させる凝縮水還流ラインと；
   を備える代替天然ガス製造装置。
10. 【請求項１０】 請求項９において、前記熱プラズマ反
    応室が合成ガス生成部の上流側に形成されて原料水を水
    蒸気からなるプラズマガスに変換する水蒸気発生部を備
    える代替天然ガス製造装置。
11. 【請求項１１】 請求項９において、前記アーク電極が
    前記熱プラズマ反応室の一端部に配置された多相交流電
    極と、前記熱プラズマ反応室の他端部に配置された中性
    電極とを備え、さらに、前記プラズマ電源が前記多相交
    流電極と前記中性電極との間で前記微小アーク通路内に
    同時に複数の熱プラズマコラムを発生させるとともに、
    該複数の熱プラズマコラムを前記固形状炭素材内で周期
    的に回転させながら前記プラズマガスと前記固形炭素材
    とを接触反応させる多相交流電源を備える代替天然ガス
    製造装置。