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JP2018035767A - Internal combustion engine - Google Patents

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JP2018035767A
JP2018035767A JP2016170706A JP2016170706A JP2018035767A JP 2018035767 A JP2018035767 A JP 2018035767A JP 2016170706 A JP2016170706 A JP 2016170706A JP 2016170706 A JP2016170706 A JP 2016170706A JP 2018035767 A JP2018035767 A JP 2018035767A
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Japan
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carbon dioxide
exhaust gas
gas
heat
internal combustion
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Pending
Application number
JP2016170706A
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Japanese (ja)
Inventor
和之 小林
Kazuyuki Kobayashi
和之 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daihatsu Infinearth Mfg Co Ltd
Original Assignee
Daihatsu Diesel Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Daihatsu Diesel Manufacturing Co Ltd filed Critical Daihatsu Diesel Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2016170706A priority Critical patent/JP2018035767A/en
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

【課題】排気ガスの熱を利用して排気ガス中の二酸化炭素を効率よく削減できる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関は、排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離する分離装置３０と、分離装置３０により分離された二酸化炭素を、水素と触媒によってメタンに改質する改質装置２０と、分離装置３０において排気ガスの熱を利用して二酸化炭素を分離するための第１加熱装置１０と、改質装置２０において二酸化炭素をメタンに改質するために、排気ガスの熱を利用して触媒を加熱する第２加熱装置２１を備える。【選択図】図１An internal combustion engine capable of efficiently reducing carbon dioxide in exhaust gas by using heat of the exhaust gas is provided. An internal combustion engine includes a separation device 30 that separates carbon dioxide contained in exhaust gas, a reformer 20 that reforms carbon dioxide separated by the separation device 30 into methane using hydrogen and a catalyst, and a separation device. The first heating device 10 for separating carbon dioxide using the heat of the exhaust gas in the device 30 and the catalyst using the heat of the exhaust gas for reforming the carbon dioxide into methane in the reformer 20 The 2nd heating apparatus 21 which heats is provided. [Selection] Figure 1

Description

この発明は、内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine.

従来、内燃機関としては、排気ガスから二酸化炭素を分離・回収する回収槽と、水素ガスを供給する改質器と、回収槽により分離・回収された二酸化炭素と改質器から供給された水素ガスとを反応させて燃料(メタノールおよび／またはジメチルエーテル)を生成する反応装置を備えたガスエンジンがある(例えば、特開２００５−０６９００５号公報(特許文献１)参照)。   Conventionally, as an internal combustion engine, a recovery tank that separates and recovers carbon dioxide from exhaust gas, a reformer that supplies hydrogen gas, carbon dioxide that is separated and recovered by the recovery tank, and hydrogen that is supplied from the reformer There is a gas engine equipped with a reaction device that reacts with gas to generate fuel (methanol and / or dimethyl ether) (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-069005 (Patent Document 1)).

特開２００５−０６９００５号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-069005

上記従来の内燃機関では、ガスエンジンの冷却水により回収槽内の溶液に温熱を与えることによって、溶液内の二酸化炭素を分離して取り出している。   In the conventional internal combustion engine, carbon dioxide in the solution is separated and taken out by applying warm heat to the solution in the recovery tank with the cooling water of the gas engine.

このため、上記内燃機関では、冷却水の温度が１００℃以下であるため、排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離する装置の効率が悪いという問題がある。   For this reason, in the said internal combustion engine, since the temperature of cooling water is 100 degrees C or less, there exists a problem that the efficiency of the apparatus which isolate | separates the carbon dioxide contained in exhaust gas is bad.

また、上記内燃機関では、二酸化炭素と水素ガスとを反応装置で高温状態にして反応させるため、外部から熱エネルギーを供給する必要がある。したがって、上記内燃機関では、高温の排気ガスがそのまま排出されるため、排気ガスの熱エネルギーが有効に利用されていないという問題がある。   In the internal combustion engine, since carbon dioxide and hydrogen gas are reacted at a high temperature in a reaction device, it is necessary to supply heat energy from the outside. Therefore, in the internal combustion engine, since the high-temperature exhaust gas is discharged as it is, there is a problem that the heat energy of the exhaust gas is not effectively used.

そこで、この発明の課題は、排気ガスの熱を利用して排気ガス中の二酸化炭素を効率よく削減できる内燃機関を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can efficiently reduce carbon dioxide in exhaust gas by using heat of the exhaust gas.

上記課題を解決するため、この発明の内燃機関は、
排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離する分離装置と、
上記分離装置により分離された上記二酸化炭素を、水素と触媒を用いてメタンに改質する改質装置と、
上記分離装置において上記排気ガスの熱を利用して上記二酸化炭素を分離するための第１加熱装置と、
上記改質装置において上記二酸化炭素をメタンに改質するために、上記排気ガスの熱を利用して少なくとも上記触媒を加熱する第２加熱装置と
を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an internal combustion engine of the present invention is
A separation device for separating carbon dioxide contained in exhaust gas;
A reformer that reforms the carbon dioxide separated by the separator into methane using hydrogen and a catalyst;
A first heating device for separating the carbon dioxide using heat of the exhaust gas in the separation device;
In order to reform the carbon dioxide into methane in the reformer, the reformer includes a second heating device that heats at least the catalyst using heat of the exhaust gas.

上記構成によれば、分離装置において、第１加熱装置により排気ガスの熱を利用して、排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離する。次に、改質装置において、分離装置により分離された二酸化炭素を、水素と触媒を用いてメタンに改質する。このとき、二酸化炭素をメタンに改質するための水素は、外部から供給してもよいし、水素タンクなどの水素貯蔵手段から供給してもよいし、水素生成装置により水を電気分解したり燃料を改質したりすることにより供給してもよい。ここで、第２加熱装置によって排気ガスの熱を利用して少なくとも触媒を適切な温度に加熱することにより、二酸化炭素と水素との化学反応が促進される。   According to the above configuration, in the separation device, the first heating device uses the heat of the exhaust gas to separate carbon dioxide contained in the exhaust gas. Next, in the reformer, the carbon dioxide separated by the separator is reformed to methane using hydrogen and a catalyst. At this time, hydrogen for reforming carbon dioxide into methane may be supplied from the outside, may be supplied from a hydrogen storage means such as a hydrogen tank, or water may be electrolyzed by a hydrogen generator. The fuel may be supplied by reforming. Here, the chemical reaction between carbon dioxide and hydrogen is promoted by heating at least the catalyst to an appropriate temperature using the heat of the exhaust gas by the second heating device.

これにより、排気ガスの熱のみを利用して排気ガス中の二酸化炭素を削減することが可能になる。したがって、外部からの熱エネルギーを用いずに、排気ガス中の二酸化炭素を分離してメタンを生成することができ、二酸化炭素の分離と改質に排気ガスの熱エネルギーを有効に利用することで熱効率を向上できる。   Thereby, it becomes possible to reduce the carbon dioxide in exhaust gas only using the heat of exhaust gas. Therefore, methane can be generated by separating carbon dioxide in the exhaust gas without using external heat energy, and by effectively using the heat energy of the exhaust gas for separation and reforming of carbon dioxide. Thermal efficiency can be improved.

また、一実施形態の内燃機関は、
上記改質装置により改質された上記メタンを燃料として燃焼可能に構成された可燃性ガスを燃料とするガスエンジンである。 Moreover, the internal combustion engine of one embodiment
It is a gas engine that uses a combustible gas that is combustible using the methane reformed by the reformer as a fuel.

ここで、上記ガスエンジンは、プロパン、ブタン、都市ガス、ＬＮＧ(Liquefied Natural Gas:液化天然ガス)、ＬＰＧ(Liquefied Petroleum Gas:液化石油ガス)、ＳＮＧ(Substitute Natural Gas：代替天然ガス)などの可燃性ガスを燃料とする内燃機関である。   Here, the gas engine is combustible such as propane, butane, city gas, LNG (Liquefied Natural Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), SNG (Substitute Natural Gas) It is an internal combustion engine that uses natural gas as fuel.

上記実施形態によれば、可燃性ガスを燃料とするガスエンジンに、改質装置により改質されたメタンを燃料として再利用することにより、熱効率をさらに向上できる。   According to the above-described embodiment, thermal efficiency can be further improved by reusing methane reformed by the reformer as a fuel in a gas engine using combustible gas as fuel.

また、一実施形態の内燃機関では、
上記分離装置は、上記排気ガスに含まれる二酸化炭素をアミン系吸収液に吸収し、上記二酸化炭素を吸収した上記アミン系吸収液を上記排気ガスの熱を利用して加熱することにより、上記アミン系吸収液から上記二酸化炭素を分離する。 In the internal combustion engine of one embodiment,
The separation device absorbs carbon dioxide contained in the exhaust gas in an amine-based absorption liquid, and heats the amine-based absorption liquid that has absorbed the carbon dioxide using heat of the exhaust gas, thereby The carbon dioxide is separated from the system absorbent.

上記実施形態によれば、排気ガスとアミン系吸収液とを接触させて排気ガス中の二酸化炭素を吸収した後、アミン系吸収液を加熱して二酸化炭素を分離することによって、比較的低い温度(例えば、吸収:４０℃〜５０℃、分離：１１０℃〜１３０℃)で二酸化炭素の吸収と分離ができるので、排気ガスの熱エネルギーを活用することができる。また、排気ガス中の二酸化炭素が低圧、低濃度であっても高い除去率を達成できる。   According to the above embodiment, the exhaust gas and the amine-based absorbing liquid are brought into contact with each other to absorb carbon dioxide in the exhaust gas, and then the amine-based absorbing liquid is heated to separate the carbon dioxide. Since carbon dioxide can be absorbed and separated by absorption (for example, absorption: 40 ° C. to 50 ° C., separation: 110 ° C. to 130 ° C.), the thermal energy of the exhaust gas can be utilized. Moreover, a high removal rate can be achieved even if the carbon dioxide in the exhaust gas is low pressure and low concentration.

以上より明らかなように、この発明によれば、排気ガスの熱を利用して排気ガス中の二酸化炭素を効率よく削減できる内燃機関を実現することができる。   As is apparent from the above, according to the present invention, an internal combustion engine that can efficiently reduce carbon dioxide in the exhaust gas by using the heat of the exhaust gas can be realized.

図１はこの発明の実施の一形態の内燃機関の一例としてのガスエンジンの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a gas engine as an example of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 図２は上記ガスエンジンの改質装置における二酸化炭素の変換効率の温度依存性を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the temperature dependence of carbon dioxide conversion efficiency in the gas engine reforming apparatus.

以下、この発明の内燃機関を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, an internal combustion engine of the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.

図１はこの発明の実施の一形態の内燃機関の一例としてのガスエンジンの構成図を示している。このガスエンジンは、プロパン、ブタン、都市ガス、ＬＮＧ(Liquefied Natural Gas:液化天然ガス)、ＬＰＧ(Liquefied Petroleum Gas:液化石油ガス)、ＳＮＧ(Substitute Natural Gas：代替天然ガス)などの可燃性ガスを燃料とする。   FIG. 1 shows a configuration diagram of a gas engine as an example of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. This gas engine uses combustible gas such as propane, butane, city gas, LNG (Liquefied Natural Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), SNG (Substitute Natural Gas) Use as fuel.

この実施の形態のガスエンジンは、図１に示すように、吸気ポート１ａと排気ポート１ｂを有する円筒状のシリンダ１と、シリンダ１内に配置されたピストン２と、ガス燃料が混合された混合ガスが流入する吸気ポート１ａを開閉する吸気バルブ３と、排気ガスが排出される排気ポート１ｂを開閉する排気バルブ４と、シリンダ１内の混合ガスに点火する点火装置５とを備えている。この実施の形態では、点火装置５に点火プラグを用いたが、副室式点火装置であってもよい。   As shown in FIG. 1, the gas engine of this embodiment includes a cylindrical cylinder 1 having an intake port 1a and an exhaust port 1b, a piston 2 disposed in the cylinder 1, and a mixture in which gas fuel is mixed. An intake valve 3 that opens and closes an intake port 1a through which gas flows in, an exhaust valve 4 that opens and closes an exhaust port 1b through which exhaust gas is discharged, and an ignition device 5 that ignites the mixed gas in the cylinder 1 are provided. In this embodiment, the ignition plug is used for the ignition device 5, but a sub chamber type ignition device may be used.

また、上記ガスエンジンは、熱交換器１１と加熱器１２とで構成された第１加熱装置１０と、改質装置２０と、分離装置３０と、第２加熱装置２１とを備えている。上記熱交換器１１は、排気ガスと熱媒体との間で熱交換を行って熱媒体を加熱し、その熱媒体を加熱器１２を介して循環させて、分離装置３０内のアミン系吸収液を加熱する。   Further, the gas engine includes a first heating device 10 including a heat exchanger 11 and a heater 12, a reforming device 20, a separation device 30, and a second heating device 21. The heat exchanger 11 performs heat exchange between the exhaust gas and the heat medium, heats the heat medium, circulates the heat medium through the heater 12, and then the amine-based absorbent in the separation device 30. Heat.

上記分離装置３０は、吸収塔３０ａと再生塔３０ｂとを有し、吸収塔３０ａの底部と再生塔３０ｂの底部が連通している。この再生塔３０ｂ内の下側に、アミン系吸収液を加熱するための加熱部１２を配置している。   The separation device 30 includes an absorption tower 30a and a regeneration tower 30b, and the bottom of the absorption tower 30a and the bottom of the regeneration tower 30b communicate with each other. A heating unit 12 for heating the amine-based absorbent is disposed below the regeneration tower 30b.

＜二酸化炭素の吸収・分離＞
上記シリンダ１の排気ポート１ｂから排出された排気ガスの一部は、第１加熱装置１０の熱交換器１１と第２加熱装置２１を介して分離装置３０の吸収塔３０ａ内の下側に供給される。 <Absorption and separation of carbon dioxide>
A part of the exhaust gas discharged from the exhaust port 1b of the cylinder 1 is supplied to the lower side in the absorption tower 30a of the separation device 30 through the heat exchanger 11 and the second heating device 21 of the first heating device 10. Is done.

上記分離装置３０の吸収塔３０ａ内で、排気ガス中の二酸化炭素がアミン系吸収液に吸収される。そして、排気ガスの残りは、上部から大気中に放出される。   In the absorption tower 30a of the separation device 30, carbon dioxide in the exhaust gas is absorbed by the amine-based absorbent. The remainder of the exhaust gas is released into the atmosphere from the top.

なお、改質装置２０を介して分離装置３０に供給する排気ガスをエンジン冷却水により冷却する冷却器４０を備えてもよい。この冷却器４０によって、分離装置３０に供給する排気ガスを最適な温度(例えば４０℃〜５０℃)になるように冷却することで、大気圧下で二酸化炭素がアミン系吸収液に効率よく吸収される。   In addition, you may provide the cooler 40 which cools the exhaust gas supplied to the separation apparatus 30 via the reformer 20 with engine cooling water. By cooling the exhaust gas supplied to the separation device 30 to an optimum temperature (for example, 40 ° C. to 50 ° C.) by the cooler 40, carbon dioxide is efficiently absorbed by the amine-based absorbent at atmospheric pressure. Is done.

一方、分離装置３０の再生塔３０ｂでは、アミン系吸収液を加熱器１２により加熱して最適な温度(例えば１１０℃〜１３０℃)にすることにより、大気圧下でアミン系吸収液から二酸化炭素(ＣＯ２)を効率よく分離する。 On the other hand, in the regeneration tower 30b of the separation apparatus 30, the amine-based absorbing liquid is heated by the heater 12 to an optimum temperature (for example, 110 ° C. to 130 ° C.), so that carbon dioxide from the amine-based absorbing liquid is obtained at atmospheric pressure. (CO 2 ) is separated efficiently.

この分離装置３０では、吸収液としてアルカノールアミン水溶液などのアミン系吸収液を使用して二酸化炭素を分離するアミン法を用いている。上記アルカノールアミン水溶液などのアミン系吸収液は、アミノ基を分子構造中に有し、アミノ基と二酸化炭素が結合反応を起こしてアミン炭酸塩を形成する。このアミン炭酸塩を加熱すると、二酸化炭素が解離して放散される。   This separation device 30 uses an amine method in which carbon dioxide is separated using an amine-based absorbent such as an alkanolamine aqueous solution as the absorbent. The amine-based absorbing liquid such as the alkanolamine aqueous solution has an amino group in the molecular structure, and the amino group and carbon dioxide cause a binding reaction to form an amine carbonate. When this amine carbonate is heated, carbon dioxide is dissociated and released.

＜メタンの生成＞
次に、改質装置２０は、分離装置３０から供給された二酸化炭素(ＣＯ２)と、水素タンク(図示せず)から供給された水素(Ｈ２)とを大気圧下で高温状態にして、Ｒｕ／ＴｉＯ２を触媒に用いて二酸化炭素(ＣＯ２)を水素還元させるサバチエ反応によってメタン(ＣＨ４)と水(Ｈ２Ｏ)を生成する。このときの化学反応は次式で表される。
ＣＯ２＋４Ｈ２ →ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ <Methane production>
Next, the reformer 20 brings the carbon dioxide (CO 2 ) supplied from the separator 30 and the hydrogen (H 2 ) supplied from a hydrogen tank (not shown) to a high temperature state under atmospheric pressure. Then, methane (CH 4 ) and water (H 2 O) are generated by a Sabatier reaction in which carbon dioxide (CO 2 ) is reduced with hydrogen using Ru / TiO 2 as a catalyst. The chemical reaction at this time is represented by the following formula.
CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O

ここで、触媒のＲｕ／ＴｉＯ２は、酸化チタンＴｉＯ２上にルテニウムＲｕを担持させたものである。 Here, Ru / TiO 2 of the catalyst is obtained by supporting ruthenium Ru on titanium oxide TiO 2 .

このようにして、改質装置２０により得られたメタンは、再び燃料としてガス燃料に混合されてシリンダ１内に供給される。   In this way, the methane obtained by the reformer 20 is mixed with the gas fuel again as fuel and supplied into the cylinder 1.

なお、改質装置２０で得られたメタンをタンクなどに一旦貯蔵して、必要なときにタンクのメタンをガス燃料に混合してシリンダ１内に供給してもよいし、タンクに貯蔵されたメタンを他の用途に利用してもよい。   The methane obtained by the reformer 20 may be temporarily stored in a tank or the like, and the methane in the tank may be mixed with gas fuel and supplied into the cylinder 1 when necessary, or stored in the tank. Methane may be used for other purposes.

図２は上記ガスエンジンの改質装置２０における二酸化炭素の変換効率の温度依存性を示している。図２では、サバチエ反応に用いる触媒をＲｕ／ＴｉＯ２としている。 FIG. 2 shows the temperature dependency of the carbon dioxide conversion efficiency in the gas engine reforming apparatus 20. In FIG. 2, the catalyst used for the Sabatier reaction is Ru / TiO 2 .

この改質装置２０では、図２に示すように、大気圧下において、１５０℃〜２３０℃で変換効率は２０％〜９５％(１７０℃で変換効率は約５０％)であり、３００℃以上の反応温度が必要な一般的なサバチエ反応に比べて反応温度が低い触媒を用いている。   In this reformer 20, as shown in FIG. 2, the conversion efficiency is 20% to 95% at 150 ° C. to 230 ° C. under atmospheric pressure (the conversion efficiency is about 50% at 170 ° C.), and 300 ° C. or higher. A catalyst having a lower reaction temperature than a general Sabatier reaction that requires a reaction temperature of 1 is used.

このように、改質装置２０では、比較的低温でサバチエ反応が行えるので、排気ガスの温度でも、排気ガスの熱を利用して触媒を加熱することにより化学反応を促進させることができる。例えば、排出直後の排気ガスの温度が４００℃であっても、装置構成を考慮した場合、熱エネルギーを利用するときの温度は２００℃程度かそれよりも低くなる。   Thus, since the reformer 20 can perform the Sabatier reaction at a relatively low temperature, the chemical reaction can be promoted by heating the catalyst using the heat of the exhaust gas even at the temperature of the exhaust gas. For example, even when the temperature of the exhaust gas immediately after discharge is 400 ° C., the temperature when using thermal energy is about 200 ° C. or lower when considering the apparatus configuration.

上記ガスエンジンでは、分離装置３０および改質装置２０において加熱に利用する排気ガスの温度を調整する手段を備えていないが、改質装置２０におけるサバチエ反応の温度を１７０℃〜２００℃となるように装置全体を構成することで、少なくとも５０％〜８０％の変換効率が得られる。これによって、ガスエンジンの運転状況に応じて排気ガスの温度が変動しても、多くのメタンを生成して二酸化炭素の排出量を低減しつつ、エネルギー効率を向上できる。   The gas engine does not include means for adjusting the temperature of the exhaust gas used for heating in the separation device 30 and the reforming device 20, but the temperature of the Sabatier reaction in the reforming device 20 is set to 170 ° C to 200 ° C. By configuring the entire apparatus, a conversion efficiency of at least 50% to 80% can be obtained. As a result, even if the temperature of the exhaust gas varies depending on the operating condition of the gas engine, energy efficiency can be improved while generating a large amount of methane and reducing the amount of carbon dioxide emission.

上記構成のガスエンジンによれば、分離装置３０において、第１加熱装置１０により排気ガスの熱を利用して、排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離した後、分離装置３０により分離された二酸化炭素を、改質装置２０において水素と触媒を用いてメタンに改質する。このときの水素は、水素貯蔵手段としての水素タンクから供給したが、外部から供給してもよいし、水を電気分解したりガス燃料を改質したりする水素生成装置によって得られた水素を供給してもよい。なお、水素生成は、総合的なエネルギー効率の観点から太陽光などの自然エネルギーを用いるか、あるいは、排気ガスの熱を利用するのが望ましい。   According to the gas engine having the above configuration, in the separation device 30, the carbon dioxide contained in the exhaust gas is separated by the first heating device 10 using the heat of the exhaust gas, and then separated by the separation device 30. Is reformed into methane using hydrogen and a catalyst in the reformer 20. Although hydrogen at this time was supplied from a hydrogen tank as a hydrogen storage means, it may be supplied from the outside, or hydrogen obtained by a hydrogen generator that electrolyzes water or reforms gas fuel. You may supply. In addition, it is desirable for hydrogen production to use natural energy, such as sunlight, from the viewpoint of total energy efficiency, or to use the heat of exhaust gas.

ここで、第２加熱装置２１によって排気ガスの熱を利用して二酸化炭素と水素および触媒を適切な温度(例えば１７０℃〜２００℃)に加熱することにより、二酸化炭素と水素との化学反応が促進される。なお、第２加熱装置２１は、排気ガスの熱を利用して二酸化炭素と水素および触媒のうちの少なくとも触媒を加熱すればよい。   Here, the carbon dioxide, hydrogen, and the catalyst are heated to an appropriate temperature (for example, 170 ° C. to 200 ° C.) by using the heat of the exhaust gas by the second heating device 21, so that the chemical reaction between the carbon dioxide and hydrogen occurs. Promoted. In addition, the 2nd heating apparatus 21 should just heat at least a catalyst among carbon dioxide, hydrogen, and a catalyst using the heat | fever of exhaust gas.

これにより、排気ガスの熱のみを利用して排気ガス中の二酸化炭素を削減することが可能になる。したがって、外部からの熱エネルギーを用いずに、排気ガス中の二酸化炭素を分離してメタンを生成することができ、二酸化炭素の分離と改質に排気ガスの熱エネルギーを有効利用することで熱効率を向上できる。   Thereby, it becomes possible to reduce the carbon dioxide in exhaust gas only using the heat of exhaust gas. Therefore, methane can be generated by separating carbon dioxide in exhaust gas without using external heat energy, and thermal efficiency can be achieved by effectively using the heat energy of exhaust gas for carbon dioxide separation and reforming. Can be improved.

また、可燃性ガスを燃料とするガスエンジンに、改質装置２０により改質されたメタンを燃料として再利用することにより、熱効率をさらに向上できる。   Further, by reusing methane reformed by the reformer 20 as a fuel in a gas engine using a combustible gas as a fuel, thermal efficiency can be further improved.

このように、排気ガス中の二酸化炭素を燃料化して再利用することにより、地球温暖化を引き起こす温室効果ガスの１つである二酸化炭素の排出量を削減できる。   In this way, the amount of carbon dioxide, which is one of the greenhouse gases that cause global warming, can be reduced by reusing the carbon dioxide in the exhaust gas as a fuel.

また、上記排気ガスとアミン系吸収液とを接触させて排気ガス中の二酸化炭素を吸収した後、アミン系吸収液を加熱して二酸化炭素を分離することによって、比較的低い温度(例えば、吸収:４０℃〜５０℃、分離：１１０℃〜１３０℃)で二酸化炭素の吸収と分離ができるので、排気ガスの熱エネルギーを活用することができる。また、排気ガス中の二酸化炭素が低圧、低濃度であっても高い除去率を達成できる。   In addition, after contacting the exhaust gas and the amine-based absorbent to absorb carbon dioxide in the exhaust gas, the amine-based absorbent is heated to separate the carbon dioxide, so that a relatively low temperature (for example, absorption : 40 ° C. to 50 ° C., separation: 110 ° C. to 130 ° C.), carbon dioxide can be absorbed and separated, so that the heat energy of the exhaust gas can be utilized. Moreover, a high removal rate can be achieved even if the carbon dioxide in the exhaust gas is low pressure and low concentration.

なお、上記実施の形態では、第１加熱装置１０の熱交換器１１と第２加熱装置２１の順に排気ガスを通過させて分離装置３０に供給したが、第２加熱装置２１と第１加熱装置１０の熱交換器１１の順に排気ガスを通過させて分離装置３０に供給してもよい。あるいは、第１加熱装置１０の熱交換器１１と第２加熱装置２１の夫々に別々の流路を介して排気ガスを通過させた後、少なくとも一方を分離装置３０に供給するようにしてもよい。   In the above embodiment, the exhaust gas is passed through the heat exchanger 11 and the second heating device 21 of the first heating device 10 in this order and supplied to the separation device 30. However, the second heating device 21 and the first heating device are used. The exhaust gas may be passed through the 10 heat exchangers 11 in order and supplied to the separation device 30. Alternatively, exhaust gas may be allowed to pass through separate flow paths to the heat exchanger 11 and the second heating device 21 of the first heating device 10 and then at least one of them may be supplied to the separation device 30. .

また、上記実施の形態では、排気ガス中の二酸化炭素(ＣＯ２)をアミン系吸収液を用いて分離するアミン法を用いたが、二酸化炭素の分離方法はこれに限らず、化学吸収法(アミン法を除く)、膜分離法、物理吸収法を用いてもよい。この化学吸収法は、アルカリ性溶液を吸収液として二酸化炭素を化学反応によって吸収させた後、加熱により二酸化炭素を放出させる方法である。また、膜分離法は、高分子膜などによる気体の透過速度の違いを利用して混合ガスから各気体を分離する方法である。また、物理吸収法は、メタノールやポリエチレングリコールなどの吸収液を使用して、高圧、低温下で物理的に二酸化炭素を吸収させた後、減圧または加熱により二酸化炭素を放散させる方法である。 In the above embodiment, the amine method for separating carbon dioxide (CO 2 ) in exhaust gas using an amine-based absorbent is used. However, the carbon dioxide separation method is not limited to this, and a chemical absorption method ( Except for the amine method), membrane separation method, and physical absorption method. This chemical absorption method is a method in which carbon dioxide is released by heating after carbon dioxide is absorbed by a chemical reaction using an alkaline solution as an absorbing solution. The membrane separation method is a method for separating each gas from a mixed gas by utilizing a difference in gas permeation speed due to a polymer membrane or the like. In addition, the physical absorption method is a method in which an absorption liquid such as methanol or polyethylene glycol is used to physically absorb carbon dioxide under high pressure and low temperature, and then carbon dioxide is diffused by decompression or heating.

また、上記実施の形態では、二酸化炭素と水素とをＲｕ／ＴｉＯ２を触媒に用いたサバチエ反応によってメタンと水を生成したが、サバチエ反応に用いる触媒はこれに限らず、ニッケルＮｉや、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３上にルテニウムＲｕを担持させた触媒などを用いてもよい。また、サバチエ反応に限らず、二酸化炭素と水素を反応させてメタンと水を生成する他の反応を用いてもよい。 In the above embodiment, methane and water are generated by the Sabachie reaction using carbon dioxide and hydrogen as a catalyst, and Ru / TiO 2 is used as a catalyst. However, the catalyst used in the Sabachie reaction is not limited to this, and nickel Ni, oxidation A catalyst in which ruthenium Ru is supported on aluminum Al 2 O 3 may be used. Moreover, you may use not only a Sabachie reaction but the other reaction which makes a carbon dioxide and hydrogen react and produces | generates methane and water.

また、上記実施の形態では、内燃機関としてのガスエンジンについて説明したが、ガソリンなどの液体燃料を用いたエンジンにこの発明を適用してもよい。この場合、改質装置により生成されたメタンを液体燃料に混合して用いてもよい。   Moreover, although the gas engine as an internal combustion engine was demonstrated in the said embodiment, you may apply this invention to the engine using liquid fuels, such as gasoline. In this case, methane generated by the reformer may be mixed with the liquid fuel and used.

また、上記実施の形態では、排気ガスの熱のみを利用して排気ガス中の二酸化炭素の分離と改質を行ったが、排気ガスの熱エネルギー以外に他の熱エネルギーを、二酸化炭素の分離と改質の少なくとも一方において部分的に用いてもよい。   Further, in the above embodiment, the separation and reforming of carbon dioxide in the exhaust gas is performed using only the heat of the exhaust gas. However, in addition to the thermal energy of the exhaust gas, other thermal energy is separated from the carbon dioxide. And may be partially used in at least one of the reforming.

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。   Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

１…シリンダ
１ａ…吸気ポート
１ｂ…排気ポート
２…ピストン
３…吸気バルブ
４…排気バルブ
５…点火装置
１０…第１加熱装置
１１…熱交換器
１２…加熱器
２０…改質装置
２１…第２加熱装置
３０…分離装置
３０ａ…吸収塔
３０ｂ…再生塔
４０…冷却器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder 1a ... Intake port 1b ... Exhaust port 2 ... Piston 3 ... Intake valve 4 ... Exhaust valve 5 ... Ignition device 10 ... 1st heating device 11 ... Heat exchanger 12 ... Heater 20 ... Reformer 21 ... 2nd Heating device 30 ... separation device 30a ... absorption tower 30b ... regeneration tower 40 ... cooler

この発明は、内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine.

従来、内燃機関としては、排気ガスから二酸化炭素を分離・回収する回収槽と、水素ガスを供給する改質器と、回収槽により分離・回収された二酸化炭素と改質器から供給された水素ガスとを反応させて燃料(メタノールおよび／またはジメチルエーテル)を生成する反応装置を備えたガスエンジンがある(例えば、特開２００５−０６９００５号公報(特許文献１)参照)。   Conventionally, as an internal combustion engine, a recovery tank that separates and recovers carbon dioxide from exhaust gas, a reformer that supplies hydrogen gas, carbon dioxide that is separated and recovered by the recovery tank, and hydrogen that is supplied from the reformer There is a gas engine equipped with a reaction device that reacts with gas to generate fuel (methanol and / or dimethyl ether) (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-069005 (Patent Document 1)).

特開２００５−０６９００５号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-069005

上記従来の内燃機関では、ガスエンジンの冷却水により回収槽内の溶液に温熱を与えることによって、溶液内の二酸化炭素を分離して取り出している。   In the conventional internal combustion engine, carbon dioxide in the solution is separated and taken out by applying warm heat to the solution in the recovery tank with the cooling water of the gas engine.

このため、上記内燃機関では、冷却水の温度が１００℃以下であるため、排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離する装置の効率が悪いという問題がある。   For this reason, in the said internal combustion engine, since the temperature of cooling water is 100 degrees C or less, there exists a problem that the efficiency of the apparatus which isolate | separates the carbon dioxide contained in exhaust gas is bad.

また、上記内燃機関では、二酸化炭素と水素ガスとを反応装置で高温状態にして反応させるため、外部から熱エネルギーを供給する必要がある。したがって、上記内燃機関では、高温の排気ガスがそのまま排出されるため、排気ガスの熱エネルギーが有効に利用されていないという問題がある。   In the internal combustion engine, since carbon dioxide and hydrogen gas are reacted at a high temperature in a reaction device, it is necessary to supply heat energy from the outside. Therefore, in the internal combustion engine, since the high-temperature exhaust gas is discharged as it is, there is a problem that the heat energy of the exhaust gas is not effectively used.

そこで、この発明の課題は、排気ガスの熱を利用して排気ガス中の二酸化炭素を効率よく削減できる内燃機関を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can efficiently reduce carbon dioxide in exhaust gas by using heat of the exhaust gas.

上記課題を解決するため、この発明の内燃機関は、
排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離する分離装置と、
上記分離装置により分離された上記二酸化炭素を、水素と触媒を用いてメタンに改質する改質装置と、
上記分離装置において上記排気ガスの熱を利用して上記二酸化炭素を分離するための第１加熱装置と、
上記改質装置において上記二酸化炭素をメタンに改質するために、上記排気ガスの熱を利用して少なくとも上記触媒を加熱する第２加熱装置と
を備え、
上記改質装置は、大気圧下の１５０℃〜２３０℃において、上記触媒にＲｕ／ＴｉＯ ２ を用いたサバチエ反応によって上記二酸化炭素を水素還元させて上記メタンと水を生成することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an internal combustion engine of the present invention is
A separation device for separating carbon dioxide contained in exhaust gas;
A reformer that reforms the carbon dioxide separated by the separator into methane using hydrogen and a catalyst;
A first heating device for separating the carbon dioxide using heat of the exhaust gas in the separation device;
A second heating device that heats at least the catalyst using heat of the exhaust gas in order to reform the carbon dioxide into methane in the reformer ;
The reformer is characterized in that at 150 to 230 ° C. under atmospheric pressure, the carbon dioxide is reduced by hydrogen by a Sabatier reaction using Ru / TiO 2 as the catalyst to generate the methane and water. .

上記構成によれば、分離装置において、第１加熱装置により排気ガスの熱を利用して、排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離する。次に、改質装置において、分離装置により分離された二酸化炭素を、水素と触媒を用いてメタンに改質する。このとき、二酸化炭素をメタンに改質するための水素は、外部から供給してもよいし、水素タンクなどの水素貯蔵手段から供給してもよいし、水素生成装置により水を電気分解したり燃料を改質したりすることにより供給してもよい。ここで、第２加熱装置によって排気ガスの熱を利用して少なくとも触媒を適切な温度に加熱することにより、二酸化炭素と水素との化学反応が促進される。   According to the above configuration, in the separation device, the first heating device uses the heat of the exhaust gas to separate carbon dioxide contained in the exhaust gas. Next, in the reformer, the carbon dioxide separated by the separator is reformed to methane using hydrogen and a catalyst. At this time, hydrogen for reforming carbon dioxide into methane may be supplied from the outside, may be supplied from a hydrogen storage means such as a hydrogen tank, or water may be electrolyzed by a hydrogen generator. The fuel may be supplied by reforming. Here, the chemical reaction between carbon dioxide and hydrogen is promoted by heating at least the catalyst to an appropriate temperature using the heat of the exhaust gas by the second heating device.

これにより、排気ガスの熱のみを利用して排気ガス中の二酸化炭素を削減することが可能になる。したがって、外部からの熱エネルギーを用いずに、排気ガス中の二酸化炭素を分離してメタンを生成することができ、二酸化炭素の分離と改質に排気ガスの熱エネルギーを有効に利用することで熱効率を向上できる。   Thereby, it becomes possible to reduce the carbon dioxide in exhaust gas only using the heat of exhaust gas. Therefore, methane can be generated by separating carbon dioxide in the exhaust gas without using external heat energy, and by effectively using the heat energy of the exhaust gas for separation and reforming of carbon dioxide. Thermal efficiency can be improved.

また、一実施形態の内燃機関は、
上記改質装置により改質された上記メタンを燃料として燃焼可能に構成された可燃性ガスを燃料とするガスエンジンである。 Moreover, the internal combustion engine of one embodiment
It is a gas engine that uses a combustible gas that is combustible using the methane reformed by the reformer as a fuel.

ここで、上記ガスエンジンは、プロパン、ブタン、都市ガス、ＬＮＧ(Liquefied Natural Gas:液化天然ガス)、ＬＰＧ(Liquefied Petroleum Gas:液化石油ガス)、ＳＮＧ(Substitute Natural Gas：代替天然ガス)などの可燃性ガスを燃料とする内燃機関である。   Here, the gas engine is combustible such as propane, butane, city gas, LNG (Liquefied Natural Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), SNG (Substitute Natural Gas) It is an internal combustion engine that uses natural gas as fuel.

上記実施形態によれば、可燃性ガスを燃料とするガスエンジンに、改質装置により改質されたメタンを燃料として再利用することにより、熱効率をさらに向上できる。   According to the above-described embodiment, thermal efficiency can be further improved by reusing methane reformed by the reformer as a fuel in a gas engine using combustible gas as fuel.

また、一実施形態の内燃機関では、
上記分離装置は、上記排気ガスに含まれる二酸化炭素をアミン系吸収液に吸収し、上記二酸化炭素を吸収した上記アミン系吸収液を上記排気ガスの熱を利用して加熱することにより、上記アミン系吸収液から上記二酸化炭素を分離する。 In the internal combustion engine of one embodiment,
The separation device absorbs carbon dioxide contained in the exhaust gas in an amine-based absorption liquid, and heats the amine-based absorption liquid that has absorbed the carbon dioxide using heat of the exhaust gas, thereby The carbon dioxide is separated from the system absorbent.

上記実施形態によれば、排気ガスとアミン系吸収液とを接触させて排気ガス中の二酸化炭素を吸収した後、アミン系吸収液を加熱して二酸化炭素を分離することによって、比較的低い温度(例えば、吸収:４０℃〜５０℃、分離：１１０℃〜１３０℃)で二酸化炭素の吸収と分離ができるので、排気ガスの熱エネルギーを活用することができる。また、排気ガス中の二酸化炭素が低圧、低濃度であっても高い除去率を達成できる。   According to the above embodiment, the exhaust gas and the amine-based absorbing liquid are brought into contact with each other to absorb carbon dioxide in the exhaust gas, and then the amine-based absorbing liquid is heated to separate the carbon dioxide. Since carbon dioxide can be absorbed and separated by absorption (for example, absorption: 40 ° C. to 50 ° C., separation: 110 ° C. to 130 ° C.), the thermal energy of the exhaust gas can be utilized. Moreover, a high removal rate can be achieved even if the carbon dioxide in the exhaust gas is low pressure and low concentration.

以上より明らかなように、この発明によれば、排気ガスの熱を利用して排気ガス中の二酸化炭素を効率よく削減できる内燃機関を実現することができる。   As is apparent from the above, according to the present invention, an internal combustion engine that can efficiently reduce carbon dioxide in the exhaust gas by using the heat of the exhaust gas can be realized.

図１はこの発明の実施の一形態の内燃機関の一例としてのガスエンジンの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a gas engine as an example of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 図２は上記ガスエンジンの改質装置における二酸化炭素の変換効率の温度依存性を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the temperature dependence of carbon dioxide conversion efficiency in the gas engine reforming apparatus.

以下、この発明の内燃機関を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, an internal combustion engine of the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.

図１はこの発明の実施の一形態の内燃機関の一例としてのガスエンジンの構成図を示している。このガスエンジンは、プロパン、ブタン、都市ガス、ＬＮＧ(Liquefied Natural Gas:液化天然ガス)、ＬＰＧ(Liquefied Petroleum Gas:液化石油ガス)、ＳＮＧ(Substitute Natural Gas：代替天然ガス)などの可燃性ガスを燃料とする。   FIG. 1 shows a configuration diagram of a gas engine as an example of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. This gas engine uses combustible gas such as propane, butane, city gas, LNG (Liquefied Natural Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), SNG (Substitute Natural Gas) Use as fuel.

この実施の形態のガスエンジンは、図１に示すように、吸気ポート１ａと排気ポート１ｂを有する円筒状のシリンダ１と、シリンダ１内に配置されたピストン２と、ガス燃料が混合された混合ガスが流入する吸気ポート１ａを開閉する吸気バルブ３と、排気ガスが排出される排気ポート１ｂを開閉する排気バルブ４と、シリンダ１内の混合ガスに点火する点火装置５とを備えている。この実施の形態では、点火装置５に点火プラグを用いたが、副室式点火装置であってもよい。   As shown in FIG. 1, the gas engine of this embodiment includes a cylindrical cylinder 1 having an intake port 1a and an exhaust port 1b, a piston 2 disposed in the cylinder 1, and a mixture in which gas fuel is mixed. An intake valve 3 that opens and closes an intake port 1a through which gas flows in, an exhaust valve 4 that opens and closes an exhaust port 1b through which exhaust gas is discharged, and an ignition device 5 that ignites the mixed gas in the cylinder 1 are provided. In this embodiment, the ignition plug is used for the ignition device 5, but a sub chamber type ignition device may be used.

また、上記ガスエンジンは、熱交換器１１と加熱器１２とで構成された第１加熱装置１０と、改質装置２０と、分離装置３０と、第２加熱装置２１とを備えている。上記熱交換器１１は、排気ガスと熱媒体との間で熱交換を行って熱媒体を加熱し、その熱媒体を加熱器１２を介して循環させて、分離装置３０内のアミン系吸収液を加熱する。   Further, the gas engine includes a first heating device 10 including a heat exchanger 11 and a heater 12, a reforming device 20, a separation device 30, and a second heating device 21. The heat exchanger 11 performs heat exchange between the exhaust gas and the heat medium, heats the heat medium, circulates the heat medium through the heater 12, and then the amine-based absorbent in the separation device 30. Heat.

上記分離装置３０は、吸収塔３０ａと再生塔３０ｂとを有し、吸収塔３０ａの底部と再生塔３０ｂの底部が連通している。この再生塔３０ｂ内の下側に、アミン系吸収液を加熱するための加熱部１２を配置している。   The separation device 30 includes an absorption tower 30a and a regeneration tower 30b, and the bottom of the absorption tower 30a and the bottom of the regeneration tower 30b communicate with each other. A heating unit 12 for heating the amine-based absorbent is disposed below the regeneration tower 30b.

＜二酸化炭素の吸収・分離＞
上記シリンダ１の排気ポート１ｂから排出された排気ガスの一部は、第１加熱装置１０の熱交換器１１と第２加熱装置２１を介して分離装置３０の吸収塔３０ａ内の下側に供給される。 <Absorption and separation of carbon dioxide>
A part of the exhaust gas discharged from the exhaust port 1b of the cylinder 1 is supplied to the lower side in the absorption tower 30a of the separation device 30 through the heat exchanger 11 and the second heating device 21 of the first heating device 10. Is done.

上記分離装置３０の吸収塔３０ａ内で、排気ガス中の二酸化炭素がアミン系吸収液に吸収される。そして、排気ガスの残りは、上部から大気中に放出される。   In the absorption tower 30a of the separation device 30, carbon dioxide in the exhaust gas is absorbed by the amine-based absorbent. The remainder of the exhaust gas is released into the atmosphere from the top.

なお、改質装置２０を介して分離装置３０に供給する排気ガスをエンジン冷却水により冷却する冷却器４０を備えてもよい。この冷却器４０によって、分離装置３０に供給する排気ガスを最適な温度(例えば４０℃〜５０℃)になるように冷却することで、大気圧下で二酸化炭素がアミン系吸収液に効率よく吸収される。   In addition, you may provide the cooler 40 which cools the exhaust gas supplied to the separation apparatus 30 via the reformer 20 with engine cooling water. By cooling the exhaust gas supplied to the separation device 30 to an optimum temperature (for example, 40 ° C. to 50 ° C.) by the cooler 40, carbon dioxide is efficiently absorbed by the amine-based absorbent at atmospheric pressure. Is done.

一方、分離装置３０の再生塔３０ｂでは、アミン系吸収液を加熱器１２により加熱して最適な温度(例えば１１０℃〜１３０℃)にすることにより、大気圧下でアミン系吸収液から二酸化炭素(ＣＯ２)を効率よく分離する。 On the other hand, in the regeneration tower 30b of the separation apparatus 30, the amine-based absorbing liquid is heated by the heater 12 to an optimum temperature (for example, 110 ° C. to 130 ° C.), so that carbon dioxide from the amine-based absorbing liquid is obtained at atmospheric pressure. (CO 2 ) is separated efficiently.

この分離装置３０では、吸収液としてアルカノールアミン水溶液などのアミン系吸収液を使用して二酸化炭素を分離するアミン法を用いている。上記アルカノールアミン水溶液などのアミン系吸収液は、アミノ基を分子構造中に有し、アミノ基と二酸化炭素が結合反応を起こしてアミン炭酸塩を形成する。このアミン炭酸塩を加熱すると、二酸化炭素が解離して放散される。   This separation device 30 uses an amine method in which carbon dioxide is separated using an amine-based absorbent such as an alkanolamine aqueous solution as the absorbent. The amine-based absorbing liquid such as the alkanolamine aqueous solution has an amino group in the molecular structure, and the amino group and carbon dioxide cause a binding reaction to form an amine carbonate. When this amine carbonate is heated, carbon dioxide is dissociated and released.

＜メタンの生成＞
次に、改質装置２０は、分離装置３０から供給された二酸化炭素(ＣＯ２)と、水素タンク(図示せず)から供給された水素(Ｈ２)とを大気圧下で高温状態にして、Ｒｕ／ＴｉＯ２を触媒に用いて二酸化炭素(ＣＯ２)を水素還元させるサバチエ反応によってメタン(ＣＨ４)と水(Ｈ２Ｏ)を生成する。このときの化学反応は次式で表される。
ＣＯ２＋４Ｈ２ →ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ <Methane production>
Next, the reformer 20 brings the carbon dioxide (CO 2 ) supplied from the separator 30 and the hydrogen (H 2 ) supplied from a hydrogen tank (not shown) to a high temperature state under atmospheric pressure. Then, methane (CH 4 ) and water (H 2 O) are generated by a Sabatier reaction in which carbon dioxide (CO 2 ) is reduced with hydrogen using Ru / TiO 2 as a catalyst. The chemical reaction at this time is represented by the following formula.
CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O

ここで、触媒のＲｕ／ＴｉＯ２は、酸化チタンＴｉＯ２上にルテニウムＲｕを担持させたものである。 Here, Ru / TiO 2 of the catalyst is obtained by supporting ruthenium Ru on titanium oxide TiO 2 .

このようにして、改質装置２０により得られたメタンは、再び燃料としてガス燃料に混合されてシリンダ１内に供給される。   In this way, the methane obtained by the reformer 20 is mixed with the gas fuel again as fuel and supplied into the cylinder 1.

なお、改質装置２０で得られたメタンをタンクなどに一旦貯蔵して、必要なときにタンクのメタンをガス燃料に混合してシリンダ１内に供給してもよいし、タンクに貯蔵されたメタンを他の用途に利用してもよい。   The methane obtained by the reformer 20 may be temporarily stored in a tank or the like, and the methane in the tank may be mixed with gas fuel and supplied into the cylinder 1 when necessary, or stored in the tank. Methane may be used for other purposes.

図２は上記ガスエンジンの改質装置２０における二酸化炭素の変換効率の温度依存性を示している。図２では、サバチエ反応に用いる触媒をＲｕ／ＴｉＯ２としている。 FIG. 2 shows the temperature dependency of the carbon dioxide conversion efficiency in the gas engine reforming apparatus 20. In FIG. 2, the catalyst used for the Sabatier reaction is Ru / TiO 2 .

この改質装置２０では、図２に示すように、大気圧下において、１５０℃〜２３０℃で変換効率は２０％〜９５％(１７０℃で変換効率は約５０％)であり、３００℃以上の反応温度が必要な一般的なサバチエ反応に比べて反応温度が低い触媒を用いている。   In this reformer 20, as shown in FIG. 2, the conversion efficiency is 20% to 95% at 150 ° C. to 230 ° C. under atmospheric pressure (the conversion efficiency is about 50% at 170 ° C.), and 300 ° C. or higher. A catalyst having a lower reaction temperature than a general Sabatier reaction that requires a reaction temperature of 1 is used.

このように、改質装置２０では、比較的低温でサバチエ反応が行えるので、排気ガスの温度でも、排気ガスの熱を利用して触媒を加熱することにより化学反応を促進させることができる。例えば、排出直後の排気ガスの温度が４００℃であっても、装置構成を考慮した場合、熱エネルギーを利用するときの温度は２００℃程度かそれよりも低くなる。   Thus, since the reformer 20 can perform the Sabatier reaction at a relatively low temperature, the chemical reaction can be promoted by heating the catalyst using the heat of the exhaust gas even at the temperature of the exhaust gas. For example, even when the temperature of the exhaust gas immediately after discharge is 400 ° C., the temperature when using thermal energy is about 200 ° C. or lower when considering the apparatus configuration.

上記ガスエンジンでは、分離装置３０および改質装置２０において加熱に利用する排気ガスの温度を調整する手段を備えていないが、改質装置２０におけるサバチエ反応の温度を１７０℃〜２００℃となるように装置全体を構成することで、少なくとも５０％〜８０％の変換効率が得られる。これによって、ガスエンジンの運転状況に応じて排気ガスの温度が変動しても、多くのメタンを生成して二酸化炭素の排出量を低減しつつ、エネルギー効率を向上できる。   The gas engine does not include means for adjusting the temperature of the exhaust gas used for heating in the separation device 30 and the reforming device 20, but the temperature of the Sabatier reaction in the reforming device 20 is set to 170 ° C to 200 ° C. By configuring the entire apparatus, a conversion efficiency of at least 50% to 80% can be obtained. As a result, even if the temperature of the exhaust gas varies depending on the operating condition of the gas engine, energy efficiency can be improved while generating a large amount of methane and reducing the amount of carbon dioxide emission.

上記構成のガスエンジンによれば、分離装置３０において、第１加熱装置１０により排気ガスの熱を利用して、排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離した後、分離装置３０により分離された二酸化炭素を、改質装置２０において水素と触媒を用いてメタンに改質する。このときの水素は、水素貯蔵手段としての水素タンクから供給したが、外部から供給してもよいし、水を電気分解したりガス燃料を改質したりする水素生成装置によって得られた水素を供給してもよい。なお、水素生成は、総合的なエネルギー効率の観点から太陽光などの自然エネルギーを用いるか、あるいは、排気ガスの熱を利用するのが望ましい。   According to the gas engine having the above configuration, in the separation device 30, the carbon dioxide contained in the exhaust gas is separated by the first heating device 10 using the heat of the exhaust gas, and then separated by the separation device 30. Is reformed into methane using hydrogen and a catalyst in the reformer 20. Although hydrogen at this time was supplied from a hydrogen tank as a hydrogen storage means, it may be supplied from the outside, or hydrogen obtained by a hydrogen generator that electrolyzes water or reforms gas fuel. You may supply. In addition, it is desirable for hydrogen production to use natural energy, such as sunlight, from the viewpoint of total energy efficiency, or to use the heat of exhaust gas.

ここで、第２加熱装置２１によって排気ガスの熱を利用して二酸化炭素と水素および触媒を適切な温度(例えば１７０℃〜２００℃)に加熱することにより、二酸化炭素と水素との化学反応が促進される。なお、第２加熱装置２１は、排気ガスの熱を利用して二酸化炭素と水素および触媒のうちの少なくとも触媒を加熱すればよい。   Here, the carbon dioxide, hydrogen, and the catalyst are heated to an appropriate temperature (for example, 170 ° C. to 200 ° C.) by using the heat of the exhaust gas by the second heating device 21, so that the chemical reaction between the carbon dioxide and hydrogen occurs. Promoted. In addition, the 2nd heating apparatus 21 should just heat at least a catalyst among carbon dioxide, hydrogen, and a catalyst using the heat | fever of exhaust gas.

これにより、排気ガスの熱のみを利用して排気ガス中の二酸化炭素を削減することが可能になる。したがって、外部からの熱エネルギーを用いずに、排気ガス中の二酸化炭素を分離してメタンを生成することができ、二酸化炭素の分離と改質に排気ガスの熱エネルギーを有効利用することで熱効率を向上できる。   Thereby, it becomes possible to reduce the carbon dioxide in exhaust gas only using the heat of exhaust gas. Therefore, methane can be generated by separating carbon dioxide in exhaust gas without using external heat energy, and thermal efficiency can be achieved by effectively using the heat energy of exhaust gas for carbon dioxide separation and reforming. Can be improved.

また、可燃性ガスを燃料とするガスエンジンに、改質装置２０により改質されたメタンを燃料として再利用することにより、熱効率をさらに向上できる。   Further, by reusing methane reformed by the reformer 20 as a fuel in a gas engine using a combustible gas as a fuel, thermal efficiency can be further improved.

このように、排気ガス中の二酸化炭素を燃料化して再利用することにより、地球温暖化を引き起こす温室効果ガスの１つである二酸化炭素の排出量を削減できる。   In this way, the amount of carbon dioxide, which is one of the greenhouse gases that cause global warming, can be reduced by reusing the carbon dioxide in the exhaust gas as a fuel.

また、上記排気ガスとアミン系吸収液とを接触させて排気ガス中の二酸化炭素を吸収した後、アミン系吸収液を加熱して二酸化炭素を分離することによって、比較的低い温度(例えば、吸収:４０℃〜５０℃、分離：１１０℃〜１３０℃)で二酸化炭素の吸収と分離ができるので、排気ガスの熱エネルギーを活用することができる。また、排気ガス中の二酸化炭素が低圧、低濃度であっても高い除去率を達成できる。   In addition, after contacting the exhaust gas and the amine-based absorbent to absorb carbon dioxide in the exhaust gas, the amine-based absorbent is heated to separate the carbon dioxide, so that a relatively low temperature (for example, absorption : 40 ° C. to 50 ° C., separation: 110 ° C. to 130 ° C.), carbon dioxide can be absorbed and separated, so that the heat energy of the exhaust gas can be utilized. Moreover, a high removal rate can be achieved even if the carbon dioxide in the exhaust gas is low pressure and low concentration.

なお、上記実施の形態では、第１加熱装置１０の熱交換器１１と第２加熱装置２１の順に排気ガスを通過させて分離装置３０に供給したが、第２加熱装置２１と第１加熱装置１０の熱交換器１１の順に排気ガスを通過させて分離装置３０に供給してもよい。あるいは、第１加熱装置１０の熱交換器１１と第２加熱装置２１の夫々に別々の流路を介して排気ガスを通過させた後、少なくとも一方を分離装置３０に供給するようにしてもよい。   In the above embodiment, the exhaust gas is passed through the heat exchanger 11 and the second heating device 21 of the first heating device 10 in this order and supplied to the separation device 30. However, the second heating device 21 and the first heating device are used. The exhaust gas may be passed through the 10 heat exchangers 11 in order and supplied to the separation device 30. Alternatively, exhaust gas may be allowed to pass through separate flow paths to the heat exchanger 11 and the second heating device 21 of the first heating device 10 and then at least one of them may be supplied to the separation device 30. .

また、上記実施の形態では、排気ガス中の二酸化炭素(ＣＯ２)をアミン系吸収液を用いて分離するアミン法を用いたが、二酸化炭素の分離方法はこれに限らず、化学吸収法(アミン法を除く)、膜分離法、物理吸収法を用いてもよい。この化学吸収法は、アルカリ性溶液を吸収液として二酸化炭素を化学反応によって吸収させた後、加熱により二酸化炭素を放出させる方法である。また、膜分離法は、高分子膜などによる気体の透過速度の違いを利用して混合ガスから各気体を分離する方法である。また、物理吸収法は、メタノールやポリエチレングリコールなどの吸収液を使用して、高圧、低温下で物理的に二酸化炭素を吸収させた後、減圧または加熱により二酸化炭素を放散させる方法である。 In the above embodiment, the amine method for separating carbon dioxide (CO 2 ) in exhaust gas using an amine-based absorbent is used. However, the carbon dioxide separation method is not limited to this, and a chemical absorption method ( Except for the amine method), membrane separation method, and physical absorption method. This chemical absorption method is a method in which carbon dioxide is released by heating after carbon dioxide is absorbed by a chemical reaction using an alkaline solution as an absorbing solution. The membrane separation method is a method for separating each gas from a mixed gas by utilizing a difference in gas permeation speed due to a polymer membrane or the like. In addition, the physical absorption method is a method in which an absorption liquid such as methanol or polyethylene glycol is used to physically absorb carbon dioxide under high pressure and low temperature, and then carbon dioxide is diffused by decompression or heating.

また、上記実施の形態では、二酸化炭素と水素とをＲｕ／ＴｉＯ２を触媒に用いたサバチエ反応によってメタンと水を生成したが、サバチエ反応に用いる触媒はこれに限らず、ニッケルＮｉや、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３上にルテニウムＲｕを担持させた触媒などを用いてもよい。また、サバチエ反応に限らず、二酸化炭素と水素を反応させてメタンと水を生成する他の反応を用いてもよい。 In the above embodiment, methane and water are generated by the Sabachie reaction using carbon dioxide and hydrogen as a catalyst, and Ru / TiO 2 is used as a catalyst. However, the catalyst used in the Sabachie reaction is not limited to this, and nickel Ni, oxidation A catalyst in which ruthenium Ru is supported on aluminum Al 2 O 3 may be used. Moreover, you may use not only a Sabachie reaction but the other reaction which makes a carbon dioxide and hydrogen react and produces | generates methane and water.

また、上記実施の形態では、内燃機関としてのガスエンジンについて説明したが、ガソリンなどの液体燃料を用いたエンジンにこの発明を適用してもよい。この場合、改質装置により生成されたメタンを液体燃料に混合して用いてもよい。   Moreover, although the gas engine as an internal combustion engine was demonstrated in the said embodiment, you may apply this invention to the engine using liquid fuels, such as gasoline. In this case, methane generated by the reformer may be mixed with the liquid fuel and used.

また、上記実施の形態では、排気ガスの熱のみを利用して排気ガス中の二酸化炭素の分離と改質を行ったが、排気ガスの熱エネルギー以外に他の熱エネルギーを、二酸化炭素の分離と改質の少なくとも一方において部分的に用いてもよい。   Further, in the above embodiment, the separation and reforming of carbon dioxide in the exhaust gas is performed using only the heat of the exhaust gas. However, in addition to the thermal energy of the exhaust gas, other thermal energy is separated from the carbon dioxide. And may be partially used in at least one of the reforming.

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。   Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

１…シリンダ
１ａ…吸気ポート
１ｂ…排気ポート
２…ピストン
３…吸気バルブ
４…排気バルブ
５…点火装置
１０…第１加熱装置
１１…熱交換器
１２…加熱器
２０…改質装置
２１…第２加熱装置
３０…分離装置
３０ａ…吸収塔
３０ｂ…再生塔
４０…冷却器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder 1a ... Intake port 1b ... Exhaust port 2 ... Piston 3 ... Intake valve 4 ... Exhaust valve 5 ... Ignition device 10 ... 1st heating device 11 ... Heat exchanger 12 ... Heater 20 ... Reformer 21 ... 2nd Heating device 30 ... separation device 30a ... absorption tower 30b ... regeneration tower 40 ... cooler

Claims (3)

排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離する分離装置と、
上記分離装置により分離された上記二酸化炭素を、水素と触媒を用いてメタンに改質する改質装置と、
上記分離装置において上記排気ガスの熱を利用して上記二酸化炭素を分離するための第１加熱装置と、
上記改質装置において上記二酸化炭素をメタンに改質するために、上記排気ガスの熱を利用して少なくとも上記触媒を加熱する第２加熱装置と
を備えたことを特徴とする内燃機関。 A separation device for separating carbon dioxide contained in exhaust gas;
A reformer that reforms the carbon dioxide separated by the separator into methane using hydrogen and a catalyst;
A first heating device for separating the carbon dioxide using heat of the exhaust gas in the separation device;
An internal combustion engine comprising: a second heating device that heats at least the catalyst using heat of the exhaust gas in order to reform the carbon dioxide into methane in the reformer. 請求項１に記載の内燃機関において、
上記改質装置により改質された上記メタンを燃料として燃焼可能に構成された可燃性ガスを燃料とするガスエンジンであることを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1,
An internal combustion engine characterized by being a gas engine using a combustible gas configured to be combustible using the methane reformed by the reformer as a fuel. 請求項１または２に記載の内燃機関において、
上記分離装置は、上記排気ガスに含まれる二酸化炭素をアミン系吸収液に吸収し、上記二酸化炭素を吸収した上記アミン系吸収液を上記排気ガスの熱を利用して加熱することにより、上記アミン系吸収液から上記二酸化炭素を分離することを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The separation device absorbs carbon dioxide contained in the exhaust gas in an amine-based absorption liquid, and heats the amine-based absorption liquid that has absorbed the carbon dioxide using heat of the exhaust gas, thereby An internal combustion engine that separates the carbon dioxide from a system absorbent.
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