DE112020001250T5 - Ammoniakzersetzunganlage, hiermit ausgestattetes gasturbinenkraftwerk, und ammoniakzersetzungsverfahren - Google Patents

Ammoniakzersetzunganlage, hiermit ausgestattetes gasturbinenkraftwerk, und ammoniakzersetzungsverfahren Download PDF

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Jun Sasahara
Hideyuki Uechi
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Abstract

Eine Ammoniakzersetzungsanlage (50) umfasst eine Heizmediumleitung (85), welche derart konzipiert ist, dass sie von einem Heizmedium durchströmt wird, das mithilfe der von einer Gasturbine (11) erzeugten Wärme erwärmt wird, eine Ammoniakzuführleitung (81), welche derart konzipiert ist, dass sie von Ammoniak durchströmt wird, eine Ammoniakzersetzungsvorrichtung (51) und eine Ammoniakentfernungsvorrichtung (61). Die Ammoniakzersetzungsvorrichtung (51) ist derart konzipiert, dass sie die Wärme des Heizmediums aus der Heizmediumleitung (85) nutzt, das Ammoniak aus der Ammoniakzuführleitung (81) thermisch zersetzt, und ein Wasserstoff, Stickstoff und Restammoniak enthaltendes Zersetzungsgas (DG) erzeugt. Die Ammoniakentfernungsvorrichtung (61) ist derart konzipiert, dass sie das im Zersetzungsgas (DG) aus der Ammoniakzersetzungsvorrichtung (51) enthaltene Restammoniak entfernt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ammoniak zersetzende Ammoniakzersetzungsanlage, ein hiermit ausgestattetes Gasturbinenkraftwerk, und ein Ammoniakzersetzungsverfahren.
  • Es wird die Priorität der am 15. März 2019 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-049013 beansprucht, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme als eingeschlossen gilt.
  • Stand der Technik
  • Um die Menge an CO2-Emissionen zum Schutz der globalen Umwelt zu reduzieren, stellt die Verwendung von Wasserstoff, welcher selbst im Falle seiner Verbrennung kein CO2 emittiert, als Brennstoff eine leistungsstarke Option dar. Allerdings ist es beispielswiese im Vergleich zu Brennstoffen wie flüssigem Erdgas, welche weithin als Brennstoffe für Gasturbinen zur Anwendung gelangen, nicht einfach, Wasserstoff zu transportieren und zu lagern. Dementsprechend wurde die Verwendung von Ammoniak, welches in Wasserstoff umgewandelt werden kann, als Brennstoff untersucht.
  • Das nachfolgende Patentdokument 1 beschreibt ein Gasturbinenkraftwerk, welches eine Ammoniak erwärmende und das Ammoniak in Wasserstoff und Stickstoff zersetzende Zersetzungsvorrichtung umfasst. Die Zersetzungsvorrichtung des Gasturbinenkraftwerks tauscht Wärme zwischen flüssigem Ammoniak, welches mithilfe einer Pumpe mit Druck beaufschlagt worden ist, und einem von einer Gasturbine ausgestoßenen Abgas aus, erwärmt Ammoniak, und bewirkt eine thermische Zersetzung des Ammoniaks unter Erzeugung eines Wasserstoff und Stickstoff enthaltenden Zersetzungsgases. Das Zersetzungsgas wird direkt in eine Brennkammer der Gasturbine geleitet.
  • Darüber hinaus beschreibt auch das nachfolgende Patentdokument 2 ein Gasturbinenkraftwerk, welches eine Ammoniak erwärmende und das Ammoniak in Wasserstoff und Stickstoff zersetzende Zersetzungsvorrichtung umfasst. Die Heizvorrichtung des Gasturbinenkraftwerks tauscht Wärme zwischen flüssigem Ammoniak und einem von der Gasturbine ausgestoßenen Abgas aus, erwärmt Ammoniak, und bewirkt eine thermische Zersetzung des Ammoniaks unter Erzeugung eines Wasserstoff und Stickstoff enthaltenden Zersetzungsgases. Das Zersetzungsgas wird in eine Brennkammer der Gasturbine eingebracht. Die thermische Zersetzung von Ammoniak wird gefördert, wenn der Druck in der Pyrolyseumgebung niedrig ist. Dementsprechend stellt 1 MPa ein exemplarisches Beispiel für den Druck der Ammoniakpyrolyseumgebung in Patentdokument 2 dar. Das Gasturbinenkraftwerk umfasst einen Zersetzungsgasverdichter, welcher ein Zersetzungsgas auf einen Druck bringt, bei dem das Zersetzungsgas aus der Heizvorrichtung in die Brennkammer eingebracht werden kann. In Patentdokument 2 stellen 5 MPa ein exemplarisches Beispiel für den Druck des mithilfe des Zersetzungsgasverdichters mit Druck beaufschlagten Zersetzungsgases dar, d.h. für den Druck, bei dem das Zersetzungsgas in die Brennkammer eingebracht werden kann.
  • Literaturliste
  • Patentdokument
    • Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungs-Nr. H04-342829
    • Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungs-Nr. 2018-076794
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In dem durch thermische Zersetzung von Ammoniak erzeugten Zersetzungsgas bleibt neben Wasserstoff und Stickstoff häufig Ammoniak zurück. Wird der im Zersetzungsgas enthaltene Restammoniak verbrannt, so reagiert er mit Verbrennungsluft und erzeugt hierbei NOx. NOx beeinträchtigt die äußere Umgebung. Dementsprechend wird die Menge an NOx-Emissionen durch Umweltqualitätsstandards und dergleichen reguliert.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht hiermit darin, eine Ammoniakzersetzungsanlage, welche die Menge an Restammoniak reduzieren kann, ein hiermit ausgestattetes Gasturbinenkraftwerk, sowie ein Ammoniakzersetzungsverfahren bereitzustellen.
  • Lösung des Problems
  • Eine Ammoniakzersetzungsanlage gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe umfasst eine Heizmediumleitung, welche derart konzipiert ist, dass sie von einem Heizmedium durchströmt wird, das mithilfe der von einer Gasturbine erzeugten Wärme erwärmt wird; eine Ammoniakzuführleitung, welche derart konzipiert ist, dass sie von Ammoniak durchströmt wird; eine Ammoniakzersetzungsvorrichtung, welche mit der Heizmediumleitung und der Ammoniakzuführleitung verbunden und derart konzipiert ist, dass sie die Wärme des Heizmediums aus der Heizmediumleitung nutzt, das Ammoniak aus der Ammoniakzuführleitung thermisch zersetzt, und ein Wasserstoff, Stickstoff und Restammoniak enthaltendes Zersetzungsgas erzeugt; eine Ammoniakentfernungsvorrichtung, welche derart konzipiert ist, dass sie das im Zersetzungsgas aus der Ammoniakzersetzungsvorrichtung enthaltene Restammoniak entfernt; und eine Zuführleitung für behandeltes Gas, welche derart konzipiert ist, dass sie ein behandeltes Gas, bei dem es sich um ein Zersetzungsgas handelt, aus welchem das Restammoniak mithilfe der Ammoniakentfernungsvorrichtung entfernt worden ist, zu einem Gasverwertungsziel leitet.
  • Die Ammoniakzersetzungsanlage dieses Aspekts umfasst neben der eine thermische Zersetzung von Ammoniak bewirkenden Ammoniakzersetzungsvorrichtung eine Ammoniakentfernungsvorrichtung, welche das Restammoniak aus einem Wasserstoff, Stickstoff und das Restammoniak enthaltenden und von der Ammoniakzersetzungsvorrichtung erzeugten Zersetzungsgas entfernt. Dementsprechend ist es im Rahmen dieses Aspekts möglich, die Konzentration an Restammoniak zu reduzieren, welches in dem zum Gasverwertungsziel geleiteten Gas enthalten ist.
  • Da die beim Antreiben der Gasturbine erzeugte Wärme für die thermische Zersetzung von Ammoniak genutzt wird, können im Rahmen dieses Aspekts darüber hinaus die Energiekosten für den Betrieb der Ammoniakzersetzungsanlage im Vergleich zu einer Konstellation, in welcher separat eine eigene Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme für die thermische Zersetzung von Ammoniak bereitgestellt wird, weiter gesenkt werden.
  • Die Ammoniakzersetzungsanlage des vorstehend beschriebenen Aspekts kann eine Ammoniakrückgewinnungsleitung umfassen, welche mit der Ammoniakentfernungsvorrichtung verbunden und derart konzipiert ist, dass sie das mithilfe der Ammoniakentfernungsvorrichtung entfernte Restammoniak zur Ammoniakzuführleitung leitet.
  • Da das mithilfe der Ammoniakentfernungsvorrichtung entfernte Restammoniak in eine Ammoniakzuführleitung zurückgeführt wird, kann im Rahmen dieses Aspekts die Menge an verschwendetem Ammoniak als Ausgangsmaterial minimiert werden.
  • Die Ammoniakzersetzungsanlage gemäß einem der vorstehend beschriebenen Aspekte kann darüber hinaus einen Ammoniakbooster (Ammoniaknachverdichter) umfassen, welcher an der Ammoniakzuführleitung bereitgestellt und derart konzipiert ist, dass er das durch die Ammoniakzuführleitung strömende Ammoniak auf einen Druck bringt, der höher ist als der im Gasverwertungsziel vorherrschende Druck.
  • Die thermische Zersetzung von Ammoniak wird in einer Niederdruckumgebung gefördert. Dementsprechend ist ein Verfahren vorstellbar, in welchem Ammoniak in einer Niederdruckumgebung thermisch zersetzt und anschließend mithilfe eines Boosters mit Druck beaufschlagt wird, um das Zersetzungsgas zum Gasverwertungsziel zu leiten. Das Volumen des Gases nach der Ammoniakzersetzungsreaktion ist doppelt so groß wie das Volumen des Ammoniakgases vor der Reaktion. Dementsprechend ist die Größe des Boosters, welcher das Gas nach der Zersetzungsreaktion mit Druck beaufschlagt, größer als die Größe des Boosters, welcher das Ammoniakgas vor der Reaktion mit Druck beaufschlagt. Darüber hinaus ist die Boosterleistung des Boosters, welcher das Gas nach der Zersetzungsreaktion mit Druck beaufschlagt, größer als die Boosterleistung des Boosters, welcher das Ammoniakgas vor der Reaktion mit Druck beaufschlagt. Dies bedeutet, dass dieses Verfahren die Anlagenkosten und die Betriebskosten erhöht. Da das Ammoniak vor seiner Einbringung in die Ammoniakzersetzungsvorrichtung mithilfe des Ammoniakboosters auf einen Druck gebracht wird, der höher ist als der im Gasverwertungsziel vorherrschende Druck, kann Ammoniak im Rahmen dieses Aspekts indessen selbst dann in das Gasverwertungsziel eingeleitet werden, wenn das Gas nach der Zersetzung von Ammoniak nicht unter Druck steht. Dementsprechend ist es im Rahmen dieses Aspekts möglich, die Anlagenkosten und die Betriebskosten zu senken.
  • In der Ammoniakzersetzungsanlage gemäß einem der vorstehend beschriebenen Aspekte kann die Ammoniakentfernungsvorrichtung einen Ammoniakabsorber und einen Ammoniakabscheider umfassen. In diesem Fall ist der Ammoniakabsorber derart konzipiert, dass er das aus der Ammoniakzersetzungsvorrichtung erhaltene Zersetzungsgas mit Wasser in Kontakt bringt, das im Zersetzungsgas enthaltene Restammoniak im Wasser löst, und das behandelte Zersetzungsgas ausstößt. Darüber hinaus umfasst der Ammoniakabscheider in diesem Fall eine Trennkolonne und einen Wassererhitzer. Die Trennkolonne ist derart konzipiert, dass Ammoniakwasser, bei dem es sich um das Wasser handelt, in welchem sich das Restammoniak gelöst hat, mit Wasserdampf in Kontakt gebracht wird, das Ammoniakwasser erwärmt wird, und Ammoniak aus dem Ammoniakwasser abgetrennt wird. Der Wassererhitzer ist derart konzipiert, dass er Wasser, das durch Abtrennen von Ammoniak aus dem Ammoniakwasser erhalten worden ist, erwärmt und hierbei Wasserdampf bildet, und den Wasserdampf sodann zur Trennkolonne zurückführt.
  • Die den Wassererhitzer enthaltende Ammoniakzersetzungsanlage des vorstehend beschriebenen Aspekts kann neben einer als Heizmediumleitung fungierenden ersten Heizmediumleitung weiterhin eine zweite Heizmediumleitung umfassen, welche derart konzipiert ist, dass sie von einem Heizmedium durchströmt wird, das mithilfe der von der Gasturbine erzeugten Wärme erwärmt wird. In diesem Fall handelt es sich bei dem Wassererhitzer um einen Wärmetauscher, welcher derart konzipiert ist, dass er Wärme zwischen Wasser, das durch Abtrennen von Ammoniak aus dem Ammoniakwasser erhalten worden ist, und dem Heizmedium aus der zweiten Heizmediumleitung austauscht und hierbei das Wasser in Wasserdampf überführt.
  • Da die beim Antreiben der Gasturbine erzeugte Wärme zur Erwärmung von Wasser genutzt wird, können im Rahmen dieses Aspekts die Energiekosten für den Betrieb der Ammoniakzersetzungsanlage im Vergleich zu einer Konstellation, in welcher separat eine eigene Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme für die Erwärmung des Wassers bereitgestellt wird, weiter gesenkt werden.
  • Ein Gasturbinenkraftwerk gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe umfasst die Ammoniakzersetzungsanlage gemäß einem der vorstehend beschriebenen Aspekte, sowie eine Gasturbine. Die Gasturbine umfasst einen Luftverdichter, welcher derart konzipiert ist, dass er Luft verdichtet und hierbei verdichtete Luft erzeugt, eine Brennkammer, welche derart konzipiert ist, dass sie einen Brennstoff in der verdichteten Luft verbrennt und hierbei ein Verbrennungsgas erzeugt, und eine Turbine, welche derart konzipiert ist, dass sie von dem Verbrennungsgas angetrieben wird. In diesem Fall ist die Zuführleitung für behandeltes Gas derart konzipiert, dass sie das behandelte Gas zur Brennkammer leitet und die Brennkammer als Gasverwertungsziel genutzt wird.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ist es mithilfe der Ammoniakzersetzungsanlage dieses Aspekts möglich, die Konzentration an Restammoniak zu reduzieren, welches in dem zum Gasverwertungsziel geleiteten Gas enthalten ist. Dementsprechend ist es im Rahmen dieses Aspekts möglich, die Konzentration an NOx im Abgas zu reduzieren, welches bei der Verbrennung des Brennstoffs in der als Gasverwertungsziel fungierenden Brennkammer erzeugt wird. Darüber hinaus ist es bei der Verbrennung von kohlenstofffreiem Wasserstoff im Rahmen dieses Aspekts möglich, die Menge an CO2 im Abgas zu reduzieren, welches bei der Verbrennung des Brennstoffs in der als Gasverwertungsziel fungierenden Brennkammer erzeugt wird.
  • Ein Gasturbinenkraftwerk gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe umfasst die Ammoniakzersetzungsanlage gemäß einem der vorstehend beschriebenen Aspekte, eine Gasturbine, sowie einen Abhitzekessel, welcher derart konzipiert ist, dass er mithilfe der Wärme eines von der Gasturbine ausgestoßenen Abgases Dampf erzeugt. In diesem Fall ist die Heizmediumleitung mit dem Abhitzekessel verbunden und derart konzipiert, dass sie den vom Abhitzekessel erzeugten Dampf als Heizmedium zur Ammoniakzersetzungsvorrichtung leitet.
  • Ein Gasturbinenkraftwerk gemäß noch einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe umfasst die die zweite Heizmediumleitung umfassende Ammoniakzersetzungsanlage des vorstehend beschriebenen Aspekts, eine Gasturbine, sowie einen Abhitzekessel, welcher derart konzipiert ist, dass er mithilfe der Wärme eines von der Gasturbine ausgestoßenen Abgases Dampf erzeugt. In diesem Fall ist zweite Heizmediumleitung mit dem Abhitzekessel verbunden und derart konzipiert, dass sie den von dem Abhitzekessel erzeugten Dampf als Heizmedium zum Wassererhitzer leitet.
  • Im Gasturbinenkraftwerk gemäß noch einem weiteren Aspekt kann die erste Heizmediumleitung mit dem Abhitzekessel verbunden und derart konzipiert sein, dass sie den vom Abhitzekessel erzeugten Dampf als Heizmedium zur Ammoniakzersetzungsvorrichtung leitet.
  • Ein Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe umfasst das Ausführen eines Ammoniakzersetzungsprozesses, in welchem Ammoniak in einer Ammoniakzersetzungsvorrichtung unter Nutzung der Wärme eines Heizmediums, das mithilfe der von einer Gasturbine erzeugten Wärme erwärmt worden ist, thermisch zersetzt wird und ein Wasserstoff, Stickstoff und Restammoniak enthaltendes Zersetzungsgas erzeugt wird; eines Ammoniakentfernungsprozesses, in welchem das im Zersetzungsgas enthaltene Restammoniak entfernt wird; sowie eines Prozesses der Zuführung von behandeltem Gas, in welchem ein behandeltes Gas, bei dem es sich um ein Zersetzungsgas handelt, aus welchem das Restammoniak im Rahmen des Ammoniakentfernungsprozesses entfernt worden ist, zu einem Gasverwertungsziel geleitet wird.
  • Im Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann ein Ammoniakrückgewinnungsprozess ausgeführt werden, in welchem das im Rahmen des Ammoniakentfernungsprozesses entfernte Restammoniak mit Ammoniak vermischt wird, bevor es im Rahmen des Ammoniakzersetzungsprozesses thermisch zersetzt wird.
  • Darüber hinaus kann im Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß einem der vorstehend beschriebenen Aspekte ein Ammoniakzuführprozess ausgeführt werden, in welchem das Ammoniak vor seiner thermischen Zersetzung im Rahmen des Ammoniakzersetzungsprozesses auf einen Druck gebracht wird, der höher ist als der im Gasverwertungsziel vorherrschende Druck, und das mit Druck beaufschlagte Ammoniak sodann der Ammoniakzersetzungsvorrichtung zugeführt wird.
  • Darüber hinaus kann im Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß einem der vorstehend beschriebenen Aspekte der Ammoniakentfernungsprozess einen Ammoniakabsorptionsprozess und einen Ammoniakabscheidungsprozess umfassen. In diesem Fall wird im Rahmen des Ammoniakabsorptionsprozesses das durch Ausführen des Ammoniakzersetzungsprozesses erhaltene Zersetzungsgas mit Wasser in Kontakt gebracht, wird das im Zersetzungsgas enthaltene Restammoniak in Wasser gelöst, und wird das behandelte Zersetzungsgas abgeführt. Darüber hinaus umfasst der Ammoniakabscheidungsprozess in diesem Fall einen Abscheidungsdurchführungsprozess und einen Wassererwärmungsprozess. Im Rahmen des Abscheidungsdurchführungsprozesses wird Ammoniakwasser, bei dem es sich um Wasser handelt, in welchem sich das Restammoniak gelöst hat, mit Wasserdampf in Kontakt gebracht, und wird Ammoniak verdampft und aus dem Ammoniakwasser abgetrennt. Im Rahmen des Wassererwärmungsprozesses wird Wasser, das durch Abtrennen von Ammoniak aus dem Ammoniakwasser erhalten worden ist, erwärmt und bildet hierbei Wasserdampf, welcher im Rahmen des Abscheidungsdurchführungsprozesses genutzt wird.
  • Im Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt, in welchem der Wassererwärmungsprozess ausgeführt wird, kann im Rahmen des Wassererwärmungsprozesses Wärme zwischen Wasser, das durch Abtrennen von Ammoniak aus dem Ammoniakwasser erhalten worden ist, und einem Heizmedium, das mithilfe der von der Gasturbine erzeugten Wärme erwärmt worden ist, ausgetauscht und das Wasser erwärmt werden.
  • Darüber hinaus kann im Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß einem der vorstehend beschriebenen Aspekte im Rahmen des Prozesses der Zuführung von behandeltem Gas das behandelte Gas zu einer Brennkammer geleitet und die Brennkammer der Gasturbine als Gasverwertungsziel genutzt werden.
  • Im Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß einem der vorstehend beschriebenen Aspekte kann die Konzentration an Restammoniak im behandelten Gas derart eingestellt werden, dass die Konzentration an Stickoxiden in einem von der Gasturbine ausgestoßenen Abgas einen Sollwert annimmt. Dieser Sollwert kann derart bestimmt werden, dass die Konzentration an Stickoxiden im Abgas einen Wert annimmt, welcher den Umweltschutzbestimmungen für die Konzentration an Stickoxiden an einem Errichtungsort des vorliegenden Kraftwerks entspricht, oder, wenn an einem Abgasweg eine Denitrierungsvorrichtung bereitgestellt ist, die Konzentration an Stickoxiden nach der Denitrierung einen Wert annimmt, welcher den Umweltschutzbestimmungen entspricht.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Restammoniak in dem durch thermische Zersetzung von Ammoniak erzeugten Zersetzungsgas zu reduzieren. Darüber hinaus ist es gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung möglich, die Energiekosten für den Betrieb der Ammoniakzersetzungsanlage zu senken.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Systemdiagramm eines Gasturbinenkraftwerks gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist ein Systemdiagramm einer Ammoniakzersetzungsanlage gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3 ist ein Fließschema, welches ein Ammoniakzersetzungsverfahren zeigt, das mithilfe einer Ammoniakzersetzungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
    • 4 ist ein graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen verschiedenen Temperaturen und verschiedenen Drücken und der Konzentration an Restammoniak in einer Ammoniakpyrolyseumgebung zeigt.
    • 5 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Konzentration an Restammoniak und einem prognostizierten Wert der Konzentration an NOx in einem Abgas zeigt.
    • 6 ist ein Systemdiagramm eines Gasturbinenkraftwerks gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen und verschiedene Modifizierungsbeispiele eines eine Ammoniakzersetzungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung umfassenden Gasturbinenkraftwerks unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • „Erste Ausführungsform“
  • Ein Gasturbinenkraftwerk gemäß einer ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
  • Wie in 1 dargestellt ist, umfasst das Gasturbinenkraftwerk der vorliegenden Ausführungsform eine Gasturbinenanlage 10, einen Abhitzekessel 20, eine Dampfturbinenanlage 30 und eine Ammoniakzersetzungsanlage 50.
  • Die Gasturbinenanlage 10 umfasst eine Gasturbine 11, eine Brennstoffleitung 12, welche einen Brennstoff zur Gasturbine 11 leitet, ein Durchsatzmessgerät 13, welches den Durchsatz eines durch die Brennstoffleitung 12 strömenden Brennstoffs detektiert, einen Vorerhitzer 14, welcher einen durch die Brennstoffleitung 12 strömenden Brennstoff vorwärmt, und ein Brennstoffregulierventil 15, welches den Durchsatz eines der Gasturbine 11 zugeführten Brennstoffs reguliert.
  • Die Gasturbine 11 umfasst einen Luftverdichter 11a, welcher Luft verdichtet und hierbei verdichtete Luft erzeugt, eine Brennkammer 11b, welche einen Brennstoff in der verdichteten Luft verbrennt und hierbei ein Verbrennungsgas erzeugt, und eine Turbine 11c, welche von dem Verbrennungsgas angetrieben wird. Die Brennkammer 11b ist derart aufgebaut, dass sie einen Wasserstoff als Hauptkomponente enthaltenden gasförmigen Brennstoff stabil verbrennen kann. Der Luftverdichter 11a umfasst einen Verdichterrotor und ein den Verdichterrotor abdeckendes Verdichtergehäuse. Die Turbine 11c umfasst einen Turbinenrotor und ein den Turbinenrotor abdeckendes Turbinengehäuse. Der Verdichterrotor und der Turbinenrotor sind miteinander verbunden und bilden hierbei einen Gasturbinenrotor 11d aus. Die Brennstoffleitung 12 ist mit der Brennkammer 11b verbunden. Das vorstehend beschriebene Durchsatzmessgerät 13, der vorstehend beschriebene Vorerhitzer 14 und das vorstehend beschriebene Brennstoffregulierventil 15 sind an der Brennstoffleitung 12 bereitgestellt.
  • Der Abhitzekessel 20 umfasst einen Kesselrahmen 21, durch welchen ein von der Gasturbine 11 ausgestoßenes Abgas EG hindurchströmt, ein Niederdruckdampferzeugungssystem 22, ein Mitteldruckdampferzeugungssystem 23, ein erstes Hochdruckdampferzeugungssystem 26, ein zweites Hochdruckdampferzeugungssystem 27, eine Mitteldruckpumpe 24 und eine Hochdruckpumpe 28. In diesem Zusammenhang stellt die stromaufwärtige Seite entlang des Stroms des Abgases EG im Kesselrahmen 21 der Einfachheit halber die stromaufwärtige Seite dar, und stellt die gegenüberliegende Seite die stromabwärtige Seite dar. Ein Schornstein 29, welcher das Abgas EG in die Atmosphäre ausstößt, ist mit dem Ende des Kesselrahmens 21 am entferntesten Punkt der stromabwärtigen Seite verbunden.
  • Das Niederdruckdampferzeugungssystem 22 umfasst einen Economiser 22a, einen Verdampfer 22b und einen Überhitzer 22c. Der Economiser 22a erwärmt Wasser zu Warmwasser, indem er Wärme zwischen Wasser und dem Abgas EG austauscht. Der Verdampfer 22b erwärmt Wasser zu Wasserdampf, indem er Wärme zwischen einem Teil des Warmwassers aus dem Economiser 22a und dem Abgas EG austauscht. Der Überhitzer 22c überhitzt Wasserdampf, indem er Wärme zwischen dem Wasserdampf aus dem Verdampfer 22b und dem Abgas EG austauscht. Der Economiser 22a, zumindest ein Teil des Verdampfers 22b und der Überhitzer 22c sind allesamt im Kesselrahmen 21 angeordnet. Der Economiser 22a, zumindest ein Teil des Verdampfers 22b und der Überhitzer 22c sind in dieser Reihenfolge ausgehend von der stromabwärtigen Seite zur stromaufwärtigen Seite angeordnet.
  • Obgleich das Mitteldruckdampferzeugungssystem 23, das erste Hochdruckdampferzeugungssystem 26 und das zweite Hochdruckdampferzeugungssystem 27 nicht dargestellt sind, umfassen sie, genau wie das Niederdruckdampferzeugungssystem 22, allesamt einen Economiser, einen Verdampfer und einen Überhitzer. Die Mitteldruckpumpe 24 beaufschlagt einen Teil des Warmwassers aus dem Economiser 22a des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 mit Druck und leitet es sodann zum Economiser des Mitteldruckdampferzeugungssystems 23. Die Hochdruckpumpe 28 beaufschlagt den anderen Teil des Warmwassers aus dem Economiser 22a des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 mit Druck und leitet es sodann zum Economiser des ersten Hochdruckdampferzeugungssystems 26 und zum Economiser des zweiten Hochdruckdampferzeugungssystems 27.
  • Von den Überhitzern der Dampferzeugungssysteme 22, 23, 26 und 27 ist der Überhitzer des ersten Hochdruckdampferzeugungssystems 26 im Kesselrahmen 21 stromaufwärts der anderen Überhitzer angeordnet. Der Überhitzer des zweiten Hochdruckdampferzeugungssystems 27 ist stromabwärts des Überhitzers des ersten Hochdruckdampferzeugungssystems 26 im Kesselrahmen 21 angeordnet. Der Überhitzer des Mitteldruckdampferzeugungssystems 23 ist stromabwärts des Überhitzers des zweiten Hochdruckdampferzeugungssystems 27 im Kesselrahmen 21 angeordnet. Der Überhitzer 22c des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 ist stromabwärts des Überhitzers des Mitteldruckdampferzeugungssystems 23 im Kesselrahmen 21 angeordnet.
  • Die Dampfturbinenanlage 30 umfasst eine Niederdruckdampfturbine 31, eine Mitteldruckdampfturbine 32, eine Hochdruckdampfturbine 33, einen Dampfkondensator 35 und eine Kondensatpumpe 36. Die Niederdruckdampfturbine 31 umfasst einen Niederdruckdampfturbinenrotor und ein den Niederdruckdampfturbinenrotor abdeckendes Gehäuse. Die Mitteldruckdampfturbine 32 umfasst einen Mitteldruckdampfturbinenrotor und ein den Mitteldruckdampfturbinenrotor abdeckendes Gehäuse. Die Hochdruckdampfturbine 33 umfasst einen Hochdruckdampfturbinenrotor und ein den Hochdruckdampfturbinenrotor abdeckendes Gehäuse. Der Niederdruckdampfturbinenrotor, der Mitteldruckdampfturbinenrotor und der Hochdruckdampfturbinenrotor sind miteinander verbunden und bilden hierbei einen Dampfturbinenrotor 34 aus. Der vorstehend beschriebene Gasturbinenrotor 11d ist mt einem Ende des Dampfturbinenrotors 34 verbunden. Darüber hinaus ist ein Generator 39 mit dem anderen Ende des Dampfturbinenrotors 34 verbunden.
  • Der Überhitzer des zweiten Hochdruckdampferzeugungssystems 27 und ein Dampfeinlass der Hochdruckdampfturbine 33 sind über eine Hochdruckdampfleitung 43 miteinander verbunden. Der Überhitzer des Mitteldruckdampferzeugungssystems 23 und ein Dampfeinlass der Mitteldruckdampfturbine 32 sind über eine Mitteldruckdampfleitung 42 miteinander verbunden. Der Dampfeinlass der Mitteldruckdampfturbine 32 ist über eine Hochdruckabdampfleitung 44 zusätzlich mit dem Dampfauslass der Hochdruckdampfturbine 33 verbunden. Der Überhitzer 22c des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 und ein Dampfeinlass der Niederdruckdampfturbine 31 sind über eine Niederdruckdampfleitung 41 miteinander verbunden. Der Dampfeinlass der Niederdruckdampfturbine 31 ist über eine Mitteldruckabdampfleitung 45 zusätzlich mit einem Dampfauslass der Mitteldruckdampfturbine 32 verbunden. Der vorstehend beschriebene Dampfkondensator 35 ist mit einem Dampfauslass der Niederdruckdampfturbine 31 verbunden. Der Dampfkondensator 35 führt den aus der Niederdruckdampfturbine 31 ausgestoßenen Dampf in Flüssigphasenwasser zurück. Der Dampfkondensator 35 und der Economiser 22a des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 sind über eine Wasserzuführleitung 47 miteinander verbunden. Die vorstehend beschriebene Kondensatpumpe 36 ist an der Wasserzuführleitung 47 bereitgestellt.
  • Die Ammoniakzersetzungsanlage 50 umfasst eine Ammoniakzuführleitung 81, einen Ammoniakbooster 80, eine Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51, eine Ammoniakentfernungsvorrichtung 61, und eine Zuführleitung für behandeltes Gas 82.
  • Die Ammoniakzuführleitung 81 verbindet einen Ammoniakbehälter T, in welchem flüssiges Ammoniak gelagert wird, mit der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51. Das im Ammoniakbehälter T gelagerte flüssige Ammoniak wird beispielsweise unter Verwendung von Wasserstoff als Ausgangsmaterial hergestellt. Bei diesem Wasserstoff handelt es sich beispielsweise um Wasserstoff, welcher durch Elektrolysieren von Wasser unter Verwendung von elektrischem Strom, der aus erneuerbaren Energien wie Windkraft und Solarenergie erzeugt worden ist, erhalten wird, oder um Wasserstoff, welcher durch Dampfreformieren von Erdgas erhalten worden ist. Im Vergleich zu flüssigem Erdgas ist es nicht einfach, Wasserstoff zu transportieren und zu lagern. Dementsprechend wird unter Verwendung von Wasserstoff, welcher wie vorstehend beschrieben erhalten worden ist, flüssiges Ammoniak hergestellt, welches einfach transportiert und gelagert werden kann, und wird dieses flüssige Ammoniak sodann im Ammoniakbehälter T gelagert. Der Ammoniakbooster 80 ist an der Ammoniakzuführleitung 81 bereitgestellt. Bei dem Ammoniakbooster 80 handelt es sich um eine Pumpe. Der Ammoniakbooster 80 beaufschlagt das durch die Ammoniakzuführleitung 81 strömende flüssige Ammoniak mit Druck. Die Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 nutzt die Wärme eines ersten Heizmediums M1, zersetzt das aus der Ammoniakzuführleitung 81 zugeführte Ammoniak thermisch, und erzeugt ein Wasserstoff, Stickstoff und Restammoniak enthaltendes Zersetzungsgas DG. Die Ammoniakentfernungsvorrichtung 61 entfernt das im Zersetzungsgas DG aus der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 enthaltene Restammoniak. Das Zersetzungsgas DG, aus welchem das Restammoniak in der Ammoniakentfernungsvorrichtung 61 entfernt worden ist, wird hierbei im Folgenden als behandeltes Gas PG bezeichnet. Die Zuführleitung für behandeltes Gas 82 leitet das behandelte Gas PG zu einem Gasverwertungsziel.
  • Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Gasverwertungsziel um die Brennkammer 11b der Gasturbine 11. Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Brennstoffleitung 12 mit der Brennkammer 11b verbunden. Die vorstehend beschriebene Zuführleitung für behandeltes Gas 82 verbindet die Ammoniakentfernungsvorrichtung 61 mit der Brennstoffleitung 12. Darüber hinaus ist eine Anfahrbrennstoffleitung 16, durch welche ein Anfahrbrennstoff SF strömt, mit der Brennstoffleitung 12 verbunden.
  • Wie in 2 dargestellt ist, umfasst die Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 einen Ammoniakerhitzer 52 und einen Ammoniakzersetzer 53.
  • Der Ammoniakerhitzer 52 ist an der Ammoniakzuführleitung 81 bereitgestellt. Bei dem Ammoniakerhitzer 52 handelt es sich um einen Wärmetauscher, welcher Wärme zwischen flüssigem Ammoniak, das durch die Ammoniakzuführleitung 81 strömt, und dem Zersetzungsgas DG austauscht. Der Ammoniakerhitzer 52 erwärmt flüssiges Ammoniak, indem er Wärme zwischen dem flüssigen Ammoniak und dem Zersetzungsgas DG austauscht, und wandelt das flüssige Ammoniak in gasförmiges Ammoniak um.
  • Bei dem Ammoniakzersetzer 53 handelt es sich um einen Wärmetauscher, welcher Wärme zwischen gasförmigem Ammoniak aus der Ammoniakzuführleitung 81 und dem ersten Heizmedium M1 austauscht. Der Ammoniakzersetzer 53 erwärmt Ammoniak, indem er Wärme zwischen Ammoniak und dem ersten Heizmedium M1 austauscht, zersetzt Ammoniak thermisch, und erzeugt ein Wasserstoff, Stickstoff und Restammoniak enthaltendes Zersetzungsgas DG. Das Innere des Ammoniakzersetzers 53 ist mithilfe einer aus einem Wärmeübertragungsrohr oder dergleichen bestehenden Wärmeübertragungswand in einen Zielgasbereich, durch welchen Ammoniak oder das Zersetzungsgas DG strömt, und einen Mediumbereich, durch welchen das erste Heizmedium M1 strömt, unterteilt. Die Wärmeübertragungswand besteht beispielsweise aus Ni-Stahl. Der Zielgasbereich ist mit einem zur Förderung der thermischen Zersetzung von Ammoniak geeigneten Katalysator befüllt. Dieser Katalysator umfasst eine die Zersetzungsreaktion auslösende Katalysatorkomponente, sowie einen die Katalysatorkomponente trägernden Träger. Beispiele für Katalysatorkomponenten umfassen Partikel von Edelmetallen wie Ru, sowie Übergangsmetalle wie Ni, Co und Fe enthaltende Metallpartikel. Beispiele für Träger umfassen Metalloxide wie Al2O3, ZrO2, Pr23, La2O3 und MgO. Der Katalysator ist hierbei nicht auf die vorstehenden, exemplarisch genannten Katalysatoren beschränkt, solange er eine Zersetzungsreaktion von Ammoniak auslöst.
  • Eine Zersetzungsgasleitung 54, welche das im Ammoniakzersetzer 53 erzeugte Zersetzungsgas DG zur Ammoniakentfernungsvorrichtung 61 leitet, ist mit dem Ammoniakzersetzer 53 verbunden. Der vorstehend beschriebene Ammoniakerhitzer 52 ist an der Zersetzungsgasleitung 54 bereitgestellt. Im Ammoniakerhitzer 52 ist das Zersetzungsgas DG, bei dem es sich um ein Ziel handelt, dessen Wärme mit flüssigem Ammoniak ausgetauscht wird, somit ein Zersetzungsgas DG, welches ausgehend vom Ammoniakzersetzer 53 durch die Zersetzungsgasleitung 54 hindurchgeführt worden ist.
  • Wie in 1 und 2 dargestellt ist, umfasst die Ammoniakzersetzungsanlage 50 weiterhin eine erste Heizmediumleitung 85 und eine erste Heizmediumrückgewinnungsleitung 86.
  • Die erste Heizmediumleitung 85 verbindet den Überhitzer des ersten Hochdruckdampferzeugungssystems 26 mit dem Ammoniakzersetzer 53 der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51. Die erste Heizmediumleitung 85 leitet einen ersten Hochdruckdampf HS1 vom Überhitzer des ersten Hochdruckdampferzeugungssystems 26 zum Ammoniakzersetzer 53. Der Ammoniakzersetzer 53 bewirkt unter Verwendung des als erstes Heizmedium M1 fungierenden ersten Hochdruckdampfes HS1 aus der ersten Heizmediumleitung 85 eine thermische Zersetzung von Ammoniak. Die erste Heizmediumrückgewinnungsleitung 86 verbindet den Ammoniakzersetzer 53 mit der Mitteldruckdampfleitung 42. Die erste Heizmediumrückgewinnungsleitung 86 leitet den ersten Hochdruckdampf HS1 nach seiner Verwendung im Ammoniakzersetzer 53 in die Mitteldruckdampfleitung 42.
  • Wie in 2 dargestellt ist, umfasst die Ammoniakentfernungsvorrichtung 61 einen Ammoniakabsorber 62 und einen Ammoniakabscheider 72.
  • Der Ammoniakabsorber 62 umfasst einen Zersetzungsgaskühler 63, eine Absorptionskolonne 64, eine Wasserleitung 65, eine Wasserzuführpumpe 66 und einen Wasserkühler 67. Die vorstehend beschriebene Zersetzungsgasleitung 54 ist mit der Absorptionskolonne 64 verbunden. Der Zersetzungsgaskühler 63 befindet sich näher an der Absorptionskolonne 64 als der an der Zersetzungsgasleitung 54 bereitgestellte Ammoniakerhitzer 52. Der Zersetzungsgaskühler 63 bewirkt eine weitere Kühlung des Zersetzungsgases DG, welches durch den Austausch von Wärme mit flüssigem Ammoniak im Ammoniakerhitzer 52 gekühlt worden ist. Die Absorptionskolonne 64 umfasst einen Absorptionskolonnenbehälter 64v und ein Füllmaterial 64p. Das Füllmaterial 64p ist in vertikaler Richtung in einem Mittelbereich des Absorptionskolonnenbehälters 64v angeordnet. Die Zersetzungsgasleitung 54 ist unterhalb des Mittelbereichs des Absorptionskolonnenbehälters 64v angeschlossen. Die Wasserleitung 65 ist oberhalb des Mittelbereichs des Absorptionskolonnenbehälters 64v angeschlossen. In der Wasserleitung 65 sind die Wasserzuführpumpe 66, welche das durch die Wasserleitung 65 strömende Wasser mit Druck beaufschlagt, und der Wasserkühler 67, welcher das durch die Wasserleitung 65 strömende Wasser kühlt, bereitgestellt. Die vorstehend beschriebene Zuführleitung für behandeltes Gas 82 ist mit der Oberseite des Absorptionskolonnenbehälters 64v verbunden. Dementsprechend verbindet die Zuführleitung für behandeltes Gas 82 die Absorptionskolonne 64 mit der Brennstoffleitung 12.
  • Das vom Zersetzungsgaskühler 63 gekühlte Zersetzungsgas DG strömt von unterhalb des Mittelbereichs des Absorptionskolonnenbehälters 64v in den Absorptionskolonnenbehälter 64v. Darüber hinaus wird von oberhalb des Mittelbereichs des Absorptionskolonnenbehälters 64v Wasser, welches vom Wasserkühler 67 gekühlt worden ist, in den Absorptionskolonnenbehälter 64v eingespritzt. Das in den Absorptionskolonnenbehälter 64v eingeströmte Zersetzungsgas DG steigt im Absorptionskolonnenbehälter 64v nach oben auf. Andererseits sinkt das in den Absorptionskolonnenbehälter 64v eingespritzte Wasser im Absorptionskolonnenbehälter 64v nach unten ab. Im Zuge des Absinkens des Wassers im Absorptionskolonnenbehälter 64v kommt das Wasser mit dem Füllmaterial 64p in Kontakt. Das mit dem Füllmaterial 64p in Kontakt stehende Wasser bildet einen Wasserfilm, welcher die Oberfläche des Füllmaterials 64p bedeckt. Im Zuge des Aufsteigens des Zersetzungsgases DG im Absorptionskolonnenbehälter 64v kommt das Gas mit einem Wasserfilm in Kontakt, welcher die Oberfläche des Füllmaterials 64p bedeckt. Bei diesem Vorgang löst sich das im Zersetzungsgas DG enthaltene Restammoniak in Wasser. Ammoniakwasser, bei dem es sich um Wasser handelt, in welchem sich das Restammoniak gelöst hat, sammelt sich in einem unteren Teil des Absorptionskolonnenbehälters 64v. Das behandelte Gas PG, bei dem es sich um das Zersetzungsgas DG handelt, aus welchem das Restammoniak entfernt worden ist, steigt im Absorptionskolonnenbehälter 64v auf und strömt in die Zuführleitung für behandeltes Gas 82.
  • Der Ammoniakabscheider 72 umfasst eine Ammoniakwasserleitung 73, einen Ammoniakwassererhitzer 74, eine Trennkolonne 75, eine Wasserzirkulationsleitung 76, einen Wassererhitzer 77 und einen Kondensator 78. Ein Ende der Ammoniakwasserleitung 73 ist mit der Unterseite des Absorptionskolonnenbehälters 64v verbunden. Die Trennkolonne 75 umfasst einen Trennkolonnenbehälter 75v und einen Kolonnenboden vom Lochblechtyp 75p. Im Mittelbereich des Trennkolonnenbehälters 75v in vertikaler Richtung sind eine Vielzahl von den Kolonnenboden 75p konstituierenden Stufen vertikal nebeneinander angeordnet. Das andere Ende der vorstehend beschriebenen Ammoniakwasserleitung 73 ist mit einer mittleren Stufe aus der Vielzahl der den Kolonnenboden 75p konstituierenden Stufen verbunden. Ein Ende der Wasserzirkulationsleitung 76 ist mit der Unterseite des Trennkolonnenbehälters 75v verbunden, und das andere Ende der Wasserzirkulationsleitung 76 ist oberhalb der Unterseite und unterhalb des Mittelbereichs des Trennkolonnenbehälters 75v angeschlossen. Der Wassererhitzer 77 ist an der Wasserzirkulationsleitung 76 bereitgestellt. Bei dem Wassererhitzer 77 handelt es sich um einen Wärmetauscher, welcher Wärme zwischen dem durch die Wasserzirkulationsleitung 76 strömendem Wasser und einem zweiten Heizmedium M2 austauscht. Der Wassererhitzer 77 erwärmt Wasser zu Wasserdampf, indem er Wärme zwischen Wasser und dem zweiten Heizmedium M2 austauscht und dieses Wasser hierbei in Wasserdampf überführt. Dieser Wasserdampf strömt über die Wasserzirkulationsleitung 76 in den Trennkolonnenbehälter 75v.
  • Wasserdampf strömt von unterhalb des Mittelbereichs des Trennkolonnenbehälters 75v in den Trennkolonnenbehälter 75v. Zusätzlich wird ausgehend von der mittleren Stufe des Kolonnenbodens 75p Ammoniakwasser aus der Ammoniakwasserleitung 73 in den Trennkolonnenbehälter 75v eingespritzt. Der in den Trennkolonnenbehälter 75v eingeströmte Wasserdampf steigt im Trennkolonnenbehälter 75v nach oben auf. Das von der mittleren Stufe des Kolonnenbodens 75p eingespritzte Ammoniakwasser strömt schrittweise zur unteren Stufe, und bildet hierbei auf jeder Stufe des Kolonnenbodens 75p eine Flüssigkeitsschicht. Der im Gas-Flüssigkeit-Kontakt mit Ammoniakwasser stehende Wasserdampf steigt über eine große Anzahl an Löchern, welche in jeder der Stufen des Kolonnenbodens 75p bereitgestellt sind, auf und erwärmt das Ammoniakwasser. Ammoniak, welches im Vergleich zu Wasser einfacher verdampft, wird mithilfe von Wasserdampf, bei dem es sich um gasförmiges Wasser handelt, erwärmt und geht dabei von der Flüssigphase in die Gasphase über, während das Wasser von der Gasphase in die Flüssigphase übergeht. Gasförmiges Ammoniak steigt in der Trennkolonne 75 auf. Zusätzlich sammelt sich in einem unteren Teil des Trennkolonnenbehälters 75v flüssiges Wasser, genauer gesagt Wasser mit einer geringen Konzentration an Ammoniak. Ein Teil dieses Wassers strömt über die Wasserzirkulationsleitung 76 und den Wassererhitzer 77 als Wasserdampf wieder in den Trennkolonnenbehälter 75v zurück.
  • Die Wasserleitung 65 des Ammoniakabsorbers 62 ist mit der Wasserzirkulationsleitung 76 verbunden. Dementsprechend wird ein Teil des im unteren Teil des Trennkolonnenbehälters 75v angesammelten Wassers über die Wasserzirkulationsleitung 76 in den Trennkolonnenbehälter 75v zurückgeführt, während der andere Teil des im unteren Teil des Trennkolonnenbehälters 75v angesammelten Wassers über die Wasserzirkulationsleitung 76 und die Wasserleitung 65 in die Absorptionskolonne 64 strömt.
  • Der Ammoniakwassererhitzer 74 ist an der Ammoniakwasserleitung 73 bereitgestellt. Bei dem Ammoniakwassererhitzer 74 handelt es sich um einen Wärmetauscher, welcher Wärme zwischen dem durch die Ammoniakwasserleitung 73 strömenden Ammoniakwasser und dem durch die Wasserleitung 65 strömenden Wasser austauscht. Der Ammoniakwassererhitzer 74 erwärmt Ammoniakwasser, indem er Wärme zwischen Ammoniakwasser und Wasser austauscht. Wie vorstehend beschrieben ist, wird das erwärmte Ammoniakwasser in den Trennkolonnenbehälter 75v eingespritzt. Andererseits wird Wasser, welches durch den Austausch von Wärme mit Ammoniakwasser gekühlt worden ist, über die Wasserleitung 65, die Wasserzuführpumpe 66 und den Wasserkühler 67 in den Absorptionskolonnenbehälter 64v eingespritzt.
  • Wie in 1 und 2 dargestellt ist, umfasst die Ammoniakzersetzungsanlage 50 weiterhin eine Ammoniakrückgewinnungsleitung 83, einen Ammoniakverdichter 84, eine zweite Heizmediumleitung 87 und eine zweite Heizmediumrückgewinnungsleitung 88.
  • Ein Ende der Ammoniakrückgewinnungsleitung 83 ist mit der Oberseite des Trennkolonnenbehälters 75v verbunden, während das andere Ende der Ammoniakrückgewinnungsleitung 83 mit der Ammoniakzuführleitung 81 verbunden ist. Der Ammoniakverdichter 84 beaufschlagt das gasförmige, durch die Ammoniakrückgewinnungsleitung 83 strömende Ammoniak mit Druck. Das gasförmige, vom Ammoniakverdichter 84 mit Druck beaufschlagte Ammoniak vermischt sich mit dem gasförmigen, durch die Ammoniakzuführleitung 81 strömenden Ammoniak und strömt sodann in den Ammoniakzersetzer 53. Der Kondensator 78 ist an der Ammoniakrückgewinnungsleitung 83 bereitgestellt. Der Kondensator 78 kühlt ein Gas, welches gasförmiges, durch die Ammoniakrückgewinnungsleitung 83 strömendes Ammoniak enthält, und kondensiert im Gas befindliches Wasser und Ammoniak. Das vom Kondensator 78 kondensierte Wasser wird über eine Wasserrückgewinnungsleitung 79 in einen Bereich oberhalb des Kolonnenbodens 75p des Trennkolonnenbehälters 75v zurückgeführt. Die Anzahl der Stufen des Kolonnenbodens 75p richtet sich nach der Anzahl der Stufen, welche erforderlich sind, um aus diesem hochkonzentrierten Ammoniakwasser eine kleine Menge an Ammoniakwasser mit einer Sollkonzentration zu bilden. Die Konzentration des aus der Ammoniakwasserleitung 73 zugeführten Ammoniakwassers ist hierbei niedriger als die Konzentration des aus dem Kondensator 78 abgeführten, eine hohe Konzentration an Ammoniak aufweisenden Wassers. Dementsprechend ist die Anzahl der Stufen des Kolonnenbodens, welche für die Abtrennung des aus der Ammoniakwasserleitung 73 zugeführten Ammoniakwassers erforderlich sind, geringer als die Anzahl der Stufen, welche für das aus dem Kondensator 78 erhaltene hochkonzentrierte Ammoniakwasser vorgesehen sind. Dementsprechend fungiert unter der Vielzahl der den Kolonnenboden 75p konstituierenden Stufen eine mittlere Stufe als Anschlussort für das aus der Ammoniakwasserleitung 73 zugeführte Ammoniakwasser.
  • Die zweite Heizmediumleitung 87 verbindet die Mitteldruckdampfleitung 42 mit dem Wassererhitzer 77. Die zweite Heizmediumleitung 87 leitet einen durch die Mitteldruckdampfleitung 42 strömenden Mitteldruckdampf IS zum Wassererhitzer 77. Der Wassererhitzer 77 nutzt den Mitteldruckdampf IS aus der zweiten Heizmediumleitung 87 als zweites Heizmedium M2, um hiermit Wasser zu erwärmen. Die zweite Heizmediumrückgewinnungsleitung 88 verbindet den Wassererhitzer 77 mit einem Sauganschluss an der Mitteldruckpumpe 24 des Abhitzekessels 20. Die zweite Heizmediumrückgewinnungsleitung 88 leitet Warmwasser, welches durch Kondensation des Mitteldruckdampfes IS erzeugt worden ist und dessen Wärme mit Wasser im Wassererhitzer 77 ausgetauscht wird, zur Mitteldruckpumpe 24.
  • Als nächstes werden der Betrieb und die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Gasturbinenkraftwerks beschrieben.
  • Beim Anfahren der Gasturbine 11 wird der Brennkammer 11b über die Anfahrbrennstoffleitung 16 und die Brennstoffleitung 12 ein Anfahrbrennstoff SF zugeführt. Bei dem Anfahrbrennstoff SF kann es sich beispielsweise um Wasserstoff oder um Erdgas handeln. Wie vorstehend beschrieben ist, verdichtet der Luftverdichter 11a der Gasturbine 11 Luft und erzeugt hierbei verdichtete Luft. Die Brennkammer 11b verbrennt den Anfahrbrennstoff SF in der verdichteten Luft und erzeugt hierbei ein Verbrennungsgas. Dieses Verbrennungsgas wird der Turbine 11c zugeführt und treibt die Turbine 11c an. Das Abgas EG, bei dem es sich um das die Turbine 11c antreibende Verbrennungsgas handelt, strömt in den Kesselrahmen 21 des Abhitzekessels 20.
  • In den Dampferzeugungssystemen 22, 23, 26 und 27 des Abhitzekessels 20 kommt es zu einem Austausch von Wärme zwischen dem durch den Kesselrahmen 21 strömenden Abgas EG und Wasser, wobei sich Flüssigphasenwasser in Wasserdampf umwandelt. Ein Teil des Warmwassers aus dem Economiser 22a des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 wird mithilfe der Hochdruckpumpe 28 mit Druck beaufschlagt und sodann zum ersten Hochdruckdampferzeugungssystem 26 und zum zweiten Hochdruckdampferzeugungssystem 27 geleitet. Das zum ersten Hochdruckdampferzeugungssystem 26 geleitete Warmwasser wandelt sich durch den Austausch von Wärme mit dem Abgas EG in den ersten Hochdruckdampf HS1 um. Bei dem ersten Hochdruckdampf HS1 handelt es sich beispielsweise um überhitzten Dampf mit einer Temperatur von etwa 620°C. Der als erstes Heizmedium M1 fungierende erste Hochdruckdampf HS1 strömt über die erste Heizmediumleitung 85 in den Ammoniakzersetzer 53. Das zum zweiten Hochdruckdampferzeugungssystem 27 geleitete Warmwasser wandelt sich durch den Austausch von Wärme mit dem Abgas EG in einen zweiten Hochdruckdampf HS2 um. Bei dem zweiten Hochdruckdampf HS2 handelt es sich beispielsweise um überhitzten Dampf mit einer Temperatur von etwa 400°C. Der zweite Hochdruckdampf HS2 wird über die Hochdruckdampfleitung 43 der Hochdruckdampfturbine 33 zugeführt. Die Hochdruckdampfturbine 33 wird mithilfe des zweiten Hochdruckdampfes HS2 angetrieben.
  • Ein Teil des Warmwassers aus dem Economiser 22a des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 wird mithilfe der Mitteldruckpumpe 24 mit Druck beaufschlagt und sodann zum Mitteldruckdampferzeugungssystem 23 geleitet. Das zum Mitteldruckdampferzeugungssystem 23 geleitete Warmwasser wandelt sich durch den Austausch von Wärme mit dem Abgas EG in einen Mitteldruckdampf IS um. Bei dem Mitteldruckdampf IS handelt es sich beispielsweise um überhitzten Dampf mit einer Temperatur von 300°C. Ein Teil des als zweites Heizmedium M2 fungierenden Mitteldruckdampfes IS strömt über die Mitteldruckdampfleitung 42 und die zweite Heizmediumleitung 87 in den Wassererhitzer 77 des Ammoniakabscheiders 72. Der Rest des Mitteldruckdampfes IS wird über die Mitteldruckdampfleitung 42 der Mitteldruckdampfturbine 32 zugeführt. Darüber hinaus wird der aus der Hochdruckdampfturbine 33 ausgestoßene Dampf über die Hochdruckabdampfleitung 44 der Mitteldruckdampfturbine 32 zugeführt. Dies bedeutet, dass der Mitteldruckdampf IS aus dem Mitteldruckdampferzeugungssystem 23 und der aus der Hochdruckdampfturbine 33 ausgestoßene Dampf der Mitteldruckdampfturbine 32 zugeführt werden. Die Mitteldruckdampfturbine 32 wird mithilfe des der Mitteldruckdampfturbine 32 zugeführten Dampfes angetrieben.
  • Ein Teil des Warmwassers aus dem Economiser 22a des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 wird mithilfe des Abgases EG erwärmt und wird mithilfe des Verdampfers 22b des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 in Dampf überführt. Dieser Dampf wird mithilfe des Abgases EG im Überhitzer 22c des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 überhitzt und in einen Niederdruckdampf LS überführt. Bei dem Niederdruckdampf LS handelt es sich beispielsweise um überhitzten Dampf mit einer Temperatur von 250°C. Der Niederdruckdampf LS wird über die Niederdruckdampfleitung 41 der Niederdruckdampfturbine 31 zugeführt. Darüber hinaus wird der aus der Mitteldruckdampfturbine 32 ausgestoßene Dampf über die Mitteldruckdampfleitung 45 der Niederdruckdampfturbine 31 zugeführt. Dies bedeutet, dass der Niederdruckdampf LS aus dem Niederdruckdampferzeugungssystem 22 und der von der Mitteldruckdampfturbine 32 ausgestoßene Dampf der Niederdruckdampfturbine 31 zugeführt werden. Die Niederdruckdampfturbine 31 wird mithilfe des der Niederdruckdampfturbine 31 zugeführten Dampfes angetrieben.
  • Der aus der Niederdruckdampfturbine 31 ausgestoßene Dampf wird mithilfe des Dampfkondensators 35 wieder in Wasser überführt. Das Wasser im Dampfkondensator 35 wird über die Wasserzuführleitung 47 zum Economiser 22a des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 geleitet.
  • Wird den Dampfturbinen 31, 32 und 33, dem Ammoniakzersetzer 53 und dem Wassererhitzer 77 des Ammoniakabscheiders 72 eine ausreichende Menge an Dampf aus dem Abhitzekessel 20 zugeführt, so wird der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 über die Ammoniakzuführleitung 81 flüssiges Ammoniak aus dem Ammoniakbehälter T zugeführt. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf das in 3 dargestellte Fließschema ein Ammoniakzersetzungsverfahren beschrieben, welches mithilfe der Ammoniakzersetzungsanlage 50 durchgeführt wird.
  • Flüssiges Ammoniak, welches auf eine Temperatur von -33.4°C, d.h. auf seinen Siedepunkt, oder darunter gekühlt worden ist und sich im Wesentlichen in einem atmosphärischen Druckzustand befindet, wird im Ammoniakbehälter T gelagert. Das im Ammoniakbehälter T befindliche flüssige Ammoniak wird mithilfe des Ammoniakboosters 80 mit Druck beaufschlagt, beispielsweise auf etwa 5.2 MPa (Absolutdruck), und wird sodann der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 zugeführt (S1: Ammoniakzuführprozess). Der Druck nach der Druckbeaufschlagung des Ammoniaks ist ein Druck, welcher unter Berücksichtigung des Druckverlusts in Leitungen und verschiedenen Vorrichtungen auf dem Weg vom flüssigen Ammoniak bis zu einem behandelten Gas PG und bis zum Einströmen des behandelten Gases PG in die Brennkammer 11b bestimmt wird, und ist ein Druck, bei welchem das behandelte Gas PG der Brennkammer 11b, in die die verdichtete Luft einströmt, zugeführt werden kann, ohne dass das behandelte Gas PG nachverdichtet wird. Dementsprechend ist dieser Druck höher als der Druck, welcher in der als Gasverwertungsziel fungierenden Brennkammer 11b vorherrscht.
  • Flüssiges Ammoniak wird mithilfe des Ammoniakboosters 80 mit Druck beaufschlagt und strömt sodann in die Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51, wobei das flüssige Ammoniak zersetzt wird (S2: Ammoniakzersetzungsprozess). Im Rahmen des Ammoniakzersetzungsprozesses (S2) werden ein Ammoniakvorerwärmungsprozess (S3) und ein Ammoniakzersetzungsdurchführungsprozess (S4) ausgeführt. Das mithilfe des Ammoniakboosters 80 mit Druck beaufschlagte flüssige Ammoniak strömt in den Ammoniakerhitzer 52 der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51. An dieser Stelle wird das in den Ammoniakerhitzer 52 eingeleitete flüssige Ammoniak auf etwa 400°C erwärmt. Flüssiges Ammoniak verdampft in einer Druckumgebung, in welcher mithilfe des Ammoniakboosters 80 eine Beaufschlagung mit Druck vorgenommen wird, bei 90°C oder mehr zu gasförmigem Ammoniak. Dementsprechend wird das flüssige Ammoniak mithilfe des Ammoniakerhitzers 52 erwärmt und bei etwa 400°C in gasförmiges Ammoniak überführt (S3: Ammoniakvorerwärmungsprozess).
  • Gasförmiges Ammoniak mit einer Temperatur von etwa 400°C strömt in den Ammoniakzersetzer 53 der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51. Im Ammoniakzersetzer 53 wird Wärme zwischen dem eine Temperatur von etwa 400°C aufweisenden gasförmigen Ammoniak und dem eine Temperatur von etwa 620°C aufweisenden ersten Hochdruckdampf HS1 aus dem ersten Hochdruckdampferzeugungssystem 26 ausgetauscht. Der als erstes Heizmedium M1 fungierende erste Hochdruckdampf HS1 wird infolge des Wärmeaustauschs auf etwa 400°C abgekühlt und strömt über die erste Heizmediumrückgewinnungsleitung 86 und die Mitteldruckdampfleitung 42 in die Mitteldruckdampfturbine 32. Andererseits wird gasförmiges Ammoniak infolge des Wärmeaustauschs auf etwa 600°C erwärmt, wobei sich ein Teil des gasförmigen Ammoniaks thermisch in Wasserstoff und Stickstoff zersetzt (S4: Ammoniakzersetzungsprozess). Im Rahmen dieser thermischen Zersetzung wird ein Wasserstoff, Stickstoff und Restammoniak enthaltendes Zersetzungsgas DG erzeugt.
  • Anschließend strömt das eine Temperatur von etwa 600°C aufweisende Zersetzungsgas DG in den Ammoniakerhitzer 52 und tauscht im Ammoniakerhitzer 52 Wärme mit flüssigem Ammoniak aus. Dementsprechend wird, wie vorstehend beschrieben ist, das flüssige Ammoniak erwärmt und in gasförmiges Ammoniak mit einer Temperatur von etwa 400°C überführt, während das Zersetzungsgas DG auf etwa 50°C abgekühlt wird. Somit ist der Ammoniakzersetzungsprozess (S2) beendet.
  • An dieser Stelle soll die Gas-Ammoniak-Pyrolysereaktion kurz beschrieben werden. Wie in der nachfolgenden Formel dargestellt ist, handelt es sich bei der Pyrolysereaktion um eine Reaktion, bei welcher sich die Molzahl im Zuge der Reaktion erhöht, weshalb die Reaktion bei niedrigerem Druck gefördert wird. Mit anderen Worten wird diese Pyrolysereaktion bei höherem Druck gehemmt. Da es sich bei dieser Pyrolysereaktion um eine endotherme Reaktion handelt, wird die Reaktion zudem bei höheren Temperaturen gefördert. NH3 → 3/2H2 + 1/2N2 - 46 kJ/mol
  • Der Heizwert von NH3 auf der linken Seite der vorstehend beschriebenen Formel beträgt 317 kJ. Andererseits beträgt der Heizwert von 3/2H2 auf der rechten Seite der vorstehend beschriebenen Formel 363 kJ. Somit erhöht sich der Heizwert infolge der Pyrolysereaktion um 46 kJ. Dementsprechend bewirkt die Ammoniakpyrolysereaktion keine Reduzierung des prinzipiellen Wirkungsgrads.
  • An dieser Stelle wird unter Bezugnahme auf die in 4 gezeigte graphische Darstellung die Konzentration des nach der Gas-Ammoniak-Pyrolysereaktion unter verschiedenen Bedingungen verbliebenen Restammoniaks beschrieben. In dieser graphischen Darstellung repräsentiert die X-Achse die Temperatur in einer Pyrolysereaktionsumgebung (Temperatur [°C]), und repräsentiert die Y-Achse die Konzentration an Restammoniak (Konzentration an Ammoniak [%]). Diese graphische Darstellung zeigt die Ergebnisse, welche durch Berechnen der einer jeden Temperatur und eines jeden Drucks entsprechenden Konzentration unter Verwendung der Gleichgewichtskonstante der Pyrolysereaktion bei Veränderung der Temperatur und des Drucks in der Pyrolysereaktionsumgebung erhalten wurden. Die Temperatur in der Pyrolysereaktionsumgebung der vorliegenden Ausführungsform beträgt 600°C, und der Druck in der Pyrolysereaktionsumgebung beträgt 5.2 MPa. Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Konzentration an Restammoniak nach der Pyrolysereaktion somit etwa 4%. Dementsprechend enthält das aus dem Ammoniakzersetzer 53 strömende Zersetzungsgas DG etwa 72 Mol% an Wasserstoff, etwa 24 Mol% an Stickstoff und etwa 4 Mol% an Restammoniak.
  • Nach der Beendigung des Ammoniakzersetzungsprozesses (S2) wird ein Ammoniakentfernungsprozess (S5) ausgeführt, in welchem das Restammoniak aus dem im Rahmen des Ammoniakzersetzungsprozesses (S2) erhaltenen Zersetzungsgas DG entfernt wird. Im Rahmen des Ammoniakentfernungsprozesses (S5) werden ein Ammoniakabsorptionsprozess (S6) und ein Ammoniakabscheidungsprozess (S10) ausgeführt.
  • Im Rahmen des Ammoniakabsorptionsprozesses (S6) wird zunächst das eine Temperatur von etwa 50°C aufweisende Zersetzungsgas DG mithilfe des Zersetzungsgaskühlers 63 des Ammoniakabsorbers 62 gekühlt, wobei es etwa 30°C erreicht (S7: Zersetzungsgaskühlprozess). Das Zersetzungsgas DG strömt in die Absorptionskolonne 64 des Ammoniakabsorbers 62. In die Absorptionskolonne 64 wird Wasser mit einer Temperatur von etwa 30°C, welches mithilfe des Wasserkühlers 67 gekühlt worden ist, eingespritzt. Wie vorstehend beschrieben ist, kommt das Zersetzungsgas DG in der Absorptionskolonne 64 mit Wasser in Kontakt, wobei sich das im Zersetzungsgas DG enthaltene Restammoniak in Wasser löst. Ammoniakwasser, bei dem es sich um Wasser handelt, in welchem sich das Restammoniak gelöst hat, sammelt sich in einem unteren Teil des Absorptionskolonnenbehälters 64v (S8: Ammoniakabsorptionsdurchführungsprozess). Die Konzentration an Ammoniak im Ammoniakwasser beträgt etwa 10 Mol%. Die Konzentration, bei welcher sich gasförmiges Ammoniak in Wasser löst, bestimmt sich anhand der Gas-Flüssigkeit-Gleichgewichtskonstante. Die Konzentration, bei welcher sich gasförmiges Ammoniak in Wasser löst, ist bei niedrigeren Temperaturen höher. Dementsprechend werden die Temperatur des in die Absorptionskolonne 64 strömenden Zersetzungsgases DG und die Temperatur des Wassers auf etwa 30°C eingestellt.
  • Somit ist der Ammoniakabsorptionsprozess (S6) beendet.
  • Das behandelte Gas PG, bei dem es sich um das Zersetzungsgas DG handelt, aus welchem das Restammoniak entfernt worden ist, steigt im Absorptionskolonnenbehälter 64v nach oben auf und strömt in die Zuführleitung für behandeltes Gas 82. Wird dafür gesorgt, dass der Massendurchsatz des in die Absorptionskolonne 64 eingespritzten Wassers mit dem Massendurchsatz des in die Absorptionskolonne 64 einströmenden Zersetzungsgases DG übereinstimmt, so beträgt die Konzentration an dem im behandelten Gas PG enthaltenen Restammoniak im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform etwa 0.03 Mol%.
  • Beim Anfahren der Gasturbine 11 weisen der Ammoniakzersetzer 53 und das interne Fluid eine niedrige Temperatur auf, so dass die Ammoniakzersetzungsreaktion in diesem Zustand lediglich mit geringer Wahrscheinlichkeit abläuft und der größte Teil der Zusammensetzung des vom Ammoniakzersetzer 53 erzeugten Zersetzungsgases DG in eine Restammoniakkomponente überführt wird. Da die Restammoniakkomponente mithilfe der Absorptionskolonne 64 entfernt wird, ist der Durchsatz an behandeltem Gas PG, welches der Gasturbine 11 aus der Zuführleitung für behandeltes Gas 82 zugeführt wird, geringer als der geplante Wert. Wenn nach dem Anfahren der Gasturbine 11 einige Zeit verstrichen ist und dem Ammoniakzersetzer 53 aus dem Abhitzekessel 20 eine vorbestimmte Menge an erstem Heizmedium M1 zugeführt worden ist, erreicht die Temperatur des Ammoniakzersetzers 53 und des internen Fluids den geplanten Wert, womit die Ammoniakzersetzungsreaktion gefördert wird. Infolgedessen wird der größte Teil der Zusammensetzung des Zersetzungsgases DG in Wasserstoff und Stickstoff überführt, und wird das behandelte Gas PG von der Absorptionskolonne 64 in ausreichendem Durchsatz erzeugt. Bei diesem Verfahren wird der der Brennkammer 11b zugeführte Brennstoff schrittweise vom Anfahrbrennstoff SF auf das behandelte Gas PG umgestellt. Dies bedeutet, dass im Falle einer ausreichenden Erzeugung von behandeltem Gas PG die Zufuhr von Anfahrbrennstoff SF zur Brennkammer 11b beendet wird und das behandelte Gas PG über die Zuführleitung für behandeltes Gas 82 und die Brennstoffleitung 12 der Brennkammer 11b zugeführt wird (S9: Prozess der Zuführung von behandeltem Gas). Um während der Umstellung von Anfahrbrennstoff SF auf das behandelte Gas PG die Stabilität der Zufuhr von Brennstoff zur Brennkammer 11b zu gewährleisten, kann im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform an einer Stelle, an welcher die Anfahrbrennstoffleitung 16 und die Zuführleitung für behandeltes Gas 82 zusammenlaufen, ein Brenngaspuffer bereitgestellt sein. Das der Brennkammer 11b zugeführte behandelte Gas PG wird in der Brennkammer 11b verbrannt. Die Temperatur des im Rahmen dieser Verbrennung erzeugten Verbrennungsgases beträgt 1650°C. Das Verbrennungsgas strömt in die Turbine 11c und treibt die Turbine 11c an.
  • Das aus der Turbine 11c ausgestoßene Abgas EG strömt in den Abhitzekessel 20. Im Niederdruckdampferzeugungssystem 22 des Abhitzekessels 20 wird, wie vorstehend beschrieben ist, Wasser mithilfe des Abgases EG erwärmt und hierbei ein Niederdruckdampf LS erzeugt. Bei dem Niederdruckdampf LS handelt es sich um überhitzten Dampf mit einer Temperatur von etwa 250°C. Im Mitteldruckdampferzeugungssystem 23 des Abhitzekessels 20 wird, wie vorstehend beschrieben ist, Wasser mithilfe des Abgases EG erwärmt und hierbei ein Mitteldruckdampf IS erzeugt. Bei dem Mitteldruckdampf IS handelt es sich um überhitzten Dampf mit einer Temperatur von etwa 300°C. Im zweiten Hochdruckdampferzeugungssystem 27 des Abhitzekessels 20 wird, wie vorstehend beschrieben ist, Wasser mithilfe des Abgases EG erwärmt und ein zweiter Hochdruckdampf HS2 erzeugt. Bei dem zweiten Hochdruckdampf HS2 handelt es sich um überhitzten Dampf mit einer Temperatur von etwa 400°C. Im ersten Hochdruckdampferzeugungssystem 26 des Abhitzekessels 20 wird, wie vorstehend beschrieben ist, Wasser mithilfe des Abgases EG erwärmt und ein erster Hochdruckdampf HS1 erzeugt. Bei dem ersten Hochdruckdampf HS1 handelt es sich um überhitzten Dampf mit einer Temperatur von etwa 620°C. Wie vorstehend beschrieben ist, strömt der als erstes Heizmedium M1 fungierende erste Hochdruckdampf HS1 in den Ammoniakzersetzer 53. Darüber hinaus strömt, wie vorstehend beschrieben ist, ein Teil des als zweites Heizmedium M2 fungierenden Mitteldruckdampfes IS in den Wassererhitzer 77 des Ammoniakabscheiders 72.
  • An dieser Stelle wird unter Bezugnahme auf die in 5 gezeigte graphische Darstellung der Zusammenhang zwischen der Konzentration des im Brennstoff enthaltenen Restammoniaks und der Konzentration an NOx in dem von der Gasturbine 11 ausgestoßenen Abgas EG beschrieben. In dieser graphischen Darstellung repräsentiert die X-Achse die Konzentration an Restammoniak (Konzentration an Ammoniak [%]), und repräsentiert die Y-Achse den prognostizierten Wert für die Konzentration an NOx im Abgas EG (NOx-Prognose [ppm@15% O2]). Der prognostizierte Wert für die Konzentration an NOx ist ein Wert, welcher von den Erfindern durch Modellieren eindimensionaler vorgemischter Flammen unter Verwendung des PREMIX-Codes von CHEMKIN berechnet wurde. Bei CHEMKIN handelt es sich um ein Berechnungsprogramm. CHEMKIN wird im nachfolgenden Dokument ausführlich beschrieben.
  • Dokument: R. J. Kee, F. M. Rupley, und J. A. Miller, Chemkin-II: A Fortran Chemical Kinetics Package for the Analysis of Gas-Phase Chemical Kinetics, Sandia Report, SAND89-8009B (1995)
  • Da im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform die Konzentration an Restammoniak im Brennstoff 0.03 Mol-% oder weniger beträgt, kann auf Grundlage der in 5 gezeigten graphischen Darstellung prognostiziert werden, dass die Konzentration an NOx am Auslass der Gasturbine 11 etwa 80 ppm oder weniger beträgt. Dementsprechend kann im Gasturbinenkraftwerk der vorliegenden Ausführungsform, sofern eine Denitrierungsvorrichtung innerhalb oder außerhalb des Abhitzekessels 20 installiert ist, die Konzentration an NOx am Auslass des Schornsteins 29 auf eine niedrigere Sollkonzentration reduziert werden, womit es möglich wird, die gesetzlichen Bestimmungen zur Stickoxidkonzentration in vielen Regionen der Welt einzuhalten.
  • Nach der Beendigung des Ammoniakabsorptionsprozesses (S6) wird der vorstehend beschriebene Ammoniakabscheidungsprozess (S10) ausgeführt, bei welchem Ammoniak aus dem im Rahmen des Ammoniakabsorptionsprozesses (S6) erzeugten Ammoniakwasser abgetrennt wird.
  • Im Rahmen des Ammoniakabscheidungsprozesses (S10) strömt zunächst das eine Temperatur von etwa 30°C aufweisende Ammoniakwasser, welches sich im unteren Teil des Absorptionskolonnenbehälters 64v angesammelt hat, in den Ammoniakwassererhitzer 74. Im Ammoniakwassererhitzer 74 wird das eine Temperatur von etwa 30°C aufweisende Ammoniakwasser infolge des Austauschs von Wärme mit eine Temperatur von etwa 210°C aufweisendem Wasser auf etwa 190°C erwärmt (S11: Ammoniakwassererwärmungsprozess).
  • Das auf eine Temperatur von etwa 190°C erwärmte Ammoniakwasser strömt in die Trennkolonne 75. Bei der Trennkolonne 75 handelt es sich um eine Vorrichtung, welche zwecks Abtrennung und Destillation von Ammoniak aus Ammoniakwasser unter Verwendung von Wasserdampf bereitgestellt wird. Um die Wassersättigungstemperatur zu senken, wird der Betriebsdruck im Trennkolonnenbehälter 75v somit auf etwa 2 MPa eingestellt. Wie vorstehend beschrieben ist, beträgt der Betriebsdruck im Absorptionskolonnenbehälter 64v etwa 5.2 MPa. Indem eine Druckdifferenz zwischen dem Druck im Absorptionskolonnenbehälter 64v und dem Druck im Trennkolonnenbehälter 75v als Antriebskraft genutzt wird, strömt im Absorptionskolonnenbehälter 64v befindliches Ammoniakwasser über die Ammoniakwasserleitung 73 in den Trennkolonnenbehälter 75v. Im Trennkolonnenbehälter 75v strömt darüber hinaus eine Temperatur von etwa 250°C aufweisender Wasserdampf in den unteren Teil des Trennkolonnenbehälters 75v. Da der Massendurchsatz des in die Absorptionskolonne 64 eingespritzten Wassers wie vorstehend beschrieben mit dem Massendurchsatz des in die Absorptionskolonne 64 einströmenden Zersetzungsgases DG übereinstimmt, stimmt auch der Massendurchsatz des in die Trennkolonne 75 einströmenden Ammoniakwassers mit dem Massendurchsatz des in die Absorptionskolonne 64 einströmenden Zersetzungsgases DG überein. Der für die Destillation und Abtrennung von Ammoniak aus Ammoniakwasser erforderliche Massendurchsatz an Wasserdampf beträgt bei diesem Massendurchsatz etwa 40% des Massendurchsatzes von Ammoniakwasser.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, wird Ammoniakwasser mithilfe von Wasserdampf im Trennkolonnenbehälter 75v erwärmt, geht das im Ammoniakwasser enthaltene Ammoniak von der Flüssigphase in die Gasphase über, und steigt das Ammoniak im Trennkolonnenbehälter 75v auf (S12: Ammoniakabscheidungsdurchführungsprozess). Andererseits geht Wasserdampf in Flüssigphasenwasser über und sammelt sich im unteren Teil des Trennkolonnenbehälters 75v. Die Temperatur dieses Wassers beträgt etwa 210°C. Darüber hinaus beträgt die Ammoniakkonzentration dieses Wassers 0.05 Mol%. Ein Teil dieses Wassers strömt über die Wasserzirkulationsleitung 76 in den Wassererhitzer 77. Im Wassererhitzer 77 tauscht dieses Wasser Wärme mit dem eine Temperatur von etwa 300°C aufweisenden Mitteldruckdampf IS aus dem Mitteldruckdampferzeugungssystem 23 aus. Der als zweites Heizmedium M2 fungierende Mitteldruckdampf IS wird infolge des Wärmeaustauschs gekühlt und unter Bildung von Warmwasser kondensiert. Dieses Warmwasser strömt über die zweite Heizmediumrückgewinnungsleitung 88 in die Mitteldruckpumpe 24. Dieses Warmwasser wird zusammen mit Warmwasser aus dem Economiser 22a des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 mithilfe der Mitteldruckpumpe 24 mit Druck beaufschlagt, und strömt sodann in den Economiser des Mitteldruckdampferzeugungssystems 23. Andererseits wird das in den Wassererhitzer 77 strömende Wasser durch den Austausch von Wärme mit dem als zweites Heizmedium M2 fungierenden Niederdruckdampf LS auf etwa 250°C erwärmt und in Wasserdampf überführt (S13: Wassererwärmungsprozess). Dieser Wasserdampf wird über die Wasserzirkulationsleitung 76 zur Trennkolonne 75 geleitet.
  • Der andere Teil des eine Temperatur von etwa 210°C aufweisenden und im unteren Teil des Trennkolonnenbehälters 75v angesammelten Wassers strömt über die Wasserleitung 65 in den Ammoniakwassererhitzer 74. Wie vorstehend beschrieben ist, wird im Ammoniakwassererhitzer 74 Wärme zwischen dem eine Temperatur von etwa 210°C aufweisenden Wasser und dem eine Temperatur von etwa 30°C aufweisenden und durch die Ammoniakwasserleitung 73 strömenden Ammoniakwasser ausgetauscht. Wie vorstehend beschrieben ist, wird das Wasser infolge dieses Wärmeaustauschs auf etwa 50°C abgekühlt, während das Ammoniakwasser auf 190°C erwärmt wird. Somit ist der Ammoniakzersetzungsprozess (S10) beendet. Das eine Temperatur von etwa 50°C aufweisende und mithilfe des Ammoniakwassererhitzers 74 gekühlte Wasser wird mithilfe der Wasserzuführpumpe 66 mit Druck beaufschlagt und strömt sodann in den Wasserkühler 67, wobei es vom Wasserkühler 67 gekühlt wird und etwa 30°C erreicht. Wie vorstehend beschrieben ist, wird das eine Temperatur von 30°C aufweisende Wasser in die Absorptionskolonne 64 eingespritzt.
  • Ein gasförmiges Ammoniak enthaltendes Gas im Trennkolonnenbehälter 75v strömt über die mit der Oberseite des Trennkolonnenbehälters 75v verbundene Ammoniakrückgewinnungsleitung 83 in den Kondensator 78. Im Kondensator 78 wird dieses Gas gekühlt, und werden das in diesem Gas enthaltene Wasser und Ammoniak zu hochkonzentriertem Ammoniakwasser kondensiert. Dieses hochkonzentrierte Ammoniakwasser wird über die Wasserrückgewinnungsleitung 79 in einen Bereich oberhalb des Kolonnenbodens 75p des Trennkolonnenbehälters 75v zurückgeführt. Dieses hochkonzentrierte Ammoniakwasser strömt über jede der Stufen des Kolonnenbodens 75p nach unten und kommt mit dem von der unteren Stufe zugeführten Wasserdampf in Gas-Flüssigkeit-Kontakt, wobei das Ammoniak vorzugsweise verdampft. Infolgedessen nimmt die Ammoniakkonzentration im Wasser schrittweise ab, wobei es beim Hindurchtreten durch den unteren Kolonnenboden in Warmwasser mit einer Ammoniakkonzentration von 0.05 Mol% oder weniger überführt wird. Andererseits wird ein Gas, aus welchem Wasser und dergleichen mithilfe des Kondensators 78 entfernt worden sind, d.h. ein Gas mit einer hohen Konzentration an gasförmigem Ammoniak, mithilfe des an der Ammoniakrückgewinnungsleitung 83 bereitgestellten Ammoniakverdichters 84 mit Druck beaufschlagt und strömt sodann über die Ammoniakzuführleitung 81 in den Ammoniakzersetzer 53 (S14: Ammoniakrückgewinnungsprozess). Da das mithilfe der Ammoniakentfernungsvorrichtung 61 entfernte Restammoniak wie vorstehend beschrieben in die Ammoniakzuführleitung 81 zurückgeführt wird, kann im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform die Menge an verschwendetem Ammoniak als Ausgangsmaterial minimiert werden.
  • Hiermit ist die Reihe von Ammoniakzersetzungsprozessen, welche mithilfe der Ammoniakzersetzungsanlage 50 ausgeführt werden, beendet.
  • Als nächstes werden die Ergebnisse der prognostizierten Leistung des Gasturbinenkraftwerks der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf Tabelle 1 beschrieben. In dieser Tabelle werden prognostizierte Leistungswerte des Gasturbinenkraftwerks der vorliegenden Ausführungsform mit den Leistungswerten eines allgemeinen, erdgasbefeuerten Gasturbinen-Kombikraftwerks verglichen.
  • Tabelle 1
    Klassifizierung Gegenstand Einheit erdgasbefeuertes Gasturbinen-Kombikraftwerk Kraftwerk der vorliegenden Ausführungsform
    Brennstoff am Einlass des Kraftwerks Zusammensetzung Mol% CH4 = 90%, NH3 = 100%
    C2H6 = 5%,
    C3H8 = 2%,
    N2 = 1%,
    CO2 = 2%
    Heizwert (LHV-Standard) kJ/Mol 835 317
    Heizwert × Durchsatz Relativwert 100 95.2
    Brennstoff am Einlass der Brennkammer Zusammensetzung Mol% CH4 = 90%, H2 = 75%, N2 = 25%
    C2H6 = 5%,
    C3H8 = 2%,
    N2 = 1%,
    CO2 = 2%
    Heizwert (LHV-Standard) kJ/Mol 835 181
    Heizwert × Durchsatz Relativwert 100 109.2
    Betriebszustand der Gasturbine Abgasdurchsatz Relativwert 100 103.7
    Druckverhältnis Relativwert 100 106.3
    Abgastemperatur Relativwert Basis -14 °C
    Leistung GT-Leistung Relativwert 100 117
    ST-Leistung Relativwert 100 39
    GTCC-Leistung (am Ende der Energieerzeugung) Relativwert 100 93.2
    Wirkungsgrad des Kraftwerks Wirkungsgrad am Ende der Energieerzeugung (LHV-Standard) Relativwert 100 97.4
    Wirkungsgrad am Ende der Energieübertragung (LHV-Standard) Relativwert 100 97.4
  • Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform enthält der der Brennkammer 11b zugeführte Brennstoff etwa 75% an Wasserstoff und etwa 25% an Stickstoff. Der Heizwert des Brennstoffs beträgt etwa 181 kJ/mol, was etwa 1/5 von etwa 835 kJ/mol, d.h. dem Heizwert von allgemeinem Erdgas, entspricht. Infolgedessen beträgt das Molverhältnis von Brennstoffdurchsatz zum Ansaugluftdurchsatz des Verdichters bei einer allgemeinen, erdgasbefeuerten Gasturbine 5% oder weniger. Demgegenüber beträgt das Molverhältnis von Brennstoffdurchsatz zum Ansaugluftdurchsatz des Verdichters im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform 20% oder mehr. Um in der Brennkammer 11b ein Verbrennungsgas mit einer gewünschten Temperatur zu erzeugen, muss ein Brennstoff zugeführt werden, dessen Wärmemenge im Wesentlichen proportional zum Gesamtwert des Moldurchsatzes aus der verdichteten Luft und dem der Brennkammer 11b zugeführten Brennstoff ist. Dementsprechend beträgt die Wärmemenge des am Einlass der Brennkammer 11b der vorliegenden Ausführungsform erforderlichen Brennstoffs 109.2% im Vergleich zu jener bei Erdgasfeuerung. Da sich der Heizwert des Zersetzungsgases DG nach der Reaktion, wie vorstehend beschrieben ist, infolge der Ammoniakzersetzungsreaktion um einen Faktor von 1.14 erhöht, kann die Wärmemenge des am Einlass des Kraftwerks zugeführten Ammoniaks im Vergleich zur Erdgasfeuerung indessen 95.2% betragen.
  • Da der Volumendurchsatz des in die Brennkammer 11b eingebrachten Brennstoffs im Vergleich zur Erdgasfeuerung deutlich erhöht ist, beträgt der Abgasdurchsatz der Turbine 11c im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben ist, 103.7% des Abgasdurchsatzes bei Erdgasfeuerung. Dementsprechend ist der Druckverlust im Gasweg der Turbine 11c im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform größer als bei Erdgasfeuerung. Infolgedessen beträgt das Druckverhältnis der Turbine 11c im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform 106.3% des Druckverhältnisses bei Erdgasfeuerung. Erhöht sich das Druckverhältnis der Turbine 11c, so nimmt auch der Wärmeabfall des sich in der Turbine 11c ausdehnenden Fluids ein erhebliches Ausmaß an, wobei die Abgastemperatur der Turbine 11c ganze 14°C unterhalb der Abgastemperatur der Turbine 11c bei Erdgasfeuerung liegt. Dies bedeutet, dass sich im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform und im Vergleich zur Erdgasfeuerung der Volumendurchsatz des Arbeitsfluids der Turbine 11c um 3.7% erhöht, das Druckverhältnis der Gasturbine 11 um 6.3% erhöht, und die Abgastemperatur der Turbine 11c um 14°C reduziert. Aufgrund des vorstehend beschriebenen Synergieeffekts beträgt die Gasturbinenleistung im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform somit 117% der Gasturbinenleistung bei Erdgasfeuerung.
  • Im Übrigen werden im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform der im ersten Hochdruckdampferzeugungssystem 26 erzeugte überhitzte Dampf und ein Teil des im Mitteldruckdampferzeugungssystem 23 erzeugten überhitzten Wasserdampfes in der Ammoniakzersetzungsanlage 50 verbraucht. Dementsprechend beträgt die Leistung der Dampfturbinen 31, 32 und 33 im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform 39% der Dampfturbinenleistung bei Erdgasfeuerung. Dementsprechend beträgt die Leistung des Gasturbinen-Kombikraftwerks im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform etwa 93.2 % der Leistung des Gasturbinen-Kombikraftwerks bei Erdgasfeuerung.
  • Da die Wärmemenge des am Einlass des Kraftwerks eingebrachten Ammoniaks bei Erdgasfeuerung wie vorstehend beschrieben 95.2 % beträgt, liegt der thermische Bruttowirkungsgrad des gesamten Kraftwerks im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform bei etwa 97.4 % (Relativwert) des thermischen Bruttowirkungsgrads des gesamten Kraftwerks bei Erdgasfeuerung. Im Falle einer Temperatur von 1650°C beträgt der thermische Bruttowirkungsgrad des Gasturbinen-Kombikraftwerks bei Erdgasfeuerung somit 63% (LHV-Standard) oder mehr. Der thermische Bruttowirkungsgrad des Kraftwerks der vorliegenden Ausführungsform beträgt demgegenüber 60% (LHV-Standard) oder mehr. Auf diese Weise ist es möglich, bei Verwendung von Ammoniak als Energieträger für Wasserstoff ein Kraftwerk mit hohem Wirkungsgrad und einer deutlich reduzierten Menge an Kohlendioxidemissionen bereitzustellen.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, umfasst die Ammoniakzersetzungsanlage 50 der vorliegenden Ausführungsform neben der eine thermisch Zersetzung von Ammoniak bewirkenden Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 eine Ammoniakentfernungsvorrichtung 61, welche das Restammoniak aus dem von der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 erzeugten und Wasserstoff, Stickstoff und Restammoniak enthaltenden Zersetzungsgas DG entfernt. Dementsprechend ist es im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Konzentration an Restammoniak in dem zum Gasverwertungsziel geleiteten Gas zu reduzieren. Dementsprechend ist es im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Konzentration an NOx im Abgas EG zu reduzieren, welches durch Verbrennung des Brennstoffs in der als Gasverwertungsziel fungierenden Brennkammer 11b erzeugt worden ist. Da die als Gasverwertungsziel fungierende Brennkammer 11b ein kohlenstofffreies Zersetzungsgas als Brennstoff nutzt, ist es im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform darüber hinaus möglich, die Menge an CO2 in dem durch Verbrennung des Brennstoffs erzeugten Abgas EG zu reduzieren.
  • Da die beim Antreiben der Gasturbine 11 erzeugte Wärme für die thermische Zersetzung von Ammoniak genutzt wird, ist es im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform darüber hinaus möglich, die Energiekosten für den Betrieb der Ammoniakzersetzungsanlage 50 im Vergleich zu einer Konstellation, in welcher separat eine eigene Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme für die thermische Zersetzung von Ammoniak bereitgestellt wird, weiter zu senken.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, kann die im Rahmen der Ammoniakzersetzungsreaktion ablaufende thermische Zersetzung von Ammoniak in einer Niederdruckumgebung gefördert werden. Dementsprechend kann im Falle einer thermischen Zersetzung von Ammoniak in einer Niederdruckumgebung dafür gesorgt werden, dass die Konzentration an Restammoniak auch ohne Bereitstellung der Ammoniakentfernungsvorrichtung 61 den gleichen Wert (0.03 Mol%) wie im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform annimmt. Um die Konzentration an Restammoniak auch ohne Bereitstellung der Ammoniakentfernungsvorrichtung 61 auf den gleichen Wert (0.03 Mol%) wie im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform zu bringen, ist es beispielsweise erforderlich, den Druck in einer Ammoniakzersetzungsumgebung auf 0.1 MPa und die Temperatur in der Ammoniakzersetzungsumgebung auf 650°C einzustellen, wie aus der in 4 gezeigten graphischen Darstellung ersichtlich ist. Sofern der Wunsch besteht, die Konzentration an Restammoniak auch ohne Bereitstellung der Ammoniakentfernungsvorrichtung 61 auf den gleichen Wert wie im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform einzustellen, ist es somit erforderlich, die Temperatur in der Ammoniakzersetzungsumgebung auf einen höheren Wert als im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform einzustellen, und es ist im Hinblick auf die Weiterleitung eines Gases zum Gasverwertungsziel nach der Zersetzung von Ammoniak erforderlich, dieses Gas mithilfe eines Boosters mit Druck zu beaufschlagen. Bei der Ammoniakzersetzungsreaktion handelt es sich um eine Reaktion, bei welcher die Molzahl nach der Reaktion doppelt so groß ist wie die Molzahl vor der Reaktion. Da die Querschnittsfläche des Strömungswegs des ein Brenngas mit Druck beaufschlagenden Boosters im Wesentlichen proportional zum Volumendurchsatz des Gases ist, ist es im Hinblick auf eine nach der Zersetzung erfolgende Beaufschlagung des Zersetzungsgases mit Druck erforderlich, einen großen Booster (Verdichter) mit einer Querschnittsfläche des Strömungswegs bereitzustellen, welche etwa doppelt so groß ist wie bei einer vor der Zersetzung erfolgenden Druckbeaufschlagung. Da die Leistung des Boosters für die Beaufschlagung des durch Zersetzung von Ammoniakgas erhaltenen Brenngases mit Druck im Wesentlichen proportional zum Volumendurchsatz des Gases ist, ist sie etwa doppelt so groß wie bei der Druckbeaufschlagung von Ammoniakgas vor der Zersetzung. Dies bedeutet, dass dieses Verfahren die Anlagenkosten und die Betriebskosten erhöht. Da das Ammoniak vor seiner Einbringung in die Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 mithilfe des als Pumpe fungierenden Ammoniakboosters 80 auf einen Druck gebracht wird, der höher ist als der im Gasverwertungsziel, d.h. in der Brennkammer 11b, vorherrschende Druck, kann Ammoniak im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform indessen selbst dann in das Gasverwertungsziel eingeleitet werden, wenn das Gas nach der Zersetzung von Ammoniak nicht unter Druck steht. Dementsprechend ist es im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Anlagenkosten und die Betriebskosten zu senken.
  • Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform wird die Verwendung von Wasserstoff oder Erdgas als Anfahrbrennstoff SF unterstellt. Allerdings kann als Anfahrbrennstoff SF auch ein flüssiger Brennstoff wie beispielsweise Leichtöl zur Anwendung gelangen. In diesem Fall können das behandelte Gas PG, bei dem es sich um einen gasförmigen Brennstoff handelt, und ein flüssiger Brennstoff nicht über eine gemeinsame Leitung in die Brennkammer 11b eingeleitet werden. Dementsprechend ist es in diesem Fall erforderlich, eine separate Leitung für die Zufuhr eines flüssigen Brennstoffs zur Brennkammer 11b bereitzustellen.
  • „Zweite Ausführungsform“
  • Ein Gasturbinenkraftwerk gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
  • Im Gasturbinenkraftwerk gemäß der ersten Ausführungsform gelangt beim Anfahren der Gasturbine 11 ein Anfahrbrennstoff SF wie beispielsweise Erdgas zur Anwendung, und es wird beim stationären Betrieb nach dem Anfahren lediglich das behandelte Gas PG verwendet. Demgegenüber wird im Gasturbinenkraftwerk der vorliegenden Ausführungsform das Erdgas NG nicht nur beim Anfahren, sondern auch beim stationären Betrieb verwendet. Im Gasturbinenkraftwerk der vorliegenden Ausführungsform wird das behandelte Gas PG beim stationären Betrieb indessen mit dem Erdgas NG gemischt, und wird dieses Mischgas sodann als Brennstoff verwendet.
  • Genau wie das Gasturbinenkraftwerk der ersten Ausführungsform umfasst auch das Gasturbinenkraftwerk der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6 dargestellt ist, eine Gasturbinenanlage 10, einen Abhitzekessel 20, eine Dampfturbinenanlage 30 und eine Ammoniakzersetzungsanlage 50.
  • Die Konfiguration der Gasturbinenanlage 10 der vorliegenden Ausführungsform stimmt im Wesentlichen mit der Konfiguration der Gasturbinenanlage 10 der ersten Ausführungsform überein. Die Konfiguration der Dampfturbinenanlage 30 der vorliegenden Ausführungsform stimmt im Wesentlichen mit der Konfiguration der Dampfturbinenanlage 30 der ersten Ausführungsform überein.
  • Die Konfiguration der Ammoniakzersetzungsanlage 50 der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich geringfügig von der Konfiguration der Ammoniakzersetzungsanlage 50 der ersten Ausführungsform. Genau wie die Ammoniakzersetzungsanlage 50 der ersten Ausführungsform umfasst die Ammoniakzersetzungsanlage 50 der vorliegenden Ausführungsform eine Ammoniakzuführleitung 81, einen Ammoniakbooster 80, eine Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51, eine Ammoniakentfernungsvorrichtung 61, und eine Zuführleitung für behandeltes Gas 82. Die Ammoniakzersetzungsanlage 50 der vorliegenden Ausführungsform umfasst weiterhin einen Mischer 89, welcher das durch die Zuführleitung für behandeltes Gas 82 strömende behandelte Gas PG mit einem Hauptbrennstoff, bei dem es sich um Erdgas NG handelt, vermischt. Die Zuführleitung für behandeltes Gas 82 und eine Hauptbrennstoffleitung 17, durch welche ein Hauptbrennstoff in Form von Erdgas NG strömt, sind mit dem Mischer 89 verbunden. Darüber hinaus ist ein Ende der Brennstoffleitung 12, durch welche ein Mischgasbrennstoff MG strömt, in dem behandeltes Gas PG und Erdgas NG miteinander vermischt sind, mit dem Mischer 89 verbunden. Genau wie im Rahmen der ersten Ausführungsform ist das andere Ende der Brennstoffleitung 12 mit der Brennkammer 11b verbunden. Dies bedeutet, dass die Konfiguration der Ammoniakzersetzungsanlage 50 der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen mit der Konfiguration der Ammoniakzersetzungsanlage 50 der ersten Ausführungsform übereinstimmt, mit Ausnahme dessen, dass der Ammoniakzersetzungsanlage 50 der ersten Ausführungsform der Mischer 89 hinzugefügt worden ist.
  • Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass die Wasserstoffkonzentration im Mischgasbrennstoff MG etwa 20 Mol% beträgt. Da der molare Heizwert von Wasserstoff geringer ist als jener von Erdgas NG, beträgt im Falle einer Wasserstoffkonzentration im Mischgasbrennstoff MG von etwa 20 Mol% das Verhältnis aus dem Heizwert von Wasserstoff zum Heizwert des Mischgasbrennstoffs MG etwa 7%. Der größte Teil des im Mischgasbrennstoff MG enthaltenen Wasserstoffs ist Wasserstoff, welcher im behandelten Gas PG enthalten ist. Die Brennkammer 11b der vorliegenden Ausführungsform weist selbst im Falle der Verwendung eines etwa 20 Mol% an Wasserstoff enthaltenden Gasbrennstoffs eine stabile und entflammbare Struktur auf.
  • Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform wird das Erdgas NG selbst im Falle eines stationären Betriebs als Teil des Brennstoffs verwendet. Dementsprechend ist die beim stationären Betrieb verbrauchte Menge des aus der Ammoniakzersetzung erhaltenen Wasserstoffs im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform geringer als im Rahmen der ersten Ausführungsform. Infolgedessen ist die beim stationären Betrieb verbrauchte Menge an flüssigem Ammoniak im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform geringer als im Rahmen der ersten Ausführungsform.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, stimmt die Konfiguration der Ammoniakzersetzungsanlage 50 der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen mit der Konfiguration der Ammoniakzersetzungsanlage 50 der ersten Ausführungsform überein, mit Ausnahme dessen, dass der Ammoniakzersetzungsanlage 50 der ersten Ausführungsform der Mischer 89 hinzugefügt worden ist. Dementsprechend stimmt der Betrieb der Ammoniakzersetzungsanlage 50 der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen mit dem unter Bezugnahme auf das Fließschema gemäß 3 beschriebenen Betrieb der Ammoniakzersetzungsanlage 50 der ersten Ausführungsform überein. Da die beim stationären Betrieb verbrauchte Menge an flüssigem Ammoniak im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform geringer ist als im Rahmen der ersten Ausführungsform, sind die Kapazität und die Verarbeitungskapazität einer jeden die Ammoniakzersetzungsanlage 50 konstituierenden Vorrichtung indessen geringer als die Kapazität und die Verarbeitungskapazität einer jeden die Ammoniakzersetzungsanlage 50 der ersten Ausführungsform konstituierenden Vorrichtung. Insbesondere sind beispielsweise die Kapazitäten des Ammoniakbehälters T, des Ammoniakzersetzers 53, des Ammoniakabscheiders 72 und dergleichen geringer als jene der ersten Ausführungsform.
  • Dementsprechend ist die Menge an Wasserdampf, welche für den Ammoniakzersetzer 53 der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 und den Ammoniakabscheider 72 der Ammoniakentfernungsvorrichtung 61 benötigt wird, im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform geringer als im Rahmen der ersten Ausführungsform. Dementsprechend unterscheidet sich die Konfiguration eines Wasserdampf erzeugenden Abhitzekessels 20a der vorliegenden Ausführungsform von der Konfiguration des Abhitzekessels 20 der ersten Ausführungsform. Darüber hinaus unterscheidet sich auch die Konfiguration einer Wasserdampf führenden Leitung der vorliegenden Ausführungsform von der Konfiguration einer Wasserdampf führenden Leitung der ersten Ausführungsform.
  • Genau wie im Rahmen der ersten Ausführungsform umfasst der Abhitzekessel 20a der vorliegenden Ausführungsform ein Niederdruckdampferzeugungssystem 22, ein Mitteldruckdampferzeugungssystem 23 und ein Hochdruckdampferzeugungssystem 27. Darüber hinaus umfasst der Abhitzekessel 20a der vorliegenden Ausführungsform ein Zwischendampfsystem 25. Demgegenüber umfasst der Abhitzekessel 20a der vorliegenden Ausführungsform kein eigenes Hochdruckdampferzeugungssystem, welches Dampf erzeugt, der zum Ammoniakzersetzer 53 der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 geleitet wird, d.h. das erste Hochdruckdampferzeugungssystem 26 der ersten Ausführungsform.
  • Genau wie im Rahmen der ersten Ausführungsform umfasst das Niederdruckdampferzeugungssystem 22 der vorliegenden Ausführungsform einen Economiser 22a, einen Verdampfer 22b und einen Überhitzer 22c. Genau wie im Rahmen der ersten Ausführungsform umfassen darüber hinaus auch das Mitteldruckdampferzeugungssystem 23 und das Hochdruckdampferzeugungssystem 27 der vorliegenden Ausführungsform einen Economiser, einen Verdampfer und einen Überhitzer. Das Zwischendampfsystem 25 der vorliegenden Ausführungsform umfasst lediglich einen Zwischenerhitzer, welcher Dampf mithilfe des Abgases EG überhitzt.
  • Genau wie im Rahmen der ersten Ausführungsform sind der Überhitzer des Hochdruckdampferzeugungssystems 27 und der Dampfeinlass der Hochdruckdampfturbine 33 über die Hochdruckdampfleitung 43 miteinander verbunden. Der Dampfauslass der Hochdruckdampfturbine 33 und der Dampfeinlass des Zwischenerhitzers des Zwischendampfsystems 25 sind über eine Hochdruckabdampfleitung 44a miteinander verbunden. Der Überhitzer des Mitteldruckdampferzeugungssystems 23 und der Dampfeinlass des Zwischenerhitzers des Zwischendampfsystems 25 sind über eine Mitteldruckdampfleitung 42a miteinander verbunden. Der Dampfauslass des Zwischenerhitzers des Zwischendampfsystems 25 und der Dampfeinlass der Mitteldruckdampfturbine 32 sind über eine Zwischendampfleitung 46 miteinander verbunden. Genau wie im Rahmen der ersten Ausführungsform sind der Überhitzer 22c des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 und der Dampfeinlass der Niederdruckdampfturbine 31 über die Niederdruckdampfleitung 41 miteinander verbunden. Genau wie im Rahmen der ersten Ausführungsform ist darüber hinaus der Dampfeinlass der Niederdruckdampfturbine 31 über die Mitteldruckabdampfleitung 45 mit dem Dampfauslass der Mitteldruckdampfturbine 32 verbunden. Genau wie im Rahmen der ersten Ausführungsform ist der vorstehend beschriebene Dampfkondensator 35 mit dem Dampfauslass der Niederdruckdampfturbine 31 verbunden. Der Dampfkondensator 35 und der Economiser 22a des Niederdruckdampferzeugungssystems 22 sind über die Wasserzuführleitung 47 miteinander verbunden. Die Kondensatpumpe 36 ist an der Wasserzuführleitung 47 bereitgestellt.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, stimmen die Konfiguration des Abhitzekessels 20a der vorliegenden Ausführungsform und die Konfiguration der mit dem Abhitzekessel 20a verbundenen Leitung im Wesentlichen mit der Konfiguration des typischen erdgasbefeuerten Gasturbinen-Kombikraftwerks überein.
  • Ein Ende einer ersten Heizmediumleitung 85a, durch welche als erstes Heizmedium M1 fungierender Dampf zum Ammoniakzersetzer 53 der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 geleitet wird, ist mit der Hochdruckdampfleitung 43 verbunden. Das andere Ende der ersten Heizmediumleitung 85a ist mit dem Ammoniakzersetzer 53 der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 verbunden. Dies bedeutet, dass der Ammoniakzersetzer 53 der vorliegenden Ausführungsform einen Teil des im Hochdruckdampferzeugungssystem 27 erzeugten Hochdruckdampfes HS als erstes Heizmedium M1 für die thermische Zersetzung von Ammoniak nutzt. Der Rest des im Hochdruckdampferzeugungssystem 27 erzeugten Hochdruckdampfes HS wird zur Hochdruckdampfturbine 33 geleitet. Eine erste Heizmediumrückgewinnungsleitung 86a verbindet den Ammoniakzersetzer 53 mit der Mitteldruckdampfleitung 42a. Die erste Heizmediumrückgewinnungsleitung 86 leitet den Hochdruckdampf HS nach seiner Verwendung im Ammoniakzersetzer 53 in die Mitteldruckdampfleitung 42a.
  • Genau wie im Rahmen der ersten Ausführungsform ist ein Ende der zweiten Heizmediumleitung 87, durch welche als zweites Heizmedium M2 fungierender Dampf zum Ammoniakabscheider 72 der Ammoniakentfernungsvorrichtung 61 geleitet wird, mit der Mitteldruckdampfleitung 42a verbunden. Das andere Ende der zweiten Heizmediumleitung 87 ist mit dem Ammoniakabscheider 72 verbunden. Dies bedeutet, dass der Ammoniakzersetzer 53 der vorliegenden Ausführungsform einen Teil des im Mitteldruckdampferzeugungssystem 23 erzeugten Mitteldruckdampfes IS als zweites Heizmedium M2 nutzt, um hiermit Wasser zu erwärmen. Der Rest des im Mitteldruckdampferzeugungssystem 23 erzeugten Mitteldruckdampfes IS wird zum Zwischendampfsystem 25 geleitet. Genau wie im Rahmen der ersten Ausführungsform verbindet die zweite Heizmediumrückgewinnungsleitung 88 den Ammoniakabscheider 72 mit dem Sauganschluss an der Mitteldruckpumpe 24 des Abhitzekessels 20a. Im Ammoniakabscheider 72 leitet die zweite Heizmediumrückgewinnungsleitung 88 Warmwasser, welches durch Kondensation des Mitteldruckdampfes IS erzeugt worden ist und dessen Wärme mit Wasser ausgetauscht wird, zur Mitteldruckpumpe 24.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, umfasst auch die Ammoniakzersetzungsanlage 50 der vorliegenden Ausführungsform neben der eine thermische Zersetzung von Ammoniak bewirkenden Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 eine Ammoniakentfernungsvorrichtung 61, welche das Restammoniak aus dem von der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 erzeugten und Wasserstoff, Stickstoff und Restammoniak enthaltenden Zersetzungsgas DG entfernt. Dementsprechend ist es auch im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Konzentration an Restammoniak in dem zum Gasverwertungsziel geleiteten Gas zu reduzieren. Dementsprechend ist es im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Konzentration an NOx im Abgas EG zu reduzieren, welches durch Verbrennung des Brennstoffs in der als Gasverwertungsziel fungierenden Brennkammer 11b erzeugt wird. Da in der als Gasverwertungsziel fungierenden Brennkammer 11b der Mischgasbrennstoff MG verbrannt wird, in welchem ein kohlenstofffreier Brennstoff und Erdgas NG miteinander vermischt sind, ist es im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform darüber hinaus möglich, die Menge an CO2 in dem durch Verbrennung des Mischgasbrennstoffs MG erzeugten Abgas EG zu reduzieren.
  • Da das Ammoniak vor seiner Einbringung in die Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 mithilfe des Ammoniakboosters 80 auf einen Druck gebracht wird, der höher ist als der im Gasverwertungsziel, d.h. in der Brennkammer 11b, vorherrschende Druck, kann Ammoniak darüber hinaus auch im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform, genau wie im Rahmen der ersten Ausführungsform, selbst dann in das Gasverwertungsziel eingeleitet werden, wenn das Gas nach der Zersetzung von Ammoniak nicht unter Druck steht. Dementsprechend ist es auch im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Anlagenkosten und die Betriebskosten zu senken.
  • Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform ist die in der Ammoniakzersetzungsanlage 50 verwendete Menge an Dampf innerhalb der Menge des im Abhitzekessel 20a erzeugten Dampfes geringer als im Rahmen der ersten Ausführungsform. Mit anderen Worten ist im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform die in der Dampfturbinenanlage 30 verwendete Menge an Dampf innerhalb der Menge des im Abhitzekessel 20a erzeugten Dampfes größer als im Rahmen der ersten Ausführungsform. Dementsprechend ist es im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Leistung der Dampfturbinen 31, 32 und 33 in stärkerem Ausmaß zu erhöhen als im Rahmen der ersten Ausführungsform.
  • Da der Abhitzekessel 20a der vorliegenden Ausführungsform kein eigenes Hochdruckdampferzeugungssystem umfasst, welches Dampf erzeugt, der zum Ammoniakzersetzer 53 der Ammoniakzersetzungsvorrichtung 51 geleitet wird, kann der Modifizierungsbereich des Abhitzekessels selbst im Falle einer Einbringung der Ammoniakzersetzungsanlage 50 in ein bestehendes Gasturbinen-Kombikraftwerk minimiert werden. Dementsprechend werden in diesem Fall, d.h. im Falle einer Verwendung der Kraftwerkskonfiguration der vorliegenden Ausführungsform, die für eine Verbesserung des Kraftwerks erforderlichen Kosten in stärkerem Ausmaß gesenkt als im Falle einer Verwendung der Kraftwerkskonfiguration der ersten Ausführungsform.
  • „Modifizierungsbeispiel“
  • Im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind der Gasturbinenrotor 11d und der Dampfturbinenrotor 34 miteinander verbunden. Allerdings können der Gasturbinenrotor 11d und der Dampfturbinenrotor 34 auch nicht miteinander verbunden sein. In diesem Fall ist jeweils ein Generator mit dem Gasturbinenrotor 11d und dem Dampfturbinenrotor 34 verbunden.
  • Die Dampfturbinenanlage 30 in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen umfasst drei Arten von Dampfturbinen 31, 32 und 33, in welchen sich die Einlassdampfdrücke voneinander unterscheiden. Allerdings kann die Dampfturbinenanlage auch nur eine Art von Dampfturbine als Dampfturbine umfassen. In diesem Fall muss das Dampferzeugungssystem des Abhitzekessels lediglich eine Art von Dampferzeugungssystem als Dampferzeugungssystem umfassen, welches Dampf zum Antreiben der Dampfturbine erzeugt.
  • Im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich bei dem zum Ammoniakzersetzer 53 geführten Heizmedium um Wasserdampf aus den Abhitzekesseln 20 und 20a. Allerdings kann auch ein beliebiges anderes Medium verwendet werden, solange die beim Antreiben der Gasturbine 11 erzeugte Wärme genutzt wird. So kann beispielsweise das der Gasturbine 11 entstammende Abgas EG als Heizmedium verwendet werden, welches zum Ammoniakzersetzer 53 geführt wird. In diesem Fall ergibt sich der Vorteil, dass Wärme mit einem Abgas ausgetauscht werden kann, welches eine höhere Temperatur besitzt als Wasserdampf. Da das Abgas EG eine geringere Wärmekapazität als unter hohem Druck stehender Wasserdampf aufweist, ergibt sich in diesem Fall allerdings der Nachteil, dass sich der erforderliche Volumendurchsatz des Abgases EG erhöht und die Vorrichtung in ihrer Gesamtheit eine erhebliche Größe erreicht.
  • Im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gelangt als Verfahren zur Entfernung von Ammoniak aus dem Zersetzungsgas DG ein Verfahren zur Anwendung, in welchem das Zersetzungsgas DG in der Absorptionskolonne 64 mit Wasser in Kontakt gebracht wird. Allerdings kann als Verfahren zur Entfernung von Ammoniak aus dem Zersetzungsgas DG auch ein Druckwechseladsorptionsverfahren (PSA-Verfahren) zur Anwendung gelangen. Beim Druckwechseladsorptionsverfahren handelt es sich um ein Trockenverfahren. Allerdings ist es im Rahmen dieses Verfahrens erforderlich, auf die Druckschwankung beim Wechsel zwischen Absorption und Desorption zu achten.
  • Im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann der Wassererhitzer 77 außerhalb der Trennkolonne 75 des Ammoniakabscheiders 72 angeordnet sein. Dies bedeutet, dass im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen das im unteren Teil der Trennkolonne 75 angesammelte Wasser nach außen gesaugt und dieses Wasser mithilfe des Wassererhitzers 77 erwärmt wird. Allerdings kann der Wassererhitzer auch innerhalb der Trennkolonne 75 des Ammoniakabscheiders 72 angeordnet sein.
  • Im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich bei dem im Wassererhitzer 77 des Ammoniakabscheiders 72 verwendeten, Wasser erwärmenden zweiten Heizmedium M2 um ein Medium, welches mithilfe der beim Antreiben der Gasturbine 11 erzeugten Wärme erwärmt wird, nämlich den Mitteldruckdampf IS. Allerdings kann es sich bei dem im Wassererhitzer 77 verwendeten, Wasser erwärmenden zweiten Heizmedium M2 beispielsweise auch um das Zersetzungsgas DG handeln.
  • Im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Kondensator 78 außerhalb der Trennkolonne 75 des Ammoniakabscheiders 72 angeordnet. Dies bedeutet, dass im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen das in der Trennkolonne 75 befindliche Gas nach außen gesaugt und ein Teil des Gases mithilfe des Kondensators 78 kondensiert wird. Allerdings kann der Kondensator auch im oberen Bereich der Trennkolonne 75 des Ammoniakabscheiders 72 angeordnet sein.
  • Im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gelangt in der Absorptionskolonne 64 des Ammoniakabsorbers 62 ein Füllmaterialverfahren als Gas-Flüssigkeit-Kontaktverfahren zur Anwendung. Darüber hinaus gelangt im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen in der Trennkolonne 75 des Ammoniakabscheiders 72 ein Kolonnenbodenverfahren als Gas-Flüssigkeit-Kontaktverfahren zur Anwendung. Da es auch andere Gas-Flüssigkeit-Kontaktverfahren gibt, können in der Absorptionskolonne 64 und in der Trennkolonne 75 allerdings auch andere Verfahren als Gas-Flüssigkeit-Kontaktverfahren angewendet werden. Eine Vielzahl von Verfahren, welche das Gas-Flüssigkeit-Kontaktverfahren realisieren, besitzen in Bezug auf Größe der Vorrichtung, Investitionskosten in die Vorrichtung, Wartungskosten für die Vorrichtung, Druckverlust der Vorrichtung, erforderliche Leistung der Vorrichtung, Haltbarkeit der Vorrichtung und dergleichen jeweils verschiedene Vorteile und Nachteile. Dementsprechend kann aus einer Vielzahl der ein Flüssigkeitskontaktverfahren realisierenden Verfahren entsprechend den jeweiligen Kraftwerksspezifikationen, Standortbedingungen und dergleichen ein optimales Verfahren ausgewählt werden.
  • Das Gasverwertungsziel in vorstehend beschriebener Ausführungsform ist die Brennkammer 11b. Allerdings ist das Gasverwertungsziel nicht auf die Brennkammer 11b beschränkt, sondern kann beispielsweise auch eine Brennstoffzelle sein.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Menge an Restammoniak in einem durch thermische Zersetzung von Ammoniak erzeugten Zersetzungsgas zu reduzieren. Darüber hinaus ist es gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung möglich, die Energiekosten für den Betrieb der Ammoniakzersetzungsanlage zu senken.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Gasturbinenanlage
    11
    Gasturbine
    11a
    Luftverdichter
    11b
    Brennkammer
    11c
    Turbine
    11d
    Gasturbinenrotor
    12
    Brennstoffleitung
    13
    Durchsatzmessgerät
    14
    Vorerhitzer
    15
    Brennstoffregulierventil
    16
    Anfahrbrennstoffleitung
    17
    Hauptbrennstoffleitung
    20, 20a
    Abhitzekessel
    21
    Kesselrahmen
    22
    Niederdruckdampferzeugungssystem
    22a
    Economiser
    22b
    Verdampfer
    22c
    Überhitzer
    23
    Mitteldruckdampferzeugungssystem
    24
    Mitteldruckpumpe
    25
    Zwischendampfsystem
    26
    erstes Hochdruckdampferzeugungssystem
    27
    zweites Hochdruckdampferzeugungssystem (Hochdruckdampferzeugungssystem)
    28
    Hochdruckpumpe
    29
    Schornstein
    30
    Dampfturbinenanlage
    31
    Niederdruckdampfturbine
    32
    Mitteldruckdampfturbine
    33
    Hochdruckdampfturbine
    34
    Dampfturbinenrotor
    35
    Dampfkondensator
    36
    Kondensatpumpe
    39
    Generator
    41
    Niederdruckdampfleitung
    42, 42a
    Mitteldruckdampfleitung
    43
    Hochdruckdampfleitung
    44, 44a
    Hochdruckabdampfleitung
    45
    Mitteldruckabdampfleitung
    46
    Zwischendampfleitung
    47
    Wasserzuführleitung
    T
    Ammoniakbehälter
    50
    Ammoniakzersetzungsanlage
    51
    Ammoniakzersetzungsvorrichtung
    52
    Ammoniakerhitzer
    53
    Ammoniakzersetzer
    54
    Zersetzungsgasleitung
    61
    Ammoniakentfernungsvorrichtung
    62
    Ammoniakabsorber
    63
    Zersetzungsgaskühler
    64
    Absorptionskolonne
    64p
    Füllmaterial
    64v
    Absorptionskolonnenbehälter
    65
    Wasserleitung
    66
    Wasserzuführpumpe
    67
    Wasserkühler
    72
    Ammoniakabscheider
    73
    Ammoniakwasserleitung
    74
    Ammoniakwassererhitzer
    75
    Trennkolonne
    75v
    Trennkolonnenbehälter
    75p
    Kolonnenboden
    76
    Wasserzirkulationsleitung
    77
    Wassererhitzer
    78
    Kondensator
    79
    Wasserrückgewinnungsleitung
    80
    Ammoniakbooster
    81
    Ammoniakzuführleitung
    82
    Zuführleitung für behandeltes Gas
    83
    Ammoniakrückgewinnungsleitung
    84
    Ammoniakverdichter
    85, 85a
    erste Heizmediumleitung (Heizmediumleitung)
    86, 86a
    erste Heizmediumrückgewinnungsleitung
    87
    zweite Heizmediumleitung
    88
    zweite Heizmediumrückgewinnungsleitung
    89
    Mischer
    EG
    Abgas
    LS
    Niederdruckdampf
    IS
    Mitteldruckdampf
    RS
    Zwischendampf
    HS
    Hochdruckdampf
    HS1
    erster Hochdruckdampf
    HS2
    zweiter Hochdruckdampf
    M1
    erstes Heizmedium
    M2
    zweites Heizmedium
    DG
    Zersetzungsgas
    SF
    Anfahrbrennstoff
    PG
    behandeltes Gas
    MG
    Mischgasbrennstoff
    NG
    Erdgas
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Claims (16)

  1. Ammoniakzersetzungsanlage, umfassend: eine Heizmediumleitung, welche derart konzipiert ist, dass sie von einem Heizmedium durchströmt wird, das mithilfe der von einer Gasturbine erzeugten Wärme erwärmt wird; eine Ammoniakzuführleitung, welche derart konzipiert ist, dass sie von Ammoniak durchströmt wird; eine Ammoniakzersetzungsvorrichtung, welche mit der Heizmediumleitung und der Ammoniakzuführleitung verbunden und derart konzipiert ist, dass sie die Wärme des Heizmediums aus der Heizmediumleitung nutzt, das Ammoniak aus der Ammoniakzuführleitung thermisch zersetzt, und ein Wasserstoff, Stickstoff und Restammoniak enthaltendes Zersetzungsgas erzeugt; eine Ammoniakentfernungsvorrichtung, welche derart konzipiert ist, dass sie das im Zersetzungsgas aus der Ammoniakzersetzungsvorrichtung enthaltene Restammoniak entfernt; und eine Zuführleitung für behandeltes Gas, welche derart konzipiert ist, dass sie ein behandeltes Gas, bei dem es sich um ein Zersetzungsgas handelt, aus welchem das Restammoniak mithilfe der Ammoniakentfernungsvorrichtung entfernt worden ist, zu einem Gasverwertungsziel leitet.
  2. Ammoniakzersetzungsanlage gemäß Anspruch 1, umfassend eine Ammoniakrückgewinnungsleitung, welche mit der Ammoniakentfernungsvorrichtung verbunden und derart konzipiert ist, dass sie das mithilfe der Ammoniakentfernungsvorrichtung entfernte Restammoniak zur Ammoniakzuführleitung leitet.
  3. Ammoniakzersetzungsanlage gemäß Anspruch 1 oder 2, umfassend einen Ammoniakbooster, welcher an der Ammoniakzuführleitung bereitgestellt und derart konzipiert ist, dass er das durch die Ammoniakzuführleitung strömende Ammoniak auf einen Druck bringt, der höher ist als der im Gasverwertungsziel vorherrschende Druck.
  4. Ammoniakzersetzungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ammoniakentfernungsvorrichtung einen Ammoniakabsorber und einen Ammoniakabscheider umfasst, wobei der Ammoniakabsorber derart konzipiert ist, dass er das aus der Ammoniakzersetzungsvorrichtung erhaltene Zersetzungsgas mit Wasser in Kontakt bringt, das im Zersetzungsgas enthaltene Restammoniak im Wasser löst, und das behandelte Zersetzungsgas ausstößt, wobei der Ammoniakabscheider eine Trennkolonne und einen Wassererhitzer umfasst, wobei die Trennkolonne derart konzipiert ist, dass Ammoniakwasser, bei dem es sich um das Wasser handelt, in welchem sich das Restammoniak gelöst hat, mit Wasserdampf in Kontakt gebracht wird, das Ammoniakwasser erwärmt wird, und Ammoniak aus dem Ammoniakwasser abgetrennt wird, und wobei der Wassererhitzer derart konzipiert ist, dass er Wasser, das durch Abtrennen von Ammoniak aus dem Ammoniakwasser erhalten worden ist, erwärmt und hierbei Wasserdampf bildet, und den Wasserdampf sodann zur Trennkolonne zurückführt.
  5. Ammoniakzersetzungsanlage gemäß Anspruch 4, weiterhin umfassend neben einer als Heizmediumleitung fungierenden ersten Heizmediumleitung eine zweite Heizmediumleitung, welche derart konzipiert ist, dass sie von einem Heizmedium durchströmt wird, das mithilfe der von der Gasturbine erzeugten Wärme erwärmt wird, wobei es sich bei dem Wassererhitzer um einen Wärmetauscher handelt, welcher derart konzipiert ist, dass er Wärme zwischen Wasser, das durch Abtrennen von Ammoniak aus dem Ammoniakwasser erhalten worden ist, und dem Heizmedium aus der zweiten Heizmediumleitung austauscht und hierbei das Wasser in Wasserdampf überführt.
  6. Gasturbinenkraftwerk, umfassend: die Ammoniakzersetzungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5; und eine Gasturbine, wobei die Gasturbine einen Luftverdichter, welcher derart konzipiert ist, dass er Luft verdichtet und hierbei verdichtete Luft erzeugt, eine Brennkammer, welche derart konzipiert ist, dass sie einen Brennstoff in der verdichteten Luft verbrennt und hierbei ein Verbrennungsgas erzeugt, und eine Turbine, welche derart konzipiert ist, dass sie von dem Verbrennungsgas angetrieben wird, umfasst, und wobei die Zuführleitung für behandeltes Gas derart konzipiert ist, dass sie das behandelte Gas zur Brennkammer leitet und die Brennkammer als Gasverwertungsziel genutzt wird.
  7. Gasturbinenkraftwerk, umfassend: die Ammoniakzersetzungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5; eine Gasturbine; und einen Abhitzekessel, welcher derart konzipiert ist, dass er mithilfe der Wärme eines von der Gasturbine ausgestoßenen Abgases Dampf erzeugt, wobei die Heizmediumleitung mit dem Abhitzekessel verbunden und derart konzipiert ist, dass sie den von dem Abhitzekessel erzeugten Dampf als Heizmedium zur Ammoniakzersetzungsvorrichtung leitet.
  8. Gasturbinenkraftwerk, umfassend: die Ammoniakzersetzungsanlage gemäß Anspruch 5; eine Gasturbine; und einen Abhitzekessel, welcher derart konzipiert ist, dass er mithilfe der Wärme eines von der Gasturbine ausgestoßenen Abgases Dampf erzeugt, wobei die zweite Heizmediumleitung mit dem Abhitzekessel verbunden und derart konzipiert ist, dass sie den vom Abhitzekessel erzeugten Dampf als Heizmedium zum Wassererhitzer leitet.
  9. Gasturbinenkraftwerk gemäß Anspruch 8, wobei die erste Heizmediumleitung mit dem Abhitzekessel verbunden und derart konzipiert ist, dass sie den vom Abhitzekessel erzeugten Dampf als Heizmedium zur Ammoniakzersetzungsvorrichtung leitet.
  10. Ammoniakzersetzungsverfahren, umfassend das Ausführen: eines Ammoniakzersetzungsprozesses, in welchem Ammoniak in einer Ammoniakzersetzungsvorrichtung unter Nutzung der Wärme eines Heizmediums, das mithilfe der von einer Gasturbine erzeugten Wärme erwärmt worden ist, thermisch zersetzt wird und ein Wasserstoff, Stickstoff und Restammoniak enthaltendes Zersetzungsgas erzeugt wird; eines Ammoniakentfernungsprozesses, in welchem das im Zersetzungsgas enthaltene Restammoniak entfernt wird; und eines Prozesses der Zuführung von behandeltem Gas, in welchem ein behandeltes Gas, bei dem es sich um ein Zersetzungsgas handelt, aus welchem das Restammoniak im Rahmen des Ammoniakentfernungsprozesses entfernt worden ist, zu einem Gasverwertungsziel geleitet wird.
  11. Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß Anspruch 10, wobei ein Ammoniakrückgewinnungsprozess ausgeführt wird, in welchem das im Rahmen des Ammoniakentfernungsprozesses entfernte Restammoniak mit Ammoniak vermischt wird, bevor es im Rahmen des Ammoniakzersetzungsprozesses thermisch zersetzt wird.
  12. Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei ein Ammoniakzuführprozess ausgeführt wird, in welchem das Ammoniak vor seiner thermischen Zersetzung im Rahmen des Ammoniakzersetzungsprozesses auf einen Druck gebracht wird, der höher ist als der im Gasverwertungsziel vorherrschende Druck, und das mit Druck beaufschlagte Ammoniak sodann der Ammoniakzersetzungsvorrichtung zugeführt wird.
  13. Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Ammoniakentfernungsprozess einen Ammoniakabsorptionsprozess und einen Ammoniakabscheidungsprozess umfasst, wobei im Rahmen des Ammoniakabsorptionsprozesses das durch Ausführen des Ammoniakzersetzungsprozesses erhaltene Zersetzungsgas mit Wasser in Kontakt gebracht wird, das im Zersetzungsgas enthaltene Restammoniak in Wasser gelöst wird, und das behandelte Zersetzungsgas abgeführt wird, wobei der Ammoniakabscheidungsprozess einen Abscheidungsdurchführungsprozess und einen Wassererwärmungsprozess umfasst, wobei im Rahmen des Abscheidungsdurchführungsprozesses Ammoniakwasser, bei dem es sich um Wasser handelt, in welchem sich das Restammoniak gelöst hat, mit Wasserdampf in Kontakt gebracht wird, und Ammoniak verdampft und aus dem Ammoniakwasser abgetrennt wird, und wobei im Rahmen des Wassererwärmungsprozesses Wasser, das durch Abtrennen von Ammoniak aus dem Ammoniakwasser erhalten worden ist, erwärmt wird und hierbei Wasserdampf bildet, welcher im Rahmen des Abscheidungsdurchführungsprozesses genutzt wird.
  14. Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß Anspruch 13, wobei im Rahmen des Wassererwärmungsprozesses Wärme zwischen dem Wasser, das durch Abtrennen von Ammoniak aus dem Ammoniakwasser erhalten worden ist, und einem Heizmedium, das mithilfe der von der Gasturbine erzeugten Wärme erwärmt wird, ausgetauscht wird und das Wasser erwärmt wird.
  15. Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei im Rahmen des Prozesses der Zuführung von behandeltem Gas das behandelte Gas zu einer Brennkammer geleitet und die Brennkammer der Gasturbine als Gasverwertungsziel genutzt wird.
  16. Ammoniakzersetzungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Konzentration an Restammoniak im behandelten Gas auf eine Konzentration eingestellt wird, bei welcher die Konzentration an Stickoxiden in einem von der Gasturbine ausgestoßenen Abgas geringer ist als eine Sollkonzentration.
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