JP2002122030A - 電力と水素の併産設備 - Google Patents
電力と水素の併産設備Info
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- JP2002122030A JP2002122030A JP2000315782A JP2000315782A JP2002122030A JP 2002122030 A JP2002122030 A JP 2002122030A JP 2000315782 A JP2000315782 A JP 2000315782A JP 2000315782 A JP2000315782 A JP 2000315782A JP 2002122030 A JP2002122030 A JP 2002122030A
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- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンと水蒸気改質法を併用し、ガス
タービン駆動後の排ガスの熱エネルギーを有効活用する
と共に、熱エネルギー回収後の残ガスも有効活用できる
電力と水素の併産設備を提供する。 【解決手投】 ガスタービンによる発電と水蒸気改質に
よる水素生産とを併用する様に構成した電力と水素の併
産設備において、2を超える空気比でガスタービンによ
り発電を行い、その排気ガスの熱エネルギーを利用し、
熱交換器で前記水蒸気改質用の水蒸気を得た後、該熱交
換器を通った後のガスを、水蒸気改質に用いる改質管用
バーナーの支燃ガスとして用いる。
タービン駆動後の排ガスの熱エネルギーを有効活用する
と共に、熱エネルギー回収後の残ガスも有効活用できる
電力と水素の併産設備を提供する。 【解決手投】 ガスタービンによる発電と水蒸気改質に
よる水素生産とを併用する様に構成した電力と水素の併
産設備において、2を超える空気比でガスタービンによ
り発電を行い、その排気ガスの熱エネルギーを利用し、
熱交換器で前記水蒸気改質用の水蒸気を得た後、該熱交
換器を通った後のガスを、水蒸気改質に用いる改質管用
バーナーの支燃ガスとして用いる。
Description
【０００１】
【０００２】本発明は、電力と水素の併産設備に関する
ものであり、より詳細には、ガスタービンを用いた発電
と、水蒸気改質法を用いた水素生産とを並行して実施で
きる設備の改良に関するものである。
ものであり、より詳細には、ガスタービンを用いた発電
と、水蒸気改質法を用いた水素生産とを並行して実施で
きる設備の改良に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】電力の生産は大規模集中型生産が一般的
に行われてきたが、近年では病院やビルの補助電源とし
て小規模分散型発電による電力の生産が注目されてい
る。
に行われてきたが、近年では病院やビルの補助電源とし
て小規模分散型発電による電力の生産が注目されてい
る。
【０００４】この小規模分散型発電の主流は、ガスター
ビン、ガスエンジン、燃料電池などを用いた設備にある
が、こうした設備では、大規模集中型発電と比べると発
電効率が悪くなるという別の問題が生じる。そこで、発
電時に生じる排熱（熱エネルギー）を有効活用し、トー
タルで生産効率を向上させるコージェネレーション設備
に関する研究がなされている。
ビン、ガスエンジン、燃料電池などを用いた設備にある
が、こうした設備では、大規模集中型発電と比べると発
電効率が悪くなるという別の問題が生じる。そこで、発
電時に生じる排熱（熱エネルギー）を有効活用し、トー
タルで生産効率を向上させるコージェネレーション設備
に関する研究がなされている。
【０００５】一方、水素は、近年燃料電池のエネルギー
源として注目されている物質であり、一般的に大規模集
中型生産されている。しかしながら、輸送時の安全性の
問題や、圧縮効率が悪く輸送効率が悪いなどの問題か
ら、小規模分散型の生産が注目されている。
源として注目されている物質であり、一般的に大規模集
中型生産されている。しかしながら、輸送時の安全性の
問題や、圧縮効率が悪く輸送効率が悪いなどの問題か
ら、小規模分散型の生産が注目されている。
【０００６】小規模分散型の水素の生産方法としては、
水蒸気改質法があり、都市ガスなどの炭化水素燃料と水
蒸気から水素を生産することができる。しかしながら、
水蒸気改質法では、多量の高温水蒸気を必要とするの
で、水蒸気を供給するための熱エネルギー源が必要とな
る。よって、該水蒸気の製造コストが最終製品である水
素のコストに大きく影響を与えている。
水蒸気改質法があり、都市ガスなどの炭化水素燃料と水
蒸気から水素を生産することができる。しかしながら、
水蒸気改質法では、多量の高温水蒸気を必要とするの
で、水蒸気を供給するための熱エネルギー源が必要とな
る。よって、該水蒸気の製造コストが最終製品である水
素のコストに大きく影響を与えている。
【０００７】そこで、小規模分散型発電の一例であるガ
スタービンと、小規模分散型水素生産方法の一例である
水蒸気改質法とを併用した、電力と水素の併産設備とし
て、電力生産時に生じる排熱を、水蒸気改質法で必要と
なる水蒸気を製造する際の加熱源として利用する方法が
提案されている。
スタービンと、小規模分散型水素生産方法の一例である
水蒸気改質法とを併用した、電力と水素の併産設備とし
て、電力生産時に生じる排熱を、水蒸気改質法で必要と
なる水蒸気を製造する際の加熱源として利用する方法が
提案されている。
【０００８】ガスタービンと水蒸気改質法を組み合わせ
たものとして、例えば、米国特許5,229,102号公報、特
開平2-207144号、特開平8-260914号などの技術が提案さ
れている。
たものとして、例えば、米国特許5,229,102号公報、特
開平2-207144号、特開平8-260914号などの技術が提案さ
れている。
【０００９】このうち、米国特許5,229,102号公報に
は、水蒸気改質法に使用する水蒸気改質反応管内に水素
透過用セラミック膜を組込み、該反応管に炭化水素を供
給することによって、生成した水素を選択的に透過させ
る改質器が開示されている。これにより、生成した水素
を系外に取り除くことで、水素生成反応を平衡的制約を
上回るまで進めることができる。こうした構成を採用す
ることによって、従来の改質器では750〜880℃必要であ
ったのに対し、より低温（300〜700℃）で水素に改質す
ることができるのである。また、同公報には、水蒸気改
質反応の熱源として、ガスエンジンやガスタービンから
の排ガス中の熱エネルギーを利用できることが開示され
ている。
は、水蒸気改質法に使用する水蒸気改質反応管内に水素
透過用セラミック膜を組込み、該反応管に炭化水素を供
給することによって、生成した水素を選択的に透過させ
る改質器が開示されている。これにより、生成した水素
を系外に取り除くことで、水素生成反応を平衡的制約を
上回るまで進めることができる。こうした構成を採用す
ることによって、従来の改質器では750〜880℃必要であ
ったのに対し、より低温（300〜700℃）で水素に改質す
ることができるのである。また、同公報には、水蒸気改
質反応の熱源として、ガスエンジンやガスタービンから
の排ガス中の熱エネルギーを利用できることが開示され
ている。
【００１０】また、特開平2-207144号には、ガスタービ
ンからの排ガスが有する熱エネルギーで、ガスタービン
に供給される燃焼空気を加熱すると共に、排ガス中の熱
エネルギーを用いて水蒸気を発生させ、この水蒸気とメ
タノールから水素を回収する方法が提案されている。
ンからの排ガスが有する熱エネルギーで、ガスタービン
に供給される燃焼空気を加熱すると共に、排ガス中の熱
エネルギーを用いて水蒸気を発生させ、この水蒸気とメ
タノールから水素を回収する方法が提案されている。
【００１１】一方、特開平8-260914号には、ガスタービ
ンから出る高温・高圧の排ガスを水素分離透過膜を有す
る改質装置の加熱源として用い、炭化水素を水蒸気改質
させて高純度水素を製造し、得られた高純度水素を燃料
電池に供給して発電する方法が提案されている。尚、こ
の技術では前記改質装置を加熱した後の排ガスを用いた
低圧ガスタービンにより発電することも提案されてい
る。
ンから出る高温・高圧の排ガスを水素分離透過膜を有す
る改質装置の加熱源として用い、炭化水素を水蒸気改質
させて高純度水素を製造し、得られた高純度水素を燃料
電池に供給して発電する方法が提案されている。尚、こ
の技術では前記改質装置を加熱した後の排ガスを用いた
低圧ガスタービンにより発電することも提案されてい
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述した各方法では、
電力と水素の併産設備として、総合的な発電効率やコス
ト削減に対しては効果的であるものの、夫々下記の様な
問題がある。前記米国特許5,229,102号公報や特開平8-2
60914号の技術では、水蒸気改質法で用いる水蒸気改質
管内に水素分離透過膜を有するものでしか用いることが
できず、特に、前者の技術では、メタノールを300℃程
度の低温で改質する場合に限られてしまい汎用性が少な
い。また、特開平8-260914号の技術では、改質装置を加
熱した後の排ガスで低圧ガスタービンを駆動し、更なる
発電をしているが、低圧タービンを駆動できるだけの最
低限の圧力が達成されない場合には、この方法は実施で
きない。
電力と水素の併産設備として、総合的な発電効率やコス
ト削減に対しては効果的であるものの、夫々下記の様な
問題がある。前記米国特許5,229,102号公報や特開平8-2
60914号の技術では、水蒸気改質法で用いる水蒸気改質
管内に水素分離透過膜を有するものでしか用いることが
できず、特に、前者の技術では、メタノールを300℃程
度の低温で改質する場合に限られてしまい汎用性が少な
い。また、特開平8-260914号の技術では、改質装置を加
熱した後の排ガスで低圧ガスタービンを駆動し、更なる
発電をしているが、低圧タービンを駆動できるだけの最
低限の圧力が達成されない場合には、この方法は実施で
きない。
【００１３】上記の様に、ガスタービンからの排ガスの
熱エネルギーの利用に関しては、考慮されているもの
の、利用後の排ガスは大気中に放出される。つまり、ガ
スタービンを高温・高圧で駆動する際には、それに応じ
た空気量が必要となり、それに応じてNOxが生成し、最
終的に大気中に放出されるNOx量が増加する。
熱エネルギーの利用に関しては、考慮されているもの
の、利用後の排ガスは大気中に放出される。つまり、ガ
スタービンを高温・高圧で駆動する際には、それに応じ
た空気量が必要となり、それに応じてNOxが生成し、最
終的に大気中に放出されるNOx量が増加する。
【００１４】本発明は、この様な状況に鑑みてなされた
ものであり、ガスタービンと水蒸気改質法を併用し、ガ
スタービン駆動後の排ガスの熱エネルギーを有効活用す
ると共に、熱エネルギー回収後の残ガスも有効活用でき
る電力と水素の併産設備の提供を目的としている。これ
によって、環境問題の原因となっているNOxの生成量を
おさえ、NOx処理設備の負荷を低減しようとするもので
ある。
ものであり、ガスタービンと水蒸気改質法を併用し、ガ
スタービン駆動後の排ガスの熱エネルギーを有効活用す
ると共に、熱エネルギー回収後の残ガスも有効活用でき
る電力と水素の併産設備の提供を目的としている。これ
によって、環境問題の原因となっているNOxの生成量を
おさえ、NOx処理設備の負荷を低減しようとするもので
ある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すること
のできた本発明の電力と水素の併産設備とは、ガスター
ビンによる発電と水蒸気改質による水素生産とを併用す
る様に構成した電力と水素の併産設備において、2を超
える空気比でガスタービンにより発電を行い、その排気
ガスの熱エネルギーを利用し、熱交換器で前記水蒸気改
質用の水蒸気を得た後、該熱交換器を通った後のガス
を、水蒸気改質に用いる改質管用バーナーの支燃ガスと
して用いる点に要旨を有するものである。また、上記構
成に加えて、前記改質管用バーナーからの排ガスを、前
記ガスタービンに用いる空気の加熱に用いるとガスター
ビンの発電効率が一層向上する。
のできた本発明の電力と水素の併産設備とは、ガスター
ビンによる発電と水蒸気改質による水素生産とを併用す
る様に構成した電力と水素の併産設備において、2を超
える空気比でガスタービンにより発電を行い、その排気
ガスの熱エネルギーを利用し、熱交換器で前記水蒸気改
質用の水蒸気を得た後、該熱交換器を通った後のガス
を、水蒸気改質に用いる改質管用バーナーの支燃ガスと
して用いる点に要旨を有するものである。また、上記構
成に加えて、前記改質管用バーナーからの排ガスを、前
記ガスタービンに用いる空気の加熱に用いるとガスター
ビンの発電効率が一層向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明者は、上記課題を解決する
為に、様々な角度から検討した。その結果、上記構成を
採用すれば、上記課題が見事に解決できることを見出し
本発明を完成した。
為に、様々な角度から検討した。その結果、上記構成を
採用すれば、上記課題が見事に解決できることを見出し
本発明を完成した。
【００１７】本発明者らは、従来例の問題を解決する為
の設備として、まず図1に示すガスタービンによる発電
と水蒸気改質による水素生産とを併用した電力と水素の
併産設備を検討した。図1中、6はガスタービンであり、
コンプレッサー3、燃焼器4、タービン5から構成されて
いる。この設備において、空気2がコンプレッサー3に供
給され、圧縮された後燃焼器4に送られると共に、燃焼
器4には天然ガス（都市ガス）1aが供給される。燃焼器4
によって生じた高温ガスはタービン5に供給され、発電
機7及びコンプレッサー3を作動させる。発電後、該ガス
タービン6から排出される燃焼排ガス21は、排熱回収ボ
イラー8に送られ、熱交換後、脱硝設備9を経て大気中に
放出される。尚、空気比1とは、燃焼ガス対空気が1対1
の場合を指し、空気比1では酸素が完全に消化されるの
で残ガス中に残存酸素は無い状態となる。
の設備として、まず図1に示すガスタービンによる発電
と水蒸気改質による水素生産とを併用した電力と水素の
併産設備を検討した。図1中、6はガスタービンであり、
コンプレッサー3、燃焼器4、タービン5から構成されて
いる。この設備において、空気2がコンプレッサー3に供
給され、圧縮された後燃焼器4に送られると共に、燃焼
器4には天然ガス（都市ガス）1aが供給される。燃焼器4
によって生じた高温ガスはタービン5に供給され、発電
機7及びコンプレッサー3を作動させる。発電後、該ガス
タービン6から排出される燃焼排ガス21は、排熱回収ボ
イラー8に送られ、熱交換後、脱硝設備9を経て大気中に
放出される。尚、空気比1とは、燃焼ガス対空気が1対1
の場合を指し、空気比1では酸素が完全に消化されるの
で残ガス中に残存酸素は無い状態となる。
【００１８】また、排熱回収ボイラー8には水10が供給
され、ガスタービンからの排ガス21の熱エネルギーによ
って水蒸気11となり、水蒸気改質管13に送られる。水蒸
気改質管13には、例えば、ニッケル担持アルミナ触媒が
充填されており、水蒸気改質管用バーナー12によって50
0〜1000℃程度に加熱され、改質管13内の水蒸気は改質
され、水素および一酸化炭素を主成分とするガスにな
る。該ガスは、冷却器14で500℃程度にまで冷却された
後、シフト反応器15に送られる。シフト反応器15には、
鉄-クロム系触媒または銅-亜鉛系触媒などが充填されて
おり、200〜500℃に保持されている。ガス中の一酸化炭
素は残余の水蒸気と反応して、水素と二酸化炭素を生成
する。その後、水素精製手段23で水素ガスと残ガスとに
分離される。尚、残ガスには、二酸化炭素，未回収の水
素，未反応の天然ガス，未反応の一酸化炭素などが含ま
れている。
され、ガスタービンからの排ガス21の熱エネルギーによ
って水蒸気11となり、水蒸気改質管13に送られる。水蒸
気改質管13には、例えば、ニッケル担持アルミナ触媒が
充填されており、水蒸気改質管用バーナー12によって50
0〜1000℃程度に加熱され、改質管13内の水蒸気は改質
され、水素および一酸化炭素を主成分とするガスにな
る。該ガスは、冷却器14で500℃程度にまで冷却された
後、シフト反応器15に送られる。シフト反応器15には、
鉄-クロム系触媒または銅-亜鉛系触媒などが充填されて
おり、200〜500℃に保持されている。ガス中の一酸化炭
素は残余の水蒸気と反応して、水素と二酸化炭素を生成
する。その後、水素精製手段23で水素ガスと残ガスとに
分離される。尚、残ガスには、二酸化炭素，未回収の水
素，未反応の天然ガス，未反応の一酸化炭素などが含ま
れている。
【００１９】水素精製手段23は、特に限定されるもので
はないが、図1では、ガス冷却器16、水分凝縮器17、圧
力スイング式吸着装置18からなり、精製分離された高純
度な水素ガス19は製品として回収され、燃料電池のエネ
ルギー源や自動車燃料として利用される。また、水素回
収後の残ガス20は、二酸化炭素、未回収の水素、未反応
の天然ガスや一酸化炭素からなるので、水蒸気改質管13
の加熱用バーナー12の支燃ガスとして使用することがで
きる。
はないが、図1では、ガス冷却器16、水分凝縮器17、圧
力スイング式吸着装置18からなり、精製分離された高純
度な水素ガス19は製品として回収され、燃料電池のエネ
ルギー源や自動車燃料として利用される。また、水素回
収後の残ガス20は、二酸化炭素、未回収の水素、未反応
の天然ガスや一酸化炭素からなるので、水蒸気改質管13
の加熱用バーナー12の支燃ガスとして使用することがで
きる。
【００２０】このように、図1の構成では、水蒸気改質
反応に必要な水蒸気を得る為の熱エネルギー源として、
ガスタービン6からの排ガス21の熱エネルギーを用いる
ことができる。また、改質管13における水蒸気改質反応
は大きな吸熱反応であるが、反応を促進する為の熱エネ
ルギーは水蒸気改質管用バーナー12から供給されてお
り、且つその支燃ガスとして水素回収後の残ガス20が供
給されているので水蒸気改質管用バーナーの燃料［天然
ガス（都市ガス）1b］は、設備立ち上げ時を除いて必要
としない。つまり、ガスタービンと水蒸気改質法を併用
することにより、熱エネルギーの有効活用ができる。上
記図1の構成を採用することによって、十分にエネルギ
ーの有効活用が発揮できたのであるが、本発明者らが更
に検討したところによると、若干の解決すべき問題があ
ることが判明した。
反応に必要な水蒸気を得る為の熱エネルギー源として、
ガスタービン6からの排ガス21の熱エネルギーを用いる
ことができる。また、改質管13における水蒸気改質反応
は大きな吸熱反応であるが、反応を促進する為の熱エネ
ルギーは水蒸気改質管用バーナー12から供給されてお
り、且つその支燃ガスとして水素回収後の残ガス20が供
給されているので水蒸気改質管用バーナーの燃料［天然
ガス（都市ガス）1b］は、設備立ち上げ時を除いて必要
としない。つまり、ガスタービンと水蒸気改質法を併用
することにより、熱エネルギーの有効活用ができる。上
記図1の構成を採用することによって、十分にエネルギ
ーの有効活用が発揮できたのであるが、本発明者らが更
に検討したところによると、若干の解決すべき問題があ
ることが判明した。
【００２１】上記構成において、ガスタービン6からの
排ガスは、排熱回収ボイラー8で熱交換されるが、熱交
換された後の排ガス22は大気中に放出されることにな
る。該排ガス22は、200℃程度の高温状態のものであ
り、且つガスタービンは空気比が2を超えた状態で駆動
しているので、支燃ガスとして用いるのに十分な酸素
（例えば、ガスタービンを空気比2で操業すると、排ガ
ス中に約10体積％の酸素が残存する）を含有しているも
のであるが、この排ガス22は有効に活用されているとは
言えない。こうしたことから、本発明者らは更なる鋭意
努力を行い、排ガス22中の残存酸素も有効活用できる方
法に想到した。
排ガスは、排熱回収ボイラー8で熱交換されるが、熱交
換された後の排ガス22は大気中に放出されることにな
る。該排ガス22は、200℃程度の高温状態のものであ
り、且つガスタービンは空気比が2を超えた状態で駆動
しているので、支燃ガスとして用いるのに十分な酸素
（例えば、ガスタービンを空気比2で操業すると、排ガ
ス中に約10体積％の酸素が残存する）を含有しているも
のであるが、この排ガス22は有効に活用されているとは
言えない。こうしたことから、本発明者らは更なる鋭意
努力を行い、排ガス22中の残存酸素も有効活用できる方
法に想到した。
【００２２】図2は、本発明に係る設備の一構成例を示
すフローチャートである。図2に示した構成は基本的に
は前記図1に示した構成と類似し、対応するところに
は、同一の符号を付すことによって重複説明を避ける。
排熱回収ボイラー8において水蒸気を製造するための熱
源として用いられた排ガス22は、熱回収後も200℃程度
の高温の状態にあり、且つ支燃ガスとして用いるのに十
分な酸素（例えば、13〜15体積％）を含有していること
は上述した通りである。そこで、本発明の設備では、該
排ガス22の少なくとも一部を水蒸気改質管用バーナー12
の支燃ガスとして供給することによって、より一層エネ
ルギー効率を向上させるものになる。つまり、本発明の
設備では、前記排ガス22の少なくとも一部を水蒸気改質
管用バーナー12の支燃ガスとして供給するという構成を
採用することにより、水蒸気改質管用バーナー12の支燃
ガスに水素回収後の残ガス20と熱交換後の排ガス22を併
用することができ、支燃ガスが不足することはなくなる
様にしたものである。また、こうした構成を採用するこ
とによって、高温状態にある排ガス22を有効活用でき、
改質管13の温度が下がるという悪影響も少なくできるの
である。
すフローチャートである。図2に示した構成は基本的に
は前記図1に示した構成と類似し、対応するところに
は、同一の符号を付すことによって重複説明を避ける。
排熱回収ボイラー8において水蒸気を製造するための熱
源として用いられた排ガス22は、熱回収後も200℃程度
の高温の状態にあり、且つ支燃ガスとして用いるのに十
分な酸素（例えば、13〜15体積％）を含有していること
は上述した通りである。そこで、本発明の設備では、該
排ガス22の少なくとも一部を水蒸気改質管用バーナー12
の支燃ガスとして供給することによって、より一層エネ
ルギー効率を向上させるものになる。つまり、本発明の
設備では、前記排ガス22の少なくとも一部を水蒸気改質
管用バーナー12の支燃ガスとして供給するという構成を
採用することにより、水蒸気改質管用バーナー12の支燃
ガスに水素回収後の残ガス20と熱交換後の排ガス22を併
用することができ、支燃ガスが不足することはなくなる
様にしたものである。また、こうした構成を採用するこ
とによって、高温状態にある排ガス22を有効活用でき、
改質管13の温度が下がるという悪影響も少なくできるの
である。
【００２３】更に、本発明では、図3のような構成も考
えられる。図3では、熱交換後の排熱回収ボイラーから
の排ガス22と水素回収後の排ガス20を、水蒸気改質管用
バーナーの支燃ガスに使用している点は図2と同一であ
るが、更に水素回収後の残ガス20がガスタービン6の支
然ガスとして燃焼器4に供給されている。
えられる。図3では、熱交換後の排熱回収ボイラーから
の排ガス22と水素回収後の排ガス20を、水蒸気改質管用
バーナーの支燃ガスに使用している点は図2と同一であ
るが、更に水素回収後の残ガス20がガスタービン6の支
然ガスとして燃焼器4に供給されている。
【００２４】また、一般に、空気を燃焼させると、空気
中のN2がO2によって高温酸化されて窒素酸化物（NOx）
が生成し、その生成量は化学平衡関係で規定されること
が知られている。つまり、燃焼器を有する設備では、供
給される空気量が多くなると、窒素酸化物（NOx）生成
量も比例して多くなり、環境に非常に悪い影響を与え
る。
中のN2がO2によって高温酸化されて窒素酸化物（NOx）
が生成し、その生成量は化学平衡関係で規定されること
が知られている。つまり、燃焼器を有する設備では、供
給される空気量が多くなると、窒素酸化物（NOx）生成
量も比例して多くなり、環境に非常に悪い影響を与え
る。
【００２５】図1に示した構成では、水蒸気改質管用バ
ーナー12に供給される空気は、水素回収後の残ガス20で
あり、残ガス20中にはNOxがほとんど含まれていない。
よって、残ガス20を水蒸気改質管用バーナー12で燃焼し
た際にNOxが生成される。換言すると、水蒸気改質管用
バーナー12を使用する際に供給したガス分だけNOXが増
加することとなる。
ーナー12に供給される空気は、水素回収後の残ガス20で
あり、残ガス20中にはNOxがほとんど含まれていない。
よって、残ガス20を水蒸気改質管用バーナー12で燃焼し
た際にNOxが生成される。換言すると、水蒸気改質管用
バーナー12を使用する際に供給したガス分だけNOXが増
加することとなる。
【００２６】一方、本発明例である図2の構成では、水
蒸気改質管用バーナー12に供給される支燃ガスには、水
素回収後の残ガス20も用いられるけれども、ガスタービ
ン6からの排ガス22も合わせて使用している。つまり、
ガスタービン6からの排ガス22には、既に数10〜数100pp
m のNOxを含有しており、化学平衡関係が成り立ってい
る。よって、NOxを含む排ガス22を水蒸気改質管用バー
ナー12の支燃ガスとして用いると、酸素は水蒸気改質管
用バーナーの燃焼に消費されるものの、NOxは生成方向
に進みにくくなり、時には、NOx分解方向に進む。よっ
て、水蒸気改質管用バーナー燃焼時に新たに生成する窒
素酸化物（NOx）の量は遥かに抑制され、設備全体の窒
素酸化物は減少する。
蒸気改質管用バーナー12に供給される支燃ガスには、水
素回収後の残ガス20も用いられるけれども、ガスタービ
ン6からの排ガス22も合わせて使用している。つまり、
ガスタービン6からの排ガス22には、既に数10〜数100pp
m のNOxを含有しており、化学平衡関係が成り立ってい
る。よって、NOxを含む排ガス22を水蒸気改質管用バー
ナー12の支燃ガスとして用いると、酸素は水蒸気改質管
用バーナーの燃焼に消費されるものの、NOxは生成方向
に進みにくくなり、時には、NOx分解方向に進む。よっ
て、水蒸気改質管用バーナー燃焼時に新たに生成する窒
素酸化物（NOx）の量は遥かに抑制され、設備全体の窒
素酸化物は減少する。
【００２７】図4は、本発明の他の構成例を示すフロー
チャートである。図1と対応するところは、同一の符合
を付してある。図4に示した構成では、排熱回収ボイラ
ー8において熱回収後の排ガス22の少なくとも一部を水
蒸気改質管用バーナー12に供給する様にしており、水蒸
気改質管用バーナー12の支燃ガスとして用いられている
点は図3と同じであるが、水蒸気改質管用バーナー12で
使用された後の排ガスがさらに熱交換器25に供給される
ことにある。一方、該熱交換器25には、コンプレッサー
3で圧縮された空気が供給されており、前記水蒸気改質
管用バーナー燃焼後の排ガス26との熱交換によって加熱
された後、燃焼器4に供給される。このように、高温の
空気を燃焼器4で用いることで、燃焼器4の温度を低下さ
せることなく効率よく発電を行うことができるのであ
る。
チャートである。図1と対応するところは、同一の符合
を付してある。図4に示した構成では、排熱回収ボイラ
ー8において熱回収後の排ガス22の少なくとも一部を水
蒸気改質管用バーナー12に供給する様にしており、水蒸
気改質管用バーナー12の支燃ガスとして用いられている
点は図3と同じであるが、水蒸気改質管用バーナー12で
使用された後の排ガスがさらに熱交換器25に供給される
ことにある。一方、該熱交換器25には、コンプレッサー
3で圧縮された空気が供給されており、前記水蒸気改質
管用バーナー燃焼後の排ガス26との熱交換によって加熱
された後、燃焼器4に供給される。このように、高温の
空気を燃焼器4で用いることで、燃焼器4の温度を低下さ
せることなく効率よく発電を行うことができるのであ
る。
【００２８】尚、本発明例には、電力および水素を効率
的に得ることのできる手段や、水素利用設備などを付加
することができる。例えば、水蒸気改質管内に、水素透
過膜を介設して生成した水素を回収することで、炭化水
素の水素転化率を向上させることができる。また、水蒸
気改質反応管で水素が過剰に生成した場合は、種々の吸
蔵材料（ゼオライト、水素吸蔵合金、炭素材料など）に
一時保存したり、ベンゼンとシクロヘキサン間などの水
素放出および吸収を伴う可逆反応を利用した化学的貯蔵
や、低位金属酸化物あるいは金属の水蒸気分解による水
素発生と生成した高位金属酸化物の水素による還元サイ
クルを利用した金属貯蔵することが可能である。
的に得ることのできる手段や、水素利用設備などを付加
することができる。例えば、水蒸気改質管内に、水素透
過膜を介設して生成した水素を回収することで、炭化水
素の水素転化率を向上させることができる。また、水蒸
気改質反応管で水素が過剰に生成した場合は、種々の吸
蔵材料（ゼオライト、水素吸蔵合金、炭素材料など）に
一時保存したり、ベンゼンとシクロヘキサン間などの水
素放出および吸収を伴う可逆反応を利用した化学的貯蔵
や、低位金属酸化物あるいは金属の水蒸気分解による水
素発生と生成した高位金属酸化物の水素による還元サイ
クルを利用した金属貯蔵することが可能である。
【００２９】次に、本発明を実施例を用いて更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３０】
【実施例】ガスタービン設備は、発電効率が20％、ガス
タービン出口排ガス温度が580℃で、発電出力が350kWと
なるように操業する。一方、水蒸気改質設備は、改質器
温度が800℃、改質器圧力が8atm、供給H2O/CH4比が3、
排熱回収が200℃まで、熱回収率が80％、圧力スイング
式吸着装置による水素回収率が70％の条件で操業し、10
00Nm3/hの水素を製造する。
タービン出口排ガス温度が580℃で、発電出力が350kWと
なるように操業する。一方、水蒸気改質設備は、改質器
温度が800℃、改質器圧力が8atm、供給H2O/CH4比が3、
排熱回収が200℃まで、熱回収率が80％、圧力スイング
式吸着装置による水素回収率が70％の条件で操業し、10
00Nm3/hの水素を製造する。
【００３１】ガスタービン設備と水蒸気改質設備を夫々
単独で用いた場合（比較例）と、図2を用いたガスター
ビン設備と水蒸気改質設備を併用した場合（本発明例）
とを表1に示す。
単独で用いた場合（比較例）と、図2を用いたガスター
ビン設備と水蒸気改質設備を併用した場合（本発明例）
とを表1に示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】本発明例では、水蒸気改質管用バーナーに
は水素回収後の残ガスと、排熱回収後の残ガスが供給さ
れているので、設備立ち上げ時を除いて都市ガスは供給
する必要が無い。つまり、表1を見て分かるように、水
蒸気改質法を単独で操業した場合の14Nm3/hを削減する
ことができる。また、ガスタービン駆動後の排ガスと水
蒸気改質管用バーナーを燃焼した後の排ガスは大気中に
放出されるが、本発明例では、ガスタービン駆動後の排
ガスの一部は水蒸気改質管用バーナーの支然ガスとして
用いられているので、ガスタービンと水蒸気改質法とを
個別に操業した場合に比べて、設備全体の総排ガス量は
減少している。よって、CO2やNOxの生成量を削減するこ
とができる。
は水素回収後の残ガスと、排熱回収後の残ガスが供給さ
れているので、設備立ち上げ時を除いて都市ガスは供給
する必要が無い。つまり、表1を見て分かるように、水
蒸気改質法を単独で操業した場合の14Nm3/hを削減する
ことができる。また、ガスタービン駆動後の排ガスと水
蒸気改質管用バーナーを燃焼した後の排ガスは大気中に
放出されるが、本発明例では、ガスタービン駆動後の排
ガスの一部は水蒸気改質管用バーナーの支然ガスとして
用いられているので、ガスタービンと水蒸気改質法とを
個別に操業した場合に比べて、設備全体の総排ガス量は
減少している。よって、CO2やNOxの生成量を削減するこ
とができる。
【００３４】更に、本発明例では、ガスタービン駆動後
の排ガスの排熱を利用したり、該排ガスを水蒸気改質管
用バーナーの支然ガスとして利用しているので、4300MJ
/hのエネルギーを節約することができる。
の排ガスの排熱を利用したり、該排ガスを水蒸気改質管
用バーナーの支然ガスとして利用しているので、4300MJ
/hのエネルギーを節約することができる。
【００３５】
【発明の効果】ガスタービンと水素改質法を併用し、ガ
スタービン駆動後の排ガスの熱エネルギーを有効活用す
ると共に、熱エネルギー回収後の残ガスも有効活用でき
る電力と水素併産設備を提供することができた。
スタービン駆動後の排ガスの熱エネルギーを有効活用す
ると共に、熱エネルギー回収後の残ガスも有効活用でき
る電力と水素併産設備を提供することができた。
【図１】従来の提案に基づき設計された、ガスタービン
と水蒸気改質法を併用した構成例である。
と水蒸気改質法を併用した構成例である。
【図２】本発明例を示す一構成例である。
【図３】本発明例を示す他の構成例である。
【図４】本発明例を示す他の構成例である。
1a，1b 天然ガス（都市ガス） 2 空気 3 コンプレッサー 4 燃焼器 5 タービン 6 ガスタービン 7 発電機 8 排熱回収ボイラー 9 脱硝設備 10 水 11 水蒸気 12 水蒸気改質管用バーナー 13 水蒸気改質管 14 冷却器 15 シフト反応器 16 ガス冷却器 17 水分凝縮器 18 圧力スイング式吸着装置 19 水素ガス 20 水素回収後の残ガス 21 ガスタービン駆動後の排ガス 22 排熱回収後の排ガス 23 水素精製手段 24 調整弁 25 熱交換器 26 バーナー燃焼後の排ガス
Claims (2)
- 【請求項１】 ガスタービンによる発電と水蒸気改質に
よる水素生産とを併用する様に構成した電力と水素の併
産設備において、 2を超える空気比でガスタービンにより発電を行い、そ
の排気ガスの熱エネルギーを利用し、熱交換器で前記水
蒸気改質用の水蒸気を得た後、該熱交換器を通った後の
ガスを、水蒸気改質に用いる改質管用バーナーの支燃ガ
スとして用いることを特徴とする電力と水素の併産設
備。 - 【請求項２】 前記改質管用バーナーからの排ガスを、
前記ガスタービンに用いる空気の加熱に用いる請求項1
に記載の電力と水素の併産設備。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000315782A JP2002122030A (ja) | 2000-10-16 | 2000-10-16 | 電力と水素の併産設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000315782A JP2002122030A (ja) | 2000-10-16 | 2000-10-16 | 電力と水素の併産設備 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002122030A true JP2002122030A (ja) | 2002-04-26 |
Family
ID=18794829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000315782A Withdrawn JP2002122030A (ja) | 2000-10-16 | 2000-10-16 | 電力と水素の併産設備 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002122030A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011106295A (ja) * | 2009-11-12 | 2011-06-02 | Tokyo Gas Co Ltd | 熱電気水素供給システム |
| JP2013514494A (ja) * | 2009-12-18 | 2013-04-25 | エナジイールド エルエルシー | 効率向上タービン |
-
2000
- 2000-10-16 JP JP2000315782A patent/JP2002122030A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011106295A (ja) * | 2009-11-12 | 2011-06-02 | Tokyo Gas Co Ltd | 熱電気水素供給システム |
| JP2013514494A (ja) * | 2009-12-18 | 2013-04-25 | エナジイールド エルエルシー | 効率向上タービン |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040805 |
|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080108 |