JPH05523B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高温原子炉、この高温原子炉に接続
された蒸気発電プラントおよび炭素含有材料から
水素を発生するプラントを有し、この水素発生プ
ラントが、水素添加して石炭ガスを発生する石炭
ガス発生器、石炭ガス発生器に後置接続されたガ
ス浄化装置、ガス浄化装置に後置接続された低温
ガス分解装置、このガス分解装置のメタン配管に
接続され高温原子炉の熱搬送媒体によつて加熱さ
れるメタン−水蒸気混合体を分解する管形分解
炉、およびこの管形分解炉の廃ガス系統に接続さ
れ少なくとも１つの熱交換器、転換装置および炭
酸ガス洗浄装置から構成されたガス精選プラント
を有している発電所に関する。

〔従来の技術〕

高温原子炉の発生熱が蒸気発電プラントにおけ
る蒸気発生に利用されるだけでなく、水素添加に
よる石炭ガスの発生によつて得られるメタン−水
素混合体を分離する管形分解炉を運転するために
も利用されるようにした発電所プランの経済的な
利点は既に知られている。この場合高温原子炉の
熱搬送媒体の高い温度は蒸気発生に利用されるだ
けでなく、一酸化炭素ガスおよび水素ガスを発生
するためにも利用される。かかるプラントのプラ
ンに関連して、そのように加熱される管形分解炉
の廃ガスを転換装置において水蒸気の供給のもと
で水素ガスおよび炭素ガスに転換すること、およ
び炭酸ガスを後置接続された炭酸ガス洗浄装置に
よつてガス流から除去することも知られている。
かかる発電所の構想において、残存する水素ガス
は、水素添加による石炭ガスの発生にとつて必要
な循環水素量を除いて任意に利用される。

しかしかかる発電所の構想においては、水素添
加による石炭ガスの発生の際に残留するコークス
はその非常に高い硫黄含有率のために硫黄酸化物
の発生限界値に関して発電所ボイラにおいて経済
的には燃焼できない。ヘリウムで加熱される水蒸
気ガス発生器におけるこの残留コークスのガス化
も材料および反応上の問題を生ずる。

〔発明が解決すべき問題点〕

本発明の目的は、水素添加による石炭ガスの発
生の際に生ずるかなりの硫黄を含む残留コークス
が経済的に利用できるような方式を見い出すこと
にある。更に発電所の熱効率および水素ガスを発
生する密閉回路プラントにおいて投入される原料
の利用率をできるだけ改善することにある。

〔問題点の解決手段〕

この目的は本発明によれば特許請求の範囲第１
項の特徴部分に記載した手段によつて達成され
る。本発明の実施態様は特許請求の範囲第２項か
ら第１８項に記載してある。

〔発明の効果〕

水素添加による石炭ガス発生器への鉄溶解ガス
発生器の後置接続は、かなりの硫黄を含むコーク
スを完全に一酸化炭素および少量の水素ガスに転
換することを可能にし、その場合同時に残留コー
クス内にある硫黄を石灰の添加によつて完全にく
み取り可能なスラツジに化合してこのスラツジの
形で除去することを可能にしている。更に鉄溶解
ガス発生器の非常に高い温度レベル（主に一酸化
炭素を含むガスが約1500℃で流れ出る）を、この
熱でその場合に必要な中圧蒸気を高温原子炉の熱
搬送媒体の温度以上に加熱することによつて、管
形分解炉にメタンを分解するための熱として補助
的に供給できる。非常に高温の蒸気との混合によ
るメタンの予熱によつて、高温原子炉の熱搬送媒
体による熱供給が減少され、高温原子炉の熱搬送
媒体の管形分解炉への必要な入口温度が低下され
る。従つて高温原子炉の熱搬送媒体の非常に高い
出口温度に伴う問題は避けられる。

水素添加による石炭ガス発生用の石炭ガス発生
器と鉄溶解ガス発生器の直列接続は、この発電所
を例えば石炭、褐炭、重油残留物、オイルシエー
ルおよびオイルサンドのような種々の石炭および
別の化石燃料に適合させることができ、それにも
拘わらず後置接続された化学原料の製造プラント
に適合された水素と一酸化炭素の化学量論比を保
つことができる。この種々の炭素を含む材料の供
給は、石炭ガス発生器において、および残留コー
クスへの添加物として溶解ガス発生器において行
われる。その場合鉄溶解ガス発生器における発熱
量が十分であり、鉄溶解物が温度低下によつて凝
固しないようについてだけ注意すれば良い。この
発電所における水素と一酸化炭素の種々の化学量
論比への適合性は、鉄溶解ガス発生器の廃ガス配
管に炭素ガス洗浄装置付きの転換装置を接続する
ことによつて増大される。

各構造グループの特に合理的な利用およびその
最小化は、水素と一般化炭素の化学量論比につい
て異なつた条件を有している化学原料の製造プラ
ントが並列接続されている場合に得られる。即ち
例えば、一酸化炭素を含む還元ガスが必要とされ
る製鉄所および水素ガスがかなり必要とされるメ
タノール合成装置あるいはアンモニア合成装置が
接続される。この場合鉄溶解ガス発生器に後置接
続される炭酸ガス洗浄装置付きの転換装置は、鉄
溶解ガス発生器の廃ガスの一部に対して設計すれ
ばよく、場合によつては完全に省略することがで
きる。

〔実施例〕

以下図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。

図面は高温原子炉および化石燃料から水素ガス
を発生する密閉回路形プラントを持つた本発明に
基づく発電所の概略系統図を示している。

図面において本発明に基づく発電所１は概略的
に示されている。高温原子炉２において、例えば
ヘリウムガスのようなガス状の熱搬送媒体は、ま
ず管形分解炉３に導かれ、それから蒸気発電プラ
ント４に付属された蒸気発生器５に、そして最後
に高温原子炉２に導かれる。

化石燃料から水素ガスを発生する密閉回路形プ
ラント６において、化石燃料は供給配管７を通し
て石炭ガス発生器８に導かれ、そこで水素ガスを
添加してメタン含有ガスにされる。石炭ガス発生
器８の廃ガスは熱交換器９および蒸気発生器１０
を順次貫流し、熱交換器９の中において廃ガスの
熱は石炭ガス発生器８の中を逆向きに流れる水素
ガスに放出され、蒸気発生器１０において中圧な
いし低圧の蒸気が発生される。この蒸気発生器１
０にはガス浄化装置１１が後置接続され、このガ
ス浄化装置１１において冷却済の廃ガスはあらゆ
る種類のダスト粒子が除去され、炭酸ガスおよび
硫黄化合物が除去される。このガス浄化装置１１
には低温ガス分解装置１２が続き、この分解装置
１２においてメタンが水素ガスおよび一酸化炭素
ガスに分解される。水素ガスおよび少量の一酸化
炭素ガスは水素供給配管１３に供給され、その一
部は圧縮機１４および石炭ガス発生器８の廃ガス
が貫流される熱交換器９を介して石炭ガス発生器
８に導かれ、メタンは別の圧縮機１５および管形
分解炉３の廃ガス流により貫流される別の熱交換
器１６を介して管形分解炉３に導かれる。管形分
解炉３にメタンを流入する配管１７には、高温に
加熱された蒸気を導く供給配管１８が増圧エジエ
クター４０を介して開口している。

管形分解炉３に流入する加熱されたメタン−水
蒸気混合体は、高温原子炉２の熱搬送媒体で加熱
された管形分解炉３において水素ガスおよび一酸
化炭素ガスに分解される。管形分解炉３の約800
℃の高温廃ガスは前記熱交換器１６を貫流し、こ
の熱交換器１６において管形分解炉３に流入する
メタンを加熱し、そのガス側に後置接続され中圧
蒸気が発生される蒸気発生器１９において更に冷
却される。これらの熱交換器１６および蒸気発生
器１９の廃ガス側には転換装置２０が後置接続さ
れ、この転換装置２０において約400℃に冷却さ
れた管形分解炉３の一酸化炭素ガスおよび水蒸気
を含む廃ガスが水素ガスおよび炭酸ガスに変換さ
れる。転換されたガスを別の熱交換器３８におい
て冷却した後、炭酸ガスは後置接続された炭酸ガ
ス洗浄装置２１において洗浄される。残存する水
素ガスの一部は、水素供給配管１３、圧縮機１４
および石炭ガス発生器８の廃ガスで貫流される熱
交換器９を介して、水素添加により石炭ガスの発
生するために石炭ガス発生器８に導かれる。水素
ガスの残りは別の用途に用いられ、この実施例の
場合化学原料を製造するプラント２２において使
用される。水素ガスは水素供給配管１３を介して
このプラント２２に導かれる。

石炭ガス発生器８からの残留コークスを利用す
るために、石炭ガス発生器８には鉄溶解ガス発生
器２３が後置接続されている。この鉄溶解ガス発
生器２３には残留コークスの他に、予め石灰を添
加して運転方式に応じて補助的に別に化石燃料が
供給される。鉄溶解ガス発生器２３には更に酸素
が吹き込まれる。この酸素は鉄溶解ガス発生器２
３に前置接続された空気分解装置２４から供給さ
れる。空気分解装置２４には空気圧縮機２５が接
続されている。鉄溶解ガス発生器２３の圧力レベ
ルに合わせるために、別の圧縮機２６が空気分解
装置２４の酸素配置２７に組み込まれている。主
に一酸化炭素ガスを含み硫黄を含まない約1500℃
の鉄溶解ガス発生器２３の廃ガスは、鉄溶解ガス
発生器２３に後置接続された２つの熱交換器２
８，２９を順次貫流し、これらの熱交換器２８，
２９において中圧蒸気が逆向きに貫流され、その
中でこの蒸気を1000℃以上に加熱する。鉄溶解ガ
ス発生器２３のすぐ後ろに接続された熱交換器２
８において、蒸気発生器１０および蒸気発生器１
９において発生され場所３９において導入される
中圧蒸気も加熱できる。これらの両方の熱交換器
２８，２９を貫流して冷却された主に一酸化炭素
ガスを含む鉄溶解ガス発生器２３の廃ガスは、低
温ガス分解装置１２および管形分解炉３に後置接
続された転換装置２０からの水素供給配管１３に
おいて自由に利用できる水素の一部と一緒に、メ
タノール合成装置３０に前置接続された圧縮機３
１に導かれる。メタノール合成装置３０で発生さ
れたメタノールＭは蓄えられ（図示せず）、原料
として販売される。メタノール合成装置３０にお
いて完全に転換されない一酸化炭素および水素を
含む合成廃ガスは、再循環のために圧縮機３１に
導かれ、そのごく一部はいわゆるパージガスＰと
して管形分解炉３に流入するメタンに直接混合さ
れる。

熱交換器２８，２９からガス配管３２を通して
流出する主に一酸化炭素を含むガスの一部は還元
ガスとして利用されると有利であり、例えば製鉄
所３３に導かれる。このために水素供給配管１３
からの水素で豊富化される。鉄溶解ガス発生器２
３に接続されたガス配管３２には、この実施例の
場合炭酸ガス洗浄装置３５が後置接続されている
別の転換装置３４が接続されている。水蒸気Ｄが
別個に供給されるこの転換装置３４によつて、も
しく一酸化炭素に比べて水素が僅かしか得られな
い場合、必要に応じて一酸化炭素の一部は水素に
変換される。

水素添加の石炭ガス発生器８、ガス浄化装置１
１、低温ガス分解装置１２、管形分解炉３および
転換装置２０によつて規定される物質転換におい
て、高温原子炉２の熱は、投入される化石燃料の
量に応じて水素ガスの収穫量を高めるために利用
される。投入される化石燃料の単位量当りの水素
の収穫量は、化石燃料の一部が水分解のために必
要なエネルギーを調達するために消費されるよう
な周知の方法に比べて著しく大きくなる。

水素添加の石炭ガス発生の際に生ずる残留コー
クスは、その高い硫黄含有率のために硫黄酸化物
の発生量が限界値を越えてしまうので、発電所の
ボイラで燃焼することはできない。この場合水素
添加の石炭ガス発生器８に後置接続された鉄溶解
ガス発生器２３は、その廃ガスが残留コークスへ
の石灰含有添加物の相応した混合において実際に
硫黄を含まなくなるようにする働きをする。硫黄
は鉄溶解物の上に浮遊するスラツジの中に存在
し、このスラツジと一緒にスラツジ出口３６から
排出される。

鉄溶解ガス発生器２３はその高い高温レベルの
ために、反応の遅い炭素豊富ないしバラスト豊富
の化石燃料を燃焼することもできる。即ち石炭、
褐炭、オイルサンド、オイルシエールおよび重油
残留物が利用できる。

メタン分解用の管形分解炉３の水素添加による
石炭ガス発生器８と残留コークスを利用するため
の鉄溶解ガス発生器２３との組合せは、発生され
た水素および一酸化炭素のガスの所定の化学量論
的な関係の調整においてかなりの柔軟性が生ず
る。 まず一方ではメタノール合成にとつて必要
であるような水素と一酸化炭素の２：１の比率
は、石炭を使用する場合には水素添加の石炭ガス
発生器８において石炭の45％〜60％の利用率およ
びその場合に生ずる鉄溶解ガス発生器２３におけ
る残留コークスのガス化によつて容易に得られ
る。他方では水素と一酸化炭素とのこの比率は、
投入される化石燃料に応じて水素添加による石炭
ガスの発生を一層進行させ、鉄溶解ガス発生器２
３において得られる少量の残留コークスに別の化
石燃料例えば褐炭、油、オイルシエール、オイル
サンドあるいは重油残留物を補充することによつ
ても達成される。

鉄溶解ガス発生器２３において低発熱量の化石
燃料を使用する場合には、鉄溶解物を液状に保持
するために転換全体が十分に発熱的に行われるよ
うに注意すれば良い。更にこの発電所１の場合、
鉄溶解ガス発生器における一酸化炭素が万一過剰
に生産された場合、これはガス配管３２に接続さ
れ炭酸ガス洗浄装置３５が後置接続されている転
換装置３４において、発生された一酸化炭素ガス
の一部を転換することによつて補償される。鉄溶
解ガス発生器２３において発生した一酸化炭素の
一部を（僅かに水素ガスを豊富化して）製鉄所の
還元ガスとして利用することによつて、一酸化炭
素ガスの収穫量は水素ガスのために後置接続され
たメタノール合成装置３０に対してスライドする
ことができる。この発電所において水素ガスの収
穫量は、低温ガス分解装置１２において水素およ
び一酸化炭素が別々の配管１３，３７に排出さ
れ、一酸化炭素が管形分解炉３に後置接続された
転換装置２０に供給されることによつて、一酸化
炭素に相応して増大される。

この発電所１において鉄溶解ガス発生器２３か
ら1500℃で流出する高温の一酸化炭素ガスの熱
を、中圧蒸気を1000℃以上に加熱するために利用
でき、この蒸気は管形分解炉３に流入するメタン
に混合するために利用される。この補助的な熱供
給によつて、高温原子炉２の熱搬送媒体による熱
供給が減少され、ないしはその温度が低い温度レ
ベルに低下できる。それによつて高温原子炉の熱
搬送媒体の非常に高い出口温度に伴う材料上のお
よび他の問題は避けられる。同時に蒸気発電プラ
ントに付属された蒸気発生器５からはより多くの
熱が利用される。

この発電所において低温ガス分解装置１２の代
わりに圧力変動吸収装置も採用できる。管形分解
炉３から流出する廃ガスの残留蒸気含有量が少な
過ぎる場合には補助蒸気を転換装置２０に導入す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

図面は高温原子炉および化石燃料から水素ガス
を発生する密閉形プラントを持つた本発明に基づ
く発電所の概略系統図である。 １……発電所、２……高温原子炉、３……管形
分解炉、４……蒸気発電プラント、５……蒸気発
生器、６……水素発生プラント、７……化石燃料
供給配管、８……石炭ガス発生器、９……熱交換
器、１０……蒸気発生器、１１……ガス浄化装
置、１２……低温ガス分解装置、１３……水素供
給配管、１４……圧縮機、１５……圧縮機、１６
……熱交換機、１７……メタン配管、１８……高
温蒸気配管、１９……蒸気発生器、２０……転換
装置、２１……炭酸ガス洗浄装置、２２……化学
原料製造プラント、２３……鉄溶解ガス発生器、
２４……空気分解装置、２５……空気圧縮機、２
６……圧縮機、２７……酸素配管、２８，２９…
…熱交換器、３０……メタノール合成装置、３１
……圧縮機、３２……ガス配管、３３……製鉄
所、３４……転換装置、３５……炭酸ガス洗浄装
置、３６……スラツジ出口、３７……ガス配管、
３８……熱交換器、３９……蒸気供給配管、４０
……エジエクター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温原子炉、この高温原子炉に接続された蒸
   気発電プラントおよび炭素含有材料から水素を発
   生するプラントを有し、この水素発生プラント
   が、水素添加して石炭ガスを発生する石炭ガス発
   生器、石炭ガス発生器に後置接続されたガス浄化
   装置、ガス浄化装置に後置接続された低温ガス分
   解装置、このガス分解装置のメタン配管に接続さ
   れ高温原子炉の熱搬送媒体によつて加熱されるメ
   タン−水蒸気混合体を分解する管形分解炉、およ
   びこの管形分解炉の廃ガス系統に接続され少なく
   とも１つの熱交換器、転換装置および炭酸ガス洗
   浄装置から構成されたガス精選プラントを有して
   いる発電所において、石炭ガス発生器８の残留コ
   ークスが鉄溶解ガス発生器２３に供給され、鉄溶
   解ガス発生器２３の廃ガスが、熱交換器２８，２
   ９を介して管形分解炉３に後置接続されたガス精
   選プラント２０，２１から出て来る水素ガスの一
   部と一緒に、化学原料の製造プラント２２，３
   ０，３３に導かれることを特徴とする高温原子炉
   および化学原料製造プラントを持つた発電所。 ２ 鉄溶解ガス発生器２３に後置接続された熱交
   換器２８，２９の少なくとも１つにおいて、中圧
   蒸気が加熱されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の発電所。 ３ 加熱された蒸気が管形分解炉３に供給される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の発
   電所。 ４ 蒸気が管形分解炉３への高温電子炉２の熱搬
   送媒体の入口温度以上に加熱されることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の発電所。 ５ 熱交換器２８，２９に流入する中圧蒸気が、
   管形分解炉３内の圧力を越える圧力を有し、増圧
   エジエクター４０を介してメタンに混合されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の発電
   所。 ６ 鉄溶解ガス発生器２３から出て来る一酸化炭
   素を含むガスが、化学原料の製造プラントに導入
   される前に、転換装置３４および炭酸ガス洗浄装
   置３５から成る別のガス精選プラントを通して導
   かれることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の発電所。 ７ 鉄溶解ガス発生器２３の一酸化炭素を含むガ
   ス熱交換器２８，２９において冷却された後、ガ
   ス精選プラント２０，２１から出て来る水素ガス
   と一緒に、還元ガスとして別の化学原料の製造プ
   ラント３３に導かれることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の発電所。 ８ 化学原料の製造プラントがメタノール合成装
   置３０であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の発電所。 ９ 化学原料の製造プラントが製鉄所３３である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の発
   電所。 １０ 化学原料の製造プラントがアンモニア合成
   装置であり、鉄溶解ガス発生器２３が酸素が豊富
   化された空気で運転され、アンモニア合成装置に
   導入される廃ガスが完全に転換させられることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の発電所。 １１ 例えばメタノール合成に必要な水素と一酸
   化炭素の化学量論比２：１を得るために、石炭ガ
   ス発生器８が投入された石炭の45〜60％に当たる
   少ない炭素ガス化率で運転されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか
   に記載の発電所。 １２ 鉄溶解ガス発生器２３で発生された一酸化
   炭素を含むガスの一部が、水素供給配管１３から
   の水素ガスと一緒にメタノール合成装置３０に導
   かれ、他の部分が製鉄所３３に導かれることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第９項のい
   ずれかに記載の発電所。 １３ 石炭ガス発生器８に投入される石炭が、例
   えばメタノール合成に必要な水素と一酸化炭素の
   化学量論比２：１を得るためにそこで十分にガス
   化され、そのために鉄溶解ガス発生器２３に石炭
   ガス発生器８の残留コークスに加えて別の化石燃
   料が添加されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第８項のいずれかに記載の発電所。 １４ 鉄溶解ガス発生器２３が、高発熱量の残留
   コークスが供給されるために、例えば褐炭、オイ
   ルシエール、重油残留物、オイルサンドなどおよ
   びそれらの十分な発熱量の熱勘定をした混合物の
   ような低発熱量の燃料物質で運転されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の発電所。 １５ 低発熱量の燃料物質が、鉄溶解ガス発生器
   ２３に投入される前に予め乾燥ないし加熱される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の
   発電所。 １６ 鉄溶解ガス発生器２３が空気分解装置２４
   の酸素配管２７に接続されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の発電所。 １７ 鉄溶解ガス発生器２３における高圧を保つ
   ために、圧縮機２６が酸素配管２７に組み込まれ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１５項
   記載の発電所。 １８ メタノール合成装置３０のパージガスＰ
   が、管形分解炉３に流入するメタンに別個の配管
   を介して混合されることを特徴とする特許請求の
   範囲第８項記載の発電所。 １９ 低温ガス分解装置１２で分解された一酸化
   炭素が、別個の配管３７を介して直接ガス精選プ
   ラント２０，２１に導かれることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の発電所。