JPH1068329A - 合成ガスおよびエネルギーを組み合わせて製造する方法 - Google Patents

合成ガスおよびエネルギーを組み合わせて製造する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 少なくとも第二燃料流を燃焼用空気と燃焼さ
せて煙道ガスとし、そしてこの煙道ガスを、熱交換型反
応器の炭化水素供給源の水蒸気改質反応と熱伝導の関係
に流すことによって、合成ガスを製造する段階、および
第一燃料流を燃焼用空気とガスタービン燃焼室で燃焼さ
せて煙道ガスとし、そしてこの煙道ガスをガスタービン
で膨張させることによって、電気エネルギーを製造する
段階を含有する合成ガスおよび電気エネルギーを組み合
わせて製造する方法を提供する。 【解決手段】 これらの段階の一方からの煙道ガスをも
う一方の段階の燃焼用空気として使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換型改質器へ
の燃焼用空気供給にガスタービンを組み込むことによっ
て、合成ガスおよび電気エネルギーを組み合わせて製造
する方法に関する。本発明は、特に炭化水素供給源から
合成ガスを製造するための熱交換水蒸気改質器(HER) へ
の熱量供給のための燃焼用空気として、ほぼ大気圧また
は昇圧状態のガスタービンからの熱排気を使用すること
によって、高効率でエネルギー(power) を生産する方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】一方本発明の方法によれば、ガスタービ
ンエアコンプレッサーからの圧縮された空気は、最初に
HER において、次いでガスタービンエキスパンダーでガ
スを膨張させる前にHER からの煙道ガス温度を上昇させ
るための第二の燃焼において、燃焼用空気として使用す
ることができる。
【0003】HER は、通常炭化水素改質技術で用いられ
る。HER 改質器の利点は、改質用加熱炉のような輻射に
よる熱伝達と比較して、対流的な熱伝達の度合が高い点
にある。これは、著しく過剰な燃焼用空気によって達成
されるが、このことは煙道ガス温度を制限する。一般
に、HER には、予熱され、脱硫された炭化水素流が水蒸
気と混合されて導入される。
【0004】改質工程は、HER 中に配置された改質触媒
の存在下に実施される。この水蒸気改質工程は、以下の
反応により進行する: C n H m + n H2O ⇔ n CO + (n+m/2) H2 CO + H2O ⇔ CO2 + H2 HER の概念は、冷却による改質器触媒床からの流出流が
改質工程のために必要な熱量の一部を提供するように、
吸熱反応を行うことを含む。必要とされる改質器能力の
残部は、HER 燃焼室での燃料の燃焼および熱煙道ガス流
の製造により供給され、この煙道ガスは、触媒床中での
上記水蒸気改質反応と熱伝導の関係にある触媒床壁面の
外側を、ほぼ大気圧または昇圧状態で流れる。
【0005】この燃焼は、触媒床壁面を介して触媒に対
して主として対流的に熱伝達を行うための適切な煙道ガ
ス温度を達成するために過剰な空気を用いて行われる。
HER で製造された合成ガスは、下流のプロセスを区画す
る手法により、いくつかの合成法、例えばメタノールま
たは水素または一酸化炭素の製造に用いることができ
る。
【0006】通常のレイアウトでは、HER には、燃焼用
空気コンプレッサーの過剰な燃焼用空気が供給される。
HER に基づいたプラントのこのようなおよびその他の種
々雑多な装置(コンプレッサー、ブロアー、ポンプ等)
のために必要なエネルギーは、通常エネルギーの導入ま
たは代表的にはスチームタービンまたはガスタービンに
よるオンサイトでのエネルギーの生産によって供給され
ている。
【0007】ガスタービンは、HER に類似して、煙道ガ
ス温度を制御するために著しく過剰な燃焼用空気を必要
とする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】HER 改質器およびガス
タービンは、両方とも煙道ガス温度の制御を必要とする
という事実に基づいて、本発明者らは、酸素の減少した
(oxygen depleted)HERからの排気をガスタービンに燃焼
用空気として使用した場合およびその逆の場合には、改
善されたプロセス効率が達成されることを見出した。最
初のプロセスから大気温度に低下するまでの排気ガスの
全体の熱エネルギーは、エントロピーの損失なしで続い
ての燃焼プロセスでの燃焼用空気予熱能力に変換され
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、第二
燃料流を燃焼用空気と燃焼させて煙道ガスとし、そして
この煙道ガスを、熱交換型反応器中での炭化水素供給源
の水蒸気改質反応と熱伝導の関係で流すことによって、
合成ガスを製造する段階、および第一燃料流を燃焼用空
気とガスタービン燃焼室で燃焼させて煙道ガスとし、そ
してこの煙道ガスをガスタービンにおいて膨張させるこ
とによって、電気エネルギーを製造する段階、を少なく
とも含む合成ガスおよび電気エネルギーを組み合わせて
製造する方法であって、これらの段階の一方からの煙道
ガスをもう一方の段階の燃焼用空気として使用すること
からなる上記方法を提供する。
【0010】本発明の方法により、熱交換型改質器と組
み合わされたガスタービンにおいて高効率でエネルギー
が生産される。エネルギーおよび合成ガスを組み合わせ
て生産するために必要な量の燃料は、約80〜90%の効率
で転換されるが、これは別々のエネルギー生産では達成
されない。その他の利点として、燃焼用空気を順次使用
することにより、2つの別々の回収セクションの代わり
に1つの共通の煙道ガス廃熱回収セクションしか必要で
なく、それによって煙道ガスの全体の流量が著しく減少
される点がある。
【0011】本発明の方法により、HER に使用される燃
焼用空気は、液体または気体状燃料流を燃焼し、エネル
ギーおよび熱酸素含有排気ガスを生産するガスタービン
に流され;次いでこの酸素含有排気ガスは、HER 燃焼室
に流され、ここで改質器および共通の廃熱回収セクショ
ンの加熱媒体として適当な煙道ガス流を供給する追加的
な燃料の燃焼のために使用されるか、あるいは燃焼用空
気はガスタービンコンプレッサーに流され、ここで圧縮
され、そして液体または気体状燃料流を燃焼し、改質器
の加熱媒体として適当な煙道ガス流を供給するためにHE
R 燃焼室に送られ;次いで、このHER からの酸素含有流
出流は、排気ガスを製造する追加的な燃料流の燃焼のた
めに使用され、これはガスタービンエキスパンダーに流
され、そして最終的には共通の廃熱回収セクションに流
される。
【0012】
【実施例】図1の特別な態様に示されるように本発明の
手段を操作するには、大気中の空気2をガスタービン(G
T)コンプレッサーに流入し、1またはそれ以上の段階で
ガスタービンエアコンプレッサーで圧縮する。次いで、
圧縮した空気を過剰な酸素供給源として、ガスタービン
燃焼室で液体または気体状燃料流11と混合しそして反
応させる。
【0013】燃焼室からの煙道ガス8は、実質的な量の
残部酸素を含有しており、引き続いてガスタービンエキ
スパンダー(GTエキスパンダー)に流され、ここで煙道
ガスは、HER 燃焼用空気として適当なほぼ大気圧または
昇圧状態にまで脱圧される。酸素含有煙道ガス流12
は、HER に流され、そしてもう一度HER 燃焼室9で過剰
な酸素供給源として、液体または気体状燃料6と反応
し、そしてHER の触媒室14で行われる熱量を必要とす
る吸熱改質工程のための熱量を供給するために十分に高
い温度(一般的には1300℃)および高い流速の第二煙道
ガス流を形成する。
【0014】熱吸収HER 改質セクション14の煙道ガス
側で冷却されるHER からの煙道ガスは、通常の煙道ガス
廃熱回収セクション(WHS) においてさらに冷却される。
ガスタービンは、軸動力(shaft power) を生産し、これ
はターボジェネレーターまたは例えばコンプレッサー
(図示せず)を運転するために任意に使用される。
【0015】図2に示されている本発明によるその他の
態様では、大気空気20が、ガスタービンエアコンプレ
ッサー(GTコンプレッサー)に流され、そして1または
それ以上の段階で圧縮される。圧縮された空気22は、
HER 燃焼室90に流され、そしてそこで過剰な酸素供給
源として液体または気体状燃料流60と混合されて、そ
して反応し、HER 改質セクション140で行われる熱吸
収吸熱改質プロセスのための熱量を供給するために十分
に高い温度(一般的には1300℃)および高い流速の煙道
ガスを形成する。
【0016】煙道ガス80は、熱吸収HER 改質セクショ
ン140の煙道ガス側で冷却され、そしてHER に含まれ
る残量の酸素は、次いで燃焼室120に流され、そして
もう一度過剰な酸素供給源として液体または気体状燃料
110と反応させられ、煙道ガス100を生成する。煙
道ガス100は、ガスタービンエキスパンダーに流さ
れ、ほぼ大気圧までタービンで脱圧される。
【0017】次いで、脱圧された煙道ガス流は、通常の
廃熱回収セクション(WHS) に送られる。ガスタービン
は、軸動力を生産し、これはターボジェネレーターまた
は例えばコンプレッサー(図示せず)を運転するために
任意に使用される。図1および2に示した両方の態様に
おいて、エアコンプレッサーからの圧縮された燃焼用空
気を、バイパスにより直接第二の燃焼室に流してもよ
い。
【0018】図1および2に示した態様で用いられる条
件および得られる結果を、それぞれ表1および表2にま
とめる。図3および表3に示したガスタービンを用いな
いHER での従来の合成ガス生成と比較して、本発明の方
法では著しいエネルギーの節約が達成される。図3に示
された従来のHER は8.9MWh/hのエネルギー導入が必要で
あるが、エネルギーおよび合成ガスの組み合わせた製造
では過剰なエネルギーが生産される。図1の態様によ
り、29gMWh/hのエネルギーがプラントから搬出される。
これによって、合成ガスおよびエネルギーの組み合わせ
た製造に必要な追加的な燃料の転化効率は、表1から明
らかなように89%である。図2に示された態様では、94
%の追加的な燃料の転化効率で76MWh/h のエネルギー搬
出が可能である(表2参照)。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【表3】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一つの態様を示したフローチ
ャートである。
【図2】図2は、本発明の一つの態様を示したフローチ
ャートである。
【図3】図3は、従来の方法を示したフローチャートで
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02C 6/18 F02C 6/18 Z 7/22 7/22 D

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第二燃料流を燃焼用空気と燃焼させて煙
    道ガスとし、そしてこの煙道ガスを、熱交換型反応器中
    での炭化水素供給源の水蒸気改質反応と熱伝導の関係で
    流すことによって、合成ガスを製造する段階、および第
    一燃料流を燃焼用空気とガスタービン燃焼室で燃焼させ
    て煙道ガスとし、そしてこの煙道ガスをガスタービンに
    おいて膨張させることによって、電気エネルギーを製造
    する段階、を少なくとも含む合成ガスおよび電気エネル
    ギーを組み合わせて製造する方法であって、これらの段
    階の一方からの煙道ガスをもう一方の段階の燃焼用空気
    として使用することを特徴とする上記方法。
  2. 【請求項2】 ガスタービンからの膨張した煙道ガス
    を、水蒸気改質段階において第二の燃料流と燃焼させる
    請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 水蒸気改質段階からの煙道ガスを、電気
    エネルギー製造段階において第一の燃料流と燃焼させる
    請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 水蒸気改質段階の燃焼用空気が、ガスタ
    ービンコンプレッサーからの圧縮された空気である請求
    項1〜3のいずれかに記載の方法。
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