JPH1113478A - ガス発生装置 - Google Patents
ガス発生装置Info
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- JPH1113478A JPH1113478A JP9170655A JP17065597A JPH1113478A JP H1113478 A JPH1113478 A JP H1113478A JP 9170655 A JP9170655 A JP 9170655A JP 17065597 A JP17065597 A JP 17065597A JP H1113478 A JPH1113478 A JP H1113478A
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Abstract
安く、しかも設備の移設や将来のガス発生量の増大に簡
単に対応できるガス発生装置を提供する。 【解決手段】原料炭化水素と酸素とを高温で反応させて
主として一酸化炭素と水素とからなる混合ガスを発生さ
せる燃焼器3を備えたガス発生装置であって、上記燃焼
器3を出た気流によって駆動されるタービン5を備え、
このタービン5で発生した動力を有効出力として利用す
るようにした。
Description
り、炭化水素と酸素等から水素と一酸化炭素の混合ガス
を発生させるガス発生装置に関するものである。
法や石炭ガス化法とならんで、水蒸気改質法による水素
製造が行われてきた。水蒸気改質法は、天然ガス,LP
G,ナフサ等の炭化水素を原料とした水蒸気改質反応が
行われる。ところが、上記水蒸気改質法では、原料の一
部を加熱用燃料としなければならず、この燃焼によって
生じるNOx ,SOx 等の除去装置を設置しなければな
らない。また、あらかじめ原料の脱硫が必要で、イオウ
分を多く含む重質油が使用できず、比較的高価なナフサ
級軽質油までしか使用できないという問題がある。
きる方法として、部分酸化法による水素製造法が行われ
ている。部分酸化反応は、その完全燃焼に必要な酸素量
の30〜40%に相当する量の酸素により高温で燃焼さ
せ、下記の式(1)の反応により、H2 とCOの混合ガ
スを発生させる。そして、H2 ガスを製造する場合に
は、上記混合ガスを、COシフト転換器によるシフト転
換反応させたのち、CO 2 吸収除去およびPSA法によ
る不純物除去の各精製プロセスを経て水素が製造され
る。
るガス発生装置は、図9に示すように、燃焼器40と、
COシフト転換器41と、高圧ボイラ42とを備えてい
る。そして、導入路43から原料炭化水素,スチーム,
酸素を燃焼器40に導入し、1100〜1300℃の高
温で燃焼,反応させ、発生した混合ガスを高圧ボイラ4
2で冷却する。つぎに、COシフト転換器41で、混合
ガス中のCOを、スチーム導入路44から導入されるス
チームと反応させてH2 とCO2 にシフト転換させる。
そして、燃焼器40で発生した熱を、高圧ボイラ42で
高圧スチームを製造し、動力として回収する場合はスチ
ームタービン45で発電機を駆動し、電力に変換してい
る。
分酸化法は、部分酸化反応が発熱反応であるため、その
冷却に大規模な高圧ボイラ42およびスチームタービン
45が必要である。一般に、数万m3 /hの水素を発生
させる設備になると、この高圧ボイラ42は、直径4〜
5m、高さ20〜30mにもなる。このため、装置自体
が非常に大規模なものになり、設備コストや建設コスト
等イニシャルコストも非常に高くなるうえ、トラブルの
頻度も高くなる。また、設備の移設や将来のガス発生量
の増大等には対応することができないという問題があっ
た。
もので、設備が小形化するとともにイニシャルコストも
安く、しかも設備の移設や将来のガス発生量の増大に簡
単に対応できるガス発生装置を提供することをその目的
とする。
め、本発明のガス発生装置は、原料炭化水素と酸素とを
高温で反応させて主として一酸化炭素と水素とからなる
混合ガスを発生させる燃焼器を備えたガス発生装置であ
って、上記燃焼器を出た気流によって駆動されるタービ
ンを備え、このタービンで発生した動力を有効出力とし
て利用するようになっていることを要旨とする。
器を出た気流によって駆動されるタービンを備え、この
タービンで発生した動力を有効出力として利用するよう
になっている。したがって、タービン出口での混合ガス
の温度は、燃焼器内の温度よりも低下するため、従来、
発生ガスを冷却し動力として回収するために必要となっ
ていた大形の高圧ボイラや大容量のスチームタービンが
不要になる。これにより、設備の小形化とイニシャルコ
ストの低減が図れるだけでなく、設備の移設や将来のガ
ス発生量の増大にも対応できるようになる。そして、タ
ービンから排出されるガスから水素ガス,一酸化炭素ガ
ス等を取り出すとともに、タ─ビンで発生する動力を電
力等の有効出力として利用することができるのである。
また、タービンで得られた有効出力を、各種の動力とし
て有効利用することにより、電力費等のランニングコス
ト面で有利である。なお、本発明において部分酸化反応
に供する酸素は、純酸素として供給してもよいし、空気
を供給して空気中の酸素と部分酸化反応させるようにし
てもよい。
気の少なくともいずれかを導入するようになっている場
合には、燃焼器中に導入される水もしくは水蒸気によっ
て、燃焼器内の気流の温度が適正に制御される。
ービン入口の少なくともいずれかに、水および水蒸気の
少なくともいずれかを導入することにより、タービン入
口での気流の温度を制御するようになっている場合に
は、タービンに導入される気流の温度が適正に制御さ
れ、タービンにかかる熱負荷が少なくなり、タービンの
寿命が向上する。
ービン入口の少なくともいずれかに、水および水蒸気の
少なくともいずれかを導入することにより、タービン出
口での気流の温度を制御するようになっている場合に
は、タービン内の温度が適正に制御され、タービンにか
かる熱負荷が少なくなり、タービンの寿命が向上する。
ービンから排出された混合ガス中の一酸化炭素を水蒸気
と反応させて水素と二酸化炭素にシフト転換反応させる
シフト転換器を備え、燃焼器を出た気流中の水蒸気をシ
フト転換反応に供するようになっている場合には、燃焼
器を出た気流中の水蒸気によって、必要な水蒸気の一部
または全部をシフト転換反応に供することができるとと
もに、適切なシフト転換反応温度にタービン出口の気流
の温度を低下させることができる。
び水蒸気の少なくともいずれかを導入することにより、
タービン出口の気流が飽和水蒸気を含むようになってい
る場合には、シフト転換反応に必要な温度にタービン出
口の気流の温度を低下させることができるとともに、C
Oシフト転換反応用の水蒸気を、燃焼器を出た気流中の
水蒸気でまかなうことができる。
口の気流の組成によって、燃焼器中に導入する水および
水蒸気の少なくともいずれかの量を調節するようになっ
ている場合には、COシフト転換器から出た気流のガス
組成によりCOシフト転換反応に供する水蒸気の量を適
切に制御することができる。
が連設されている場合には、燃焼器から出た気流が直接
タービンを回すため、気流のロスがほとんどなく効率が
よい。また、設備が小形ですみ、移設や増設等も容易に
なる。
しく説明する。
装置の構成を示す説明図である。図において、3は燃焼
器であり、酸素製造装置1で製造されたO2 ガスを酸素
供給路12を通じて供給を受けるとともに、燃料タンク
8から燃料供給路14を通じて原料炭化水素の供給を受
ける。この燃焼器3は、原料炭化水素とO2 ガスとを噴
射させ燃焼させる燃焼部2と、この燃焼部2で発生した
高温高圧のガスを整流させる整流部7とからなる。そし
て、この燃焼器3には、燃焼器3から排出される気流で
駆動されるタービン5が連設されている。
15が設けられている。この水導入管15は複数に分岐
し、それぞれの先端部には、水を注入する複数のノズル
9,10が設けられている。燃焼部2側に第1ノズル9
が配設され、必要に応じて上記第1ノズル9から水を注
入させることにより燃焼温度を適正な温度範囲に制御す
るようになっている。
ノズル10が配設され、この第2ノズル10から水を注
入させることにより、必要に応じてタービン5の入口で
の気流の温度を制御するとともに、タービン内(主とし
てブレード)の洗浄をするようになっている。そして、
この燃焼器3内で、上記原料炭化水素とO2 ガスとを高
温で部分酸化反応させ、上記式(1)の反応により、主
としてCOとH2 とからなる混合ガスを発生させる。な
お、上記第1および第2ノズル9,10は、必要に応じ
て設ければよく、特に必要がなければなくてもよい。1
3aはタービン5から出た混合ガスを水蒸気とともに取
り出すガス取出路である。
の回転によって駆動される発電機6が接続され、タービ
ン5で発生した動力を電力に換え、有効出力として利用
するようになっている。
して用いられる。
スを所定の圧力で燃焼器3の燃焼部2に供給するととも
に、燃料タンク8から原料炭化水素を上記燃焼部2に供
給する。この燃焼器3内で、上記原料炭化水素とO2 と
を上記式(1)の反応を生じさせ、主としてCOとH2
とからなる混合ガスを発生させる。このとき、第1ノズ
ル9から注入される水から水蒸気が生じ、これにより燃
焼器3の整流部7内がある程度冷却され、部分酸化反応
に適切な温度範囲に調節されるとともに、水と炭化水素
が反応し、COとH2の増産作用に供する。
よび水蒸気をタービン5に送り、タービン5を駆動す
る。このタービン5の回転により、発電機6を駆動さ
せ、タービン5の有効出力を電力として取り出し利用す
ることが行われる。このとき、第2ノズル10から注入
される水から水蒸気が生じ、燃焼器3を出る気流の温度
を低下させ、タービン5の寿命を向上させる。また、燃
焼器3にタービン5が連設されているため、気流のロス
がほとんどなく、効率がよい。
イラー等を必要としないで、タービン5で得られた有効
出力を電力等として取り出すことができる。
発生装置の構成を示す説明図である。この装置は、ター
ビン5から出た混合ガスおよび水蒸気をCOシフト転換
反応させるCOシフト転換器4を備えている。このCO
シフト転換器4には、スチーム供給路11が設けられ、
必要に応じて調整用のスチームを導入するようになって
いる。そして、このCOシフト転換器4内では、タービ
ン5を出た気流が充填された触媒と接触し、上記気流中
のCOとH2 Oが下記の式(2)の反応を生じ、CO2
とH2 にシフト転換される。13aはタービン5から出
た混合ガスを水蒸気とともに取り出すガス取出路であ
り、13はCOシフト転換された水素富化ガスを取り出
すガス取出路である。なお、この装置において、水導入
管15から燃焼器3に導入される水は、高温ガスが流通
する配管(例えば、ガス取出路13,13a、タービン
5出口配管13b等)において熱交換し、加熱して供給
するようにしてもよい。それ以外の部分は、図1に示す
装置と同様であり、同様の部分には同じ符号を付してい
る。
られる。すなわち、上記タービン5を出た混合ガスおよ
び水蒸気を含む気流をCOシフト転換器4に導入し、触
媒と接触させる。そして、上記気流中のCOと水蒸気を
上記式(2)の反応により、CO2 とH2 にシフト転換
する。ここで、混合ガス中のCO濃度が数%程度になる
まで転換される。そして、ガス取出路13から取り出さ
れた上記水素富化ガスは、必要に応じてCO2 吸収工程
やPSA法による不純物除去,メタネーション等の精製
工程に送られる。
り、高純度の水素ガスを得ることができる。また、第1
および第2ノズル9,10から燃焼器3内に供給された
水から生じた水蒸気をシフト転換反応に供するようにな
っているため、上述した発生動力の増大や、部分酸化反
応効率およびタービン5の寿命の向上等の効果に加え、
COシフト転換器4に導入するシフト転換反応用の水蒸
気を減少させることができ、設備ユーティリティコスト
が低減する。ここで、第1および第2ノズル9,10か
ら燃焼器3内に水を注入させることにより、タービン5
出口での気流が飽和水蒸気を含むようにすると、COシ
フト転換反応用の水蒸気を燃焼器3を出た気流中の水蒸
気でまかなうことができるようになる。それ以外は、図
1に示す装置と同様の作用効果を奏する。
発生装置の構成を示す説明図である。この装置は、ター
ビン5から出た気流を冷却するクーラー20と、このク
ーラー20で冷却された気流を圧縮する圧縮機21と、
この圧縮機21で圧縮された気流の熱と上記クーラー2
0に導入される気流とを熱交換する熱交換器22とを備
え、タービン5から出た気流を所定圧力に昇圧してから
COシフト転換器4に導入するようになっている。図に
おいて11aは、COシフト転換器4に、調整用のスチ
ームを導入するスチーム供給路であり、ガス取出路13
に設けられた熱交換器23でスチームを加熱してから導
入するようになっている。それ以外の部分は、図2に示
す装置と同様であり、同様の部分には同じ符号を付して
いる。
定圧力に昇圧されたガスを取り出すことができる。そし
て、タービン5から出た気流をCOシフト転換器4に導
入する前に昇圧するため、COシフト転換器4の出口で
昇圧する場合よりも圧縮機21を稼働する動力が少なく
てすむ。これは、COシフト転換反応によって混合ガス
の量が大幅に増大することによる。そして、この場合に
は、気流中の水蒸気が冷却されて凝縮し、COシフト転
換反応に必要な水蒸気が不足するため、COシフト転換
反応用のスチームを供給するようになっている。それ以
外は、図2に示す装置と同様の作用効果を奏する。
発生装置の構成を示す説明図である。この装置は、第1
ノズル9および第2ノズル10にそれぞれ水を導入する
第1および第2水導入管15a,15bにそれぞれ調節
弁16a,16bが設けられている。また、燃焼器3の
整流部7には、整流部7内の反応温度を検知する第1温
度検知器17aおよびタービン5入口での気流の温度を
検知する第2温度検知器17bが設けられている。そし
て、上記第1温度検知器17aによって部分酸化反応温
度を検知し、その検知信号により調節弁16aを調節
し、第1ノズル9から注入される水の量を調節すること
により、整流部7内の部分酸化反応温度を制御するよう
になっている。また、上記第2温度検知器17bによっ
てタービン5入口での気流の温度を検知し、その検知信
号により調節弁16bを調節し、第2ノズル10から注
入される水の量を調節することによりタービン5入口で
の気流の温度を制御するようになっている。それ以外の
部分は、図2に示す装置と同様で、同様の部分には同じ
符号を付しており、図2に示す装置と同様の作用効果を
奏する。
発生装置の構成を示す説明図である。この装置は、第2
ノズル10に水を導入する第2水導入管15bに調節弁
16bが設けられているとともに、ガス取出路13に、
COシフト転換器4から出た気流のガス組成を検知する
組成検知器18が設けられている。そして、上記組成検
知器18でCOシフト転換器4から出た気流のガス組成
を検知し、その検知信号により調節弁16bを調節し、
第2ノズル10から注入される水の量を調節するように
なっている。これにより、燃焼器3内で発生させてCO
シフト転換反応に供する水蒸気の量を制御するようにな
っている。それ以外の部分は、図2に示す装置と同様
で、同様の部分には同じ符号を付しており、図2に示す
装置と同様の作用効果を奏する。
発生装置の構成を示す説明図である。この装置は、第2
ノズル10に水を導入する第2水導入管15bに調節弁
16bが設けられているとともに、タービン5の出口部
分に、タービン5出口での気流の温度を検知する第3温
度検知器19が設けられている。そして、上記第3温度
検知器19によってタービン5出口での気流の温度を検
知し、その検知信号により調節弁16bを調節し、第2
ノズル10から注入される水の量を調節することによ
り、タービン5出口での気流の温度を制御するようにな
っている。このようにすることにより、タービン5内の
温度が適正に制御され、タービン5にかかる熱負荷が少
なくなり、タービン5の寿命が向上する。なお、タービ
ン5出口での気流の温度を制御するため、タービン5か
ら出た気流の温度を、その後に行われるCOシフト転換
反応の適切な温度範囲に制御することも可能である。そ
れ以外の部分は、図2に示す装置と同様で、同様の部分
には同じ符号を付しており、図2に示す装置と同様の作
用効果を奏する。
発生装置の構成を示す説明図である。図において、21
はO2 ガスを圧縮する圧縮機、22は燃焼器3に反応温
度制御用の水を導入する水導入路、24はタービン5冷
却用の水を導入する水導入路、23はCOシフト転換器
4にシフト転換反応用のスチームを導入するスチーム路
である。それ以外の部分は、図2に示す装置と同様で、
同様の部分には同じ符号を付しており、図2に示す装置
と同様の作用効果を奏する。
発生装置の構成を示す説明図である。この装置は、酸素
を圧縮する圧縮機21がなく、ポンプ31で供給される
液体酸素を所定の圧力に昇圧させて燃焼器3に供給する
ようになっている。なお、上記液体酸素を熱交換器で気
化させて燃焼器3に供給してもよい。それ以外の部分
は、図7に示す装置と同様であり、同様の部分には同じ
符号を付している。この装置でも、図7に示す装置と同
様の作用効果を奏する。
3にO2 ガスを供給したものについては、液体酸素を供
給してもよい。また、燃焼器3内には、水を注入するよ
うにしたが、水蒸気を注入するようにしてもよい。ま
た、上記各実施の形態では、タービン5の有効出力を電
力として利用したが、これに限定するものではなく、軸
回転や噴流のような運動エネルギ等の形で利用するよう
にしてもよい。また、部分酸化によって得られたH2 と
COの混合ガスを、COシフト転換によって水素富化ガ
スにしたものについては、これに限定するものではな
く、上記混合ガスからH2 やCOを分離してもよいし、
混合ガスとして取り出すようにしてもよい。さらに、上
記燃焼器3としては、特に限定されるものではなく、各
種のものを用いることができる。例えば、ジェットエン
ジンやロケット用燃焼器も用いることができる。上記燃
焼器3がロケット用燃焼器からなる場合には、ロケット
用燃焼器から高い排出速度で噴射される気流によってタ
ービン5が駆動され、タービン5で発生する動力が増大
する。また、発生動力が大きいのに比較して設備が極め
て小形ですみ、移設や増設等が一層容易になる。
よれば、タービン出口での混合ガスの温度は、燃焼器内
の温度よりも低下するため、従来、発生ガスを冷却し動
力として回収するために必要となっていた大形の高圧ボ
イラや大容量のスチームタービンが不要になる。これに
より、設備の小形化とイニシャルコストの低減が図れる
だけでなく、設備の移設や将来のガス発生量の増大にも
対応できるようになる。そして、タービンから排出され
るガスから水素ガス,一酸化炭素ガス等を取り出すとと
もに、タ─ビンで発生する動力を電力等の有効出力とし
て利用することができるのである。また、タービンで得
られた有効出力を、各種の動力として有効利用すること
により、電力費等のランニングコスト面で有利である。
気の少なくともいずれかを導入するようになっている場
合には、燃焼器中に導入される水もしくは水蒸気によっ
て、燃焼器内の気流の温度が適正に制御される。
ービン入口の少なくともいずれかに、水および水蒸気の
少なくともいずれかを導入することにより、タービン入
口での気流の温度を制御するようになっている場合に
は、タービンに導入される気流の温度が適正に制御さ
れ、タービンにかかる熱負荷が少なくなり、タービンの
寿命が向上する。
ービン入口の少なくともいずれかに、水および水蒸気の
少なくともいずれかを導入することにより、タービン出
口での気流の温度を制御するようになっている場合に
は、タービン内の温度が適正に制御され、タービンにか
かる熱負荷が少なくなり、タービンの寿命が向上する。
ービンから排出された混合ガス中の一酸化炭素を水蒸気
と反応させて水素と二酸化炭素にシフト転換反応させる
シフト転換器を備え、燃焼器を出た気流中の水蒸気をシ
フト転換反応に供するようになっている場合には、燃焼
器を出た気流中の水蒸気によって、必要な水蒸気の一部
または全部をシフト転換反応に供することができるとも
に、適切なシフト転換反応温度にタービン出口の気流の
温度を低下させることができる。
び水蒸気の少なくともいずれかを導入することにより、
タービン出口の気流が飽和水蒸気を含むようになってい
る場合には、シフト転換反応に必要な温度にタービン出
口の気流の温度を低下させることができるとともに、C
Oシフト転換反応用の水蒸気を、燃焼器を出た気流中の
水蒸気でまかなうことができる。
口の気流の組成によって、燃焼器中に導入する水および
水蒸気の少なくともいずれかの量を調節するようになっ
ている場合には、COシフト転換器から出た気流のガス
組成によりCOシフト転換反応に供する水蒸気の量を適
切に制御することができる。
が連設されている場合には、燃焼器から出た気流が直接
タービンを回すため、気流のロスがほとんどなく効率が
よい。また、設備が小形ですみ、移設や増設等も容易に
なる。
示す説明図である。
成を示す説明図である。
成を示す説明図である。
成を示す説明図である。
成を示す説明図である。
成を示す説明図である。
成を示す説明図である。
成を示す説明図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 原料炭化水素と酸素とを高温で反応させ
て主として一酸化炭素と水素とからなる混合ガスを発生
させる燃焼器を備えたガス発生装置であって、上記燃焼
器を出た気流によって駆動されるタービンを備え、この
タービンで発生した動力を有効出力として利用するよう
になっていることを特徴とするガス発生装置。 - 【請求項2】 燃焼器中に水および水蒸気の少なくとも
いずれかを導入するようになっている請求項1記載のガ
ス発生装置。 - 【請求項3】 燃焼器中およびタービン入口の少なくと
もいずれかに、水および水蒸気の少なくともいずれかを
導入することにより、タービン入口での気流の温度を制
御するようになっている請求項2記載のガス発生装置。 - 【請求項4】 燃焼器中およびタービン入口の少なくと
もいずれかに、水および水蒸気の少なくともいずれかを
導入することにより、タービン出口での気流の温度を制
御するようになっている請求項2記載のガス発生装置。 - 【請求項5】 燃焼器で発生しタービンを出た混合ガス
中の一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素と二酸化炭素
にシフト転換反応させるシフト転換器を備え、燃焼器を
出た気流中の水蒸気をシフト転換反応に供するようにな
っている請求項2〜4のいずれか一項に記載のガス発生
装置。 - 【請求項6】 燃焼器中に水および水蒸気の少なくとも
いずれかを導入することにより、タービン出口の気流が
飽和水蒸気を含むようになっている請求項5記載のガス
発生装置。 - 【請求項7】 シフト転換器の出口の気流の組成によっ
て、燃焼器中に導入する水および水蒸気の少なくともい
ずれかの量を調節するようになっている請求項5または
6記載のガス発生装置。 - 【請求項8】 燃焼器とタービンが連設されている請求
項1〜7のいずれか一項に記載のガス発生装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17065597A JP3786759B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | ガス発生装置 |
CN98102948A CN1211534A (zh) | 1997-06-09 | 1998-06-09 | 气体发生装置及用它产生气体的方法 |
KR10-1998-0022253A KR100501481B1 (ko) | 1997-06-09 | 1998-06-09 | 가스발생장치및그를사용한가스발생방법 |
TW087109120A TW399123B (en) | 1997-06-09 | 1998-06-09 | A gas generator and its method for generating gas |
EP98304538A EP0884099A3 (en) | 1997-06-09 | 1998-06-09 | Gas generating apparatus and gas generation process using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17065597A JP3786759B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | ガス発生装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1113478A true JPH1113478A (ja) | 1999-01-19 |
JP3786759B2 JP3786759B2 (ja) | 2006-06-14 |
Family
ID=15908918
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17065597A Expired - Fee Related JP3786759B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-26 | ガス発生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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