KR102580029B1 - 원료 유체의 처리 플랜트, 및 원료 유체의 처리 방법 - Google Patents

원료 유체의 처리 플랜트, 및 원료 유체의 처리 방법 Download PDF

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Abstract

원료 유체의 처리 플랜트는, 원료 유체(NH)를 반응시켜, 반응 가스(RG)를 생성하는 원료 반응 설비(40)를 구비한다. 원료 반응 설비(40)는, 예열기(44a, 44b)와, 반응기(45)를 갖는다. 예열기(44a, 44b)는, 제2 열 매체와 원료 유체를 열 교환시켜, 원료 유체(NH)를 가열하는 열 교환기이다. 반응기(45)는, 제2 열 매체와는 다른 제1 열 매체와 예열기(44a, 44b)에서 가열된 원료 유체(NH)를 열 교환시켜, 원료 유체(NH)를 가열하여 반응시키는 열 교환기이다.

Description

원료 유체의 처리 플랜트, 및 원료 유체의 처리 방법
본 발명은, 원료 유체를 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 처리를 포함하는 기술에 관한 것이다.
본원은, 2019년 3월 15일에, 일본에 출원된 특원 2019-048890호에 근거하여 우선권을 주장하고, 이 내용을 여기에 원용한다.
지구 환경 보전을 위하여 CO2 배출량을 삭감하기 위하여, 연소해도 CO2를 배출하지 않는 수소를 연료로서 이용하는 것이 유력한 선택지로 되어 있다. 그러나, 예를 들면 가스 터빈의 연료로서 널리 사용되고 있는 액화 천연 가스 등의 연료와 비교하여, 수소는, 그 수송이나 저장은 용이하지 않다. 이 때문에, 수소로 변환 가능한 암모니아를 연료로서 이용하는 것이 검토되고 있다. 또, 예를 들면 메탄올 등도 연료로서 이용하는 것이 검토되고 있다.
이하의 특허문헌 1, 2에는, 가스 터빈 플랜트가 개시되어 있다. 이 가스 터빈 플랜트는, 암모니아를 가열하여, 이 암모니아를 수소와 질소로 열 분해 반응시키는 원료 반응 설비를 구비하고 있다. 원료 반응 설비는, 한 기의 열 교환 장치를 갖는다. 이 한 기의 열 교환 장치는, 가스 터빈으로부터의 배기 가스가 흐르는 가스 프레임과, 이 가스 프레임 중에 배치되어 있는 전열관을 갖는다. 이 한 기의 열 교환 장치에서는, 전열관 내로 유입되어 온 액체 암모니아와 가스 프레임 내를 흐르고 있는 배기 가스를 열 교환시켜, 암모니아를 가열하여, 이 암모니아를 열 분해 반응시키고, 수소와 질소를 포함하는 반응 가스로 한다. 이 반응 가스는, 가스 터빈의 연소기로 유도된다.
일본 공개특허공보 평04-342829호 일본 공개특허공보 2018-076794호
상기 특허문헌 1, 2에 기재된 기술에서는, 한 기의 열 교환 장치에서, 액체 암모니아와 배기 가스를 열 교환시켜, 암모니아를 가열하여, 이 암모니아를 열 분해 반응시키고 있기 때문에, 배기 가스의 열 에너지 손실이 커진다. 또, 상기 특허문헌 1, 2에 기재된 기술에서는, 반응 후의 반응 가스의 열이 유효하게 활용되고 있지 않다. 이 때문에, 상기 특허문헌 1, 2에 기재된 기술에서는, 플랜트의 열 효율이 저하된다.
따라서, 본 발명은, 암모니아 등의 원료 유체를 반응시킴에 있어서, 배기 가스 등의 열원의 열 에너지 손실을 억제하고, 플랜트의 열 효율을 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 양태의 원료 유체의 처리 플랜트는,
원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 설비를 구비한다. 상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 예열하는 예열기와, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 반응기와, 제1 열 매체가 흐르는 제1 열 매체 라인과, 상기 제1 열 매체와는 다른 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 라인을 갖는다. 상기 반응기는, 상기 원료 유체와 상기 제1 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하여 반응시키는 열 교환기이다. 상기 예열기는, 상기 원료 유체와 상기 제2 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하는 열 교환기이다. 상기 제1 열 매체 라인은, 상기 제1 열 매체를 상기 반응기로 유도한다. 상기 제2 열 매체 라인은, 상기 제2 열 매체를 상기 예열기로 유도한다.
본 양태에서는, 원료 유체를 가열하여 반응시킴에 있어서, 먼저, 제1 열 매체와는 다른 제2 열 매체와 원료 유체를 열 교환시켜, 원료 유체를 예열한다. 그 후, 본 양태에서는, 제1 열 매체와 예열 후의 원료 유체를 열 교환시켜, 원료 유체를 가열하여 반응시킨다. 이 때문에, 본 양태에서는, 하나의 열 매체로, 원료 유체를 예열하고 또한 반응시키는 경우보다, 제1 열 매체를 가열하기 위한 열량을 적게 할 수 있다. 따라서, 본 양태에서는, 제1 열 매체를 가열하기 위한 배기 가스 등의 열원의 열 에너지 손실을 억제할 수 있다.
여기에서, 상기 일 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 제1 열 매체 라인을 흐르는 상기 제1 열 매체의 정압 비열(定壓比熱)과 유량의 곱이, 상기 제2 열 매체 라인을 흐르는 상기 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 커도 된다.
본 양태에서는, 원료 유체의 반응을 위하여 대량의 열을 필요로 하는 반응기의 온도 레벨에는 많은 열량을 투입할 수 있고, 적은 열량으로 충분한 예열기의 온도 레벨에는 적은 열량을 투입할 수 있다. 이 때문에, 온도 레벨마다 필요해지는 열량을 과부족없이 투입할 수 있어, 온도 레벨에 따라 효과적으로 열을 이용할 수 있다.
이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 열 사이클 매체가 순환하는 배열 이용 열 사이클을 갖고, 열원의 열을 이용하여, 상기 열 사이클 매체를 가열하며, 가열된 상기 열 사이클 매체를 이용하는 배열 이용 설비를 더 구비해도 된다. 이 경우, 상기 배열 이용 설비는, 상기 열원의 열을 이용하여, 상기 제1 열 매체를 가열한다. 상기 제1 열 매체 라인은, 상기 열원의 열로 가열된 상기 제1 열 매체를 상기 반응기로 유도한다.
본 양태에서는, 열원의 열 중, 반응 가스의 생성에 이용하지 않는 부분을 열 사이클에서 활용할 수 있어, 플랜트의 출력, 효율을 높일 수 있다.
상기 배열 이용 설비를 구비하는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 배기 가스를 발생하는 배기 가스 발생 설비를 더 구비해도 된다. 이 경우, 상기 열원은, 상기 배기 가스 발생 설비로부터의 상기 배기 가스이다. 상기 배열 이용 설비는, 상기 열 사이클 매체를 상기 배기 가스와 열 교환시킴으로써 가열한다. 상기 배열 이용 설비는, 상기 배기 가스가 흐르는 가스 프레임과, 상기 가스 프레임 내에 마련되고, 상기 제1 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 제1 열 매체를 가열하는 제1 열 매체 가열기를 갖는다. 상기 제1 열 매체 라인은, 상기 배열 이용 설비의 상기 제1 열 매체 가열기에 접속되고, 상기 배기 가스의 열로 가열된 상기 제1 열 매체를 상기 반응기로 유도한다.
본 양태에서는, 배기 가스 발생 설비로부터의 배기 가스의 열을 유효 활용함으로써, 플랜트의 효율을 높일 수 있다.
상기 배기 가스 발생 설비를 구비하는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배기 가스 발생 설비는, 상기 반응 가스를 연료로서 이용하는 반응 가스 이용 설비여도 된다.
본 양태에서는, 배열 이용 설비와는 다른 반응 가스 이용 설비를 마련할 수 있고, 반응 가스를 반응 가스 이용 설비에서 이용한 후의 배열을, 배열 이용 설비에서 더 이용할 수 있으므로, 반응 가스가 갖는 에너지를 반복 회수할 수 있어, 고효율인 에너지 이용이 가능해진다.
상기 제1 열 매체 가열기를 갖는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체와의 열 교환 후의 상기 제1 열 매체를 상기 반응기로부터 상기 제1 열 매체 가열기로 되돌려 보내는 제1 열 매체 회수 라인을 가져도 된다.
본 양태에서는, 반응기와 제1 열 매체 가열기의 사이에서, 제1 열 매체가 순환한다. 이 때문에, 본 양태에서는, 제1 열 매체 가열기로부터 유출되는 제1 열 매체의 온도와, 제1 열 매체 가열기로 유입되는 제1 열 매체의 온도차를 최소한으로 할 수 있다. 따라서, 본 양태에서는, 이 관점에서도, 제1 열 매체를 가열하기 위한 열량을 적게 할 수 있다.
상기 제1 열 매체 회수 라인을 갖는, 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 반응기는, 상기 원료 유체와의 열 교환 전의 상기 제1 열 매체와 상기 원료 유체와의 열 교환 후의 상기 제1 열 매체에서 상변화시키지 않도록 구성되어 있어도 된다.
본 양태에서는, 제1 열 매체가 반응기와 제1 열 매체 가열기의 사이에서 순환하는 과정에서, 상변화하지 않는다. 따라서, 본 양태에서는, 제1 열 매체가 상변화하는 경우보다, 제1 열 매체를 가열하기 위한 열량을 적게 할 수 있다.
상기 배열 이용 열 사이클을 갖는, 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 제1 열 매체와 상기 제2 열 매체 중, 적어도 일방의 열 매체는, 상기 열 사이클 매체와 동일한 물질이어도 된다.
본 양태에서는, 제1 열 매체 또는 제2 열 매체가, 열 사이클 매체와 동일한 물질이기 때문에, 제1 열 매체 또는 제2 열 매체의 질 등의 관리를 용이하게 행할 수 있다.
상기 제1 열 매체 또는 상기 제2 열 매체가, 열 사이클 매체와 동일한 물질인 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 일방의 열 매체의 압력은, 배열 이용 열 사이클 내에 있어서의 열 사이클 매체의 최고 압력보다 낮아도 된다.
본 양태에서는, 별도의 공급 설비를 마련하지 않고, 용이하게 제1 열 매체를 반응기에 공급하거나, 또는 제2 열 매체를 예열기에 공급할 수 있다. 특히, 기동 시나, 시일 누설 등에 기인하는 제1 열 매체의 압력 저하 시에 용이하게 제1 열 매체를 반응기에 공급하거나, 또는 제2 열 매체를 예열기에 공급할 수 있다.
이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 반응기는, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 전(前)반응기와, 상기 전반응기로부터의 가스를 더 가열하여, 상기 전반응기로부터의 가스에 포함되는 상기 원료 유체를 반응시키는 후(後)반응기를 가져도 된다. 이 경우, 상기 전반응기는, 상기 제1 열 매체의 일종인 제1 저온 열 매체와 상기 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열한다. 상기 후반응기는, 상기 제1 열 매체의 일종이며 상기 제1 저온 열 매체와 다른 제1 고온 열 매체와 상기 전반응기로부터의 가스를 열 교환시켜, 상기 전반응기로부터의 가스를 가열한다. 상기 제1 열 매체 라인은, 상기 제1 저온 열 매체가 흐르는 제1 저온 열 매체 라인과, 상기 제1 고온 열 매체가 흐르는 제1 고온 열 매체 라인을 갖는다. 상기 제1 저온 열 매체 라인은, 상기 전반응기에 접속되고, 상기 제1 저온 열 매체를 상기 전반응기로 유도한다. 상기 제1 고온 열 매체 라인은, 상기 후반응기에 접속되고, 상기 제1 고온 열 매체를 상기 후반응기로 유도한다.
본 양태에서는, 전반응기에서의 반응과, 후반응기에서의 반응의 2단계로 나누어, 원료 유체의 반응을 실행하므로, 후반응기로부터 유출되는 반응 가스 중에 포함되어 있는 잔류 원료의 농도를 낮출 수 있다. 또한, 본 양태에서는, 후반응기에서 반응 가스와 열 교환하는 제1 열 매체의 온도가, 전반응기에서 원료 유체와 열 교환하는 제1 열 매체의 온도보다 높아지기 때문에, 반응을 위한 열을 효율적으로 이용할 수 있다. 또, 반응기를 전반응기와 후반응기로 분할하고, 각각에 열 매체를 공급함으로써, 각각의 온도 레벨마다 필요해지는 열량을 과부족없이 투입할 수 있어, 온도 레벨에 따라 효과적으로 열을 이용할 수 있다.
상기 배열 이용 설비 및 상기 배기 가스 발생 설비를 구비하는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 반응기는, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 전반응기와, 상기 전반응기로부터의 가스를 더 가열하여, 상기 전반응기로부터의 가스에 포함되는 상기 원료 유체를 반응시키는 후반응기를 가져도 된다. 이 경우, 상기 제1 열 매체 가열기는, 상기 제1 열 매체의 일종인 제1 저온 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 제1 저온 열 매체를 가열하는 제1 저온 열 매체 가열기와, 상기 제1 열 매체의 일종인 제1 고온 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 제1 고온 열 매체를 가열하는 제1 고온 열 매체 가열기를 갖는다. 상기 제1 고온 열 매체 가열기는, 상기 가스 프레임 내에서, 상기 제1 저온 열 매체 가열기보다, 상기 배기 가스의 흐름의 상류 측에 배치되어 있다. 상기 제1 열 매체 라인은, 상기 제1 저온 열 매체가 흐르는 제1 저온 열 매체 라인과, 상기 제1 고온 열 매체가 흐르는 제1 고온 열 매체 라인을 갖는다. 상기 제1 저온 열 매체 라인은, 상기 제1 저온 열 매체 가열기에 접속되고, 상기 배기 가스로 가열된 상기 제1 저온 열 매체를 상기 전반응기로 유도한다. 상기 제1 고온 열 매체 라인은, 상기 제1 고온 열 매체 가열기에 접속되고, 상기 배기 가스로 가열된 상기 제1 고온 열 매체를 상기 후반응기로 유도한다.
본 양태에서는, 전반응기에서의 반응과, 후반응기에서의 반응의 2단계로 나누어, 원료 유체의 반응을 실행하므로, 후반응기로부터 유출되는 반응 가스 중에 포함되어 있는 잔류 원료의 농도를 낮출 수 있다. 또한, 본 양태에서는, 후반응기에서 반응 가스와 열 교환하는 제1 열 매체의 온도가, 전반응기에서 원료 유체와 열 교환하는 제1 열 매체의 온도보다 높아지기 때문에, 반응을 위한 열을 효율적으로 이용할 수 있다. 또, 반응기를 전반응기와 후반응기로 분할하고, 각각에 열 매체를 공급함으로써, 각각의 온도 레벨마다 필요해지는 열량을 과부족없이 투입할 수 있어, 온도 레벨에 따라 효과적으로 열을 이용할 수 있다.
상기 전반응기 및 상기 후반응기를 갖는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배열 이용 설비는, 상기 배기 가스의 열을 이용하여 물을 증기로 하는 배열 회수 보일러를 갖고, 상기 배열 회수 보일러는, 상기 가스 프레임을 가지며, 상기 제1 저온 열 매체 및 제1 고온 열 매체는, 모두, 물 또는 증기여도 된다.
상기 전반응기 및 상기 후반응기를 갖는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배열 이용 설비는, 상기 가스 프레임 내를 흐르는 상기 배기 가스 중에, 연료를 분사하여, 상기 연료를 연소시키는 버너를 가져도 된다. 이 경우, 상기 버너는, 상기 가스 프레임 내에서, 상기 제1 고온 열 매체 가열기보다, 상기 배기 가스의 흐름의 상류 측에 배치되어 있다. 상기 제1 고온 열 매체 가열기는, 상기 버너로부터 분사된 상기 연료의 연소로 생성되는 연소 가스와 상기 제1 고온 열 매체를 열 교환시켜, 상기 제1 고온 열 매체를 가열한다.
본 양태에서는, 배기 가스만으로 제1 열 매체를 가열하는 경우보다, 고온의 제1 열 매체를 얻을 수 있으므로, 원료 유체의 반응을 촉진할 수 있어, 반응 가스 중에 포함되는 원료 유체의 농도를 낮출 수 있다.
또, 상기 가스 프레임을 갖는 상기 배열 이용 설비를 구비하는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배열 이용 설비는, 상기 가스 프레임 내를 흐르는 상기 배기 가스 중에, 상기 연료를 분사하여, 상기 연료를 연소시키는 버너를 가져도 된다. 이 경우, 상기 버너는, 상기 가스 프레임 내에서, 상기 제1 열 매체 가열기보다, 상기 배기 가스의 흐름의 상류 측에 배치되어 있다. 상기 제1 열 매체 가열기는, 상기 버너로부터 분사된 상기 연료의 연소로 생성되는 연소 가스와 상기 제1 열 매체를 열 교환시켜, 상기 제1 열 매체를 가열한다.
본 양태에서는, 배기 가스만으로 제1 열 매체를 가열하는 경우보다, 고온의 제1 열 매체를 얻을 수 있으므로, 원료 유체의 반응을 촉진할 수 있어, 반응 가스 중에 포함되는 원료 유체의 농도를 낮출 수 있다.
상기 제1 저온 열 매체 라인 및 상기 제1 고온 열 매체 라인을 갖는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 제1 저온 열 매체 라인을 흐르는 상기 제1 저온 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱이, 상기 제1 고온 열 매체 라인을 흐르는 상기 제1 고온 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 커도 된다.
본 양태에서는, 원료 유체의 반응을 위하여 대량의 열을 필요로 하는 반응기의 온도 레벨에는 많은 열량을 투입할 수 있고, 적은 열량으로 충분한 예열기의 온도 레벨에는 적은 열량을 투입할 수 있다. 이 때문에, 온도 레벨마다 필요해지는 열량을 과부족없이 투입할 수 있어, 온도 레벨에 따라 효과적으로 열을 이용할 수 있다. 특히, 대부분의 원료 유체의 반응이 전반응기에서 행해지는 경우, 후반응기에 투입하는 고온의 제1 고온 열 매체의 필요 유량을 삭감할 수 있어, 고온의 열을 절약, 열 이용 효율을 높일 수 있다.
상기 버너를 갖는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배열 이용 설비는, 상기 가스 프레임 내에 있어서의 상기 제1 열 매체 가열기보다 상기 배기 가스의 흐름의 상류 측을, 상기 배기 가스의 일부가 흐르는 제1 배기 가스 유로와 상기 배기 가스의 나머지 부분이 흐르는 제2 배기 가스 유로로 구획하는 구획 부재를 가져도 된다. 이 경우, 상기 버너는, 상기 제1 배기 가스 유로 내에 상기 연료를 분사한다.
본 양태에서는, 배기 가스의 일부에만 연료를 투입하여 연소시키고, 제1 열 매체의 가열에 이용하므로, 적은 추가 가열 연료로 효과적으로 제1 열 매체의 온도를 높일 수 있어, 추가 가열 연료를 절약하고, 플랜트 효율을 높일 수 있다.
상기 반응 가스 이용 설비를 구비하는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 원료 반응 설비는, 상기 반응기에서 생성된 상기 반응 가스가 흐르는 반응 가스 라인과, 상기 반응 가스 라인을 흐르는 상기 반응 가스 중에 포함되어 있는 원료 유체인 잔류 원료를 제거하고, 상기 잔류 원료가 제거된 반응 가스인 처리 완료 반응 가스를 배출하는 잔류 원료 제거 장치를 가져도 된다. 이 경우, 상기 배기 가스 발생 설비는, 상기 반응 가스의 일부인 상기 처리 완료 반응 가스를 이용한다.
본 양태에서는, 반응 가스 이용 설비로 보내는 반응 가스 중의 잔류 원료를 적게 할 수 있다.
상기 잔류 원료 제거 장치를 갖는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 제2 열 매체는, 상기 반응 가스이고, 상기 제2 열 매체 라인은, 상기 반응 가스 라인이어도 된다.
본 양태에서는, 예열기에서, 원료 유체와 제2 열 매체로서의 반응 가스가 열 교환되어, 원료 유체가 가열되는 한편, 반응 가스가 냉각된다. 이 때문에, 본 양태에서는, 잔류 원료 제거 장치로, 저온의 반응 가스를 보낼 수 있다. 또, 반응 가스 냉각의 배열을 유효 활용함으로써, 플랜트 효율을 높일 수 있다.
이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 예열기는, 액체의 상기 원료 유체를 가열하여 기화시키는 기화기와, 상기 기화기로부터의 기체의 상기 원료 유체를 가열하는 가스 가열기를 가져도 된다. 이 경우, 상기 기화기는, 상기 제2 열 매체의 일종인 기화용 제2 열 매체와 상기 액체의 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 액체의 원료 유체를 가열하는 열 교환기이다. 또, 상기 가스 가열기는, 상기 제2 열 매체의 일종이며 상기 기화용 제2 열 매체와 다른 가스 가열용 제2 열 매체와 상기 기체의 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 기체의 원료 유체를 가열하는 열 교환기이다.
본 양태에서는, 큰 열량을 필요로 하는 원료 유체의 기화와, 필요한 열량이 작은 기체에서의 가열에서 다른 열 매체를 이용한다. 본 양태에서는, 원료 유체의 기화 및 기체에서의 가열에 대하여, 각각의 온도 레벨마다 필요해지는 열량을 과부족없이 투입할 수 있어, 온도 레벨에 따라 효과적으로 열을 이용할 수 있다.
상기 기화기 및 상기 가스 가열기를 갖는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 기화기 내를 흐르는 상기 기화용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱이, 상기 가스 가열기 내를 흐르는 상기 가스 가열용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 커도 된다.
본 양태에서는, 원료 유체의 기화를 위하여 대량의 열을 필요로 하는 기화기의 온도 레벨에는 많은 열량을 투입할 수 있고, 가스 가열기의 온도 레벨에는 적은 열량으로 충분한 열량을 투입할 수 있다. 이 때문에, 온도 레벨마다 필요해지는 열량을 과부족없이 투입할 수 있고, 온도 레벨에 따라 효과적으로 열을 이용할 수 있어, 열 이용 효율을 높일 수 있다.
상기 기화기 및 상기 가스 가열기를 갖는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 기화기는, 기체의 상기 기화용 제2 열 매체를 수용하여, 상기 기체의 기화용 제2 열 매체와 상기 액체의 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 기체의 기화용 제2 열 매체를 냉각하여 응축시키는 능력을 가져도 된다.
본 양태에서는, 일정한 온도에서 응축되는 기화용 제2 열 매체를 열원으로 하여, 일정한 온도에서 열원 매체를 기화시킬 수 있다. 이 때문에, 본 양태에서는, 비교적 낮은 일정한 온도의 열을 유효 활용하여 원료 유체를 기화시켜, 열 이용 효율을 높일 수 있다.
상기 기화기 및 상기 가스 가열기를 갖는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 기화기는, 상기 액체의 원료 유체를 액체 그대로 승온시키는 액상 예열기와, 상기 액상 예열기로부터의 상기 액체의 원료 유체를 가열하여 기화시키는 상변화 예열기를 가져도 된다. 이 경우, 상기 액상 예열기는, 상기 기화용 제2 열 매체의 일종인 액상 예열용 제2 열 매체와 상기 액체의 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 액체의 원료 유체를 가열하는 열 교환기이다. 상기 상변화 예열기는, 상기 기화용 제2 열 매체의 일종이며 상기 액상 예열용 제2 열 매체와 다른 상변화 예열용 제2 열 매체와 상기 액상 예열기로부터의 상기 액체의 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 액체의 원료 유체를 가열하는 열 교환기이다.
본 양태에서는, 액상의 원료 유체를 기화시키는 부분과, 액상인 그대로 원료 유체를 예열하는 부분으로, 기화기를 분할한다. 그리고, 큰 열량을 필요로 하는 원료 유체의 기화와, 필요한 열량이 작은 액상인 그대로에서의 가열에서, 다른 열 매체를 이용한다. 따라서, 본 양태에서는, 원료 유체의 기화 및 액상인 그대로에서의 가열에 대하여, 각각의 온도 레벨마다 필요해지는 열량을 과부족없이 투입할 수 있어, 온도 레벨에 따라 효과적으로 열을 이용할 수 있다.
상기 액상 예열기 및 상기 상변화 예열기를 갖는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 상변화 예열기 내를 흐르는 상기 상변화 예열용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱이, 상기 액상 예열기 내를 흐르는 상기 액상 예열용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 커도 된다.
본 양태에서는, 원료 유체의 기화를 위하여 대량의 열을 필요로 하는 상변화 예열기의 온도 레벨에는 많이 열량을 투입할 수 있고, 적은 열량으로 충분한 액상 예열기의 온도 레벨에는 적은 열량을 투입할 수 있다. 이 때문에, 온도 레벨마다 필요해지는 열량을 과부족없이 투입할 수 있고, 온도 레벨에 따라 효과적으로 열을 이용할 수 있어, 열 이용 효율을 높일 수 있다.
상기 액상 예열기 및 상기 상변화 예열기를 갖는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 상변화 예열기는, 기체의 상기 상변화 예열용 제2 열 매체를 수용하여, 상기 기체의 상변화 예열용 제2 열 매체와 상기 액상 예열기로부터의 상기 액체의 원료 유체를 열 교환시키고, 상기 기체의 상변화 예열용 제2 열 매체를 냉각하여 응축시키는 능력을 가져도 된다.
본 양태에서는, 일정한 온도에서 응축되는 상변화 예열용 제2 열 매체를 열원으로 하여, 일정한 온도에서 원료 유체를 기화시킬 수 있다. 이 때문에, 본 양태에서는, 비교적 낮은 일정한 온도의 열을 유효 활용하여 원료 유체를 기화시켜, 열 이용 효율을 높일 수 있다.
배열 이용 열 사이클을 갖는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 하나 이상의 열 사이클을 구비해도 된다. 이 경우, 상기 하나 이상의 열 사이클은, 상기 열 사이클 매체가 순환하는 상기 배열 이용 열 사이클을 포함한다. 상기 원료 반응 설비는, 상기 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 회수 라인을 갖는다. 상기 제2 열 매체는, 상기 하나 이상의 열 사이클 중 제1 열 사이클 내를 흐르는 제1 열 사이클 매체의 적어도 일부이다. 상기 제2 열 매체 라인은, 상기 제1 열 사이클 중의 제1 부(部)를 흐르는 상기 제1 열 사이클 매체를 상기 제2 열 매체로서 상기 예열기로 유도한다. 상기 제2 열 매체 회수 라인은, 상기 제1 열 사이클 중에서 상기 제1 부를 흐르는 제1 열 사이클 매체보다 낮은 온도의 상기 제1 열 사이클 매체가 흐르는 제2 부에, 상기 원료 유체와의 열 교환으로 냉각된 상기 제1 열 사이클 매체를 유도한다.
본 양태에서는, 제1 열 사이클 내를 흐르는 제1 열 사이클 매체를 원료 유체의 예열에 이용할 수 있다.
상기 제1 열 사이클을 갖는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 제1 열 사이클은, 상기 배열 이용 열 사이클이어도 된다. 이 경우, 상기 제1 열 사이클 매체는, 상기 배열 이용 열 사이클 내를 순환하는 상기 열 사이클 매체로서의 물 또는 증기이다.
상기 가스 프레임을 갖는 상기 배열 이용 설비를 구비하고 있는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배열 이용 설비는, 상기 가스 프레임 내이며, 상기 제1 열 매체 가열기보다 상기 배기 가스의 흐름의 하류 측에 배치되고, 상기 열 사이클 매체의 적어도 일부와 상기 배기 가스를 열 교환시켜 상기 열 사이클 매체의 적어도 일부를 가열하는 제2 열 매체 가열기를 가져도 된다. 이 경우, 상기 원료 반응 설비는, 상기 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 회수 라인을 갖는다. 상기 제2 열 매체 라인은, 상기 제2 열 매체 가열기에서 가열된 상기 열 사이클 매체의 적어도 일부를 상기 제2 열 매체로서 상기 예열기로 유도한다. 상기 제2 열 매체 회수 라인은, 상기 배열 이용 열 사이클 중에서 상기 제2 열 매체 가열기 중의 상기 열 사이클 매체보다 낮은 온도의 상기 열 사이클 매체가 흐르는 부분에, 상기 예열기에서 냉각된 후의 상기 열 사이클 매체를 유도한다.
본 양태에서는, 배열 이용 열 사이클 내를 순환하는 열 사이클 매체의 일부를 배기 가스(EG)로 가열하고, 이 열 사이클 매체를 제2 열 매체로 한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 제2 열 매체의 질 등의 관리를 용이하게 행할 수 있다.
이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 기체의 작동 매체가 순환하는 브레이턴 사이클을 구비해도 된다. 상기 브레이턴 사이클은, 상기 작동 매체를 압축하는 매체 압축기와, 상기 매체 압축기에서 압축된 작동 매체를 가열하는 매체 가열기와, 상기 매체 가열기에서 가열된 작동 매체로 구동하는 매체 터빈과, 상기 매체 터빈으로부터 배기된 작동 매체를 냉각하는 매체 냉각기를 갖는다. 이 경우, 상기 원료 반응 설비는, 상기 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 회수 라인을 갖는다. 상기 매체 냉각기는, 상기 예열기의 적어도 일부를 구성한다. 상기 제2 열 매체 라인은, 상기 매체 터빈으로부터 배기된 상기 작동 매체를 상기 제2 열 매체로서 상기 매체 냉각기로 유도한다. 상기 제2 열 매체 회수 라인은, 상기 매체 냉각기에서, 상기 원료 유체와의 열 교환으로 냉각된 상기 작동 매체를 상기 제2 열 매체로서 상기 매체 압축기로 유도한다.
본 양태에서는, 예열기의 일부를 구성하는 매체 냉각기에서, 원료 유체와 작동 매체를 열 교환시켜, 작동 매체를 냉각한다. 따라서, 본 양태에서는, 원료 유체의 열을 이용하여 브레이턴 사이클을 동작시킬 수 있어, 플랜트의 출력을 높일 수 있다.
상기 가스 프레임을 갖는 상기 배열 이용 설비를 구비하고 있는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 예열기는, 상기 가스 프레임 내에서, 상기 제1 열 매체 가열기보다 상기 배기 가스의 흐름의 하류 측에 배치되고, 상기 원료 유체와 상기 제2 열 매체로서의 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하는 열 교환기여도 된다. 이 경우, 상기 제2 열 매체 라인은, 상기 가스 프레임의 일부를 가져 구성된다.
본 양태에서는, 많은 열을 빼앗긴 배기 가스, 즉 저온의 배기 가스의 열을 원료 유체의 예열에 이용한다. 따라서, 본 양태에서는, 저온의 배기 가스의 열을 유효 이용할 수 있다.
상기 예열기가 상기 가스 프레임 내에 배치되어 있는, 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배열 이용 설비는, 상기 가스 프레임 내에 배치되며, 액상의 상기 열 사이클 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 액상의 상기 열 사이클 매체를 기상(氣相)의 상기 열 사이클 매체로 하는 하나 이상의 증발기를 가져도 된다. 이 경우, 상기 예열기는, 상기 가스 프레임 내에서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류 측의 증발기보다 상기 하류 측에 배치되어 있다. 상기 배기 가스의 흐름 방향에서, 상기 제1 열 매체 가열기와 상기 예열기의 사이에는, 하나 이상의 상기 증발기 중 적어도 하나의 증발기가 배치되어 있다.
상기 잔류 원료 제거 장치를 갖는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 제3 열 매체가 흐르고, 가열된 상기 제3 열 매체를 이용하는 열 사이클을 구비해도 된다. 이 경우, 상기 원료 반응 설비는, 상기 열 사이클에 접속되어 있는 제3 열 매체 라인 및 제3 열 매체 회수 라인과, 반응 가스를 냉각하는 반응 가스 냉각기를 갖는다. 상기 반응 가스 냉각기는, 상기 반응 가스 라인 중에 마련되고, 상기 반응 가스 라인을 흐르는 상기 반응 가스를 상기 제3 열 매체와 열 교환시켜, 상기 반응 가스를 냉각하는 한편 상기 제3 열 매체를 가열한다. 상기 제3 열 매체 라인은, 가열되기 전의 상기 제3 열 매체의 적어도 일부를 상기 열 사이클로부터 상기 반응 가스 냉각기로 유도한다. 상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 반응 가스 냉각기에서 가열된 후의 상기 제3 열 매체를 상기 열 사이클로 유도한다. 상기 잔류 원료 제거 장치는, 상기 반응 가스 냉각기에서 냉각된 상기 반응 가스로부터 상기 잔류 원료를 제거한다.
본 양태에서는, 잔류 원료 제거 장치에, 냉각된 반응 가스(RG)를 보낼 수 있다. 또, 본 양태에서는, 반응 가스 냉각의 배열을 유효하게 활용하여, 열 사이클에 가열된 제3 열 매체를 보낼 수 있어, 플랜트의 효율을 높일 수 있다.
상기 제3 열 매체를 이용하는 상기 열 사이클을 구비하는, 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배기 가스 발생 설비는, 가스 터빈을 가져도 된다. 상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 연소용 공기를 생성하는 공기 압축기와, 상기 처리 완료 반응 가스를 연료로서 상기 연소용 공기 중에서 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스로 구동하여 상기 연소 가스를 상기 배기 가스로서 배출하는 터빈을 갖는다. 상기 열 사이클은, 상기 배기 가스 발생 설비에 포함되는 상기 가스 터빈을 가져 구성되는 가스 터빈 사이클이다. 상기 제3 열 매체 라인은, 상기 잔류 원료 제거 장치로부터의 상기 처리 완료 반응 가스를 상기 제3 열 매체로서 상기 반응 가스 냉각기로 유도한다. 상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 반응 가스 냉각기에서 가열된 후의 상기 처리 완료 가스를 상기 연소기로 유도한다.
본 양태에서는, 반응 가스 냉각기에서, 반응 가스와 연료로서의 처리 완료 반응 가스를 열 교환시켜, 반응 가스를 냉각하는 한편, 연료를 가열한다. 따라서, 본 양태에서는, 잔류 원료 제거 장치에 냉각된 반응 가스를 보낼 수 있음과 함께, 연소기에 예열된 연료를 보낼 수 있어, 플랜트의 효율을 높일 수 있다. 또, 잔류 원료 제거 장치에서 반응 가스 중에 잔존하는 잔류 원료를 제거함으로써, 연소기로 보내는 연료의 잔류 원료의 농도를 저감시킬 수 있어, 연료 중의 잔류 원료에 기인하는 대기 오염 물질의 발생을 저감시킬 수 있다.
상기 제3 열 매체를 이용하는 상기 열 사이클을 구비하는, 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배기 가스 발생 설비는, 가스 터빈을 가져도 된다. 상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 연소용 공기를 생성하는 공기 압축기와, 상기 처리 완료 반응 가스를 연료로서 상기 연소용 공기 중에서 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스로 구동하여 상기 연소 가스를 상기 배기 가스로서 배출하는 터빈을 갖는다. 상기 열 사이클은, 상기 배기 가스 발생 설비에 포함되는 상기 가스 터빈을 가져 구성되는 가스 터빈 사이클이다. 상기 제3 열 매체 라인은, 상기 공기 압축기로부터의 상기 연소용 공기를 상기 제3 열 매체로서 상기 반응 가스 냉각기로 유도한다. 상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 반응 가스 냉각기에서 가열된 후의 상기 연소용 공기를 상기 연소기로 유도한다.
본 양태에서는, 반응 가스 냉각기에서, 반응 가스와 연소용 공기를 열 교환시켜, 반응 가스를 냉각하는 한편, 연소용 공기를 가열한다. 따라서, 본 양태에서는, 잔류 원료 제거 장치에 냉각된 반응 가스를 보낼 수 있음과 함께, 연소기에 예열된 연소용 공기를 보낼 수 있다.
상기 제3 열 매체를 이용하는 상기 열 사이클을 구비하는, 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배기 가스 발생 설비는, 상기 처리 완료 반응 가스를 연료로 하여 구동하는 가스 터빈을 가져도 된다. 상기 배열 이용 설비는, 상기 가스 터빈으로부터 배기된 배기 가스의 열을 이용하여 물을 증발시키는 배열 회수 보일러와, 상기 배열 회수 보일러로부터의 증기로 구동하는 증기 터빈과, 상기 증기 터빈으로부터 배기된 증기를 물로 되돌리는 복수기(復水器)와, 상기 복수기 내의 물을 상기 배열 회수 보일러로 보내는 급수 펌프를 갖는다. 상기 열 사이클은, 상기 배열 회수 보일러와, 상기 증기 터빈과, 상기 복수기와, 상기 급수 펌프를 가져 구성되는 랭킨 사이클이다. 상기 제3 열 매체 라인은, 상기 랭킨 사이클 중의 제1 부를 흐르는 물 또는 증기의 적어도 일부를 상기 제3 열 매체로서 상기 반응 가스 냉각기로 유도한다. 상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 랭킨 사이클 중에서 상기 제1 부를 흐르는 물 또는 증기보다 높은 온도의 물 또는 증기가 흐르는 제2 부에, 상기 반응 가스 냉각기에서 가열된 후의 물 또는 증기를 유도한다.
본 양태에서는, 반응 가스 냉각기에서, 반응 가스와 랭킨 사이클을 흐르는 물 또는 증기를 열 교환시켜, 반응 가스를 냉각하는 한편, 물 또는 증기를 가열한다. 따라서, 본 양태에서는, 잔류 원료 제거 장치에 냉각된 반응 가스를 보낼 수 있음과 함께, 랭킨 사이클로 가열된 물 또는 증기를 되돌려 보낼 수 있어, 랭킨 사이클의 열 효율을 높일 수 있다.
상기 제3 열 매체를 이용하는 상기 열 사이클을 구비하는, 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 물보다 비점이 낮은 저비점 매체가 순환하는 저비점 매체 랭킨 사이클을 구비해도 된다. 상기 저비점 매체 랭킨 사이클은, 액상의 저비점 매체의 압력을 높이는 매체 승압기와, 상기 매체 승압기에서 승압된 상기 액상의 저비점 매체를 가열하여 기상의 저비점 매체로 하는 매체 가열기와, 상기 매체 가열기로부터의 상기 기상의 저비점 매체로 구동하는 매체 터빈과, 상기 매체 터빈으로부터 배기된 상기 기상의 저비점 매체를 냉각하여 응축시키는 매체 냉각기를 갖는다. 상기 열 사이클은, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클이다. 상기 반응 가스 냉각기는, 상기 매체 가열기를 이룬다. 상기 제3 열 매체 라인은, 상기 매체 승압기에서 승압된 상기 액상의 저비점 매체를 상기 제3 열 매체로서, 상기 매체 가열기를 이루는 상기 반응 가스 냉각기로 유도한다. 상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 반응 가스 냉각기로부터의 상기 기상의 저비점 매체를 상기 매체 터빈으로 유도한다.
본 양태에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클의 매체 가열기를 이루는 반응 가스 냉각기에서, 반응 가스와 저비점 매체를 열 교환시켜, 반응 가스를 냉각하는 한편, 저비점 매체를 가열한다. 따라서, 본 양태에서는, 반응 가스의 열을 이용하여 저비점 매체 랭킨 사이클을 동작시킬 수 있어, 플랜트의 출력을 높일 수 있다.
상기 제3 열 매체를 이용하는 상기 열 사이클을 구비하는, 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 기체의 작동 매체가 순환하는 브레이턴 사이클을 구비해도 된다. 상기 브레이턴 사이클은, 상기 작동 매체를 압축하는 매체 압축기와, 상기 매체 압축기에서 압축된 작동 매체를 가열하는 매체 가열기와, 상기 매체 가열기에서 가열된 작동 매체로 구동하는 매체 터빈과, 상기 매체 터빈으로부터 배기된 작동 매체를 냉각하는 매체 냉각기를 갖는다. 상기 열 사이클은, 상기 브레이턴 사이클이다. 상기 반응 가스 냉각기는, 상기 매체 가열기를 이룬다. 상기 제3 열 매체 라인은, 상기 매체 압축기로부터의 상기 작동 매체를 상기 제3 열 매체로 하여, 상기 매체 가열기를 이루는 상기 반응 가스 냉각기로 유도한다. 상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 반응 가스 냉각기로부터의 상기 작동 매체를 상기 매체 터빈으로 유도한다.
본 양태에서는, 브레이턴 사이클의 매체 가열기를 이루는 반응 가스 냉각기에서, 반응 가스와 작동 매체를 열 교환시켜, 반응 가스를 냉각하는 한편, 작동 매체를 가열한다. 따라서, 본 양태에서는, 반응 가스의 열을 이용하여 브레이턴 사이클을 동작시킬 수 있어, 플랜트의 출력을 높일 수 있다.
이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 산화 반응시키는 산화제를, 상기 예열기를 통과한 후의 상기 원료 유체 중에 투입하는 산화제 투입 장치를 가져도 된다.
본 양태에서는, 원료 유체의 일부가 산화제와 산화 반응하여, 열을 발생한다. 이 결과, 본 양태에서는, 원료 유체의 온도가 높아져, 원료 유체의 반응이 촉진되고, 반응 가스 중의 원료 유체의 농도를 낮출 수 있다.
상기 산화제 투입 장치를 갖는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 반응기는, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 전반응기와, 상기 전반응기로부터의 가스에 포함되는 상기 원료 유체를 더 반응시키는 후반응기를 가져도 된다. 이 경우, 상기 산화제 투입 장치는, 상기 예열기를 통과한 후이며 상기 전반응기로부터 유출되기 전의 상기 원료 유체와, 상기 전반응기를 통과한 가스이며 상기 후반응기로부터 유출되기 전의 가스 중, 적어도 일방에 상기 산화제를 투입한다.
상기 산화제 투입 장치를 갖는, 이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 산화제 투입 장치는, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기를 가져도 된다. 이 경우, 상기 산화제 투입 장치는, 상기 압축 공기를 상기 산화제로서, 상기 예열기를 통과한 후의 상기 원료 유체 중에 투입한다.
상기 산화제 투입 장치가 상기 압축기를 갖는, 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 가스 터빈을 더 구비해도 된다. 상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 연소용 공기를 생성하는 공기 압축기와, 상기 연소용 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스로 구동하여 상기 연소 가스를 배기 가스로서 배출하는 터빈을 갖는다. 상기 산화제 투입 장치의 상기 압축기의 적어도 일부는, 상기 가스 터빈의 상기 공기 압축기이다. 상기 산화제 투입 장치는, 상기 공기 압축기로부터의 상기 연소용 공기의 일부를 상기 산화제로 하여, 상기 예열기를 통과한 후의 상기 원료 유체 중에 투입한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 다른 양태의 원료 유체의 처리 플랜트는,
원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 설비와, 제3 열 매체가 흐르고, 가열된 상기 제3 열 매체를 이용하는 열 사이클을 구비한다. 상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 반응기와, 상기 반응기에서 생성된 상기 반응 가스가 흐르는 반응 가스 라인과, 상기 열 사이클에 접속되어 있는 제3 열 매체 라인 및 제3 열 매체 회수 라인과, 상기 반응 가스를 냉각하는 반응 가스 냉각기를 갖는다. 상기 반응 가스 냉각기는, 상기 반응 가스 라인 중에 마련되고, 상기 반응 가스 라인을 흐르는 상기 반응 가스를 상기 제3 열 매체와 열 교환시켜, 상기 반응 가스를 냉각하는 한편 상기 제3 열 매체를 가열한다. 상기 제3 열 매체 라인은, 가열되기 전의 상기 제3 열 매체의 적어도 일부를 상기 열 사이클로부터 상기 반응 가스 냉각기로 유도한다. 상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 반응 가스 냉각기에서 가열된 후의 상기 제3 열 매체를 상기 열 사이클로 유도한다.
본 양태에 의하면, 반응 가스 냉각기의 배열로 제3 열 매체를 가열하고, 열 사이클에서 이용할 수 있기 때문에, 배열을 유효 활용하며, 플랜트의 효율을 높일 수 있다.
상기 다른 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 반응 가스 냉각기는, 상기 반응기의 상기 원료 유체의 입구에 있어서의 상기 원료 유체의 온도보다 높은 온도로까지 상기 제3 열 매체를 가열하는 능력을 가져도 된다.
본 양태에 의하면, 반응기 내의 반응에 대량의 열을 필요로 하는 경우여도, 반응 가스 냉각기의 배열을 활용함으로써, 반응기의 온도 레벨까지 열 사이클의 매체의 온도를 높일 수 있고, 열 사이클의 효율이 높아져, 플랜트의 효율이 한층 높아진다.
상기 다른 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 원료 반응 설비에서 생성된 상기 반응 가스를 연소시켜 배기 가스를 발생하는 배기 가스 발생 설비를 더 구비해도 된다.
본 양태에 의하면, 생성한 반응 가스를 유효 활용하여, 플랜트의 효율이 높아진다.
이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배기 가스 발생 설비는, 가스 터빈을 가져도 된다. 상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 연소용 공기를 생성하는 공기 압축기와, 상기 반응 가스를 연료로서 상기 연소용 공기 중에서 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스로 구동하여 상기 연소 가스를 배기 가스로서 배출하는 터빈을 갖는다.
이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배열 이용 설비는, 상기 열원으로서의 배기 가스의 열을 이용하여 물을 증발시키는 배열 회수 보일러와, 상기 배열 회수 보일러로부터의 증기로 구동하는 증기 터빈과, 상기 증기 터빈으로부터 배기된 증기를 물로 되돌리는 복수기와, 상기 복수기 내의 물을 상기 배열 회수 보일러로 유도하는 급수 라인과, 상기 급수 라인에 마련되어 있는 급수 펌프를 가져도 된다. 상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스가 흐르는 상기 가스 프레임을 갖는다.
상기 급수 라인을 갖는 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 배열 이용 설비는, 상기 급수 라인을 흐르는 물과, 상기 증기 터빈으로부터 추기(抽氣)한 증기를 열 교환시켜, 상기 물을 가열하는 급수 예열기를 가져도 된다.
본 양태에서는, 급수 예열기에 의하여, 급수 라인을 흐르는 물을 가열할 수 있다. 따라서, 본 양태에서는, 배열 회수 보일러로 유입되는 급수의 온도를 높일 수 있다. 배열 회수 보일러로 유입되는 급수의 온도가 높아지면, 배열 회수 보일러에 있어서의 각 절탄기나 각 증발기나 각 가열기에서 물이나 증기와 배기 가스의 열 교환량을 적게 할 수 있다. 이 때문에, 원료 유체를 가열하기 위한 열량이 적은 경우에는, 본 양태를 채용하는 것이 바람직하다.
이상 중 어느 하나의 상기 양태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서, 상기 원료 유체는, 암모니아여도 된다. 이 경우, 상기 반응기는, 상기 암모니아를 가열하여 열 분해 반응시켜, 질소와 수소를 포함하는 반응 가스를 생성한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 양태의 원료 유체의 처리 방법은,
원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 공정을 실행한다. 상기 원료 반응 공정은, 원료 예열 공정과, 반응 실행 공정을 포함한다. 상기 원료 예열 공정에서는, 제2 열 매체와 상기 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열한다. 상기 반응 실행 공정에서는, 상기 원료 예열 공정에서 가열된 원료 유체와, 상기 제2 열 매체와는 다른 제1 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 다른 양태의 원료 유체의 처리 방법은,
원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 공정과, 제3 열 매체를 흐르게 하여, 가열된 상기 제3 열 매체를 이용하는 열 사이클 실행 공정을 실행한다. 상기 원료 반응 공정은, 상기 원료 유체를 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 반응 실행 공정과, 상기 반응 실행 공정에서 생성된 상기 반응 가스를 냉각하는 반응 가스 냉각 공정을 포함한다. 상기 반응 가스 냉각 공정에서는, 가열되기 전의 상기 제3 열 매체의 적어도 일부와 상기 반응 가스를 열 교환시켜, 상기 반응 가스를 냉각하는 한편 상기 제3 열 매체를 가열한다. 상기 열 사이클 실행 공정에서는, 상기 반응 가스 냉각 공정에서 가열된 상기 제3 열 매체를 이용한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 원료 유체를 반응시킴에 있어서, 배기 가스 등의 열원의 열 에너지 손실을 억제하여, 플랜트의 열 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 제1 실시형태에 있어서의 원료 유체의 처리 플랜트의 계통도이다.
도 2는 본 발명에 관한 제1 실시형태에 있어서의 가스 이용 플랜트의 동작을 나타내는 플로차트이다.
도 3은 참고예에 있어서의 암모니아 및 열원의 T-Q선도이다.
도 4는 제1 실시형태에 있어서의 암모니아 및 열원의 T-Q선도이다.
도 5는 본 발명에 관한 제2 실시형태에 있어서의 원료 유체의 처리 플랜트의 계통도이다.
도 6은 본 발명에 관한 제3 실시형태에 있어서의 원료 유체의 처리 플랜트의 계통도이다.
도 7은 제3 실시형태에 있어서의 암모니아 및 열원의 T-Q선도이다.
도 8은 제3 실시형태의 변형예에 있어서의 암모니아 및 열원의 T-Q선도이다.
도 9는 본 발명에 관한 제4 실시형태에 있어서의 원료 유체의 처리 플랜트의 계통도이다.
도 10은 제4 실시형태에 있어서의 암모니아 및 열원의 T-Q선도이다.
도 11은 본 발명에 관한 제5 실시형태에 있어서의 원료 유체의 처리 플랜트의 계통도이다.
도 12는 본 발명에 관한 제6 실시형태에 있어서의 원료 유체의 처리 플랜트의 계통도이다.
도 13은 본 발명에 관한 제7 실시형태에 있어서의 원료 유체의 처리 플랜트의 계통도이다.
도 14는 본 발명에 관한 제8 실시형태에 있어서의 원료 유체의 처리 플랜트의 계통도이다.
도 15는 본 발명에 관한 제8 실시형태에 있어서의 브레이턴 사이클, 열 사이클, 및 저비점 매체 랭킨 사이클의 계통도이다.
도 16은 본 발명에 관한 제9 실시형태에 있어서의 원료 유체의 처리 플랜트의 계통도이다.
이하, 본 발명에 관한 원료 유체의 처리 플랜트의 각종 실시형태 및 각종 변형예에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
[제1 실시형태]
원료 유체의 처리 플랜트의 제1 실시형태에 대하여, 도 1~도 4를 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 원료 유체(NH)를 반응시켜, 반응 가스(RG)를 생성하는 원료 반응 설비(40)와, 반응 가스(RG)를 이용하는 반응 가스 이용 설비(10)와, 반응 가스 이용 설비(10)로부터의 배기 가스(EG)의 열을 이용하는 배열 이용 설비(20)를 구비한다.
본 실시형태의 원료 유체(NH)는, 암모니아이다. 원료 반응 설비(40)는, 원료 유체(NH)인 암모니아를 열 분해 반응시켜, 수소와 질소를 포함하는 반응 가스(RG)를 생성한다. 반응 가스 이용 설비(10)는, 반응 가스(RG)를 연료로 하는 가스 터빈(11)을 포함하는 가스 터빈 설비이다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 반응 가스 이용 설비(10) 및 이하의 각 실시형태에 있어서의 반응 가스 이용 설비는, 배기 가스(EG)를 발생하는 배기 가스 발생 설비이기도 하다. 배열 이용 설비(20)는, 가스 터빈(11)으로부터 배기된 배기 가스(EG)의 열을 이용하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러(21)와, 이 증기로 구동하는 증기 터빈(31, 32, 33) 등을 갖는다.
원료 반응 설비(40)는, 원료 반응 장치(41)와, 잔류 원료 제거 장치(130)를 갖는다. 원료 반응 장치(41)는, 원료 유체인 액체 암모니아(NH)를 열 분해 반응시켜 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함하는 반응 가스(RG)를 생성한다. 잔류 원료 제거 장치(130)는, 반응 가스(RG) 중으로부터 잔류 원료(잔류 암모니아)를 제거하고, 잔류 원료가 제거된 반응 가스(RG)인 처리 완료 반응 가스(RGp)를 배출한다.
원료 반응 장치(41)는, 암모니아 탱크(T)로부터의 액체 암모니아(NH) 또는 기체 암모니아(NHg)가 흐르는 암모니아 공급 라인(42)과, 원료 암모니아 펌프(43)와, 예열기(44a, 44b)와, 반응기(45)와, 반응 가스 냉각기(46)와, 반응 가스 라인(47)과, 제1 열 매체 라인(51)과, 제1 열 매체 회수 라인(52)과, 제1 열 매체 승압기(53)를 갖는다. 암모니아 탱크(T)에는, 액체 암모니아(NH)가 저장되어 있다. 액체 암모니아(NH)는, 예를 들면 수소를 원료로 하여 제조된 것이다. 이 수소는, 예를 들면 풍력이나 태양광 등의 재생 가능 에너지로 발전한 전력을 사용하여, 물을 전기 분해함으로써 얻어진 수소, 혹은 천연 가스를 수증기 개질함으로써 얻어진 수소이다. 수소는, 액화 천연 가스와 비교하여, 그 수송이나 저장은 용이하지 않다. 이 때문에, 이상과 같이 얻어진 수소를 이용하여, 그 수송이나 저장이 용이한 액체 암모니아(NH)를 제조하고, 이 액체 암모니아(NH)를 암모니아 탱크(T)에 저장한다.
암모니아 공급 라인(42)은, 제1 암모니아 공급 라인(42a)과, 제2 암모니아 공급 라인(42b)과, 제3 암모니아 공급 라인(42c)을 갖는다. 제1 암모니아 공급 라인(42a)의 일단은, 암모니아 탱크(T)에 접속되어 있다. 예열기(44a, 44b)는, 제1 예열기(44a)와 제2 예열기(44b)를 갖는다. 제1 암모니아 공급 라인(42a)의 타단은, 이 제1 예열기(44a)의 암모니아 입구에 접속되어 있다. 제1 예열기(44a)는, 열 교환기이다. 이 제1 예열기(44a)는, 액체 암모니아(NH)와 제2 열 매체를 열 교환시켜, 액체 암모니아(NH)를 가열하여 기체 암모니아(NHg)로 하는 한편, 제2 열 매체를 냉각한다. 제2 암모니아 공급 라인(42b)의 일단은, 제1 예열기(44a)의 암모니아 출구에 접속되고, 이 제2 암모니아 공급 라인(42b)의 타단은, 제2 예열기(44b)의 암모니아 입구에 접속되어 있다. 제2 예열기(44b)는, 열 교환기이다. 이 제2 예열기(44b)는, 기체 암모니아(NHg)와 제2 열 매체를 열 교환시켜, 기체 암모니아(NHg)를 가열하는 한편, 제2 열 매체를 냉각한다. 제3 암모니아 공급 라인(42c)의 일단은, 제2 예열기(44b)의 암모니아 출구에 접속되고, 이 제3 암모니아 공급 라인(42c)의 타단은, 반응기(45)의 암모니아 입구에 접속되어 있다.
반응기(45)의 매체 입구에는, 제1 열 매체 라인(51)이 접속되어 있다. 이 반응기(45)의 매체 출구에는, 제1 열 매체 회수 라인(52)이 접속되어 있다. 제1 열 매체 승압기(53)는, 제1 열 매체 회수 라인(52)에 마련되어 있다. 반응기(45)는, 열 교환기이다. 이 반응기(45)에서 원료 유체가 통과하는 영역 내에는, 원료 유체의 열 분해 반응을 촉진하는 촉매가 배치되어 있다. 원료 유체는, 상술한 바와 같이, 암모니아이다. 예열기(44a, 44b)에는 촉매가 배치되지 않고, 반응기(45)에 촉매가 배치된다. 즉, 원료 유체의 반응이 활발하게 진행되기에 충분히 높은 온도가 된 영역에만 촉매가 배치되고, 촉매가 배치되어도 반응이 진행되지 않는 온도가 낮은 영역에는 촉매가 배치되지 않는다. 이상의 결과, 적은 양의 촉매로 효과적으로 반응을 촉진할 수 있어, 촉매의 비용을 저감시킬 수 있다. 또, 반응기(45)에서는 원료 유체가 흡열 반응한다. 본 실시형태에 의하면, 흡열 반응에 필요한 열을 효율적으로 공급할 수 있다. 반응기(45)는, 제2 예열기(44b)에서 가열된 기체 암모니아(NHg)와 제1 열 매체 라인(51)으로부터의 제1 열 매체를 열 교환시켜, 기체 암모니아(NHg)를 더 가열하는 한편, 제1 열 매체를 냉각한다. 냉각된 제1 열 매체는, 제1 열 매체 회수 라인(52)으로 유입된다. 이 반응기(45)에서 가열된 기체 암모니아(NHg)는, 열 분해 반응에 의하여, 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함하는 반응 가스(RG)가 된다. 반응 가스 라인(47)은, 제1 반응 가스 라인(47a)과 제2 반응 가스 라인(47b)과 제3 반응 가스 라인(47c)을 갖는다. 제1 반응 가스 라인(47a)의 일단은, 반응기(45)의 반응 가스 출구에 접속되어 있다. 이 제1 반응 가스 라인(47a)의 타단은, 제2 예열기(44b)의 제2 열 매체 입구에 접속되어 있다. 제2 반응 가스 라인(47b)의 일단은, 제2 예열기(44b)의 제2 열 매체 출구에 접속되고, 이 제2 반응 가스 라인(47b)의 타단은, 제1 예열기(44a)의 제2 열 매체 입구에 접속되어 있다. 제3 반응 가스 라인(47c)의 일단은, 제1 예열기(44a)의 제2 열 매체 출구에 접속되고, 이 제3 반응 가스 라인(47c)의 타단은, 잔류 원료 제거 장치(130)에 접속되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 반응 가스(RG)가 제2 열 매체이다. 또, 본 실시형태에서는, 제1 예열기(44a) 및 제2 예열기(44b)로 제2 열 매체인 반응 가스(RG)를 유도하는 제2 열 매체 라인은, 반응 가스 라인(47)이다. 반응 가스 냉각기(46)는, 제3 반응 가스 라인(47c)에 마련되어 있다. 이 반응 가스 냉각기(46)는, 제3 반응 가스 라인(47c)을 흐르는 반응 가스(RG)를 냉각한다.
잔류 원료 제거 장치(130)는, 흡수탑(131)과, 재생탑(132)과, 암모니아수 라인(133)과, 물 라인(134)과, 물 공급 펌프(135)와, 열 교환기(136)와, 물 순환 라인(137)과, 응축기(138)와, 리보일러(139)와, 회수 암모니아 라인(140)과, 회수 암모니아 승압기(141)를 갖는다.
반응 가스 라인(47)의 타단은, 흡수탑(131)의 하부에 접속되어 있다. 물 라인(134)의 일단은, 흡수탑(131)의 상부에 접속되어 있다. 흡수탑(131) 내에는, 물 라인(134)으로부터의 물이 살포됨과 함께, 반응 가스 라인(47)으로부터의 반응 가스(RG)가 유입된다. 흡수탑(131) 내에서는, 물과 반응 가스(RG)가 접촉하고, 반응 가스(RG) 중의 잔류 암모니아가 물에 용해된다. 이 결과, 잔류 암모니아가 용해된 물인 암모니아수는, 흡수탑(131)의 하부에 고인다. 한편, 잔류 암모니아가 제거된 반응 가스(RG)인 처리 완료 반응 가스(RGp)는, 흡수탑(131) 내를 상승한다. 기상의 암모니아(NHg)가 물에 용해되는 농도는, 흡수탑(131) 내의 온도가 낮은 쪽이 높아진다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 반응기(45)로부터 유출된 반응 가스(RG)를, 제2 예열기(44b), 제1 예열기(44a), 반응 가스 냉각기(46)에서 차례로 냉각하고 나서, 흡수탑(131) 내로 유도하고 있다.
암모니아수 라인(133)은, 흡수탑(131)의 바닥부와 재생탑(132)의 상부를 접속한다. 흡수탑(131) 내에 고인 암모니아수는, 이 암모니아수 라인(133)을 거쳐, 재생탑(132) 내로 유도된다. 물 순환 라인(137)의 일단은, 재생탑(132)의 바닥부에 접속되고, 물 순환 라인(137)의 타단은, 재생탑(132)의 하부(바닥부보다 위)에 접속되어 있다. 이 물 순환 라인(137)에는, 리보일러(139)가 마련되어 있다. 리보일러(139)는, 배열 이용 설비(20)로부터의 증기와 물 순환 라인(137)으로부터의 물을 열 교환시켜, 증기를 냉각하여 응축시켜 가열수로 하는 한편, 물 순환 라인(137)으로부터의 물을 가열하여 증기로 한다. 이 증기는, 물 순환 라인(137)을 거쳐, 재생탑(132) 내로 유입된다. 재생탑(132) 내에서는, 암모니아수가 증기에 의하여 가열되어, 암모니아수 중의 암모니아가 기체 암모니아(NHg)로서 분리 증류된다. 암모니아수 내의 물은, 재생탑(132) 내에 고인다. 재생탑(132) 내에 고인 물의 일부는, 물 순환 라인(137) 및 리보일러(139)를 통하여, 증기로서 재생탑(132) 내로 유입된다. 상술한 물 라인(134)의 타단은, 물 순환 라인(137) 또는 리보일러(139)에 접속되어 있다. 이 때문에, 재생탑(132) 내에 모인 물의 나머지는, 물 라인(134)을 통하여, 흡수탑(131)으로 보내진다. 물 공급 펌프(135)는, 이 물 공급 라인에 마련되어 있다. 열 교환기(136)는, 물 라인(134)을 흐르는 물과, 암모니아수 라인(133)을 흐르는 암모니아수를 열 교환시켜, 물을 냉각하는 한편, 암모니아수를 가열한다.
회수 암모니아 라인(140)의 일단은, 재생탑(132)의 정상부에 접속되고, 회수 암모니아 라인(140)의 타단은, 기체 암모니아(NHg)가 흐르는 제2 암모니아 공급 라인(42b)에 접속되어 있다. 회수 암모니아 라인(140)에는, 응축기(138) 및 회수 암모니아 승압기(141)가 마련되어 있다. 응축기(138)에는, 재생탑(132)으로부터 기체 암모니아(NHg) 및 수분을 포함하는 가스가 유입된다. 응축기(138)는, 재생탑(132)으로부터의 가스 중에 포함되어 있는 수분을 응축시켜, 이 수분을 재생탑(132)으로 되돌려 보낸다. 이 응축기(138)에서, 수분이 제거되고, 기체 암모니아(NHg)의 농도가 높아진 가스는, 회수 암모니아 승압기(141)에서 승압되고 나서, 회수 암모니아 라인(140) 및 제2 암모니아 공급 라인(42b)을 거쳐, 제2 예열기(44b)로 유입된다.
반응 가스 이용 설비(10)는, 상술한 가스 터빈(11) 외에, 연료 라인(12)과, 연료 예열기(13)를 갖는다.
가스 터빈(11)은, 공기를 압축하여 연소용 공기를 생성하는 공기 압축기(11a)와, 연소용 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기(11c)와, 연소 가스로 구동하는 터빈(11d)을 갖는다. 공기 압축기(11a)는, 압축기 로터와, 이 압축기 로터를 덮는 압축기 케이싱을 갖는다. 터빈(11d)은, 터빈 로터와, 이 터빈 로터를 덮는 터빈 케이싱을 갖는다. 압축기 로터와 터빈 로터는, 서로 연결되어 가스 터빈 로터를 이룬다. 이 가스 터빈 로터의 끝에는, 예를 들면 발전기가 접속되어 있다.
연료 라인(12)의 일단은, 흡수탑(131)의 정상부에 접속되고, 이 연료 라인(12)의 타단은, 연소기(11c)에 접속되어 있다. 따라서, 흡수탑(131) 내에서 생성된 처리 완료 반응 가스(RGp)는, 연료로서, 연소기(11c)로 보내진다. 이 연료 라인(12)에는, 연료 예열기(13)가 마련되어 있다. 이 연료 예열기(13)는, 연료로서의 처리 완료 반응 가스(RGp)를 가열한다. 연료 예열기(13)에서 가열된 처리 완료 반응 가스(RGp)는, 연소기(11c)로 유입된다.
이상에서 설명한 반응 가스 이용 설비(10)는, 열 사이클의 일종인 가스 터빈 사이클을 갖는다. 이 가스 터빈 사이클은, 연료 라인(12), 연료 예열기(13), 가스 터빈(11)을 가져 구성된다.
배열 이용 설비(20)는, 상술한 배열 회수 보일러(21) 및 증기 터빈(31, 32, 33) 외에, 복수기(34)와, 급수 라인(35)과, 급수 펌프(36)와, 굴뚝(39)을 갖는다.
본 실시형태의 배열 이용 설비(20)는, 증기 터빈(31, 32, 33)으로서, 저압 증기 터빈(31), 중압 증기 터빈(32), 고압 증기 터빈(33)을 갖는다. 각 증기 터빈(31, 32, 33)은, 모두, 터빈 로터와, 터빈 로터를 덮는 터빈 케이싱을 갖는다. 각 증기 터빈(31, 32, 33)의 터빈 로터는, 서로 연결되어, 하나의 증기 터빈 로터를 이룬다. 이 증기 터빈 로터의 끝에는, 예를 들면 발전기가 접속되어 있다. 저압 증기 터빈(31)에는, 복수기(34)가 접속되어 있다. 복수기(34)는, 저압 증기 터빈(31)으로부터 배기된 증기를 물로 되돌린다. 급수 라인(35)은, 복수기(34)와 배열 회수 보일러(21)를 접속한다. 급수 펌프(36)는, 급수 라인(35)에 마련되어 있다. 이 급수 펌프(36)는, 급수 라인(35)을 통하여, 복수기(34) 내의 물을 배열 회수 보일러(21)로 보낸다.
배열 회수 보일러(21)는, 가스 프레임(22)과, 제1 저압 절탄기(23a)와, 제2 저압 절탄기(23b)와, 저압 증발기(23c)와, 저압 과열기(23f)와, 중압 절탄기(24a)와, 중압 증발기(24b)와, 제1 고압 절탄기(25a)와, 제2 고압 절탄기(25b)와, 고압 증발기(25c)와, 고압 과열기(25d)와, 중압 펌프(24p)와, 고압 펌프(25p)와, 제1 열 매체 가열기(27)를 갖는다.
가스 프레임(22) 내에는, 가스 터빈(11)으로부터 배기된 배기 가스(EG)가 흐른다. 이 가스 프레임(22)은, 입구와 출구를 갖는다. 가스 프레임(22)의 입구에는, 터빈(11d)의 배기구가 접속되어 있다. 이 가스 프레임(22)의 출구에는, 굴뚝(39)이 접속되어 있다. 배기 가스(EG)는, 가스 프레임(22) 내를 입구로부터 출구를 향하여 흐른다. 여기에서, 출구에 대하여 입구가 존재하는 측을 상류 측, 그 반대 측을 하류 측으로 한다.
제1 열 매체 가열기(27), 고압 과열기(25d), 고압 증발기(25c)의 일부, 제2 고압 절탄기(25b), 저압 과열기(23f), 중압 증발기(24b)의 일부, 중압 절탄기(24a) 및 제1 고압 절탄기(25a), 저압 증발기(23c)의 일부, 제2 저압 절탄기(23b), 제1 저압 절탄기(23a)는, 이상의 순서로, 상류 측으로부터 하류 측을 향하여, 가스 프레임(22) 내에 배치되어 있다. 또한, 중압 절탄기(24a)는, 배기 가스(EG)의 흐름 방향에서, 제1 고압 절탄기(25a)와 실질적으로 동일한 위치에 배치되어 있다.
제1 저압 절탄기(23a)에는, 급수 라인(35)이 접속되어 있다. 이 제1 저압 절탄기(23a)는, 급수 라인(35)으로부터의 물과 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 물을 가열한다. 제2 저압 절탄기(23b)는, 제1 저압 절탄기(23a)로부터의 물과 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 물을 더 가열하여 저압 가열수로 한다. 저압 증발기(23c)는, 저압 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 저압 가열수를 가열하여 증기로 한다. 저압 과열기(23f)는, 저압 증발기(23c)로부터의 증기와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 증기를 가열하여, 저압 증기로 한다. 저압 과열기(23f)의 출구에는, 저압 증기 라인(88)의 일단이 접속되어 있다. 이 저압 증기 라인(88)의 타단은, 저압 증기 터빈(31)의 입구에 접속되어 있다.
중압 펌프(24p)는, 저압 가열수를 승압한다. 중압 절탄기(24a)는, 중압 펌프(24p)에서 승압된 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 가열수를 더 가열하여 중압 가열수로 한다. 중압 절탄기(24a)의 출구에는, 중압 증발기(24b)의 입구가 접속되어 있음과 함께, 중압 가열수 라인(77)이 접속되어 있다. 이 중압 가열수 라인(77)은, 상술한 연료 예열기(13)의 매체 입구에 접속되어 있다. 연료 예열기(13)는, 중압 가열수 라인(77)으로부터의 중압 가열수와 연료로서의 처리 완료 반응 가스(RGp)를 열 교환시켜, 처리 완료 반응 가스(RGp)를 가열하는 한편, 중압 가열수를 냉각한다. 연료 예열기(13)의 매체 출구에는, 가열수 회수 라인(78)이 접속되어 있다. 이 가열수 회수 라인(78)은, 급수 라인(35)에 접속되어 있다.
중압 증발기(24b)는, 중압 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 중압 가열수를 가열하여 중압 증기로 한다. 중압 증발기(24b)의 출구에는, 제1 리보일러용 매체 라인(71)이 접속되어 있다. 이 제1 리보일러용 매체 라인(71)은, 상술한 리보일러(139)의 매체 입구에 접속되어 있다. 이 리보일러(139)의 매체 출구에는, 리보일러용 매체 회수 라인(73)이 접속되어 있다. 이 리보일러용 매체 회수 라인(73)은, 중압 절탄기(24a)의 입구에 접속되어 있다. 이 리보일러용 매체 회수 라인(73)에는, 리보일러용 매체 승압기(74)가 마련되어 있다.
고압 펌프(25p)는, 저압 가열수를 승압한다. 제1 고압 절탄기(25a)는, 고압 펌프(25p)에서 승압된 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 가열수를 더 가열한다. 제2 고압 절탄기(25b)는, 제1 고압 절탄기(25a)에서 가열된 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 가열수를 더 가열한다. 고압 증발기(25c)는, 제2 고압 절탄기(25b)에서 가열된 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 가열수를 가열하여 증기로 한다. 고압 과열기(25d)는, 이 증기와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 증기를 더 과열하여 고압 증기로 한다. 고압 과열기(25d)의 출구에는, 고압 증기 라인(83)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 증기 라인(83)의 타단은, 고압 증기 터빈(33)의 입구에 접속되어 있다. 이 고압 증기 터빈(33)의 출구에는, 고압 배기 증기 라인(85)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 배기 증기 라인(85)의 타단은, 중압 증기 터빈(32)의 입구에 접속되어 있다. 이 고압 배기 증기 라인(85)에는, 제2 리보일러용 매체 라인(72)이 접속되어 있다. 이 제2 리보일러용 매체 라인(72)은, 상술한 리보일러(139)의 매체 입구에 접속되어 있다. 따라서, 리보일러(139)의 매체 입구에는, 상술한 제1 리보일러용 매체 라인(71) 외에, 이 제2 리보일러용 매체 라인(72)이 접속되어 있다.
중압 증기 터빈(32)의 출구에는, 중압 배기 증기 라인(87)의 일단이 접속되어 있다. 이 중압 배기 증기 라인(87)의 타단은, 저압 증기 터빈(31)의 입구에 접속되어 있다. 따라서, 저압 증기 터빈(31)의 입구에는, 이 중압 배기 증기 라인(87) 및 저압 증기 라인(88)이 접속되어 있다.
제1 열 매체 가열기(27)의 매체 입구에는, 제1 열 매체 회수 라인(52)이 접속되어 있다. 제1 열 매체 회수 라인(52)과 고압 증기 라인(83)은, 열 매체 보충 라인(55)으로 접속되어 있다. 여기에서, 제1 열 매체, 열 사이클 매체, 고압 증기 터빈의 작동 매체인 고압 증기는 모두 수증기이며, 동일한 물질이다. 또, 제1 열 매체의 압력은 배열 이용 열 사이클 내에 있어서의 열 사이클 매체의 최고 압력보다 낮다. 여기에서는, 제1 열 매체의 압력은 고압 증기 터빈 입구 증기 압력보다 낮다. 이 열 매체 보충 라인(55)에는, 열 매체 보충 밸브(56)가 마련되어 있다. 통상, 열 매체 보충 밸브(56)는 닫혀 있지만, 기동 시나 제1 열 매체의 누설에 의하여 제1 열 매체의 압력이 저하된 경우 등, 제1 열 매체를 보충할 필요가 있는 경우는, 열 매체 보충 밸브(56)를 연다. 그리고, 이 경우, 제1 열 매체 회수 라인(52)에, 열 매체 보충 라인(55) 및 열 매체 보충 밸브(56)를 통하여, 적절히, 고압 증기 라인(83)으로부터 고압 증기가 제1 열 매체로서 공급된다. 제1 열 매체 가열기(27)의 매체 출구에는, 제1 열 매체 라인(51)이 접속되어 있다. 제1 열 매체 가열기(27)는, 제1 열 매체 회수 라인(52)으로부터의 제1 열 매체와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 제1 열 매체를 가열한다. 제1 열 매체 가열기(27)에서 가열된 제1 열 매체는, 제1 열 매체 라인(51)을 통하여, 반응기(45)로 유입된다. 이 제1 열 매체는, 상술한 바와 같이, 이 반응기(45)에서, 기체 암모니아(NHg)와의 열 교환으로 냉각된다. 냉각된 제1 열 매체는, 제1 열 매체 회수 라인(52)을 통하여, 제1 열 매체 가열기(27)로 되돌아간다. 제1 열 매체는, 이 과정에서, 제1 열 매체 승압기(53)에서 승압된다. 또한, 이하의 실시형태에 있어서도, 본 실시형태와 동일하게, 제1 열 매체는 고압 증기 터빈의 작동 매체와 동일한 물질, 즉 수증기이며, 제1 열 매체의 압력은 고압 증기 터빈 입구 압력보다 낮아도 된다. 또한, 이하의 실시형태에 있어서도, 고압 증기 터빈(33)으로 증기를 보내는 라인과 제1 열 매체 회수 라인(52)을 접속하는 열 매체 보충 라인(55), 및 열 매체 보충 밸브(56)를 마련하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 이하의 실시형태에 있어서도, 열 매체 보충 라인(55) 및 열 매체 보충 밸브(56)를 마련하면, 다른 설비를 마련하지 않고, 기동 시나 제1 열 매체 압력 저하 시 등 필요할 때에, 제1 열 매체를 보충할 수 있다.
이상에서 설명한 배열 이용 설비(20)는, 열 사이클의 일종인 랭킨 사이클을 갖는다. 이 랭킨 사이클은, 배열 회수 보일러(21), 증기 터빈(31, 32, 33), 복수기(34), 급수 펌프(36)를 가져 구성된다. 또한, 이 랭킨 사이클은, 배기 가스(EG)의 열을 이용하기 때문에, 배열 이용 열 사이클이기도 하다.
다음으로, 이상에서 설명한 원료 유체의 처리 플랜트의 동작 및 작용에 대하여 설명한다.
가스 터빈(11)의 기동 시에는, 도시되어 있지 않은 기동 시 연료 라인으로부터 기동 시 연료가 연소기(11c)에 공급된다. 기동 시 연료로서는, 예를 들면 수소나 천연 가스 등이다. 가스 터빈(11)의 공기 압축기(11a)는, 상술한 바와 같이, 공기를 압축하여 연소용 공기를 생성한다. 연소기(11c)는, 이 연소용 공기 중에서 기동 시 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성한다. 연소용 공기의 압력은, 예를 들면 약 2MPa이다. 이 때문에, 연소용 공기가 유입된 연소기(11c) 내의 압력도, 예를 들면 약 2MPa이다. 연소 가스는 터빈(11d)에 공급되어, 이 터빈(11d)을 구동시킨다. 터빈(11d)을 구동시킨 연소 가스인 배기 가스(EG)는, 배열 회수 보일러(21)의 가스 프레임(22) 내로 유입된다.
제1 저압 절탄기(23a)는, 급수 라인(35)으로부터의 물과 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 물을 가열한다. 제2 저압 절탄기(23b)는, 제1 저압 절탄기(23a)로부터의 물과 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 물을 더 가열하여 저압 가열수로 한다. 이 저압 가열수의 일부는, 고압 펌프(25p)에 의하여, 승압된 후, 제1 고압 절탄기(25a)로 유입된다. 제1 고압 절탄기(25a)는, 고압 펌프(25p)에서 승압된 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 가열수를 더 가열한다. 제2 고압 절탄기(25b)는, 제1 고압 절탄기(25a)에서 가열된 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 가열수를 더 가열한다. 고압 증발기(25c)는, 제2 고압 절탄기(25b)에서 가열된 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 가열수를 가열하여 증기로 한다. 고압 과열기(25d)는, 이 증기와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 증기를 더 과열하여 고압 증기로 한다. 이 고압 증기는, 고압 증기 라인(83)을 통하여, 고압 증기 터빈(33)으로 유입된다. 고압 증기 터빈(33)은, 이 고압 증기에 의하여 구동한다.
고압 증기 터빈(33)을 구동시킨 고압 증기의 일부는, 고압 배기 증기 라인(85)을 통하여, 중압 증기 터빈(32)으로 유입된다. 또, 고압 증기 터빈(33)을 구동시킨 고압 증기의 다른 일부는, 제2 리보일러용 매체 라인(72)을 통하여, 리보일러(139)로 유입된다. 중압 증기 터빈(32)은, 고압 배기 증기 라인(85)으로부터의 증기에 의하여 구동한다. 중압 증기 터빈(32)을 구동시킨 증기는, 중압 배기 증기 라인(87)을 통하여, 저압 증기 터빈(31)으로 유입된다.
상술한 저압 가열수의 다른 일부는, 저압 증발기(23c)로 유입된다. 저압 증발기(23c)는, 저압 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 저압 가열수를 가열하여 증기로 한다. 저압 과열기(23f)는, 저압 증발기(23c)로부터의 증기와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 증기를 가열하여, 저압 증기로 한다. 이 저압 증기는, 저압 증기 라인(88)을 통하여, 저압 증기 터빈(31)으로 유입된다. 저압 증기 터빈(31)에는, 저압 증기 라인(88)으로부터 유입되는 저압 증기 외에, 상술한 바와 같이, 중압 증기 터빈(32)을 구동시킨 증기도 유입된다. 저압 증기 터빈(31)은, 이 증기에 의하여 구동한다.
저압 증기 터빈(31)을 구동시킨 증기는, 복수기(34)로 유입된다. 복수기(34)는, 저압 증기 터빈(31)으로부터의 증기를 물로 되돌린다. 이 물은, 급수 라인(35)을 통하여, 제1 저압 절탄기(23a)로 유입된다.
상술한 저압 가열수의 또 다른 일부는, 중압 펌프(24p)에서 승압되고 나서, 중압 절탄기(24a)로 유입된다. 중압 절탄기(24a)는, 중압 펌프(24p)에서 승압된 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 가열수를 더 가열하여 중압 가열수로 한다. 중압 가열수의 일부는, 중압 가열수 라인(77)을 통하여, 연료 예열기(13)로 유입된다. 연료 예열기(13)로 유입된 가열수는, 가열수 회수 라인(78)을 통하여, 급수 라인(35) 중으로 유입된다. 중압 가열수의 다른 일부는, 중압 증발기(24b)로 유입된다. 중압 증발기(24b)는, 중압 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 중압 가열수를 가열하여 중압 증기로 한다. 이 중압 증기는, 제1 리보일러용 매체 라인(71)을 통하여, 리보일러(139)로 유입된다. 즉, 리보일러(139)에는, 제1 리보일러용 매체 라인(71)으로부터의 증기 외에, 상술한 바와 같이, 제2 리보일러용 매체 라인(72)으로부터의 증기도 유입된다. 리보일러(139)로 유입된 증기는, 물이 되고 나서, 리보일러용 매체 회수 라인(73)을 통하여, 중압 절탄기(24a)로 유입된다.
제1 열 매체 가열기(27)는, 증기와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 증기를 승온시킨다. 승온 후의 증기는, 제1 열 매체 라인(51)을 통하여, 반응기(45)로 유입된다. 이 증기는, 상변화하지 않고, 제1 열 매체 회수 라인(52)을 통하여, 제1 열 매체 가열기(27)로 유입된다. 이 증기는, 제1 열 매체로서 배기 가스(EG)가 가스 프레임(22) 내를 흐르고 있는 동안, 제1 열 매체 가열기(27)와 반응기(45)의 사이에서 순환한다. 제1 열 매체가 상변화하지 않고, 제1 열 매체 가열기(27)와 반응기(45)의 사이에서 순환함으로써, 제1 열 매체의 증발에 큰 열량을 이용할 필요가 없어, 한정된 배기 가스(EG)의 열로 효과적으로 반응기(45)에 열을 공급할 수 있다.
배열 이용 설비(20)의 랭킨 사이클 내, 바꾸어 말하면, 배열 이용 열 사이클 내에서는, 물 또는 증기인 열 사이클 매체가 순환한다. 또, 암모니아 탱크(T) 내의 액체 암모니아(NH)가 원료 반응 설비(40)에 공급된다. 이하, 도 2에 나타내는 플로차트에 따라, 원료 유체의 처리 플랜트의 동작에 대하여 설명한다. 또한, 원료 반응 설비(40)에 액체 암모니아(NH)가 공급됨과 함께, 제1 열 매체로서의 증기가 반응기(45)로 유입된다. 또한, 리보일러용 매체로서의 증기가 리보일러(139)로 유입된다.
원료 반응 설비(40)로 액체 암모니아(NH)가 공급되면, 원료 반응 공정 (S1)이 실행된다. 이 원료 반응 공정 (S1)에서는, 반응 가스 생성 공정 (S2) 및 잔류 원료 제거 공정 (S6)이 실행된다. 반응 가스 생성 공정 (S2)에서는, 원료 예열 공정 (S3), 반응 실행 공정 (S4), 반응 가스 냉각 공정 (S5)이 실행된다.
액체 암모니아(NH)는, 비점인 -33.4℃이하의 온도로 냉각된 상태에서, 또한 거의 대기압인 상태에서 암모니아 탱크(T) 내에 저장되어 있다. 이 암모니아 탱크(T) 내의 액체 암모니아(NH)는, 원료 암모니아 펌프(43)에 의하여, 예를 들면 약 5MPa까지 승압되고 나서, 예열기(44a, 44b)로 유입되어, 이 예열기(44a, 44b)에서, 제2 열 매체와의 열 교환에 의하여 예열된다(S3: 원료 예열 공정). 원료 암모니아 펌프(43)에서 승압된 액체 암모니아(NH)는, 먼저 제1 예열기(44a)로 유입되고, 여기에서 예열된다. 이 예열에 의하여, 액체 암모니아(NH)가 기화하여, 기체 암모니아(NHg)가 된다. 액체 암모니아(NH)는, 원료 암모니아 펌프(43)에 의하여 승압된 압력 환경하에서, 90℃이상이 되면, 기화하여 기체 암모니아(NHg)가 된다. 이 때문에, 제1 예열기(44a)는, 액체 암모니아(NH)가 90℃이상이 되도록, 이 액체 암모니아(NH)를 예열한다. 따라서, 제1 예열기(44a)는, 액체 암모니아(NH)에 대한 기화기로서 기능한다. 기체 암모니아(NHg)는, 제2 예열기(44b)로 유입되고, 여기에서, 예를 들면 약 400℃로까지 예열된다. 따라서, 제2 예열기(44b)는, 기체 암모니아(NHg)에 대한 가스 가열기로서 기능한다.
제2 예열기(44b)로부터의 기체 암모니아(NHg)는, 반응기(45)로 유입된다. 또, 이 반응기(45)에는, 배열 회수 보일러(21)의 제1 열 매체 가열기(27)에서 가열된 제1 열 매체인 증기가 제1 열 매체 라인(51)을 통하여 유입된다. 이 증기는, 예를 들면 약 620℃이다. 이 반응기(45)에서는, 기체 암모니아(NHg)와 제1 열 매체의 열 교환에 의하여, 기체 암모니아(NHg)가 더 가열되는 한편, 제1 열 매체가 냉각된다. 냉각된 제1 열 매체는, 제1 열 매체 회수 라인(52)을 통하여, 제1 열 매체 회수 라인(52)으로 되돌아간다. 이 제1 열 매체는, 반응기(45)와 제1 열 매체 가열기(27)의 사이에서 순환한다. 제1 열 매체는, 반응기(45)와 제1 열 매체 가열기(27)의 사이에서 순환하는 과정에서, 상변화하지 않는다. 이 반응기(45)에서 가열된 기체 암모니아(NHg)는, 이하의 식으로 나타내는 열 분해 반응에 의하여, 수소와 질소로 분해된다(S4: 반응 실행 공정).
NH3→3/2H2+1/2N2
단, 이 반응 실행 공정 (S4)에서는, 반응기(45)로 유입된 기체 암모니아(NHg) 중의 일부가 잔류 암모니아(잔류 원료)로서 남는다. 따라서, 이 반응 실행 공정 (S3)의 실행에서 얻어진 반응 가스(RG) 중에는, 수소 및 질소 외에, 잔류 암모니아가 남는다. 이 반응 가스(RG)는, 약 600℃이다.
이 반응 가스(RG)는, 제2 예열기(44b), 제1 예열기(44a), 반응 가스 냉각기(46)에 순차 유입되고, 이들을 통과함으로써, 차례로 냉각된다(S5: 반응 가스 냉각 공정). 반응기(45)로부터의 반응 가스(RG)는, 제2 열 매체로서, 제2 열 매체 라인이기도 한 반응 가스 라인(47)을 통하여, 제2 예열기(44b)로 유입된다. 이 제2 예열기(44b)에서는, 기체 암모니아(NHg)와 반응 가스(RG)의 열 교환에 의하여, 기체 암모니아(NHg)가 상술한 바와 같이 예열되는 한편, 반응 가스(RG)가 냉각된다. 제1 예열기(44a)에서 냉각된 반응 가스(RG)는, 제2 열 매체로서, 제2 열 매체 라인이기도 한 반응 가스 라인(47)을 통하여, 제1 예열기(44a)로 유입된다. 이 제1 예열기(44a)에서는, 액체 암모니아(NH)와 반응 가스(RG)의 열 교환에 의하여, 액체 암모니아(NH)가 상술한 바와 같이 예열되어 기화하는 한편, 반응 가스(RG)가 더 냉각된다. 제1 예열기(44a)에서 냉각된 반응 가스(RG)는, 반응 가스 냉각기(46)로 유입되고, 더 냉각된다. 이 반응 가스(RG)의 온도는, 예를 들면 약 30~50℃이다. 이상과 같이, 본 실시형태의 제2 예열기(44b) 및 제1 예열기(44a)는, 암모니아(NH)를 예열하는 예열기로서 기능함과 함께, 반응 가스(RG)를 냉각하는 반응 가스 냉각기로서도 기능한다. 또, 여기에서의 반응 가스(RG)는, 암모니아(NH)를 예열하는 제2 열 매체 이며, 암모니아(NH)는, 반응 가스(RG)를 냉각하는 제3 열 매체이다.
이상으로, 반응 가스 생성 공정 (S2)가 종료된다. 반응 가스 생성 공정 (S2)가 종료되면, 잔류 원료 제거 공정 (S6)이 실행된다.
잔류 원료 제거 공정 (S6)에서는, 잔류 원료 흡수 공정 (S7) 및 잔류 원료 분리 공정 (S8)이 실행된다.
잔류 원료 흡수 공정 (S7)은, 흡수탑(131)에서 실행된다. 흡수탑(131)에는, 원료 반응 장치(41)로부터의 반응 가스(RG)가 유입된다. 또, 흡수탑(131)에는, 물 라인(134)으로부터 약 30℃의 물이 살포된다. 흡수탑(131) 내에는, 반응 가스(RG)와 물이 접촉하고, 반응 가스(RG) 중의 잔류 암모니아가 물에 용해된다. 잔류 암모니아가 용해된 물인 암모니아수는, 흡수탑(131)의 하부에 고인다. 한편, 잔류 암모니아가 제거된 반응 가스(RG)인 처리 완료 반응 가스(RGp)는, 연료 라인(12)을 통하여 가스 터빈(11)으로 보내진다.
잔류 원료 분리 공정 (S8)에서는, 원료수 가열 공정 (S9), 원료 분리 실행 공정 (S10) 및 물 가열 공정 (S11)이 실행된다.
흡수탑(131) 내의 하부에 고인 암모니아수(원료수)는, 암모니아수 라인(133)을 통하여, 재생탑(132)으로 보내진다. 이 과정에서, 암모니아수는, 열 교환기(136) 내에서 가열된다(S9: 원료수 가열 공정). 재생탑(132)에는, 열 교환기(136)에서 가열된 암모니아수 외에, 리보일러(139)로부터의 증기도 유입된다. 암모니아수는, 이 증기에 의하여 가열되어, 암모니아수 중의 암모니아가 기체 암모니아(NHg)로서 분리 증류된다(S10: 원료 분리 실행 공정). 한편, 증기는, 액상의 물로 이행하고, 재생탑(132) 내의 하부에 고인다. 이 물의 일부는, 물 순환 라인(137)을 거쳐 리보일러(139)로 유입된다. 리보일러(139)에는, 중압 증발기(24b)로부터의 중압 증기가 제1 리보일러용 매체 라인(71)을 통하여 유입됨과 함께, 고압 증기 터빈(33)으로부터 배기된 증기가 제2 리보일러용 매체 라인(72)을 통하여 유입된다. 리보일러(139)에서는, 물 순환 라인(137)으로부터 유입된 물은, 증기와의 열 교환에 의하여 가열되어 증기가 된다(S11: 물 가열 공정). 이 증기는, 재생탑(132)으로 보내진다. 한편, 물 순환 라인(137)으로부터 유입된 물과 열 교환한 증기는, 냉각되어 가열수로서, 리보일러용 매체 회수 라인(73)을 통하여, 중압 절탄기(24a)로 유입된다.
재생탑(132) 내의 기체 암모니아(NHg)를 포함하는 가스는, 회수 암모니아 라인(140)을 거쳐 응축기(138)로 유입된다. 응축기(138)에서는, 이 가스가 냉각되어, 이 가스에 포함되어 있는 수분이 응축되어 액체인 물이 된다. 이 물은, 재생탑(132) 내로 되돌아간다. 한편, 수분이 제거된 가스, 즉 기체 암모니아 농도가 높은 가스는, 회수 암모니아 라인(140) 중에 마련되어 있는 회수 암모니아 승압기(141)에서 승압되고 나서, 회수 암모니아 라인(140) 및 제2 암모니아 공급 라인(42b)을 통하여, 제2 예열기(44b)로 유입된다(S12: 원료 회수 공정). 이상과 같이, 본 실시형태에서는, 잔류 원료 제거 장치(130)에서, 반응 가스(RG)로부터 제거된 잔류 암모니아가 제2 예열기(44b)로 되돌아 가므로, 원료로서의 암모니아 중에서 낭비되는 양을 최소한으로 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 처리 완료 반응 가스(RGp)는, 연료 라인(12)을 통하여 가스 터빈(11)으로 보내진다. 처리 완료 반응 가스(RGp)는, 이 과정에서 연료 예열기(13)에 의하여 예열된다. 가스 터빈(11)은, 이 처리 완료 반응 가스(RGp)를 연료로서 연소시킴으로써 구동한다(S13: 반응 가스 이용 공정). 가스 터빈(11)으로부터의 배기 가스(EG)는, 배열 이용 설비(20)의 배열 회수 보일러(21) 내로 유입된다.
배열 이용 설비(20)는, 이 배기 가스(EG)의 열을 이용하여, 배열 이용 열 사이클 내를 흐르는 열 사이클 매체를 가열하여, 가열된 열 사이클 매체를 이용한다(S14: 배열 이용 공정). 즉, 배열 이용 설비(20)에서는, 물이 배기 가스(EG)로 가열되어, 증기가 되고, 이 증기가 증기 터빈(매체 이용 기기)(31, 32, 33)의 구동에 이용된다. 이 배열 이용 공정 (S14)에서는, 제1 열 매체 가열 공정 (S15), 열 사이클 매체 가열 공정 (S16), 및 열 사이클 매체 이용 공정 (S17)이 실행된다.
가스 프레임(22) 내로 유입된 배기 가스(EG)는, 제1 열 매체 가열기(27)에서, 상술한 바와 같이, 제1 열 매체인 증기와의 열 교환에 의하여, 제1 열 매체를 가열한다(S14: 제1 열 매체 가열 공정). 제1 열 매체 가열기(27)에서 가열된 증기는, 반응기(45)로 보내진다. 반응기(45)에서는, 상술한 바와 같이, 이 시점에서 반응기(45)로 유입되어 온 기체 암모니아(NHg)와, 제1 열 매체인 증기가 열 교환되어, 이 기체 암모니아(NHg)가 가열된다. 이 반응기(45)에서 가열된 기체 암모니아(NHg)는, 열 분해 반응에 의하여, 반응 가스(RG)가 된다(S4: 반응 실행 공정).
배열 회수 보일러(21) 내로 유입된 배기 가스(EG)는, 상술한 바와 같이, 증기 또는 물인 열 사이클 매체와의 열 교환에 의하여, 이 열 사이클 매체를 가열하여, 각 증기 터빈(31, 32, 33)에 이용 가능한 증기로 한다(S16: 열 사이클 매체 가열 공정). 이 증기는, 각 증기 터빈(31, 32, 33)으로 보내져, 각 증기 터빈(31, 32, 33)을 구동시킨다(S17: 열 사이클 매체 이용 공정).
이상으로, 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서의 일련의 동작이 종료된다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 실시형태의 주요한 효과에 대하여 설명한다. 또한, 도 3 및 도 4는, 암모니아(실선), 및 암모니아를 가열하는 열원(파선)에 관한 T-Q선도이다. 따라서, 도 3 및 도 4 중에서, 가로축은 열량을 나타내고, 세로축은 온도를 나타낸다. 또, 도 3은, 앞서 설명한 특허문헌 1, 2와 동일하게, 한 기의 열 교환 장치에서, 액체 암모니아를 열 분해 반응시킬 때까지의, 암모니아 및 열원에 관한 T-Q선도이다. 한편, 도 4는, 본 실시형태에 있어서, 액체 암모니아를 열 분해 반응시킬 때까지의, 암모니아 및 열원에 관한 T-Q선도이다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 액체 암모니아는, 예열에 의하여, 열량이 증가됨과 함께 온도가 높아진다. 이 액체 암모니아의 온도가 포화 온도가 되면, 이 액체 암모니아는, 서서히 기화한다. 이 기화의 과정에서는, 암모니아의 열량이 증가해도, 이 열은 기화열(잠열)로서 이용되며, 암모니아의 온도는 변화하지 않는다. 모든 액체 암모니아가 기화하여, 기체 암모니아가 되면, 예열에 의하여, 열량이 증가됨과 함께 온도가 높아진다. 기체 암모니아의 온도가 어느 정도 높아지면, 열 분해 반응이 개시된다. 이 열 분해 반응은, 흡열 반응이기 때문에, 기체 암모니아를 예열하고 있는 과정과 비교하여, 열량의 증가량에 대한 온도의 상승량이 작다. 단, 열 분해 반응이 진행되어, 암모니아의 농도가 낮아지면, 열량의 증가량에 대한 온도의 상승량이 점차 커진다.
한 기의 열 교환 장치에서, 액체 암모니아를 열 분해 반응시키는 열원은, 이 열 교환 장치의 가스 프레임 내를 통과하는 배기 가스뿐이다. 이 경우, 열원으로서의 배기 가스는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 가스 프레임의 입구 in으로부터 출구 out을 향함에 따라, 암모니아와의 열 교환보다 서서히, 열량이 감소됨과 함께 온도가 저하된다. 이때, 열원으로서의 배기 가스에 관한 열량의 감소량에 대한 온도의 저하량은, 암모니아가 열 분해 반응하고 있든지, 액체 암모니아가 기화하고 있든지, 거의 일정하다. 이 때문에, 예를 들면 기화하고 있을 때의 암모니아와, 이 암모니아와 열 교환하고 있는 배기 가스의 온도차 ΔT1가 커지고, 고온의 배기 가스의 열을 저온의 암모니아가 회수하게 되어, 배기 가스의 열 이용 효율이 낮다.
한편, 본 실시형태에서는, 액체 암모니아를 열 분해 반응시키는 열원은, 배기 가스(EG)로 가열된 제1 열 매체와, 반응 가스(RG)인 제2 열 매체이다. 이 제2 열 매체가 흐르는 계통은, 제1 열 매체가 흐르는 계통과 다르다. 열원의 일부인 제1 열 매체의 열은, 암모니아를 열 분해 반응시키기 위하여 이용된다. 이 열 분해 반응 시에 있어서의 제1 열 매체는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 암모니아와의 열 교환에 의하여, 열량이 감소됨과 함께 온도가 저하된다. 이때, 열원으로서의 제1 열 매체에 관한 열량의 감소량에 대한 온도의 저하량은, 거의 일정하다.
본 실시형태에서는, 열원의 다른 일부인 제2 열 매체의 열은, 암모니아를 예열하기 위하여 이용된다. 이 예열 시에 있어서의 제2 열 매체는, 암모니아와의 열 교환에 의하여, 열량이 감소됨과 함께 온도가 저하된다. 단, 암모니아를 예열하기 위하여 적합한 유량이고 또한 적합한 온도인 제2 열 매체를 이용함으로써, 열원으로서의 제2 열 매체에 관한 열량의 변화에 대한 온도의 변화를 나타내는 T-Q선은, 암모니아에 관한 열량의 변화에 대한 온도의 변화를 나타내는 T-Q선을 따른 선이 된다. 따라서, 예열 시에 있어서의 암모니아와 제2 열 매체의 온도차 ΔT2가 작아지고, 암모니아의 온도에 가까운 제2 열 매체의 열을 암모니아가 회수하게 되어, 제2 열 매체의 열 이용 효율이 높아진다.
또, 본 실시형태에서는, 암모니아를 열 분해 반응시킴에 있어서, 먼저, 암모니아의 T-Q선상, 기울기가 극소 P가 되는 온도를 포함하는 반응역의 앞까지, 제2 열 매체로서의 반응 가스(RG)와 암모니아를 열 교환시켜, 암모니아를 예열한다. 그 후, 본 실시형태에서는, 반응역에서, 제1 열 매체로서의 증기의 열로 암모니아를 열 분해 반응시키고 있다. 이 때문에, 하나의 열 매체로, 암모니아를 예열하고 또한 열 분해 반응시키는 경우보다, 본 실시형태에서는, 제1 열 매체를 가열하기 위한 열량을 적게 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제1 열 매체를 가열하기 위한 배기 가스(EG)의 열 에너지 손실을 억제할 수 있다.
반응기(45)에서는, 부여한 열의 많은 부분이 흡열 반응인 암모니아 분해 반응에 이용되기 때문에, 상술한 바와 같이, 암모니아의 T-Q선의 기울기는 작다. 한편, 예열에 있어서는, 흡열 반응은 발생하지 않기 때문에, T-Q선의 기울기는 평균하면 크다. 따라서, 반응기(45)의 열원인, 제1 열 매체인 증기의 정압 비열과 유량의 곱이, 제2 예열기(44b), 제1 예열기(44a)로 구성되는 예열기(44)의 열원인 제2 열 매체, 즉 반응 가스(RG)의 정압 비열과 유량의 곱보다 커지도록, 제1 열 매체를 순환시킨다. 여기에서, 예를 들면 정압 비열을 kJ/kgK, 유량을 kg/s의 단위로 생각하면, 정압 비열과 유량의 곱, 즉 단위시간당 열 매체의 열용량은 kW/K의 단위로 생각할 수 있다. 정압 비열과 유량의 단위는, 제1 열 매체와 제2 열 매체에서 동일한 단위를 이용하여 비교하면 어떠한 것이어도 되며, 예를 들면 정압 비열을 kcal/molK, 유량을 mol/h의 단위로 생각하여, 정압 비열과 유량의 곱을 kcal/hK로 산출하고, 비교해도 된다. 반응이나 상변화가 수반되지 않는 한, T-Q선의 기울기는 정압 비열과 유량의 곱에 반비례하고, 정압 비열과 유량의 곱이 클수록, T-Q선의 기울기는 작아진다. 따라서, 이때, 제1 열 매체인 증기의 정압 비열과 유량의 곱이 예열기(44)의 열원인 제2 열 매체, 즉 반응 가스(RG)의 정압 비열과 유량의 곱보다 커지도록, 제1 열 매체를 순환시킨다. 이 결과, 제1 열 매체, 제2 열 매체의 T-Q선의 기울기를 암모니아의 T-Q선의 기울기에 가까워지게 할 수 있고, 예열 시에 있어서의 암모니아와 제2 열 매체와의 온도차 ΔT2를 축소하여, 제2 열 매체의 열을 가까운 온도의 암모니아로 회수할 수 있어, 온도 레벨마다 필요해지는 열량을 과부족없이 투입할 수 있다. 따라서, 온도 레벨에 따라 효과적으로 열을 이용할 수 있어, 제2 열 매체의 열 이용 효율이 높아진다.
이상의 효과는, 반응과 예열에서 원료 유체, 즉 암모니아의 T-Q선의 기울기가 다른 것에 대하여, 반응과 예열의 각각의 열 매체인 제1 열 매체, 제2 열 매체에 다른 매체를 이용하여, 이하의 a), b)와 같이 한 것에 의하여 얻어진 효과이다.
a) 제1 열 매체, 제2 열 매체의 단위시간당 열용량, 즉, T-Q선의 기울기가 다르도록 하고, 제1 열 매체, 제2 열 매체의 T-Q선의 기울기가 각각, 반응기에서의 암모니아의 T-Q선의 기울기와 예열기에서의 암모니아의 T-Q선의 기울기에 가까워지도록 한 것.
b) 제1 열 매체, 제2 열 매체로서, 각각 온도가, 반응기, 예열기의 암모니아의 온도에 가까운 것을 이용한 것.
따라서, 이상의 효과를 얻기 위하여, 제1 열 매체와 제2 열 매체는, 서로 다른 열 매체인 것이 필요하다. 본 실시형태에서는, 제1 열 매체는 증기이고, 제2 열 매체는 반응 가스이며, 양자는 다른 물질이지만, 반드시 열 매체의 물질의 종류가 다를 필요는 없고, 동일 물질이면서, 상, 유량, 압력 등이 다른 것에 의하여, 단위시간당 열용량이 달라도 되며, 온도가 달라도 된다. 단위시간당 열용량이 다르면, 열 매체의 T-Q선의 기울기를 변화시키고, 반응기, 예열기 각각의 원료 유체의 T-Q선에 가까운 기울기로 하는 것이 가능해지는 효과가 얻어진다. 또, 온도가 다른 것에 의해서는, 반응기, 예열기 각각의 원료 유체에 가까운 온도의 열 매체를 공급하는 것을 가능하게 하며, 낮은 온도의 열 매체로 원료 유체의 반응, 예열이 가능해지는 효과가 얻어진다.
또, 본 실시형태에서는, 반응기(45)와 제1 열 매체 가열기(27)의 사이에서, 제1 열 매체가 순환한다. 이 때문에, 제1 열 매체 가열기(27)로부터 유출되는 제1 열 매체의 온도와, 제1 열 매체 가열기(27)로 유입되는 제1 열 매체의 온도차를 최소한으로 할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 제1 열 매체는, 상술한 바와 같이, 반응기(45)와 제1 열 매체 가열기(27)의 사이에서 순환하는 과정에서, 상변화하지 않는다. 따라서, 본 실시형태에서는, 이 관점에서도, 제1 열 매체를 가열하기 위한 열량을 적게 할 수 있다.
제1 열 매체를 가열하기 위한 배기 가스(EG)의 온도는, 증기 터빈(31, 32, 33)으로 보내는 증기를 발생시키기 위한 배기 가스(EG)의 온도보다 고온이다. 따라서, 이상과 같이, 제1 열 매체를 가열하기 위한 열량을 적게 할 수 있으면, 고온의 배기 가스(EG)의 열 에너지 손실을 억제할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 액체 암모니아(NH)를 반응 가스(RG)로 함에 있어서, 배기 가스(EG)의 열 에너지 손실을 억제할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 배기 가스(EG)의 열 에너지 중에서, 증기 터빈(31, 32, 33)의 구동을 위하여 열 에너지를 많게 할 수 있으며, 플랜트의 열 효율을 높일 수 있다.
본 실시형태에서는, 배열 이용 열 사이클 내를 흐르는 열 사이클 매체와 제1 열 매체가 동일 물질인 물이기 때문에, 제1 열 매체인 물의 질 등의 관리를 용이하게 행할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 제1 열 매체인 수증기의 압력은 배열 이용 열 사이클에 있어서의 열 사이클 매체의 최고 압력보다 낮다. 따라서, 별도의 설비를 요하지 않고, 기동 시나 제1 열 매체의 압력 저하 시에 용이하게 배열 이용 열 사이클로부터, 열 사이클 매체의 일부를 제1 열 매체로서 제1 열 매체의 계통에 공급하고, 제1 열 매체를 보충할 수 있다. 구체적으로는, 상술한 바와 같이, 배열 이용 열 사이클의 일부를 구성하는 고압 증기 라인(83)으로부터, 열 매체 보충 라인(55) 및 열 매체 보충 밸브(56)를 통하여, 고압 증기를 제1 열 매체로서 제1 열 매체 회수 라인(52)에 공급한다. 통상 운전 시는, 열 매체 보충 밸브(56)는 닫혀 있다. 여기에서, 제1 열 매체인 수증기의 압력은, 배열 이용 열 사이클에 있어서의 열 사이클 매체인 고압 증기의 압력보다 낮다. 기동 시나 시일 누락 등에 의한 제1 열 매체 압력 저하 시 등, 제1 열 매체를 보충할 필요가 있는 경우만, 열 매체 보충 밸브(56)를 열고, 고압 증기 라인(83)을 흐르는 고압 증기의 일부를 제1 열 매체 회수 라인(52)으로 유도하여, 제1 열 매체를 제1 열 매체 회수 라인(52) 등에 보충한다. 본 실시형태에서는, 별도의 설비를 요하지 않고, 기동 시나 제1 열 매체의 압력 저하 시에 용이하게 제1 열 매체를 보충할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 배열 이용 열 사이클 내를 흐르는 열 사이클 매체와 제1 열 매체를 동일 물질로 하고, 또한 제1 열 매체인 수증기의 압력을 배열 이용 열 사이클에 있어서의 열 사이클 매체의 최고 압력보다 낮게 하였으므로, 제1 열 매체를 배열 이용 열 사이클로부터 용이하게 보충할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 제2 열 매체에 대해서도, 제1 열 매체와 동일하게, 배열 이용 열 사이클 내를 흐르는 열 사이클 매체와 동일 물질로 하고, 제2 열 매체의 압력을 배열 이용 열 사이클에 있어서의 열 사이클 매체의 최고 압력보다 낮게 하면, 제2 열 매체를 배열 이용 열 사이클로부터 용이하게 보충할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 제1 열 매체와 제2 열 매체 중, 적어도 일방의 열 매체의 팽창에 의하여 일(work)을 취출하는 요소를 구비하지 않고, 또 외부로부터 통상 운전 시에 매체가 유입되는 매체 도입구를 갖지 않으며, 열 교환 요소, 배관, 승압 요소로 폐루프를 구성하는 경우에도, 폐루프를 흐르는 열 매체를 열 사이클 매체와 동일한 물질로 하고, 열 매체의 압력을 배열 이용 열 사이클에 있어서의 상기 열 사이클 매체의 최고 압력보다 낮은 압력으로 함으로써, 이상과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 열 매체를 폐루프로 하는 경우에 있어서도, 별도의 설비를 요하지 않고, 기동 시나 제1 열 매체의 압력 저하 시에 용이하게 제1 열 매체를 보충할 수 있는 효과를 나타낸다.
또, 본 실시형태의 원료 반응 설비(40)는, 암모니아(NH)를 열 분해 반응시키는 원료 반응 장치(41) 외에, 원료 반응 장치(41)로부터의 반응 가스(RG) 중에 포함되어 있는 잔류 암모니아를 제거하는 잔류 원료 제거 장치(130)를 구비한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 반응 가스 이용 설비(10)로 보내는 가스 중에 포함되는 잔류 암모니아의 농도를 억제할 수 있다.
그런데, 암모니아를 포함하는 연료가 연소하면, 연료 중의 암모니아가 연소에 의하여 NOx로 전환되어, 배기 가스는 NOx를 포함하게 된다. 본 실시형태의 원료 반응 설비(40)는, 상술한 바와 같이, 반응 가스 이용 설비(10)로 보내는 가스 중에 포함되는 잔류 암모니아의 농도를 억제할 수 있다. 본 실시형태의 반응 가스 이용 설비(10)는, 원료 반응 설비(40)로부터의 가스를 연료로서 연소시키는 가스 터빈 설비이다. 따라서, 본 실시형태에서는, 연료의 연소로 생성되는 배기 가스(EG) 중의 NOx 농도를 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 연료의 연소로 생성되는 배기 가스(EG) 중의 CO2 농도도 억제할 수 있다.
[제2 실시형태]
원료 유체의 처리 플랜트의 제2 실시형태에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트는, 제1 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트에 대하여, 암모니아(NH)의 예열의 열원, 반응 가스(RG)의 냉각의 열원을 변경한 플랜트이다. 따라서, 본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서의 일련의 동작 중 원료 예열 공정이, 제1 실시형태의 원료 예열 공정 (S3)과 다르다. 또한, 본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서의 일련의 동작 중 반응 가스 냉각 공정이, 제1 실시형태의 반응 가스 냉각 공정 (S5)와 다르다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트도, 제1 실시형태와 동일하게, 원료 반응 설비(40a)와, 반응 가스 이용 설비(10)와, 배열 이용 설비(20a)를 구비한다.
본 실시형태의 원료 반응 설비(40a)는, 제1 실시형태의 원료 반응 설비(40)와 동일하게, 원료 반응 장치(41a)와, 잔류 원료 제거 장치(130)를 갖는다. 본 실시형태의 원료 반응 장치(41a)는, 제1 실시형태의 원료 반응 장치(41)와 다르다. 한편, 본 실시형태의 잔류 원료 제거 장치(130)는, 제1 실시형태의 잔류 원료 제거 장치(130)와 동일하다.
본 실시형태의 반응 가스 이용 설비(10)는, 제1 실시형태의 반응 가스 이용 설비(10)와 기본적으로 동일하다. 본 실시형태에 있어서의 배열 이용 설비(20a)를 구성하는 개개의 장치는, 제1 실시형태에 있어서의 배열 이용 설비(20)를 구성하는 개개의 장치와 동일하다. 단, 본 실시형태에 있어서의 개개의 장치 사이를 접속하는 라인 구성이 제1 실시형태에 있어서의 개개의 장치 사이를 접속하는 라인 구성과 다르다.
본 실시형태의 원료 반응 장치(41a)는, 제1 실시형태의 원료 반응 장치(41)와 동일하게, 암모니아 공급 라인(42)과, 원료 암모니아 펌프(43)와, 예열기(44c, 44d)와, 반응기(45)와, 반응 가스 냉각기(46)와, 반응 가스 라인(47)을 갖는다. 예열기(44c, 44d)는, 제1 실시형태와 동일하게, 제1 예열기(44c)와, 제2 예열기(44d)를 갖는다. 또, 반응 가스 냉각기(46a, 46b)는, 제1 반응 가스 냉각기(46a)와, 제2 반응 가스 냉각기(46b)를 갖는다.
암모니아 공급 라인(42)은, 제1 실시형태와 동일하게, 제1 암모니아 공급 라인(42a)과 제2 암모니아 공급 라인(42b)과 제3 암모니아 공급 라인(42c)을 갖는다. 제1 암모니아 공급 라인(42a)의 일단은, 암모니아 탱크(T)에 접속되고, 제1 암모니아 공급 라인(42a)의 타단은, 제1 예열기(44c)의 암모니아 입구에 접속되어 있다. 제1 예열기(44c)는, 열 교환기이다. 이 제1 예열기(44c)는, 액체 암모니아(NH)와 제2 열 매체를 열 교환시켜, 액체 암모니아(NH)를 가열하여 기체 암모니아(NHg)로 하는 한편, 제2 열 매체를 냉각한다. 제2 암모니아 공급 라인(42b)의 일단은, 제1 예열기(44c)의 암모니아 출구에 접속되고, 이 제2 암모니아 공급 라인(42b)의 타단은, 제2 예열기(44d)의 암모니아 입구에 접속되어 있다. 제2 예열기(44d)는, 열 교환기이다. 이 제2 예열기(44d)는, 기체 암모니아(NHg)와 제2 열 매체를 열 교환시켜, 기체 암모니아(NHg)를 가열하는 한편, 제2 열 매체를 냉각한다. 제3 암모니아 공급 라인(42c)의 일단은, 제2 예열기(44d)의 암모니아 출구에 접속되고, 이 제3 암모니아 공급 라인(42c)의 타단은, 반응기(45)의 암모니아 입구에 접속되어 있다.
반응기(45)의 매체 입구에는, 제1 열 매체 라인(51)이 접속되어 있다. 이 반응기(45)의 매체 출구에는, 제1 열 매체 회수 라인(52)이 접속되어 있다. 제1 열 매체 승압기(53)는, 제1 열 매체 회수 라인(52)에 마련되어 있다. 반응기(45)는, 열 교환기이다. 이 반응기(45)는, 제1 실시형태의 반응기(45)와 동일하게, 제2 예열기(44d)에서 가열된 기체 암모니아(NHg)와 제1 열 매체 라인(51)으로부터의 제1 열 매체를 열 교환시켜, 기체 암모니아(NHg)를 더 가열하는 한편, 제1 열 매체를 냉각한다. 냉각된 제1 열 매체는, 제1 열 매체 회수 라인(52)으로 유입된다. 제1 열 매체 라인(51) 및 제1 열 매체 회수 라인(52)은, 제1 실시형태와 동일하게, 모두, 배열 회수 보일러(21)의 제1 열 매체 가열기(27)에 접속되어 있다.
반응 가스 라인(47)은, 제1 반응 가스 라인(47a)과 제2 반응 가스 라인(47b)을 갖는다. 제1 반응 가스 라인(47a)의 일단은, 반응기(45)의 반응 가스 출구에 접속되어 있다. 이 제1 반응 가스 라인(47a)의 타단은, 제2 예열기(44d)의 제2 열 매체 입구에 접속되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 반응 가스(RG)가 제2 열 매체의 일종이다. 제1 반응 가스 냉각기(46a)는, 이 제1 반응 가스 라인(47a)에 마련되어 있다. 제2 반응 가스 라인(47b)의 일단은, 제2 예열기(44d)의 제2 열 매체 출구에 접속되고, 이 제2 반응 가스 라인(47b)의 타단은, 잔류 원료 제거 장치(130)에 접속되어 있다. 제2 반응 가스 냉각기(46b)는, 이 제2 반응 가스 라인(47b)에 마련되어 있다.
배열 회수 보일러(21)의 고압 과열기(25d)와 고압 증기 터빈(33)을 접속하는 고압 증기 라인은, 제1 고압 증기 라인(83a)과, 제2 고압 증기 라인(83b)을 갖는다. 제1 고압 증기 라인(83a)의 일단은, 고압 과열기(25d)의 출구에 접속되고, 이 제1 고압 증기 라인(83a)의 타단은, 제1 반응 가스 냉각기(46a)의 제3 열 매체 입구에 접속되어 있다. 제2 고압 증기 라인(83b)의 일단은, 제1 반응 가스 냉각기(46a)의 제3 열 매체 출구에 접속되고, 이 제2 고압 증기 라인(83b)의 타단은, 고압 증기 터빈(33)의 입구에 접속되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 고압 과열기(25d)로부터의 고압 증기가 제3 열 매체의 일종이다. 또, 제1 고압 증기 라인(83a)이, 제3 열 매체 라인의 일종이다. 또, 제2 고압 증기 라인(83b)이 제3 열 매체 회수 라인의 일종이다.
배열 회수 보일러(21)에 있어서의 제2 고압 절탄기(25b)의 출구에는, 고압 가열수 라인(81)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 가열수 라인(81)의 타단은, 연료 예열기(13)의 매체 입구에 접속되어 있다. 이 연료 예열기(13)의 매체 출구에는, 고압 가열수 회수 라인(82)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 가열수 회수 라인(82)의 타단은, 급수 라인(35)에 접속되어 있다. 따라서, 본 실시형태의 연료 예열기(13)는, 제2 고압 절탄기(25b)로부터의 고압 가열수와 연료를 열 교환하여, 이 연료를 가열한다.
제2 반응 가스 냉각기(46b)의 제3 열 매체 입구에는, 급수 라인(35)으로부터 분기한 분기 급수 라인(91)이 접속되어 있다. 제2 반응 가스 냉각기(46b)의 제3 열 매체 출구에는, 연결 급수 라인(92)의 일단이 접속되어 있다. 연결 급수 라인(92)의 타단은, 제1 예열기(44c)의 제2 열 매체 입구에 접속되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 급수 라인(35)을 흐르는 급수가, 반응 가스(RG)와 열 교환하는 제3 열 매체의 일종이다. 또, 분기 급수 라인(91)은, 제3 열 매체 라인의 일종이다. 또, 연결 급수 라인(92)은, 제2 반응 가스 냉각기(46b)에 대한 제3 열 매체 회수 라인의 일종이다. 본 실시형태에서는, 연결 급수 라인(92)으로부터 제1 예열기(44c)로 유입되는 급수가 제2 열 매체의 일종이다. 또, 연결 급수 라인(92)은, 제1 예열기(44c)에 대한 제2 열 매체 라인의 일종이다. 제1 예열기(44c)의 제2 열 매체 출구에는, 가열수 회수 라인(78)의 일단이 접속되어 있다. 이 가열수 회수 라인(78)의 타단은, 배열 회수 보일러(21)의 제2 저압 절탄기(23b)의 입구에 접속되어 있다. 따라서, 이 가열수 회수 라인(78)은, 제1 예열기(44c)에 대한 제2 열 매체 회수 라인의 일종임과 함께, 제2 반응 가스 냉각기(46b)에 대한 제3 열 매체 회수 라인의 일종이기도 하다.
저압 가열수 라인(76)은, 배열 회수 보일러(21)의 제2 저압 절탄기(23b)와 제1 예열기(44c)를 접속한다. 구체적으로, 저압 가열수 라인(76)의 일단은, 제2 저압 절탄기(23b)의 출구에 접속되고, 이 저압 가열수 라인(76)의 타단은, 제1 예열기(44c)의 제2 열 매체 입구에 접속되어 있다. 제2 저압 절탄기(23b)로부터의 저압 가열수의 일부는, 저압 가열수 라인(76)을 통하여, 제2 열 매체의 일종으로서, 제1 예열기(44c)로 유입된다. 따라서, 이 저압 가열수 라인(76)은, 제2 열 매체 라인의 일종이다.
본 실시형태의 원료 예열 공정에서도, 제1 실시형태와 동일하게, 액체 암모니아(NH)가 원료 암모니아 펌프(43)에 의하여 승압되고 나서, 예열기(44c, 44d)로 유입되어, 이 예열기(44c, 44d)에서, 제2 열 매체와의 열 교환에 의하여 예열된다.
원료 암모니아 펌프(43)에서 승압된 액체 암모니아(NH)는, 먼저 제1 예열기(44c)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체와의 열 교환으로 예열된다. 이 결과, 액체 암모니아(NH)는 기화하여, 기체 암모니아(NHg)가 된다. 따라서, 제1 예열기(44c)는, 액체 암모니아(NH)에 대한 기화기로서 기능한다. 제1 예열기(44c)로 유입되는 제2 열 매체는, 제2 반응 가스 냉각기(46b)로부터 연결 급수 라인(92)을 통하여 제1 예열기(44c)로 유입되는 급수와, 제2 저압 절탄기(23b)로부터 저압 가열수 라인(76)을 통하여 제1 예열기(44c)로 유입되는 저압 가열수가 있다. 제1 예열기(44c)에서, 액체 암모니아(NH)와의 열 교환으로 냉각된 제2 열 매체는, 제2 열 매체 회수 라인의 일종이며 또한 제3 열 매체 회수 라인의 일종인 가열수 회수 라인(78)을 통하여, 제2 저압 절탄기(23b)로 유입된다.
여기에서, 배열 회수 보일러(21), 증기 터빈(31, 32, 33), 복수기(34), 급수 펌프(36), 및 이들을 접속하는 각종 배관은, 랭킨 사이클을 구성하고 있고, 이것은 제1 열 사이클의 일종이다. 제2 열 매체 라인의 일종인 연결 급수 라인(92)은, 제2 저압 절탄기(23b)의 출구(제1 열 사이클 중의 제1 부)를 흐르는 물(제1 열 사이클 매체)의 일부를, 저압 가열수 라인(76)을 통하여, 제2 열 매체의 일종으로서 제1 예열기(44c)로 유도한다. 제2 열 매체 회수 라인의 일종인 가열수 회수 라인(78)은, 원료 유체(암모니아)와의 열 교환으로 냉각된 물을 상기 제1 부보다 낮은 온도의 물이 흐르는 제2 부, 즉 제2 저압 절탄기(23b)의 입구로 유도한다. 본 구성에 의하여, 랭킨 사이클(제1 열 사이클) 중으로부터 적절한 온도의 열을 과부족없이 예열기에 공급하고, 이 열을 원료 유체의 예열에 이용할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 열 이용 효율이 높아진다.
또, 제3 열 매체 라인의 일종인 분기 급수 라인(91)은, 물을, 랭킨 사이클의 구성요소의 하나인 급수 라인(35)(랭킨 사이클 중의 제1 부)으로부터, 제2 반응 가스 냉각기(46b)로 유도한다. 제3 열 매체 회수 라인의 일종인 가열수 회수 라인(78)은, 제2 반응 가스 냉각기(46b)에서 반응 가스와의 열 교환으로 가열된 물을, 연결 급수 라인(92) 및 제1 예열기(44c)를 거쳐, 수용한다. 그리고, 이 가열수 회수 라인(78)은, 이 물을, 급수 라인(35)(제1 부)보다 높은 온도의 물이 흐르는 제2 부, 즉 제2 저압 절탄기(23b)의 입구로 유도한다. 본 구성에 의하여, 반응 가스 냉각기의 배열을 적절한 양의 물에 회수하고, 랭킨 사이클의 적절한 온도의 개소에 회수함으로써, 열 이용 효율이 높아진다.
제1 예열기(44c)로부터의 기체 암모니아(NHg)는, 제2 예열기(44d)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체와의 열 교환으로 더 예열된다. 따라서, 제2 예열기(44d)는, 기체 암모니아(NHg)에 대한 가스 가열기로서 기능한다. 이상으로, 본 실시형태의 원료 예열 공정이 종료된다. 제2 예열기(44d)로 유입되는 제2 열 매체는, 제1 반응 가스 냉각기(46a)로부터 제1 반응 가스 라인(47a)을 통하여 제2 예열기(44d)로 유입되는 반응 가스(RG)이다. 이 반응 가스(RG)는, 제2 예열기(44d)에서 기체 암모니아(NHg)와의 열 교환으로 냉각된다.
제2 예열기(44d)로부터의 기체 암모니아(NHg)는, 반응기(45)로 유입되고, 제1 실시형태와 동일하게, 열 분해 반응에 의하여, 수소와 질소로 분해되어, 반응 가스(RG)가 생성된다(반응 실행 공정).
반응 가스 냉각 공정에서는, 반응 가스(RG)와 제3 열 매체의 열 교환으로, 반응 가스(RG)가 냉각된다. 반응기(45)로부터의 반응 가스(RG)는, 제1 반응 가스 냉각기(46a), 제2 예열기(44d), 제2 반응 가스 냉각기(46b)에 순차 유입되고, 이들을 통과함으로써, 차례로 냉각된다.
제1 반응 가스 냉각기(46a)에서는, 반응기(45)로부터의 반응 가스(RG)와, 제3 열 매체인 배열 회수 보일러(21)의 고압 과열기(25d)로부터의 고압 증기의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)가 냉각되는 한편, 고압 증기가 과열된다. 과열된 고압 증기는, 제2 고압 증기 라인(83b)을 통하여, 고압 증기 터빈(33)으로 유입되고, 이 고압 증기 터빈(33)을 구동시킨다. 이상과 같이, 본 실시형태에서는, 제1 실시형태보다 고온의 고압 증기가 고압 증기 터빈(33)으로 유입되기 때문에, 제1 실시형태보다 고압 증기 터빈(33)의 출력을 높일 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 제3 열 매체 라인의 일종인 제1 고압 증기 라인(83a)은, 고압 과열기(25d)의 출구로부터 유출되는 증기의 전체량을 제1 반응 가스 냉각기(46a)로 유도한다. 고압 과열기(25d)의 출구는, 랭킨 사이클 중의 제1 부의 일종이다. 제3 열 매체 회수 라인의 일종인 제2 고압 증기 라인(83b)은, 제1 반응 가스 냉각기(46a)에서 반응 가스와 열 교환되어 과열된 증기를, 고압 과열기(25d)의 출구(제1 부)보다 높은 온도의 증기를 흐르게 하는 제2 부, 즉 고압 증기 터빈(33)의 입구로 유도한다. 본 구성에 의하여, 반응 가스 냉각기의 배열을 적절한 양의 증기에 회수하고, 랭킨 사이클의 적절한 온도의 개소에 회수함으로써, 열 이용 효율이 높아진다.
본 실시형태와 같이, 열을 이용하여 원료 유체를 반응시키고, 반응 가스로 하는 플랜트에서는, 원료 유체의 반응에서, 고온의 열을 대량으로 소비하기 때문에, 열 사이클 매체의 온도를 충분히 높일 수 없을 우려가 있다. 구체적으로는, 원료 유체의 반응에 충분한, 높은 온도의 열을 공급하기 위하여, 제1 열 매체 가열기(27)는, 배열 회수 보일러(21)의 가스 프레임(22) 중에서, 배기 가스(EG)의 흐름에 대한 가장 상류 측에서, 가장 온도가 높은 개소에 배치되어 있다. 여기에서, 상술한 바와 같이, 원료 유체의 반응에는 대량의 열이 필요하므로, 제1 열 매체 가열기(27)는, 반응의 열원이 되는 제1 열 매체의 가열량을 대량으로 필요로 한다. 이때, 제1 열 매체 가열기(27)에서의 열 교환량이 커서, 제1 열 매체 가열기(27)에서 배기 가스(EG)의 온도는 크게 저하해 버린다. 이 때문에, 배기 가스(EG)의 흐름에서 보아 제1 열 매체 가열기(27)의 하류 측에 설치된 고압 과열기(25d)에서, 열원으로서 이용 가능한 배기 가스(EG)의 온도가 낮아져, 고압 과열기(25d)에서 고압 증기를 충분히 높은 온도까지 가열할 수 없을 우려가 있다. 제1 실시형태와 같이, 고압 과열기(25d)의 출구의 증기를 직접 고압 증기 터빈(33)에 공급하는 경우, 고압 증기 터빈(33)의 입구 온도는 낮아진다. 또, 저압 증기 터빈(31)의 출구 부근에 있어서의 습분에 의한, 터빈 날개의 이로전(erosion)의 발생을 억제하기 위해서는, 저압 증기 터빈(31)의 출구의 습도를 낮게 유지할 필요가 있기 때문에, 저압 증기 터빈(31)의 출구의 엔탈피를 일정 이상으로 할 필요가 있다. 고압 증기 터빈(33)의 입구 온도가 낮은 경우에서, 저압 증기 터빈(31)의 출구의 엔탈피를 일정 이상으로 하기 위하여, 고압 증기 터빈(33)의 입구부터 저압 증기 터빈(31)의 출구까지의 열낙차를 작게 유지할 필요가 있다. 바꾸어 말하면, 고압 증기 터빈(33)의 입구부터 저압 증기 터빈(31)의 출구까지의 압력비를 작게 할 필요가 있다. 따라서, 제1 실시형태에서는, 고압 증기 터빈(33)의 입구 증기 압력을 높일 수 없다.
본 실시형태에서는, 고압 과열기(25d)의 출구의 증기를 제3 열 매체로서 반응 가스를 냉각하는 제1 반응 가스 냉각기(46a)에 공급하고, 반응 가스 냉각기(46a)의 배열을 회수하고 나서 고압 증기 터빈(33)에 공급한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 고압 증기 터빈(33)의 입구에 있어서의 증기 온도를 높일 수 있음과 함께, 저압 증기 터빈(31)의 엔트로피를 일정 이상으로 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 저압 증기 터빈(31)의 출구에 있어서의 이로전의 발생을 억제하면서, 고압 증기 터빈(33)의 입구 증기 압력, 온도를 높일 수 있다. 이상과 같은 점에서, 본 실시형태에서는, 반응기(45)에 있어서의 반응이나, 제1 열 매체 가열기(27)에 있어서의 제1 열 매체의 가열에, 고온의 열을 대량으로 필요로 하는 경우에 있어서도, 증기 터빈의 출력을 증대하여, 플랜트의 효율을 높일 수 있는 것이다.
제1 실시형태 및 본 실시형태에서는, 제1 열 매체가, 반응기(45)와 제1 열 매체 가열기(27)의 사이에서 순환하고 있다. 반응기(45)는, 제1 열 매체와 원료 유체를 열 교환시키는 것이기 때문에, 반응기(45)의 제1 열 매체 출구 온도와 원료 유체 입구 온도의 차를, 합리적인 열 교환 면적으로 달성 가능한 최소의 온도차까지 축소할 수 있다. 또, 반응기(45)를 나온 제1 열 매체는 계통의 압력 손실분이 승압된 것만으로, 제1 열 매체 가열기(27)에 들어가는 것이기 때문에, 제1 열 매체 가열기(27)의 제1 열 매체 입구 온도와 반응기(45)의 제1 열 매체 출구 온도의 차는 작다. 또, 제1 열 매체 가열기(27)는, 배기 가스(EG)와 제1 열 매체를 열 교환시키는 것이기 때문에, 제1 열 매체 가열기(27)의 배기 가스 출구 온도와 제1 열 매체 가열기(27)의 제1 열 매체 입구 온도의 차는, 합리적인 열 교환 면적으로 달성 가능한 최소의 온도차까지 축소할 수 있다. 또한, 제1 열 매체 가열기(27)의 배기 가스 출구 온도와 고압 과열기(25d)의 배기 가스 입구 온도는, 실질적으로 동등하다. 따라서, 반응기(45), 제1 열 매체 가열기(27)의 열 이용 효율을 높이기 위하여, 열 교환 온도차를 충분히 저감하는 경우, 고압 과열기(25d)의 배기 가스 입구 온도와 반응기(45)의 원료 유체 입구 온도의 온도차는 작아진다. 제1 실시형태와 같이, 배기 가스의 열만을 이용하여, 고압 증기 터빈(33)에 공급하는 증기를 과열하는 경우, 고압 증기 터빈(33)의 입구에 있어서의 증기 온도를 반응기(45)의 원료 유체 입구 온도보다 높이는 것은 곤란하다.
본 실시형태에서는, 반복하게 되지만, 반응 가스 냉각기(46a)의 배열을 이용하여 고압 증기의 온도를 높인다. 제1 열 매체 가열기(27)에 있어서, 배기 가스 입구 온도와, 제1 열 매체 출구 온도, 즉 반응기(45)의 제1 열 매체 입구 온도의 차는, 합리적인 열 교환 면적으로 달성 가능한 최소의 온도차까지 축소할 수 있다. 반응기(45)에 있어서, 반응기(45)의 제1 열 매체 입구 온도와 반응 가스 출구 온도의 차는 합리적인 열 교환 면적으로 달성 가능한 최소의 온도차까지 축소할 수 있다. 또, 반응 가스 냉각기(46a)에서는 제3 열 매체인 고압 증기 터빈(33)에 공급하는 증기와 반응기(45) 출구의 반응 가스가 열 교환하는 것이기 때문에, 반응기(45)의 출구에 있어서의 반응 가스 온도와 고압 증기 터빈(33)의 입구 증기 온도의 차는 합리적인 열 교환 면적으로 달성 가능한 최소의 온도차까지 축소할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 고압 증기 터빈(33)의 입구 증기 온도를 제1 열 매체 가열기(27)에 있어서의 배기 가스 입구 온도에 가까운 온도까지 높일 수 있다. 제1 열 매체 가열기(27), 제1 열 매체, 반응기(45)를 통하여, 제1 열 매체 가열기(27)의 배기 가스 출구에 있어서의 배기 가스(EG)와, 반응기(45)의 원료 유체 입구에 있어서의 원료 유체가 열 교환하고 있는 점에서, 반응기(45)의 원료 유체 입구 온도는, 제1 열 매체 가열기(27)의 배기 가스 출구보다 온도가 낮아진다. 상술한 바와 같이, 제1 열 매체 가열기(27)에서 배기 가스 온도는 크게 저하하는 것을 고려하면, 제1 열 매체 가열기(27)에 있어서의 배기 가스 입구 온도는, 반응기(45)의 원료 유체 입구 온도보다 큰 폭으로 높다. 이 때문에, 제2 실시형태에서는, 반응 가스를 냉각하는 반응 가스 냉각기의 배열을 활용함으로써, 비교적 용이하게, 제3 열 매체(고압 증기 터빈(33)의 입구 증기)를, 원료 유체의 반응기 입구에 있어서의 온도보다 높은 온도까지 가열할 수 있다.
또, 반응기(45)에서는, 반응기(45)의 제1 열 매체 출구에 있어서의 제1 열 매체로부터 반응기(45)의 원료 유체 입구에 있어서의 원료 유체에 열을 부여하고 있다. 이 때문에, 반응기(45)의 제1 열 매체 출구 온도는, 반응기(45)의 원료 유체 입구 온도보다 높다. 따라서, 반응 가스 냉각의 배열을 이용하지 않고, 고압 증기 터빈(33)에, 반응기(45)의 제1 열 매체 출구 온도보다 고온인 제3 열 매체(고압 증기 터빈(33)의 입구 증기)를 공급하는 것은 한층 곤란하다. 그러나, 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 구성을 이용하면, 비교적 용이하게, 이와 같이 높은 온도의 증기를 고압 증기 터빈(33)에 공급할 수 있다.
본 실시형태에서는, 이상과 같이, 반응 가스 냉각의 배열을 이용하여, 제3 열 매체를 반응기(45)의 제1 열 매체 출구 온도보다 높은 온도까지 가열하고 나서, 이 제3 매체를 열 사이클에 공급함으로써, 열 사이클(여기에서는 증기 터빈)의 출력 증대 효과, 및 플랜트 효율 향상 효과를 특별히 높일 수 있다.
제2 예열기(44d)에서는, 상술한 바와 같이, 제1 반응 가스 냉각기(46a)에서 냉각된 반응 가스(RG)와, 기체 암모니아(NHg)의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)가 더 냉각되는 한편, 기체 암모니아(NHg)가 예열된다. 따라서, 이 제2 예열기(44d)는, 기체 암모니아(NHg)를 예열하는 예열기로서 기능함과 함께, 반응 가스(RG)를 냉각하는 반응 가스 냉각기로서도 기능한다. 또, 여기에서의 반응 가스(RG)는, 기체 암모니아(NHg)를 예열하는 제2 열 매체이며, 기체 암모니아(NHg)는, 반응 가스(RG)를 냉각하는 제3 열 매체이다.
제2 반응 가스 냉각기(46b)에서는, 제2 예열기(44d)에서 냉각된 반응 가스(RG)와 제3 열 매체로서의 급수의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)가 냉각되는 한편, 급수가 가열된다. 가열된 급수는, 제2 열 매체로서, 제1 예열기(44c)로 유입된다. 이 제1 예열기(44c)에는, 상술한 바와 같이, 제2 열 매체로서, 저압 가열수도 유입된다.
이상으로, 반응 가스 냉각 공정이 종료된다. 제2 반응 가스 냉각기(46b)에서 냉각된 반응 가스(RG)는, 잔류 원료 제거 장치(130)로 유입되고, 제1 실시형태와 동일하게, 반응 가스(RG) 중에 포함되어 있는 잔류 암모니아가 제거된다.
이상과 같이, 암모니아(NH)와의 열 교환에 의하여, 암모니아(NH)를 예열하는 제2 열 매체는, 반응 가스(RG)여도 되고, 배열 이용 열 사이클 내를 흐르는 열 사이클 매체로서의 물 또는 증기여도 된다. 또, 반응 가스(RG)와의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)를 냉각하는 제3 열 매체는, 암모니아(NH)여도 되고, 배열 이용 열 사이클 내를 흐르는 열 사이클 매체로서의 물 또는 증기여도 된다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 액상의 원료 유체, 즉 액체 암모니아를 제1 예열기(기화기)(44c)에서 기화한 후, 제2 예열기(가스 가열기)(44d)로 보낸다. 또, 제1 예열기(기화기)(44c)에는, 기화용 제2 열 매체로서, 급수 및 가열수가 공급되고, 제2 예열기(가스 가열기)(44d)에는, 가스 가열용 제2 열 매체로서, 반응 가스가 공급된다. 특히, 제1 예열기(기화기)(44c)에는, 제2 반응 가스 냉각기(46b)로부터 연결 급수 라인(92)을 통하여 제1 예열기(44c)로 유입되는 급수와, 제2 저압 절탄기(23b)로부터 저압 가열수 라인(76)을 통하여 제1 예열기(44c)로 유입되는 저압 가열수가 합류한 대량의 물이, 기화용 제2 열 매체로서 공급되고 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 제1 예열기(기화기)(44c) 내를 흐르는 기화용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱이, 제2 예열기(가스 가열기)(44d) 내를 흐르는 가스 가열용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 커진다. 즉, 본 실시형태에서는, 원료 유체의 기화를 위하여 많은 열량을 필요로 하는 제1 예열기(기화기)(44c)에는, 이 제1 예열기(44c)에서 필요한 온도 레벨로 대량의 열량을 공급하고, 적은 열량으로 충분한 제2 예열기(가스 가열기)(44d)에는, 이 제2 예열기(44)에서 필요한 온도 레벨로 소량의 열량을 공급한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 온도 레벨마다 필요해지는 열량을 과부족없이 투입할 수 있고, 온도 레벨에 따라 효과적으로 열을 이용할 수 있어, 열 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 정압 비열과 유량의 단위는, 기화용 제2 열 매체와 가스 가열용 제2 열 매체에서 동일한 단위를 이용하여 비교하면 어떠한 것이어도 되는 것은, 제1 실시형태의 설명과 동일하다.
본 실시형태에 있어서, 예열기에 있어서의 열 이용 효율을 높이는 효과는, 기화용 제2 열 매체와, 가스 가열용 제2 열 매체에 각각 다른 매체를 공급함으로써 얻어진 효과이다. 본 실시형태에서는, 기화용 제2 열 매체로서 물을 이용하고, 가스 가열용 제2 열 매체로서 반응 가스를 이용하고 있으며, 양자는 다른 물질이다. 그러나, 양자는 다른 물질일 필요는 없고, 동일 물질이면서, 상, 유량, 압력 등이 다른 것에 의하여, 단위시간당 열용량이 달라도 되며, 온도가 달라도 된다. 단위시간당 양자의 열용량이 다르면, 보다 큰 열량을 필요로 하는 기화의 온도 레벨에, 원료 유체 가스의 승온보다 큰 열량을 공급하는 것이 가능해진다. 또, 기화용 제2 열 매체의 온도와 가스 가열용 제2 열 매체의 온도가 다르면, 원료 유체 기화기와 원료 유체 가스 가열기의 각각에, 원료 유체에 가까운 온도의 열 매체를 공급하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 비교적 낮은 온도의 열 매체로 원료 유체의 기화 및 승온이 가능해질 뿐만 아니라, 원료 유체의 온도 레벨에 따라 예열에 필요한 열을 공급하는 것이 가능해지고, 열 이용 효율이 높아져, 플랜트의 효율이 높아진다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 제1 예열기(기화기)(44c)에, 저압 증발기(23c)나 저압 증기 터빈(31)의 중간 단으로부터 수증기를 공급시켜, 이 제1 예열기(44c)에 있어서, 수증기의 응축에 의한 열로, 액상의 원료 유체, 즉 액체 암모니아를 증발시켜도 된다. 유체의 기화열이나 응축열, 즉 잠열은, 일반적으로 온도의 변화에 수반되는 열, 즉 현열보다 크다. 따라서, 이와 같은 구성에 의하면, 용이하게 큰 열량이 얻어지는 응축열로, 대량의 열을 필요로 하는 기화열을 공급할 수 있다. 이 경우, 일정한 온도에서 응축되는 기화용 제2 열 매체를 열원으로 하여, 일정한 온도에서 열원 매체를 기화시킬 수 있어, 비교적 낮은 일정한 온도의 열을 유효 활용하여 원료 유체를 기화시켜, 열 이용 효율을 높일 수 있다.
[제3 실시형태]
원료 유체의 처리 플랜트의 제3 실시형태에 대하여, 도 6~도 8을 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트도, 제1 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트에 대하여, 암모니아(NH)의 예열의 열원, 반응 가스(RG)의 냉각의 열원을 변경한 플랜트이다. 따라서, 본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서의 일련의 동작 중 원료 예열 공정이, 제1 실시형태의 원료 예열 공정 (S3)과 다르다. 또한, 본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서의 일련의 동작 중 반응 가스 냉각 공정이, 제1 실시형태의 반응 가스 냉각 공정 (S5)와 다르다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트도, 도 6에 나타내는 바와 같이, 이상의 실시형태와 동일하게, 원료 반응 설비(40b)와, 반응 가스 이용 설비(10)와, 배열 이용 설비(20b)를 구비한다.
본 실시형태의 원료 반응 설비(40b)는, 이상의 실시형태의 원료 반응 설비와 동일하게, 원료 반응 장치(41b)와, 잔류 원료 제거 장치(130)를 갖는다. 본 실시형태의 원료 반응 장치(41b)는, 이상의 실시형태의 원료 반응 장치와 다르다. 한편, 본 실시형태의 잔류 원료 제거 장치(130)는, 제1 실시형태의 잔류 원료 제거 장치(130)와 동일하다.
본 실시형태의 반응 가스 이용 설비(10)는, 이상의 실시형태의 반응 가스 이용 설비(10)와 기본적으로 동일하다. 또, 본 실시형태의 배열 이용 설비(20b)는, 이상의 실시형태의 배열 이용 설비와 다르다.
본 실시형태의 배열 이용 설비(20b)는, 이상의 실시형태와 동일하게, 배열 회수 보일러(21b)와, 저압 증기 터빈(31)과, 중압 증기 터빈(32)과, 고압 증기 터빈(33)과, 복수기(34)와, 급수 라인(35)과, 급수 펌프(36)와, 굴뚝(39)을 갖는다.
배열 회수 보일러(21b)는, 이상의 실시형태와 동일하게, 가스 프레임(22)과, 제1 저압 절탄기(23a)와, 제2 저압 절탄기(23b)와, 저압 증발기(23c)와, 저압 과열기(23f)와, 중압 증발기(24b)와, 제1 고압 절탄기(25a)와, 중압 절탄기(24a)와, 제2 고압 절탄기(25b)와, 고압 증발기(25c)와, 제1 고압 과열기(25d)와, 고압 펌프(25p)와, 제1 열 매체 가열기(27)를 갖는다. 본 실시형태의 배열 회수 보일러(21)는, 또한 제2 고압 과열기(25e)와, 제1 고압 재열기(26a)와, 제2 고압 재열기(26b)를 갖는다.
제1 열 매체 가열기(27), 제2 고압 재열기(26b), 제2 고압 과열기(25e), 제1 고압 과열기(25d) 및 제1 고압 재열기(26a), 고압 증발기(25c)의 일부, 제2 고압 절탄기(25b), 저압 과열기(23f), 중압 증발기(24b)의 일부, 중압 절탄기(24a), 제1 고압 절탄기(25a), 저압 증발기(23c)의 일부, 제2 저압 절탄기(23b), 제1 저압 절탄기(23a)는, 이상의 순서로, 상류 측으로부터 하류 측을 향하여, 가스 프레임(22) 내에 배치되어 있다. 또한, 제1 고압 재열기(26a)는, 배기 가스(EG)의 흐름 방향에서, 제1 고압 과열기(25d)와 실질적으로 동일한 위치에 배치되어 있다. 제2 고압 재열기(26b)는, 제1 고압 재열기(26a)에서 과열된 증기를 더 과열한다. 이 제2 고압 재열기(26b)의 출구는, 고압 재열 증기 라인(84)에 의하여, 고압 증기 터빈(33)의 입구와 접속되어 있다.
본 실시형태의 원료 반응 장치(41b)는, 암모니아 공급 라인(42)과, 원료 암모니아 펌프(43)와, 예열기(44e~44i)와, 반응기(45)와, 반응 가스 냉각기(46c, 46d)와, 반응 가스 라인(47)을 갖는다. 본 실시형태의 예열기(44e~44i)는, 제1 예열기(44e)와, 제2 예열기(44f)와, 제3 예열기(44g)와, 제4 예열기(44h)와, 제5 예열기(44i)를 갖는다. 또, 본 실시형태의 반응 가스 냉각기(46c, 46d)는, 제1 반응 가스 냉각기(46c)와, 제2 반응 가스 냉각기(46d)를 갖는다.
암모니아 공급 라인(42)은, 제1 암모니아 공급 라인(42a)과, 제2 암모니아 공급 라인(42b)과, 제3 암모니아 공급 라인(42c)과, 제4 암모니아 공급 라인(42d)과, 제5 암모니아 공급 라인(42e)과, 제6 암모니아 공급 라인(42f)을 갖는다.
제1 암모니아 공급 라인(42a)의 일단은, 암모니아 탱크(T)에 접속되고, 제1 암모니아 공급 라인(42a)의 타단은, 제1 예열기(44e)의 암모니아 입구에 접속되어 있다. 제1 예열기(44e)는, 열 교환기이다. 이 제1 예열기(44e)는, 액체 암모니아(NH)와 제2 열 매체를 열 교환시켜, 액체 암모니아(NH)를 가열하는 한편, 제2 열 매체를 냉각한다. 제2 암모니아 공급 라인(42b)의 일단은, 제1 예열기(44e)의 암모니아 출구에 접속되고, 이 제2 암모니아 공급 라인(42b)의 타단은, 제2 예열기(44f)의 암모니아 입구에 접속되어 있다. 제2 예열기(44f)는, 열 교환기이다. 이 제2 예열기(44f)는, 제1 예열기(44e)에서 가열된 액체 암모니아(NH)와 제2 열 매체를 열 교환시켜, 액체 암모니아(NH)를 가열하여 기체 암모니아(NHg)로 하는 한편, 제2 열 매체를 냉각한다. 제3 암모니아 공급 라인(42c)의 일단은, 제2 예열기(44f)의 암모니아 출구에 접속되고, 이 제3 암모니아 공급 라인(42c)의 타단은, 제3 예열기(44g)의 암모니아 입구에 접속되어 있다. 이 제3 암모니아 공급 라인(42c)에는, 회수 암모니아 라인(140)이 접속되어 있다. 제3 예열기(44g)는, 열 교환기이다. 이 제3 예열기(44g)는, 기체 암모니아(NHg)와 제2 열 매체를 열 교환시켜, 기체 암모니아(NHg)를 가열하는 한편, 제2 열 매체를 냉각한다. 제4 암모니아 공급 라인(42d)의 일단은, 제3 예열기(44g)의 암모니아 출구에 접속되고, 이 제4 암모니아 공급 라인(42d)의 타단은, 제4 예열기(44h)의 암모니아 입구에 접속되어 있다. 제4 예열기(44h)는, 열 교환기이다. 이 제4 예열기(44h)는, 기체 암모니아(NHg)와 제2 열 매체를 열 교환시켜, 기체 암모니아(NHg)를 가열하는 한편, 제2 열 매체를 냉각한다. 제5 암모니아 공급 라인(42e)의 일단은, 제4 예열기(44h)의 암모니아 출구에 접속되고, 이 제5 암모니아 공급 라인(42e)의 타단은, 제5 예열기(44i)의 암모니아 입구에 접속되어 있다. 제5 예열기(44i)는, 열 교환기이다. 이 제5 예열기(44i)는, 기체 암모니아(NHg)와 제2 열 매체를 열 교환시켜, 기체 암모니아(NHg)를 가열하는 한편, 제2 열 매체를 냉각한다. 제6 암모니아 공급 라인(42f)의 일단은, 제5 예열기(44i)의 암모니아 출구에 접속되고, 이 제6 암모니아 공급 라인(42f)의 타단은, 반응기(45)의 암모니아 입구에 접속되어 있다.
이상의 각 실시형태와 동일하게, 반응기(45)의 매체 입구에는, 제1 열 매체 라인(51)이 접속되어 있다. 이 반응기(45)의 매체 출구에는, 제1 열 매체 회수 라인(52)이 접속되어 있다. 제1 열 매체 승압기(53)는, 제1 열 매체 회수 라인(52)에 마련되어 있다. 반응기(45)는, 열 교환기이다. 이 반응기(45)는, 제5 예열기(44i)에서 가열된 기체 암모니아(NHg)와 제1 열 매체 라인(51)으로부터의 제1 열 매체를 열 교환시켜, 기체 암모니아(NHg)를 더 가열하는 한편, 제1 열 매체를 냉각한다. 냉각된 제1 열 매체는, 제1 열 매체 회수 라인(52)으로 유입된다. 제1 열 매체 라인(51) 및 제1 열 매체 회수 라인(52)은, 제1 실시형태와 동일하게, 모두 배열 회수 보일러(21b)의 제1 열 매체 가열기(27)에 접속되어 있다.
반응 가스 라인(47)의 일단은, 반응기(45)의 반응 가스 출구에 접속되고, 반응 가스 라인(47)의 타단은, 잔류 원료 제거 장치(130)에 접속되어 있다. 제1 반응 가스 냉각기(46c) 및 제2 반응 가스 냉각기(46d)는, 이 반응 가스 라인(47)에 마련되어 있다.
제2 예열기(44f)의 제2 열 매체 입구에는, 저압 가열수 라인(76)의 일단이 접속되어 있다. 이 저압 가열수 라인(76)의 타단은, 배열 회수 보일러(21b)에 있어서의 제2 저압 절탄기(23b)의 출구에 접속되어 있다. 따라서, 이 저압 가열수 라인(76)은, 제2 열 매체 라인의 일종이다. 제2 예열기(44f)의 제2 열 매체 출구에는, 제1 연결 가열수 라인(78e)의 일단이 접속되어 있다. 이 제1 연결 가열수 라인(78e)의 타단은, 제1 예열기(44e)의 제2 열 매체 입구에 접속되어 있다. 따라서, 이 제1 연결 가열수 라인(78e)은, 제2 예열기(44f)에 대한 제2 열 매체 회수 라인의 일종이며, 제1 예열기(44e)에 대한 제2 열 매체 라인의 일종이다. 제2 예열기(44f)의 제2 열 매체 출구에는, 또한 제2 가열수 회수 라인(78b)의 일단이 접속되어 있다. 이 제2 가열수 회수 라인(78b)의 타단은, 제2 저압 절탄기(23b)의 입구에 접속되어 있다. 따라서, 이 제2 가열수 회수 라인(78b)은, 제2 예열기(44f)에 대한 제2 열 매체 회수 라인의 일종이다. 제1 예열기(44e)의 제2 열 매체 출구에는, 제1 가열수 회수 라인(78a)의 일단이 접속되어 있다. 이 제1 가열수 회수 라인(78a)의 타단은, 급수 라인(35)에 접속되어 있다. 따라서, 이 제1 가열수 회수 라인(78a)은, 제2 열 매체 회수 라인의 일종이다.
제4 예열기(44h)의 제2 열 매체 입구에는, 고압 가열수 라인(81)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 가열수 라인(81)의 타단은, 배열 회수 보일러(21b)의 제2 고압 절탄기(25b)의 출구에 접속되어 있다. 따라서, 이 고압 가열수 라인(81)은, 제2 열 매체 라인의 일종이다. 제4 예열기(44h)의 제2 열 매체 출구에는, 제2 연결 가열수 라인(78f)의 일단이 접속되어 있다. 이 제2 연결 가열수 라인(78f)의 타단은, 제3 예열기(44g)의 제2 열 매체 입구에 접속되어 있다. 따라서, 이 제2 연결 가열수 라인(78f)은, 제4 예열기(44h)에 대한 제2 열 매체 회수 라인의 일종이며, 제3 예열기(44g)에 대한 제2 열 매체 라인의 일종이다. 제3 예열기(44g)의 제2 열 매체 입구에는, 또한 중압 가열수 라인(77)의 일단이 접속되어 있다. 이 중압 가열수 라인(77)의 타단은, 중압 절탄기(24a)의 출구에 접속되어 있다. 따라서, 이 중압 가열수 라인(77)은, 제3 예열기(44g)에 대한 제2 열 매체 라인의 일종이다. 제3 예열기(44g)의 제2 열 매체 출구에는, 제3 가열수 회수 라인(78c)의 일단이 접속되어 있다. 이 제3 가열수 회수 라인(78c)의 타단은, 제2 저압 절탄기(23b)의 입구에 접속되어 있다. 따라서, 이 제3 가열수 회수 라인(78c)은, 제2 열 매체 회수 라인의 일종이다.
제5 예열기(44i)의 제2 열 매체 입구에는, 고압 증기 라인(83)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 증기 라인(83)의 타단은, 제2 고압 과열기(25e)의 출구에 접속되어 있다. 따라서, 이 고압 증기 라인(83)은, 제2 열 매체 라인의 일종이다. 제5 예열기(44i)의 제2 열 매체 출구에는, 고압 증기 회수 라인(86)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 증기 회수 라인(86)의 타단은, 제1 고압 재열기(26a)의 입구에 접속되어 있다. 따라서, 이 고압 증기 회수 라인(86)은, 제2 열 매체 회수 라인의 일종이다.
연료 라인(12)은, 제1 연료 라인(12a)과 제2 연료 라인(12b)을 갖는다. 제1 반응 가스 냉각기(46c)의 제3 열 매체 입구에는, 제1 연료 라인(12a)의 일단이 접속되어 있다. 이 제1 연료 라인(12a)의 타단은, 잔류 원료 제거 장치(130)에 접속되어 있다. 이 제1 연료 라인(12a)에는, 잔류 원료 제거 장치(130)에서 생성된 처리 완료 반응 가스(RGp)가 흐른다. 제1 반응 가스 냉각기(46c)는, 열 교환기이다. 이 제1 반응 가스 냉각기(46c)는, 반응 가스 라인(47)을 흘러 온 반응 가스(RG)와 제1 연료 라인(12a)을 흘러 온 연료로서의 처리 완료 반응 가스(RGp)를 열 교환시켜, 반응 가스(RG)를 냉각하는 한편, 처리 완료 반응 가스(RGp)를 가열한다. 이 때문에, 본 실시형태의 제1 반응 가스 냉각기(46c)는, 반응 가스(RG)를 냉각하는 반응 가스 냉각기로서 기능함과 함께, 가스 터빈(11)의 연료인 처리 완료 반응 가스(RGp)를 예열하는 연료 예열기로서도 기능한다. 따라서, 연료 예열기로서도 기능하는 제1 반응 가스 냉각기(46c)는, 원료 반응 장치(41b)의 구성요소임과 함께, 반응 가스 이용 설비(10)의 구성요소이기도 하다.
처리 완료 반응 가스(RGp)는, 제1 반응 가스 냉각기(46c)에서 반응 가스(RG)를 냉각하는 제3 열 매체의 일종이다. 따라서, 처리 완료 반응 가스(RGp)가 흐르는 제1 연료 라인(12a)은, 제3 열 매체 라인의 일종이다. 제1 반응 가스 냉각기(46c)의 제3 열 매체 출구에는, 제2 연료 라인(12b)의 일단이 접속되어 있다. 이 제2 연료 라인(12b)의 타단은, 연소기(11c)에 접속되어 있다.
제2 반응 가스 냉각기(46d)의 제3 열 매체 입구에는, 분기 급수 라인(91)의 일단이 접속되어 있다. 분기 급수 라인(91)의 타단은, 급수 라인(35)에 접속되어 있다. 따라서, 급수는, 제2 반응 가스 냉각기(46d)에 대한 제3 열 매체의 일종이다. 또, 분기 급수 라인(91)은, 제3 열 매체 라인의 일종이다. 제2 반응 가스 냉각기(46d)는, 열 교환기이다. 이 제2 반응 가스 냉각기(46d)는, 반응 가스 라인(47)을 흘러 온 반응 가스(RG)와 분기 급수 라인(91)을 흘러 온 급수를 열 교환시켜, 반응 가스(RG)를 냉각한다. 제2 반응 가스 냉각기(46d)의 제3 열 매체 출구에는, 급수 회수 라인(75)의 일단이 접속되어 있다. 이 급수 회수 라인(75)의 타단은, 급수 라인(35)에 접속되어 있다. 따라서, 이 급수 회수 라인(75)은, 제3 열 매체 회수 라인의 일종이다.
본 실시형태의 원료 예열 공정에서도, 이상의 실시형태와 동일하게, 액체 암모니아(NH)가 원료 암모니아 펌프(43)에 의하여 승압되고 나서, 예열기(44e~44i)로 유입되어, 이 예열기(44e~44i)에서, 제2 열 매체와의 열 교환에 의하여 예열된다.
원료 암모니아 펌프(43)에서 승압된 액체 암모니아(NH)는, 먼저, 제1 예열기(44e)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체와의 열 교환으로 예열된다. 제1 예열기(44e)로 유입되는 제2 열 매체는, 제2 예열기(44f)로부터 제1 연결 가열수 라인(78e)을 통하여 제1 예열기(44e)로 유입되는 가열수이다. 제1 예열기(44e)에서, 액체 암모니아(NH)와의 열 교환으로 냉각된 가열수는, 제1 가열수 회수 라인(78a)을 통하여, 급수 라인(35)으로 유입된다.
제1 예열기(44e)에서 예열된 액체 암모니아(NH)는, 제2 예열기(44f)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체와의 열 교환으로 더 예열되어, 기체 암모니아(NHg)가 된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제1 예열기(44e)와 제2 예열기(44d)가, 액체 암모니아(NH)에 대한 기화기로서 기능한다. 또, 제1 예열기(44e)는, 액체 암모니아(NH)에 대한 액상 예열기로서 기능하고, 제2 예열기(44d)는, 액체 암모니아(NH)에 대한 상변화 예열기로서 기능한다. 제2 예열기(44f)로 유입되는 제2 열 매체는, 제2 저압 절탄기(23b)로부터 저압 가열수 라인(76)을 통하여 제2 예열기(44f)로 유입되는 저압 가열수이다. 제2 예열기(44f)에서, 액체 암모니아(NH)와의 열 교환으로 냉각된 가열수의 일부는, 상술한 바와 같이, 제1 연결 가열수 라인(78e)을 통하여, 제1 예열기(44e)로 유입된다. 이 가열수의 다른 일부는, 제2 가열수 회수 라인(78b)을 통하여, 제2 저압 절탄기(23b)로 유입된다.
제2 예열기(44f)에서 생성된 기체 암모니아(NHg)는, 제3 예열기(44g)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체와의 열 교환으로 더 예열된다. 제3 예열기(44g)로 유입되는 제2 열 매체는, 제4 예열기(44h)로부터 제2 연결 가열수 라인(78f)을 통하여 제3 예열기(44g)로 유입되는 가열수와, 중압 절탄기(24a)로부터 중압 가열수 라인(77)을 통하여 제3 예열기(44g)로 유입되는 중압 가열수이다. 제3 예열기(44g)에서, 기체 암모니아(NHg)와의 열 교환으로 냉각된 가열수는, 제3 가열수 회수 라인(78c)을 통하여, 제2 저압 절탄기(23b)로 유입된다.
제3 예열기(44g)에서 예열된 기체 암모니아(NHg)는, 제4 예열기(44h)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체와의 열 교환으로 더 예열된다. 제4 예열기(44h)로 유입되는 제2 열 매체는, 제2 고압 절탄기(25b)로부터 고압 가열수 라인(81)을 통하여 제4 예열기(44h)로 유입되는 고압 가열수이다. 제4 예열기(44h)에서, 기체 암모니아(NHg)와의 열 교환으로 냉각된 가열수는, 상술한 바와 같이, 제2 연결 가열수 라인(78f)을 통하여, 제3 예열기(44g)로 유입된다.
제4 예열기(44h)에서 예열된 기체 암모니아(NHg)는, 제5 예열기(44i)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체와의 열 교환으로 더 예열된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제3 예열기(44g)와 제4 예열기(44h)와 제5 예열기(44i)가, 기체 암모니아(NHg)에 대한 가스 가열기로서 기능한다. 이상으로, 본 실시형태의 원료 예열 공정이 종료된다. 제5 예열기(44i)로 유입되는 제2 열 매체는, 제2 고압 과열기(25e)로부터 고압 증기 라인(83)을 통하여 제5 예열기(44i)로 유입되는 고압 증기이다. 제5 예열기(44i)에서, 기체 암모니아(NHg)와의 열 교환으로 냉각된 증기는, 고압 증기 회수 라인(86)을 통하여, 제1 고압 재열기(26a)로 유입된다. 제1 고압 재열기(26a)는, 제5 예열기(44i)로부터의 증기와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 증기를 과열한다. 제2 고압 재열기(26b)는, 제1 고압 재열기(26a)로부터의 증기와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 증기를 가열하여 고압 재열 증기로 한다. 이 고압 재열 증기는, 상술한 바와 같이, 고압 재열 증기 라인(84)을 통하여, 고압 증기 터빈(33)으로 유입된다. 고압 증기 터빈(33)은, 이 고압 재열 증기에 의하여 구동한다. 고압 증기 터빈(33)으로부터 배기된 증기의 일부는, 상술한 바와 같이, 고압 배기 증기 라인(85)을 통하여 중압 증기 터빈(32)으로 유입된다. 고압 증기 터빈(33)으로부터 배기된 증기의 다른 일부는, 제2 고압 배기 증기 라인(85b)을 통하여 리보일러(139)로 유입된다.
제5 예열기(44i)로부터의 기체 암모니아(NHg)는, 반응기(45)로 유입되고, 이상의 실시형태와 동일하게, 열 분해 반응에 의하여, 수소와 질소로 분해되어, 반응 가스(RG)가 생성된다(반응 실행 공정).
반응 가스 냉각 공정에서는, 반응 가스(RG)와 제3 열 매체의 열 교환으로, 반응 가스(RG)가 냉각된다. 반응기(45)로부터의 반응 가스(RG)는, 제1 반응 가스 냉각기(46c), 제2 반응 가스 냉각기(46d)에 순차 유입되고, 이들을 통과함으로써, 차례로 냉각된다.
제1 반응 가스 냉각기(46c)에서는, 반응기(45)로부터의 반응 가스(RG)와, 제3 열 매체인 잔류 원료 제거 장치(130)로부터의 처리 완료 반응 가스(RGp)의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)가 냉각되는 한편, 처리 완료 반응 가스(RGp)가 가열된다. 제1 반응 가스 냉각기(46c)에서 가열된 처리 완료 반응 가스(RGp)는, 연료로서 연소기(11c)로 유입된다. 따라서, 제1 반응 가스 냉각기(46c)는, 상술한 바와 같이 연료 예열기로서도 기능한다.
제1 반응 가스 냉각기(46c)에서 냉각된 반응 가스(RG)는, 제2 반응 가스 냉각기(46d)로 유입된다. 제2 반응 가스 냉각기(46d)에서는, 이 반응 가스(RG)와 분기 급수 라인(91)으로부터의 급수의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)가 냉각되는 한편, 급수가 가열된다. 제2 반응 가스 냉각기(46d)에서 가열된 급수는, 급수 회수 라인(75)을 통하여 급수 라인(35)으로 유입된다.
이상으로, 반응 가스 냉각 공정이 종료된다. 제2 반응 가스 냉각기(46d)에서 냉각된 반응 가스(RG)는, 잔류 원료 제거 장치(130)로 유입되고, 이상의 실시형태와 동일하게, 반응 가스(RG) 중에 포함되어 있는 잔류 암모니아가 제거된다.
이상과 같이, 암모니아(NH)와의 열 교환에 의하여, 암모니아(NH)를 예열하는 제2 열 매체는, 배열 이용 열 사이클 내를 흐르는 열 사이클 매체로서의 물 또는 증기여도 된다.
또, 반응 가스(RG)와의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)를 냉각하는 제3 열 매체는, 배열 이용 열 사이클 내를 흐르는 열 사이클 매체로서의 물이어도 된다. 또, 제3 열 매체는, 연료로서의 처리 완료 반응 가스(RGp)여도 된다.
본 실시형태에서는, 제1 열 매체 가열기(27)로부터의 제1 열 매체를 반응기(45)에서 이용하고, 제2 고압 과열기(25e)로부터의 제2 열 매체(고압 증기)를 제5 예열기(44i)에서 이용하며, 제2 고압 절탄기(25b)로부터의 제2 열 매체(고압 가열수)를 제4 예열기(44h)에서 이용하고, 중압 절탄기(24a)로부터의 제2 열 매체(중압 가열수)를 제3 예열기(44g)에서 이용하며, 제2 저압 절탄기(23b)로부터의 제2 열 매체(저압 가열수)를 제2 예열기(44f)에서 이용한다.
여기에서, 각 열 매체의 필요한 온도의 고저 관계는, 이하와 같다.
반응기(45)에서 이용하는 제1 열 매체의 필요 온도
>제5 예열기(44i)에서 이용하는 제2 열 매체의 필요 온도
>제4 예열기(44h)에서 이용하는 제2 열 매체의 필요 온도
>제3 예열기(44g)에서 이용하는 제2 열 매체의 필요 온도
>제2 예열기(44f)에서 이용하는 제2 열 매체의 필요 온도
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 원료 암모니아(NH)를 반응 가스(RG)로 하기 위하여, 원료 암모니아(NH)의 가열을 복수의 열 교환기에서 실행한다. 또한, 복수의 열 교환기마다, 암모니아(NH)를 가열하기 위하여 필요 충분한 온도의 열 매체를 공급한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 열을 유효하게 이용하여, 원료 암모니아(NH)를 반응 가스(RG)로 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 최대한 낮은 온도의 열을 유효하게 이용하여 원료 암모니아(NH)를 반응 가스(RG)로 할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 원료 유체, 즉 암모니아(NH)의 반응에 비교적 고온의 열을 대량으로 소비하는 경우에 있어서도, 가스 터빈(11)에 투입하는 연료이며, 제3 열 매체의 일종인 처리 완료 반응 가스(RGp)를, 제1 반응 가스 냉각기(46c)에서의 고온의 배열을 이용하여, 높은 온도까지 승온할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(11)의 필요 연료 유량을 저감하고, 플랜트의 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 이상의 점에서, 액체 암모니아(NH)를 반응 가스(RG)로 함에 있어서, 결과적으로, 배기 가스(EG)의 열 이용 효율이 높아지고, 이 관점에서도 플랜트의 효율을 높일 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 원료 유체의 가열에 대하여, 도 7을 참조하여 설명한다. 또한, 도 7은, 도 4와 동일하게, 암모니아(실선), 및 암모니아를 가열하는 열원(파선)에 관한 T-Q선도이다. 또, 도 7 중에서, 가로축은 열량을 나타내고, 세로축은 온도를 나타낸다.
제1 예열기(액상 예열기)(44e)에서는, 상술한 바와 같이, 액체 암모니아(NH)와 액상 예열용 제2 열 매체가 열 교환되고, 액체 암모니아(NH)가 액체 그대로 가열된다. 제2 예열기(상변화 예열기)(44f)에서는, 상술한 바와 같이, 제1 예열기(액상 예열기)(44e)로부터의 액체 암모니아(NH)와 상변화 예열용 제2 열 매체가 열 교환되고, 액체 암모니아(NH)가 가열되어 기화하여, 기체 암모니아(NHg)가 된다. 이 기체 암모니아(NHg)는, 제3 예열기(가스 가열기)(44g), 제4 예열기(가스 가열기)(44h), 제5 예열기(가스 가열기)(44i)의 각각에서 차례로 가열된다. 도 7에서는, 이 기체 암모니아(NHg)의 가열(예열) 과정에서의 열량 변화에 대한 온도 변화를 간략화하여, 일직선으로 그리고 있다.
제2 예열기(상변화 예열기)(44f)에는, 제2 저압 절탄기(23b)로부터 저압 가열수 라인(76)을 통하여 제2 예열기(44f)로 유입되는 저압 가열수가, 상변화 예열용 제2 열 매체로서 공급된다. 또, 제1 예열기(액상 예열기)(44e)에는, 제2 예열기(상변화 예열기)(44f)로부터 유출된 상변화 예열용 제2 열 매체의 일부가 액상 예열용 제2 열 매체로서 공급된다. 따라서, 상변화 예열용 제2 열 매체의 유량과 액상 예열용 제2 열 매체의 유량은, 다르다. 또한, 제2 예열기(상변화 예열기)(44f)의 입구에 있어서의 상변화 예열용 제2 열 매체의 온도와 제1 예열기(액상 예열기)(44e)의 입구에 있어서의 액상 예열용 제2 열 매체의 온도는, 다르다. 따라서, 상변화 예열용 제2 열 매체와 액상 예열용 제2 열 매체는, 모두 물이지만, 서로 다른 제2 열 매체이다.
여기에서, 상변화 예열용 제2 열 매체의 유량은, 액상 예열용 제2 열 매체의 유량보다 많다. 또, 상변화 예열용 제2 열 매체의 정압 비열과 액상 예열용 제2 열 매체의 정압 비열은, 동등하다. 따라서, 상변화 예열용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱은, 액상 예열용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 크다. 상변화나 화학 반응을 수반하지 않는 매체에 관한 T-Q선의 기울기는, 정압 비열과 유량의 곱, 즉, 단위시간당 열용량에 반비례한다. 따라서, 도 7에 있어서, 상변화 예열용 제2 열 매체의 T-Q선의 기울기는, 액상 예열용 제2 열 매체의 T-Q선의 기울기보다 작다. 암모니아가 기화할 때는, 열을 받아들이면서, 일정한 온도로 증발하기 때문에, 암모니아의 T-Q선은 가로축에 평행해지고, 상변화 예열용 제2 열 매체와 암모니아는, 일정에 가까운 작은 온도차를 유지한 채로 열 교환한다. 한편, 제1 예열기(액상 예열기)(44e)에서는, 액체 암모니아가 액체 그대로 예열되기 때문에, 이 암모니아의 T-Q선은 기울기를 갖고 있다. 또, 액상 예열용 제2 열 매체는, 상술한 바와 같이, 정압 비열과 유량의 곱, 즉 단위시간당 열용량이 작기 때문에, 이 액상 예열용 제2 열 매체의 T-Q선의 기울기는 크다.
제2 가열수 회수 라인(78b)을 경유하여, 제2 저압 절탄기(23b)로 되돌려주는 물의 유량을 가감하면, 액상 예열용 제2 열 매체의 유량을 조정할 수 있다. 이 때문에, 액상 예열용 제2 열 매체의 단위시간당 열용량, 즉 정압 비열과 유량의 곱을, 액체 암모니아의 단위시간당 열용량, 즉 정압 비열과 유량의 곱과 동등하게 하여, 액체 암모니아와 액상 예열용 제2 열 매체의 T-Q선의 기울기를 동등하게 하는 것이 가능하다. 따라서, 본 실시형태에서는, 액상 예열용 제2 열 매체의 유량을 조정함으로써, 액체 암모니아와 액상 예열용 제2 열 매체의 T-Q선의 기울기를 동등하게 하여, 액체 암모니아와 액상 예열용 제2 열 매체의 온도차를 일정하게 유지한 채로, 양자 사이에서 열 교환시킨다. 이 결과, 본 실시형태에서는, 최소한의 유량의 액상 예열용 제2 열 매체로 액체 암모니아를 예열할 수 있어, 열을 효과적으로 이용할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 상변화 예열용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱은, 액상 예열용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 크다. 따라서, 본 실시형태에서는, 큰 열량이 필요한 액체 암모니아의 기화에는, 이 액체 암모니아에 큰 열량을 공급하고, 작은 열량으로 충분한 상변화를 수반하지 않는 기체 암모니아의 예열에는 작은 열량을 공급할 수 있다.
이상의 점에서, 본 실시형태에서는, 제2 열 매체의 T-Q선을 암모니아(원료 유체)의 T-Q선을 따르게 할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 제2 열 매체와 암모니아(원료 유체)의 온도차를 축소하고, 온도 레벨마다 필요한 열량을 과부족없이 공급하며, 열 이용 효율을 높이고, 플랜트 효율을 높일 수 있다.
또한, 상변화 예열용 제2 열 매체와 액상 예열용 제2 열 매체는 다른 매체일 필요가 있지만, 양자가 다른 물질일 필요는 없고, 정압 비열과 유량의 곱, 즉 열용량이나, 온도가 다르면 된다.
또, 제2 예열기(상변화 예열기)(44f)에, 상변화 예열용 제2 열 매체로서 기상의 열 매체를 공급하고, 이 제2 예열기(상변화 예열기)(44f)에서 상변화 예열용 제2 열 매체를 응축시켜도 된다. 제2 예열기(상변화 예열기)(44f)에서, 기상의 상변화 예열용 제2 열 매체를 응축시키고, 그 때의 응축열에 의하여, 액체 암모니아(원료 유체)를 기화시키면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 상변화 예열용 제2 열 매체와 원료 유체의 양자의 온도를 일정하게 유지하며, 또한 양자의 온도차 ΔT2를 작게 한 상태에서, 양자를 열 교환시킬 수 있다. 이와 같이, 제2 예열기(상변화 예열기)(44f)에, 기상의 상변화 예열용 제2 열 매체를 공급하고, 여기에서, 이 상변화 예열용 제2 열 매체를 응축시킴으로써, 열 이용 효율을 높이고, 플랜트 효율을 높일 수 있다. 이와 같은 기상의 제2 기화용 제2 열 매체로서는, 잠시 후에, 제6 실시형태에서 설명하는 바와 같이, 저압 증발기(23d)에서 증발한 수증기나, 저압 증기 터빈(31)의 중간 단으로부터 추기한 수증기 등이 있다.
[제4 실시형태]
원료 유체의 처리 플랜트의 제4 실시형태에 대하여, 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트는, 제3 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트의 변형예이다. 본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트에서는, 제3 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트보다, 암모니아(NH)의 열 분해 반응을 촉진하고 있다. 따라서, 본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트에 있어서의 일련의 동작 중 반응 실행 공정이, 제3 실시형태의 반응 실행 공정과 다르다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트도, 이상의 실시형태와 동일하게, 도 9에 나타내는 바와 같이, 원료 반응 설비(40c)와, 반응 가스 이용 설비(10)와, 배열 이용 설비(20c)를 구비한다.
배열 이용 설비(20c)의 배열 회수 보일러(21c)는, 제3 실시형태의 배열 회수 보일러(21b)와 동일하게, 가스 프레임(22)과, 제1 저압 절탄기(23a)와, 제2 저압 절탄기(23b)와, 저압 증발기(23c)와, 저압 과열기(23f)와, 중압 절탄기(24a)와, 중압 증발기(24b)와, 제1 고압 절탄기(25a)와, 제2 고압 절탄기(25b)와, 고압 증발기(25c)와, 제1 고압 과열기(25d)와, 제2 고압 과열기(25e)와, 제1 고압 재열기(26a)와, 제2 고압 재열기(26b)와, 고압 펌프(25p)와, 제1 열 매체 가열기(27a, 27b)를 갖는다. 본 실시형태의 배열 회수 보일러(21c)는, 또한 제3 고압 재열기(26c)와, 버너(28)를 갖는다. 본 실시형태의 제1 열 매체 가열기(27a, 27b)는, 제1 저온 열 매체 가열기(27a)와, 제1 고온 열 매체 가열기(27b)를 갖는다.
버너(28), 제1 고온 열 매체 가열기(27b), 제3 고압 재열기(26c), 제1 저온 열 매체 가열기(27a)는, 가스 프레임(22) 내에서, 제2 고압 재열기(26b)보다, 상류 측에 배치되어 있다. 배열 회수 보일러(21c)는, 가스 프레임(22) 내에 있어서의 제1 고온 열 매체 가열기(27b)보다 배기 가스(EG)의 흐름의 상류 측을, 배기 가스(EG)의 일부가 흐르는 제1 배기 가스 유로(29a)와 배기 가스(EG)의 나머지 부분이 흐르는 제2 배기 가스 유로(29b)로 구획하는 구획 부재(29)를 갖고 있다. 버너(28), 제1 고온 열 매체 가열기(27b), 제3 고압 재열기(26c)는, 이상의 순서로, 상류 측으로부터 하류 측을 향하여, 제1 배기 가스 유로(29a) 내에 배치되어 있다. 버너(28)에는, 연료 라인(12)으로부터 분기한 분기 연료 라인(12c)이 접속되어 있다. 버너(28)는, 분기 연료 라인(12c)으로부터의 연료로서의 처리 완료 반응 가스(RGp)를, 제1 배기 가스 유로(29a) 내를 흐르는 배기 가스(EG) 중에 분사한다. 가스 프레임(22) 내에 분사된 연료는, 연소한다. 이 결과, 연소 가스가 생성되고, 제1 배기 가스 유로(29a) 내에서는 고온의 가스가 흐른다. 가스 프레임(22) 내에서, 구획 부재(29)보다 하류 측에서는, 제1 배기 가스 유로(29a)를 흐르는 연소 가스와, 제2 배기 가스 유로(29b)를 흐르는 배기 가스(EG)가 합류한다. 가스 프레임(22) 내에서, 구획 부재(29)보다 하류 측에는, 제1 저온 열 매체 가열기(27a), 제2 고압 재열기(26b)가, 이상의 순서로, 배치되어 있다.
원료 반응 설비(40c)에 있어서의 원료 반응 장치(41c)의 반응기(45a, 45b)는, 전반응기(45a)와 후반응기(45b)를 갖는다.
전반응기(45a)의 제1 열 매체 입구에는, 제1 저온 열 매체 라인(51a)의 일단이 접속되어 있다. 이 제1 저온 열 매체 라인(51a)의 타단은, 제1 저온 열 매체 가열기(27a)의 출구에 접속되어 있다. 전반응기(45a)의 제1 열 매체 출구에는, 제1 저온 열 매체 회수 라인(52a)의 일단이 접속되어 있다. 이 제1 저온 열 매체 회수 라인(52a)의 타단은, 제1 저온 열 매체 가열기(27a)의 입구에 접속되어 있다. 제1 저온 열 매체 가열기(27a)의 입구에는, 또한 제2 고압 재열기(26b)의 출구가 접속되어 있다. 제1 저온 열 매체 회수 라인(52a)에는, 제1 열 매체 승압기(53)가 마련되어 있다.
제1 저온 열 매체 가열기(27a)의 출구에는, 또한 제3 고압 재열기(26c)의 입구가 접속되어 있다. 이 제3 고압 재열기(26c)의 출구에는, 고압 재열 증기 라인(84)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 재열 증기 라인(84)의 타단은, 고압 증기 터빈(33)의 입구에 접속되어 있다.
제1 저온 열 매체 가열기(27a)의 출구에는, 또한 제1 고온 열 매체 가열기(27b)의 입구가 접속되어 있다. 이 제1 고온 열 매체 가열기(27b)의 출구에는, 제1 고온 열 매체 라인(51b)의 일단이 접속되어 있다. 이 제1 고온 열 매체 라인(51b)의 타단은, 후반응기(45b)의 제1 열 매체 입구에 접속되어 있다. 이 후반응기(45b)의 제1 열 매체 출구에는, 제1 고온 열 매체 회수 라인(52b)의 일단이 접속되어 있다. 이 제1 고온 열 매체 회수 라인(52b)의 타단은, 전반응기(45a)의 제1 열 매체 입구에 접속되어 있다.
제1 저온 열 매체 가열기(27a)에는, 제2 고압 재열기(26b)에서 과열된 증기와, 제1 저온 열 매체 회수 라인(52a)으로부터의 증기가 유입된다. 제1 저온 열 매체 가열기(27a)는, 이들 증기와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이들 증기를 과열한다.
제1 저온 열 매체 가열기(27a)에서 과열된 증기의 일부는, 제1 저온 열 매체로서, 제1 저온 열 매체 라인(51a)을 통하여, 전반응기(45a)로 유입된다. 제1 저온 열 매체 가열기(27a)에서 과열된 증기의 다른 일부는, 제3 고압 재열기(26c)로 유입된다. 제3 고압 재열기(26c)에는, 고온의 연소 가스가 접촉한다. 가스 터빈(11)으로부터의 배기 가스(EG) 중에는, 버너(28)로부터의 연료가 투입되고, 이 연료가 연소하여 고온의 연소 가스가 생성된다. 제3 고압 재열기(26c)에는, 이 고온의 연소 가스가 접촉한다. 제3 고압 재열기(26c)는, 이 고온의 연소 가스와 증기를 열 교환시켜, 이 증기를 과열한다. 이 증기는, 고압 재열 증기 라인(84)을 통하여, 고압 증기 터빈(33)으로 유입되고, 이 고압 증기 터빈(33)을 구동시킨다. 따라서, 본 실시형태의 고압 증기 터빈(33)으로 유입되는 증기의 온도는, 제3 실시형태의 고압 증기 터빈(33)으로 유입되는 증기의 온도보다 높아진다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 고압 증기 터빈(33)의 출력을 높일 수 있다.
제1 저온 열 매체 가열기(27a)에서 과열된 증기의 나머지는, 제1 고온 열 매체 가열기(27b)로 유입된다. 제1 고온 열 매체 가열기(27b)는, 상술한 고온 혼합 가스와 증기를 열 교환시켜, 이 증기를 과열한다. 이 증기는, 제1 고온 열 매체로서, 제1 고온 열 매체 라인(51b)을 통하여, 후반응기(45b)로 유입된다. 이 제1 고온 열 매체의 온도는, 제1 저온 열 매체의 온도보다 높다.
본 실시형태의 반응 실행 공정에서도, 이상의 실시형태와 동일하게, 기체의 암모니아(NH)와 제1 열 매체를 열 교환시켜, 기체의 암모니아(NH)를 가열하여 열 분해 반응시켜, 반응 가스(RG)를 생성한다.
제5 예열기(44i)에서 예열된 기체 암모니아(NHg)는, 전반응기(45a)로 유입된다. 이 전반응기(45a)에는, 제1 저온 열 매체로서, 후반응기(45b)로부터 제1 고온 열 매체 회수 라인(52b)을 통하여 증기가 유입된다. 또한, 이 전반응기(45a)에는, 제1 저온 열 매체로서, 제1 저온 열 매체 가열기(27a)로부터 제1 저온 열 매체 라인(51a)을 통하여 증기가 유입된다. 전반응기(45a)는, 기체 암모니아(NHg)와 제1 저온 열 매체를 열 교환시켜, 기체 암모니아(NHg)를 가열하는 한편, 제1 저온 열 매체를 냉각한다. 냉각된 제1 저온 열 매체인 증기는, 제1 저온 열 매체 회수 라인(52a)을 통하여, 제1 저온 열 매체 가열기(27a)로 유입된다. 또, 가열된 기체 암모니아(NHg)는, 그 일부가 열 분해 반응하여, 수소와 산소와 암모니아를 포함하는 반응 가스(RG)가 된다.
전반응기(45a)에서 생성된 반응 가스(RG)는, 후반응기(45b)로 유입된다. 이 후반응기(45b)에는, 제1 고온 열 매체로서, 제1 고온 열 매체 가열기(27b)에서 과열된 증기가 유입된다. 후반응기(45b)는, 전반응기(45a)로부터의 반응 가스(RG)와 제1 고온 열 매체를 열 교환시켜, 반응 가스(RG)를 가열하는 한편, 제1 고온 열 매체를 냉각한다. 냉각된 제1 고온 열 매체인 증기는, 제1 고온 열 매체 라인(51b)을 통하여, 제1 저온 열 매체로서 전반응기(45a)로 유입된다. 가열된 반응 가스(RG) 중에 포함되어 있는 기체 암모니아(NHg)는, 그 일부가 열 분해 반응하여, 수소와 산소와 암모니아(NH)를 포함하는 반응 가스(RG)가 된다.
본 실시형태에 있어서의 원료 유체의 가열에 대하여, 도 10을 참조하여 설명한다. 또한, 도 10은, 도 4 등과 동일하게, 암모니아(실선), 및 암모니아를 가열하는 열원(파선)에 관한 T-Q선도이다. 또, 도 10 중에서, 가로축은 열량을 나타내고, 세로축은 온도를 나타낸다.
암모니아의 열 분해 반응은, 이 반응 환경의 온도가 높을수록 촉진된다. 또, 도 10에 나타내는 바와 같이, 열 분해 반응 중, 암모니아의 농도가 낮아지면, 열량의 증가량에 대한 온도의 상승량이 점차 커진다. 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 먼저, 기체 암모니아(NHg)를 전반응기(45a)로 유입시키고, 제1 저온 열 매체와 열 교환시켜, 수소와 산소와 암모니아를 포함하는 반응 가스(RG)로 한다. 본 실시형태에서는, 또한 이 반응 가스(RG)를 후반응기(45b)로 유입시키고, 제1 저온 열 매체보다 고온의 제1 고온 열 매체와 열 교환시켜, 반응 가스(RG) 중에 포함되어 있는 암모니아를 열 분해 반응시킨다. 따라서, 본 실시형태에서는, 후반응기(45b)로부터 유출되는 반응 가스(RG)에 포함되어 있는 잔류 암모니아의 농도를, 이상의 실시형태에 있어서의 반응기(45)로부터 유출되는 반응 가스(RG)에 포함되어 있는 잔류 암모니아의 농도보다 낮게 할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 실시형태에서는, 가스 터빈(11)의 배기 가스(EG)만을 열원으로 하여, 암모니아(원료 유체)의 열 분해 반응에 이용하는 제1 열 매체를 생성하고 있다. 이 때문에, 제1, 제2 및 제3 실시형태에서는, 가스 터빈(11)의 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 온도를 상회하는 온도의 제1 열 매체를 얻어, 가스 터빈(11)의 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 온도를 상회하는 온도에서, 원료 유체를 반응시킬 수 없다. 한편, 본 실시형태에서는, 배기 가스(EG)에 연료를 투입, 추가 가열하고 있으므로, 반응 가스 이용 설비(배기 가스 발생 설비)인 가스 터빈(11)의 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 온도를 상회하는 온도의 제1 열 매체를 얻어, 반응 가스 이용 설비(배기 가스 발생 설비)인 가스 터빈(11)의 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 온도를 상회하는 온도에서, 원료 유체를 반응시킬 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(11)의 배기 가스(EG)를 분류하고, 그 일부에만 연료를 추가 투입하여, 연소시키고 있다. 이 때문에, 적은 추가 투입 연료로 배기 가스의 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 플랜트 효율을 높일 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 후반응기(45b)에서 사용 후의 제1 고온 열 매체에 제1 저온 열 매체 가열기(27a)로부터 공급된 증기를 더한 것이, 제1 저온 열 매체로서 전반응기(45a)에 공급된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 전반응기(45a)의 열원인 제1 저온 열 매체의 유량은 제1 고온 열 매체보다 크다. 제1 저온 열 매체와 제1 고온 열 매체는 동등한 압력이며, 정압 비열도 동등하기 때문에, 제1 저온 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱, 즉, 단위시간당 열용량은, 제1 고온 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 크다. 상변화나 화학 반응을 수반하지 않는 매체에 있어서는 T-Q선의 기울기는 정압 비열과 유량의 곱, 즉 단위시간당 열용량에 반비례한다. 따라서, 도 10에 나타내는 바와 같이, 전반응기(45a)에 있어서의 제1 저온 열 매체의 T-Q선의 기울기는, 후반응기(45b)에 있어서의 제1 고온 열 매체의 T-Q선의 기울기보다 작다.
전반응기(45a)의 온도 레벨은, 암모니아(원료 유체)의 반응이 가장 활발하게 진행되는 온도 부근이며, 반응에 큰 열량을 필요로 하기 때문에, 전반응기(45a) 내에서의 암모니아의 T-Q선의 기울기는 작다. 한편, 후반응기(45b) 내에서는, 잔존하는 암모니아의 양이 감소하여, 반응량이 감소, 반응에 필요한 열량도 감소하므로, 적은 열량으로 온도가 상승하게 된다. 따라서, 후반응기(45b) 내에서의 암모니아의 T-Q선의 기울기는 크다.
제1 저온 열 매체 가열기(27a)로부터, 제1 저온 열 매체 라인(51a)을 통하여, 후반응기(45b)를 경유하지 않고 전반응기(45a)에 공급되는 증기의 유량을 가감하면, 제1 저온 열 매체와 제1 고온 열 매체의 열용량을 독립적으로 조정할 수 있다. 따라서, 제1 저온 열 매체의 열용량을 조절함으로써, 이 제1 저온 열 매체의 T-Q선의 기울기를 전반응기(45a) 내의 암모니아 및 반응 가스의 T-Q선의 기울기에 가까워지게 할 수 있다. 또한, 제1 고온 열 매체의 열용량을 조절함으로써, 이 제1 고온 열 매체의 T-Q선의 기울기를, 후반응기(45b) 내의 암모니아 및 반응 가스의 T-Q선의 기울기에 가까워지게 할 수 있다.
본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 제1 저온 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱이, 제1 고온 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 크다. 따라서, 본 실시형태에서는, 반응이 활발하게 진행되고, 필요 열량이 큰 전반응기(45a)에는 큰 열량을 공급하며, 필요 열량이 작은 후반응기(45b)에는 작은 열량을 공급할 수 있다.
이상의 점에서, 본 실시형태에서는, 제1 저온 열 매체, 제1 고온 열 매체 각각의 T-Q선을, 전반응기(45a), 후반응기(45b) 각각에 있어서의 암모니아 및 반응 가스의 T-Q선을 따르게 할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 제1 열 매체와 암모니아(원료 유체) 및 반응 가스와의 온도차를 축소하고, 온도 레벨마다 필요한 열량을 과부족없이 공급하며, 열 이용 효율을 높이고, 플랜트 효율을 높일 수 있다.
또한, 제1 저온 열 매체와 제1 고온 열 매체는 다른 매체일 필요가 있지만, 양자가 다른 물질일 필요는 없고, 정압 비열과 유량의 곱, 즉 열용량이나, 온도가 다르면 된다.
또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 반응 가스(RG)에 포함되어 있는 잔류 암모니아의 농도를 낮게 할 수 있으므로, 잔류 원료 제거 장치(130)에서의 소비 에너지를 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는, 고온의 제1 고온 열 매체를 이용하여, 후반응기(45b)에서 반응 가스의 온도를 더 높이고 있으므로, 제1 반응 가스 냉각기(46c)의 입구에 있어서의 반응 가스(RG)의 온도는 제3 실시형태보다 높다. 따라서, 제1 반응 가스 냉각기(46c)에 있어서, 연료인 처리 완료 반응 가스(RGp)를 제3 실시형태보다 높은 온도까지 예열하여, 가스 터빈(11)의 연소기(11c)에 투입할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(11)의 연료 소비량을 저감하고, 플랜트 효율을 더 높일 수 있다. 가스 터빈(11)은 열 사이클의 일종이며, 처리 완료 반응 가스(RGp)는 열 사이클에서 이용되는 제3 열 매체의 일종이다. 따라서, 고온의 제3 열 매체를 열 사이클에서 이용하는 것이 가능해지고, 상술한 바와 같이, 플랜트 효율이 높아진다. 본 실시형태에서는, 반응 가스 이용 설비(배기 가스 발생 설비)의 일종인 가스 터빈(11)의 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 온도보다 높은 온도에서, 후반응기(45b)에서의 반응을 실현하는 것이 가능하다. 이 때문에, 반응 가스 이용 설비(배기 가스 발생 설비)의 일종인 가스 터빈(11)의 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 온도보다 높은 온도까지 제3 열 매체의 온도를 높일 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 있어서, 이와 같이 구성함으로써, 플랜트 효율을 더 높일 수 있다.
본 실시형태에서는, 반응기가 전반응기(45a)와 후반응기(45b)를 갖고, 제1 열 매체 가열기가 제1 저온 열 매체 가열기(27a)와 제1 고온 열 매체 가열기(27b)를 갖는다. 그러나, 이상의 실시형태와 동일하게, 반응기가 하나이고, 제1 열 매체 가열기도 하나여도 된다.
본 실시형태에서는, 가스 프레임(22) 내를 2개의 배기 가스 유로(29a, 29b)로 분할하고 있다. 그러나, 가스 프레임(22) 내를 2개의 배기 가스 유로로 분할하지 않아도 된다. 이 경우, 하나의 제1 열 매체 가열기는, 가스 터빈(11)으로부터의 배기 가스(EG) 중에 버너(28)로부터 투입된 연료의 연소로 형성된 연소 가스와 제1 열 매체를 열 교환시켜, 제1 열 매체를 가열한다. 하나의 제1 열 매체 가열기에서 가열된 제1 열 매체는, 하나의 반응기(45)로 유입되어, 기체 암모니아(NHg)를 가열하고, 이 기체 암모니아(NHg)를 열 분해 반응시킨다.
또, 처리 완료 반응 가스(RGp)가 흐르는 연료 라인(12)에, 천연 가스(NG)가 흐르는 천연 가스 라인(15)을 접속해도 된다. 이 천연 가스 라인(15)은, 예를 들면 연료 라인(12) 중에서, 연료 예열기(제1 반응 가스 냉각기(46c))의 상류 측에 접속된다. 이상과 같이, 연료 라인(12)에 천연 가스 라인(15)을 접속함으로써, 예를 들면 기동 시나 저부하 시에 반응 가스의 발생에 필요한 온도의 가스 터빈 배기 가스가 얻어지지 않는 경우에, 천연 가스(NG)만으로 운전할 수 있다. 또한, 다른 실시형태에 있어서도, 연료 라인(12)에, 천연 가스(NG)가 흐르는 천연 가스 라인(15)을 접속해도 된다. 또, 도시하고 있지 않지만, 버너(28)에는 처리 완료 반응 가스(RG)가 아니라, 천연 가스를 공급하는 것으로 해도 된다. 이와 같이 하면, 버너(28)의 출구의 연소 가스의 온도 제어가 용이해진다. 또한, 다른 실시형태에 있어서도, 버너를 추가하는 경우에는, 이 버너에, 처리 완료 반응 가스(RG)를 공급해도 되고, 천연 가스를 공급해도 된다. 또, 연료 라인(12)에, 천연 가스 등, 반응 가스(RG)나, 처리 완료 반응 가스(RGp) 이외의 연료만을 공급할 수도 있다. 이 경우, 가스 터빈(11)은 배기 가스 발생 설비이지만, 반응 가스 이용 설비는 아니게 된다.
[제5 실시형태]
원료 유체의 처리 플랜트의 제5 실시형태에 대하여, 도 11을 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트는, 제2 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트의 변형예이다. 본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트에서는, 암모니아의 일부를 자기 열 분해 반응시킨다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트도, 이상의 실시형태와 동일하게, 원료 반응 설비(40d)와, 반응 가스 이용 설비(10d)와, 배열 이용 설비(20d)를 구비한다.
본 실시형태의 원료 반응 설비(40d)는, 이상의 실시형태의 원료 반응 설비와 동일하게, 원료 반응 장치(41d)와, 잔류 원료 제거 장치(130)를 갖는다. 본 실시형태의 원료 반응 장치(41d)는, 제2 실시형태의 원료 반응 장치(41a)와 다르다. 한편, 본 실시형태의 잔류 원료 제거 장치(130)는, 이상의 실시형태의 잔류 원료 제거 장치(130)와 동일하다.
본 실시형태의 반응 가스 이용 설비(10d)는, 이상의 실시형태의 반응 가스 이용 설비(10)와 기본적으로 동일하다. 단, 반응 가스 이용 설비(10d)에 있어서의 연료 예열기는, 제1 연료 예열기(13a)와, 제2 연료 예열기(13b)를 갖는다. 또, 본 실시형태의 배열 이용 설비(20d)는, 이상의 실시형태의 배열 이용 설비와 다르다.
본 실시형태의 배열 이용 설비(20d)는, 이상의 실시형태와 동일하게, 배열 회수 보일러(21)와, 저압 증기 터빈(31)과, 중압 증기 터빈(32)과, 고압 증기 터빈(33)과, 복수기(34)와, 급수 라인(35)과, 급수 펌프(36)와, 굴뚝(39)을 갖는다. 본 실시형태의 배열 이용 설비(20d)는, 또한 급수를 예열하는 급수 예열기(37)를 갖는다. 이 급수 예열기(37)는, 급수 라인(35)에 마련되어 있다. 급수 예열기(37)의 매체 입구에는, 추기 증기 라인(95)의 일단이 접속되어 있다. 이 추기 증기 라인(95)의 타단은, 저압 증기 터빈(31)의 케이싱에 접속되어 있다. 급수 예열기(37)의 매체 출구에는, 추기 증기 회수 라인(94)의 일단이 접속되어 있다. 이 추기 증기 회수 라인(94)의 타단은, 급수 라인(35) 중에서 급수 예열기(37)보다 복수기(34) 측의 위치에 접속되어 있다. 배열 회수 보일러(21)는, 제2 실시형태의 배열 회수 보일러(21)와 동일하다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 배열 회수 보일러(21)의 고압 과열기(25d)의 출구에는, 고압 증기 라인(83)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 증기 라인(83)의 타단은, 고압 증기 터빈(33)의 입구에 접속되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제1 실시형태와 동일하게, 고압 과열기(25d)로부터의 고압 증기가, 고압 증기 라인(83)을 통하여, 고압 증기 터빈(33)으로 유입된다.
본 실시형태의 원료 반응 장치(41d)는, 제2 실시형태의 원료 반응 장치(41a)와 동일하게, 암모니아 공급 라인(42)과, 원료 암모니아 펌프(43)와, 제1 예열기(44c)와, 제2 예열기(44d)와, 반응기(45a, 45b)와, 제1 반응 가스 냉각기(46a)와, 제2 반응 가스 냉각기(46b)와, 반응 가스 라인(47)을 갖는다. 단, 본 실시형태의 반응기(45a, 45b)는, 전반응기(45a)와, 후반응기(45b)를 갖는다. 본 실시형태의 원료 반응 장치(41d)는, 또한 산화제를 원료 유체(NH)인 암모니아(NH)에 투입하는 산화제 투입 장치(60)를 갖는다.
본 실시형태에 있어서의 산화제는, 공기이다. 산화제 투입 장치(60)는, 기체의 산화제가 흐르는 산화제 수용 라인(61)과, 이 산화제 수용 라인(61)으로부터의 산화제를 냉각하는 산화제 냉각기(62)와, 산화제 냉각기(62)에서 냉각된 산화제를 압축하는 산화제 압축기(63)와, 산화제 압축기(63)에서 압축된 산화제를 가열하는 산화제 가열기(64)와, 산화제 가열기(64)에서 가열된 산화제를 반응기(45)로 유도하는 산화제 투입 라인(65)을 갖는다.
가스 터빈(11)은, 이 공기 압축기(11a)에 있어서의 토출구와 연소기(11c)의 압축 공기 입구를 접속하는 연소용 공기 통로(11b)를 갖는다. 이 연소용 공기 통로(11b)에는, 공기 압축기(11a)로부터의 연소용 공기가 흐른다. 산화제 수용 라인(61)의 일단은, 이 연소용 공기 통로(11b)에 접속되어 있다. 이 산화제 수용 라인(61)의 타단은, 산화제 압축기(63)의 입구에 접속되어 있다. 산화제 냉각기(62)는, 이 산화제 수용 라인(61)에 마련되어 있다. 산화제 냉각기(62)는, 열 교환기이다. 이 산화제 냉각기(62)의 매체 입구에는, 고압 급수 라인(79)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 급수 라인(79)의 타단은, 배열 회수 보일러(21)에 있어서의 고압 펌프(25p)의 토출구에 접속되어 있다. 산화제 냉각기(62)의 매체 출구에는, 고압 급수 회수 라인(80)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 급수 회수 라인(80)의 타단은, 배열 회수 보일러(21)에 있어서의 고압 증발기(25c)의 입구에 접속되어 있다. 산화제 압축기(63)는, 산화제 냉각기(62)에서 냉각된 산화제를 반응기(45a, 45b)에 투입 가능한 압력으로까지 승압한다. 산화제 가열기(64)는, 열 교환기이다. 이 산화제 가열기(64)의 매체 입구에는, 제2 고압 가열수 라인(81a)의 일단이 접속되어 있다. 이 제2 고압 가열수 라인(81a)의 타단은, 배열 회수 보일러(21)에 있어서의 제2 고압 절탄기(25b)의 출구에 접속되어 있다. 산화제 가열기(64)의 매체 출구에는, 제2 고압 가열수 회수 라인(82a)의 일단이 접속되어 있다. 이 제2 고압 가열수 회수 라인(82a)의 타단은, 배열 회수 보일러(21)에 있어서의 중압 절탄기(24a)의 입구에 접속되어 있다. 산화제 투입 라인(65)은, 제1 산화제 투입 라인(65b)과 제2 산화제 투입 라인(65c)을 갖는다. 제1 산화제 투입 라인(65b)의 일단 및 제2 산화제 투입 라인(65c)의 일단은, 모두 산화제 가열기(64)의 산화제 출구에 접속되어 있다. 제1 산화제 투입 라인(65b)의 타단은, 전반응기(45a)에 접속되어 있다. 또, 제2 산화제 투입 라인(65c)의 타단은, 후반응기(45b)에 접속되어 있다.
전반응기(45a)에는, 산화제 투입 장치(60)로부터의 산화제 외에, 제2 예열기(44d)로부터의 기체 암모니아(NHg)가 유입된다. 이 전반응기(45a)의 매체 입구에는, 제1 열 매체 라인(51)의 일단이 접속되어 있다. 이 제1 열 매체 라인(51)의 타단은, 제1 열 매체 가열기(27)의 출구에 접속되어 있다. 전반응기(45a)의 매체 출구에는, 제1 열 매체 회수 라인(52)의 일단이 접속되어 있다. 이 제1 열 매체 회수 라인(52)의 타단은, 제2 열 매체 가열기의 입구에 접속되어 있다. 후반응기(45b)에는, 산화제 투입 장치(60)로부터의 산화제 외에, 전반응기(45a)로부터의 반응 가스(RG)가 유입된다.
후반응기(45b)에는, 제1 반응 가스 라인(47a)이 접속되어 있다. 이 제1 반응 가스 라인(47a)에는, 제2 실시형태와 동일하게, 제1 반응 가스 냉각기(46a)가 마련되어 있다. 또, 제2 반응 가스 라인(47b)은, 제2 실시형태와 동일하게, 제2 반응 가스 냉각기(46b)가 마련되어 있다.
반응 가스 이용 설비(10d)에 있어서의 제1 연료 예열기(13a)에는, 잔류 원료 제거 장치(130)로부터의 처리 완료 반응 가스(RGp)가 유입된다. 제1 연료 예열기(13a)의 매체 입구에는, 제2 실시형태의 연료 예열기(13)와 동일하게, 고압 가열수 라인(81)의 일단이 접속되어 있다. 제1 연료 예열기(13a)의 매체 출구에는, 제2 실시형태의 연료 예열기(13)와 동일하게, 고압 가열수 회수 라인(82)의 일단이 접속되어 있다. 제2 연료 예열기(13b)에는, 제1 연료 예열기(13a)에서 예열된 처리 완료 반응 가스(RGp)가 유입되며, 이 처리 완료 반응 가스(RGp)를 더 예열한다. 제2 연료 예열기(13b)에서 예열된 처리 완료 반응 가스(RGp)는, 연소기(11c)로 유입된다.
상술한 제1 반응 가스 냉각기(46a)의 제3 열 매체 입구에는, 제1 고압 배기 증기 라인(85a)의 일단이 접속되어 있다. 이 제1 고압 배기 증기 라인(85a)의 타단은, 고압 증기 터빈(33)의 출구에 접속되어 있다. 제1 반응 가스 냉각기(46a)의 제3 열 매체 출구에는, 제2 고압 배기 증기 라인(85b)의 일단이 접속되어 있다. 이 제2 고압 배기 증기 라인(85b)의 타단은, 제2 연료 예열기(13b)의 매체 입구에 접속되어 있다. 제2 연료 예열기(13b)의 매체 출구에는, 제3 고압 배기 증기 라인(85c)의 일단이 접속되어 있다. 이 제3 고압 배기 증기 라인(85c)의 타단은, 중압 증기 터빈(32)의 입구에 접속되어 있다.
가스 터빈(11)의 공기 압축기(11a)로부터의 연소용 공기의 일부는, 산화제 수용 라인(61)을 통하여, 산화제로서 산화제 냉각기(62)로 유입된다. 이 산화제 냉각기(62)에는, 배열 회수 보일러(21)의 고압 펌프(25p)로부터의 고압 급수가, 고압 급수 라인(79)을 통하여 유입된다. 공기 압축기(11a)로부터의 연소용 공기의 온도는, 예를 들면 약 450℃이고, 이 연소용 공기의 압력은, 예를 들면 약 2MPa이다. 산화제 냉각기(62)는, 산화제로서의 연소용 공기와 고압 급수를 열 교환시켜, 연소용 공기를 냉각하는 한편, 고압 급수를 가열한다. 가열된 고압 급수는, 고압 급수 회수 라인(80)을 통하여, 배열 회수 보일러(21)의 고압 증발기(25c)로 유입된다.
산화제 압축기(63)는, 산화제 냉각기(62)에서 냉각된 연소용 공기를 압축하여, 승압한다. 제1 예열기(44c)로 유입되는 액체 암모니아(NH)의 압력은, 원료 암모니아 펌프(43)에 의하여 승압되어, 상술한 바와 같이, 약 5MPa이다. 이 때문에, 전반응기(45a) 및 후반응기(45b) 내의 압력도, 약 5MPa이다. 산화제 압축기(63)는, 산화제를 전반응기(45a) 및 후반응기(45b)에 투입 가능한 압력으로까지 승압한다. 산화제 냉각기(62)는, 이 산화제 압축기(63)에서의 압축 동력을 저감하기 위하여, 산화제 압축기(63)로 유입되기 전의 산화제를 냉각한다.
산화제 압축기(63)에서 압축된 연소용 공기는, 산화제 가열기(64)로 유입된다. 이 산화제 가열기(64)에는, 제2 고압 절탄기(25b)로부터의 고압 가열수가 제2 고압 가열수 라인(81a)을 통하여 유입된다. 산화제 가열기(64)는, 산화제로서의 연소용 공기와 고압 가열수를 열 교환시켜, 연소용 공기를 가열하는 한편, 고압 가열수를 냉각한다. 산화제 가열기(64)에서 냉각된 고압 가열수는, 제2 고압 가열수 회수 라인(82a)을 통하여, 중압 절탄기(24a)로 유입된다. 산화제 가열기(64)는, 전반응기(45a) 및 후반응기(45b)에, 산화제로서의 연소용 공기와 함께 열을 공급함으로써, 적은 양의 산화제로, 적은 산화 대상 가스의 산화 반응량이어도, 전반응기(45a) 및 후반응기(45b) 내의 온도를 높여, 전반응기(45a) 및 후반응기(45b) 내에서의 반응을 활성화시킨다. 구체적으로, 산화제 가열기(64)는, 산화제로서의 연소용 공기의 온도를 각 반응기(45a, 45b)로 유입되는 산화 대상 가스의 온도 가까이, 혹은 이 온도 이상으로까지 높인다.
전반응기(45a)에는, 제2 예열기(44d)로부터의 기체 암모니아(NHg)와 산화제 투입 장치(60)로부터의 연소용 공기가 유입된다. 전반응기(45a) 내에서는, 기체 암모니아(NHg)의 일부가 연소용 공기와 산화 반응(연소)한다. 이 산화 반응에 의하여 발생한 열은, 기체 암모니아(NHg)를 가열한다. 또한, 기체 암모니아(NHg)는, 제1 열 매체 가열기(27)에서 가열되어 제1 열 매체와의 열 교환으로 가열된다. 따라서, 이 전반응기(45a) 내에서는, 제2 실시형태의 반응기(45) 내보다, 기체 암모니아(NHg)가 가열되어, 고온이 되어, 기체 암모니아(NHg)의 열 분해 반응이 촉진된다.
후반응기(45b)에는, 전반응기(45a)로부터의 반응 가스(RG)와 산화제 투입 장치(60)로부터의 연소용 공기가 유입된다. 후반응기(45b) 내에서는, 전반응기(45a)로부터의 반응 가스(RG) 중에 포함되어 있는 기체 암모니아(NHg)의 일부나 전반응기(45a) 내에서의 열 분해 반응으로 생성된 수소의 일부가 연소용 공기와 산화 반응(연소)한다. 이 산화 반응에 의하여 발생한 열은, 기체 암모니아(NHg)를 가열한다. 따라서, 이 후반응기(45b) 내에서는, 전반응기(45a)로부터의 반응 가스(RG) 중에 포함되어 있는 기체 암모니아(NHg)가 가열되어, 이 기체 암모니아(NHg)의 열 분해 반응이 더 촉진된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 각 반응기(45a, 45b) 내에 산화제를 투입함으로써, 각 반응기(45a, 45b) 내의 기체 암모니아(NHg)의 일부가 산화 반응하는 것에 의하여, 각 반응기(45a, 45b) 내에서의 열 분해 반응의 환경 온도를 높일 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 각 반응기(45a, 45b)로부터 유출되는 반응 가스(RG) 중의 암모니아 농도를 낮게 할 수 있다.
본 실시형태에서는, 산화제로서, 가스 터빈(11)의 공기 압축기(11a)로부터의 연소용 공기를 이용한다. 이 연소용 공기는, 공기 압축기(11a)에서 이미 압축된 공기이기 때문에, 대기보다 고압의 공기이다. 산화제 압축기(63)는, 이 연소용 공기를 전반응기(45a) 및 후반응기(45b)에 투입 가능한 압력으로까지 승압한다. 이 때문에, 산화제 압축기(63)에서 대기를 전반응기(45a) 및 후반응기(45b)에 투입 가능한 압력으로까지 승압하는 경우보다, 본 실시형태 쪽이 산화제 압축기(63)의 구동력을 억제할 수 있다.
후반응기(45b)로부터의 반응 가스(RG)는, 반응 가스 라인(47)을 통하여, 제1 반응 가스 냉각기(46a)로 유입된다. 제1 반응 가스 냉각기(46a)에는, 고압 증기 터빈(33)으로부터 배기된 고압 증기가, 제3 열 매체로서, 제1 고압 배기 증기 라인(85a)을 통하여 유입된다. 제1 반응 가스 냉각기(46a)에서는, 후반응기(45b)로부터의 반응 가스(RG)와, 고압 증기 터빈(33)으로부터 배기된 고압 증기의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)가 냉각되는 한편, 고압 증기가 과열된다.
제2 예열기(44d)에서는, 제2 실시형태와 동일하게, 제1 반응 가스 냉각기(46a)에서 냉각된 반응 가스(RG)와, 기체 암모니아(NHg)의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)가 더 냉각되는 한편, 기체 암모니아(NHg)가 예열된다.
제2 반응 가스 냉각기(46b)는, 제2 실시형태와 동일하게, 제2 예열기(44d)에서 냉각된 반응 가스(RG)와 제3 열 매체로서의 급수의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)가 냉각되는 한편, 급수가 가열된다. 가열된 급수는, 제2 열 매체로서, 제1 예열기(44c)로 유입된다.
제2 반응 가스 냉각기(46b)에서 냉각된 반응 가스(RG)는, 잔류 원료 제거 장치(130)로 유입되고, 제2 실시형태와 동일하게, 반응 가스(RG) 중에 포함되어 있는 잔류 암모니아가 제거된다.
잔류 원료 제거 장치(130)로부터의 처리 완료 반응 가스(RGp)는, 연료로서, 연료 라인(12)을 통하여, 연소기(11c)로 유입된다. 처리 완료 반응 가스(RGp)는, 이 과정에서, 제1 연료 예열기(13a), 제2 연료 예열기(13b)에 의하여 차례로 예열된다. 제1 연료 예열기(13a)는, 제2 실시형태의 연료 예열기(13)와 동일하게, 제2 고압 절탄기(25b)로부터의 고압 가열수와 처리 완료 반응 가스(RGp)를 열 교환시켜, 처리 완료 반응 가스(RGp)를 가열한다. 제2 연료 예열기(13b)에는, 제1 연료 예열기(13a)에서 가열된 처리 완료 반응 가스(RGp)가 유입된다. 제2 연료 예열기(13b)에는, 또한, 제1 반응 가스 냉각기(46a)에서 과열된 증기가, 제2 고압 배기 증기 라인(85b)을 통하여 유입된다. 제2 연료 예열기(13b)에서는, 제1 연료 예열기(13a)에서 가열된 처리 완료 반응 가스(RGp)와 제1 반응 가스 냉각기(46a)로부터의 증기의 열 교환에 의하여, 처리 완료 반응 가스(RGp)를 가열하는 한편, 증기를 냉각한다. 제2 연료 예열기(13b)에서 냉각된 증기는, 제3 고압 배기 증기 라인(85c)을 통하여, 중압 증기 터빈(32)으로 유입되고, 이 중압 증기 터빈(32)을 구동시킨다. 제2 연료 예열기(13b)에서 가열된 처리 완료 반응 가스(RGp)는, 연소기(11c)로 유입된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 각 반응기(45)에 암모니아(NH)의 산화제를 도입하여, 이 암모니아(NH)의 일부를 연소시키고, 각 반응기(45) 내에서의 열 분해 반응의 환경 온도를 높이고 있기 때문에, 반응 가스 라인(47)을 흐르는 반응 가스(RG) 중의 암모니아 농도를 낮게 할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서도, 제4 실시형태와 동일하게, 잔류 원료 제거 장치(130)에서의 소비 에너지를 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는, 산화제를 전반응기(45a)와 후반응기(45b)에 투입한다. 그러나, 전반응기(45a)와 후반응기(45b) 중, 일방의 반응기(45)에 산화제를 투입하도록 해도 된다. 또한, 산화제를 전반응기(45a)에만 투입하는 경우, 후반응기(45b)는 불필요하다.
본 실시형태에서는, 고압 증기 터빈(33)으로부터 배기된 고압 증기에, 제1 반응 가스 냉각기(46a)에 있어서의 고온의 배열을 회수시킨다. 그리고, 이 고압 증기의 열을 제2 연료 예열기(13b)에서 이용한 후, 이 고압 증기를 중압 증기 터빈(32)으로 유입시키고 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제2 연료 예열기(13b)에서 높은 온도까지 승온된 처리 완료 반응 가스(RGp)를 가스 터빈(11)에 공급할 수 있기 때문에, 가스 터빈(11)의 효율이 높아짐과 함께, 중압 증기 터빈(32)의 입구에도 고온의 증기를 공급할 수 있으므로, 증기 터빈의 출력이 증대하여, 플랜트의 효율을 증대할 수 있다.
가스 터빈(11)의 배기 가스(EG)만을 열원으로 하여, 암모니아(NH)를 분해 반응시키고, 가스 터빈(11)에 투입되는 연료를 예열하여, 증기 터빈을 구동하는 경우, 암모니아의 반응 온도, 가스 터빈(11)에 투입되는 연료의 온도, 증기 터빈의 입구 증기 온도는, 모두 가스 터빈(11)의 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 온도보다 낮아진다. 그러나, 본 실시형태에서는, 각 반응기(45a, 45b)에 있어서, 산화제에 의하여 암모니아나 반응 가스의 일부를 산화시킴으로써, 이들 가스를 승온하고 있으므로, 원료 유체(여기에서는, 암모니아)의 반응 온도를 반응 가스 이용 설비(또는 배기 가스 발생 설비(여기에서는, 가스 터빈(11)))의 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 온도보다 높게 할 수 있다. 따라서, 반응기(45)의 출구에 있어서의 반응 가스 중(여기에서는, 암모니아 분해 가스)의 잔존 원료(여기에서는, 암모니아)의 농도를 저감시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(11)의 출구에 있어서의 배기 가스(EG)보다 고온의 반응 가스를 냉각하는 배열을 이용하여, 가스 터빈 투입 연료, 증기 터빈 입구 증기를 승온할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 가스 터빈 투입 연료 온도, 증기 터빈 입구 증기 온도를, 가스 터빈(11)의 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 온도보다 높이는 것이 가능하고, 이와 같은 경우에는 특히 높은 플랜트 효율이 얻어진다. 즉, 반응 가스 이용 설비(또는 배기 가스 발생 설비, 여기에서는 가스 터빈(11))의 출구에 있어서의 배기 가스(EG)의 온도보다 높은 온도까지 제3 열 매체(여기에서는, 고압 증기 터빈(33)으로부터 배기된 고압 증기)의 온도를 높일 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 있어서, 이와 같이 구성함으로써, 플랜트 효율을 더 높일 수 있다.
본 실시형태에서는, 원료 유체(NH)의 산화제로서, 연소용 공기를 이용한다. 그러나, 산화제는 연소용 공기에 한정되지 않고, 예를 들면 대기, 산소 등, 원료 유체(NH)를 산화 반응시킬 수 있는 기체라면, 어떤 기체여도 된다.
본 실시형태에서는, 급수 예열기(37)에 의하여, 복수기(34)로부터의 급수가 저압 증기 터빈(31)으로부터 추기된 증기와의 열 교환으로 가열된다. 저압 증기 터빈(31)으로부터 추기된 증기는, 급수와의 열 교환에 의하여, 응축되어 물이 된다. 이 물은, 급수 중에 유입된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 배열 회수 보일러(21)로 유입되는 급수의 온도를 높일 수 있다. 배열 회수 보일러(21)로 유입되는 급수의 온도가 높아지면, 배열 회수 보일러(21)에 있어서의 각 저압 절탄기(23a, 23b)의 입구 및 출구의 수온이 높아지고, 저압 가열수 라인(76)을 통하여 제1 예열기(44c)에 공급되는 수온도 높아진다. 따라서, 예열기에서 암모니아를 가열하기 위한 열량이 적은 경우에는, 본 실시형태와 같이, 급수 예열기(37)를 마련하면, 예열기에 충분한 양의 열을 공급하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 실시형태와 같이, 예열기에서 암모니아를 가열하기 위한 열량이 적은 경우에는, 급수 예열기(37)를 마련하는 것이 바람직하다.
[제6 실시형태]
원료 유체의 처리 플랜트의 제6 실시형태에 대하여, 도 12를 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트는, 제3 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트의 변형예이다. 본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트에서는, 제5 실시형태와 동일하게, 암모니아(NH)의 일부를 자기 열 분해 반응시킨다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트도, 이상의 실시형태와 동일하게, 원료 반응 설비(40e)와, 반응 가스 이용 설비(10)와, 배열 이용 설비(20e)를 구비한다.
본 실시형태의 원료 반응 설비(40e)는, 이상의 실시형태의 원료 반응 설비와 동일하게, 원료 반응 장치(41e)와, 잔류 원료 제거 장치(130)를 갖는다. 본 실시형태의 원료 반응 장치(41e)는, 제3 실시형태의 원료 반응 장치(41b)와 다르다. 한편, 본 실시형태의 잔류 원료 제거 장치(130)는, 이상의 실시형태의 잔류 원료 제거 장치(130)와 동일하다.
본 실시형태의 반응 가스 이용 설비(10)는, 제3 실시형태의 반응 가스 이용 설비(10)와 동일하다. 또, 본 실시형태의 배열 이용 설비(20e)는, 제3 실시형태의 배열 이용 설비(20b)와 기본적으로 동일하다. 단, 원료 반응 장치(41e)를 제3 실시형태와 다르게 한 관계로, 배열 이용 설비(20e)를 구성하는 각 기기에 접속되어 있는 라인 구성 등이 제3 실시형태와 다르다. 또, 배열 회수 보일러(21e)의 구성도, 제3 실시형태의 구성과 다르다.
본 실시형태의 배열 회수 보일러(21e)는, 기본적으로, 제3 실시형태의 배열 회수 보일러(21b)와 동일하다. 단, 본 실시형태의 배열 회수 보일러(21e)는, 저압 증발기로서, 제1 저압 증발기(23d)와, 제2 저압 증발기(23e)를 갖는다. 제1 저압 증발기(23d)는, 제1 저압 절탄기(23a)와 제2 저압 절탄기(23b)의 사이에 배치되어 있다. 제2 저압 증발기(23e)는, 제2 저압 절탄기(23b)와 제1 고압 절탄기(25a)의 사이에 배치되어 있다. 제1 저압 증발기(23d)는, 제1 저압 절탄기(23a)로부터의 물의 일부와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 물을 가열한다. 제2 저압 절탄기(23b)는, 제1 저압 절탄기(23a)로부터의 물의 다른 일부와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 물을 가열한다. 제2 저압 증발기(23e)는, 제2 저압 절탄기(23b)로부터의 가열수와 배기 가스(EG)를 열 교환시켜, 이 가열수를 가열하여 증기로 한다. 이 증기는, 저압 과열기(23f)에서 더 과열되어 저압 증기가 된다.
본 실시형태의 원료 반응 장치(41e)는, 제3 실시형태의 원료 반응 장치(41b)와 동일하게, 암모니아 공급 라인(42)과, 원료 암모니아 펌프(43)와, 제1 예열기(44e)와, 제2 예열기(44f)와, 제3 예열기(44g)와, 제4 예열기(44h)와, 제5 예열기(44i)와, 반응기(45a, 45b)와, 제1 반응 가스 냉각기(46c)와, 제2 반응 가스 냉각기(46d)와, 반응 가스 라인(47)을 갖는다. 단, 본 실시형태의 반응기(45a, 45b)는, 제5 실시형태와 동일하게, 전반응기(45a)와, 후반응기(45b)를 갖는다. 본 실시형태의 원료 반응 장치(41e)는, 또한, 제5 실시형태와 동일하게, 산화제를 암모니아에 투입하는 산화제 투입 장치(60e)를 갖는다.
본 실시형태에 있어서의 산화제도, 제5 실시형태와 동일하게, 공기이다. 산화제 투입 장치(60e)는, 제5 실시형태와 동일하게, 산화제 수용 라인(61)과, 산화제 냉각기(62a, 62b)와, 산화제 압축기(63)와, 산화제 가열기(64)와, 산화제 투입 라인(65)을 갖는다. 단, 본 실시형태의 산화제 냉각기(62a, 62b)는, 제1 산화제 냉각기(62a)와, 제2 산화제 냉각기(62b)를 갖는다.
산화제 수용 라인(61)의 일단은, 가스 터빈(11)의 연소용 공기 통로(11b)에 접속되어 있다. 이 산화제 수용 라인(61)의 타단은, 산화제 압축기(63)의 입구에 접속되어 있다. 제1 산화제 냉각기(62a) 및 제2 산화제 냉각기(62b)는, 이 산화제 수용 라인(61)에 마련되어 있다.
제1 산화제 냉각기(62a)의 매체 입구에는, 고압 급수 라인(79)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 급수 라인(79)의 타단은, 배열 회수 보일러(21e)에 있어서의 고압 펌프(25p)의 토출구에 접속되어 있다. 제1 산화제 냉각기(62a)의 매체 출구에는, 고압 급수 회수 라인(80)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 급수 라인(79)의 타단은, 배열 회수 보일러(21e)에 있어서의 고압 증발기(25c)의 입구에 접속되어 있다. 제2 산화제 냉각기(62b)의 매체 입구에는, 제2 분기 급수 라인(91a)의 일단이 접속되어 있다. 이 제2 분기 급수 라인(91a)의 타단은, 급수 라인(35)에 접속되어 있다. 제2 산화제 냉각기(62b)의 매체 출구에는, 제2 급수 회수 라인(75a)의 일단이 접속되어 있다. 이 제2 급수 회수 라인(75a)의 타단은, 급수 라인(35) 중에서, 제2 분기 급수 라인(91a)과 급수 라인(35)의 접속 위치보다 배열 회수 보일러(21e) 측의 위치이다.
본 실시형태에 있어서의 제2 예열기(44f)의 제2 열 매체 입구에는, 저온 저압 증기 라인(88a)의 일단 및 저압 추기 증기 라인(90)의 일단이 접속되어 있다. 저온 저압 증기 라인(88a)의 타단은, 배열 회수 보일러(21e)에 있어서의 제1 저압 증발기(23d)의 출구에 접속되어 있다. 저압 추기 증기 라인(90)의 타단은, 저압 증기 터빈(31)의 케이싱에 접속되어 있다. 제2 예열기(44f)의 제2 열 매체 출구에는, 연결 저압 가열수 라인(78e)의 일단이 접속되어 있다. 이 연결 저압 가열수 라인(78e)의 타단은, 제1 예열기(44e)의 제2 열 매체 입구에 접속되어 있다. 제2 예열기(44f)의 제2 열 매체 출구에는, 또한 제2 가열수 회수 라인(78b)의 일단이 접속되어 있다. 이 제2 가열수 회수 라인(78b)의 타단은, 제1 저압 증발기(23d)의 입구 및 제2 저압 절탄기(23b)의 입구에 접속되어 있다. 제1 예열기(44e)의 제2 열 매체 출구에는, 제1 가열수 회수 라인(78a)의 일단이 접속되어 있다. 이 제1 가열수 회수 라인(78a)의 타단은, 급수 라인(35)에 접속되어 있다.
제4 예열기(44h)의 제2 열 매체 입구에는, 중압 추기 증기 라인(93)의 일단이 접속되어 있다. 이 중압 추기 증기 라인(93)의 타단은, 중압 증기 터빈(32)의 케이싱에 접속되어 있다. 제4 예열기(44h)의 제2 열 매체 출구에는, 연결 중압 증기 라인(89)의 일단이 접속되어 있다. 이 연결 중압 증기 라인(89)의 타단은, 제3 예열기(44g)의 제2 열 매체 입구에 접속되어 있다. 제3 예열기(44g)의 제2 열 매체 입구에는, 또한 제2 중압 배기 증기 라인(87a)의 일단이 접속되어 있다. 이 제2 중압 배기 증기 라인(87a)의 타단은, 중압 증기 터빈(32)의 출구에 접속되어 있다. 제3 예열기(44g)의 제2 열 매체 출구에는, 제3 가열수 회수 라인(78c)의 일단이 접속되어 있다. 이 제3 가열수 회수 라인(78c)의 타단은, 제1 저압 증발기(23d)의 입구 및 제2 저압 절탄기(23b)의 입구에 접속되어 있다.
제5 예열기(44i)의 제2 열 매체 입구에는, 제3 실시형태와 동일하게, 고압 증기 라인(83)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 증기 라인(83)의 타단은, 제2 고압 과열기(25e)의 출구에 접속되어 있다. 제5 예열기(44i)의 제2 열 매체 출구에는, 제3 실시형태와 동일하게, 고압 증기 회수 라인(86)의 일단이 접속되어 있다. 이 고압 증기 회수 라인(86)의 타단은, 제1 고압 재열기(26a)의 입구에 접속되어 있다.
원료 암모니아 펌프(43)에서 승압된 액체 암모니아(NH)는, 제3 실시형태와 동일하게, 제1 예열기(44e)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체와의 열 교환으로 예열된다. 제1 예열기(44e)로 유입되는 제2 열 매체는, 제2 예열기(44f)로부터 제1 연결 가열수 라인(78e)을 통하여 제1 예열기(44e)로 유입되는 가열수이다. 제1 예열기(44e)에서, 액체 암모니아(NH)와의 열 교환으로 냉각된 가열수는, 제1 가열수 회수 라인(78a)을 통하여, 급수 라인(35)으로 유입된다.
제1 예열기(44e)에서 예열된 액체 암모니아(NH)는, 제2 예열기(44f)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체와의 열 교환으로 더 예열되어, 기체 암모니아(NHg)가 된다. 제2 예열기(44f)로 유입되는 제2 열 매체는, 제1 저압 증발기(23d)로부터 저온 저압 증기 라인(88a)을 통하여 제2 예열기(44f)로 유입되는 저온 저압 증기와, 저압 증기 터빈(31)으로부터 저압 추기 증기 라인(90)을 통하여 제2 예열기(44f)로 유입되는 저압 추기 증기이다. 이 제2 예열기(44f)에서는, 암모니아가 액체로부터 기체로 일정한 온도로 상변화함과 함께, 이 암모니아와의 열 교환 대상인 물도 기체로부터 액체로 일정한 온도로 상변화한다. 이와 같이, 암모니아와 그 열 교환 대상의 쌍방이 일정한 온도로 상변화하기 때문에, 도 8을 이용하여 상술한 바와 같이, 쌍방의 온도차를 작게 할 수 있으며, 열 이용 효율을 높일 수 있다. 이 제2 예열기(44f)에서, 액체 암모니아(NH)와의 열 교환으로 생성된 가열수의 일부는, 상술한 바와 같이, 연결 저압 가열수 라인(78e)을 통하여 제1 예열기(44e)로 유입된다. 또, 이 제2 예열기(44f)에서, 액체 암모니아(NH)와의 열 교환으로 생성된 가열수의 나머지는, 제2 가열수 회수 라인(78b)을 통하여, 제1 저압 증발기(23d) 및 제2 저압 절탄기(23b)로 유입된다.
제2 예열기(44f)에서 생성된 기체 암모니아(NHg)는, 제3 예열기(44g)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체와의 열 교환으로 더 예열된다. 제3 예열기(44g)로 유입되는 제2 열 매체는, 제4 예열기(44h)로부터 연결 중압 증기 라인(89)을 통하여 제3 예열기(44g)로 유입되는 증기와, 중압 증기 터빈(32)으로부터 제2 중압 배기 증기 라인(87a)을 통하여 제3 예열기(44g)로 유입되는 증기이다. 제3 예열기(44g)에서, 기체 암모니아(NHg)와의 열 교환으로 냉각된 증기는, 응축되어 가열수가 된다. 이 가열수는, 제3 가열수 회수 라인(78c)을 통하여, 제1 저압 증발기(23d) 및 제2 저압 절탄기(23b)로 유입된다.
제3 예열기(44g)에서 예열된 기체 암모니아(NHg)는, 제4 예열기(44h)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체와의 열 교환으로 더 예열된다. 제4 예열기(44h)로 유입되는 제2 열 매체는, 중압 증기 터빈(32)으로부터 추기되고, 중압 추기 증기 라인(93)을 통하여 제4 예열기(44h)로 유입되는 추기 중압 증기이다. 제4 예열기(44h)에서, 기체 암모니아(NHg)와의 열 교환으로 냉각된 증기는, 상술한 바와 같이, 연결 중압 증기 라인(89)을 통하여 제3 예열기(44g)로 유입된다.
제4 예열기(44h)에서 예열된 기체 암모니아(NHg)는, 제5 예열기(44i)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체와의 열 교환으로 더 예열된다. 제5 예열기(44i)로 유입되는 제2 열 매체는, 제3 실시형태와 동일하게, 제2 고압 과열기(25e)로부터 고압 증기 라인(83)을 통하여 제5 예열기(44i)로 유입되는 고압 증기이다. 제5 예열기(44i)에서, 기체 암모니아(NHg)와의 열 교환으로 냉각된 증기는, 제3 실시형태와 동일하게, 고압 증기 회수 라인(86)을 통하여, 제1 고압 재열기(26a)로 유입된다.
여기에서, 배열 회수 보일러(21), 증기 터빈(31, 32, 33), 복수기(34), 급수 펌프(36), 및 이들을 접속하는 각종 배관은, 랭킨 사이클을 구성하고 있고, 이것은 제1 열 사이클의 일종이다. 또, 중압 증기 터빈(32)의 중간 단, 중압 증기 터빈(32)의 출구는, 각각, 제1 열 사이클 중의 제1 부의 일종이다. 이들 개소로부터 취득된 증기(제1 열 사이클 매체)는, 각각, 제2 열 매체 라인의 일종인, 중압 추기 증기 라인(93), 제2 중압 배기 증기 라인(87a)에 의하여, 제4 예열기(44h), 제3 예열기(44g)로 유도된다. 제4 예열기(44h) 및 제3 예열기(44g)에서, 원료 유체(여기에서는 암모니아)와의 열 교환으로 냉각된 각 증기가 응축되어 발생한 물은, 제2 열 매체 회수 라인의 일종인 제3 가열수 회수 라인(78c)에 의하여, 상기 제1 열 사이클 중의 제1 부보다 낮은 온도의 물(제1 열 사이클 매체)이 흐르는 제1 저압 절탄기(23a)의 출구(제2 부)로 유도된다. 제2 열 매체 라인의 일종인 저압 추기 증기 라인(90)은, 저압 증기 터빈(31)의 중간 단(제1 열 사이클 중의 제1 부)을 흐르는 증기(제1 열 사이클 매체)의 일부를 제2 예열기(44f)로 유도한다. 또, 제2 열 매체 라인의 일종인 저온 저압 증기 라인(88a)은, 제1 저압 증발기(23d)에서 발생한 증기의 일부를 제2 예열기(44f)로 유도한다. 제2 열 매체 회수 라인의 일종인 제1 가열수 회수 라인(78a)은, 제2 예열기(44f) 및 제1 예열기(44e)에서 원료 유체(여기에서는 암모니아)와 열 교환하여 냉각된 증기가 응축되어 발생한 물을 상기 제1 부보다 낮은 온도의 물(제1 열 사이클 매체)이 흐르는 급수 라인(35)(제2 부)으로 유도한다. 본 구성에 의하여, 열 사이클 중으로부터 적절한 온도의 열을 과부족없이 예열기에 공급, 원료 유체의 예열에 이용할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 열 이용 효율이 높아진다.
가스 터빈(11)의 공기 압축기(11a)로부터의 연소용 공기의 일부는, 산화제 수용 라인(61)을 통하여, 산화제로서 제1 산화제 냉각기(62a) 및 제2 산화제 냉각기(62b)로 유입된다. 제1 산화제 냉각기(62a)에는, 제5 실시형태의 산화제 냉각기(62)와 동일하게, 배열 회수 보일러(21e)의 고압 펌프(25p)로부터의 고압 급수가, 고압 급수 라인(79)을 통하여 유입된다. 제1 산화제 냉각기(62a)는, 산화제로서의 연소용 공기와 고압 급수를 열 교환시키고, 연소용 공기를 냉각하는 한편, 고압 급수를 가열한다. 가열된 고압 급수는, 제5 실시형태와 동일하게, 고압 급수 회수 라인(80)을 통하여, 배열 회수 보일러(21e)의 고압 증발기(25c)로 유입된다. 제2 산화제 냉각기(62b)에는, 제1 산화제 냉각기(62a)에서 냉각된 연소용 공기가 유입된다. 이 제2 산화제 냉각기(62b)에는, 제2 분기 급수 라인(91a)을 통하여 급수도 유입된다. 제2 산화제 냉각기(62b)는, 산화제로서의 연소용 공기와 급수를 열 교환시키고, 연소용 공기를 냉각하는 한편, 급수를 가열한다. 가열된 급수는, 제2 급수 회수 라인(75a)을 통하여, 급수 라인(35)으로 유입된다.
산화제 압축기(63)는, 제2 산화제 냉각기(62b)에서 냉각된 연소용 공기를 압축하여, 승압한다. 본 실시형태에서는, 제2 산화제 냉각기(62b)에서, 제1 산화제 냉각기(62a)에서 냉각된 연소용 공기를 급수로 더 냉각하고 있기 때문에, 산화제 압축기(63)로 유입되는 연소용 공기의 온도를 제5 실시형태보다 낮게 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제5 실시형태보다, 산화제 압축기(63)의 구동력을 억제할 수 있다. 산화제 압축기(63)에서 압축된 연소용 공기는, 산화제 가열기(64)로 유입된다. 이 산화제 가열기(64)에는, 제5 실시형태와 동일하게, 제2 고압 절탄기(25b)로부터의 고압 가열수가 제2 고압 가열수 라인(81a)을 통하여 유입된다. 산화제 가열기(64)는, 산화제로서의 연소용 공기와 고압 가열수를 열 교환시켜, 연소용 공기를 가열하는 한편, 고압 가열수를 냉각한다. 산화제 가열기(64)에서 냉각된 고압 가열수는, 제5 실시형태와 동일하게, 제2 고압 가열수 회수 라인(82a)을 통하여, 중압 절탄기(24a)로 유입된다. 산화제 가열기(64)는, 전반응기(45a) 및 후반응기(45b) 내에서의 반응을 활성화시키기 위하여, 연소용 공기의 온도를 각 반응기(45a, 45b)로 유입되는 산화 대상 가스의 온도 가까이, 혹은 이 온도 이상으로까지 높인다.
전반응기(45a)에는, 제5 예열기(44i)로부터의 기체 암모니아(NHg)와 산화제 투입 장치(60e)로부터의 연소용 공기가 유입된다. 전반응기(45a) 내에서는, 기체 암모니아(NHg)의 일부가 연소용 공기와 산화 반응(연소)한다. 이 산화 반응에 의하여 발생한 열은, 기체 암모니아(NHg)를 가열한다. 또한, 기체 암모니아(NHg)는, 제1 열 매체 가열기(27)에서 가열된 제1 열 매체와의 열 교환으로 가열된다. 따라서, 이 전반응기(45a) 내에서는, 제3 실시형태의 반응기(45) 내보다, 기체 암모니아(NHg)가 가열되어, 고온이 되고, 암모니아의 열 분해 반응이 촉진된다.
후반응기(45b)에는, 전반응기(45a)로부터의 반응 가스(RG)와 산화제 투입 장치(60e)로부터의 연소용 공기가 유입된다. 후반응기(45b) 내에서는, 전반응기(45a)로부터의 반응 가스(RG) 중에 포함되어 있는 기체 암모니아(NHg)의 일부가 연소용 공기와 산화 반응(연소)한다. 이 산화 반응에 의하여 발생한 열은, 남아 있는 기체 암모니아(NHg)를 가열한다. 따라서, 이 후반응기(45b) 내에서는, 전반응기(45a)로부터의 반응 가스(RG) 중에 포함되어 있는 기체 암모니아(NHg)가 가열되어, 이 기체 암모니아(NHg)의 열 분해 반응이 촉진된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서도, 제5 실시형태와 동일하게, 각 반응기(45a, 45b) 내에 산화제를 투입함으로써, 각 반응기(45a, 45b) 내의 암모니아(NH)의 일부가 산화 반응함으로써, 각 반응기(45a, 45b) 내에서의 열 분해 반응의 환경 온도를 높일 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태는, 각 반응기(45a, 45b)로부터 유출되는 반응 가스(RG) 중의 암모니아 농도를 낮게 할 수 있다.
후반응기(45b)로부터의 반응 가스(RG)는, 반응 가스 라인(47), 제1 반응 가스 냉각기(46c), 제2 반응 가스 냉각기(46d)를 통하여, 잔류 원료 제거 장치(130)로 유입되고, 제3 실시형태와 동일하게, 반응 가스(RG) 중에 포함되어 있는 잔류 암모니아가 제거된다.
[제7 실시형태]
원료 유체의 처리 플랜트의 제7 실시형태에 대하여, 도 13을 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트는, 제2 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트의 변형예이다. 본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트는, 암모니아(NH)의 예열 시의 열 교환 대상인 제2 열 매체를 배기 가스(EG)로 한 플랜트이다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트도, 이상의 실시형태와 동일하게, 원료 반응 설비(40f)와, 반응 가스 이용 설비(10f)와, 배열 이용 설비(20f)를 구비한다.
본 실시형태의 원료 반응 설비(40f)는, 이상의 실시형태의 원료 반응 설비와 동일하게, 원료 반응 장치(41f)와, 잔류 원료 제거 장치(130)를 갖는다. 본 실시형태의 원료 반응 장치(41f)는, 제2 실시형태의 원료 반응 장치(41a)와 다르다. 한편, 본 실시형태의 잔류 원료 제거 장치(130)는, 이상의 실시형태의 잔류 원료 제거 장치(130)와 동일하다.
본 실시형태의 반응 가스 이용 설비(10f)는, 이상의 실시형태의 반응 가스 이용 설비와 기본적으로 동일하다. 본 실시형태의 배열 이용 설비(20f)는, 상술한 바와 같이, 암모니아(NH)의 예열 시의 열 교환 대상인 제2 열 매체를 배기 가스(EG)로 한 관계상, 제2 실시형태의 배열 이용 설비(20a)와 다르다.
본 실시형태의 원료 반응 장치(41f)는, 암모니아 공급 라인(42)과, 원료 암모니아 펌프(43)와, 제1 예열기(44j)와, 제2 예열기(44k)와, 제3 예열기(44m)와, 반응기(45)와, 제1 반응 가스 냉각기(46e)와, 제2 반응 가스 냉각기(46f)와, 반응 가스 라인(47)을 갖는다.
암모니아 공급 라인(42)은, 암모니아 탱크(T)와 반응기(45)를 접속한다. 제1 예열기(44j), 제2 예열기(44k), 제3 예열기(44m)는, 모두, 이 암모니아 공급 라인(42)에 마련되어 있다.
본 실시형태의 제1 예열기(44j) 및 제2 예열기(44k)는, 전열관을 갖고 있다. 제1 예열기(44j)의 전열관 및 제2 예열기(44k)의 전열관은, 배열 회수 보일러(21)의 가스 프레임(22) 내에 배치되어 있다. 제1 예열기(44j)는, 배기 가스(EG)의 흐름 방향에서, 제1 저압 절탄기(23a)와 실질적으로 동일한 위치에 배치되어 있다. 제2 예열기(44k)는, 배기 가스(EG)의 흐름 방향에서, 제1 저압 절탄기(23a)와 제2 저압 절탄기(23b)의 사이에 배치되어 있다. 따라서, 제2 예열기(44k)는, 제1 예열기(44j)보다, 배기 가스(EG)의 흐름 방향의 상류 측에 배치되어 있다. 또, 제1 예열기(44j) 및 제2 예열기(44k)는, 복수의 증발기 중, 가장 하류 측의 증발기인 저압 증발기(23c)보다 하류 측에 배치되어 있다. 한편, 제1 열 매체 가열기(27)는, 복수의 증발기 중, 가장 상류 측의 증발기인 고압 증발기(25c)보다 상류 측에 배치되어 있다. 따라서, 제1 예열기(44j) 및 제2 예열기(44k)와 제1 열 매체 가열기(27)의 사이에는, 모든 증발기가 배치되어 있다.
제1 예열기(44j)의 전열관 내 및 제2 예열기(44k)의 전열관 내에는, 암모니아(NH)가 흐른다. 본 실시형태에서, 전열관 내의 암모니아(NH)와 열 교환하는 제2 열 매체는, 가스 프레임(22) 내를 흐르는 배기 가스(EG)이다. 따라서, 가스 프레임(22)의 일부는, 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 라인을 구성한다. 바꾸어 말하면, 제2 열 매체 라인은, 가스 프레임(22)의 일부를 가져 구성되어 있다.
반응 가스 라인(47)은, 제1 반응 가스 라인(47a)과 제2 반응 가스 라인(47b)을 갖는다. 제1 반응 가스 라인(47a)의 일단은, 반응기(45)의 반응 가스 출구에 접속되어 있다. 이 제1 반응 가스 라인(47a)의 타단은, 제3 예열기(44m)의 제2 열 매체 입구에 접속되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 반응 가스(RG)가 제2 열 매체의 일종이다. 제1 반응 가스 냉각기(46e)는, 이 제1 반응 가스 라인(47a)에 마련되어 있다. 제2 반응 가스 라인(47b)의 일단은, 제2 예열기(44k)의 제2 열 매체 출구에 접속되고, 이 제2 반응 가스 라인(47b)의 타단은, 잔류 원료 제거 장치(130)에 접속되어 있다. 제2 반응 가스 냉각기(46f)는, 이 제2 반응 가스 라인(47b)에 마련되어 있다.
제1 반응 가스 냉각기(46e)의 제3 열 매체 입구에는, 제1 연소용 공기 라인(14a)의 일단이 접속되어 있다. 따라서, 제1 반응 가스 냉각기(46e)에서 반응 가스(RG)와 열 교환하는 제3 열 매체는, 연소용 공기이다. 이 제1 연소용 공기 라인(14a)의 타단은, 가스 터빈(11)의 연소용 공기 통로(11b)에 접속되어 있다. 제1 반응 가스 냉각기(46e)의 제3 열 매체 출구에는, 제2 연소용 공기 라인(14b)의 일단이 접속되어 있다. 이 제2 연소용 공기 라인(14b)의 타단은, 연소기(11c)에 접속되어 있다.
이상과 같이, 제1 반응 가스 냉각기(46e)의 입구에는, 제1 연소용 공기 라인(14a)의 일단이 접속되어 있고, 제2 실시형태와 같이, 고압 증기 라인(83)은 접속되어 있지 않다. 본 실시형태에서는, 고압 과열기(25d)의 출구와 고압 증기 터빈(33)의 입구를 고압 증기 라인(83)으로 직접 접속한다.
제2 반응 가스 냉각기(46f)의 제3 열 매체 입구에는, 급수 라인(35)으로부터 분기하고 있는 분기 급수 라인(91)이 접속되어 있다. 따라서, 제2 반응 가스 냉각기(46f)에서 반응 가스(RG)와 열 교환하는 제3 열 매체는, 급수이다. 제2 반응 가스 냉각기(46f)의 제3 열 매체 출구에는, 가열수 회수 라인(78)의 일단이 접속되어 있다. 이 가열수 회수 라인(78)의 타단은, 제2 저압 절탄기(23b)의 입구에 접속되어 있다.
원료 암모니아 펌프(43)에서 승압된 액체 암모니아(NH)는, 먼저, 제1 예열기(44j)로 유입되고, 여기에서 제2 열 매체로서의 배기 가스(EG)와의 열 교환으로 예열된다. 제1 예열기(44j)에서 예열된 액체 암모니아(NH)는, 제2 예열기(44k)로 유입되고, 여기에서, 제2 열 매체로서의 배기 가스(EG)와의 열 교환으로 더 예열된다. 이 결과, 액체 암모니아(NH)는 기화하여, 기체 암모니아(NHg)가 된다.
제2 예열기(44k)에서 생성된 기체 암모니아(NHg)는, 제3 예열기(44m)로 유입된다. 제3 예열기(44m)에는, 제1 반응 가스 냉각기(46e)로부터 제1 반응 가스 라인(47a)을 통하여 반응 가스(RG)도 유입된다. 제3 예열기(44m)에서는, 기체 암모니아(NHg)와 반응 가스(RG)의 열 교환에 의하여, 기체 암모니아(NHg)가 더 예열되는 한편, 반응 가스(RG)가 냉각된다. 따라서, 이 제2 예열기(44k)는, 암모니아를 예열하는 예열기로서 기능함과 함께, 반응 가스(RG)를 냉각하는 반응 가스 냉각기로서도 기능한다.
제3 예열기(44m)에서 예열된 기체 암모니아(NHg)는, 반응기(45)로 유입된다. 반응기(45)에는, 제2 실시형태와 동일하게, 제1 열 매체도 유입된다. 반응기(45)에서는, 제1 열 매체와 기체 암모니아(NHg)의 열 교환에 의하여, 기체 암모니아(NHg)가 가열된다. 이 결과, 기체 암모니아(NHg)는 열 분해 반응하여, 반응 가스(RG)가 된다.
반응기(45)에서 생성된 반응 가스(RG)는, 제1 반응 가스 냉각기(46e)로 유입된다. 이 제1 반응 가스 냉각기(46e)에는, 가스 터빈(11)의 공기 압축기(11a)로부터 연소용 공기 통로(11b) 및 제1 연소용 공기 라인(14a)을 통하여, 연소용 공기가 제3 열 매체로서 유입된다. 제1 반응 가스 냉각기(46e)에서는, 반응 가스(RG)와 연소용 공기의 열 교환으로, 반응 가스(RG)가 냉각되는 한편, 연소용 공기가 가열된다. 따라서, 제1 반응 가스 냉각기(46e)는, 반응 가스(RG)를 냉각하는 반응 가스 냉각기로서 기능함과 함께, 연소용 공기를 가열하는 공기 예열기로서도 기능한다. 반응 가스 이용 설비(10f)는, 가스 터빈(11) 외에, 이 공기 예열기로서도 기능하는 제1 반응 가스 냉각기(46e)를 갖는다.
제1 반응 가스 냉각기(46e)에서 냉각된 반응 가스(RG)는, 상술한 바와 같이, 제1 반응 가스 라인(47a)을 통하여, 제3 예열기(44m)로 유입된다. 이 제3 예열기(44m)에서는, 상술한 바와 같이, 반응 가스(RG)가 암모니아(NH)와의 열 교환으로 더 냉각된다.
제3 예열기(44m)에서 냉각된 반응 가스(RG)는, 제2 반응 가스 라인(47b)을 통하여, 제2 반응 가스 냉각기(46f)로 유입된다. 제2 반응 가스 냉각기(46f)에는, 분기 급수 라인(91)으로부터 급수가 제3 열 매체로서 유입된다. 제2 반응 가스 냉각기(46f)에서는, 반응 가스(RG)와 급수의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)가 냉각되는 한편, 급수가 가열된다. 제2 반응 가스 냉각기(46f)에서 냉각된 반응 가스(RG)는, 제2 반응 가스 라인(47b)을 통하여, 잔류 원료 제거 장치(130)로 유입되고, 여기에서, 반응 가스(RG) 중에 포함되어 있는 잔류 암모니아가 제거된다. 또, 제2 반응 가스 냉각기(46f)에서 가열된 급수는, 가열수 회수 라인(78)을 통하여, 제2 저압 절탄기(23b)로 유입된다.
본 실시형태에서는, 모든 증발기나 과열기 등에서 많은 열을 빼앗긴 배기 가스(EG), 즉 저온의 배기 가스(EG)의 열을 암모니아(NH)의 예열에 이용한다. 따라서, 본 실시형태에서는, 저온의 배기 가스(EG)의 열을 유효 이용할 수 있다.
본 실시형태에서는, 연소기(11c)로 유입되는 연소용 공기를 반응 가스(RG)의 열을 이용하여, 예열한다. 이 때문에, 연소기(11c)로 유입되는 연소용 공기의 온도가 높아져, 가스 터빈(11)의 효율을 높일 수 있다.
[제8 실시형태]
원료 유체의 처리 플랜트의 제8 실시형태에 대하여, 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트는, 제5 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트의 변형예이다. 본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트에서는, 제5 실시형태에 대하여, 암모니아(NH)를 예열하는 제2 열 매체, 및 반응 가스(RG)를 냉각하는 제3 열 매체를, 변경했다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트도, 이상의 실시형태와 동일하게, 도 14에 나타내는 바와 같이, 원료 반응 설비(40g)와, 반응 가스 이용 설비(10)와, 배열 이용 설비(20g)를 구비한다.
본 실시형태의 원료 반응 설비(40)는, 이상의 실시형태의 원료 반응 설비(40)와 동일하게, 원료 반응 장치(41g)와, 잔류 원료 제거 장치(130)를 갖는다. 본 실시형태의 원료 반응 장치(41g)는, 제2 열 매체 및 제3 열 매체를 제5 실시형태에 대하여 변경한 관계로, 제2 실시형태의 원료 반응 장치(41d)와 다르다. 한편, 본 실시형태의 잔류 원료 제거 장치(130)는, 이상의 실시형태의 잔류 원료 제거 장치(130)와 동일하다.
본 실시형태의 반응 가스 이용 설비(10)는, 이상의 실시형태의 반응 가스 이용 설비와 기본적으로 동일하다. 본 실시형태의 배열 이용 설비(20g)는, 제5 실시형태의 배열 이용 설비(20d)와 기본적으로 동일하다. 단, 본 실시형태의 배열 이용 설비(20g)는, 고압 증기 터빈(33)의 출구와 중압 증기 터빈(32)의 입구를 고압 배기 증기 라인(85)으로 직접 접속하고 있는 점에서, 제5 실시형태의 배열 이용 설비(20d)와 다르다.
본 실시형태의 원료 반응 장치(41g)는, 암모니아 공급 라인(42)과, 원료 암모니아 펌프(43)와, 제1 예열기(44c)와, 제2 예열기(44d)와, 제3 예열기(44n)와, 전반응기(45a)와, 후반응기(45b)와, 제1 반응 가스 냉각기(46g)와, 제2 반응 가스 냉각기(46h)와, 제3 반응 가스 냉각기(46i)와, 제4 반응 가스 냉각기(46j)와, 제1 반응 가스 라인(47a)과, 제2 반응 가스 라인(47b)과, 산화제 투입 장치(60g)와, 브레이턴 사이클(100)과, 열 사이클(110)과, 랭킨 사이클(120)을 갖는다.
제1 예열기(44c), 제2 예열기(44d), 및 제3 예열기(44n)는, 모두, 암모니아 공급 라인(42)에 마련되어 있다. 제1 예열기(44c)의 제2 열 매체 입구에는, 제2 실시형태 및 제5 실시형태의 제1 예열기(44c)와 동일하게, 저압 가열수 라인(76)의 일단이 접속되어 있다. 이 저압 가열수 라인(76)의 타단은, 제2 저압 절탄기(23b)의 출구에 접속되어 있다. 제1 예열기(44c)의 제2 열 매체 출구에는, 제2 실시형태 및 제5 실시형태의 제1 예열기(44c)와 동일하게, 가열수 회수 라인(78)의 일단이 접속되어 있다. 이 가열수 회수 라인(78)의 타단은, 제2 저압 절탄기(23b)의 입구에 접속되어 있다. 제2 예열기(44d)의 제2 열 매체 입구에는, 제2 실시형태 및 제5 실시형태의 제2 예열기(44d)와 동일하게, 제1 반응 가스 라인(47a)의 일단이 접속되어 있다. 이 제1 반응 가스 라인(47a)의 타단은, 후반응기(45b)에 접속되어 있다. 제2 예열기(44d)의 제2 열 매체 출구에는, 제2 실시형태 및 제5 실시형태의 제2 예열기(44d)와 동일하게, 제2 반응 가스 라인(47b)의 일단이 접속되어 있다. 이 제2 반응 가스 라인(47b)의 타단은, 잔류 원료 제거 장치(130)에 접속되어 있다.
제3 예열기(44n)는, 제5 실시형태의 원료 반응 장치(41d)에 새로 추가한 예열기이다. 이 제3 예열기(44n)의 제2 열 매체 입구 및 제2 열 매체 출구는, 모두, 브레이턴 사이클(100)에 접속되어 있다. 이 브레이턴 사이클(100)에 대해서는, 잠시 후에 상세하게 설명한다.
산화제 투입 장치(60g)는, 제5 실시형태의 산화제 투입 장치(60)와 기본적으로 동일하다. 단, 실시형태의 산화제 투입 장치(60g)의 산화제 투입 라인(65)은, 주(主)산화제 투입 라인(65a)과, 제1 산화제 투입 라인(65b)과, 제2 산화제 투입 라인(65c)을 갖는다. 주산화제 투입 라인(65a)의 일단은, 산화제 압축기(63)에 접속되어 있다. 주산화제 투입 라인(65a)의 타단은, 제3 반응 가스 냉각기(46i)의 제3 열 매체 입구에 접속되어 있다. 이 제3 반응 가스 냉각기(46i)의 제3 열 매체 출구에는, 제1 산화제 투입 라인(65b)의 일단 및 제2 산화제 투입 라인(65c)의 일단이 접속되어 있다. 제1 산화제 투입 라인(65b)의 타단은, 제5 실시형태와 동일하게, 전반응기(45a)에 접속되어 있다. 또, 제2 산화제 투입 라인(65c)의 타단은, 제5 실시형태와 동일하게, 후반응기(45b)에 접속되어 있다. 따라서, 산화제 투입 장치(60g)로부터의 산화제는, 제5 실시형태와 동일하게, 전반응기(45a)와 후반응기(45b)에 투입된다.
제1 반응 가스 냉각기(46g), 제2 반응 가스 냉각기(46h), 및 제3 반응 가스 냉각기(46i)는, 제1 반응 가스 라인(47a)에 마련되어 있다. 제1 반응 가스 냉각기(46g)의 제3 열 매체 입구 및 제3 열 매체 출구는, 모두, 상술한 브레이턴 사이클(100)에 접속되어 있다. 제2 반응 가스 냉각기(46h)의 제3 열 매체 입구 및 제3 열 매체 출구는, 모두, 열 사이클(110)에 접속되어 있다. 이 열 사이클(110)에 대해서는, 잠시 후에 상세하게 설명한다.
제3 반응 가스 냉각기(46i)의 제3 열 매체 입구에는, 상술한 바와 같이, 주산화제 투입 라인(65a)이 접속되어 있다. 이 제3 반응 가스 냉각기(46i)의 제3 열 매체 출구에는, 제1 산화제 투입 라인(65b) 및 제2 산화제 투입 라인(65c)이 접속되어 있다. 이 제3 반응 가스 냉각기(46i)는, 주산화제 투입 라인(65a)으로부터의 산화제와 제1 반응 가스 라인(47a)을 흐르는 반응 가스(RG)를 열 교환시켜, 산화제를 가열하는 한편, 반응 가스(RG)를 냉각한다. 따라서, 제3 반응 가스 냉각기(46i)는, 반응 가스(RG)에 대해서는 반응 가스 냉각기로서 기능하고, 산화제에 대해서는 산화제 가열기로서 기능한다.
제4 반응 가스 냉각기(46j)는, 제2 반응 가스 라인(47b)에 마련되어 있다. 이 제4 반응 가스 냉각기(46j)의 제3 열 매체 입구 및 제3 열 매체 출구는, 모두, 랭킨 사이클(120)에 접속되어 있다. 이 랭킨 사이클(120)에 대해서는, 잠시 후에 상세하게 설명한다.
브레이턴 사이클(100) 내를 순환하는 브레이턴 사이클 매체는, 예를 들면 헬륨, 아르곤, 질소, 공기 등의 가스이다. 브레이턴 사이클 매체는, 브레이턴 사이클(100) 내를 순환하는 과정에서 상변화하지 않는다. 이 브레이턴 사이클(100)은, 열 사이클의 일종으로, 도 15에 나타내는 바와 같이, 브레이턴 사이클 매체를 압축하는 매체 압축기(101)와, 매체 압축기(101)에서 압축된 브레이턴 사이클 매체를 가열하는 매체 가열기(102)와, 매체 가열기(102)에서 가열된 브레이턴 사이클 매체로 구동하는 매체 터빈(103)과, 매체 터빈(103)으로부터 배기된 브레이턴 사이클 매체를 냉각하여 매체 압축기(101)로 되돌려 보내는 매체 냉각기(104)를 갖는다.
매체 가열기(102)는, 상술한 제1 반응 가스 냉각기(46g)이다. 이 제1 반응 가스 냉각기(46g)에는, 매체 압축기(101)에서 압축된 브레이턴 사이클 매체가 제3 열 매체 입구로부터 유입된다. 제1 반응 가스 냉각기(46g)에서는, 반응 가스(RG)와 브레이턴 사이클 매체의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)가 냉각되는 한편, 브레이턴 사이클 매체가 가열된다. 따라서, 제1 반응 가스 냉각기(46g)는, 반응 가스(RG)에 대해서는 반응 가스 냉각기로서 기능하고, 브레이턴 사이클 매체에 대해서는 매체 가열기로서 기능한다. 제1 반응 가스 냉각기(46g)의 제3 열 매체 출구로부터는, 이 제1 반응 가스 냉각기(46g)에서 가열된 브레이턴 사이클 매체가 유출된다. 이 브레이턴 사이클 매체는, 매체 터빈(103)으로 유입된다. 매체 냉각기(104)는, 상술한 제3 예열기(44n)이다. 이 제3 예열기(44n)에는, 매체 터빈(103)으로부터 배기된 브레이턴 사이클 매체가 제3 열 매체 입구로부터 유입된다. 제3 예열기(44n)에서는, 암모니아와 브레이턴 사이클 매체의 열 교환에 의하여, 암모니아가 가열되는 한편, 브레이턴 사이클 매체가 냉각된다. 따라서, 제3 예열기(44n)는, 암모니아에 대해서는 예열기로서 기능하고, 브레이턴 사이클 매체에 대해서는 매체 냉각기로서 기능한다.
열 사이클(110) 내를 순환하는 열 사이클 매체는, 예를 들면 이산화탄소이다. 이 열 사이클(110)은, 열 사이클 매체가 순환하는 과정에서 응축되는 경우에는 랭킨 사이클이고, 열 사이클 매체가 순환하는 과정에서 응축되지 않는 경우에는 브레이턴 사이클이다. 이 열 사이클(110)은, 도 15에 나타내는 바와 같이, 열 사이클 매체의 압력을 높이는 매체 승압기(111)와, 매체 승압기(111)에서 승압된 열 사이클 매체를 가열하는 매체 가열기(112)와, 매체 가열기(112)에서 가열된 열 사이클 매체로 구동하는 매체 터빈(113)과, 매체 터빈(113)으로부터 배기된 열 사이클 매체를 냉각하여 매체 승압기(111)로 되돌려 보내는 매체 냉각기(114)와, 재생 열 교환기(115)를 갖는다.
재생 열 교환기(115)는, 매체 승압기(111)에서 승압된 열 사이클 매체와 매체 터빈(113)으로부터 배기된 열 사이클 매체를 열 교환시키고, 매체 승압기(111)에서 승압된 열 사이클 매체를 가열하는 한편, 매체 터빈(113)으로부터 배기된 열 사이클 매체를 냉각한다. 이 재생 열 교환기(115) 에서 가열된 열 사이클 매체는, 매체 가열기(112)로 유입되고, 여기에서 더 가열된다. 또, 이 재생 열 교환기(115)에서 냉각된 열 사이클 매체는, 매체 냉각기(114)로 유입되고, 여기에서 더 냉각된다. 이 열 사이클의 매체 가열기(112)는, 상술한 제2 반응 가스 냉각기(46h)이다. 이 제2 반응 가스 냉각기(46h)에는, 매체 승압기(111)에서 승압된 후에 재생 열 교환기(115)에서 가열된 열 사이클 매체가 제3 열 매체 입구로부터 유입된다. 제2 반응 가스 냉각기(46h)에서는, 반응 가스(RG)와 열 사이클 매체의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)가 냉각되는 한편, 열 사이클 매체가 가열된다. 따라서, 제2 반응 가스 냉각기(46h)는, 반응 가스(RG)에 대해서는 반응 가스 냉각기로서 기능하고, 열 사이클 매체에 대해서는 매체 가열기로서 기능한다.
랭킨 사이클(120) 내를 순환하는 랭킨 사이클 매체는, 예를 들면 헥세인, 펜테인, 암모니아 등, 물보다 비점이 낮은 저비점 매체이다. 따라서, 이 랭킨 사이클(120)은, 저비점 매체 랭킨 사이클이다. 이 저비점 매체 랭킨 사이클(120)은, 열 사이클의 일종으로, 도 15에 나타내는 바와 같이, 저비점 매체를 승압하는 매체 승압기(121)와, 매체 승압기(121)에서 승압된 저비점 매체를 가열하여 기화시키는 매체 가열기(122)와, 매체 가열기(122)에서 기화한 저비점 매체로 구동하는 매체 터빈(123)과, 매체 터빈(123)으로부터 배기된 저비점 매체를 냉각하여 응축시키고 나서 매체 승압기(121)로 되돌려 보내는 매체 냉각기(124)와, 재생 열 교환기(125)를 갖는다.
재생 열 교환기(125)는, 매체 승압기(121)에서 승압된 저비점 매체와 매체 터빈(123)으로부터 배기된 저비점 매체를 열 교환시켜, 매체 승압기(121)에서 승압된 저비점 매체를 가열하는 한편, 매체 터빈(123)으로부터 배기된 저비점 매체를 냉각한다. 이 재생 열 교환기(125)에서 가열된 저비점 매체는, 매체 가열기(122)로 유입되고, 여기에서 더 가열되어 기화한다. 또, 이 재생 열 교환기(125)에서 냉각된 저비점 매체는, 매체 냉각기(124)로 유입되고, 여기에서 더 냉각되어 응축된다. 이 저비점 매체 랭킨 사이클(120)의 매체 가열기(122)는, 상술한 제4 반응 가스 냉각기(46j)이다. 이 제4 반응 가스 냉각기(46j)에는, 매체 승압기(121)에서 승압된 후에 재생 열 교환기(125)에서 가열된 저비점 매체가 제3 열 매체 입구로부터 유입된다. 제4 반응 가스 냉각기(46j)에서는, 반응 가스(RG)와 저비점 매체의 열 교환에 의하여, 반응 가스(RG)가 냉각되는 한편, 저비점 매체가 가열된다. 따라서, 제4 반응 가스 냉각기(46j)는, 반응 가스(RG)에 대해서는 반응 가스 냉각기로서 기능하고, 저비점 매체에 대해서는 매체 가열기로서 기능한다.
본 실시형태에서는, 암모니아(NH)를 가열하는 열 및 반응 가스(RG)를 냉각하는 열로 브레이턴 사이클(100)을 구동시킬 수 있으므로, 플랜트의 출력을 높일 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 반응 가스(RG)를 냉각하는 열로 열 사이클(110)이나 저비점 매체 랭킨 사이클(120)을 구동시킬 수 있으므로, 플랜트의 출력을 더 높일 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 제3 반응 가스 냉각기(46i)에 있어서, 반응 가스(RG)와의 열 교환으로 산화제를 가열하여, 이 산화제의 온도를 높일 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 각 반응기(45a, 45b) 내에서 열 분해 반응의 환경 온도를 높일 수 있고, 반응 가스(RG) 중의 잔류 암모니아의 농도를 낮게 할 수 있다.
본 실시형태의 플랜트는, 제5 실시형태의 플랜트에, 암모니아를 예열함과 함께 반응 가스(RG)를 냉각하기 위하여 하나의 열 사이클(110)을 추가함과 함께, 반응 가스(RG)를 냉각하기 위하여 2개의 열 사이클(100, 120)을 추가한 플랜트이다. 그러나, 이상의 3개의 열 사이클(100, 110, 120) 중, 어느 하나 또는 2개의 열 사이클만을 추가해도 된다.
[제9 실시형태]
원료 유체의 처리 플랜트의 제9 실시형태에 대하여, 도 16을 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트는, 도 9를 참조하여 설명한 제4 실시형태의 원료 유체의 처리 플랜트의 변형예이다. 제4 실시형태에 있어서의 처리 플랜트의 배열 이용 설비(20c)는, 배열 회수 보일러(21c)와, 이 배열 회수 보일러(21c)로부터의 증기를 이용하는 증기 이용 설비로서의 증기 터빈(31, 32, 33) 및 복수기(34)를 구비한다. 본 실시형태에 있어서의 처리 플랜트의 배열 이용 설비(20h)는, 제4 실시형태와 동일한 배열 회수 보일러(21c)와, 이 배열 회수 보일러(21c)로부터의 증기를 이용하는 증기 이용 설비로서의 복수의 증기 이용기(151, 152, 153)를 구비한다. 즉, 본 실시형태에 있어서의 처리 플랜트의 배열 이용 설비(20h)는, 제4 실시형태에 있어서의 처리 플랜트의 증기 터빈(31, 32, 33) 및 복수기(34) 대신에, 복수의 증기 이용기(151, 152, 153)를 구비한다.
본 실시형태에서는, 복수의 증기 이용기(151, 152, 153)로서, 고압 증기 이용기(153)와, 중압 증기 이용기(152)와, 저압 증기 이용기(151)를 갖는다.
고압 증기 이용기(153)의 증기 입구는, 배열 회수 보일러(21c)의 제3 고압 재열기(26c)의 출구와 고압 재열 증기 라인(84)에 의하여 접속되어 있다. 고압 증기 이용기(153)의 증기 출구는, 중압 증기 이용기(152)의 증기 입구와 고압 배기 증기 라인(85)에 의하여 접속되어 있다. 이 고압 배기 증기 라인(85)에는, 감압 밸브(154)가 마련되어 있다. 고압 배기 증기 라인(85) 중에서, 감압 밸브(154)보다 중압 증기 이용기 측의 위치로부터는, 제2 고압 배기 증기 라인(85b)이 분기하고 있다. 이 제2 고압 배기 증기 라인(85b)는, 제4 실시형태와 동일하게, 잔류 원료 제거 장치(130)의 리보일러(139)에 접속되어 있다. 중압 증기 이용기(152)의 증기 출구는, 저압 증기 이용기(151)의 증기 입구와 중압 배기 증기 라인(87)에 의하여 접속되어 있다. 이 중압 배기 증기 라인(87)에는, 감압 밸브(156)가 마련되어 있다. 중압 배기 증기 라인(87) 중에서, 감압 밸브(156)보다, 저압 증기 이용기 측의 위치에는, 저압 증기 라인(88)의 일단이 접속되어 있다. 이 저압 증기 라인(88)의 타단은, 제4 실시형태와 동일하게, 배열 회수 보일러(21c)에 있어서의 저압 과열기(23f)의 출구에 접속되어 있다. 저압 증기 이용기(151)의 출구는, 배열 회수 보일러(21c)와 급수 라인(35)에 의하여 접속되어 있다. 또한, 저압 증기 이용기(151)에서는, 증기 입구로부터 유입한 증기가 응축되고, 액상의 물로서, 출구로부터 유출된다. 본 실시형태에서는, 이때 발생하는 응축열도 이용한다.
본 실시형태에서는, 배열 회수 보일러(21c)와, 복수의 증기 이용기(151, 152, 153)를 가져, 배열 이용 열 사이클을 구성한다.
본 실시형태와 같이, 증기 터빈(31, 32, 33) 및 복수기(34) 대신에, 복수의 증기 이용기(151, 152, 153)를 마련해도, 원료 유체의 반응에 필요한 열이나, 이 반응에 수반되어 발생하는 열과, 배열 이용 열 사이클 내를 흐르는 열 사이클 매체(증기 또는 물)의 열의 사이에서, 온도 레벨에 따른 열 회수 또는 열 이용을 할 수 있다.
또한, 본 실시형태는, 제4 실시형태의 변형예이지만, 다른 실시형태 및 그 변형예에 있어서도, 본 실시형태와 동일하게, 증기 터빈(31, 32, 33) 및 복수기(34)의 대신에, 복수의 증기 이용기(151, 152, 153)를 마련해도 된다. 이 경우에 있어서도, 본 실시형태와 동일하게, 원료 유체의 반응에 필요한 열이나, 이 반응에 수반되어 발생하는 열과, 배열 이용 열 사이클 내를 흐르는 열 사이클 매체의 열의 사이에서, 온도 레벨에 따른 열 회수 또는 열 이용을 할 수 있다. 이상과 같이, 본 발명에 있어서의 열 사이클, 혹은, 배열 이용 열 사이클은, 동력을 취출하는 것에 한정되지 않고, 열 이용을 목적으로 하여 열 매체를 순환시키는 사이클이어도 된다.
[변형예]
제2 실시형태의 플랜트(도 5)에서는, 고압 과열기(25d)로부터의 고압 증기의 전체량을 제1 반응 가스 냉각기(46a)에서 승온한 후, 고압 증기 터빈(33)에 공급하고 있다. 그러나, 제1 반응 가스 냉각기(46a)의 배열만으로 충분한 열량이 얻어지지 않는 경우, 고압 과열기(25d)로부터의 고압 증기의 일부만을 제1 반응 가스 냉각기(46a)에서 승온한 후, 고압 증기 터빈(33)에 공급해도 된다. 이 경우, 배열 회수 보일러(21)의 가스 프레임(22) 내의 고압 과열기(25d)와 제1 열 매체 가열기(27)의 사이의 위치에 제3 고압 과열기를 마련한다. 고압 과열기(25d)를 나온 증기 중, 일부의 증기를 제1 반응 가스 냉각기(46a)로 보내고, 나머지의 증기를 제3 고압 과열기로 보내어, 제3 고압 과열기에서 과열한다. 제3 고압 과열기에서 과열된 증기는, 제3 고압 증기 라인을 통하여, 제2 고압 증기 라인(83b)에 합류하고, 제1 반응 가스 냉각기(46a)에서 승온된 증기와 혼합되어 고압 증기 터빈(33)에 공급된다.
제2 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 제3 열 매체 라인의 일종인 제1 고압 증기 라인(83a)이, 고압 과열기(25d)의 출구(랭킨 사이클 중의 제1 부)로부터 유출되는 증기의 전체량을 제1 반응 가스 냉각기(46a)로 유도한다. 또, 제3 열 매체 회수 라인의 일종인 제2 고압 증기 라인(83b)은, 제1 반응 가스 냉각기(46a)에서 반응 가스와 열 교환되어 과열된 증기를, 고압 과열기(25d)의 출구(제1 부)보다 높은 온도의 증기를 흐르게 하는 고압 증기 터빈(33)(제2 부)의 입구로 유도한다. 그러나, 이상에서 설명한 제2 실시형태의 변형예와 같이, 제3 열 매체 라인의 일종인 제1 고압 증기 라인(83a)이, 고압 과열기(25d)의 출구(랭킨 사이클 중의 제1 부)로부터 유출되는 증기의 일부를 제1 반응 가스 냉각기(46a)로 유도해도 된다. 제2 실시형태의 변형예에서는, 고압 과열기(25)에서 과열된 고압 증기의 나머지를 상기 제3 고압 과열기에서 더 과열하고, 이 증기를, 상기 제3 고압 증기 라인을 통하여 고압 증기 터빈(33)으로 유도한다. 이 변형예에 있어서, 제3 열 매체 회수 라인의 일종인 제2 고압 증기 라인(83b)은, 제1 반응 가스 냉각기(46a)에서 반응 가스와 열 교환되어 과열된 증기를, 고압 과열기(25d)의 출구(제1 부)보다 높은 온도의 증기가 흐르는 상기 제3 고압 증기 라인(제2 부)으로 유도한다. 상기 제3 고압 과열기에서 과열된 증기, 및 제1 반응 가스 냉각기(46a)에서 과열된 증기는, 상술한 바와 같이, 고압 증기 터빈(33)에 공급된다.
제4 실시형태의 플랜트는, 버너(28)로부터의 연료의 연소로 형성된 연소 가스와 제1 열 매체를 열 교환시켜, 제1 열 매체를 가열하는 어시스트 매체 가열 기구를, 제3 실시형태의 플랜트에 추가한 플랜트이다. 그러나, 이 어시스트 매체 가열 기구를 다른 실시형태의 플랜트에 추가해도 된다.
제5 실시형태의 플랜트는, 제2 실시형태의 플랜트에, 산화제 투입 장치(60)를 추가한 플랜트이다. 또, 제6 실시형태의 플랜트는, 제3 실시형태의 플랜트에, 산화제 투입 장치(60e)를 추가한 플랜트이다. 그러나, 산화제 투입 장치를 다른 실시형태의 플랜트에 추가해도 된다.
이상의 각 실시형태에서는, 반응기 내에서, 원료 유체(암모니아)를 고온의 제1 열 매체(수증기)와 열 교환시켜 가열하는 것을 필수로 하고 있다. 그러나, 원료 유체를 가열하는 방법으로서, 원료 유체를 제1 열 매체와 열 교환시켜 가열하는 방법을 필수로 하지 않아도 된다. 예를 들면, 제5 실시형태의 플랜트에 설치되어 있던 것 같은 산화제 투입 장치를 마련하고, 반응기(45)에 산화제를 투입하여, 원료 유체나 반응 가스를 산화시키는 것만으로, 원료 유체나 반응 가스를 가열하는 방법을 채용해도 된다. 또, 반응기 내의 원료 유체에 고온의 매체를 혼합시킴으로써, 반응기 내의 원료 유체를 가열하는 방법을 채용해도 된다. 어느 가열 방법에 의해서도, 반응기의 출구에 있어서의 반응 가스를 고온으로 할 수 있고, 당해 반응 가스와 연료나 열 사이클 매체를 열 교환시킴으로써, 연료나 열 사이클 매체의 온도를 높이고, 플랜트 효율을 높일 수 있다.
제8 실시형태의 플랜트는, 제5 실시형태의 플랜트에, 상술한 3개의 열 사이클(100, 110, 120)을 추가한 플랜트이다. 그러나, 3개의 열 사이클(100, 110, 120) 중, 적어도 하나의 열 사이클을 다른 플랜트에 추가해도 된다.
제5 실시형태 및 제8 실시형태의 플랜트는, 급수 예열기(37)를 구비하고 있다. 한편, 제1 내지 제4 실시형태, 제6 실시형태, 제7 실시형태의 플랜트는, 급수 예열기(37)을 구비하고 있지 않다. 그러나, 제1 내지 제4 실시형태, 제6 실시형태, 제7 실시형태의 플랜트에 급수 예열기(37)를 추가해도 된다.
이상의 각 실시형태에서는, 반응 가스(RG) 중으로부터 잔류 암모니아를 제거하는 방법으로서, 흡수탑(131)에 있어서, 반응 가스(RG)와 물을 접촉시키는 방법을 채용하고 있다. 그러나, 반응 가스(RG) 중으로부터 잔류 암모니아를 제거하는 방법으로서, 압력 변동 흡착법(PSA)을 채용해도 된다.
반응 가스(RG)에 포함되어 있는 잔류 암모니아의 농도가 낮은 경우, 이 반응 가스(RG)를 연료로서 가스 터빈(11)으로 보내도, 연료의 연소로 생성되는 배기 가스(EG) 중의 NOx 농도는 그다지 높아지지 않는다. 만일, 이 NOx 농도가 규젯값 이하인 경우에는, 이상의 각 실시형태에 있어서의 원료 반응 설비(40) 중의 잔류 원료 제거 장치(130)를 생략할 수 있다. 잔류 원료 제거 장치(130)를 생략할 수 있으면, 설비 비용을 억제할 수 있다. 또, 잔류 원료 제거 장치(130)를 생략할 수 있으면, 잔류 원료 제거 장치(130)에서의 암모니아 제거를 촉진하기 위하여 반응 가스(RG)를 냉각할 필요가 없어질 뿐만 아니라, 잔류 원료 제거 장치(130)로부터의 반응 가스(RG)를 가열하고 나서, 가스 터빈(11)으로 보낼 필요도 없어진다. 따라서, 잔류 원료 제거 장치(130)를 생략할 수 있으면, 반응 가스(RG)의 냉각 및 가열에 이용하는 열 에너지를 예를 들면, 증기 터빈(31, 32, 33)의 구동 등을 위하여 유효 활용할 수 있다.
이상의 본 실시형태의 반응 가스 이용 설비는, 가스 터빈 설비이다. 그러나, 원료 유체를 반응시켜, 이 반응으로 얻어진 반응 가스를 이용할 수 있으면, 가스 터빈 설비에 한정되지 않고, 예를 들면, 레시프로케이팅식 가스 엔진 설비나 연료 전지 설비나 보일러 설비여도 된다. 또, 반응 가스 이용 설비는, 화학 합성의 원료로서 반응 가스를 이용해도 된다. 또한, 얻어진 반응 가스를 저장, 수송하거나 하여 이용하는 것으로 해도 된다.
이상의 각 실시형태의 배기 가스 발생 설비는, 가스 터빈 설비이다. 그러나, 가동에 수반되어 배기 가스가 발생하는 설비이면, 가스 터빈 설비에 한정되지 않고, 예를 들면, 레시프로케이팅식 가스 엔진 설비나 연료 전지 설비, 보일러 설비여도 된다. 또, 배기 가스 발생 설비는 반응 가스나 처리 완료 반응 가스를 이용하고, 이 배기 가스 발생 설비가 반응 가스 이용 설비를 겸하고 있어도 된다. 이 경우, 반응 가스나 처리 완료 반응 가스 이외의 천연 가스나 석유, 석탄 등의 연료를 배기 가스 발생 설비에 공급해도 된다. 이 경우, 배기 가스 발생 설비는, 천연 가스나 석유, 석탄 등의 연료와, 반응 가스나 처리 완료 반응 가스와 병용해도 된다. 또한, 배기 가스 발생 설비에는, 반응 가스나 처리 완료 반응 가스 이외의 천연 가스나 석유, 석탄 등의 연료만을 공급해도 된다. 이 경우, 배기 가스 발생 설비는 반응 가스 이용 설비는 아니다.
이상의 실시형태의 플랜트에서는, 반응 가스 이용 설비와 배열 이용 설비의 보일러가 별개로 존재한다. 그러나, 연료를 연소시키고, 그 결과 생성된 배기 가스의 열을 이용하는 일반적인 보일러로, 반응 가스 이용 설비와 배열 이용 설비의 보일러를 구성하도록 해도 된다.
이상의 각 실시형태의 원료 유체는, 액체 암모니아이다. 그러나, 원료 유체는, 열 분해 반응 등의 반응으로 얻어지는 반응 가스를, 어느 하나의 반응 가스 이용 설비에서 이용할 수 있다면, 예를 들면, 메탄올이나, 다이메틸에터 등이어도 된다. 메탄올은, 열 분해 반응에 의하여 수소와 일산화탄소로 분해된다. 또, 메탄올 및 다이메틸에터는, 흡열 반응을 수반하는 수증기 개질 반응에 의하여, 수소와 이산화탄소가 생성된다. 또한, 수증기 개질 반응을 행하는 경우, 각 실시형태가 구비하고 있는, 배열 이용 설비의, 예를 들면 고압 과열기 출구 등으로부터 반응에 필요한 수증기를 이용해도 된다.
원료 유체를 반응시킴에 있어서, 배기 가스 등의 열원의 열 에너지 손실을 억제하여, 플랜트의 열 효율을 향상시킬 수 있다.
10, 10d, 10f: 반응 가스 이용 설비
11: 가스 터빈
11a: 공기 압축기
11b: 연소용 공기 통로
11c: 연소기
11d: 터빈
12: 연료 라인
12a: 제1 연료 라인
12b: 제2 연료 라인
12c: 분기 연료 라인
13: 연료 예열기
13a: 제1 연료 예열기
13b: 제2 연료 예열기
14a: 제1 연소용 공기 라인
14b: 제2 연소용 공기 라인
15: 천연 가스 라인
20, 20a, 20b, 20c, 20e, 20f, 20h: 배열 이용 설비
21, 21b, 21c, 21e, 21f: 배열 회수 보일러
22: 가스 프레임
23a: 제1 저압 절탄기
23b: 제2 저압 절탄기
23c: 저압 증발기
23d: 제1 저압 증발기
23e: 제2 저압 증발기
23f: 저압 과열기
24a: 중압 절탄기
24b: 중압 증발기
24p: 중압 펌프
25a: 제1 고압 절탄기
25b: 제2 고압 절탄기
25c: 고압 증발기
25d: 고압 과열기(제1 고압 과열기)
25e: 제2 고압 과열기
25p: 고압 펌프
26a: 제1 고압 재열기
26b: 제2 고압 재열기
26c: 제3 고압 재열기
27: 제1 열 매체 가열기
27a: 제1 저온 열 매체 가열기
27b: 제1 고온 열 매체 가열기
28: 버너
29: 구획 부재
29a: 제1 배기 가스 유로
29b: 제2 배기 가스 유로
31: 저압 증기 터빈
32: 중압 증기 터빈
33: 고압 증기 터빈
34: 복수기
35: 급수 라인
36: 급수 펌프
37: 급수 예열기
39: 굴뚝
40, 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g: 원료 반응 설비
41, 41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f, 41g: 원료 반응 장치
42: 암모니아 공급 라인
42a: 제1 암모니아 공급 라인
42b: 제2 암모니아 공급 라인
42c: 제3 암모니아 공급 라인
42d: 제4 암모니아 공급 라인
42e: 제5 암모니아 공급 라인
42f: 제6 암모니아 공급 라인
43: 원료 암모니아 펌프
44: 예열기
44a, 44c, 44e, 44j: 제1 예열기
44b, 44d, 44f, 44k: 제2 예열기
44g, 44m, 44n: 제3 예열기
44h: 제4 예열기
44i: 제5 예열기
45: 반응기
45a: 전반응기
45b: 후반응기
46: 반응 가스 냉각기
46a, 46c, 46e, 46g: 제1 반응 가스 냉각기
46b, 46d, 46f, 46h: 제2 반응 가스 냉각기
46i: 제3 반응 가스 냉각기
46j: 제4 반응 가스 냉각기
47: 반응 가스 라인
47a: 제1 반응 가스 라인
47b: 제2 반응 가스 라인
47c: 제3 반응 가스 라인
51: 제1 열 매체 라인
51a: 제1 저온 열 매체 라인
51b: 제1 고온 열 매체 라인
52: 제1 열 매체 회수 라인
52a: 제1 저온 열 매체 회수 라인
52b: 제1 고온 열 매체 회수 라인
53: 제1 열 매체 승압기
55: 열 매체 보충 라인
56: 열 매체 보충 밸브
60, 60e, 60g: 산화제 투입 장치
61: 산화제 수용 라인
62: 산화제 냉각기
62a: 제1 산화제 냉각기
62b: 제2 산화제 냉각기
63: 산화제 압축기
64: 산화제 가열기
65: 산화제 투입 라인
65a: 주산화제 투입 라인
65b, 65d: 제1 산화제 투입 라인
65c, 65e: 제2 산화제 투입 라인
71: 제1 리보일러용 매체 라인
72: 제2 리보일러용 매체 라인
73: 리보일러용 매체 회수 라인
74: 리보일러용 매체 승압기
75: 급수 회수 라인
75a: 제2 급수 회수 라인
76: 저압 가열수 라인
77: 중압 가열수 라인
78: 가열수 회수 라인
78a: 제1 가열수 회수 라인
78b: 제2 가열수 회수 라인
78c: 제3 가열수 회수 라인
78d: 연결 저압 가열수 라인
78e: 제1 연결 가열수 라인(연결 저압 가열수 라인)
78f: 제2 연결 가열수 라인
79: 고압 급수 라인
80: 고압 급수 회수 라인
81: 고압 가열수 라인
81a: 제2 고압 가열수 라인
82: 고압 가열수 회수 라인
82a: 제2 고압 가열수 회수 라인
83: 고압 증기 라인
83a: 제1 고압 증기 라인
83b: 제2 고압 증기 라인
84: 고압 재열 증기 라인
85: 고압 배기 증기 라인
85a: 제1 고압 배기 증기 라인
85b: 제2 고압 배기 증기 라인
85c: 제3 고압 배기 증기 라인
86: 고압 증기 회수 라인
87: 중압 배기 증기 라인
87a: 제2 중압 배기 증기 라인
88: 저압 증기 라인
88a: 저온 저압 증기 라인
89: 연결 중압 증기 라인
90: 저압 추기 증기 라인
91: 분기 급수 라인
91a: 제2 분기 급수 라인
92: 연결 급수 라인
93: 중압 추기 증기 라인
94: 추기 증기 회수 라인
95: 추기 증기 라인
100: 브레이턴 사이클
101: 매체 압축기
102: 매체 가열기
103: 매체 터빈
104: 매체 냉각기
110: 열 사이클
120: 저비점 매체 랭킨 사이클
111, 121: 매체 승압기
112, 122: 매체 가열기
113, 123: 매체 터빈
114, 124: 매체 냉각기
115, 125: 재생 열 교환기
130: 잔류 원료 제거 장치
131: 흡수탑
132: 재생탑
133: 암모니아수 라인
134: 물 라인
135: 물 공급 펌프
136: 열 교환기
137: 물 순환 라인
138: 응축기
139: 리보일러
140: 회수 암모니아 라인
141: 회수 암모니아 승압기
151: 저압 증기 이용기
152: 중압 증기 이용기
153: 고압 증기 이용기
154, 156: 감압 밸브
T: 암모니아 탱크
EG: 배기 가스
NH: 원료 유체(암모니아)
NHg: 기체 암모니아(또는 기상의 암모니아)
RG: 반응 가스
RGp: 처리 완료 반응 가스
NG: 천연 가스

Claims (49)

  1. 배기 가스를 발생하는 배기 가스 발생 설비와,
    배열 이용 설비와,
    원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 설비를 구비하고,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 배기 가스가 흐르는 가스 프레임과, 상기 가스 프레임 내에 마련되며, 제1 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 제1 열 매체를 가열하는 제1 열 매체 가열기와, 상기 가스 프레임 내이며, 상기 제1 열 매체 가열기보다 상기 배기 가스의 흐름의 하류 측에 배치되고, 상기 제1 열 매체와는 다른 제2 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜 상기 제2 열 매체를 가열하는 제2 열 매체 가열기를 가지며,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 예열하는 예열기와, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 반응기와, 상기 제1 열 매체가 흐르는 제1 열 매체 라인과, 상기 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 라인을 가지며,
    상기 반응기는, 상기 원료 유체와 상기 제1 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하여 반응시키는 열 교환기이고,
    상기 예열기는, 상기 원료 유체와 상기 제2 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하는 열 교환기이며,
    상기 제1 열 매체 라인은, 상기 제1 열 매체 가열기에서 가열된 상기 제1 열 매체를 상기 반응기로 유도하고,
    상기 제2 열 매체 라인은, 상기 제2 열 매체 가열기에서 가열된 상기 제2 열 매체를 상기 예열기로 유도하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 열 매체 라인을 흐르는 상기 제1 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱이, 상기 제2 열 매체 라인을 흐르는 상기 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 큰, 원료 유체의 처리 플랜트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배열 이용 설비는, 열 사이클 매체가 순환하는 배열 이용 열 사이클을 갖고, 상기 배기 가스의 열을 이용하여, 상기 열 사이클 매체를 가열하며, 가열된 상기 열 사이클 매체를 이용 가능한, 원료 유체의 처리 플랜트.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기 가스 발생 설비는, 상기 반응 가스를 연료로서 이용하는 반응 가스 이용 설비인, 원료 유체의 처리 플랜트.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체와의 열 교환 후의 상기 제1 열 매체를 상기 반응기로부터 상기 제1 열 매체 가열기로 되돌려 보내는 제1 열 매체 회수 라인을 갖는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 반응기는, 상기 원료 유체와의 열 교환 전의 상기 제1 열 매체와 상기 원료 유체와의 열 교환 후의 상기 제1 열 매체에서 상변화시키지 않도록 구성되어 있는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 열 매체와 상기 제2 열 매체 중, 적어도 일방의 열 매체는, 상기 열 사이클 매체와 동일한 물질인, 원료 유체의 처리 플랜트.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 일방의 열 매체의 압력은, 상기 배열 이용 열 사이클 내에 있어서의 상기 열 사이클 매체의 최고 압력보다 낮은, 원료 유체의 처리 플랜트.
  9. 배기 가스를 발생하는 배기 가스 발생 설비와,
    열 사이클 매체가 순환하는 배열 이용 열 사이클을 갖고, 상기 배기 가스의 열을 이용하여, 상기 열 사이클 매체를 가열하며, 가열된 상기 열 사이클 매체를 이용하는 배열 이용 설비와,
    원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 설비를 구비하고,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 배기 가스가 흐르는 가스 프레임과, 상기 가스 프레임 내에 마련되며, 제1 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 제1 열 매체를 가열하는 제1 열 매체 가열기를 갖고,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 예열하는 예열기와, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 반응기와, 제1 열 매체가 흐르는 제1 열 매체 라인과, 상기 제1 열 매체와는 다른 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 라인을 가지며,
    상기 반응기는, 상기 원료 유체와 상기 제1 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하여 반응시키는 열 교환기이고,
    상기 예열기는, 상기 원료 유체와 상기 제2 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하는 열 교환기이며,
    상기 제1 열 매체 라인은, 상기 제1 열 매체 가열기에서 가열된 상기 제1 열 매체를 상기 반응기로 유도하고,
    상기 제2 열 매체 라인은, 상기 제2 열 매체를 상기 예열기로 유도하며,
    상기 반응기는, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 전반응기와, 상기 전반응기로부터의 가스를 더 가열하여, 상기 전반응기로부터의 가스에 포함되는 상기 원료 유체를 반응시키는 후반응기를 갖고,
    상기 제1 열 매체 가열기는, 상기 제1 열 매체의 일종인 제1 저온 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 제1 저온 열 매체를 가열하는 제1 저온 열 매체 가열기와, 상기 제1 열 매체의 일종인 제1 고온 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 제1 고온 열 매체를 가열하는 제1 고온 열 매체 가열기를 가지며,
    상기 제1 고온 열 매체 가열기는, 상기 가스 프레임 내에서, 상기 제1 저온 열 매체 가열기보다, 상기 배기 가스의 흐름의 상류 측에 배치되고,
    상기 제1 열 매체 라인은, 상기 제1 저온 열 매체가 흐르는 제1 저온 열 매체 라인과, 상기 제1 고온 열 매체가 흐르는 제1 고온 열 매체 라인을 가지며,
    상기 제1 저온 열 매체 라인은, 상기 제1 저온 열 매체 가열기에 접속되고, 상기 배기 가스로 가열된 상기 제1 저온 열 매체를 상기 전반응기로 유도하며,
    상기 제1 고온 열 매체 라인은, 상기 제1 고온 열 매체 가열기에 접속되고, 상기 배기 가스로 가열된 상기 제1 고온 열 매체를 상기 후반응기로 유도하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 배기 가스의 열을 이용하여 물을 증기로 하는 배열 회수 보일러를 갖고,
    상기 배열 회수 보일러는, 상기 가스 프레임을 가지며,
    상기 제1 저온 열 매체 및 상기 제1 고온 열 매체는, 모두, 물 또는 증기인, 원료 유체의 처리 플랜트.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 가스 프레임 내를 흐르는 상기 배기 가스 중에, 연료를 분사하여, 상기 연료를 연소시키는 버너를 갖고,
    상기 버너는, 상기 가스 프레임 내에서, 상기 제1 고온 열 매체 가열기보다, 상기 배기 가스의 흐름의 상류 측에 배치되며,
    상기 제1 고온 열 매체 가열기는, 상기 버너로부터 분사된 상기 연료의 연소로 생성되는 연소 가스와 상기 제1 고온 열 매체를 열 교환시켜, 상기 제1 고온 열 매체를 가열하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 저온 열 매체 라인을 흐르는 상기 제1 저온 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱이, 상기 제1 고온 열 매체 라인을 흐르는 상기 제1 고온 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 큰, 원료 유체의 처리 플랜트.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 가스 프레임 내를 흐르는 상기 배기 가스 중에, 연료를 분사하여, 상기 연료를 연소시키는 버너를 갖고,
    상기 버너는, 상기 가스 프레임 내에서, 상기 제1 열 매체 가열기보다, 상기 배기 가스의 흐름의 상류 측에 배치되며,
    상기 제1 열 매체 가열기는, 상기 버너로부터 분사된 상기 연료의 연소로 생성되는 연소 가스와 상기 제1 열 매체를 열 교환시켜, 상기 제1 열 매체를 가열하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  14. 청구항 11 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 가스 프레임 내에 있어서의 상기 제1 열 매체 가열기보다 상기 배기 가스의 흐름의 상류 측을, 상기 배기 가스의 일부가 흐르는 제1 배기 가스 유로와 상기 배기 가스의 나머지 부분이 흐르는 제2 배기 가스 유로로 구획하는 구획 부재를 갖고,
    상기 버너는, 상기 제1 배기 가스 유로 내에 상기 연료를 분사하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  15. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 반응기에서 생성된 상기 반응 가스가 흐르는 반응 가스 라인과, 상기 반응 가스 라인을 흐르는 상기 반응 가스 중에 포함되어 있는 원료 유체인 잔류 원료를 제거하고, 상기 잔류 원료가 제거된 반응 가스인 처리 완료 반응 가스를 배출하는 잔류 원료 제거 장치를 가지며,
    상기 배기 가스 발생 설비는, 상기 반응 가스의 일부인 상기 처리 완료 반응 가스를 이용하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 열 매체는, 상기 반응 가스이고, 상기 제2 열 매체 라인은, 상기 반응 가스 라인인, 원료 유체의 처리 플랜트.
  17. 배기 가스를 발생하는 배기 가스 발생 설비와,
    배열 이용 설비와,
    원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 설비를 구비하고,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 배기 가스가 흐르는 가스 프레임과, 상기 가스 프레임 내에 마련되며, 제2 열 매체의 일종인 기화용 제2 열 매체와 상기 배기 가스를 열교환시켜, 상기 기화용 제2 열 매체를 가열하는 기화용 제2 열 매체 가열기와, 상기 가스 프레임 내이며, 상기 기화용 제2 열 매체 가열기보다 상기 배기 가스의 흐름의 상류 측에 배치되고, 상기 제2 열 매체의 일종이며 상기 기화용 제2 열 매체와 다른 가스 가열용 제2 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 가스 가열용 제2 열 매체를 가열하는 가스 가열용 제2 열 매체 가열기를 가지며,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 예열하는 예열기와, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 반응기와, 제1 열 매체가 흐르는 제1 열 매체 라인과, 상기 제1 열 매체와는 다른 상기 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 라인을 가지며,
    상기 반응기는, 상기 원료 유체와 상기 제1 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하여 반응시키는 열 교환기이고,
    상기 예열기는, 액체의 상기 원료 유체를 가열하여 기화시키는 기화기와, 상기 기화기로부터의 기체의 원료 유체를 가열하는 가스 가열기를 갖고,
    상기 기화기는, 상기 기화용 제2 열 매체와 상기 액체의 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 액체의 원료 유체를 가열하는 열 교환기이며,
    상기 가스 가열기는, 상기 가스 가열용 제2 열 매체와 상기 기체의 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 기체의 원료 유체를 가열하는 열 교환기이고,
    상기 제1 열 매체 라인은, 상기 제1 열 매체를 상기 반응기로 유도하고,
    상기 제2 열 매체 라인은, 상기 기화용 제2 열 매체 가열기에서 가열된 상기 기화용 제2 열 매체를 상기 기화기로 유도하는 기화용 제2 열 매체 라인과, 상기 가스 가열용 제2 열 매체 가열기에서 가열된 가스 가열용 제2 열 매체를 상기 가스 가열기로 유도하는 가스 가열용 제2 열 매체 라인을 갖는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 기화기 내를 흐르는 상기 기화용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱이, 상기 가스 가열기 내를 흐르는 상기 가스 가열용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 큰, 원료 유체의 처리 플랜트.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 기화기는, 기체의 상기 기화용 제2 열 매체를 수용하여, 상기 기체의 기화용 제2 열 매체와 상기 액체의 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 기체의 기화용 제2 열 매체를 냉각하여 응축시키는 능력을 갖는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 기화기는, 상기 액체의 원료 유체를 액체 그대로 승온시키는 액상 예열기와, 상기 액상 예열기로부터의 상기 액체의 원료 유체를 가열하여 기화시키는 상변화 예열기를 갖고,
    상기 액상 예열기는, 상기 기화용 제2 열 매체의 일종인 액상 예열용 제2 열 매체와 상기 액체의 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 액체의 원료 유체를 가열하는 열 교환기이며,
    상기 상변화 예열기는, 상기 기화용 제2 열 매체의 일종이고 상기 액상 예열용 제2 열 매체와 다른 상변화 예열용 제2 열 매체와 상기 액상 예열기로부터의 상기 액체의 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 액체의 원료 유체를 가열하는 열 교환기인, 원료 유체의 처리 플랜트.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 상변화 예열기 내를 흐르는 상기 상변화 예열용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱이, 상기 액상 예열기 내를 흐르는 상기 액상 예열용 제2 열 매체의 정압 비열과 유량의 곱보다 큰, 원료 유체의 처리 플랜트.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 상변화 예열기는, 기체의 상기 상변화 예열용 제2 열 매체를 수용하여, 상기 기체의 상변화 예열용 제2 열 매체와 상기 액상 예열기로부터의 상기 액체의 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 기체의 상변화 예열용 제2 열 매체를 냉각하여 응축시키는 능력을 갖는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  23. 청구항 3 및 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 열 사이클을 구비하고,
    상기 하나 이상의 열 사이클은, 상기 열 사이클 매체가 순환하는 상기 배열 이용 열 사이클을 포함하며,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 회수 라인을 갖고,
    상기 제2 열 매체는, 상기 하나 이상의 열 사이클 중 제1 열 사이클 내를 흐르는 제1 열 사이클 매체의 적어도 일부이며,
    상기 제2 열 매체 라인은, 상기 제1 열 사이클 중의 제1 부를 흐르는 상기 제1 열 사이클 매체를 상기 제2 열 매체로서 상기 예열기로 유도하고,
    상기 제2 열 매체 회수 라인은, 상기 제1 열 사이클 중에서 상기 제1 부를 흐르는 제1 열 사이클 매체보다 낮은 온도의 상기 제1 열 사이클 매체가 흐르는 제2 부에, 상기 원료 유체와의 열 교환으로 냉각된 상기 제1 열 사이클 매체를 유도하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 제1 열 사이클은, 상기 배열 이용 열 사이클이고,
    상기 제1 열 사이클 매체는, 상기 배열 이용 열 사이클 내를 순환하는 상기 열 사이클 매체로서의 물 또는 증기인, 원료 유체의 처리 플랜트.
  25. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배열 이용 설비는, 열 사이클 매체가 순환하는 배열 이용 열 사이클을 갖고, 열원의 열을 이용하여, 상기 열 사이클 매체를 가열하며, 가열된 상기 열 사이클 매체를 이용 가능하고,
    상기 배열 이용 설비의 상기 제2 열 매체 가열기는, 상기 열 사이클 매체의 적어도 일부를 상기 제2 열 매체로 하여, 상기 제2 열 매체를 가열하며,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 회수 라인을 갖고,
    상기 제2 열 매체 라인은, 상기 제2 열 매체 가열기에서 가열된 상기 제2 열 매체를 상기 예열기로 유도하며,
    상기 제2 열 매체 회수 라인은, 상기 배열 이용 열 사이클 중에서 상기 제2 열 매체 가열기 중의 상기 열 사이클 매체보다 낮은 온도의 상기 열 사이클 매체가 흐르는 부분에, 상기 예열기에서 냉각된 후의 상기 열 사이클 매체를 유도하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  26. 청구항 1 내지 청구항 13 및 청구항 17 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    기체의 작동 매체가 순환하는 브레이턴 사이클을 더 구비하고,
    상기 브레이턴 사이클은, 상기 작동 매체를 압축하는 매체 압축기와, 상기 매체 압축기에서 압축된 작동 매체를 가열하는 매체 가열기와, 상기 매체 가열기에서 가열된 작동 매체로 구동하는 매체 터빈과, 상기 매체 터빈으로부터 배기된 작동 매체를 냉각하는 매체 냉각기를 가지며,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 회수 라인을 갖고,
    상기 매체 냉각기는, 상기 예열기의 적어도 일부를 구성하며,
    상기 제2 열 매체 라인은, 상기 매체 터빈으로부터 배기된 상기 작동 매체를 상기 제2 열 매체로서 상기 매체 냉각기로 유도하고,
    상기 제2 열 매체 회수 라인은, 상기 매체 냉각기에서, 상기 원료 유체와의 열 교환으로 냉각된 상기 작동 매체를 상기 제2 열 매체로서 상기 매체 압축기로 유도하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  27. 배기 가스를 발생하는 배기 가스 발생 설비와,
    배열 이용 설비와,
    원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 설비를 구비하고,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 배기 가스가 흐르는 가스 프레임과, 상기 가스 프레임 내에 마련되며, 제1 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 제1 열 매체를 가열하는 제1 열 매체 가열기를 갖고
    상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 예열하는 예열기와, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 반응기와, 상기 제1 열 매체가 흐르는 제1 열 매체 라인과, 상기 제1 열 매체와는 다른 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 라인을 가지며,
    상기 반응기는, 상기 원료 유체와 상기 제1 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하여 반응시키는 열 교환기이고,
    상기 예열기는, 상기 원료 유체와 상기 제2 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하는 열 교환기이며,
    상기 제1 열 매체 라인은, 상기 제1 열 매체 가열기에서 가열된 상기 제1 열 매체를 상기 반응기로 유도하고,
    상기 제2 열 매체 라인은, 상기 제2 열 매체를 상기 예열기로 유도하고,
    상기 예열기는, 상기 가스 프레임 내에서, 상기 제1 열 매체 가열기보다 상기 배기 가스의 흐름의 하류 측에 배치되고, 상기 원료 유체와 상기 제2 열 매체로서의 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하는 열 교환기이며,
    상기 제2 열 매체 라인은, 상기 가스 프레임의 일부를 가져 구성되어 있는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 가스 프레임 내에 배치되며, 액상의 열 사이클 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 액상의 상기 열 사이클 매체를 기상의 상기 열 사이클 매체로 하는 하나 이상의 증발기를 갖고,
    상기 예열기는, 상기 가스 프레임 내에서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류 측의 증발기보다 상기 하류 측에 배치되며,
    상기 배기 가스의 흐름 방향에서, 상기 제1 열 매체 가열기와 상기 예열기의 사이에는, 하나 이상의 상기 증발기 중 적어도 하나의 증발기가 배치되어 있는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  29. 청구항 15에 있어서,
    제3 열 매체가 흐르며, 가열된 상기 제3 열 매체를 이용하는 열 사이클을 구비하고,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 열 사이클에 접속되어 있는 제3 열 매체 라인 및 제3 열 매체 회수 라인과, 반응 가스를 냉각하는 반응 가스 냉각기를 가지며,
    상기 반응 가스 냉각기는, 상기 반응 가스 라인 중에 마련되고, 상기 반응 가스 라인을 흐르는 상기 반응 가스를 상기 제3 열 매체와 열 교환시켜, 상기 반응 가스를 냉각하는 한편 상기 제3 열 매체를 가열하며,
    상기 제3 열 매체 라인은, 가열되기 전의 상기 제3 열 매체의 적어도 일부를 상기 열 사이클로부터 상기 반응 가스 냉각기로 유도하고,
    상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 반응 가스 냉각기에서 가열된 후의 상기 제3 열 매체를 상기 열 사이클로 유도하며,
    상기 잔류 원료 제거 장치는, 상기 반응 가스 냉각기에서 냉각된 상기 반응 가스로부터 상기 잔류 원료를 제거하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 배기 가스 발생 설비는, 가스 터빈을 갖고,
    상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 연소용 공기를 생성하는 공기 압축기와, 상기 처리 완료 반응 가스를 연료로서 상기 연소용 공기 중에서 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스로 구동하여 상기 연소 가스를 상기 배기 가스로서 배출하는 터빈을 가지며,
    상기 열 사이클은, 상기 배기 가스 발생 설비에 포함되는 상기 가스 터빈을 가져 구성되는 가스 터빈 사이클이고,
    상기 제3 열 매체 라인은, 상기 잔류 원료 제거 장치로부터의 상기 처리 완료 반응 가스를 상기 제3 열 매체로서 상기 반응 가스 냉각기로 유도하며,
    상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 반응 가스 냉각기에서 가열된 후의 상기 처리 완료 반응 가스를 상기 연소기로 유도하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  31. 청구항 29에 있어서,
    상기 배기 가스 발생 설비는, 가스 터빈을 갖고,
    상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 연소용 공기를 생성하는 공기 압축기와, 상기 처리 완료 반응 가스를 연료로서 상기 연소용 공기 중에서 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스로 구동하여 상기 연소 가스를 상기 배기 가스로서 배출하는 터빈을 가지며,
    상기 열 사이클은, 상기 배기 가스 발생 설비에 포함되는 상기 가스 터빈을 가져 구성되는 가스 터빈 사이클이고,
    상기 제3 열 매체 라인은, 상기 공기 압축기로부터의 상기 연소용 공기를 상기 제3 열 매체로서 상기 반응 가스 냉각기로 유도하며,
    상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 반응 가스 냉각기에서 가열된 후의 상기 연소용 공기를 상기 연소기로 유도하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  32. 청구항 29에 있어서,
    상기 배기 가스 발생 설비는, 가스 터빈을 갖고,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 가스 터빈으로부터 배기된 배기 가스의 열을 이용하여 물을 증발시키는 배열 회수 보일러와, 상기 배열 회수 보일러로부터의 증기로 구동하는 증기 터빈과, 상기 증기 터빈으로부터 배기된 증기를 물로 되돌리는 복수기와, 상기 복수기 내의 물을 상기 배열 회수 보일러로 보내는 급수 펌프를 가지며,
    상기 열 사이클은, 상기 배열 회수 보일러와, 상기 증기 터빈과, 상기 복수기와, 상기 급수 펌프를 가져 구성되는 랭킨 사이클이고,
    상기 제3 열 매체 라인은, 상기 랭킨 사이클 중의 제1 부를 흐르는 물 또는 증기의 적어도 일부를 상기 제3 열 매체로서 상기 반응 가스 냉각기로 유도하며,
    상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 랭킨 사이클 중에서 상기 제1 부를 흐르는 물 또는 증기보다 높은 온도의 물 또는 증기가 흐르는 제2 부로, 상기 반응 가스 냉각기에서 가열된 후의 물 또는 증기를 유도하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  33. 청구항 29에 있어서,
    물보다 비점이 낮은 저비점 매체가 순환하는 저비점 매체 랭킨 사이클을 구비하고,
    상기 저비점 매체 랭킨 사이클은, 액상의 저비점 매체의 압력을 높이는 매체 승압기와, 상기 매체 승압기에서 승압된 상기 액상의 저비점 매체를 가열하여 기상의 저비점 매체로 하는 매체 가열기와, 상기 매체 가열기로부터의 상기 기상의 저비점 매체로 구동하는 매체 터빈과, 상기 매체 터빈으로부터 배기된 상기 기상의 저비점 매체를 냉각하여 응축시키는 매체 냉각기를 가지며,
    상기 열 사이클은, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클이고,
    상기 반응 가스 냉각기는, 상기 매체 가열기를 이루며,
    상기 제3 열 매체 라인은, 상기 매체 승압기에서 승압된 상기 액상의 저비점 매체를 상기 제3 열 매체로서, 상기 매체 가열기를 이루는 상기 반응 가스 냉각기로 유도하고,
    상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 반응 가스 냉각기로부터의 상기 기상의 저비점 매체를 상기 매체 터빈으로 유도하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  34. 청구항 29에 있어서,
    기체의 작동 매체가 순환하는 브레이턴 사이클을 구비하고,
    상기 브레이턴 사이클은, 상기 작동 매체를 압축하는 매체 압축기와, 상기 매체 압축기에서 압축된 작동 매체를 가열하는 매체 가열기와, 상기 매체 가열기에서 가열된 작동 매체로 구동하는 매체 터빈과, 상기 매체 터빈으로부터 배기된 작동 매체를 냉각하는 매체 냉각기를 가지며,
    상기 열 사이클은, 상기 브레이턴 사이클이고,
    상기 반응 가스 냉각기는, 상기 매체 가열기를 이루며,
    상기 제3 열 매체 라인은, 상기 매체 압축기로부터의 상기 작동 매체를 상기 제3 열 매체로서, 상기 매체 가열기를 이루는 상기 반응 가스 냉각기로 유도하고,
    상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 반응 가스 냉각기로부터의 상기 작동 매체를 상기 매체 터빈으로 유도하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  35. 청구항 1 내지 청구항 13, 청구항 17 내지 청구항 22, 청구항 27 및 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 산화 반응시키는 산화제를, 상기 예열기를 통과한 후의 상기 원료 유체 중에 투입하는 산화제 투입 장치를 갖는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 반응기는, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 전반응기와, 상기 전반응기로부터의 가스에 포함되는 상기 원료 유체를 더 반응시키는 후반응기를 갖고,
    상기 산화제 투입 장치는, 상기 예열기를 통과한 후이며 상기 전반응기로부터 유출되기 전의 상기 원료 유체와, 상기 전반응기를 통과한 가스이며 상기 후반응기로부터 유출되기 전의 가스 중, 적어도 일방에 상기 산화제를 투입하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  37. 원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 설비를 구비하고,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 예열하는 예열기와, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 반응기와, 제1 열 매체가 흐르는 제1 열 매체 라인과, 상기 제1 열 매체와는 다른 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 라인을 가지며,
    상기 반응기는, 상기 원료 유체와 상기 제1 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하여 반응시키는 열 교환기이고,
    상기 예열기는, 상기 원료 유체와 상기 제2 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하는 열 교환기이며,
    상기 제1 열 매체 라인은, 상기 제1 열 매체를 상기 반응기로 유도하고,
    상기 제2 열 매체 라인은, 상기 제2 열 매체를 상기 예열기로 유도하며,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 산화 반응시키는 산화제를, 상기 예열기를 통과한 후의 상기 원료 유체 중에 투입하는 산화제 투입 장치를 더 갖고,
    상기 반응기는, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 전반응기와, 상기 전반응기로부터의 가스에 포함되는 상기 원료 유체를 더 반응시키는 후반응기를 갖고,
    상기 산화제 투입 장치는, 상기 예열기를 통과한 후이며 상기 전반응기로부터 유출되기 전의 상기 원료 유체와, 상기 전반응기를 통과한 가스이며 상기 후반응기로부터 유출되기 전의 가스 중, 적어도 일방에 상기 산화제를 투입하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 산화제 투입 장치는, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기를 갖고,
    상기 산화제 투입 장치는, 상기 압축 공기를 상기 산화제로서, 상기 예열기를 통과한 후의 상기 원료 유체 중에 투입하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  39. 청구항 38에 있어서,
    가스 터빈을 더 구비하고,
    상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 연소용 공기를 생성하는 공기 압축기와, 상기 연소용 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스로 구동하여 상기 연소 가스를 배기 가스로서 배출하는 터빈을 가지며,
    상기 산화제 투입 장치의 상기 압축기의 적어도 일부는, 상기 가스 터빈의 상기 공기 압축기이고,
    상기 산화제 투입 장치는, 상기 공기 압축기로부터의 상기 연소용 공기의 일부를 상기 산화제로서, 상기 예열기를 통과한 후의 상기 원료 유체 중에 투입하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  40. 원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 설비를 구비하고,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 예열하는 예열기와, 상기 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 반응기와, 제1 열 매체가 흐르는 제1 열 매체 라인과, 상기 제1 열 매체와는 다른 제2 열 매체가 흐르는 제2 열 매체 라인을 가지며,
    상기 반응기는, 상기 원료 유체와 상기 제1 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하여 반응시키는 열 교환기이고,
    상기 예열기는, 상기 원료 유체와 상기 제2 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하는 열 교환기이며,
    상기 제1 열 매체 라인은, 상기 제1 열 매체를 상기 반응기로 유도하고,
    상기 제2 열 매체 라인은, 상기 제2 열 매체를 상기 예열기로 유도하며,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 산화 반응시키는 산화제를, 상기 예열기를 통과한 후의 상기 원료 유체 중에 투입하는 산화제 투입 장치를 더 갖고,
    상기 산화제 투입 장치는, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기를 가지며,
    가스 터빈을 더 구비하고,
    상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 연소용 공기를 생성하는 공기 압축기와, 상기 연소용 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스로 구동하여 상기 연소 가스를 배기 가스로서 배출하는 터빈을 가지며,
    상기 산화제 투입 장치의 상기 압축기의 적어도 일부는, 상기 가스 터빈의 상기 공기 압축기이고,
    상기 산화제 투입 장치는, 상기 공기 압축기로부터의 상기 연소용 공기의 일부를 상기 산화제로서, 상기 예열기를 통과한 후이며 상기 반응기로부터 유출되기 전의 상기 원료 유체 중에 투입하고,
    상기 반응기는, 상기 연소기와는 별개로 마련되어 있는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  41. 원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 설비와,
    제3 열 매체가 흐르고, 가열된 상기 제3 열 매체를 이용하는 열 사이클을 구비하며,
    상기 원료 반응 설비는, 상기 원료 유체를 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 반응기와, 상기 반응기에서 생성된 상기 반응 가스가 흐르는 반응 가스 라인과, 상기 열 사이클에 접속되어 있는 제3 열 매체 라인 및 제3 열 매체 회수 라인과, 상기 반응 가스를 냉각하는 반응 가스 냉각기를 갖고,
    상기 반응 가스 냉각기는, 상기 반응 가스 라인 중에 마련되며, 상기 반응 가스 라인을 흐르는 상기 반응 가스를 상기 제3 열 매체와 열 교환시켜, 상기 반응 가스를 냉각하는 한편 상기 제3 열 매체를 가열하고,
    상기 제3 열 매체 라인은, 가열되기 전의 상기 제3 열 매체의 적어도 일부를 상기 열 사이클로부터 상기 반응 가스 냉각기로 유도하며,
    상기 제3 열 매체 회수 라인은, 상기 반응 가스 냉각기에서 가열된 후의 상기 제3 열 매체를 상기 열 사이클로 유도하고,
    상기 반응 가스 냉각기는, 상기 반응기의 상기 원료 유체의 입구에 있어서의 상기 원료 유체의 온도보다 높은 온도로까지 상기 제3 열 매체를 가열하는 능력을 갖는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  42. 청구항 41에 있어서,
    상기 원료 반응 설비에서 생성된 상기 반응 가스를 연소시켜 배기 가스를 발생하는 배기 가스 발생 설비를 더 구비하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  43. 청구항 1 내지 청구항 13, 청구항 17 내지 청구항 22, 청구항 27, 청구항 28 및 청구항 42 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 가스 발생 설비는, 가스 터빈을 갖고,
    상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 연소용 공기를 생성하는 공기 압축기와, 상기 반응 가스를 연료로서 상기 연소용 공기 중에서 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스로 구동하여 상기 연소 가스를 배기 가스로서 배출하는 터빈을 갖는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  44. 청구항 1 내지 청구항 13, 청구항 17 내지 청구항 22, 청구항 27 및 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 배기 가스의 열을 이용하여 물을 증발시키는 배열 회수 보일러와, 상기 배열 회수 보일러로부터의 증기로 구동하는 증기 터빈과, 상기 증기 터빈으로부터 배기된 증기를 물로 되돌리는 복수기와, 상기 복수기 내의 물을 상기 배열 회수 보일러로 유도하는 급수 라인과, 상기 급수 라인에 마련되어 있는 급수 펌프를 갖고,
    상기 배열 회수 보일러는, 상기 가스 프레임을 갖는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  45. 청구항 44에 있어서,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 급수 라인을 흐르는 물과, 상기 증기 터빈으로부터 추기한 증기를 열 교환시켜, 상기 물을 가열하는 급수 예열기를 갖는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  46. 청구항 1 내지 청구항 13, 청구항 17 내지 청구항 22, 청구항 27, 청구항 28 및 청구항 37 내지 청구항 42 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 유체는, 암모니아이며,
    상기 반응기는, 상기 암모니아를 가열하여 열 분해 반응시켜, 질소와 수소를 포함하는 반응 가스를 생성하는, 원료 유체의 처리 플랜트.
  47. 배기 가스를 발생하는 배기 가스 발생 설비와,
    배열 이용 설비와,
    원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 설비를 구비하고,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 배기 가스가 흐르는 가스 프레임과, 상기 가스 프레임 내에 마련되며, 제1 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 제1 열 매체를 가열하는 제1 열 매체 가열기와, 상기 가스 프레임 내이며, 상기 제1 열 매체 가열기보다 상기 배기 가스의 흐름의 하류 측에 배치되고, 상기 제1 열 매체와는 다른 제2 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜 상기 제2 열 매체를 가열하는 제2 열 매체 가열기를 갖는, 처리 플랜트에 있어서의 원료 유체의 처리 방법에 있어서,
    상기 원료 반응 설비는, 원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 공정을 실행하고,
    상기 원료 반응 공정은, 원료 예열 공정과, 반응 실행 공정을 포함하며,
    상기 원료 예열 공정에서는, 상기 제2 열 매체 가열기에서 가열된 상기 제2 열 매체와 상기 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하고,
    상기 반응 실행 공정에서는, 상기 원료 예열 공정에서 가열된 원료 유체와, 상기 제1 열 매체 가열기에서 가열된 상기 제1 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는, 원료 유체의 처리 방법.
  48. 배기 가스를 발생하는 배기 가스 발생 설비와,
    열 사이클 매체가 순환하는 배열 이용 열 사이클을 갖고, 상기 배기 가스의 열을 이용하여, 상기 열 사이클 매체를 가열하며, 가열된 상기 열 사이클 매체를 이용하는 배열 이용 설비와,
    원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 설비를 구비하고,
    상기 배열 이용 설비는, 상기 배기 가스가 흐르는 가스 프레임과, 상기 가스 프레임 내에 마련되며, 제1 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 제1 열 매체를 가열하는 제1 열 매체 가열기를 갖는, 처리 플랜트에 있어서의 원료 유체의 처리 방법에 있어서,
    상기 원료 반응 설비는, 원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 공정을 실행하고,
    상기 원료 반응 공정은, 원료 예열 공정과, 반응 실행 공정을 포함하며,
    상기 원료 예열 공정에서는, 상기 제1 열 매체와는 다른 제2 열 매체와 상기 원료 유체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 가열하고,
    상기 반응 실행 공정에서는, 반응기 내에서, 상기 원료 예열 공정에서 가열된 원료 유체와, 상기 제1 열 매체 가열기에서 가열된 상기 제1 열 매체를 열 교환시켜, 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하고,
    상기 반응기는, 예열기에서 예열된 상기 원료 유체를 더 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 전반응기와, 상기 전반응기로부터의 가스를 더 가열하여, 상기 전반응기로부터의 가스에 포함되는 상기 원료 유체를 반응시키는 후반응기를 갖고,
    상기 제1 열 매체 가열기는, 상기 제1 열 매체의 일종인 제1 저온 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 제1 저온 열 매체를 가열하는 제1 저온 열 매체 가열기와, 상기 제1 열 매체의 일종인 제1 고온 열 매체와 상기 배기 가스를 열 교환시켜, 상기 제1 고온 열 매체를 가열하는 제1 고온 열 매체 가열기를 가지며,
    상기 제1 고온 열 매체 가열기는, 상기 가스 프레임 내에서, 상기 제1 저온 열 매체 가열기보다, 상기 배기 가스의 흐름의 상류 측에 배치되고,
    상기 전반응기는, 상기 제1 저온 열 매체 가열기에서 가열된 상기 제1 저온 열 매체로 상기 원료 유체를 가열하고,
    상기 후반응기는, 상기 제1 고온 열 매체 가열기에서 가열된 상기 제1 고온 열 매체로 상기 전반응기로부터의 가스에 포함되는 상기 원료 유체를 반응시키는, 원료 유체의 처리 방법
  49. 원료 유체를 가열하여 반응시켜, 반응 가스를 생성하는 원료 반응 공정과,
    제3 열 매체를 흐르게 하여, 가열된 상기 제3 열 매체를 이용하는 열 사이클 실행 공정을 실행하고,
    상기 원료 반응 공정은, 반응기 내에서 상기 원료 유체를 가열하여 반응시켜 반응 가스를 생성하는 반응 실행 공정과, 상기 반응 실행 공정에서 생성된 상기 반응 가스를 냉각하는 반응 가스 냉각 공정을 포함하며,
    상기 반응 가스 냉각 공정에서는, 가열되기 전의 상기 제3 열 매체의 적어도 일부와 상기 반응 가스를 열 교환시켜, 상기 반응 가스를 냉각하는 한편 상기 제3 열 매체를 가열하고,
    상기 열 사이클 실행 공정에서는, 상기 반응 가스 냉각 공정에서 가열된 상기 제3 열 매체를 이용하고
    상기 반응 가스 냉각 공정에서는, 상기 반응기의 상기 원료 유체의 입구에 있어서의 상기 원료 유체의 온도보다 높은 온도로까지 상기 제3 열 매체를 가열하는, 원료 유체의 처리 방법.
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