KR20210121192A - 암모니아 분해 설비, 이를 구비하는 가스 터빈 플랜트, 암모니아 분해 방법 - Google Patents
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Abstract
암모니아 분해 설비(50)는 가스 터빈(11)에서 발생한 열로 가열된 열매체가 흐르는 열매체 라인(85)과, 암모니아가 흐르는 암모니아 공급 라인(81)과, 암모니아 분해 장치(51)와, 암모니아 제거 장치(61)를 구비한다. 암모니아 분해 장치(51)는 열매체 라인(85)으로부터의 열매체의 열을 이용하여, 암모니아 공급 라인(81)으로부터의 암모니아를 열분해하여, 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함하는 분해가스(DG)를 생성한다. 암모니아 제거 장치(61)는 암모니아 분해 장치(51)로부터의 분해가스(DG) 중에 포함되는 잔류 암모니아를 제거한다.
Description
본 발명은 암모니아를 분해하는 암모니아 분해 설비, 이를 구비하는 가스 터빈 플랜트, 암모니아 분해 방법에 관한 것이다.
본원은 2019년 3월 15일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2019-049013 호에 근거하여 우선권을 주장하고, 이 내용을 본 명세서에 원용한다.
지구 환경 보전을 위해 CO2 배출량을 삭감하기 위해, 연소해도 CO2를 배출하지 않는 수소를 연료로서 이용하는 것이 유력한 선택사항이 되고 있다. 그러나, 예를 들면, 가스 터빈의 연료로서 넓게 사용되고 있는 액화 천연가스 등의 연료와 비교해서, 수소는, 그 수송이나 저장은 용이하지 않다. 그 때문에, 수소로 변환 가능한 암모니아를 연료로서 이용하는 것이 검토되고 있다.
이하의 특허문헌 1에는, 암모니아를 가열하여, 이 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 분해 장치를 구비한 가스 터빈 플랜트가 기재되어 있다. 본 가스 터빈 플랜트의 분해 장치는 펌프에서 승압된 액체 암모니아와 가스 터빈으로부터 배기된 배기가스를 열교환시켜서, 암모니아를 가열하여, 이 암모니아를 열분해시켜서, 수소와 질소를 포함하는 분해가스로 한다. 이 분해가스는, 그대로 가스 터빈의 연소기로 인도된다.
또한, 이하의 특허문헌 2에도, 암모니아를 가열하여, 이 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 가열 장치를 구비한 가스 터빈 플랜트가 기재되어 있다. 본 가스 터빈 플랜트의 가열 장치는, 액체 암모니아와 가스 터빈으로부터 배기된 배기가스를 열교환시켜서, 암모니아를 가열하여, 이 암모니아를 열분해시켜서, 수소와 질소를 포함하는 분해가스로 한다. 이 분해가스는 가스 터빈의 연소기에 도입된다. 암모니아의 열분해는 열분해 환경의 압력이 낮은 쪽이 촉진된다. 이 때문에, 본 특허문헌 2에서는, 암모니아의 열분해 환경의 압력으로서 1㎫를 예시하고 있다. 본 가스 터빈 플랜트는 가열 장치로부터의 분해가스를 연소기에 도입 가능한 압력으로 하기 위해, 분해가스를 승압하는 분해가스 압축기를 구비하고 있다. 본 특허문헌 2에서는, 분해가스 압축기에서 승압된 분해가스의 압력으로서, 즉, 분해가스를 연소기에 도입 가능한 압력으로서, 5㎫를 예시하고 있다.
암모니아의 열분해로 생성되는 분해가스 중에는, 수소와 질소 외에, 암모니아가 남아 있는 경우가 많다. 분해가스 중에 포함되는 잔류 암모니아를 연소시켰을 경우, 연소용 공기와 반응하여, NOx가 생성된다. NOx는, 외부 환경에 영향을 준다. 이 때문에, 이 NOx의 배출량은 환경 기준 등에 의해 규제되고 있다.
그래서, 본 발명은 잔류 암모니아를 줄일 수 있는 암모니아 분해 설비, 이를 구비하는 가스 터빈 플랜트, 암모니아 분해 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 일 태양으로서의 암모니아 분해 설비는, 가스 터빈에서 발생한 열로 가열된 열매체가 흐르는 열매체 라인과, 암모니아가 흐르는 암모니아 공급 라인과, 상기 열매체 라인 및 상기 암모니아 공급 라인에 접속되고, 상기 열매체 라인으로부터의 상기 열매체의 열을 이용하여, 상기 암모니아 공급 라인으로부터의 상기 암모니아를 열분해하여, 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함하는 분해가스를 생성하는 암모니아 분해 장치와, 상기 암모니아 분해 장치로부터의 상기 분해가스 중에 포함되는 상기 잔류 암모니아를 제거하는 암모니아 제거 장치와, 상기 암모니아 제거 장치에서 상기 잔류 암모니아가 제거된 분해가스인 처리완료 가스를 가스 이용 대상으로 인도하는 처리완료 가스 공급 라인을 구비한다.
본 태양의 암모니아 분해 설비는, 암모니아를 열분해하는 암모니아 분해 장치 외에, 이 암모니아 분해 장치에서 생성된 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함하는 분해가스로부터 잔류 암모니아를 제거하는 암모니아 제거 장치를 구비한다. 이 때문에, 본 태양에서는, 가스 이용 대상으로 보내는 가스 중에 포함되는 잔류 암모니아의 농도를 억제할 수 있다.
또한, 본 태양에서는, 암모니아를 열분해할 때, 가스 터빈의 구동으로 발생한 열을 이용하므로, 별도, 암모니아를 열분해하기 위한 열을 발생시키는 전용의 기기를 마련하는 경우보다, 암모니아 분해 설비를 동작시키기 위한 에너지 코스트를 억제할 수 있다.
본 명세서에서, 상기 태양의 암모니아 분해 설비에 있어서, 상기 암모니아 제거 장치에 접속되고, 상기 암모니아 제거 장치에서 제거된 상기 잔류 암모니아를 상기 암모니아 공급 라인으로 인도하는 암모니아 회수 라인을 구비해도 좋다.
본 태양에서는, 암모니아 제거 장치에서 제거된 잔류 암모니아가 암모니아 공급 라인으로 되돌아오므로, 원료로서의 암모니아 중에서 소용없게 되는 양을 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 이상의 몇 개의 상기 태양의 암모니아 분해 설비에 있어서, 상기 암모니아 공급 라인에 마련되고, 상기 암모니아 공급 라인을 흐르는 상기 암모니아를 상기 가스 이용 대상 내의 압력보다 높은 압력으로 승압하는 암모니아 승압기를 구비해도 좋다.
암모니아의 열분해는 저압 환경 하의 쪽이 촉진된다. 이 때문에, 저압 환경 하에서 암모니아를 열분해하고 나서, 분해 후의 가스를 가스 이용 대상에 보내기 위해서 승압기에서 승압하는 방법이 고려된다. 암모니아의 분해 반응 후의 가스의 체적은, 반응 전의 암모니아 가스의 체적의 2배가 된다. 이 때문에, 분해 반응 후의 가스를 승압하는 승압기의 크기는, 반응 전의 암모니아 가스를 승압하는 승압기의 크기보다 크다. 또한, 분해 반응 후의 가스를 승압하는 승압기의 승압 동력은, 반응 전의 암모니아 가스를 승압하는 승압기의 승압 동력보다 크다. 즉, 본 방법에서는, 설비 코스트 및 러닝 코스트가 늘어난다. 한편, 본 태양에서는, 암모니아 분해 장치에 공급하기 전의 암모니아를, 암모니아 승압기에서, 가스 이용 대상 내의 압력보다 높은 압력에까지 승압하고 있으므로, 암모니아를 분해한 후의 가스를 승압하고 있지 않아도, 가스 이용 대상 내로 인도될 수 있다. 따라서, 본 태양에서는, 설비 코스트 및 러닝 코스트를 억제할 수 있다.
이상의 몇 개의 상기 태양의 암모니아 분해 설비에 있어서, 상기 암모니아 제거 장치는 암모니아 흡수기와, 암모니아 분리기를 가져도 좋다. 본 경우, 상기 암모니아 흡수기는 상기 암모니아 분해 장치로부터의 상기 분해가스와 물을 접촉시켜서, 상기 분해가스 중의 상기 잔류 암모니아를 상기 수중에 용해시키는 한편, 상기 처리완료 분해가스를 배기한다. 또한, 본 경우, 상기 암모니아 분리기는 분리탑과, 물 가열기를 갖는다. 상기 분리탑은 상기 잔류 암모니아가 용해한 상기 물인 암모니아수와 수증기를 접촉시키고, 상기 암모니아수를 가열하여, 상기 암모니아수로부터 암모니아를 분리한다. 상기 물 가열기는 상기 암모니아수로부터 암모니아가 분리된 물을 가열하여 수증기로 한 후, 수증기를 상기 분리탑에 되돌린다.
상기 물 가열기를 구비하는 상기 태양의 암모니아 분해 설비에 있어서, 상기 열매체 라인인 제 1 열매체 라인 외에, 상기 가스 터빈에서 발생한 열로 가열된 열매체가 흐르는 제 2 열매체 라인을 더 구비한다. 본 경우, 상기 물 가열기는 상기 암모니아수로부터 암모니아가 분리된 물과 상기 제 2 열매체 라인으로부터의 열매체를 열교환시켜서, 상기 물을 수증기로 하는 열교환기이다.
본 태양에서는, 물을 가열할 때, 가스 터빈의 구동으로 발생한 열을 이용하므로, 별도, 물을 가열하기 위한 열을 발생시키는 전용의 기기를 마련하는 경우보다, 암모니아 분해 설비를 동작시키기 위한 에너지 코스트를 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 일 태양으로서의 가스 터빈 플랜트는,
이상의 몇 개의 상기 태양의 암모니아 분해 설비와, 상기 가스 터빈을 구비한다. 상기 가스 터빈은 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 공기 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜서 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스로 구동하는 터빈을 갖는다. 본 경우, 상기 처리완료 가스 공급 라인은, 상기 연소기를 상기 가스 이용 대상으로 하여, 상기 처리완료 가스를 상기 연소기로 인도한다.
본 태양의 암모니아 분해 설비는 전술한 바와 같이, 가스 이용 대상으로 보내는 가스 중에 포함되는 잔류 암모니아의 농도를 억제할 수 있다. 따라서, 본 태양에서는, 가스 이용 대상인 연소기에서 연료의 연소로 생성되는 배기가스 중의 NOx 농도를 억제할 수 있다. 게다가, 본 태양에서는, 탄소를 포함하지 않는 수소를 연소시키는 것에 의해, 가스 이용 대상인 연소기에서 연료의 연소로 생성되는 배기가스 중의 CO2량을 저감할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 다른 태양으로서의 가스 터빈 플랜트는,
이상의 몇 개의 상기 태양의 암모니아 분해 설비와, 상기 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터 배기된 배기가스의 열로 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러를 구비한다. 본 경우, 상기 열매체 라인은 상기 배열 회수 보일러에 접속되고, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 상기 열매체로 하여, 상기 암모니아 분해 장치로 인도한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른, 그리고 다른 태양으로서의 가스 터빈 플랜트는,
상기 제 2 열매체 라인을 구비하는 상기 태양의 암모니아 분해 설비와, 상기 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터 배기된 배기가스의 열로 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러를 구비한다. 본 경우, 상기 제 2 열매체 라인은 상기 배열 회수 보일러에 접속되고, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 상기 열매체로 하여, 상기 물 가열기로 인도한다.
본 명세서에서, 상기 또다른 태양으로서의 가스 터빈 플랜트에 있어서, 상기 제 1 열매체 라인은 상기 배열 회수 보일러에 접속되고, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 상기 열매체로 하여, 상기 암모니아 분해 장치로 인도해도 좋다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 일 태양으로서의 암모니아 분해 방법은,
가스 터빈에서 발생한 열로 가열된 열매체의 열을 이용하여, 암모니아 분해 장치 내에서 암모니아를 열분해하여, 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함하는 분해가스를 생성하는 암모니아 분해 공정과, 상기 분해가스 중에 포함되는 상기 잔류 암모니아를 제거하는 암모니아 제거 공정과, 상기 암모니아 제거 공정에서 상기 잔류 암모니아가 제거된 분해가스인 처리완료 가스를 가스 이용 대상으로 인도하는 처리완료 가스 공급 공정을 실행한다.
본 명세서에서, 상기 태양의 암모니아 분해 방법에 있어서, 상기 암모니아 제거 공정에서 제거된 상기 잔류 암모니아를 상기 암모니아 분해 공정에서 열분해되기 전의 암모니아에 합류시키는 암모니아 회수 공정을 실행해도 좋다.
또한, 이상의 몇 개의 상기 태양의 암모니아 분해 방법에 있어서, 상기 암모니아 분해 공정에서 열분해되기 전의 암모니아를 상기 가스 이용 대상 내의 압력보다 높은 압력으로 승압하고 나서, 승압후의 암모니아를 상기 암모니아 분해 장치에 공급하는 암모니아 공급 공정을 실행해도 좋다.
또한, 이상의 몇 개의 상기 태양의 암모니아 분해 방법에 있어서, 상기 암모니아 제거 공정은 암모니아 흡수 공정과, 암모니아 분리 공정을 포함해도 좋다. 본 경우, 상기 암모니아 흡수 공정에서는, 상기 암모니아 분해 공정의 실행에서 얻어진 상기 분해가스와 물을 접촉시켜서, 상기 분해가스 중의 상기 잔류 암모니아를 수중에 용해시키는 한편, 상기 처리완료 분해가스를 배출한다. 또한, 본 경우, 상기 암모니아 분리 공정에서는, 분리 실행 공정과, 물 가열 공정을 포함한다. 상기 분리 실행 공정에서는, 상기 잔류 암모니아가 용해한 물인 암모니아수와 수증기를 접촉시켜서, 상기 암모니아수로부터 암모니아를 증발 분리한다. 상기 물 가열 공정에서는, 상기 암모니아수로부터 암모니아가 분리된 물을 가열하여, 상기 분리 실행 공정에서 이용하는 수증기로 한다.
상기 물 가열 공정을 실행하는 상기 태양의 암모니아 분해 방법에 있어서, 상기 물 가열 공정에서는, 상기 암모니아수로부터 암모니아가 분리된 물과 상기 가스 터빈에서 발생한 열로 가열된 열매체를 열교환시켜서, 상기 물을 가열해도 좋다.
또한, 이상의 몇 개의 상기 태양의 암모니아 분해 방법에 있어서, 상기 처리완료 가스 공급 공정에서는, 상기 가스 터빈의 연소기를 상기 가스 이용 대상으로 하여, 상기 처리완료 가스를 상기 연소기로 인도해도 좋다.
이상의 몇 개의 상기 태양의 암모니아 분해 방법에 있어서, 상기 처리완료 가스 중의 잔류 암모니아 농도를, 상기 가스 터빈으로부터 배기되는 배기가스 중의 질소 산화물 농도가 소망의 값이 되도록 해도 좋다. 이 소망의 값이란, 배기가스 중의 질소 산화물 농도가 본 플랜트의 설치 지점에서의 질소 산화물 농도의 환경 규제에 적합한 값, 또는 배기가스의 경로에 탈질 장치를 마련하는 경우는 탈질후의 질소 산화물 농도가 환경 규제에 적합한 값이 되도록 결정할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 암모니아의 열분해로 생성된 분해가스 중의 잔류 암모니아를 줄일 수 있다. 게다가, 본 발명의 일 태양에 의하면, 암모니아 분해 설비를 동작시키기 위한 에너지 코스트를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비의 계통도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 장치에서의 암모니아 분해 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는 암모니아의 열분해 환경에서의 각종 온도 및 각종 압력과 잔류 암모니아 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 잔류 암모니아 농도와 배기가스 중의 NOx 농도의 예측 값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비의 계통도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 장치에서의 암모니아 분해 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는 암모니아의 열분해 환경에서의 각종 온도 및 각종 압력과 잔류 암모니아 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 잔류 암모니아 농도와 배기가스 중의 NOx 농도의 예측 값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
본 발명의 암모니아 분해 설비를 구비한 가스 터빈 플랜트의 각종 실시형태 및 각종 변형예에 대해서, 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
「제 1 실시형태」
가스 터빈 플랜트의 제 1 실시형태에 대해서, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는 도 1에 도시되는 바와 같이, 가스 터빈 설비(10)와, 배열 회수 보일러(20)와, 증기 터빈 설비(30)와, 암모니아 분해 설비(50)를 구비한다.
가스 터빈 설비(10)는 가스 터빈(11)과, 가스 터빈(11)으로 연료를 인도하는 연료 라인(12)과, 연료 라인(12)을 흐르는 연료의 유량을 검지하는 유량계(13)와, 연료 라인(12)을 흐르는 연료를 예열하는 예열기(14)와, 가스 터빈(11)에 공급하는 연료의 유량을 조절하는 연료 조절 밸브(15)를 구비한다.
가스 터빈(11)은 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 공기 압축기(11a)와, 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜서 연소 가스를 생성하는 연소기(11b)와, 연소 가스로 구동하는 터빈(11c)을 갖는다. 연소기(11b)는 수소를 주성분으로 하는 가스 연료를 안정하여 연소 가능한 구조로 되어 있다. 공기 압축기(11a)는 압축기 로터와, 이 압축기 로터를 덮는 압축기 케이싱을 갖는다. 터빈(11c)은 터빈 로터와, 이 터빈 로터를 덮는 터빈 케이싱을 갖는다. 압축기 로터와 터빈 로터는, 서로 연결되어서 가스 터빈 로터(11d)를 이룬다. 연료 라인(12)은 연소기(11b)에 접속되어 있다. 이 연료 라인(12)에, 전술한, 유량계(13), 예열기(14), 및 연료 조절 밸브(15)가 마련되어 있다.
배열 회수 보일러(20)는 가스 터빈(11)으로부터의 배기가스(EG)가 흐르는 보일러 프레임(21)과, 저압 증기 발생계(22)와, 중압 증기 발생계(23)와, 제 1 고압 증기 발생계(26)와, 제 2 고압 증기 발생계(27)와, 중압 펌프(24)와, 고압 펌프(28)를 갖는다. 본 명세서에서, 보일러 프레임(21) 내의 배기가스(EG)의 흐름에 관한 상류측을 간단히 상류측이라 하고, 그 반대측을 하류측이라 한다. 보일러 프레임(21)에서 가장 하류측의 단부에는, 배기가스(EG)를 대기에 배기하는 스택(29)이 접속되어 있다.
저압 증기 발생계(22)는 절탄기(22a)와, 증발기(22b)와, 과열기(22c)를 갖는다. 절탄기(22a)는 물과 배기가스(EG)를 열교환시켜서, 물을 가열하여 열수(熱水)로 한다. 증발기(22b)는 절탄기(22a)로부터의 열수의 일부와 배기가스(EG)를 열교환시켜서, 물을 가열하여 수증기로 한다. 과열기(22c)는 증발기(22b)로부터의 수증기와 배기가스(EG)를 열교환시켜서 수증기를 과열한다. 절탄기(22a), 증발기(22b)의 적어도 일부, 과열기(22c)는 모두, 보일러 프레임(21) 내에 배치되어 있다. 절탄기(22a), 증발기(22b)의 적어도 일부, 과열기(22c)는 이 순서로, 하류측으로부터 상류측을 향해서 나열되어 있다.
중압 증기 발생계(23), 제 1 고압 증기 발생계(26), 제 2 고압 증기 발생계(27)는 도시되어 있지 않지만, 모두, 저압 증기 발생계(22)와 마찬가지로, 절탄기와, 증발기와, 과열기를 갖는다. 중압 펌프(24)는 저압 증기 발생계(22)의 절탄기(22a)로부터의 열수의 일부를 승압하고 나서, 중압 증기 발생계(23)의 절탄기에 보낸다. 고압 펌프(28)는 저압 증기 발생계(22)의 절탄기(22a)로부터의 열수의 다른 일부를 승압하고 나서, 제 1 고압 증기 발생계(26)의 절탄기 및 제 2 고압 증기 발생계(27)의 절탄기에 보낸다.
각 증기 발생계(22, 23, 26, 27)의 과열기 중, 제 1 고압 증기 발생계(26)의 과열기는 보일러 프레임(21) 내에서, 다른 과열기보다 상류측에 배치되어 있다. 제 2 고압 증기 발생계(27)의 과열기는 보일러 프레임(21) 내에서, 제 1 고압 증기 발생계(26)의 과열기보다 하류측에 배치되어 있다. 중압 증기 발생계(23)의 과열기는 보일러 프레임(21) 내에서, 제 2 고압 증기 발생계(27)의 과열기보다 하류측에 배치되어 있다. 저압 증기 발생계(22)의 과열기(22c)는 보일러 프레임(21) 내에서, 중압 증기 발생계(23)의 과열기보다 하류측에 배치되어 있다.
증기 터빈 설비(30)는 저압 증기 터빈(31)과, 중압 증기 터빈(32)과, 고압 증기 터빈(33)과, 복수기(35)와, 복수 펌프(36)를 갖는다. 저압 증기 터빈(31)은 저압 증기 터빈 로터와, 저압 증기 터빈 로터를 덮는 케이싱을 갖는다. 중압 증기 터빈(32)은 중압 증기 터빈 로터와, 중압 증기 터빈 로터를 덮는 케이싱을 갖는다. 고압 증기 터빈(33)은 고압 증기 터빈 로터와, 고압 증기 터빈 로터를 덮는 케이싱을 갖는다. 저압 증기 터빈 로터, 중압 증기 터빈 로터, 및 고압 증기 터빈 로터는, 서로 연결되어서 하나의 증기 터빈 로터(34)를 이룬다. 이 증기 터빈 로터(34)의 일단에는, 전술의 가스 터빈 로터(11d)가 연결되어 있다. 또한, 이 증기 터빈 로터(34)의 타단에는, 발전기(39)가 접속되어 있다.
제 2 고압 증기 발생계(27)의 과열기와 고압 증기 터빈(33)의 증기 입구는, 고압 증기 라인(43)으로 접속되어 있다. 중압 증기 발생계(23)의 과열기와 중압 증기 터빈(32)의 증기 입구는, 중압 증기 라인(42)으로 접속되어 있다. 중압 증기 터빈(32)의 증기 입구는 게다가, 고압 배기 증기 라인(44)으로, 고압 증기 터빈(33)의 증기 출구와 접속되어 있다. 저압 증기 발생계(22)의 과열기(22c)와 저압 증기 터빈(31)의 증기 입구는 저압 증기 라인(41)으로 접속되어 있다. 저압 증기 터빈(31)의 증기 입구는 게다가, 중압 배기 증기 라인(45)으로, 중압 증기 터빈(32)의 증기 출구와 접속되어 있다. 저압 증기 터빈(31)의 증기 출구에는, 전술의 복수기(35)가 접속되어 있다. 본 복수기(35)는 저압 증기 터빈(31)으로부터 배기된 증기를 액상의 물로 되돌린다. 복수기(35)와 저압 증기 발생계(22)의 절탄기(22a)는 급수 라인(47)으로 접속되어 있다. 본 급수 라인(47) 중에 전술의 복수 펌프(36)가 마련되어 있다.
암모니아 분해 설비(50)는 암모니아 공급 라인(81)과, 암모니아 승압기(80)와, 암모니아 분해 장치(51)와, 암모니아 제거 장치(61)와, 처리완료 가스 공급 라인(82)을 구비한다.
암모니아 공급 라인(81)은 액체 암모니아가 비축되는 암모니아 탱크(T)와, 암모니아 분해 장치(51)를 접속한다. 암모니아 탱크(T)에 비축되어 있는 액체 암모니아는, 예를 들면, 수소를 원료로서 제조된 것이다. 이 수소는 예를 들면, 풍력이나 태양광 등의 재생 가능 에너지로 발전한 전력을 사용하여, 물을 전기 분해 하는 것에 의해 얻어진 수소, 또는 천연가스를 수증기 개질함으로써 얻어진 수소이다. 수소는 액화 천연가스와 비교해서, 그 수송이나 저장은 용이하지 않다. 이 때문에, 이상과 같이 얻어진 수소를 이용하여, 그 수송이나 저장이 용이한 액체 암모니아를 제조하고, 이 액체 암모니아를 암모니아 탱크(T)에 비축한다. 암모니아 승압기(80)는 암모니아 공급 라인(81)에 마련되어 있다. 본 암모니아 승압기(80)는 펌프이다. 암모니아 승압기(80)는 암모니아 공급 라인(81)을 흐르는 액체 암모니아를 승압한다. 암모니아 분해 장치(51)는 제 1 열매체(M1)의 열을 이용하여, 암모니아 공급 라인(81)으로부터의 암모니아를 열분해하여, 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함하는 분해가스(DG)를 생성한다. 암모니아 제거 장치(61)는 암모니아 분해 장치(51)로부터의 분해가스(DG) 중에 포함되는 잔류 암모니아를 제거한다. 또한, 이하에서는, 암모니아 제거 장치(61)에서, 잔류 암모니아가 제거된 분해가스(DG)를 처리완료 가스(PG)로 한다. 처리완료 가스 공급 라인(82)은 처리완료 가스(PG)를 가스 이용 대상으로 인도한다.
본 실시형태에 있어서의 가스 이용 대상은, 가스 터빈(11)의 연소기(11b)이다. 본 연소기(11b)에는, 전술한 바와 같이, 연료 라인(12)이 접속되어 있다. 전술의 처리완료 가스 공급 라인(82)은, 암모니아 제거 장치(61)와 연료 라인(12)을 접속한다. 본 연료 라인(12)에는, 게다가, 기동시 연료(SF)가 흐르는 기동시 연료 라인(16)이 접속되어 있다.
암모니아 분해 장치(51)는 도 2에 도시되는 바와 같이, 암모니아 가열기(52)와, 암모니아 분해기(53)를 갖는다.
암모니아 가열기(52)는 암모니아 공급 라인(81) 중에 마련되어 있다. 본 암모니아 가열기(52)는 암모니아 공급 라인(81)을 흐르는 액체 암모니아와, 분해가스(DG)를 열교환시키는 열교환기이다. 암모니아 가열기(52)는 액체 암모니아와 분해가스(DG)의 열교환에 의해, 액체 암모니아를 가열하여, 이 액체 암모니아를 기상(氣相)의 암모니아로 한다.
암모니아 분해기(53)는 암모니아 공급 라인(81)으로부터의 기상의 암모니아와, 제 1 열매체(M1)를 열교환시키는 열교환기이다. 본 암모니아 분해기(53)는 암모니아와 제 1 열매체(M1)의 열교환으로 암모니아를 가열하고, 암모니아를 열분해시켜서, 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함한 분해가스(DG)를 생성한다. 이 암모니아 분해기(53) 내는, 전열관 등에서 형성되는 전열벽에 의해, 암모니아 또는 분해가스(DG)가 흐르는 대상 가스 공간과, 제 1 열매체(M1)가 흐르는 매체 공간으로 나누어져 있다. 전열벽은 예를 들면, Ni 강으로 형성되어 있다. 대상 가스 공간 내에는, 암모니아의 열분해를 촉진하기 위한 촉매가 충전되어 있다. 이 촉매는 분해 반응을 활성화시키는 촉매 성분과, 촉매 성분을 담지하는 담체를 갖는다. 촉매 성분으로서는, 예를 들면, Ru 등의 귀금속의 입자, Ni, Co, Fe 등의 천이 금속을 포함하는 금속 입자가 있다. 담체로서는, Al2O3, ZrO2, Pr2O3, La2O3, MgO 등의 산화 금속이 있다. 또한, 촉매는 암모니아의 분해 반응을 활성화시키는 것이면, 이상에서 예시한 촉매로 한정되지 않는다.
암모니아 분해기(53)에는, 암모니아 분해기(53) 내에서 발생한 분해가스(DG)를 암모니아 제거 장치(61)로 인도하는 분해가스 라인(54)이 접속되어 있다. 전술의 암모니아 가열기(52)는 이 분해가스 라인(54) 중에 마련되어 있다. 따라서, 암모니아 가열기(52) 내에서, 액체 암모니아와의 열교환 대상인 분해가스(DG)는, 암모니아 분해기(53)로부터 분해가스 라인(54)을 거쳐온 분해가스(DG)이다.
암모니아 분해 설비(50)는 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 게다가, 제 1 열매체 라인(85)과, 제 1 열매체 회수 라인(86)을 구비한다.
제 1 열매체 라인(85)은 제 1 고압 증기 발생계(26)의 과열기와 암모니아 분해 장치(51)의 암모니아 분해기(53)를 접속한다. 이 제 1 열매체 라인(85)은 제 1 고압 증기 발생계(26)의 과열기로부터의 제 1 고압 증기(HS1)를 암모니아 분해기(53)로 인도한다. 암모니아 분해기(53)는 이 제 1 열매체 라인(85)으로부터의 제 1 고압 증기(HS1)를 제 1 열매체(M1)로서, 암모니아의 열분해에 이용한다. 제 1 열매체 회수 라인(86)은 암모니아 분해기(53)와 중압 증기 라인(42)을 접속한다. 이 제 1 열매체 회수 라인(86)은 암모니아 분해기(53)에서 이용된 후의 제 1 고압 증기(HS1)를 중압 증기 라인(42) 내로 인도한다.
암모니아 제거 장치(61)는 도 2에 도시되는 바와 같이, 암모니아 흡수기(62)와, 암모니아 분리기(72)를 갖는다.
암모니아 흡수기(62)는 분해가스 냉각기(63)와, 흡수탑(64)과, 물 라인(65)과, 물 공급 펌프(66)와, 물 냉각기(67)를 갖는다. 전술의 분해가스 라인(54)은 흡수탑(64)에 접속되어 있다. 분해가스 냉각기(63)는 분해가스 라인(54) 중에서 암모니아 가열기(52)보다 흡수탑(64)측에 마련되어 있다. 본 분해가스 냉각기(63)는 암모니아 가열기(52) 내에서의 액체 암모니아와의 열교환으로 냉각된 분해가스(DG)를 더 냉각한다. 흡수탑(64)은 흡수탑 용기(64v)와, 충전물(64p)을 갖는다. 충전물(64p)은 흡수탑 용기(64v) 내의 상하 방향에 있어서의 중간 유역에 배치되어 있다. 분해가스 라인(54)은 이 흡수탑 용기(64v) 중에서 중간 영역보다 하측에 접속되어 있다. 물 라인(65)은 흡수탑 용기(64v) 중에서 중간 영역보다 상측에 접속되어 있다. 본 물 라인(65)에는, 이 물 라인(65) 중을 흐르는 물을 승압하는 물 공급 펌프(66)와, 이 물 라인(65) 중을 흐르는 물을 냉각하는 물 냉각기(67)가 마련되어 있다. 흡수탑 용기(64v)의 정상부에는, 전술의 처리완료 가스 공급 라인(82)이 접속되어 있다. 따라서, 처리완료 가스 공급 라인(82)은, 흡수탑(64)과 연료 라인(12)을 접속한다.
흡수탑 용기(64v) 내에는, 이 흡수탑 용기(64v)의 중간 영역보다 하측으로부터, 분해가스 냉각기(63)에서 냉각된 분해가스(DG)가 유입한다. 게다가, 본 흡수탑 용기(64v) 내에는, 이 흡수탑 용기(64v)의 중간 영역보다 상측으로부터, 물 냉각기(67)에서 냉각된 물이 살포된다. 흡수탑 용기(64v) 내에 유입한 분해가스(DG)는, 흡수탑 용기(64v) 내를 상승한다. 한편, 흡수탑 용기(64v) 내에 살포된 물은 이 흡수탑 용기(64v) 내를 하강한다. 물은, 흡수탑 용기(64v) 내를 하강하는 과정에서, 충전물(64p)에 접한다. 충전물(64p)에 접한 물은, 충전물(64p)의 표면을 덮는 수막을 형성한다. 분해가스(DG)는 흡수탑 용기(64v) 내를 상승하는 과정에서, 충전물(64p)의 표면을 덮는 수막에 접한다. 이 과정에서, 분해가스(DG) 중에 포함되어 있는 잔류 암모니아는 물에 용해된다. 잔류 암모니아가 용해된 물인 암모니아수는, 흡수탑 용기(64v)의 하부에 모인다. 잔류 암모니아가 제거된 분해가스(DG)인 처리완료 가스(PG)는, 흡수탑 용기(64v) 내를 상승하여, 처리완료 가스 공급 라인(82)에 유입한다.
암모니아 분리기(72)는 암모니아수 라인(73)과, 암모니아수 가열기(74)와, 분리탑(75)과, 물 순환 라인(76)과, 물 가열기(77)와, 응축기(78)를 갖는다. 암모니아수 라인(73)의 일단은, 흡수탑 용기(64v)의 바닥부에 접속되어 있다. 분리탑(75)은 분리탑 용기(75v)와, 다공판 타입의 선반단(75p)을 갖는다. 선반단(75p)을 구성하는 복수의 단은, 분리탑 용기(75v) 내의 상하 방향에 있어서의 중간 유역에, 상하 방향으로 나란히 배치되어 있다. 전술의 암모니아수 라인(73)의 타단은, 선반단(75p)을 구성하는 복수의 단 중, 중간의 단에 접속되어 있다. 물 순환 라인(76)의 일단은, 분리탑 용기(75v)의 바닥부에 접속되고, 물 순환 라인(76)의 타단은, 분리탑 용기(75v) 중에서 바닥부보다 상측이며 중간 영역보다 하측에 접속되어 있다. 물 가열기(77)는 이 물 순환 라인(76)에 마련되어 있다. 본 물 가열기(77)는 물 순환 라인(76)을 흐르는 물과, 제 2 열매체(M2)를 열교환시키는 열교환기이다. 물 가열기(77)는 물과 제 2 열매체(M2)의 열교환으로 물을 가열하고, 이 물을 수증기로 한다. 이 수증기는 물 순환 라인(76)을 거쳐서, 분리탑 용기(75v) 내에 유입한다.
분리탑 용기(75v) 내에는, 이 분리탑 용기(75v)의 중간 영역보다 하측으로부터, 수증기가 유입한다. 게다가, 이 분리탑 용기(75v) 내에는, 선반단(75p)에 있어서의 중간의 단으로부터, 암모니아수 라인(73)으로부터의 암모니아수가 살포된다. 분리탑 용기(75v) 내에 유입한 수증기는 분리탑 용기(75v) 내를 상승한다. 선반단(75p)에 있어서의 중간의 단으로부터 살포된 암모니아수는, 선반단(75p)의 각각의 단에 액층을 형성하면서, 서서히 아래의 단에 유하(流下)한다. 수증기는 선반단(75p)의 각각의 단에 마련된 다수의 구멍을 경유하여, 암모니아수와 기액 접촉하면서 상승하고, 암모니아수를 가열한다. 물보다 증발하기 쉬운 암모니아는, 기상의 물인 수증기에 의해 가열되어서 액상으로부터 기상으로 이행하고, 물은 기상으로부터 액상으로 이행한다. 기상의 암모니아는 분리탑(75) 내를 상승한다. 또한, 액상의 물, 보다 정확하게는, 암모니아 농도가 낮은 물은, 분리탑 용기(75v)의 하부에 모인다. 이 물의 일부는, 물 순환 라인(76) 및 물 가열기(77)를 거쳐서, 수증기로서, 다시, 분리탑 용기(75v) 내에 유입한다.
물 순환 라인(76)에는, 암모니아 흡수기(62)의 물 라인(65)이 접속되어 있다. 따라서, 분리탑 용기(75v)의 하부에 모인 물의 일부는, 물 순환 라인(76)을 거쳐서, 다시, 분리탑 용기(75v) 내로 되돌아오고, 분리탑 용기(75v)의 하부에 모인 물의 다른 일부는, 물 순환 라인(76) 및 물 라인(65)을 거쳐서, 흡수탑(64) 내에 유입한다.
암모니아수 가열기(74)는 암모니아수 라인(73)에 마련되어 있다. 본 암모니아수 가열기(74)는 암모니아수 라인(73)을 흐르는 암모니아수와 물 라인(65)을 흐르는 물을 열교환시키는 열교환기이다. 암모니아수 가열기(74)는 암모니아수와 물의 열교환으로 암모니아수를 가열한다. 가열된 암모니아수는 전술한 바와 같이 분리탑 용기(75v) 내에 살포된다. 한편, 암모니아수와의 열교환으로 냉각된 물은, 물 라인(65), 물 공급 펌프(66), 및 물 냉각기(67)를 거쳐서, 흡수탑 용기(64v) 내에 살포된다.
암모니아 분해 설비(50)는 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 게다가, 암모니아 회수 라인(83)과, 암모니아 압축기(84)와, 제 2 열매체 라인(87)과, 제 2 열매체 회수 라인(88)을 구비한다.
암모니아 회수 라인(83)의 일단은, 분리탑 용기(75v)의 정상부에 접속되고, 암모니아 회수 라인(83)의 타단은, 암모니아 공급 라인(81)에 접속되어 있다. 암모니아 압축기(84)는 암모니아 회수 라인(83)을 흐르는 기상의 암모니아를 승압한다. 암모니아 압축기(84)에서 승압된 기상의 암모니아는, 암모니아 공급 라인(81)을 흐르는 기상의 암모니아와 합류한 후, 암모니아 분해기(53)에 유입한다. 응축기(78)는 암모니아 회수 라인(83)에 마련되어 있다. 본 응축기(78)는 암모니아 회수 라인(83)을 흐르는 기상의 암모니아를 포함하는 가스를 냉각하여, 이 가스 중의 수분 및 암모니아를 응축시킨다. 응축기(78)에서 응축한 물은, 물 회수 라인(79)을 거쳐서, 분리탑 용기(75v) 내의 선반단(75p)보다 위의 공간으로 되돌아온다. 선반단(75p)의 단수는, 이 고농도의 암모니아수가 소망의 농도의 미량의 암모니아수가 되기 위해서 필요한 단수로 계획한다. 또한, 암모니아수 라인(73)으로부터 공급되는 암모니아수의 농도는, 응축기(78)로부터 배출되는 고농도의 암모니아수보다 농도가 낮다. 그 때문에, 암모니아수 라인(73)으로부터 공급되는 암모니아수의 분리에 필요한 선반단의 단수는, 응축기(78)로부터의 고농도의 암모니아수로부터 계획한 단수보다 적게 된다. 그래서, 암모니아수 라인(73)으로부터 공급되는 암모니아수의 접속처는, 선반단(75p)을 구성하는 복수의 단 중, 중간의 단으로 하였다.
제 2 열매체 라인(87)은 중압 증기 라인(42)과 물 가열기(77)를 접속한다. 본 제 2 열매체 라인(87)은 중압 증기 라인(42)을 흐르는 중압 증기(IS)를 물 가열기(77)로 인도한다. 물 가열기(77)는 이 제 2 열매체 라인(87)으로부터의 중압 증기(IS)를 제 2 열매체(M2)로서, 물의 가열에 이용한다. 제 2 열매체 회수 라인(88)은 물 가열기(77)와 배열 회수 보일러(20)의 중압 펌프(24)에 있어서의 흡입구를 접속한다. 본 제 2 열매체 회수 라인(88)은 물 가열기(77)에서, 중압 증기(IS)가 물과의 열교환으로 응축되어 생성된 열수를 중압 펌프(24)로 인도한다.
다음에, 이상에서 설명한 가스 터빈 플랜트의 동작 및 작용에 대해서 설명한다.
가스 터빈(11)의 기동시에는, 기동시 연료 라인(16) 및 연료 라인(12)을 거쳐서, 연소기(11b)에 기동시 연료(SF)를 공급한다. 기동시 연료(SF)로서는, 예를 들면, 수소나 천연가스 등이다. 가스 터빈(11)의 공기 압축기(11a)는 전술한 바와 같이, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성한다. 연소기(11b)는 이 압축 공기 중에서 기동시 연료(SF)를 연소시켜서 연소 가스를 생성한다. 이 연소 가스는 터빈(11c)에 공급되어서, 이 터빈(11c)을 구동한다. 터빈(11c)을 구동한 연소 가스인 배기가스(EG)는, 배열 회수 보일러(20)의 보일러 프레임(21) 내에 유입한다.
배열 회수 보일러(20)의 각 증기 발생계(22, 23, 26, 27)에서는, 보일러 프레임(21) 내를 흐르는 배기가스(EG)와 물을 열교환시켜서, 액상의 물을 수증기로 한다. 저압 증기 발생계(22)의 절탄기(22a)로부터의 열수의 일부는, 고압 펌프(28)에서 승압된 후, 제 1 고압 증기 발생계(26) 및 제 2 고압 증기 발생계(27)에 보내진다. 제 1 고압 증기 발생계(26)에 보내진 열수는, 배기가스(EG)와의 열교환으로 제 1 고압 증기(HS1)가 된다. 본 제 1 고압 증기(HS1)는 예를 들면, 약 620℃의 과열 증기이다. 본 제 1 고압 증기(HS1)는 제 1 열매체(M1)로서, 제 1 열매체 라인(85)을 거쳐서, 암모니아 분해기(53)에 유입한다. 제 2 고압 증기 발생계(27)에 보내진 열수는, 배기가스(EG)와의 열교환으로 제 2 고압 증기(HS2)가 된다. 본 제 2 고압 증기(HS2)는 예를 들면, 약 400℃의 과열 증기이다. 본 제 2 고압 증기(HS2)는 고압 증기 라인(43)을 거쳐서, 고압 증기 터빈(33)에 공급된다. 고압 증기 터빈(33)은 이 제 2 고압 증기(HS2)에 의해 구동한다.
저압 증기 발생계(22)의 절탄기(22a)로부터의 열수의 일부는, 중압 펌프(24)에서 승압된 후, 중압 증기 발생계(23)에 보내진다. 중압 증기 발생계(23)에 보내진 열수는, 배기가스(EG)와의 열교환으로 중압 증기(IS)가 된다. 이 중압 증기(IS)는 예를 들면, 300℃의 과열 증기이다. 이 중압 증기(IS)의 일부는, 제 2 열매체(M2)로서, 중압 증기 라인(42) 및 제 2 열매체 라인(87)을 거쳐서, 암모니아 분리기(72)의 물 가열기(77)에 유입한다. 본 중압 증기(IS)의 나머지는, 중압 증기 라인(42)을 거쳐서 중압 증기 터빈(32)에 공급된다. 또한, 고압 증기 터빈(33)으로부터 배기된 증기는, 고압 배기 증기 라인(44)을 거쳐서 중압 증기 터빈(32)에 공급된다. 즉, 중압 증기 터빈(32)에는, 중압 증기 발생계(23)로부터의 중압 증기(IS)와, 고압 증기 터빈(33)으로부터 배기된 증기가 공급된다. 중압 증기 터빈(32)은 이 중압 증기 터빈(32)에 공급된 증기에 의해 구동한다.
저압 증기 발생계(22)의 절탄기(22a)로부터의 열수의 일부는, 이 저압 증기 발생계(22)의 증발기(22b)에서, 배기가스(EG)에 의해 가열되어서 증기가 된다. 본 증기는 이 저압 증기 발생계(22)의 과열기(22c)에서, 배기가스(EG)에 의해 과열된 저압 증기(LS)가 된다. 본 저압 증기(LS)는 예를 들면, 250℃의 과열 증기이다. 본 저압 증기(LS)는 저압 증기 라인(41)을 거쳐서 저압 증기 터빈(31)에 공급된다. 또한, 중압 증기 터빈(32)으로부터 배기된 증기는, 중압 배기 증기 라인(45)을 거쳐서 저압 증기 터빈(31)에 공급된다. 즉, 저압 증기 터빈(31)에는, 저압 증기 발생계(22)로부터의 저압 증기(LS)와, 중압 증기 터빈(32)으로부터 배기된 증기가 공급된다. 저압 증기 터빈(31)은 이 저압 증기 터빈(31)에 공급된 증기에 의해 구동한다.
저압 증기 터빈(31)으로부터 배기된 증기는, 복수기(35)에서 물로 되돌려진다. 복수기(35) 내의 물은 급수 라인(47)을 거쳐서, 저압 증기 발생계(22)의 절탄기(22a)에 보내진다.
각 증기 터빈(31,32,33), 암모니아 분해기(53), 및 암모니아 분리기(72)의 물 가열기(77)에, 배열 회수 보일러(20)로부터의 증기가 충분히 공급되게 되면, 암모니아 탱크(T) 내의 액체 암모니아가 암모니아 공급 라인(81)을 거쳐서 암모니아 분해 장치(51)에 공급되게 된다. 이하, 도 3에 나타내는 플로우 차트를 따라서, 암모니아 분해 설비(50)에 의한 암모니아 분해의 순서에 대해서 설명한다.
액체 암모니아는, 비점인 -33.4℃ 이하의 온도로 냉각된 상태로, 또한 거의 대기압 상태로 암모니아 탱크(T) 내에 저장되어 있다. 본 암모니아 탱크(T) 내의 액체 암모니아는 암모니아 승압기(80)에 의해, 예를 들면, 5.2㎫(절대압) 정도까지 승압되고 나서, 암모니아 분해 장치(51)에 공급된다(S1: 암모니아 공급 공정). 암모니아의 승압후의 압력은, 액체 암모니아가 처리완료 가스(PG)가 되고, 이 처리완료 가스(PG)가 연소기(11b)에 유입할 때까지의 경로 중의 배관이나 각종 기기에서의 압력 손실을 고려하여 결정한 압력이며, 처리완료 가스(PG)를 부스트 업하지 않아도, 압축 공기가 유입하고 있는 연소기(11b) 내에 처리완료 가스(PG)를 공급할 수 있는 압력이다. 이 때문에, 이 압력은 가스 이용 대상인 연소기(11b) 내의 압력보다 높은 압력이다.
액체 암모니아는 암모니아 승압기(80)에 의해 승압된 후, 암모니아 분해 장치(51)에 유입하고, 이 액체 암모니아가 분해된다(S2: 암모니아 분해 공정). 본 암모니아 분해 공정(S2)에서는, 암모니아 예열 공정(S3) 및 암모니아 분해 실행 공정(S4)이 실행된다. 암모니아 승압기(80)에 의해 승압된 액체 암모니아는, 암모니아 분해 장치(51)의 암모니아 가열기(52)에 유입한다. 암모니아 가열기(52)에 유입한 액체 암모니아는, 여기서 약 400℃까지 가열된다. 액체 암모니아는 암모니아 승압기(80)에 의해 승압된 압력 환경 하에서, 90℃ 이상이 되면, 증발하여 기체 암모니아가 된다. 따라서, 액체 암모니아는 암모니아 가열기(52)에서 가열되고, 약 400℃의 기체 암모니아가 된다(S3: 암모니아 예열 공정).
약 400℃의 기체 암모니아는 암모니아 분해 장치(51)의 암모니아 분해기(53)에 유입한다. 본 암모니아 분해기(53)에서는, 약 400℃의 기체 암모니아와, 제 1 고압 증기 발생계(26)로부터의 약 620℃의 제 1 고압 증기(HS1)가 열교환된다. 제 1 열매체(M1)인 제 1 고압 증기(HS1)는 열교환에 의해, 약 400℃까지 냉각되고, 제 1 열매체 회수 라인(86) 및 중압 증기 라인(42)을 거쳐서, 중압 증기 터빈(32)에 유입한다. 한편, 기체 암모니아는 열교환에 의해, 약 600℃까지 가열되고, 기체 암모니아의 일부가 수소와 질소로 열분해한다(S4: 암모니아 분해 실행 공정). 이 열분해에 의해, 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함하는 분해가스(DG)가 생성된다.
약 600℃의 분해가스(DG)는 그 후, 암모니아 가열기(52)에 유입하고, 이 암모니아 가열기(52)에서 액체 암모니아와 열교환한다. 이 때문에, 액체 암모니아는 가열되어서, 전술한 바와 같이, 약 400℃의 기체 암모니아가 되는 한편, 분해가스(DG)는 냉각되어서, 약 50℃가 된다. 이상으로, 암모니아 분해 공정(S2)이 종료된다.
본 명세서에서, 기체 암모니아의 열분해 반응에 대해서, 간단하게 설명한다. 열분해 반응은 이하의 식으로 나타내는 바와 같이, 반응후의 몰 수가 증가하는 반응이기 때문에, 압력이 낮은 쪽이 촉진된다. 바꿔말하면, 본 열분해 반응은 압력이 높으면 억제된다. 또한, 이 열분해 반응은 흡열 반응이므로, 고온쪽이 촉진된다.
NH3→3/2H2＋1/2N2-46kJ/mol
상기 식의 좌변의 NH3의 발열량은, 317kJ이다. 한편, 상기 식의 우변의 3/2H2의 발열량은 363kJ이다. 따라서, 열분해 반응에 의해, 발열량이 46kJ 증가하게 된다. 따라서, 암모니아의 열분해 반응에 따른 원리적인 효율 저하는 없다.
본 명세서에서, 각종 조건 하에서의 기체 암모니아의 열분해 반응후에 남는 잔류 암모니아 농도에 대해서, 도 4에 나타내는 그래프를 참조하여 설명한다. 또한, 이 그래프 중에서 횡축은 열분해 반응 환경의 온도(Temperature[deg-C])이며, 종축은 잔류 암모니아 농도(Concentration of Ammonia[%])이다. 본 그래프는, 열분해 반응 환경의 온도와 압력을 변화시켜서, 열분해 반응의 평형 계수를 이용하여 각 온도 및 각 압력에 따른 농도를 시산한 결과이다. 본 실시형태에 있어서의 열분해 반응 환경의 온도는 600℃이며, 본 열분해 반응 환경의 압력은 5.2㎫이다. 따라서, 본 실시형태에서는, 열분해 반응후의 잔류 암모니아 농도는 약 4%가 된다. 이 때문에, 암모니아 분해기(53)로부터 유출한 분해가스(DG)는, 약 72mol%의 수소와, 약 24mol%의 질소와, 약 4mol%의 잔류 암모니아를 포함하게 된다.
암모니아 분해 공정(S2)이 종료되면, 본 암모니아 분해 공정(S2)에서 얻어진 분해가스(DG)로부터 잔류 암모니아를 제거하는 암모니아 제거 공정(S5)이 실행된다. 암모니아 제거 공정(S5)에서는, 암모니아 흡수 공정(S6)과 암모니아 분리 공정(S10)이 실행된다.
암모니아 흡수 공정(S6)에서는, 우선, 약 50℃의 분해가스(DG)가, 암모니아 흡수기(62)의 분해가스 냉각기(63)에 의해 냉각되고, 약 30℃이 된다(S7: 분해가스 냉각 공정). 본 분해가스(DG)는 암모니아 흡수기(62)의 흡수탑(64)에 유입한다. 본 흡수탑(64) 내에는, 물 냉각기(67)에서 냉각된 약 30℃의 물이 살포된다. 흡수탑(64) 내에서는, 전술한 바와 같이, 분해가스(DG)와 물이 접촉하고, 분해가스(DG) 중의 잔류 암모니아가 물에 용해한다. 잔류 암모니아가 용해한 물인 암모니아수는, 흡수탑 용기(64v)의 하부에 모인다(S8: 암모니아 흡수 실행 공정). 암모니아 수중의 암모니아 농도는, 약 10mol%이다. 기상의 암모니아가 물에 용해하는 농도는 기액 평형 정수에 의해 정해진다. 이 기상의 암모니아가 물에 용해하는 농도는, 저온쪽이 높아진다. 이 때문에, 흡수탑(64) 내에 유입하는 분해가스(DG)의 온도 및 물의 온도를 약 30℃으로 하고 있다.
이상으로, 암모니아 흡수 공정(S6)이 종료된다.
잔류 암모니아가 제거된 분해가스(DG)인 처리완료 가스(PG)는, 흡수탑 용기(64v) 내를 상승하여, 처리완료 가스 공급 라인(82)에 유입한다. 본 실시형태에서는, 흡수탑(64) 내에 살포하는 물의 질량 유량을, 흡수탑(64) 내에 유입하는 분해가스(DG)의 질량 유량과 동일한 정도로 함으로써, 처리완료 가스(PG) 중에 포함되는 잔류 암모니아의 농도를 약 0.03mol%로 하고 있다.
가스 터빈(11)의 기동시에는, 암모니아 분해기(53) 및 내부의 유체의 온도가 낮고, 암모니아의 분해 반응이 일어나기 어려운 조건이며, 암모니아 분해기(53)로부터 발생하는 분해가스(DG)의 조성의 대부분은 잔류 암모니아 성분이 된다. 잔류 암모니아 성분은 흡수탑(64)에서 제거되기 때문에, 처리완료 가스 공급 라인(82)으로부터 가스 터빈(11)에 공급되는 처리완료 가스(PG)의 유량은 계획 값보다 적은 상태가 된다. 가스 터빈(11)의 기동 개시 후에 시간이 경과하여, 배열 회수 보일러(20)로부터 소정의 양의 제 1 열매체(M1)가 암모니아 분해기(53)에 공급되면, 암모니아 분해기(53) 및 내부의 유체의 온도가 계획 값에 도달하고, 암모니아의 분해 반응이 촉진된다. 그 결과적으로, 분해가스(DG)의 조성의 대부분은 수소 및 질소가 되어서, 흡수탑(64)으로부터 충분한 유량의 처리완료 가스(PG)가 생성된다. 이 과정을 따라서, 연소기(11b)에 공급되는 연료는 기동시 연료(SF)로부터 처리완료 가스(PG)로 서서히 교체된다. 즉, 이 처리완료 가스(PG)가 충분히 생성되게 되면, 기동시 연료(SF)의 연소기(11b)에의 공급이 정지하고, 처리완료 가스(PG)가 처리완료 가스 공급 라인(82) 및 연료 라인(12)을 거쳐서, 연소기(11b)에 공급되게 된다(S9: 처리완료 가스 공급 공정). 또한, 본 실시형태에 있어서, 기동시 연료(SF)로부터 처리완료 가스(PG)에의 전환시에 있어서의 연소기(11b)에의 연료 공급의 안정성을 확보하기 위해서, 기동시 연료 라인(16)과 처리완료 공급 가스 라인(82)의 합류부에, 연료 가스용의 버퍼를 마련해도 좋다. 연소기(11b)에 공급된 처리완료 가스(PG)는 연소기(11b) 내에서 연소한다. 본 연소의 결과 생성된 연소 가스의 온도는, 1650℃급이다. 이 연소 가스는 터빈(11c)에 유입하여, 터빈(11c)을 구동시킨다.
터빈(11c)으로부터 배기된 배기가스(EG)는, 배열 회수 보일러(20)에 유입한다. 배열 회수 보일러(20)의 저압 증기 발생계(22)에서는, 전술과 마찬가지로, 배기가스(EG)에 의해 물을 가열하여 저압 증기(LS)를 생성한다. 본 저압 증기(LS)는 약 250℃의 과열 증기이다. 배열 회수 보일러(20)의 중압 증기 발생계(23)에서는, 전술과 마찬가지로, 배기가스(EG)에 의해 물을 가열하여 중압 증기(IS)를 생성한다. 본 중압 증기(IS)는 약 300℃의 과열 증기이다. 배열 회수 보일러(20)의 제 2 고압 증기 발생계(27)에서는, 전술과 마찬가지로, 배기가스(EG)에 의해 물을 가열하여 제 2 고압 증기(HS2)를 생성한다. 본 제 2 고압 증기(HS2)는 약 400℃의 과열 증기이다. 배열 회수 보일러(20)의 제 1 고압 증기 발생계(26)에서는, 전술과 마찬가지로, 배기가스(EG)에 의해 물을 가열하여 제 1 고압 증기(HS1)를 생성한다. 이 제 1 고압 증기(HS1)는 약 620℃의 과열 증기이다. 이 제 1 고압 증기(HS1)는 전술한 바와 같이, 제 1 열매체(M1)로서, 암모니아 분해기(53)에 유입된다. 또한, 중압 증기(IS)의 일부는 전술한 바와 같이, 제 2 열매체(M2)로서, 암모니아 분리기(72)의 물 가열기(77)에 유입된다.
본 명세서에서, 연료 중에 포함되는 잔류 암모니아 농도와, 가스 터빈(11)으로부터 배기되는 배기가스(EG) 중의 NOx 농도의 관계에 대해서, 도 5에 나타내는 그래프를 참조하여 설명한다. 또한, 이 그래프 중에서 횡축은, 잔류 암모니아 농도(Concentration of Ammonia[%])이며, 종축은, 배기가스(EG) 중의 NOx 농도의 예측 값(NOx Prediction [ppm@15%O2])이다. 본 NOx 농도의 예측 값은 발명자가 CHEMKIN의 PREMIX 코드에 의해 1차원 층류 예혼합 화염을 모델화하여 계산해 얻은 값이다. 또한, CHEMKIN은 계산 프로그램이다. 본 CHEMKIN에 관해서는, 이하의 자료에 상세하게 해설되고 있다.
자료: R. J. Kee, F. M. Rupley, and J. A. Miller, Chemkin-II: A Fortran Chemical Kinetics Package for the Analysis of Gas-Phase Chemical Kinetics, Sandia Report, SAND89-8009B (1995)
본 실시형태에서는, 연료 중의 잔류 암모니아 농도가 0.03mol% 이하이므로, 도 5에 나타내는 그래프로부터, 가스 터빈(11) 출구에서의 NOx 농도는 약 80ppm 이하라고 예측할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 가스 터빈 플랜트에 있어서, 배열 회수 보일러(20)의 내부 또는 외부에 탈질 장치를 설치하는 것에 의해, 스택(29)의 출구에서의 NOx 농도를 더 낮은 소망의 농도로 억제할 수 있고, 세상에 많은 지역의 질소 산화물 농도 규제에 적합시키는 것이 가능하게 된다.
암모니아 흡수 공정(S6)이 종료되면, 암모니아 흡수 공정(S6)에서 생성된 암모니아수로부터 암모니아를 분리하는 전술의 암모니아 분리 공정(S10)이 실행된다.
암모니아 분리 공정(S10)에서는, 우선, 흡수탑 용기(64v)의 하부에 모여 있던 약 30℃의 암모니아수가 암모니아수 가열기(74)에 유입한다. 본 암모니아수 가열기(74)에서는, 약 30℃의 암모니아수가, 약 210℃의 물과의 열교환에 의해, 약 190℃에까지 가열된다(S11: 암모니아수 가열 공정).
약 190℃에까지 가열된 암모니아수는, 분리탑(75) 내에 유입한다. 본 분리탑(75)은 수증기를 이용하여, 암모니아수로부터 암모니아를 분리 증유하기 위해서 마련된 기기이다. 이 때문에, 물의 포화 온도를 낮추기 위해서, 분리탑 용기(75v) 내의 운전 압력을 약 2㎫로 하고 있다. 흡수탑 용기(64v) 내의 운전 압력은 전술한 바와 같이 약 5.2㎫이다. 흡수탑 용기(64v) 내의 압력과 분리탑 용기(75v) 내의 압력의 압력 차를 구동력으로 하여, 흡수탑 용기(64v) 내의 암모니아수는 암모니아수 라인(73)을 거쳐서, 분리탑 용기(75v) 내에 유입한다. 분리탑 용기(75v) 내에는, 게다가 약 250℃의 수증기가 분리탑 용기(75v)의 하부로부터 유입한다. 전술한 바와 같이, 흡수탑(64) 내에 살포하는 물의 질량 유량은, 흡수탑(64) 내에 유입하는 분해가스(DG)의 질량 유량과 동일한 정도이기 때문에, 분리탑(75) 내에 유입하는 암모니아수의 질량 유량도, 흡수탑(64) 내에 유입하는 분해가스(DG)의 질량 유량과 동일한 정도가 된다. 본 질량 유량의 암모니아수로부터 암모니아를 증류 분리하기 위해서 필요한 수증기의 질량 유량은, 암모니아수의 질량 유량의 40% 정도가 된다.
암모니아수는 분리탑 용기(75v) 내에서, 전술한 바와 같이, 수증기에 의해 가열되어서, 암모니아수 중의 암모니아가 액상으로부터 기상으로 이행하고, 분리탑 용기(75v) 내를 상승한다(S12: 암모니아 분리 실행 공정). 한편, 수증기는 액상의 물로 이행하고, 분리탑 용기(75v)의 하부에 모인다. 이 물의 온도는 약 210℃이다. 또한, 이 수중의 암모니아 농도는 0.05mol%이다. 이 물의 일부는 물 순환 라인(76)을 거쳐서 물 가열기(77)에 유입한다. 물 가열기(77)에서는, 이 물이 중압 증기 발생계(23)로부터의 약 300℃의 중압 증기(IS)와 열교환된다. 제 2 열매체(M2)인 중압 증기(IS)는 열교환에 의해 냉각되고, 응축하고, 열수가 된다. 이 열수는 제 2 열매체 회수 라인(88)을 거쳐서 중압 펌프(24)에 유입한다. 본 열수는 저압 증기 발생계(22)의 절탄기(22a)로부터의 열수와 함께, 중압 펌프(24)로 승압되고 나서, 중압 증기 발생계(23)의 절탄기에 유입한다. 한편, 물 가열기(77)에 유입한 물은 제 2 열매체(M2)인 저압 증기(LS)와의 열교환에 의해, 약 250℃까지 가열되고, 수증기가 된다(S13: 물 가열 공정). 이 수증기는 물 순환 라인(76)을 거쳐서, 분리탑(75)에 보내진다.
분리탑 용기(75v)의 하부에 모인 약 210℃의 물의 다른 일부는, 물 라인(65)을 거쳐서 암모니아수 가열기(74)에 유입한다. 본 암모니아수 가열기(74)에서는, 전술한 바와 같이, 이 약 210℃의 물과 암모니아수 라인(73)을 흘러온 약 30℃의 암모니아수가 열교환된다. 이 열교환에 의해, 물은 약 50℃에까지 냉각되는 한편, 암모니아수는 전술한 바와 같이, 190℃에까지 가열된다. 이상으로, 암모니아 분해 공정(S10)이 종료된다. 또한, 암모니아수 가열기(74)에서 냉각된 약 50℃의 물은, 물 공급 펌프(66)로 승압되고 나서, 물 냉각기(67)에 유입하고, 이 물 냉각기(67)에서 냉각되어서 약 30℃가 된다. 이 30℃의 물은 전술한 바와 같이, 흡수탑(64) 내에 살포된다.
분리탑 용기(75v) 내의 기상의 암모니아를 포함하는 가스는, 분리탑 용기(75v)의 정상부에 접속되어 있는 암모니아 회수 라인(83)을 거쳐서 응축기(78)에 유입한다. 응축기(78)에서는, 이 가스가 냉각되고, 이 가스에 포함되어 있는 수분 및 암모니아가 응축하여, 고농도의 암모니아수가 된다. 이 고농도의 암모니아수는, 물 회수 라인(79)을 거쳐서, 분리탑 용기(75v) 내의 선반단(75p)보다 위의 공간으로 되돌아온다. 이 고농도의 암모니아수는 선반단(75p)의 각각의 단을 유하하고, 하방의 단으로부터 공급되는 수증기와 기액 접촉하여, 암모니아가 우선적으로 증발한다. 그 결과, 수중의 암모니아 농도가 점차 저하하고, 최하부의 선반단을 통과할 때에는 암모니아 농도가 0.05mol% 이하의 열수가 된다. 한편, 응축기(78)에 의해 수분 등이 제거된 가스, 즉, 기상의 암모니아 농도가 높은 가스는, 암모니아 회수 라인(83) 중에 마련되어 있는 암모니아 압축기(84)에서 승압되고 나서, 암모니아 공급 라인(81)을 거쳐서, 암모니아 분해기(53)에 유입한다(S14: 암모니아 회수 공정). 이상과 같이, 본 실시형태에서는, 암모니아 제거 장치(61)에서 제거된 잔류 암모니아가 암모니아 공급 라인(81)으로 되돌아오므로, 원료로서의 암모니아 중에서 소용 없게 되는 양을 최소한으로 억제할 수 있다.
이상으로, 암모니아 분해 설비(50)에 의한 암모니아 분해의 일련의 처리가 종료된다.
다음에, 본 실시형태의 가스 터빈 플랜트의 성능 예측 결과에 대해서, 표 1을 참조하여 설명한다. 또한, 동일 표는, 본 실시형태의 가스 터빈 플랜트에 있어서의 예측 성능 값과, 일반적인 천연가스 연소식 가스 터빈 복합 사이클 플랜트에 있어서의 성능 값을 비교한 표이다.
[표 1]
본 실시형태에서는, 연소기(11b)에 공급되는 연료는, 수소가 약 75%, 질소가 약 25%이다. 이 연료의 발열량은 약 181kJ/mol이며, 일반적인 천연가스의 발열량인 약 835kJ/mol와 비교하여, 약 1/5이다. 그 결과, 일반적인 천연가스 연소식의 가스 터빈에서는, 압축기의 흡기 유량에 대한 연료 유량의 몰 비율은 5% 이하이다. 한편, 본 실시형태에서는, 압축기의 흡기 유량에 대한 연료 유량의 몰 비율은 20% 이상이 된다. 연소기(11b)에 있어서 소망의 온도의 연소 가스를 생성하기 위해서는, 연소기(11b)에 공급되는 압축 공기와 연료의 몰 유량의 합계 값에 대략 비례한 열량을 갖는 연료의 공급이 필요하다. 그 때문에, 본 실시형태의 연소기(11b)의 입구에서 필요한 연료의 열량은, 천연가스 연소식의 경우와 비교하여 109.2%가 된다. 그러나, 상기한 바와 같이, 암모니아의 분해 반응에 의해, 반응후의 분해가스(DG)의 발열량이 1.14배가 되므로, 플랜트의 입구에서의 암모니아의 투입 열량은 천연가스 연소식의 경우와 비교하여 95.2%로 좋다.
상기와 같이, 본 실시형태에서는, 연소기(11b)에 투입하는 연료의 체적 유량이 천연가스 연소식의 경우보다 큰 폭으로 증가하는 것에 의해, 터빈(11c)의 배기가스 유량은 천연가스 연소식의 경우의 배기가스 유량의 103.7%가 된다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 터빈(11c)의 가스 패스에서의 압력 손실이 천연가스 연소식의 경우보다 증대한다. 이 결과, 본 실시형태에 있어서의 터빈(11c)의 압력비는, 천연가스 연소식의 경우에 있어서의 압력비의 106.3%가 된다. 터빈(11c)의 압력비가 높아지면, 터빈(11c)에서 팽창하는 유체의 열 낙차도 커지고, 터빈(11c)의 배기가스 온도가, 천연가스 연소식의 경우에 있어서의 터빈(11c)의 배기가스 온도보다 14℃ 낮아진다. 즉, 본 실시형태에서는, 천연가스 연소식의 경우와 비교하여, 터빈(11c)의 작동 유체의 체적 유량이 3.7% 증가하고, 가스 터빈(11)의 압력비가 6.3% 증가하고, 터빈(11c)의 배기가스 온도가 14℃ 저하한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 이상의 상승 효과에 의해, 가스 터빈 출력은 천연가스 연소식의 경우에 있어서의 가스 터빈 출력의 117%가 된다.
그런데, 본 실시형태에서는, 제 1 고압 증기 발생계(26)에서 발생한 과열 증기 및 중압 증기 발생계(23)에서 발생한 과열 수증기의 일부를 암모니아 분해 설비(50)에서 소비한다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서의 증기 터빈(31, 32, 33)의 출력은 천연가스 연소식의 경우에 있어서의 증기 터빈 출력의 39%가 된다. 따라서, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈 복합 사이클 플랜트로서의 출력은, 천연가스 연소식의 경우에 있어서의 가스 터빈 복합 사이클 플랜트의 93.2% 정도이다.
상기한 바와 같이, 플랜트의 입구에서의 암모니아의 투입 열량은 천연가스 연소식의 경우의 95.2%이므로, 본 실시형태에 있어서의 플랜트 전체의 발전단 효율은, 천연가스 연소식의 경우에 있어서의 플랜트 전체의 발전단 효율의 97.4% 정도(상대 값)가 된다. 1650℃급의 천연가스 연소식의 경우에 있어서의 가스 터빈 복합 사이클 플랜트의 발전단 효율은, 63%(LHV 기준) 이상이다. 한편, 본 실시형태에 있어서의 플랜트의 발전단 효율은 60%(LHV 기준) 이상이 된다. 이와 같이, 수소의에너지 캐리어 중 하나인 암모니아를 이용하는 것에 의해, 고효율 또한 이산화탄소의 배출을 큰 폭으로 삭감한 플랜트가 제공 가능하게 된다.
이상과 같이, 본 실시형태의 암모니아 분해 설비(50)는 암모니아를 열분해하는 암모니아 분해 장치(51) 외에, 이 암모니아 분해 장치(51)에서 생성된 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함하는 분해가스(DG)로부터 잔류 암모니아를 제거하는 암모니아 제거 장치(61)를 구비하고 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 가스 이용 대상으로 보내는 가스 중에 포함되는 잔류 암모니아의 농도를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 가스 이용 대상인 연소기(11b)에서 연료의 연소로 생성되는 배기가스(EG) 중의 NOx 농도도 억제할 수 있다. 게다가, 본 실시형태에서는, 가스 이용 대상인 연소기(11b)에서, 탄소를 포함하지 않는 분해가스를 연료로서 이용하므로, 이 연료의 연소로 생성되는 배기가스(EG) 중의 CO2량을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 암모니아를 열분해할 때, 가스 터빈(11)의 구동으로 발생한 열을 이용하므로, 별도, 암모니아를 열분해하기 위한 열을 발생시키는 전용의 기기를 마련하는 경우보다, 암모니아 분해 설비(50)를 동작시키기 위한 에너지 코스트를 억제할 수 있다.
전술한 바와 같이, 암모니아의 분해 반응시, 저압 환경 하쪽이 암모니아의 열분해를 촉진할 수 있다. 이 때문에, 저압 환경 하에서 암모니아를 열분해함으로써, 암모니아 제거 장치(61)를 마련하지 않고, 잔류 암모니아의 농도를 본 실시형태와 동일한 정도(0.03mol%)로 하는 것이 가능하다. 암모니아 제거 장치(61)를 마련하지 않고, 잔류 암모니아의 농도를 본 실시형태와 동일한 정도(0.03mol%)로 하기 위해서는, 도 4에 나타내는 그래프로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 예를 들면, 암모니아 분해 환경 하의 압력을 0.1㎫, 암모니아 분해 환경 하의 온도를 650℃로 할 필요가 있다. 따라서, 암모니아 제거 장치(61)를 마련하지 않고, 잔류 암모니아의 농도를 본 실시형태와 동일한 정도로 하려고 하면, 암모니아 분해 환경 하의 온도를 본 실시형태보다 높게 할 필요가 있을 뿐만 아니라, 암모니아를 분해한 후의 가스를 가스 이용 대상으로 인도하기 위해, 이 가스를 승압기에서 승압할 필요가 있다. 암모니아의 분해 반응은 반응후의 몰 수가 반응전의 몰 수의 2배가 되는 반응이다. 연료 가스를 승압하는 승압기의 유로 단면적은 가스의 체적 유량에 대략 비례하기 때문에, 분해후의 분해가스를 승압하기 위해서는, 분해전에 승압하는 경우와 비교하여 약 2배의 유로 단면적을 갖는 대형의 승압기(압축기)가 필요하다. 또한, 암모니아 가스의 분해로 얻어진 연료 가스를 승압하는 승압기의 동력은, 가스의 체적 유량에 대략 비례하므로, 분해전의 암모니아 가스를 승압할 때의 동력의 약 2배가 된다. 즉, 본 방법에서는, 설비 코스트 및 러닝 코스트가 늘어난다. 한편, 본 실시형태에서는, 암모니아 분해 장치(51)에 공급하기 전의 암모니아를, 펌프인 암모니아 승압기(80)에서, 연소기(11b)인 가스 이용 대상 내의 압력보다 높은 압력에까지 승압하고 있으므로, 암모니아를 분해한 후의 가스를 승압하지 않아도, 가스 이용 대상 내로 인도할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 설비 코스트 및 러닝 코스트를 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는, 기동시 연료(SF)로서, 수소나 천연가스를 상정하고 있다. 그렇지만, 기동시 연료(SF)로서, 예를 들면, 경유 등의 액체 연료를 이용하고 있어도 좋다. 본 경우, 기체 연료인 처리완료 가스(PG)와 액체 연료를 공통의 배관으로 연소기(11b)에 보낼 수 없다. 이 때문에, 본 경우에는, 액체 연료를 연소기(11b)에 공급하기 위한 배관을 별도 마련할 필요가 있다.
「제 2 실시형태」
가스 터빈 플랜트의 제 2 실시형태에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다.
제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트에서는, 가스 터빈(11)의 기동시에 천연가스 등의 기동시 연료(SF)를 이용하고, 기동시 이후의 정상 운전시 등에 처리완료 가스(PG)만을 이용한다. 한편, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트에서는, 기동시뿐만 아니라 정상 운전시 등에 있어서도, 천연가스(NG)를 이용한다. 단, 본 실시형태의 가스 터빈 플랜트에서는, 정상 운전시에 천연가스(NG)에 처리완료 가스(PG)를 혼합하여, 이 혼합 가스를 연료로서 이용한다.
본 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트도, 제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트와 같이, 도 6에 도시되는 바와 같이, 가스 터빈 설비(10)와, 배열 회수 보일러(20)와, 증기 터빈 설비(30)와, 암모니아 분해 설비(50)를 구비한다.
본 실시형태에 있어서의 가스 터빈 설비(10)의 구성은, 제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈 설비(10)의 구성과 기본적으로 동일하다. 본 실시형태에 있어서의 증기 터빈 설비(30)의 구성은, 제 1 실시형태에 있어서의 증기 터빈 설비(30)의 구성과 기본적으로 동일하다.
본 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비(50)의 구성은, 제 1 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비(50)의 구성과 약간 상이하다. 본 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비(50)도, 제 1 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비(50)와 마찬가지로, 암모니아 공급 라인(81)과, 암모니아 승압기(80)와, 암모니아 분해 장치(51)와, 암모니아 제거 장치(61)와, 처리완료 가스 공급 라인(82)을 구비한다. 본 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비(50)는, 게다가, 처리완료 가스 공급 라인(82)을 흘러온 처리완료 가스(PG)와, 천연가스(NG)인 주 연료를 혼합시키는 혼합기(89)를 구비한다. 본 혼합기(89)에는, 처리완료 가스 공급 라인(82)과 천연가스(NG)인 주 연료가 흐르는 주 연료 라인(17)에 접속되어 있다. 게다가, 본 혼합기(89)에는, 처리완료 가스(PG)와 천연가스(NG)가 혼합한 혼합 가스 연료(MG)가 흐르는 연료 라인(12)의 일단이 접속되어 있다. 본 연료 라인(12)의 타단은 제 1 실시형태와 마찬가지로, 연소기(11b)에 접속되어 있다. 즉, 본 실시형태의 암모니아 분해 설비(50)의 구성은, 제 1 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비(50)에 혼합기(89)를 추가하고 있는 것을 제외하고, 제 1 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비(50)의 구성과 기본적으로 동일하다.
본 실시형태에 있어서, 혼합 가스 연료(MG) 중의 수소 농도로서 약 20mol%를 상정하고 있다. 수소의 단위 몰당 발열량은 천연가스(NG)보다 작기 때문에, 혼합 가스 연료(MG) 중의 수소 농도가 약 20mol%인 경우, 혼합 가스 연료(MG)의 발열량에 대한 수소의 발열량의 비율은, 약 7%가 된다. 이 혼합 가스 연료(MG) 중에 포함되는 수소는, 대부분이 처리완료 가스(PG) 중에 포함되는 수소이다. 본 실시형태의 연소기(11b)는 약 20mol%의 수소가 포함되어 있는 가스 연료에서도, 안정하여 연소 가능한 구조로 되어 있다.
본 실시형태에서는, 정상 운전시여도, 연료의 일부로서 천연가스(NG)를 이용한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 정상 운전시에 있어서, 암모니아 분해에 유래하는 수소의 소비량이, 제 1 실시형태보다 적게 된다. 그 결과, 본 실시형태에서는, 정상 운전시에 있어서, 액체 암모니아의 소비량이 제 1 실시형태보다 적게 된다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태의 암모니아 분해 설비(50)의 구성은 제 1 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비(50)에 혼합기(89)를 추가하고 있는 것을 제외하고, 제 1 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비(50)의 구성과 기본적으로 동일하다. 따라서, 본 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비(50)의 동작은, 도 3의 플로우 차트를 이용하여 설명한 제 1 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비(50)의 동작과 기본적으로 동일하다. 그렇지만, 본 실시형태에서는, 정상 운전시에 있어서, 액체 암모니아의 소비량이 제 1 실시형태보다 적게 되기 때문에, 암모니아 분해 설비(50)를 구성하는 각 기기의 용량이나 처리 능력이, 제 1 실시형태에 있어서의 암모니아 분해 설비(50)를 구성하는 각 기기의 용량이나 처리 능력보다 작다. 구체적으로, 예를 들면, 암모니아 탱크(T), 암모니아 분해기(53), 암모니아 분리기(72) 등의 용량은 제 1 실시형태에 비해, 모두 작아진다.
따라서, 본 실시형태에서는, 암모니아 분해 장치(51)의 암모니아 분해기(53)나 암모니아 제거 장치(61)의 암모니아 분리기(72)에서 필요한 수증기의 양이, 제 1 실시형태보다 적게 된다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서, 수증기를 발생하는 배열 회수 보일러(20a)의 구성이, 제 1 실시형태에 있어서의 배열 회수 보일러(20)의 구성과 상이하다. 게다가, 본 실시형태에 있어서, 수증기가 흐르는 라인 구성이 제 1 실시형태에 있어서의 수증기가 흐르는 라인 구성과 상이하다.
본 실시형태의 배열 회수 보일러(20a)는 제 1 실시형태와 마찬가지로, 저압 증기 발생계(22)와, 중압 증기 발생계(23)와, 고압 증기 발생계(27)를 구비한다. 게다가, 본 실시형태의 배열 회수 보일러(20a)는 재열 증기계(25)를 구비한다. 한편, 본 실시형태의 배열 회수 보일러(20a)는 암모니아 분해 장치(51)의 암모니아 분해기(53)로 보내는 증기를 발생하는 전용의 고압 증기 발생계, 즉, 제 1 실시형태의 제 1 고압 증기 발생계(26)를 구비하지 않는다.
본 실시형태에 있어서의 저압 증기 발생계(22)는 제 1 실시형태와 같이, 절탄기(22a)와 증발기(22b)와 과열기(22c)를 갖는다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 중압 증기 발생계(23) 및 고압 증기 발생계(27)도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 절탄기와 증발기와 과열기를 갖는다. 본 실시형태에 있어서의 재열 증기계(25)는 증기를 배기가스(EG)로 과열하는 재열기만을 갖는다.
고압 증기 발생계(27)의 과열기와 고압 증기 터빈(33)의 증기 입구는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 고압 증기 라인(43)으로 접속되어 있다. 고압 증기 터빈(33)의 증기 출구와 재열 증기계(25)의 재열기에 있어서의 증기 입구는, 고압 배기 증기 라인(44a)으로 접속되어 있다. 중압 증기 발생계(23)의 과열기와 재열 증기계(25)의 재열기에 있어서의 증기 입구는, 중압 증기 라인(42a)으로 접속되어 있다. 재열 증기계(25)의 재열기에 있어서의 증기 출구와, 중압 증기 터빈(32)의 증기 입구는, 재열 증기 라인(46)으로 접속되어 있다. 저압 증기 발생계(22)의 과열기(22c)와 저압 증기 터빈(31)의 증기 입구는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 저압 증기 라인(41)으로 접속되어 있다. 저압 증기 터빈(31)의 증기 입구는 제 1 실시형태와 마찬가지로, 게다가, 중압 배기 증기 라인(45)으로, 중압 증기 터빈(32)의 증기 출구와 접속되어 있다. 저압 증기 터빈(31)의 증기 출구에는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 전술의 복수기(35)가 접속되어 있다. 복수기(35)와 저압 증기 발생계(22)의 절탄기(22a)는 급수 라인(47)으로 접속되어 있다. 본 급수 라인(47) 중에 복수 펌프(36)가 마련되어 있다.
이상과 같이, 본 실시형태의 배열 회수 보일러(20a)의 구성, 및 본 배열 회수 보일러(20a)에 접속되어 있는 라인의 구성은, 대표적인 천연가스 연소식 가스 터빈 복합 사이클 플랜트의 구성과 기본적으로 동일하다.
암모니아 분해 장치(51)의 암모니아 분해기(53)에 제 1 열매체(M1)로서의 증기를 인도하는 제 1 열매체 라인(85a)의 일단은, 고압 증기 라인(43)에 접속되어 있다. 본 제 1 열매체 라인(85a)의 타단은, 암모니아 분해 장치(51)의 암모니아 분해기(53)에 접속되어 있다. 즉, 본 실시형태의 암모니아 분해기(53)는, 고압 증기 발생계(27)에서 발생한 고압 증기(HS)의 일부를 제 1 열매체(M1)로서, 암모니아의 열분해에 이용한다. 또한, 고압 증기 발생계(27)에서 발생한 고압 증기(HS)의 나머지는, 고압 증기 터빈(33)에 보내진다. 제 1 열매체 회수 라인(86a)은 암모니아 분해기(53)와 중압 증기 라인(42a)을 접속한다. 본 제 1 열매체 회수 라인(86)은 암모니아 분해기(53)에서 이용된 후의 고압 증기(HS)를 중압 증기 라인(42a) 내로 인도한다.
암모니아 제거 장치(61)의 암모니아 분리기(72)에 제 2 열매체(M2)로서의 증기를 인도하는 제 2 열매체 라인(87)의 일단은, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 중압 증기 라인(42a)에 접속되어 있다. 본 제 2 열매체 라인(87)의 타단은, 암모니아 분리기(72)에 접속되어 있다. 즉, 본 실시형태의 암모니아 분해기(53)는 중압 증기 발생계(23)에서 발생한 중압 증기(IS)의 일부를 제 2 열매체(M2)로서, 물의 가열에 이용한다. 또한, 중압 증기 발생계(23)에서 발생한 중압 증기(IS)의 나머지는, 재열 증기계(25)로 보내진다. 제 2 열매체 회수 라인(88)은 제 1 실시형태와 마찬가지로, 암모니아 분리기(72)에서 배열 회수 보일러(20a)의 중압 펌프(24)에 있어서의 흡입구를 접속한다. 본 제 2 열매체 회수 라인(88)은 암모니아 분리기(72)에서, 중압 증기(IS)가 물과의 열교환으로 응축되어 생성된 열수를 중압 펌프(24)로 인도한다.
이상과 같이, 본 실시형태의 암모니아 분해 설비(50)도, 암모니아를 열분해하는 암모니아 분해 장치(51) 외에, 이 암모니아 분해 장치(51)에서 생성된 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함하는 분해가스(DG)로부터 잔류 암모니아를 제거하는 암모니아 제거 장치(61)를 구비하고 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서도, 가스 이용 대상으로 보내는 가스 중에 포함되는 잔류 암모니아의 농도를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 가스 이용 대상인 연소기(11b)에서 연료의 연소로 생성되는 배기가스(EG) 중의 NOx 농도도 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 가스 이용 대상인 연소기(11b)에서, 탄소를 포함하지 않는 연료와 천연가스(NG)가 혼합한 혼합 가스 연료(MG)를 연소시키기 때문에, 이 혼합 가스 연료(MG)의 연소로 생성되는 배기가스(EG) 중의 CO2량을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 암모니아 분해 장치(51)에 공급하기 전의 암모니아를, 암모니아 승압기(80)에서, 연소기(11b)인 가스 이용 대상 내의 압력보다 높은 압력에까지 승압하고 있으므로, 암모니아를 분해한 후의 가스를 승압하고 있지 않아도, 가스 이용 대상 내로 인도할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서도, 설비 코스트 및 러닝 코스트를 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는, 배열 회수 보일러(20a)에서 발생한 증기 중, 암모니아 분해 설비(50)에서 사용하는 증기량이 제 1 실시형태보다 적다. 바꿔말하면, 본 실시형태에서는, 배열 회수 보일러(20a)에서 발생한 증기 중, 증기 터빈 설비(30)에서 사용하는 증기량이 제 1 실시형태보다 많다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 증기 터빈(31, 32, 33)의 출력을 제 1 실시형태보다 높일 수 있다.
본 실시형태의 배열 회수 보일러(20a)는 암모니아 분해 장치(51)의 암모니아 분해기(53)에 보내는 증기를 발생하는 전용의 고압 증기 발생계를 구비하지 않기 때문에, 기존의 가스 터빈 복합 사이클 플랜트에, 암모니아 분해 설비(50)를 추가하는 경우에서도, 배열 회수 보일러의 개조 범위를 최소한으로 할 수 있다. 따라서, 본 경우에는, 제 1 실시형태에 있어서의 플랜트 구성을 채용하는 것보다도, 본 실시형태에 있어서의 플랜트 구성을 채용하는 것이 플랜트의 개량에 필요로 하는 코스트를 억제할 수 있다.
「변형예」
이상의 각 실시형태에서는, 가스 터빈 로터(11d)와 증기 터빈 로터(34)가 연결되어 있다. 그렇지만, 가스 터빈 로터(11d)와 증기 터빈 로터(34)는 연결되어 있지 않아도 좋다. 본 경우, 가스 터빈 로터(11d)와 증기 터빈 로터(34)의 각각에 발전기가 연결되게 된다.
이상의 각 실시형태에 있어서의 증기 터빈 설비(30)는, 유입 증기의 압력이 서로 상이한 3종류의 증기 터빈(31, 32, 33)을 갖는다. 그렇지만, 증기 터빈 설비는 증기 터빈으로서, 1종류의 증기 터빈만을 가져도 좋다. 본 경우, 배열 회수 보일러의 증기 발생계는 증기 터빈을 구동시키기 위한 증기를 발생하는 증기 발생계로서, 1종류의 증기 발생계만을 가지고 있으면 좋다.
이상의 각 실시형태에서는, 암모니아 분해기(53)에 보내는 열매체가 배열 회수 보일러(20, 20a)로부터의 수증기이다. 그렇지만, 가스 터빈(11)의 구동에 의해 발생하는 열을 이용한다면, 어떤 매체를 이용해도 좋다. 예를 들어, 가스 터빈(11)으로부터의 배기가스(EG)를 암모니아 분해기(53)로 보내는 열매체로 해도 좋다. 본 경우, 수증기보다 고온인 배기가스와 열교환할 수 있는 장점이 있다. 한편, 본 경우, 배기가스(EG)는 고압의 수증기와 비교하여 열 용량이 작기 때문에, 필요한 배기가스(EG)의 체적 유량이 커져서, 기기류의 크기가 전체적으로 커지는 단점이 있다.
이상의 각 실시형태에서는, 분해가스(DG) 중으로부터 암모니아를 제외한 방법으로서, 흡수탑(64)에 있어서, 분해가스(DG)와 물을 접촉시키는 방법을 채용하고 있다. 그렇지만, 분해가스(DG) 중으로부터 암모니아를 제거하는 방법으로서, 압력 변동 흡착법(PSA)을 채용해도 좋다. 압력 변동 흡착법은 건식인 것이 특징이다. 단, 본 방법은 흡탈착 전환시의 압력 변동에 주의할 필요가 있다.
이상의 각 실시형태에서는, 암모니아 분리기(72)에 있어서의 분리탑(75)의 외부에 물 가열기(77)가 배치되어 있다. 즉, 이상의 각 실시형태에서는, 분리탑(75)의 하부에 모인 물을 외부로 인출하고, 이 물을 물 가열기(77)에서 가열한다. 그렇지만, 암모니아 분리기(72)에 있어서의 분리탑(75)의 내부에 물 가열기를 배치해도 좋다.
이상의 각 실시형태에서는, 암모니아 분리기(72)에 있어서의 물 가열기(77)에서, 물을 가열하는 제 2 열매체(M2)가 가스 터빈(11)의 구동으로 발생한 열에 의해 가열된 매체, 구체적으로는, 중압 증기(IS)이다. 그렇지만, 본 물 가열기(77)로, 물을 가열하는 제 2 열매체(M2)는 예를 들면, 분해가스(DG)여도 좋다.
이상의 각 실시형태에서는, 암모니아 분리기(72)에 있어서의 분리탑(75)의 외부에 응축기(78)가 배치되어 있다. 즉, 이상의 각 실시형태에서는, 분리탑(75) 내의 가스를 외부에 인출하고, 본 가스의 일부를 응축기(78)로 응축시킨다. 그렇지만, 암모니아 분리기(72)에 있어서의 분리탑(75) 내의 상부 공간 내에 응축기를 배치해도 좋다.
이상의 각 실시형태에서는, 암모니아 흡수기(62)에 있어서의 흡수탑(64)에서의 기액 접촉 방법으로서, 충전물식을 채용하고 있다. 또한, 이상의 각 실시형태에서는, 암모니아 분리기(72)에 있어서의 분리탑(75)에서의 기액 접촉 방법으로서, 선반단식을 채용하고 있다. 그렇지만, 기액 접촉 방법에는, 다른 방식도 있으므로, 흡수탑(64) 및 분리탑(75)에서의 기액 접촉 방법으로서, 다른 방식을 채용해도 좋다. 기액 접촉 방법을 실현하는 복수의 방식에는, 방식마다, 기기의 크기, 기기의 자본비, 기기의 보수비, 기기의 압력 손실, 기기의 필요 동력, 기기의 내구성 등에 장단점이 있다. 이 때문에, 액접촉 방법을 실현하는 복수의 방식 중, 플랜트의 사양이나 입지 조건 등에 따라 최적인 방식을 선정하면 좋다.
이상의 실시형태에 있어서의 가스 이용 대상은, 연소기(11b)이다. 그렇지만, 가스 이용 대상은 연소기(11b)로 한정되지 않고, 예를 들면, 연료 전지여도 좋다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 암모니아의 열분해로 생성된 분해가스 중의 잔류 암모니아를 줄일 수 있다. 게다가, 본 발명의 일 태양에 의하면, 암모니아 분해 설비를 동작시키기 위한 에너지 코스트를 억제할 수 있다.
10 : 가스 터빈 설비
11 : 가스 터빈
11a : 공기 압축기
11b : 연소기
11c : 터빈
11d : 가스 터빈 로터
12 : 연료 라인
13 : 유량계
14 : 예열기
15 : 연료 조절 밸브
16 : 기동시 연료 라인
17 : 주 연료 라인
20, 20a : 배열 회수 보일러
21 : 보일러 프레임
22 : 저압 증기 발생계
22a : 절탄기
22b : 증발기
22c : 과열기
23 : 중압 증기 발생계
24 : 중압 펌프
25 : 재열 증기계
26 : 제 1 고압 증기 발생계
27 : 제 2 고압 증기 발생계(고압 증기 발생계)
28 : 고압 펌프
29 : 스택
30 : 증기 터빈 설비
31 : 저압 증기 터빈
32 : 중압 증기 터빈
33 : 고압 증기 터빈
34 : 증기 터빈 로터
35 : 복수기
36 : 복수 펌프
39 : 발전기
41 : 저압 증기 라인
42, 42a : 중압 증기 라인
43 : 고압 증기 라인
44, 44a : 고압 배기 증기 라인
45 : 중압 배기 증기 라인
46 : 재열 증기 라인
47 : 급수 라인
T : 암모니아 탱크
50 : 암모니아 분해 설비
51 : 암모니아 분해 장치
52 : 암모니아 가열기
53 : 암모니아 분해기
54 : 분해가스 라인
61 : 암모니아 제거 장치
62 : 암모니아 흡수기
63 : 분해가스 냉각기
64 : 흡수탑
64p : 충전물
64v : 흡수탑 용기
65 : 물 라인
66 : 물 공급 펌프
67 : 물 냉각기
72 : 암모니아 분리기
73 : 암모니아수 라인
74 : 암모니아수 가열기
75 : 분리탑
75v : 분리탑 용기
75p : 선반단
76 : 물 순환 라인
77 : 물 가열기
78 : 응축기
79 : 물 회수 라인
80 : 암모니아 승압기
81 : 암모니아 공급 라인
82 : 처리완료 가스 공급 라인
83 : 암모니아 회수 라인
84 : 암모니아 압축기
85, 85a : 제 1 열매체 라인(열매체 라인)
86, 86a : 제 1 열매체 회수 라인
87 : 제 2 열매체 라인
88 : 제 2 열매체 회수 라인
89 : 혼합기
EG : 배기가스
LS : 저압 증기
IS : 중압 증기
RS : 재열 증기
HS : 고압 증기
HS1 : 제 1 고압 증기
HS2 : 제 2 고압 증기
M1 : 제 1 열매체
M2 : 제 2 열매체
DG : 분해가스
SF : 기동시 연료
PG : 처리완료 가스
MG : 혼합 가스 연료
NG : 천연가스
11 : 가스 터빈
11a : 공기 압축기
11b : 연소기
11c : 터빈
11d : 가스 터빈 로터
12 : 연료 라인
13 : 유량계
14 : 예열기
15 : 연료 조절 밸브
16 : 기동시 연료 라인
17 : 주 연료 라인
20, 20a : 배열 회수 보일러
21 : 보일러 프레임
22 : 저압 증기 발생계
22a : 절탄기
22b : 증발기
22c : 과열기
23 : 중압 증기 발생계
24 : 중압 펌프
25 : 재열 증기계
26 : 제 1 고압 증기 발생계
27 : 제 2 고압 증기 발생계(고압 증기 발생계)
28 : 고압 펌프
29 : 스택
30 : 증기 터빈 설비
31 : 저압 증기 터빈
32 : 중압 증기 터빈
33 : 고압 증기 터빈
34 : 증기 터빈 로터
35 : 복수기
36 : 복수 펌프
39 : 발전기
41 : 저압 증기 라인
42, 42a : 중압 증기 라인
43 : 고압 증기 라인
44, 44a : 고압 배기 증기 라인
45 : 중압 배기 증기 라인
46 : 재열 증기 라인
47 : 급수 라인
T : 암모니아 탱크
50 : 암모니아 분해 설비
51 : 암모니아 분해 장치
52 : 암모니아 가열기
53 : 암모니아 분해기
54 : 분해가스 라인
61 : 암모니아 제거 장치
62 : 암모니아 흡수기
63 : 분해가스 냉각기
64 : 흡수탑
64p : 충전물
64v : 흡수탑 용기
65 : 물 라인
66 : 물 공급 펌프
67 : 물 냉각기
72 : 암모니아 분리기
73 : 암모니아수 라인
74 : 암모니아수 가열기
75 : 분리탑
75v : 분리탑 용기
75p : 선반단
76 : 물 순환 라인
77 : 물 가열기
78 : 응축기
79 : 물 회수 라인
80 : 암모니아 승압기
81 : 암모니아 공급 라인
82 : 처리완료 가스 공급 라인
83 : 암모니아 회수 라인
84 : 암모니아 압축기
85, 85a : 제 1 열매체 라인(열매체 라인)
86, 86a : 제 1 열매체 회수 라인
87 : 제 2 열매체 라인
88 : 제 2 열매체 회수 라인
89 : 혼합기
EG : 배기가스
LS : 저압 증기
IS : 중압 증기
RS : 재열 증기
HS : 고압 증기
HS1 : 제 1 고압 증기
HS2 : 제 2 고압 증기
M1 : 제 1 열매체
M2 : 제 2 열매체
DG : 분해가스
SF : 기동시 연료
PG : 처리완료 가스
MG : 혼합 가스 연료
NG : 천연가스
Claims (16)
- 가스 터빈에서 발생한 열로 가열된 열매체가 흐르는 열매체 라인과,
암모니아가 흐르는 암모니아 공급 라인과,
상기 열매체 라인 및 상기 암모니아 공급 라인에 접속되고, 상기 열매체 라인으로부터의 상기 열매체의 열을 이용하여, 상기 암모니아 공급 라인으로부터의 상기 암모니아를 열분해하여, 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함한 분해가스를 생성하는 암모니아 분해 장치와,
상기 암모니아 분해 장치로부터의 상기 분해가스 중에 포함되는 상기 잔류 암모니아를 제거하는 암모니아 제거 장치와,
상기 암모니아 제거 장치에서 상기 잔류 암모니아가 제거된 분해가스인 처리완료 가스를 가스 이용 대상으로 인도하는 처리완료 가스 공급 라인을 구비하는
암모니아 분해 설비. - 제 1 항에 있어서,
상기 암모니아 제거 장치에 접속되고, 상기 암모니아 제거 장치에서 제거된 상기 잔류 암모니아를 상기 암모니아 공급 라인으로 인도하는 암모니아 회수 라인을 구비하는
암모니아 분해 설비. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 암모니아 공급 라인에 마련되고, 상기 암모니아 공급 라인을 흐르는 상기 암모니아를 상기 가스 이용 대상 내의 압력보다 높은 압력으로 승압하는 암모니아 승압기를 구비하는
암모니아 분해 설비. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 암모니아 제거 장치는 암모니아 흡수기와, 암모니아 분리기를 갖고,
상기 암모니아 흡수기는, 상기 암모니아 분해 장치로부터의 상기 분해가스와 물을 접촉시켜서, 상기 분해가스 중의 상기 잔류 암모니아를 상기 수중에 용해시키는 한편, 상기 처리완료 분해가스를 배기하고,
상기 암모니아 분리기는, 분리탑과 물 가열기를 갖고,
상기 분리탑은, 상기 잔류 암모니아가 용해한 상기 물인 암모니아수와 수증기를 접촉시키고, 상기 암모니아수를 가열하여, 상기 암모니아수로부터 암모니아를 분리하고,
상기 물 가열기는, 상기 암모니아수로부터 암모니아가 분리된 물을 가열하여 수증기로 한 후, 수증기를 상기 분리탑으로 되돌리는
암모니아 분해 설비. - 제 4 항에 있어서,
상기 열매체 라인인 제 1 열매체 라인 외에, 상기 가스 터빈에서 발생한 열로 가열된 열매체가 흐르는 제 2 열매체 라인을 더 구비하고,
상기 물 가열기는, 상기 암모니아수로부터 암모니아가 분리된 물과 상기 제 2 열매체 라인으로부터의 열매체를 열교환시켜서, 상기 물을 수증기로 하는 열교환기인
암모니아 분해 설비. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 암모니아 분해 설비와,
상기 가스 터빈을 구비하고,
상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 공기 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜서 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스로 구동하는 터빈을 갖고,
상기 처리완료 가스 공급 라인은, 상기 연소기를 상기 가스 이용 대상으로 하여, 상기 처리완료 가스를 상기 연소기로 인도하는
가스 터빈 플랜트. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 암모니아 분해 설비와,
상기 가스 터빈과,
상기 가스 터빈으로부터 배기된 배기가스의 열로 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러를 구비하고,
상기 열매체 라인은 상기 배열 회수 보일러에 접속되고, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 상기 열매체로 하여, 상기 암모니아 분해 장치로 인도하는
가스 터빈 플랜트. - 제 5 항에 기재된 암모니아 분해 설비와,
상기 가스 터빈과,
상기 가스 터빈으로부터 배기된 배기가스의 열로 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러를 구비하고
상기 제 2 열매체 라인은 상기 배열 회수 보일러에 접속되고, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 상기 열매체로 하여, 상기 물 가열기로 인도하는
가스 터빈 플랜트. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 열매체 라인은 상기 배열 회수 보일러에 접속되고, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 상기 열매체로 하여, 상기 암모니아 분해 장치로 인도하는
가스 터빈 플랜트. - 가스 터빈에서 발생한 열로 가열된 열매체의 열을 이용하여, 암모니아 분해 장치 내에서 암모니아를 열분해하여, 수소와 질소와 잔류 암모니아를 포함하는 분해가스를 생성하는 암모니아 분해 공정과,
상기 분해가스 중에 포함되는 상기 잔류 암모니아를 제거하는 암모니아 제거 공정과,
상기 암모니아 제거 공정에서 상기 잔류 암모니아가 제거된 분해가스인 처리완료 가스를 가스 이용 대상으로 인도하는 처리완료 가스 공급 공정을 실행하는
암모니아 분해 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 암모니아 제거 공정에서 제거된 상기 잔류 암모니아를 상기 암모니아 분해 공정에서 열분해되기 전의 암모니아에 합류시키는 암모니아 회수 공정을 실행하는
암모니아 분해 방법. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 암모니아 분해 공정에서 열분해되기 전의 암모니아를 상기 가스 이용 대상 내의 압력보다 높은 압력으로 승압하고 나서, 승압 후의 암모니아를 상기 암모니아 분해 장치에 공급하는 암모니아 공급 공정을 실행하는
암모니아 분해 방법. - 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 암모니아 제거 공정은 암모니아 흡수 공정과, 암모니아 분리 공정을 포함하고,
상기 암모니아 흡수 공정에서는, 상기 암모니아 분해 공정의 실행으로 얻어진 상기 분해가스와 물을 접촉시켜서, 상기 분해가스 중의 상기 잔류 암모니아를 수중에 용해시키는 한편, 상기 처리완료 분해가스를 배출하고,
상기 암모니아 분리 공정에서는, 분리 실행 공정과, 물 가열 공정을 포함하고,
상기 분리 실행 공정에서는, 상기 잔류 암모니아가 용해한 물인 암모니아수와 수증기를 접촉시키고, 상기 암모니아수로부터 암모니아를 증발 분리하고,
상기 물 가열 공정에서는, 상기 암모니아수로부터 암모니아가 분리된 물을 가열하여, 상기 분리 실행 공정에서 이용하는 수증기로 하는
암모니아 분해 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 물 가열 공정에서는, 상기 암모니아수로부터 암모니아가 분리된 물과 상기 가스 터빈으로 발생한 열로 가열된 열매체를 열교환시켜서, 상기 물을 가열하는
암모니아 분해 방법. - 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리완료 가스 공급 공정에서는, 상기 가스 터빈의 연소기를 상기 가스 이용 대상으로 하여, 상기 처리완료 가스를 상기 연소기로 인도하는
암모니아 분해 방법. - 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리완료 가스 중의 잔류 암모니아 농도를, 상기 가스 터빈으로부터 배기되는 배기가스 중의 질소 산화물 농도가 소망의 농도 미만이 되는 농도로 하는
암모니아 분해 방법.
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