JP2003176724A - Hydrogen separation reformed gas turbine system - Google Patents
Hydrogen separation reformed gas turbine systemInfo
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの排
熱を用いてガスタービン燃料を水素含有ガスに変換する
改質器を備えた水素分離改質ガスタービンシステムに関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen separation reformed gas turbine system provided with a reformer for converting gas turbine fuel into hydrogen-containing gas by using exhaust heat of a gas turbine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、水蒸気改質反応により炭化水素
から水素リッチなガスを生成する技術については、良く
知られている。例えば、天然ガスの主成分であるメタン
は、（１）、（２）式の反応により、水素を含むガスに
転換される。2. Description of the Related Art Generally, a technique for producing a hydrogen-rich gas from a hydrocarbon by a steam reforming reaction is well known. For example, methane, which is the main component of natural gas, is converted into a gas containing hydrogen by the reactions of equations (1) and (2).
【０００３】
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ ⇔ ＣＯ＋３Ｈ２ （水蒸気改質反応）……（１）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ ⇔ ＣＯ２＋Ｈ２ （水性ガスシフト反応）……（２）
（１）式の反応は吸熱反応であり、数気圧程度の低い圧
力であれば、６００℃でも５０％程度転化する。CH 4 + H 2 O ⇔ CO + 3H 2 (steam reforming reaction) (1) CO + H 2 O ⇔ CO 2 + H 2 (water gas shift reaction) (2) The reaction of the formula (1) is an endothermic reaction. If the pressure is as low as several atmospheres, the conversion is about 50% even at 600 ° C.
【０００４】特開２０００−８０９２７に開示されてい
るように、（１），（２）式の反応を用いると、図７に
示すようなガスタービン排熱回収発電システムを構成す
ることができる。As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-80927, by using the reactions of the equations (1) and (2), a gas turbine exhaust heat recovery power generation system as shown in FIG. 7 can be constructed.
【０００５】図７に示すように、例えば大気圧の空気１
４を加圧して圧縮空気を生成する圧縮機１２と、メタン
等のガスタービン燃料３を化学的に改質して水素等の改
質ガスを生成する改質器１と、圧縮機１２からの圧縮空
気によって改質器１から送られてくる改質ガス６を燃焼
させる燃焼器９と、この燃焼器９で発生した燃焼ガスの
流入により動力を得て、図示しない発電機を駆動するガ
スタービン１３とを備えている。As shown in FIG. 7, for example, atmospheric pressure air 1
Compressor 12 for pressurizing 4 to produce compressed air, reformer 1 for chemically reforming gas turbine fuel 3 such as methane to produce reformed gas such as hydrogen, and compressor 12 A combustor 9 for combusting the reformed gas 6 sent from the reformer 1 with compressed air, and a gas turbine for driving a generator (not shown) by obtaining power from the inflow of the combustion gas generated in the combustor 9. 13 and 13.
【０００６】上記改質器１には、ガスタービン１３から
の排ガス１５とガスタービン燃料３とが混合されて導入
されると共に、蒸発器２によって水４を蒸発させた水蒸
気５ａが導入される。改質器１では、タービン排ガス１
５の熱で（１）、（２）式の反応を生じ、その水素含有
ガス６が改質ガスとして燃焼器９へ導入される。The exhaust gas 15 from the gas turbine 13 and the gas turbine fuel 3 are mixed and introduced into the reformer 1, and the steam 5a obtained by evaporating the water 4 by the evaporator 2 is introduced. In the reformer 1, the turbine exhaust gas 1
The heat of 5 causes the reactions of the formulas (1) and (2), and the hydrogen-containing gas 6 is introduced into the combustor 9 as a reformed gas.
【０００７】このようなガスタービン排熱回収発電シス
テムにあっては、上記（１）、（２）式の反応で生じた
水素含有ガス６が吸熱反応によりタービン排ガス１５か
ら熱を回収して燃焼器９へ導入されるため、システムの
発電効率を向上させることができる。In such a gas turbine exhaust heat recovery power generation system, the hydrogen-containing gas 6 generated by the reactions of the above formulas (1) and (2) recovers heat from the turbine exhaust gas 15 by an endothermic reaction and burns. Since it is introduced into the container 9, the power generation efficiency of the system can be improved.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】このようにガスタービ
ンの排熱を多く回収すれば、発電効率を向上させること
ができる。また、改質器による改質反応により排熱回収
するシステムにおいては、水素への転化率を向上させる
ことで多くの排熱回収を達成することができる。By recovering a large amount of exhaust heat from the gas turbine in this way, it is possible to improve power generation efficiency. Further, in a system that recovers exhaust heat by a reforming reaction by a reformer, a large amount of exhaust heat recovery can be achieved by improving the conversion rate to hydrogen.
【０００９】そこで、水素への転化率を向上させるため
には、改質器の温度を高くするか、あるいは水蒸気とメ
タンのモル比（以下Ｓ／Ｃと称する）を大きくすること
が効果的である。Therefore, in order to improve the conversion rate to hydrogen, it is effective to raise the temperature of the reformer or increase the molar ratio of steam to methane (hereinafter referred to as S / C). is there.
【００１０】しかしながら、改質器での温度はガスター
ビンの排ガス１５の温度以上にすることができないた
め、必然的にＳ／Ｃを大きくしなければならない。However, since the temperature in the reformer cannot be higher than the temperature of the exhaust gas 15 of the gas turbine, the S / C must be increased inevitably.
【００１１】一方、圧力の低い気体のガスタービン燃料
を改質器へ導入するには、圧縮機などの昇圧機器が必要
となるが、その必要動力は改質器の水素含有ガス流路の
圧力損失に大きく影響される。On the other hand, in order to introduce a gas turbine fuel having a low pressure into the reformer, a booster such as a compressor is required. The required power is the pressure of the hydrogen-containing gas passage of the reformer. It is greatly affected by losses.
【００１２】また、Ｓ／Ｃを大きくすれば、蒸気が増え
て流量が増大するため、蒸発器２および改質器１での圧
力損失は大きくなる。特に、改質器１には触媒が充填さ
れて流路抵抗も大きいので、改質器における圧力損失は
非常に大きくなる。Further, if S / C is increased, the amount of steam increases and the flow rate increases, so that the pressure loss in the evaporator 2 and the reformer 1 increases. In particular, since the reformer 1 is filled with the catalyst and the flow path resistance is large, the pressure loss in the reformer becomes very large.
【００１３】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、排熱回収量を多くし、且つ改質器の圧力損失
を低減することができる水素分離改質ガスタービンシス
テムを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a hydrogen separation reformed gas turbine system capable of increasing the amount of exhaust heat recovery and reducing the pressure loss of the reformer. The purpose is to
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により水素分離改質ガスタ
ービンシステムを構成する。In order to achieve the above object, the present invention constitutes a hydrogen separation reformed gas turbine system by the following means.
【００１５】請求項１に対応する発明は、燃焼用酸素を
含む流体を圧縮機と、水素を選択的に分離する水素分離
膜で改質室と掃気室の２種類の室に分けられ、且つ前記
改質室に触媒が充填され、燃料ガスを化学的に改質して
改質ガスを生成する改質器と、前記圧縮機により圧縮さ
れた流体を前記改質器で改質された改質ガスとともに流
入して燃焼させ、燃焼ガスを発生させる燃焼器と、この
燃焼器で発生した燃焼ガスの流入により動力を得て発電
に供するガスタービンとを備え、前記改質器の掃気室に
蒸気を流通させるとともに、改質室に水蒸気と燃料ガス
との混合ガスを導入して前記ガスタービン排ガスを熱源
として水素含有ガスに転化させ、前記掃気室に流入する
蒸気に水素含有ガス中の水素の一部を前記水素透過膜を
通して引き込んで水素含有蒸気とし、これら水素含有ガ
スと水素含有蒸気とを混合した水素リッチな改質ガスを
前記燃焼器に流入させる構成として、前記改質器の改質
室内の蒸気と燃料ガスとの混合ガスの圧力を前記燃焼器
内の燃焼ガスの圧力と同一またはそれより大きくする。The invention corresponding to claim 1 is divided into two kinds of chambers, a reforming chamber and a scavenging chamber, by a compressor for a fluid containing combustion oxygen and a hydrogen separation membrane for selectively separating hydrogen. The reformer is filled with a catalyst and chemically reforms a fuel gas to generate a reformed gas, and a fluid compressed by the compressor is reformed by the reformer. Equipped with a combustor for generating a combustion gas by inflowing with the quality gas for combustion, and a gas turbine for obtaining power by the inflow of the combustion gas generated by the combustor for power generation, and in a scavenging chamber of the reformer. Along with passing the steam, the mixed gas of steam and fuel gas is introduced into the reforming chamber to convert the gas turbine exhaust gas into a hydrogen-containing gas as a heat source, and the hydrogen in the hydrogen-containing gas is added to the steam flowing into the scavenging chamber. Part of the hydrogen through the hydrogen permeable membrane A mixed gas of a vapor and a fuel gas in the reforming chamber of the reformer as a hydrogen-containing reformed gas obtained by mixing the hydrogen-containing gas and the hydrogen-containing vapor into the combustor. Is made equal to or higher than the pressure of the combustion gas in the combustor.
【００１６】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の水素分離改質ガスタービンシステムにおい
て、前記改質器の掃気室および改質室の圧力を、前記燃
焼器の圧力よりも高く設定する。According to a second aspect of the present invention, in the hydrogen separation reformed gas turbine system of the first aspect of the present invention, the pressures of the scavenging chamber and the reforming chamber of the reformer are set to be higher than the pressure of the combustor. Also set high.
【００１７】請求項３に対応する発明は、請求項２に対
応する発明水素分離改質ガスタービンシステムにおい
て、前記改質室の圧力を前記掃気室の圧力よりも高く設
定する。The invention according to claim 3 is the invention according to claim 2, wherein in the hydrogen separation reformed gas turbine system, the pressure in the reforming chamber is set higher than the pressure in the scavenging chamber.
【００１８】請求項４に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の水素分離改質ガスタービンシステムにおい
て、前記改質器の改質室に導入される燃料ガスと水蒸気
のモル量比が改質反応の当量比以下である。According to a fourth aspect of the present invention, in the hydrogen separation reformed gas turbine system of the first aspect of the present invention, the molar ratio of fuel gas and steam introduced into the reforming chamber of the reformer is It is below the equivalent ratio of the reforming reaction.
【００１９】請求項５に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の水素分離改質ガスタービンシステムにおい
て、前記改質器の改質室と掃気室へ流入する水蒸気量比
は、１：１から１：４の範囲内である。According to a fifth aspect of the invention, in the hydrogen separation reformed gas turbine system according to the first aspect of the invention, the ratio of the amount of steam flowing into the reforming chamber and the scavenging chamber of the reformer is 1: It is in the range of 1 to 1: 4.
【００２０】請求項６に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の水素分離改質ガスタービンシステムにおい
て、前記水素分離膜の水素の選択率は、１０以上１００
００以下である。The invention corresponding to claim 6 is the hydrogen separation reformed gas turbine system of the invention according to claim 1, wherein the hydrogen selectivity of the hydrogen separation membrane is 10 or more and 100 or more.
It is 00 or less.
【００２１】請求項７に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の水素分離改質ガスタービンシステムにおい
て、前記水素分離膜の水素透過速度は、1.0mol/m2sPa以
上である。According to a seventh aspect of the invention, in the hydrogen separation reformed gas turbine system of the first aspect of the invention, the hydrogen permeation rate of the hydrogen separation membrane is 1.0 mol / m 2 sPa or more.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２３】図１は、本発明による水素分離改質ガスタ
ービンシステムの第１の実施の形態を示す構成図で、図
１と同一部分には同一符号を付して説明する。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a hydrogen separation reformed gas turbine system according to the present invention. The same parts as those in FIG.
【００２４】ガスタービンシステムは、図１に示すよう
に燃焼用酸素を含む流体、例えば大気圧の空気１４を
１．０ＭＰａ〜１．２ＭＰａ程度に加圧して圧縮空気を
生成する圧縮機１２と、メタン等のガスタービン燃料３
を化学的に改質して重量あたりの発熱量の多い（高カロ
リーの）水素等の改質ガス６を生成する改質器１と、圧
縮機１２からの圧縮空気によって改質器１から送られた
改質ガス６を燃焼させる燃焼器９と、この燃焼器９で発
生した燃焼ガスの流入により動力を得て、図示しない発
電機を駆動するガスタービン１３とを備えている。As shown in FIG. 1, the gas turbine system comprises a compressor 12 for pressurizing a fluid containing oxygen for combustion, for example, air 14 at atmospheric pressure to about 1.0 MPa to 1.2 MPa to generate compressed air. Gas turbine fuel such as methane 3
The reformer 1 which chemically reforms the hydrogen to generate a reformed gas 6 such as hydrogen (high calorific value) having a large calorific value per weight, and compressed air from the compressor 12 are sent from the reformer 1. A combustor 9 for combusting the reformed gas 6 thus obtained and a gas turbine 13 for driving a generator (not shown) by obtaining power by the inflow of the combustion gas generated in the combustor 9 are provided.
【００２５】上記改質器１には、ガスタービン１３から
の排ガス１５とガスタービン燃料３とが混合されて導入
されると共に、蒸発器２によって水４を蒸発させた水蒸
気５ａが導入される。改質器１では、ガスタービン燃料
３と、蒸発器２から供給される蒸気とが排ガス１５から
の熱により反応し上述したような高カロリーの改質ガス
が得られる。The exhaust gas 15 from the gas turbine 13 and the gas turbine fuel 3 are mixed and introduced into the reformer 1, and the steam 5a obtained by evaporating the water 4 by the evaporator 2 is introduced. In the reformer 1, the gas turbine fuel 3 and the steam supplied from the evaporator 2 react with each other by the heat from the exhaust gas 15 to obtain the high-calorie reformed gas as described above.
【００２６】このようなガスタービンシステムにおい
て、本実施の形態では改質器１として次のような構成と
するものである。In such a gas turbine system, in the present embodiment, the reformer 1 has the following configuration.
【００２７】図１の改質器１は概略構成を示し、図２は
改質器１の構成を模式的に示す斜視図である。The reformer 1 of FIG. 1 shows a schematic structure, and FIG. 2 is a perspective view schematically showing the structure of the reformer 1.
【００２８】図１及び図２において、改質器１内は水素
分離膜１０により改質室１ａと掃気室１ｂの２室に分離
された構成となっている。1 and 2, the inside of the reformer 1 is divided by a hydrogen separation membrane 10 into two chambers, a reforming chamber 1a and a scavenging chamber 1b.
【００２９】改質室１ａには、ガスタービン燃料３のほ
か、蒸発器２において生成された蒸気の一部が改質蒸気
５ａとして導入され、内部に充填されたＮｉ，Ｆｅ，ク
ロム等からなる触媒の効果で（１）式の水蒸気改質反応
を生じる。In the reforming chamber 1a, in addition to the gas turbine fuel 3, a part of the steam generated in the evaporator 2 is introduced as the reforming steam 5a and is filled with Ni, Fe, chromium and the like. The effect of the catalyst causes the steam reforming reaction of the formula (1).
【００３０】生成した水素の一部は、水素分離膜１０を
通して掃気室１ｂ内に透過水素１１として浸入する。Part of the produced hydrogen penetrates into the scavenging chamber 1b as the permeated hydrogen 11 through the hydrogen separation membrane 10.
【００３１】掃気室１ｂには、蒸発器２で生成された蒸
気の一部が掃気蒸気５ｂとして導入される。そして、透
過水素１１は掃気室１ｂに導入された掃気蒸気５ｂと混
合され、水素含有蒸気７となって掃気室１ｂから排出さ
れる。A part of the vapor generated in the evaporator 2 is introduced into the scavenging chamber 1b as scavenging vapor 5b. Then, the permeated hydrogen 11 is mixed with the scavenging vapor 5b introduced into the scavenging chamber 1b, becomes the hydrogen-containing vapor 7, and is discharged from the scavenging chamber 1b.
【００３２】改質室１ａから出た改質ガス６には、蒸気
と未改質の燃料のほか、水素や一酸化炭素および二酸化
炭素などが含まれ、イジェクター１６にて水素含有蒸気
７と混合され、水素リッチガス８として排出される。The reformed gas 6 discharged from the reforming chamber 1a contains steam, unreformed fuel, hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, and is mixed with the hydrogen-containing steam 7 by the ejector 16. And is discharged as hydrogen-rich gas 8.
【００３３】燃焼器９でのノズル圧力損失などにより水
素リッチガス８の圧力が燃焼器９よりも低圧力となった
場合には、これらの圧力差により水素リッチガス８の燃
焼器９への導入効率が低下する。When the pressure of the hydrogen-rich gas 8 becomes lower than that of the combustor 9 due to nozzle pressure loss in the combustor 9, the efficiency of introduction of the hydrogen-rich gas 8 into the combustor 9 is increased by the pressure difference between them. descend.
【００３４】そのため、このような圧力関係になった場
合、高温昇圧機１７で水素リッチガス８の圧力を高くし
てから燃焼器９へ導入し、発電に供することになる。Therefore, when such a pressure relation is reached, the pressure of the hydrogen rich gas 8 is increased by the high temperature booster 17 and then introduced into the combustor 9 for power generation.
【００３５】一方、改質室１ａでは、透過水素１１を補
うように更に水素を生成する反応が促進される。On the other hand, in the reforming chamber 1a, the reaction of further producing hydrogen is promoted so as to supplement the permeated hydrogen 11.
【００３６】従って、ガスタービン排熱の回収量も多く
なり、発電効率が向上する。この場合、最大排熱回収量
は、蒸発器２で発生した蒸気すべてをガスタービン燃料
３とともに改質室１ａに通じた場合の理論値まで増大す
る。Therefore, the recovery amount of the gas turbine exhaust heat is increased, and the power generation efficiency is improved. In this case, the maximum exhaust heat recovery amount increases to the theoretical value when all the steam generated in the evaporator 2 is passed together with the gas turbine fuel 3 into the reforming chamber 1a.
【００３７】従って、Ｓ／Ｃを大きくする場合は、改質
器１を上述した構成にすることが有効な手段である。Therefore, in the case of increasing the S / C, it is an effective means to make the reformer 1 have the above-mentioned structure.
【００３８】なお、図では２室分離を示したが、例えば
積層構造の改質器の場合は、多数の室に分離される。上
述した２室とは、その機能の差によって改質を行う室
と、透過水素を掃気する室との２種類の室に分離すると
いうことであり、室数が２つに限定されることを意味す
るものではない。Although the two chambers are separated in the figure, for example, in the case of the reformer having a laminated structure, the chamber is divided into a large number of chambers. The above-mentioned two chambers are to be separated into two types of chambers, that is, a reforming chamber and a chamber for scavenging permeated hydrogen due to the difference in function, and the number of chambers is limited to two. It does not mean.
【００３９】このように本発明の第１の実施の形態によ
れば、ガスタービン排熱の回収量も多くなり、発電効率
を向上させることができ、また蒸気の一部を改質室１ａ
に比べて流路抵抗の小さい掃気室１ｂに通すことで、圧
力損失を大幅に低減することができる。As described above, according to the first embodiment of the present invention, the recovery amount of the gas turbine exhaust heat is increased, the power generation efficiency can be improved, and a part of the steam is reformed in the reforming chamber 1a.
By passing the gas through the scavenging chamber 1b, which has a smaller flow path resistance than the above, it is possible to significantly reduce the pressure loss.
【００４０】図３は本発明による水素分離改質ガスター
ビンシステムの第２の実施の形態を示す構成図で、図１
と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、こ
こでは異なる点について述べる。FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of a hydrogen separation reformed gas turbine system according to the present invention.
The same parts as those of the above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【００４１】第２の実施の形態は、図３に示すように燃
焼器９よりも上流側に配置され、水素リッチガス８を燃
焼器９に導入する改質器１の改質室１ａおよび掃気室１
ｂの圧力を燃焼器９の圧力よりも高く設定するようにし
たものである。In the second embodiment, as shown in FIG. 3, the reforming chamber 1a and the scavenging chamber of the reformer 1 arranged upstream of the combustor 9 for introducing the hydrogen rich gas 8 into the combustor 9 are arranged. 1
The pressure of b is set higher than the pressure of the combustor 9.
【００４２】このようにすれば、常に水素リッチガス８
の圧力が燃焼器９よりも高くなるので、水素リッチガス
８を圧縮する高温昇圧機が不要になる。In this way, the hydrogen rich gas 8
Therefore, the high temperature booster for compressing the hydrogen rich gas 8 becomes unnecessary.
【００４３】この高温昇圧機は、水素リッチガス８の圧
縮効率および耐熱性の点を考慮すると、経済的に不利で
ある。すなわち、改質器１での圧力が小さいと水素リッ
チガス８への転化率は高いので、排熱回収量も多くなる
が、高温昇圧機の動力は無視できないくらい大きいの
で、効率向上の点で問題がある。むしろ、改質室１ａお
よび掃気室１ｂの圧力を燃焼器９よりも高く設定した方
が、高価な機器を省略できて効率を向上させることがで
きる。This high temperature booster is economically disadvantageous in view of the compression efficiency and heat resistance of the hydrogen rich gas 8. That is, when the pressure in the reformer 1 is small, the conversion rate to the hydrogen-rich gas 8 is high, so the amount of recovered exhaust heat is large, but the power of the high-temperature booster is so large that it cannot be ignored. There is. Rather, if the pressures in the reforming chamber 1a and the scavenging chamber 1b are set higher than those in the combustor 9, expensive equipment can be omitted and efficiency can be improved.
【００４４】次に本発明による水素分離改質ガスタービ
ンシステムの第３の実施の形態を説明する。Next, a third embodiment of the hydrogen separation reformed gas turbine system according to the present invention will be described.
【００４５】第３の実施の形態は、図１または図３に示
す改質器１において、水素分離膜１０として透過係数の
大きい水素分離膜１０を用いて、掃気室１ｂおよび改質
室１ａに分離するようにしたものである。In the third embodiment, in the reformer 1 shown in FIG. 1 or FIG. 3, the hydrogen separation membrane 10 having a large permeability coefficient is used as the hydrogen separation membrane 10 in the scavenging chamber 1b and the reforming chamber 1a. It is designed to be separated.
【００４６】このようにすれば、改質器１を小さくで
き、経済的に有利である。以下その理由について述べ
る。In this way, the reformer 1 can be made smaller, which is economically advantageous. The reason will be described below.
【００４７】透過水素１１の透過流量は、改質室１ａに
おける水素分圧Ｐｂと掃気室１ｂにおける水素分圧Ｐａ
の差圧に影響を受け、一般的に（３）式で表される。The permeation flow rate of the permeated hydrogen 11 depends on the hydrogen partial pressure P b in the reforming chamber 1a and the hydrogen partial pressure P a in the scavenging chamber 1b.
It is affected by the differential pressure of, and is generally expressed by the equation (3).
【００４８】
Ｆ＝Ｃ(Ｔ)・(Pｂ−Pａ)ｘ ……（３）
ここで、Ｃ(Ｔ)は、透過係数を意味し、温度に依存す
る。すなわち、温度上昇に応じて透過流量が多くなるこ
とを意味する。F = C (T) (P b −P a ) x (3) Here, C (T) means a transmission coefficient and depends on temperature. That is, it means that the permeation flow rate increases as the temperature rises.
【００４９】水素分離膜として、水素分子を吸排出する
機能を有する金属膜、そして分子が透過可能な程度の径
を有する管によりガス分子として最も小さい水素分子を
抽出する分子ふるい的構造を有する膜などが用いられ
る。As the hydrogen separation membrane, a metal membrane having a function of absorbing and discharging hydrogen molecules, and a membrane having a molecular sieving structure for extracting the smallest hydrogen molecules as gas molecules by a tube having a diameter that allows the molecules to permeate. Are used.
【００５０】まず、水素分子を吸排出する機能を有する
金属膜として、パラジウム膜を用いた場合について説明
する。First, the case where a palladium film is used as the metal film having a function of absorbing and discharging hydrogen molecules will be described.
【００５１】パラジウム膜は、数百℃で水素分子が金属
中を透過することで知られているが、その透過係数は温
度Ｔのべき乗の増加関数として表される。The palladium film is known to allow hydrogen molecules to permeate through a metal at several hundreds of degrees Celsius, and its permeation coefficient is expressed as an increasing function of the power of the temperature T.
【００５２】一方、分子ふるい的構造を有する膜の場合
は、温度Ｔが上がれば分子運動が活発になるので、通常
は透過係数は小さくなる。On the other hand, in the case of a film having a molecular sieving structure, the molecular motion becomes active when the temperature T rises, so that the permeability coefficient is usually small.
【００５３】(Pｂ−Pａ)xは、圧力への依存項を意味
し、分圧の差圧が大きいほど透過流量は大きくなること
を示す。(P b -P a ) x means a term dependent on pressure, and shows that the larger the partial pressure difference, the larger the permeation flow rate.
【００５４】ｘは、圧力項の効果の度合いをべき乗で表
したパラメータを意味し、パラジウム膜の場合は、1/2
となり、分子ふるい的構造の場合は１となる。X means a parameter representing the degree of the effect of the pressure term as a power, and in the case of a palladium film, 1/2
And becomes 1 in the case of a molecular sieving structure.
【００５５】（３）式により明らかなように、Pｂ＞Pａ
でなければ改質室１ａにおける反応促進効果はない。As is clear from the equation (3), P b > P a
Otherwise, there is no reaction promoting effect in the reforming chamber 1a.
【００５６】掃気室１ｂの蒸気は、透過水素１１を回収
しながら流れるため、掃気室１ｂ内は出口に向かって水
素分圧が増大する。掃気室１ｂと改質室１ａが同じ全圧
でも、部分的には各室間の水素の分圧差があるため、上
述の水素分子の透過流量はゼロではなく促進効果はあ
る。Since the vapor in the scavenging chamber 1b flows while collecting the permeated hydrogen 11, the hydrogen partial pressure in the scavenging chamber 1b increases toward the outlet. Even if the scavenging chamber 1b and the reforming chamber 1a have the same total pressure, there is a partial difference in hydrogen partial pressure between the chambers, so that the permeation flow rate of hydrogen molecules described above is not zero but has an accelerating effect.
【００５７】しかしながら、所定の分離膜面積で効果的
に水素分子の透過量を多くするには、必然的に分圧差す
なわち全圧差を大きくする必要がある。However, in order to effectively increase the permeation amount of hydrogen molecules in a predetermined separation membrane area, it is necessary to increase the partial pressure difference, that is, the total pressure difference.
【００５８】従って、改質室１ａの圧力を掃気室１ｂよ
りも高く設定すれば、高価な水素分離膜１０の必要面積
を小さくできると共に改質器１を小さくでき、且つ水素
分子の透過量を多くできるので、更に経済性が向上す
る。Therefore, if the pressure in the reforming chamber 1a is set higher than that in the scavenging chamber 1b, the required area of the expensive hydrogen separation membrane 10 can be reduced, the reformer 1 can be reduced in size, and the permeation amount of hydrogen molecules can be reduced. Since the amount can be increased, the economical efficiency is further improved.
【００５９】以上のことより、システム構築上、圧力の
大きさの順は改質室１ａ ＞ 掃気室１ｂ ＞ 燃焼器
９となるのが最も好ましい。From the above, in terms of system construction, it is most preferable that the order of the magnitude of the pressure is the reforming chamber 1a> scavenging chamber 1b> combustor 9.
【００６０】本実施の形態により、掃気室１ｂの圧力よ
りも改質室１ａの圧力を高く設定することで、コンパク
トな改質器１を実現することができる。According to the present embodiment, by setting the pressure in the reforming chamber 1a higher than the pressure in the scavenging chamber 1b, a compact reformer 1 can be realized.
【００６１】本発明による水素分離改質ガスタービンシ
ステムの第４の実施の形態を説明する。A fourth embodiment of the hydrogen separation reformed gas turbine system according to the present invention will be described.
【００６２】（１）式および（２）式に示したように改
質ガスには、ＣＯおよびＣＯ２が含まれるが、Ｓ／Ｃが
化学量論比付近では、４５０〜５５０℃で炭素が析出す
ることがある。As shown in the equations (1) and (2), the reformed gas contains CO and CO 2. However, when S / C is near the stoichiometric ratio, carbon is generated at 450 to 550 ° C. May precipitate.
【００６３】炭素析出反応には種々の反応があるが、最
も起こり易い反応として（４）式で表されるBoudouard
反応がある。Although there are various carbon precipitation reactions, the Boudouard represented by the formula (4) is the most likely reaction.
There is a reaction.
【００６４】
２ＣＯ ⇔ Ｃ ＋ ＣＯ２ …… （４）
本システムの場合、改質室１ａの触媒表面に炭素が析出
する恐れがあり、炭素が析出した場合には著しく触媒活
性が下がって改質反応を阻害する原因となる。2CO ⇔ C + CO 2 (4) In the case of this system, carbon may be deposited on the catalyst surface of the reforming chamber 1a, and when carbon is deposited, the catalytic activity is significantly lowered and reforming is performed. It causes the reaction to be hindered.
【００６５】炭素析出を回避するには、蒸気量すなわち
Ｓ／Ｃを増加させることで対応できるが、蒸気量の増加
はすなわち触媒充填層における圧力損失も増加させるこ
とになる。Although carbon precipitation can be avoided by increasing the amount of steam, that is, S / C, an increase in the amount of steam means that pressure loss in the catalyst packed bed also increases.
【００６６】図４は、図１で示した水素分離膜１０をも
つ改質器１を用いて、メタンを燃料としてＳ／Ｃ＝2．0
の条件で水素リッチガスを生成した場合の改質後の成分
を示すものである。FIG. 4 shows the reformer 1 having the hydrogen separation membrane 10 shown in FIG. 1 and S / C = 2.0 with methane as fuel.
It shows the components after reforming when hydrogen-rich gas is generated under the conditions of.
【００６７】横軸に温度（℃）を示し、縦軸に構成比率
（mol%）を示す。The horizontal axis represents temperature (° C.), and the vertical axis represents constituent ratio (mol%).
【００６８】本実施の形態の水素分離膜をもつ改質器で
は、改質室１ａで生成される透過水素を補うように
（２）式の反応も水素生成側へ促進されるため、図４に
示すようにＣＯ量は非常に小さくなる。In the reformer having the hydrogen separation membrane according to the present embodiment, the reaction of the formula (2) is also promoted to the hydrogen generation side so as to compensate the permeated hydrogen generated in the reforming chamber 1a, and therefore, as shown in FIG. As shown in, the amount of CO becomes very small.
【００６９】従って、（４）式の反応も起こりにくくな
り、低いＳ／Ｃであっても炭素の析出が抑えられる。Therefore, the reaction of the formula (4) is also unlikely to occur, and the precipitation of carbon can be suppressed even at a low S / C.
【００７０】なお、図４では、メタンの場合を示した
が、Ｃ２以上の炭化水素系燃料では、Ｓ／Ｃという尺度
よりも（１）および（２）式に相当する改質反応式によ
り蒸気と燃料の量論比（モル比）が決定される。Although FIG. 4 shows the case of methane, in the case of hydrocarbon fuel of C2 or more, the steam is generated by the reforming reaction equations corresponding to the equations (1) and (2) rather than the scale of S / C. And the stoichiometric ratio (molar ratio) of the fuel is determined.
【００７１】本実施の形態では、Ｓ／Ｃを数値規定する
ものではなく、従来は炭素析出により不可能であった化
学量論比以下の蒸気量でも炭素を検出することなく改質
運転が可能となる。In the present embodiment, the S / C is not specified numerically, and the reforming operation can be performed without detecting carbon even with a vapor amount below the stoichiometric ratio, which was impossible in the past due to carbon precipitation. Becomes
【００７２】たとえば、燃料がジメチルエーテルの場合
は、（５）および（６）式により、量論比は３である。For example, when the fuel is dimethyl ether, the stoichiometric ratio is 3 according to the equations (5) and (6).
【００７３】
（ＣＨ３）２Ｏ＋Ｈ２Ｏ ⇔ ２ＣＯ＋４Ｈ２ ……（５）
２ＣＯ＋２Ｈ２Ｏ ⇔ ２ＣＯ２＋２Ｈ２ ……（６）
通常は、水蒸気を多めにして量論比を3.5〜5.0程度に設
定するが、本実施の形態では量論比は3.0以下でも炭素
を析出することなく改質運転が可能である。(CH 3 ) 2 O + H 2 O ⇔ 2CO + 4H 2 (5) 2CO + 2H 2 O ⇔ 2CO 2 + 2H 2 (6) Usually, the amount of steam is increased and the stoichiometric ratio is set to about 3.5 to 5.0. However, in the present embodiment, the reforming operation can be performed without depositing carbon even if the stoichiometric ratio is 3.0 or less.
【００７４】次に本発明による水素分離改質ガスタービ
ンシステムの第５の実施の形態を説明する。Next, a fifth embodiment of the hydrogen separation reformed gas turbine system according to the present invention will be described.
【００７５】蒸発器２から２系統に分岐して供給される
水蒸気５ａと５ｂの各蒸気量は、システムと蒸発器の制
限からメタンのモル数の概略１０倍程度が上限である。The upper limit of the vapor amount of each of the water vapors 5a and 5b branched and supplied from the evaporator 2 is about 10 times the number of moles of methane due to the limitation of the system and the evaporator.
【００７６】ここで、水蒸気５ａと５ｂの各蒸気量がメ
タンのモル数の概略１０倍程度を上限としているのは、
次のような理由によるものである。Here, the upper limit of each vapor amount of the water vapor 5a and 5b is about 10 times the number of moles of methane.
The reason is as follows.
【００７７】例えば都市ガス（殆どんがメタンガス）の
低位発熱量は46000kJ/kg、燃料1kg=56molを燃やしてガ
スタービンにより電力への変換を30%とすると排熱は460
00×0.7=32200kJとなる。For example, if the lower heating value of city gas (mostly methane gas) is 46000 kJ / kg and fuel 1 kg = 56 mol is burned and the conversion to electric power is 30% by the gas turbine, the exhaust heat is 460
It becomes 00 × 0.7 = 32200kJ.
【００７８】水の蒸発線熱潜熱を2123kJとすると15.2kg
となり、8444molの水を蒸発させることができる。If the latent heat of vaporization of water is 2123 kJ, 15.2 kg
Thus, 8444 mol of water can be evaporated.
【００７９】これらを判断するとＳ／Ｃは、１５程度ま
で行くが、実際には改質器で回収する熱があり、さらに
加熱や常温水の沸点までの加熱分もあるので、10程度が
Maxである。Judging these, the S / C goes up to about 15, but in reality there is heat to be recovered by the reformer, and since there is also heating and heating up to the boiling point of normal temperature water, about 10 is obtained.
Max.
【００８０】また、改質室１ａのＳ／Ｃは、メタンの場
合の下限は2．0である。The lower limit of the S / C of the reforming chamber 1a in the case of methane is 2.0.
【００８１】Ｓ／Ｃを大きくすれば排熱回収量と圧力損
失が増大するので、設計上の問題からＳ／Ｃは5.0程度
までの範囲が妥当である。If the S / C is increased, the exhaust heat recovery amount and the pressure loss are increased. Therefore, the S / C in the range of up to about 5.0 is appropriate due to design problems.
【００８２】一方、掃気室１ｂ側は、改質室１ａのＳ／
Ｃが2.0であれば、その４倍程度水素を流すことができ
る。On the other hand, on the scavenging chamber 1b side, S /
If C is 2.0, hydrogen can flow about 4 times that amount.
【００８３】また、Ｓ／Ｃが5.0であれば、それと同量
流すことができる。すなわち、水蒸気５ａと５ｂとの比
は、１：１から４：１になる。要するに、（10-2）/2：
2が4：1、（10-5）/5：5が1：1と言うことである。If the S / C is 5.0, the same amount can be flowed. That is, the ratio of water vapor 5a and 5b is from 1: 1 to 4: 1. In short, (10-2) / 2:
2 is 4: 1 and (10-5) / 5: 5 is 1: 1.
【００８４】この水蒸気５ａと５ｂの流量配分は、燃料
の種類、改質器１の圧力損失、燃焼器圧力などのシステ
ム条件設計により決定される。The distribution of the flow rates of the steams 5a and 5b is determined by the system condition design such as the type of fuel, the pressure loss of the reformer 1 and the combustor pressure.
【００８５】そして、到達可能な転化率は、水蒸気を全
量改質室１ａに供給した場合のＳ／Ｃにおける平衡転化
率に等しい。The attainable conversion rate is equal to the equilibrium conversion rate in S / C when the entire amount of steam is supplied to the reforming chamber 1a.
【００８６】本実施の形態により適正に流量配分された
改質器は排熱回収量を増大させ、圧力損失の増大を抑え
ることができる。According to the present embodiment, the reformer to which the flow rate is properly distributed can increase the exhaust heat recovery amount and suppress the increase in pressure loss.
【００８７】次に本発明による水素分離改質ガスタービ
ンシステムの第６の実施の形態を説明する。Next explained is the sixth embodiment of the hydrogen separation reformed gas turbine system according to the invention.
【００８８】分子ふるい的構造を有する水素分離膜は、
完全に水素だけを透過させることは困難なため、メタン
等の他の成分分子も改質室１ａから掃気室１ｂに混入し
てくる。A hydrogen separation membrane having a molecular sieving structure is
Since it is difficult to completely permeate only hydrogen, other component molecules such as methane also mix from the reforming chamber 1a into the scavenging chamber 1b.
【００８９】ここで、この水素の透過量と他成分の透過
量との比を選択率と定義する。Here, the ratio between the permeation amount of hydrogen and the permeation amount of other components is defined as the selectivity.
【００９０】たとえば、対メタン選択率１００とは、水
素１００分子の透過に対して、メタンが１分子混入する
ことを表す。For example, a selectivity to methane of 100 means that one molecule of methane is mixed in with 100 molecules of hydrogen permeated.
【００９１】各成分は分子の大きさや極性によって水素
に対する透過量が異なり、選択率も違うが、本システム
で問題になるのは、被改質成分のメタンなどに対する選
択率である。Each component has a different permeation amount for hydrogen and a different selectivity depending on the size and polarity of the molecule, but the problem with this system is the selectivity for methane or the like as the component to be reformed.
【００９２】よって、ここで説明する選択率とは、主に
メタンに対する選択率とする。Therefore, the selectivity described here is mainly the selectivity for methane.
【００９３】水素分離膜１０のコストとして、選択率が
ほぼ無限大のパラジウム膜は貴金属を用いるとすると非
常に高価であり、その他の無機膜であっても選択率が大
きいほど製造が困難でコストも高く透過係数も小さい。As for the cost of the hydrogen separation membrane 10, a palladium membrane having an almost infinite selectivity is very expensive if a noble metal is used. Even if other inorganic membranes have a higher selectivity, they are more difficult to manufacture and cost less. It is also high and the transmission coefficient is small.
【００９４】従って、水素分離膜１０は、排熱回収量が
変わらなければ選択率が小さい膜を用いるほうが良い。
すなわち、最終転化率＝排熱回収量であり、排熱回収量
が同じであれば効率のマージンが同じである。Therefore, as the hydrogen separation membrane 10, it is better to use a membrane having a small selectivity unless the amount of recovered exhaust heat changes.
That is, the final conversion rate = exhaust heat recovery amount, and if the exhaust heat recovery amount is the same, the efficiency margin is the same.
【００９５】図５は、選択率に対するメタンの転化率の
関係を示す対応図である。横軸に選択率を示し、縦軸に
メタン転化率を示す。FIG. 5 is a correspondence diagram showing the relationship between the selectivity and the conversion rate of methane. The horizontal axis shows the selectivity and the vertical axis shows the methane conversion rate.
【００９６】図５によると、選択率が比較的小さい１０
程度の膜でもメタンへの転化促進効果はほとんど変わら
ず、むしろ選択率が小さい方が多少良くなっている。According to FIG. 5, the selection rate is relatively small.
The effect of promoting conversion to methane is almost the same even with a film of a certain degree, but rather, the smaller the selectivity, the better.
【００９７】しかし、選択率を１０程度より小さくする
と、水素分離膜としての機能が低下し、急激にメタン転
化率も下がる。However, if the selectivity is smaller than about 10, the function as the hydrogen separation membrane is deteriorated and the methane conversion rate is drastically decreased.
【００９８】また、１００００以上の選択率を実現する
ためには、コストのみならず改質室１ａから掃気室１ｂ
への水素の透過速度も犠牲になる。すなわち、排熱回収
量を多くするためには、１０から１００００程度の選択
率が適正な範囲であることが必要であることが分かる。In order to achieve a selectivity of 10000 or more, not only the cost but also the reforming chamber 1a to the scavenging chamber 1b.
The rate of permeation of hydrogen to is also compromised. That is, it can be seen that the selectivity of about 10 to 10000 is required to be in an appropriate range in order to increase the exhaust heat recovery amount.
【００９９】本実施の形態により、選択率を１０から１
００００である水素分離膜を用いたシステムでは、排熱
回収量を多くすることができると共に分離膜にかかるコ
ストが低いため安価に改質器を製造することができる。According to the present embodiment, the selectivity is 10 to 1.
In the system using the hydrogen separation membrane of 0000, the amount of exhaust heat recovery can be increased and the cost of the separation membrane is low, so that the reformer can be manufactured at low cost.
【０１００】次に本発明による水素分離改質ガスタービ
ンシステムの第７の実施の形態を図６を用いて説明す
る。Next, a seventh embodiment of the hydrogen separation reformed gas turbine system according to the present invention will be described with reference to FIG.
【０１０１】図６は、管長２.８m、そして選択率１０の
条件での透過速度に対するメタン転化率の関係を示すも
のである。FIG. 6 shows the relationship between the methane conversion rate and the permeation rate under the conditions of a tube length of 2.8 m and a selectivity of 10.
【０１０２】図６において、横軸は透過速度mol/s/m2/M
paを示し、縦軸にメタン転化率を示している。透過速度
が1.4mol/s/m2/MPaから0.14に低下するとメタン転化率
は8%も低下する。In FIG. 6, the horizontal axis represents the transmission rate mol / s / m 2 / M.
pa is shown, and the vertical axis shows the methane conversion rate. When the permeation rate decreases from 1.4 mol / s / m 2 / MPa to 0.14, the methane conversion rate decreases by 8%.
【０１０３】さらに、1.4mol/s/m2/Mpaから1.14になっ
ても、メタン転化率は２％程度の低下である。Further, even when the concentration of 1.4 mol / s / m 2 / Mpa changes to 1.14, the methane conversion rate is reduced by about 2%.
【０１０４】メタン転化率の低下は排熱回収量の低下に
直結するので、透過速度は概略1.0mol/s/m2/MPa以上あ
ることが好ましい。Since the decrease in methane conversion directly leads to the decrease in exhaust heat recovery, the permeation rate is preferably about 1.0 mol / s / m 2 / MPa or more.
【０１０５】選択率が同じであれば、分離膜１０の透過
速度が大きければ、改質器１をコンパクトに設計するこ
とができ、改質室１ａの圧力損失も小さくなるので、シ
ステムの効率も向上する。If the selectivity is the same, if the separation membrane 10 has a high permeation rate, the reformer 1 can be designed compactly, and the pressure loss in the reforming chamber 1a also becomes small. improves.
【０１０６】[0106]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ガス
タービン排熱の回収量を多くして発電効率を向上させる
ことができる共に、蒸気の一部を改質室に比べて流路抵
抗の小さい掃気室に通すことで圧力損失を大幅に低減す
ることができる水素分離改質ガスタービンシステムを提
供できる。As described above, according to the present invention, it is possible to improve the power generation efficiency by increasing the recovery amount of the exhaust heat of the gas turbine, and at the same time, pass a part of the steam into the flow passage as compared with the reforming chamber. It is possible to provide a hydrogen separation reformed gas turbine system capable of significantly reducing pressure loss by passing the gas through a scavenging chamber having low resistance.
【図１】本発明による水素分離改質ガスタービンシステ
ムの第１の実施の形態を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a hydrogen separation reformed gas turbine system according to the present invention.
【図２】同実施の形態における改質器の構成を模式的に
示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view schematically showing the configuration of a reformer according to the same embodiment.
【図３】本発明による水素分離改質ガスタービンシステ
ムの第２の実施の形態を示す構成図。FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of a hydrogen separation reformed gas turbine system according to the present invention.
【図４】本発明の第４の実施の形態における水素分離改
質による水素リッチガス組成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a hydrogen-rich gas composition by hydrogen separation reforming according to a fourth embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第６の実施の形態における転化率と選
択率の関係を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a conversion rate and a selectivity in the sixth embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第７の実施の形態における転化率と透
過速度の関係を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a conversion rate and a transmission rate according to a seventh embodiment of the present invention.
【図７】従来の水素分離改質ガスタービンシステムを示
す構成図。FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional hydrogen separation reformed gas turbine system.
１…改質器 １ａ…掃気室 １ｂ…改質室 ２…蒸発器 ３…ガスタービン燃料 ４…水 ５ａ、５ｂ…水蒸気 ６…改質ガス ７…水素含有蒸気 ８…水素リッチガス ９…燃焼器 １０…水素分離膜 １１…透過水素 １２…圧縮機 １３…タービン １４…空気 １５…タービン排ガス １６…イジェクター １７…昇圧機 1 ... reformer 1a ... Scavenging chamber 1b ... reforming room 2 ... Evaporator 3 ... Gas turbine fuel 4 ... water 5a, 5b ... water vapor 6 ... Reformed gas 7 ... Hydrogen-containing steam 8 ... Hydrogen rich gas 9 ... Combustor 10 ... Hydrogen separation membrane 11 ... Permeable hydrogen 12 ... Compressor 13 ... Turbine 14 ... Air 15 ... Turbine exhaust gas 16 ... Ejector 17 ... Booster
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D006 GA12 GA41 KA63 KB30 MB04 MC02 PA01 PB18 PB66 PC80 4G040 EA01 EA03 EA06 EA07 EB03 EB12 EB33 EB43 FB09 FC01 FE04 Continued front page F-term (reference) 4D006 GA12 GA41 KA63 KB30 MB04 MC02 PA01 PB18 PB66 PC80 4G040 EA01 EA03 EA06 EA07 EB03 EB12 EB33 EB43 FB09 FC01 FE04
Claims (7)
を選択的に分離する水素分離膜で改質室と掃気室の２種
類の室に分けられ、且つ前記改質室に触媒が充填され、
燃料ガスを化学的に改質して改質ガスを生成する改質器
と、前記圧縮機により圧縮された流体を前記改質器で改
質された改質ガスとともに流入して燃焼させ、燃焼ガス
を発生させる燃焼器と、この燃焼器で発生した燃焼ガス
の流入により動力を得て発電に供するガスタービンとを
備え、 前記改質器の掃気室に蒸気を流通させるとともに、改質
室に水蒸気と燃料ガスとの混合ガスを導入して前記ガス
タービン排ガスを熱源として水素含有ガスに転化させ、
前記掃気室に流入する蒸気に水素含有ガス中の水素の一
部を前記水素透過膜を通して引き込んで水素含有蒸気と
し、これら水素含有ガスと水素含有蒸気とを混合した水
素リッチな改質ガスを前記燃焼器に流入させる構成とし
て、前記改質器の改質室内の蒸気と燃料ガスとの混合ガ
スの圧力を前記燃焼器内の燃焼ガスの圧力と同一または
それより大きくしたことを特徴とする水素分離改質ガス
タービンシステム。1. A fluid containing oxygen for combustion is divided into a compressor and a hydrogen separation membrane for selectively separating hydrogen into two chambers, a reforming chamber and a scavenging chamber, and a catalyst is provided in the reforming chamber. Filled,
A reformer that chemically reforms a fuel gas to generate a reformed gas, and a fluid compressed by the compressor flows in and burns together with the reformed gas reformed by the reformer, and burns. A combustor for generating gas and a gas turbine for obtaining power by the inflow of combustion gas generated by the combustor for power generation are provided, and steam is circulated to the scavenging chamber of the reformer and to the reforming chamber. Introducing a mixed gas of steam and fuel gas to convert the gas turbine exhaust gas to a hydrogen-containing gas as a heat source,
A part of hydrogen in the hydrogen-containing gas is drawn into the steam flowing into the scavenging chamber through the hydrogen permeable membrane to form a hydrogen-containing vapor, and a hydrogen-rich reformed gas obtained by mixing the hydrogen-containing gas and the hydrogen-containing vapor is described above. Hydrogen which is characterized in that the pressure of the mixed gas of the steam and the fuel gas in the reformer of the reformer is made equal to or higher than the pressure of the combustion gas in the combustor as a structure for flowing into the combustor. Separate reformed gas turbine system.
ンシステムにおいて、前記改質器の掃気室および改質室
の圧力を、前記燃焼器の圧力よりも高く設定したことを
特徴とする水素分離改質ガスタービンシステム。2. The hydrogen separation reformed gas turbine system according to claim 1, wherein the pressures of the scavenging chamber and the reforming chamber of the reformer are set higher than the pressure of the combustor. Separate reformed gas turbine system.
ンシステムにおいて、前記改質室の圧力を前記掃気室の
圧力よりも高く設定したことを特徴とする水素分離改質
ガスタービンシステム。3. The hydrogen separation reformed gas turbine system according to claim 2, wherein the pressure in the reforming chamber is set higher than the pressure in the scavenging chamber.
ンシステムにおいて、前記改質器の改質室に導入される
燃料ガスと水蒸気のモル量比が改質反応の当量比以下で
あることを特徴とする水素分離改質ガスタービンシステ
ム。4. The hydrogen separation reformed gas turbine system according to claim 1, wherein the molar ratio of fuel gas and steam introduced into the reforming chamber of the reformer is equal to or less than the equivalence ratio of the reforming reaction. A hydrogen separation reformed gas turbine system characterized by:
ンシステムにおいて、前記改質器の改質室と掃気室へ流
入する水蒸気量比は、１：１から１：４の範囲内である
ことを特徴とする水素分離改質ガスタービンシステム。5. The hydrogen separation reformed gas turbine system according to claim 1, wherein the ratio of the amount of steam flowing into the reforming chamber and the scavenging chamber of the reformer is in the range of 1: 1 to 1: 4. A hydrogen separation reformed gas turbine system characterized by the above.
の水素分離改質ガスタービンシステムにおいて、前記水
素分離膜の水素の選択率は、１０以上１００００以下で
あることを特徴とする水素分離改質ガスタービンシステ
ム。6. The hydrogen separation reformed gas turbine system according to any one of claims 1 to 5, wherein the hydrogen selectivity of the hydrogen separation membrane is 10 or more and 10000 or less. Separate reformed gas turbine system.
の水素分離改質ガスタービンシステムにおいて、前記水
素分離膜の水素透過速度は、1.0mol/m2sPa以上であるこ
とを特徴とする水素分離改質ガスタービンシステム。7. The hydrogen separation reformed gas turbine system according to any one of claims 1 to 5, wherein the hydrogen permeation rate of the hydrogen separation membrane is 1.0 mol / m 2 sPa or more. Hydrogen separation reformed gas turbine system.
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| JP2018076794A (en) * | 2016-11-08 | 2018-05-17 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Gas turbine power plant and method for operating the same |
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2001
- 2001-12-07 JP JP2001374750A patent/JP3934928B2/en not_active Expired - Fee Related
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