JP2684297B2 - 動力回収型燃料改質反応器による炭酸ガスフリーコジェネシステム - Google Patents
動力回収型燃料改質反応器による炭酸ガスフリーコジェネシステムInfo
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自前で空気から酸素を
製造するＰＳＡ（プレッシャー・シィング・アブソープ
ション）の作動動力が供給できる動力回収型水素製造装
置と、炭酸ガスを放出しない水素製造装置と、炭酸ガス
を放出しないガスタービンコジェネシステムとから成る
炭酸ガスフリーコジェネシステムに関する。
製造するＰＳＡ（プレッシャー・シィング・アブソープ
ション）の作動動力が供給できる動力回収型水素製造装
置と、炭酸ガスを放出しない水素製造装置と、炭酸ガス
を放出しないガスタービンコジェネシステムとから成る
炭酸ガスフリーコジェネシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池及び電子工業などのオンサイト
型水素製造装置の需要により小型で起動停止の容易な水
素製造装置が嘱望されている。従来の部分酸化法では、
燃料を反応器内で直接酸素燃焼するため燃焼ガスを排出
しないが、酸素が必要となるためＰＳＡ又は膜分離装置
又は酸素プラントが必要となるため、それらの装置を運
転する動力を外部より送入する必要があり、それだけエ
ネルギー効率が低下する。
型水素製造装置の需要により小型で起動停止の容易な水
素製造装置が嘱望されている。従来の部分酸化法では、
燃料を反応器内で直接酸素燃焼するため燃焼ガスを排出
しないが、酸素が必要となるためＰＳＡ又は膜分離装置
又は酸素プラントが必要となるため、それらの装置を運
転する動力を外部より送入する必要があり、それだけエ
ネルギー効率が低下する。
【０００３】一方、地球温暖化防止策として、先進国で
の炭酸ガス放出量の総量規制の実施が検討され、今後の
炭酸ガス放出量を１９９０年時点の数量に凍結すること
が現実的な問題となっている。そこで、我国においても
炭酸ガス放出量を増加させない経済成長のシナリオを構
築する必要があり、そのための技術開発が急務である。
の炭酸ガス放出量の総量規制の実施が検討され、今後の
炭酸ガス放出量を１９９０年時点の数量に凍結すること
が現実的な問題となっている。そこで、我国においても
炭酸ガス放出量を増加させない経済成長のシナリオを構
築する必要があり、そのための技術開発が急務である。
【０００４】この場合、図５に示すように、発電機駆動
用のガスタービン１と、このガスタービン１から排出さ
れた燃焼排ガス中の熱エネルギーを回収する廃熱ボイラ
ー２から構成されている従来のコジェネプラントに炭酸
ガス吸収装置３を付加し、燃焼排ガスから炭酸ガスを分
離回収することが考えられる。
用のガスタービン１と、このガスタービン１から排出さ
れた燃焼排ガス中の熱エネルギーを回収する廃熱ボイラ
ー２から構成されている従来のコジェネプラントに炭酸
ガス吸収装置３を付加し、燃焼排ガスから炭酸ガスを分
離回収することが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のガス
タービンコジェネシステムの燃焼排ガス量から、既存の
炭酸ガス吸収プロセスの中でエネルギー効率の高いBenf
ield Processのユーティリティー熱量（２４５kcal／Nm
3 ，０．０９５kW／Nm3 ）で試算すると、天然ガス１０
００kg／hr（発熱量１２meg-kcal／hr) のガスタービン
コジェネシステムの排ガスから炭酸ガスを分離回収する
ために１３meg-kcal／hrの熱量と４９２kW-hr の電力が
必要となり、天然ガスの入熱以上のエネルギーが必要に
なり、エネルギー・バランスからこのシステムは成り立
たない。
タービンコジェネシステムの燃焼排ガス量から、既存の
炭酸ガス吸収プロセスの中でエネルギー効率の高いBenf
ield Processのユーティリティー熱量（２４５kcal／Nm
3 ，０．０９５kW／Nm3 ）で試算すると、天然ガス１０
００kg／hr（発熱量１２meg-kcal／hr) のガスタービン
コジェネシステムの排ガスから炭酸ガスを分離回収する
ために１３meg-kcal／hrの熱量と４９２kW-hr の電力が
必要となり、天然ガスの入熱以上のエネルギーが必要に
なり、エネルギー・バランスからこのシステムは成り立
たない。
【０００６】本発明の目的は、上記の欠点を解消し、自
前で空気から酸素を製造するＰＳＡの作動動力が供給で
きるエネルギー効率の高い動力回収型水素製造装置と、
炭酸ガスを放出しない水素製造装置と、炭酸ガスを放出
しないにもかかわらずエネルギー効率の高い炭酸ガスフ
リーコジェネシステムを提供することにある。
前で空気から酸素を製造するＰＳＡの作動動力が供給で
きるエネルギー効率の高い動力回収型水素製造装置と、
炭酸ガスを放出しない水素製造装置と、炭酸ガスを放出
しないにもかかわらずエネルギー効率の高い炭酸ガスフ
リーコジェネシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の動力回収型水素
製造装置は、動力回収ができるガスタービン改質反応器
及びレシプロ改質反応器に、天然ガス／酸素モル比が１
／０．５〜１／０．７の範囲になるように調整した天然
ガスと酸素を送入し、又はナフサ等の軽質炭化水素と酸
素を重量比が１：１．０〜１：１．５になるように調整
して燃焼室に送入し、上記燃料を部分酸化させることに
より改質反応に必要な温度に反応物を直接加熱して水素
と一酸化炭素を生成すると同時に、生成ガスが持つエン
タルピー（８００〜１５００℃，５〜３０kg／cm2 Ｇ）
によりガスタービンを回転させ、又は部分酸化反応の膨
張エネルギーでレシプロエンジンを回転させることによ
り回転動力を回収する。得られた回転動力を使用して原
料である酸素ガスを空気から製造するＰＳＡを作動させ
ることにより、外部からＰＳＡの運転エネルギーを投入
することなく、水素が製造できる。
製造装置は、動力回収ができるガスタービン改質反応器
及びレシプロ改質反応器に、天然ガス／酸素モル比が１
／０．５〜１／０．７の範囲になるように調整した天然
ガスと酸素を送入し、又はナフサ等の軽質炭化水素と酸
素を重量比が１：１．０〜１：１．５になるように調整
して燃焼室に送入し、上記燃料を部分酸化させることに
より改質反応に必要な温度に反応物を直接加熱して水素
と一酸化炭素を生成すると同時に、生成ガスが持つエン
タルピー（８００〜１５００℃，５〜３０kg／cm2 Ｇ）
によりガスタービンを回転させ、又は部分酸化反応の膨
張エネルギーでレシプロエンジンを回転させることによ
り回転動力を回収する。得られた回転動力を使用して原
料である酸素ガスを空気から製造するＰＳＡを作動させ
ることにより、外部からＰＳＡの運転エネルギーを投入
することなく、水素が製造できる。
【０００８】また、改質反応で生成した水素と一酸化炭
素に水蒸気を加え、シフトコンバーターで水素と二酸化
炭素に交換したのち、これらのガスから炭酸ガス吸収装
置にて炭酸ガスのみを分離回収することにより、炭酸ガ
スを放出しないで水素が製造できる。さらに、改質反応
で生成した水素と一酸化炭素に水蒸気を加え、シフトコ
ンバーターで水素と二酸化炭素に変換したのち、これら
のガスから炭酸ガス吸収装置にて炭酸ガスのみを分離回
収することにより、水素のみを発電機用ガスタービンの
燃料にすることができる。
素に水蒸気を加え、シフトコンバーターで水素と二酸化
炭素に交換したのち、これらのガスから炭酸ガス吸収装
置にて炭酸ガスのみを分離回収することにより、炭酸ガ
スを放出しないで水素が製造できる。さらに、改質反応
で生成した水素と一酸化炭素に水蒸気を加え、シフトコ
ンバーターで水素と二酸化炭素に変換したのち、これら
のガスから炭酸ガス吸収装置にて炭酸ガスのみを分離回
収することにより、水素のみを発電機用ガスタービンの
燃料にすることができる。
【０００９】このように燃料である天然ガスをガスター
ビン改質反応器で改質し、得られたガス中の炭酸ガスを
ガス吸収除去装置で分離回収し、水素ガスのみを発電機
駆動用ガスタービンの燃料にすることにより、発電機駆
動用ガスタービンから炭酸ガスを放出しないのみなら
ず、エネルギー効率が大幅に向上する。以下、本発明の
システムについて説明する。
ビン改質反応器で改質し、得られたガス中の炭酸ガスを
ガス吸収除去装置で分離回収し、水素ガスのみを発電機
駆動用ガスタービンの燃料にすることにより、発電機駆
動用ガスタービンから炭酸ガスを放出しないのみなら
ず、エネルギー効率が大幅に向上する。以下、本発明の
システムについて説明する。
【００１０】図１において、１１はガスタービン改質反
応器であり、このガスタービン改質反応器１１には、天
然ガス (ＣＨ4 ）とＰＳＡ酸素分離器１２によって分離
された空気中の酸素が導入されるようになっている。そ
の際、天然ガスと酸素の供給量は、天然ガス／酸素モル
比が１／０．５〜１／０．７の範囲になるように調整さ
れる。
応器であり、このガスタービン改質反応器１１には、天
然ガス (ＣＨ4 ）とＰＳＡ酸素分離器１２によって分離
された空気中の酸素が導入されるようになっている。そ
の際、天然ガスと酸素の供給量は、天然ガス／酸素モル
比が１／０．５〜１／０．７の範囲になるように調整さ
れる。
【００１１】ガスタービン改質反応器１１に導入された
天然ガスと酸素の混合気体は、ガスタービン改質反応器
１１の燃焼室１１ａで燃焼して水素 (Ｈ2 ）と一酸化炭
素 (ＣＯ) を生成すると同時に、生成ガスが持つエンタ
ルピー（８００〜１５００℃，５〜３０kg／cm2 Ｇ）に
よりガスタービンを回転させ、回転動力を回収し、ＰＳ
Ａ酸素分離器１２の運動動力とする。
天然ガスと酸素の混合気体は、ガスタービン改質反応器
１１の燃焼室１１ａで燃焼して水素 (Ｈ2 ）と一酸化炭
素 (ＣＯ) を生成すると同時に、生成ガスが持つエンタ
ルピー（８００〜１５００℃，５〜３０kg／cm2 Ｇ）に
よりガスタービンを回転させ、回転動力を回収し、ＰＳ
Ａ酸素分離器１２の運動動力とする。
【００１２】改質された水素（Ｈ2 ）と一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）は、ガスクーラー１３および一酸化炭素を炭酸ガス
に変換する公知のシフトコンバーター１４を経て炭酸ガ
ス吸収除去装置３に導入される。この炭酸ガス吸収除去
装置３は、導入した改質ガス(ＣＯ2 , Ｈ2 ）中の炭酸
ガスを分離回収し、水素ガス (Ｈ2 ）が製造できる。水
素ガスは、発電機駆動用ガスタービン１の燃焼室１ａに
供給するようになっている。この発電機駆動用ガスター
ビン１から排出された炭酸ガスフリーの燃焼排ガス (Ｈ
2Ｏ, Ｎ2 , Ｏ2 ）は廃熱ボイラー２を経て大気中に放
出される。
Ｏ）は、ガスクーラー１３および一酸化炭素を炭酸ガス
に変換する公知のシフトコンバーター１４を経て炭酸ガ
ス吸収除去装置３に導入される。この炭酸ガス吸収除去
装置３は、導入した改質ガス(ＣＯ2 , Ｈ2 ）中の炭酸
ガスを分離回収し、水素ガス (Ｈ2 ）が製造できる。水
素ガスは、発電機駆動用ガスタービン１の燃焼室１ａに
供給するようになっている。この発電機駆動用ガスター
ビン１から排出された炭酸ガスフリーの燃焼排ガス (Ｈ
2Ｏ, Ｎ2 , Ｏ2 ）は廃熱ボイラー２を経て大気中に放
出される。
【００１３】廃熱ボイラー２で発生した蒸気は、ガスク
ーラー１３によって加熱された後、発電機駆動用蒸気タ
ービン１５に導入され、電気と蒸気を発生する。上記炭
酸ガス吸収除去装置３には、既存の炭酸ガス吸収プロセ
スの中でもエネルギ効率の高いBenfield法を採用してい
る。図２は、本発明の他のシステムであるが、その大部
分の構成は、図１のものと変わりはない。両者の相違点
は、第１のシステムのシフトコンバーター１４と炭酸ガ
ス吸収除去装置３の代りに炭酸ガス吸収除去装置として
のメンブレンシフトコンバーター１６を用いた点が異な
るだけである。このメンブレンシフトコンバーター１６
は、シフトコンバーター１４と本願出願人が既に出願し
た水素製造装置１７から構成されている。
ーラー１３によって加熱された後、発電機駆動用蒸気タ
ービン１５に導入され、電気と蒸気を発生する。上記炭
酸ガス吸収除去装置３には、既存の炭酸ガス吸収プロセ
スの中でもエネルギ効率の高いBenfield法を採用してい
る。図２は、本発明の他のシステムであるが、その大部
分の構成は、図１のものと変わりはない。両者の相違点
は、第１のシステムのシフトコンバーター１４と炭酸ガ
ス吸収除去装置３の代りに炭酸ガス吸収除去装置として
のメンブレンシフトコンバーター１６を用いた点が異な
るだけである。このメンブレンシフトコンバーター１６
は、シフトコンバーター１４と本願出願人が既に出願し
た水素製造装置１７から構成されている。
【００１４】水素製造装置１７は、図３に示すように、
反応器２１と、この反応器２１内に保持された水素透過
性中空糸膜２２とから成る。反応器２１は、加熱器２
３、非透過ガス排出管２４、透過ガス排出管２５を有し
ている。一方、水素透過性中空糸膜２２は、図４に示す
ように、多孔質セラミック中空膜３０の外壁表面に水素
選択透過性膜３１が形成され、更にこの膜３１の表面に
ニッケル系水蒸気改質触媒担持多孔質セラミック膜３２
が形成されている。
反応器２１と、この反応器２１内に保持された水素透過
性中空糸膜２２とから成る。反応器２１は、加熱器２
３、非透過ガス排出管２４、透過ガス排出管２５を有し
ている。一方、水素透過性中空糸膜２２は、図４に示す
ように、多孔質セラミック中空膜３０の外壁表面に水素
選択透過性膜３１が形成され、更にこの膜３１の表面に
ニッケル系水蒸気改質触媒担持多孔質セラミック膜３２
が形成されている。
【００１５】多孔質セラミック中空糸膜３０としては、
５００℃以上の温度に耐える耐熱性を有し、かつ平均孔
径５０〜５００Åの均一な小孔を有する多孔質中空糸膜
を使用する。具体的には、０．２μｍの細孔を有する市
販のアルミナ管にゾルーゲル法を用いて分画分子量２０
０００のアルミナ製限界濾過膜が用いられる。水素選択
透過性膜３１としては、パラジウム、パラジウム・金・
銀・合金、又はニッケル系水素吸蔵合金の薄膜が使用さ
れ、かかる膜は５〜５０μｍの膜厚を有し、上記した多
孔質セラミック中空糸膜３０の表面に化学メッキ又は電
解メッキによって形成させることができる。
５００℃以上の温度に耐える耐熱性を有し、かつ平均孔
径５０〜５００Åの均一な小孔を有する多孔質中空糸膜
を使用する。具体的には、０．２μｍの細孔を有する市
販のアルミナ管にゾルーゲル法を用いて分画分子量２０
０００のアルミナ製限界濾過膜が用いられる。水素選択
透過性膜３１としては、パラジウム、パラジウム・金・
銀・合金、又はニッケル系水素吸蔵合金の薄膜が使用さ
れ、かかる膜は５〜５０μｍの膜厚を有し、上記した多
孔質セラミック中空糸膜３０の表面に化学メッキ又は電
解メッキによって形成させることができる。
【００１６】ニッケル系水蒸気改質触媒担持多孔質セラ
ミック膜３２におけるニッケル系水蒸気改質触媒として
は、一般に使用されているニッケル含有量３０〜９０wt
％、好ましくは６０〜８０wt％の触媒が用いられる。ま
た、この触媒を担持する多孔質セラミックス膜として
は、市販の平均孔径０．２〜２μｍのアルミナ製精密濾
過膜が用いられる。
ミック膜３２におけるニッケル系水蒸気改質触媒として
は、一般に使用されているニッケル含有量３０〜９０wt
％、好ましくは６０〜８０wt％の触媒が用いられる。ま
た、この触媒を担持する多孔質セラミックス膜として
は、市販の平均孔径０．２〜２μｍのアルミナ製精密濾
過膜が用いられる。
【００１７】以上の説明では、動力回収装置として、ガ
スタービン改質反応器を用いる場合について説明した
が、レシプロエンジンを使用しても良い。ただ、この場
合は、レシプロエンジンにナフサ等の軽質炭化水素と酸
素を重量比が１：１．０〜１：１．５になるように調整
して送入する。
スタービン改質反応器を用いる場合について説明した
が、レシプロエンジンを使用しても良い。ただ、この場
合は、レシプロエンジンにナフサ等の軽質炭化水素と酸
素を重量比が１：１．０〜１：１．５になるように調整
して送入する。
【００１８】
【実施例】図１の本発明法Ｉ、図２の本発明法II及び図
５の従来法について比較し、その結果を表１に表示し
た。
５の従来法について比較し、その結果を表１に表示し
た。
【００１９】 この表１から従来法では、１３，１５７kcal／hrの熱量
と４９２kW-hr の電力が必要であるのに対し、本発明法
１では、１，２９７kcal／hrの熱量と４９kW‐hrの電力
を投入すれば良いことが分かる。一方、本発明法IIで
は、投入熱量も電力も不要であることが分かる。
と４９２kW-hr の電力が必要であるのに対し、本発明法
１では、１，２９７kcal／hrの熱量と４９kW‐hrの電力
を投入すれば良いことが分かる。一方、本発明法IIで
は、投入熱量も電力も不要であることが分かる。
【００２０】
【発明の効果】上記のように、本発明によれば、炭酸ガ
スを放出しないにもかかわらずエネルギ効率が向上する
ようになった。
スを放出しないにもかかわらずエネルギ効率が向上する
ようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炭酸ガスフリー・コジェネシステ
ムの概略図である。
ムの概略図である。
【図２】本発明に係る炭酸ガスフリー・コジェネシステ
ムの概略図である。
ムの概略図である。
【図３】本発明に適用する水素製造装置の概略図であ
る。
る。
【図４】本発明に適用する水素製造装置の要部拡大断面
図である。
図である。
【図５】従来の炭酸ガスフリー・コジェネシステムの概
略図である。
略図である。
１ 発電機駆動用ガスタービン ２ 廃熱ボイラー １１ ガスタービン改質反応器 １４ シストコンバーター
Claims (1)
- 【請求項１】（ａ）動力回収ができるガスタービン改質
反応器及びレシプロ改質反応器に、天然ガス／酸素モル
比が１／０．５〜１／０．７の範囲になるように調整し
た天然ガスと酸素を送入し、又はナフサ等の軽質炭化水
素と酸素を重量比が１：１．０〜１：１．５になるよう
に調整して燃焼室に送入し、上記燃料を部分酸化させる
ことにより改質反応に必要な温度に反応物を直接加熱し
て水素と一酸化炭素を生成すると同時に、生成ガスが持
つエンタルピー（８００〜１５００℃，５〜３０kg／cm
2 Ｇ）によりガスタービン又はレシプロエンジンを回転
させ、得られた回転動力により原料である酸素ガスを空
気から製造するＰＳＡを作動させるようにした動力回収
型燃料改質反応器による水素製造装置と、 （ｂ）動力回収型燃料改質反応器にて製造した水素と一
酸化炭素をシフトコンバーターで炭酸ガスと水素に交換
したのちガス中の炭酸ガスのみを炭酸ガス吸収除去装置
で分離回収するようにした高効率炭酸ガスフリー水素製
造装置と、 （ｃ）発電機駆動用のガスタービンと該ガスタービンか
ら排出された燃焼排ガスの持つ熱エネルギーを回収する
廃熱ボイラーからなるコジェネシステムにおいて、燃料
である天然ガス及びナフサ等の燃料を前記動力回収型燃
料改質反応器と炭素ガスフリー水素製造装置を組合せて
製造した水素を発電機駆動用ガスタービンの燃料にする
ことを特徴とする炭素ガスフリーコジェネシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4232172A JP2684297B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 動力回収型燃料改質反応器による炭酸ガスフリーコジェネシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4232172A JP2684297B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 動力回収型燃料改質反応器による炭酸ガスフリーコジェネシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0680401A JPH0680401A (ja) | 1994-03-22 |
| JP2684297B2 true JP2684297B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=16935133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4232172A Expired - Fee Related JP2684297B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 動力回収型燃料改質反応器による炭酸ガスフリーコジェネシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2684297B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63264004A (ja) * | 1987-04-22 | 1988-10-31 | ワイケイケイ株式会社 | 長尺物加工機の製品排出装置 |
| JP3786759B2 (ja) * | 1997-06-26 | 2006-06-14 | エア・ウォーター株式会社 | ガス発生装置 |
| WO1999041188A1 (en) * | 1998-02-13 | 1999-08-19 | Norsk Hydro Asa | Process for producing electrical power and steam |
| DE10016079A1 (de) | 2000-03-31 | 2001-10-04 | Alstom Power Nv | Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus dem Abgas einer Gasturbinenanlage sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| US10226167B2 (en) | 2010-05-13 | 2019-03-12 | Beaver-Visitec International, Inc. | Laser video endoscope |
| CN104131849B (zh) * | 2014-06-24 | 2015-12-09 | 华北电力大学 | 天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电***及方法 |
| CN106224024A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-12-14 | 华中科技大学 | 一种零碳排放的多级循环发电集成*** |
-
1992
- 1992-08-31 JP JP4232172A patent/JP2684297B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0680401A (ja) | 1994-03-22 |
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