JP6720244B2 - Ammonia decomposition system and ammonia decomposition method - Google Patents
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Description
本発明は、アンモニア分解システム及びアンモニア分解方法に関する。 The present invention relates to an ammonia decomposition system and an ammonia decomposition method.
一般的に、発電のための燃焼器に送り込まれる燃料としては、化石燃料が用いられている。周知のように化石燃料の使用量を削減することが環境対策上重視されており、クリーンな水素を燃料とすることは有効な環境対策となる。 Generally, fossil fuel is used as the fuel sent to the combustor for power generation. As is well known, reducing the amount of fossil fuel used is emphasized as an environmental measure, and using clean hydrogen as a fuel is an effective environmental measure.
一方、水素は液体になりにくく、輸送が困難である。これに対し、水素そのものではなく、水素含有化合物を水素キャリアとして採用することがある。水素を液体にして輸送するための水素キャリアの一つにアンモニア（ＮＨ３）がある。ここで、水素キャリアとしてのアンモニアからアンモニアを得るためには、アンモニアを分解する必要がある。 On the other hand, hydrogen is difficult to become liquid and is difficult to transport. On the other hand, instead of hydrogen itself, a hydrogen-containing compound may be adopted as a hydrogen carrier. Ammonia (NH 3 ) is one of the hydrogen carriers for transporting hydrogen as a liquid. Here, in order to obtain ammonia from ammonia as a hydrogen carrier, it is necessary to decompose ammonia.
ガスタービン、ガスエンジン、及びボイラ等での燃料は、高圧状態にて供給されることがある。混焼のためこれらの機械へアンモニア分解ガスを供給するには高圧が必要となるためである。そのためには、液化アンモニアを加圧し、高圧でアンモニアを分解するか、低圧でアンモニアを分解し、アンモニア分解ガスを昇圧する必要がある。 Fuel for gas turbines, gas engines, boilers, and the like may be supplied under high pressure. This is because a high pressure is required to supply the ammonia decomposition gas to these machines due to co-firing. For that purpose, it is necessary to pressurize the liquefied ammonia and decompose the ammonia at a high pressure, or decompose the ammonia at a low pressure and pressurize the ammonia decomposition gas.
動力の観点では、液体アンモニアの状態で十分加圧する方が、アンモニア分解ガスを加圧するより消費エネルギーは小さく、理想的である。もっとも、このためには、高圧で気化アンモニアの分解を行うことが必要になる。 From the viewpoint of motive power, it is ideal to sufficiently pressurize in the state of liquid ammonia, since the energy consumption is smaller than to pressurize the ammonia decomposition gas. However, for this purpose, it is necessary to decompose vaporized ammonia at high pressure.
一方で、アンモニア分解反応は、反応の前後でモル数が増加する、吸熱反応である。このため、低圧・高温で分解反応が進行する。ここで、高圧でアンモニアを分解する際には、高温熱源がないと未反応アンモニアが増え、燃料とした場合、Ｆｕｅｌ−ＮＯｘの発生量が増加するという難点があった。 On the other hand, the ammonia decomposition reaction is an endothermic reaction in which the number of moles increases before and after the reaction. Therefore, the decomposition reaction proceeds at low pressure and high temperature. Here, when decomposing ammonia at high pressure, unreacted ammonia increases unless there is a high-temperature heat source, and when fuel is used, the amount of Fuel-NOx generated increases.
以上のような事情から、高圧下で、しかも高温熱源を使用しないで高効率にアンモニアを分解するといった困難な要請があった。 Under the circumstances described above, there has been a difficult request to decompose ammonia efficiently under high pressure without using a high temperature heat source.
このような要請に応えるアンモニアの分解手法として、例えば、特許文献１のような手法がある。
しかし、特許文献１のアンモニア分解装置は、稼働効率の点で十分ではなかった。
As a method of decomposing ammonia that meets such a demand, there is, for example, a method disclosed in
However, the ammonia decomposing device of
本発明は、前記事情に対して、高圧下で、高温熱源を過大に要することなく、稼働効率を向上させたアンモニア分解システム及びアンモニア分解方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide an ammonia decomposing system and an ammonia decomposing method that improve operating efficiency under high pressure without excessively requiring a high temperature heat source.
前記目的を達成するため、本発明に係るアンモニア分解システムは、自己熱分解型反応器と、熱交換器とを備え、該熱交換器を用い、前記自己熱分解型反応器からのアンモニア分解ガスで、気化アンモニアを加熱し、加熱した気化アンモニアを前記自己熱分解型反応器で自己熱分解することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an ammonia decomposition system according to the present invention includes an autothermal decomposition type reactor and a heat exchanger, and using the heat exchanger, an ammonia decomposition gas from the autothermal decomposition type reactor. Then, the vaporized ammonia is heated, and the heated vaporized ammonia is pyrolyzed by the autothermal decomposition type reactor.
本発明に係るアンモニア分解システムは、別の形態で、自己熱分解型反応器と、該自己熱分解型反応器の前流に設けた外部熱交換型反応器と、第１及び第２の熱交換器とを備え、前記第１の熱交換器を用い、前記自己熱分解型反応器からのアンモニア分解ガスで、前記外部熱交換型反応器からのアンモニア部分分解ガスを加熱し、前記第２の熱交換器を用い、前記第１の熱交換器を経たアンモニア分解ガスで、前記外部熱交換型反応器に導入される気化アンモニアを加熱し、加熱した気化アンモニアを外部から供給される熱源によって前記外部熱交換型反応器で部分分解し、アンモニア部分分解ガスを得た後、前記第１の熱交換器を経たアンモニア部分分解ガスを、前記自己熱分解型反応器で自己熱分解することを特徴とする。 The ammonia decomposition system according to the present invention is, in another form, an autothermal decomposition type reactor, an external heat exchange type reactor provided upstream of the autothermal decomposition type reactor, and first and second heat And a second heat exchanger using the first heat exchanger to heat the partially decomposed ammonia gas from the external heat exchange type reactor with the ammonia decomposed gas from the autothermal decomposition type reactor. Heat vaporized ammonia introduced into the external heat exchange type reactor by the ammonia decomposition gas passing through the first heat exchanger, and the heated vaporized ammonia is supplied from the outside by a heat source. After partially decomposing in the external heat exchange reactor to obtain an ammonia partially decomposed gas, the ammonia partially decomposed gas passed through the first heat exchanger is subjected to autothermal decomposition in the autothermal decomposition reactor. Characterize.
本発明は、別の側面でアンモニア分解方法であり、自己熱分解型反応器で気化アンモニアを分解して、アンモニア分解ガスを得、前記自己熱分解型反応器に導入される気化アンモニアを、熱交換器を用い前記アンモニア分解ガスで加熱することを特徴とする。 The present invention is a method for decomposing ammonia in another aspect, in which vaporized ammonia is decomposed in an autothermal decomposition type reactor to obtain an ammonia decomposition gas, and vaporized ammonia introduced into the autothermal decomposition type reactor It is characterized by heating with the ammonia decomposition gas using an exchanger.
本発明に係るアンモニア分解方法は、別の形態で、第１の熱交換器を用い、自己熱分解型反応器からのアンモニア分解ガスで、前記自己熱分解型反応器の前流に設置された外部熱交換型反応器からのアンモニア部分分解ガスを加熱し、第２の熱交換器を用い、前記アンモニア分解ガスで、気化アンモニアを加熱し、加熱した気化アンモニアを外部から供給される熱源によって前記外部熱交換型反応器で部分分解し、前記アンモニア部分分解ガスを得た後、前記第１の熱交換器を経た該アンモニア部分分解ガスを、前記自己熱分解型反応器で自己熱分解することを特徴とする。 In another form, the ammonia decomposition method according to the present invention uses the first heat exchanger and uses the ammonia decomposition gas from the autothermal decomposition type reactor, and is installed in the upstream of the autothermal decomposition type reactor. The ammonia partially decomposed gas from the external heat exchange type reactor is heated, the vaporized ammonia is heated by the ammonia decomposed gas using the second heat exchanger, and the heated vaporized ammonia is heated by the heat source supplied from the outside. After partially decomposing in an external heat exchange reactor to obtain the partially decomposed ammonia gas, the partially decomposed ammonia gas that has passed through the first heat exchanger is pyrolyzed in the autothermal decomposition reactor. Is characterized by.
本発明によれば、高圧下で、高温熱源を過大に要することなく、稼働効率を向上させたアンモニア分解システム及びアンモニア分解方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ammonia decomposing system and an ammonia decomposing method that improve operating efficiency under high pressure without excessively requiring a high temperature heat source.
以下、本発明に係るアンモニア分解システム及びアンモニア分解方法の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of an ammonia decomposing system and an ammonia decomposing method according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図１に、本発明に係るアンモニア分解システムの一実施の形態を示す。
本実施の形態のアンモニア分解システム１は、自己熱分解型反応器２、ポンプ３、気化器４、再生熱交換器５、冷却器６、気液分離器７及び圧縮器８を備えている。
FIG. 1 shows an embodiment of the ammonia decomposition system according to the present invention.
The
自己熱分解型反応器２は、円筒型の反応容器９内にアンモニア分解触媒１０を充填してなるものである。
アンモニア分解触媒１０としては、例えば、Ｒｕ系触媒を用いることができる。この他にも条件により、Ｎｉ系触媒、Ｆｅ系触媒及びＣｏ系触媒のうち一種又は二種以上を例示することができる。もっとも、アンモニア分解特性を備える金属又は金属化合物であれば、アンモニア分解触媒として採用することができる。
The autothermal decomposition type reactor 2 has a
As the
Ｒｕ系触媒として、具体的には、０．１〜１０質量％の割合で、好適には０．１〜１．０質量％の割合でＲｕをＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｐｒ２Ｏ３及びＬａ２Ｏ３のうち少なくとも一種に担持したＲｕ／Ａｌ２Ｏ３触媒等を例示することができる。なお、担体は、前記したＡｌ２Ｏ３等に限らず他にもＭｇＯ、活性炭、ＢＮ等を挙げることができる。 As a Ru-based catalyst, specifically, Ru is Al 2 O 3 , ZrO 2 , Pr 2 O 3 in a ratio of 0.1 to 10% by mass, preferably 0.1 to 1.0% by mass. And a Ru/Al 2 O 3 catalyst supported on at least one of La 2 O 3 and the like. In addition, the carrier is not limited to Al 2 O 3 and the like described above, but may include MgO, activated carbon, BN and the like.
Ｎｉ系触媒として、具体的には、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ等のＮｉ化合物を０．１〜１０質量％の割合又はそれ以上の割合でＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｐｒ２Ｏ３及びＬａ２Ｏ３のうち少なくとも一種に担持したＮｉ／Ａｌ２Ｏ３触媒等を例示することができる。なお、担体は、前記したＡｌ２Ｏ３等に限らず他にもＭｇＯ、活性炭、ＢＮ等を挙げることができる。なおまた、担体に担持せずにＮｉＯ等のＮｉ化合物（但し、一部を還元金属Ｎｉとして含むもの）をＮｉ系触媒として採用することもできる。 As the Ni-based catalyst, specifically, a Ni compound such as Ni and/or NiO is contained in a proportion of 0.1 to 10 mass% or a proportion of Al 2 O 3, ZrO 2 , Pr 2 O 3 and La 2. of O 3 can be exemplified at least one is supported on a Ni / Al 2 O 3 catalyst. In addition, the carrier is not limited to Al 2 O 3 and the like described above, but may include MgO, activated carbon, BN and the like. In addition, a Ni compound such as NiO (however, a part thereof is contained as reduced metal Ni) may be adopted as the Ni-based catalyst without being supported on the carrier.
Ｆｅ系触媒として、具体的には、Ｆｅ及び／又はＦｅ２Ｏ３等のＦｅ化合物を０．１〜１０質量％の割合又はそれ以上の割合でＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｐｒ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３のうち少なくとも一種に担持したＦｅ／Ａｌ２Ｏ３触媒等を例示することができる。なお、担体は、Ａｌ２Ｏ３等に限らず他にもＭｇＯ、活性炭、ＢＮ等を挙げることができる。なおまた、担体に担持せずにＦｅ２Ｏ３等のＦｅ化合物（但し、一部を還元金属Ｆｅとして含むもの）をＦｅ系触媒として採用することもできる。 As the Fe-based catalyst, specifically, an Fe compound such as Fe and/or Fe 2 O 3 is added in a proportion of 0.1 to 10 mass% or a proportion of Al 2 O 3 , ZrO 2 , Pr 2 O 3 or more. , Fe 2 /Al 2 O 3 catalyst supported on at least one of La 2 O 3 and the like. The carrier is not limited to Al 2 O 3 or the like, but may be MgO, activated carbon, BN, or the like. Further, it is also possible to employ an Fe compound such as Fe 2 O 3 (however, a portion contains as a reduced metal Fe) without being supported on a carrier as an Fe-based catalyst.
Ｃｏ系触媒として、具体的には、Ｃｏ及び／又はＣｏＯ等のＣｏ化合物を０．１〜１０質量％の割合又はそれ以上の割合でＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｐｒ２Ｏ３及びＬａ２Ｏ３のうち少なくとも一種に担持したＣｏ／Ａｌ２Ｏ３触媒等を例示することができる。なお、担体は、Ａｌ２Ｏ３等に限らず他にもＭｇＯ、活性炭、ＢＮ等を挙げることができる。なおまた、担体に担持せずにＣｏＯ等のＣｏ化合物（但し、一部を還元金属Ｃｏとして含むもの）をＣｏ系触媒として採用することもできる。 As the Co-based catalyst, specifically, a Co compound such as Co and/or CoO is contained at a ratio of 0.1 to 10 mass% or a ratio of Al 2 O 3 , ZrO 2 , Pr 2 O 3 and La 2. of O 3 it can be exemplified at least one supported on Co / Al 2 O 3 catalyst. The carrier is not limited to Al 2 O 3 or the like, but may be MgO, activated carbon, BN, or the like. In addition, a Co compound such as CoO (however, a part thereof is contained as the reduced metal Co) may be adopted as the Co-based catalyst without being supported on the carrier.
ポンプ３は、液体アンモニアを昇圧するために用いられる。この目的に適うものであれば、当業者に公知のものを採用することができる。 The pump 3 is used to boost the pressure of liquid ammonia. As long as it is suitable for this purpose, those known to those skilled in the art can be adopted.
気化器４は、昇圧した液体アンモニアを気化させるための装置である。この目的に適うものであれば、当業者に公知のものを採用することができる。気化のための熱源としては、例えば、スチーム、排ガス、アンモニア分解ガスを用いる。 The vaporizer 4 is a device for vaporizing the pressurized liquid ammonia. As long as it is suitable for this purpose, those known to those skilled in the art can be adopted. As the heat source for vaporization, for example, steam, exhaust gas, or ammonia decomposition gas is used.
再生熱交換器５は、自己熱分解型反応器２からのアンモニア分解ガスと、気化アンモニアとの間で熱交換し、気化アンモニアを加熱するための装置である。この目的に適うものであれば、当業者に公知のものを採用することができる。 The regenerative heat exchanger 5 is a device for exchanging heat between the ammonia decomposition gas from the autothermal decomposition type reactor 2 and vaporized ammonia to heat the vaporized ammonia. As long as it is suitable for this purpose, those known to those skilled in the art can be adopted.
冷却器６は、アンモニア分解ガスを冷却するためのものである。この目的に適うものであれば、当業者に公知のものを採用することができる。冷却用の冷熱源としては、例えば、クーリングウオータ、空気を用いる。 The cooler 6 is for cooling the ammonia decomposition gas. As long as it is suitable for this purpose, those known to those skilled in the art can be adopted. As the cold heat source for cooling, for example, cooling water or air is used.
気液分離器７は、冷却器６を経たアンモニア分解ガスから水分を分離することを目的とする装置である。この目的に適うものであれば、当業者に公知のものを採用することができる。なお、未分解のアンモニアも液相側に移行させることができる。 The gas-liquid separator 7 is a device for separating water from the ammonia decomposition gas that has passed through the cooler 6. As long as it is suitable for this purpose, those known to those skilled in the art can be adopted. In addition, undecomposed ammonia can also be transferred to the liquid phase side.
圧縮器８は、通常、コンプレッサーとも称されるものであり、当業者に公知のものを採用することができる。Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ３等を含有するアンモニア分解ガスを昇圧し、後流のガスタービン、ガスエンジン及びボイラ等の燃焼機器に送るためのものである。 The compressor 8 is usually called a compressor, and a compressor known to those skilled in the art can be adopted. It is for boosting the pressure of the ammonia decomposition gas containing H 2 , N 2 , NH 3 etc. and sending it to the combustion equipment such as a gas turbine, a gas engine and a boiler in the downstream.
なお、気化器４と、再生熱交換器５との間には、図示しない予備分解反応器が設けられている。 A pre-cracking reactor (not shown) is provided between the vaporizer 4 and the regenerative heat exchanger 5.
次に、前記構成を備える本実施の形態に係るアンモニア分解システム１の動作を説明することによって、本発明に係るアンモニア分解方法の一実施の形態を説明する。
Next, one embodiment of the ammonia decomposing method according to the present invention will be described by explaining the operation of the
まず、原料である液化アンモニアをポンプ３に導入する。液化アンモニアは、ポンプ３によって昇圧され、気化器４で加熱される。これによって、液化アンモニアは、気化器４で気化され、気化アンモニアとなる。 First, liquefied ammonia as a raw material is introduced into the pump 3. The liquefied ammonia is pressurized by the pump 3 and heated by the vaporizer 4. As a result, the liquefied ammonia is vaporized in the vaporizer 4 to become vaporized ammonia.
さらに、気化アンモニアは、図示しない前記予備分解反応器によって一部分解する。分解熱は、スチーム等の外部熱源により供給される。気化アンモニアの一部分解により、水素が生成する。 Further, the vaporized ammonia is partially decomposed by the preliminary decomposition reactor (not shown). The decomposition heat is supplied by an external heat source such as steam. Hydrogen is produced by the partial decomposition of vaporized ammonia.
さらに、再生熱交換器５では、自己熱分解型反応器２からのアンモニア分解ガスによって、気化アンモニアを加熱する。 Further, in the regenerative heat exchanger 5, the vaporized ammonia is heated by the ammonia decomposition gas from the autothermal decomposition type reactor 2.
加熱された気化アンモニアは、自己熱分解型反応器２に送られる。自己熱分解型反応器２には、酸素源として空気も導入される。
自己熱分解型反応器２では、以下の反応が進行する。
The heated vaporized ammonia is sent to the autothermal decomposition reactor 2. Air is also introduced into the autothermal decomposition reactor 2 as an oxygen source.
In the autothermal decomposition type reactor 2, the following reactions proceed.
Ｈ２＋１／２Ｏ２＝Ｈ２Ｏ−Ｑ１ （１）
ＮＨ３＋１／３Ｏ２＝１／２Ｎ２＋２／３Ｈ２Ｏ−Ｑ２ （２）
ＮＨ３＝１／２Ｎ２＋３／２Ｈ２＋Ｑ３ （３）
H 2 + 1 / 2O 2 = H 2 O-Q1 (1)
NH 3 + 1 / 3O 2 = 1 / 2N 2 + 2 / 3H 2 O-Q2 (2)
NH 3 = 1 / 2N 2 + 3 / 2H 2 + Q3 (3)
Ｑ１〜Ｑ３は、反応熱を表している。反応（１）、（２）は、発熱反応であり、反応（３）は、吸熱反応である。
自己熱分解型反応器２では、反応（１）、（２）によって温度が上昇し、発生する生成熱で、反応（３）が進行する。
Q1 to Q3 represent reaction heat. Reactions (1) and (2) are exothermic reactions, and reaction (3) is an endothermic reaction.
In the autothermal decomposition type reactor 2, the temperature is raised by the reactions (1) and (2), and the reaction (3) proceeds due to the generated heat.
生成したアンモニア分解ガスは、自己熱分解型反応器２から再生熱交換器５を経て冷却器６で冷却される。
次いで、アンモニア分解ガスは、気液分離器７に至り、水分及び未反応のアンモニアの一部が除去される。すなわち、生成水とともに未分解アンモニアをアンモニア水として気液分離器７で回収することができる。
水分を除去されたアンモニア分解ガスは、圧縮器８で圧縮され、後段の燃焼器等に送られる。
The generated ammonia decomposition gas is cooled by the cooler 6 from the autothermal decomposition type reactor 2 through the regenerative heat exchanger 5.
Next, the ammonia decomposed gas reaches the gas-liquid separator 7, and water and a part of unreacted ammonia are removed. That is, the undecomposed ammonia together with the produced water can be recovered as ammonia water in the gas-liquid separator 7.
The ammonia decomposition gas from which the water has been removed is compressed by the compressor 8 and sent to the combustor or the like in the subsequent stage.
本実施の形態では、気化アンモニアと、アンモニア分解ガスとを熱交換するため、自己熱分解型反応器２で、吸熱反応のための熱を補うことができ、結果的にアンモニア分解反応が促進される。すなわち、液化アンモニアの状態で加圧し高圧とし、ガスタービン等でのアンモニア分解ガスの圧縮の動力を抑えることができ、かつ吸熱反応のための熱を補って、高温熱源を過大に要することがない。本実施の形態では、残存アンモニア濃度を１ｖｏｌ％以下とすることができる。 In the present embodiment, since the vaporized ammonia and the ammonia decomposition gas are heat-exchanged, the heat for the endothermic reaction can be supplemented by the autothermal decomposition type reactor 2, and as a result, the ammonia decomposition reaction is promoted. It That is, the liquefied ammonia is pressurized to a high pressure to suppress the power of compression of the ammonia decomposition gas in the gas turbine or the like, and the heat for the endothermic reaction is supplemented, so that the high temperature heat source is not required excessively .. In this embodiment, the residual ammonia concentration can be 1 vol% or less.
また、自己熱分解型反応器２内で、反応（１）〜（３）を効率的に進行させることにより、熱力学的平衡上、ＮＯｘの生成を回避することができる。 In addition, by allowing the reactions (1) to (3) to proceed efficiently in the autothermal decomposition reactor 2, it is possible to avoid the production of NO x in terms of thermodynamic equilibrium.
次に、図２に、本発明に係るアンモニア分解システムの他の実施の形態を示す。
本実施の形態のアンモニア分解システム２０は、反応器として、自己熱分解型反応器２の前流に外部熱交換型反応器２１を備える。
自己熱分解型反応器２は、図１について説明した自己熱分解型反応器２と同様の構成を備え、同様の機能を持つ。
Next, FIG. 2 shows another embodiment of the ammonia decomposition system according to the present invention.
The
The autothermal decomposition type reactor 2 has the same configuration as the autothermal decomposition type reactor 2 described with reference to FIG. 1 and has the same function.
外部熱交換型反応器２１は、触媒充填部２１ａと、熱媒体流路２１ｂとを備える。触媒充填部２１ａは、アンモニア流路を形成し、その周囲を円筒状に熱媒体流路２１ｂが包囲した構成となっている。触媒充填部２１ａと、熱媒体流路２１ｂとは、互いに流体的に遮断された構成となっている。すなわち、複数ある円筒状の触媒充填部２１ａを円筒状の熱媒体流路２１ｂが包囲しており、図２は、その縦断面を示している。なお、熱媒体としては、燃焼排ガスを例示することができる。
The external heat exchange type reactor 21 includes a
触媒充填部２１ａに充填されるアンモニア分解触媒２２としては、例えば、Ｒｕ系触媒を用いることができる。この他にも条件により、Ｎｉ系触媒、Ｆｅ系触媒及びＣｏ系触媒のうち一種又は二種以上を例示することができる。もっとも、アンモニア分解特性を備える金属又は金属化合物であれば、アンモニア分解触媒として採用することができる。
As the
Ｒｕ系触媒として、具体的には、０．１〜１０質量％の割合で、好適には０．１〜１．０質量％の割合でＲｕをＡｌ２Ｏ３に担持したＲｕ／Ａｌ２Ｏ３触媒を例示することができる。なお、担体は、Ａｌ２Ｏ３に限らず他にもＭｇＯ、活性炭、ＢＮ等を挙げることができる。 As the Ru-based catalyst, specifically, Ru/Al 2 O in which Ru is supported on Al 2 O 3 at a ratio of 0.1 to 10% by mass, preferably 0.1 to 1.0% by mass. Three catalysts can be illustrated. The carrier is not limited to Al 2 O 3 , but may be MgO, activated carbon, BN, or the like.
Ｎｉ系触媒として、具体的には、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ等のＮｉ化合物を０．１〜１０質量％の割合又はそれ以上の割合でＡｌ２Ｏ３に担持したＮｉ／Ａｌ２Ｏ３触媒を例示することができる。なお、担体は、Ａｌ２Ｏ３に限らず他にもＭｇＯ、活性炭、ＢＮ等を挙げることができる。なおまた、担体に担持せずにＮｉＯ等のＮｉ化合物（但し、一部を還元金属Ｎｉとして含むもの）をＮｉ系触媒として採用することもできる。 As the Ni-based catalyst, specifically, a Ni/Al 2 O 3 catalyst in which a Ni compound such as Ni and/or NiO is supported on Al 2 O 3 at a ratio of 0.1 to 10% by mass or more is used. It can be illustrated. The carrier is not limited to Al 2 O 3 , but may be MgO, activated carbon, BN, or the like. In addition, a Ni compound such as NiO (however, a part thereof is contained as reduced metal Ni) may be adopted as the Ni-based catalyst without being supported on the carrier.
Ｆｅ系触媒として、具体的には、Ｆｅ及び／又はＦｅ２Ｏ３等のＦｅ化合物を０．１〜１０質量％の割合又はそれ以上の割合でＡｌ２Ｏ３に担持したＦｅ／Ａｌ２Ｏ３触媒を例示することができる。なお、担体は、Ａｌ２Ｏ３に限らず他にもＭｇＯ、活性炭、ＢＮ等を挙げることができる。なおまた、担体に担持せずにＦｅ２Ｏ３等のＦｅ化合物（但し、一部を還元金属Ｆｅとして含むもの）をＦｅ系触媒として採用することもできる。 As Fe-based catalyst, specifically, Fe and / or Fe 2 O 3 or the like of Fe compound 0.1 to 10% of the rate or more rates in Al 2 O 3 in loaded with Fe / Al 2 O Three catalysts can be illustrated. The carrier is not limited to Al 2 O 3 , but may be MgO, activated carbon, BN, or the like. Further, it is also possible to employ an Fe compound such as Fe 2 O 3 (however, a portion contains as a reduced metal Fe) without being supported on a carrier as an Fe-based catalyst.
Ｃｏ系触媒として、具体的には、Ｃｏ及び／又はＣｏＯ等のＣｏ化合物を０．１〜１０質量％の割合又はそれ以上の割合でＡｌ２Ｏ３に担持したＣｏ／Ａｌ２Ｏ３触媒を例示することができる。なお、担体は、Ａｌ２Ｏ３に限らず他にもＭｇＯ、活性炭、ＢＮ等を挙げることができる。なおまた、担体に担持せずにＣｏＯ等のＣｏ化合物（但し、一部を還元金属Ｃｏとして含むもの）をＣｏ系触媒として採用することもできる。 As the Co-based catalyst, specifically, a Co/Al 2 O 3 catalyst in which a Co compound such as Co and/or CoO is supported on Al 2 O 3 at a ratio of 0.1 to 10% by mass or more is used. It can be illustrated. The carrier is not limited to Al 2 O 3 , but may be MgO, activated carbon, BN, or the like. In addition, a Co compound such as CoO (however, a part thereof is contained as the reduced metal Co) may be adopted as the Co-based catalyst without being supported on the carrier.
さらに、本実施の形態では、第１の熱交換器２３と、第２の熱交換器２４とを備える。これらの構成は、その目的に適うように、当業者に公知の構成を備える。
Further, in the present embodiment, the
第１の熱交換器２３は、自己熱分解型反応器２からのアンモニア分解ガスと、外部熱交換型反応器２１からのアンモニア部分分解ガスとの間で熱交換を行う。これによって、アンモニア分解ガスでアンモニア部分分解ガスを加熱する。
The
第２の熱交換器２４は、自己熱分解型反応器２からのアンモニア分解ガスと、気化アンモニアとの間で熱交換を行う。これによって、アンモニア分解ガスで、気化アンモニアを加熱する。
The
さらに、本実施の形態に係るアンモニア分解システムは、気化アンモニアを提供するために、図１の実施の形態について説明したポンプ３と同様のポンプ、気化器４と同様の気化器を第２の熱交換器２４の前流に備える。また、図１の冷却器６、気液分離器７、圧縮器８と同様の冷却器、気液分離器、圧縮器を第２の熱交換器２４の後流に備える。
Furthermore, in order to provide vaporized ammonia, the ammonia decomposition system according to the present embodiment includes a pump similar to the pump 3 described in the embodiment of FIG. 1 and a vaporizer similar to the vaporizer 4 to the second heat generator. Prepare for the upstream of the
次に、前記構成を備える本実施の形態に係るアンモニア分解システム２０の動作を説明することによって、本発明に係るアンモニア分解方法の他の実施の形態を説明する。
Next, another embodiment of the ammonia decomposing method according to the present invention will be described by explaining the operation of the
まず、第２の熱交換器２４の前流のポンプ、気化器を経て、気化アンモニアが、第２の熱交換器２４を経由する。
第２の熱交換器２４では、気化アンモニアが、アンモニア分解ガスによって加熱される。
First, vaporized ammonia passes through the
In the
気化アンモニアは、触媒充填部２１ａに導入され、該触媒充填部２１ａを通って、排出される。
気化アンモニアは、熱媒体流路２１ｂを流れる排ガスからの熱を受け、それによって以下の式に従って分解する。
ＮＨ３→１／２Ｎ２ + ３／２Ｈ２ （４）
The vaporized ammonia is introduced into the
The vaporized ammonia receives heat from the exhaust gas flowing through the heat
NH 3 → 1/2N 2 + 3/2H 2 (4)
これによって、気化アンモニアが分解し、アンモニア部分分解ガスが得られる。アンモニア部分分解ガスのアンモニア残存濃度は、数（２〜３）％〜３０ｖｏｌ％となる。好ましくは１０ｖｏｌ％未満である。
アンモニア部分分解ガスは、第１の熱交換器２３で、アンモニア分解ガスによって加熱され、自己熱分解型反応器２に至る。
As a result, the vaporized ammonia is decomposed and an ammonia partially decomposed gas is obtained. The residual ammonia concentration of the partially decomposed ammonia gas is several (2 to 3)% to 30 vol%. It is preferably less than 10 vol %.
The partially decomposed ammonia gas is heated by the ammonia decomposed gas in the
自己熱分解型反応器２では、先に図１について説明したと同様の反応（１）〜（３）が起こり、自己熱分解によってアンモニア分解ガスを生成することができる。アンモニアの残存濃度は、１ｖｏｌ％以下となる。 In the autothermal decomposition reactor 2, reactions (1) to (3) similar to those described above with reference to FIG. 1 occur, and ammonia decomposition gas can be generated by autothermal decomposition. The residual concentration of ammonia is 1 vol% or less.
アンモニア分解ガスは、第１の熱交換器２３、第２の熱交換器２４を経て、図示しない図１と同様の冷却器、気液分離機、圧縮器で、図１について説明したと同様の処理をされ、最終的に後流の燃焼器に送られる。
The ammonia decomposition gas is passed through the
本実施の形態でも、アンモニア部分分解ガスと、アンモニア分解ガスとを熱交換するため、自己熱分解型反応器２で、吸熱反応のための熱を補うことができ、結果的にアンモニア分解反応が促進される。すなわち、液化アンモニアの状態で加圧し高圧とし、ガスタービン等でのアンモニア分解ガスの圧縮の動力を抑えることができ、かつ吸熱反応のための熱を補って、高温熱源を過大に要することがない効果を、図１と同様に得ることができる。
加えて、本実施の形態では、高アンモニア分圧下の一段目の外部熱交換型反応器の温度を低めに設定できるため、低温熱源の活用および窒化速度の抑制が可能となる。
Also in the present embodiment, since the partially decomposed ammonia gas and the decomposed ammonia gas are heat-exchanged, the heat for the endothermic reaction can be supplemented by the autothermal decomposition reactor 2, and as a result, the ammonia decomposition reaction Be promoted. That is, the liquefied ammonia is pressurized to a high pressure to suppress the power of compression of the ammonia decomposition gas in the gas turbine or the like, and the heat for the endothermic reaction is supplemented so that the high temperature heat source is not required excessively. The effect can be obtained as in FIG.
In addition, in the present embodiment, the temperature of the first-stage external heat exchange reactor under a high partial pressure of ammonia can be set to a low temperature, so that the low temperature heat source can be utilized and the nitriding rate can be suppressed.
本発明に係るアンモニア分解システム及びアンモニア分解方法を前記実施の形態について説明した。しかし、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内における変更・修正・修飾は、全て本発明に含まれる。各実施の形態で現れる具体的数値、例えば温度は一例に過ぎず、当業者の想定する変動は、全て本発明の技術的範囲に含まれる。 The ammonia decomposing system and the ammonia decomposing method according to the present invention have been described in the above embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and all changes, modifications and modifications within the scope of the technical idea of the present invention are included in the present invention. The specific numerical values appearing in the respective embodiments, for example, the temperature are merely examples, and all variations assumed by those skilled in the art are included in the technical scope of the present invention.
本発明に係るアンモニア分解システム及びアンモニア分解方法は、ガスタービンシステム、ボイラ若しくはガスエンジン等の水素を燃料若しくは燃料の一部として利用する燃焼機器、装置若しくはシステム等に水素を供給するため、又はそれらのうちいずれかのものの一部に組み込まれるものとして採用することができる。 The ammonia decomposing system and the ammonia decomposing method according to the present invention are for supplying hydrogen to a combustion equipment, a device, a system, or the like that uses hydrogen as a fuel or a part of fuel in a gas turbine system, a boiler or a gas engine, or It can be adopted as a part of any one of them.
１、２０ アンモニア分解システム
２ 自己熱分解型反応器
３ ポンプ
４ 気化器
５ 再生熱交換器
６ 冷却器
７ 気液分離器
８ 圧縮器
９ 反応容器
１０ アンモニア分解触媒
２１ 外部熱交換型反応器
２１ａ 触媒充填部
２１ｂ 熱媒体流路
２２ アンモニア分解触媒
２３ 第１の熱交換器
２４ 第２の熱交換器
1, 20 Ammonia decomposition system 2 Autothermal decomposition type reactor 3 Pump 4 Vaporizer 5 Regeneration heat exchanger 6 Cooler 7 Gas-liquid separator 8
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