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公開番号2023071458
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-05-23
出願番号2021184256
出願日2021-11-11
発明の名称ガスタービンシステム
出願人大阪瓦斯株式会社
代理人弁理士法人R&C
主分類F02C 7/22 20060101AFI20230516BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】耐久性・エネルギー効率に優れ、NOx排出量も抑えられるガスタービンシステムを提供する。
【解決手段】アンモニア分解触媒Cが充填された触媒充填部4と、アンモニア分解によって発生する分解ガスから水素を分離可能な水素分離膜3bとからなる膜分離部3、及び窒素と残存アンモニアとを含む水素分離処理済みガスから残存アンモニアを回収する回収部6、回収部6で回収した残存アンモニアを触媒充填部4に供給するアンモニアリサイクル路L6を有したアンモニア分解装置2と、触媒充填部4にアンモニアを供給するアンモニア供給手段10と、圧縮機16、燃焼器17及びガスタービン18を有するガスタービンユニット15と、ガスタービンユニット15で発生した熱を回収して熱媒体を加熱する排熱回収手段20と、を備え、排熱回収手段20で加熱された熱媒体がアンモニア分解装置2に供給される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
アンモニア分解触媒が充填された触媒充填部と、アンモニア分解によって発生する分解ガスから水素を分離可能な水素分離膜とからなる膜分離部、及び窒素と残存アンモニアとを含む水素分離処理済みガスから前記残存アンモニアを回収する回収部、前記回収部で回収した残存アンモニアを前記触媒充填部に供給するアンモニアリサイクル路を有したアンモニア分解装置と、
前記触媒充填部にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、
空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機、前記膜分離部で分離された水素が水素供給路を通して供給され、供給された水素を前記圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼ガスによって駆動するガスタービンを有するガスタービンユニットと、
前記ガスタービンユニットで発生した熱を回収して熱媒体を加熱する排熱回収手段と、を備え、
前記排熱回収手段で加熱された熱媒体が前記アンモニア分解装置に供給されるガスタービンシステム。
続きを表示（約 580 文字）【請求項２】
前記回収部で前記残存アンモニアが回収された窒素を、第１窒素通流路を通して冷却用ガスとして前記燃焼器及び前記ガスタービンに供給する請求項１に記載のガスタービンシステム。
【請求項３】
前記回収部で前記残存アンモニアが回収された窒素が通流する第２窒素通流路が、前記水素供給路に接続し、
前記水素と前記窒素との混合ガスを、前記燃焼器に供給可能に構成されている請求項１又は２に記載のガスタービンシステム。
【請求項４】
前記混合ガス中の前記水素と前記窒素との混合比を負荷変動に応じて調整する制御部を備える請求項３に記載のガスタービンシステム。
【請求項５】
前記アンモニア供給手段は、大気圧よりも高い供給圧で前記アンモニアを供給する請求項１～４のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項６】
前記膜分離部における水素透過側が前記触媒充填部側よりも低圧となるように、前記水素の通流方向下流側から前記水素透過側を減圧する減圧手段を備える請求項１～５のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
【請求項７】
前記膜分離部における水素透過側にスイープガスを供給するスイープガス供給手段を備える請求項１～６のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアを分解して得られる水素を燃料として利用するガスタービンシステムに関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムの燃料としては、燃焼に伴う二酸化炭素の排出が避けられない化石燃料が利用されている。しかしながら、近年、大気中に放出された二酸化炭素による地球温暖化が問題となっており、これに対応すべく、二酸化炭素の大気中への放出を抑制することが急務となっている。そこで、燃焼時に二酸化炭素の排出を伴わない水素を燃料として利用するガスタービンシステムが注目されている。
【０００３】
しかしながら、水素はエネルギー密度が低く、化石燃料と比較して、輸送や貯蔵が非効率である。このため、水素を運ぶエネルギーキャリアとしてアンモニアを利用し、アンモニアの分解により水素を取り出して、この水素を燃料として利用するガスタービンシステムの開発が進められている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、アンモニアを熱分解して水素を生成するアンモニア分解装置と、ガスタービンとを組み合わせたガスタービンプラントが開示されている。
【０００５】
このガスタービンプラントでは、ガスタービンで発生した熱で加熱された蒸気を利用してアンモニア分解装置でアンモニアを熱分解し、水素、窒素及び残存アンモニアを含む分解ガスを生成する。そして、分解ガス中の残存アンモニアをアンモニア除去装置によって除去し、残存アンモニア除去後のガスをガスタービンの燃料ガスとして利用している。また、アンモニア除去装置によって除去した残存アンモニアについては、再度アンモニア分解装置に供給して再利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２０－１４７４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１記載のガスタービンプラントでは、システム効率の観点からアンモニア分解装置でのアンモニア分解を高圧（３～５ＭＰａ程度）で行うため、アンモニア分解を高温（５００～６００℃程度）で行う必要がある。このような高温域においては、アンモニアや分解ガス中の残存アンモニアによって、アンモニア分解装置などに使用されている金属材料の窒化が発生する。そのため、上記ガスタービンプラントには、耐久性が低下し易いという問題がある。また、アンモニア分解を高温で行う必要があることから、より多くの蒸気量が必要となり、システムのエネルギー効率が低下するという問題もある。
【０００８】
更に、上記ガスタービンプラントでは、残存アンモニアを除去・再利用しているが、アンモニア分解装置からの分解ガス全体をアンモニア除去装置で処理する必要がある。このため、大容量のアンモニア除去装置が必要となり、回収に要するエネルギーも増大し易い。
【０００９】
加えて、アンモニア除去装置での残存アンモニアの除去にも限界がある。そのため、残存アンモニア除去後のガスにも０．０３ｍｏｌ％程度のアンモニアが含まれており、このガスをガスタービンに供給する場合、生成するＮＯｘ量が多いため、その低減対策が必要となる。
【００１０】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであり、耐久性・エネルギー効率に優れ、ＮＯｘ排出量も抑えられるガスタービンシステムの提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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