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公開番号2024092034
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-05
出願番号2024074778,2023071559
出願日2024-05-02,2019-03-15
発明の名称原料流体の処理プラント、及び原料流体の処理方法
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類F02C 6/00 20060101AFI20240628BHJP(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】原料流体の処理プラントの熱効率を向上させる。
【解決手段】原料流体の処理プラントは、原料流体NHを反応させて、反応ガスRGを生成する原料反応設備40を備える。原料反応設備40は、予熱器44a,44bと、反応器45と、を有する。予熱器44a,44bは、第二熱媒体と原料流体とを熱交換させて、原料流体NHを加熱する熱交換器である。反応器45は、第二熱媒体とは異なる第一熱媒体と予熱器44a,44bで加熱された原料流体NHとを熱交換させて、原料流体NHを加熱して反応させる熱交換器である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
原料流体を反応させて、反応ガスを生成する原料反応設備を備え、
前記原料反応設備は、前記原料流体を反応させて反応ガスを生成する反応器と、第一熱媒体が流れる第一熱媒体ラインと、を有し、
前記反応器は、前記原料流体と前記第一熱媒体とを熱交換させて、前記原料流体を反応させる熱交換器であり、
前記第一熱媒体ラインは、前記反応器に接続され、前記第一熱媒体を前記反応器に導く、
原料流体の処理プラント。
続きを表示（約 2,700 文字）【請求項２】
請求項１に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記原料反応設備は、前記原料流体を予熱する予熱器と、第二熱媒体が流れる第二熱媒体ラインと、を有し、
前記第二熱媒体ラインは、前記予熱器に接続され、前記第二熱媒体を前記予熱器に導き、
前記予熱器は、前記原料流体と前記第二熱媒体とを熱交換させて、前記原料流体を加熱する熱交換器であり、
前記予熱器は、前記予熱器で予熱された前記原料流体を前記反応器に供給する、
原料流体の処理プラント。
【請求項３】
請求項２に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記第一熱媒体ラインを流れる前記第一熱媒体の定圧比熱と流量との積が、前記第二熱媒体ラインを流れる前記第二熱媒体の定圧比熱と流量との積よりも大きい、
原料流体の処理プラント。
【請求項４】
請求項２に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
排気ガスを発生する排気ガス発生設備と、排熱利用設備と、を備え、
前記排熱利用設備は、前記排気ガスが流れるガス枠と、前記ガス枠内に設けられ、前記第一熱媒体と前記排気ガスとを熱交換させて、前記第一熱媒体を加熱する第一熱媒体加熱器と、前記ガス枠内であって、前記第一熱媒体加熱器よりも前記排気ガスの流れの下流側に配置され、前記第二熱媒体と前記排気ガスと熱交換させて前記第二熱媒体を加熱する第二熱媒体加熱器と、を有し、
前記第一熱媒体ラインは、前記第一熱媒体加熱器で加熱された前記第一熱媒体を前記反応器に導き、
前記第二熱媒体ラインは、前記第二熱媒体加熱器で加熱された前記第二熱媒体を前記予熱器に導く、
原料流体の処理プラント。
【請求項５】
請求項２に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
排気ガスを発生する排気ガス発生設備と、排熱利用設備と、を備え、
前記排熱利用設備は、前記排気ガスが流れるガス枠と、前記ガス枠内に設けられ、前記第一熱媒体と前記排気ガスとを熱交換させて、前記第一熱媒体を加熱する第一熱媒体加熱器と、を有し、
前記第一熱媒体ラインは、前記第一熱媒体加熱器で加熱された前記第一熱媒体を前記反応器に導き、
前記予熱器は、前記ガス枠内で、前記第一熱媒体加熱器よりも前記排気ガスの流れの下流側に配置され、前記原料流体と前記第二熱媒体としての前記排気ガスとを熱交換させて、前記原料流体を加熱する熱交換器であり、
前記第二熱媒体ラインは、前記ガス枠の一部を有して構成されている、
原料流体の処理プラント。
【請求項６】
請求項１に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記反応器は、前記原料流体を反応させて反応ガスを生成する前反応器と、前記前反応器からのガスに含まれる前記原料流体を反応させる後反応器と、を有し、
前記前反応器は、前記第一熱媒体の一種である第一低温熱媒体と前記原料流体とを熱交換させ、
前記後反応器は、前記第一熱媒体の一種である第一高温熱媒体と前記前反応器からのガスとを熱交換させ、
前記第一熱媒体ラインは、前記第一低温熱媒体が流れる第一低温熱媒体ラインと、前記第一高温熱媒体が流れる第一高温熱媒体ラインと、を有し、
前記第一低温熱媒体ラインは、前記前反応器に接続され、前記第一低温熱媒体を前記前反応器に導き、
前記第一高温熱媒体ラインは、前記後反応器に接続され、前記第一高温熱媒体を前記後反応器に導く、
原料流体の処理プラント。
【請求項７】
請求項６に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記第一低温熱媒体ラインを流れる前記第一低温熱媒体の定圧比熱と流量との積が、前記第一高温熱媒体ラインを流れる前記第一高温熱媒体の定圧比熱と流量との積よりも大きい、
原料流体の処理プラント。
【請求項８】
請求項６記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記後反応器で熱交換を行った後の前記第一高温熱媒体を回収する第一高温熱媒体回収ラインを備え、
前記第一高温熱媒体回収ラインは、前記第一低温熱媒体ラインの途中に接続されて、回収した前記第一高温熱媒体を前記第一低温熱媒体ラインに送る、
原料流体の処理プラント。
【請求項９】
請求項６に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
排気ガスを発生する排気ガス発生設備と、排熱利用設備と、
を備え、
前記排熱利用設備は、前記排気ガスが流れるガス枠と、前記ガス枠内に設けられ、前記第一熱媒体と前記排気ガスとを熱交換させて、前記第一熱媒体を加熱する第一熱媒体加熱器、を有し、
前記第一熱媒体ラインは、前記第一熱媒体加熱器で加熱された前記第一熱媒体を前記反応器に導き、
前記第一熱媒体加熱器は、前記第一熱媒体の一種である前記第一低温熱媒体と前記排気ガスを熱交換させて、前記第一低温熱媒体を加熱する第一低温熱媒体加熱器と、前記第一熱媒体の一種である前記第一高温熱媒体と前記排気ガスを熱交換させて、前記第一高温熱媒体を加熱する第一高温熱媒体加熱器と、を有し、
前記第一高温熱媒体加熱器は、前記ガス枠内で、前記第一低温熱媒体加熱器よりも、前記排気ガスの流れの上流側に配置され、
前記第一熱媒体ラインは、前記第一低温熱媒体が流れる前記第一低温熱媒体ラインと、前記第一高温熱媒体が流れる前記第一高温熱媒体ラインと、を有し、
前記第一低温熱媒体ラインは、前記第一低温熱媒体加熱器に接続され、前記排気ガスで加熱された前記第一低温熱媒体を前記前反応器に導き、
前記第一高温熱媒体ラインは、前記第一高温熱媒体加熱器に接続され、前記排気ガスで加熱された前記第一高温熱媒体を前記後反応器に導く、
原料流体の処理プラント。
【請求項１０】
流体を予熱する予熱器を備え、
前記予熱器は、前記流体と第二熱媒体とを熱交換させて、前記流体を加熱する熱交換器であり、
前記予熱器は、液体の前記流体を加熱して気化させる気化器を有し、
前記気化器は、前記第二熱媒体の一種である気化用第二熱媒体と前記液体の流体とを熱交換させて、前記液体の流体を加熱する熱交換器である、
流体の処理プラント。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料流体を加熱して反応させて反応ガスを生成する処理を含む技術に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
地球環境保全のためＣＯ
２
排出量を削減するため、燃焼してもＣＯ
２
を排出しない水素を燃料として利用することが有力な選択肢となっている。しかし、例えば、ガスタービンの燃料として広く使われている液化天然ガスなどの燃料と比較して、水素は、その輸送や溜蔵は容易ではない。このため、水素に変換可能なアンモニアを燃料として利用することが検討されている。また、例えば、メタノールなども燃料として利用することが検討されている。
【０００３】
以下の特許文献１，２には、ガスタービンプラントが開示されている。このガスタービンプラントは、アンモニアを加熱して、このアンモニアを水素と窒素に熱分解反応させる原料反応設備を備えている。原料反応設備は、一基の熱交換装置を有する。この一基の熱交換装置は、ガスタービンからの排気ガスが流れるガス枠と、このガス枠中に配置されている伝熱管と、を有する。この一基の熱交換装置では、伝熱管内に流入してきた液体アンモニアとガス枠内を流れている排気ガスとを熱交換させて、アンモニアを加熱して、このアンモニアを熱分解反応させ、水素と窒素とを含む反応ガスにする。この反応ガスは、ガスタービンの燃焼器に導かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開平０４－３４２８２９号公報
特開２０１８－０７６７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１，２に記載の技術では、一基の熱交換装置で、液体アンモニアと排気ガスとを熱交換させて、アンモニアを加熱して、このアンモニアを熱分解反応させているため、排気ガスの熱エネルギー損失が大きくなる。また、上記特許文献１，２に記載の技術では、反応後の反応ガスの熱を有効に活用されていない。このため、上記特許文献１，２に記載の技術では、プラントの熱効率が低下する。
【０００６】
そこで、本発明は、アンモニア等の原料流体を反応させるにあたって、排気ガス等の熱源の熱エネルギー損失を抑え、プラントの熱効率を向上させることができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための発明に係る一態様の原料流体の処理プラントは、
原料流体を加熱して反応させて、反応ガスを生成する原料反応設備を備える。前記原料反応設備は、前記原料流体を予熱する予熱器と、前記予熱器で予熱された前記原料流体をさらに加熱して反応させて反応ガスを生成する反応器と、第一熱媒体が流れる第一熱媒体ラインと、前記第一熱媒体とは異なる第二熱媒体が流れる第二熱媒体ラインと、を有する。前記反応器は、前記原料流体と前記第一熱媒体とを熱交換させて、前記原料流体を加熱して反応させる熱交換器である。前記予熱器は、前記原料流体と前記第二熱媒体とを熱交換させて、前記原料流体を加熱する熱交換器である。前記第一熱媒体ラインは、前記第一熱媒体を前記反応器に導く。前記第二熱媒体ラインは、前記第二熱媒体を前記予熱器に導く。
【０００８】
本態様では、原料流体を加熱して反応させるにあたり、先ず、第一熱媒体とは異なる第二熱媒体と原料流体とを熱交換させて、原料流体を予熱する。その後、本態様では、第一熱媒体と予熱後の原料流体とを熱交換させて、原料流体を加熱して反応させる。このため、本態様では、一つの熱媒体で、原料流体を予熱し且つ反応させる場合よりも、第一熱媒体を加熱するための熱量を少なくすることができる。よって、本態様では、第一熱媒体を加熱するための排気ガス等の熱源の熱エネルギー損失を抑えることができる。
【０００９】
ここで、前記一態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記第一熱媒体ラインを流れる前記第一熱媒体の定圧比熱と流量との積が、前記第二熱媒体ラインを流れる前記第二熱媒体の定圧比熱と流量との積よりも大きくてもよい。
【００１０】
本態様では、原料流体の反応のために大量の熱を必要とする反応器の温度レベルには多くの熱量を投入でき、少ない熱量で十分な予熱器の温度レベルには少ない熱量を投入することができる。このため、温度レベル毎に必要とされる熱量を過不足なく投入することができ、温度レベルに応じて効果的に熱を利用することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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