JP3786759B2 - Gas generator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部分酸化法により、炭化水素と酸素等から水素と一酸化炭素の混合ガスを発生させるガス発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、水素製造法としては、水電解法や石炭ガス化法とならんで、水蒸気改質法による水素製造が行われてきた。水蒸気改質法は、天然ガス,LPG,ナフサ等の炭化水素を原料とした水蒸気改質反応が行われる。ところが、上記水蒸気改質法では、原料の一部を加熱用燃料としなければならず、この燃焼によって生じるNOx ,SOx 等の除去装置を設置しなければならない。また、あらかじめ原料の脱硫が必要で、イオウ分を多く含む重質油が使用できず、比較的高価なナフサ級軽質油までしか使用できないという問題がある。
【0003】
そこで、廉価な重質油を原料として使用できる方法として、部分酸化法による水素製造法が行われている。部分酸化反応は、その完全燃焼に必要な酸素量の30〜40%に相当する量の酸素により高温で燃焼させ、下記の式(1)の反応により、H2 とCOの混合ガスを発生させる。そして、H2 ガスを製造する場合には、上記混合ガスを、COシフト転換器によるシフト転換反応させたのち、CO2 吸収除去およびPSA法による不純物除去の各精製プロセスを経て水素が製造される。
【0004】
【化1】
Cn Hm +(n/2)O2 →nCO+(m/2)H2 …(1)
【0005】
上記部分酸化法を利用して水素等を製造するガス発生装置は、図7に示すように、燃焼器40と、COシフト転換器41と、高圧ボイラ42とを備えている。そして、導入路43から原料炭化水素,スチーム,酸素を燃焼器40に導入し、1100〜1300℃の高温で燃焼,反応させ、発生した混合ガスを高圧ボイラ42で冷却する。つぎに、COシフト転換器41で、混合ガス中のCOを、スチーム導入路44から導入されるスチームと反応させてH2 とCO2 にシフト転換させる。そして、燃焼器40で発生した熱を、高圧ボイラ42で高圧スチームを製造し、動力として回収する場合はスチームタービン45で発電機を駆動し、電力に変換している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記部分酸化法は、部分酸化反応が発熱反応であるため、その冷却に大規模な高圧ボイラ42およびスチームタービン45が必要である。一般に、数万m3 /hの水素を発生させる設備になると、この高圧ボイラ42は、直径4〜5m、高さ20〜30mにもなる。このため、装置自体が非常に大規模なものになり、設備コストや建設コスト等イニシャルコストも非常に高くなるうえ、トラブルの頻度も高くなる。また、設備の移設や将来のガス発生量の増大等には対応することができないという問題があった。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、設備が小形化するとともにイニシャルコストも安く、しかも設備の移設や将来のガス発生量の増大に簡単に対応できるガス発生装置を提供することをその目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のガス発生装置は、原料炭化水素と酸素とを高温で反応させて主として一酸化炭素と水素とからなる混合ガスを発生させる燃焼器を備えたガス発生装置であって、上記燃焼器に連設され上記燃焼器を出た気流によって駆動されるタービンを備え、このタービンで発生した動力を有効出力として利用するようになっていることを要旨とする。
【0009】
すなわち、本発明のガス発生装置は、燃焼器を出た気流によって駆動されるタービンを備え、このタービンで発生した動力を有効出力として利用するようになっている。したがって、タービン出口での混合ガスの温度は、燃焼器内の温度よりも低下するため、従来、発生ガスを冷却し動力として回収するために必要となっていた大形の高圧ボイラや大容量のスチームタービンが不要になる。これにより、設備の小形化とイニシャルコストの低減が図れるだけでなく、設備の移設や将来のガス発生量の増大にも対応できるようになる。そして、タービンから排出されるガスから水素ガス,一酸化炭素ガス等を取り出すとともに、タ─ビンで発生する動力を電力等の有効出力として利用することができるのである。また、タービンで得られた有効出力を、各種の動力として有効利用することにより、電力費等のランニングコスト面で有利である。なお、本発明において部分酸化反応に供する酸素は、純酸素として供給してもよいし、空気を供給して空気中の酸素と部分酸化反応させるようにしてもよい。
【0010】
本発明では、燃焼器とタービンが連設されているため、燃焼器から出た気流が直接タービンを回すため、気流のロスがほとんどなく効率がよい。また、設備が小形ですみ、移設や増設等も容易になる。
【0011】
また、本発明において、燃焼器中に水および水蒸気の少なくともいずれかを導入するようになっている場合には、燃焼器中に導入される水もしくは水蒸気によって、燃焼器内の気流の温度が適正に制御される。
【0012】
また、本発明において、燃焼器中およびタービン入口の少なくともいずれかに、水および水蒸気の少なくともいずれかを導入することにより、タービン入口での気流の温度を制御するようになっている場合には、タービンに導入される気流の温度が適正に制御され、タービンにかかる熱負荷が少なくなり、タービンの寿命が向上する。
【0013】
また、本発明において、燃焼器中およびタービン入口の少なくともいずれかに、水および水蒸気の少なくともいずれかを導入することにより、タービン出口での気流の温度を制御するようになっている場合には、タービン内の温度が適正に制御され、タービンにかかる熱負荷が少なくなり、タービンの寿命が向上する。
【0014】
また、本発明において、燃焼器で発生しタービンから排出された混合ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素と二酸化炭素にシフト転換反応させるシフト転換器を備え、燃焼器を出た気流中の水蒸気をシフト転換反応に供するようになっている場合には、燃焼器を出た気流中の水蒸気によって、必要な水蒸気の一部または全部をシフト転換反応に供することができるとともに、適切なシフト転換反応温度にタービン出口の気流の温度を低下させることができる。
【0015】
また、本発明において、燃焼器中に水および水蒸気の少なくともいずれかを導入することにより、タービン出口の気流が飽和水蒸気を含むようになっている場合には、シフト転換反応に必要な温度にタービン出口の気流の温度を低下させることができるとともに、COシフト転換反応用の水蒸気を、燃焼器を出た気流中の水蒸気でまかなうことができる。
【0016】
また、本発明において、シフト転換器の出口の気流の組成によって、燃焼器中に導入する水および水蒸気の少なくともいずれかの量を調節するようになっている場合には、COシフト転換器から出た気流のガス組成によりCOシフト転換反応に供する水蒸気の量を適切に制御することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【0018】
図1は、本発明の一実施の形態のガス発生装置の構成を示す説明図である。図において、3は燃焼器であり、酸素製造装置1で製造されたO2 ガスを酸素供給路12を通じて供給を受けるとともに、燃料タンク8から燃料供給路14を通じて原料炭化水素の供給を受ける。この燃焼器3は、原料炭化水素とO2 ガスとを噴射させ燃焼させる燃焼部2と、この燃焼部2で発生した高温高圧のガスを整流させる整流部7とからなる。そして、この燃焼器3には、燃焼器3から排出される気流で駆動されるタービン5が連設されている。
【0019】
上記整流部7には、水を導入する水導入管15が設けられている。この水導入管15は複数に分岐し、それぞれの先端部には、水を注入する複数のノズル9,10が設けられている。燃焼部2側に第1ノズル9が配設され、必要に応じて上記第1ノズル9から水を注入させることにより燃焼温度を適正な温度範囲に制御するようになっている。
【0020】
また、上記整流部7のタービン5側に第2ノズル10が配設され、この第2ノズル10から水を注入させることにより、必要に応じてタービン5の入口での気流の温度を制御するとともに、タービン内(主としてブレード)の洗浄をするようになっている。そして、この燃焼器3内で、上記原料炭化水素とO2 ガスとを高温で部分酸化反応させ、上記式(1)の反応により、主としてCOとH2 とからなる混合ガスを発生させる。なお、上記第1および第2ノズル9,10は、必要に応じて設ければよく、特に必要がなければなくてもよい。13aはタービン5から出た混合ガスを水蒸気とともに取り出すガス取出路である。
【0021】
そして、上記タービン5には、タービン5の回転によって駆動される発電機6が接続され、タービン5で発生した動力を電力に換え、有効出力として利用するようになっている。
【0022】
上記ガス発生装置は、例えばつぎのようにして用いられる。
【0023】
まず、酸素製造装置1で製造されたO2 ガスを所定の圧力で燃焼器3の燃焼部2に供給するとともに、燃料タンク8から原料炭化水素を上記燃焼部2に供給する。この燃焼器3内で、上記原料炭化水素とO2 とを上記式(1)の反応を生じさせ、主としてCOとH2 とからなる混合ガスを発生させる。このとき、第1ノズル9から注入される水から水蒸気が生じ、これにより燃焼器3の整流部7内がある程度冷却され、部分酸化反応に適切な温度範囲に調節されるとともに、水と炭化水素が反応し、COとH2の増産作用に供する。
【0024】
また、上記燃焼器3で発生した混合ガスおよび水蒸気をタービン5に送り、タービン5を駆動する。このタービン5の回転により、発電機6を駆動させ、タービン5の有効出力を電力として取り出し利用することが行われる。このとき、第2ノズル10から注入される水から水蒸気が生じ、燃焼器3を出る気流の温度を低下させ、タービン5の寿命を向上させる。また、燃焼器3にタービン5が連設されているため、気流のロスがほとんどなく、効率がよい。
【0025】
上記ガス発生装置によれば、大形の高圧ボイラー等を必要としないで、タービン5で得られた有効出力を電力等として取り出すことができる。
【0026】
図2は、本発明の第2の実施の形態のガス発生装置の構成を示す説明図である。この装置は、タービン5から出た混合ガスおよび水蒸気をCOシフト転換反応させるCOシフト転換器4を備えている。このCOシフト転換器4には、スチーム供給路11が設けられ、必要に応じて調整用のスチームを導入するようになっている。そして、このCOシフト転換器4内では、タービン5を出た気流が充填された触媒と接触し、上記気流中のCOとH2 Oが下記の式(2)の反応を生じ、CO2 とH2 にシフト転換される。13aはタービン5から出た混合ガスを水蒸気とともに取り出すガス取出路であり、13はCOシフト転換された水素富化ガスを取り出すガス取出路である。なお、この装置において、水導入管15から燃焼器3に導入される水は、高温ガスが流通する配管(例えば、ガス取出路13,13a、タービン5出口配管13b等)において熱交換し、加熱して供給するようにしてもよい。それ以外の部分は、図1に示す装置と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【0027】
【化2】
CO+H2 O⇔CO2 +H2 …(2)
【0028】
上記装置は、例えばつぎのようにして用いられる。すなわち、上記タービン5を出た混合ガスおよび水蒸気を含む気流をCOシフト転換器4に導入し、触媒と接触させる。そして、上記気流中のCOと水蒸気を上記式(2)の反応により、CO2 とH2 にシフト転換する。ここで、混合ガス中のCO濃度が数%程度になるまで転換される。そして、ガス取出路13から取り出された上記水素富化ガスは、必要に応じてCO2 吸収工程やPSA法による不純物除去,メタネーション等の精製工程に送られる。
【0029】
上記装置によれば、COシフト転換により、高純度の水素ガスを得ることができる。また、第1および第2ノズル9,10から燃焼器3内に供給された水から生じた水蒸気をシフト転換反応に供するようになっているため、上述した発生動力の増大や、部分酸化反応効率およびタービン5の寿命の向上等の効果に加え、COシフト転換器4に導入するシフト転換反応用の水蒸気を減少させることができ、設備ユーティリティコストが低減する。ここで、第1および第2ノズル9,10から燃焼器3内に水を注入させることにより、タービン5出口での気流が飽和水蒸気を含むようにすると、COシフト転換反応用の水蒸気を燃焼器3を出た気流中の水蒸気でまかなうことができるようになる。それ以外は、図1に示す装置と同様の作用効果を奏する。
【0030】
図3は、本発明の第3の実施の形態のガス発生装置の構成を示す説明図である。この装置は、タービン5から出た気流を冷却するクーラー20と、このクーラー20で冷却された気流を圧縮する圧縮機21と、この圧縮機21で圧縮された気流の熱と上記クーラー20に導入される気流とを熱交換する熱交換器22とを備え、タービン5から出た気流を所定圧力に昇圧してからCOシフト転換器4に導入するようになっている。図において11aは、COシフト転換器4に、調整用のスチームを導入するスチーム供給路であり、ガス取出路13に設けられた熱交換器23でスチームを加熱してから導入するようになっている。それ以外の部分は、図2に示す装置と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【0031】
この装置によれば、ガス取出路13から所定圧力に昇圧されたガスを取り出すことができる。そして、タービン5から出た気流をCOシフト転換器4に導入する前に昇圧するため、COシフト転換器4の出口で昇圧する場合よりも圧縮機21を稼働する動力が少なくてすむ。これは、COシフト転換反応によって混合ガスの量が大幅に増大することによる。そして、この場合には、気流中の水蒸気が冷却されて凝縮し、COシフト転換反応に必要な水蒸気が不足するため、COシフト転換反応用のスチームを供給するようになっている。それ以外は、図2に示す装置と同様の作用効果を奏する。
【0032】
図4は、本発明の第4の実施の形態のガス発生装置の構成を示す説明図である。この装置は、第1ノズル9および第2ノズル10にそれぞれ水を導入する第1および第2水導入管15a,15bにそれぞれ調節弁16a,16bが設けられている。また、燃焼器3の整流部7には、整流部7内の反応温度を検知する第1温度検知器17aおよびタービン5入口での気流の温度を検知する第2温度検知器17bが設けられている。そして、上記第1温度検知器17aによって部分酸化反応温度を検知し、その検知信号により調節弁16aを調節し、第1ノズル9から注入される水の量を調節することにより、整流部7内の部分酸化反応温度を制御するようになっている。また、上記第2温度検知器17bによってタービン5入口での気流の温度を検知し、その検知信号により調節弁16bを調節し、第2ノズル10から注入される水の量を調節することによりタービン5入口での気流の温度を制御するようになっている。それ以外の部分は、図2に示す装置と同様で、同様の部分には同じ符号を付しており、図2に示す装置と同様の作用効果を奏する。
【0033】
図5は、本発明の第5の実施の形態のガス発生装置の構成を示す説明図である。この装置は、第2ノズル10に水を導入する第2水導入管15bに調節弁16bが設けられているとともに、ガス取出路13に、COシフト転換器4から出た気流のガス組成を検知する組成検知器18が設けられている。そして、上記組成検知器18でCOシフト転換器4から出た気流のガス組成を検知し、その検知信号により調節弁16bを調節し、第2ノズル10から注入される水の量を調節するようになっている。これにより、燃焼器3内で発生させてCOシフト転換反応に供する水蒸気の量を制御するようになっている。それ以外の部分は、図2に示す装置と同様で、同様の部分には同じ符号を付しており、図2に示す装置と同様の作用効果を奏する。
【0034】
図6は、本発明の第6の実施の形態のガス発生装置の構成を示す説明図である。この装置は、第2ノズル10に水を導入する第2水導入管15bに調節弁16bが設けられているとともに、タービン5の出口部分に、タービン5出口での気流の温度を検知する第3温度検知器19が設けられている。そして、上記第3温度検知器19によってタービン5出口での気流の温度を検知し、その検知信号により調節弁16bを調節し、第2ノズル10から注入される水の量を調節することにより、タービン5出口での気流の温度を制御するようになっている。このようにすることにより、タービン5内の温度が適正に制御され、タービン5にかかる熱負荷が少なくなり、タービン5の寿命が向上する。なお、タービン5出口での気流の温度を制御するため、タービン5から出た気流の温度を、その後に行われるCOシフト転換反応の適切な温度範囲に制御することも可能である。それ以外の部分は、図2に示す装置と同様で、同様の部分には同じ符号を付しており、図2に示す装置と同様の作用効果を奏する。
【0035】
なお、上記各実施の形態において、燃焼器3にO 2 ガスを供給したものについては、液体酸素を供給してもよい。また、燃焼器3内には、水を注入するようにしたが、水蒸気を注入するようにしてもよい。また、上記各実施の形態では、タービン5の有効出力を電力として利用したが、これに限定するものではなく、軸回転や噴流のような運動エネルギ等の形で利用するようにしてもよい。
【0036】
また、部分酸化によって得られたH 2 とCOの混合ガスを、COシフト転換によって水素富化ガスにしたものについては、これに限定するものではなく、上記混合ガスからH 2 やCOを分離してもよいし、混合ガスとして取り出すようにしてもよい。
【0037】
さらに、上記燃焼器3としては、特に限定されるものではなく、各種のものを用いることができる。例えば、ジェットエンジンやロケット用燃焼器も用いることができる。上記燃焼器3がロケット用燃焼器からなる場合には、ロケット用燃焼器から高い排出速度で噴射される気流によってタービン5が駆動され、タービン5で発生する動力が増大する。また、発生動力が大きいのに比較して設備が極めて小形ですみ、移設や増設等が一層容易になる。
【0038】
【発明の効果】
以上のように、本発明のガス発生装置によれば、タービン出口での混合ガスの温度は、燃焼器内の温度よりも低下するため、従来、発生ガスを冷却し動力として回収するために必要となっていた大形の高圧ボイラや大容量のスチームタービンが不要になる。これにより、設備の小形化とイニシャルコストの低減が図れるだけでなく、設備の移設や将来のガス発生量の増大にも対応できるようになる。そして、タービンから排出されるガスから水素ガス,一酸化炭素ガス等を取り出すとともに、タ─ビンで発生する動力を電力等の有効出力として利用することができるのである。また、タービンで得られた有効出力を、各種の動力として有効利用することにより、電力費等のランニングコスト面で有利である。
【0039】
本発明では、燃焼器とタービンが連設されているため、燃焼器から出た気流が直接タービンを回し、気流のロスがほとんどなく効率がよい。また、設備が小形ですみ、移設や増設等も容易になる。
【0040】
また、本発明において、燃焼器中に水および水蒸気の少なくともいずれかを導入するようになっている場合には、燃焼器中に導入される水もしくは水蒸気によって、燃焼器内の気流の温度が適正に制御される。
【0041】
また、本発明において、燃焼器中およびタービン入口の少なくともいずれかに、水および水蒸気の少なくともいずれかを導入することにより、タービン入口での気流の温度を制御するようになっている場合には、タービンに導入される気流の温度が適正に制御され、タービンにかかる熱負荷が少なくなり、タービンの寿命が向上する。
【0042】
また、本発明において、燃焼器中およびタービン入口の少なくともいずれかに、水および水蒸気の少なくともいずれかを導入することにより、タービン出口での気流の温度を制御するようになっている場合には、タービン内の温度が適正に制御され、タービンにかかる熱負荷が少なくなり、タービンの寿命が向上する。
【0043】
また、本発明において、燃焼器で発生しタービンから排出された混合ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素と二酸化炭素にシフト転換反応させるシフト転換器を備え、燃焼器を出た気流中の水蒸気をシフト転換反応に供するようになっている場合には、燃焼器を出た気流中の水蒸気によって、必要な水蒸気の一部または全部をシフト転換反応に供することができるともに、適切なシフト転換反応温度にタービン出口の気流の温度を低下させることができる。
【0044】
また、本発明において、燃焼器中に水および水蒸気の少なくともいずれかを導入することにより、タービン出口の気流が飽和水蒸気を含むようになっている場合には、シフト転換反応に必要な温度にタービン出口の気流の温度を低下させることができるとともに、COシフト転換反応用の水蒸気を、燃焼器を出た気流中の水蒸気でまかなうことができる。
【0045】
また、本発明において、シフト転換器の出口の気流の組成によって、燃焼器中に導入する水および水蒸気の少なくともいずれかの量を調節するようになっている場合には、COシフト転換器から出た気流のガス組成によりCOシフト転換反応に供する水蒸気の量を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態のガス発生装置の構成を示す説明図である。
【図2】 本発明の第2の実施の形態のガス発生装置の構成を示す説明図である。
【図3】 本発明の第3の実施の形態のガス発生装置の構成を示す説明図である。
【図4】 本発明の第4の実施の形態のガス発生装置の構成を示す説明図である。
【図5】 本発明の第5の実施の形態のガス発生装置の構成を示す説明図である。
【図6】 本発明の第6の実施の形態のガス発生装置の構成を示す説明図である。
【図7】 従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
3 燃焼器
5 タービン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas generator that generates a mixed gas of hydrogen and carbon monoxide from hydrocarbon and oxygen by a partial oxidation method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a hydrogen production method, hydrogen production by a steam reforming method has been performed along with a water electrolysis method and a coal gasification method. In the steam reforming method, a steam reforming reaction using a hydrocarbon such as natural gas, LPG, or naphtha as a raw material is performed. However, in the steam reforming method, a part of the raw material must be used as a heating fuel, and a device for removing NO x , SO x, etc. generated by this combustion must be installed. In addition, there is a problem in that desulfurization of the raw material is necessary in advance, heavy oil containing a large amount of sulfur cannot be used, and only relatively expensive naphtha grade light oil can be used.
[0003]
Therefore, as a method for using inexpensive heavy oil as a raw material, a hydrogen production method by a partial oxidation method has been performed. In the partial oxidation reaction, combustion is performed at a high temperature with an amount of oxygen corresponding to 30 to 40% of the amount of oxygen necessary for complete combustion, and a mixed gas of H 2 and CO is generated by the reaction of the following formula (1). . In the case of producing the H 2 gas, the mixed gas is subjected to a shift conversion reaction by a CO shift converter, and then hydrogen is produced through each purification process of CO 2 absorption removal and impurity removal by the PSA method. .
[0004]
[Chemical 1]
C n H m + (n / 2) O 2 → nCO + (m / 2) H 2 (1)
[0005]
As shown in FIG. 7 , the gas generator that produces hydrogen or the like using the partial oxidation method includes a
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the partial oxidation method, since the partial oxidation reaction is an exothermic reaction, a large-scale high-
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a gas generator that can be easily downsized and reduced in initial cost, and can easily cope with the transfer of equipment and an increase in the amount of gas generated in the future. Is the purpose.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a gas generator according to the present invention includes a combustor that reacts a raw material hydrocarbon and oxygen at a high temperature to generate a mixed gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen. The gist of the present invention is to provide a turbine connected to the combustor and driven by the airflow exiting the combustor, and to use the power generated by the turbine as an effective output.
[0009]
That is, the gas generator of the present invention includes a turbine that is driven by the airflow that exits the combustor, and uses the power generated by the turbine as an effective output. Therefore, since the temperature of the mixed gas at the turbine outlet is lower than the temperature in the combustor, a large-sized high-pressure boiler or a large-capacity boiler that has conventionally been required to cool the generated gas and recover it as power. No steam turbine is required. As a result, not only can the equipment be downsized and the initial cost can be reduced, but also the equipment can be relocated and the amount of gas generated in the future can be increased. Then, hydrogen gas, carbon monoxide gas and the like are extracted from the gas discharged from the turbine, and power generated in the turbine can be used as an effective output such as electric power. Further, effective use of the effective output obtained by the turbine as various powers is advantageous in terms of running costs such as power costs. In the present invention, the oxygen used for the partial oxidation reaction may be supplied as pure oxygen, or air may be supplied to cause partial oxidation reaction with oxygen in the air.
[0010]
In the present invention , since the combustor and the turbine are connected in series, the airflow from the combustor directly rotates the turbine, so that there is almost no airflow loss and the efficiency is high. In addition, facilities corner in small, easily ing also relocation and expansion, and the like.
[0011]
In the present invention, when at least one of water and water vapor is introduced into the combustor, the temperature of the airflow in the combustor is appropriate due to the water or water vapor introduced into the combustor. that it is controlled to.
[0012]
Further, when the present invention, at least one in the combustor and the turbine inlet, by introducing at least one of water and steam, so as to control the temperature of the airflow in the turbine inlet mouth The temperature of the airflow introduced into the turbine is appropriately controlled, the heat load applied to the turbine is reduced, and the life of the turbine is improved.
[0013]
In the present invention, when the temperature of the airflow at the turbine outlet is controlled by introducing at least one of water and water vapor into at least one of the combustor and the turbine inlet, is temperature controlled properly in the turbine, the heat load on the turbine is reduced, it increases turbine life.
[0014]
Further, in the present invention, the airflow that exits the combustor is provided with a shift converter that reacts carbon monoxide in the mixed gas generated in the combustor and discharged from the turbine with water vapor to shift the reaction to hydrogen and carbon dioxide. In the case where the water vapor contained therein is subjected to the shift conversion reaction, a part or all of the necessary water vapor can be provided to the shift conversion reaction by the water vapor in the airflow exiting the combustor, and an appropriate The temperature of the airflow at the turbine outlet can be lowered to the shift conversion reaction temperature .
[0015]
Further, in the present invention, when at least one of water and water vapor is introduced into the combustor so that the air flow at the turbine outlet contains saturated water vapor, the turbine is brought to a temperature required for the shift conversion reaction. The temperature of the outlet airflow can be lowered, and the water vapor for the CO shift conversion reaction can be covered by the water vapor in the airflow leaving the combustor .
[0016]
Further, in the present invention, when the amount of water and / or water vapor introduced into the combustor is adjusted by the composition of the airflow at the outlet of the shift converter, the CO shift converter is discharged from the CO shift converter. and Ru can be appropriately control the amount of steam to be subjected to the CO shift conversion reaction by the gas composition of the gas stream.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0018]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a gas generator according to an embodiment of the present invention. In the figure,
[0019]
The rectifying
[0020]
Further, a
[0021]
A
[0022]
The gas generator is used as follows, for example.
[0023]
First, the O 2 gas produced by the
[0024]
The mixed gas and water vapor generated in the
[0025]
According to the gas generator, an effective output obtained by the
[0026]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the gas generator according to the second embodiment of the present invention. This apparatus includes a
[0027]
[Chemical formula 2]
CO + H 2 O⇔CO 2 + H 2 (2)
[0028]
The above apparatus is used as follows, for example. That is, an air stream containing the mixed gas and water vapor exiting the
[0029]
According to the above apparatus, high purity hydrogen gas can be obtained by CO shift conversion. Further, since the water vapor generated from the water supplied from the first and
[0030]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the gas generator according to the third embodiment of the present invention. This apparatus introduces the cooler 20 that cools the airflow emitted from the
[0031]
According to this apparatus, the gas whose pressure has been increased to a predetermined pressure can be taken out from the gas take-out
[0032]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the gas generator according to the fourth embodiment of the present invention. In this apparatus,
[0033]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of the gas generator according to the fifth embodiment of the present invention. In this apparatus, a
[0034]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the configuration of the gas generator according to the sixth embodiment of the present invention. In this apparatus, a
[0035]
In each of the above embodiments , liquid oxygen may be supplied to those in which O 2 gas is supplied to the
[0036]
In addition, the hydrogen-enriched gas obtained by CO shift conversion of the mixed gas of H 2 and CO obtained by partial oxidation is not limited to this, and H 2 and CO are separated from the mixed gas. Alternatively, it may be taken out as a mixed gas.
[0037]
Et al is, as the
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the gas generator of the present invention, the temperature of the mixed gas at the turbine outlet is lower than the temperature in the combustor. Therefore, conventionally, it is necessary to cool the generated gas and recover it as power. Large-sized high-pressure boilers and large-capacity steam turbines that have been used are no longer necessary. As a result, not only can the equipment be downsized and the initial cost can be reduced, but also the equipment can be relocated and the amount of gas generated in the future can be increased. Then, hydrogen gas, carbon monoxide gas and the like are extracted from the gas discharged from the turbine, and power generated in the turbine can be used as an effective output such as electric power. Further, effective use of the effective output obtained by the turbine as various powers is advantageous in terms of running costs such as power costs.
[0039]
In the present invention , since the combustor and the turbine are connected in series, the airflow emitted from the combustor directly rotates the turbine, and there is almost no airflow loss, and the efficiency is high. In addition, facilities corner in small, easily ing also relocation and expansion, and the like.
[0040]
In the present invention, when at least one of water and water vapor is introduced into the combustor, the temperature of the airflow in the combustor is appropriate due to the water or water vapor introduced into the combustor. that it is controlled to.
[0041]
Further, when the present invention, at least one in the combustor and the turbine inlet, by introducing at least one of water and steam, so as to control the temperature of the airflow in the turbine inlet mouth The temperature of the airflow introduced into the turbine is appropriately controlled, the heat load applied to the turbine is reduced, and the life of the turbine is improved.
[0042]
In the present invention, when the temperature of the airflow at the turbine outlet is controlled by introducing at least one of water and water vapor into at least one of the combustor and the turbine inlet, is temperature controlled properly in the turbine, the heat load on the turbine is reduced, it increases turbine life.
[0043]
Further, in the present invention, the airflow that exits the combustor is provided with a shift converter that reacts carbon monoxide in the mixed gas generated in the combustor and discharged from the turbine with water vapor to shift the reaction to hydrogen and carbon dioxide. In the case where the water vapor contained therein is subjected to the shift conversion reaction, a part or all of the necessary water vapor can be subjected to the shift conversion reaction by the water vapor in the airflow exiting the combustor. The temperature of the airflow at the turbine outlet can be lowered to the shift conversion reaction temperature .
[0044]
Further, in the present invention, when at least one of water and water vapor is introduced into the combustor so that the air flow at the turbine outlet contains saturated water vapor, the turbine is brought to a temperature required for the shift conversion reaction. The temperature of the outlet airflow can be lowered, and the water vapor for the CO shift conversion reaction can be covered by the water vapor in the airflow leaving the combustor .
[0045]
Further, in the present invention, when the amount of water and / or water vapor introduced into the combustor is adjusted by the composition of the airflow at the outlet of the shift converter, the CO shift converter is discharged from the CO shift converter. and Ru can be appropriately control the amount of steam to be subjected to the CO shift conversion reaction by the gas composition of the gas stream.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a gas generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a gas generator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a gas generator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a gas generator according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a gas generator according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of a gas generator according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a conventional example .
[Explanation of symbols]
3
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