JPH08319850A - 電力発生方法 - Google Patents

電力発生方法

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JPH08319850A
JPH08319850A JP8007288A JP728896A JPH08319850A JP H08319850 A JPH08319850 A JP H08319850A JP 8007288 A JP8007288 A JP 8007288A JP 728896 A JP728896 A JP 728896A JP H08319850 A JPH08319850 A JP H08319850A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンサイクルで更に効率を改善でき
る電力発生方法を提供する。 【解決手段】 空気圧縮段階、第一および第二ガス燃焼
段階、並びに回転発電機で電力を発生するため機械的出
力を与える、一連の第一および第二膨張段階から成り、
ガスタービンサイクルで電力を発生する方法は、炭化水
素供給ガスの吸熱触媒蒸気改善により得られた高温の水
素欠乏燃料ガスと空気圧縮段階からの空気とに付いて第
一燃焼段階を実行し、第二膨張段階からの高温の排出ガ
スの熱と間接的に熱交換して吸熱蒸気改善の熱を供給
し、供給ガスの触媒蒸気改善の間に水素欠乏燃料ガスか
ら水素を多く含むガスを分離し、第一膨張段階からの排
出ガスと、水素欠乏ガスから分離した水素を多く含むガ
スとに関して第一燃焼段階より低い圧力で第二燃焼段階
を実行する、過程から成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電力発生に関
し、特に化学的に回復可能なガスタービンサイクルの電
力発生の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】天然ガスに関して使用する通常の電力プ
ラントは、空気コンプレッサー、高圧燃焼装置およびガ
ス膨張装置で構成されている。コンプレッサーからの圧
縮された空気と天然ガスは燃焼装置内で燃焼され、高温
の燃焼ガスを供給する。この燃焼ガスはガス膨張装置内
で減圧される。減圧期間中には、機械的なエネルギがガ
ス膨張装置内で広がり、回転する発電機に連結するシャ
フトに伝播する。上記のガスタービン系で現在得られて
いる最大のサイクル効率は 40 ％に達している。従っ
て、ガス燃料タービンサイクル内の最近の開発はより高
い効率を得ることに指向している。
【０００３】最近、ガスタービン排出ガスの回復により
改善された効率を有する種々のガスタービンサイクルが
提案され、タービン排出ガスの有効熱を化学的に回復さ
せることを含む。回復するガスタービンサイクルでは、
燃焼前に圧縮された空気を予備加熱したり、天然ガスを
高燃料値の燃料に変換して、タービン排出ガスガスから
変化し易い熱が燃料の付加的な熱に変換される。
【０００４】或る種の化学的に回復するガスタービンサ
イクルは、タービン排出ガスからの熱を利用して、天然
ガスの触媒蒸気の改善を行う。主にメタンから成る天然
ガスは、メタンよりかなり高い燃料値の水素と炭素酸化
物のガス混合物に改善された蒸気である。吸熱性蒸気を
改善する反応に必要な熱は、回復性のガスタービンサイ
クルにより、高温のタービン排出ガスからの熱により供
給される。
【０００５】従来の技術で周知の化学的に回復するガス
タービンサイクルは、通常二段の燃焼と膨張のサイクル
で構成されている。蒸気に改善された天然ガスは第一段
階で空気コンプレッサーからの圧縮された空気と共に燃
焼され、第一膨張装置で膨張される。第一膨張装置から
の排出ガスは更に蒸気に改善されたガスと混合され、第
二燃焼段階の後に第二膨張装置内で膨張する。次いで、
第二膨張装置からの高温の排出ガスは、排出ガス中の熱
を利用するため、熱交換蒸気改善装置に導入される。
【０００６】通常の二段化学回復性のガスタービンサイ
クルは 50 ％以上の効率を実証している。水素を減らし
た燃料ガスを高圧で燃焼させる第一燃焼段階を使用し、
水素の多い燃料ガスを低圧で燃焼させる第二燃焼段階を
使用すると、効率はもっと改善されることが見出されて
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】それ故、この発明の課
題は、上記の事実に鑑み、ガスタービンサイクルで更に
効率を改善できる電力発生方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、空気圧縮段階、第一および第二ガス燃焼段階、
並びに回転発電機で電力を発生するため機械的出力を与
える、一連の第一および第二膨張段階から成り、ガスタ
ービンサイクルで電力を発生する方法にあって、炭化水
素供給ガスの吸熱触媒蒸気改善により得られた高温の水
素欠乏燃料ガスと空気圧縮段階からの空気とに対して第
一燃焼段階を実行し、第二膨張段階からの高温の排出ガ
スの熱と間接的に熱交換して吸熱蒸気改善用の熱を供給
し、供給ガスの触媒蒸気改善の間に水素欠乏燃料ガスか
ら水素を多く含むガスを分離し、第一膨張段階からの排
出ガスと、水素欠乏燃料ガスから分離した水素を多く含
むガスとに関して第一燃焼段階より低い圧力で第二燃焼
段階を実行する、過程から成る方法によって解決されて
いる。
【０００９】この発明による他の有利な構成は、請求項
２に記載されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】熱交換反応塔は通常石油化学産業
で合成ガスと水素を生成するために使用されている。こ
れ等の改善反応塔は、通常出口を閉じた外筒と開放して
いる内筒の差し込み式の筒型である。内筒と外筒の壁の
間に形成されたリングには、外筒の壁の高温ガスと内筒
の壁の高温の生成ガスと間接的に熱伝導する蒸気改善触
媒が充填されている。
【００１１】水素分離は一般に吸着法あるいは拡散法に
より行われ、例えばモレキュラーシーブ吸着あるいは白
金または白金銀膜拡散のような方法で "Ullmans Encykl
opaedie der technischen Chemi", 3rd edition, Vol.
18, pp. 521-522 & 527-528を参照されたい。上に述べ
たように、化学的に回復するガスタービンサイクルの主
要な利点は、供給ガスよりも大きい燃料値の燃料を生成
するためタービン排出ガスからの熱を利用することにあ
る。これは、供給ガスを高燃料値の燃料ガスに蒸気改善
する熱供給物として高温の排出ガスを使用することによ
り得られる。従って、蒸気改善反応処理は H2 と CO の
形成に関して以下の化学平衡式により規定される。つま
り、
【００１２】
【外１】
【００１３】上記平衡反応により、反応ガスから連続的
に H2 を除去すると、供給ガスのより高い変換度が得ら
れる。従って、この平衡は H2 と CO の形成を押し進め
る。触媒蒸気改善の間に水素を連続的に除去すること
は、蒸気改善触媒の固定床を有する周知のメタン反応塔
内で行うと有利である。これ等の反応塔では、多孔質の
セラミックス層の上に水素透過金属膜が設けてある。
【００１４】この膜は触媒床に配置されている筒状にな
っている。蒸気改善の間に生成された水素は膜の筒を通
過し、水素を多く含むガスが通常蒸気である通過ガスと
共に筒から排出される。水素が触媒床の反応ガスから連
続的に除去されると、水素の欠乏するガスがこの床から
除去される。この発明による方法で膜反応塔を使用する
と、触媒床からの水素欠乏ガスは第一燃焼段階で燃焼装
置に導入される。このガスは、第一燃焼段階で圧縮され
た空気と共に燃焼させるために非常な高圧になって反応
塔を出てゆく。
【００１５】触媒床からのガスより低い圧力で膜の筒か
ら除去された水素を多く含むガスは第二燃焼段階で燃焼
装置に導入される。この第二燃焼段階では、水素を多く
含むガスが第一膨張段階からの減圧された排出ガスと共
に燃焼される。第二燃焼段階からの燃焼ガスは第二膨張
段階で大気圧あるいはそれより幾分高い圧力に膨張す
る。第一および第二膨張段階のガスタービン内の燃焼ガ
スの膨張により得られる機械的なエネルギは回転発電機
内で電力に変換される。この発電機はガスタービンとシ
ャフトで連結している。
【００１６】
【実施例】以上、この発明を図面に模式的に示す実施例
に基づきより詳しく説明する。 例 １ この例はこの発明の好適実施例による膜蒸気改善反応塔
内で天然ガスを蒸気改善する間に水素除去を伴う化学的
に回復するガスタービンサイクルに関して行われる計算
モデルを表す。
【００１７】この計算モデルは図１に示すフローシート
に開示されている。このモデルに使用するガスタービン
サイクルは、ニッケルを含む通常の蒸気改善触媒の触媒
床４を有する膜蒸気改善反応塔２と白金膜の筒６から成
る。更に、このサイクルは第一燃焼ユニット８と、第二
燃焼ユニット１０と、互いにシャフトで連結し、回転発
電機１８に連結する、空気コンプレッサー１２，第一膨
張装置１４および第二膨張装置１６の第一圧縮・膨張ユ
ニットとを有する。天然ガスと蒸気は導管２０で 40 気
圧の圧力で改善反応塔２に行き、触媒床４に導入され
る。このガスは膨張装置１６からの高温の排出ガスと間
接的に熱伝導する蒸気改善触媒と接触することにより触
媒床４で改善された蒸気である。従って、高温の排出ガ
スは 765℃の温度で反応塔に導入され、熱交換後導管２
４を経由して 636℃で排除される。
【００１８】天然ガスの蒸気改善の間に、生成水素の一
部が上に説明したように膜の筒６を透過し、水素を多く
含むガスが筒６から導管２６を経由して導入された蒸気
と共に排除される。 43.6 容量％の H2 と 56.4 容量％
の H2Oの成分を有する水素を多く含むガスは導管２８内
を 600℃で通過し、33,407 Nm3/hの流量で第二燃焼装置
10に往く。下記成分、 CH4 22.1 容量％ H2 12.3 容量％ CO 1.8 容量％ CO2 17.7 容量％ H2O 45.9 容量％ N2 0.2 容量％ を有する水素欠乏ガスは触媒床４から 600℃で回収さ
れ、導管３０を 24,943 Nm 3/h の流量で第一燃焼装置８
に往く。このガスは 40 気圧の圧力で燃焼装置８に導入
され、圧縮された空気３２と共に燃焼する。高温の燃焼
ガスは膨張装置１４内で膨張するので、回転エネルギを
与える。膨張装置１４からの排出ガス３６は水素を多量
に含むガスと共に 11 気圧の圧力で第二燃焼装置１０内
で燃える。燃焼装置１０からの排出ガスは第二膨張装置
１６内で膨張するので、更に回転エネルギを与える。膨
張装置１４と１６で発生した回転エネルギは回転発電機
１８で56 MWの電力に変換されるが、このサイクルで導
入された天然ガスのエネルギ量は 100 MW であったの
で、サイクル効率は 56 ％となる。
【００１９】比較例 上の例と似ているサイクルにあって、膜蒸気改善反応塔
を水素分離なしの改善反応塔に置き換えた。 100 MW の
エネルギ量の天然ガスは、下記成分、 CH4 25.0 容量％ H2 18.3 容量％ CO 0.7 容量％ CO2 5.0 容量％ H2O 50.8 容量％ N2 0.2 容量％ を有する燃料ガスに対して改善された蒸気であった。
【００２０】例１のように、蒸気改善は高温の排出ガス
２２（702 ℃) と間接的に熱交換して行われ、熱交換後
641℃で反応塔を離れた。33.661 Nm3/hの流量と 600℃
の温度で反応塔から出た燃料ガス流は、蒸気改善後の燃
料ガス流の燃料値に関して計算した、 67 ％の燃料値の
第一燃料ガス流と、 33 ％の燃料値の第二燃料ガス流に
分割された。これ等の燃料ガス流を燃焼させ、例１と同
じように膨張させた。比較サイクルで得られた電力は 5
2 MWであり、 52 ％の効率に相当した。この効率は例１
で得られたものより絶対値で 4％小さい。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のガスタ
ービンサイクルの電力発生方法により、更に効率を改善
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明によるガスタービンサイクルのフロ
ーシート。
【符号の説明】
２ 膜蒸気改善反応塔 ４ 触媒床 ６ 白金膜の筒 ８ 第一燃焼ユニット １０ 第二燃焼ユニット １２ 空気コンプレッサー １４ 第一膨張装置 １６ 第二膨張装置 １８ 回転発電機 ２０，２４，２６，２８，３０ 導管 ３２ 圧縮された空気 ３６ 排出ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｃ 6/00 Ｆ０２Ｃ 6/00 Ｂ 6/02 6/02 6/18 6/18 Ｚ 9/40 9/40 Ｂ (72)発明者 スーザネ・ラグスガールト・イヨルゲンセ ン デンマーク国、2850ナールム、エーゲヘグ ネト、39 (72)発明者 パウル・エリック・ヒヨイルント・ニール ゼン デンマーク国、3480フレデンスボルク、ロ ーランツベエイ、３

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空気圧縮段階、第一および第二ガス燃焼
    段階、並びに回転発電機で電力を発生するため機械的出
    力を与える一連の第一および第二膨張段階から成り、ガ
    スタービンサイクルで電力を発生する方法において、こ
    の方法が、 炭化水素供給ガスの吸熱触媒蒸気改善により得られた高
    温の水素欠乏燃料ガスと空気圧縮段階からの空気とに対
    して第一燃焼段階を実行し、 第二膨張段階からの高温の排出ガスの熱と間接的に熱交
    換して吸熱蒸気改善用の熱を供給し、 供給ガスの触媒蒸気改善の間に水素欠乏燃料ガスから水
    素を多く含むガスを分離し、 第一膨張段階からの排出ガスと、水素欠乏燃料ガスから
    分離した水素を多く含むガスとに関して第一燃焼段階よ
    り低い圧力で第二燃焼段階を実行する、過程から成るこ
    とを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 水素を多く含むガスは水素透過性の膜に
    より水素欠乏燃料ガスから分離されることを特徴とする
    請求項１に記載の方法。
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