(57)【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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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、前記原料流体を加熱して反応させる熱交換器であり、
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、
前記第一熱媒体ラインは、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、前記第二熱媒体を前記予熱器に導く、
原料流体の処理プラント。
【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３】
請求項１又は２に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
熱サイクル媒体が循環する排熱利用熱サイクルを有し、熱源の熱を利用して、前記熱サイクル媒体を加熱し、加熱された前記熱サイクル媒体を利用する排熱利用設備をさらに備え、
前記排熱利用設備は、前記熱源の熱を利用して、前記第一熱媒体を加熱し、
前記第一熱媒体ラインは、前記熱源の熱で加熱された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。
【請求項４】
請求項３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をさらに備え、
前記熱源は、前記排気ガス発生設備からの前記排気ガスであり、
前記排熱利用設備は、前記熱サイクル媒体を前記排気ガスと熱交換させることによって加熱し、
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、前記排熱利用設備の前記第一熱媒体加熱器に接続され、前記排気ガスの熱で加熱された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。
【請求項５】
請求項４に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排気ガス発生設備は、前記反応ガスを燃料として利用する反応ガス利用設備である、
原料流体の処理プラント。
【請求項６】
請求項４又は５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、前記原料流体との熱交換後の前記第一熱媒体を前記反応器から前記第一熱媒体加熱器に戻す第一熱媒体回収ラインを有する、
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、
前記反応器は、前記原料流体との熱交換前の前記第一熱媒体と前記原料流体との熱交換後の前記第一熱媒体とで相変化させないよう構成されている、
原料流体の処理プラント。
【請求項８】
請求項３から７のいずれか一項に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記第一熱媒体と前記第二熱媒体とのうち、少なくとも一方の熱媒体は、前記熱サイクル媒体と同じ物質である、
原料流体の処理プラント。
【請求項９】
請求項８に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記一方の熱媒体の圧力は、前記排熱利用熱サイクル内における前記熱サイクル媒体の最高圧力よりも低い、
原料流体の処理プラント。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項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前反応器と、前記前反応器からのガスをさらに加熱して、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て、前記原料流体を加熱し、
前記後反応器は、前記第一熱媒体の一種であって前記第一低温熱媒体と異な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て、前記前反応器からのガスを加熱し、
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１１】
請求項４から７のいずれか一項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前反応器と、前記前反応器からのガスをさらに加熱して、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、
前記第一熱媒体加熱器は、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１２】
請求項１１に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排熱利用設備は、前記排気ガスの熱を利用して水を蒸気にする排熱回収ボイラを有し、
前記排熱回収ボイラは、前記ガス枠を有し、
前記第一低温熱媒体及び第一高温熱媒体は、いずれも、水又は蒸気である、
原料流体の処理プラント。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排熱利用設備は、前記ガス枠内を流れる前記排気ガス中に、燃料を噴射して、前記燃料を燃焼させるバーナを有し、
前記バーナは、前記ガス枠内で、前記第一高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、
前記第一高温熱媒体加熱器は、前記バーナから噴射された前記燃料の燃焼で生成される燃焼ガスと前記第一高温熱媒体とを熱交換させて、前記第一高温熱媒体を加熱する、
原料流体の処理プラント。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれか一項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１５】
請求項４から７のいずれか一項に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排熱利用設備は、前記ガス枠内を流れる前記排気ガス中に、燃料を噴射して、前記燃料を燃焼させるバーナを有し、
前記バーナは、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上流側に配置され、
前記第一熱媒体加熱器は、前記バーナから噴射された前記燃料の燃焼で生成される燃焼ガスと前記第一熱媒体とを熱交換させて、前記第一熱媒体を加熱する、
原料流体の処理プラント。
【請求項１６】
請求項１３又は１５に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排熱利用設備は、前記ガス枠内における前記第一熱媒体加熱器よりも前記排気ガスの流れの上流側を、前記排気ガスの一部が流れる第一排気ガス流路と前記排気ガスの残りの部分が流れる第二排気ガス流路とに仕切る仕切り部材を有し、
前記バーナは、前記第一排気ガス流路内に前記燃料を噴射する、
原料流体の処理プラント。
【請求項１７】
請求項４から７、１１から１３、１５、及び１６のいずれか一項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、前記反応器で生成された前記反応ガスが流れる反応ガスラインと、前記反応ガスラインを流れる前記反応ガス中に含まれている原料流体である残留原料を除き、前記残留原料が除かれた反応ガスである処理済み反応ガスを排出する残留原料除去装置と、を有し、
前記排気ガス発生設備は、前記反応ガスの一部である前記処理済み反応ガスを利用する、
原料流体の処理プラント。
【請求項１８】
請求項１７に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記第二熱媒体は、前記反応ガスであり、前記第二熱媒体ラインは、前記反応ガスラインである、
原料流体の処理プラント。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記予熱器は、液体の前記原料流体を加熱して気化させる気化器と、前記気化器からの気体の前記原料流体を加熱するガス加熱器と、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原料流体とを熱交換させて、前記液体の原料流体を加熱する熱交換器であり、
前記ガス加熱器は、前記第二熱媒体の一種であって前記気化用第二熱媒体と異なるガス加熱用第二熱媒体と前記気体の原料流体とを熱交換させて、前記気体の原料流体を加熱する熱交換器である、
原料流体の処理プラント。
【請求項２０】
請求項１９に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記気化器内を流れる前記気化用第二熱媒体の定圧比熱と流量との積が、前記ガス加熱器内を流れる前記ガス加熱用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２１】
請求項１９に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記気化器は、気体の前記気化用第二熱媒体を受け入れて、前記気体の気化用第二熱媒体と前記液体の原料流体とを熱交換させて、前記気体の気化用第二熱媒体を冷却して凝縮させる能力を有する、
原料流体の処理プラント。
【請求項２２】
請求項１９に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記気化器は、前記液体の原料流体を液体のまま昇温させる液相予熱器と、前記液相予熱器からの前記液体の原料流体を加熱して気化させる相変化予熱器と、を有し、
前記液相予熱器は、前記気化用第二熱媒体の一種である液相予熱用第二熱媒体と前記液体の原料流体とを熱交換させて、前記液体の原料流体を加熱する熱交換器であり、
前記相変化予熱器は、前記気化用第二熱媒体の一種であって前記液相予熱用第二熱媒体と異なる相変化予熱用第二熱媒体と前記液相予熱器からの前記液体の原料流体とを熱交換させ、前記液体の原料流体を加熱する熱交換器である、
原料流体の処理プラント。
【請求項２３】
請求項２２に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記相変化予熱器内を流れる前記相変化予熱用第二熱媒体の定圧比熱と流量との積が、前記液相予熱器内を流れる前記液相予熱用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２４】
請求項２３に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記相変化予熱器は、気体の前記相変化予熱用第二熱媒体を受け入れて、前記気体の相変化予熱用第二熱媒体と前記液相予熱器からの前記液体の原料流体とを熱交換させ、前記気体の相変化予熱用第二熱媒体を冷却して凝縮させる能力を有する、
原料流体の処理プラント。
【請求項２５】
請求項３から９、１１から１３、及び１５から１８のいずれか一項に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
一以上の熱サイクルを備え、
前記一以上の熱サイクルは、前記熱サイクル媒体が循環する前記排熱利用熱サイクルを含み、
前記原料反応設備は、前記第二熱媒体が流れる第二熱媒体回収ラインを有し、
前記第二熱媒体は、前記一以上の熱サイクルのうちの第一熱サイクル中を流れる第一熱サイクル媒体の少なくとも一部であり、
前記第二熱媒体ラインは、前記第一熱サイクル中の第一部を流れる前記第一熱サイクル媒体を前記第二熱媒体として前記予熱器に導き、
前記第二熱媒体回収ラインは、前記第一熱サイクル中で前記第一部を流れる第一熱サイクル媒体よりも低い温度の前記第一熱サイクル媒体が流れる第二部に、前記原料流体との熱交換で冷却された前記第一熱サイクル媒体を導く、
原料流体の処理プラント。
【請求項２６】
請求項２５に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記第一熱サイクルは、前記排熱利用熱サイクルであり、
前記第一熱サイクル媒体は、前記排熱利用熱サイクル内を循環する前記熱サイクル媒体としての水又は蒸気である、
原料流体の処理プラント。
【請求項２７】
請求項４から７、１１から１３、及び１５から１８のいずれか一項に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排熱利用設備は、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、前記熱サイクル媒体の少なくとも一部と前記排気ガスと熱交換させて前記熱サイクル媒体の少なくとも一部を加熱する第二熱媒体加熱器を有し、
前記原料反応設備は、前記第二熱媒体が流れる第二熱媒体回収ラインを有し、
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熱サイクル媒体の少なくとも一部を前記第二熱媒体として、前記予熱器に導き、
前記第二熱媒体回収ラインは、前記排熱利用熱サイクル中で前記第二熱媒体加熱器中の前記熱サイクル媒体よりも低い温度の前記熱サイクル媒体が流れる部分に、前記予熱器で冷却された後の前記熱サイクル媒体を導く、
原料流体の処理プラント。
【請求項２８】
請求項１から２７のいずれか一項に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
気体の作動媒体が循環するブレイトンサイクルをさらに備え、
前記ブレイトンサイクルは、前記作動媒体を圧縮する媒体圧縮機と、前記媒体圧縮機で圧縮された作動媒体を加熱する媒体加熱器と、前記媒体加熱器で加熱された作動媒体で駆動する媒体タービンと、前記媒体タービンから排気された作動媒体を冷却する媒体冷却器と、を有し、
前記原料反応設備は、前記第二熱媒体が流れる第二熱媒体回収ラインを有し、
前記媒体冷却器は、前記予熱器の少なくとも一部を構成し、
前記第二熱媒体ラインは、前記媒体タービンから排気された前記作動媒体を前記第二熱媒体として前記媒体冷却器に導き、
前記第二熱媒体回収ラインは、前記媒体冷却器で、前記原料流体との熱交換で冷却された前記作動媒体を前記第二熱媒体として前記媒体圧縮機に導く、
原料流体の処理プラント。
【請求項２９】
請求項４から７、１１から１３、及び１５から１８のいずれか一項に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
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３０】
請求項２９に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排熱利用設備は、前記ガス枠内に配置され、液相の前記熱サイクル媒体と前記排気ガスとを熱交換させて、液相の前記熱サイクル媒体を気相の前記熱サイクル媒体にする一以上の蒸発器を有し、
前記予熱器は、前記ガス枠内で、一以上の前記蒸発器のうちで最も前記下流側の蒸発器よりも前記下流側に配置され、
前記排気ガスの流れ方向で、前記第一熱媒体加熱器と前記予熱器との間には、一以上の前記蒸発器のうちで少なくとも一の蒸発器が配置されている、
原料流体の処理プラント。
【請求項３１】
請求項１７又は１８に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
第三熱媒体が流れ、加熱された前記第三熱媒体を利用する熱サイクルを備え、
前記原料反応設備は、前記熱サイクルに接続されている第三熱媒体ライン及び第三熱媒体回収ラインと、反応ガスを冷却する反応ガス冷却器と、を有し、
前記反応ガス冷却器は、前記反応ガスライン中に設けられ、前記反応ガスラインを流れる前記反応ガスを前記第三熱媒体と熱交換させて、前記反応ガスを冷却する一方で前記第三熱媒体を加熱し、
前記第三熱媒体ラインは、加熱される前の前記第三熱媒体の少なくとも一部を前記熱サイクルから前記反応ガス冷却器に導き、
前記第三熱媒体回収ラインは、前記反応ガス冷却器で加熱された後の前記第三熱媒体を前記熱サイクルに導き、
前記残留原料除去装置は、前記反応ガス冷却器で冷却された前記反応ガスから前記残留原料を除く、
原料流体の処理プラント。
【請求項３２】
請求項３１に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排気ガス発生設備は、ガスタービンを有し、
前記ガスタービンは、空気を圧縮して燃焼用空気を生成する空気圧縮機と、前記処理済み反応ガスを燃料として前記燃焼用空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動して前記燃焼ガスを前記排気ガスとして排出するタービンと、を有し、
前記熱サイクルは、前記排気ガス発生設備に含まれる前記ガスタービンを有して構成されるガスタービンサイクルであり、
前記第三熱媒体ラインは、前記残留原料除去装置からの前記処理済み反応ガスを前記第三熱媒体として前記反応ガス冷却器に導き、
前記第三熱媒体回収ラインは、前記反応ガス冷却器で加熱された後の前記処理済みガスを前記燃焼器に導く、
原料流体の処理プラント。
【請求項３３】
請求項３１に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排気ガス発生設備は、ガスタービンを有し、
前記ガスタービンは、空気を圧縮して燃焼用空気を生成する空気圧縮機と、前記処理済み反応ガスを前記燃焼用空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動して前記燃焼ガスを前記排気ガスとして排出するタービンと、を有し、
前記熱サイクルは、前記排気ガス発生設備に含まれる前記ガスタービンを有して構成されるガスタービンサイクルであり、
前記第三熱媒体ラインは、前記空気圧縮機からの前記燃焼用空気を前記第三熱媒体として前記反応ガス冷却器に導き、
前記第三熱媒体回収ラインは、前記反応ガス冷却器で加熱された後の前記燃焼用空気を前記燃焼器に導く、
原料流体の処理プラント。
【請求項３４】
請求項３１に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排気ガス発生設備は、ガスタービンを有し、
前記排熱利用設備は、前記ガスタービンから排気された排気ガスの熱を利用して水を蒸発させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器内の水を前記排熱回収ボイラに送る給水ポンプと、を有し、
前記熱サイクルは、前記排熱回収ボイラと、前記蒸気タービンと、前記復水器と、前記給水ポンプとを有して構成されるランキンサイクルであり、
前記第三熱媒体ラインは、前記ランキンサイクル中の第一部を流れる水又は蒸気の少なくとも一部を前記第三熱媒体として前記反応ガス冷却器に導き、
前記第三熱媒体回収ラインは、前記ランキンサイクル中で前記第一部を流れる水又は蒸気よりよりも高い温度の水又は蒸気が流れる第二部に、前記反応ガス冷却器で加熱された後の水又は蒸気を導く、
原料流体の処理プラント。
【請求項３５】
請求項３１に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
水よりも沸点の低い低沸点媒体が循環する低沸点媒体ランキンサイクルを備え、
前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液相の低沸点媒体の圧力を高める媒体昇圧機と、前記媒体昇圧機で昇圧された前記液相の低沸点媒体を加熱して気相の低沸点媒体にする媒体加熱器と、前記媒体加熱器からの前記気相の低沸点媒体で駆動する媒体タービンと、前記媒体タービンから排気された前記気相の低沸点媒体を冷却して凝縮させる媒体冷却器と、を有し、
前記熱サイクルは、前記低沸点媒体ランキンサイクルであり、
前記反応ガス冷却器は、前記媒体加熱器を成し、
前記第三熱媒体ラインは、前記媒体昇圧機で昇圧された前記液相の低沸点媒体を前記第三熱媒体として、前記前記媒体加熱器を成す前記反応ガス冷却器に導き、
前記第三熱媒体回収ラインは、前記反応ガス冷却器からの前記気相の低沸点媒体を前記媒体タービンに導く、
原料流体の処理プラント。
【請求項３６】
請求項３１に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
気体の作動媒体が循環するブレイトンサイクルを備え、
前記ブレイトンサイクルは、前記作動媒体を圧縮する媒体圧縮機と、前記媒体圧縮機で圧縮された作動媒体を加熱する媒体加熱器と、前記媒体加熱器で加熱された作動媒体で駆動する媒体タービンと、前記媒体タービンから排気された作動媒体を冷却する媒体冷却器と、を有し、
前記熱サイクルは、前記ブレイトンサイクルであり、
前記反応ガス冷却器は、前記媒体加熱器を成し、
前記第三熱媒体ラインは、前記媒体圧縮機からの前記作動媒体を前記第三熱媒体として、前記媒体加熱器を成す前記反応ガス冷却器に導き、
前記第三熱媒体回収ラインは、前記反応ガス冷却器からの前記作動媒体を前記媒体タービンに導く、
原料流体の処理プラント。
【請求項３７】
請求項１から３６のいずれか一項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、前記原料流体を酸化反応させる酸化剤を、前記予熱器を通過した後の前記原料流体中に投入する酸化剤投入装置を有する、
原料流体の処理プラント。
【請求項３８】
請求項３７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さらに反応させる後反応器と、を有し、
前記酸化剤投入装置は、前記予熱器を通過した後であって前記前反応器から流出する前の前記原料流体と、前記前反応器を通過したガスであって前記後反応器から流出する前のガスとのうち、少なくとも一方に前記酸化剤を投入する、
原料流体の処理プラント。
【請求項３９】
請求項３７又は３８に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記酸化剤投入装置は、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機を有し、
前記酸化剤投入装置は、前記圧縮空気を前記酸化剤として、前記予熱器を通過した後の前記原料流体中に投入する、
原料流体の処理プラント。
【請求項４０】
請求項３９に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
ガスタービンをさらに備え、
前記ガスタービンは、空気を圧縮して燃焼用空気を生成する空気圧縮機と、前記燃焼用空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動して前記燃焼ガスを排気ガスとして排出するタービンと、を有し、
前記酸化剤投入装置の前記圧縮機の少なくとも一部は、前記ガスタービンの前記空気圧縮機であり、
前記酸化剤投入装置は、前記空気圧縮機からの前記燃焼用空気の一部を前記酸化剤として、前記予熱器を通過した後の前記原料流体中に投入する、
原料流体の処理プラント。
【請求項４１】
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と、
第三熱媒体が流れ、加熱された前記第三熱媒体を利用する熱サイクルと、
を備え、
前記原料反応設備は、前記原料流体を加熱して反応させて反応ガスを生成する反応器と、前記反応器で生成された前記反応ガスが流れる反応ガスラインと、前記熱サイクルに接続されている第三熱媒体ライン及び第三熱媒体回収ラインと、前記反応ガスを冷却する反応ガス冷却器と、を有し、
前記反応ガス冷却器は、前記反応ガスライン中に設けられ、前記反応ガスラインを流れる前記反応ガスを前記第三熱媒体と熱交換させて、前記反応ガスを冷却する一方で前記第三熱媒体を加熱し、
前記第三熱媒体ラインは、加熱される前の前記第三熱媒体の少なくとも一部を前記熱サイクルから前記反応ガス冷却器に導き、
前記第三熱媒体回収ラインは、前記反応ガス冷却器で加熱された後の前記第三熱媒体を前記熱サイクルに導く、
原料流体の処理プラント。
【請求項４２】
請求項４１に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記反応ガス冷却器は、前記反応器の前記原料流体の入口における前記原料流体の温度よりも高い温度にまで前記第三熱媒体を加熱する能力を有する、
原料流体の処理プラント。
【請求項４３】
請求項４１又は４２に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記原料反応設備で生成された前記反応ガスを燃焼させて排気ガスを発生する排気ガス発生設備をさらに備える、
原料流体の処理プラント。
【請求項４４】
請求項４から７、１１から１３、１５から１８、２７、２９から３１、及び４３のいずれか一項に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排気ガス発生設備は、ガスタービンを有し、
前記ガスタービンは、空気を圧縮して燃焼用空気を生成する空気圧縮機と、前記反応ガスを燃料として前記燃焼用空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動して前記燃焼ガスを排気ガスとして排出するタービンと、を有する、
原料流体の処理プラント。
【請求項４５】
請求項３から９のいずれか一項に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排熱利用設備は、前記熱源としての排気ガスの熱を利用して水を蒸発させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器内の水を前記排熱回収ボイラに導く給水ラインと、前記給水ラインに設けられている給水ポンプと、を有し、
前記排熱回収ボイラは、前記排気ガスが流れるガス枠を有する、
原料流体の処理プラント。
【請求項４６】
請求項４５に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記排熱利用設備は、前記給水ラインを流れる水と、前記蒸気タービンから抽気した蒸気とを熱交換させて、前記水を加熱する給水予熱器を有する、
原料流体の処理プラント。
【請求項４７】
請求項１から４６のいずれか一項に記載の原料流体の処理プラントにおいて、
前記原料流体は、アンモニアであり、
前記反応器は、前記アンモニアを加熱して熱分解反応させて、窒素と水素とを含む反応ガスを生成する、
原料流体の処理プラント。
【請求項４８】
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工程を実行し、
前記原料反応工程は、原料予熱工程と、反応実行工程と、を含み、
前記原料予熱工程では、第二熱媒体と前記原料流体とを熱交換させて、前記原料流体を加熱し、
前記反応実行工程では、前記原料予熱工程で加熱された原料流体と、前記第二熱媒体とは異なる第一熱媒体とを熱交換させて、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、
原料流体の処理方法。
【請求項４９】
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工程と、
第三熱媒体を流して、加熱された前記第三熱媒体を利用する熱サイクル実行工程と、
を実行し、
前記原料反応工程は、前記原料流体を加熱して反応させて反応ガスを生成する反応実行工程と、前記反応実行工程で生成された前記反応ガスを冷却する反応ガス冷却工程と、を含み、
前記反応ガス冷却工程では、加熱される前の前記第三熱媒体の少なくとも一部と前記反応ガスとを熱交換させて、前記反応ガスを冷却する一方で前記第三熱媒体を加熱し、
前記熱サイクル実行工程では、前記反応ガス冷却工程で加熱された前記第三熱媒体を利用する、
原料流体の処理方法。
【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。
【背景技術】
【０００２】
地球環境保全のためＣＯ２排出量を削減するため、燃焼してもＣＯ２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】
【特許文献１】特開平０４−３４２８２９号公報
【特許文献２】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】
以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、熱サイクル媒体が循環する排熱利用熱サイクルを有し、熱源の熱を利用して、前記熱サイクル媒体を加熱し、加熱された前記熱サイクル媒体を利用する排熱利用設備をさらに備えてもよい。この場合、前記排熱利用設備は、前記熱源の熱を利用して、前記第一熱媒体を加熱する。前記第一熱媒体ラインは、前記熱源の熱で加熱された前記第一熱媒体を前記反応器に導く。
【００１２】
本態様では、熱源の熱のうち、反応ガスの生成に用いない部分を熱サイクルで活用することができ、プラントの出力、効率を高めることができる。
【００１３】
前記排熱利用設備を備える前記態様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をさらに備えてもよい。この場合、前記熱源は、前記排気ガス発生設備からの前記排気ガスである。前記排熱利用設備は、前記熱サイクル媒体を前記排気ガスと熱交換させることによって加熱する。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、を有する。前記第一熱媒体ラインは、前記排熱利用設備の前記第一熱媒体加熱器に接続され、前記排気ガスの熱で加熱された前記第一熱媒体を前記反応器に導く。
【００１４】
本態様では、排気ガス発生設備からの排気ガスの熱を有効活用することにより、プラントの効率を高めることができる。
【００１５】
前記排気ガス発生設備を備える前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排気ガス発生設備は、前記反応ガスを燃料として利用する反応ガス利用設備であってもよい。
【００１６】
本態様では、排熱利用設備とは別の反応ガス利用設備を設けることができ、反応ガスを反応ガス利用設備で利用した後の排熱を、排熱利用設備で更に利用することができるので、反応ガスの持つエネルギーを繰返し回収することができ、高効率なエネルギー利用が可能となる。
【００１７】
前記第一熱媒体加熱器を有する前記態様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、前記原料流体との熱交換後の前記第一熱媒体を前記反応器から前記第一熱媒体加熱器に戻す第一熱媒体回収ラインを有してもよい。
【００１８】
本態様では、反応器と第一熱媒体加熱器との間で、第一熱媒体が循環する。このため、本態様では、第一熱媒体加熱器から流出する第一熱媒体の温度と、第一熱媒体加熱器に流入する第一熱媒体との温度差を最小限にすることができる。よって、本態様では、この観点からも、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。
【００１９】
前記第一熱媒体回収ラインを有する、前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記反応器は、前記原料流体との熱交換前の前記第一熱媒体と前記原料流体との熱交換後の前記第一熱媒体とで相変化させないよう構成されていてもよい。
【００２０】
本態様では、第一熱媒体が反応器と第一熱媒体加熱器との間で循環する過程で、相変化しない。よって、本態様では、第一熱媒体が相変化する場合よりも、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。
【００２１】
前記排熱利用熱サイクルを有する、いずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記第一熱媒体と前記第二熱媒体とのうち、少なくとも一方の熱媒体は、前記熱サイクル媒体と同じ物質であってもよい。
【００２２】
本態様では、第一熱媒体又は第二熱媒体が、熱サイクル媒体と同じ物質であるため、第一熱媒体又は第二熱媒体の質等の管理を容易に行うことができる。
【００２３】
前記第一熱媒体又は前記第二熱媒体が、熱サイクル媒体と同じ物質である前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、一方の熱媒体の圧力は、排熱利用熱サイクル内における熱サイクル媒体の最高圧力よりも低くてもよい。
【００２４】
本態様では、別途の供給設備を設けることなく、容易に第一熱媒体を反応器に供給し、または、第二熱媒体を予熱器に供給することができる。特に、起動時や、シール漏れ等に起因する第一熱媒体の圧力低下時に容易に第一熱媒体を反応器に供給し、または、第二熱媒体を予熱器に供給することができる。
【００２５】
以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記反応器は、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前反応器と、前記前反応器からのガスをさらに加熱して、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、を有してもよい。この場合、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て、前記原料流体を加熱する。前記後反応器は、前記第一熱媒体の一種であって前記第一低温熱媒体と異な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て、前記前反応器からのガスを加熱する。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、を有する。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く。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。
【００２６】
本態様では、前反応器での反応と、後反応器での反応との二段階に分けて、原料流体の反応を実行するので、後反応器から流出する反応ガス中に含まれている残留原料の濃度を下げることができる。しかも、本態様では、後反応器で反応ガスと熱交換する第一熱媒体の温度が、前反応器で原料流体と熱交換する第一熱媒体の温度よりも高くなるため、反応のための熱を効率的に利用することができる。また、反応器を前反応器と後反応器に分割し、それぞれに熱媒体を供給することにより、それぞれの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。
【００２７】
前記排熱利用設備及び前記排気ガス発生設備を備える、以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記反応器は、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前反応器と、前記前反応器からのガスをさらに加熱して、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、を有してもよい。この場合、前記第一熱媒体加熱器は、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、を有する。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ている。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、を有する。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く。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。
【００２８】
本態様では、前反応器での反応と、後反応器での反応との二段階に分けて、原料流体の反応を実行するので、後反応器から流出する反応ガス中に含まれている残留原料の濃度を下げることができる。しかも、本態様では、後反応器で反応ガスと熱交換する第一熱媒体の温度が、前反応器で原料流体と熱交換する第一熱媒体の温度よりも高くなるため、反応のための熱を効率的に利用することができる。また、反応器を前反応器と後反応器に分割し、それぞれに熱媒体を供給することにより、それぞれの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。
【００２９】
前記前反応器及び前記後反応器を有する前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排熱利用設備は、前記排気ガスの熱を利用して水を蒸気にする排熱回収ボイラを有し、前記排熱回収ボイラは、前記ガス枠を有し、前記第一低温熱媒体及び第一高温熱媒体は、いずれも、水又は蒸気であってもよい。
【００３０】
前記前反応器及び前記後反応器を有する、以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排熱利用設備は、前記ガス枠内を流れる前記排気ガス中に、燃料を噴射して、前記燃料を燃焼させるバーナを有してもよい。この場合、前記バーナは、前記ガス枠内で、前記第一高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ている。前記第一高温熱媒体加熱器は、前記バーナから噴射された前記燃料の燃焼で生成される燃焼ガスと前記第一高温熱媒体とを熱交換させて、前記第一高温熱媒体を加熱する。
【００３１】
本態様では、排気ガスのみで第一熱媒体を加熱する場合よりも、高温の第一熱媒体を得ることができるので、原料流体の反応を促進することができ、反応ガス中に含まれる原料流体の濃度を下げることができる。
【００３２】
また、前記ガス枠を有する前記排熱利用設備を備える、以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排熱利用設備は、前記ガス枠内を流れる前記排気ガス中に、前記燃料を噴射して、前記燃料を燃焼させるバーナを有してもよい。この場合、前記バーナは、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上流側に配置されている。前記第一熱媒体加熱器は、前記バーナから噴射された前記燃料の燃焼で生成される燃焼ガスと前記第一熱媒体とを熱交換させて、前記第一熱媒体を加熱する。
【００３３】
本態様では、排気ガスのみで第一熱媒体を加熱する場合よりも、高温の第一熱媒体を得ることができるので、原料流体の反応を促進することができ、反応ガス中に含まれる原料流体の濃度を下げることができる。
【００３４】
前記第一低温熱媒体ライン及び前記第一高温熱媒体ラインを有する、以上のいずれかの前記態様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くてもよい。
【００３５】
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。特に、大部分の原料流体の反応が前反応器で行われる場合、後反応器に投入する高温の第一高温熱媒体の必要流量を削減することができ、高温の熱を節約、熱利用効率を高めることができる。
【００３６】
前記バーナを有する、以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排熱利用設備は、前記ガス枠内における前記第一熱媒体加熱器よりも前記排気ガスの流れの上流側を、前記排気ガスの一部が流れる第一排気ガス流路と前記排気ガスの残りの部分が流れる第二排気ガス流路とに仕切る仕切り部材を有してもよい。この場合、前記バーナは、前記第一排気ガス流路内に前記燃料を噴射する。
【００３７】
本態様では、排気ガスの一部のみに燃料を投入して燃焼させ、第一熱媒体の加熱に用いるので、少ない追焚き燃料で効果的に第一熱媒体の温度を高めることができ、追焚き燃料を節約し、プラント効率を高めることができる。
【００３８】
前記反応ガス利用設備を備える、以上のいずれかの前記態様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、前記反応器で生成された前記反応ガスが流れる反応ガスラインと、前記反応ガスラインを流れる前記反応ガス中に含まれている原料流体である残留原料を除き、前記残留原料が除かれた反応ガスである処理済み反応ガスを排出する残留原料除去装置とを有してもよい。この場合、前記排気ガス発生設備は、前記反応ガスの一部である前記処理済み反応ガスを利用する。
【００３９】
本態様では、反応ガス利用設備に送る反応ガス中の残留原料を少なくすることができる。
【００４０】
前記残留原料除去装置を有する前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記第二熱媒体は、前記反応ガスであり、前記第二熱媒体ラインは、前記反応ガスラインであってもよい。
【００４１】
本態様では、予熱器で、原料流体と第二熱媒体としての反応ガスとが熱交換され、原料流体が加熱される一方で、反応ガスが冷却される。このため、本態様では、残留原料除去装置へ、低温の反応ガスを送ることができる。また、反応ガス冷却の排熱を有効活用することにより、プラント効率を高めることができる。
【００４２】
以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記予熱器は、液体の前記原料流体を加熱して気化させる気化器と、前記気化器からの気体の前記原料流体を加熱するガス加熱器と、を有してもよい。この場合、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原料流体とを熱交換させて、前記液体の原料流体を加熱する熱交換器である。また、前記ガス加熱器は、前記第二熱媒体の一種であって前記気化用第二熱媒体と異なるガス加熱用第二熱媒体と前記気体の原料流体とを熱交換させて、前記気体の原料流体を加熱する熱交換器である。
【００４３】
本態様では、大きな熱量を必要とする原料流体の気化と、必要な熱量が小さい気体での加熱で異なる熱媒体を用いる。本態様では、原料流体の気化及び気体での加熱に対して、それぞれの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。
【００４４】
前記気化器及び前記ガス加熱器を有する前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記気化器内を流れる前記気化用第二熱媒体の定圧比熱と流量との積が、前記ガス加熱器内を流れる前記ガス加熱用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。
【００４５】
本態様では、原料流体の気化のために大量の熱を必要とする気化器の温度レベルには多くの熱量を投入でき、ガス加熱器の温度レベルには少ない熱量で十分な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、熱利用効率を高めることができる。
【００４６】
前記気化器及び前記ガス加熱器を有する前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記気化器は、気体の前記気化用第二熱媒体を受け入れて、前記気体の気化用第二熱媒体と前記液体の原料流体とを熱交換させて、前記気体の気化用第二熱媒体を冷却して凝縮させる能力を有してもよい。
【００４７】
本態様では、一定の温度で凝縮する気化用第二熱媒体を熱源として、一定の温度で熱源媒体を気化させることができる。このため、本態様では、比較的低い一定の温度の熱を有効活用して原料流体を気化させ、熱利用効率を高めることができる。
【００４８】
前記気化器及び前記ガス加熱器を有する前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記気化器は、前記液体の原料流体を液体のまま昇温させる液相予熱器と、前記液相予熱器からの前記液体の原料流体を加熱して気化させる相変化予熱器と、を有してもよい。この場合、前記液相予熱器は、前記気化用第二熱媒体の一種である液相予熱用第二熱媒体と前記液体の原料流体とを熱交換させて、前記液体の原料流体を加熱する熱交換器である。前記相変化予熱器は、前記気化用第二熱媒体の一種であって前記液相予熱用第二熱媒体と異なる相変化予熱用第二熱媒体と前記液相予熱器からの前記液体の原料流体とを熱交換させ、前記液体の原料流体を加熱する熱交換器である。
【００４９】
本態様では、液相の原料流体を気化させる部分と、液相のまま原料流体を予熱する部分とに、気化器を分割する。そして、大きな熱量を必要とする原料流体の気化と、必要な熱量が小さい液相のままでの加熱とで、異なる熱媒体を用いる。よって、本態様では、原料流体の気化及び液相のままでの加熱に対して、それぞれの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。
【００５０】
前記液相予熱器及び前記相変化予熱器を有する前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記相変化予熱器内を流れる前記相変化予熱用第二熱媒体の定圧比熱と流量との積が、前記液相予熱器内を流れる前記液相予熱用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。
【００５１】
本態様では、原料流体の気化のために大量の熱を必要とする相変化予熱器の温度レベルには多く熱量を投入でき、少ない熱量で十分な液相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、熱利用効率を高めることができる。
【００５２】
前記液相予熱器及び前記相変化予熱器を有する前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記相変化予熱器は、気体の前記相変化予熱用第二熱媒体を受け入れて、前記気体の相変化予熱用第二熱媒体と前記液相予熱器からの前記液体の原料流体とを熱交換させ、前記気体の相変化予熱用第二熱媒体を冷却して凝縮させる能力を有してもよい。
【００５３】
本態様では、一定の温度で凝縮する相変化予熱用第二熱媒体を熱源として、一定の温度で原料流体を気化させることができる。このため、本態様では、比較的低い一定の温度の熱を有効活用して原料流体を気化させ、熱利用効率を高めることができる。
【００５４】
排熱利用熱サイクルを有する、以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、一以上の熱サイクルを備えてもよい。この場合、前記一以上の熱サイクルは、前記熱サイクル媒体が循環する前記排熱利用熱サイクルを含む。前記原料反応設備は、前記第二熱媒体が流れる第二熱媒体回収ラインを有する。前記第二熱媒体は、前記一以上の熱サイクルのうちの第一熱サイクル中を流れる第一熱サイクル媒体の少なくとも一部である。前記第二熱媒体ラインは、前記第一熱サイクル中の第一部を流れる前記第一熱サイクル媒体を前記第二熱媒体として前記予熱器に導く。前記第二熱媒体回収ラインは、前記第一熱サイクル中で前記第一部を流れる第一熱サイクル媒体よりも低い温度の前記第一熱サイクル媒体が流れる第二部に、前記原料流体との熱交換で冷却された前記第一熱サイクル媒体を導く。
【００５５】
本態様では、第一熱サイクル中を流れる第一熱サイクル媒体を原料流体の予熱に利用することができる。
【００５６】
前記第一熱サイクルを有する前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記第一熱サイクルは、前記排熱利用熱サイクルであってもよい。この場合、前記第一熱サイクル媒体は、前記排熱利用熱サイクル内を循環する前記熱サイクル媒体としての水又は蒸気である。
【００５７】
前記ガス枠を有する前記排熱利用設備を備えている、以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排熱利用設備は、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、前記熱サイクル媒体の少なくとも一部と前記排気ガスと熱交換させて前記熱サイクル媒体の少なくとも一部を加熱する第二熱媒体加熱器を有してもよい。この場合、前記原料反応設備は、前記第二熱媒体が流れる第二熱媒体回収ラインを有する。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熱サイクル媒体の少なくとも一部を前記第二熱媒体として、前記予熱器に導く。前記第二熱媒体回収ラインは、前記排熱利用熱サイクル中で前記第二熱媒体加熱器中の前記熱サイクル媒体よりも低い温度の前記熱サイクル媒体が流れる部分に、前記予熱器で冷却された後の前記熱サイクル媒体を導く。
【００５８】
本態様では、排熱利用熱サイクル内を循環する熱サイクル媒体の一部を排気ガスＥＧで加熱し、この熱サイクル媒体を第二熱媒体とする。このため、本実施形態では、第二熱媒体の質等の管理を容易に行うことができる。
【００５９】
以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、気体の作動媒体が循環するブレイトンサイクルを備えてもよい。前記ブレイトンサイクルは、前記作動媒体を圧縮する媒体圧縮機と、前記媒体圧縮機で圧縮された作動媒体を加熱する媒体加熱器と、前記媒体加熱器で加熱された作動媒体で駆動する媒体タービンと、前記媒体タービンから排気された作動媒体を冷却する媒体冷却器と、を有する。この場合、前記原料反応設備は、前記第二熱媒体が流れる第二熱媒体回収ラインを有する。前記媒体冷却器は、前記予熱器の少なくとも一部を構成する。前記第二熱媒体ラインは、前記媒体タービンから排気された前記作動媒体を前記第二熱媒体として前記媒体冷却器に導く。前記第二熱媒体回収ラインは、前記媒体冷却器で、前記原料流体との熱交換で冷却された前記作動媒体を前記第二熱媒体として前記媒体圧縮機に導く。
【００６０】
本態様では、予熱器の一部を構成する媒体冷却器で、原料流体と作動媒体とを熱交換させて、作動媒体を冷却する。よって、本態様では、原料流体の熱を利用してブレイトンサイクルを動作させることができ、プラントの出力を高めることができる。
【００６１】
前記ガス枠を有する前記排熱利用設備を備えている、以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、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ってもよい。この場合、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る。
【００６２】
本態様では、多くの熱を奪われた排気ガス、つまり低温の排気ガスの熱を原料流体の予熱に利用する。よって、本態様では、低温の排気ガスの熱を有効利用することができる。
【００６３】
前記予熱器が前記ガス枠内に配置されている、前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排熱利用設備は、前記ガス枠内に配置され、液相の前記熱サイクル媒体と前記排気ガスとを熱交換させて、液相の前記熱サイクル媒体を気相の前記熱サイクル媒体にする一以上の蒸発器を有してもよい。この場合、前記予熱器は、前記ガス枠内で、一以上の前記蒸発器のうちで最も前記下流側の蒸発器よりも前記下流側に配置されている。前記排気ガスの流れ方向で、前記第一熱媒体加熱器と前記予熱器との間には、一以上の前記蒸発器のうちで少なくとも一の蒸発器が配置されている。
【００６４】
前記残留原料除去装置を有する前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、第三熱媒体が流れ、加熱された前記第三熱媒体を利用する熱サイクルを備えてもよい。この場合、前記原料反応設備は、前記熱サイクルに接続されている第三熱媒体ライン及び第三熱媒体回収ラインと、反応ガスを冷却する反応ガス冷却器と、を有する。前記反応ガス冷却器は、前記反応ガスライン中に設けられ、前記反応ガスラインを流れる前記反応ガスを前記第三熱媒体と熱交換させて、前記反応ガスを冷却する一方で前記第三熱媒体を加熱する。前記第三熱媒体ラインは、加熱される前の前記第三熱媒体の少なくとも一部を前記熱サイクルから前記反応ガス冷却器に導く。前記第三熱媒体回収ラインは、前記反応ガス冷却器で加熱された後の前記第三熱媒体を前記熱サイクルに導く。前記残留原料除去装置は、前記反応ガス冷却器で冷却された前記反応ガスから前記残留原料を除く。
【００６５】
本態様では、残留原料除去装置に、冷却された反応ガスＲＧを送ることができる。また、本態様では、反応ガス冷却の排熱を有効に活用して、熱サイクルに加熱された第三熱媒体を送ることができ、プラントの効率を高めることができる。
【００６６】
前記第三熱媒体を利用する前記熱サイクルを備える、前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排気ガス発生設備は、ガスタービンを有してもよい。前記ガスタービンは、空気を圧縮して燃焼用空気を生成する空気圧縮機と、前記処理済み反応ガスを燃料として前記燃焼用空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動して前記燃焼ガスを前記排気ガスとして排出するタービンと、を有する。前記熱サイクルは、前記排気ガス発生設備に含まれる前記ガスタービンを有して構成されるガスタービンサイクルである。前記第三熱媒体ラインは、前記残留原料除去装置からの前記処理済み反応ガスを前記第三熱媒体として前記反応ガス冷却器に導く。前記第三熱媒体回収ラインは、前記反応ガス冷却器で加熱された後の前記処理済みガスを前記燃焼器に導く。
【００６７】
本態様では、反応ガス冷却器で、反応ガスと燃料としての処理済み反応ガスとを熱交換させて、反応ガスを冷却する一方で、燃料を加熱する。よって、本態様では、残留原料除去装置に冷却された反応ガスを送ることができると共に、燃焼器に予熱された燃料を送ることができ、プラントの効率を高めることができる。また、残留原料除去装置で反応ガス中に残存する残留原料を除去することにより、燃燃焼器に送る燃料の残留原料の濃度を低減することができ、燃料中の残留原料に起因する大気汚染物質の発生を低減することができる。
【００６８】
前記第三熱媒体を利用する前記熱サイクルを備える、前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排気ガス発生設備は、ガスタービンを有してもよい。前記ガスタービンは、空気を圧縮して燃焼用空気を生成する空気圧縮機と、前記処理済み反応ガスを前記燃焼用空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動して前記燃焼ガスを前記排気ガスとして排出するタービンと、を有する。前記熱サイクルは、前記排気ガス発生設備に含まれる前記ガスタービンを有して構成されるガスタービンサイクルである。前記第三熱媒体ラインは、前記空気圧縮機からの前記燃焼用空気を前記第三熱媒体として前記反応ガス冷却器に導く。前記第三熱媒体回収ラインは、前記反応ガス冷却器で加熱された後の前記燃焼用空気を前記燃焼器に導く。
【００６９】
本態様では、反応ガス冷却器で、反応ガスと燃焼用空気とを熱交換させて、反応ガスを冷却する一方で、燃焼用空気を加熱する。よって、本態様では、残留原料除去装置に冷却された反応ガスを送ることができると共に、燃焼器に予熱された燃焼用空気を送ることができる。
【００７０】
前記第三熱媒体を利用する前記熱サイクルを備える、前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排気ガス発生設備は、前記処理済み反応ガスを燃料として駆動するガスタービンを有してもよい。前記排熱利用設備は、前記ガスタービンから排気された排気ガスの熱を利用して水を蒸発させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器内の水を前記排熱回収ボイラに送る給水ポンプと、を有する。前記熱サイクルは、前記排熱回収ボイラと、前記蒸気タービンと、前記復水器と、前記給水ポンプとを有して構成されるランキンサイクルである。前記第三熱媒体ラインは、前記ランキンサイクル中の第一部を流れる水又は蒸気の少なくとも一部を前記第三熱媒体として前記反応ガス冷却器に導く。前記第三熱媒体回収ラインは、前記ランキンサイクル中で前記第一部を流れる水又は蒸気よりよりも高い温度の水又は蒸気が流れる第二部に、前記反応ガス冷却器で加熱された後の水又は蒸気を導く。
【００７１】
本態様では、反応ガス冷却器で、反応ガスとランキンサイクルを流れる水又は蒸気とを熱交換させて、反応ガスを冷却する一方で、水又は蒸気を加熱する。よって、本態様では、残留原料除去装置に冷却された反応ガスを送ることができると共に、ランキンサイクルに加熱された水又は蒸気を戻すことができ、ランキンサイクルの熱効率を高めることができる。
【００７２】
前記第三熱媒体を利用する前記熱サイクルを備える、前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、水よりも沸点の低い低沸点媒体が循環する低沸点媒体ランキンサイクルを備えてもよい。前記低沸点媒体ランキンサイクルは、液相の低沸点媒体の圧力を高める媒体昇圧機と、前記媒体昇圧機で昇圧された前記液相の低沸点媒体を加熱して気相の低沸点媒体にする媒体加熱器と、前記媒体加熱器からの前記気相の低沸点媒体で駆動する媒体タービンと、前記媒体タービンから排気された前記気相の低沸点媒体を冷却して凝縮させる媒体冷却器と、を有する。前記熱サイクルは、前記低沸点媒体ランキンサイクルである。前記反応ガス冷却器は、前記媒体加熱器を成す。前記第三熱媒体ラインは、前記媒体昇圧機で昇圧された前記液相の低沸点媒体を前記第三熱媒体として、前記前記媒体加熱器を成す前記反応ガス冷却器に導く。前記第三熱媒体回収ラインは、前記反応ガス冷却器からの前記気相の低沸点媒体を前記媒体タービンに導く。
【００７３】
本態様では、低沸点媒体ランキンサイクルの媒体加熱器を成す反応ガス冷却器で、反応ガスと低沸点媒体とを熱交換させて、反応ガスを冷却する一方で、低沸点媒体を加熱する。よって、本態様では、反応ガスの熱を利用して低沸点媒体ランキンサイクを動作させることができ、プラントの出力を高めることができる。
【００７４】
前記第三熱媒体を利用する前記熱サイクルを備える、前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、気体の作動媒体が循環するブレイトンサイクルを備えてもよい。前記ブレイトンサイクルは、前記作動媒体を圧縮する媒体圧縮機と、前記媒体圧縮機で圧縮された作動媒体を加熱する媒体加熱器と、前記媒体加熱器で加熱された作動媒体で駆動する媒体タービンと、前記媒体タービンから排気された作動媒体を冷却する媒体冷却器と、を有する。前記熱サイクルは、前記ブレイトンサイクルである。前記反応ガス冷却器は、前記媒体加熱器を成す。前記第三熱媒体ラインは、前記媒体圧縮機からの前記作動媒体を前記第三熱媒体として、前記媒体加熱器を成す前記反応ガス冷却器に導く。前記第三熱媒体回収ラインは、前記反応ガス冷却器からの前記作動媒体を前記媒体タービンに導く。
【００７５】
本態様では、ブレイトンサイクルの媒体加熱器を成す反応ガス冷却器で、反応ガスと作動媒体とを熱交換させて、反応ガスを冷却する一方で、作動媒体を加熱する。よって、本態様では、反応ガスの熱を利用してブレイトンサイクルを動作させることができ、プラントの出力を高めることができる。
【００７６】
以上のいずれかの前記態様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、前記原料流体を酸化反応させる酸化剤を、前記予熱器を通過した後の前記原料流体中に投入する酸化剤投入装置を有してもよい。
【００７７】
本態様では、原料流体の一部が酸化剤と酸化反応して、熱を発生する。この結果、本態様では、原料流体の温度が高まって、原料流体の反応が促進し、反応ガス中の原料流体の濃度を下げることができる。
【００７８】
前記酸化剤投入装置を有する前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記反応器は、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さらに反応させる後反応器と、を有してもよい。この場合、前記酸化剤投入装置は、前記予熱器を通過した後であって前記前反応器から流出する前の前記原料流体と、前記前反応器を通過したガスであって前記後反応器から流出する前のガスとのうち、少なくとも一方に前記酸化剤を投入する。
【００７９】
前記酸化剤投入装置を有する、以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記酸化剤投入装置は、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機を有してもよい。この場合、前記酸化剤投入装置は、前記圧縮空気を前記酸化剤として、前記予熱器を通過した後の前記原料流体中に投入する。
【００８０】
前記酸化剤投入装置が前記圧縮機を有する、前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、ガスタービンをさらに備えてもよい。前記ガスタービンは、空気を圧縮して燃焼用空気を生成する空気圧縮機と、前記燃焼用空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動して前記燃焼ガスを排気ガスとして排出するタービンと、を有する。前記酸化剤投入装置の前記圧縮機の少なくとも一部は、前記ガスタービンの前記空気圧縮機である。前記酸化剤投入装置は、前記空気圧縮機からの前記燃焼用空気の一部を前記酸化剤として、前記予熱器を通過した後の前記原料流体中に投入する。
【００８１】
上記目的を達成するための発明に係る他の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と、第三熱媒体が流れ、加熱された前記第三熱媒体を利用する熱サイクルと、を備える。前記原料反応設備は、前記原料流体を加熱して反応させて反応ガスを生成する反応器と、前記反応器で生成された前記反応ガスが流れる反応ガスラインと、前記熱サイクルに接続されている第三熱媒体ライン及び第三熱媒体回収ラインと、前記反応ガスを冷却する反応ガス冷却器と、を有する。前記反応ガス冷却器は、前記反応ガスライン中に設けられ、前記反応ガスラインを流れる前記反応ガスを前記第三熱媒体と熱交換させて、前記反応ガスを冷却する一方で前記第三熱媒体を加熱する。前記第三熱媒体ラインは、加熱される前の前記第三熱媒体の少なくとも一部を前記熱サイクルから前記反応ガス冷却器に導く。前記第三熱媒体回収ラインは、前記反応ガス冷却器で加熱された後の前記第三熱媒体を前記熱サイクルに導く。
【００８２】
本態様によれば、反応ガス冷却器の排熱で第三熱媒体を加熱し、熱サイクルで利用することができるため、排熱を有効活用し、プラントの効率を高めることができる。
【００８３】
前記他の態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記反応ガス冷却器は、前記反応器の前記原料流体の入口における前記原料流体の温度よりも高い温度にまで前記第三熱媒体を加熱する能力を有してもよい。
【００８４】
本態様によれば、反応器内の反応に大量の熱を必要とする場合であっても、反応ガス冷却器の排熱を活用することにより、反応器の温度レベルまで熱サイクルの媒体の温度を高めることができ、熱サイクルの効率が高まり、プラントの効率が一層高まる。
【００８５】
前記他の態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記原料反応設備で生成された前記反応ガスを燃焼させて排気ガスを発生する排気ガス発生設備をさらに備えてもよい。
【００８６】
本態様によれば、生成した反応ガスを有効活用し、プラントの効率が高まる。
【００８７】
以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排気ガス発生設備は、ガスタービンを有してもよい。前記ガスタービンは、空気を圧縮して燃焼用空気を生成する空気圧縮機と、前記反応ガスを燃料として前記燃焼用空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動して前記燃焼ガスを排気ガスとして排出するタービンと、を有する。
【００８８】
以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排熱利用設備は、前記熱源として排気ガスの熱を利用して水を蒸発させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器内の水を前記排熱回収ボイラに導く給水ラインと、前記給水ラインに設けられている給水ポンプと、を有してもよい。前記排熱回収ボイラは、前記排気ガスが流れる前記ガス枠を有する。
【００８９】
前記給水ラインを有する前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記排熱利用設備は、前記給水ラインを流れる水と、前記蒸気タービンから抽気した蒸気とを熱交換させて、前記水を加熱する給水予熱器を有してもよい。
【００９０】
本態様では、給水予熱器により、給水ラインを流れる水を加熱することができる。よって、本態様では、排熱回収ボイラに流入する給水の温度を高めることができる。排熱回収ボイラに流入する給水の温度が高くなると、排熱回収ボイラにおける各節炭器や各蒸発器や各加熱器で水や蒸気と排気ガスとの熱交換量を少なくすることができる。このため、原料流体を加熱するための熱量が少ない場合には、本態様を採用することが好ましい。
【００９１】
以上のいずれかの前記態様の原料流体の処理プラントにおいて、前記原料流体は、アンモニアであってもよい。この場合、前記反応器は、前記アンモニアを加熱して熱分解反応させて、窒素と水素とを含む反応ガスを生成する。
【００９２】
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方法は、
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実行工程を実行する。前記原料反応工程は、原料予熱工程と、反応実行工程と、を含む。前記原料予熱工程では、第二熱媒体と前記原料流体とを熱交換させて、前記原料流体を加熱する。前記反応工程では、前記原料予熱工程で加熱された原料流体と、前記第二熱媒体とは異なる第一熱媒体とを熱交換させて、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。
【００９３】
上記目的を達成するための発明に係る他の態様の原料流体の処理方法は、
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工程と、第三熱媒体を流して、加熱された前記第三熱媒体を利用する熱サイクル実行工程と、を実行する。前記原料反応工程は、前記原料流体を加熱して反応させて反応ガスを生成する反応実行工程と、前記反応実行工程で生成された前記反応ガスを冷却する反応ガス冷却工程と、を含む。前記反応ガス冷却工程では、加熱される前の前記第三熱媒体の少なくとも一部と前記反応ガスとを熱交換させて、前記反応ガスを冷却する一方で前記第三熱媒体を加熱する。前記熱サイクル実行工程では、前記反応ガス冷却工程で加熱された前記第三熱媒体を利用する。
【発明の効果】
【００９４】
本発明の一態様によれば、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て、プラントの熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係る第一実施形態における原料流体の処理プラントの系統図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態におけるガス利用ブラントの動作を示すフローチャートである。
【図３】参考例におけるアンモニア及び熱源のＴ−Ｑ線図である。
【図４】第一実施形態におけるアンモニア及び熱源のＴ−Ｑ線図である。
【図５】本発明に係る第二実施形態における原料流体の処理プラントの系統図である。
【図６】本発明に係る第三実施形態における原料流体の処理プラントの系統図である。
【図７】第三実施形態におけるアンモニア及び熱源のＴ−Ｑ線図である。
【図８】第三実施形態の変形例におけるアンモニア及び熱源のＴ−Ｑ線図である。
【図９】本発明に係る第四実施形態における原料流体の処理プラントの系統図である。
【図１０】第四実施形態におけるアンモニア及び熱源のＴ−Ｑ線図である。
【図１１】本発明に係る第五実施形態における原料流体の処理プラントの系統図である。
【図１２】本発明に係る第六実施形態における原料流体の処理プラントの系統図である。
【図１３】本発明に係る第七実施形態における原料流体の処理プラントの系統図である。
【図１４】本発明に係る第八実施形態における原料流体の処理プラントの系統図である。
【図１５】本発明に係る第八実施形態におけるブレイトンサイクル、熱サイクル、及び低沸点媒体ランキンサイクルの系統図である。
【図１６】本発明に係る第九実施形態における原料流体の処理プラントの系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００９６】
以下、本発明に係る原料流体の処理プラントの各種実施形態及び各種変形例について、図面を参照して以下に説明する。
【００９７】
「第一実施形態」
原料流体の処理プラントの第一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００９８】
本実施形態の原料流体の処理プラントは、図１に示すように、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と、反応ガスＲＧを利用する反応ガス利用設備１０と、反応ガス利用設備１０からの排気ガスＥＧの熱を利用する排熱利用設備２０と、を備える。
【００９９】
本実施形態の原料流体ＮＨは、アンモニアである。原料反応設備４０は、原料流体ＮＨであるアンモニアを熱分解反応させて、水素と窒素とを含む反応ガスＲＧを生成する。反応ガス利用設備１０は、反応ガスＲＧを燃料とするガスタービン１１を含むガスタービン設備である。なお、本実施形態における反応ガス利用設備１０及び以下の各実施形態における反応ガス利用設備は、排気ガスＥＧを発生する排気ガス発生設備でもある。排熱利用設備２０は、ガスタービン１１から排気された排気ガスＥＧの熱を利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイラ２１と、この蒸気で駆動する蒸気タービン３１,３２,３３等と、を有する。
【０１００】
原料反応設備４０は、原料反応装置４１と、残留原料除去装置１３０と、を有する。原料反応装置４１は、原料流体である液体アンモニアＮＨを熱分解反応させて水素と窒素と残留アンモニアとを含む反応ガスＲＧを生成する。残留原料除去装置１３０は、反応ガスＲＧ中から残留原料（残留アンモニア）を除き、残留原料が除かれた反応ガスＲＧである処理済み反応ガスＲＧｐを排出する。
【０１０１】
原料反応装置４１は、アンモニアタンクＴからの液体アンモニアＮＨ又は気体アンモニアＮＨｇが流れるアンモニア供給ライン４２と、原料アンモニアポンプ４３と、予熱器４４ａ，４４ｂと、反応器４５と、反応ガス冷却器４６と、反応ガスライン４７と、第一熱媒体ライン５１と、第一熱媒体回収ライン５２と、第一熱媒体昇圧機５３と、を有する。アンモニアタンクＴには、液体アンモニアＮＨが蓄えられている。液体アンモニアＮＨは、例えば、水素を原料として製造されたものである。この水素は、例えば、風力や太陽光などの再生可能エネルギーで発電した電力を使って、水を電気分解することにより得られた水素、あるいは天然ガスを水蒸気改質することで得られた水素である。水素は、液化天然ガスと比較して、その輸送や溜蔵は容易ではない。このため、以上のように得られた水素を用いて、その輸送や溜蔵が容易な液体アンモニアＮＨを製造し、この液体アンモニアＮＨをアンモニアタンクＴに蓄える。
【０１０２】
アンモニア供給ライン４２は、第一アンモニア供給ライン４２ａと、第二アンモニア供給ライン４２ｂと、第三アンモニア供給ライン４２ｃと、を有する。第一アンモニア供給ライン４２ａの一端は、アンモニアタンクＴに接続されている。予熱器４４ａ，４４ｂは、第一予熱器４４ａと第二予熱器４４ｂとを有する。第一アンモニア供給ライン４２ａの他端は、この第一予熱器４４ａのアンモニア入口に接続されている。第一予熱器４４ａは、熱交換器である。この第一予熱器４４ａは、液体アンモニアＮＨと第二熱媒体とを熱交換させて、液体アンモニアＮＨを加熱して気体アンモニアＮＨｇにする一方で、第二熱媒体を冷却する。第二アンモニア供給ライン４２ｂの一端は、第一予熱器４４ａのアンモニア出口に接続され、この第二アンモニア供給ライン４２ｂの他端は、第二予熱器４４ｂのアンモニア入口に接続されている。第二予熱器４４ｂは、熱交換器である。この第二予熱器４４ｂは、気体アンモニアＮＨｇと第二熱媒体とを熱交換させて、気体アンモニアＮＨｇを加熱する一方で、第二熱媒体を冷却する。第三アンモニア供給ライン４２ｃの一端は、第二予熱器４４ｂのアンモニア出口に接続され、この第三アンモニア供給ライン４２ｃの他端は、反応器４５のアンモニア入口に接続されている。
【０１０３】
反応器４５の媒体入口には、第一熱媒体ライン５１が接続されている。この反応器４５の媒体出口には、第一熱媒体回収ライン５２が接続されている。第一熱媒体昇圧機５３は、第一熱媒体回収ライン５２に設けられている。反応器４５は、熱交換器である。この反応器４５で原料流体が通る領域内には、原料流体の熱分解反応を促進する触媒が配置されている。原料流体は、前述したように、アンモニアである。予熱器４４ａ，４４ｂには触媒が配置されず、反応器４５に触媒が配置される。すなわち、原料流体の反応が活発に進行するのに十分高い温度となった領域にのみ触媒が配置され、触媒が配置されても反応が進行しない温度の低い領域には触媒が配置されない。以上の結果、少ない量の触媒で効果的に反応を促進することができ、触媒の費用を低減することができる。また、反応器４５では原料流体が吸熱反応する。本実施形態によれば、吸熱反応に必要な熱を効率的に供給することができる。反応器４５は、第二予熱器４４ｂで加熱された気体アンモニアＮＨｇと第一熱媒体ライン５１からの第一熱媒体とを熱交換させて、気体アンモニアＮＨｇをさらに加熱する一方で、第一熱媒体を冷却する。冷却された第一熱媒体は、第一熱媒体回収ライン５２に流入する。この反応器４５で加熱された気体アンモニアＮＨｇは、熱分解反応により、水素と窒素と残留アンモニアを含む反応ガスＲＧになる。反応ガスライン４７は、第一反応ガスライン４７ａと第二反応ガスライン４７ｂと第三反応ガスライン４７ｃとを有する。第一反応ガスライン４７ａの一端は、反応器４５の反応ガス出口に接続されている。この第一反応ガスライン４７ａの他端は、第二予熱器４４ｂの第二熱媒体入口に接続されている。第二反応ガスライン４７ｂの一端は、第二予熱器４４ｂの第二熱媒体出口に接続され、この第二反応ガスライン４７ｂの他端は、第一予熱器４４ａの第二熱媒体入口に接続されている。第三反応ガスライン４７ｃの一端は、第一予熱器４４ａの第二熱媒体出口に接続され、この第三反応ガスライン４７ｃの他端は、残留原料除去装置１３０に接続されている。よって、本実施形態では、反応ガスＲＧが第二熱媒体である。また、本実施形態では、第一予熱器４４ａ及び第二予熱器４４ｂに第二熱媒体である反応ガスＲＧを導く第二熱媒体ラインは、反応ガスライン４７である。反応ガス冷却器４６は、第三反応ガスライン４７ｃに設けられている。この反応ガス冷却器４６は、第三反応ガスライン４７ｃを流れる反応ガスＲＧを冷却する。
【０１０４】
残留原料除去装置１３０は、吸収塔１３１と、再生塔１３２と、アンモニア水ライン１３３と、水ライン１３４と、水供給ポンプ１３５と、熱交換器１３６と、水循環ライン１３７と、凝縮器１３８と、リボイラ１３９と、回収アンモニアライン１４０と、回収アンモニア昇圧機１４１と、を有する。
【０１０５】
反応ガスライン４７の他端は、吸収塔１３１の下部に接続されている。水ライン１３４の一端は、吸収塔１３１の上部に接続されている。吸収塔１３１内には、水ライン１３４からの水が散布されると共に、反応ガスライン４７からの反応ガスＲＧが流入する。吸収塔１３１内では、水と反応ガスＲＧとが接触し、反応ガスＲＧ中の残留アンモニアが水に溶解する。この結果、残留アンモニアが溶解した水であるアンモニア水は、吸収塔１３１の下部に溜まる。一方、残留アンモニアが除かれた反応ガスＲＧである処理済み反応ガスＲＧｐは、吸収塔１３１内を上昇する。気相のアンモニアＮＨｇが水に溶解する濃度は、吸収塔１３１内の温度が低い方が高くなる。このため、本実施形態では、反応器４５から流出した反応ガスＲＧを、第二予熱器４４ｂ、第一予熱器４４ａ、反応ガス冷却器４６で順次冷却してから、吸収塔１３１内に導いている。
【０１０６】
アンモニア水ライン１３３は、吸収塔１３１の底部と再生塔１３２の上部とを接続する。吸収塔１３１内に溜まったアンモニア水は、このアンモニア水ライン１３３を経て、再生塔１３２内に導かれる。水循環ライン１３７の一端は、再生塔１３２の底部に接続され、水循環ライン１３７の他端は、再生塔１３２の下部（底部より上）に接続されている。この水循環ライン１３７には、リボイラ１３９が設けられている。リボイラ１３９は、排熱利用設備２０からの蒸気と水循環ライン１３７からの水とを熱交換させ、蒸気を冷却して凝縮させて加熱水にする一方で、水循環ライン１３７からの水を加熱して蒸気にする。この蒸気は、水循環ライン１３７を経て、再生塔１３２内に流入する。再生塔１３２内では、アンモニア水が蒸気により加熱されて、アンモニア水中のアンモニアが気体アンモニアＮＨｇとして分離蒸留される。アンモニア水中の水は、再生塔１３２内に溜まる。再生塔１３２内に溜まった水の一部は、水循環ライン１３７及びリボイラ１３９を介して、蒸気として再生塔１３２内に流入する。前述した水ライン１３４の他端は、水循環ライン１３７又はリボイラ１３９に接続されている。このため、再生塔１３２内に溜まった水の残りは、水ライン１３４を介して、吸収塔１３１に送られる。水供給ポンプ１３５は、この水供給ラインに設けられている。熱交換器１３６は、水ライン１３４を流れる水と、アンモニア水ライン１３３を流れるアンモニア水とを熱交換させて、水を冷却する一方で、アンモニア水を加熱する。
【０１０７】
回収アンモニアライン１４０の一端は、再生塔１３２の頂部に接続され、回収アンモニアライン１４０の他端は、気体アンモニアＮＨｇが流れる第二アンモニア供給ライン４２ｂに接続されている。回収アンモニアライン１４０には、凝縮器１３８及び回収アンモニア昇圧機１４１が設けられている。凝縮器１３８には、再生塔１３２から気体アンモニアＮＨｇ及び水分を含むガスが流入する。凝縮器１３８は、再生塔１３２からのガス中に含まれている水分を凝縮させて、この水分を再生塔１３２に戻す。この凝縮器１３８で、水分が除去され、気体アンモニアＮＨｇの濃度が高くなったガスは、回収アンモニア昇圧機１４１で昇圧されてから、回収アンモニアライン１４０及び第二アンモニア供給ライン４２ｂを経て、第二予熱器４４ｂに流入する。
【０１０８】
反応ガス利用設備１０は、前述したガスタービン１１の他に、燃料ライン１２と、燃料予熱器１３と、を有する。
【０１０９】
ガスタービン１１は、空気を圧縮して燃焼用空気を生成する空気圧縮機１１ａと、燃焼用空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器１１ｃと、燃焼ガスで駆動するタービン１１ｄと、を有する。空気圧縮機１１ａは、圧縮機ロータと、この圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、を有する。タービン１１ｄは、タービンロータと、このタービンロータを覆うタービンケーシングと、を有する。圧縮機ロータとタービンロータとは、互いに連結されてガスタービンロータを成す。このガスタービンロータの端には、例えば、発電機が接続されている。
【０１１０】
燃料ライン１２の一端は、吸収塔１３１の頂部に接続され、この燃料ライン１２の他端は、燃焼器１１ｃに接続されている。よって、吸収塔１３１内で生成された処理済み反応ガスＲＧｐは、燃料として、燃焼器１１ｃに送られる。この燃料ライン１２には、燃料予熱器１３が設けられている。この燃料予熱器１３は、燃料としての処理済み反応ガスＲＧｐを加熱する。燃料予熱器１３で加熱された処理済み反応ガスＲＧｐは、燃焼器１１ｃに流入する。
【０１１１】
以上で説明した反応ガス利用設備１０は、熱サイクルの一種であるガスタービンサイクルを有する。このガスタービンサイクルは、燃料ライン１２、燃料予熱器１３、ガスタービン１１を有して構成される。
【０１１２】
排熱利用設備２０は、前述した排熱回収ボイラ２１及び蒸気タービン３１,３２,３３の他、復水器３４と、給水ライン３５と、給水ポンプ３６と、煙突３９と、を有する。
【０１１３】
本実施形態の排熱利用設備２０は、蒸気タービン３１,３２,３３として、低圧蒸気タービン３１、中圧蒸気タービン３２、高圧蒸気タービン３３を有する。各蒸気タービン３１,３２,３３は、いずれも、タービンロータと、タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有する。各蒸気タービン３１,３２,３３のタービンロータは、互いに連結されて、一つの蒸気タービンロータを成す。この蒸気タービンロータの端には、例えば、発電機が接続されている。低圧蒸気タービン３１には、復水器３４が接続されている。復水器３４は、低圧蒸気タービン３１から排気された蒸気を水に戻す。給水ライン３５は、復水器３４と排熱回収ボイラ２１とを接続する。給水ポンプ３６は、給水ライン３５に設けられている。この給水ポンプ３６は、給水ライン３５を介して、復水器３４内の水を排熱回収ボイラ２１に送る。
【０１１４】
排熱回収ボイラ２１は、ガス枠２２と、第一低圧節炭器２３ａと、第二低圧節炭器２３ｂと、低圧蒸発器２３ｃと、低圧過熱器２３ｆと、中圧節炭器２４ａと、中圧蒸発器２４ｂと、第一高圧節炭器２５ａと、第二高圧節炭器２５ｂと、高圧蒸発器２５ｃと、高圧過熱器２５ｄと、中圧ポンプ２４ｐと、高圧ポンプ２５ｐと、第一熱媒体加熱器２７と、を有する。
【０１１５】
ガス枠２２内には、ガスタービン１１から排気された排気ガスＥＧが流れる。このガス枠２２は、入口と出口とを有する。ガス枠２２の入口には、タービン１１ｄの排気口が接続されている。このガス枠２２の出口には、煙突３９が接続されている。排気ガスＥＧは、ガス枠２２内を入口から出口に向かって流れる。ここで、出口に対して入口が存在する側を上流側、その反対側を下流側とする。
【０１１６】
第一熱媒体加熱器２７、高圧過熱器２５ｄ、高圧蒸発器２５ｃの一部、第二高圧節炭器２５ｂ、低圧過熱器２３ｆ、中圧蒸発器２４ｂの一部、中圧節炭器２４ａ及び第一高圧節炭器２５ａ、低圧蒸発器２３ｃの一部、第二低圧節炭器２３ｂ、第一低圧節炭器２３ａは、以上の順で、上流側から下流側に向かって、ガス枠２２内に配置されている。なお、中圧節炭器２４ａは、排気ガスＥＧの流れ方向で、第一高圧節炭器２５ａと実質的に同じ位置に配置されている。
【０１１７】
第一低圧節炭器２３ａには、給水ライン３５が接続されている。この第一低圧節炭器２３ａは、給水ライン３５からの水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この水を加熱する。第二低圧節炭器２３ｂは、第一低圧節炭器２３ａからの水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この水をさらに加熱して低圧加熱水とする。低圧蒸発器２３ｃは、低圧加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この低圧加熱水を加熱して蒸気にする。低圧過熱器２３ｆは、低圧蒸発器２３ｃからの蒸気と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この蒸気を加熱して、低圧蒸気とする。低圧過熱器２３ｆの出口には、低圧蒸気ライン８８の一端が接続されている。この低圧蒸気ライン８８の他端は、低圧蒸気タービン３１の入口に接続されている。
【０１１８】
中圧ポンプ２４ｐは、低圧加熱水を昇圧する。中圧節炭器２４ａは、中圧ポンプ２４ｐで昇圧された加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この加熱水をさらに加熱して中圧加熱水にする。中圧節炭器２４ａの出口には、中圧蒸発器２４ｂの入口が接続されていると共に、中圧加熱水ライン７７が接続されている。この中圧加熱水ライン７７は、前述した燃料予熱器１３の媒体入口に接続されている。燃料予熱器１３は、中圧加熱水ライン７７からの中圧加熱水と燃料としての処理済み反応ガスＲＧｐとを熱交換させて、処理済み反応ガスＲＧｐを加熱する一方で、中圧加熱水を冷却する。燃料予熱器１３の媒体出口には、加熱水回収ライン７８が接続されている。この加熱水回収ライン７８は、給水ライン３５に接続されている。
【０１１９】
中圧蒸発器２４ｂは、中圧加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、中圧加熱水を加熱して中圧蒸気にする。中圧蒸発器２４ｂの出口には、第一リボイラ用媒体ライン７１が接続されている。この第一リボイラ用媒体ライン７１は、前述したリボイラ１３９の媒体入口に接続されている。このリボイラ１３９の媒体出口には、リボイラ用媒体回収ライン７３が接続されている。このリボイラ用媒体回収ライン７３は、中圧節炭器２４ａの入口に接続されている。このリボイラ用媒体回収ライン７３には、リボイラ用媒体昇圧機７４が設けられている。
【０１２０】
高圧ポンプ２５ｐは、低圧加熱水を昇圧する。第一高圧節炭器２５ａは、高圧ポンプ２５ｐで昇圧された加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この加熱水をさらに加熱する。第二高圧節炭器２５ｂは、第一高圧節炭器２５ａで加熱された加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この加熱水をさらに加熱する。高圧蒸発器２５ｃは、第二高圧節炭器２５ｂで加熱された加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この加熱水を加熱して蒸気にする。高圧過熱器２５ｄは、この蒸気と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この蒸気をさらに過熱して高圧蒸気にする。高圧過熱器２５ｄの出口には、高圧蒸気ライン８３の一端が接続されている。この高圧蒸気ライン８３の他端は、高圧蒸気タービン３３の入口に接続されている。この高圧蒸気タービン３３の出口には、高圧排気蒸気ライン８５の一端が接続されている。この高圧排気蒸気ライン８５の他端は、中圧蒸気タービン３２の入口に接続されている。この高圧排気蒸気ライン８５には、第二リボイラ用媒体ライン７２が接続されている。この第二リボイラ用媒体ライン７２は、前述したリボイラ１３９の媒体入口に接続されている。よって、リボイラ１３９の媒体入口には、前述した第一リボイラ用媒体ライン７１の他に、この第二リボイラ用媒体ライン７２が接続されている。
【０１２１】
中圧蒸気タービン３２の出口には、中圧排気蒸気ライン８７の一端が接続されている。この中圧排気蒸気ライン８７の他端は、低圧蒸気タービン３１の入口に接続されている。よって、低圧蒸気タービン３１の入口には、この中圧排気蒸気ライン８７及び低圧蒸気ライン８８が接続されている。
【０１２２】
第一熱媒体加熱器２７の媒体入口には、第一熱媒体回収ライン５２が接続されている。
第一熱媒体回収ライン５２と、高圧蒸気ライン８３とは、熱媒体補充ライン５５で接続されている。ここで、第一熱媒体、熱サイクル媒体、高圧蒸気タービンの作動媒体である高圧蒸気はいずれも水蒸気であり、同じ物質である。また、第一熱媒体の圧力は排熱利用熱サイクル内における熱サイクル媒体の最高圧力よりも低い。ここでは、第一熱媒体の圧力は高圧蒸気タービン入口蒸気圧力よりも低い。この熱媒体補充ライン５５には、熱媒体補充弁５６が設けられている。通常、熱媒体補充弁５６は閉じているが、起動時や第一熱媒体の漏れによって第一熱媒体の圧力が低下した場合等、第一熱媒体を補充する必要がある場合は、熱媒体補充弁５６を開く。そして、この場合、第一熱媒体回収ライン５２に、熱媒体補充ライン５５及び熱媒体補充弁５６を介して、適宜、高圧蒸気ライン８３から高圧蒸気が第一熱媒体として供給される。第一熱媒体加熱器２７の媒体出口には、第一熱媒体ライン５１が接続されている。第一熱媒体加熱器２７は、第一熱媒体回収ライン５２からの第一熱媒体と排気ガスＥＧとを熱交換させて、第一熱媒体を加熱する。第一熱媒体加熱器２７で加熱された第一熱媒体は、第一熱媒体ライン５１を介して、反応器４５に流入する。この第一熱媒体は、前述したように、この反応器４５で、気体アンモニアＮＨｇとの熱交換で冷却される。冷却された第一熱媒体は、第一熱媒体回収ライン５２を介して、第一熱媒体加熱器２７に戻る。第一熱媒体は、この過程で、第一熱媒体昇圧機５３で昇圧される。なお、以下の実施形態においても、本実施形態と同様、第一熱媒体は高圧蒸気タービンの作動媒体と同じ物質、即ち水蒸気であり、第一熱媒体の圧力は高圧蒸気タービン入口圧力よりも低くてもよい。さらに、以下の実施形態においても、高圧蒸気タービン３３に蒸気を送るラインと第一熱媒体回収ライン５２とを接続する熱媒体補充ライン５５、及び、熱媒体補充弁５６を設けることが好ましい。このように、以下の実施形態においても、熱媒体補充ライン５５及び熱媒体補充弁５６を設けると、他に設備を設けることなく、起動時や第一熱媒体圧力低下時等必要なときに、第一熱媒体を補充することができる。
【０１２３】
以上で説明した排熱利用設備２０は、熱サイクルの一種であるランキンサイクルを有する。このランキンサイクルは、排熱回収ボイラ２１、蒸気タービン３１,３２,３３、復水器３４、給水ポンプ３６を有して構成される。なお、このランキンサイクルは、排気ガスＥＧの熱を利用するため、排熱利用熱サイクルでもある。
【０１２４】
次に、以上で説明した原料流体の処理プラントの動作及び作用について説明する。
【０１２５】
ガスタービン１１の起動時には、図示されていない起動時燃料ラインから起動時燃料が燃焼器１１ｃに供給される。起動時燃料としては、例えば、水素や天然ガス等である。ガスタービン１１の空気圧縮機１１ａは、前述したように、空気を圧縮して燃焼用空気を生成する。燃焼器１１ｃは、この燃焼用中で起動時燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する。燃焼用空気の圧力は、例えば、約２ＭＰａである。このため、燃焼用空気が流入した燃焼器１１ｃ内の圧力も、例えば、約２ＭＰａである。燃焼ガスはタービン１１ｄに供給されて、このタービン１１ｄを駆動させる。タービン１１ｄを駆動させた燃焼ガスである排気ガスＥＧは、排熱回収ボイラ２１のガス枠２２内に流入する。
【０１２６】
第一低圧節炭器２３ａは、給水ライン３５からの水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この水を加熱する。第二低圧節炭器２３ｂは、第一低圧節炭器２３ａからの水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この水をさらに加熱して低圧加熱水とする。この低圧加熱水の一部は、高圧ポンプ２５ｐにより、昇圧された後、第一高圧節炭器２５ａに流入する。第一高圧節炭器２５ａは、高圧ポンプ２５ｐで昇圧された加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この加熱水をさらに加熱する。第二高圧節炭器２５ｂは、第一高圧節炭器２５ａで加熱された加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この加熱水をさらに加熱する。高圧蒸発器２５ｃは、第二高圧節炭器２５ｂで加熱された加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この加熱水を加熱して蒸気にする。高圧過熱器２５ｄは、この蒸気と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この蒸気をさらに過熱して高圧蒸気にする。この高圧蒸気は、高圧蒸気ライン８３を介して、高圧蒸気タービン３３に流入する。高圧蒸気タービン３３は、この高圧蒸気による駆動する。
【０１２７】
高圧蒸気タービン３３を駆動させた高圧蒸気の一部は、高圧排気蒸気ライン８５を介して、中圧蒸気タービン３２に流入する。また、高圧蒸気タービン３３を駆動させた高圧蒸気の他の一部は、第二リボイラ用媒体ライン７２を介して、リボイラ１３９に流入する。中圧蒸気タービン３２は、高圧排気蒸気ライン８５からの蒸気により駆動する。中圧蒸気タービン３２を駆動させた蒸気は、中圧排気蒸気ライン８７を介して、低圧蒸気タービン３１に流入する。
【０１２８】
前述した低圧加熱水の他の一部は、低圧蒸発器２３ｃに流入する。低圧蒸発器２３ｃは、低圧加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この低圧加熱水を加熱して蒸気にする。低圧過熱器２３ｆは、低圧蒸発器２３ｃからの蒸気と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この蒸気を加熱して、低圧蒸気とする。この低圧蒸気は、低圧蒸気ライン８８を介して、低圧蒸気タービン３１に流入する。低圧蒸気タービン３１には、低圧蒸気ライン８８から流入する低圧蒸気の他、前述したように、中圧蒸気タービン３２を駆動させた蒸気も流入する。低圧蒸気タービン３１は、この蒸気により駆動する。
【０１２９】
低圧蒸気タービン３１を駆動させた蒸気は、復水器３４に流入する。復水器３４は、低圧蒸気タービン３１からの蒸気を水に戻す。この水は、給水ライン３５を介して、第一低圧節炭器２３ａに流入する。
【０１３０】
前述した低圧加熱水のさらに他の一部は、中圧ポンプ２４ｐで昇圧されてから、中圧節炭器２４ａに流入する。中圧節炭器２４ａは、中圧ポンプ２４ｐで昇圧された加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この加熱水をさらに加熱して中圧加熱水にする。中圧加熱水の一部は、中圧加熱水ライン７７を介して、燃料予熱器１３に流入する。燃料予熱器１３に流入した加熱水は、加熱水回収ライン７８を介して、給水ライン３５中に流入する。中圧加熱水の他の一部は、中圧蒸発器２４ｂに流入する。中圧蒸発器２４ｂは、中圧加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、中圧加熱水を加熱して中圧蒸気にする。この中圧蒸気は、第一リボイラ用媒体ライン７１を介して、リボイラ１３９に流入する。すなわち、リボイラ１３９には、第一リボイラ用媒体ライン７１からの蒸気の他、前述したように、第二リボイラ用媒体ライン７２からの蒸気も流入する。リボイラ１３９に流入した蒸気は、水になってから、リボイラ用媒体回収ライン７３を介して、中圧節炭器２４ａに流入する。
【０１３１】
第一熱媒体加熱器２７は、蒸気と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この蒸気を昇温させる。昇温後の蒸気は、第一熱媒体ライン５１を介して、反応器４５に流入する。この蒸気は、相変化することなく、第一熱媒体回収ライン５２を介して、第一熱媒体加熱器２７に流入する。この蒸気は、第一熱媒体として、排気ガスＥＧがガス枠２２内を流れている間、第一熱媒体加熱器２７と反応器４５との間で循環する。第一熱媒体が相変化せずに、第一熱媒体加熱器２７と反応器４５との間で循環することによって、第一熱媒体の蒸発に大きな熱量を用いる必要がなく、限られた排気ガスＥＧの熱で効果的に反応器４５に熱を供給することができる。
【０１３２】
排熱利用設備２０のランキンサイクル内、言い換えると、排熱利用熱サイクル内では、水又は蒸気である熱サイクル媒体が循環する。また、アンモニアタンクＴ内の液体アンモニアＮＨが原料反応設備４０へ供給される。以下、図２に示すフローチャートに従って、原料流体の処理プラントの動作について説明する。なお、原料反応設備４０へ液体アンモニアＮＨが供給されると共に、第一熱媒体としての蒸気が反応器４５に流入する。さらに、リボイラ用媒体としての蒸気がリボイラ１３９に流入する。
【０１３３】
原料反応設備４０へ液体アンモニアＮＨが供給されると、原料反応工程（Ｓ１）が実行される。この原料反応工程（Ｓ１）では、反応ガス生成工程（Ｓ２）及び残留原料除去工程（Ｓ６）が実行される。反応ガス生成工程（Ｓ２）では、原料予熱工程（Ｓ３）、反応実行工程（Ｓ４）、反応ガス冷却工程（Ｓ５）が実行される。
【０１３４】
液体アンモニアＮＨは、沸点である−３３．４℃以下の温度に冷却された状態で、且つほぼ大気圧の状態でアンモニアタンクＴ内に溜蔵されている。このアンモニアタンクＴ内の液体アンモニアＮＨは、原料アンモニアポンプ４３により、例えば、約５ＭＰａまで昇圧されてから、予熱器４４ａ，４４ｂに流入して、この予熱器４４ａ，４４ｂで、第二熱媒体との熱交換により予熱される（Ｓ３：原料予熱工程）。原料アンモニアポンプ４３で昇圧された液体アンモニアＮＨは、まず、第一予熱器４４ａに流入し、ここで予熱される。この予熱により、液体アンモニアＮＨが気化して、気体アンモニアＮＨｇになる。液体アンモニアＮＨは、原料アンモニアポンプ４３により昇圧された圧力環境下で、９０℃以上になると、気化して気体アンモニアＮＨｇになる。このため、第一予熱器４４ａは、液体アンモニアＮＨが９０℃以上になるよう、この液体アンモニアＮＨを予熱する。よって、第一予熱器４４ａは、液体アンモニアＮＨに対する気化器として機能する。気体アンモニアＮＨｇは、第二予熱器４４ｂに流入し、ここで、例えば、約４００℃にまで予熱される。よって、第二予熱器４４ｂは、気体アンモニアＮＨｇに対するガス加熱器として機能する。
【０１３５】
第二予熱器４４ｂからの気体アンモニアＮＨｇは、反応器４５に流入する。また、この反応器４５には、排熱回収ボイラ２１の第一熱媒体加熱器２７で加熱された第一熱媒体である蒸気が第一熱媒体ライン５１を介して流入する。この蒸気は、例えば、約６２０℃である。この反応器４５では、気体アンモニアＮＨｇと第一熱媒体との熱交換により、気体アンモニアＮＨｇがさらに加熱される一方で、第一熱媒体が冷却される。冷却された第一熱媒体は、第一熱媒体回収ライン５２を介して、第一熱媒体回収ライン５２に戻る。この第一熱媒体は、反応器４５と第一熱媒体加熱器２７との間で循環する。第一熱媒体は、反応器４５と第一熱媒体加熱器２７との間で循環する過程で、相変化しない。この反応器４５で加熱された気体アンモニアＮＨｇは、以下の式に示す熱分解反応により、水素と窒素とに分解される（Ｓ４：反応実行工程）。
ＮＨ３→３／２Ｈ２＋１／２Ｎ２
【０１３６】
但し、この反応実行工程（Ｓ４）では、反応器４５に流入した気体アンモニアＮＨｇのうちの一部が残留アンモニア（残留原料）として残る。よって、この反応実行工程（Ｓ３）の実行で得られた反応ガスＲＧ中には、水素及び窒素の他、残留アンモニアが残る。この反応ガスＲＧは、約６００℃である。
【０１３７】
この反応ガスＲＧは、第二予熱器４４ｂ、第一予熱器４４ａ、反応ガス冷却器４６に順次流入し、これらを通過することで、順次冷却される（Ｓ５：反応ガス冷却工程）。反応器４５からの反応ガスＲＧは、第二熱媒体として、第二熱媒体ラインでもある反応ガスライン４７を介して、第二予熱器４４ｂに流入する。この第二予熱器４４ｂでは、気体アンモニアＮＨｇと反応ガスＲＧとの熱交換により、気体アンモニアＮＨｇが前述したように予熱される一方で、反応ガスＲＧが冷却される。第一予熱器４４ａで冷却された反応ガスＲＧは、第二熱媒体として、第二熱媒体ラインでもある反応ガスライン４７を介して、第一予熱器４４ａに流入する。この第一予熱器４４ａでは、液体アンモニアＮＨと反応ガスＲＧとの熱交換により、液体アンモニアＮＨが前述したように予熱されて気化する一方で、反応ガスＲＧがさらに冷却される。第一予熱器４４ａで冷却された反応ガスＲＧは、反応ガス冷却器４６に流入し、さらに冷却される。この反応ガスＲＧの温度は、例えば、約３０〜５０℃である。以上のように、本実施形態の第二予熱器４４ｂ及び第一予熱器４４ａは、アンモニアＮＨを予熱する予熱器として機能すると共に、反応ガスＲＧを冷却する反応ガス冷却器としても機能する。また、ここでの反応ガスＲＧは、アンモニアＮＨを予熱する第二熱媒体であり、アンモニアＮＨは、反応ガスＲＧを冷却する第三熱媒体である。
【０１３８】
以上で、反応ガス生成工程（Ｓ２）が終了する。反応ガス生成工程（Ｓ２）が終了すると、残留原料除去工程（Ｓ６）が実行される。
【０１３９】
残留原料除去工程（Ｓ６）では、残留原料吸収工程（Ｓ７）及び残留原料分離工程（Ｓ８）が実行される。
【０１４０】
残留原料吸収工程（Ｓ７）は、吸収塔１３１で実行される。吸収塔１３１には、原料反応装置４１からの反応ガスＲＧが流入する。また、吸収塔１３１には、水ライン１３４から約３０℃の水が散布される。吸収塔１３１内には、反応ガスＲＧと水とが接触し、反応ガスＲＧ中の残留アンモニアが水に溶解する。残留アンモニアが溶解した水であるアンモニア水は、吸収塔１３１の下部に溜まる。一方、残留アンモニアが除去された反応ガスＲＧである処理済み反応ガスＲＧｐは、燃料ライン１２を介してガスタービン１１に送られる。
【０１４１】
残留原料分離工程（Ｓ８）では、原料水加熱工程（Ｓ９）、原料分離実行工程（Ｓ１０）及び水加熱工程（Ｓ１１）が実行される。
【０１４２】
吸収塔１３１内の下部に溜まったアンモニア水（原料水）は、アンモニア水ライン１３３を介して、再生塔１３２に送られる。この過程で、アンモニア水は、熱交換器１３６内で加熱される（Ｓ９：原料水加熱工程）。再生塔１３２には、熱交換器１３６で加熱されたアンモニア水の他に、リボイラ１３９からの蒸気も流入する。アンモニア水は、この蒸気により加熱されて、アンモニア水中のアンモニアが気体アンモニアＮＨｇとして分離蒸留される（Ｓ１０：原料分離実行工程）。一方、蒸気は、液相の水に移行し、再生塔１３２内の下部に溜まる。この水の一部は、水循環ライン１３７を経てリボイラ１３９に流入する。リボイラ１３９には、中圧蒸発器２４ｂからの中圧蒸気が第一リボイラ用媒体ライン７１を介して流入すると共に、高圧蒸気タービン３３から排気された蒸気が第二リボイラ用媒体ライン７２を介して流入する。リボイラ１３９では、水循環ライン１３７から流入した水は、蒸気との熱交換により加熱されて蒸気になる（Ｓ１１：水加熱工程）。この蒸気は、再生塔１３２に送られる。一方、水循環ライン１３７から流入した水と熱交換した蒸気は、冷却されて加熱水として、リボイラ用媒体回収ライン７３を介して、中圧節炭器２４ａに流入する。
【０１４３】
再生塔１３２内の気体アンモニアＮＨｇを含むガスは、回収アンモニアライン１４０を経て凝縮器１３８に流入する。凝縮器１３８では、このガスが冷却されて、このガスに含まれている水分が凝縮して液体の水になる。この水は、再生塔１３２内に戻る。一方、水分が除かれたガス、つまり気体アンモニア濃度の高いガスは、回収アンモニアライン１４０中に設けられている回収アンモニア昇圧機１４１で昇圧されてから、回収アンモニアライン１４０及び第二アンモニア供給ライン４２ｂを介して、第二予熱器４４ｂに流入する（Ｓ１２：原料回収工程）。以上のように、本実施形態では、残留原料除去装置１３０で、反応ガスＲＧから除去された残留アンモニアが第二予熱器４４ｂに戻るので、原料としてのアンモニア中で無駄になる量を最小限に抑えることができる。
【０１４４】
前述したように、処理済み反応ガスＲＧｐは、燃料ライン１２を介してガスタービン１１に送られる。処理済み反応ガスＲＧｐは、この過程で燃料予熱器１３により予熱される。ガスタービン１１は、この処理済み反応ガスＲＧｐを燃料として燃焼させることで駆動する（Ｓ１３：反応ガス利用工程）。ガスタービン１１からの排気ガスＥＧは、排熱利用設備２０の排熱回収ボイラ２１内に流入する。
【０１４５】
排熱利用設備２０は、この排気ガスＥＧの熱を利用して、排熱利用熱サイクル内を流れる熱サイクル媒体を加熱して、加熱された熱サイクル媒体を利用する（Ｓ１４：排熱利用工程）。すなわち、排熱利用設備２０では、水が排気ガスＥＧで加熱されて、蒸気になり、この蒸気が蒸気タービン（媒体利用機器）３１,３２,３３の駆動に利用される。この排熱利用工程（Ｓ１４）では、第一熱媒体加熱工程（Ｓ１５）、熱サイクル媒体加熱工程（Ｓ１６）、及び熱サイクル媒体利用工程（Ｓ１７）が実行される。
【０１４６】
ガス枠２２内に流入した排気ガスＥＧは、第一熱媒体加熱器２７で、前述したように、第一熱媒体である蒸気との熱交換により、第一熱媒体を加熱する（Ｓ１４：第一熱媒体加熱工程）。第一熱媒体加熱器２７で加熱された蒸気は、反応器４５に送られる。反応器４５では、前述したように、この時点で反応器４５に流入してきた気体アンモニアＮＨｇと、第一熱媒体である蒸気とが熱交換され、この気体アンモニアＮＨｇが加熱される。この反応器４５で加熱された気体アンモニアＮＨｇは、熱分解反応により、反応ガスＲＧになる（Ｓ４：反応実行工程）。
【０１４７】
排熱回収ボイラ２１内に流入した排気ガスＥＧは、前述したように、蒸気又は水である熱サイクル媒体との熱交換により、この熱サイクル媒体を加熱して、各蒸気タービン３１,３２,３３に利用可能な蒸気にする（Ｓ１６：熱サイクル媒体加熱工程）。この蒸気は、各蒸気タービン３１,３２,３３に送られ、各蒸気タービン３１,３２,３３を駆動させる（Ｓ１７：熱サイクル媒体利用工程）。
【０１４８】
以上で、原料流体の処理プラントにおける一連の動作が終了する。
【０１４９】
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態の主要な効果について説明する。なお、図３及び図４は、アンモニア（実線）、及びアンモニアを加熱する熱源（破線）に関するＴ−Ｑ線図である。よって、図３及び図４中で、横軸は熱量を示し、縦軸は温度を示す。また、図３は、先に説明した特許文献１，２と同様、一基の熱交換装置で、液体アンモニアを熱分解反応させるまでの、アンモニア及び熱源に関するＴ−Ｑ線図である。一方、図４は、本実施形態において、液体アンモニアを熱分解反応させるまでの、アンモニア及び熱源に関するＴ−Ｑ線図である。
【０１５０】
図３及び図４に示すように、液体アンモニアは、予熱により、熱量が増加すると共に温度が高まる。この液体アンモニアの温度が飽和温度になると、この液体アンモニアは、徐々に気化する。この気化の過程では、アンモニアの熱量が増加しても、この熱は気化熱（潜熱）として利用され、アンモニアの温度は変化しない。全ての液体アンモニアが気化して、気体アンモニアになると、予熱により、熱量が増加すると共に温度が高まる。気体アンモニアの温度がある程度高まると、熱分解反応が開始される。この熱分解反応は、吸熱反応であるため、気体アンモニアを予熱している過程と比べて、熱量の増加量に対する温度の上昇量が小さい。但し、熱分解反応が進み、アンモニアの濃度が低くなると、熱量の増加量に対する温度の上昇量が次第に大きくなる。
【０１５１】
一基の熱交換装置で、液体アンモニアを熱分解反応させる熱源は、この熱交換装置のガス枠内を通る排気ガスのみである。この場合、熱源としての排気ガスは、図３に示すように、ガス枠の入口ｉｎから出口ｏｕｔに向かうにつれて、アンモニアとの熱交換より徐々に、熱量が減少すると共に温度が低下する。このとき、熱源としての排気ガスに関する熱量の減少量に対する温度の低下量は、アンモニアが熱分解反応していようが、液体アンモニアが気化していようが、ほぼ一定である。このため、例えば、気化しているときのアンモニアと、このアンモニアと熱交換している排気ガスとの温度差ΔＴ１が大きくなり、高温の排気ガスの熱を低温のアンモニアが回収することになって、排気ガスの熱利用効率が低い。
【０１５２】
一方、本実施形態では、液体アンモニアを熱分解反応させる熱源は、排気ガスＥＧで加熱された第一熱媒体と、反応ガスＲＧである第二熱媒体である。この第二熱媒体が流れる系統は、第一熱媒体が流れる系統と異なる。熱源の一部である第一熱媒体の熱は、アンモニアを熱分解反応させるために利用される。この熱分解反応時における第一熱媒体は、図４に示すように、アンモニアとの熱交換により、熱量が減少すると共に温度が低下する。このとき、熱源としての第一熱媒体に関する熱量の減少量に対する温度の低下量は、ほぼ一定である。
【０１５３】
本実施形態では、熱源の他の一部である第二熱媒体の熱は、アンモニアを予熱するために利用される。この予熱時における第二熱媒体は、アンモニアとの熱交換により、熱量が減少すると共に温度が低下する。但し、アンモニアを予熱するために好適な流量で且つ好適な温度の第二熱媒体を用いることで、熱源としての第二熱媒体に関する熱量の変化に対する温度の変化を示すＴ−Ｑ線は、アンモニアに関する熱量の変化に対する温度の変化を示すＴ−Ｑ線に沿った線になる。よって、予熱時におけるアンモニアと第二熱媒体との温度差ΔＴ２が小さくなり、アンモニアの温度に近い第二熱媒体の熱をアンモニアが回収することになって、第二熱媒体の熱利用効率が高くなる。
【０１５４】
また、本実施形態では、アンモニアを熱分解反応させるにあたり、先ず、アンモニアのＴ−Ｑ線上、傾きが極小Ｐとなる温度を含む反応域の手前まで、第二熱媒体としての反応ガスＲＧとアンモニアとを熱交換させて、アンモニアを予熱する。その後、本実施形態では、反応域で、第一熱媒体としての蒸気の熱でアンモニアを熱分解反応させている。このため、一つの熱媒体で、アンモニアを予熱し且つ熱分解反応させる場合よりも、本実施形態では、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、本実施形態では、第一熱媒体を加熱するための排気ガスＥＧの熱エネルギー損失を抑えることができる。
【０１５５】
反応器４５では、与えた熱の大きな部分が吸熱反応であるアンモニア分解反応に利用されるため、前述のように、アンモニアのＴ−Ｑ線の傾きは小さい。一方、予熱においては、吸熱反応は発生しないため、Ｔ−Ｑ線の傾きは平均すると大きい。そこで、反応器４５の熱源である、第一熱媒体である蒸気の定圧比熱と流量との積が、第二予熱器４４ｂ、第一予熱器４４ａで構成される予熱器４４の熱源である第二熱媒体、即ち、反応ガスＲＧの定圧比熱と流量の積よりも大きくなるように、第一熱媒体を循環させる。ここで、例えば、定圧比熱をｋＪ／ｋｇＫ、流量をｋｇ／ｓの単位で考えると、定圧比熱と流量との積、即ち単位時間当たりの熱媒体の熱容量はｋＷ／Ｋの単位で考えることができる。定圧比熱と流量との単位は、第一熱媒体と第二熱媒体で同一の単位を用いて比較すればいかなるものでもよく、例えば、定圧比熱をｋｃａｌ／ｍｏｌＫ、流量をｍｏｌ／ｈの単位で考えて、定圧比熱と流量の積をｋｃａｌ／ｈＫで算出し、比較してもよい。反応や相変化が伴わない限り、Ｔ−Ｑ線の傾きは定圧比熱と流量との積に反比例し、定圧比熱と流量との積が大きい程、Ｔ−Ｑ線の傾きは小さくなる。従って、このとき、第一熱媒体である蒸気の定圧比熱と流量との積が予熱器４４の熱源である第二熱媒体、即ち、反応ガスＲＧの定圧比熱と流量の積よりも大きくなるように、第一熱媒体を循環させる。この結果、第一熱媒体、第二熱媒体のＴ−Ｑ線の傾きをアンモニアのＴ−Ｑ線の傾きに近づけることができ、予熱時におけるアンモニアと第二熱媒体との温度差ΔＴ２を縮小し、第二熱媒体の熱を近い温度のアンモニアに回収することができ、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る。従って、温度レベルに応じて効果的に熱を利用することができ、第二熱媒体の熱利用効率が高くなる。
【０１５６】
以上の効果は、反応と予熱とで原料流体、つまり、アンモニアのＴ−Ｑ線の傾きが異なるのに対して、反応と予熱のそれぞれの熱媒体である第一熱媒体、第二熱媒体に異なる媒体を用いて、以下のａ），ｂ）のようにしたことにより得られた効果である。
ａ）第一熱媒体、第二熱媒体の単位時間当たりの熱容量、即ち、Ｔ−Ｑ線の傾きが異なるようにし、第一熱媒体、第二熱媒体のＴ−Ｑ線の傾きがそれぞれ、反応器でのアンモニアのＴ−Ｑ線の傾きと予熱器でのアンモニアのＴ−Ｑ線の傾きに使づくようにしたこと。
ｂ）第一熱媒体、第二熱媒体として、それぞれ温度が、反応器、予熱器のアンモニアの温度に近いものを用いたこと。
【０１５７】
従って、以上の効果を得るために、第一熱媒体と第二熱媒体とは、互いに異なる熱媒体であることが必要である。本実施形態では、第一熱媒体は蒸気であり、第二熱媒体は反応ガスであり、両者は異なる物質であるが、必ずしも熱媒体の物質の種類が異なる必要はなく、同一物質であって、相、流量、圧力等が異なることによって、単位時間当たりの熱容量が異なっていてもよいし、温度が異なっていてもよい。単位時間当たりの熱容量が異なると、熱媒体のＴ−Ｑ線の傾きを変化させ、反応器、予熱器それぞれの原料流体のＴ−Ｑ線に近い傾きとすることが可能となる効果が得られる。また、温度が異なることによっては、反応器、予熱器それぞれの原料流体に近い温度の熱媒体を供給することを可能とし、低い温度の熱媒体で原料流体の反応、予熱が可能となる効果が得られる。
【０１５８】
また、本実施形態では、反応器４５と第一熱媒体加熱器２７との間で、第一熱媒体が循環する。このため、第一熱媒体加熱器２７から流出する第一熱媒体の温度と、第一熱媒体加熱器２７に流入する第一熱媒体との温度差を最小限にすることができる。しかも、本実施形態の第一熱媒体は、前述したように、反応器４５と第一熱媒体加熱器２７との間で循環する過程で、相変化しない。よって、本実施形態では、この観点からも、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。
【０１５９】
第一熱媒体を加熱するための排気ガスＥＧの温度は、蒸気タービン３１,３２,３３に送る蒸気を発生させるための排気ガスＥＧの温度よりも高温である。よって、以上のように、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と、高温の排気ガスＥＧの熱エネルギー損失を抑えることができる。
【０１６０】
以上のように、本実施形態では、液体アンモニアＮＨを反応ガスＲＧにするにあって、排気ガスＥＧの熱エネルギー損失を抑えることができる。このため、本実施形態では、排気ガスＥＧの熱エネルギー中で、蒸気タービン３１,３２,３３の駆動のために熱エネルギーを多くすることができ、プラントの熱効率を高めることができる。
【０１６１】
本実施形態では、排熱利用熱サイクル内を流れる熱サイクル媒体と第一熱媒体とが同一物質である水であるため、第一熱媒体である水の質等の管理を容易に行うことができる。
【０１６２】
また、本実施形態では、第一熱媒体である水蒸気の圧力は排熱利用熱サイクルにおける熱サイクル媒体の最高圧力よりも低い。従って、別途の設備を要さず、起動時や第一熱媒体の圧力低下時に容易に排熱利用熱サイクルから、熱サイクル媒体の一部を第一熱媒体として第一熱媒体の系統に供給し、第一熱媒体を補充することができる。具体的には、前述したように、排熱利用熱サイクルの一部を構成する高圧蒸気ライン８３から、熱媒体補充ライン５５及び熱媒体補充弁５６を介して、高圧蒸気を第一熱媒体として第一熱媒体回収ライン５２に供給する。通常運転時は、熱媒体補充弁５６は閉じている。ここで、第一熱媒体である水蒸気の圧力は、排熱利用熱サイクルにおける熱サイクル媒体である高圧蒸気の圧力よりも低い。起動時やシール漏れ等による第一熱媒体圧力低下時等、第一熱媒体を補充する必要がある場合のみ、熱媒体補充弁５６を開き、高圧蒸気ライン８３を流れる高圧蒸気の一部を第一熱媒体回収ライン５２に導き、第一熱媒体を第一熱媒体回収ライン５２等に補充する。本実施形態では、別途の設備を要さず、起動時や第一熱媒体の圧力低下時に容易に第一熱媒体を補充できる。
【０１６３】
以上のように、本実施形態では、排熱利用熱サイクル内を流れる熱サイクル媒体と第一熱媒体とを同一物質とし、さらに、第一熱媒体である水蒸気の圧力を排熱利用熱サイクルにおける熱サイクル媒体の最高圧力よりも低くしたので、第一熱媒体を排熱利用熱サイクルから容易に補充できる効果を得ることができる。そこで、第二熱媒体についても、第一熱媒体と同様に、排熱利用熱サイクル内を流れる熱サイクル媒体と同一物質とし、第二熱媒体の圧力を排熱利用熱サイクルにおける熱サイクル媒体の最高圧力よりも低くすれば、第二熱媒体を排熱利用熱サイクルから容易に補充できる効果を得ることができる。特に、第一熱媒体と第二熱媒体とのうち、少なくとも一方の熱媒体の膨張により仕事を取り出す要素を備えず、また、外部から通常運転時に媒体が流入する媒体導入口を持つことなく、熱交換要素、配管、昇圧要素で閉ループを構成する場合でも、閉ループを流れる熱媒体を熱サイクル媒体と同じ物質とし、熱媒体の圧力を排熱利用熱サイクルにおける前記熱サイクル媒体の最高圧力よりも低い圧力とすることにより、以上と同様の効果をえることができる。つまり、熱媒体を閉ループとする場合においても、別途の設備を要さず、起動時や第一熱媒体の圧力低下時に容易に第一熱媒体を補充できる効果を奏する。
【０１６４】
また、本実施形態の原料反応設備４０は、アンモニアＮＨを熱分解反応させる原料反応装置４１の他に、原料反応装置４１からの反応ガスＲＧ中に含まれている残留アンモニアを除去する残留原料除去装置１３０を備える。このため、本実施形態では、反応ガス利用設備１０に送るガス中に含まれる残留アンモニアの濃度を抑えることができる。
【０１６５】
ところで、アンモニアを含む燃料が燃焼すると、燃料中のアンモニアが燃焼によってＮＯｘに転換され、排気ガスはＮＯｘを含むようになる。本実施形態の原料反応設備４０は、前述したように、反応ガス利用設備１０に送るガス中に含まれる残留アンモニアの濃度を抑えることができる。本実施形態の反応ガス利用設備１０は、原料反応設備４０からのガスを燃料として燃焼させるガスタービン設備である。よって、本実施形態では、燃料の燃焼で生成される排気ガスＥＧ中のＮＯｘ濃度を抑えることができる。さらに、本実施形態では、燃料の燃焼で生成される排気ガスＥＧ中のＣＯ２濃度も抑えることができる。
【０１６６】
「第二実施形態」
原料流体の処理プラントの第二実施形態について、図５を参照して説明する。
【０１６７】
本実施形態の原料流体の処理プラントは、第一実施形態の原料流体の処理プラントに対して、アンモニアＮＨの予熱の熱源、反応ガスＲＧの冷却の熱源を変更したプラントである。よって、本実施形態の原料流体の処理プラントにおける一連の動作のうちの原料予熱工程が、第一実施形態の原料予熱工程（Ｓ３）と異なる。さらに、本実施形態の原料流体の処理プラントにおける一連の動作のうちの反応ガス冷却工程が、第一実施形態の反応ガス冷却工程（Ｓ５）と異なる。
【０１６８】
本実施形態の原料流体の処理プラントも、第一実施形態と同様、原料反応設備４０ａと、反応ガス利用設備１０と、排熱利用設備２０ａと、を備える。
【０１６９】
本実施形態の原料反応設備４０ａは、第一実施形態の原料反応設備４０と同様、原料反応装置４１ａと、残留原料除去装置１３０と、を有する。本実施形態の原料反応装置４１ａは、第一実施形態の原料反応装置４１と異なる。一方、本実施形態の残留原料除去装置１３０は、第一実施形態の残留原料除去装置１３０と同じである。
【０１７０】
本実施形態の反応ガス利用設備１０は、第一実施形態の反応ガス利用設備１０と基本的に同じである。本実施形態における排熱利用設備２０ａを構成する個々の装置は、第一実施形態における排熱利用設備２０を構成する個々の装置と同じである。但し、本実施形態における個々の装置間を接続するライン構成が第一実施形態における個々の装置間を接続するライン構成と異なる。
【０１７１】
本実施形態の原料反応装置４１ａは、第一実施形態の原料反応装置４１と同様、アンモニア供給ライン４２と、原料アンモニアポンプ４３と、予熱器４４ｃ，４４ｄと、反応器４５と、反応ガス冷却器４６と、反応ガスライン４７と、を有する。予熱器４４ｃ，４４ｄは、実施形態と同様、第一予熱器４４ｃと第二予熱器４４ｄとを有する。また、反応ガス冷却器４６ａ，４６ｂは、第一反応ガス冷却器４６ａと、第二反応ガス冷却器４６ｂと、を有する。
【０１７２】
アンモニア供給ライン４２は、第一実施形態と同様、第一アンモニア供給ライン４２ａと第二アンモニア供給ライン４２ｂと第三アンモニア供給ライン４２ｃを有する。第一アンモニア供給ライン４２ａの一端は、アンモニアタンクＴに接続され、第一アンモニア供給ライン４２ａの他端は、第一予熱器４４ｃのアンモニア入口に接続されている。第一予熱器４４ｃは、熱交換器である。この第一予熱器４４ｃは、液体アンモニアＮＨと第二熱媒体とを熱交換させて、液体アンモニアＮＨを加熱して気体アンモニアＮＨｇにする一方で、第二熱媒体を冷却する。第二アンモニア供給ライン４２ｂの一端は、第一予熱器４４ｃのアンモニア出口に接続され、この第二アンモニア供給ライン４２ｂの他端は、第二予熱器４４ｄのアンモニア入口に接続されている。第二予熱器４４ｄは、熱交換器である。この第二予熱器４４ｄは、気体アンモニアＮＨｇと第二熱媒体とを熱交換させて、気体アンモニアＮＨｇを加熱する一方で、第二熱媒体を冷却する。第三アンモニア供給ライン４２ｃの一端は、第二予熱器４４ｄのアンモニア出口に接続され、この第三アンモニア供給ライン４２ｃの他端は、反応器４５のアンモニア入口に接続されている。
【０１７３】
反応器４５の媒体入口には、第一熱媒体ライン５１が接続されている。この反応器４５の媒体出口には、第一熱媒体回収ライン５２が接続されている。第一熱媒体昇圧機５３は、第一熱媒体回収ライン５２に設けられている。反応器４５は、熱交換器である。この反応器４５は、第一実施形態の反応器４５と同様、第二予熱器４４ｄで加熱された気体アンモニアＮＨｇと第一熱媒体ライン５１からの第一熱媒体とを熱交換させて、気体アンモニアＮＨｇをさらに加熱する一方で、第一熱媒体を冷却する。冷却された第一熱媒体は、第一熱媒体回収ライン５２に流入する。第一熱媒体ライン５１及び第一熱媒体回収ライン５２は、第一実施形態と同様、いずれも、排熱回収ボイラ２１の第一熱媒体加熱器２７に接続されている。
【０１７４】
反応ガスライン４７は、第一反応ガスライン４７ａと第二反応ガスライン４７ｂとを有する。第一反応ガスライン４７ａの一端は、反応器４５の反応ガス出口に接続されている。この第一反応ガスライン４７ａの他端は、第二予熱器４４ｄの第二熱媒体入口に接続されている。よって、本実施形態では、反応ガスＲＧが第二熱媒体の一種である。第一反応ガス冷却器４６ａは、この第一反応ガスライン４７ａに設けられている。第二反応ガスライン４７ｂの一端は、第二予熱器４４ｄの第二熱媒体出口に接続され、この第二反応ガスライン４７ｂの他端は、残留原料除去装置１３０に接続されている。第二反応ガス冷却器４６ｂは、この第二反応ガスライン４７ｂに設けられている。
【０１７５】
排熱回収ボイラ２１の高圧過熱器２５ｄと高圧蒸気タービン３３とを接続する高圧蒸気ラインは、第一高圧蒸気ライン８３ａと、第二高圧蒸気ライン８３ｂとを有する。第一高圧蒸気ライン８３ａの一端は、高圧過熱器２５ｄの出口に接続され、この第一高圧蒸気ライン８３ａの他端は、第一反応ガス冷却器４６ａの第三熱媒体入口に接続されている。第二高圧蒸気ライン８３ｂの一端は、第一反応ガス冷却器４６ａの第三熱媒体出口に接続され、この第二高圧蒸気ライン８３ｂの他端は、高圧蒸気タービン３３の入口に接続されている。よって、本実施形態では、高圧過熱器２５ｄからの高圧蒸気が第三熱媒体の一種である。また、第一高圧蒸気ライン８３ａが、第三熱媒体ラインの一種である。また、第二高圧蒸気ライン８３ｂが第三熱媒体回収ラインの一種である。
【０１７６】
排熱回収ボイラ２１における第二高圧節炭器２５ｂの出口には、高圧加熱水ライン８１の一端が接続されている。この高圧加熱水ライン８１の他端は、燃料予熱器１３の媒体入口に接続されている。この燃料予熱器１３の媒体出口には、高圧加熱水回収ライン８２の一端が接続されている。この高圧加熱水回収ライン８２の他端は、給水ライン３５に接続されている。よって、本実施形態の燃料予熱器１３は、第二高圧節炭器２５ｂからの高圧加熱水と燃料とを熱交換して、この燃料を加熱する。
【０１７７】
第二反応ガス冷却器４６ｂの第三熱媒体入口には、給水ライン３５から分岐した分岐給水ライン９１が接続されている。第二反応ガス冷却器４６ｂの第三熱媒体出口には、連結給水ライン９２の一端が接続されている。連結給水ライン９２の他端は、第一予熱器４４ｃの第二熱媒体入口に接続されている。よって、本実施形態では、給水ライン３５を流れる給水が、反応ガスＲＧと熱交換する第三熱媒体の一種である。また、分岐給水ライン９１は、第三熱媒体ラインの一種である。また、連結給水ライン９２は、第二反応ガス冷却器４６ｂに対する第三熱媒体回収ラインの一種である。本実施形態では、連結給水ライン９２から第一予熱器４４ｃに流入する給水が第二熱媒体の一種である。また、連結給水ライン９２は、第一予熱器４４ｃに対する第二熱媒体ラインの一種である。第一予熱器４４ｃの第二熱媒体出口には、加熱水回収ライン７８の一端が接続されている。この加熱水回収ライン７８の他端は、排熱回収ボイラ２１の第二低圧節炭器２３ｂの入口に接続されている。よって、この加熱水回収ライン７８は、第一予熱器４４ｃに対する第二熱媒体回収ラインの一種であると共に、第二反応ガス冷却器４６ｂに対する第三熱媒体回収ラインの一種でもある。
【０１７８】
低圧加熱水ライン７６は、排熱回収ボイラ２１の第二低圧節炭器２３ｂと第一予熱器４４ｃとを接続する。具体的に、低圧加熱水ライン７６の一端は、第二低圧節炭器２３ｂの出口に接続され、この低圧加熱水ライン７６の他端は、第一予熱器４４ｃの第二熱媒体入口に接続されている。第二低圧節炭器２３ｂからの低圧加熱水の一部は、低圧加熱水ライン７６を介して、第二熱媒体の一種として、第一予熱器４４ｃに流入する。よって、この低圧加熱水ライン７６は、第二熱媒体ラインの一種である。
【０１７９】
本実施形態の原料予熱工程でも、第一実施形態と同様、液体アンモニアＮＨが原料アンモニアポンプ４３により昇圧されてから、予熱器４４ｃ，４４ｄに流入して、この予熱器４４ｃ，４４ｄで、第二熱媒体との熱交換により予熱される。
【０１８０】
原料アンモニアポンプ４３で昇圧された液体アンモニアＮＨは、まず、第一予熱器４４ｃに流入し、ここで第二熱媒体との熱交換で予熱される。この結果、液体アンモニアＮＨは気化して、気体アンモニアＮＨｇになる。よって、第一予熱器４４ｃは、液体アンモニアＮＨに対する気化器として機能する。第一予熱器４４ｃに流入する第二熱媒体は、第二反応ガス冷却器４６ｂから連結給水ライン９２を介して第一予熱器４４ｃに流入する給水と、第二低圧節炭器２３ｂから低圧加熱水ライン７６を介して第一予熱器４４ｃに流入する低圧加熱水とがある。第一予熱器４４ｃで、液体アンモニアＮＨとの熱交換で冷却された第二熱媒体は、第二熱媒体回収ラインの一種であり且つ第三熱媒体回収ラインの一種である加熱水回収ライン７８を介して、第二低圧節炭器２３ｂに流入する。
【０１８１】
ここで、排熱回収ボイラ２１、蒸気タービン３１，３２，３３、復水器３４、給水ポンプ３６、及び、これらを接続する各種配管は、ランキンサイクルを構成しており、これは第一熱サイクルの一種である。第二熱媒体ラインの一種である連結給水ライン９２は、第二低圧節炭器２３ｂの出口（第一熱サイクル中の第一部）を流れる水（第一熱サイクル媒体）の一部を、低圧加熱水ライン７６を介して、第二熱媒体の一種として第一予熱器４４ｃに導く。第二熱媒体回収ラインの一種である加熱水回収ライン７８は、原料流体（アンモニア）との熱交換で冷却された水を前記第一部よりも低い温度の水が流れる第二部、即ち、第二低圧節炭器２３ｂの入口に導く。本構成により、ランキンサイクル（第一熱サイクル）中から適切な温度の熱を過不足なく予熱器に供給し、この熱を原料流体の予熱に用いることができる。このため、本実施形態では、熱利用効率が高まる。
【０１８２】
また、第三熱媒体ラインの一種である分岐給水ライン９１は、水を、ランキンサイクルの構成要素の一つである給水ライン３５（ランキンサイクル中の第一部）から、第二反応ガス冷却器４６ｂに導く。第三熱媒体回収ラインの一種である加熱水回収ライン７８は、第二反応ガス冷却器４６ｂで反応ガスとの熱交換で加熱された水を、連結給水ライン９２及び第一予熱器４４ｃを経て、受け入れる。そして、この加熱水回収ライン７８は、この水を、給水ライン３５（第一部）よりも高い温度の水が流れる第二部、即ち、第二低圧節炭器２３ｂの入口に導く。本構成により、反応ガス冷却器の排熱を適切な量の水に回収し、ランキンサイクルの適切な温度の箇所に回収することで、熱利用効率が高まる。
【０１８３】
第一予熱器４４ｃからの気体アンモニアＮＨｇは、第二予熱器４４ｄに流入し、ここで第二熱媒体との熱交換でさらに予熱される。よって、第二予熱器４４ｄは、気体アンモニアＮＨｇに対するガス加熱器として機能する。以上で、本実施形態の原料予熱工程が終了する。第二予熱器４４ｄに流入する第二熱媒体は、第一反応ガス冷却器４６ａから第一反応ガスライン４７ａを介して第二予熱器４４ｄに流入する反応ガスＲＧである。この反応ガスＲＧは、第二予熱器４４ｄで気体アンモニアＮＨｇとの熱交換で冷却される。
【０１８４】
第二予熱器４４ｄからの気体アンモニアＮＨｇは、反応器４５に流入し、第一実施形態と同様に、熱分解反応により、水素と窒素とに分解され、反応ガスＲＧが生成される（反応実行工程）。
【０１８５】
反応ガス冷却工程では、反応ガスＲＧと第三熱媒体との熱交換で、反応ガスＲＧが冷却される。反応器４５からの反応ガスＲＧは、第一反応ガス冷却器４６ａ、第二予熱器４４ｄ、第二反応ガス冷却器４６ｂに順次流入し、これらを通過することで、順次冷却される。
【０１８６】
第一反応ガス冷却器４６ａでは、反応器４５からの反応ガスＲＧと、第三熱媒体である排熱回収ボイラ２１の高圧過熱器２５ｄからの高圧蒸気との熱交換により、反応ガスＲＧが冷却される一方で、高圧蒸気が過熱される。過熱された高圧蒸気は、第二高圧蒸気ライン８３ｂを介して、高圧蒸気タービン３３に流入し、この高圧蒸気タービン３３を駆動させる。以上のように、本実施形態では、第一実施形態よりも高温の高圧蒸気が高圧蒸気タービン３３に流入するため、第一実施形態よりも高圧蒸気タービン３３の出力を高めることができる。
【０１８７】
本実施形態において、第三熱媒体ラインの一種である第一高圧蒸気ライン８３ａは、高圧過熱器２５ｄの出口から流出する蒸気の全量を第一反応ガス冷却器４６ａに導く。高圧過熱器２５ｄの出口は、ランキンサイクル中の第一部の一種である。第三熱媒体回収ラインの一種である第二高圧蒸気ライン８３ｂは、第一反応ガス冷却器４６ａで反応ガスと熱交換されて過熱された蒸気を、高圧過熱器２５ｄの出口（第一部）よりも高い温度の蒸気を流す第二部、即ち高圧蒸気タービン３３の入口に導く。本構成により、反応ガス冷却器の排熱を適切な量の蒸気に回収し、ランキンサイクルの適切な温度の箇所に回収することで、熱利用効率が高まる。
【０１８８】
本実施形態のように、熱を利用して原料流体を反応させ、反応ガスとするプラントでは、原料流体の反応で、高温の熱を大量に消費するため、熱サイクル媒体の温度を十分に高めることができない恐れがある。具体的には、原料流体の反応に十分な、高い温度の熱を供給するため、第一熱媒体加熱器２７は、排熱回収ボイラ２１のガス枠２２中で、排気ガスＥＧの流れに対する最も上流側で、最も温度が高い箇所に配置されている。ここで、前述したように、原料流体の反応には大量の熱が必要であるので、第一熱媒体加熱器２７は、反応の熱源となる第一熱媒体の加熱量を大量に必要とする。このとき、第一熱媒体加熱器２７での熱交換量が大きく、第一熱媒体加熱器２７で排気ガスＥＧの温度は大きく低下してしまう。このため、排気ガスＥＧの流れから見て第一熱媒体加熱器２７の下流側に設置された高圧過熱器２５ｄで、熱源として利用可能な排気ガスＥＧの温度が低くなり、高圧過熱器２５ｄで高圧蒸気を十分高い温度まで加熱することができない恐れがある。第一実施形態のように、高圧過熱器２５ｄの出口の蒸気を直接高圧蒸気タービン３３に供給する場合、高圧蒸気タービン３３の入口温度は低いこととなる。また、低圧蒸気タービン３１の出口付近における湿分による、タービン翼のエロージョンの発生を抑制するためには、低圧蒸気タービン３１の出口の湿り度を低く保つ必要があるため、低圧蒸気タービン３１の出口のエンタルピーを一定以上にする必要がある。高圧蒸気タービン３３の入口温度が低い場合で、低圧蒸気タービン３１の出口のエンタルピーを一定以上にするため、高圧蒸気タービン３３の入口から低圧蒸気タービン３１の出口までの熱落差を小さく保つ必要がある。言い換えると、高圧蒸気タービン３３の入口から低圧蒸気タービン３１の出口までの圧力比を小さくする必要がある。よって、第一実施形態では、高圧蒸気タービン３３の入口蒸気圧力を高めることはできない。
【０１８９】
本実施形態では、高圧過熱器２５ｄの出口の蒸気を第三熱媒体として反応ガスを冷却する第一反応ガス冷却器４６ａに供給し、反応ガス冷却器４６ａの排熱を回収してから高圧蒸気タービン３３に供給する。このため、本実施形態では、高圧蒸気タービン３３の入口における蒸気温度を高めることができると共に、低圧蒸気タービン３１のエントロピーを一定以上にすることができる。よって、本実施形態では、低圧蒸気タービン３１の出口におけるエロージョンの発生を抑制しつつ、高圧蒸気タービン３３の入口蒸気圧力、温度を高めることができる。以上のようなことから、本実施形態では、反応器４５における反応や、第一熱媒体加熱器２７における第一熱媒体の加熱に、高温の熱を大量に必要とする場合においても、蒸気タービンの出力を増大し、プラントの効率を高めることができるのである。
【０１９０】
第一実施形態及び本実施形態では、第一熱媒体が、反応器４５と第一熱媒体加熱器２７の間で循環している。反応器４５は、第一熱媒体と原料流体を熱交換させるのであるから、反応器４５の第一熱媒体出口温度と原料流体入口温度との差を、合理的な熱交換面積で達成可能な最小の温度差まで縮小することができる。また、反応器４５を出た第一熱媒体は系統の圧損分を昇圧されたのみで、第一熱媒体加熱器２７に入るのであるから、第一熱媒体加熱器２７の第一熱媒体入口温度と反応器４５の第一熱媒体出口温度の差は小さい。また、第一熱媒体加熱器２７は、排気ガスＥＧと第一熱媒体を熱交換させるのであるから、第一熱媒体加熱器２７の排気ガス出口温度と第一熱媒体加熱器２７の第一熱媒体入口温度との差は、合理的な熱交換面積で達成可能な最小の温度差まで縮小することができる。さらに、第一熱媒体加熱器２７の排気ガス出口温度と高圧過熱器２５ｄの排気ガス入口温度は、実質的に等しい。よって、反応器４５、第一熱媒体加熱器２７の熱利用効率を高めるべく、熱交換温度差を十分低減する場合、高圧過熱器２５ｄの排気ガス入口温度と反応器４５の原料流体入口温度の温度差は小さくなる。第一実施形態のように、排気ガスの熱のみを用いて、高圧蒸気タービン３３に供給する蒸気を過熱する場合、高圧蒸気タービン３３の入口における蒸気温度を反応器４５の原料流体入口温度よりも高めるのは困難である。
【０１９１】
本実施形態では、繰り返すことになるが、反応ガス冷却器４６ａの排熱を利用して高圧蒸気の温度を高める。第一熱媒体加熱器２７において、排気ガス入口温度と、第一熱媒体出口温度、つまり反応器４５の第一熱媒体入口温度との差は、合理的な熱交換面積で達成可能な最小の温度差まで縮小することができる。反応器４５において、反応器４５の第一熱媒体入口温度と反応ガス出口温度との差は合理的な熱交換面積で達成可能な最小の温度差まで縮小することができる。また、反応ガス冷却器４６ａでは第三熱媒体である高圧蒸気タービン３３に供給する蒸気と反応器４５出口の反応ガスとが熱交換するのであるから、反応器４５の出口における反応ガス温度と高圧蒸気タービン３３の入口蒸気温度との差は合理的な熱交換面積で達成可能な最小の温度差まで縮小することができる。従って、本実施形態では、高圧蒸気タービン３３の入口蒸気温度を第一熱媒体加熱器２７における排気ガス入口温度に近い温度まで高めることができる。第一熱媒体加熱器２７、第一熱媒体、反応器４５を介して、第一熱媒体加熱器２７の排気ガス出口における排気ガスＥＧと、反応器４５の原料流体入口における原料流体とが熱交換していることから、反応器４５の原料流体入口温度は、第一熱媒体加熱器２７の排気ガス出口よりも温度が低いこととなる。前述の通り、第一熱媒体加熱器２７で排気ガス温度は大きく低下することを考慮すると、第一熱媒体加熱器２７における排気ガス入口温度は、反応器４５の原料流体入口温度よりも大幅に高い。このため、第二実施形態では、反応ガスを冷却する反応ガス冷却器の排熱を活用することにより、比較的容易に、第三熱媒体（高圧蒸気タービン３３の入口蒸気）を、原料流体の反応器入口における温度よりも高い温度まで加熱することができる。
【０１９２】
また、反応器４５では、反応器４５の第一熱媒体出口における第一熱媒体から反応器４５の原料流体入口における原料流体に熱を与えている。このため、反応器４５の第一熱媒体出口温度は、反応器４５の原料流体入口温度よりも高い。よって、反応ガス冷却の排熱を用いずに、高圧蒸気タービン３３に、反応器４５の第一熱媒体出口温度よりも高温の第三熱媒体（高圧蒸気タービン３３の入口蒸気）を供給することは一層困難である。しかし、前述のように、本実施形態の構成を用いれば、比較的容易に、このように高い温度の蒸気を高圧蒸気タービン３３に供給することができる。
【０１９３】
本実施形態では、以上のように、反応ガス冷却の排熱を用いて、第三熱媒体を反応器４５の第一熱媒体出口温度よりも高い温度まで加熱してから、この第三媒体を熱サイクルに供給することで、熱サイクル（ここでは蒸気タービン）の出力増大効果、及びプラント効率向上効果を特に高めることができる。
【０１９４】
第二予熱器４４ｄでは、前述したように、第一反応ガス冷却器４６ａで冷却された反応ガスＲＧと、気体アンモニアＮＨｇとの熱交換により、反応ガスＲＧがさらに冷却される一方で、気体アンモニアＮＨｇが予熱される。よって、この第二予熱器４４ｄは、気体アンモニアＮＨｇを予熱する予熱器として機能すると共に、反応ガスＲＧを冷却する反応ガス冷却器としても機能する。また、ここでの反応ガスＲＧは、気体アンモニアＮＨｇを予熱する第二熱媒体であり、気体アンモニアＮＨｇは、反応ガスＲＧを冷却する第三熱媒体である。
【０１９５】
第二反応ガス冷却器４６ｂでは、第二予熱器４４ｄで冷却された反応ガスＲＧと第三熱媒体としての給水との熱交換により、反応ガスＲＧが冷却される一方で、給水が加熱される。加熱された給水は、第二熱媒体として、第一予熱器４４ｃに流入する。この第一予熱器４４ｃには、前述したように、第二熱媒体として、低圧加熱水も流入する。
【０１９６】
以上で、反応ガス冷却工程が終了する。第二反応ガス冷却器４６ｂで冷却された反応ガスＲＧは、残留原料除去装置１３０に流入し、第一実施形態と同様に、反応ガスＲＧ中に含まれている残留アンモニアが除去される。
【０１９７】
以上のように、アンモニアＮＨとの熱交換により、アンモニアＮＨを予熱する第二熱媒は、反応ガスＲＧでもよいし、排熱利用熱サイクル内を流れる熱サイクル媒体としての水又は蒸気であってもよい。また、反応ガスＲＧとの熱交換により、反応ガスＲＧを冷却する第三熱媒体は、アンモニアＮＨであってもよいし、排熱利用熱サイクル内を流れる熱サイクル媒体としての水又は蒸気であってもよい。
【０１９８】
また、本実施形態においては、液相の原料流体、即ち液体アンモニアを第一予熱器（気化器）４４ｃで気化した後、第二予熱器（ガス加熱器）４４ｄに送る。また、第一予熱器（気化器）４４ｃには、気化用第二熱媒体として、給水及び加熱水が供給され、第二予熱器（ガス加熱器）４４ｄには、ガス加熱用第二熱媒体として、反応ガスが供給される。特に、第一予熱器（気化器）４４ｃには、第二反応ガス冷却器４６ｂから連結給水ライン９２を介して第一予熱器４４ｃに流入する給水と、第二低圧節炭器２３ｂから低圧加熱水ライン７６を介して第一予熱器４４ｃに流入する低圧加熱水とが合流した大量の水が、気化用第二熱媒体として供給されている。このため、本実施形態では、第一予熱器（気化器）４４ｃ内を流れる気化用第二熱媒体の定圧比熱と流量との積が、第二予熱器（ガス加熱器）４４ｄ内を流れるガス加熱用第二熱媒体の定圧比熱と流量との積よりも大きくなる。すなわち、本実施形態では、原料流体の気化のために多くの熱量を必要とする第一予熱器（気化器）４４ｃには、この第一予熱器４４ｃで必要な温度レベルで大量の熱量を供給し、少ない熱量で十分な第二予熱器（ガス加熱器）４４ｄには、この第二予熱器４４で必要な温度レベルで少量の熱量を供給する。このため、本実施形態では、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、熱利用効率を高めることができる。なお、定圧比熱と流量の単位は、気化用第二熱媒体とガス加熱用第二熱媒体で同一の単位を用いて比較すればいかなるものでもよいのは、第一実施形態の説明と同様である。
【０１９９】
本実施形態において、予熱器における熱利用効率を高める効果は、気化用第二熱媒体と、ガス加熱用第二熱媒体にそれぞれ異なる媒体を供給することにより得られた効果である。本実施形態では、気化用第二熱媒体として水を用い、ガス加熱用第二熱媒体として反応ガスを用いており、両者は異なる物質である。しかしながら、両者は異なる物質である必要はなく、同一物質であって、相、流量、圧力等が異なることによって、単位時間当たりの熱容量が異なっていてもよいし、温度が異なっていてもよい。単位時間当たりの両者の熱容量が異なると、より大きな熱量を必要とする気化の温度レベルに、原料流体ガスの昇温よりも大きな熱量を供給することが可能となる。また、気化用第二熱媒体の温度とガス加熱用第二熱媒体の温度とが異なると、原料流体気化器と原料流体ガス加熱器とのそれぞれに、原料流体に近い温度の熱媒体を供給することが可能となる。このため、比較的低い温度の熱媒体で原料流体の気化及び昇温が可能となる上に、原料流体の温度レベルに応じて予熱に必要な熱を供給することが可能となり、熱利用効率が高まり、プラントの効率が高まる。
【０２００】
なお、本実施形態において、第一予熱器（気化器）４４ｃに、低圧蒸発器２３ｃや低圧蒸気タービン３１の中間段から水蒸気を供給させて、この第一予熱器４４ｃにおいて、水蒸気の凝縮による熱で、液相の原料流体、即ち液体アンモニアを蒸発させてもよい。流体の気化熱や凝縮熱、即ち潜熱は、一般に温度の変化に伴う熱、即ち顕熱よりも大きい。従って、このような構成によると、容易に大きな熱量が得られる凝縮熱で、大量の熱を必要とする気化熱を供給することができる。この場合、一定の温度で凝縮する気化用第二熱媒体を熱源として、一定の温度で熱源媒体を気化させることができ、比較的低い一定の温度の熱を有効活用して原料流体を気化させ、熱利用効率を高めることができる。
【０２０１】
「第三実施形態」
原料流体の処理プラントの第三実施形態について、図６〜図８を参照して説明する。
【０２０２】
本実施形態の原料流体の処理プラントも、第一実施形態の原料流体の処理プラントに対して、アンモニアＮＨの予熱の熱源、反応ガスＲＧの冷却の熱源を変更したプラントである。よって、本実施形態の原料流体の処理プラントにおける一連の動作のうちの原料予熱工程が、第一実施形態の原料予熱工程（Ｓ３）と異なる。さらに、本実施形態の原料流体の処理プラントにおける一連の動作のうちの反応ガス冷却工程が、第一実施形態の反応ガス冷却工程（Ｓ５）と異なる。
【０２０３】
本実施形態の原料流体の処理プラントも、図６に示すように、以上の実施形態と同様、原料反応設備４０ｂと、反応ガス利用設備１０と、排熱利用設備２０ｂと、を備える。
【０２０４】
本実施形態の原料反応設備４０ｂは、以上の実施形態の原料反応設備と同様、原料反応装置４１ｂと、残留原料除去装置１３０と、を有する。本実施形態の原料反応装置４１ｂは、以上の実施形態の原料反応装置と異なる。一方、本実施形態の残留原料除去装置１３０は、第一実施形態の残留原料除去装置１３０と同じである。
【０２０５】
本実施形態の反応ガス利用設備１０は、以上の実施形態の反応ガス利用設備１０と基本的に同じある。また、本実施形態の排熱利用設備２０ｂは、以上の実施形態の排熱利用設備と異なる。
【０２０６】
本実施形態の排熱利用設備２０ｂは、以上の実施形態と同様、排熱回収ボイラ２１ｂと、低圧蒸気タービン３１と、中圧蒸気タービン３２と、高圧蒸気タービン３３と、復水器３４と、給水ライン３５と、給水ポンプ３６と、煙突３９と、を有する。
【０２０７】
排熱回収ボイラ２１ｂは、以上の実施形態と同様、ガス枠２２と、第一低圧節炭器２３ａと、第二低圧節炭器２３ｂと、低圧蒸発器２３ｃと、低圧過熱器２３ｆと、中圧蒸発器２４ｂと、第一高圧節炭器２５ａと、中圧節炭器２４ａと、第二高圧節炭器２５ｂと、高圧蒸発器２５ｃと、第一高圧過熱器２５ｄと、高圧ポンプ２５ｐと、第一熱媒体加熱器２７と、を有する。本実施形態の排熱回収ボイラ２１は、さらに、第二高圧過熱器２５ｅと、第一高圧再熱器２６ａと、第二高圧再熱器２６ｂと、を有する。
【０２０８】
第一熱媒体加熱器２７、第二高圧再熱器２６ｂ、第二高圧過熱器２５ｅ、第一高圧過熱器２５ｄ及び第一高圧再熱器２６ａ、高圧蒸発器２５ｃの一部、第二高圧節炭器２５ｂ、低圧過熱器２３ｆ、中圧蒸発器２４ｂの一部、中圧節炭器２４ａ、第一高圧節炭器２５ａ、低圧蒸発器２３ｃの一部、第二低圧節炭器２３ｂ、第一低圧節炭器２３ａは、以上の順で、上流側から下流側に向かって、ガス枠２２内に配置されている。なお、第一高圧再熱器２６ａは、排気ガスＥＧの流れ方向で、第一高圧過熱器２５ｄと実質的に同じ位置に配置されている。第二高圧再熱器２６ｂは、第一高圧再熱器２６ａで過熱された蒸気をさらに過熱する。この第二高圧再熱器２６ｂの出口は、高圧再熱蒸気ライン８４により、高圧蒸気タービン３３の入口と接続されている。
【０２０９】
本実施形態の原料反応装置４１ｂは、アンモニア供給ライン４２と、原料アンモニアポンプ４３と、予熱器４４ｅ〜４４ｉと、反応器４５と、反応ガス冷却器４６ｃ，４６ｄと、反応ガスライン４７と、を有する。本実施形態の予熱器４４ｅ〜４４ｉは、第一予熱器４４ｅと、第二予熱器４４ｆと、第三予熱器４４ｇと、第四予熱器４４ｈと、第五予熱器４４ｉと、を有する。また、本実施形態の反応ガス冷却器４６ｃ，４６ｄは、第一反応ガス冷却器４６ｃと、第二反応ガス冷却器４６ｄと、を有する。
【０２１０】
アンモニア供給ライン４２は、第一アンモニア供給ライン４２ａと、第二アンモニア供給ライン４２ｂと、第三アンモニア供給ライン４２ｃと、第四アンモニア供給ライン４２ｄと、第五アンモニア供給ライン４２ｅと、第六アンモニア供給ライン４２ｆと、を有する。
【０２１１】
第一アンモニア供給ライン４２ａの一端は、アンモニアタンクＴに接続され、第一アンモニア供給ライン４２ａの他端は、第一予熱器４４ｅのアンモニア入口に接続されている。第一予熱器４４ｅは、熱交換器である。この第一予熱器４４ｅは、液体アンモニアＮＨと第二熱媒体とを熱交換させて、液体アンモニアＮＨを加熱する一方で、第二熱媒体を冷却する。第二アンモニア供給ライン４２ｂの一端は、第一予熱器４４ｅのアンモニア出口に接続され、この第二アンモニア供給ライン４２ｂの他端は、第二予熱器４４ｆのアンモニア入口に接続されている。第二予熱器４４ｆは、熱交換器である。この第二予熱器４４ｆは、第一予熱器４４ｅで加熱された液体アンモニアＮＨと第二熱媒体とを熱交換させて、液体アンモニアＮＨを加熱して気体アンモニアＮＨｇにする一方で、第二熱媒体を冷却する。第三アンモニア供給ライン４２ｃの一端は、第二予熱器４４ｆのアンモニア出口に接続され、この第三アンモニア供給ライン４２ｃの他端は、第三予熱器４４ｇのアンモニア入口に接続されている。この第三アンモニア供給ライン４２ｃには、回収アンモニアライン１４０が接続されている。第三予熱器４４ｇは、熱交換器である。この第三予熱器４４ｇは、気体アンモニアＮＨｇと第二熱媒体とを熱交換させて、気体アンモニアＮＨｇを加熱する一方で、第二熱媒体を冷却する。第四アンモニア供給ライン４２ｄの一端は、第三予熱器４４ｇのアンモニア出口に接続され、この第四アンモニア供給ライン４２ｄの他端は、第四予熱器４４ｈのアンモニア入口に接続されている。第四予熱器４４ｈは、熱交換器である。この第四予熱器４４ｈは、気体アンモニアＮＨｇと第二熱媒体とを熱交換させて、気体アンモニアＮＨｇを加熱する一方で、第二熱媒体を冷却する。第五アンモニア供給ライン４２ｅの一端は、第四予熱器４４ｈのアンモニア出口に接続され、この第五アンモニア供給ライン４２ｅの他端は、第五予熱器４４ｉのアンモニア入口に接続されている。第五予熱器４４ｉは、熱交換器である。この第五予熱器４４ｉは、気体アンモニアＮＨｇと第二熱媒体とを熱交換させて、気体アンモニアＮＨｇを加熱する一方で、第二熱媒体を冷却する。第六アンモニア供給ライン４２ｆの一端は、第五予熱器４４ｉのアンモニア出口に接続され、この第六アンモニア供給ライン４２ｆの他端は、反応器４５のアンモニア入口に接続されている。
【０２１２】
以上の各実施形態と同様、反応器４５の媒体入口には、第一熱媒体ライン５１が接続されている。この反応器４５の媒体出口には、第一熱媒体回収ライン５２が接続されている。第一熱媒体昇圧機５３は、第一熱媒体回収ライン５２に設けられている。反応器４５は、熱交換器である。この反応器４５は、第五予熱器４４ｉで加熱された気体アンモニアＮＨｇと第一熱媒体ライン５１からの第一熱媒体とを熱交換させて、気体アンモニアＮＨｇをさらに加熱する一方で、第一熱媒体を冷却する。冷却された第一熱媒体は、第一熱媒体回収ライン５２に流入する。第一熱媒体ライン５１及び第一熱媒体回収ライン５２は、第一実施形態と同様、いずれも、排熱回収ボイラ２１ｂの第一熱媒体加熱器２７に接続されている。
【０２１３】
反応ガスライン４７の一端は、反応器４５の反応ガス出口に接続され、反応ガスライン４７の他端は、残留原料除去装置１３０に接続されている。第一反応ガス冷却器４６ｃ及び第二反応ガス冷却器４６ｄは、この反応ガスライン４７に設けられている。
【０２１４】
第二予熱器４４ｆの第二熱媒体入口には、低圧加熱水ライン７６の一端が接続されている。この低圧加熱水ライン７６の他端は、排熱回収ボイラ２１ｂにおける第二低圧節炭器２３ｂの出口に接続されている。よって、この低圧加熱水ライン７６は、第二熱媒体ラインの一種である。第二予熱器４４ｆの第二熱媒体出口には、第一連結加熱水ライン７８ｅの一端が接続されている。この第一連結加熱水ライン７８ｅの他端は、第一予熱器４４ｅの第二熱媒体入口に接続されている。よって、この第一連結加熱水ライン７８ｅは、第二予熱器４４ｆに対する第二熱媒体回収ラインの一種であり、第一予熱器４４ｅに対する第二熱媒体ラインの一種である。第二予熱器４４ｆの第二熱媒体出口には、さらに、第二加熱水回収ライン７８ｂの一端が接続されている。この第二加熱水回収ライン７８ｂの他端は、第二低圧節炭器２３ｂの入口に接続されている。よって、この第二加熱水回収ライン７８ｂは、第二予熱器４４ｆに対する第二熱媒体回収ラインの一種である。第一予熱器４４ｅの第二熱媒体出口には、第一加熱水回収ライン７８ａの一端が接続されている。この第一加熱水回収ライン７８ａの他端は、給水ライン３５に接続されている。よって、この第一加熱水回収ライン７８ａは、第二熱媒体回収ラインの一種である。
【０２１５】
第四予熱器４４ｈの第二熱媒体入口には、高圧加熱水ライン８１の一端が接続されている。この高圧加熱水ライン８１の他端は、排熱回収ボイラ２１ｂの第二高圧節炭器２５ｂの出口に接続されている。よって、この高圧加熱水ライン８１は、第二熱媒体ラインの一種である。第四予熱器４４ｈの第二熱媒体出口には、第二連結加熱水ライン７８ｆの一端が接続されている。この第二連結加熱水ライン７８ｆの他端は、第三予熱器４４ｇの第二熱媒体入口に接続されている。よって、この第二連結加熱水ライン７８ｆは、第四予熱器４４ｈに対する第二熱媒体回収ラインの一種であり、第三予熱器４４ｇに対する第二熱媒体ラインの一種である。第三予熱器４４ｇの第二熱媒体入口には、さらに、中圧加熱水ライン７７の一端が接続されている。この中圧加熱水ライン７７の他端は、中圧節炭器２４ａの出口に接続されている。よって、この中圧加熱水ライン７７は、第三予熱器４４ｇに対する第二熱媒体ラインの一種である。第三予熱器４４ｇの第二熱媒体出口には、第三加熱水回収ライン７８ｃの一端が接続されている。この第三加熱水回収ライン７８ｃの他端は、第二低圧節炭器２３ｂの入口に接続されている。よって、この第三加熱水回収ライン７８ｃは、第二熱媒体回収ラインの一種である。
【０２１６】
第五予熱器４４ｉの第二熱媒体入口には、高圧蒸気ライン８３の一端が接続されている。この高圧蒸気ライン８３の他端は、第二高圧過熱器２５ｅの出口に接続されている。よって、この高圧蒸気ライン８３は、第二熱媒体ラインの一種である。第五予熱器４４ｉの第二熱媒体出口には、高圧蒸気回収ライン８６の一端が接続されている。この高圧蒸気回収ライン８６の他端は、第一高圧再熱器２６ａの入口に接続されている。よって、この高圧蒸気回収ライン８６は、第二熱媒体回収ラインの一種である。
【０２１７】
燃料ライン１２は、第一燃料ライン１２ａと第二燃料ライン１２ｂとを有する。第一反応ガス冷却器４６ｃの第三熱媒体入口には、第一燃料ライン１２ａの一端が接続されている。この第一燃料ライン１２ａの他端は、残留原料除去装置１３０に接続されている。この第一燃料ライン１２ａには、残留原料除去装置１３０で生成された処理済み反応ガスＲＧｐが流れる。第一反応ガス冷却器４６ｃは、熱交換器である。この第一反応ガス冷却器４６ｃは、反応ガスライン４７を流れてきた反応ガスＲＧと第一燃料ライン１２ａを流れてきた燃料としての処理済み反応ガスＲＧｐとを熱交換させて、反応ガスＲＧを冷却する一方で、処理済み反応ガスＲＧｐを加熱する。このため、本実施形態の第一反応ガス冷却器４６ｃは、反応ガスＲＧを冷却する反応ガス冷却器として機能すると共に、ガスタービン１１の燃料である処理済み反応ガスＲＧｐを予熱する燃料予熱器としても機能する。よって、燃料予熱器としても機能する第一反応ガス冷却器４６ｃは、原料反応装置４１ｂの構成要素であると共に、反応ガス利用設備１０の構成要素でもある。
【０２１８】
処理済み反応ガスＲＧｐは、第一反応ガス冷却器４６ｃで反応ガスＲＧを冷却する第三熱媒体の一種である。よって、処理済み反応ガスＲＧｐが流れる第一燃料ライン１２ａは、第三熱媒体ラインの一種である。第一反応ガス冷却器４６ｃの第三熱媒体出口には、第二燃料ライン１２ｂの一端が接続されている。この第二燃料ライン１２ｂの他端は、燃焼器１１ｃに接続されている。
【０２１９】
第二反応ガス冷却器４６ｄの第三熱媒体入口には、分岐給水ライン９１の一端が接続されている。分岐給水ライン９１の他端は、給水ライン３５に接続されている。よって、給水は、第二反応ガス冷却器４６ｄに対する第三熱媒体の一種である。また、分岐給水ライン９１は、第三熱媒体ラインの一種である。第二反応ガス冷却器４６ｄは、熱交換器である。この第二反応ガス冷却器４６ｄは、反応ガスライン４７を流れてきた反応ガスＲＧと分岐給水ライン９１を流れてきた給水とを熱交換させて、反応ガスＲＧを冷却する。第二反応ガス冷却器４６ｄの第三熱媒体出口には、給水回収ライン７５の一端が接続されている。この給水回収ライン７５の他端は、給水ライン３５に接続されている。よって、この給水回収ライン７５は、第三熱媒体回収ラインの一種である。
【０２２０】
本実施形態の原料予熱工程でも、以上の実施形態と同様、液体アンモニアＮＨが原料アンモニアポンプ４３により昇圧されてから、予熱器４４４ｅ〜４４ｉに流入して、この予熱器４４ｅ〜４４ｉで、第二熱媒体との熱交換により予熱される。
【０２２１】
原料アンモニアポンプ４３で昇圧された液体アンモニアＮＨは、まず、第一予熱器４４ｅに流入し、ここで第二熱媒体との熱交換で予熱される。第一予熱器４４ｅに流入する第二熱媒体は、第二予熱器４４ｆから第一連結加熱水ライン７８ｅを介して第一予熱器４４ｅに流入する加熱水である。第一予熱器４４ｅで、液体アンモニアＮＨとの熱交換で冷却された加熱水は、第一加熱水回収ライン７８ａを介して、給水ライン３５に流入する。
【０２２２】
第一予熱器４４ｅで予熱された液体アンモニアＮＨは、第二予熱器４４ｆに流入し、ここで第二熱媒体との熱交換でさらに予熱され、気体アンモニアＮＨｇになる。よって、本実施形態では、第一予熱器４４ｅと第二予熱器４４ｄとが、液体アンモニアＮＨに対する気化器として機能する。また、第一予熱器４４ｅは、液体アンモニアＮＨに対する液相予熱器として機能し、第二予熱器４４ｄは、液体アンモニアＮＨに対する相変化予熱器として機能する。第二予熱器４４ｆに流入する第二熱媒体は、第二低圧節炭器２３ｂから低圧加熱水ライン７６を介して第二予熱器４４ｆに流入する低圧加熱水である。第二予熱器４４ｆで、液体アンモニアＮＨとの熱交換で冷却された加熱水の一部は、前述したように、第一連結加熱水ライン７８ｅを介して、第一予熱器４４ｅに流入する。この加熱水の他の一部は、第二加熱水回収ライン７８ｂを介して、第二低圧節炭器２３ｂに流入する。
【０２２３】
第二予熱器４４ｆで生成された気体アンモニアＮＨｇは、第三予熱器４４ｇに流入し、ここで第二熱媒体との熱交換でさらに予熱される。第三予熱器４４ｇに流入する第二熱媒体は、第四予熱器４４ｈから第二連結加熱水ライン７８ｆを介して第三予熱器４４ｇに流入する加熱水と、中圧節炭器２４ａから中圧加熱水ライン７７を介して第三予熱器４４ｇに流入する中圧加熱水とである。第三予熱器４４ｇで、気体アンモニアＮＨｇとの熱交換で冷却された加熱水は、第三加熱水回収ライン７８ｃを介して、第二低圧節炭器２３ｂに流入する。
【０２２４】
第三予熱器４４ｇで予熱された気体アンモニアＮＨｇは、第四予熱器４４ｈに流入し、ここで第二熱媒体との熱交換でさらに予熱される。第四予熱器４４ｈに流入する第二熱媒体は、第二高圧節炭器２５ｂから高圧加熱水ライン８１を介して第四予熱器４４ｈに流入する高圧加熱水である。第四予熱器４４ｈで、気体アンモニアＮＨｇとの熱交換で冷却された加熱水は、前述したように、第二連結加熱水ライン７８ｆを介して、第三予熱器４４ｇに流入する。
【０２２５】
第四予熱器４４ｈで予熱された気体アンモニアＮＨｇは、第五予熱器４４ｉに流入し、ここで第二熱媒体との熱交換でさらに予熱される。よって、本実施形態では、第三予熱器４４ｇと第四予熱器４４ｈと第五予熱器４４ｉとが、気体アンモニアＮＨｇに対するガス加熱器として機能する。以上で、本実施形態の原料予熱工程が終了する。第五予熱器４４ｉに流入する第二熱媒体は、第二高圧過熱器２５ｅから高圧蒸気ライン８３を介して第五予熱器４４ｉに流入する高圧蒸気である。第五予熱器４４ｉで、気体アンモニアＮＨｇとの熱交換で冷却された蒸気は、高圧蒸気回収ライン８６を介して、第一高圧再熱器２６ａに流入する。第一高圧再熱器２６ａは、第五予熱器４４ｉからの蒸気と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この蒸気を過熱する。第二高圧再熱器２６ｂは、第一高圧再熱器２６ａからの蒸気と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この蒸気を加熱して高圧再熱蒸気にする。この高圧再熱蒸気は、前述したように、高圧再熱蒸気ライン８４を介して、高圧蒸気タービン３３に流入する。高圧蒸気タービン３３は、この高圧再熱蒸気により駆動する。高圧蒸気タービン３３から排気された蒸気の一部は、前述したように、高圧排気蒸気ライン８５を介して中圧蒸気タービン３２に流入する。高圧蒸気タービン３３から排気された蒸気の他の一部は、第二高圧排気蒸気ライン８５ｂを介してリボイラ１３９に流入する。
【０２２６】
第五予熱器４４ｉからの気体アンモニアＮＨｇは、反応器４５に流入し、以上の実施形態と同様に、熱分解反応により、水素と窒素とに分解され、反応ガスＲＧが生成される（反応実行工程）。
【０２２７】
反応ガス冷却工程では、反応ガスＲＧと第三熱媒体との熱交換で、反応ガスＲＧが冷却される。反応器４５からの反応ガスＲＧは、第一反応ガス冷却器４６ｃ、第二反応ガス冷却器４６ｄに順次流入し、これらを通過することで、順次冷却される。
【０２２８】
第一反応ガス冷却器４６ｃでは、反応器４５からの反応ガスＲＧと、第三熱媒体である残留原料除去装置１３０からの処理済み反応ガスＲＧｐとの熱交換により、反応ガスＲＧが冷却される一方で、処理済み反応ガスＲＧｐが加熱される。第一反応ガス冷却器４６ｃで加熱された処理済み反応ガスＲＧｐは、燃料として燃焼器１１ｃに流入する。よって、第一反応ガス冷却器４６ｃは、前述したように燃料予熱器としても機能する。
【０２２９】
第一反応ガス冷却器４６ｃで冷却された反応ガスＲＧは、第二反応ガス冷却器４６ｄに流入する。第二反応ガス冷却器４６ｄでは、この反応ガスＲＧと分岐給水ライン９１からの給水との熱交換により、反応ガスＲＧが冷却される一方で、給水が加熱される。第二反応ガス冷却器４６ｄで加熱された給水は、給水回収ライン７５を介して給水ライン３５に流入する。
【０２３０】
以上で、反応ガス冷却工程が終了する。第二反応ガス冷却器４６ｄで冷却された反応ガスＲＧは、残留原料除去装置１３０に流入し、以上の実施形態と同様に、反応ガスＲＧ中に含まれている残留アンモニアが除去される。
【０２３１】
以上のように、アンモニアＮＨとの熱交換により、アンモニアＮＨを予熱する第二熱媒は、排熱利用熱サイクル内を流れる熱サイクル媒体としての水又は蒸気であってもよい。また、反応ガスＲＧとの熱交換により、反応ガスＲＧを冷却する第三熱媒体は、排熱利用熱サイクル内を流れる熱サイクル媒体としての水であってもよい。また、第三熱媒体は、燃料としての処理済み反応ガスＲＧｐであってもよい。
【０２３２】
本実施形態では、第一熱媒体加熱器２７からの第一熱媒体を反応器４５で利用し、第二高圧過熱器２５ｅからの第二熱媒体（高圧蒸気）を第五予熱器４４ｉで利用し、第二高圧節炭器２５ｂからの第二熱媒体（高圧加熱水）を第四予熱器４４ｈで利用し、中圧節炭器２４ａからの第二熱媒体（中圧加熱水）を第三予熱器４４ｇで利用し、第二低圧節炭器２３ｂからの第二熱媒体（低圧加熱水）を第二予熱器４４ｆで利用する。
【０２３３】
ここで、各熱媒体の必要な温度の高低関係は、以下の通りである。
反応器４５で利用する第一熱媒体の必要温度
＞第五予熱器４４ｉで利用する第二熱媒体の必要温度
＞第四予熱器４４ｈで利用する第二熱媒体の必要温度
＞第三予熱器４４ｇで利用する第二熱媒体の必要温度
＞第二予熱器４４ｆで利用する第二熱媒体の必要温度
【０２３４】
以上のように、本実施形態では、原料アンモニアＮＨを反応ガスＲＧにするために、原料アンモニアＮＨの加熱を複数の熱交換器で実行する。しかも、複数の熱交換器毎に、アンモニアＮＨを加熱するために必要十分な温度の熱媒体を供給する。このため、本実施形態では、熱を有効に利用して、原料アンモニアＮＨを反応ガスＲＧにすることができる。よって、本実施形態では、極力低い温度の熱を有効に用いて原料アンモニアＮＨを反応ガスＲＧにすることができる。
【０２３５】
また、本実施形態では、原料流体、即ち、アンモニアＮＨの反応に比較的高温の熱を大量に消費する場合においても、ガスタービン１１に投入する燃料であって、第三熱媒体の一種である処理済み反応ガスＲＧｐを、第一反応ガス冷却器４６ｃでの高温の排熱を用いて、高い温度まで昇温することができる。このため、本実施形態では、ガスタービン１１の必要燃料流量を低減し、プラントの効率を高めることができる。さらに、本実施形態では、以上のことから、液体アンモニアＮＨを反応ガスＲＧにするにあたって、結果として、排気ガスＥＧの熱利用効率が高まり、この観点からもプラントの効率を高めることができる。
【０２３６】
本実施形態における原料流体の加熱について、図７を参照して説明する。なお、図７は、図４と同様、アンモニア（実線）、及びアンモニアを加熱する熱源（破線）に関するＴ−Ｑ線図である。また、図７中で、横軸は熱量を示し、縦軸は温度を示す。
【０２３７】
第一予熱器（液相予熱器）４４ｅでは、前述したように、液体アンモニアＮＨと液相予熱用第二熱媒体とが熱交換され、液体アンモニアＮＨが液体のまま加熱される。第二予熱器（相変化予熱器）４４ｆでは、前述したように、第一予熱器（液相予熱器）４４ｅからの液体アンモニアＮＨと相変化予熱用第二熱媒体とが熱交換され、液体アンモニアＮＨが加熱されて気化し、気体アンモニアＮＨｇになる。この気体アンモニアＭＨｇは、第三予熱器（ガス加熱器）４４ｇ、第四予熱器（ガス加熱器）４４ｈ、第五予熱器（ガス加熱器）４４ｉのそれぞれで順次加熱される。図７では、この気体アンモニアＭＨｇの加熱（予熱）過程での熱量変化に対する温度変化を簡略化して、一直線で描いている。
【０２３８】
第二予熱器（相変化予熱器）４４ｆには、第二低圧節炭器２３ｂから低圧加熱水ライン７６を介して第二予熱器４４ｆに流入する低圧加熱水が、相変化予熱用第二熱媒体として供給される。また、第一予熱器（液相予熱器）４４ｅには、第二予熱器（相変化予熱器）４４ｆから流出した相変化予熱用第二熱媒体の一部が液相予熱用第二熱媒体として供給される。よって、相変化予熱用第二熱媒体の流量と液相予熱用第二熱媒体の流量とは、異なる。さらに、第二予熱器（相変化予熱器）４４ｆの入口における相変化予熱用第二熱媒体の温度と、第一予熱器（液相予熱器）４４ｅの入口における液相予熱用第二熱媒体の温度とは、異なる。よって、相変化予熱用第二熱媒体と液相予熱用第二熱媒体とは、いずれも水であるが、互いに異なる第二熱媒体である。
【０２３９】
ここで、相変化予熱用第二熱媒体の流量は、液相予熱用第二熱媒体の流量よりも多い。また、相変化予熱用第二熱媒体の定圧比熱と液相予熱用第二熱媒体の定圧比熱とは、同等である。よって、相変化予熱用第二熱媒体の定圧比熱と流量との積は、液相予熱用第二熱媒体の定圧比熱と流量との積よりも大きい。相変化や化学反応を伴わない媒体に関するＴ−Ｑ線の傾きは、定圧比熱と流量との積、即ち、単位時間当たりの熱容量に反比例する。従って、図７において、相変化予熱用第二熱媒体のＴ−Ｑ線の傾きは、液相予熱用第二熱媒体のＴ−Ｑ線の傾きよりも小さい。アンモニアが気化する際は、熱を受取りつつ、一定の温度で蒸発するため、アンモニアのＴ−Ｑ線は横軸に平行となり、相変化予熱用第二熱媒体とアンモニアとは、一定に近い小さな温度差を保ったまま熱交換する。一方、第一予熱器（液相予熱器）４４ｅでは、液体アンモニアが液体のまま予熱されるため、このアンモニアのＴ−Ｑ線は傾きを持っている。また、液相予熱用第二熱媒体は、前述したように、定圧比熱と流量との積、即ち、単位時間当たりの熱容量が小さいから、この液相予熱用第二熱媒体のＴ−Ｑ線の傾きは大きい。
【０２４０】
第二加熱水回収ライン７８ｂを経由して、第二低圧節炭器２３ｂに返す水の流量を加減すると、液相予熱用第二熱媒体の流量を調整することができる。このため、液相予熱用第二熱媒体の単位時間当たりの熱容量、即ち定圧比熱と流量との積を、液体アンモニアの単位時間当たりの熱容量、即ち定圧比熱と流量との積と同等にして、液体アンモニアと液相予熱用第二熱媒体のＴ−Ｑ線の傾きを同等とすることが可能である。そこで、本実施形態では、液相予熱用第二熱媒体の流量を調整することで、液体アンモニアと液相予熱用第二熱媒体のＴ−Ｑ線の傾きを同等にして、液体アンモニアと液相予熱用第二熱媒体とのの温度差を一定に保ったまま、両者間で熱交換させる。この結果、本実施形態では、最小限の流量の液相予熱用第二熱媒体で液体アンモニアを予熱することができ、熱を効果的に利用することができる。
【０２４１】
また、本実施形態では、前述したように、相変化予熱用第二熱媒体の定圧比熱と流量との積は、液相予熱用第二熱媒体の定圧比熱と流量との積よりも大きい。よって、本実施形態では、大きな熱量が必要な液体アンモニアの気化には、この液体アンモニアに大きな熱量を供給し、小さな熱量で十分な相変化を伴わない気体アンモニアの予熱には小さな熱量を供給することができる。
【０２４２】
以上のことから、本実施形態では、第二熱媒体のＴ−Ｑ線をアンモニア（原料流体）のＴ−Ｑ線に沿わせることができる。このため、本実施形態では、第二熱媒体とアンモニア（原料流体）の温度差を縮小し、温度レベル毎に必要な熱量を過不足なく供給し、熱利用効率を高め、プラント効率を高めることができる。
【０２４３】
なお、相変化予熱用第二熱媒体と液相予熱用第二熱媒体とは異なる媒体である必要があるが、両者が異なる物質である必要はなく、定圧比熱と流量の積、即ち熱容量や、温度が異なっていればよい。
【０２４４】
また、第二予熱器（相変化予熱器）４４ｆに、相変化予熱用第二熱媒体として気相の熱媒体を供給し、この第二予熱器（相変化予熱器）４４ｆで相変化予熱用第二熱媒体を凝縮させてもよい。第二予熱器（相変化予熱器）４４ｆで、気相の相変化予熱用第二熱媒体を凝縮させ、その際の凝縮熱により、液体アンモニア（原料流体）を気化させると、図８に示すように、相変化予熱用第二熱媒体と原料流体との両者の温度を一定に維持し、且つ両者の温度差ΔＴ２を小さくした状態で、両者を熱交換させることができる。このように、第二予熱器（相変化予熱器）４４ｆに、気相の相変化予熱用第二熱媒体を供給し、ここで、この相変化予熱用第二熱媒体を凝縮させることで、熱利用効率を高め、プラント効率を高めることができる。このような気相の第二気化用第二熱媒体としては、後ほど、第六実施形態で説明するように、低圧蒸発器２３ｄで蒸発した水蒸気や、低圧蒸気タービン３１の中間段から抽気した水蒸気等がある。
【０２４５】
「第四実施形態」
原料流体の処理プラントの第四実施形態について、図９及び図１０を参照して説明する。
【０２４６】
本実施形態の原料流体の処理プラントは、第三実施形態の原料流体の処理プラントの変形例である。本実施形態の原料流体の処理プラントでは、第三実施形態の原料流体の処理プラントよりも、アンモニアＮＨの熱分解反応を促進している。よって、本実施形態の原料流体の処理プラントにおける一連の動作のうちの反応実行工程が、第二実施形態の反応実行工程と異なる。
【０２４７】
本実施形態の原料流体の処理プラントも、以上の実施形態と同様、図９に示すように、原料反応設備４０ｃと、反応ガス利用設備１０と、排熱利用設備２０ｃと、を備える。
【０２４８】
排熱利用設備２０ｃの排熱回収ボイラ２１ｃは、第三実施形態の排熱回収ボイラ２１ｂと同様、ガス枠２２と、第一低圧節炭器２３ａと、第二低圧節炭器２３ｂと、低圧蒸発器２３ｃと、低圧過熱器２３ｆと、中圧節炭器２４ａと、中圧蒸発器２４ｂと、第一高圧節炭器２５ａと、第二高圧節炭器２５ｂと、高圧蒸発器２５ｃと、第一高圧過熱器２５ｄと、第二高圧過熱器２５ｅと、第一高圧再熱器２６ａと、第二高圧再熱器２６ｂと、高圧ポンプ２５ｐと、第一熱媒体加熱器２７ａ，２７ｂと、を有する。本実施形態の排熱回収ボイラ２１ｃは、さらに、第三高圧再熱器２６ｃと、バーナ２８と、を有する。本実施形態の第一熱媒体加熱器２７ａ，２７ｂは、第一低温熱媒体加熱器２７ａと、第一高温熱媒体加熱器２７ｂと、を有する。
【０２４９】
バーナ２８、第一高温熱媒体加熱器２７ｂ、第三高圧再熱器２６ｃ、第一低温熱媒体加熱器２７ａは、ガス枠２２内で、第二高圧再熱器２６ｂよりも、上流側に配置されている。排熱回収ボイラ２１ｃは、ガス枠２２内における第一高温熱媒体加熱器２７ｂよりも排気ガスＥＧの流れの上流側を、排気ガスＥＧの一部が流れる第一排気ガス流路２９ａと排気ガスＥＧの残りの部分が流れる第二排気ガス流路２９ｂとに仕切る仕切り部材２９を有している。バーナ２８、第一高温熱媒体加熱器２７ｂ、第三高圧再熱器２６ｃは、以上の順で、上流側から下流側に向かって、第一排気ガス流路２９ａ内に配置されている。バーナ２８には、燃料ライン１２から分岐した分岐燃料ライン１２ｃが接続されている。バーナ２８は、分岐燃料ライン１２ｃからの燃料としての処理済み反応ガスＲＧｐを、第一排気ガス流路２９ａ内を流れる排気ガスＥＧ中に噴射する。ガス枠２２内に噴射された燃料は、燃焼する。この結果、燃焼ガスが生成され、第一排気ガス流路２９ａ内では高温のガスが流れる。ガス枠２２内で、仕切り部材２９よりも下流側では、第一排気ガス流路２９ａを流れる燃焼ガスと、第二排気ガス流路２９ｂを流れる排気ガスＥＧとが合流する。ガス枠２２内で、仕切り部材２９よりも下流側には、第一低温熱媒体加熱器２７ａ、第二高圧再熱器２６ｂが、以上の順序で、配置されている。
【０２５０】
原料反応設備４０ｃにおける原料反応装置４１ｃの反応器４５ａ，４５ｂは、前反応器４５ａと後反応器４５ｂとを有する。
【０２５１】
前反応器４５ａの第一熱媒体入口には、第一低温熱媒体ライン５１ａの一端が接続されている。この第一低温熱媒体ライン５１ａの他端は、第一低温熱媒体加熱器２７ａの出口に接続されている。前反応器４５ａの第一熱媒体出口には、第一低温熱媒体回収ライン５２ａの一端が接続されている。この第一低温熱媒体回収ライン５２ａの他端は、第一低温熱媒体加熱器２７ａの入口に接続されている。第一低温熱媒体加熱器２７ａの入口には、さらに、第二高圧再熱器２６ｂの出口が接続されている。第一低温熱媒体回収ライン５２ａには、第一熱媒体昇圧機５３が設けられている。
【０２５２】
第一低温熱媒体加熱器２７ａの出口には、さらに、第三高圧再熱器２６ｃの入口が接続されている。この第三高圧再熱器２６ｃの出口には、高圧再熱蒸気ライン８４の一端が接続されている。この高圧再熱蒸気ライン８４の他端は、高圧蒸気タービン３３の入口に接続されている。
【０２５３】
第一低温熱媒体加熱器２７ａの出口には、さらに、第一高温熱媒体加熱器２７ｂの入口が接続されている。この第一高温熱媒体加熱器２７ｂの出口には、第一高温熱媒体ライン５１ｂの一端が接続されている。この第一高温熱媒体ライン５１ｂの他端は、後反応器４５ｂの第一熱媒体入口に接続されている。この後反応器４５ｂの第一熱媒体出口には、第一高温熱媒体回収ライン５２ｂの一端が接続されている。この第一高温熱媒体回収ライン５２ｂの他端は、前反応器４５ａの第一熱媒体入口に接続されている。
【０２５４】
第一低温熱媒体加熱器２７ａには、第二高圧再熱器２６ｂで過熱された蒸気と、第一低温熱媒体回収ライン５２ａからの蒸気とが流入する。第一低温熱媒体加熱器２７ａは、これら蒸気と排気ガスＥＧとを熱交換させて、これら蒸気を過熱する。
【０２５５】
第一低温熱媒体加熱器２７ａで過熱された蒸気の一部は、第一低温熱媒体として、第一低温熱媒体ライン５１ａを介して、前反応器４５ａに流入する。第一低温熱媒体加熱器２７ａで過熱された蒸気の他の一部は、第三高圧再熱器２６ｃに流入する。第三高圧再熱器２６ｃには、高温の燃焼ガスが接する。ガスタービン１１からの排気ガスＥＧ中には、バーナ２８からの燃料が投入され、この燃料が燃焼して高温の燃焼ガスが生成される。第三高圧再熱器２６ｃには、この高温の燃焼ガスが接する。第三高圧再熱器２６ｃは、この高温の燃焼ガスと蒸気とを熱交換させて、この蒸気を過熱する。この蒸気は、高圧再熱蒸気ライン８４を介して、高圧蒸気タービン３３に流入し、この高圧蒸気タービン３３を駆動させる。よって、本実施形態の高圧蒸気タービン３３に流入する蒸気の温度は、第三実施形態の高圧蒸気タービン３３に流入する蒸気の温度よりも高くなる。このため、本実施形態では、高圧蒸気タービン３３の出力を高めることができる。
【０２５６】
第一低温熱媒体加熱器２７ａで過熱された蒸気の残りは、第一高温熱媒体加熱器２７ｂに流入する。第一高温熱媒体加熱器２７ｂは、前述の高温混合ガスと蒸気とを熱交換させて、この蒸気を過熱する。この蒸気は、第一高温熱媒体として、第一高温熱媒体ライン５１ｂを介して、後反応器４５ｂに流入する。この第一高温熱媒体の温度は、第一低温熱媒体の温度よりも高い。
【０２５７】
本実施形態の反応実行工程でも、以上の実施形態と同様、気体のアンモニアＮＨと第一熱媒体とを熱交換させて、気体のアンモニアＮＨを加熱して熱分解反応させて、反応ガスＲＧを生成する。
【０２５８】
第五予熱器４４ｉで予熱された気体アンモニアＮＨｇは、前反応器４５ａに流入する。この前反応器４５ａには、第一低温熱媒体として、後反応器４５ｂから第一高温熱媒体回収ライン５２ｂを介して蒸気が流入する。さらに、この前反応器４５ａには、第一低温熱媒体として、第一低温熱媒体加熱器２７ａから第一低温熱媒体ライン５１ａを介して蒸気が流入する。前反応器４５ａは、気体アンモニアＮＨｇと第一低温熱媒体とを熱交換させて、気体アンモニアＮＨｇを加熱する一方で、第一低温熱媒体を冷却する。冷却された第一低温熱媒体である蒸気は、第一低温熱媒体回収ライン５２ａを介して、第一低温熱媒体加熱器２７ａに流入する。また、加熱された気体アンモニアＮＨｇは、その一部が熱分解反応して、水素と酸素とアンモニアとを含む反応ガスＲＧになる。
【０２５９】
前反応器４５ａで生成された反応ガスＲＧは、後反応器４５ｂに流入する。この後反応器４５ｂには、第一高温熱媒体として、第一高温熱媒体加熱器２７ｂで過熱された蒸気が流入する。後反応器４５ｂは、前反応器４５ａからの反応ガスＲＧと第一高温熱媒体とを熱交換させて、反応ガスＲＧを加熱する一方で、第一高温熱媒体を冷却する。冷却された第一高温熱媒体である蒸気は、第一高温熱媒体ライン５１ｂを介して、第一低温熱媒体として前反応器４５ａに流入する。加熱された反応ガスＲＧ中に含まれている気体アンモニアＮＨｇは、その一部が熱分解反応して、水素と酸素とアンモニアＮＨを含む反応ガスＲＧになる。
【０２６０】
本実施形態における原料流体の加熱について、図１０を参照して説明する。なお、図１０は、図４等と同様、アンモニア（実線）、及びアンモニアを加熱する熱源（破線）に関するＴ−Ｑ線図である。また、図１０中で、横軸は熱量を示し、縦軸は温度を示す。
【０２６１】
アンモニアの熱分解反応は、この反応環境の温度が高いほど促進される。また、図１０に示すように、熱分解反応中、アンモニアの濃度が低くなると、熱量の増加量に対する温度の上昇量が次第に大きくなる。本実施形態では、前述したように、まず、気体アンモニアＮＨｇを前反応器４５ａに流入させ、第一低温熱媒体と熱交換させて、水素と酸素とアンモニアとを含む反応ガスＲＧにする。本実施形態では、さらに、この反応ガスＲＧを後反応器４５ｂに流入させ、第一低温熱媒体よりも高温の第一高温熱媒体と熱交換させ、反応ガスＲＧ中に含まれているアンモニアを熱分解反応させる。よって、本実施形態では、後反応器４５ｂから流出する反応ガスＲＧに含まれている残留アンモニアの濃度を、以上の実施形態における反応器４５から流出する反応ガスＲＧに含まれている残留アンモニアの濃度よりも低くすることができる。
【０２６２】
第一、第二及び第三実施形態では、ガスタービン１１の排気ガスＥＧのみを熱源として、アンモニア（原料流体）の熱分解反応に用いる第一熱媒体を生成している。このため、第一、第二及び第三実施形態では、ガスタービン１１の出口における排気ガスＥＧの温度を上回る温度の第一熱媒体を得、ガスタービン１１の出口における排気ガスＥＧの温度を上回る温度で、原料流体を反応させることはできない。一方、本実施形態では、排気ガスＥＧに燃料を投入、追焚きしているので、反応ガス利用設備（排気ガス発生設備）であるガスタービン１１の出口における排気ガスＥＧの温度を上回る温度の第一熱媒体を得て、反応ガス利用設備（排気ガス発生設備）であるガスタービン１１の出口における排気ガスＥＧの温度を上回る温度で、原料流体を反応させることができる。また、本実施形態では、ガスタービン１１の排気ガスＥＧを分流し、その一部のみに燃料を追加投入し、燃焼させている。このため、少ない追加投入燃料で排気ガスの温度を上昇させることができる。従って、プラント効率を高めることができる。
【０２６３】
また、本実施形態では、後反応器４５ｂで使用後の第一高温熱媒体に第一低温熱媒体加熱器２７ａから供給された蒸気を加えたものが、第一低温熱媒体として前反応器４５ａに供給される。従って、本実施形態では、前反応器４５ａの熱源である第一低温熱媒体の流量は第一高温熱媒体よりも大きい。第一低温熱媒体と第一高温熱媒体は同等の圧力であり、定圧比熱も同等であるので、第一低温熱媒体の定圧比熱と流量との積、つまり、単位時間当たりの熱容量は、第一高温熱媒体の定圧比熱と流量との積よりも大きい。相変化や化学反応を伴わない媒体においてはＴ−Ｑ線の傾きは定圧比熱と流量の積、即ち、単位時間当たりの熱容量に反比例する。従って、図１０に示すように、前反応器４５ａにおける第一低温熱媒体のＴ−Ｑ線の傾きは、後反応器４５ｂにおける第一高温熱媒体のＴ−Ｑ線の傾きよりも小さい。
【０２６４】
前反応器４５ａの温度レベルは、アンモニア（原料流体）の反応が最も活発に進行する温度付近であり、反応に大きな熱量を必要とするため、前反応器４５ａ内でのアンモニアのＴ−Ｑ線の傾きは小さい。一方、後反応器４５ｂ内では、残存するアンモニアの量が減少して、反応量が減少、反応に必要な熱量も減少するので、少ない熱量で温度が上昇するようになる。従って、後反応器４５ｂ内でのアンモニアのＴ−Ｑ線の傾きは大きい。
【０２６５】
第一低温熱媒体加熱器２７ａから、第一低温熱媒体ライン５１ａを介して、後反応器４５ｂを経由せずに前反応器４５ａに供給される蒸気の流量を加減すると、第一低温熱媒体と第一高温熱媒体の熱容量とを独立して調整することができる。そこで、第一低温熱媒体の熱容量を調節することにより、この第一低温熱媒体のＴ−Ｑ線の傾きを前反応器４５ａ内のアンモニア及び反応ガスのＴ−Ｑ線の傾きに近付けることができる。さらに、第一高温熱媒体の熱容量を調節することにより、この第一高温熱媒体のＴ−Ｑ線の傾きを、後反応器４５ｂ内のアンモニア及び反応ガスのＴ−Ｑ線の傾きに近付けることができる。
【０２６６】
本実施形態では、前述したように、第一低温熱媒体の定圧比熱と流量との積が、第一高温熱媒体の定圧比熱と流量との積よりも大きい。よって、本実施形態では、反応が活発に進行し、必要熱量が大きい前反応器４５ａには大きな熱量を供給し、必要熱量が小さい後反応器４５ｂには小さな熱量を供給することができる。
【０２６７】
以上のことから、本実施形態では、第一低温熱媒体、第一高温熱媒体それぞれのＴ−Ｑ線を、前反応器４５ａ、後反応器４５ｂそれぞれにおけるアンモニア及び反応ガスのＴ−Ｑ線に沿わせることができる。このため、本実施形態では、第一熱媒体とアンモニア（原料流体）及び反応ガスとの温度差を縮小し、温度レベル毎に必要な熱量を過不足なく供給し、熱利用効率を高め、プラント効率を高めることができる。
【０２６８】
なお、第一低温熱媒体と第一高温熱媒体とは異なる媒体である必要があるが、両者が異なる物質である必要はなく、定圧比熱と流量の積、即ち熱容量や、温度が異なっていればよい。
【０２６９】
また、本実施形態では、前述したように、反応ガスＲＧに含まれている残留アンモニアの濃度を低くすることができるので、残留原料除去装置１３０での消費エネルギーを抑えることできる。
【０２７０】
本実施形態では、高温の第一高温熱媒体を用いて、後反応器４５ｂで反応ガスの温度をさらに高めているので、第一反応ガス冷却器４６ｃの入口における反応ガスＲＧの温度は第三実施形態よりも高い。従って、第一反応ガス冷却器４６ｃにおいて、燃料である処理済み反応ガスＲＧｐを第三実施形態よりも高い温度まで予熱して、ガスタービン１１の燃焼器１１ｃに投入することができる。従って、本実施形態では、ガスタービン１１の燃料消費量を低減し、プラント効率をさらに高めることができる。ガスタービン１１は熱サイクルの一種であり、処理済み反応ガスＲＧｐは熱サイクルで利用される第三熱媒体の一種である。従って、高温の第三熱媒体を熱サイクルで利用することが可能となり、前述したように、プラント効率が高まる。本実施形態では、反応ガス利用設備（排気ガス発生設備）の一種であるガスタービン１１の出口における排気ガスＥＧの温度よりも高い温度で、後反応器４５ｂでの反応を実現することが可能である。このため、反応ガス利用設備（排気ガス発生設備）の一種であるガスタービン１１の出口における排気ガスＥＧの温度よりも高い温度まで第三熱媒体の温度を高めることができる。よって、本実施形態において、このように構成することで、プラント効率をさらに高めることができる。
【０２７１】
本実施形態では、反応器が前反応器４５ａと後反応器４５ｂとを有し、第一熱媒体加熱器が第一低温熱媒体加熱器２７ａと第一高温熱媒体加熱器２７ｂとを有する。しかしながら、以上の実施形態と同様、反応器が一つで、第一熱媒体加熱器も一つであってもよい。
【０２７２】
本実施形態では、ガス枠２２内を二つの排気ガス流路２９ａ，２９ｂに分割している。しかしながら、ガス枠２２内を二つの排気ガス流路に分割しなくてもよい。この場合、一つの第一熱媒体加熱器は、ガスタービン１１からの排気ガスＥＧ中にバーナ２８から投入された燃料の燃焼で形成された燃焼ガスと第一熱媒体とを熱交換させて、第一熱媒体を加熱する。一つの第一熱媒体加熱器で加熱された第一熱媒体は、一つの反応器４５に流入して、気体アンモニアＮＨｇを加熱し、この気体アンモニアＮＨｇを熱分解反応させる。
【０２７３】
また、処理済み反応ガスＲＧｐが流れる燃料ライン１２に、天然ガスＮＧが流れる天然ガスライン１５を接続してもよい。この天然ガスライン１５は、例えば、燃料ライン１２中で、燃料予熱器（第一反応ガス冷却器４６ｃ）の上流側に接続される。以上のように、燃料ライン１２に天然ガスライン１５を接続することで、例えば、起動時や低負荷時で反応ガスの発生に必要な温度のガスタービン排気ガスが得られない場合に、天然ガスＮＧのみで運転することができる。なお、他の実施形態においても、燃料ライン１２に、天然ガスＮＧが流れる天然ガスライン１５を接続してもよい。また、図示していないが、バーナ２８には処理済み反応ガスＲＧではなく、天然ガスを供給することとしてもよい。このようにすると、バーナ２８の出口の燃焼ガスの温度制御が容易となる。なお、他の実施形態においても、バーナを追加する場合には、このバーナに、処理済み反応ガスＲＧを供給してもよいし、天然ガスを供給してもよい。また、燃料ライン１２に、天然ガス等、反応ガスＲＧや、処理済み反応ガスＲＧｐ以外の燃料のみを供給することもできる。この場合、ガスタービン設備１１は排気ガス発生設備であるが、反応ガス利用設備ではないこととなる。
【０２７４】
「第五実施形態」
原料流体の処理プラントの第五実施形態について、図１１を参照して説明する。
【０２７５】
本実施形態の原料流体の処理プラントは、第二実施形態の原料流体の処理プラントの変形例である。本実施形態の原料流体の処理プラントでは、アンモニアの一部を自己熱分解反応させる。
【０２７６】
本実施形態の原料流体の処理プラントも、以上の実施形態と同様、原料反応設備４０ｄと、反応ガス利用設備１０ｄと、排熱利用設備２０ｄと、を備える。
【０２７７】
本実施形態の原料反応設備４０ｄは、以上の実施形態の原料反応設備と同様、原料反応装置４１ｄと、残留原料除去装置１３０と、を有する。本実施形態の原料反応装置４１ｄは、第二実施形態の原料反応装置４１ａと異なる。一方、本実施形態の残留原料除去装置１３０は、以上の実施形態の残留原料除去装置１３０と同じである。
【０２７８】
本実施形態の反応ガス利用設備１０ｄは、以上の実施形態の反応ガス利用設備１０と基本的に同じある。但し、反応ガス利用設備１０ｄにおける燃料予熱器は、第一燃料予熱器１３ａと、第二燃料予熱器１３ｂと、を有する。また、本実施形態の排熱利用設備２０ｄは、以上の実施形態の排熱利用設備と異なる。
【０２７９】
本実施形態の排熱利用設備２０ｄは、以上の実施形態と同様、排熱回収ボイラ２１と、低圧蒸気タービン３１と、中圧蒸気タービン３２と、高圧蒸気タービン３３と、復水器３４と、給水ライン３５と、給水ポンプ３６と、煙突３９と、を有する。本実施形態の排熱利用設備２０ｄは、さらに、給水を予熱する給水予熱器３７を有する。この給水予熱器３７は、給水ライン３５に設けられている。給水予熱器３７の媒体入口には、抽気蒸気ライン９５の一端が接続されている。この低圧抽気蒸気ライン９５の他端は、低圧蒸気タービン３１のケーシングに接続されている。給水予熱器３７の媒体出口には、抽気蒸気回収ライン９４の一端が接続されている。この抽気蒸気回収ライン９４の他端は、給水ライン３５中で給水予熱器３７よりも復水器３４側の位置に接続されている。排熱回収ボイラ２１は、第二実施形態の排熱回収ボイラ２１と同じである。なお、本実施形態における排熱回収ボイラ２１の高圧過熱器２５ｄの出口には、高圧蒸気ライン８３の一端が接続されている。この高圧蒸気ライン８３の他端は、高圧蒸気タービン３３の入口に接続されている。よって、本実施形態では、第一実施形態と同様、高圧過熱器２５ｄからの高圧蒸気が、高圧蒸気ライン８３を介して、高圧蒸気タービン３３に流入する。
【０２８０】
本実施形態の原料反応装置４１ｄは、第二実施形態の原料反応装置４１ａと同様、アンモニア供給ライン４２と、原料アンモニアポンプ４３と、第一予熱器４４ｃと、第二予熱器４４ｄと、反応器４５ａ，４５ｂと、第一反応ガス冷却器４６ａと、第二反応ガス冷却器４６ｂと、反応ガスライン４７と、を有する。但し、本実施形態の反応器４５ａ，４５ｂは、前反応器４５ａと、後反応器４５ｂと、を有する。本実施形態の原料反応装置４１ｄは、さらに、酸化剤を原料流体ＮＨであるアンモニアＮＨに投入する酸化剤投入装置６０を有する。
【０２８１】
本実施形態における酸化剤は、空気である。酸化剤投入装置６０は、気体の酸化剤が流れる酸化剤受入れライン６１と、この酸化剤受入れライン６１からの酸化剤を冷却する酸化剤冷却器６２と、酸化剤冷却器６２で冷却された酸化剤を圧縮する酸化剤圧縮機６３と、酸化剤圧縮機６３で圧縮された酸化剤を加熱する酸化剤加熱器６４と、酸化剤加熱器６４で加熱された酸化剤を反応器４５に導く酸化剤投入ライン６５と、を有する。
【０２８２】
ガスタービン１１は、この空気圧縮機１１ａにおける吐出口と燃焼器１１ｃの圧縮空気入口とを接続する燃焼用空気通路１１ｂを有する。この燃焼用空気通路１１ｂには、空気圧縮機１１ａからの燃焼用空気が流れる。酸化剤受入れライン６１の一端は、この燃焼用空気通路１１ｂに接続されている。この酸化剤受入れライン６１の他端は、酸化剤圧縮機６３の入口に接続されている。酸化剤冷却器６２は、この酸化剤受入れライン６１に設けられている。酸化剤冷却器６２は、熱交換器である。この酸化剤冷却器６２の媒体入口には、高圧給水ライン７９の一端が接続されている。この高圧給水ライン７９の他端は、排熱回収ボイラ２１における高圧ポンプ２５ｐの吐出口に接続されている。酸化剤冷却器６２の媒体出口には、高圧給水回収ライン８０の一端が接続されている。この高圧給水回収ライン８０の他端は、排熱回収ボイラ２１における高圧蒸発器２５ｃの入口に接続されている。酸化剤圧縮機６３は、酸化剤冷却器６２で冷却された酸化剤を反応器４５ａ，４５ｂに投入可能な圧力にまで昇圧する。酸化剤加熱器６４は、熱交換器である。この酸化剤加熱器６４の媒体入口には、第二高圧加熱水ライン８１ａの一端が接続されている。この第二高圧加熱水ライン８１ａの他端は、排熱回収ボイラ２１における第二高圧節炭器２５ｂの出口に接続されている。酸化剤加熱器６４の媒体出口には、第二高圧加熱水回収ライン８２ａの一端が接続されている。この第二高圧加熱水回収ライン８２ａの他端は、排熱回収ボイラ２１における中圧節炭器２４ａの入口に接続されている。酸化剤投入ライン６５は、第一酸化剤投入ライン６５ｂと第二酸化剤投入ライン６５ｃとを有する。第一酸化剤投入ライン６５ｂの一端及び第二酸化剤投入ライン６５ｃの一端は、いずれも、酸化剤加熱器６４の酸化剤出口に接続されている。第一酸化剤投入ライン６５ｂの他端は、前反応器４５ａに接続されている。また、第二酸化剤投入ライン６５ｃの他端は、後反応器４５ｂに接続されている。
【０２８３】
前反応器４５ａには、酸化剤投入装置６０からの酸化剤の他、第二予熱器４４ｄからの気体アンモニアＮＨｇが流入する。この前反応器４５ａの媒体入口には、第一熱媒体ライン５１の一端が接続されている。この第一熱媒体ライン５１の他端は、第一熱媒体加熱器２７の出口に接続されている。前反応器４５ａの媒体出口には、第一熱媒体回収ライン５２の一端が接続されている。この第一熱媒体回収ライン５２の他端は、第二熱媒体加熱器の入口に接続されている。後反応器４５ｂには、酸化剤投入装置６０からの酸化剤の他、前反応器４５ａからの反応ガスＲＧが流入する。
【０２８４】
後反応器４５ｂには、第一反応ガスライン４７ａが接続されている。この第一反応ガスライン４７ａには、第二実施形態と同様、第一反応ガス冷却器４６ａが設けられている。また、第二反応ガスライン４７ｂは、第二実施形態と同様、第二反応ガス冷却器４６ｂが設けられている。
【０２８５】
反応ガス利用設備１０ｄにおける第一燃料予熱器１３ａには、残留原料除去装置１３０からの処理済み反応ガスＲＧｐが流入する。第一燃料予熱器１３ａの媒体入口には、第二実施形態の燃料予熱器１３と同様、高圧加熱水ライン８１の一端が接続されている。第一燃料予熱器１３ａの媒体出口には、第二実施形態の燃料予熱器１３と同様、高圧加熱水回収ライン８２の一端が接続されている。第二燃料予熱器１３ｂには、第一燃料予熱器１３ａで予熱された処理済み反応ガスＲＧｐが流入し、この処理済み反応ガスＲＧｐをさらに予熱する。第二燃料予熱器１３ｂで予熱された処理済み反応ガスＲＧｐは、燃焼器１１ｃに流入する。
【０２８６】
前述の第一反応ガス冷却器４６ａの第三熱媒体入口には、第一高圧排気蒸気ライン８５ａの一端が接続されている。この第一高圧排気蒸気ライン８５ａの他端は、高圧蒸気タービン３３の出口に接続されている。第一反応ガス冷却器４６ａの第三熱媒体出口には、第二高圧排気蒸気ライン８５ｂの一端が接続されている。この第二高圧排気蒸気ライン８５ｂの他端は、第二燃料予熱器１３ｂの媒体入口に接続されている。第二燃料予熱器１３ｂの媒体出口には、第三高圧排気蒸気ライン８５ｃの一端が接続されている。この第三高圧排気蒸気ライン８５ｃの他端は、中圧蒸気タービン３２の入口に接続されている。
【０２８７】
ガスタービン１１の空気圧縮機１１ａからの燃焼用空気の一部は、酸化剤受入れライン６１を介して、酸化剤として酸化剤冷却器６２に流入する。この酸化剤冷却器６２には、排熱回収ボイラ２１の高圧ポンプ２５ｐからの高圧給水が、高圧給水ライン７９を介して流入する。空気圧縮機１１ａからの燃焼用空気の温度は、例えば、約４５０℃で、この燃焼用空気の圧力は、例えば、約２ＭＰａである。酸化剤冷却器６２は、酸化剤としての燃焼用空気と高圧給水とを熱交換させ、燃焼用空気を冷却する一方で、高圧給水を加熱する。加熱された高圧給水は、高圧給水回収ライン８０を介して、排熱回収ボイラ２１の高圧蒸発器２５ｃに流入する。
【０２８８】
酸化剤圧縮機６３は、酸化剤冷却器６２で冷却された燃焼用空気を圧縮して、昇圧する。第一予熱器４４ｃに流入する液体アンモニアＮＨの圧力は、原料アンモニアポンプ４３により昇圧されて、前述したように、約５ＭＰａである。このため、前反応器４５ａ及び後反応器４５ｂ内の圧力も、約５ＭＰａである。酸化剤圧縮機６３は、酸化剤を前反応器４５ａ及び後反応器４５ｂに投入可能な圧力にまで昇圧する。酸化剤冷却器６２は、この酸化剤圧縮機６３での圧縮動力を低減するために、酸化剤圧縮機６３に流入する前の酸化剤を冷却する。
【０２８９】
酸化剤圧縮機６３で圧縮された燃焼用空気は、酸化剤加熱器６４に流入する。この酸化剤加熱器６４には、第二高圧節炭器２５ｂからの高圧加熱水が第二高圧加熱水ライン８１ａを介して流入する。酸化剤加熱器６４は、酸化剤としての燃焼用空気と高圧加熱水とを熱交換させ、燃焼用空気を加熱する一方で、高圧加熱水を冷却する。酸化剤加熱器６４で冷却された高圧加熱水は、第二高圧加熱水回収ライン８２ａを介して、中圧節炭器２４ａに流入する。酸化剤加熱器６４は、前反応器４５ａ及び後反応器４５ｂに、酸化剤として燃焼用空気と共に熱を供給することで、少ない量の酸化剤で、少ない酸化対象ガスの酸化反応量であっても、前反応器４５ａ及び後反応器４５ｂ内の温度を高めて、前反応器４５ａ及び後反応器４５ｂ内での反応を活性化させる。具体的に、酸化剤加熱器６４は、酸化剤としての燃焼用空気の温度を各反応器４５ａ，４５ｂに流入する酸化対象ガスの温度近く、若しくはこの温度以上にまで高める。
【０２９０】
前反応器４５ａには、第二予熱器４４ｄからの気体アンモニアＮＨｇと酸化剤投入装置６０からの燃焼用空気とが流入する。前反応器４５ａ内では、気体アンモニアＮＨｇの一部が燃焼用空気と酸化反応（燃焼）する。この酸化反応により生じた熱は、気体アンモニアＮＨｇを加熱する。さらに、気体アンモニアＮＨｇは、第一熱媒体加熱器２７で加熱されて第一熱媒体との熱交換で加熱される。よって、この前反応器４５ａ内では、第二実施形態の反応器４５内よりも、気体アンモニアＮＨｇが加熱されて、高温になり、気体アンモニアＮＨｇの熱分解反応が促進される。
【０２９１】
後反応器４５ｂには、前反応器４５ａからの反応ガスＲＧと酸化剤投入装置６０からの燃焼用空気とが流入する。後反応器４５ｂ内では、前反応器４５ａからの反応ガスＲＧ中に含まれている気体アンモニアＮＨｇの一部や前反応器４５ａ内での熱分解反応で生成された水素の一部が燃焼用空気と酸化反応（燃焼）する。この酸化反応により生じた熱は、気体アンモニアＮＨｇを加熱する。よって、この後反応器４５ｂ内では、前反応器４５ａからの反応ガスＲＧ中に含まれている気体アンモニアＮＨｇが加熱されて、この気体アンモニアＮＨｇの熱分解反応がさらに促進される。
【０２９２】
以上のように、本実施形態では、各反応器４５ａ，４５ｂ内に酸化剤を投入することで、各反応器４５ａ，４５ｂ内の気体アンモニアＮＨｇの一部が酸化反応することで、各反応器４５ａ，４５ｂ内での熱分解反応の環境温度を高めることできる。このため、本実施形態では、各反応器４５ａ，４５ｂから流出する反応ガスＲＧ中のアンモニア濃度を低くすることができる。
【０２９３】
本実施形態では、酸化剤として、ガスタービン１１の空気圧縮機１１ａから燃焼用空気を用いる。この燃焼用空気は、空気圧縮機１１ａで既に圧縮された空気であるため、大気よりも高圧の空気である。酸化剤圧縮機６３は、この燃焼用空気を前反応器４５ａ及び後反応器４５ｂに投入可能な圧力にまで昇圧する。このため、酸化剤圧縮機６３で大気を前反応器４５ａ及び後反応器４５ｂに投入可能な圧力にまで昇圧する場合よりも、本実施形態の方が酸化剤圧縮機６３の駆動力を抑えることができる。
【０２９４】
後反応器４５ｂからの反応ガスＲＧは、反応ガスライン４７を介して、第一反応ガス冷却器４６ａに流入する。第一反応ガス冷却器４６ａには、高圧蒸気タービン３３から排気された高圧蒸気が、第三熱媒体として、第一高圧排気蒸気ライン８５ａを介して流入する。第一反応ガス冷却器４６ａでは、後反応器４５ｂからの反応ガスＲＧと、高圧蒸気タービン３３から排気された高圧蒸気との熱交換により、反応ガスＲＧが冷却される一方で、高圧蒸気が過熱される。
【０２９５】
第二予熱器４４ｄでは、第二実施形態と同様、第一反応ガス冷却器４６ａで冷却された反応ガスＲＧと、気体アンモニアＮＨｇとの熱交換により、反応ガスＲＧがさらに冷却される一方で、気体アンモニアＮＨｇが予熱される。
【０２９６】
第二反応ガス冷却器４６ｂは、第二実施形態と同様、第二予熱器４４ｄで冷却された反応ガスＲＧと第三熱媒体としての給水との熱交換により、反応ガスＲＧが冷却される一方で、給水が加熱される。加熱された給水は、第二熱媒体として、第一予熱器４４ｃに流入する。
【０２９７】
第二反応ガス冷却器４６ｂで冷却された反応ガスＲＧは、残留原料除去装置１３０に流入し、第二実施形態と同様に、反応ガスＲＧ中に含まれている残留アンモニアが除去される。
【０２９８】
残留原料除去装置１３０からの処理済み反応ガスＲＧｐは、燃料として、燃料ライン１２を介して、燃焼器１１ｃに流入する。処理済み反応ガスＲＧｐは、この過程で、第一燃料予熱器１３ａ、第二燃料予熱器１３ｂにより順次予熱される。第一燃料予熱器１３ａは、第二実施形態の燃料予熱器１３と同様、第二高圧節炭器２５ｂからの高圧加熱水と処理済み反応ガスＲＧｐとを熱交換させて、処理済み反応ガスＲＧｐを加熱する。第二燃料予熱器１３ｂには、第一燃料予熱器１３ａで加熱された処理済み反応ガスＲＧｐが流入する。第二燃料予熱器１３ｂには、さらに、第一反応ガス冷却器４６ａで過熱された蒸気が、第二高圧排気蒸気ライン８５ｂを介して流入する。第二燃料予熱器１３ｂでは、第一燃料予熱器１３ａで加熱された処理済み反応ガスＲＧｐと第一反応ガス冷却器４６ａからの蒸気との熱交換により、処理済み反応ガスＲＧｐを加熱する一方で、蒸気を冷却する。第二燃料予熱器１３ｂで冷却された蒸気は、第三高圧排気蒸気ライン８５ｃを介して、中圧蒸気タービン３２に流入し、この中圧蒸気タービン３２を駆動させる。第二燃料予熱器１３ｂで加熱された処理済み反応ガスＲＧｐは、燃焼器１１ｃに流入する。
【０２９９】
以上のように、本実施形態では、各反応器４５にアンモニアＮＨの酸化剤を導入して、このアンモニアＮＨの一部を燃焼させ、各反応器４５内での熱分解反応の環境温度をたかめているため、反応ガスライン４７を流れる反応ガスＲＧ中のアンモニア濃度を低くすることができる。このため、本実施形態でも、第四実施形態と同様、残留原料除去装置１３０での消費エネルギーを抑えることできる。
【０３００】
本実施形態では、酸化剤を前反応器４５ａと後反応器４５ｂとに投入する。しかしながら、前反応器４５ａと後反応器４５ｂとのうち、一方の反応器４５に酸化剤と投入するようにしてもよい。なお、酸化剤を前反応器４５ａのみに投入する場合、後反応器４５ｂは不要である。
【０３０１】
本実施形態では、高圧蒸気タービン３３から排気された高圧蒸気に、第一反応ガス冷却器４６ａにおける高温の排熱を回収させる。そして、この高圧蒸気の熱を第二燃料予熱器１３ｂで利用した後、この高圧蒸気を中圧蒸気タービン３２に流入させている。よって、本実施形態では、第二燃料予熱器１３ｂで高い温度まで昇温された処理済み反応ガスＲＧｐをガスタービン１１に供給することができるため、ガスタービン１１の効率が高まると共に、中圧蒸気タービン３２の入口にも高温の蒸気を供給することができるので、蒸気タービンの出力が増大し、プラントの効率を増大することができる。
【０３０２】
ガスタービン１１の排気ガスＥＧのみを熱源として、アンモニアＮＨを分解反応させ、ガスタービン１１に投入される燃料を予熱し、蒸気タービンを駆動する場合、アンモニアの反応温度、ガスタービン１１に投入される燃料の温度、蒸気タービンの入口蒸気温度は、いずれもガスタービン１１の出口における排気ガスＥＧの温度よりも低くなる。しかしながら、本実施形態では、各反応器４５ａ，４５ｂにおいて、酸化剤によってアンモニアや反応ガスの一部を酸化させることによって、これらのガスを昇温しているので、原料流体（ここでは、アンモニア）の反応温度を反応ガス利用設備（又は排気ガス発生設備（ここでは、ガスタービン１１））の出口における排気ガスＥＧの温度よりも高くすることができる。従って、反応器４５の出口における反応ガス中（ここでは、アンモニア分解ガス）の残存原料（ここでは、アンモニア）の濃度を低減することができる。さらに、本実施形態では、ガスタービン１１の出口における排気ガスＥＧよりも高温の反応ガスを冷却する排熱を用いて、ガスタービン投入燃料、蒸気タービン入口蒸気を昇温することができる。このため、本実施形態では、ガスタービン投入燃料温度、蒸気タービン入口蒸気温度を、ガスタービン１１の出口における排気ガスＥＧの温度よりも高めることが可能であり、このような場合には特に高いプラント効率が得られる。つまり、反応ガス利用設備（又は排気ガス発生設備、ここではガスタービン１１）の出口における排気ガスＥＧの温度よりも高い温度まで第三熱媒体（ここでは、高圧蒸気タービン３３から排気された高圧蒸気）の温度を高めることができる。よって、本実施形態において、このように構成することで、プラント効率をさらに高めることができる。
【０３０３】
本実施形態では、原料流体ＮＨの酸化剤として、燃焼用空気を用いる。しかしながら、酸化剤は燃焼用空気に限定されず、例えば、大気、酸素等、原料流体ＮＨを酸化反応させることができる気体であれば、如何なる気体であってもよい。
【０３０４】
本実施形態では、給水予熱器３７により、復水器３４からの給水が低圧蒸気タービン３１から抽気された蒸気との熱交換で加熱される。低圧蒸気タービン３１から抽気された蒸気は、給水との熱交換により、凝縮して水になる。この水は、給水中に流入する。よって、本実施形態では、排熱回収ボイラ２１に流入する給水の温度を高めることができる。排熱回収ボイラ２１に流入する給水の温度が高くなると、排熱回収ボイラ２１における各低圧節炭器２３ａ，２３ｂの入口及び出口の水温が高まり、低圧加熱水ライン７６を介して第一予熱器４４ｃに供給される水温も高まる。そこで、予熱器でアンモニアを加熱するための熱量が少ない場合には、本実施形態のように、給水予熱器３７を設けると、予熱器に十分な量の熱を供給することが可能になる。よって、本実施形態のように、予熱器でアンモニアを加熱するための熱量が少ない場合には、給水予熱器３７を設けることが好ましい。
【０３０５】
「第六実施形態」
原料流体の処理プラントの第六実施形態について、図１２を参照して説明する。
【０３０６】
本実施形態の原料流体の処理プラントは、第三実施形態の原料流体の処理プラントの変形例である。本実施形態の原料流体の処理プラントでは、第五実施形態と同様、アンモニアＮＨの一部を自己熱分解反応させる。
【０３０７】
本実施形態の原料流体の処理プラントも、以上の実施形態と同様、原料反応設備４０ｅと、反応ガス利用設備１０と、排熱利用設備２０ｅと、を備える。
【０３０８】
本実施形態の原料反応設備４０ｅは、以上の実施形態の原料反応設備と同様、原料反応装置４１ｅと、残留原料除去装置１３０と、を有する。本実施形態の原料反応装置４１ｅは、第三実施形態の原料反応装置４１ｂと異なる。一方、本実施形態の残留原料除去装置１３０は、以上の実施形態の残留原料除去装置１３０と同じである。
【０３０９】
本実施形態の反応ガス利用設備１０は、第三実施形態の反応ガス利用設備１０と同じある。また、本実施形態の排熱利用設備２０ｅは、第三実施形態の排熱利用設備２０ｂと基本的に同じである。但し、原料反応装置４１ｅを第三実施形態と異ならせた関係で、排熱利用設備２０ｅを構成する各機器に接続されているライン構成等が第三実施形態と異なる。また、排熱回収ボイラ２１ｅの構成も、第三実施形態の構成と異なる。
【０３１０】
本実施形態の排熱回収ボイラ２１ｅは、基本的に、第三実施形態の排熱回収ボイラ２１ｂと同様である。但し、本実施形態の排熱回収ボイラ２１ｅは、低圧蒸発器として、第一低圧蒸発器２３ｄと、第二低圧蒸発器２３ｅとを有する。第一低圧蒸発器２３ｄは、第一低圧節炭器２３ａと第二低圧節炭器２３ｂとの間に配置されている。第二低圧蒸発器２３ｅは、第二低圧節炭器２３ｂと第一高圧節炭器２５ａとの間に配置されている。第一低圧蒸発器２３ｄは、第一低圧節炭器２３ａからの水の一部と排気ガスＥＧとを熱交換させて、水を加熱する。第二低圧節炭器２３ｂは、第一低圧節炭器２３ａからの水の他の一部と排気ガスＥＧとを熱交換させて、水を加熱する。第二低圧蒸発器２３ｅは、第二低圧節炭器２３ｂからの加熱水と排気ガスＥＧとを熱交換させて、この加熱水を加熱して蒸気にする。この蒸気は、低圧過熱器２３ｆでさらに過熱されて低圧蒸気になる。
【０３１１】
本実施形態の原料反応装置４１ｅは、第三実施形態の原料反応装置４１ｂと同様、アンモニア供給ライン４２と、原料アンモニアポンプ４３と、第一予熱器４４ｅと、第二予熱器４４ｆと、第三予熱器４４ｇと、第四予熱器４４ｈと、第五予熱器４４ｉと、反応器４５ａ，４５ｂと、第一反応ガス冷却器４６ｃと、第二反応ガス冷却器４６ｄと、反応ガスライン４７と、を有する。但し、本実施形態の反応器４５ａ，４５ｂは、第五実施形態と同様、前反応器４５ａと、後反応器４５ｂと、を有する。本実施形態の原料反応装置４１ｅは、さらに、第五実施形態と同様、酸化剤をアンモニアに投入する酸化剤投入装置６０ｅを有する。
【０３１２】
本実施形態における酸化剤も、第五実施形態と同様、空気である。酸化剤投入装置６０ｅは、第五実施形態と同様、酸化剤受入れライン６１と、酸化剤冷却器６２ａ，６２ｂと、酸化剤圧縮機６３と、酸化剤加熱器６４と、酸化剤投入ライン６５と、を有する。但し、本実施形態の酸化剤冷却器６２ａ，６２ｂは、第一酸化剤冷却器６２ａと、第二酸化剤冷却器６２ｂと、を有する。
【０３１３】
酸化剤受入れライン６１の一端は、ガスタービン１１の燃焼用空気通路１１ｂに接続されている。この酸化剤受入れライン６１の他端は、酸化剤圧縮機６３の入口に接続されている。第一酸化剤冷却器６２ａ及び第二酸化剤冷却器６２ｂは、この酸化剤受入れライン６１に設けられている。
【０３１４】
第一酸化剤冷却器６２ａの媒体入口には、高圧給水ライン７９の一端が接続されている。この高圧給水ライン７９の他端は、排熱回収ボイラ２１ｅにおける高圧ポンプ２５ｐの吐出口に接続されている。第一酸化剤冷却器６２ａの媒体出口には、高圧給水回収ライン８０の一端が接続されている。この高圧給水ライン７９の他端は、排熱回収ボイラ２１ｅにおける高圧蒸発器２５ｃの入口に接続されている。第二酸化剤冷却器６２ｂの媒体入口には、第二分岐給水ライン９１ａの一端が接続されている。この第二分岐給水ライン９１ａの他端は、給水ライン３５に接続されている。第二酸化剤冷却器６２ｂの媒体出口には、第二給水回収ライン７５ａの一端が接続されている。この第二給水回収ライン７５ａの他端は、給水ライン３５中で、第二分岐給水ライン９１ａと給水ライン３５との接続位置よりも排熱回収ボイラ２１ｅ側の位置である。
【０３１５】
本実施形態における第二予熱器４４ｆの第二熱媒体入口には、低温低圧蒸気ライン８８ａの一端及び低圧抽気蒸気ライン９０の一端が接続されている。低温低圧蒸気ライン８８ａの他端は、排熱回収ボイラ２１ｅにおける第一低圧蒸発器２３ｄの出口に接続されている。低圧抽気蒸気ライン９０の他端は、低圧蒸気タービン３１のケーシングに接続されている。第二予熱器４４ｆの第二熱媒体出口には、連結低圧加熱水ライン７８ｅの一端が接続されている。この連結低圧加熱水ライン７８ｅの他端は、第一予熱器４４ｅの第二熱媒体入口に接続されている。第二予熱器４４ｆの第二熱媒体出口には、さらに、第二加熱水回収ライン７８ｂの一端が接続されている。この第二加熱水回収ライン７８ｂの他端は、第一低圧蒸発器２３ｄの入口及び第二低圧節炭器２３ｂの入口に接続されている。第一予熱器４４ｅの第二熱媒体出口には、第一加熱水回収ライン７８ａの一端が接続されている。この第一加熱水回収ライン７８ａの他端は、給水ライン３５に接続されている。
【０３１６】
第四予熱器４４ｈの第二熱媒体入口には、中圧抽気蒸気ライン９３の一端が接続されている。この中圧抽気蒸気ライン９３の他端は、中圧蒸気タービン３２のケーシングに接続されている。第四予熱器４４ｈの第二熱媒体出口には、連結中圧蒸気ライン８９の一端が接続されている。この連結中圧蒸気ライン８９の他端は、第三予熱器４４ｇの第二熱媒体入口に接続されている。第三予熱器４４ｇの第二熱媒体入口には、さらに、第二中圧排気蒸気ライン８７ａの一端が接続されている。この第二中圧排気蒸気ライン８７ａの他端は、中圧蒸気タービン３２の出口に接続されている。第三予熱器４４ｇの第二熱媒体出口には、第三加熱水回収ライン７８ｃの一端が接続されている。この第三加熱水回収ライン７８ｃの他端は、第一低圧蒸発器２３ｄの入口及び第二低圧節炭器２３ｂの入口に接続されている。
【０３１７】
第五予熱器４４ｉの第二熱媒体入口には、第三実施形態と同様、高圧蒸気ライン８３の一端が接続されている。この高圧蒸気ライン８３の他端は、第二高圧過熱器２５ｅの出口に接続されている。第五予熱器４４ｉの第二熱媒体出口には、第三実施形態と同様、高圧蒸気回収ライン８６の一端が接続されている。この高圧蒸気回収ライン８６の他端は、第一高圧再熱器２６ａの入口に接続されている。
【０３１８】
原料アンモニアポンプ４３で昇圧された液体アンモニアＮＨは、第三実施形態と同様、第一予熱器４４ｅに流入し、ここで第二熱媒体との熱交換で予熱される。第一予熱器４４ｅに流入する第二熱媒体は、第二予熱器４４ｆから第一連結加熱水ライン７８ｅを介して第一予熱器４４ｅに流入する加熱水である。第一予熱器４４ｅで、液体アンモニアＮＨとの熱交換で冷却された加熱水は、第一加熱水回収ライン７８ａを介して、給水ライン３５に流入する。
【０３１９】
第一予熱器４４ｅで予熱された液体アンモニアＮＨは、第二予熱器４４ｆに流入し、ここで第二熱媒体との熱交換でさらに予熱され、気体アンモニアＮＨｇになる。第二予熱器４４ｆに流入する第二熱媒体は、第一低圧蒸発器２３ｄから低温低圧蒸気ライン８８ａを介して第二予熱器４４ｆに流入する低温低圧蒸気と、低圧蒸気タービン３１から低圧抽気蒸気ライン９０を介して第二予熱器４４ｆに流入する低圧抽気蒸気である。この第二予熱器４４ｆでは、アンモニアが液体から気体に一定の温度で相変化する共に、このアンモニアとの熱交換対象である水も気体から液体に一定の温度で相変化する。このように、アンモニアとその熱交換対象との双方が一定の温度で相変化するため、図８を用いて前述したように、双方の温度差を小さくすることができ、熱利用効率を高めることができる。この第二予熱器４４ｆで、液体アンモニアＮＨとの熱交換で生成された加熱水の一部は、前述したように、連結低圧加熱水ライン７８ｅを介して第一予熱器４４ｅに流入する。また、この第二予熱器４４ｆで、液体アンモニアＮＨとの熱交換で生成された加熱水の残りは、第二加熱水回収ライン７８ｂを介して、第一低圧蒸発器２３ｄ及び第二低圧節炭器２３ｂに流入する。
【０３２０】
第二予熱器４４ｆで生成された気体アンモニアＮＨｇは、第三予熱器４４ｇに流入し、ここで第二熱媒体との熱交換でさらに予熱される。第三予熱器４４ｇに流入する第二熱媒体は、第四予熱器４４ｈから連結中圧蒸気ライン８９を介して第三予熱器４４ｇに流入する蒸気と、中圧蒸気タービン３２から第二中圧排気蒸気ライン８７ａを介して第三予熱器４４ｇに流入する蒸気とである。第三予熱器４４ｇで、気体アンモニアＮＨｇとの熱交換で冷却された蒸気は、凝縮して加熱水になる。この加熱水は、第三加熱水回収ライン７８ｃを介して、第一低圧蒸発器２３ｄ及び第二低圧節炭器２３ｂに流入する。
【０３２１】
第三予熱器４４ｇで予熱された気体アンモニアＮＨｇは、第四予熱器４４ｈに流入し、ここで第二熱媒体との熱交換でさらに予熱される。第四予熱器４４ｈに流入する第二熱媒体は、中圧蒸気タービン３２から抽気され、中圧抽気蒸気ライン９３を介して第四予熱器４４ｈに流入する抽気中圧蒸気である。第四予熱器４４ｈで、気体アンモニアＮＨｇとの熱交換で冷却された蒸気は、前述したように、連結中圧蒸気ライン８９を介して第三予熱器４４ｇに流入する。
【０３２２】
第四予熱器４４ｈで予熱された気体アンモニアＮＨｇは、第五予熱器４４ｉに流入し、ここで第二熱媒体との熱交換でさらに予熱される。第五予熱器４４ｉに流入する第二熱媒体は、第三実施形態と同様、第二高圧過熱器２５ｅから高圧蒸気ライン８３を介して第五予熱器４４ｉに流入する高圧蒸気である。第五予熱器４４ｉで、気体アンモニアＮＨｇとの熱交換で冷却された蒸気は、第三実施形態と同様、高圧蒸気回収ライン８６を介して、第一高圧再熱器２６ａに流入する。
【０３２３】
ここで、排熱回収ボイラ２１、蒸気タービン３１，３２，３３、復水器３４、給水ポンプ３６、及び、これらを接続する各種配管は、ランキンサイクルを構成しており、これは第一熱サイクルの一種である。また、中圧蒸気タービン３２の中間段、中圧蒸気タービン３２の出口は、それぞれ、第一熱サイクル中の第一部の一種である。これらの箇所から取得された蒸気（第一熱サイクル媒体）は、それぞれ、第二熱媒体ラインの一種である、中圧抽気蒸気ライン９３、第二中圧排気蒸気ライン８７ａによって、第四予熱器４４ｈ、第三予熱器４４ｇに導かれる。第四予熱器４４ｈ及び第三予熱器４４ｇで、原料流体（ここではアンモニア）との熱交換で冷却された各蒸気が凝縮して生じた水は、第二熱媒体回収ラインの一種である第三加熱水回収ライン７８ｃによって、前記第一熱サイクル中の第一部よりも低い温度の水（第一熱サイクル媒体）が流れる第一低圧節炭器２３ａの出口（第二部）に導かれる。第二熱媒体ラインの一種である低圧抽気蒸気ライン９０は、低圧蒸気タービン３１の中間段（第一熱サイクル中の第一部）を流れる蒸気（第一熱サイクル媒体）の一部を第二予熱器４４ｆに導く。また、第二熱媒体ラインの一種である低温低圧蒸気ライン８８ａは、第一低圧蒸発器２３ｄで発生した蒸気の一部を第二予熱器４４ｆに導く。第二熱媒体回収ラインの一種である第一加熱水回収ライン７８ａは、第二予熱器４４ｆ及び第一予熱器４４ｅで原料流体（ここではアンモニア）と熱交換して冷却された蒸気が凝縮して生じた水を前記第一部よりも低い温度の水（第一熱サイクル媒体）が流れる給水ライン３５（第二部）に導く。本構成により、熱サイクル中から適切な温度の熱を過不足なく予熱器に供給、原料流体の予熱に用いることができる。このため、本実施形態では、熱利用効率が高まる。
【０３２４】
ガスタービン１１の空気圧縮機１１ａからの燃焼用空気の一部は、酸化剤受入れライン６１を介して、酸化剤として第一酸化剤冷却器６２ａ及び第二酸化剤冷却器６２ｂに流入する。第一酸化剤冷却器６２ａには、第五実施形態の酸化剤冷却器６２と同様、排熱回収ボイラ２１ｅの高圧ポンプ２５ｐからの高圧給水が、高圧給水ライン７９を介して流入する。第一酸化剤冷却器６２ａは、酸化剤としての燃焼用空気と高圧給水とを熱交換させ、燃焼用空気を冷却する一方で、高圧給水を加熱する。加熱された高圧給水は、第五実施形態と同様、高圧給水回収ライン８０を介して、排熱回収ボイラ２１ｅの高圧蒸発器２５ｃに流入する。第二酸化剤冷却器６２ｂには、第一酸化剤冷却器６２ａで冷却された燃焼用空気が流入する。この第二酸化剤冷却器６２ｂには、第二分岐給水ライン９１ａを介して給水も流入する。第二酸化剤冷却器６２ｂは、酸化剤としての燃焼用空気と給水とを熱交換させ、燃焼用空気を冷却する一方で、給水を加熱する。加熱された給水は、第二給水回収ライン７５ａを介して、給水ライン３５に流入する。
【０３２５】
酸化剤圧縮機６３は、第二酸化剤冷却器６２ｂで冷却された燃焼用空気を圧縮して、昇圧する。本実施形態では、第二酸化剤冷却器６２ｂで、第一酸化剤冷却器６２ａで冷却された燃焼用空気をさらに給水で冷却しているため、酸化剤圧縮機６３に流入する燃焼用空気の温度を第五実施形態よりも低くすることができる。よって、本実施形態では、第五実施形態よりも、酸化剤圧縮機６３の駆動力を抑えることができる。酸化剤圧縮機６３で圧縮された燃焼用空気は、酸化剤加熱器６４に流入する。この酸化剤加熱器６４には、第五実施形態と同様、第二高圧節炭器２５ｂからの高圧加熱水が第二高圧加熱水ライン８１ａを介して流入する。酸化剤加熱器６４は、酸化剤としての燃焼用空気と高圧加熱水とを熱交換させ、燃焼用空気を加熱する一方で、高圧加熱水を冷却する。酸化剤加熱器６４で冷却された高圧加熱水は、第五実施形態と同様、第二高圧加熱水回収ライン８２ａを介して、中圧節炭器２４ａに流入する。酸化剤加熱器６４は、前反応器４５ａ及び後反応器４５ｂ内での反応を活性化させるため、燃焼用空気の温度を各反応器４５ａ，４５ｂに流入する酸化対象ガスの温度近く、若しくはこの温度以上にまで高める。
【０３２６】
前反応器４５ａには、第五予熱器４４ｉからの気体アンモニアＮＨｇと酸化剤投入装置６０ｅからの燃焼用空気とが流入する。前反応器４５ａ内では、気体アンモニアＮＨｇの一部が燃焼用空気と酸化反応（燃焼）する。この酸化反応により生じた熱は、気体アンモニアＮＨｇを加熱する。さらに、気体アンモニアＮＨｇは、第一熱媒体加熱器２７で加熱された第一熱媒体との熱交換で加熱される。よって、この前反応器４５ａ内では、第三実施形態の反応器４５内よりも、液体アンモニアＮＨｇが加熱されて、高温になり、アンモニアの熱分解反応が促進される。
【０３２７】
後反応器４５ｂには、前反応器４５ａからの反応ガスＲＧと酸化剤投入装置６０ｅからの燃焼用空気とが流入する。後反応器４５ｂ内では、前反応器４５ａからの反応ガスＲＧ中に含まれている気体アンモニアＮＨｇの一部が燃焼用空気と酸化反応（燃焼）する。この酸化反応により生じた熱は、残っている気体アンモニアＮＨｇを加熱する。よって、この後反応器４５ｂ内では、前反応器４５ａからの反応ガスＲＧ中に含まれている気体アンモニアＮＨｇが加熱されて、この気体アンモニアＮＨｇの熱分解反応が促進される。
【０３２８】
以上のように、本実施形態でも、第五実施形態と同様、各反応器４５ａ，４５ｂ内に酸化剤を投入することで、各反応器４５ａ，４５ｂ内のアンモニアＮＨの一部が酸化反応することで、各反応器４５ａ，４５ｂ内での熱分解反応の環境温度を高めることできる。このため、本実施形態は、各反応器４５ａ，４５ｂから流出する反応ガスＲＧ中のアンモニア濃度を低くすることができる。
【０３２９】
後反応器４５ｂからの反応ガスＲＧは、反応ガスライン４７、第一反応ガス冷却器４６ｃ、第二反応ガス冷却器４６ｄを介して、残留原料除去装置１３０に流入し、第三実施形態と同様に、反応ガスＲＧ中に含まれている残留アンモニアが除去される。
【０３３０】
「第七実施形態」
原料流体の処理プラントの第七実施形態について、図１３を参照して説明する。
【０３３１】
本実施形態の原料流体の処理プラントは、第二実施形態の原料流体の処理プラントの変形例である。本実施形態の原料流体の処理プラントは、アンモニアＮＨの予熱時の熱交換対象である第二熱媒体を排気ガスＥＧにしたプラントである。
【０３３２】
本実施形態の原料流体の処理プラントも、以上の実施形態と同様、原料反応設備４０ｆと、反応ガス利用設備１０ｆと、排熱利用設備２０ｆと、を備える。
【０３３３】
本実施形態の原料反応設備４０ｆは、以上の実施形態の原料反応設備と同様、原料反応装置４１ｆと、残留原料除去装置１３０と、を有する。本実施形態の原料反応装置４１ｆは、第二実施形態の原料反応装置４１ａと異なる。一方、本実施形態の残留原料除去装置１３０は、以上の実施形態の残留原料除去装置１３０と同じである。
【０３３４】
本実施形態の反応ガス利用設備１０ｆは、以上の実施形態の反応ガス利用設備と基本的に同じある。本実施形態の排熱利用設備２０ｆは、前述したように、アンモニアＮＨの予熱時の熱交換対象である第二熱媒体を排気ガスＥＧにした関係上、第二実施形態の排熱利用設備２０ａと異なる。
【０３３５】
本実施形態の原料反応装置４１ｆは、アンモニア供給ライン４２と、原料アンモニアポンプ４３と、第一予熱器４４ｊと、第二予熱器４４ｋと、第三予熱器４４ｍと、反応器４５と、第一反応ガス冷却器４６ｅと、第二反応ガス冷却器４６ｆと、反応ガスライン４７と、を有する。
【０３３６】
アンモニア供給ライン４２は、アンモニアタンクＴと反応器４５とを接続する。第一予熱器４４ｊ、第二予熱器４４ｋ、第三予熱器４４ｍは、いずれも、このアンモニア供給ライン４２に設けられている。
【０３３７】
本実施形態の第一予熱器４４ｊ及び第二予熱器４４ｋは、伝熱管を有している。第一予熱器４４ｊの伝熱管及び第二予熱器４４ｋの伝熱管は、排熱回収ボイラ２１のガス枠２２内に配置されている。第一予熱器４４ｊは、排気ガスＥＧの流れ方向で、第一低圧節炭器２３ａと実質的に同じ位置に配置されている。第二予熱器４４ｋは、排気ガスＥＧの流れ方向で、第一低圧節炭器２３ａと第二低圧節炭器２３ｂとの間に配置されている。よって、第二予熱器４４ｋは、第一予熱器４４ｊよりも、排気ガスＥＧの流れ方向の上流側に配置されている。また、第一予熱器４４ｊ及び第二予熱器４４ｋは、複数の蒸発器のうち、最も下流側の蒸発器である低圧蒸発器２３ｃよりも下流側に配置されている。一方、第一熱媒体加熱器２７は、複数の蒸発器のうち、最も上流側に蒸発器である高圧蒸発器２５ｃよりも上流側に配置されている。よって、第一予熱器４４ｊ及び第二予熱器４４ｋと第一熱媒体加熱器２７との間には、全ての蒸発器が配置されている。
【０３３８】
第一予熱器４４ｊの伝熱管内及び第二予熱器４４ｋの伝熱管内には、アンモニアＮＨが流れる。本実施形態で、伝熱管内のアンモニアＮＨと熱交換する第二熱媒体は、ガス枠２２内を流れる排気ガスＥＧである。よって、ガス枠２２の一部は、第二熱媒体が流れる第二熱媒体ラインを構成する。言い換えると、第二熱媒体ラインは、ガス枠２２の一部を有して構成されている。
【０３３９】
反応ガスライン４７は、第一反応ガスライン４７ａと第二反応ガスライン４７ｂとを有する。第一反応ガスライン４７ａの一端は、反応器４５の反応ガス出口に接続されている。この第一反応ガスライン４７ａの他端は、第三予熱器４４ｍの第二熱媒体入口に接続されている。よって、本実施形態では、反応ガスＲＧが第二熱媒体の一種である。第一反応ガス冷却器４６ｅは、この第一反応ガスライン４７ａに設けられている。第二反応ガスライン４７ｂの一端は、第二予熱器４４ｋの第二熱媒体出口に接続され、この第二反応ガスライン４７ｂの他端は、残留原料除去装置１３０に接続されている。第二反応ガス冷却器４６ｆは、この第二反応ガスライン４７ｂに設けられている。
【０３４０】
第一反応ガス冷却器４６ｅの第三熱媒体入口には、第一燃焼用空気ライン１４ａの一端が接続されている。よって、第一反応ガス冷却器４６ｅで反応ガスＲＧと熱交換する第三熱媒体は、燃焼用空気である。この第一燃焼用空気ライン１４ａの他端は、ガスタービン１１の燃焼用空気通路１１ｂに接続されている。第一反応ガス冷却器４６ｅの第三熱媒体出口には、第二燃焼用空気ライン１４ｂの一端が接続されている。この第二燃焼用空気ライン１４ｂの他端は、燃焼器１１ｃに接続されている。
【０３４１】
以上のように、第一反応ガス冷却器４６ｅの入口には、第一燃焼用空気ライン１４ａの一端が接続されており、第二実施形態のように、高圧蒸気ライン８３は接続されていない。本実施形態では、高圧過熱器２５ｄの出口と高圧蒸気タービン３３の入口とを高圧蒸気ライン８３で直接接続する。
【０３４２】
第二反応ガス冷却器４６ｆの第三熱媒体入口には、給水ライン３５から分岐している分岐給水ライン９１が接続されている。よって、第二反応ガス冷却器４６ｆで反応ガスＲＧと熱交換する第三熱媒体は、給水である。第二反応ガス冷却器４６ｆの第三熱媒体出口には、加熱水回収ライン７８の一端が接続されている。この加熱水回収ライン７８の他端は、第二低圧節炭器２３ｂの入口に接続されている。
【０３４３】
原料アンモニアポンプ４３で昇圧された液体アンモニアＮＨは、まず、第一予熱器４４ｊに流入し、ここで第二熱媒体としての排気ガスＥＧとの熱交換で予熱される。第一予熱器４４ｊで予熱された液体アンモニアＮＨは、第二予熱器４４ｋに流入し、ここで、第二熱媒体としての排気ガスＥＧとの熱交換でさらに予熱される。この結果、液体アンモニアＮＨは気化して、気体アンモニアＮＨｇになる。
【０３４４】
第二予熱器４４ｋで生成された気体アンモニアＮＨｇは、第三予熱器４４ｍに流入する。第三予熱器４４ｍには、第一反応ガス冷却器４６ｅから第一反応ガスライン４７ａを介して反応ガスＲＧも流入する。第三予熱器４４ｍでは、気体アンモニアＮＨｇと反応ガスＲＧとの熱交換により、気体アンモニアＮＨｇがさらに予熱される一方で、反応ガスＲＧが冷却される。よって、この第二予熱器４４ｋは、アンモニアを予熱する予熱器として機能すると共に、反応ガスＲＧを冷却する反応ガス冷却器としても機能する。
【０３４５】
第三予熱器４４ｍで予熱された気体アンモニアＮＨｇは、反応器４５に流入する。反応器４５には、第二実施形態と同様、第一熱媒体も流入する。反応器４５では、第一熱媒体と気体アンモニアＮＨｇとの熱交換により、気体アンモニアＮＨｇが加熱される。この結果、気体アンモニアＮＨｇは熱分解反応して、反応ガスＲＧになる。
【０３４６】
反応器４５で生成された反応ガスＲＧは、第一反応ガス冷却器４６ｅに流入する。この第一反応ガス冷却器４６ｅには、ガスタービン１１の空気圧縮機１１ａから燃焼用空気通路１１ｂ及び第一燃焼用空気ライン１４ａを介して、燃焼用空気が第三熱媒体として流入する。第一反応ガス冷却器４６ｅでは、反応ガスＲＧと燃焼用空気との熱交換で、反応ガスＲＧが冷却される一方で、燃焼用空気が加熱される。よって、第一反応ガス冷却器４６ｅは、反応ガスＲＧを冷却する反応ガス冷却器として機能すると共に、燃焼用空気を加熱する空気予熱器としても機能する。反応ガス利用設備１０ｆは、ガスタービン１１の他、この空気予熱器としても機能する第一ガス冷却器４６ｅを有する。
【０３４７】
第一反応ガス冷却器４６ｅで冷却された反応ガスＲＧは、前述したように、第一反応ガスライン４７ａを介して、第三予熱器４４ｍに流入する。この第三予熱器４４ｍでは、前述したように、反応ガスＲＧがアンモニアＮＨとの熱交換でさらに冷却される。
【０３４８】
第三予熱器４４ｍで冷却された反応ガスＲＧは、第二反応ガスライン４７ｂを介して、第二反応ガス冷却器４６ｆに流入する。第二反応ガス冷却器４６ｆには、分岐給水ライン９１から給水が第三熱媒体として流入する。第二反応ガス冷却器４６ｆでは、反応ガスＲＧと給水との熱交換により、反応ガスＲＧが冷却される一方で、給水が加熱される。第二反応ガス冷却器４６ｆで冷却された反応ガスＲＧは、第二反応ガスライン４７ｂを介して、残留原料除去装置１３０に流入し、ここで、反応ガスＲＧ中に含まれている残留アンモニアが除去される。また、第二反応ガス冷却器４６ｆで加熱された給水は、加熱水回収ライン７８を介して、第二低圧節炭器２３ｂに流入する。
【０３４９】
本実施形態では、全ての蒸発器や過熱器等で多くの熱を奪われた排気ガスＥＧ、つまり低温の排気ガスＥＧの熱をアンモニアＮＨの予熱に利用する。よって、本実施形態では、低温の排気ガスＥＧの熱を有効利用することができる。
【０３５０】
本実施形態では、燃焼器１１ｃに流入する燃焼用空気を反応ガスＲＧの熱を利用して、予熱する。このため、燃焼器１１ｃに流入する燃焼用空気の温度が高まり、ガスタービン１１の効率を高めることができる。
【０３５１】
「第八実施形態」
原料流体の処理プラントの第八実施形態について、図１４及び図１５を参照して説明する。
【０３５２】
本実施形態の原料流体の処理プラントは、第五実施形態の原料流体の処理プラントの変形例である。本実施形態の原料流体の処理プラントでは、第五実施形態に対して、アンモニアＮＨを予熱する第二熱媒体、及び、反応ガスＲＧを冷却する第三熱媒体を、変更した。
【０３５３】
本実施形態の原料流体の処理プラントも、以上の実施形態と同様、図１４に示すように、原料反応設備４０ｇと、反応ガス利用設備１０と、排熱利用設備２０ｇと、を備える。
【０３５４】
本実施形態の原料反応設備４０は、以上の実施形態の原料反応設備４０と同様、原料反応装置４１ｇと、残留原料除去装置１３０と、を有する。本実施形態の原料反応装置４１ｇは、第二熱媒体及び第三熱媒体を第五実施形態に対して変更した関係で、第二実施形態の原料反応装置４１ｄと異なる。一方、本実施形態の残留原料除去装置１３０は、以上の実施形態の残留原料除去装置１３０と同じである。
【０３５５】
本実施形態の反応ガス利用設備１０は、以上の実施形態の反応ガス利用設備と基本的に同じある。本実施形態の排熱利用設備２０ｇは、第五実施形態の排熱利用設備２０ｄと基本的に同じである。但し、本実施形態の排熱利用設備２０ｇは、高圧蒸気タービン３３の出口と中圧蒸気タービン３２の入口とを高圧排気蒸気ライン８５で直接接続している点で、第五実施形態の排熱利用設備２０ｄと異なる。
【０３５６】
本実施形態の原料反応装置４１ｇは、アンモニア供給ライン４２と、原料アンモニアポンプ４３と、第一予熱器４４ｃと、第二予熱器４４ｄと、第三予熱器４４ｎと、前反応器４５ａと、後反応器４５ｂと、第一反応ガス冷却器４６ｇと、第二反応ガス冷却器４６ｈと、第三反応ガス冷却器４６ｉと、第四反応ガス冷却器４６ｊと、第一反応ガスライン４７ａと、第二反応ガスライン４７ｂと、酸化剤投入装置６０ｇと、ブレイトンサイクル１００と、熱サイクル１１０と、ランキンサイクル１２０と、を有する。
【０３５７】
第一予熱器４４ｃ、第二予熱器４４ｄ、及び第三予熱器４４ｎは、いずれも、アンモニア供給ライン４２に設けられている。第一予熱器４４ｃの第二熱媒体入口には、第二実施形態及び第五実施形態の第一予熱器４４ｃと同様、低圧加熱水ライン７６の一端が接続されている。この低圧加熱水ライン７６の他端は、第二低圧節炭器２３ｂの出口に接続されている。第一予熱器４４ｃの第二熱媒体出口には、第二実施形態及び第五実施形態の第一予熱器４４ｃと同様、加熱水回収ライン７８の一端が接続されている。この加熱水回収ライン７８の他端は、第二低圧節炭器２３ｂの入口に接続されている。第二予熱器４４ｄの第二熱媒体入口には、第二実施形態及び第五実施形態の第二予熱器４４ｄと同様、第一反応ガスライン４７ａの一端が接続されている。この第一反応ガスライン４７ａの他端は、後反応器４５ｂに接続されている。第二予熱器４４ｄの第二熱媒体出口には、第二実施形態及び第五実施形態の第二予熱器４４ｄと同様、第二反応ガスライン４７ｂの一端が接続されている。この第二反応ガスライン４７ｂの他端は、残留原料除去装置１３０に接続されている。
【０３５８】
第三予熱器４４ｎは、第五実施形態の原料反応装置４１ｄに新たに追加した予熱器である。この第三予熱器４４ｎの第二熱媒体入口及び第二熱媒体出口は、いずれも、ブレイトンサイクル１００に接続されている。このブレイトンサイクル１００については、後ほど詳細に説明する。
【０３５９】
酸化剤投入装置６０ｇは、第五実施形態の酸化剤投入装置６０と基本的に同様である。但し、実施形態の酸化剤投入装置６０ｇの酸化剤投入ライン６５は、主酸化剤投入ライン６５ａと、第一酸化剤投入ライン６５ｂと、第二酸化剤投入ライン６５ｃと、を有する。主酸化剤投入ライン６５ａの一端は、酸化剤圧縮機６３に接続されている。主酸化剤投入ライン６５ａの他端には、第三反応ガス冷却器４６ｉの第三熱媒体入口に接続されている。この第三反応ガス冷却器４６ｉの第三熱媒体出口には、第一酸化剤投入ライン６５ｂの一端及び第二酸化剤投入ライン６５ｃの一端が接続されている。第一酸化剤投入ライン６５ｂの他端は、第五実施形態と同様、前反応器４５ａに接続されている。また、第二酸化剤投入ライン６５ｃの他端は、第五実施形態と同様、後反応器４５ｂに接続されている。よって、酸化剤投入装置６０ｇからの酸化剤は、第五実施形態と同様、前反応器４５ａと後反応器４５ｂとに投入される。
【０３６０】
第一反応ガス冷却器４６ｇ、第二反応ガス冷却器４６ｈ、及び第三反応ガス冷却器４６ｉは、第一反応ガスライン４７ａに設けられている。第一反応ガス冷却器４６ｇの第三熱媒体入口及び第三熱媒体出口は、いずれも、前述のブレイトンサイクル１００に接続されている。第二反応ガス冷却器４６ｈの第三熱媒体入口及び第三熱媒体出口は、いずれも、熱サイクル１１０に接続されている。この熱サイクル１１０については、後ほど詳細に説明する。
【０３６１】
第三反応ガス冷却器４６ｉの第三熱媒体入口には、前述したように、主酸化剤投入ライン６５ａが接続されている。この第三反応ガス冷却器４６ｉの第三熱媒体出口には、第一酸化剤投入ライン６５ｂ及び第二酸化剤投入ライン６５ｃが接続されている。この第三反応ガス冷却器４６ｉは、主酸化剤投入ライン６５ａからの酸化剤と第一反応ガスライン４７ａを流れる反応ガスＲＧとを熱交換させて、酸化剤を加熱する一方で、反応ガスＲＧを冷却する。よって、第三反応ガス冷却器４６ｉは、反応ガスＲＧに対しては反応ガス冷却器として機能し、酸化剤に対しては酸化剤加熱器として機能する。
【０３６２】
第四反応ガス冷却器４６ｊは、第二反応ガスライン４７ｂに設けられている。この第四反応ガス冷却器４６ｊの第三熱媒体入口及び第三熱媒体出口は、いずれも、ランキンサイクル１２０に接続されている。このランキンサイクル１２０については、後ほど詳細に説明する。
【０３６３】
ブレイトンサイクル１００内を循環するブレイトンサイクル媒体は、例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素、空気等のガスである。ブレイトンサイクル媒体は、ブレイトンサイクル１００内を循環する過程で相変化しない。このブレイトンサイクル１００は、熱サイクルの一種で、図１５に示すように、ブレイトンサイクル媒体を圧縮する媒体圧縮機１０１と、媒体圧縮機１０１で圧縮されたブレイトンサイクル媒体を加熱する媒体加熱器１０２と、媒体加熱器１０２で加熱されたブレイトンサイクル媒体で駆動する媒体タービン１０３と、媒体タービン１０３から排気されたブレイトンサイクル媒体を冷却して媒体圧縮機１０１に戻す媒体冷却器１０４とを有する。
【０３６４】
媒体加熱器１０２は、前述の第一反応ガス冷却器４６ｇである。この第一反応ガス冷却器４６ｇには、媒体圧縮機１０１で圧縮されたブレイトンサイクル媒体が第三熱媒体入口から流入する。第一反応ガス冷却器４６ｇでは、反応ガスＲＧとブレイトンサイクル媒体との熱交換により、反応ガスＲＧが冷却される一方で、ブレイトンサイクル媒体が加熱される。よって、第一反応ガス冷却器４６ｇは、反応ガスＲＧに対しては反応ガス冷却器として機能し、ブレイトンサイクル媒体に対しては媒体加熱器として機能する。第一反応ガス冷却器４６ｇの第三熱媒体出口からは、この第一反応ガス冷却器４６ｇで加熱されたブレイトンサイクル媒体が流出する。このブレイトンサイクル媒体は、媒体タービン１０３に流入する。媒体冷却器１０４は、前述の第三予熱器４４ｎである。この第三予熱器４４ｎには、媒体タービン１０３から排気されたブレイトンサイクル媒体が第三熱媒体入口から流入する。第三予熱器４４ｎでは、アンモニアとブレイトンサイクル媒体との熱交換により、アンモニアが加熱される一方で、ブレイトンサイクル媒体が冷却される。よって、第三予熱器４４ｎは、アンモニアに対しては予熱器として機能し、ブレイトンサイクル媒体に対しては媒体冷却器として機能する。
【０３６５】
熱サイクル１１０内を循環する熱サイクル媒体は、例えば、二酸化炭素である。この熱サイクル１１０は、熱サイクル媒体が循環する過程で凝縮する場合にはランキンサイクルであり、熱サイクル媒体が循環する過程で凝縮しない場合にはブレイトンサイクルである。この熱サイクル１１０は、図１５に示すように、熱サイクル媒体の圧力を高める媒体昇圧機１１１と、媒体昇圧機１１１で昇圧された熱サイクル媒体を加熱する媒体加熱器１１２と、媒体加熱器１１２で加熱された熱サイクル媒体で駆動する媒体タービン１１３と、媒体タービン１１３から排気された熱サイクル媒体を冷却して媒体昇圧機１１１に戻す媒体冷却器１１４と、再生熱交換器１１５と、を有する。
【０３６６】
再生熱交換器１１５は、媒体昇圧機１１１で昇圧された熱サイクル媒体と媒体タービン１１３から排気された熱サイクル媒体とを熱交換させ、媒体昇圧機１１１で昇圧された熱サイクル媒体を加熱する一方で、媒体タービン１１３から排気された熱サイクル媒体を冷却する。この再生熱交換器１１５で加熱された熱サイクル媒体は、媒体加熱器１１２に流入し、ここでさらに加熱される。また、この再生熱交換器１１５で冷却された熱サイクル媒体は、媒体冷却器１１４に流入し、ここでさらに冷却される。この熱サイクルの媒体加熱器１１２は、前述の第二反応ガス冷却器４６ｈである。この第二反応ガス冷却器４６ｈには、媒体昇圧機１１１で昇圧された後に再生熱交換器１１５で加熱された熱サイクル媒体が第三熱媒体入口から流入する。第二反応ガス冷却器４６ｈでは、反応ガスＲＧと熱サイクル媒体との熱交換により、反応ガスＲＧが冷却される一方で、熱サイクル媒体が加熱される。よって、第二反応ガス冷却器４６ｈは、反応ガスＲＧに対しては反応ガス冷却器として機能し、熱サイクル媒体に対しては媒体加熱器として機能する。
【０３６７】
ランキンサイクル１２０内を循環するランキンサイクル媒体は、例えば、ヘキサン、ペンタン、アンモニア等、水よりも沸点が低い低沸点媒体である。よって、このランキンサイクル１２０は、低沸点媒体ランキンサイクルである。この低沸点媒体ランキンサイクル１２０は、熱サイクルの一種で、図１５に示すように、低沸点媒体を昇圧する媒体昇圧機１２１と、媒体昇圧機１２１で昇圧された低沸点媒体を加熱して気化させる媒体加熱器１２２と、媒体加熱器１２２で気化した低沸点媒体で駆動する媒体タービン１２３と、媒体タービン１２３から排気された低沸点媒体を冷却して凝縮させてから媒体昇圧機１２１に戻す媒体冷却器１２４と、再生熱交換器１２５と、を有する。
【０３６８】
再生熱交換器１２５は、媒体昇圧機１２１で昇圧された低沸点媒体と媒体タービン１２３から排気された低沸点媒体とを熱交換させ、媒体昇圧機１２１で昇圧された低沸点媒体を加熱する一方で、媒体タービン１２３から排気された低沸点媒体を冷却する。この再生熱交換器１２５で加熱された低沸点媒体は、媒体加熱器１２２に流入し、ここでさらに加熱されて気化する。また、この再生熱交換器１２５で冷却された低沸点媒体は、媒体冷却器１２４に流入し、ここでさらに冷却されて凝縮する。この低沸点媒体ランキンサイクル１２０の媒体加熱器１２２は、前述の第四反応ガス冷却器４６ｊである。この第四反応ガス冷却器４６ｊには、媒体昇圧機１２１で昇圧された後に再生熱交換器１２５で加熱された低沸点媒体が第三熱媒体入口から流入する。第四反応ガス冷却器４６ｊでは、反応ガスＲＧと低沸点媒体との熱交換により、反応ガスＲＧが冷却される一方で、低沸点媒体が加熱される。よって、第四反応ガス冷却器４６ｊは、反応ガスＲＧに対しては反応ガス冷却器として機能し、低沸点媒体に対しては媒体加熱器として機能する。
【０３６９】
本実施形態では、アンモニアＮＨを加熱する熱及び反応ガスＲＧを冷却する熱でブレイトンサイクル１００を駆動させることができるので、プラントの出力を高めることができる。また、本実施形態では、反応ガスＲＧを冷却する熱で熱サイクル１１０や低沸点媒体ランキンサイクル１２０を駆動させることができるので、プラントの出力をさらに高めることができる。
【０３７０】
また、本実施形態では、第三反応ガス冷却器４６ｉにおいて、反応ガスＲＧとの熱交換で酸化剤を加熱して、この酸化剤の温度を高めることができる。このため、本実施形態では、各反応器４５ａ，４５ｂ内で熱分解反応の環境温度を高めることができ、反応ガスＲＧ中の残留アンモニアの濃度を低くすることができる。
【０３７１】
本実施形態のプラントは、第五実施形態のプラントに、アンモニアを予熱すると共に反応ガスＲＧを冷却するために一つの熱サイクル１１０と追加すると共に、反応ガスＲＧを冷却するために二つの熱サイクル１００，１２０を追加したプラントである。しかしながら、以上の三つの熱サイクル１００，１１０，１２０のうち、いずれか一つ又は二つの熱サイクルのみを追加してもよい。
【０３７２】
「第九実施形態」
原料流体の処理プラントの第九実施形態について、図１６を参照して説明する。
【０３７３】
本実施形態の原料流体の処理プラントは、図９を参照して説明した第四実施形態の原料流体の処理プラントの変形例である。第四実施形態における処理プラントの排気ガス利用設備２０ｃは、排熱回収ボイラ２１ｃと、この排熱回収ボイラ２１ｃからの蒸気を利用する蒸気利用設備としての蒸気タービン３１，３２，３３及び復水器３４と、を備える。本実施形態における処理プラントの排気ガス利用設備２０ｈは、第四実施形態と同様の排熱回収ボイラ２１ｃと、この排熱回収ボイラ２１ｃからの蒸気を利用する蒸気利用設備としての複数の蒸気熱利用器１５１，１５２，１５３と、を備える。すなわち、本実施形態における処理プラントの排気ガス利用設備２０ｈは、第四実施形態における処理プラントの蒸気タービン３１，３２，３３及び復水器３４の替わりに、複数の蒸気熱利用器１５１，１５２，１５３と、を備える。
【０３７４】
本実施形態では、複数の蒸気熱利用器１５１，１５２，１５３として、高圧蒸気熱利用器１５３と、中圧蒸気熱利用器１５２と、低圧蒸気利用器１５１と、を有する。
【０３７５】
高圧蒸気熱利用器１５３の蒸気入口は、排熱回収ボイラ２１ｃの第三高圧再熱器２６ｃの出口と高圧再熱蒸気ライン８４により接続されている。高圧蒸気利用器１５３の蒸気出口は、中圧蒸気利用器１５２の蒸気入口と高圧排気蒸気ライン８５により接続されている。この高圧排気蒸気ライン８５には、減圧弁１５４が設けられている。高圧排気蒸気ライン８５中で、減圧弁１５４よりも中圧蒸気利用器側の位置からは、第二高圧排気蒸気ライン８５ｂが分岐している。この第二高圧排気蒸気８５ｂは、第四実施形態と同様、残留原料除去装置１３０のリボイラ１３９に接続されている。中圧蒸気利用器１５２の蒸気出口は、低圧蒸気利用器１５１の蒸気入口と中圧排気蒸気ライン８７により接続されている。この中圧排気蒸気ライン８７には、減圧弁１５６が設けられている。中圧排気蒸気ライン８７中で、減圧弁１５６よりも、低圧蒸気利用器側の位置には、低圧蒸気ライン８８の一端が接続されている。この低圧蒸気ライン８８の他端は、第四実施形態と同様、排熱回収ボイラ２１ｃにおける低圧過熱器２３ｆの出口に接続されている。低圧蒸気利用器１５１の出口は、排熱回収ボイラ２１ｃと給水ライン３５により接続されている。なお、低圧蒸気利用器１５１では、蒸気入口から流入した蒸気が凝縮し、液相の水として、出口から流出する。本実施形態では、この際発生する凝縮熱も利用する。
【０３７６】
本実施形態では、排熱回収ボイラ２１ｃと、複数の蒸気熱利用器１５１，１５２，１５３と、を有して、排熱利用熱サイクルを構成する。
【０３７７】
本実施形態のように、蒸気タービン３１，３２，３３及び復水器３４の替わりに、複数の蒸気熱利用器１５１，１５２，１５３を設けても、原料流体の反応に必要な熱や、この反応に伴って発生する熱と、排熱利用熱サイクル内を流れる熱サイクル媒体（蒸気又は水）の熱との間で、温度レベルに応じた熱回収又は熱利用することができる。
【０３７８】
なお、本実施形態は、第四実施形態の変形例であるが、他の実施形態及びその変形例においても、本実施形態と同様、蒸気タービン３１，３２，３３及び復水器３４の替わりに、複数の蒸気熱利用器１５１，１５２，１５３を設けてもよい。この場合においても、本実施形態と同様、原料流体の反応に必要な熱や、この反応に伴って発生する熱と、排熱利用熱サイクル内を流れる熱サイクル媒体の熱との間で、温度レベルに応じた熱回収又は熱利用することができる。以上のように、本発明における熱サイクル、あるいは、排熱利用熱サイクルは、動力を取り出すものに限られず、熱利用を目的として熱媒体を循環させるサイクルであってもよい。
【０３７９】
「変形例」
第二実施形態のプラント（図５）では、高圧過熱器２５ｄからの高圧蒸気の全量を第一反応ガス冷却器４６ａで昇温した後、高圧蒸気タービン３３に供給している。しかしながら、第一反応ガス冷却器４６ａの排熱のみで十分な熱量が得られない場合、高圧過熱器２５ｄからの高圧蒸気の一部のみを第一反応ガス冷却器４６ａで昇温した後、高圧蒸気タービン３３に供給してもよい。この場合、排熱回収ボイラ２１のガス枠２２内の高圧過熱器２５ｄと第一熱媒体加熱器２７との間の位置に第三高圧過熱器を設ける。高圧過熱器２５ｄを出た蒸気のうち、一部の蒸気を第一反応ガス冷却器４６ａに送り、残りの蒸気を第三高圧過熱器に送って、第三高圧過熱器で過熱する。第三高圧過熱器で過熱された蒸気は、第三高圧蒸気ラインを介して、第二高圧蒸気ライン８３ｂに合流し、第一反応ガス冷却器４６ａで昇温された蒸気と混合して高圧蒸気タービン３３に供給される。
【０３８０】
第二実施形態では、前述したように、第三熱媒体ラインの一種である第一高圧蒸気ライン８３ａが、高圧過熱器２５ｄの出口（ランキンサイクル中の第一部）から流出する蒸気の全量を第一反応ガス冷却器４６ａに導く。また、第三熱媒体回収ラインの一種である第二高圧蒸気ライン８３ｂは、第一反応ガス冷却器４６ａで反応ガスと熱交換されて過熱された蒸気を、高圧過熱器２５ｄの出口（第一部）よりも高い温度の蒸気を流す高圧蒸気タービン３３（第二部）の入口に導く。しかしながら、以上で説明した第二実施形態の変形例のように、第三熱媒体ラインの一種である第一高圧蒸気ライン８３ａが、高圧過熱器２５ｄの出口（ランキンサイクル中の第一部）から流出する蒸気の一部を第一反応ガス冷却器４６ａに導いてもよい。第二実施形態の変形例では、高圧過熱器２５で過熱された高圧蒸気の残りを前記第三高圧過熱器でさらに過熱し、この蒸気を、前記第三高圧蒸気ラインを介して高圧蒸気タービン３３に導く。この変形例において、第三熱媒体回収ラインの一種である第二高圧蒸気ライン８３ｂは、第一反応ガス冷却器４６ａで反応ガスと熱交換されて過熱された蒸気を、高圧過熱器２５ｄの出口（第一部）よりも高い温度の蒸気が流れる前記第三高圧蒸気ライン（第二部）に導く。前記第三高圧過熱器で過熱された蒸気、及び第一反応ガス冷却器４６ａで過熱された蒸気は、前述したように、高圧蒸気タービン３３に供給される。
【０３８１】
第四実施形態のプラントは、バーナ２８からの燃料の燃焼で形成された燃焼ガスと第一熱媒体とを熱交換させて、第一熱媒体を加熱するアシスト媒体加熱機構を，第三実施形態のプラントに追加したプラントである。しかしながら、このアシスト媒体加熱機構を他の実施形態のプラントに追加してもよい。
【０３８２】
第五実施形態のプラントは、第二実施形態のプラントに、酸化剤投入装置６０を追加したプラントである。また、第六実施形態のプラントは、第三実施形態のプラントに、酸化剤投入装置６０ｅを追加したプラントである。しかしながら、酸化剤投入装置を他の実施形態のプラントに追加してもよい。
【０３８３】
以上の各実施形態では、反応器内で、原料流体（アンモニア）を高温の第一熱媒体（水蒸気）と熱交換させて加熱することを必須としている。しかしながら、原料流体を加熱する方法として、原料流体を第一熱媒体と熱交換させ加熱する方法を必須としなくてもよい。例えば、第五実施形態のプラントに設置されていたような酸化剤投入装置を設け、反応器４５に酸化剤を投入し、原料流体や反応ガスを酸化させることのみで、原料流体や反応ガスを加熱する方法を採用してもよい。また、反応器内の原料流体に高温の媒体を混合させることで、反応器内の原料流体を加熱する方法を採用してもよい。いずれの加熱方法によっても、反応器の出口における反応ガスを高温とすることができ、当該反応ガスと燃料や熱サイクル媒体を熱交換させることによって、燃料や熱サイクル媒体の温度を高め、プラント効率を高めることができる。
【０３８４】
第八実施形態のプラントは、第五実施形態のプラントに、前述の三つの熱サイクル１００，１１０，１２０を追加したプラントである。しかしながら、三つの熱サイクル１００，１１０，１２０のうち、少なくとも一つの熱サイクルを他のプラントに追加してもよい。
【０３８５】
第五実施形態及び第八実施形態のプラントは、給水予熱器３７を備えている。一方、第一から第四実施形態、第六実施形態、第七実施形態のプラントは、給水予熱器３７を備えていない。しかしながら、第一から第四実施形態、第六実施形態、第七実施形態のプラントに給水予熱器３７を追加してもよい。
【０３８６】
以上の各実施形態では、反応ガスＲＧ中から残留アンモニアを除く方法として、吸収塔１３１において、反応ガスＲＧと水とを接触させる方法を採用している。しかしながら、反応ガスＲＧ中から残留アンモニアを除く方法として、圧力変動吸着法（ＰＳＡ）を採用してもよい。
【０３８７】
反応ガスＲＧに含まれている残留アンモニアの濃度が低い場合、この反応ガスＲＧを燃料としてガスタービン１１に送っても、燃料の燃焼で生成される排気ガスＥＧ中のＮＯｘ濃度はあまり高くならない。仮に、このＮＯｘ濃度が規制値以下の場合には、以上の各実施形態における原料反応設備４０中の残留原料除去装置１３０を省くことができる。残留原料除去装置１３０を省くことができれば、設備コストを抑えることができる。また、残留原料除去装置１３０を省くことができれば、残留原料除去装置１３０でのアンモニア除去を促進するために反応ガスＲＧを冷却する必要がなくなる上に、残留原料除去装置１３０からの反応ガスＲＧを加熱してから、ガスタービン１１に送る必要もなくなる。よって、残留原料除去装置１３０を省くことができれば、反応ガスＲＧの冷却及び加熱に利用する熱エネルギーを例えば、蒸気タービン３１,３２,３３の駆動等のために有効活用することができる。
【０３８８】
以上の本実施形態の反応ガス利用設備は、ガスタービン設備である。しかしながら、原料流体を反応させて、この反応で得られた反応ガスを利用することができれば、ガスタービン設備に限定されず、例えば、レシプロ式ガスエンジン設備や燃料電池設備やボイラ設備であってもよい。また、反応ガス利用設備は、化学合成の原料として反応ガスを利用してもよい。さらに、得られた反応ガスを貯蔵、輸送等して用いることとしてもよい。
【０３８９】
以上の各実施形態の排気ガス発生設備は、ガスタービン設備である。しかしながら、稼働に伴い排気ガスが発生する設備であれば、ガスタービン設備に限定されず、例えば、レシプロ式ガスエンジン設備や燃料電池設備、ボイラ設備であってもよい。また、排気ガス発生設備は反応ガスや処理済み反応ガスを利用し、この排気ガス発生設備が反応ガス利用設備を兼ねていてもよい。この場合、反応ガスや処理済み反応ガス以外の天然ガスや石油、石炭等の燃料を排気ガス発生設備に供給してもよい。この場合、排気ガス発生設備は、天然ガスや石油、石炭等の燃料と、反応ガスや処理済み反応ガスと併用してよい。なお、排気ガス発生設備には、反応ガスや処理済み反応ガス以外の天然ガスや石油、石炭等の燃料のみを供給してもよい。この場合、排気ガス発生設備は反応ガス利用設備ではない。
【０３９０】
以上の実施形態のプラントでは、反応ガス利用設備と排熱利用設備のボイラとが別個に存在する。しかしながら、燃料を燃焼させ、その結果生成された排気ガスの熱を利用する一般的なボイラで、反応ガス利用設備と排熱利用設備のボイラとを構成するようにしてもよい。
【０３９１】
以上の各実施形態の原料流体は、液体アンモニアである。しかながら、原料流体は、熱分解反応等の反応で得られる反応ガスを、何らかの反応ガス利用設備で利用できれば、例えば、メタノールや、ジメチルエーテル等であってもよい。メタノールは、熱分解反応により水素と一酸化炭素とに分解する。また、メタノール及びジメチルエーテルは、吸熱反応を伴う水蒸気改質反応により、水素と二酸化炭素とが生成される。なお、水蒸気改質反応を行う場合、各実施形態が備えている、排熱利用設備の、例えば高圧過熱器出口等から反応に必要な水蒸気を用いてもよい。
【符号の説明】
【０３９２】
１０，１０ｄ，１０ｆ：反応ガス利用設備
１１：ガスタービン
１１ａ：空気圧縮機
１１ｂ：燃焼用空気通路
１１ｃ：燃焼器
１１ｄ：タービン
１２：燃料ライン
１２ａ：第一燃料ライン
１２ｂ：第二燃料ライン
１２ｃ：分岐燃料ライン
１３：燃料予熱器
１３ａ：第一燃料予熱器
１３ｂ：第二燃料予熱器
１４ａ：第一燃焼用空気ライン
１４ｂ：第二燃焼用空気ライン
１５：天然ガスライン
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｈ：排熱利用設備
２１，２１ｂ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｆ：排熱回収ボイラ
２２：ガス枠
２３ａ：第一低圧節炭器
２３ｂ：第二低圧節炭器
２３ｃ：低圧蒸発器
２３ｄ：第一低圧蒸発器
２３ｅ：第二低圧蒸発器
２３ｆ：低圧過熱器
２４ａ：中圧節炭器
２４ｂ：中圧蒸発器
２４ｐ：中圧ポンプ
２５ａ：第一高圧節炭器
２５ｂ：第二高圧節炭器
２５ｃ：高圧蒸発器
２５ｄ：高圧過熱器（第一高圧過熱器）
２５ｅ：第二高圧過熱器
２５ｐ：高圧ポンプ
２６ａ：第一高圧再熱器
２６ｂ：第二高圧再熱器
２６ｃ：第三高圧再熱器
２７：第一熱媒体加熱器
２７ａ：第一低温熱媒体加熱器
２７ｂ：第一高温熱媒体加熱器
２８：バーナ
２９：仕切り部材
２９ａ：第一排気ガス流路
２９ｂ：第二排気ガス流路
３１：低圧蒸気タービン
３２：中圧蒸気タービン
３３：高圧蒸気タービン
３４：復水器
３５：給水ライン
３６：給水ポンプ
３７：給水予熱器
３９：煙突
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ：原料反応設備
４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ：原料反応装置
４２：アンモニア供給ライン
４２ａ：第一アンモニア供給ライン
４２ｂ：第二アンモニア供給ライン
４２ｃ：第三アンモニア供給ライン
４２ｄ：第四アンモニア供給ライン
４２ｅ：第五アンモニア供給ライン
４２ｆ：第六アンモニア供給ライン
４３：原料アンモニアポンプ
４４：予熱器
４４ａ，４４ｃ，４４ｅ，４４ｊ：第一予熱器
４４ｂ，４４ｄ，４４ｆ，４４ｋ：第二予熱器
４４ｇ，４４ｍ，４４ｎ：第三予熱器
４４ｈ：第四予熱器
４４ｉ：第五予熱器
４５：反応器
４５ａ：前反応器
４５ｂ：後反応器
４６：反応ガス冷却器
４６ａ，４６ｃ，４６ｅ，４６ｇ：第一反応ガス冷却器
４６ｂ，４６ｄ，４６ｆ，４６ｈ：第二反応ガス冷却器
４６ｉ：第三反応ガス冷却器
４６ｊ：第四反応ガス冷却器
４７：反応ガスライン
４７ａ：第一反応ガスライン
４７ｂ：第二反応ガスライン
４７ｃ：第三反応ガスライン
５１：第一熱媒体ライン
５１ａ：第一低温熱媒体ライン
５１ｂ：第一高温熱媒体ライン
５２：第一熱媒体回収ライン
５２ａ：第一低温熱媒体回収ライン
５２ｂ：第一高温熱媒体回収ライン
５３：第一熱媒体昇圧機
５５：熱媒体補充ライン
５６：熱媒体補充弁
６０，６０ｅ，６０ｇ：酸化剤投入装置
６１：酸化剤受入れライン
６２：酸化剤冷却器
６２ａ：第一酸化剤冷却器
６２ｂ：第二酸化剤冷却器
６３：酸化剤圧縮機
６４：酸化剤加熱器
６５：酸化剤投入ライン
６５ａ：主酸化剤投入ライン
６５ｂ，６５ｄ：第一酸化剤投入ライン
６５ｃ，６５ｅ：第二酸化剤投入ライン
７１：第一リボイラ用媒体ライン
７２：第二リボイラ用媒体ライン
７３：リボイラ用媒体回収ライン
７４：リボイラ用媒体昇圧機
７５：給水回収ライン
７５ａ：第二給水回収ライン
７６：低圧加熱水ライン
７７：中圧加熱水ライン
７８：加熱水回収ライン
７８ａ：第一加熱水回収ライン
７８ｂ：第二加熱水回収ライン
７８ｃ：第三加熱水回収ライン
７８ｄ：連結低圧加熱水ライン
７８ｅ：第一連結加熱水ライン（連結低圧加熱水ライン）
７８ｆ：第二連結加熱水ライン
７９：高圧給水ライン
８０：高圧給水回収ライン
８１：高圧加熱水ライン
８１ａ：第二高圧加熱水ライン
８２：高圧加熱水回収ライン
８２ａ：第二高圧加熱水回収ライン
８３：高圧蒸気ライン
８３ａ：第一高圧蒸気ライン
８３ｂ：第二高圧蒸気ライン
８４：高圧再熱蒸気ライン
８５：高圧排気蒸気ライン
８５ａ：第一高圧排気蒸気ライン
８５ｂ：第二高圧排気蒸気ライン
８５ｃ：第三高圧排気蒸気ライン
８６：高圧蒸気回収ライン
８７：中圧排気蒸気ライン
８７ａ：第二中圧排気蒸気ライン
８８：低圧蒸気ライン
８８ａ：低温低圧蒸気ライン
８９：連結中圧蒸気ライン
９０：低圧抽気蒸気ライン
９１：分岐給水ライン
９１ａ：第二分岐給水ライン
９２：連結給水ライン
９３：中圧抽気蒸気ライン
９４：抽気蒸気回収ライン
９５：抽気蒸気ライン
１００：ブレイトンサイクル
１０１：媒体圧縮機
１０２：媒体加熱器
１０３：媒体タービン
１０４：媒体冷却器
１１０：熱サイクル
１２０：低沸点媒体ランキンサイクル
１１１，１２１：媒体昇圧機
１１２，１２２：媒体加熱器
１１３，１２３：媒体タービン
１１４，１２４：媒体冷却器
１１５，１２５：再生熱交換器
１３０：残留原料除去装置
１３１：吸収塔
１３２：再生塔
１３３：アンモニア水ライン
１３４：水ライン
１３５：水供給ポンプ
１３６：熱交換器
１３７：水循環ライン
１３８：凝縮器
１３９：リボイラ
１４０：回収アンモニアライン
１４１：回収アンモニア昇圧機
１５１：低圧蒸気利用器
１５２：中圧蒸気利用器
１５３：高圧蒸気利用器
１５４，１５６：減圧弁
Ｔ：アンモニアタンク
ＥＧ：排気ガス
ＮＨ：原料流体（アンモニア）
ＮＨｇ：気体アンモニア（又は気相のアンモニア）
ＲＧ：反応ガス
ＲＧｐ：処理済み反応ガス
ＮＧ：天然ガス
【図１】
2020148183.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020148183.tif 000012
【図１１】
2020148183.tif 000013
【図１２】
2020148183.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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