(57)【要約】【課題】ガス化のための熱交換器を不要とすると共に、復水温度が変動しないようにする。【解決手段】ガスハイドレートｈの分解により生じたガスｃを燃料とするガスタービン複合発電システムである。復水器１０で生じた復水ｎを、該復水器の蒸気入口側に循環させるポンプ１９と、該循環復水ｒとガスハイドレートｈの分解に供した循環水ｉとを熱交換させる熱交換器１１と、当該循環水をガスハイドレートｈの分解槽３２に循環するポンプ２６を備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスハイドレートの分解により生じたガスを燃料とするガスタービン複合発電システムであって、復水器で生じた復水を、該復水器の蒸気入口側に循環すると共に、該循環復水とガスハイドレート分解のための循環水とを熱交換させ、ガスハイドレートの分解に必要な熱量を得ることを特徴とするガスタービン複合発電システムにおけるガスハイドレート分解方法。
【請求項２】
ガスハイドレートの分解により生じたガスを燃料とするガスタービン複合発電システムであって、復水器で生じた復水を、該復水器の蒸気入口側に循環させるポンプと、該循環復水とガスハイドレート分解のための循環水とを熱交換させる熱交換器と、当該循環水をガスハイドレートの分解槽に循環するポンプを備えたことを特徴とするガスタービン複合発電システムにおけるガスハイドレート分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン複合発電システムにおけるガスハイドレート加熱熱分解方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、海外のガス田においてＬＮＧ（液化天然ガス）の代わりにＮＧＨ（天然ガスハイドレート）を製造し、このＮＧＨを輸入した後、ＮＧＨ基地にてＮＧＨを再ガス化して天然ガスに戻し、燃料としてガスタービン複合発電設備に供給することが考えられている（例えば、特許文献１参照および特許文献２。）。
【特許文献１】特開２００２−３７１８６２公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】特開平１１−２００８８４公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＮＧＨを天然ガスに再ガス化する時、ＮＧＨ運搬船からＮＧＨ基地に荷揚げしたＮＧＨをガス化槽に導入し、海水を用いて再ガス化することが考えられている。ＬＮＧをガス化する時も熱源に海水を用いているが、ＮＧＨは、天然ガスと水との水和物であること、ＮＧＨの温度（例えば、−２０℃）と海水の温度（例えば、２１℃）との温度差が小さい（４０℃程度）ことなどの理由により、ＬＮＧに比べてガス化し難い。このため、ガス化における伝熱面積が必然的に大きくなる。
【０００４】
他方、ガスタービン複合発電設備では、蒸気タービンから排出された蒸気を復水器によって復水した後、廃熱ボイラに戻してガスタービンの排ガスを利用して再加熱することが行われている。
【０００５】
ガスタービン複合発電設備における復水の温度（例えば、３３℃）は、通常、海水の温度（海水温度は、通常、２１℃に設定されている。）よりも高いので、海水の代わりに復水を利用することにより、ガス化のための熱交換器を不要とすることができる。
【０００６】
ところが、ＮＧＨの再ガス化のために復水をガスタービン発電設備の設定値以上に利用すると、復水の温度が設定温度（例えば、３３℃）よりも低下するため、廃熱ボイラでの蒸気発生量および温度が低下し、発電効率が低下する事態になる。
【０００７】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、ガス化のための熱交換器を不要とすると共に、復水温度が変動しないようにしたガスタービン複合発電システムにおけるガスハイドレート加熱熱分解方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するため、次のように構成されている。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、ガスハイドレートの分解により生じたガスを燃料とするガスタービン複合発電システムであって、復水器で生じた復水を、該復水器の蒸気入口側に循環すると共に、該循環復水とガスハイドレートの分解に供した循環水とを熱交換し、さらに熱交換後の当該循環水をガスハイドレートの分解に用いることを特徴とするガスタービン複合発電システムにおけるガスハイドレート分解方法である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、ガスハイドレートの分解により生じたガスを燃料とするガスタービン複合発電システムであって、復水器で生じた復水を、該復水器の蒸気入口側に循環させるポンプと、該循環復水とガスハイドレートの分解に供した循環水とを熱交換させる熱交換器と、当該循環水をガスハイドレートの分解槽に循環するポンプを備えたことを特徴とするガスタービン複合発電システムにおけるガスハイドレート分解装置である。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように、請求項１に記載の発明は、ガスハイドレートの分解により生じたガスを燃料とするガスタービン複合発電システムであって、復水器で生じた復水を、該復水器の蒸気入口側に循環すると共に、該循環復水とガスハイドレートの分解に供した循環水とを熱交換し、さらに熱交換後の当該循環水をガスハイドレートの分解に用いているので、次のような効果を得ることができる。
【００１２】
（ａ）  ガスハイドレート熱分解用の熱媒（循環水）を復水器の復水を利用して昇温するので、ガス化槽の操作温度を高く設定することができる。
【００１３】
（ｂ）  ガスハイドレートの分解反応時間は、ガス化槽のハイドレート平衡温度と槽内操作温度の温度差（ΔＴ）によって決まる。この発明は、ΔＴを高くすることができるため、ガスハイドレートの分解時間を短縮することができる。
【００１４】
（ｃ）  ガスハイドレートの分解時間が短ければ、ガスハイドレートの滞留時間が短いため、ガス化槽の容積を小さくすることができる。
【００１５】
（ｄ）  循環復水を復水器の伝熱管に直に散布すると、伝熱管の周囲の液膜の膜厚が大きくなり、伝熱阻害が考えられるが、上記のように、復水器の入り口で、蒸気タービン排出蒸気と循環復水とを、直接、接触させると、蒸気タービン排出蒸気の復水化が促進することおよび海水量を減らしたことから、復水器の伝熱面積を従来の復水器（海水のみを冷熱に使用する復水器）よりも小さくできる。
【００１６】
（ｅ）  ガスハイドレート熱分解用の熱媒（循環水）と循環復水との温度差を海水に比べ大きくできるのため、ガスハイドレート熱分解用熱交換器の伝熱面積を小さくすることができる。
【００１７】
他方、請求項２に記載の発明は、請求項２に記載の発明は、ガスハイドレートの分解により生じたガスを燃料とするガスタービン複合発電システムであって、復水器で生じた復水を、該復水器の蒸気入口側に循環させるポンプと、該循環復水とガスハイドレートの分解に供した循環水とを熱交換させる熱交換器と、当該循環水をガスハイドレートの分解槽に循環するポンプを備えたので、請求項１に記載の発明と同様に、次のような効果を得ることができる。
【００１８】
（ａ）  ガスハイドレート熱分解用の熱媒（生成液）を復水器の復水を利用して昇温するので、ガス化槽の操作温度を高く設定することができる。
【００１９】
（ｂ）  ガスハイドレートの分解反応時間は、ガス化槽のハイドレート平衡温度と操作温度の温度差（ΔＴ）によって決まる。この発明は、ΔＴを高くすることができるため、ガスハイドレートの分解時間を短縮することができる。
【００２０】
（ｃ）  ガスハイドレートの分解時間が短ければ、ガスハイドレートの滞留時間が短いため、ガス化槽の容積を小さくすることができる。
【００２１】
（ｄ）  循環復水を復水器の伝熱管に直に散布すると、伝熱管の周囲の液膜の膜厚が大きくなり、伝熱阻害が考えられるが、上記のように、復水器の入り口で、蒸気タービン排出蒸気と循環復水とを、直接、接触させると、蒸気タービン排出蒸気の復水化が促進することから、復水器の伝熱面積を従来の復水器（海水のみを冷熱に使用する復水器）よりも小さくできる。
【００２２】
（ｅ）  ガスハイドレート熱分解用の熱媒（循環水）と、循環復水との温度差を大きくできるのため、ガスハイドレート熱分解用熱交換器の伝熱面積を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２４】
図１において、Ａはガスタービン発電設備、Ｂはガスハイドレート加熱熱分解装置である。
【００２５】
ガスタービン発電設備Ａは、圧縮機１とタービン２をタービン軸３にて同軸に連結し、圧縮機１で圧縮した空気ａを用いて燃焼器４内で燃料ガス、つまり、天然ガスｂを燃焼させ、その時、発生した高温高圧の燃焼ガスｃをタービン２で膨張させてタービン軸３に連結した発電機５を駆動するようになっている。
【００２６】
更に、このガスタービン発電設備Ａは、タービン２から排出した高温の排ガスｄを廃熱ボイラ６に導入し、熱回収により生じた蒸気ｅをタービン軸３に連結した蒸気タービン７，８，９でそれぞれ膨張させて発電機５を駆動し、蒸気タービン７，８，９より排出した蒸気ｆを復水器１０で復水して、再度、廃熱ボイラ６に戻すようになっている。
【００２７】
他方、ガスハイドレート加熱熱分解装置Ｂは、輸送船３０より貯槽３１に搬入したペレット状のガスハイドレートｈをガス化槽３２で熱分解し、この熱分解で生じた天然ガスｂを上記の燃焼器４に供給する一方、その時に生じた生成液ｍを圧縮機１の吸気冷却用冷却水、廃熱ボイラ６のボイラ補給水および輸送船３０のバラスト水に使用している。
【００２８】
更に詳しく説明すると、貯槽３１内のガスハイドレートｈは、図２に示すように、破砕機（図示せず）によって細かく砕かれた後、ロータリー弁３３によって混合機３４に供給される。混合機３４内のガスハイドレートｈ（約１０ｍｍ程度）は、ガス化槽３２から補給される循環水ｉによってスラリー化し、スラリーポンプ３５によってガス化槽３２に供給される。
【００２９】
他方、ガス化槽３２の循環水ｉは、復水器１０の復水ｎを熱源とする熱交換器１１で加熱され、ガスハイドレートｈの分解に要する分解熱が与えられる。そして、ガス化槽３２内に設けた散水ノズル３６から槽内のガスハイドレートｈに向けて散水される。ガスハイドレートｈは、熱分解により天然ガスｂと循環水ｉの一部（生成液）になるが、生成した天然ガスｂは、ガスタービン燃焼器４に供給され、生成した循環水ｉの一部（生成液）ｍは、ガス化槽３２内に溜まるので、常時、排出する。
【００３０】
この循環水ｉの一部は、既に説明したように、ガスタービン２の吸気冷却用冷却水、廃熱ボイラ６のボイラ補給水および輸送船３０のバラスト水に使用される。その際、廃熱ボイラ６のボイラ補給水以外は、図１に示すように、貯水槽１２に蓄えられた後、回収水移送ポンプ１３によって輸送船３０のバラスト水に供される。
【００３１】
復水器１０では、冷熱源として、一般に、海水が利用されているが、復水器１０の復水ｎは、海水を上回る温度（例えば、３３℃）を有し、ガスハイドレートｈの再ガス化に最適な熱源である。尚、海水ｐの温度は、２１℃である。
【００３２】
しかし、復水の熱を回収すると、復水の温度が設定温度（例えば、３３℃）よりも低下し、いわゆるボイラ給水となるため、発電効率が低下する事態になる。そこで、復水の温度が変動しないように計画する必要がある。
【００３３】
そこで、この発明では、復水器に工夫を凝らし、復水ｎの熱の一部を回収しても復水の温度が変動しないように改善した。すなわち、図３および図４に示すように、横長の復水器１０の胴部１４の一部を大径にし、この大径部１５の下部に復水溜り１６を設けると共に、大径部１５の上部空間（入り口）１７に復水散布ノズル１８を設けている。
【００３４】
その上、復水溜り１６内の復水ｎの一部を第１ポンプ１９で汲み上げた後、既に説明した熱交換器１１を経て上記の復水散布ノズル１８から復水器１０の上部空間（入り口）１７内の蒸気ｆに向けて循環復水ｒを噴射するようにしている。
【００３５】
この循環復水ｒを復水器１０の伝熱管２３に単に散布すると、伝熱管２３の液膜が厚くなり、伝熱阻害が考えられるが、上記のように、復水散布ノズル１８から復水器１０の上部空間（入り口）１７内の蒸気ｆに向けて循環復水ｒを散布すると、伝熱管２３の上方で循環復水ｒと蒸気ｆとが、直接、接触して蒸気ｆの復水化が促進することから、伝熱管２３の伝熱面積を従来の復水器（冷熱に海水のみを使用する復水器）よりも小さくすることができる。
【００３６】
循環復水ｒの大部分は、第２ポンプ２０によって送出されるが、この循環復水ｒは、復水室２１に流入後、復水回収ポンプ２２によって廃熱ボイラ６に給水される。
【００３７】
なお、図１中、２５は回収水ポンプ、２６は分解槽液循環ポンプ、２７は冷却水ポンプである。
【実施例】
【００３８】
（実施例）
図５は、天然ガスをガスタービン燃焼器に５０ｔ／ｈ供給するガス化槽の熱・物質収支を表した図である。
【００３９】
貯槽３１内のペレット状のガスハイドレートｈは、図示しない破砕機によって細かく砕かれた後、ロータリー弁３３によって混合機３４に供給される（供給量：３７５ｔ／ｈ、温度：−２０℃）。
【００４０】
混合機３４内のガスハイドレートｈ（約１０ｍｍ程度）は、ガス化槽３２から補給される水（循環水）ｉ（水温：１０℃、圧力：３ａｔａ（０．２９ＭＰａ）、供給量：１，４９９ｔ／ｈ）によってスラリー化し（スラリー濃度：０．２％）、スラリーポンプ３５によってガス化槽３２に供給される。
【００４１】
ガス化槽３２は、操作温度が１０℃、操作圧力が３５ａｔａ（３．４３ＭＰａ））であり、この操作温度の水（循環水）ｉが循環し（４，５６５ｔ／ｈ）、外部の熱交換器１１にて循環復水ｒを熱源として加熱される。
【００４２】
加熱後の水（循環水）ｉ（２０℃）は、散水ノズル３６から槽内に散布される。生成水ｍは、３２５ｔ／ｈであり、天然ガスは、５０ｔ／ｈに飽和湿りガスとして同伴する水分（０．０１７９ｔ／ｈ）が投入されたガスハイドレート相当分である。
【００４３】
他方、図６は、改良型蒸気タービン復水器の熱・物質収支を表した図である。
【００４４】
復水器（ドレン量：３８８ｔ／ｈ、エンタルピー：３３．０ｋｃａｌ／ｋｇ）１０は、海水による冷却（供給量：２３，２９８ｔ／ｈ）と、ガスハイドレートの加熱負荷をタービン排気凝縮熱とする。この場合、復水器真空度は、通常運転を維持するため、ドレンを再循環（循環量：５，７０６ｔ／ｈ）して散布する工夫をしている。
【００４５】
ここで、ガスハイドレート分解熱を利用しない場合の復水器冷却水量Ｇ’は、
Ｇ’＝２９，６８２ｔ／ｈ
であるから、ガスハイドレート分解熱は、復水器の熱負荷の２１．４％に相当する。
【００４６】
すなわち、ガスハイドレート分解熱に要する復水器の熱負荷をＮとすると、
Ｎ＝（１−２３２９８／２９６８２）×１００＝２１．４
となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係るコージェネレーションシステムにおけるガスハイドレート加熱熱分解方法を実施する設備の概略構成図である。
【図２】ガスハイドレート加熱熱分解装置の概略構成図である。
【図３】改良型蒸気タービン復水器の横断面図である。
【図４】改良型蒸気タービン復水器の縦断面図である。
【図５】ガス化槽の熱・物質収支を表した図である。
【図６】改良型蒸気タービン復水器の熱・物質収支を表した図である。
【符号の説明】
【００４８】
ｃ  ガス
ｈ  ガスハイドレート
ｉ  循環水
ｍ  生成水
ｎ  復水
ｒ  循環復水
１０  復水器
１１  熱交換器
１９  ポンプ
２６  ポンプ
３２  分解槽
【図１】
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【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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