(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア源（３）および酸素含有ガス源（１）と、
アンモニアガス流（２２）、水素ガスを含有するガス流（２４）、および酸素含有ガスを受け取るために接続されている第一の燃焼チャンバ（２）と、
第一の燃焼チャンバから排ガス流（２６）を受け取るために接続されているタービン（６）と、
タービンからの排ガス（３４）、アンモニアガス流（２８）、および水素ガスを含有するガス流（３０）を受け取るために接続されている第二の燃焼チャンバ（７）と
を有するガスタービンシステムであって、
第一の燃焼チャンバに接続されており、かつアンモニア流（２２）を第一の燃焼チャンバにもたらすアンモニア源（３）と、
第二の燃焼チャンバに接続されており、かつアンモニア流（２８）を第二の燃焼チャンバにもたらすアンモニア源（３）と、
アンモニア源（３）からアンモニアを受け取るために、かつ水素ガスを含有するガス流（２４）を第一の燃焼チャンバ（２）に供給するために配置された第一のクラッキングチャンバ（５）と、
をさらに有する前記ガスタービンシステム。
【請求項２】
さらに、アンモニア源（３）からアンモニアを受け取るために、かつ水素ガスを含有するガス流（３０）を第二の燃焼チャンバ（７）に供給するために配置された第二のクラッキングチャンバ（９）を有する、請求項１記載のガスタービンシステム。
【請求項３】
一つまたはそれぞれのクラッキングチャンバの温度を、第二の燃焼チャンバ（７）からの排ガス流（３６）を質量制御することで調整する、請求項１または２記載のガスタービンシステム。
【請求項４】
さらに、第二の燃焼チャンバ（７）から排ガス（３６）を受け取るために配置された熱交換器（１２）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載のガスタービンシステム。
【請求項５】
熱交換器（１２）から導かれる熱により運転される蒸気タービン（１３）が設けられている、請求項４記載のガスタービンシステム。
【請求項６】
酸素含有ガス（１）を第一の燃焼チャンバ（２）にもたらす工程と、
アンモニア（３）を第一の燃焼チャンバ（２）にもたらす工程と、
水素ガスを含有するガス流（２４）を第一の燃焼チャンバ（２）にもたらす工程と、
第一の燃焼を第一の燃焼チャンバ内で実施する工程と、
排ガス（２６）を第一の燃焼チャンバから第二の燃焼チャンバ（７）に供給する工程と、
アンモニア（２８）を第二の燃焼チャンバに供給する工程と、
水素ガスを含有するガス流（３０）を第二の燃焼チャンバに供給する工程と、
第二の燃焼を第二の燃焼チャンバ内で高い当量比により実施する工程と、
を含む、アンモニアからエネルギーを抽出する方法であって、
第一の燃焼チャンバに供給される水素ガスを含有するガス流（２４）が、アンモニアのクラッキングにより生成され、
当該方法が、第一の燃焼チャンバから排ガス（２６）を受け取るためのタービン（６）を接続する工程と、排ガス（３４）をタービン（６）から第二の燃焼チャンバ（７）にもたらす工程とを含み、タービン（６）を通るガス流により機械的出力が生じる、
アンモニアからエネルギーを抽出する方法。
【請求項７】
前記高い当量比が１．０〜１．２の範囲にある、請求項６記載のアンモニアからエネルギーを抽出する方法。
【請求項８】
第二の燃焼チャンバに供給される水素リッチガス（３０）が、アンモニアのクラッキングにより生成される、請求項６から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記クラッキングが高温で実施され、前記高温が、第二の燃焼チャンバからの排ガス流（３６）によりもたらされる、請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
さらに、第二の燃焼チャンバからの排ガス流（３６）から廃熱を除去する工程と、エネルギーを回収する工程とを含む、請求項６から９までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーを放出させるためのアンモニアの燃焼に関する。特に、本発明は、アンモニアの燃焼を原動力とするガスタービンの運転に関する。
【０００２】
アンモニアの燃焼によりアンモニアからエネルギーを放出する公知の手順は、アンモニア、酸素含有ガスおよび水素の供給を必要とする。水素の供給および貯蔵は、費用がかかり、かつ安全上の問題をもたらし、本発明は、水素ガスを貯蔵する必要性を回避する。最小限のエネルギー損失で、できるだけ効率的にアンモニアからエネルギーを放出する手順を操作することが好ましい。アンモニアを燃焼させる手順を操作するのに外部の熱源またはエネルギー源が必要とされないことが好ましい。
【０００３】
よって、本発明により、添付の特許請求の範囲に定められている設備および方法が提供される。
【０００４】
特に、本発明により、アンモニア源および酸素含有ガス源と、３種のガス流（アンモニア、水素リッチガス流および酸素含有ガス）を受け取るために接続されている第一の燃焼チャンバと、第一の燃焼チャンバから排ガス流を受け取るために接続されているタービンと、３種のガス流（タービンからの排ガス、アンモニアおよび水素リッチガス流）を受け取るために接続されている第二の燃焼チャンバとを有するガスタービンシステムが提供される。
【０００５】
ガスタービンシステムはさらに、アンモニア源からアンモニアを受け取るために、かつ水素リッチガス流を第一の燃焼チャンバに供給するために配置された第一のクラッキングチャンバを有することができる。この水素リッチガス流により、水素を用意および貯蔵する必要なしに、アンモニアの燃焼に必要な水素が供給される。
【０００６】
ガスタービンシステムはさらに、アンモニア源からアンモニアを受け取るために、かつ水素リッチガス流を第二の燃焼チャンバに供給するために配置された第二のクラッキングチャンバを有することができる。この水素リッチガス流により、水素を用意および貯蔵する必要なしに、アンモニアの燃焼に必要な水素が供給される。
【０００７】
一つまたはそれぞれのクラッキングチャンバの温度は、第二の燃焼チャンバからの排ガス流を質量制御することで調整することができる。これにより、外部の熱源を必要とすることなく、温度制御が行われる。
【０００８】
ガスタービンシステムはさらに、第二の燃焼チャンバからの排ガスを受け取るために配置された熱交換器を有することができる。熱交換器から導かれる熱により運転される蒸気タービンが設けられていてよい。
【０００９】
また、本発明により、酸素含有ガスを第一の燃焼チャンバにもたらす工程と、アンモニアを第一の燃焼チャンバにもたらす工程と、水素リッチガスを第一の燃焼チャンバにもたらす工程と、第一の燃焼を第一の燃焼チャンバ内で実施する工程と、排ガスを第一の燃焼チャンバから第二の燃焼チャンバに供給する工程と、アンモニアを第二の燃焼チャンバに供給する工程と、水素リッチガスを第二の燃焼チャンバに供給する工程と、第二の燃焼を第二の燃焼チャンバ内で高い当量比により実施する工程と、を含むアンモニアの燃焼方法が提供される。当量比とは事実上、化学量論比である。
【００１０】
第一の燃焼チャンバに供給される水素リッチガスは、アンモニアのクラッキングにより生成することができる。
【００１１】
第二の燃焼チャンバに供給される水素リッチガスは、アンモニアのクラッキングにより生成することができる。
【００１２】
クラッキングは高温で実行することができ、この高温は、第二の燃焼チャンバからの排ガス流によりもたらされる。
【００１３】
本方法はさらに、第二の燃焼チャンバからの排ガス流から廃熱を除去する工程、およびエネルギーを回収する工程を含むことができる。
【００１４】
また、本発明により、アンモニア燃焼の実施を含む、アンモニアからエネルギーを抽出する方法が提供され、この方法は、第一の燃焼チャンバから排ガスを受け取るためのタービンを接続する工程、およびタービンからの排ガスを第二の燃焼チャンバにもたらす工程を含み、タービンを通るガス流により機械的出力が生じる。
【００１５】
本願の上記およびさらなる対象、特性および利点は、単なる例として与えられる特定の実施形態の以下の記載を考慮することでより明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態を概略的に図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、任意の特徴を有する、本発明の例示的な実施形態によるガスタービンシステムを示す。本発明の本質的な特徴は、添付の独立クレームに記載されている。
【００１８】
ここで図示されている実施形態において、ガスタービンシステムは、酸素含有ガス、例えば空気を供給し、かつこれを第一の燃焼チャンバ２に送る供給源、例えばコンプレッサ１を有する。アンモニア３は、較正された質量流量分離器４を通り、ここで、一部の質量流量が第一の燃焼チャンバ２に直接送られ、第二の部分がクラッキングチャンバ５に送られる。クラッキングチャンバ５は、窒素、水素およびその他の成分を含有する水素リッチガス混合物へのアンモニアＮＨ３の分解を促進する触媒（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄなど）を有する。分解の度合いは、アンモニアおよび触媒の温度を変えることで制御される。アンモニアおよび触媒についての高温は、以下に記載のように、第二の燃焼チャンバ７からの排ガス流２０との熱交換により達成することができる。この高温は、熱交換器を通るアンモニアの質量流量および第一のクラッキングチャンバの触媒床を通る排ガス２０の質量流量を変えることで制御することができる。
【００１９】
アンモニア流２２および水素リッチ流２４は、第一の燃焼チャンバ２内に噴射され、この中で燃焼が起こり、熱および排ガス流２６が発生する。アンモニア（ＮＨ３）の不完全燃焼を理由に、排ガス流は、高水準のＮＯｘを有することになる。排ガス流２６は、タービン６に供給され、ここで仕事はシャフトなどに移り、機械的出力が生じる。
【００２０】
排ガス流２６は、タービンを出た後に熱く、第二の燃焼チャンバ７に誘導される。アンモニア３は、第二の較正された流分離器８内に流れ、ここで、一部のアンモニア質量流量が、アンモニア流２８として第二の燃焼チャンバ７に直接送られる。第二の部分は、第二のクラッキングチャンバ９に送られる。クラッキングチャンバ９は、窒素、水素およびその他の成分への、水素リッチ流３０へのＮＨ３の分解を促進する触媒（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄなど）を有する。分解の度合いは、第二のクラッキングチャンバ９内のガスおよび触媒の温度を変えることで制御される。第二のクラッキングチャンバ９内の高温は、第二の燃焼チャンバ７からの排ガス流３２との熱交換により達成することができる。この温度は、熱交換器を通る排ガス流３２の質量流量およびクラッキングチャンバの触媒床を通るアンモニアの質量流量を変えることで制御することができる。
【００２１】
アンモニア流２８および水素リッチ流３０は、第二の燃焼チャンバ７内に噴射され、ここでアンモニア流２８および水素リッチ流３０は燃焼される。第二の燃焼チャンバ内での燃焼は、高い当量比、一般的に１．０〜１．２（過剰のアンモニアが存在することを意味する）で実施される。この高い比により、燃焼が著しい割合のＮＨ２−イオンをもたらすことが保証される。これらのＮＨ２−イオンは、タービン６からの排気流３４中のＮＯｘと化合してＮ２およびＨ２Ｏになり、これにより、排気流からＮＯｘが除去される。
【００２２】
第二の燃焼チャンバ７からの排ガス３６は、一部の質量流量が別の較正された流分離器１１に誘導されるように、較正された流分離器１０を通って流れる。第一および第二のクラッキングチャンバ５および９が必要な温度になるように、較正された流分離器１０および１１を制御することで質量流量を操作する。
【００２３】
好ましくは、熱交換器ループ１２を使用して、排気流３６から廃熱を除去し、エネルギーを回収し、例えば水を沸騰させて蒸気タービン１３を回転させる。
【００２４】
よって、本発明によりアンモニアを動力とするタービンが提供され、これにより、アンモニアとして貯蔵されたエネルギーを回収してタービン６で機械的出力にすることができる。
【００２５】
２つの燃焼チャンバを使用することにより、窒素酸化物ＮＯｘが排気流から除去される。第二の燃焼チャンバにおける燃焼は、ＮＨ２−イオンの形成を可能にするために適切な当量比で実施され、このＮＨ２−イオンは、第一の燃焼チャンバからの排ガス中のＮＯｘと化合する。当量比は、クラッキングチャンバ５、９の温度を適切に選択および制御することで達成することができる。また、排ガス流を制御することで、クラッキングチャンバの温度を制御することができる。
【００２６】
本方法は、アンモニアから水素リッチ流を生成するために必要なクラッキングチャンバの加熱が、アンモニアの燃焼からの排気流によりもたらされるという点で、エネルギー効率がよい。これにより、水素ガスのような熱源を個別に用意および貯蔵する必要性、または電気加熱などのその他の手段により加熱する必要性が回避される。
【００２７】
最終的な排ガスの温度に存在するエネルギーは、蒸気タービンまたはその他のエネルギー回収装置の運転により回収して、機械的出力にすることができる。
【図１】
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