(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と、
ジメチルエーテルの供給モル流量に対する水蒸気の供給モル流量を３〜９として、前記ジメチルエーテルと前記水蒸気とを混合して形成された混合ガスを、貴金属系の触媒を介して前記原動機からの排熱により改質ガスに転換する改質器と
を備え、
前記改質ガスの温度が４３０〜４７０℃であり、かつ前記改質ガスの低位発熱量が改質前の前記ジメチルエーテルの低位発熱量に対して増加した割合を示すＬＨＶ増熱率が６％以上であることを特徴とするジメチルエーテル改質システム。
【請求項２】
ジメチルエーテルの供給モル流量に対する水蒸気の供給モル流量を３〜９として、前記ジメチルエーテルと前記水蒸気とを混合し、混合ガスを形成する混合ガス形成工程と、
前記混合ガスを貴金属系の触媒を介して原動機からの排熱により４３０〜４７０℃の温度の改質ガスに転換する改質工程と
を備え、
前記改質ガスの低位発熱量が改質前の前記ジメチルエーテルの低位発熱量に対して増加した割合を示すＬＨＶ増熱率が６％以上であることを特徴とするジメチルエーテル改質システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、原動機からの排熱を用いてジメチルエーテルを水素リッチガスに変換する改質器を具備するジメチルエーテル改質システムとその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ジメチルエーテル（ＤＥＭ；ＣＨ３ＯＣＨ３）が軽油代替燃料として注目されているが、このジメチルエーテルは、適当な触媒を用いることにより水蒸気改質反応を生じ、水素を発生させることが可能である。この反応は、吸熱反応であり、ガスタービンの排熱回収と組み合わせて高効率な発電システムを構築することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この発電システムでは、３５０℃程度の耐熱温度である銅・亜鉛系の触媒を充填した改質器が用いられているため、５５０℃程度のガスタービンからの排気の温度を調節する過熱器や蒸発器などを改質器の前段に設置しなければならなかった。そして、過熱器や蒸発器などによってガスタービンからの排気の温度を調節し、改質器内の温度を２５０〜４００℃に制御していた。また、この発電システムでは、ガスタービン単体の熱効率を考慮し、ジメチルエーテルに対する水蒸気の供給モル流量比を３〜１５の範囲に設定していた。
【特許文献１】特開２００４−１４４０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来のジメチルエーテルの水蒸気改質機構を備えた発電システムでは、改質器において銅・亜鉛系の触媒を用いるため、５５０℃程度のガスタービンからの排気の温度を２５０〜４００℃程度に低下させる温度調整装置を必須の構成としなければならず、システムの構成や制御などが複雑であった。また、銅・亜鉛系の触媒よりも耐熱温度の高い貴金属系触媒を用いてジメチルエーテルの水蒸気改質を行うことも考えられるが、例えば、改質ガスの温度やジメチルエーテルと蒸気の混合比などの最適な運転条件が明らかでなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題を解決するために、触媒として貴金属系触媒を用い、原動機からの排気と直接熱交換可能な改質器を備え、最適な条件でシステムを稼動することができるジメチルエーテル改質システムおよびその運転方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のジメチルエーテル改質システムは、原動機と、ジメチルエーテルの供給モル流量に対する水蒸気の供給モル流量を３〜９として、前記ジメチルエーテルと前記水蒸気とを混合して形成された混合ガスを、貴金属系の触媒を介して前記原動機からの排熱により改質ガスに転換する改質器とを備え、前記改質ガスの温度が４３０〜４７０℃であり、かつ前記改質ガスの低位発熱量が改質前の前記ジメチルエーテルの低位発熱量に対して増加した割合を示すＬＨＶ増熱率が６％以上であることを特徴とする。
【０００７】
本発明のジメチルエーテル改質システムの運転方法は、ジメチルエーテルの供給モル流量に対する水蒸気の供給モル流量を３〜９として、前記ジメチルエーテルと前記水蒸気とを混合し、混合ガスを形成する混合ガス形成工程と、前記混合ガスを貴金属系の触媒を介して原動機からの排熱により４３０〜４７０℃の温度の改質ガスに転換する改質工程とを備え、前記改質ガスの低位発熱量が改質前の前記ジメチルエーテルの低位発熱量に対して増加した割合を示すＬＨＶ増熱率が６％以上であることを特徴とする。
【０００８】
これらのジメチルエーテル改質システムおよびジメチルエーテル改質システムの運転方法によれば、貴金属系の触媒を用い、改質ガス温度を４３０〜４７０℃の範囲で運転条件を設定することによって、化学的排熱回収量を最大化し、システムにおける熱効率を大きく向上させることができる。
【００１１】
これらのジメチルエーテル改質システムおよびジメチルエーテル改質システムの運転方法によれば、ジメチルエーテルの供給モル流量に対して水蒸気の供給モル流量を３〜９の範囲で運転条件を設定することによって、化学的排熱回収量を最大化し、システムにおける熱効率を大きく向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のジメチルエーテル改質システムおよびその運転方法によれば、触媒として貴金属系触媒を用い、原動機からの排気と直接熱交換可能な改質器を備え、最適な条件でシステムを稼動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明のジメチルエーテル改質システムにおける一実施の形態のジメチルエーテル改質発電システム１０について説明する。
【００１４】
図１は、ジメチルエーテル改質発電システム１０の概要を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、ジメチルエーテル改質発電システム１０は、原動機１００、改質器２００、蒸発器３００およびジメチルエーテル気化器４００から主に構成されている。
【００１６】
ジメチルエーテル気化器４００には、液体のジメチルエーテル４０１を供給するジメチルエーテル供給配管４０２、およびジメチルエーテル気化器４００で気化したジメチルエーテル４０３を改質器２００に導くジメチルエーテル導出配管４０４が接合されている。蒸発器３００には、水３０１を供給する水供給配管３０２、および蒸発器３００で発生した蒸気３０３をジメチルエーテル導出配管４０４に導く蒸気導出配管３０４が接合されている。また、改質器２００には、改質ガス２０１を原動機１００の燃焼器１０２に導く改質ガス導出配管２０２が接合されている。
【００１７】
原動機１００は、コンプレッサ１０１、燃焼器１０２、タービン１０３で主に構成されている。コンプレッサ１０１では、大気１０４を圧縮し、燃焼器１０２にその圧縮空気を供給する。燃焼器１０２では、コンプレッサ１０１から供給された圧縮空気と、改質器２００で改質された水素リッチ（水素過濃）な改質ガス２０１とによって燃焼し、燃焼ガスを生成する。燃焼器１０２で生成された高温高圧の燃焼ガスは、タービン１０３に供給され、タービン１０３を回転駆動し、排気される。
【００１８】
改質器２００は、タービン１０３から排出される排熱を利用して、ジメチルエーテル気化器４００で気化したジメチルエーテル４０３と蒸発器３００で発生した蒸気３０３との混合ガスを、水素リッチな改質ガス２０１に改質するものである。タービン１０３からの排熱は、例えば、熱交換器などを介して改質反応部に伝達される。また、改質反応部には、例えば、貴金属系の触媒であるアルミナ担持貴金属触媒などが搭載され、この触媒を介して改質反応を生じさせる。このアルミナ担持貴金属触媒として、例えば、γ−アルミナ（γ−Ａｌ２Ｏ３）担体に、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）を担持したものなどが挙げられる。なお、貴金属系の触媒は、これらに限られるものではなく、タービン１０３からの排熱を直接利用する場合でも、十分に熱的に耐えられるものであり、かつジメチルエーテルの水蒸気改質反応を促進することができるものならば採用することができる。
【００１９】
蒸発器３００は、改質器２００で一部の熱量が回収されたタービン１０３からの排熱を、例えば、熱交換器を介して蒸発器３００に供給された水３０１に与え、水３０１を蒸発させるものである。
【００２０】
ジメチルエーテル気化器４００は、蒸発器３００で一部の熱量が回収されたタービン１０３からの排熱を、例えば、熱交換器を介してジメチルエーテル気化器４００に供給された液体のジメチルエーテル４０１に与え、気化させるものである。
【００２１】
次に、ジメチルエーテル改質発電システム１０の動作について説明する。
【００２２】
図１に示すように、タービン１０３からの排気は、改質器２００、蒸発器３００、ジメチルエーテル気化器４００の順に熱交換される。その際、タービン１０３からの排気の温度は、例えば、改質器２００の段階では５５０〜４００℃程度、蒸発器３００の段階では４００〜２００℃程度、ジメチルエーテル気化器４００の段階では２００〜１５０℃程度であり、例えば１５０〜１００℃程度の露点以上の温度で大気中に排気される。なお、これらの温度範囲は、例示でありこれらの範囲に限られるものではない。
【００２３】
ジメチルエーテル気化器４００に、ポンプなどの加圧機５００によって供給された液体のジメチルエーテル４０１は、加熱され気化し、気体のジメチルエーテル４０３となる。気体のジメチルエーテル４０３は、ジメチルエーテル導出配管４０４を改質器２００に向かって流れる。
【００２４】
蒸発器３００に、ポンプなどの加圧機５０１によって供給された水３０１は、加熱され蒸発して蒸気３０３となる。この蒸気３０３は、蒸気導出配管３０４を流れ、改質器２００の近傍で、ジメチルエーテル導出配管４０４内に流出する。ジメチルエーテル導出配管４０４内に流出した蒸気３０３は、その中を流れるジメチルエーテル４０３と混合し、混合ガスとなって改質器２００に流入する。ここで、ジメチルエーテル導出配管４０４の蒸気３０３を導入する部分よりも下流側では、ジメチルエーテル４０３と蒸気３０３との混合を促進するために、例えば、ミキサなどの混合促進部材を備えることが好ましい。
【００２５】
なお、ここでは、蒸気３０３を、改質器２００の近傍でジメチルエーテル導出配管４０４内に導く構成を採用したが、この構成に限られるものではない。例えば、ジメチルエーテル４０３と蒸気３０３をそれぞれ別個に改質器２００に供給し、改質器２００内でそれらを混合してもよい。この場合には、ジメチルエーテル４０３と蒸気３０３とを均一に混合するため、改質器２００内に、例えば、ミキサなどの混合促進部材を備えることが好ましい。
【００２６】
続いて、改質器２００に流入した混合ガスは、貴金属系の触媒を介してタービン１０３からの排熱によって、次に示す式（１）のジメチルエーテル水蒸気改質反応を生じ、水素リッチな改質ガス２０１に転換される。水素リッチな改質ガス２０１に転換された改質ガス２０１は、燃焼器１０２に供給される。
Ｃ２Ｈ６Ｏ＋３Ｈ２Ｏ  ⇔  ６Ｈ２＋２ＣＯ２−１２２ｋＪ／ｍｏｌ  …式（１）
【００２７】
なお、上記した式（１）の反応は直接生じるものではなく、次に示す式（２）のジメチルエーテル加水分解によってメタノールを経由し、さらに、次に示す式（３）のメタノール分解反応を生じる逐次反応である。
Ｃ２Ｈ６Ｏ＋Ｈ２Ｏ  ⇔  ２ＣＨ３ＯＨ−２３．６ｋＪ／ｍｏｌ  …式（２）
ＣＨ３ＯＨ  ⇔ ＣＯ＋２Ｈ２−９０．７６ｋＪ／ｍｏｌ  …式（３）
【００２８】
ここで、上記した式（２）および式（３）の反応は、いずれも吸熱反応であり、排熱を化学的に回収するため、発電効率を向上させることができる。
【００２９】
一方、一酸化炭素（ＣＯ）は、次に示す式（４）のシフト反応を生じ、水素（Ｈ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）と化学的に平衡な状態になる。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ  ⇔  Ｈ２＋ＣＯ２＋４１ｋＪ／ｍｏｌ  …式（４）
【００３０】
さらに、次に示す式（５）のメタン生成反応も生じやすい。
ＣＯ＋３Ｈ２  ⇔  ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ＋２０６ｋＪ／ｍｏｌ  …式（５）
【００３１】
ここで、上記した式（４）および式（５）の反応は、いずれも発熱反応のため、排熱を回収できず、発電効率の向上は望めない。したがって、式（４）および式（５）の反応をできるだけ抑制し、化学的熱回収量が最大となる改質ガス組成を得る必要がある。そのためには、改質ガス温度、混合ガスにおけるジメチルエーテル４０３の供給モル流量に対する蒸気３０３の供給モル流量の値（以下、Ｓ／ＤＭＥと示す）などの反応条件を最適な範囲に設定することが必要となる。
【００３２】
そこで、本発明では、改質ガス温度を３７０〜５３０℃に設定した。改質ガス温度をこの範囲としたのは、この範囲外、つまり３７０℃を下回る温度、および５３０℃を超える温度では、好ましいＬＨＶ増熱率を得ることができないからである。また、触媒出口の改質ガス温度は、４００〜５００℃とするのがより好ましく、触媒出口の改質ガス温度を、４３０〜４７０℃とするとさらに好ましい。ここで、改質ガス温度とは、触媒出口における改質ガスの温度をいうが、改質器２００において実質的にこれらの温度域で改質反応が行なわれるような機器構成とすれば十分である。また、ＬＨＶ増熱率とは、後に詳細に説明するが、改質ガスの低位発熱量が、改質前のジメチルエーテルの低位発熱量に対して増加した割合を示すものである。なお、ここでは、発電効率が１ポイント以上向上する、という観点から、好ましいＬＨＶ増熱率を６％以上とした。
【００３３】
また、本発明では、Ｓ／ＤＭＥを３〜９に設定した。Ｓ／ＤＭＥをこの範囲としたのは、３を下回ると、蒸気不足となり、触媒の表面に黒い炭素が析出し、触媒の活性を著しく低下させ、９を超えると、好ましいＬＨＶ増熱率を得ることができないからである。なお、上記したように、ここでも好ましいＬＨＶ増熱率を６％以上とした。また、Ｓ／ＤＭＥは、３以上で３に近い条件が好ましいため、Ｓ／ＤＭＥを３〜６と設定するのがより好ましく、Ｓ／ＤＭＥを３〜４と設定するとさらに好ましい。
【００３４】
上記したように、貴金属系の触媒を用い、改質ガス温度を３７０〜５３０℃、Ｓ／ＤＭＥを３〜９の範囲で運転条件を設定することによって、ジメチルエーテル改質発電システム１０において、化学的排熱回収量を最大化し、発電効率を大きく向上させることができる。さらに、タービンの排熱を、改質器２００、蒸発器３００およびジメチルエーテル気化器４００において利用しているので、発電効率の向上を図ることができる。また、触媒として貴金属系触媒を用いた改質器２００では、タービン１０３からの排気を直接熱交換可能なので、システムの構成および制御を簡易化することができる。
【００３５】
以下に示す実施例で、設定された改質ガス温度範囲およびＳ／ＤＭＥの範囲が好適であることを説明する。
【００３６】
まず、実施例１では、改質ガス温度を３７０〜５３０℃の範囲に設定することが好適であることについて、図を参照して説明する。また、実施例２では、Ｓ／ＤＭＥを３〜９の範囲に設定することが好適であることについて、図を参照して説明する。
【００３７】
（実施例１）
表１に、実施例１で試験された４種類の触媒（触媒Ａ〜触媒Ｄ）について、貴金属種、貴金属担持量、担体種を示す。
【表１】
0004801939.tif 000002
【００３８】
実施例１における試験では、石英管の中に約３．６ｇの触媒ペレットと、その前後に石英の充填物を充填し、Ｓ／ＤＭＥが３になるように混合した混合ガスを石英管に供給した。また、圧力条件は、０．４ＭＰａ（ゲージ圧）とした。各触媒について、触媒充填層内部の所定点における温度が、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃のときの低位発熱量（ＬＨＶ）の増熱率（ＬＨＶ増熱率）の測定を行った。なお、触媒充填層内部の所定点における温度は、熱電対で計測し、その温度が上記した設定温度になるように、ＰＩＤコントローラで制御した。また、ここでは、触媒量が微量であり、反応熱に対してヒータの熱供給が十分余裕があるため、触媒充填層内部の所定点における温度は、触媒出口温度と同じとすることができる。
【００３９】
ここで、ＬＨＶ増熱率（％）は、次の式（６）を用いて算出される。
ＬＨＶ増熱率＝｛（改質ガスのＬＨＶ×改質ガスの出口流量）／（ジメチルエーテルのＬＨＶ×ジメチルエーテルの供給流量）−１｝×１００  …式（６）
【００４０】
図２に、触媒Ａ〜触媒Ｄを使用したときの触媒充填層内部の温度とＬＨＶ増熱率との関係を示す。
【００４１】
図２に示された測定結果から、ＬＨＶ増熱率は、触媒充填層内部の温度に対してピークを有して変化することがわかった。また、上記したように、発電効率が１ポイント以上向上する、という観点から、ＬＨＶ増熱率が６％以上となることが好ましく、それを満たす触媒充填層内部の温度、つまり触媒出口の改質ガス温度は、３７０〜５３０℃であることがわかった。さらに、４００〜５００℃の温度範囲では、より高いＬＨＶ増熱率を得られることがわかった。また、各触媒におけるＬＨＶ増熱率がピークを示す温度範囲は、４３０〜４７０℃であることがわかった。
【００４２】
次に、触媒Ｂを用いた場合について、上記した各温度における石英管出口の改質ガスを２００℃でサンプリングして、ガスクロマトグラフで成分組成を外部標準ガスによるキャリブレーションを基に定量化した。分析した成分は、水素（Ｈ２）、メタン（ＣＨ４）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）および水蒸気の７成分である。また、供給ガスには、内部標準として流量が既知である純窒素を少量混合し、同ガスクロマトグラフで同時に定量化することで各成分の流量を求めた。
【００４３】
図３に、触媒充填層内部の温度と改質ガスの成分組成との関係を示す。
図３に示された測定結果から、温度の上昇とともに、ジメチルエーテルの残存量が減少し、温度が５００℃以上では、ジメチルエーテルは検出されなかった。メタノールもジメチルエーテルの場合と同様に、温度の上昇とともに残存量が減少しており、前述した式（２）および式（３）の反応が進行していることがわかった。
【００４４】
しかしながら、温度の上昇とともに、化学的熱回収量を減少させるメタンのモル分率は、増加することがわかった。これは、平衡上は高温で減少するはずのメタンが、アレニウス則に従う反応速度の増加により結果的に増加したためと推測される。水素、一酸化炭素および二酸化炭素は、温度変化に対して平衡則が支配的で、温度が４５０℃の付近で、水素と一酸化炭素の濃度がピークを示した。
【００４５】
吸熱反応である上述した式（２）および式（３）の反応がすでに完了していること、および発熱反応の増大に伴い化学的排熱回収量が減少することを考慮すると、触媒Ｂを用いた場合には、触媒充填層内部の温度、つまり触媒出口の改質ガスの温度が４５０℃付近において、化学的熱回収量を最も増加させることがわかった。また、この化学的熱回収量を最も増加させる温度（４５０℃付近）は、上述した触媒Ｂを用いた場合における式（６）により算出したＬＨＶ増熱率のピーク値を示す温度と同じである。なお、実際には設定温度を常に一定値に設定しておくことは難しいため、多少の温度変動を考慮して、このピーク値を示した温度４５０℃を中心とした、例えば、４３０〜４７０℃程度の範囲を最適な範囲とするのが好ましい。
【００４６】
なお、ここでは、圧力条件０．４ＭＰａ（ゲージ圧）下で実施された実験に基づく、ＬＨＶ増熱率、および成分組成を示したが、圧力を常圧から２．０ＭＰａまで変化させて他の圧力条件で実施した試験においても、最適な温度範囲が大きくずれることはなかった。
【００４７】
上記したように、貴金属系の触媒を用い、改質ガス温度を３７０〜５３０℃とすることによって、化学的排熱回収量を最大化し、発電効率を大きく向上させることができるジメチルエーテル改質発電システムが得られることが明らかとなった。
【００４８】
（実施例２）
実施例２では、表１に示した触媒Ｂを用いて、Ｓ／ＤＭＥが３．０、５．７、８．４の３種の混合ガスについて、実施例１と同様の方法で、ＬＨＶ増熱率を算出し、改質ガスの成分組成を測定した。また、圧力条件は、０．４ＭＰａ（ゲージ圧）とし、触媒Ｂの触媒充填層内部の所定点における温度を４５０℃とした。
【００４９】
図４に、Ｓ／ＤＭＥとＬＨＶ増熱率との関係を示す。また、図５に、Ｓ／ＤＭＥと改質ガスの成分組成との関係を示す。なお、図５に示された成分組成は、水蒸気を除いたドライ成分である。
【００５０】
Ｓ／ＤＭＥの増加とともに、上述した式（５）のメタン生成反応が抑制され、メタン生成が減少すると予想したが、図５に示すように、メタンは減少せず、そのモル分率はほとんど変化しなかった。また、一酸化炭素は減少して、二酸化炭素が増加しているが、これは上述した式（４）により水素と二酸化炭素が生成するように平衡がシフトしたためであると考えられる。式（４）において、水素と二酸化炭素が生成される反応、つまり式（４）の右側への反応が進むと、この反応は発熱反応であるため、ＬＨＶ増熱率は減少する。さらに、一酸化炭素の減少やジメチルエーテルの未反応分の増加によってもＬＨＶ増熱率は減少する。
【００５１】
図４および図５に示すように、Ｓ／ＤＭＥを増加させると、上記したＬＨＶ増熱率を減少させる、式（４）の水素と二酸化炭素が生成される反応の促進、一酸化炭素の減少およびジメチルエーテルの未反応分の増加を招き、ＬＨＶ増熱率は、Ｓ／ＤＭＥの増加に伴って、１０．２％から６．５％まで低下した。なお、前述したＬＨＶ増熱率の好ましい範囲である６％以上のＬＨＶ増熱率は、図示されていないが、Ｓ／ＤＭＥが９程度までは満たしていた。また、ジメチルエーテル改質発電システム１０では，蒸気量が一定になるような制御システムを備えているが、実際の運用上は一時的な流量不安定も予測されることから、Ｓ／ＤＭＥの値に余裕を持たせ９程度とすることが好ましい。また、Ｓ／ＤＭＥの値が、式（１）の化学量論比である３を下回る蒸気不足の条件では、触媒表面に黒い炭素が析出し、触媒の活性が著しく劣化した。
【００５２】
以上の結果から、水蒸気量は少ない方、つまりＳ／ＤＭＥの値が小さい方が化学的熱回収量の増大のためには望ましく、Ｓ／ＤＭＥが３〜９の範囲が好ましいことがわかった。また、その範囲の中でもＳ／ＤＭＥが３のときが好適であることがわかった。しかしながら、実機においてＳ／ＤＭＥの制御を行なう場合には変動が生じることが考えられるので、より好ましくはＳ／ＤＭＥが３〜６、さらに好ましくはＳ／ＤＭＥが３〜４の範囲に収まるようにするとよい。
【００５３】
なお、結果は図示しないが、圧力を２ＭＰａとしたときの試験でも、上記した結果と全く同様の傾向が得られた。
【００５４】
上記したように、貴金属系の触媒を用い、Ｓ／ＤＭＥを３〜９とすることによって、化学的排熱回収量を最大化し、発電効率を大きく向上させることができるジメチルエーテル改質発電システムが得られることが明らかとなった。
【００５５】
（他の実施の形態）
ここでは、上記したジメチルエーテル改質発電システム１０の構成と異なる他の実施の形態のジメチルエーテル改質発電システム２０について、図を参照して説明する。なお、ジメチルエーテル改質発電システム１０の構成と同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を簡略または省略する。
【００５６】
ジメチルエーテル改質発電システムにおいて、タービン１０３からの排気温度が、改質器２００において要求される温度よりも、例えば１００℃以上高温となる場合がある。このような場合には、タービン１０３と改質器２００との間に過熱器を設け、改質器２００の温度が適切になるようにすることが好ましい。ここでは、そのような場合に対応できるように、過熱器６００を備えて構成されたジメチルエーテル改質発電システム２０について説明する。
【００５７】
図６は、ジメチルエーテル改質発電システム２０の概要を示す図である。
図６に示すように、ジメチルエーテル改質発電システム２０は、原動機１００、改質器２００、蒸発器３００、ジメチルエーテル気化器４００および過熱器６００から主に構成されている。
【００５８】
ジメチルエーテル改質発電システム２０では、蒸発器３００で発生した蒸気３０３をジメチルエーテル導出配管４０４に導く蒸気導出配管３０４が分岐され、その分岐された蒸気導出配管３０４ａの他端が過熱器６００に接合されている。また、過熱器６００には、過熱器６００で過熱された過熱蒸気６０１を原動機１００の燃焼器１０２に導く過熱蒸気導出配管６０２が接合されている。
【００５９】
過熱器６００は、タービン１０３からの排熱を利用して、過熱器６００に供給された蒸気３０３を加熱し、過熱蒸気６０１とするものである。
【００６０】
ジメチルエーテル改質発電システム２０では、改質器２００への蒸気量をＳ／ＤＭＥが３〜９となるように制御し、残りの蒸気を過熱器６００へ送るように運転することができる。過熱器６００で過熱された過熱蒸気６０１は、過熱蒸気導出配管６０２を通って燃焼器１０２に供給される。なお、蒸発器３００では、Ｓ／ＤＭＥで１５程度に相当する蒸気を発生させることが可能である。
【００６１】
このように、過熱器６００を備えることで、改質器２００に適度な温度の排熱を供給することができるとともに、過熱器６００によって過熱された過熱蒸気６０１を燃焼器１０２において利用することができる。
【００６２】
上記したように、貴金属系の触媒を用い、改質ガス温度を３７０〜５３０℃、Ｓ／ＤＭＥを３〜９の範囲で運転条件を設定することによって、ジメチルエーテル改質発電システム２０において、化学的排熱回収量を最大化し、発電効率を大きく向上させることができる。さらに、タービンの排熱を、過熱器６００、改質器２００、蒸発器３００およびジメチルエーテル気化器４００において利用しているので、発電効率の向上を図ることができる。
【００６３】
なお、上記したジメチルエーテル改質発電システム２０では、過熱器６００を介して過熱蒸気６０１を燃焼器１０２に供給する構成を有するものを示したが、例えば、過熱器６００を介する必要のないとき、つまりタービン１０３からの排熱を直接改質器２００に供給できるときには、蒸発器３００で発生した混合ガスに利用されない蒸気を直接燃焼器１０２に供給してもよい。また、タービン１０３からの排熱を直接改質器２００に供給できるときには、蒸発器３００では、混合ガスを形成するために必要な水３０１を蒸発させ、過熱器６００に蒸気を導入しないようにしてもよい。なお、これらの場合、過熱器６００の劣化を防止するために、タービン１０３からの排熱を過熱器６００を介さずに、改質器２００に供給するとよい。
【００６４】
ここで、上記した一実施の形態では、原動機としてガスタービンを備えたジメチルエーテル改質発電システム１０について説明したが、本発明のジメチルエーテル改質システムの用途は、これに限られるものではない。例えば、本発明のジメチルエーテル改質システムは、船舶の駆動用動力などに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施の形態のジメチルエーテル改質発電システムの概要を示す図。
【図２】触媒充填層内部の温度とＬＨＶ増熱率との関係を示す図。
【図３】触媒充填層内部の温度と改質ガスの成分組成との関係を示す図。
【図４】Ｓ／ＤＭＥとＬＨＶ増熱率との関係を示す図。
【図５】Ｓ／ＤＭＥと改質ガスの成分組成との関係を示す図。
【図６】本発明の他の実施の形態のジメチルエーテル改質発電システムの概要を示す図。
【符号の説明】
【００６６】
１０…ジメチルエーテル改質発電システム、１００…原動機、１０１…コンプレッサ、１０２…燃焼器、１０３…タービン、１０４…大気、２００…改質器、２０１…改質ガス、２０２…改質ガス導出配管、３００…蒸発器、３０１…水、３０２…水供給配管、３０３…蒸気、３０４…蒸気導出配管、４００…ジメチルエーテル気化器、４０１…液体のジメチルエーテル、４０２…ジメチルエーテル供給配管、４０３…気化したジメチルエーテル、４０４…ジメチルエーテル導出配管、５００，５０１…加圧機。
【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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