(57)【要約】【課題】  改質炉のサイズを大きくすることなく、改質炉とガスタービンの設置の自由度を失うことなく、また、改質炉からの蒸気発生量の減少を補うことができる、高熱効率な改質炉システムを提供する。【解決手段】  ガスタービン７及び排熱回収熱交換器６を併設し、ガスタービンで発電すると共にガスタービンの排ガスを改質炉原料の予熱及び予備改質用の蒸気発生に用いている。具体的には、ガスタービン排ガス（５００〜６００℃）の下流流路に排熱回収熱交換器６を設け、ガスタービン７の高温排気と改質炉１８の原料を熱交換することで、原料の気化，脱硫に適した温度への昇温、さらには予備改質器１２での予備改質に適した温度への昇温を行うとともに、ガスタービン排ガスの残りの熱を用いて予備改質に必要な蒸気の発生，過熱を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱硫後の原料からメタンを主成分とする予備改質ガスを生成する予備改質器と、
前記予備改質ガスを主として水素と一酸化炭素からなる合成ガスに改質する改質炉とを備えた改質炉システムであって、
ガスタービンと、
該ガスタービンの排熱を利用して、前記予備改質器に導かれる原料及び前記予備改質器から改質炉に供給される前記予備改質ガスを加熱し、前記予備改質器で原料の予備改質に用いる水蒸気を発生させる排熱回収熱交換器を設けたことを特徴とする改質炉システム。
【請求項２】
脱硫後の原料からメタンを主成分とする予備改質ガスを生成する予備改質器と、
前記予備改質ガスを主として水素と一酸化炭素からなる合成ガスに改質する改質炉とを備えた改質炉システムであって、
ガスタービンと、
該ガスタービンの排熱を利用して、前記予備改質器に導かれる原料及び前記予備改質器から改質炉に供給される前記予備改質ガスを加熱する排熱回収熱交換器と、前記予備改質器で原料の予備改質に用いる水蒸気を発生させる排熱回収熱ボイラを設けたことを特徴とする改質炉システム。
【請求項３】
炭化水素の原料を脱硫する脱硫塔と、
脱硫後の原料からメタンを主成分とする予備改質ガスを生成する予備改質器と、
前記予備改質ガスを主として水素と一酸化炭素からなる合成ガスに改質する改質炉とを備えた改質炉システムであって、
ガスタービンと、
該ガスタービンの排熱を利用して、前記脱硫塔で脱硫する原料、前記予備改質器に導かれる脱硫された原料及び前記予備改質器から改質炉に供給される前記予備改質ガスを加熱し、前記予備改質器で原料の予備改質に用いる水蒸気を発生させる排熱回収熱交換器を設けたことを特徴とする改質炉システム。
【請求項４】
前記ガスタービンの排ガスを前記排熱回収熱交換器に供給する第１の排ガスダクトと、前記排熱回収熱交換器出口の排ガスを前記排熱回収ボイラ入口に供給する第２の排ガスダクトと、前記排熱回収熱交換器に供給する排ガスの一部をバイパスさせ、前記第２の排ガスダクトを流通する排ガスに合流させる第３の排ガスダクトを備えたことを特徴とする請求項２に記載の改質炉システム。
【請求項５】
前記ガスタービンの排ガスを前記排熱回収熱交換器に供給する第１の排ガスダクトと、前記排熱回収熱交換器出口の排ガスを前記排熱回収ボイラに導く第２の排ガスダクトと、前記排熱回収熱交換器に供給する排ガスの一部をバイパスさせて前記排熱回収熱ボイラ入口に供給する第３の排ガスダクトを備え、前記第２の排ガスダクトは前記排熱回収熱交換器を経由した排ガスを、前記第３の排ガスダクトを介して前記排熱回収ボイラに導かれた排ガスと、該排熱回収ボイラの排ガス流路の途中部分で合流させるように接続したことを特徴とする請求項２に記載の改質炉システム。
【請求項６】
補助燃焼器を前記排熱回収熱交換器に設置し、前記補助燃焼器に空気を供給する送風機を設けたことを特徴とする請求項１，２，３に記載の改質炉システム。
【請求項７】
前記第１及び第２の排ガスダクトに、各々の排ガスダクトを流通させる排ガス流量を調整するダンパーを設けたことを特徴とする請求項４，５に記載の改質炉システム。
【請求項８】
ガスタービンの排熱を利用して、予備改質する原料及び改質炉に供給される予備改質した予備改質ガスを加熱すると共に、前記原料の予備改質に用いる水蒸気を発生させるように構成したことを特徴とする改質炉システムに用いる排熱回収熱交換器。
【請求項９】
ガスタービンの排熱を利用して、予備改質する原料及び改質炉に供給される予備改質した予備改質ガスを加熱する第１の排熱回収熱交換器と、
前記ガスタービンの排ガスから排熱回収して前記原料の予備改質に用いる水蒸気を発生させる第２の排熱回収熱交換器を設けたことを特徴とする改質炉システムに用いる排熱回収熱交換器。
【請求項１０】
予備改質する原料及び改質炉に供給される予備改質した予備改質ガスを加熱すると共に、前記原料の予備改質に用いる水蒸気を発生させる熱源としてその排熱を利用するようにしたことを特徴とする改質炉システムに用いるガスタービン。
【請求項１１】
脱硫する原料を予熱する原料予熱器と、
該原料予熱器で予熱された炭化水素の原料を脱硫する脱硫塔と、
脱硫後の原料を改質する改質炉とを備えた既設改質炉システムの改造方法であって、
ガスタービンと、前記ガスタービンの排熱を利用する排熱回収熱交換器と、脱硫後の原料からメタンを主成分とする予備改質ガスを生成する予備改質器を追設し、
前記排熱回収熱交換器にて前記脱硫塔で脱硫する原料の予熱を行い、前記予備改質器に導かれる脱硫された原料及び前記予備改質器から改質炉に供給される前記予備改質ガスを加熱し、更に排熱回収して発生させた水蒸気を前記予備改質器で原料の予備改質に用いるように改造することを特徴とする既設改質炉システムの改造方法。
【請求項１２】
脱硫する原料を予熱する原料予熱器と、
該原料予熱器で予熱された炭化水素の原料を脱硫する脱硫塔と、
脱硫後の原料を改質する改質炉とを備えた既設改質炉システムの改造方法であって、
ガスタービンと、前記ガスタービンの排熱を利用する排熱回収熱交換器及び排熱回収ボイラと、脱硫後の原料からメタンを主成分とする予備改質ガスを生成する予備改質器を追設し、
前記排熱回収熱交換器にて前記脱硫塔で脱硫する原料の予熱を行い、前記予備改質器に導かれる脱硫された原料及び前記予備改質器から改質炉に供給される前記予備改質ガスを加熱し、更に前記排熱回収ボイラで発生させた水蒸気を前記予備改質器で原料の予備改質に用いるように改造することを特徴とする既設改質炉システムの改造方法。
【請求項１３】
脱硫後の原料からメタンを主成分とする予備改質ガスを生成する予備改質器と、
前記予備改質ガスを主として水素と一酸化炭素からなる合成ガスに改質する改質炉と、
ガスタービンと、
該ガスタービンの排ガスから排熱回収する排熱回収熱交換器とを備え、
前記排熱回収熱交換器では前記ガスタービンの排熱を利用して、前記予備改質器に導かれる原料及び前記予備改質器から改質炉に供給される前記予備改質ガスを加熱すると共に、前記予備改質器で原料の予備改質に用いる水蒸気を発生させることを特徴とする改質炉システムの運転方法。
【請求項１４】
脱硫後の原料からメタンを主成分とする予備改質ガスを生成する予備改質器と、
前記予備改質ガスを主として水素と一酸化炭素からなる合成ガスに改質する改質炉と、
ガスタービンと、
該ガスタービンの排ガスから排熱回収する排熱回収熱交換器及び排熱回収ボイラとを備え、
前記ガスタービンの排熱を利用して、前記予備改質器に導かれる原料及び前記予備改質器から改質炉に供給される前記予備改質ガスを前記排熱回収熱交換器で加熱し、前記予備改質器で原料の予備改質に用いる水蒸気を前記排熱回収ボイラで発生させることを特徴とする改質炉システムの運転方法。
【請求項１５】
炭化水素の原料を脱硫する脱硫塔と、
脱硫後の原料からメタンを主成分とする予備改質ガスを生成する予備改質器と、
前記予備改質ガスを主として水素と一酸化炭素からなる合成ガスに改質する改質炉と、
ガスタービンと、
該ガスタービンの排ガスから排熱回収する排熱回収熱交換器とを備え、
前記排熱回収熱交換器では前記ガスタービンの排熱を利用して、前記脱硫塔で脱硫する原料を予熱し、前記予備改質器に導かれる原料及び前記予備改質器から改質炉に供給される前記予備改質ガスを加熱すると共に、前記予備改質器で原料の予備改質に用いる水蒸気を発生させることを特徴とする改質炉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、ガスタービン排ガス利用の改質炉システムに係り、Ｃ2 以上の炭化水素を原料とする、水素，アンモニア，メタノール等製造プラントの予備改質器を具備した水蒸気改質炉システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
改質炉は、水素，アンモニア，メタノール等製造プロセスにおいて、これら製品を製造するための原料となる合成ガスを炭化水素原料から製造するために使用されている。原料は必要な圧力まで昇圧されたあと予熱，脱硫され、水蒸気と混合後改質炉の排ガスとの熱交換により５００℃程度に加熱されて改質触媒が充填された改質炉の被加熱管に導入され
、改質炉燃焼ガスから熱を供給されて合成ガスに改質される。例えば２０気圧程度の加圧下にて改質する場合、改質温度は８００℃以上であり、従って大量の加熱用燃料を必要とする。
【０００３】
この加熱用燃料を節減する方法として、例えば特開平０６−２０７５３１号公報のように、改質炉とガスタービンを併用することにより電力を併産するとともに、そのガスタービンの高温排ガスを改質炉に支燃剤として導入するシステム（以下、ガスタービン排ガス利用改質炉システム）や、改質炉上流に予備改質器を設置して原料中の重質留分を予めメタンに改質することにより従来改質炉入口での原料の熱分解による炭素析出のトラブルを防ぐため約５００℃以下に制限されていた改質炉入口温度を改質炉排ガスとの熱交換により５５０〜６００℃まで昇温することによって改質炉の燃料使用量を低減するシステム
（以下予備改質器システム）が提案されている。
【０００４】
特開平０６−２０７５３１号公報では併設されているガスタービンの高温排ガスの一部が排ガス流路を経て加熱炉内に直接導入されると共に、ガスタービンの不時の停止に備えて常用又は非常用の送風機が備えられ、送風機からの空気を上記排ガス流路の途中に導入できるように構成されている。
【０００５】
また、予備改質器システムの従来構成では、原料は予備改質器に導入される前に脱硫する必要があり、脱硫に必要な温度まで原料を予熱するために予熱炉が設置されている。予備改質のためには更に温度を上げる必要があるが、そのための熱源として改質炉の排ガスを用いている。すなわち、改質炉の対流部に加熱用コイルを挿入し、予備改質で必要とされる温度まで原料を加熱して予備改質器に導入するように構成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−２０７５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特開平０６−２０７５３１号公報の技術では、改質炉の燃料削減効果は期待できるものの、改質炉の燃焼排ガス量の増加は平均燃焼排ガス温度の低下となり、改質炉の輻射熱吸収効率を低下させるため改質炉が大きくなってしまうという課題がある。また、ガスタービン排ガスの温度は５００〜６００℃と高温であるので、この高温排ガスを改質炉に導入するためには、この温度に耐える高温用排ガスダクトが必要になるため、設備コストを出来るだけ少なくしようとすれば改質炉とガスタービンを近接して設置する必要があり、その場合は配置の自由度が限定される。
【０００８】
予備改質器システムでは、従来蒸気発生用に使用されていた改質炉排熱の一部を予備改質に適した温度まで原料を昇温するための熱として回収するため、及び予備改質器を用いたことによる改質炉の燃料節減効果による改質炉排ガス熱量自体の減少のために、改質炉からの蒸気発生量が低下するという課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、改質炉のサイズを大きくすることなく、改質炉とガスタービンの設置の自由度失うことなく、また、改質炉からの蒸気発生量の減少を補うことができる、高熱効率な改質炉システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、ガスタービン及び排熱回収熱交換器を併設し、ガスタービンで発電すると共にガスタービンの排ガスを改質炉原料の予熱及び予備改質用の蒸気発生に用いている。具体的には、ガスタービン排ガス（５００〜６００℃）の下流流路に排熱回収熱交換器を設け、ガスタービンの高温排気と改質炉原料を熱交換することで、原料の気化，脱硫に適した温度への昇温、さらには予備改質に適した温度への昇温を行うとともに、ガスタービン排ガスの残りの熱を用いて予備改質に必要な蒸気の発生，過熱を行う。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、ガスタービンからの高温排ガスを改質炉に直接導入しない為、改質炉の輻射熱吸収効率が低下せず、改質炉を大きくすること無しに燃料節減を可能とするという効果があり、また高温の排気ガスダクトの引き回しが不要であるため必ずしもガスタービンを改質炉近傍に設置する必要が無くプラント配置計画での自由度が高いという効果がある
。
【００１２】
更に、予備改質器のみを設けて改質炉の燃料を削減した場合、改質炉の排熱回収部からの蒸気発生量は減少するが、本発明ではその減少分を補い、且つこのプラントの必要電力を自己供給することが可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、ガスタービン排ガス利用の改質炉システムに係り、Ｃ2 以上の炭化水素を原料とする、水素，アンモニア，メタノール等製造プラントの予備改質器を具備した水蒸気改質炉システムにガスタービン発電設備を設けて発電すると共に、そのガスタービンの排ガスを原料予熱炉及び予備改質の熱源として利用することにより原料予熱炉及び水蒸気改質炉（以下改質炉と称す）の燃料を節減するシステムに関する。以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の第１の実施例であり、ナフサを原料とする従来の水素製造プラントに予備改質器及びガスタービンを併設する場合を示している。
【００１５】
図１において、改質炉１８に併設されたガスタービン７には燃料５３が供給され、発電機８で発電するとともに、そのガスタービン排ガスはＧＴ排ガスダクト２７，排熱回収熱交換器６を経て、煙突１７より排出される。ＧＴ排ガスダクト２７はダンパー３２と送風機３０を具備している。
【００１６】
排熱回収熱交換器６は給水加熱器１３，蒸発器１５，蒸気過熱器１６，原料予熱器９，原料加熱器１０，１１等の熱交換器と汽水分離ドラム１４及び補助燃焼器３１で構成される。
【００１７】
排熱回収熱交換器６では、原料予熱器９及び原料加熱器１０，１１でガスタービン排ガスと改質炉原料の熱交換を行い、原料をそれぞれ脱硫塔３及び予備改質器１２（断熱式予備改質器）の運転に必要な温度まで加熱を行う。原料予熱器９を出たガスタービン排ガスは更に蒸気過熱器１６，蒸発器１５及び給水加熱器１３、との熱交換を行う。蒸気加熱器１６での熱交換により過熱蒸気５６を発生させる。蒸気５６は必要に応じて、改質炉排熱回収部２３で発生した過熱蒸気５７より不足分を補って、予備改質に必要な蒸気５９と改質に必要な蒸気５８に分けられ、それぞれ原料加熱器１０及び原料加熱器１１の上流で原料ガス及び予備改質ガスに混入される。ガスタービンの不時の停止時にはダンパー３２を閉止し、送風機３０と補助燃焼器３１を起動することで予備改質器１２と改質炉１８の運転継続を可能としている。また、ガスタービンの運転中に補助燃焼器３１を燃焼させ、排熱回収熱交換器６の各部のガス温度を必要な原料予熱温度に応じて調整することも可能である。
【００１８】
改質炉原料のナフサ５０は原料ポンプ１で必要な圧力に昇圧されたあと循環水素５１を加え、原料予熱器９に供給される。原料予熱器９で気化しさらに原料の脱硫に必要な温度例えば３８０℃まで過熱された原料は脱硫塔３に導入される。原料に含まれている硫黄分は脱硫塔３の水添脱硫層４で硫化水素に変換され、その下流にある吸着層５で吸着除去される。原料中の硫黄分は改質触媒の被毒となるためほぼ完全に除去される必要がある。硫黄分が除去された原料は予備改質に必要な量の蒸気５９と混合され、原料加熱器１０でガスタービンの高温排ガスと熱交換して予備改質に必要な温度例えば４７５℃程度に加熱され、予備改質器１２に導入される。原料ナフサは予備改質触媒により全てメタン，水素，一酸化炭素及び炭酸ガスの混合ガスに改質される。
【００１９】
メタンを主体とした予備改質ガスは、さらに改質に必要な量の蒸気５８と混合されたあと原料加熱器１１で加熱され、改質炉１８の改質炉排熱回収部２３の原料加熱器２０で更に５５０〜６００℃まで加熱されて改質炉１８の触媒管１９に導入され、改質炉燃焼ガスからの熱により８００〜８５０℃で合成ガスに改質される。ナフサを予備改質しない場合は触媒管入口での炭素析出を避けるため触媒管入口温度は例えば５００℃以下に制限されるが、メタンが主成分の予備改質ガスの場合は炭素の析出を危惧することなく５５０〜
６００℃までの加熱が可能である。炭化水素の水蒸気改質反応は高温下で起こる吸熱反応であり、改質炉で燃料を燃焼させ、その燃焼熱を（１）原料の温度を反応に適した温度まで引き上げるための熱、及び（２）反応熱として利用しており、改質炉に導入される原料の温度が高くなれば（１）に要する熱が減少、その分改質炉での燃料使用量が少なくてすむ。本実施例によれば、ガスタービンの排熱を直接改質炉１８に導入するのではなく、原料の改質炉導入温度を上昇させることに用いるため、高温のＧＴ排ガスダクトの引き回しが不要であり、配置計画での自由度も高い。約８００〜８５０℃で触媒管を出た合成ガスは排熱回収ボイラ２５で蒸気を発生させることにより後続の高温ＣＯ変性器で必要な温度
、例えば４５０〜３００℃程度まで冷却され後続装置に向かう。
【００２０】
次に、本実施例の作用を説明する。
【００２１】
例えばナフサを原料とする１５０万Ｎｍ3／ｄ の水素を生産する従来設備の場合、原料予熱は独立した原料予熱炉で行われ、その負荷は原料を脱硫に必要な温度例えば３８０℃まで昇温するとして４.７×１０6kcal／ｈ、触媒管１９の入口で例えば５００℃まで昇温するとして、改質炉排熱回収部２３の原料加熱器２０の熱負荷は約１０.０×１０6kcal／ｈ、改質炉１８の改質に必要な熱負荷はＳ／Ｃ比を例えば５.０ とすれば５９.０×１０6kcal／ｈ程度となり、必要蒸気量は約１０１ｔ／ｈ程度である。また、改質炉排熱回収部２３及び排熱回収ボイラ２５での蒸気発生量は例えば圧力３６.５Ｍｐａ ，温度３３０℃の中圧蒸気を想定し、排熱回収ボイラ２５出口の合成ガス温度を例えば３８０℃とするとおよそ１１４ｔ／ｈ程度である。従って、外部に供給できる蒸気の量はおよそ１３ｔ／ｈとなる。
【００２２】
例えば上述した様な従来水素製造設備に、図１で示す様に予備改質器１２，約２９ＭＷ程度の出力を有するガスタービン７，発電機８、及び排熱回収熱交換器６を設置した場合
、予備改質器１２で原料ナフサ５０がメタンを主成分とするガスに改質されるため、触媒管１９の入口温度を例えば６００℃まで昇温したとして、水素生産量を上述の従来設備と等量になるよう改質した場合、触媒管入口温度が上昇したことにより改質炉１８の熱負荷は５３.７×１０6kcal／ｈと従来設備より約９％減少し、その分改質炉の燃料を節約できるという効果がある。また、必要水蒸気量については、予備改質器での蒸気消費が蒸気消費量増加分となるが予備改質の結果改質炉のＳ／Ｃ比が４.５ 程度に減少するため、システム全体での蒸気消費量は１０１ｔ／ｈと従来設備の場合と変わらない。
【００２３】
また、ガスタービンに連結した発電機８により約２９ＭＷの電力を得ることにより、設備内の所要電力を自家供給するとともに余剰電力を外部に売電し、収支を改善する効果もある。
【００２４】
原料ポンプ１で必要圧力例えば３０ＭＰａ程度まで加圧されたナフサは常温で原料予熱器９に入り脱硫に必要な温度例えば３８０℃まで昇温される。従って従来設備の原料予熱炉は不要となり、そこでの燃料も全量節減されるという効果がある。脱硫塔３で脱硫された原料は、例えばＳ／Ｃ比１.６相当約３２.２ｔ／ｈの予備改質用水蒸気５９と混合され
、原料加熱器１０で予備改質に必要な温度例えば４７５℃程度まで昇温される。原料加熱器１０で昇温された原料は、予備改質器１２でメタンを主成分とするガスに改質されたあと、改質に必要な約６９.２ｔ／ｈ の水蒸気５８と混合される。水蒸気５８と混合された予混合ガスは原料加熱器１１に導かれ、ここで例えば約４７８℃まで加熱された後、改質炉排熱回収部２３に供給される。原料加熱器２０では、改質炉燃焼ガスによって更に、例えば６００℃まで加熱されて触媒管１９に導入され改質される。原料加熱器１１と原料加熱器２０の負荷比は実際の設備の特性に従い最適化される。なお、改質炉１８には燃料
６２が供給され燃焼されて高温の改質炉燃焼ガスを発生することにより改質用熱を供給する。また、改質炉燃焼ガスは改質用熱を与えた後改質炉排熱回収部２３で更に排熱回収され煙突２６から排出される構造となっている。
【００２５】
一方、ガスタービン７からの排ガスは例えば約５７０℃で排熱回収熱交換器６に導入され順次原料ガスと熱交換することによりその温度を下げて行くが、原料予熱器９出口では約４４０℃とまだ十分な熱量を保有しており、さらに排熱回収ボイラとして蒸気過熱器
１６，蒸発器１５及び給水加熱器１３で熱回収を行い、排熱回収ボイラ部出口では例えば温度２１５℃で煙突１７に排出される。
【００２６】
排熱回収ボイラ被加熱側入口に例えば温度１２５℃で入った給水５５は、給水加熱器
１３で例えば温度２４５℃まで加熱され、蒸発器１５で例えば温度約２４５℃の飽和蒸気となる。また、給水５５の一部は分岐して改質炉排熱回収部２３の給水加熱器２２に供給され、改質炉１８の排熱によって加熱される。給水加熱器２２で加熱された給水は、汽水分離ドラム２４を経由して排熱回収ボイラ２５に供給される。排熱回収ボイラ２５では、改質炉１８で改質された高温の合成ガス６１から排熱回収を行い、蒸気を発生させている。その発生蒸気は汽水分離ドラム２４に供給され、ここで給水と蒸気との分離が行われる。分離された蒸気は蒸気過熱器２１によって過熱され過熱蒸気５７となる。排熱回収熱交換器６の蒸発器１５で発生した飽和蒸気は、蒸気過熱器１６で例えば３３０℃に過熱され、改質炉排熱回収部２３で発生した蒸気５７と共に改質用蒸気として使用される。排熱回収熱交換器６で発生する蒸気は約３２.６ｔ／ｈ でほぼ予備改質に必要な蒸気量に相当する。一方、改質炉排熱回収部２３及び排熱回収ボイラ２５で発生する蒸気は改質炉燃焼ガス量の減少により従来設備のそれより若干減少して約１１０ｔ／ｈとなるが、改質に必要な蒸気量は約１０１ｔ／ｈであるので、従来より約２９ｔ／ｈ多い４１.６ｔ／ｈ の外部への蒸気供給を可能にするという効果がある。
【００２７】
本実施例によれば、ガスタービンからの高温排ガスを改質炉に直接導入しない為、改質炉の輻射熱吸収効率が低下せず、改質炉を大きくすること無しに燃料節減を可能とするという効果があり、また高温の排気ガスダクトの引き回しが不要であるため必ずしもガスタービンを改質炉近傍に設置する必要が無くプラント配置計画での自由度が高いという効果がある。
【００２８】
更に、予備改質器のみを設けて改質炉の燃料を削減した場合、改質炉の排熱回収部からの蒸気発生量は減少するが、本実施例ではその減少分を補い、且つこのプラントの必要電力を自己供給することが可能となるという効果がある。また、予熱炉及び改質炉双方の燃料使用量を削減すると共に、設置するガスタービンのサイズによっては蒸気，電力の外部への供給も可能になるという効果がある。また、ガスタービン排ガスを直接改質炉に導入する場合と異なり、本発明では改質炉容量に対してガスタービン容量の幅広い選択が可能になるという効果がある。
【実施例２】
【００２９】
本発明の第２の実施例について図２を参照して説明する。なお、第１の実施例と共通する部分については説明を省略する。
【００３０】
本実施例では、図２に示すように第一の実施例の排熱回収熱交換器６を第１の排熱回収熱交換器２８と、第２の排熱回収熱交換器としての排熱回収ボイラ２９に分割して設置している。排熱回収熱交換器２８は原料の予熱，加熱に、また排熱回収ボイラ２９は蒸気発生に使用される。ガスタービン排ガスは、排熱回収熱交換器２８の熱容量に応じて、ＧＴ排ガスダクト２７のダンパー３２及び、ＧＴ排ガスダクト３４に設置されたダンパー３３により分流される。また、排熱回収熱交換器２８に分流するＧＴ排ガスダクト２７は送風機３０を具備しており、排熱回収熱交換器２８には補助燃焼器３１が具備されている。排熱回収熱交換器２８のバイパス経路として設置したＧＴ排ガスダクト３４は、排熱回収熱交換器２８を経由した排ガスを排熱回収ボイラ２９に供給するＧＴ排ガスダクト３６の途中に接続するように構成している。
【００３１】
本第２の実施例では、第１の実施例で説明した効果に加え、下記の効果がある。
【００３２】
本第２の実施例では、通常運転時にはガスタービン排ガスの約６０％が第１のＧＴ排ガスダクト２７を介して排熱回収熱交換器２８に送られ、排熱回収された排ガスは排熱回収熱交換器２８出口と排熱回収ボイラ２９入口を接続する第２のＧＴ排ガスダクト３６を介して排熱回収ボイラ２９に導入される。残りの４０％のガスタービン排ガスは、排熱回収熱交換器２８をバイパスする第３のＧＴ排ガスダクト３４を介して、排熱回収熱交換器
２８を経由した第２のＧＴ排ガスダクト３６を流通する排ガスと合流し、排熱回収ボイラ２９に導入される。原料の予熱，加熱はガスタービン排ガスの比較的高温部の熱量を必要とするため、排熱回収熱交換器２８の排気温度は例えば３５０℃程度と十分高く、この保有熱量を有効に回収するため、この排ガスをガスタービン排ガスの残り４０％と合流させ排熱回収ボイラ２９に導入する。これにより排熱回収ボイラ２９での蒸気発生量は第１の実施例と同じく３２.６ｔ／ｈとなる。
【００３３】
また、本第２の実施例では、ガスタービンが不時に停止した場合には、送風機３０及び補助燃焼器３１を緊急始動するとともに流量調節ダンパー３２及び３３を閉止する。送風機３０及び補助燃焼器３１の容量は外部より若干の予備改質用蒸気を導入することにより排熱回収熱交換器２８の容量に合わせ実施例１のそれらの６０％でよい。これにより万一ガスタービンが停止した場合でも実施例１に比べて少ない設備コスト，運転コストで予備改質器１２経由で改質炉１８の運転を継続できるという効果がある。また、改質炉容量に対してガスタービン容量の幅広い選択が可能になるという効果もある。
【実施例３】
【００３４】
本発明の第３の実施例について図３を参照して説明する。なお、第１，第２の実施例と共通する部分については説明を省略する。
【００３５】
本実施例では、排熱回収熱交換器２８をバイパスしたガスタービン高温排ガスを直接排熱回収ボイラ２９に導入し、排熱回収熱交換器２８の排ガスは、この排熱回収熱交換器
２８からの排ガスに近い温度が流通する部位（中間部分）で排熱回収ボイラ２９に導入する。すなわち、第２のＧＴ排ガスダクト３６は排熱回収熱交換器２８出口と排熱回収ボイラ２９の排ガス流路途中とを接続し、第３のＧＴ排ガスダクト３４はガスタービン７出口（第１のＧＴ排ガスダクト２７途中）と排熱回収ボイラ２９入口とを接続して排ガス経路を構成している。
【００３６】
本第３の実施例では、第１及び第２の実施例で説明した効果に加え、下記の効果がある
。
【００３７】
本実施例では、排熱回収熱交換器２８をバイパスした高温のガスタービン排ガスと比較的低温の排熱回収熱交換器２８からの排ガスをダクトで合流させず、それぞれの温度に応じた部位で合流するように構成している。図示する本実施例では、排熱回収熱交換器２８を経由した排ガスは、排熱回収ボイラ２９の蒸発器１５の途中位置でＧＴ排ガスダクト
３４から供給されたガスタービン排ガスと合流させている。なお、排熱回収熱ボイラ２９での排ガス合流点は、ＧＴ排ガスダクト３４でバイパスされた高温の排ガス（例えば570
℃）が排熱回収熱ボイラ２９内で排熱回収され、排熱回収熱交換器２８からの排ガス（例えば３８５℃）と同程度、若しくは所定の温度差となった排ガスが流通する位置に相当する排ガス流路で合流させれば良く、図３の構成に限定されるものではない。本実施例によれば蒸気発生量を変えずに、これらの温度差が大きい場合の熱応力によるダクトの変形等の問題を回避できる効果がある。
【実施例４】
【００３８】
本発明の第４の実施例について図４を参照して説明する。尚、第１，第２及び第３の実施例と共通する部分については説明を省略する。
【００３９】
本実施例は、既設の改質炉システムにガスタービン７，発電機８，排熱回収熱交換器６
、及び予備改質器１２を追設する場合の実施例である。既設改質炉システムは、原料ポンプ１Ｋ，原料予熱炉２Ｋ，脱硫塔３Ｋ，改質炉１８Ｋ，汽水分離ドラム２４Ｋ，排熱回収ボイラ２５Ｋ，煙突２６Ｋ、を含むシステムで、また改質炉１８Ｋは触媒管１９Ｋを含む輻射部と原料加熱器２０Ｋ，蒸気過熱器２１Ｋ，給水加熱器２２Ｋを備えた改質炉熱回収部２３Ｋより構成されている。
【００４０】
本第４の実施例では下記の効果がある。
【００４１】
既設の改質炉システムにガスタービン７及び排熱回収熱交換器６を追設したことにより
、原料の脱硫用予熱は原料予熱器９によって行われるため、既設原料予熱炉２Ｋは不要となり、既設原料予熱炉２Ｋで消費されていた燃料４.７×１０6kcal／ｈが全量節約されるという効果がある。なお、図４ではガスタービン７，排熱回収熱交換器６の追設によって既設原料予熱炉２Ｋを撤去する例を示しているが、既設原料予熱炉２Ｋを残して、原料の予熱を既設原料予熱炉２Ｋと、排熱回収熱交換器６の原料予熱器９との両方で行うように構成しても良い。
【００４２】
また、既設改質炉に予備改質器システムを適用した場合、少なくとも原料予熱コイルの増設のため既設改質炉の熱回収部の一部改造が必要となり、且つ既設改質炉からの蒸気回収量が減少するが、本第４の実施例では、既設原料加熱器２０Ｋを改造することなく、原料を既設原料加熱器２０Ｋ出口で例えば６００℃に加熱できるように原料加熱器１１を設計することが可能であり、このことにより既設改質触媒の交換は必要なものの、既設改質炉の熱回収部を改造することなく予備改質器システムを既設改質炉に導入することが出来るという効果がある。
【００４３】
また、既設では改質用Ｓ／Ｃが５の場合、外部へ送出できる蒸気量は１３ｔ／ｈ程度であるが、排熱回収熱交換器６で３２.６ｔ／ｈ の蒸気も発生することから、外部への送気量を約４１.６ｔ／ｈ と大幅に増加でき、既設ボイラの一部停止による全体の熱効率向上が期待できるという効果がある。
【００４４】
本第４の実施例では、従来のガスタービン排ガス利用改質炉システムと異なり、ガスタービン排ガスを直接既設改質炉に導入しないため、改質炉の空気ダクト，バーナー等の改質炉本体の改造が不要であり、また上記で述べた様に既設改質炉熱回収部の改造も不要となることから、プラントの改造費，改造時間ともに大幅に減少／短縮する効果がある。
【００４５】
また、ガスタービン排ガスを直接既設改質炉に導入しないため、ガスタービン，予備改質器等の新設機器の設置場所に制約がなく、既設改質炉まわりにスペースの無い既設設備にも適用できるという効果がある。
【００４６】
第２，第３の実施例は新設の改質炉システムに限らず、第４の実施例である既設改質炉システムへの適用も可能であり、第２，第３の実施例で述べた効果は既設改質炉システムに適用した場合でも変わらない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施例を示す概略構成図。
【図２】本発明の第２の実施例を示す概略構成図。
【図３】本発明の第３の実施例を示す概略構成図。
【図４】本発明の第４の実施例を示す概略構成図。
【符号の説明】
【００４８】
１…原料ポンプ、３…脱硫塔、４…水添脱硫層、５…吸着層、６…排熱回収熱交換器、７…ガスタービン、８…発電機、９…原料予熱器、１０，１１，２０…原料加熱器、１２…予備改質器、１３，２２…給水加熱器、１４…汽水分離ドラム，１５…蒸発器、１６，２１…蒸気過熱器，１７，２６…煙突、１８…改質炉、１９…触媒管、２３…改質炉排熱回収部、２４…汽水分離ドラム、２５，２９…排熱回収ボイラ、２７，３４，３６…ＧＴ排ガスダクト、２８…排熱回収熱交換器、３０…送風機、３１…補助燃焼器、３２，３３ダンパー、１Ｋ…既設原料ポンプ、２Ｋ…既設原料予熱炉、３Ｋ…既設脱硫塔、１８Ｋ…既設改質炉、１９Ｋ…既設触媒管，２０Ｋ…既設原料加熱器、２１Ｋ…既設蒸気過熱器、２２Ｋ…既設給水加熱器、２３Ｋ…既設改質炉排熱回収部、２４Ｋ…既設汽水分離ドラム
、２５Ｋ…既設排熱回収ボイラ、５０…原料ナフサ，５１…循環水素、５２，５３，６２…燃料、５４…空気、５５…給水、５６，５７，５８，５９，６０…蒸気、６１…合成ガス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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