(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化燃料を触媒に接触させて前記ガス化燃料に含まれるアンモニアを分解するガス化燃料のアンモニア分解処理装置において、前記触媒の上流にプリバーナを設置すると共に、当該プリバーナに前記ガス化燃料の一部と、前記ガス化燃料の一部の量に対して当量以上の酸素又は当量以上の酸素を含むガスとを供給して燃焼させ、その燃焼ガス中に残りのガス化燃料を混合して前記触媒に供給することを特徴とするガス化燃料のアンモニア分解処理装置。
【請求項２】
脱硫装置の下流かつ燃焼器の上流に設置され、前記脱硫装置により脱硫されたガス化燃料に含まれるアンモニアを分解して前記燃焼器に供給することを特徴とする請求項１記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置。
【請求項３】
前記燃焼器に直結されていることを特徴とする請求項２記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置。
【請求項４】
前記触媒の上流にすすを除去するフィルタを設置することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置。
【請求項５】
前記フィルタは、電熱フィルタであることを特徴とする請求項４記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置。
【請求項６】
前記触媒に供給するガス化燃料の全体量の３分の１以下の量を前記ガス化燃料の一部として前記プリバーナに供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置。
【請求項７】
前記プリバーナに供給されたガス化燃料の燃焼によって前記触媒の入口を７００℃以上１０００℃以下の温度に加熱することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のアンモニア分解処理装置を並列に複数設置すると共に、当該アンモニア分解処理装置を各々独立して運転可能にし、運転するアンモニア分解処理装置を順次切り替えることで前記ガス化燃料に含まれるアンモニアの分解処理を継続して行いながら休止状態のアンモニア分解処理装置のメンテナンスを可能にしたことを特徴とするガス化燃料のアンモニア分解処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス化燃料のアンモニア分解処理装置及びこれを備えるアンモニア分解処理システムに関する。さらに詳述すると、本発明は、ガス化燃料に含まれるアンモニアの乾式高温分解除去を行うアンモニア分解処理装置及びこれを備える分解処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石油に代わる燃料として、石炭やバイオマス燃料の利用が求められており、かつ環境に悪影響を与える窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制することも同時に強く求められている。この窒素酸化物としては燃料中の窒素化合物に因るフュエルＮＯｘと、高温の燃焼域での空気中の窒素と酸素の反応に因るサーマルＮＯｘとがある。
【０００３】
ところで、石炭・重質油・バイオマス・都市ゴミ等を高効率で利用するために、これらを高温でガス化して水素や一酸化炭素等を含むガス化燃料にする方法があるが、原料中に窒素化合物が含まれているため、燃料をガス化する際にアンモニアが生成され、燃料中に混入する。アンモニアが混入したガス化燃料をそのまま燃焼させると、アンモニア中の窒素と酸素が反応して大気汚染の原因となるフュエルＮＯｘが発生することとなる。
【０００４】
そこで、このフュエルＮＯｘの発生を、ガス化プラントの熱効率を下げずに効率的に抑制する方法として、触媒の反応促進作用によってアンモニアを無害な窒素と水素に分解する方法が研究されている。
【０００５】
この種の方法としては、▲１▼アンモニア分解活性が高い触媒を用い、高い分解効率が得られる温度に触媒層を加熱してアンモニアを分解する方法や、▲２▼ガス化プロセスの中で、ガス化燃料の温度が触媒の反応条件と適合する高温の位置に触媒を配置する方法が提案されている。また、▲３▼ガス化燃料に少量の空気または酸素を混入してガス化燃料の一部を燃焼させ、ガス化燃料の温度を上昇させることで触媒を最適温度まで加熱してアンモニアを分解する方法が提案されている。さらに、▲４▼二段燃焼器の一段目に燃焼かつアンモニア分解を行う触媒を設置して、ガス化燃料と、その当量（化学量論量）よりも少ない量の酸素を含む空気を触媒層に供給し、部分酸化反応により触媒層の温度を上昇させながらアンモニアも同時に分解し、触媒から放出されるガスに空気を追加して完全燃焼させる方法も提案されている。
【０００６】
ここで、上記▲１▼の例として、２０００ｐｐｍのアンモニアを含むバイオマスガス化模擬燃料を１６気圧の条件でニッケル系触媒を用いて処理する場合、高温ほどアンモニア分解率が上昇し、加熱器で触媒を９００℃に加熱すれば、９０％以上のアンモニアを除去できることが知られている（Ｗ．Ｗａｎｇ，Ｎ．Ｐａｄｂａｎ，Ｚ．Ｙｅ，Ａ．Ａｎｄｅｒｓｓｏｎ，Ｉ．Ｂｊｅｒｌｅ，“Ｋｉｎｅｔｉｃｓ  ｏｆ  Ａｍｍｏｎｉａ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｈｏｔ  Ｇａｓ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ，”Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．Ｖｏｌ．３８，ｐ４１７５−７１８２（１９９９））。
【０００７】
また、▲２▼の例として、１５ＭＷ級パイロットプラント流動床ガス化炉の出口にアンモニア分解装置を仮設し、９９０ｐｐｍのアンモニアを含む８００〜９００℃の石炭およびバイオマスガス化燃料を、１２〜２２ｂａｒの圧力で、ニッケル／アルミナ触媒またはルテニウム−アルミナ触媒を用いて処理した結果、７５％までのアンモニアを除去できたことが知られている（Ｗ．Ｍｏｊｔａｈｅｄｉ，Ｍ．Ｙｌｉｔａｌｏ，Ｔ．Ｍａｕｎｕｌａ，Ｊ．Ａｂｂａｓｉａｎ，“Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｍｍｏｎｉａ  ｉｎ  Ｆｕｅｌ  ｇａｓ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｉｎ  ｐｉｌｏｔ−ｓｃａｌｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ−ｂｅｄ  ｇａｓｉｆｉｅｒ，”  ＦｕｅｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．４５，ｐ２２１−２３６（１９９５））。
【０００８】
また、▲３▼の例として、特開平２−２７６８９０号がある。この方法は、ガス化炉で発生した生成ガスに、温度調整部で酸化剤として酸素または空気を少量供給し、燃料リッチの状態で燃焼反応させて生成ガスの温度を上昇させるものである。高温になった生成ガスを触媒に導いて接触させ、アンモニア分解に適した温度まで触媒を加熱してアンモニアの分解処理を行うものである。
【０００９】
さらに、▲４▼の例として、二段燃焼器を用いて、アンモニアを０．２〜０．４ｗｔ％添加した天然ガスに、当量の６０％の空気を混入して第一段目の酸化クロム触媒に供給し、触媒入口温度３４４℃、大気圧下で反応させ、反応後のガスに空気を混入して第二段目の触媒に供給し、９８３℃〜１３８７℃で触媒燃焼させた結果、フュエルＮＯｘを９０％除去することが知られている（Ｗ．Ｖ．Ｋｒｉｌｌ，Ｊ．Ｐ．Ｋｅｓｓｅｌｒｉｎｇ，Ｅ．Ｋ．Ｃｈｕ，“Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｇａｓ  ｔｕｒｂｉｎｅ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，”ＡＳＭＥ  Ｐａｐｅｒ  ７９−ＧＴ−１８８（１９７９））。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記▲１▼の方法のように触媒を外熱によって加熱すると、触媒を加熱するために新たなエネルギーが必要になるとともに、熱交換に伴うエネルギー損失を生じ、プラント全体の熱効率が低下してしまう。その一方、触媒を加熱せずに反応を低温で行わせると、アンモニア分解率が低下するとともに触媒上に炭素が析出して急速に触媒性能が低下してしまう。
【００１１】
また、▲２▼の方法のように高温のガス化炉の出口にアンモニア分解装置を配置すると、ガス化燃料中に含まれる硫化水素およびダスト等が触媒に直接供給されることになるため、被毒等によって急速に触媒性能が低下してしまう。
【００１２】
また、▲３▼の方法のように、アンモニア分解触媒の上流で、ガス化燃料の全量に対して少量の酸素または空気を供給して部分燃焼反応を起こさせると、燃焼域に未燃の可燃ガスが混入し、不完全燃焼状態となって多量のすすが発生し、後流の触媒に吸着して触媒の性能低下を招いてしまう。また、上記燃焼反応を燃焼触媒を用いて行う方法も考えられるが、不完全燃焼状態になるために燃焼触媒に炭素が析出し、燃焼性能が低下することになる。
【００１３】
さらに、▲４▼の方法のように、燃焼器、特にガスタービン用二段燃焼器の一段目に、触媒燃焼とアンモニア分解を同時に行う触媒を設置すると、燃料の部分酸化反応によって触媒層温度が徐々に上昇するものの、触媒の入口側は温度が低く、炭素析出を生じて徐々に触媒性能が低下してしまう。これに加え、ガスタービンの内部の燃焼器に触媒を設置するため、頻繁な交換が困難で、交換費用も膨大になることから、長寿命触媒の開発が必要となって実用的ではない。
【００１４】
本発明は、触媒をアンモニア分解に適した温度に加熱することができるとともに、触媒の性能を長時間にわたり維持でき、エネルギー損失が少なく、メンテナンスが容易なガス化燃料のアンモニア分解処理装置及びこれを備えるアンモニア分解処理システムを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、ガス化燃料を触媒に接触させてガス化燃料に含まれるアンモニアを分解するガス化燃料のアンモニア分解処理装置において、触媒の上流にプリバーナを設置すると共に、当該プリバーナにガス化燃料の一部と、このガス化燃料の一部の量に対して当量以上の酸素又は当量以上の酸素を含むガスを供給して燃焼させ、その燃焼ガス中に残りのガス化燃料を混合して触媒に供給するものである。
【００１６】
したがって、ガス化燃料の一部をプリバーナで燃焼させることにより触媒に供給されるガス化燃料全体の温度が上昇し、触媒がアンモニアの分解処理に適した温度まで加熱される。プリバーナでは、ガス化燃料と当量以上の酸素又は当量以上の酸素を含むガスとともにガス化燃料が燃焼されるので、プリバーナでは完全燃焼が行われ、すすの発生が防止される。プリバーナに供給するガス化燃料や酸素又は酸素を含むガスの量を制御することで発熱量をコントロールし、触媒の加熱温度を調整する。適当な温度まで加熱された触媒は、ガス化燃料に含まれるアンモニアを効率よく分解する。
【００１７】
また、請求項２記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置は、脱硫装置の下流かつ燃焼器の上流に設置され、脱硫装置により脱硫されたガス化燃料に含まれるアンモニアを分解して燃焼器に供給するものである。したがって、硫化水素による触媒被毒が防止される。
【００１８】
また、請求項３記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置は、燃焼器に直結されたものである。したがって、触媒を通過したガス化燃料は、冷める間もなく燃焼器に供給されて燃焼される。即ち、ガス化燃料の熱量の無駄が防止される。
【００１９】
また、請求項４記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置は、触媒の上流にすすを除去するフィルタを設置したものである。したがって、すすの付着による触媒の性能劣化が防止される。
【００２０】
また、請求項５記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置は、フィルタが、電熱フィルタである。したがって、電熱フィルタの発熱によって捕集したすすが分解除去される。
【００２１】
また、請求項６記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置は、触媒に供給するガス化燃料の全体量の３分の１以下の量をガス化燃料の一部としてプリバーナに供給するものである。
【００２２】
したがって、プリバーナに供給されるガス化燃料の燃焼によって触媒をアンモニア分解に適した温度まで加熱することができる。
【００２３】
また、請求項７記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置は、プリバーナに供給されたガス化燃料の燃焼によって触媒の入口を７００℃以上１０００℃以下の温度に加熱するものである。したがって、触媒がアンモニアの分解に最も適した温度になる。
【００２４】
さらに、請求項８記載のガス化燃料のアンモニア分解処理システムは、請求項１から７のいずれかに記載のアンモニア分解処理装置を並列に複数設置すると共に、当該アンモニア分解処理装置を各々独立して運転可能にし、運転するアンモニア分解処理装置を順次切り替えることでガス化燃料に含まれるアンモニアの分解処理を継続して行いながら休止状態のアンモニア分解処理装置のメンテナンスを可能にしたものである。
【００２５】
例えば、２台のアンモニア分解処理装置を並列に設置した場合、各アンモニア分解処理装置を交互に運転することで、一方のアンモニア分解処理装置によってガス化燃料に含まれるアンモニアの分解処理を続けながら、他方のアンモニア分解処理装置のメンテナンス、例えば触媒の交換や再生作業を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１に、本発明を適用したガス化燃料のアンモニア分解処理装置の実施形態の一例を示す。このアンモニア分解処理装置８は、ガス化燃料を触媒３に接触させてガス化燃料に含まれるアンモニアを分解するもので、触媒３の上流にプリバーナ１を設置すると共に、当該プリバーナ１にガス化燃料の一部Ｆ１と酸素又は酸素を含むガスＡを供給して燃焼させ、その燃焼ガス中に残りのガス化燃料Ｆ２を混合して触媒３に供給するものである。
【００２８】
本実施形態では、プリバーナ１に酸素を含むガスＡを供給してガス化燃料の一部Ｆ１（以下、単にガス化燃料Ｆ１という）を燃焼させる。このガスＡはガス化燃料Ｆ１と当量（化学量論量）以上の酸素を含んだガスであり、例えば空気、空気に酸素を混入して酸素濃度を増加させたガス等である。
【００２９】
プリバーナ１へは第１の流路９を通じてガス化燃料Ｆ１が供給される。また、第１の流路９内には、ガスＡを噴射するノズル５が突出している。第１の流路９内のガス化燃料Ｆ１とガスＡはスワラ６によって混合された後、プリバーナノズル７からプリバーナ１内に噴射され燃焼される。
【００３０】
プリバーナ１の下流には、燃料ミキサ２が設けられている。燃料ミキサ２には、第２の流路１０を通じてガス化燃料Ｆ２が供給される。燃料ミキサ２は、プリバーナ１の燃焼ガスとガス化燃料Ｆ２を混合する。
【００３１】
ここで、ガス化燃料Ｆ１，Ｆ２について説明する。このアンモニア分解処理装置８によってアンモニアの分解処理を行うガス化燃料のうち、その一部がＦ１であり、残りがＦ２である。例えば、アンモニアの分解処理を行うガス化燃料の全体量の３分の１以下の量、より好ましくは４分の１以下の量をガス化燃料Ｆ１としてプリバーナ１に供給し、残りのガス化燃料Ｆ２を燃焼ガスと混合する。
【００３２】
ガス化燃料Ｆ１の量は、燃焼時の発熱量に応じて決定される。例えばガス化燃料としての空気吹き石炭ガス化燃料の組成がＨ２＝１１ｖｏｌ％、ＣＯ＝２８ｖｏｌ％、ＣＯ２＝２ｖｏｌ％、Ｎ２＝５８ｖｏｌ％、Ｈ２Ｏ＝１ｖｏｌ％であり、このアンモニア分解処理装置８に供給される際の温度が４５０℃である場合に、この組成のガス化燃料Ｆ１に４５０℃の温度の空気を供給してプリバーナ１で１３００℃の温度で完全燃焼させ、その燃焼ガスにガス化燃料Ｆ２を混ぜてガス化燃料全体として１０００℃の温度にするためには、ガス化燃料全体量の約２１％をプリバーナ１で燃焼する必要がある。そして、この値に若干の余裕を考慮すると、ガス化燃料全体量の約２５％をプリバーナ１で燃焼すれば十分であると考えられる。即ち、ガス化燃料Ｆ１の量は、ガス化燃料全体量の４分の１以下となる。
【００３３】
また、ガス化燃料の組成は異なる場合があり、その場合には発熱量が低くなる可能性がある。例えば、組成がＨ２＝９ｖｏｌ％、ＣＯ＝２１ｖｏｌ％、ＣＯ２＝１３ｖｏｌ％、Ｎ２＝５３ｖｏｌ％、ＣＨ４＝１ｖｏｌ％、Ｈ２Ｏ＝２ｖｏｌ％のガス化燃料の場合、上述の条件と同じ条件にするためにはガス化燃料の全体量の約２９％をプリバーナ１で燃焼する必要がある。そして、ガス化燃料や空気の入口温度が低い場合には、さらに多くのガス化燃料をプリバーナ１で燃焼する必要がある等を考慮すると、ガス化燃料の全体量の約３３％をプリバーナ１で燃焼させれば十分であると考えられる。即ち、ガス化燃料Ｆ１の量は、ガス化燃料全体量の３分の１以下となる。
【００３４】
また、石炭等の燃料をガス化する場合、酸素を富化したガスを用いてガス化を行うと、ガス化燃料の発熱量が増加することが知られている。例えば、酸素で石炭をガス化することで、Ｈ２＝２６ｖｏｌ％、ＣＯ＝６４ｖｏｌ％、ＣＯ２＝１ｖｏｌ％、Ｎ２＝９ｖｏｌ％の組成のガス化燃料を得ることができる。この組成で４５０℃の温度のガス化燃料を用いた場合、ガス化燃料Ｆ１に当量で４５０℃の温度の酸素を供給して完全燃焼させ、その燃焼ガスにガス化燃料Ｆ２を混入して触媒３の温度を７００℃に上昇させるためには、ガス化燃料全体量の少なくとも約０．２％をガス化燃料Ｆ１としてプリバーナ１で燃焼する必要があると考えられる。即ち、ガス化燃料Ｆ１の量は、ガス化燃料全体量に対して５００分の１以上となる。
【００３５】
触媒３は、燃料ミキサ２によって混合された燃焼ガスとガス化燃料Ｆ２とが混合されたガスに含まれるアンモニアの分解反応を促進する触媒で、例えばニッケル／アルミナ触媒、ルテニウム−アルミナ触媒である。
【００３６】
触媒３の上流には、すすを除去するフィルタ４が設置されている。本実施形態では、フィルタ４として例えば電熱フィルタを使用する。電熱フィルタとしては、例えば金属網形電熱フィルタ、金属ハニカム形電熱フィルタ、セラミック網形電熱フィルタ、セラミックハニカム形電熱フィルタ等の使用が可能である。電熱フィルタを発熱させることで、捕集したすすを分解除去することができる。
【００３７】
このアンモニア分解処理装置８は、例えば石炭ガス化複合発電プラントの構成要素であり、石炭をガス化させたガス化燃料に含まれる硫黄成分を除く脱硫装置の下流、かつ、ガス化燃料を燃焼させる燃焼器の上流に設置され、脱硫装置により脱硫されたガス化燃料に含まれるアンモニアを分解して燃焼器に供給するものである。アンモニア分解処理装置８をプラントの脱硫装置の下流に設置した場合、このアンモニア分解処理装置８に供給されるガス化燃料の温度は、例えば４５０℃程度である。
【００３８】
図示しない脱硫装置から供給されたガス化燃料のうち、まず最初にガス化燃料Ｆ１をプリバーナ１に供給する。ガス化燃料Ｆ１の流れにはノズル５からガスＡが噴射され、スワラ６によって混合された後、プリバーナ１によって燃焼される。ガスＡはガス化燃料Ｆ１と当量以上の酸素を含んでいるので、ガス化燃料Ｆ１はプリバーナ１で完全燃焼される。
【００３９】
そして、燃料ミキサ２によって燃焼ガスにガス化燃料Ｆ２が混合され、全体として高温のガス化燃料となる。このガス化燃料によって触媒３を加熱すると、触媒３の入口位置と出口位置の間に温度勾配が発生するが、触媒３のアンモニア分解率は、例えば触媒３の入口付近の温度が７００℃以上で高くなり、１０００℃以下で触媒の熱劣化を防止できる。即ち、ガス化燃料は、触媒３の入口付近の温度をこの範囲の温度に上昇させることができる温度まで、プリバーナ１の燃焼によって加熱される。プリバーナ１に供給されるガス化燃料Ｆ１の量とガスＡの量を調整することで、触媒３に供給されるガス化燃料の温度をコントロールすることができる。
【００４０】
高温となったガス化燃料はフィルタ４を通過してすす等が除去された後、触媒３に供給されてアンモニアが分解除去される。これにより、触媒３の出口からアンモニアが分解除去されたガス化燃料を得ることができる。高温のガス化燃料によって触媒３は最もアンモニア分解率が良くなる温度まで加熱されているので、アンモニアが分解除去されておりフュエルＮＯｘを発生させ難いクリーンなガス化燃料を得ることができる。
【００４１】
このアンモニア分解処理装置８では、プリバーナ１でガス化燃料の一部Ｆ１を燃焼させることで触媒３を適切な温度まで加熱するので、別の加熱源によって触媒３を加熱する必要が無く、プラントを省エネルギー化することができる。
【００４２】
また、このアンモニア分解処理装置８ではプリバーナ１でガス化燃料の一部Ｆ１を燃焼させているが、この燃焼ガスは廃棄されずに触媒３に供給され、更には燃焼器に供給されるため、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【００４３】
また、プリバーナ１では、ガス化燃料の一部Ｆ１のみを燃焼させることで完全燃焼を行うため、すすの発生を防止することができ、たとえ発生したとしてもフィルタ４によって除去することができる。このため、すすの付着による触媒３の性能低下を防止することができる。
【００４４】
図２および図３に、ガス化燃料に酸素を混入させた場合の化学平衡組成と温度の関係を示す。図２からも明らかなように、ガス化燃料の温度が高いほど炭素（Ｃ）が析出し難くなる。また、図３からも明らかなように、ガス化燃料の温度が約６００℃以上になると、温度の上昇にともないアンモニア（ＮＨ３）が除去され易くなる。本アンモニア分解処理装置８では、プリバーナ１の燃焼によりガス化燃料を高温にするので、炭素を析出し難くして炭素の付着に起因した触媒３の性能劣化を防止することができると共に、触媒３によるアンモニアの除去率を向上させることができる。
【００４５】
また、比較のために、酸素を混入させていないガス化燃料の化学平衡組成と温度の関係を図６及び図７に示す。図２及び図３と図６及び図７との比較からも明らかなように、ガス化燃料をそのまま８００℃以上に加熱する（図６，図７）よりも、酸素を混入して全体の温度を８００℃以上に上げる方（図２，図３）が炭素を生成し難くなるとともに、アンモニアを分解しやすくなる。本アンモニア分解処理装置では、先ずガス化燃料Ｆ１に酸素を含むガスを混入して完全燃焼させ、その燃焼ガスにガス化燃料Ｆ２を混入させることで高温のガス化燃料を得ているので、炭素の生成防止やアンモニアの分解除去という観点からも有利である。
【００４６】
なお、プリバーナ１によってガス化燃料Ｆ１を当量以上の酸素を含むガスＡで燃焼させると、プリバーナ１でフュエルＮＯｘが生成するが、このフュエルＮＯｘは燃焼ガス中に混合されるアンモニアを含むガス化燃料Ｆ２によって還元・分解されるため、触媒３の出口からのフュエルＮＯｘの排出を防止することができる。
【００４７】
また、プリバーナ１の燃焼によって触媒３を加熱することができるため、アンモニア分解処理を行うガス化燃料を予め高温にしてからこのアンモニア分解処理装置８に供給する必要がなく、ガス化燃料の温度が例えば４５０℃程度に低下する脱硫装置の出口に本アンモニア分解処理装置８を設置できる。即ち、脱硫装置の下流にアンモニア分解処理装置８を設置することができる。この結果、処理前にガス化燃料の脱硫を行うことができてガス化燃料中の硫化水素による触媒被毒を防止できる。
【００４８】
また、このアンモニア分解処理装置８では、ガス化燃料の一部をプリバーナ１で燃焼させることで触媒３の温度を、その入口が７００℃以上１０００℃以下の温度に加熱するので、触媒３のアンモニア分解率を最適にすることができるとともに、炭素析出による触媒３の性能劣化を防止できる。しかも、触媒３の入口温度を１０００℃以下にすることで、触媒３の焼結による性能低下を防止できる。
【００４９】
次に、ガス化燃料のアンモニア分解処理システムについて説明する。図４に、アンモニア分解処理システムの概略構成を示す。アンモニア分解処理システムは、上述のアンモニア分解処理装置８を並列に複数設置すると共に、当該アンモニア分解処理装置８を各々独立して運転可能にし、運転するアンモニア分解処理装置８を順次切り替えることでガス化燃料Ｆに含まれるアンモニアの分解処理を継続して行いながら休止状態のアンモニア分解処理装置８のメンテナンスを可能にしたものである。
【００５０】
本実施形態では、２台のアンモニア分解処理装置８を図示しない燃焼器の上流に並列に配置している。なお、２台のアンモニア分解処理装置８のうち、一方のアンモニア分解処理装置８及びその関連部材に符号Ａを、他方のアンモニア分解処理装置８及びその関連部材に符号Ｂを付して説明する。
【００５１】
各アンモニア分解処理装置８へのガス化燃料Ｆの供給は燃料入口弁１１の開閉により制御され、ガスＡの供給は酸化ガス入口弁１２の開閉により制御される。燃料入口弁１１からアンモニア分解処理装置８へと通じる流路１６は、プリバーナ１にガス化燃料Ｆ１を供給する第１の流路９と、プリバーナ１の下流の燃料ミキサ２にガス化燃料Ｆ２を供給する第２の流路１０に分岐している。第１の流路９の途中には図示しないオリフィスが設けられており、流路面積を絞って流量を制限している。これにより、ガス化燃料Ｆ１の流量が所定量にコントロールされ、残りのガス化燃料をガス化燃料Ｆ２として第２の流路１０に分配する。ただし、第１の流路９にオリフィスを設ける代わりに制御弁等を設けてガス化燃料Ｆ１の流量をコントロールし、残りのガス化燃料をガス化燃料Ｆ２として第２の流路１０に分配するようにしても良い。また、各アンモニア分解処理装置８の出口には、出口弁１３が設けられている。
【００５２】
いま、一方のアンモニア分解処理装置８Ａを運転する場合には、他方のアンモニア分解処理装置８Ｂの燃料入口弁１１Ｂ、酸化ガス入口弁１２Ｂ、出口弁１３Ｂを閉じた状態で、一方のアンモニア分解処理装置８Ａの燃料入口弁１１Ａ、酸化ガス入口弁１２Ａ、出口弁１３Ａを開弁する。これにより、ガス化燃料は一方のアンモニア分解処理装置８Ａへと流れてアンモニア分解処理された後、図示しない燃焼器へと供給される。即ち、一方のアンモニア分解処理装置８Ａが運転される。この状態では他方のアンモニア分解処理装置８Ｂは休止状態となっており、劣化した触媒３Ｂの交換などのメンテナンス作業を行うことができる。
【００５３】
そして、所定期間稼働させた後、運転を一方のアンモニア分解処理装置８Ａから他方のアンモニア分解処理装置８Ｂへと切り替える。即ち、一方のアンモニア分解処理装置８Ａの燃料入口弁１１Ａ、酸化ガス入口弁１２Ａ、出口弁１３Ａを閉じると共に、他方のアンモニア分解処理装置８Ｂの燃料入口弁１１Ｂ、酸化ガス入口弁１２Ｂ、出口弁１３Ｂを開く。これにより、ガス化燃料は他方のアンモニア分解処理装置８Ｂへと流れてアンモニア分解処理される。この状態では一方のアンモニア分解処理装置８Ａは休止状態となるので、劣化した触媒３Ａの交換などのメンテナンス作業を行うことができる。即ち、プラントの燃料ガス化装置および燃焼器等を連続運転しながら、劣化した触媒３の再生処理や交換作業を行うことができる。
【００５４】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、プリバーナ１に酸素を含むガスＡ、例えば空気を供給していたが、このガスＡを供給するのに代えて、酸素を供給するようにしても良い。この場合には、空気中の窒素等に相当する量が減少することから、触媒３に供給される全ガス量が減少する。その結果、ガス化燃料の触媒３内の滞留時間が増加してアンモニアの分解率を上昇させることができる。
【００５５】
また、アンモニア分解処理装置８に燃焼器を直結しても良い。図５に、燃焼器１４を直結したアンモニア分解処理装置８の例を示す。このアンモニア分解処理装置８は、例えば多缶型ガスタービン燃焼器１４を直結したもので、触媒３の出口に空気ミキサ１５を設置し、アンモニアを分解除去したガス化燃料と酸素を含むガスＡを混合して燃焼器１４内に噴射し、燃焼させるものである。燃焼したガスＧは、例えば発電用のタービンに供給され、動力を得る。なお、アンモニア分解処理装置８を直結する燃焼器としては多缶型ガスタービン燃焼器１４に限るものではないことは勿論である。このように、アンモニア分解処理装置８を燃焼器１４に直結することで、アンモニア分解処理装置８から燃焼器１４までの放熱によるエネルギー損失を防止することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置では、触媒の上流にプリバーナを設置すると共に、当該プリバーナにガス化燃料の一部と、このガス化燃料の一部の量に対して当量以上の酸素又は当量以上の酸素を含むガスを供給して燃焼させ、その燃焼ガス中に残りのガス化燃料を混合して触媒に供給しているので、ガス化燃料の一部の燃焼により触媒をアンモニア分解に適した温度まで加熱することができる。このため、触媒を加熱するために新たなエネルギーを必要とすることが無く、アンモニアの分解率を向上させることができる。また、プリバーナの燃焼ガスがそのまま触媒に供給されるため、エネルギー損失をほとんど生じない。また、プリバーナでは、ガス化燃料と当量以上の酸素又は当量以上の酸素を含むガスとともにガス化燃料が燃焼されるので、プリバーナでは完全燃焼が行われる。したがって、すすの発生防止が図られ、触媒の性能低下を防止することができる。
【００５７】
また、請求項２記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置では、脱硫装置の下流かつ燃焼器の上流に設置するようにし、脱硫装置により脱硫されたガス化燃料に含まれるアンモニアを分解して燃焼器に供給するようにしているので、硫化水素による触媒被毒を防止することができる。
【００５８】
また、請求項３記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置では、燃焼器に直結するようにしているので、アンモニア分解処理を行ったガス化燃料が直ちに燃焼器に供給され、その間の放熱によるエネルギー損失を防止することができる。
【００５９】
また、請求項４記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置では、触媒の上流にすすを除去するフィルタを設置しているので、すすの付着による触媒の性能低下を防止することができる。
【００６０】
また、請求項５記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置では、フィルタが電熱フィルタであるので、その発熱によって捕集したすすを分解除去することができる。
【００６１】
また、請求項６記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置では、触媒に供給するガス化燃料の全体量の３分の１以下の量をガス化燃料の一部としてプリバーナに供給するようにしているので、プリバーナに供給されるガス化燃料の燃焼によって触媒をアンモニア分解に適した温度まで加熱することができる。
【００６２】
また、請求項７記載のガス化燃料のアンモニア分解処理装置では、プリバーナに供給されたガス化燃料の燃焼によって触媒の入口を７００℃以上１０００℃以下の温度に加熱するので、触媒の温度をアンモニアの分解に最も適した温度にすることができる。
【００６３】
さらに、請求項８記載のガス化燃料のアンモニア分解処理システムでは、請求項１から７のいずれかに記載のアンモニア分解処理装置を並列に複数設置すると共に、当該アンモニア分解処理装置を各々独立して運転可能にし、運転するアンモニア分解処理装置を順次切り替えることでガス化燃料に含まれるアンモニアの分解処理を継続して行いながら休止状態のアンモニア分解処理装置のメンテナンスを可能にしたので、プラントを停止させずにメンテナンスを行うことができ、プラントの稼働率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したガス化燃料のアンモニア分解処理装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】アンモニアを含むガス化燃料に酸素を混入させた場合の化学平衡組成と温度の関係を示すグラフである。
【図３】アンモニアを含むガス化燃料に酸素を混入させた場合の化学平衡組成と温度の関係を示し、図２よりも縦軸のスケールを拡大して示すグラフである。
【図４】本発明を適用したガス化燃料のアンモニア分解処理システムの実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図５】本発明を適用したガス化燃料のアンモニア分解処理装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図６】酸素を混入させていないガス化燃料の化学平衡組成と温度の関係を示すグラフである。
【図７】酸素を混入させていないガス化燃料の化学平衡組成と温度の関係を示し、図６よりも縦軸のスケールを拡大して示すグラフである。
【符号の説明】
１  プリバーナ
３  触媒
４  フィルタ
８  アンモニア分解処理装置
１４  燃焼器
Ａ  酸素を含むガス
Ｆ１  ガス化燃料の一部
Ｆ２  残りのガス化燃料
【図１】
0003940551.tif 000002
【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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