(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気蒸留ユニットと結合されたガスタービンの燃焼チャンバーへ不純窒素を供給する方法であって、空気蒸留ユニットには、空気から水分およびＣＯ2を吸着によって取り除く精製装置が設けられ、この装置は２つの吸着器を備え、各吸着器はサイクルの高圧での並流の吸着段階と再生段階とを交互かつ周期的に含む動作サイクルに従い、再生段階は、減圧工程（ａ）と、空気蒸留ユニットの低圧塔からの廃ガスによって向流でパージングする工程（ｃ）と、吸着器を再圧縮してサイクルの高圧にする工程（ｄ）とを含み、
低圧塔を大気圧よりも十分に高い低圧で動作させ、
廃ガスをほぼ前記低圧でパージング工程（ｃ）において使用し、
減圧工程（ａ）を、前記低圧よりも十分に低いサイクルの最小圧に下がるまで継続し、
減圧工程（ａ）とパージング工程（ｃ）との間に、吸着器を廃ガスによってほぼパージング圧力まで再加圧する部分的再加圧工程（ｂ）を挿入し、
パージング工程（ｃ）の間に吸着器から得られる廃ガスを、空気蒸留ユニットで生成される廃ガスと混合して、混合物を窒素コンプレッサーで圧縮してガスタービンの燃焼チャンバーへ供給することを特徴とする方法。
【請求項２】
サイクルの最小圧は、ほぼ大気圧であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
部分的再加圧工程（ｂ）の後に、吸着器の酸素を減らす追加の工程（ｂ’）を少なくとも一回行ない、この工程は、
（ｂ’１）吸着器を前記最小圧まで下げる追加の減圧サブ工程と、
（ｂ’２）パージング圧力まで上げる追加の部分的再加圧サブ工程と
を含み、
その後、パージング工程（ｃ）を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
パージング工程（ｃ）は、廃ガスを加熱するサブ工程（ｃ２）と、その後の、廃ガスを加熱しないサブ工程（ｃ３）とを含むことを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも前記不純窒素の窒素含有量を有し、低圧塔から直接得られたのではない窒素富化ガスを用いて、部分的再加圧工程（ｂ）またはそれぞれの部分的再加圧工程（ｂ）、（ｂ’２）を行なうことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記窒素富化ガスは、窒素配給網から得られることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記窒素富化ガスは、窒素コンプレッサーから送出されるガスの一部が供給される補助タンクから得られることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
ガスタービンと、不純窒素を生成する空気蒸留ユニットと、窒素コンプレッサーとを備えるタイプの発電プラントであって、空気蒸留ユニットには、空気から水分およびＣＯ2を吸着によって取り除く精製装置が設けられ、この装置は少なくとも２つ、好ましくは２つだけの吸着器を備え、各吸着器はサイクルの高圧での並流の吸着段階と再生段階とを交互かつ周期的に含む動作サイクルに従い、再生段階は、減圧工程（ａ）と、空気蒸留ユニットの低圧塔からの廃ガスによって向流でパージングする工程（ｃ）と、吸着器を再圧縮してサイクルの高圧にする工程（ｄ）とを含み、前記窒素コンプレッサーは、その取り入れ口が空気蒸留ユニットに供給パイプを介して接続され、その送出側がガスタービンの燃焼チャンバーに接続され、
空気蒸留ユニットによって、大気圧よりも十分に高い低圧下で不純窒素が生成され、
バルブが設けられた第１の不純窒素パイプによって、空気蒸留ユニットが各吸着器の精製空気出口に接続され、
バルブが設けられた第２の不純窒素パイプによって、各吸着器の空気入口が前記供給パイプに接続されている
ことを特徴とするプラント。
【請求項９】
前記第１の不純窒素パイプに、加熱装置が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のプラント。
【請求項１０】
空気蒸留ユニットの低圧塔から直接得られたのではない窒素富化ガスを各吸着器に供給する手段を備えることを特徴とする請求項８または９に記載のプラント。
【請求項１１】
前記窒素富化ガスが得られる窒素配給網を備えることを特徴とする請求項１０に記載のプラント。
【請求項１２】
窒素コンプレッサーから送出されるガスの一部が供給される補助タンクを備えることを特徴とする請求項１０に記載のプラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気蒸留ユニットと結合されたガスタービンの燃焼チャンバーへ不純窒素を供給する方法であって、空気蒸留ユニットには、空気から水分およびＣＯ2を吸着によって取り除く精製装置が設けられ、この装置は２つの吸着器を備え、各吸着器はサイクルの高圧での並流の吸着段階と再生段階とを交互かつ周期的に含む動作サイクルに従い、再生段階は、減圧工程（ａ）と、空気蒸留ユニットの低圧塔からの廃ガスによって向流でパージングする工程（ｃ）と、吸着器を再加圧してサイクルの高圧にする工程（ｄ）とを含む方法に関する。
【０００２】
本明細書に含まれる圧力は絶対圧力である。
【０００３】
【従来の技術】
発電用交流機を駆動するために用いるガスタービンには、燃焼チャンバーから得られるガスが供給される。このチャンバーには主に、空気コンプレッサー（例えばタービンに結合されている）によって圧縮された空気と、燃料ガスとが供給される。燃焼温度、従ってＮＯxの発生は、窒素を燃焼チャンバー内へ付加的に導入することによって調節される。
【０００４】
燃料ガスは多くの場合、ガス化装置によって生成される。ガス化装置には一方で酸素が、他方で炭素生成物たとえば石炭が供給される。空気蒸留ユニットによって、ガス化装置で消費される酸素と、燃焼チャンバーへ送る窒素とが生成される。
【０００５】
空気蒸留ユニット（例えば、空気蒸留二重塔）の低圧塔からの廃ガスは、典型的に０．５〜１％の酸素を含む不純窒素である。そのため、この廃ガスによって燃焼チャンバー用の窒素を供給することが可能である。このガスの最大許容酸素含有量は典型的に２％である。プラントの中には、空気蒸留ユニットからの生成物を全て加圧状態で使用し、ガスタービンが要求する窒素流量が高いものがある。このようなプラントでは、低圧として大気圧よりも十分に（clearly）高い圧力を選び（これは典型的に３〜４ｂａｒであり、１０ｂａｒよりも高い中間圧に対応する）、精製吸着器をこの低圧下でパージすることが都合が良い。その理由はこうすることによって、パージングを行なったガスを回収した後、そのガスを、膨張または再圧縮（電力の点でコスト高）を行なわずに、空気蒸留ユニットからガスタービンへ直接送る不純窒素と混合することができるからである。
【０００６】
周知のように、吸着器をパージングすることは、その前の吸着段階の間に空気から取り除いた汚染物質（主に水分およびＣＯ2）を脱着する効果がある。
【０００７】
しかしこのような選択をした場合に、ある問題に直面する。すなわち、減圧工程の終わりにおいて吸着器にはまだ多量の酸素が含まれているため、パージング段階の最初に吸着器から得られるガスは、酸素含有量が燃焼チャンバーの供給に対する最大許容含有量を上回っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、この問題を解決することであり、すなわち、パージングガスを再圧縮してガスタービンの燃焼チャンバーへ供給することを、簡単かつ経済的に可能にすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的のために、本発明の主題は、前述したタイプの方法であって、
低圧塔を大気圧よりも十分に高い低圧で動作させ、
廃ガスをほぼ前記低圧でパージング工程（ｃ）において使用し、
減圧工程（ａ）を、前記低圧よりも十分に低いサイクルの最小圧に下がるまで継続し、
減圧工程（ａ）とパージング工程（ｃ）との間に、吸着器を廃ガスによってほぼパージング圧力まで再加圧する部分的再加圧工程（ｂ）を挿入し、
パージング工程（ｃ）の間に吸着器から得られる廃ガスを、空気蒸留ユニットで生成される廃ガスと混合して、混合物を窒素コンプレッサーで圧縮してガスタービンの燃焼チャンバーに供給することを特徴とする方法である。
【００１０】
本発明に係る方法は、１または複数の以下の特徴を備えていても良い。
【００１１】
−サイクルの最小圧は、ほぼ大気圧である。
【００１２】
−部分的再加圧工程（ｂ）の後に、吸着器の酸素を減らす追加の工程（ｂ’）を少なくとも一回行ない、この工程は、
−（ｂ’１）吸着器を前記最小圧まで下げる追加の減圧サブ工程と、
−（ｂ’２）パージング圧力まで上げる追加の部分的再加圧サブ工程と
を含み、
−その後、パージング工程（ｃ）を行なう。
【００１３】
−パージング工程（ｃ）は、廃ガスを加熱するサブ工程（ｃ２）と、その後の、廃ガスを加熱しないサブ工程（ｃ３）とを含む。
【００１４】
−少なくとも前記不純窒素の窒素含有量を有し、低圧塔から直接得られたのではない窒素富化ガスを用いて、部分的再加圧工程（ｂ）またはそれぞれの部分的再加圧工程（ｂ）、（ｂ’２）を行なう。
【００１５】
−前記窒素富化ガスは、窒素配給網から得られる。
【００１６】
−前記窒素富化ガスは、窒素コンプレッサーから送出されるガスの一部が供給される補助タンクから得られる。
【００１７】
また本発明の主題は、このような方法の実施に適した発電プラントである。
【００１８】
このプラントは、ガスタービンと、不純窒素を生成する空気蒸留ユニットと、窒素コンプレッサーとを備えるタイプであって、空気蒸留ユニットには、空気から水分およびＣＯ2を吸着によって取り除く精製装置が設けられ、この装置は少なくとも２つ、好ましくは２つだけの吸着器を備え、各吸着器はサイクルの高圧での並流の吸着段階と再生段階とを交互かつ周期的に含む動作サイクルに従い、再生段階は、減圧工程（ａ）と、空気蒸留ユニットの低圧塔からの廃ガスによって向流でパージングする工程（ｃ）と、吸着器を再圧縮してサイクルの高圧にする工程（ｄ）とを含み、前記窒素コンプレッサーは、その取り入れ口が空気蒸留ユニットに供給パイプを介して接続され、その送出側がガスタービンの燃焼チャンバーに接続され、
空気蒸留ユニットによって、大気圧よりも十分に高い低圧下で不純窒素が生成され、
バルブが設けられた第１の不純窒素パイプによって、空気蒸留ユニットが各吸着器の精製空気出口に接続され、
バルブが設けられた第２の不純窒素パイプによって、各吸着器の空気入口が前記供給パイプに接続されていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の典型的な実施を、添付の図面に関して説明する。
【００２０】
図１に、発電プラントを非常に概略的に示す。このプラントは、ガスタービン１と、ガスタービン１が結合されている空気蒸留ユニット２と、ガス化装置３とを備える。
【００２１】
ガスタービンは主に、タービン４（そのシャフト５が交流発電機６と空気コンプレッサー７とに結合されている）と、燃焼チャンバー８とを備える。
【００２２】
空気蒸留ユニット２は主に、空気コンプレッサー９と、空気から水分およびＣＯ2を吸着によって取り除く精製装置１０（この装置は２つの吸着器１０Ａと１０Ｂとを並列に備える）と、コールドボックス１１とを備える。コールドボックス１１は主に、熱交換ライン１１Ａと、空気蒸留二重塔（中間圧塔１１Ｂと低圧塔１１Ｃとからなる）を備える。
【００２３】
単語「コンプレッサー」は、単一のコンプレッサーまたは並列の複数のコンプレッサーを意味しても良い。同様に単語「吸着器」は、単一の吸着ボトルまたは並列の複数の吸着ボトルを指しても良い。またガス化装置３による空気の需要が非常に高い場合には（通常そうである）、複数の空気蒸留ユニット２が並列に存在していても良い。
【００２４】
動作中は、大気空気は蒸留され符号９で圧縮されることが意図されており、中間的な蒸留圧力（１０ｂａｒよりも大、典型的に１３ｂａｒ）を有する。圧縮された空気は、２つの吸着器の一方（図１では吸着器１０Ｂ）で精製された後、熱交換ライン１１Ａで蒸留生成物の向流によって冷却される。二重塔では、低圧塔１１Ｂは３〜４ｂａｒで動作しており、空気は分離されて、加圧酸素（パイプ１２を介してガス形態でガス化装置３へ送られる）と、不純窒素ＷＮ2（コールドボックスをパイプ１３を通って出る）とになる。このパイプは、窒素コンプレッサー１４の取り入れ口に接続されており、窒素コンプレッサー１４の送出側は燃焼チャンバー８に接続されている。
【００２５】
またガス化装置には、炭素生成物がパイプ１５を介して供給される。ガス化装置では加圧された燃料ガスが生成され、この燃料ガスはパイプ１６を介して燃焼チャンバー８へ送られる。燃焼チャンバーにはさらに、ガスタービンのコンプレッサー７による圧縮空気が供給される。
【００２６】
不純窒素の一部は、パイプ１３において、タップオフ１７を介して取り出されて、吸着段階にない吸着器（すなわち図１では吸着器１０Ａ）を再生する。後により詳細に説明するように、この吸着器を通過した不純窒素は、パイプ１８を介して回収された後、パイプ１３に再導入され、その結果、混合物がコンプレッサー１４に到達する。
【００２７】
図２に、精製装置１０をより詳細に示す。
【００２８】
各吸着器の取り入れ口は４本のパイプに接続されており、各パイプにはバルブが設けられている。１本は大気へのベント用パイプ１９であり、ベントパイプ２０に接続されている。１本は部分的再加圧パイプ２１であり、パイプ１８に接続されている。１本はパージガス除去用パイプ２２であり、やはりパイプ１８に接続されている。１本は空気入口パイプ２３であり、コンプレッサー９の送出側に接続されている。
【００２９】
各吸着器の出口は３本のパイプに接続されており、各パイプにはバルブが設けられている。１本は不純窒素供給パイプ２４であり、パイプ１７に接続されている。１本は精製空気出口パイプ２５であり、パイプ２６に接続されている。パイプ２６はコールドボックス１１に接続されている。１本は最初の再加圧パイプ２７であり、他方の吸着器の出口に接続されている。
【００３０】
図２に示すように、パイプ１７には加熱装置２８が設けられている。
【００３１】
各吸着器の動作サイクル（半周期だけ他方の吸着器の動作サイクルとずれている（offset））を、図３に示す。このダイアグラムでは、時間ｔをｘ軸上にプロットし、絶対圧力Ｐをｙ軸上にプロットしている。矢印で表わした線は、吸着器内のフローの方向を示す。矢印が圧力の増加方向（ダイアグラムでは上向き）にあるときは、流れは吸着器内で「並流（co-current）である」と言う。上向きの矢印が、吸着器内の圧力を示すラインの下方に位置するときに、流れが吸着器の入口側を通って吸着器に入る。上向きの矢印が、圧力を示すラインの上方に位置するときに、流れは吸着器の出口側を通って吸着器を出る。入口側および出口側はそれぞれ、処理すべき空気の側および吸着段階で取り出す精製空気の側である。矢印が圧力の減少方向（ダイアグラムでは下向き）にあるときは、流れは吸着器内で「向流である」と言う。下向きの矢印が、吸着器の圧力を示すラインの下方に位置するときは、流れは吸着器の入口側を通って吸着器を出る。下向きの矢印が、圧力を示すラインの上方に位置するときは、流れは吸着器の出口側を通って吸着器に入る。入口側および出口側はやはり、処理すべきガスの側および生成段階で取り出すガスの側である。
【００３２】
図３のサイクルには、以下の連続工程が含まれている。
【００３３】
ＨＰサイクルの高圧（ほぼ中間的な蒸留圧力である）での吸着段階の終わりに、吸着器は以下の工程を経る。
【００３４】
（ａ）パイプ１９およびベント２０を介した大気へのベントによる、向流での大気圧ＡＰまでの減圧。
【００３５】
（ｂ）未加熱の不純窒素（装置２８が未動作）による、パイプ１８および２１を介した、並流でのこのガスの圧力ＬＰまでの部分的な再加圧。この工程によって、吸着器内の酸素含有量が減る。
【００３６】
（ｂ’）パイプ１９および２０を介した大気へのベントによる、大気圧ＡＰまでの向流での減圧（ｂ’１）。次に、未加熱の不純窒素による、パイプ１８および２１を介した、並流での圧力ＬＰまでの別の部分的再加圧（ｂ’２）。その結果、吸着器の酸素含有量が再び減って、ガスタービンの燃焼チャンバー８の最大許容値を下回る。
【００３７】
（ｃ）取り入れ用のパイプ１７および２４ならびに取り出し用のパイプ２２および１８を介した、向流でのパージング。このパージングは最初に未加熱ガスを用いて行なわれ（ｃ１）、次に符号２８で加熱されたガスを用いて行なわれ（ｃ２）、次に再び未加熱ガスを用いて行なわれる（ｃ３）。この工程の間じゅう、吸着器から得られる不純窒素は、パイプ２２および１８を介して回収されてパイプ１３に再導入され、このパイプによって運ばれる不純窒素と混合される。
【００３８】
（ｄ）他方の吸着器から得られる精製空気による、パイプ２７を介した、サイクルの高圧ＨＰまでの向流での再加圧。
【００３９】
次のことに注意されたい。このサイクルには、不純窒素を部分的再加圧（ｂ）、（ｂ’２）で消費することが含まれている。この不純窒素はもはや、窒素コンプレッサー１４への供給には利用できない。相当する不純窒素の流量は空気流量の約５％であり、これと同じ量だけ、窒素コンプレッサーに利用できる流量が減る。
【００４０】
この欠点を減らすためには、部分的な再加圧（ｂ）および（ｂ’２）を行なうために、コールドボックス１１から直接得られたのではない加圧窒素を用いることができる。この窒素は、窒素供給網あるいは不純窒素の補助タンク２９（図４および５に示す）によって供給しても良い。このタンクには、タップオフ３０（コンプレッサー１４の送出側に設けられる）を通して供給がなされ、また膨張バルブ３１（流量コントローラー３２によって駆動される）が設けられている（図５）。図５に示すように、パイプ２１はもはや、パイプ１８には接続されておらず、パイプ３３を介してタンク２９に接続されている。
【００４１】
タンク２９が存在することによって、工程（ｂ）および（ｂ’２）で必要とされる不純窒素の流量が、サイクルの継続時間の間じゅう配給されるため、コンプレッサー１４に利用できる流量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発電プラントを非常に概略的に示す図。
【図２】本プラントの一部をより詳細に示す図。
【図３】吸着器の動作サイクルを示す図。
【図４】変形例を示す、図１と同様な図。
【図５】図４のプラントに対応する、図３と同様な図。
【符号の説明】
１…ガスタービン
２…空気蒸留ユニット
３…ガス化装置
４…タービン
７、９…空気コンプレッサー
８…燃焼チャンバー
１０…精製装置
１１…コールドボックス
１１Ａ…熱交換ライン
１１Ｂ…低圧塔
１３、１５、１６、１８、２６、３３…パイプ
１４…窒素コンプレッサー
１７、３０…タップオフ
１９…大気ベント用パイプ
２０…ベントパイプ
２１…部分的再加圧パイプ
２２…パージガス除去用パイプ
２３…空気入口パイプ
２４…不純窒素供給パイプ
２５…精製空気出口パイプ
２７…再加圧パイプ
２８…加熱装置
２９…補助タンク
３１…膨張バルブ
【図１】
0004050543.tif 000002
【図２】
0004050543.tif 000003
【図３】
0004050543.tif 000004
【図４】
0004050543.tif 000005
【図５】
0004050543.tif 000006