(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱する水加熱器と、重油を加熱する重油加熱器と、高温高圧の水と重油とを混合して高温高圧の反応条件下で反応させて重油の熱分解と加水分解を行い重油から改質燃料を生成する燃料改質器と、この燃料改質器で生成した改質燃料を導いて改質ガスと液体改質燃料とに分離する気液分離器とを備えた改質装置と、この気液分離器で分離した改質ガスと液体改質燃料とを燃焼して燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、このガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスで駆動されるタービンと、空気を圧縮する圧縮機を設置したガスタービン装置とを備え、前記燃料改質器にて重質油から生成した改質燃料を分離したタールを該燃料改質器から供給して貯蔵する複数の加熱反応用タールタンクを設置すると共に前記加熱反応用タールタンクを外部容器とこの外部容器に収容した内部容器との２重構造に構成して分離した前記タールをこの内部容器に貯蔵し、タービンから排出した燃焼ガスを加熱源としてこの外部容器の内側に供給して内部容器に貯蔵されたタールを間接的に加熱して可燃性ガスを抽出すると共に該可燃性ガスを前記気液分離器に供給するように構成したことを特徴とする改質燃料焚きガスタービンプラント。
【請求項２】
請求項１に記載した改質燃料焚きガスタービンプラントにおいて、前記燃料改質器にて分離したタールの一部を燃料として使用するタール焚き燃焼炉を設置し、このタール焚き燃焼炉でタールを燃焼させた高温ガスを水加熱器の熱源、及び重油加熱器の熱源として供給するように構成したことを特徴とする改質燃料焚きガスタービンプラント。
【請求項３】
請求項１に記載した改質燃料焚きガスタービンプラントにおいて、複数の前記加熱反応用タールタンクのうち一方の加熱反応用タールタンクに前記燃料改質器から分離したタールを供給して貯蔵する操作と、他方の加熱反応用タールタンクにタービンから排出した燃焼ガスを加熱源として供給し内部容器に貯蔵されたタールから可燃性ガスを抽出する操作とを交互に切り替えて行なうように構成したことを特徴とする改質燃料焚きガスタービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は重質油を燃料とした改質燃料焚きガスタービンプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
重質油は廉価であるが、高粘度であるだけでなく高濃度の硫黄分や重金属分を含有しているため、この重質油をそのまま燃焼させると燃焼用機器に高温腐食の問題を生じるのでガスタービン等の燃料として使用することができない。
【０００３】
このため、重質油を軽質化や脱硫黄化、及び脱金属化させて、ガスタービンにも利用可能な燃料に改質する技術が特開２００２−３３８９７３号公報及び特開２００３−２８６４９１号公報に開示されている。
【０００４】
この特開２００２−３３８９７３号公報及び特開２００３−２８６４９１号公報に記載された技術では、燃料改質器を使用して高温高圧水と重質油とを２５ＭＰａ、３８０℃程度の高温高圧の反応条件下で反応させて重質油の熱分解と加水分解を行なって改質燃料を生成し、この生成した改質燃料をガスタービンの燃料として供給する改質装置を備えたガスタービンシステムを開示している。
【０００５】
また、特開平１１−２４６８７６号公報に記載された技術では、石炭又は重質油を高温高圧の反応条件化で反応させて分解させた残渣油（タール）を、酸素と部分酸化させる部分酸化装置によってＣＯ等の可燃ガスを抽出し、この可燃ガスをガスタービンの燃料として供給するガスタービンシステムを開示している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３３８９７３号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６４９１号公報
【特許文献３】特開平１１−２４６８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特開２００２−３３８９７３号公報及び特開２００３−２８６４９１号公報に記載された技術では、重質油と水を高温高圧の反応条件下で反応させて重質油の熱分解と加水分解を行なう燃料改質器の下流側に、改質油が分離した残渣油であるタールを収容するタールタンクを設置しているが、このタールタンク内のタールには未だ改質可能な成分が存在しているので、このタールをそのまま系外に排出、又は燃焼炉用燃料として燃焼させることは資源の有効利用の観点から不利益である。
【０００８】
また、特開平１１−２４６８７６号公報に記載された技術では、タールを酸素と部分酸化させる部分酸化装置によって該タールからＣＯ等の可燃ガスを抽出する場合に、酸素濃度や温度条件によってはタールを収容しているタールタンク内で急激な酸化反応（燃焼反応）による発熱反応を生じる可能性がある。
【０００９】
そしてタールタンク内で仮に急激な酸化反応が生じた場合には、タールタンク内の温度が急上昇してタールタンクを形成する金属材料の耐圧を低下させる可能性があるという安全上の課題がある。
【００１０】
また、タールタンク内の急激な酸化反応によって、発生した燃焼ガスの体積が膨張して圧力が急上昇しタールタンクを損傷させる可能性があるという安全上の課題もある。
【００１１】
本発明の目的は、重質油と水を高温高圧の反応条件下で反応させて重質油から生成した改質油を分離させたタールを有効に利用して、このタールを収容するタールタンクの安全性に悪影響を与えずにタールから改質燃料となる可燃性ガスを抽出することを可能にした改質燃料焚きガスタービンプラントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の改質燃料焚きガスタービンプラントは、水を加熱する水加熱器と、重油を加熱する重油加熱器と、高温高圧の水と重油とを混合して高温高圧の反応条件下で反応させて重油の熱分解と加水分解を行ない重油から改質燃料を生成する燃料改質器と、この燃料改質器で生成した改質燃料を導いて改質ガスと液体改質燃料とに分離する気液分離器とを備えた改質装置と、この気液分離器で分離した改質ガスと液体改質燃料とを燃焼して燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、このガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスで駆動されるタービンと、空気を圧縮する圧縮機を設置したガスタービン装置とを備え、前記燃料改質器にて重質油から生成した改質燃料を分離したタールを該燃料改質器から供給して貯蔵する複数の加熱反応用タールタンクを設置すると共に前記加熱反応用タールタンクを外部容器とこの外部容器に収容した内部容器との２重構造に構成して分離した前記タールをこの内部容器に貯蔵し、タービンから排出した燃焼ガスを加熱源としてこの外部容器の内側に供給して内部容器に貯蔵されたタールを間接的に加熱して可燃性ガスを抽出すると共に該可燃性ガスを前記気液分離器に供給するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、重質油と水を高温高圧の反応条件下で反応させて重質油から生成した改質油を分離させたタールを有効に利用して、このタールを収容するタールタンクの安全性に悪影響を与えずにタールから改質燃料となる可燃性ガスを抽出することを可能にした改質燃料焚きガスタービンプラントが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施例である改質燃料焚きガスタービンプラントについて図面を用いて次に説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の一実施例である改質燃料焚きガスタービンプラントについて図１を用いて説明する。
【００１６】
図１に示された本実施例の改質燃料焚きガスタービンプラントは、重質油である重油１を改質する改質装置１００と、この改質装置１００で改質した改質燃料１８を燃料として使用するガスタービン装置２００を備えている。
【００１７】
前記改質装置１００の主要構成を説明すると、重質油である高温高圧重油１ａと高温高圧水３ａとを高温高圧の反応条件下で反応させて重油の熱分解と加水分解を行ない改質燃料１８を生成する燃料改質器７が設置されている。
【００１８】
前記燃料改質器７には２００〜４００℃、１０〜３０ＭＰａに加圧加熱した高温高圧重油１ａを供給する配管９１と、３５０〜５００℃、１０〜３０ＭＰａに加圧加熱した高温高圧水３ａを供給する配管９２がそれぞれ配設されている。
【００１９】
そして前記燃料改質器７の内部において２００〜４００℃、１０〜３０ＭＰａにした前記高温高圧重油１ａと３５０〜５００℃、１０〜３０ＭＰａにした前記高温高圧水３ａとを高温高圧の反応条件下で反応させて重油の熱分解と加水分解を行なって改質燃料１８を生成するように構成されている。
【００２０】
この燃料改質器７には高温高圧の反応条件を維持させるために加熱ガス開閉弁４５を備えた配管８６が配設されており、この燃料改質器７を加熱する高温の加熱ガスを後述するタール焚き燃焼炉１０及び重油加熱器４から供給するように構成されている。
【００２１】
そして燃料改質器７の内部にて３５０〜５００℃、１０〜３０ＭＰａの高温高圧の反応条件下で反応させて重油の熱分解と加水分解によって改質した改質燃料１８は高温高圧であるため、配管７１に設置された減圧オリフェス１１及び改質器圧力調整弁５７によって減圧され、圧力を調節された後に気液分離器１２に供給される。
【００２２】
また、燃料改質器７の底部に溜まった残渣油のタール１７は該燃料改質器７の底部に配設された配管７７を通じて燃料改質器７から外部のタールタンク８に抽出される。
【００２３】
そしてこのタールタンク８に抽出されたタール１７の一部は、該タールタンク８からタール排出弁４８を備えた配管９３を通じてサーバタンク９に一時的に貯蔵され、このサーバタンク９に貯蔵されたタール１７は該サーバタンク９からタール開閉弁４４を備えた配管９３を通じてタール焚き燃焼炉１０に主燃料として供給されて燃焼される。
【００２４】
前記タール焚き燃焼炉１０で燃焼させる燃料としては、配管９３を通じてサーバタンク９から供給されるタール１７の一部の他に、重油タンク１１１に貯蔵された重油１を重油ポンプ５で加圧して重油供給弁５０を備えた配管８５を通じて供給し使用している。
【００２５】
このタール焚き燃焼炉１０にはブロワ２１が設置されており、燃焼用空気をタール焚き燃焼炉１０に供給している。
【００２６】
そして、前記タール焚き燃焼炉１０でタール１７及び重油１を燃料として燃焼させて生成した燃焼ガスの一部は重油加熱用ガス調整弁５５を備えた配管８６を通じて重油加熱器４に供給され、この重油加熱器４を３５０〜５００℃に加熱することによって、重油タンク１１１から重油ポンプ５により１０〜３０ＭＰａに加圧され配管８５及び配管８９を通じて供給された重油１を加熱して２００〜４００℃、１０〜３０ＭＰａに加圧加熱した高温高圧重油１ａを生成する。
【００２７】
また、前記タール焚き燃焼炉１０でタール１７及び重油１を燃料として燃焼させて生成した燃焼ガスの他の一部は水加熱用ガス調整弁５６を備えた配管８７を通じて水加熱器２に供給され、この水加熱器２を２００〜４００℃に加熱することによって、水タンク１１３から水ポンプ６により１０〜３０ＭＰａに加圧され配管８８を通じて供給された水３を加熱して３５０〜５００℃、１０〜３０ＭＰａに加圧加熱した高温高圧水３ａを生成する。
【００２８】
そして２００〜４００℃、１０〜３０ＭＰａに加圧加熱した前記高温高圧重油１ａは高温高圧重油供給調整弁５２を備えた配管９１を通じて前記燃料改質器７に供給されると共に、３５０〜５００℃、１０〜３０ＭＰａに加圧加熱した前記高温高圧水３ａは高温高圧水供給調整弁５１を備えた配管９２を通じて前記燃料改質器７に供給され、この改質器７の内部で高温高圧重油１ａと高温高圧水３ａとを高温高圧の反応条件下で反応させることによって重油の熱分解と加水分解を行ない改質燃料１８を生成する。
【００２９】
また、前記気液分離器１２に供給された改質燃料１８は、この気液分離器１２によって改質ガス１９と液体改質燃料２０とに分離されて、分離した一方の改質ガス１９は流量を制御する改質ガス供給弁４１を備えた配管７２を通じてガスタービン装置２００のガスタービン燃焼器２４に気体燃料として供給されて燃焼する。
【００３０】
また、分離された他方の液体改質燃料２０は配管７３を通じて改質油タンク１４に供給されて該改質油タンク１４に一時的に貯蔵されるが、この改質油タンク１４から配管７４に設置した改質燃料ポンプ２７によって加圧され、改質油供給弁４０で流量を制御された液体改質燃料２０をこの配管７４を通じてガスタービン燃焼器２４に液体燃料として供給して燃焼する。
【００３１】
ガスタービン装置２００は、空気圧縮機２２を駆動して大気から吸い込んだ空気を圧縮して生成した圧縮空気を燃焼用空気としてガスタービン燃焼器２４に供給する。
【００３２】
ガスタービン燃焼器２４では前記した配管７２を通じて供給される改質ガス１９と、配管７２を通じて供給される液体改質燃料２０とをこの圧縮空気と共に混合燃焼させ、このガスタービン燃焼器２４で発生させた燃焼ガスをタービン２３に供給して該タービン２３を回転駆動させて図示していない発電機を回転し発電を行なう。
【００３３】
タービン２３を駆動した燃焼ガスはその後、タービン２３から配管７５を通じて排出され、燃焼排ガス２５として煙突６５から大気に放出される。
【００３４】
この燃焼排ガス２５は約５００℃と高温であるので、タービン２３から排出された高温の燃焼排ガス２５の一部を加熱源として配管７５から分岐した配管７６を通じて加熱反応用タールタンク１３Ａ及び加熱反応用タールタンク１３Ｂに加熱用ガス２６として供給する。
【００３５】
燃料改質器７にて重油１から生成した改質燃料１８を分離してこの燃料改質器７の底部に溜まり、配管７７を通じてタールタンク８に抽出されたタール１７の他の一部は、この配管７７から分岐したタール排出弁４８Ａを備えた配管７８を通じて加熱反応用タールタンク１３Ａと、同じく分岐したタール排出弁４８ＡＢ備えた配管７９を通じて加熱反応用タールタンク１３Ｂとに、前記タール排出弁４８Ａとタール排出弁４８Ｂの開閉を切り替え操作することによって交互に供給される。
【００３６】
本実施例の改質燃料焚きガスタービンプラントでは、燃料改質器７の下流側に前述したようにバッチ式の複数の加熱反応用タールタンクとして加熱反応用タールタンク１３Ａと加熱反応用タールタンク１３Ｂとを備えた構成を採用している。
【００３７】
加熱反応用タールタンク１３Ａ及び１３Ｂは、その内部にタール１７を貯蔵する内部容器と、この内部容器を内側に収容する外部容器との２重構造に構成されており、約５００℃と高温の加熱用ガス２６を、２重構造の外部容器に配設した配管７６を通じてこの外部容器の内側に供給して内部容器の外面を加熱することで、この内部容器に貯蔵されたタール１７がコークス化（炭化）する直前まで約４００℃〜４５０℃に間接的に加熱し、タール１７中に含まれる改質可能な成分を熱分解作用によって良質な可燃性ガス１６として抽出する。
【００３８】
そしてこの可燃性ガス１６は、加熱反応用タールタンク１３Ａ及び１３Ｂから配管８１、配管８２及び配管７１を通じて改質ガスの一部として気液分離器１２に供給される。
【００３９】
燃料改質器７の底部からタールタンク８に抽出したタール１７を更に加熱反応用タールタンク１３Ａと加熱反応用タールタンク１３Ｂに導く操作は、最初にタール排出弁４８Ａを開弁操作してタールタンク８に抽出されたタール１７を配管７８を通じて一方の加熱反応用タールタンク１３Ａに導いてタール１７を溜める。
【００４０】
この加熱反応用タールタンク１３Ａには、タービン２３から排出された高温の燃焼排ガス２５の一部を分岐した加熱用ガス２６として配管７６を通じて加熱反応用タールタンク１３Ａに供給されて、この加熱反応用タールタンク１３Ａを構成する２重構造の外部容器の内側に設置された内部容器を加熱して、この内部容器の内部に貯蔵されたタール１７を間接的に加熱するようになっており、内部容器に貯蔵されたタール１７を加熱用ガス２６が直接噴射して加熱することを防止している。
【００４１】
そして、加熱反応用タールタンク１３Ａに貯蔵されたタール１７がコークス化（炭化）する直前まで加熱用ガス２６を供給して加熱する。
【００４２】
上記した加熱用ガス２６による加熱の結果、加熱反応用タールタンク１３Ａに貯蔵されたタール１７中に含まれる改質可能な成分を熱分解作用によって、例えば、水素（Ｈ２）や一酸化炭素（ＣＯ）等の良質な可燃性ガス１６として抽出し、この可燃性ガス１６を配管８１、配管８２及び配管７１を通じて気液分離器１２に供給することによって、ガスタービン燃焼器２４の燃料用の改質ガス１９として使用することができることから、燃料の有効利用を図ることができる。
【００４３】
また、加熱反応用タールタンク１３Ａの容器を加熱する加熱用ガス２６によるタール１７の間接的な加熱方法は、タール１７に酸素を含む燃焼排ガス２５の一部を噴射する直接的な加熱方法ではないため、タール１７の急激な酸化反応を生じることを抑制することができる。
【００４４】
そして、加熱反応用タールタンク１３Ａに貯蔵されたタール１７が加熱によってコークス化（炭化）する直前で、配管７８のタール排出弁４８Ａを閉止し、この炭化したコークスを加熱反応用タールタンク１３Ａの底部に配設した配管９５に備えた弁９７を開弁して系外に排出する。
【００４５】
このコークスの系外への排出と同時、或いは直後に、配管７９のタール排出弁４８Ｂを開弁操作してタールタンク８に抽出されたタール１７をこの配管７９を通じて他方の加熱反応用タールタンク１３Ｂに導いてタール１７を溜める。
【００４６】
前記した加熱反応用タールタンク１３Ａの場合と同様に、この加熱反応用タールタンク１３Ｂには、高温の燃焼排ガス２５の一部を分岐した加熱用ガス２６が配管７６を通じて加熱反応用タールタンク１３Ｂに供給されて、この加熱反応用タールタンク１３Ｂの容器を加熱して容器の内部に貯蔵されたタール１７を間接的に加熱するようになっている。
【００４７】
そして、加熱反応用タールタンク１３Ｂに貯蔵されたタール１７がコークス化（炭化）する直前まで加熱用ガス２６を供給して加熱する。
【００４８】
上記した加熱用ガス２６による加熱の結果、加熱反応用タールタンク１３Ｂに貯蔵されたタール１７中に含まれる改質可能な成分を熱分解作用によって、水素（Ｈ２）や一酸化炭素（ＣＯ）等の良質な可燃性ガス１６として抽出し、この可燃性ガス１６を配管８２及び配管７１を通じて気液分離器１２に供給してガスタービン燃焼器２４の燃料用の改質ガス１９として使用するので燃料の有効利用を図ることができる。
【００４９】
また、外部容器と内部容器との２重構造にした加熱反応用タールタンク１３Ｂの内部容器の外面を加熱する加熱用ガス２６によって内部容器に貯蔵されたタール１７を加熱する間接的な加熱方法は、タール１７に酸素を含む燃焼排ガス２５の一部を噴射する直接的な加熱方法ではないため、タール１７の急激な酸化反応を生じることを抑制することができる。
【００５０】
従って、加熱反応用タールタンク１３Ａ及び１３Ｂ内では収容されたタールに加熱による急激な酸化反応が生じることが防止されるだけでなく、加熱反応用タールタンク１３Ａ及び１３Ｂ内の温度の急上昇によるタールタンクを形成する金属材料の耐圧低下の防止、並びに急激な酸化反応の発生に起因した燃焼ガス圧力の急上昇によるタールタンクの損傷防止といった安全上の問題は未然に解決できる。
【００５１】
上記したように加熱反応用タールタンク１３Ａと加熱反応用タールタンク１３Ｂとをバッチ式に交互に加熱することによってタール１７がコークス化する直前まで連続して加熱して良質な可燃性ガス１６を抽出することが可能となる。
【００５２】
ここで、タール１７が加熱によってコークス化（炭化）直前にあることを判断する方法として、加熱反応用タールタンク１３Ａ又は加熱反応用タールタンク１３Ｂに貯蔵されたタール１７から加熱によって抽出される可燃性ガス１６の流量を配管８１及び配管８２にそれぞれ設置したガス流量検出器１０１及び１０２によって計測して監視しておけば、この計測した可燃性ガス１６の流量が所定値から大幅に減少した場合にタール１７がコークス化（炭化）する直前にあると判断することができる。
【００５３】
例えば、配管８１が配設された加熱反応用タールタンク１３Ａから供給される可燃性ガス１６の流量が所定値から大幅に減少した場合、この加熱反応用タールタンク１３Ａの内部でタール１７がコークス化する直前の状態にあることが分かる。
【００５４】
そこで、配管７８のタール排出弁４８Ａを開いてタールタンク８から新しいタール１７を前記加熱反応用タールタンク１３Ａに供給する。
【００５５】
同時に配管９５の弁９７を開いてこの加熱反応用タールタンク１３Ａ内の底部にあるコークス化（炭化）する直前のタール１７を系外に排出する。
【００５６】
そして、次に配管７９のタール排出弁４８Ｂを開いて、タールタンク８から新たなタール１７を配管７９を通じて加熱反応用タールタンク１３Ｂに供給して貯蔵させ、この加熱反応用タールタンク１３Ｂを加熱することによって可燃性ガス１６を抽出させる。
【００５７】
同様に、配管８２が配設された加熱反応用タールタンク１３Ｂから供給される可燃性ガス１６の流量が所定値から大幅に減少した場合、前述した加熱反応用タールタンク１３Ａの場合と同様の操作を加熱反応用タールタンク１３Ｂについて行なえばよい。
【００５８】
前述した本実施例の改質燃料焚きガスタービンプラントでは、重油１や水３を高温高圧に加熱する加熱方法として、燃料改質器７の底部から取り出される残渣油のタール１７をタール焚き燃焼炉１０で燃料として燃焼させて得られる高温ガスを熱源として重油加熱器４や水加熱器２に供給して重油１や水３を加熱している。
【００５９】
但し、このタール焚き燃焼炉１０に代えて、例えば重油加熱器４や水加熱器２に電気ヒータを設置することにより重油１や水３を加熱する加熱方法を採用しても何ら問題は無い。
【００６０】
本発明によれば、重質油と水を高温高圧の反応条件下で反応させて重質油から生成した改質油を分離させたタールを有効に利用して、このタールを収容するタールタンクの安全性に悪影響を与えずにタールから改質燃料となる可燃性ガスを抽出することを可能にした改質燃料焚きガスタービンプラントが実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は重質油と水を高温高圧の反応条件下で反応させて重質油から生成した改質燃料を燃料として使用する改質燃料焚きガスタービンプラントに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施例である改質燃料焚きガスタービンプラントの構成を示す概略系統図。
【符号の説明】
【００６３】
１：重油、１ａ：高温高圧重油、２：水加熱器、３ａ：高温高圧水、３：水、４：重油加熱器、５：重油ポンプ、６：水ポンプ、７：燃料改質器、８：タールタンク、９：サーバタンク、１０：タール焚き燃焼炉、１１：減圧オリフィス、１２：気液分離器、１３：加熱反応用タールタンク、１３Ａ：加熱反応用タールタンク、１３Ｂ：加熱コークス化用タールタンク、１４：改質油タンク、１６：可燃性ガス、１７：タール、１８：改質燃料、１９：改質ガス、２０：液体改質燃料、２１：ブロワ、２２：空気圧縮機、２３：タービン、２４：燃焼器、２５：燃焼排ガス、２６：加熱用ガス、２７：改質燃料ポンプ、４０：改質油供給弁、４１：改質ガス供給弁、４４：タール開閉弁、４５：加熱ガス開閉弁、４６：重油遮断弁、４８：タール排出弁、４８Ａ：タール排出弁、４８Ｂ：タール排出弁、５０：重油供給弁、５１：高温高圧水供給調整弁、５２：高温高圧重油供給調整弁、５３：重油供給弁、５５：重油加熱用ガス調整弁、５６：水加熱用ガス調整弁、５７：改質器圧力調整弁、６５：煙突、７１〜７９：配管、８１〜８９：配管、９１〜９２、９５〜９６：配管、９７〜９８：弁、１００：改質装置、１０１、１０２：ガス流量検出器、１１１：重油タンク、１１３：水タンク、２００：ガスタービン装置。
【図１】
0004854636.tif 000002