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1. WO2020115822 - アンモニア気化器

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明 細 書

発明の名称 アンモニア気化器

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006  

発明の効果

0007  

図面の簡単な説明

0008  

発明を実施するための形態

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046  

符号の説明

0047  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8  

図面

1   2  

明 細 書

発明の名称 : アンモニア気化器

技術分野

[0001]
 本発明は、アンモニア気化器に関する。

背景技術

[0002]
 液体アンモニアをアンモニアガスに気化させるアンモニア気化器が知られている(特許文献1参照)。特許文献1では、アンモニア貯蔵タンクから送られる液体アンモニアを蒸気の熱によって気化させてアンモニアガスにする。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2009-11918号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 液体アンモニアは蒸気と熱交換して気化させるが、使用する蒸気の量を低減することが望まれている。
[0005]
 本発明は、前記の課題に鑑みてなされたもので、液体アンモニアを気化させてアンモニアガスを生成する際に、使用する蒸気の量を低減させることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006]
 本発明に係るアンモニア気化器は、液体アンモニアを気化処理してアンモニアガスにする第1の気化器と、前記第1の気化器に接続され当該第1の気化器の前記気化処理で残存した液体アンモニアを気化処理してアンモニアガスにする第2の気化器と、を備える。

発明の効果

[0007]
 本発明によれば、第1の気化器の気化処理で残存した液体アンモニアを第2の気化器で気化処理することによって、第2の気化器の気化処理で使用する蒸気の量をより少なくすることができる。

図面の簡単な説明

[0008]
[図1] 図1は、本発明の第1実施形態に係る火力発電システムを示す模式図である。
[図2] 図2は、本発明の第2実施形態に係る火力発電システムを示す模式図である。

発明を実施するための形態

[0009]
 以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
[0010]
 また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
[0011]
 [第1実施形態]
 まず、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る火力発電システムを示す模式図である。
[0012]
 第1実施形態に係る火力発電システム1は、アンモニア気化器100と、ボイラ200と、タービン300と、発電機400と、復水器500と、を含む。なお、本実施形態に係るアンモニア気化器で生成されるアンモニアガスは、例えば、火力発電所のボイラを加熱する際に用いられる。
[0013]
 アンモニア気化器100は、アンモニア貯留タンク30と、第1の気化器10と、第2の気化器20と、ポンプ40と、を備える。
[0014]
 アンモニア貯留タンク30と第1の気化器10とは、第1配管11を介して接続されている。第1の気化器10と第2の気化器20とは、第2配管12を介して接続されている。また、第2の気化器20には、第3配管13が接続されている。第3配管13は、バーナー210に接続される。
[0015]
 第1の気化器10には、第1の熱交換媒体である海水が流入する入口側配管と、海水が流出する出口側配管と、が接続されている。入口側配管は、第4配管14及び第5配管15であり、出口側配管は、第6配管16である。即ち、ポンプ40には、第4配管14が接続され、ポンプ40と第1の気化器10とは、第5配管15を介して接続されている。出口側配管は、第6配管16である。ポンプ40が稼動すると、海から第4配管14を介して海水が吸い上げられ、第5配管15を介して第1の気化器10に送られる。
[0016]
 第2の気化器20には、第2の熱交換媒体である蒸気が流入する入口側配管と、蒸気が流出する出口側配管とが接続されている。入口側配管は、第7配管17であり、出口側配管は、第8配管18である。
[0017]
 第1の気化器10は、液体アンモニアに熱を与える気化処理を行ってアンモニアガスにする。アンモニアの沸点は、-33.3℃であり、海水の温度(例えば、20℃)よりも低い。従って、液体アンモニアは、海水と熱交換をしてアンモニアガスとなる。
[0018]
 第2の気化器20は、第1の気化器10の気化処理で残存した液体アンモニアに熱を与える気化処理を行ってアンモニアガスにする。アンモニアの沸点は、-33.3℃であり、蒸気の温度(例えば、600℃)よりも低い。従って、液体アンモニアは、蒸気と熱交換をしてアンモニアガスとなる。
[0019]
 ボイラ200には、バーナー210が設けられている。バーナー210では、アンモニアガスを燃焼させて熱を発生させ、ボイラ200の水を蒸気にする。ボイラ200は、第9配管201を介してタービン300に接続されている。第9配管201の内部は、蒸気が流通する。タービン300には、発電機400が連結されている。タービン300が回転すると、タービン300に連結された発電機400によって発電がされる。タービン300は、第10配管202を介して復水器500に接続されている。第10配管202の内部は、蒸気が流通する。復水器500は、第11配管203を介してボイラ200に接続されている。第10配管202の内部は、水が流通する。
[0020]
 以下、図1を参照して、火力発電システム1の全体の流れを説明する。
[0021]
 まず、アンモニア気化器100を説明する。
 アンモニア貯留タンク30の内部には、液体アンモニアが収容されている。アンモニア貯留タンク30と第1の気化器10は、第1配管11で接続されているため、第1の気化器10には、第1配管11から液体アンモニアが流入する。また、海水が、第5配管15から第1の気化器10に流入する。ここで、前述したように、海水の温度(例えば、20℃)は、アンモニアの沸点である-33.3℃よりも高い。よって、液体アンモニアと海水とで熱交換が行われると、液体アンモニアが気化処理されてアンモニアガスとなる。ただし、第1配管11から流入した液体アンモニアの全量がアンモニアガスに気化しない場合もあり、その場合は、気化処理で残存した液体アンモニアとアンモニアガスとが混合された状態で第2配管12から第2の気化器20へ送られる。なお、海水は、熱交換が終了したのち、第6配管16から流出する。
[0022]
 第2の気化器20には、第7配管17から蒸気が流入する。また、第1の気化器10で液体アンモニアの全量を気化処理しきれなかった場合は、気化処理で残存した液体アンモニアとアンモニアガスとが第2配管12から第2の気化器20へ流入する。換言すると、第1の気化器10で気化処理されたアンモニアガスと、第1の気化器10で気化処理しきれずに残存された液体アンモニアと、が第2配管12を流れる。ここで、蒸気の温度は、例えば600℃であり、アンモニアの沸点である-33.3℃よりも高い。よって、液体アンモニアと蒸気とで熱交換が行われると、液体アンモニアが気化処理されてアンモニアガスとなる。このように、第2の気化器20では、第1の気化器10で気化処理しきれずに残存した液体アンモニアを再び気化処理してアンモニアガスにするため、使用する蒸気の量を低減できる。第2の気化器20で気化処理して得られたアンモニアガスが第3配管13からバーナー210へ送られる。蒸気は、熱交換が終了したのち、第8配管18から流出する。なお、第2の熱交換媒体である蒸気の温度(例えば、600℃)は、第1の熱交換媒体である海水の温度(例えば、20℃)よりも高温である。
[0023]
 バーナー210では、第2の気化器20で気化処理して得られたアンモニアガスを燃焼させて熱を発生させ、ボイラ200の水を蒸気にする。ボイラ200の蒸気がタービン300に送られ、当該蒸気によってタービン300が回転する。タービン300が回転すると、タービン300に連結された発電機400によって発電が行われる。タービン300からの蒸気は、第10配管202を介して復水器500に送られる。復水器500では、タービン300から排出された蒸気を冷却及び凝縮させて水に戻す。水は、第11配管203を介してボイラ200へ送られる。
[0024]
 ここで、ボイラ200から排出される蒸気の一部は、第7配管17を介して第2の気化器20に送ってもよい。
[0025]
 以上説明したように、本実施形態に係るアンモニア気化器100は、液体アンモニアを気化処理してアンモニアガスにする第1の気化器10と、第1の気化器10に接続され第1の気化器10の気化処理で残存した液体アンモニアを気化処理してアンモニアガスにする第2の気化器20と、を備える。
[0026]
 このように、アンモニア気化器100では、第1の気化器10と第2の気化器20とが直列に接続されている。従って、第1の気化器10の気化処理で残存した液体アンモニアを第2の気化器20で気化処理することによって、第2の気化器20の気化処理で使用する蒸気の量をより少なくすることができる。即ち、第1の気化器10の気化処理で液体アンモニアを極力多く気化させ、第1の気化器10で処理しきれずに残存した液体アンモニアを第2の気化器20で気化させることにより、最終的に使用する蒸気の量をより少なくする。これにより、第1の気化器10に投入した液体アンモニアのうち大部分の量を気化させてアンモニアガスにすることができる。
[0027]
 第1の気化器10の気化処理では、液体アンモニアと熱交換する海水(第1の熱交換媒体)を用い、第2の気化器20の気化処理では、液体アンモニアと熱交換する蒸気(第2の熱交換媒体)を用いる。
[0028]
 このように、第1の気化器10で用いる熱交換媒体と第2の気化器20で用いる熱交換媒体を別にしたため、第1の熱交換媒体と第2の熱交換媒体とを個別に選択することができる。従って、例えば、第2の熱交換媒体を、第1の熱交換媒体よりも高温のものとすることが可能となる。
[0029]
 蒸気(第2の熱交換媒体)の温度は、海水(第1の熱交換媒体)の温度よりも高温である。即ち、蒸気の温度は、例えば600℃であり、海水の温度は、例えば20℃である。よって、第1の気化器10で液体アンモニアが残存した場合、この残存した液体アンモニアを第2の気化器20でより確実に気化させることができる。これにより、第2の気化器20の気化処理で使用する蒸気の量をより少なくすることができる。
[0030]
 第1の熱交換媒体は、海水である。海水は、大量に存在し安価なコストで得られるため、液体アンモニアの気化処理のコストを抑制することができる。
[0031]
 第2の熱交換媒体は、蒸気である。蒸気は、海水よりも高温であるため、液体アンモニアをより高い効率で気化させることができる。また、蒸気は、排ガスよりも低公害であるため、環境保護の観点から望ましい。
[0032]
 また、ボイラ200から排出される蒸気を第2熱交換媒体である前記蒸気として利用すれば、蒸気を発生させる装置を新たに設ける必要がないため、アンモニアの気化処理のコストを抑制することができる。
[0033]
 [第2実施形態]
 次いで、本発明の第2実施形態について説明する。図2は、本発明の第2実施形態に係る火力発電システムを示す模式図である。なお、本実施形態に係るアンモニア気化器で生成されるアンモニアガスは、例えば、火力発電所のボイラを加熱する際に用いられる。
[0034]
 第2実施形態に係るアンモニアの火力発電システム1Aは、アンモニア気化器100Aと、ボイラ200と、タービン300と、発電機400と、復水器500と、を含む。アンモニア気化器100Aは、アンモニア貯留タンク30と、第1の気化器10と、第2の気化器20と、フィルタ50と、を備える。以下、第1実施形態と相違する点を中心に説明する。
[0035]
 第1の気化器10には、第1の熱交換媒体である排ガスが流入する入口側配管と、排ガスが流出する出口側配管と、が接続されている。フィルタ50には、第4配管14が接続され、フィルタ50と第1の気化器10とは、第5配管15を介して接続されている。出口側配管は、第6配管16である。第4配管14の内部を流れる排ガスは、フィルタ50を通る際に浄化され、第5配管15を介して第1の気化器10に送られる。なお、本実施形態に係る熱利用する排ガスは、例えば、ボイラおよびガスタービンから排出される。
[0036]
 第1の気化器10は、液体アンモニアに熱を与える気化処理を行ってアンモニアガスにする。排ガスの温度は、例えば500℃である。アンモニアの沸点は、-33.3℃であり、排ガスの温度よりも低い。従って、液体アンモニアは、排ガスと熱交換をしてアンモニアガスとなる。
[0037]
 以下、図2を参照して、火力発電システム1Aの全体の流れを説明する。
 まず、アンモニア気化器100Aを説明する。
[0038]
 第1の気化器10には、第1配管11から液体アンモニアが流入する。また、排ガスが、第5配管15から第1の気化器10に流入する。ここで、前述したように、排ガスの温度は、アンモニアの沸点である-33.3℃よりも高い。よって、液体アンモニアと排ガスとで熱交換が行われると、液体アンモニアが気化処理されてアンモニアガスとなる。なお、排ガスは、熱交換が終了したのち、第6配管16から第1の気化器10外へ流出する。
[0039]
 第2の気化器20には、第7配管17から蒸気が流入する。また、第1の気化器10で液体アンモニアの全量を気化処理しきれなかった場合は、液体アンモニアとアンモニアガスとが第2配管12から第2の気化器20へ流入する。よって、液体アンモニアと蒸気とで熱交換が行われると、液体アンモニアが気化処理されてアンモニアガスとなる。このように、第2の気化器20では、第1の気化器10で気化処理しきれずに残存した液体アンモニアを再び気化処理してアンモニアガスにするため、使用する蒸気の量を低減できる。第3配管13からは、第2の気化器20で気化処理して得られたアンモニアガスが流出する。蒸気は、熱交換が終了したのち、第8配管18から流出する。なお、第2の熱交換媒体である蒸気の温度(例えば、600℃)は、第1の熱交換媒体である排ガスの温度(例えば、500℃)よりも高温である。
[0040]
 バーナー210では、第2の気化器20で気化処理して得られたアンモニアガスを燃焼させて熱を発生させ、ボイラ200の水を蒸気にする。ボイラ200の蒸気がタービン300に送られ、当該蒸気によってタービン300が回転する。タービン300が回転すると、タービン300に連結された発電機400によって発電がなされる。タービン300からの蒸気は、第10配管202を介して復水器500に送られる。復水器500では、タービン300から排出された蒸気を冷却及び凝縮させて水に戻す。水は第11配管を介してボイラ200へ送られる。
[0041]
 ここで、ボイラ200から排出される蒸気の一部は、第7配管17を介して第2の気化器20に送ってもよい。また、ボイラ200を加熱する際に発生する排ガスを第4配管14及び第5配管15を介して第1の気化器10に送ってもよい。
[0042]
 以上説明したように、本実施形態に係る第1の熱交換媒体は、排ガスであるため、排ガスの有効利用を図ることができる。
[0043]
 また、蒸気(第2の熱交換媒体)の温度は、排ガス(第1の熱交換媒体)の温度よりも高温である。蒸気の温度は、例えば600℃であり、排ガスの温度は、例えば500℃である。よって、第1の気化器10の気化処理で液体アンモニアが残存した場合、この残存した液体アンモニアを第2の気化器20でより確実に気化させることができる。これにより、第2の気化器20の気化処理で使用する蒸気の量をより少なくすることができる。
[0044]
 さらに、ボイラ200を加熱する際に発生する排ガスを、第2実施形態の第1熱交換媒体である前記排ガスとして利用する。これによれば、排ガスの有効利用を図ることができる。また、アンモニアの気化処理のコストを抑制することができる。
[0045]
 なお、前記実施形態の具体的構成はあくまで一例であってこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。
[0046]
 例えば、アンモニア気化器100,100Aでは、2つの気化器である第1の気化器10及び第2の気化器20が接続された状態で設けられている。しかし、3つ以上の気化器が直列に接続されてもよい。また、第1の熱交換媒体として海水及び排ガスを一例とし、第2の熱交換媒体として蒸気を一例としたが、熱交換媒体はこれらに限定されず、種々の熱交換媒体を適用することができる。

符号の説明

[0047]
10 第1の気化器
20 第2の気化器
200 ボイラ
100,100A アンモニア気化器

請求の範囲

[請求項1]
 液体アンモニアを気化処理してアンモニアガスにする第1の気化器と、前記第1の気化器に接続され当該第1の気化器の前記気化処理で残存した液体アンモニアを気化処理してアンモニアガスにする第2の気化器と、を備える
 アンモニア気化器。
[請求項2]
 前記第1の気化器の前記気化処理では、前記液体アンモニアと熱交換する第1の熱交換媒体を用い、前記第2の気化器の前記気化処理では、前記液体アンモニアと熱交換する第2の熱交換媒体を用いる
 請求項1に記載のアンモニア気化器。
[請求項3]
 前記第2の熱交換媒体の温度は、前記第1の熱交換媒体の温度よりも高温である
 請求項2に記載のアンモニア気化器。
[請求項4]
 前記第1の熱交換媒体は、海水である
 請求項2又は3に記載のアンモニア気化器。
[請求項5]
 前記第1の熱交換媒体は、排ガスである
 請求項2又は3に記載のアンモニア気化器。
[請求項6]
 ボイラおよびガスタービンから発生する排ガスを、前記排ガスとして利用する
 請求項5に記載のアンモニア気化器。
[請求項7]
 前記第2の熱交換媒体は、蒸気である
 請求項2又は3に記載のアンモニア気化器。
[請求項8]
 ボイラから排出される蒸気を、前記蒸気として利用する
 請求項7に記載のアンモニア気化器。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]