专利名称：氢制造设备及发电厂的制作方法
技术领域：
本发明涉及将来自利用了煤、天然气、油等的上游设备的气体中包含的一氧化碳转换为氢的氢制造设备及发电厂。
背景技术：
例如，CO2回收型的 IGCCantegrated Gasification Combined Cycle 整体煤气化联合循环)中，将在气化炉中气化后的煤气送至氢制造设备。该氢制造设备中，使煤气和水蒸气在催化剂下发生反应，使煤气中包含的一氧化碳变成二氧化碳，生成富氢的煤气。转化反应后的煤气在脱硫设备中脱硫后，送至二氧化碳回收设备，从而回收气体中的二氧化碳，变为富氢的精制气体向复合发电设备输送。复合发电设备中，例如，将精制气体向燃气轮机的燃烧器输送，作为用于驱动燃气轮机的原动力使用，另外，与燃气轮机的废热进行热交换而通过加热后的蒸气驱动汽轮机。在先技术文献专利文献专利文献1日本特表平9-5(^694号公报
发明内容
然而，上述脱硫设备中，进行脱硫时需要热源。目前，作为该热源，供给用于驱动复合发电设备中的汽轮机的水蒸气。但是，将脱硫设备的热源全部从汽轮机的驱动蒸气供给时，用于驱动汽轮机的水蒸气的量相应地减少，汽轮机的输出下降，IGCC整体的发电输出(发电效率)降低。本发明为了解决上述问题而创立，其目的在于提供能够提高发电效率的氢制造设备及发电厂。为了解决上述课题，本发明采用以下的手段。本发明的第1方式是一种氢制造设备(氢制造系统)，设置于具备锅炉和通过由该锅炉生成的高温蒸气进行驱动的汽轮机的发电厂，生成用于向所述发电厂内的其他设备供给的蒸气，其中，具备增湿器，被供给包含一氧化碳的工艺流体，并使该工艺流体和水蒸气混合；反应器，通过使从所述增湿器输出的增湿后的工艺流体在催化剂下进行反应，来使该工艺流体中的一氧化碳变成二氧化碳；第1配管，流过在所述反应器中反应后的高温的工艺流体；第2配管，用于供给补给水；至少1台的第1热交换器，使所述第1配管和所述第2 配管在至少1个位置交叉并设置于各交叉位置；及第3配管，将通过所述第1热交换器中的热交换产生的蒸气供给至所述其他设备。根据所述第1方式的氢制造设备，在增湿器中与水蒸气混合后的工艺流体被送至反应器。在反应器中，使工艺流体通过催化剂化而反应，从而使工艺流体中的一氧化碳变成二氧化碳，通过该反应使工艺流体中包含的氢增加。另外，在反应时产生反应热。通过反应变为高温的富氢的工艺流体向第1配管输出。另一方面，从第2配管供给补给水。第1配管和第2配管在至少一个位置交叉，在该各交叉位置配置热交换器。通过该热交换器，流过第2配管的补给水在与从反应器输出的高温的工艺流体之间进行热交换，由此升温而产生蒸气，该蒸气经由第3配管向发电厂内的其他设备供给。这样，根据本方式的氢制造设备，利用反应器中的反应热而产生蒸气，将该蒸气向其他设备供给，因此，例如能够防止为了驱动汽轮机而利用的高温蒸气的一部分在其他设备中被使用，或者能够减少该使用料。由此，能够使输送至汽轮机的高温蒸气的量增加，能够提高发电效率。所述第1方式的氢制造设备也可以构成为，还具备排出通路，将所述增湿器中的剩余的水分的一部分排出到外部；第2热交换器，设置于所述第2配管与所述排出通路交叉的位置；及气液分离器，流入有在所述第1交换器及所述第2交换器中结束了热交换的补给水，所述第3配管与所述气液分离器的气相部连接，将通过该气液分离器分离后的蒸气供给至所述其他设备。上述构成中，由于在将增湿器中的剩余的水分的一部分排出至外部的排出通路与第2配管交叉的位置设有第2热交换器，因此能够更有效地使用在该设备内产生的热量而生成蒸气。由此，能够向其他设备供给更多的蒸气。所述第1方式的氢制造设备也可以构成为，具备第4配管，该第4配管中流通有来自所述气液分离器的液相部的排水，所述第4配管与所述第2配管连接。上述构成中，能够使补给水循环，能够减少补给水的供给量。所述第1方式的氢制造设备广泛地适用于例如需要如下设备的发电厂，所述设备需要从包含烃化合物的气体中除去一氧化碳的反应，特别是适宜作为(X)2回收型的IGCC中的氢制造设备适用。本发明的第2方式是一种发电厂，具备气化炉，使煤气化而生成煤气；上述任一项的氢制造设备，从所述气化炉供给煤气而生成富氢的煤气；精制气体生成设备，从由所述氢制造设备输出的富氢的煤气中除去硫化氢及二氧化碳而生成精制气体；复合发电设备， 具备燃气轮机和汽轮机；及精制气体配管，将由所述精制气体生成设备生成的精制气体向所述复合发电设备供给，所述精制气体配管与所述氢制造设备的所述第1配管在至少1个位置交叉，在该交叉位置分别配置有热交换器，在与流通于所述第1配管的高温的工艺流体之间进行了至少1次热交换的精制气体通过所述精制气体配管而向所述复合发电设备供给。根据所述第2方式的发电厂，能够利用反应器中的反应热使精制气体升温，将升温后的精制气体向复合发电设备供给。由此，能够更有效地利用反应器中的反应热，能够有助于提高发电厂的效率。另外，所述第1方式的氢制造设备也可以构成为(第3方式)，还具备第5配管， 使在增湿器中增湿后的所述工艺流体从所述增湿器向所述反应器供给；循环通路，使所述增湿器中的剩余的水分循环；第4热交换器，设于所述循环通路与所述第1配管交叉的位置，在所述反应器中反应后的高温的工艺流体与循环于该循环通路的流体之间进行热交换。根据所述第3方式的构成，在增湿器中与水蒸气混合后的工艺流体通过第5配管被送至反应器。在反应器中，工艺流体通过催化剂化进行反应，由此使工艺流体中的一氧化碳变成二氧化碳，通过该反应使工艺流体中包含的氢增加。另外，在反应时产生反应热。通过反应变成高温的富氢的工艺流体输出至第1配管。另一方面，未在增湿器中与工艺流体混合的剩余部分的水蒸气例如在冷却为水后，经由循环通路返回增湿器。该情况下，在循环通路与第1配管交叉的位置设有用于在高温的工艺流体与循环于循环通路的流体之间进行热交换的第4热交换器，因此在循环通路中循环的流体通过工艺流体的热量被加热而变为高温的流体，返回增湿器。这样，根据上述构成，使增湿器中的剩余部分的水蒸气(水)循环，进而利用反应器中的反应热使该水蒸气(水)变为高温，因此能够在自身的设备内供给在增湿器中使用的水蒸气。由此，能够大幅减少从其他设备供给的水蒸气的量。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，具备从所述循环通路分支并绕过该第4热交换器的第1旁通配管；及设置于所述第1旁通配管并调整送至所述第1热交换器的流体的流量的第1流量调节阀。根据上述构成，将绕过所述第4热交换器的第1旁通配管设置于循环通路，因此能够使送至第4热交换器的流体的一部分绕过。进而，在所述第1旁通配管上设有第1流量调节阀，因此通过将该第1流量调节阀调整为适宜的开度，能够将送往第4热交换器的流体的流量调节为适宜的量。由此，能够将流体的温度调节为适宜的温度，能够使返回增湿器的流体的温度成为适温。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，具备第5热交换器，该第5热交换器设置于所述第5配管与所述第1配管交叉的位置，用于在来自所述增湿器的工艺流体与从所述反应器输出的反应后的高温的工艺流体之间进行热交换。根据上述构成，在第5热交换器中，在从增湿器送往反应器的工艺流体与从反应器输出的高温的工艺流体之间进行热交换，由此能够提高送往反应器的工艺流体的温度， 能够更接近适于反应的温度条件。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，具备第2旁通配管，从所述第1配管分支，并绕过所述第5热交换器；第2流量调节阀，设置于所述第2旁通配管，调整向所述第 5热交换器输送的所述反应后的高温的工艺流体的流量。根据上述构成，通过将设置于第2旁通配管的第2流量调节阀调节为适度的开度， 能够将送至第5热交换器的高温的工艺流体的流量调节成适量。由此，能够调整第5热交换器中的热交换的程度，能够将向反应器输送的工艺流体的温度调节为适于反应的温度。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，具备第6配管，向所述增湿器供给补给水；及热交换器，设置于所述第6配管与所述第1配管交叉的位置，在反应后的高温的工艺流体与在该第6配管中流动的补给水之间进行热交换。根据上述构成，在第6配管中流动的补给水通过在配置于第6配管的热交换器中与高温的工艺流体进行热交换而在被加热后向增湿器供给。由此，能够将与增湿器的温度气氛相适宜的温度的补给水(水蒸气)向增湿器补给，能够将增湿器内的蒸气保持为充分的量。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，所述第6配管与所述第1配管在多个位置交叉，分别在该交叉位置配置热交换器。
这样，通过使第6配管与第1配管在多个位置交叉，分别在该交叉位置设有热交换器，能够使在第6配管中流动的补给水逐渐变为高温，能够使其一部分或全部为水蒸气。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，具备气液分离器，设置于所述第6配管，使在该第6配管中流通的流体分离成水和水蒸气；及第7配管，使通过所述气液分离器分离后的水蒸气供给至所述第5配管。根据上述构成，在第6配管中流动的补给水通过气液分离器被分离成水和水蒸气，分离后的水蒸气通过流过第7配管而供给至第5配管。由此，能够相对于在第5配管中流动的工艺流体进一步提供水蒸气。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，具备第4流量调节阀，该第4流量调节阀设置于所述第7配管，并调节供给至该第5配管的水蒸气的流量。由此，能够将供给至第5配管的水蒸气调节为适度的量。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，具备第6热交换器，该第6热交换器设置于所述第7配管，并利用在所述反应器中产生的热量对在所述第7配管中流通的水蒸气进行加热。根据上述构成，能够在使在第7配管中流动的水蒸气的温度提高后混入第5配管。 另外，通过使在第7配管中流动的水蒸气获得反应器中的反应热，能够使反应器的温度降低，能够促进反应。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，具备第8配管，该第8配管从所述第7 配管分支，将在所述第7配管中流通的水蒸气的一部分向所述增湿器供给。根据上述构成，也能够从第7配管向增湿器供给水蒸气。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，具备第5流量调节阀，该第5流量调节阀设置于所述第8配管，并调节向所述增湿器供给的水蒸气的量。通过第5流量调节阀，能够调节从第7配管向增湿器供给的水蒸气的量。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，所述第1流量调节阀的开度及所述第 5流量调节阀的开度基于增湿器内的气氛温度来控制。增湿器内的气氛温度优选保持为适于使水蒸气和工艺流体混合的温度。越使第1 流量调节阀的开度接近全开，流入第4热交换器的流体的量越多，因此能够越使流体的温度上升，通过向增湿器供给该流体，能够提高增湿器的温度。另外，越使第5流量调节阀的开度接近全开，越能够使经由第7配管供给至增湿器的水蒸气的量增多。在此处，在第7配管中流动的水蒸气通过反应器中的反应热而变为高温，因此通过向增湿器供给该高温的水蒸气，能够使增湿器的温度上升。这样，通过调节第1流量调节阀、第5流量调节阀的开度，能够将增湿器内的气氛温度保持为适宜的值。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，即使在使所述第5流量调节阀为全闭状态的状态下使所述第1流量调节阀为全闭状态，在增湿器内的温度未达到饱和温度的情况下，所述第5流量调节阀的开度也一直打开直到增湿器内的温度达到饱和温度。优先使在循环通路中循环的流体的温度上升，通过从循环通路供给的水蒸气也未使增湿器内的气氛温度达到饱和温度的情况下，通过逐渐使第5流量调节阀成为开状态， 从第7配管向增湿器供给高温的水蒸气。通过像这样给予优先度，能够极力地抑制经由第7配管供给的水蒸气的量。由此，能够避免经由第7配管供给的水蒸气的量减少的情况。所述第3方式的氢制造设备也可以构成为，具备排出通路，该排出通路从所述循环通路分支，并将在所述循环通路中流通的流体的一部分排出至外部。通过循环器使流体循环，并重复利用多次，流体内包含的杂质逐渐增加。该情况下，通过设置排出通路，能够排出污染的流体，能够减少流体内包含的杂质的量。发明效果根据本发明，起到能够提高发电效率的效果。
图1是表示本发明的第1实施方式的发电厂的主要构成的概略构成图。图2是表示本发明的第1实施方式的氢制造设备的概略构成的图。图3是表示反应器中的一氧化碳浓度与温度的关系的平衡曲线的图。图4是表示第1流量调节阀及第4流量调节阀的阀开度控制的图。图5是用于说明由氢制造设备生成的蒸气的用途的图。图6是用于说明由氢制造设备生成的蒸气的用途的图。图7是表示本发明的变形例1的氢制造设备的概略构成的图。图8是表示本发明的变形例2的氢制造设备的概略构成的图。图9是表示本发明的变形例3的氢制造设备的概略构成的图。图10是表示本发明的第2实施方式的氢制造设备的概略构成的图。
具体实施例方式〔第1实施方式〕以下，参照附图对本发明的第1实施方式的氢制造设备及发电厂进行说明。图1是表示本实施方式的发电厂的主要构成的概略构成图。如图1所示，本实施方式的发电厂是0)2回收型的IGCCantegrated Gasification Combined Cycle 整体煤气化联合循环)，具备气化炉101、氢制造设备1、脱硫设备103、二氧化碳回收设备104、及复合发电设备105。这种发电厂中，将在气化炉101中气化后的煤气送至氢制造设备1，在氢制造设备1中，使煤气和水蒸气在催化剂下发生反应，使煤气中包含的一氧化碳变成二氧化碳， 生成富氢的煤气。转化反应后的煤气在脱硫设备103中脱硫后，被送至二氧化碳回收设备 104，从而回收气体中的二氧化碳，变为富氢的精制气体被送往复合发电设备105。复合发电设备105中，例如将精制气体送往燃气轮机的燃烧器，作为用于驱动燃气轮机的原动力使用，另外，通过利用燃气轮机的废热生成的高温蒸气来驱动汽轮机，进行发电。向构成这种发电厂的气化炉101、氢制造设备1、脱硫设备103供给来自复合发电设备105的蒸气作为热源。另外，在氢制造设备1中也如后所述生成蒸气，将该蒸气供给至脱硫设备103。目前，对于需要蒸气作为热源的工厂内的各设备从复合发电设备105供给高温蒸气，但本实施方式中，在氢制造设备1中生成蒸气，将该蒸气供给至其他设备，由此能够对来自复合发电设备105的蒸气供给进行辅助。由此，能够减少从复合发电设备105向其他设备的蒸气排出量，能够将复合发电设备105中的高温设备尽可能使用于汽轮机的旋转驱动。由此，能够提高发电效率。图1中，例示了从氢制造设备1向脱硫设备103供给蒸气的情况，但从氢制造设备 1的蒸气供给目标不限于脱硫设备103，例如能够对在发电厂内需要高温蒸气作为热源的设备进行供给。图2是表示本实施方式的氢制造设备1的概略构成的图。本实施方式的氢制造设备1为了提高复合发电设备105的发电效率，具有(I)用于生成向其他设备供给的蒸气的构成；(II)高效地利用自身的设备内的热源并尽量减少从外部(本实施方式中为复合发电设备10 供给的热源的构成(以下称为“有关本设备的效率化的构成”)。以下，说明上述(I)的构成及作用，然后，说明(II)的构成及作用。(I)关于生成向其他设备供给的蒸气的构成如图2所示，本实施方式的氢制造设备1具备供给包含一氧化碳的工艺流体而使该工艺流体和水蒸气混合的增湿器2 ；使从增湿器2输出的增湿后的工艺流体在催化剂下反应从而使该工艺流体中的一氧化碳变成二氧化碳的反应器3。在反应器3中反应后的高温的工艺流体通过第1配管A而向图1所示的脱硫设备103供给。另外，配置有从外部的设备供给补给水的第2配管B，在第1配管A和第2配管B 交叉的位置设有在流过第1配管A的高温的工艺流体和流过第2配管B的低温的补给水之间进行热交换的多个第1热交换器51a、51b。增湿器2中，设有使未与工艺流体混合的剩余部分的水分即排水循环的循环通路 D。在该循环通路D上，设有从循环通路D分支并使在循环通路D流通的排水的一部分排出到外部的排出通路D1。另外，该排出通路Dl上设有用于调整向外部排出的排水的量的调节阀。例如，在排出通路Dl中流动的排水大约被加热至200°C。在排出通路Dl上，在与第2 配管B交叉的位置设有第2热交换器52。图2中，例示了在第2配管上从上游起依次设有第1热交换器51a、第2热交换器 52、第1热交换器51b的情况，但对于这些热交换器的配置顺序没有特别限定。在第1热交换器51a、51b及第2热交换器52中进行了热交换后的补给水被送至气液分离器M，进行气液分离。在气液分离器M中分离后的蒸气通过与气液分离器M的气相部连接的第3配管C供给至脱硫设备103 (参照图1)。在第3配管C上设有压力调节阀56，通过调整该压力调节阀56的阀开度，来调整排出的蒸气的压力。另外，气液分离器M的液相部与第4配管E连接。该第4配管E与第2配管B连接。图2中，第4配管E连接于第2配管B上的第1热交换器51a和第2热交换器52之间。 由此，能够使由气液分离器M分离的排水通过第4配管E与在第2配管B中流动的补给水汇合，能够形成补给水的循环通路。另外，在第4配管E上设有循环泵55，通过该循环泵55 来调整循环量。这种氢制造设备1中，含有一氧化碳的工艺流体供给至增湿器2，在增湿器2中与水蒸气混合，并且被加热至饱和温度。在增湿器2中与水蒸气混合后的工艺流体被送至反应器3。在反应器3中，工艺流体通过催化剂化而反应，由此使工艺流体中的一氧化碳变成二氧化碳，通过该反应使工艺流体中包含的氢增加。另外，在反应时产生反应热。关于此时的反应式，如以下的(1)式所示。数学式1
CO + H2O CO2+ H1 +40.9-kJ / m^ol (1)通过反应，变为富氢的高温的工艺流体被输出至第1配管Α，以后通过进行多次热交换等而成为低温，送至后段的脱硫设备103。另一方面，从第2配管B，从构成发电厂的其他设备供给补给水。例如从复合发电设备105供给补给水。更具体而言，复合发电设备105具备回收驱动燃气轮机后的高温的气体并通过与高温气体进行热交换而产生蒸气的废热回收锅炉；通过在废热回收锅炉中生成的蒸气而旋转的汽轮机；夺取使汽轮机旋转而结束工作后的排出蒸气的热量并产生冷凝水的凝汽器；暂时存积冷凝水、补给水的给水罐；及除去给水中的溶解氧的脱气器等。另夕卜，复合发电设备105中，构成为，在脱气器中生成的除去了溶解氧的水再次向废热回收锅炉供给，从而再利用。这种复合发电设备105中，成为利用脱气器精制后的水(例如约40°C 以上且120°C以下)供给至氢制造设备1的第2配管B的构成。从第2配管B供给至该设备内的补给水通过流过第2配管B而向第1热交换器51a 输送。流入第1热交换器51a的补给水通过与在第1配管A中流动的高温的工艺流体(例如约140°C )进行热交换而升温，升温后的补给水与在第4配管E中流动的排水汇合后，被向第2热交换器52输送。被输送至第2热交换器52的混合水在与在排出通路Dl中流动的高温的排水(约200°C )之间进行热交换，然后，在第1热交换器51b中与在第1配管A 中流动的高温的工艺流体进一步进行热交换，由此进一步升温。通过多次进行这种热交换， 使补给水气化，被输送至气液分离器54。气液分离器M中，包含在水蒸气内的水分被分离， 干燥后的高温蒸气通过第3配管C而向脱硫设备103输送，在脱硫设备103中作为热源被使用。另一方面，在气液分离器M中与蒸气分离后的水通过第4配管E加入到在第2配管 B中流动的补给水中，再次在第2配管B上循环。这样，本实施方式的氢制造设备1中，使从第2配管B补给的补给水与在反应器3 中生成的高温的工艺流体进行热交换，由此加热而生成高温的蒸气，将该蒸气供给至发电厂中的其他设备例如脱硫设备103(参照图1)。由此，能够减少从复合发电设备105(参照图1)向脱硫设备103供给的高温蒸气量，能够提高发电效率。(II)有关本设备的效率化的构成如图2所示，在循环通路D与第1配管A交叉的位置设有第4热交换器7，该第4 热交换器7用于在反应器3中反应后的高温的工艺流体与在该循环通路D中循环的流体之间进行热交换。在循环通路D上，在第4热交换器7的上游侧设有从循环通路D分支并绕过第4热交换器7的第1旁通配管F。该第1旁通配管F上设有调整送至第4热交换器7 的流体的流量的第1流量调节阀8。在从增湿器2向反应器3供给增湿后的工艺流体的第5配管A'与第1配管A交叉的位置设有第5热交换器9，该第5热交换器9用于在来自增湿器2的工艺流体与从反应器3输出的反应后的高温的工艺流体之间进行热交换。在第1配管A上，在第5热交换器9的上游侧设有从第1配管A分支而绕过第5 热交换器9的第2旁通配管H。在该第2旁通配管H上设有用于调整送往第2热交换器9 的反应后的高温的工艺流体的流量的第2流量调节阀10。另外，在氢制造设备1中设有第6配管I，该第6配管I用于补给在该设备内循环的补给水，具体而言是用于补给在增湿器2中使用的水分。该第6配管I形成为与第1配管A在至少1个部位、优选在多个部位交叉。图2中示出在3个部位交叉的情况。在各交叉位置设有用于在流过第1配管A的反应后的高温的工艺流体与补给水之间进行热交换的热交换器11、12、13。另外，在第1配管A中流动的工艺流体与在循环通路D中流动的流体、在第6配管 I中流动的补给水等进行热交换而冷却，由此使工艺流体中的水蒸气变化为水，产生水分。 为了回收该工艺流体中包含的水分，在第1配管A上设有至少1个气液分离器。图2中，示出了 2个气液分离器18、19。在各气液分离器18、19中回收的水分分别通过配管J、K而供给至流通有补给水的第6配管I。在第6配管I上，在设于补给水的最下游侧的热交换器13的更下游侧，设有将在第6配管I中流通的流体分离成气相和液相的气液分离器20。另外，在气液分离器20的气相部连接有第7配管L，该第7配管L将通过气液分离机20分离后的水蒸气供给至第5配管A'。在第7配管L上设有用于调节供给至第5配管A'的水蒸气的流量的第4流量调节阀21。此外，在第7配管L上设有第6热交换器22，该第6热交换器22利用在反应器3 中产生的热来对在第7配管L中流通的水蒸气进行加热。另外，在第5配管A‘上连接有例如用于从复合发电设备105 (参照图1)供给高温蒸气的蒸气供给配管6。该蒸气供给配管6在本设备内的水蒸气不足的情况下，例如如后所述即使从第7配管L等供给蒸气而蒸气量也不足的情况下，为了补充该不足的量而使用。另外，在第7配管L上设有从第7配管L分支并将在第7配管L中流通的水蒸气的一部分向增湿器2供给的第8配管M。在该第8配管M上设有用于调节向增湿器2供给的水蒸气的量的第5流量调节阀23。在上述的氢制造设备中，通过反应器3中的反应而变为富氢的高温的工艺流体向第1配管A输出。向第1配管A放出的高温的工艺流体在第5热交换器9中与流过第5配管A'的反应前的工艺流体进行热交换。此时，输送至第5热交换器9的反应后的工艺流体通过第2流量调节阀10的开度来调整。通过根据流过第5配管A'的反应前的工艺流体的温度来调节该第2流量调节阀10的开度，从而能够将输送至反应器3的反应前的工艺流体的温度调整为适合反应的值。这样，通过使反应器3的入口温度最适化，能够促进反应器3 中的反应。在第5热交换器9中进行了热交换后的反应后的工艺流体在第1配管A中流通， 在热交换器13中在与在第6配管I中流动的补给水之间进行热交换后，输送至第4热交换器7。在第4热交换器7中，在增湿器2中未与工艺流体混合的剩余部分的水蒸气被冷却而生成的排水通过循环通路D而供给。在第4热交换器7中，在第1配管A中流通的高温的工艺流体与在循环通路D中流通的排水之间进行热交换，变为高温的排水通过循环通路 D再次返回增湿器2，另一方面，通过热交换被夺去了热量的工艺流体在第1配管A中流通并被送至热交换器12。该情况下，被送至第4热交换器7的排水的流量通过设于第1旁通配管F的第1 流量调节阀8的开度来调整。通过根据增湿器2内的气氛温度来调节第1流量调节阀8的开度，能够将送至增湿器2的排水的温度调整为适于增湿器2的气氛温度的值(例如饱和温度)。由此，能够将增湿器2的气氛温度保持为最适的值。
被送至热交换器12的工艺流体通过在与在第6配管I中流动的补给水之间进行热交换而进一步冷却，然后被送至气液分离器18。气液分离器18中，回收包含在工艺流体中的水分，该水分通过配管J而供给至第6配管I。在气液分离器18中回收了水分后的工艺流体经由第1热交换器51b后，被送至热交换器11，再次在与补给水之间进行热交换。热交换后的工艺流体经由第1热交换器51a而被送至气液分离器19，回收水分后向脱硫设备 103(参照图1)供给。另一方面，在第6配管I中流动的补给水如上所述在3台热交换器11、12、13中， 在与工艺流体之间进行热交换，由此被逐渐加热，在其一部分形成为水蒸气的状态下送至气液分离器20。在气液分离器20中，水蒸气与水分离，补给水通过第6配管I而供给至增湿器2。 另一方面，水蒸气通过在第7配管L中流通而向第6热交换器22输送。在第6热交换器22 中，通过反应器3中的反应热使在第7配管L中流通的水蒸气被加热。由此，能够消耗在反应器3中反应时产生的热量，能够抑制反应器3内的气氛温度。反应器3中的一氧化碳浓度和温度具有图3所示的相关关系。即，温度越低，越能够将工艺流体内包含的一氧化碳变成二氧化碳，越能够减少工艺流体内的一氧化碳的量。因此， 通过抑制反应器3中的温度上升，能够促进反应器3中的反应。使用在反应时产生的热而变为高温的在第7配管L中流通的水蒸气中，其一部分通过第8配管M而供给至增湿器2，并且剩余部分混入在第5配管A'中流动的工艺流体。 在此处，通过第8配管M而供给至增湿器2的水蒸气的流量通过设于第8配管M的第5流量调节阀23的开度来调整。在此处，增湿器2内的气氛温度优选保持为适于使工艺流体和水蒸气混合的值。 增湿器2内的气氛温度如上所述，通过调整在循环通路D的第1旁通配管F设置的第1流量调节阀8的开度来进行，但即使使第1流量调节阀8的阀开度为全闭，使流过循环通路D 的排水全部供给至第1热交换器7，热量也可能不充分，可能不能将增湿器2内的气氛温度保持为适当的值。即使在这种情况下，也能够通过设置使流过第7配管L的高温的水蒸气供给至增湿器2的路线即第8配管M，来消除上述热量的不足。上述第1流量调节阀8的开度及第5流量调节阀23的开度例如图4所示进行控制。即，在增湿器2中并不那么需要热量的情况下，在使第5流量调节阀23为全闭的状态下调节第1流量调节阀8的开度。相对于此，在即使使第1流量调节阀8为全闭并使流过循环通路D的全部的排水投入到第4热交换器7而热量也不足的情况下，通过调整第5流量调节阀23的开度，从第8配管M向增湿器2供给高温的水蒸气，并补偿增湿器2中的热量。这样，根据本实施方式的氢制造设备1，具备使在增湿器2中成为剩余的水蒸气冷却并作为排水循环的循环通路D、及通过反应后的工艺流体的热将在循环通路D中循环的排水加热的第4热交换器7，因此能够尽可能地在该设备内供给在增湿器2中使用的水蒸气。即，即使从第6配管I向增湿器2供给补给水并从第7配管L将高温的水蒸气供给至第5配管A'进而从第8配管M将高温的水蒸气向增湿器2供给，热量或水蒸气的流量仍然可能不足的情况下，通过蒸气供给配管6从复合发电设备105供给高温蒸气。
11
由此，能够减少从复合发电设备105供给的高温蒸气量，能够进一步提高发电效率。在上述氢制造设备1中生成的高温蒸气例如在图5所示的脱硫设备103的热交换器中使用。例如在具备图5所示的构成的脱硫设备103中，通过氢制造设备1的第1配管A 而输出的富氢的工艺流体被供给至充满了 H2S吸收液的H2S吸收塔71。在H2S吸收塔71 中吸收了 H2S的吸收液在热交换器73中与高温蒸气进行热交换从而升温并气化，并供给至吸收液再生塔72。吸收液再生塔72中，除去气体中包含的H2S，另外，被夺去热量而液化的流体再次返回H2S吸收塔71。另外，在使液体从吸收液再生塔72返回吸收塔71的循环通路上，设有用于再次使其一部分流体升温而返回到吸收液再生塔72的热交换器74。在该热交换器74中，从吸收液再生塔72排出的流体升温，再次气化而返回到吸收液再生塔72。这样，脱硫设备103中设有多个热交换器73、74，在这些热交换器中需要用于使流体升温的热源。本实施方式的发电厂中，作为在这样的脱硫设备103的热交换器中使用的热源，供给在氢制造设备1中生成的高温蒸气。因此，能够避免在复合发电设备105中发电所使用的高温蒸气使用于发电以外的其他用途或减少使用于发电以外的其他用途的量，能够提高发电效率。另外，图6是在一个系统中进行脱硫设备103中的脱硫和二氧化碳回收设备104 中的(X)2的回收的情况的构成。即使该情况下，也在脱硫设备中设置多个热交换器，能够对这些热源使用在上述氢制造设备1中生成的蒸气。〔变形例1〕上述第1实施方式中，通过第2配管B而从外部供给补给水，但取而代之，也可以如图7所示，从供给在氢制造设备内使用的补给水的第6配管I获得补给水。由此，能够使设备构成简化。〔变形例2〕上述第1实施方式中，例示了仅具备一台反应器3的情况，但也可以具备多个反应器。该情况下，构成为，在上游侧配置的反应器中反应了的反应后的工艺流体依次供给至在交流侧配置的反应器。这样，通过设置多个反应器，能够使工艺流体中的一氧化碳的含量进一步降低。另外，在像这样具备2台以上的反应器的情况下，也可以使各反应器中产生的反应热在与彼此不同的流体之间进行热交换。图8中例示了具备2台反应器3a、3b的情况。图8中，在配置于上游侧的反应器 3a中，使流过第7配管L的水蒸气与反应热进行热交换，并且在配置于下游侧的反应器北中，使流过第6配管I的补给水与反应热进行热交换。〔变形例3〕上述第1实施方式中，通过使反应器3中的反应热与在第7配管L中流动的水蒸气进行热交换，来抑制反应器3的温度上升，但也可以取而代之，通过使反应器3中的热量与在循环通路D中流动的排水进行热交换来抑制反应器3的温度上升。图9中例示了在反应器3的热量与在循环通路D中流动的排水之间进行热交换的情况的构成。在第7热交换器30中，进行反应器3的热量与在循环通路D中流动的排水之间的热交换。另外，也可以在循环通路D上设置绕过第7热交换器30的第3旁通配管Q，进而在该第3旁通配管Q上设置用于调整送至第7热交换器30的排水的流量的第6流量调节阀31。由此，能够使反应器3内的温度保持为适于反应的值。作为在反应器3中产生的反应热的消耗方法，不限于上述的与排水的热交换，例如也可以在与在第6配管I中流动的补给水之间进行热交换。〔第2实施方式〕接着，使用图10对本发明的第2实施方式进行说明。本实施方式的氢制造设备与第1实施方式不同之处在于还设有精制气体配管N， 该精制气体配管N用于通过使由图1所示的二氧化碳回收设备104生成的精制气体与在第 1配管A中流动的高温的工艺流体进行热交换来使精制气体升温，使升温后的精制气体向复合发电设备105(参照图1)供给。图10中，精制气体所流通的精制气体配管N配置成，在第1配管A中气液分离器 19与第1热交换器51a之间交叉，进而在第5热交换器9与热交换器13之间交叉。在各交叉位置上设有热交换器61、62，在该热交换器61、62中，在第1配管A中流通的高温的工艺流体与在精制气体配管N中流通的精制气体之间进行热交换。通过热交换而升温并被加热至约300°C的精制气体被输送至复合发电设备105 (参照图1)，例如向设于燃气轮机的跟前的燃烧器输送。这样，通过设置与由在氢制造设备的后段配置的设备生成的气体进行热交换的热交换器61、62，能够更有效地利用在反应器3中产生的热量。关于上述热交换器61、62的配置位置及配置台数，只要处于对在第1配管A中流通的工艺流体自身确保规定的热量的范围内，就没有特别限定。例如热交换器61也可以在第1配管A中设于第1热交换器51b与热交换器11之间，或者也可以设于热交换器11与第1热交换器51a之间。上述变形例1 3的构成及第2实施方式的构成可根据设计用途等而适宜组合。标号说明1氢制造设备2增湿器3反应器51a、51b第1热交换器M气液分离器101气化炉103脱硫设备104 二氧化碳回收设备105复合发电设备A第1配管B第2配管C第3配管D循环通路Dl排出通路E第4配管N精制气体配管
权利要求
1.一种氢制造设备，设置于具备锅炉和通过由该锅炉生成的高温蒸气进行驱动的汽轮机的发电厂，生成用于向所述发电厂内的其他设备供给的蒸气，其中，具备增湿器，被供给包含一氧化碳的工艺流体，并使该工艺流体和水蒸气混合； 反应器，通过使从所述增湿器输出的增湿后的工艺流体在催化剂下进行反应，来使该工艺流体中的一氧化碳变成二氧化碳；第1配管，流过在所述反应器中反应后的高温的工艺流体； 第2配管，用于供给补给水；至少1台的第1热交换器，使所述第1配管和所述第2配管在至少1个位置交叉并设置于各交叉位置；及第3配管，将通过所述第1热交换器中的热交换产生的蒸气供给至所述其他设备。
2.根据权利要求1所述的氢制造设备，具备排出通路，将所述增湿器中的剩余的水分的一部分排出到外部； 第2热交换器，设置于所述第2配管与所述排出通路交叉的位置；及气液分离器，流入有在所述第1交换器及所述第2交换器中结束了热交换的补给水， 所述第3配管与所述气液分离器的气相部连接，将通过该气液分离器分离后的蒸气供给至所述其他设备。
3.根据权利要求2所述的氢制造设备，其中，具备第4配管，该第4配管中流通有来自所述气液分离器的液相部的排水， 所述第4配管与所述第2配管连接。
4.一种发电厂，具备权利要求1 3中任一项所述的氢制造设备。
5.一种发电厂，具备气化炉，使煤气化而生成煤气；权利要求1 3中任一项所述的氢制造设备，从所述气化炉供给煤气而生成富氢的煤气；精制气体生成设备，从由所述氢制造设备输出的富氢的煤气中除去硫化氢及二氧化碳而生成精制气体；复合发电设备，具备燃气轮机和汽轮机；及精制气体配管，将由所述精制气体生成设备生成的精制气体向所述复合发电设备供给，所述精制气体配管与所述氢制造设备的所述第1配管在至少1个位置交叉，在该交叉位置分别配置有热交换器，在与流通于所述第1配管的高温的工艺流体之间进行了至少1 次热交换的精制气体通过所述精制气体配管而向所述复合发电设备供给。
全文摘要
为了提高发电效率，提供一种氢制造设备(1)，具备增湿器(2)，被供给包含一氧化碳的工艺流体，并使该工艺流体和水蒸气混合；反应器(3)，通过使从增湿器(2)输出的增湿后的工艺流体在催化剂下反应，来使该工艺流体中的一氧化碳变成二氧化碳；第1配管(A)，流过在反应器(3)中反应后的高温的工艺流体；第2配管(B)，用于供给补给水；使第1配管(A)和第2配管(B)在至少1个位置交叉并设于各交叉位置的至少1台的第1热交换器(51a、51b)；及第3配管(C)，将通过第1热交换器(51a、51b)中的热交换产生的蒸气供给至其他设备。
文档编号C01B3/48GK102482081SQ20108003720
公开日2012年5月30日 申请日期2010年12月9日 优先权日2009年12月10日
发明者堤孝则, 太田一广, 小山智规, 石井弘实, 藤井贵 申请人:三菱重工业株式会社