特開 2023-105853 アンモニア貯蔵供給基地

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023105853

(43)【公開日】2023-08-01

(54)【発明の名称】アンモニア貯蔵供給基地

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/00 20060101AFI20230725BHJP

【ＦＩ】

F17C13/00 302A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022006840

(22)【出願日】2022-01-20

(71)【出願人】

【識別番号】592009281

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩプラント

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】北川 清一

(72)【発明者】

【氏名】中原 大輔

(72)【発明者】

【氏名】小林 陽介

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA03

3E172AA06

3E172AB20

3E172BA06

3E172BB04

3E172BB12

3E172BB17

3E172BD05

3E172GA17

3E172HA04

3E172JA08

(57)【要約】

【課題】需要側である火力発電所側が非定常運転になっても、燃料であるアンモニアの廃棄を削減でき、且つ、燃料供給系統側では安全、安定した運転を確保できるアンモニア貯蔵供給基地の提供。
【解決手段】アンモニア貯蔵供給基地１は、液体アンモニア１００を貯蔵する低温貯蔵タンク２と、低温貯蔵タンク２から払い出された液体アンモニア１００を気化する気化器３と、気化器３によって気化された気体アンモニアを石炭と混焼する火力発電所のボイラ４と、低温貯蔵タンク２で生じたボイルオフガスを再液化し、低温貯蔵タンク２に戻すボイルオフガス処理設備５と、気化器３からボイラ４に供給される気体アンモニアのうち、ボイラ４の消費量を超える余剰ガスをＢＯＧ処理設備５に供給して再液化し、低温貯蔵タンク２に戻すリサイクルライン６と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体アンモニアを貯蔵する低温貯蔵タンクと、
前記低温貯蔵タンクから払い出された液体アンモニアを気化する気化器と、
前記気化器によって気化された気体アンモニアを燃焼させる火力発電所の燃焼器と、
前記低温貯蔵タンクで生じたボイルオフガスを再液化し、前記低温貯蔵タンクに戻すボイルオフガス処理設備と、
前記気化器から前記燃焼器に供給される気体アンモニアのうち、前記燃焼器の消費量を超える余剰ガスを前記ボイルオフガス処理設備に供給して再液化し、前記低温貯蔵タンクに戻すリサイクルラインと、を備える、アンモニア貯蔵供給基地。

【請求項2】

前記気化器から前記燃焼器に気体アンモニアを供給する気体アンモニア供給ラインと、
前記気体アンモニア供給ラインの圧力に応じて、前記リサイクルラインを開閉し圧力制御を行う圧力制御装置と、を備える、請求項１に記載のアンモニア貯蔵供給基地。

【請求項3】

前記低温貯蔵タンクから前記気化器に液体アンモニアを供給する液体アンモニア供給ラインと、
前記燃焼器の消費量に応じて、前記液体アンモニア供給ラインの流量を制御する流量制御を行う流量制御装置と、を備える、請求項１または２に記載のアンモニア貯蔵供給基地。

【請求項4】

前記気化器は、複数台設けられ、前記燃焼器の負荷に連動して稼働台数が増減する、請求項１～３のいずれか一項に記載のアンモニア貯蔵供給基地。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンモニア貯蔵供給基地に関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、火力発電所に天然ガスを供給するＬＮＧ基地が開示されている。このＬＮＧ基地は、ＬＮＧタンクに低温貯蔵されたＬＮＧ（液体燃料）を複数の気化器を用いて気化させて天然ガス（気体燃料）を生成し、該天然ガスを火力発電所の消費量に応じて送出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９－１７８０９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

気化ＬＮＧの発生量は、火力発電所の消費量を満足するように設計されるが、火力発電所側の運転状況次第では、気化ＬＮＧの発生量に対して火力発電所の消費量が下回り余剰分が生じる場合がある。その場合、燃料供給系統の圧力上昇に対する機械的保護の観点から余剰分の気化ＬＮＧは、グランドフレアなどで廃棄処分しているのが一般的である。
ＬＮＧの場合は既知の通り極低温であるため、再液化することは困難なことから、上述の通り燃焼させて廃棄処分せざるを得ない。また設備の機械的保護を目的としており、いつ上述のような非定常運転になるか予測できないことから、グランドフレアでは絶えず連続してパイロットバーナーを点火している。パイロットバーナーの消費量自体は僅かであろうが、そういう意味でも燃料の一部を廃棄せざるを得ない状況である。
近年、地球温暖化対策として、燃焼時に二酸化炭素を発生しないアンモニアが注目されており、火力発電所のボイラの新規代替燃料として、液体アンモニアを大量に利用することが考えられている。
このような背景のもと、需要側である火力発電所側が非定常運転になっても、燃料であるアンモニアの廃棄を削減でき、且つ、燃料供給系統側では安全、安定した運転を確保できるアンモニア貯蔵供給基地が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様に係るアンモニア貯蔵供給基地は、液体アンモニアを貯蔵する低温貯蔵タンクと、前記低温貯蔵タンクから払い出された液体アンモニアを気化する気化器と、前記気化器によって気化された気体アンモニアを燃焼させる火力発電所の燃焼器と、前記低温貯蔵タンクで生じたボイルオフガスを再液化し、前記低温貯蔵タンクに戻すボイルオフガス処理設備と、前記気化器から前記燃焼器に供給される気体アンモニアのうち、前記燃焼器の消費量を超える余剰ガスを前記ボイルオフガス処理設備に供給して再液化し、前記低温貯蔵タンクに戻すリサイクルラインと、を備える。

【0006】

また、本発明の一態様では、前記気化器から前記燃焼器に気体アンモニアを供給する気体アンモニア供給ラインと、前記気体アンモニア供給ラインの圧力に応じて、前記リサイクルラインを開閉する圧力制御を行う圧力制御装置と、を備えてもよい。

【0007】

また、本発明の一態様では、前記低温貯蔵タンクから前記気化器に液体アンモニアを供給する液体アンモニア供給ラインと、前記燃焼器の消費量に応じて、前記液体アンモニア供給ラインの流量を制御する流量制御を行う流量制御装置と、を備えてもよい。

【0008】

また、本発明の一態様では、前記気化器は、複数台設けられ、前記燃焼器の負荷に連動して稼働台数が増減してもよい。

【発明の効果】

【0009】

上記本発明の一態様によれば、需要側である火力発電所側が非定常運転になっても、燃料であるアンモニアの廃棄を削減でき、且つ、燃料供給系統側では安全、安定した運転を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態に係るアンモニア貯蔵供給基地の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0012】

図１は、一実施形態に係るアンモニア貯蔵供給基地１の構成図である。
図１に示すアンモニア貯蔵供給基地１は、図示しないタンカーから液体アンモニア１００を受け入れ、貯蔵及び気化などを行い、気化後の気体アンモニアを火力発電所のボイラ４（燃焼器）に供給する。アンモニア貯蔵供給基地１は、低温貯蔵タンク２と、気化器３と、ボイラ４と、ボイルオフガス処理設備（以下、ＢＯＧ処理設備５と称する）と、リサイクルライン６と、を備えている。また、アンモニア貯蔵供給基地１は、当該基地から排出されるアンモニアを処理する図示しない除害設備を備えている。除害設備は、通常は稼働しないが設備の安全性を担保するためのアンモニア廃棄処理設備である（後述）。

【0013】

低温貯蔵タンク２は、例えば、全高が５０メートル程ある大型の二重殻地上低温タンクであって、図示しない内槽と外槽との間に粒状のパーライト等の保冷材が充填されている。なお、低温貯蔵タンク２は、地下式低温タンクであっても構わない。低温貯蔵タンク２は、アンモニアタンカーから受け入れ配管（図示省略）を介して移送された液体アンモニア１００を貯蔵する。液体アンモニア１００の貯蔵温度は、例えば、－３３℃～－３４℃程である。

【0014】

低温貯蔵タンク２に貯蔵された液体アンモニア１００は、液体アンモニア供給ライン７を介して気化器３に供給される。液体アンモニア供給ライン７には、払出ポンプ８と、制御弁９と、が設けられている。液体アンモニア供給ライン７は、払出ポンプ８のアンモニア吐出口と気化器３のアンモニア入口とを接続する移送用配管である。払出ポンプ８は、低温貯蔵タンク２の内部に設置されたインタンク型ポンプであり、低温貯蔵タンク２に貯蔵されている液体アンモニア１００をタンク外へ払い出す。

【0015】

制御弁９は、流量制御装置１０から入力される弁開度制御信号に応じてその弁開度が制御される。流量制御装置１０は、液体アンモニア供給ライン７の流量を計測する流量計を備え、その計測結果をメインの制御装置１６に出力すると共に、制御装置１６から動作指令を受けて制御弁９を動作させる。制御弁９は、液体アンモニア供給ライン７の途中に介挿され、気化器３に供給される液体アンモニア１００の流量を調整する。

【0016】

気化器３は、液体アンモニア供給ライン７を介して移送される液体アンモニア１００を気化させて気体アンモニアを生成する。気化器３で発生した気体アンモニアは、気体アンモニア供給ライン１１を介して火力発電所のボイラ４に供給される。気体アンモニア供給ライン１１は、気化器３の気体アンモニア出口とボイラ４とを接続する移送用配管である。

【0017】

ボイラ４は、気化器３によって気化された気体アンモニアを石炭と混焼する。ボイラ４は、複数のバーナを備えており、バーナの稼働数は、石炭に対する気体アンモニアの混焼率あるいはボイラ負荷に応じて増減する。気体アンモニアの混焼率は、例えば、最大で２０％に設定されている。なお、気化器３も、複数台設けられ、気体アンモニアの混焼率に連動して稼働台数が増減する。

【0018】

ＢＯＧ処理設備５は、入熱などによって低温貯蔵タンク２で生じたボイルオフガス（以下、ＢＯＧと称する）を再液化し、低温貯蔵タンク２に戻す。低温貯蔵タンク２で生じたＢＯＧ（気体アンモニア）は、ＢＯＧ排出ライン１３を介してＢＯＧ処理設備５に供給される。ＢＯＧ排出ライン１３は、低温貯蔵タンク２の頂部のＢＯＧ排出口とＢＯＧ処理設備５のＢＯＧ入口とを接続する移送用配管である。

【0019】

ＢＯＧ処理設備５に供給されたＢＯＧは、ＢＯＧ圧縮機で所定の圧力まで昇圧され、ＢＯＧ凝縮器で冷却水により液化される。液化したアンモニアは、エコノマイザーで一部冷却後、膨張弁を介し、ＢＯＧ返送ライン１４を通り、低温貯蔵タンク２へ返送される。このように、ＢＯＧ処理設備５は、低温貯蔵タンク２から発生するＢＯＧを処理（再液化）し、低温貯蔵タンク２の圧力を一定に保つ。

【0020】

リサイクルライン６は、気化器３からボイラ４に供給される気体アンモニアのうち、ボイラ４の消費量を超える余剰ガスをＢＯＧ処理設備５に供給して再液化し、低温貯蔵タンク２に戻す。リサイクルライン６は、気体アンモニア供給ライン１１とＢＯＧ排出ライン１３とを接続する移送用配管である。つまり、リサイクルライン６を通った気体アンモニアは、気化器３の下流側（二次側）から、ＢＯＧ処理設備５の上流側（一次側）に戻される。

【0021】

リサイクルライン６には、制御弁１５が設けられている。制御弁１５は、圧力制御装置１２から入力される弁開度制御信号に応じてその弁開度が制御される。圧力制御装置１２は、気体アンモニア供給ライン１１の圧力を計測する圧力計を備え、その計測結果をメインの制御装置１６に出力すると共に、制御装置１６から動作指令を受けて制御弁１５を動作させる。制御弁１５は、リサイクルライン６の途中に介挿され、リサイクルライン６を開閉することで、ＢＯＧ処理設備５に戻す気体アンモニアの流量を調整する。

【0022】

制御装置１６は、火力発電所のボイラ４の燃料の需要量に応じて、バーナ圧力制御とバーナ流量制御を切り替える。制御装置１６は、ボイラ４のバーナの稼働率（気体アンモニアの混焼率）が低い場合（ボイラ４の稼働初期）には、液体アンモニア供給ライン７の流量が少なく、流量制御装置１０の流量計での計測が不能若しくは困難になることからバーナ圧力制御を行う。

【0023】

バーナ圧力制御は、ボイラ４側の気体アンモニアの要求圧力に応じて、リサイクルライン６の制御弁１５の弁開度を調整する制御である。例えば、気体アンモニア供給ライン１１の圧力が要求圧力になるまでは、リサイクルライン６の制御弁１５は閉じており（弁開度ゼロ）、気体アンモニア供給ライン１１の圧力が徐々に上昇したら、要求圧力との差に応じてリサイクルライン６の制御弁１５を開いていく。

【0024】

また、制御装置１６は、ボイラ４のバーナの稼働率（気体アンモニアの混焼率）が高くなってきた場合（液体アンモニア供給ライン７の流量が十分になってきた場合）には、バーナ圧力制御からバーナ流量制御に切り替える。バーナ圧力制御は、ボイラ４側の気体アンモニアの需要量に応じて、液体アンモニア１００の制御弁９の弁開度を調整する制御である。

【0025】

ところで、火力発電所側の運転状況次第では、気化アンモニアの発生量に対して火力発電所の需要量が下回り余剰分が生じる場合がある。このとき、制御装置１６は、液体アンモニア供給ライン７の制御弁９の弁開度を絞り、気化器３に対する液体アンモニア１００の供給量を少なくすると共に、リサイクルライン６の制御弁１５を開き、気化器３で生成される余剰分の気体アンモニアをＢＯＧ処理設備５に返送する。ＢＯＧ処理設備５に返送された気体アンモニアは、廃棄されることなく再液化され、低温貯蔵タンク２に戻される。

【0026】

このように、本実施形態のアンモニア貯蔵供給基地１は、液体アンモニア１００を貯蔵する低温貯蔵タンク２と、低温貯蔵タンク２から払い出された液体アンモニア１００を気化する気化器３と、気化器３によって気化された気体アンモニアを石炭と混焼する火力発電所のボイラ４と、低温貯蔵タンク２で生じたボイルオフガスを再液化し、低温貯蔵タンク２に戻すＢＯＧ処理設備５と、気化器３からボイラ４に供給される気体アンモニアのうち、ボイラ４の消費量を超える余剰ガスをＢＯＧ処理設備５に供給して再液化し、低温貯蔵タンク２に戻すリサイクルライン６と、を備える。

【0027】

この構成によれば、火力発電用の燃料として大容量の液体アンモニア１００を気化させることができ、また、リサイクルライン６を設けることで、余剰分の気体アンモニアを廃棄処分する必要が無くなる。気体アンモニアは有毒であり、天然ガスのようにグランドフレアなどで燃焼させることができないため、仮にリサイクルライン６が無い場合、余剰分の気体アンモニアを安全に処理するために通常稼働する必要のない除害設備の稼働率を上昇させ、かつ除害設備としての容量の大型化が必要になる。除害設備は、気体アンモニアを溶解させる水を保有しており、アンモニアの溶解熱によりタンク内の水温が上昇し、また、アンモニア水は１０ｗｔ％を超えると毒劇物の取り扱いとなるため、大量の水を保有する必要がある。つまり、リサイクルライン６を設けることで、気体アンモニアを火力発電所側に安定供給するために除害設備の大型化をする必要が無くなる。

【0028】

本実施形態のアンモニア貯蔵供給基地１は、従来のＬＮＧの気化供給設備の概念を利用しつつ、アンモニアの特性に鑑みて、一本のリサイクルライン６を追加することで設備全体の最適化を図りつつ、需要側となる火力発電所側の運転範囲全般にも安定的に満足させることができる。また、流量制御装置１０及び圧力制御装置１２を設け、気体アンモニアのリサイクル量も少量としていることから、追加する配管口径も小さいため、リサイクルライン６を設けるイニシャルコストは軽微であり、またＢＯＧ処理設備５も容量を見直す必要が無いことから、最適設計に繋げることができる。さらに、気化器３は、複数台設けられ、ボイラ４の気体アンモニアの混焼率に連動して稼働台数が増減させることで、気化器３の運転負荷許容範囲（ターンダウン範囲）を考慮しつつ、最適な構成台数の組み合わせを実現できる。

【0029】

このように、上述した本実施形態のアンモニア貯蔵供給基地１によれば、需要側である火力発電所側が非定常運転になっても、燃料であるアンモニアの廃棄を削減でき、且つ、燃料供給系統側では安全、安定した運転を確保できる。また、アンモニアの廃棄を削減できることから、除害設備の能力も最小化することできる。

【0030】

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

【0031】

なお、上記実施形態では、燃焼器として、気化器３によって気化された気体アンモニアを石炭と混焼する火力発電所のボイラ４を例示したが、この構成に限定されない。燃焼器は、例えば、気体アンモニアのみを燃料とした火力発電所のボイラであってもよい。この場合、当該ボイラの負荷に連動して気化器３の稼働台を増減させてもよい。
また、燃焼器としては、気体アンモニアを燃料とした火力発電所のガスタービンであっても構わない。

【符号の説明】

【0032】

１…アンモニア貯蔵供給基地、２…低温貯蔵タンク、３…気化器、４…ボイラ、５…ＢＯＧ処理設備、６…リサイクルライン、７…液体アンモニア供給ライン、８…払出ポンプ、９…制御弁、１０…流量制御装置、１１…気体アンモニア供給ライン、１２…圧力制御装置、１３…ＢＯＧ排出ライン、１４…ＢＯＧ返送ライン、１５…制御弁、１６…制御装置、１００…液体アンモニア

【図1】