JP2000048844A - 石炭ガス化燃料電池複合発電プラント - Google Patents
石炭ガス化燃料電池複合発電プラントInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料供給系統において、カーボンの析出を抑
制する石炭ガス化燃料電池複合発電プラントを提供す
る。 【解決手段】 本発明は、ガスタービン系及び蒸気ター
ビン系を備えた複合発電プラントにおけるガスタービン
系の燃焼器へ燃料を供給する燃料供給系（１）におい
て、石炭を部分酸化させて石炭ガス化炉（３）で生成し
た石炭ガス化ガスからカーボンの析出を抑制するため
に、脱硫装置（５）と燃料電池（ＳＯＦＣ）（６）との
間に、反応速度抑制手段としての冷却器（２０）を配設
することを特徴とする。石炭ガス化ガスのカーボン析出
速度が抑制されると、このガスに含有されるＣＯからの
カーボンの析出を抑制することができる。
制する石炭ガス化燃料電池複合発電プラントを提供す
る。 【解決手段】 本発明は、ガスタービン系及び蒸気ター
ビン系を備えた複合発電プラントにおけるガスタービン
系の燃焼器へ燃料を供給する燃料供給系（１）におい
て、石炭を部分酸化させて石炭ガス化炉（３）で生成し
た石炭ガス化ガスからカーボンの析出を抑制するため
に、脱硫装置（５）と燃料電池（ＳＯＦＣ）（６）との
間に、反応速度抑制手段としての冷却器（２０）を配設
することを特徴とする。石炭ガス化ガスのカーボン析出
速度が抑制されると、このガスに含有されるＣＯからの
カーボンの析出を抑制することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、石炭ガス化燃料電
池複合発電プラントに関し、特に、複合発電プラントの
ガスタービン系の燃焼器へ供給される燃料としての石炭
ガス化ガスからの燃料供給系統におけるカーボンの析出
を抑制する石炭ガス化燃料電池複合発電プラントに関す
る。
池複合発電プラントに関し、特に、複合発電プラントの
ガスタービン系の燃焼器へ供給される燃料としての石炭
ガス化ガスからの燃料供給系統におけるカーボンの析出
を抑制する石炭ガス化燃料電池複合発電プラントに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、プラント全体の効率化を図るた
め、ガスタービンと蒸気タービンとを複合した発電プラ
ントの開発が進んでいる。図７を用いて、その基本的な
系統を説明する。
め、ガスタービンと蒸気タービンとを複合した発電プラ
ントの開発が進んでいる。図７を用いて、その基本的な
系統を説明する。
【０００３】ガスタービン系１００は、空気１０４を取
り込んで圧縮する空気圧縮機１０１と、この空気圧縮機
１０１から流出する圧縮空気及び燃料供給系統１からの
燃料を受け取り燃焼させる燃焼器１０２と、この燃焼器
１０２からの燃焼ガスにより仕事を成すガスタービン１
０３と、このガスタービン１０３及び空気圧縮機１０１
と一軸に結合された発電機１０５とから構成されてい
る。
り込んで圧縮する空気圧縮機１０１と、この空気圧縮機
１０１から流出する圧縮空気及び燃料供給系統１からの
燃料を受け取り燃焼させる燃焼器１０２と、この燃焼器
１０２からの燃焼ガスにより仕事を成すガスタービン１
０３と、このガスタービン１０３及び空気圧縮機１０１
と一軸に結合された発電機１０５とから構成されてい
る。
【０００４】ガスタービン１０３からの排ガスは、排ガ
ス回収ボイラ（図示せず）に回収されて、その排ガスの
熱を利用して蒸気を発生させる。発生した蒸気は、蒸気
タービン系１１０の蒸気タービン１１１に供給され、仕
事を成した後に煙突１１３から排出される。なお、蒸気
タービンには、発電機１１２が一軸上に結合されてい
る。
ス回収ボイラ（図示せず）に回収されて、その排ガスの
熱を利用して蒸気を発生させる。発生した蒸気は、蒸気
タービン系１１０の蒸気タービン１１１に供給され、仕
事を成した後に煙突１１３から排出される。なお、蒸気
タービンには、発電機１１２が一軸上に結合されてい
る。
【０００５】このようにガスタービン系１００と蒸気タ
ービン系１１０とを結合した複合発電プラントは、燃焼
器１０２のための燃料として天然ガスを用いた場合、ガ
スタービンのみの発電プラントに比して、プラント全体
として１０％も効率が上がる。
ービン系１１０とを結合した複合発電プラントは、燃焼
器１０２のための燃料として天然ガスを用いた場合、ガ
スタービンのみの発電プラントに比して、プラント全体
として１０％も効率が上がる。
【０００６】一方、燃焼用の燃料を、燃料電池、例え
ば、後述する固体電解質型燃料電池（以下、「ＳＯＦ
Ｃ」と称する）６等を介して燃焼器１０２へ供給する
と、燃料電池において発電した後の排ガス温度が高く保
たれ、これにより燃焼器１０２からの排ガスの温度が高
くなり、タービンの効率が良くなることが分かってい
る。そして、複合発電プラントにおいて、燃料として天
然ガスを使用した時と比べると、燃料電池を使用した時
の方が、プラント全体で１５％も効率が上がることが分
かっている。
ば、後述する固体電解質型燃料電池（以下、「ＳＯＦ
Ｃ」と称する）６等を介して燃焼器１０２へ供給する
と、燃料電池において発電した後の排ガス温度が高く保
たれ、これにより燃焼器１０２からの排ガスの温度が高
くなり、タービンの効率が良くなることが分かってい
る。そして、複合発電プラントにおいて、燃料として天
然ガスを使用した時と比べると、燃料電池を使用した時
の方が、プラント全体で１５％も効率が上がることが分
かっている。
【０００７】ここで、燃焼器１０２への燃料供給系統１
を説明する。まず、石炭２を石炭ガス化炉３で部分酸化
し、燃料としての石炭ガス化ガスを生成する。なお、石
炭ガス化炉３における酸化用の酸素は、ガスタービン系
の空気圧縮機１０１から流出した圧縮空気を、配管１５
を介して空気分離装置７に流入させ、この空気分離装置
７において分離し、配管１６を介して送り込まれる。排
出された石炭ガス化ガスは、配管１１を介して脱塵装置
４に流入して清浄され、次に、配管１２を介して脱硫装
置５に流入して脱硫され、そして配管１３を介してＳＯ
ＦＣ６へ導入される。一方、このＳＯＦＣ６には、空気
圧縮機１０１から配管１５及び１７を介して圧縮空気も
導入される。ＳＯＦＣ６に導入された石炭ガス化ガス及
び圧縮空気は、ＳＯＦＣ６を作動させた後、各々配管１
４及び１８を介して燃焼器１０２へ導入される。この
際、ＳＯＦＣ６から流出する石炭ガス化ガス及び圧縮空
気の温度が高くなるため、上記のように燃焼器１０２に
おける燃焼温度が高くなり、排ガス温度の上昇に伴い、
タービンの効率が上がるようになっている。
を説明する。まず、石炭２を石炭ガス化炉３で部分酸化
し、燃料としての石炭ガス化ガスを生成する。なお、石
炭ガス化炉３における酸化用の酸素は、ガスタービン系
の空気圧縮機１０１から流出した圧縮空気を、配管１５
を介して空気分離装置７に流入させ、この空気分離装置
７において分離し、配管１６を介して送り込まれる。排
出された石炭ガス化ガスは、配管１１を介して脱塵装置
４に流入して清浄され、次に、配管１２を介して脱硫装
置５に流入して脱硫され、そして配管１３を介してＳＯ
ＦＣ６へ導入される。一方、このＳＯＦＣ６には、空気
圧縮機１０１から配管１５及び１７を介して圧縮空気も
導入される。ＳＯＦＣ６に導入された石炭ガス化ガス及
び圧縮空気は、ＳＯＦＣ６を作動させた後、各々配管１
４及び１８を介して燃焼器１０２へ導入される。この
際、ＳＯＦＣ６から流出する石炭ガス化ガス及び圧縮空
気の温度が高くなるため、上記のように燃焼器１０２に
おける燃焼温度が高くなり、排ガス温度の上昇に伴い、
タービンの効率が上がるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、石炭ガス化炉
３においてガス化した石炭ガス化ガス中には、多量の一
酸化炭素（以下、「ＣＯ」と称す）が含まれており、一
方、水蒸気の含有量が少ないこと等から、石炭ガス化ガ
スの供給系及びＳＯＦＣ６のモジュール内部において、
カーボンの析出が懸念されるという問題点があった。例
えば、平衡計算上では、加圧条件下で９００°Ｃ以下
で、カーボンが析出することが分かっている。
３においてガス化した石炭ガス化ガス中には、多量の一
酸化炭素（以下、「ＣＯ」と称す）が含まれており、一
方、水蒸気の含有量が少ないこと等から、石炭ガス化ガ
スの供給系及びＳＯＦＣ６のモジュール内部において、
カーボンの析出が懸念されるという問題点があった。例
えば、平衡計算上では、加圧条件下で９００°Ｃ以下
で、カーボンが析出することが分かっている。
【０００９】従って、本発明は、上述した従来の技術の
問題を解決するためになされたもので、燃料供給系統に
おいて、カーボンの析出を抑制する石炭ガス化燃料電池
複合発電プラントを提供することを主な目的とするもの
である。
問題を解決するためになされたもので、燃料供給系統に
おいて、カーボンの析出を抑制する石炭ガス化燃料電池
複合発電プラントを提供することを主な目的とするもの
である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明は、空気圧縮機、燃焼器及
びガスタービンを備えたガスタービン系と、前記ガスタ
ービンからの排熱を利用して発生した蒸気で駆動する蒸
気タービン系と、石炭を部分酸化させて石炭ガス化炉で
生成した石炭ガス化ガスを脱塵装置、脱硫装置及び燃料
電池を介して前記ガスタービン系の前記燃焼器へ供給す
る燃料供給系とを備えた石炭ガス化燃料電池複合発電プ
ラントにおいて、前記燃料電池に流入する前に、前記石
炭ガス化ガスのカーボン析出速度を抑制する反応速度抑
制手段を配設することを特徴としている。
め、請求項１に記載の本発明は、空気圧縮機、燃焼器及
びガスタービンを備えたガスタービン系と、前記ガスタ
ービンからの排熱を利用して発生した蒸気で駆動する蒸
気タービン系と、石炭を部分酸化させて石炭ガス化炉で
生成した石炭ガス化ガスを脱塵装置、脱硫装置及び燃料
電池を介して前記ガスタービン系の前記燃焼器へ供給す
る燃料供給系とを備えた石炭ガス化燃料電池複合発電プ
ラントにおいて、前記燃料電池に流入する前に、前記石
炭ガス化ガスのカーボン析出速度を抑制する反応速度抑
制手段を配設することを特徴としている。
【００１１】ここで、前記反応速度抑制手段は、前記脱
硫装置と前記燃料電池との間に配設された冷却器である
のが好ましい。また、前記反応速度抑制手段を、前記石
炭ガス化炉と前記燃料電池との間の少なくとも一部に配
設された、Ｎｉ及びＣｏを含まない材質で形成された配
管または内表面をＣｒやセラミックス材料等で処理した
配管にすることもできる。
硫装置と前記燃料電池との間に配設された冷却器である
のが好ましい。また、前記反応速度抑制手段を、前記石
炭ガス化炉と前記燃料電池との間の少なくとも一部に配
設された、Ｎｉ及びＣｏを含まない材質で形成された配
管または内表面をＣｒやセラミックス材料等で処理した
配管にすることもできる。
【００１２】本発明の別の局面によると、空気圧縮機、
燃焼器及びガスタービンを備えたガスタービン系と、前
記ガスタービンからの排熱を利用して発生した蒸気で駆
動する蒸気タービン系と、石炭を部分酸化させて石炭ガ
ス化炉で生成した石炭ガス化ガスを脱塵装置、脱硫装置
及び燃料電池を介して前記ガスタービン系の前記燃焼器
へ供給する燃料供給系とを備えた石炭ガス化燃料電池複
合発電プラントにおいて、前記燃料電池の上流側におい
て、前記石炭ガス化ガスに水蒸気を供給する水蒸気供給
手段を配設することを特徴とする。
燃焼器及びガスタービンを備えたガスタービン系と、前
記ガスタービンからの排熱を利用して発生した蒸気で駆
動する蒸気タービン系と、石炭を部分酸化させて石炭ガ
ス化炉で生成した石炭ガス化ガスを脱塵装置、脱硫装置
及び燃料電池を介して前記ガスタービン系の前記燃焼器
へ供給する燃料供給系とを備えた石炭ガス化燃料電池複
合発電プラントにおいて、前記燃料電池の上流側におい
て、前記石炭ガス化ガスに水蒸気を供給する水蒸気供給
手段を配設することを特徴とする。
【００１３】前記水蒸気供給手段は、前記燃料電池で生
成された水分を含む前記石炭ガス化ガスを循環させるた
めのポンプと配管とを含むこともできる。また、前記水
蒸気供給手段により前記水蒸気が供給される位置と前記
燃料電池との間に、一酸化炭素シフト反応器を配設する
のが好適である。さらに、該一酸化炭素シフト反応器と
前記燃料電池との間に、二酸化炭素除去装置を配設する
のが望ましい。
成された水分を含む前記石炭ガス化ガスを循環させるた
めのポンプと配管とを含むこともできる。また、前記水
蒸気供給手段により前記水蒸気が供給される位置と前記
燃料電池との間に、一酸化炭素シフト反応器を配設する
のが好適である。さらに、該一酸化炭素シフト反応器と
前記燃料電池との間に、二酸化炭素除去装置を配設する
のが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好適な実施の形態
を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符
号は、同一又は対応部分を示すものとする。
を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符
号は、同一又は対応部分を示すものとする。
【００１５】図１は、本発明に係る石炭ガス化燃料電池
複合発電プラントの第１の実施形態を示したもので、燃
料供給系１の要部の構成のみを表し、ガスタービン系及
び蒸気タービン系は図示省略してあり、その説明も省略
する。この図において、脱硫装置５とＳＯＦＣ６との間
の配管１３には、反応速度抑制手段としての冷却器２０
が設けられている。この冷却器２０への冷却媒体は、こ
の複合発電プラントのいずれかから供給される。例え
ば、排熱回収ボイラ（図示せず）への給水系からの水を
冷却器２０へ供給したり、蒸気タービン系１１０（図７
参照）から排出される蒸気を復水器（図示せず）により
水に戻し、排熱回収ボイラに循環させる途中で冷却器２
０へ供給することもできる。
複合発電プラントの第１の実施形態を示したもので、燃
料供給系１の要部の構成のみを表し、ガスタービン系及
び蒸気タービン系は図示省略してあり、その説明も省略
する。この図において、脱硫装置５とＳＯＦＣ６との間
の配管１３には、反応速度抑制手段としての冷却器２０
が設けられている。この冷却器２０への冷却媒体は、こ
の複合発電プラントのいずれかから供給される。例え
ば、排熱回収ボイラ（図示せず）への給水系からの水を
冷却器２０へ供給したり、蒸気タービン系１１０（図７
参照）から排出される蒸気を復水器（図示せず）により
水に戻し、排熱回収ボイラに循環させる途中で冷却器２
０へ供給することもできる。
【００１６】このように、燃料供給系１に冷却器２０を
設けた構成にすると、石炭ガス化炉３で生成され多量に
ＣＯを含有する石炭ガス化ガスにおいて、燃料供給系１
の各配管１１，１２及び１３や、脱塵装置４または脱硫
装置５を通過している際に、石炭ガス化ガスのカーボン
析出速度が抑制されることにより、ＣＯからのカーボン
の析出が抑制される。実際に、燃料供給系１における石
炭ガス化ガスのカーボン析出速度を抑制するために好適
な温度は、約４００°Ｃ以下である。
設けた構成にすると、石炭ガス化炉３で生成され多量に
ＣＯを含有する石炭ガス化ガスにおいて、燃料供給系１
の各配管１１，１２及び１３や、脱塵装置４または脱硫
装置５を通過している際に、石炭ガス化ガスのカーボン
析出速度が抑制されることにより、ＣＯからのカーボン
の析出が抑制される。実際に、燃料供給系１における石
炭ガス化ガスのカーボン析出速度を抑制するために好適
な温度は、約４００°Ｃ以下である。
【００１７】なお、この実施形態では、冷却器２０を脱
硫装置５とＳＯＦＣ６との間に配設したが、冷却器２０
の配設位置は、この場所に限らず、石炭ガス化炉３とＳ
ＯＦＣ６との間であれば、石炭ガス化炉３と脱塵装置４
との間の配管１１に、あるいは脱塵装置４と脱硫装置５
との間の配管１２に配設してもよいし、また、これらの
配管に複数個の冷却器を配設することもできる。
硫装置５とＳＯＦＣ６との間に配設したが、冷却器２０
の配設位置は、この場所に限らず、石炭ガス化炉３とＳ
ＯＦＣ６との間であれば、石炭ガス化炉３と脱塵装置４
との間の配管１１に、あるいは脱塵装置４と脱硫装置５
との間の配管１２に配設してもよいし、また、これらの
配管に複数個の冷却器を配設することもできる。
【００１８】次に、図２を用いて、第２の実施形態を説
明する。この図も図１と同様に、燃料供給系１の要部の
構成のみを表している。図２において、石炭ガス化炉３
からＳＯＦＣ６までの各配管１１’、１２’及び１３’
は、ニッケル（以下、「Ｎｉ」と称す）及び／又はコバ
ルト（以下、「Ｃｏ」と称す）を含まない材質の材料か
ら形成され配管、あるいは内表面をクロム（以下、「Ｃ
ｒ」と称す）やセラミックスで表面処理した配管から構
成されている。すなわち、ＮｉやＣｏを含む材質の材料
から形成された配管は、含有されるＮｉやＣｏが石炭ガ
ス化ガスの触媒としての作用が強いため、石炭ガス化ガ
スのカーボン析出速度が速くなり、石炭ガス化ガスに含
有される多量のＣＯから多量のカーボンが析出してしま
う。従って、第２の実施形態のように、各配管を、Ｎｉ
及びＣｏを含まない材質の材料から形成することによ
り、石炭ガス化ガスのカーボン析出速度を抑制して、カ
ーボンの析出を抑制することができる。また、内表面を
Ｃｒやセラミックスで表面処理した配管でも、同様の効
果を期待できる。すなわち、これらの配管は、カーボン
析出速度抑制手段として機能する。
明する。この図も図１と同様に、燃料供給系１の要部の
構成のみを表している。図２において、石炭ガス化炉３
からＳＯＦＣ６までの各配管１１’、１２’及び１３’
は、ニッケル（以下、「Ｎｉ」と称す）及び／又はコバ
ルト（以下、「Ｃｏ」と称す）を含まない材質の材料か
ら形成され配管、あるいは内表面をクロム（以下、「Ｃ
ｒ」と称す）やセラミックスで表面処理した配管から構
成されている。すなわち、ＮｉやＣｏを含む材質の材料
から形成された配管は、含有されるＮｉやＣｏが石炭ガ
ス化ガスの触媒としての作用が強いため、石炭ガス化ガ
スのカーボン析出速度が速くなり、石炭ガス化ガスに含
有される多量のＣＯから多量のカーボンが析出してしま
う。従って、第２の実施形態のように、各配管を、Ｎｉ
及びＣｏを含まない材質の材料から形成することによ
り、石炭ガス化ガスのカーボン析出速度を抑制して、カ
ーボンの析出を抑制することができる。また、内表面を
Ｃｒやセラミックスで表面処理した配管でも、同様の効
果を期待できる。すなわち、これらの配管は、カーボン
析出速度抑制手段として機能する。
【００１９】なお、この実施形態では、石炭ガス化炉３
からＳＯＦＣ６までの総ての配管１１’、１２’及び１
３’をＮｉ及びＣｏを含まない材質としたが、これに限
らず、この中の一部の配管のみであっても良い。特に、
脱塵装置４の出口からＳＯＦＣ６へ至る配管１２’及び
１３’と、その間に設置される熱交換器とを、ＮｉやＣ
ｏを含まない材料で形成したり、内表面をＣｒやセラミ
ックスで表面処理するのが好適である。また、第１の実
施形態の冷却器２０とこのＮｉやＣｏを含まない配管と
を組み合わせることにより、さらに反応速度を抑制し、
カーボンの析出を抑えることも可能である。
からＳＯＦＣ６までの総ての配管１１’、１２’及び１
３’をＮｉ及びＣｏを含まない材質としたが、これに限
らず、この中の一部の配管のみであっても良い。特に、
脱塵装置４の出口からＳＯＦＣ６へ至る配管１２’及び
１３’と、その間に設置される熱交換器とを、ＮｉやＣ
ｏを含まない材料で形成したり、内表面をＣｒやセラミ
ックスで表面処理するのが好適である。また、第１の実
施形態の冷却器２０とこのＮｉやＣｏを含まない配管と
を組み合わせることにより、さらに反応速度を抑制し、
カーボンの析出を抑えることも可能である。
【００２０】次に、図３を用いて、第３の実施形態を説
明する。この図も図１と同様に、燃料供給系１の要部の
構成のみを表している。図３において、この実施形態で
は、水蒸気を脱硫装置５とＳＯＦＣ６との間に供給する
水蒸気供給手段２１が配設されている。このようにする
のは、石炭ガス化ガスに含まれる水分量が多くなれば、
平衡計算上カーボンが析出し難くなるからである。
明する。この図も図１と同様に、燃料供給系１の要部の
構成のみを表している。図３において、この実施形態で
は、水蒸気を脱硫装置５とＳＯＦＣ６との間に供給する
水蒸気供給手段２１が配設されている。このようにする
のは、石炭ガス化ガスに含まれる水分量が多くなれば、
平衡計算上カーボンが析出し難くなるからである。
【００２１】一般に、石炭ガス化炉３において生成され
た石炭ガス化ガスは、水蒸気の含有量が少なく、ＣＯ：
６０〜７０％に対して水素ガス（以下、「Ｈ２」と称す
る）：２０〜３０％程度の割合となる。そのため、石炭
ガス化ガスに含有される多量のＣＯからは、反応が進む
と多量のカーボンを析出する。しかし、ＣＯとＨ２との
比ＣＯ／Ｈ２が６０／３０、４０／５０と変化し、約Ｃ
Ｏ／Ｈ２＝２０／７０とＣＯの比率が減少すると、平衡
計算上カーボンが析出されなくなる。従って、Ｈ２の相
対的な割合を増加させれば、すなわち水分（水蒸気）量
を増加させれば、カーボンが析出されなくなる計算にな
る。従って、脱硫装置５とＳＯＦＣ６との間に水蒸気を
供給すれば、石炭ガス化ガスにおける水分の含有量が増
加し、カーボンの析出が抑制される。
た石炭ガス化ガスは、水蒸気の含有量が少なく、ＣＯ：
６０〜７０％に対して水素ガス（以下、「Ｈ２」と称す
る）：２０〜３０％程度の割合となる。そのため、石炭
ガス化ガスに含有される多量のＣＯからは、反応が進む
と多量のカーボンを析出する。しかし、ＣＯとＨ２との
比ＣＯ／Ｈ２が６０／３０、４０／５０と変化し、約Ｃ
Ｏ／Ｈ２＝２０／７０とＣＯの比率が減少すると、平衡
計算上カーボンが析出されなくなる。従って、Ｈ２の相
対的な割合を増加させれば、すなわち水分（水蒸気）量
を増加させれば、カーボンが析出されなくなる計算にな
る。従って、脱硫装置５とＳＯＦＣ６との間に水蒸気を
供給すれば、石炭ガス化ガスにおける水分の含有量が増
加し、カーボンの析出が抑制される。
【００２２】なお、この実施形態においては、水蒸気供
給手段２１により水蒸気を供給する場所を、脱硫装置５
とＳＯＦＣ６との間にしたが、これに限らず、脱塵装置
４と脱硫装置５との間や、さらにその上流側で水蒸気を
石炭ガス化ガスに混入させることもできる。但し、混入
させる水蒸気量が多すぎるとガスタービン系１００（図
７参照）を駆動するために良くないので、体積率で全体
の約１０〜２０％程度が好ましい。
給手段２１により水蒸気を供給する場所を、脱硫装置５
とＳＯＦＣ６との間にしたが、これに限らず、脱塵装置
４と脱硫装置５との間や、さらにその上流側で水蒸気を
石炭ガス化ガスに混入させることもできる。但し、混入
させる水蒸気量が多すぎるとガスタービン系１００（図
７参照）を駆動するために良くないので、体積率で全体
の約１０〜２０％程度が好ましい。
【００２３】次に、図４を用いて、第４の実施形態を説
明する。この図も図１と同様に、燃料供給系１の要部の
構成のみを表している。図４において、この実施形態で
は、ＳＯＦＣ６の下流の配管１４にポンプ２２を配設
し、配管１４内を流れる石炭ガス化ガスを脱硫装置５と
ＳＯＦＣ６との間に配管１４０を介して循環させるよう
にする。このポンプ２２と配管１４０は、第３の実施形
態の水蒸気供給手段２１を構成する。このようにするこ
とにより、第３の実施形態と同様に、石炭ガス化ガスに
含まれる水分量を増加させ、カーボンの析出を抑制する
ことができる。
明する。この図も図１と同様に、燃料供給系１の要部の
構成のみを表している。図４において、この実施形態で
は、ＳＯＦＣ６の下流の配管１４にポンプ２２を配設
し、配管１４内を流れる石炭ガス化ガスを脱硫装置５と
ＳＯＦＣ６との間に配管１４０を介して循環させるよう
にする。このポンプ２２と配管１４０は、第３の実施形
態の水蒸気供給手段２１を構成する。このようにするこ
とにより、第３の実施形態と同様に、石炭ガス化ガスに
含まれる水分量を増加させ、カーボンの析出を抑制する
ことができる。
【００２４】ＳＯＦＣ６から流出した石炭ガス化ガスを
その上流側へ循環させることにより、ガスに含有される
水分量が増加する原理を説明する。ＳＯＦＣ６において
は、酸素（以下「Ｏ２」と称す）及びＨ２を、ＳＯＦＣ
６の内部を流れる石炭ガス化ガスと反応させて、水の電
気分解と逆の原理で電気を作るため、ＳＯＦＣ６を通過
した石炭ガス化ガスには、反応で生成された水分が混入
し、その含水量が増加する。従って、この含水量が増し
た石炭ガス化ガスを、配管１４からポンプ２２を介して
脱硫装置５とＳＯＦＣ６との間に循環させてやれば、石
炭ガス化ガスに含まれる水分量を増加させることができ
る。これにより、カーボンの析出を平衡計算上抑制する
ことができる。
その上流側へ循環させることにより、ガスに含有される
水分量が増加する原理を説明する。ＳＯＦＣ６において
は、酸素（以下「Ｏ２」と称す）及びＨ２を、ＳＯＦＣ
６の内部を流れる石炭ガス化ガスと反応させて、水の電
気分解と逆の原理で電気を作るため、ＳＯＦＣ６を通過
した石炭ガス化ガスには、反応で生成された水分が混入
し、その含水量が増加する。従って、この含水量が増し
た石炭ガス化ガスを、配管１４からポンプ２２を介して
脱硫装置５とＳＯＦＣ６との間に循環させてやれば、石
炭ガス化ガスに含まれる水分量を増加させることができ
る。これにより、カーボンの析出を平衡計算上抑制する
ことができる。
【００２５】次に、図５を用いて、第５の実施形態を説
明する。この図は、図３の第３の実施形態における脱硫
装置５とＳＯＦＣ６との間の配管１３へ水蒸気を供給す
る水蒸気供給手段２１を配設するのに加えて、さらに、
水蒸気供給位置とＳＯＦＣ６との間に、一酸化炭素シフ
ト反応器（ＣＯシフト反応器）２３を設置するものであ
る。
明する。この図は、図３の第３の実施形態における脱硫
装置５とＳＯＦＣ６との間の配管１３へ水蒸気を供給す
る水蒸気供給手段２１を配設するのに加えて、さらに、
水蒸気供給位置とＳＯＦＣ６との間に、一酸化炭素シフ
ト反応器（ＣＯシフト反応器）２３を設置するものであ
る。
【００２６】第３及び第４の実施形態においては、石炭
ガス化ガスに水蒸気供給手段２１により水蒸気を供給し
て、その含水量を増加させることにより、平衡計算上カ
ーボンが析出し難くなるようにした。しかし、この第５
の実施形態においては、水蒸気を供給した後に、ＣＯシ
フト反応器２２を配設して、ＣＯシフトの反応を促進さ
せるようにしたので、石炭ガス化ガス内の成分が式
（１）のように変わる。 ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２ ・・・（１） このように、ＣＯをＣＯ２にシフトさせると、平衡上の
カーボン（Ｃ）の数は、同じであるが、ＣＯよりＣＯ２
の方が、カーボンを析出しなくなるという傾向がある。
従って、ＣＯシフト反応器２３を設けて、ＣＯをＣＯ２
にシフトさせることにより、カーボンの析出速度を抑制
することができる。
ガス化ガスに水蒸気供給手段２１により水蒸気を供給し
て、その含水量を増加させることにより、平衡計算上カ
ーボンが析出し難くなるようにした。しかし、この第５
の実施形態においては、水蒸気を供給した後に、ＣＯシ
フト反応器２２を配設して、ＣＯシフトの反応を促進さ
せるようにしたので、石炭ガス化ガス内の成分が式
（１）のように変わる。 ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２ ・・・（１） このように、ＣＯをＣＯ２にシフトさせると、平衡上の
カーボン（Ｃ）の数は、同じであるが、ＣＯよりＣＯ２
の方が、カーボンを析出しなくなるという傾向がある。
従って、ＣＯシフト反応器２３を設けて、ＣＯをＣＯ２
にシフトさせることにより、カーボンの析出速度を抑制
することができる。
【００２７】なお、本実施形態を図４に示した第４の実
施形態と組み合わせて、ポンプ２２により石炭ガス化ガ
スを循環させて、石炭ガス化ガス内の水分量を増加させ
てから、ＣＯシフト反応器２２によりＣＯシフト反応を
促進させて、カーボンの析出を抑制させることもでき
る。なお、図中のＨ２リッチガスは、ＣＯシフト反応器
２３内の反応により生成されたものを示している（式
（１）参照）。
施形態と組み合わせて、ポンプ２２により石炭ガス化ガ
スを循環させて、石炭ガス化ガス内の水分量を増加させ
てから、ＣＯシフト反応器２２によりＣＯシフト反応を
促進させて、カーボンの析出を抑制させることもでき
る。なお、図中のＨ２リッチガスは、ＣＯシフト反応器
２３内の反応により生成されたものを示している（式
（１）参照）。
【００２８】次に、図６を用いて、第６の実施形態を説
明する。この図は、図５に示した第５の実施形態に加
え、さらに、ＣＯシフト反応器２３とＳＯＦＣ６との間
に、ＣＯ２除去装置２４を配設したものである。
明する。この図は、図５に示した第５の実施形態に加
え、さらに、ＣＯシフト反応器２３とＳＯＦＣ６との間
に、ＣＯ２除去装置２４を配設したものである。
【００２９】この実施形態では、第５の実施形態におい
て、ＣＯをカーボンの析出し難いＣＯ２にシフトさせた
ことに加えて、シフトされたＣＯ２をＣＯ２除去装置２
４により回収することにより、カーボンの析出を抑制す
る。このようにＣＯ２を除去することにしたのは、ＣＯ
よりＣＯ２の方が分離して、取り出し易く、また燃料と
しては使用不可能であるためである。
て、ＣＯをカーボンの析出し難いＣＯ２にシフトさせた
ことに加えて、シフトされたＣＯ２をＣＯ２除去装置２
４により回収することにより、カーボンの析出を抑制す
る。このようにＣＯ２を除去することにしたのは、ＣＯ
よりＣＯ２の方が分離して、取り出し易く、また燃料と
しては使用不可能であるためである。
【００３０】ＣＯ２は、理論上、総て回収して除去する
のが望ましいが、ＣＯ２除去装置２４における回収に多
量の動力を必要し、プラント効率上好ましくないので、
第３の実施形態において説明したように、平衡計算上カ
ーボンが析出しなくなる程度回収できれば、カーボンの
析出がより効果的に抑制できる。
のが望ましいが、ＣＯ２除去装置２４における回収に多
量の動力を必要し、プラント効率上好ましくないので、
第３の実施形態において説明したように、平衡計算上カ
ーボンが析出しなくなる程度回収できれば、カーボンの
析出がより効果的に抑制できる。
【００３１】なお、第４、第５あるいは第６の実施形態
を、第１あるいは第２の実施形態と組み合わせて使用す
れば、よりカーボンの析出を抑制することができること
は、言うもでもない。
を、第１あるいは第２の実施形態と組み合わせて使用す
れば、よりカーボンの析出を抑制することができること
は、言うもでもない。
【００３２】以上、本発明を、固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）を用いた石炭ガス化燃料電池複合発電プラ
ントに実施した場合について説明したが、本発明は、こ
の実施例に限定されるものではなく、溶融炭酸塩型燃料
電池（ＭＣＦＣ）を用いた発電プラント等にも同様に適
用できる。また、本発明は、石炭ガス化ガスタービン複
合発電プラントだけでなく、従来のガスタービン発電プ
ラントにも同様に適用できる。
（ＳＯＦＣ）を用いた石炭ガス化燃料電池複合発電プラ
ントに実施した場合について説明したが、本発明は、こ
の実施例に限定されるものではなく、溶融炭酸塩型燃料
電池（ＭＣＦＣ）を用いた発電プラント等にも同様に適
用できる。また、本発明は、石炭ガス化ガスタービン複
合発電プラントだけでなく、従来のガスタービン発電プ
ラントにも同様に適用できる。
【００３３】
【発明の効果】請求項１に記載の本発明は、空気圧縮
機、燃焼器及びガスタービンを備えたガスタービン系
と、前記ガスタービンからの排熱を利用して発生した蒸
気で駆動する蒸気タービン系と、石炭を部分酸化させて
石炭ガス化炉で生成した石炭ガス化ガスを脱塵装置、脱
硫装置及び燃料電池を介して前記ガスタービン系の前記
燃焼器へ供給する燃料供給系とを備えた石炭ガス化燃料
電池複合発電プラントにおいて、前記燃料電池に流入す
る前に、前記石炭ガス化ガスのカーボン析出速度を抑制
する反応速度抑制手段を配設したので、石炭ガス化ガス
のカーボン析出速度が抑制され、石炭ガス化ガス内に含
有されるＣＯからのカーボンの析出が抑制される。
機、燃焼器及びガスタービンを備えたガスタービン系
と、前記ガスタービンからの排熱を利用して発生した蒸
気で駆動する蒸気タービン系と、石炭を部分酸化させて
石炭ガス化炉で生成した石炭ガス化ガスを脱塵装置、脱
硫装置及び燃料電池を介して前記ガスタービン系の前記
燃焼器へ供給する燃料供給系とを備えた石炭ガス化燃料
電池複合発電プラントにおいて、前記燃料電池に流入す
る前に、前記石炭ガス化ガスのカーボン析出速度を抑制
する反応速度抑制手段を配設したので、石炭ガス化ガス
のカーボン析出速度が抑制され、石炭ガス化ガス内に含
有されるＣＯからのカーボンの析出が抑制される。
【００３４】請求項２に記載の本発明は、前記反応速度
抑制手段が、前記脱硫装置と前記燃料電池との間に配設
された冷却器であるので、確実に配管の外側から石炭ガ
ス化ガスを冷却することにより、そのカーボン析出速度
を遅くすることができ、カーボンの析出をより確実に抑
制することができる。
抑制手段が、前記脱硫装置と前記燃料電池との間に配設
された冷却器であるので、確実に配管の外側から石炭ガ
ス化ガスを冷却することにより、そのカーボン析出速度
を遅くすることができ、カーボンの析出をより確実に抑
制することができる。
【００３５】請求項３に記載の本発明は、前記反応速度
抑制手段が、前記石炭ガス化炉と前記燃料電池との間の
少なくとも一部に配設された、Ｎｉ及びＣｏを含まない
材質で形成された配管または内表面をＣｒやセラミック
ス材料等で処理した配管であるので、配管の材質が石炭
ガス化ガスの触媒として作用することがなくなることに
より、そのカーボン析出速度を遅くすることができ、カ
ーボンの析出を確実に抑制することができる。
抑制手段が、前記石炭ガス化炉と前記燃料電池との間の
少なくとも一部に配設された、Ｎｉ及びＣｏを含まない
材質で形成された配管または内表面をＣｒやセラミック
ス材料等で処理した配管であるので、配管の材質が石炭
ガス化ガスの触媒として作用することがなくなることに
より、そのカーボン析出速度を遅くすることができ、カ
ーボンの析出を確実に抑制することができる。
【００３６】請求項４に記載の本発明は、空気圧縮機、
燃焼器及びガスタービンを備えたガスタービン系と、前
記ガスタービンからの排熱を利用して発生した蒸気で駆
動する蒸気タービン系と、石炭を部分酸化させて石炭ガ
ス化炉で生成した石炭ガス化ガスを脱塵装置、脱硫装置
及び燃料電池を介して前記ガスタービン系の前記燃焼器
へ供給する燃料供給系とを備えた石炭ガス化燃料電池複
合発電プラントにおいて、前記燃焼電池の上流側におい
て、前記石炭ガス化ガスに水蒸気を供給する水蒸気供給
手段を配設したので、石炭ガス化ガスの含水量が増加す
ることにより、平衡計算上カーボンが析出し難くなり、
カーボンの析出を抑制することができる。
燃焼器及びガスタービンを備えたガスタービン系と、前
記ガスタービンからの排熱を利用して発生した蒸気で駆
動する蒸気タービン系と、石炭を部分酸化させて石炭ガ
ス化炉で生成した石炭ガス化ガスを脱塵装置、脱硫装置
及び燃料電池を介して前記ガスタービン系の前記燃焼器
へ供給する燃料供給系とを備えた石炭ガス化燃料電池複
合発電プラントにおいて、前記燃焼電池の上流側におい
て、前記石炭ガス化ガスに水蒸気を供給する水蒸気供給
手段を配設したので、石炭ガス化ガスの含水量が増加す
ることにより、平衡計算上カーボンが析出し難くなり、
カーボンの析出を抑制することができる。
【００３７】請求項５に記載の本発明は、前記水蒸気供
給手段は、前記燃料電池で生成された水分を含む前記石
炭ガス化ガスを循環させるためのポンプと配管とを含む
ので、別系統から水蒸気を供給することなく、石炭ガス
化ガス内の含水量を増加させることができ、より簡単
に、カーボンの析出を抑制することができる。
給手段は、前記燃料電池で生成された水分を含む前記石
炭ガス化ガスを循環させるためのポンプと配管とを含む
ので、別系統から水蒸気を供給することなく、石炭ガス
化ガス内の含水量を増加させることができ、より簡単
に、カーボンの析出を抑制することができる。
【００３８】請求項６に記載の本発明は、前記水蒸気供
給手段により前記水蒸気が供給される位置と前記燃料電
池との間に、一酸化炭素シフト反応器を配設するので、
ＣＯをカーボンの析出し難いＣＯ２にシフトすることに
より、より確実にカーボンの析出を抑制できる。
給手段により前記水蒸気が供給される位置と前記燃料電
池との間に、一酸化炭素シフト反応器を配設するので、
ＣＯをカーボンの析出し難いＣＯ２にシフトすることに
より、より確実にカーボンの析出を抑制できる。
【００３９】請求項７に記載の本発明は、前記一酸化炭
素シフト反応器と前記燃料電池との間に、二酸化炭素除
去装置を配設するので、ＣＯからシフトしたＣＯ２を回
収して除去できるので、さらに確実にカーボンの析出を
抑制することができる。
素シフト反応器と前記燃料電池との間に、二酸化炭素除
去装置を配設するので、ＣＯからシフトしたＣＯ２を回
収して除去できるので、さらに確実にカーボンの析出を
抑制することができる。
【図１】 反応速度抑制手段として冷却器を用いた、本
発明の第１の実施形態の燃料供給系を示す構成図であ
る。
発明の第１の実施形態の燃料供給系を示す構成図であ
る。
【図２】 反応速度抑制手段として配管の材質を限定し
た、本発明の第２の実施形態の燃料供給系を示す構成図
である。
た、本発明の第２の実施形態の燃料供給系を示す構成図
である。
【図３】 脱硫装置とＳＯＦＣとの間に水蒸気を供給す
る水蒸気供給手段を配設した、本発明の第３の実施形態
の燃料供給系を示す構成図である。
る水蒸気供給手段を配設した、本発明の第３の実施形態
の燃料供給系を示す構成図である。
【図４】 ＳＯＦＣの下流からポンプを介して燃料の一
部をＳＯＦＣの上流に循環させる、本発明の第４の実施
形態の燃料供給系を示す構成図である。
部をＳＯＦＣの上流に循環させる、本発明の第４の実施
形態の燃料供給系を示す構成図である。
【図５】 脱硫装置とＳＯＦＣとの間にＣＯシフト反応
器を配設した、本発明の第５の実施形態の燃料供給系を
示す構成図である。
器を配設した、本発明の第５の実施形態の燃料供給系を
示す構成図である。
【図６】 ＣＯシフト反応器とＳＯＦＣとの間にＣＯ２
除去装置を配設した、本発明の第６の実施形態の燃料供
給系を示す構成図である。
除去装置を配設した、本発明の第６の実施形態の燃料供
給系を示す構成図である。
【図７】 従来の石炭ガス化燃料電池複合発電プラント
系統を示す概要図である。
系統を示す概要図である。
１…燃料供給系、２…石炭、３…石炭ガス化炉、４…脱
塵装置、５…脱硫装置、６…固体電解質型燃料電池（Ｓ
ＯＦＣ）、７…空気分流装置、１１〜１８，１４０…配
管、２０…冷却器、２１…水蒸気供給手段、２２…ポン
プ、２３…一酸化炭素（ＣＯ）シフト反応器、２４…二
酸化炭素（ＣＯ２）除去装置、１００…ガスタービン
系、１０１…空気圧縮機、１０２…燃焼器、１０３…ガ
スタービン、１０４…空気、１０５，１１２…発電機、
１１０…蒸気タービン系、１１１…蒸気タービン、１１
３…煙突。
塵装置、５…脱硫装置、６…固体電解質型燃料電池（Ｓ
ＯＦＣ）、７…空気分流装置、１１〜１８，１４０…配
管、２０…冷却器、２１…水蒸気供給手段、２２…ポン
プ、２３…一酸化炭素（ＣＯ）シフト反応器、２４…二
酸化炭素（ＣＯ２）除去装置、１００…ガスタービン
系、１０１…空気圧縮機、１０２…燃焼器、１０３…ガ
スタービン、１０４…空気、１０５，１１２…発電機、
１１０…蒸気タービン系、１１１…蒸気タービン、１１
３…煙突。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小阪 健一郎 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 Ｆターム(参考） 3G081 BA02 BA13 BA20 BB00 BC07 DA22 DA23 4H060 AA02 BB04 BB12 BB21 BB25 BB32 CC01 DD02 DD12 DD24 FF01 GG01 GG02 5H027 AA06 BA16 BA17 BA19 BC11 DD00 DD02 MM14
Claims (7)
- 【請求項１】 空気圧縮機、燃焼器及びガスタービンを
備えたガスタービン系と、前記ガスタービンからの排熱
を利用して発生した蒸気で駆動する蒸気タービン系と、
石炭を部分酸化させて石炭ガス化炉で生成した石炭ガス
化ガスを脱塵装置、脱硫装置及び燃料電池を介して前記
ガスタービン系の前記燃焼器へ供給する燃料供給系とを
備えた石炭ガス化燃料電池複合発電プラントにおいて、
前記燃料電池に流入する前に、前記石炭ガス化ガスのカ
ーボン析出速度を抑制する反応速度抑制手段を配設する
石炭ガス化燃料電池複合発電プラント。 - 【請求項２】 前記反応速度抑制手段は、前記脱硫装置
と前記燃料電池との間に配設された冷却器である請求項
１に記載の石炭ガス化燃料電池複合発電プラント。 - 【請求項３】 前記反応速度抑制手段は、前記石炭ガス
化炉と前記燃料電池との間の少なくとも一部に配設され
た、Ｎｉ及び／又はＣｏを含まない材質で形成された配
管または内表面をＣｒやセラミックス材料等で処理した
配管である請求項１に記載の石炭ガス化燃料電池複合発
電プラント。 - 【請求項４】 空気圧縮機、燃焼器及びガスタービンを
備えたガスタービン系と、前記ガスタービンからの排熱
を利用して発生した蒸気で駆動する蒸気タービン系と、
石炭を部分酸化させて石炭ガス化炉で生成した石炭ガス
化ガスを脱塵装置、脱硫装置及び燃料電池を介して前記
ガスタービン系の前記燃焼器へ供給する燃料供給系とを
備えた石炭ガス化燃料電池複合発電プラントにおいて、
前記燃焼電池の上流側において、前記石炭ガス化ガスに
水蒸気を供給する水蒸気供給手段を配設する石炭ガス化
燃料電池複合発電プラント。 - 【請求項５】 前記水蒸気供給手段は、前記燃料電池で
生成された水分を含む前記石炭ガス化ガスを循環させる
ためのポンプと配管とを含む請求項４に記載の石炭ガス
化燃料電池複合発電プラント。 - 【請求項６】 前記水蒸気供給手段により前記水蒸気が
供給される位置と前記燃料電池との間に、一酸化炭素シ
フト反応器を配設する請求項４または請求項５に記載の
石炭ガス化燃料電池複合発電プラント。 - 【請求項７】 前記一酸化炭素シフト反応器と前記燃料
電池との間に、二酸化炭素除去装置を配設する請求項６
に記載の石炭ガス化燃料電池複合発電プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10212650A JP2000048844A (ja) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | 石炭ガス化燃料電池複合発電プラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10212650A JP2000048844A (ja) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | 石炭ガス化燃料電池複合発電プラント |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000048844A true JP2000048844A (ja) | 2000-02-18 |
Family
ID=16626150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10212650A Pending JP2000048844A (ja) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | 石炭ガス化燃料電池複合発電プラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000048844A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004003362A1 (ja) * | 2002-06-26 | 2004-01-08 | Jfe Steel Corporation | 電力変動の抑制方法およびその発電設備 |
| WO2008096623A1 (ja) | 2007-02-07 | 2008-08-14 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | 発電設備 |
| JP2010080155A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Hitachi Ltd | 固体酸化物形燃料電池発電システム |
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| KR101351324B1 (ko) | 2011-12-27 | 2014-01-16 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 직접 탄소 연료전지 스택 |
| JP2014185208A (ja) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Hitachi Ltd | ガス精製装置並びにこれを備えた石炭ガス化システム及び石炭ガス化発電プラント |
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-
1998
- 1998-07-28 JP JP10212650A patent/JP2000048844A/ja active Pending
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