JP2012255367A - ガスタービン設備、及びその排出二酸化炭素の削減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービン設備で、その設備コスト等を抑えつつ、長期間に渡って排出二酸化炭素を軽減する。
【解決手段】メタンを含む元ガス燃料Ｆ_０に水蒸気ＳＴ_１，ＳＴ_２を供給して、元ガス燃料を二酸化炭素及び水素を含む改質ガスＦ_２に改質する改質器１０，２０と、改質器１０，２０からの改質ガスＦ_２中の二酸化炭素を吸収水に溶解させることによって、改質ガスＦ_２から二酸化炭素を除去する溶解器３０と、ガス燃料の少なくとも一部として、二酸化炭素が除去された改質ガスＦ_３をガスタービン４の燃焼器３に導く改質燃料ライン８３と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼器と、この燃焼器からの高温ガスにより駆動されるガスタービンと、を備えているガスタービン設備、及びその排出二酸化炭素の削減方法に関する。

近年、二酸化炭素の排出量は、京都議定書やＥＵ域内排出量取引制度のように国際的な規制により、より厳しく制限されるようになってきている。

このため、化石燃料を燃焼させてタービンを駆動させるガスタービン設備においても、二酸化炭素の排出量の削減が検討されている。例えば、以下の特許文献１に記載の技術では、マイクロポーラスカーボン等で形成されたメンブランにガスタービンから排気された排気ガスを通過させることで、排気ガス中の二酸化炭素を除去している。

特開２００８−１４９３１７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、ガスタービンからの排気ガスを通過させることが可能な大型のメンブランの製品コストが極めて高く、しかもこのメンブランがガスタービンからの高温の排気ガスに晒されるために短期間のうちに劣化してしまう。すなわち、上記特許文献１に記載の技術は、多くのガスタービン設備で採用し得る技術ではく、実用的でないという問題点がある。

そこで、本発明は、以上のような従来技術の問題点に着目し、設備コスト等を抑えつつ、長期間に渡って二酸化炭素を除去することができる実用的なガスタービン設備、及びその排出二酸化炭素の削減方法を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するための発明に係るガスタービン設備の排出二酸化炭素の削減方法は、
ガス燃料を燃焼させて高温ガスを生成する燃焼器と、前記高温ガスにより駆動されるガスタービンと、を備えているガスタービン設備の排出二酸化炭素の削減方法において、少なくとも二酸化炭素と燃料成分ガスとを含む混合ガスにおける、該二酸化炭素を吸収水に溶解させることによって、該混合ガスから該二酸化炭素を除去する溶解工程と、前記燃料の少なくとも一部として、前記二酸化炭素が除去された前記混合ガスを前記燃焼器に導く改質燃料供給工程と、を有することを特徴とする。

前記問題点を解決するための発明に係るガスタービン設備は、
ガス燃料を燃焼させて高温ガスを生成する燃焼器と、前記高温ガスにより駆動されるガスタービンと、を備えているガスタービン設備において、少なくとも二酸化炭素と燃料成分ガスとを含む混合ガスにおける、該二酸化炭素を吸収水に溶解させることによって、該混合ガスから該二酸化炭素を除去する溶解器と、前記ガス燃料の少なくとも一部として、前記二酸化炭素が除去された前記混合ガスを前記燃焼器に導く改質燃料ラインと、を備えていることを特徴とする。

これらの発明では、高価でしかも短期間のうちに劣化してしまうメンブランを用いず、二酸化炭素を吸収水に効率的に溶解させることで、混合ガスから二酸化炭素を除去している。しかも、これらの発明では、燃料が圧縮空気と混合されて燃焼した後で流量が多い燃焼ガスから二酸化炭素を除去するのではなく、圧縮空気と混合される前で、流量が比較的少ないガスから二酸化炭素を除去している。したがって、これらの発明では、設備コスト等を抑えつつ、長期間に渡って二酸化炭素を除去することができる。

ここで、前記排出二酸化炭素の削減方法において、外部から供給される炭化水素に水蒸気を供給して、前記二酸化炭素及び前記燃料成分ガスを含む前記混合ガスを生成する改質工程を有してもよい。

また、前記ガスタービン設備において、外部から供給される炭化水素に水蒸気を供給して、前記二酸化炭素及び前記燃料成分ガスを含む前記混合ガスを生成する改質器を有してもよい。

これらの発明では、燃焼器で燃焼するガス燃料中の二酸化炭素や燃焼により二酸化炭素になる炭素分が相対的に少ないため、ガスタービンから排気される排気ガス中の二酸化炭素の量を少なくすることができる。

また、前記排出二酸化炭素の削減方法において、前記改質工程で生成された前記混合ガスを冷却し、冷却後の該混合ガスを前記溶解工程に送る溶解前冷却工程を有してもよい。

また、前記ガスタービン設備において、前記改質器で生成された前記混合ガスを冷却し、冷却後の該混合ガスを前記溶解器に送る溶解前冷却器を有してもよい。

これらの発明では、混合ガスを冷却することで、混合ガス中の二酸化炭素の吸収液への溶解度を高めることができる。

また、前記排出二酸化炭素の削減方法において、前記改質工程は、前記炭化水素に水蒸気を供給して、該炭化水素の少なくとも一部を一酸化炭素と水素とに改質する第一改質工程と、該第一改質工程を経たガスに水蒸気を供給して該ガス中の該一酸化炭素を前記二酸化炭素と水素とに改質する第二改質工程と、を有してもよい。

また、前記ガスタービン設備において、前記改質器は、前記炭化水素に水蒸気を供給して、該炭化水素の少なくとも一部を一酸化炭素と水素とに改質する第一改質器と、該第一改質器を経たガスに水蒸気を供給して該ガス中の該一酸化炭素を前記二酸化炭素と水素とに改質する第二改質器と、を有してもよい。

これらの発明では、炭化水素を効率的に二酸化炭素と水素とに改質することができる。

また、前記排出二酸化炭素の削減方法において、前記第一改質工程を経た前記ガスを冷却して、冷却後の該ガスを第二改質工程に送る改質中冷却工程を有してもよい。

また、ガスタービン設備において、前記第一改質器を経た前記ガスを冷却して、冷却後の該ガスを第二改質器に送る改質中冷却器を有してもよい。

これらの発明では、第一改質工程を経たガスを冷却することで、このガス中の一酸化炭素を二酸化炭素と水素とに効率的に改質することができる。

また、前記排出二酸化炭素の削減方法において、前記改質工程では、前記ガスタービンからの高温の排気ガスにより、前記炭化水素と前記水蒸気とのうち少なくとも一方を加熱してもよい。また、前記ガスタービンからの高温の排気ガスの熱により、水蒸気を発生させる排熱回収工程を有し、前記改質工程では、前記排熱回収工程で発生した前記水蒸気の少なくとも一部を前記炭化水素に供給してもよい。

また、前記ガスタービン設備において、前記改質器は、前記ガスタービンからの高温の排気ガスにより、前記炭化水素と前記水蒸気とのうち少なくとも一方を加熱する加熱器を有してもよい。また、前記ガスタービン設備において、前記ガスタービンからの高温の排気ガスの熱により、水蒸気を発生させる排熱回収器と、前記排熱回収器で発生した前記水蒸気の少なくとも一部を前記改質器内に送る蒸気ラインと、を備えてもよい。

これらの発明では、ガスタービン設備自体が生成した蒸気や排気ガスを利用して、ガスの改質を行っているので、ランニングコストを抑えることができる。

また、前記排出二酸化炭素の削減方法において、前記溶解工程で前記二酸化炭素を溶解させる環境の圧力よりも低い圧力の減圧環境下で、該溶解工程で用いられた前記吸収水から前記二酸化炭素を分離して回収する回収工程を有してもよい。

また、前記ガスタービン設備において、前記溶解器で前記二酸化炭素を溶解させる環境の圧力よりも低い圧力の減圧環境下で、該溶解器で用いられた前記吸収水から前記二酸化炭素を分離して回収する回収器を有してもよい。

これらの発明では、吸収水に溶解した二酸化炭素を回収することができる。

本発明では、高価でしかも短期間のうちに劣化してしまうメンブランを用いず、二酸化炭素を吸収水に効率的に溶解させることで、混合ガスから二酸化炭素を除去している。しかも、本発明では、燃料が圧縮空気と混合されて燃焼した後で流量が多い燃焼ガスから二酸化炭素を除去するのではなく、圧縮空気と混合される前で、流量が比較的少ないガス燃料から二酸化炭素を除去している。

よって、本発明によれば、設備コスト等を抑えつつ、長期間に渡って二酸化炭素を除去することができる。

本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン設備の系統図である。 １００℃〜１０００℃の間で水蒸気改質反応に関する平衡状態と温度との関係の一例を示すグラフである。 １００℃〜７００℃の間で水蒸気改質反応に関する平衡状態と温度との関係の一例を示すグラフである。本発明に係る第一実施形態における単位空間ファイルのデータ構成を示す説明図である。 本発明に係る第二実施形態におけるガスタービン設備の系統図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

「第一実施形態」
まず、本発明に係るガスタービン設備の第一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

本実施形態のガスタービン設備は、図１に示すように、ガス燃料源１からのメタンを含む元ガス燃料Ｆ_０により駆動する設備である。このガスタービン設備は、空気Ａを圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機２と、ガス燃料を圧縮空気に混合して燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼器３からの燃焼ガスにより回転駆動させるガスタービン４と、ガスタービン４の回転駆動により発電する発電機５と、ガスタービン４から排気された排気ガスＥｘの熱により水蒸気を生成する排熱回収ボイラー（排熱回収器）６と、を備えている。

さらに、このガスタービン設備は、ガス燃料源１からのメタンを含む元ガス燃料Ｆ_０を改質させて改質ガスを生成し、この改質ガスを燃焼器３に供給するガス燃料改質系を備えている。このガス燃料改質系は、ガス燃料源１からの元ガス燃料Ｆ_０に水蒸気ＳＴ_１を供給して元ガス燃料Ｆ_０を第一改質ガスＦ_１に改質する第一改質器１０と、第一改質ガスＦ_１を冷却する改質中冷却器１８と、冷却された第一改質ガスＦ_１に水蒸気ＳＴ_２を供給して第一改質ガスＦ_１を二酸化炭素を含む第二改質ガスＦ_２に改質する第二改質器２０と、第二改質ガスＦ_２を冷却する溶解前冷却器２８と、冷却された第二改質ガスＦ_２中の二酸化炭素を吸収水に溶解させて第二改質ガスＦ_２から二酸化炭素を除去した第三改質ガスＦ_３を生成する溶解器３０と、吸収水としての苛性ソーダ水溶液を生成する吸収水タンク４０と、吸収水タンク４０内の吸収水を溶解器３０に圧送する吸収水ポンプ４８と、第三改質ガスＦ_３をガス燃料の一部として燃焼器３内へ圧送する改質ガス圧縮機３８と、を備えている。

第一改質器１０は、元ガス燃料Ｆ_０の第一改質ガスＦ_１への改質を促進するための充填物が充填されている充填部１１及び充填部１１の両側に存在する中空部１２，１３を有する充填塔と、２つの中空部１２，１３のうちの第一中空部１２の外周を覆うジャケット（加熱器）１４と、充填部１１の外周に配置されているヒータ１５と、を備えている。第一改質器１０のジャケット１４内には、第一中空部１２内のガスを加熱するためにガスタービン４からの排気ガスＥｘの一部が充填される。

第二改質器２０は、第一改質ガスＦ_１の第二改質ガスＦ_２への改質を促進するための充填物が充填されている充填部２１及びこの充填部２１の両側に存在する中空部２２，２３を有する充填塔である。

溶解器３０は、吸収液が蓄えられる容器３１と、容器３１内に吸収液を噴霧する噴霧配管３２と、容器３１内に溜まった吸収液中に第二改質ガスＦ_２を気泡として供給するバブリング配管３３と、を有している。さらに、容器３１の底には、吸収液を排出する吸収液排出ライン８４が接続されている。この吸収液排出ライン８４には、この吸収液排出ライン８４から排出される吸収液の流量を調節する流量調節弁８５が設けられている。

ガス燃料源１は、燃焼器３内に元ガス燃料Ｆ_０を送るために、燃焼器３と元ガス燃料ライン７０で接続されている。この元ガス燃料ライン７０は途中で元ガス燃料分岐ライン７１として分岐している。この元ガス燃料分岐ライン７１は、第一改質器１０の充填塔内に元ガス燃料Ｆ_０を送るために、この充填塔の第一中空部１２に接続されている。元ガス燃料分岐ライン７１、及び元ガス燃料ライン７０の分岐部よりも下流側の位置には、元ガス燃料Ｆ_０の流量を調節するための流量調節弁７３，７２が設けられている。

ガスタービン４と排熱回収ボイラー６とは、ガスタービン４からの排気ガスＥｘを排熱回収ボイラー６に送る排気ガスライン７４で接続されている。この排気ガスライン７４は途中で排気ガス分岐ライン７５として分岐している。この排気ガス分岐ライン７５は、第一改質器１０のジャケット１４内に排気ガスＥｘを送るため、このジャケット１４に接続されている。

排熱回収ボイラー６は、各種温度の水蒸気を発生することができる。ここでは、例えば、６００℃の高温蒸気ＳＴ_１や、３００℃の中温蒸気ＳＴ_２や、１２０℃の低温蒸気等を発生することができる。このため、この排熱回収ボイラー６には、高温蒸気ＳＴ_１を外部に供給するための高温蒸気ライン７６、中温蒸気ＳＴ_２を外部に供給するための中温蒸気ライン７７、低温蒸気を外部に供給するための低温蒸気ライン（不図示）が接続されている。高温蒸気ライン７６は、途中で高温蒸気分岐ライン７８として分岐している。この高温蒸気分岐ライン７８は、第一改質器１０の充填塔内に高温蒸気ＳＴ_１を送るために、この充填塔の第一中空部１２に接続されている。また、中温蒸気ライン７７は、途中で中温蒸気分岐ライン７９として分岐している。この中温蒸気分岐ライン７９は、第二改質器２０内に中温蒸気ＳＴ_２を送るために、この第二改質器２０の第一中空部２２に接続されている。

第一改質器１０の第二中空部１３と第二改質器２０の第一中空部２２とは、第一改質器１０の第二中空部１３からの第一改質ガスＦ１を第二改質器２０の第一中空部２２へ送る第一改質ガスライン８０で接続されている。この第一改質ガスライン８０には、改質中冷却器１８が設けられている。この改質中冷却器１８には、第一改質ガスＦ_１を冷却するために冷却水ＣＷが供給される。

第二改質器２０の第二中空部２３と溶解器３０のバブリング配管３３とは、第二改質器２０の第二中空部２３からの第二改質ガスＦ_２を溶解器３０のバブリング配管３３に送る第二改質ガスライン８１で接続されている。この第二改質ガスライン８１には、溶解前冷却器２８が設けられている。この溶解前冷却器２８には、第二改質ガスＦ_２を冷却するために冷却水ＣＷが供給される。

吸収水タンク４０と溶解器３０の噴霧配管３２とは、吸収水タンク４０から溶解器３０の噴霧配管３２へ吸収液を送る吸収液供給ライン８３で接続されている。この吸収液供給ライン８３には、吸収水ポンプ４８が設けられている。

溶解器３０の上部と燃焼器３とは、溶解器３０の上部に溜まった第三改質ガスＦ_３をガス燃料として燃焼器３に送る改質燃料ライン８２で接続されている。この改質燃料ライン８２には、改質ガス圧縮機３８が設けられている。

次に、本実施形態のガスタービン設備の動作について説明する。

空気圧縮機２は、空気Ａを圧縮して圧縮空気を生成し、この圧縮空気を燃焼器３に送る。この燃焼器３には、空気圧縮機２からの圧縮空気が供給される共に、ガス燃料源１からの元ガス燃料Ｆ_０及び／又はガス燃料改質系からの第三改質ガスＦ_３がガス燃料として供給される。燃焼器３は、ガス燃料を圧縮空気と混合して燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生成する。ガスタービン４には、この高温高圧の燃焼ガスが供給されて、タービンロータが回転する。発電機５は、このタービンロータと接続されており、タービンロータの回転により発電を行う。

ガスタービン４に供給された高温高圧の燃焼ガスは、タービンロータを回転させた後、ガスタービン４から排気されて、排気ガスライン７４を介して、排熱回収ボイラー６に送られる。この排熱回収ボイラー６では、外部から供給された水Ｗとガスタービン４から排気された高温の排気ガスＥｘとを熱交換して、水蒸気を生成する（排熱回収工程）。この排熱回収ボイラー６は、前述したように、例えば、６００℃の高温蒸気ＳＴ_１や、３００℃の中温蒸気ＳＴ_２や、１２０℃の低温蒸気等を発生する。この排熱回収ボイラー６で生成された高温蒸気ＳＴ_１は高温蒸気ライン７６で外部に供給され、中温蒸気ＳＴ_２は中温蒸気ライン７７で外部に供給され、低温蒸気は低温蒸気ライン（不図示）で外部に供給される。

ガス燃料源１からの元ガス燃料Ｆ_０は、場合によって、一部又は全てがガス燃料改質系に送られる。このガス燃料改質系に送る元ガス燃料Ｆ_０の流量は、元ガス燃料分岐ライン７１に設けられている流量調節弁７３の弁開度を調節することで制御することができる。

この元ガス燃料Ｆ_０は、前述したように、ガス燃料改質系で改質させる。

元ガス燃料Ｆ_０に含まれているメタン（ＣＨ_４）は、以下の反応式（１）に示すように、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）と改質反応し、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）とになる。さらに、この一酸化炭素（ＣＯ）は、以下の反応式（２）に示すように、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）と改質反応し、二酸化炭素（ＣＯ_２）と水素（Ｈ_２）とになる。

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２ ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）

以上の改質反応のうち、反応式（１）に示す第一改質反応は、図２に示すように、この改質反応の環境温度が８００℃以上のときに最も促進される。すなわち、８００℃以上でメタン（ＣＨ_４）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）とを接触させると、これらが一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）とになる割合が最も高くなる。

また、反応式（２）に示す第二改質反応は、図３に示すように、この改質反応の環境温度が３００℃以下のとき、一酸化炭素（ＣＯ）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）とを接触させると、これらが二酸化炭素（ＣＯ_２）と水素（Ｈ_２）とになる割合が高まる。

以上で説明した改質反応のうち、反応式（１）に示す第一改質反応は、主として第一改質器１０内で行われ、反応式（２）に示す第二改質反応は、主として第二改質器２０内で行われる。

以下、ガスタービン設備のガス燃料改質系内での処理について具体的に説明する。

ガス燃料源１からのガス燃料改質系へ送られた元ガス燃料Ｆ０は、第一改質器１０の第一中空部１２に流入する。また、第一改質器１０のジャケット１４内には、ガスタービン４からの排気ガスＥｘの一部が排気ガス分岐ライン７５を経て流入する。第一中空部１２２２内の元ガス燃料Ｆ_０は、ジャケット１４内の高温の排気ガスＥｘ（例えば、６００℃）により加熱される。

第一改質器１０の第一中空部１２には、さらに、排熱回収ボイラー６からの高温蒸気ＳＴ_１（例えば、６００℃）が高温蒸気分岐ライン７８を経て流入する。第一中空部１２２２に流入した高温蒸気ＳＴ_１及び加熱された元ガス燃料Ｆ_０は、いずれも第一改質器１０の充填部１１に流入する。第一改質器１０の充填部１１内は、ヒータ１５により８００℃以上に加熱されている。このため、充填部１１内に流入した元ガス燃料Ｆ_０と元ガス燃料Ｆ_０は、８００℃以上の環境下で接触し、前述の反応式（１）に示す第一改質反応して、そのほとんどが一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）になる。すなわち、元ガス燃料Ｆ_０は、高温蒸気ＳＴ_１との改質反応により、そのほとんどが一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）で占める第一改質ガスＦ_１になる（改質工程、第一改質工程）。

なお、本実施形態では、第一改質器１０の充填部１１内の複数の充填物の表面には、第一改質反応を促進する触媒が付されており、この第一改質反応をより促進している。また、ここでは、元ガス燃料Ｆ_０のみをガスタービン４からの排気ガスＥｘで加熱しているが、第一改質器１０内に供給する水蒸気ＳＴ_１の温度が排気ガスＥｘの温度（６００℃）よりも低い場合には、この排気ガスＥｘでこの水蒸気ＳＴ_１を加熱してもよい。

第一改質器１０で生成された第一改質ガスＦ_１は、第一改質ガスライン８０を経て、第二改質器２０の第一中空部２２に流入する。第一改質ガスＦ_１は、この過程で、改質中冷却器１８で冷却水ＣＷと熱交換して、例えば、３００℃以下に冷却される（改質中冷却工程）。

第二改質器２０の第一中空部２２には、さらに、排熱回収ボイラー６からの中温蒸気ＳＴ_２（例えば、３００℃）が中温蒸気分岐ライン７９を経て流入する。第一中空部２２に流入した中温蒸気ＳＴ_２（３００℃）及び冷却された第一改質ガスＦ_１（３００℃以下）は、いずれも第二改質器２０の充填部２１に流入して、３００℃以下の環境下で接触する。この結果、第一改質ガスＦ_１中の一酸化炭素（ＣＯ）は、中温蒸気ＳＴ_２と第二改質反応して、その多くが二酸化炭素（ＣＯ_２）と水素（Ｈ_２）になる。すなわち、第一改質ガスＦ_１は、第二改質反応により、そのほとんどが二酸化炭素（ＣＯ_２）と水素（Ｈ_２（燃料成分ガス））で占める第二改質ガスＦ_２（混合ガス）になる（改質工程、第二改質工程）。

なお、本実施形態では、第二改質器２０の充填部２１内の複数の充填物の表面には、第二改質反応を促進する触媒が付されており、この第二改質反応をより促進している。

第二改質器２０で生成された第二改質ガスＦ_２は、第二改質ガスライン８１を経て、溶解器３０内に流入する。第二改質ガスＦ_２は、この過程で、溶解前冷却器２８で冷却水ＣＷと熱交換して、例えば、常温程度に冷却される（溶解前冷却工程）。

溶解器３０には、吸収水タンク４０から吸収水が供給される。この吸収水は、吸収水タンク４０内で水に苛性ソーダを混ぜて生成した苛性ソーダ水溶液でもよいが、吸収水タンク４０内で苛性ソーダを混ぜていない単なる水でもよい。この吸収水は、溶解器３０の噴霧配管３２から容器３１内に噴霧され、容器３１内に溜まる。一方、冷却された第二改質ガスＦ_２（混合ガス）は、溶解器３０の容器３１内に溜まっている吸収水内に、溶解器３０のバブリング配管３３から気泡として供給される。第二改質ガスＦ_２中の二酸化炭素の少なくとも一部は、この吸収水を通過する過程で、この吸収水に溶解する（溶解工程）。すなわち、第二改質ガスＦ_２は、吸収水を通過することで、二酸化炭素が少なくなり、相対的に水素が多くなった第三改質ガスＦ_３に改質される。なお、吸収水が苛性ソーダ水溶液である場合、二酸化炭素は苛性ソーダと反応して、炭酸ナトリウムとなる。

水又は苛性ソーダ水溶液に対する二酸化炭素の溶解度は、温度が低いほど大きくなる。このため、本実施形態では、二酸化炭素を含む第二改質ガスＦ_２を溶解前冷却器２８で常温程度まで冷却している。また、水又は苛性ソーダ水溶液に対する二酸化炭素の溶解度は、圧力が高いほど大きくなる。このため、本実施形態では、溶解器３０の容器３１内の圧力を大気圧よりも高い圧力、例えば、数ＭＰａ程度に維持している。このように、溶解器３０の容器３１内の圧力を数ＭＰａ程度に維持するため、本実施形態では、溶解器３０よりも上流側の第二改質器２０内及び第一改質器１０内の圧力を、溶解器３０の容器３１内の圧力よりも高くしている。

溶解器３０の容器３１内で二酸化炭素を吸収した吸収水は、この容器３１の下部に接続されている吸収液排出ライン８４から適宜目的の場所に送られる。なお、容器３１内の吸収水の液レベルは、この吸収液排出ライン８４に設けられている流量調節弁８５の弁開度が調節されて、ほぼ一定のレベルに維持される。

水素の割合が相対的に多い第三改質ガスＦ_３は、ガス燃料の一部として、溶解器３０の容器３１の上部に接続されている改質燃料ライン８２を通り、改質ガス圧縮機３８で加圧された後、燃焼器３に送られ（改質燃料供給工程）、前述したように、圧縮空気と混合して燃焼し、高温高圧の燃焼ガスとなる。

以上、本実施形態では、燃焼器３で燃焼するガス燃料には、水素の割合が相対的に多く、二酸化炭素や燃焼により二酸化炭素になる炭素分が少ないため、ガスタービン４から排気される排気ガスＥｘ中の二酸化炭素の量を少なくすることができる。

また、本実施形態では、第二改質ガスＦ_２から二酸化炭素を除去するために、高価でしかも短期間のうちに劣化してしまうメンブランを用いず、二酸化炭素を吸収水に効率的に溶解させることで、第二改質ガスＦ_２から二酸化炭素を除去しているので、設備コストやランニングコスト等を抑えつつ、長期間に渡って二酸化炭素を除去することができる。

また、本実施形態では、ガスタービン設備の構成装置の一つである排熱回収ボイラー６で生成された水蒸気ＳＴ_１，ＳＴ_２と、同じくガスタービン設備の構成装置の一つであるガスタービン４からの排気ガスＥｘとを用いて、元ガス燃料Ｆ_０を第二改質ガスＦ_２に改質しているので、元ガス燃料Ｆ_０の改質に関するランニングコストを抑えることができる。

「第二実施形態」
次に、本発明に係るガスタービン設備の第二実施形態について、図４を参照して説明する。

本実施形態のガスタービン設備は、第一実施形態のガスタービン設備に、二酸化炭素を吸収した吸収水から二酸化炭素を分離して回収する回収器５０を追加する一方で、第一実施形態のガスタービン設備から吸収水タンク４０及び吸収水ポンプ４８を削除したもので、その他の構成は基本的に第一実施形態のガスタービン設備と同じである。

回収器５０は、吸収液が蓄えられる容器５１と、この容器５１内に吸収液を噴霧する噴霧配管５２とを有している。

溶解器３０の容器３１の下部と回収器５０の噴霧配管５２とは、溶解器３０の容器３１内から二酸化炭素を吸収した吸収液を回収器５０の噴霧配管５２に送る吸収液回収ライン８６で接続されている。この吸収液回収ライン８６には、吸収液ポンプ３９と、その回収器５０側に配置されている減圧弁８７とが設けられている。また、回収器５０の容器５１の底部と溶解器３０の噴霧配管３２とは、回収器５０の容器５１内から吸収液を溶解器３０の噴霧配管３２に戻す吸収液戻しライン８８で接続されている。この吸収液戻しライン８８には、吸収液戻しポンプ５８が設けられている。さらに、吸収液戻しライン８８には、水を補充するための水補充ライン８９が接続されている。回収器５０の容器５１の上部には、この容器５１内の二酸化炭素を目的の場所に送る二酸化炭素回収ライン９０が接続されている。この二酸化炭素回収ライン９０には、回収器５０の容器５１内から二酸化炭素を吸引して、目的の箇所に送るための吸引ブロワー（不図示）が設けられている。

本実施形態では、溶解器３０の容器３１内で二酸化炭素を吸収した吸収水が、この容器３１の下部に接続されている吸収液回収ライン８６から回収器５０の噴霧配管５２に送られる。この過程で、吸収液は、減圧弁８７により大気圧程度にまで減圧される。

減圧された吸収液は、回収器５０の噴霧配管５２から回収器５０の容器５１内に噴霧される。この回収器５０の容器５１内は、吸引ブロワーにより吸引されており、大気圧程度又は大気圧よりも僅かに低い圧力になっている。二酸化炭素の水への溶解度は、前述したように、圧力が高いほど大きく、逆に、圧力が低いほど小さくなる。このため、溶解器３０の容器３１内より低圧環境下の回収器５０の容器５１内に吸収液が噴霧されると、この吸収液から二酸化炭素が離脱する（回収工程）。この二酸化炭素は、二酸化炭素回収ライン９０を経て目的の場所に送られて所定の処理が施される。

また、回収器５０の容器５１内で二酸化炭素が離脱した吸収液は、吸収液戻しライン８８を介して、溶解器３０の噴霧配管３２に戻される。

以上、本実施形態でも、第一実施形態と同様に、元ガス燃料Ｆ_０を改質し、水素の割合が相対的に多く、二酸化炭素や燃焼により二酸化炭素になる炭素分が少ない第三改質ガスＦ_３をガス燃料の一部として燃焼器３に送っているため、ガスタービン４から排気される排気ガスＥｘ中の二酸化炭素の量を少なくすることができる。また、本実施形態でも、二酸化炭素を吸収水に効率的に溶解させることで、第二改質ガスＦ_２から二酸化炭素を除去しているので、設備コストやランニングコスト等を抑えつつ、長期間に渡って二酸化炭素を除去することができる。

さらに、本実施形態では、二酸化炭素をガスとして回収しているので、この二酸化炭素を適宜処理することができる。また、本実施形態では、吸収水を循環利用しているので、第一実施形態よりもさらにランニングコストを抑えることができる。なお、本実施形態では、減圧環境下で吸収液から二酸化炭素を離脱させているので、第一実施形態のように、吸収水として苛性ソーダ水溶液を用いることはできない。これは、吸収液が苛性ソーダ水溶液である場合、二酸化炭素が苛性ソーダと反応して、炭酸ナトリウムとなり、ここから二酸化炭素を離脱させるためには別途特別な処理が必要になるからである。

なお、以上の実施形態のガスタービン設備は、いずれも、第一改質器１０と第二改質器２０を備えているが、本発明のガスタービン設備は、第二改質器２０を省き、第一改質器１０のみを備えていてもよい。この場合、第一改質器１０内の元ガス燃料Ｆ_０と水蒸気とが接触する環境温度を、図２に示すように、二酸化炭素の割合が最も高くなる５５０℃程度にすることが好ましい。

また、本実施形態における各改質器１０，２０は、充填塔を有して構成されているものであるが、本発明ではこれに限らず、改質対象のガスと水蒸気とが接触し、効果的にガスの改質反応を行わせることができるものであれば、如何なるものであってもよい。

また、本実施形態の溶解器３０は、バブリング法で吸収水に二酸化炭素を溶解させているが、充填物が充填されている充填塔を利用して、吸収水に二酸化炭素を溶解させてもよい。

また、元ガス燃料Ｆ_０は、メタンのほか、さらに、ブタンやプロパン、水素等を含んでいてもよい。

１：ガス燃料源、２：空気圧縮機、３：燃焼器、４：ガスタービン、５：発電機、６：排熱回収ボイラー（排熱回収器）、１０：第一改質器、１８：改質中冷却器、２０：第二改質器、２８：溶解前冷却器、３０：溶解器、４０：吸収水タンク、５０：回収器、７０：元ガス燃料ライン、７１：元ガス燃料分岐ライン、７４：排気ガスライン、７５：排気ガス分岐ライン、７６：高温蒸気ライン、７７：中温蒸気ライン、７８：高温蒸気分岐ライン、７９：中温蒸気分岐ライン、８０：第一改質ガスライン、８１：第二改質ガスライン、８２：改質燃料ライン、８６：吸収液回収ライン、８８：吸収液戻しライン

Claims (16)

1. ガス燃料を燃焼させて高温ガスを生成する燃焼器と、前記高温ガスにより駆動されるガスタービンと、を備えているガスタービン設備の排出二酸化炭素の削減方法において、
   少なくとも二酸化炭素と燃料成分ガスとを含む混合ガスにおける、該二酸化炭素を吸収水に溶解させることによって、該混合ガスから該二酸化炭素を除去する溶解工程と、
   前記燃料の少なくとも一部として、前記二酸化炭素が除去された前記混合ガスを前記燃焼器に導く改質燃料供給工程と、
   を有することを特徴とする排出二酸化炭素の削減方法。
2. 請求項１に記載の排出二酸化炭素の削減方法において、
   外部から供給される炭化水素に水蒸気を供給して、前記二酸化炭素及び前記燃料成分ガスを含む前記混合ガスを生成する改質工程を有する、
   ことを特徴とする排出二酸化炭素の削減方法。
3. 請求項２に記載の排出二酸化炭素の削減方法において、
   前記改質工程で生成された前記混合ガスを冷却し、冷却後の該混合ガスを前記溶解工程に送る溶解前冷却工程を有する、
   ことを特徴とする排出二酸化炭素の削減方法。
4. 請求項２又は３に記載の排出二酸化炭素の削減方法において、
   前記改質工程は、前記炭化水素に水蒸気を供給して、該炭化水素の少なくとも一部を一酸化炭素と水素とに改質する第一改質工程と、該第一改質工程を経たガスに水蒸気を供給して該ガス中の該一酸化炭素を前記二酸化炭素と水素とに改質する第二改質工程と、
   を有することを特徴とする排出二酸化炭素の削減方法。
5. 請求項４に記載の排出二酸化炭素の削減方法において、
   前記第一改質工程を経た前記ガスを冷却して、冷却後の該ガスを第二改質工程に送る改質中冷却工程を有する、
   ことを特徴とする排出二酸化炭素の削減方法。
6. 請求項２から５のいずれか一項に記載の排出二酸化炭素の削減方法において、
   前記改質工程では、前記ガスタービンからの高温の排気ガスにより、前記炭化水素と前記水蒸気とのうち少なくとも一方を加熱する、
   ことを特徴とする排出二酸化炭素の削減方法。
7. 請求項２から６のいずれか一項に記載の排出二酸化炭素の削減方法において、
   前記ガスタービンからの高温の排気ガスの熱により、水蒸気を発生させる排熱回収工程を有し、
   前記改質工程では、前記排熱回収工程で発生した前記水蒸気の少なくとも一部を前記炭化水素に供給する、
   ことを特徴とする排出二酸化炭素の削減方法。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の排出二酸化炭素の削減方法において、
   前記溶解工程で前記二酸化炭素を溶解させる環境の圧力よりも低い圧力の減圧環境下で、該溶解工程で用いられた前記吸収水から前記二酸化炭素を分離して回収する回収工程を有する、
   ことを特徴とする排出二酸化炭素の削減方法。
9. ガス燃料を燃焼させて高温ガスを生成する燃焼器と、前記高温ガスにより駆動されるガスタービンと、を備えているガスタービン設備において、
   少なくとも二酸化炭素と燃料成分ガスとを含む混合ガスにおける、該二酸化炭素を吸収水に溶解させることによって、該混合ガスから該二酸化炭素を除去する溶解器と、
   前記ガス燃料の少なくとも一部として、前記二酸化炭素が除去された前記混合ガスを前記燃焼器に導く改質燃料ラインと、
   を備えていることを特徴とするガスタービン設備。
10. 請求項９に記載のガスタービン設備において、
    外部から供給される炭化水素に水蒸気を供給して、前記二酸化炭素及び前記燃料成分ガスを含む前記混合ガスを生成する改質器を有する、
    ことを特徴とするガスタービン設備。
11. 請求項１０に記載のガスタービン設備において、
    前記改質器で生成された前記混合ガスを冷却し、冷却後の該混合ガスを前記溶解器に送る溶解前冷却器を有する、
    ことを特徴とするガスタービン設備。
12. 請求項１０又は１１に記載のガスタービン設備において、
    前記改質器は、前記炭化水素に水蒸気を供給して、該炭化水素の少なくとも一部を一酸化炭素と水素とに改質する第一改質器と、該第一改質器を経たガスに水蒸気を供給して該ガス中の該一酸化炭素を前記二酸化炭素と水素とに改質する第二改質器と、
    を有することを特徴とするガスタービン設備。
13. 請求項１２に記載のガスタービン設備において、
    前記第一改質器を経た前記ガスを冷却して、冷却後の該ガスを第二改質器に送る改質中冷却器を有する、
    ことを特徴とするガスタービン設備。
14. 請求項１０から１３のいずれか一項に記載のガスタービン設備において、
    前記改質器は、前記ガスタービンからの高温の排気ガスにより、前記炭化水素と前記水蒸気とのうち少なくとも一方を加熱する加熱器を有する、
    ことを特徴とするガスタービン設備。
15. 請求項１０から１４のいずれか一項に記載のガスタービン設備において、
    前記ガスタービンからの高温の排気ガスの熱により、水蒸気を発生させる排熱回収器と、
    前記排熱回収器で発生した前記水蒸気の少なくとも一部を前記改質器内に送る蒸気ラインと、
    を備えていることを特徴とするガスタービン設備。
16. 請求項９から１５のいずれか一項に記載のガスタービン設備において、
    前記溶解器で前記二酸化炭素を溶解させる環境の圧力よりも低い圧力の減圧環境下で、該溶解器で用いられた前記吸収水から前記二酸化炭素を分離して回収する回収器を有する、
    ことを特徴とするガスタービン設備。

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