JP2016223064A - 二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素を回収するためのエネルギーを低減可能で、全体的な熱効率を向上することができる二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムを提供する。【解決手段】発電手段１１が、メタンガスを燃料として発電を行う。吸収手段１６が、発電手段１１から排出された排ガスを、アミンを含む吸収液に接触させることにより、排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる。分離手段１８が、その吸収液を加熱することにより、吸収液から二酸化炭素を分離する。その二酸化炭素を海底のメタンハイドレート層１の内部に隔離固定するよう、注入手段２５が、その二酸化炭素を、加熱した海水とともに、メタンハイドレート層１の内部に注入する。回収手段２６が、メタンハイドレートから解離したメタンガスを回収する、供給手段２７が、そのメタンガスを、燃料として発電手段１１に供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムに関する。

従来、メタンハイドレートを利用した発電方法として、メタンガスを燃料として発電を行うと共に、その発電によって発生した二酸化炭素を海水に吸着させ、その海水を加熱した後、メタンハイドレート層内に注入することにより、二酸化炭素をメタンハイドレート層内に隔離固定すると共に、メタンハイドレート層内のメタンハイドレートからメタンガスを解離させて回収し、発電に利用する方法が、本発明者等によって開発されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１の発電方法によれば、発電により発生した二酸化炭素を、海底のメタンハイドレート層内に貯留することができ、二酸化炭素の大気中への放出を抑制することができる。また、それと共に、メタンハイドレート層内のメタンガスを回収して利用することができるため、効率良く電力を取り出すことができる。

特許第５３６６３００号公報

特許文献１に記載の発電方法では、二酸化炭素の水への溶解度が比較的高いことを利用して、高圧下で海水と接触させることにより二酸化炭素を海水に吸着させる、いわゆる物理吸収法によって二酸化炭素を回収している。この物理吸収法では、水に二酸化炭素を直接吸収させるために、媒体の海水を圧縮して高圧にする必要があるが、海水を圧縮するためのエネルギーが大きくなるため、システムの全体的な熱効率が低下してしまうという課題があった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、二酸化炭素を回収するためのエネルギーを低減可能で、全体的な熱効率を向上することができる二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る二酸化炭素低排出発電方法は、メタンガスを燃料として発電を行う発電ステップと、前記発電ステップで発生した排ガスを、アミンを含む吸収液と接触させて、前記排ガス中の二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収ステップと、前記吸収ステップで二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱して、前記吸収液から前記二酸化炭素を分離する分離ステップと、海水を採取して加熱する海水加熱ステップと、前記分離ステップで分離した二酸化炭素を海底のメタンハイドレート層内に隔離固定するよう、前記二酸化炭素を、前記海水加熱ステップで加熱した海水とともに、前記メタンハイドレート層内のメタンハイドレートの分解が可能な温度および圧力条件で、前記メタンハイドレート層内に注入する注入ステップと、前記注入ステップで前記メタンハイドレート層内に注入した前記二酸化炭素と前記海水とが有する熱により、前記メタンハイドレート層内のメタンハイドレートから解離したメタンガスを回収する回収ステップと、前記回収ステップで回収したメタンガスを、前記発電ステップの燃料として供給する供給ステップと、を有することを特徴とする。

本発明に係る二酸化炭素低排出発電システムは、メタンガスを燃料として発電可能に設けられた発電手段と、アミンを含む吸収液を有し、前記発電手段から排出された排ガスを前記吸収液に接触させることにより、前記排ガス中の二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収手段と、前記吸収手段で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱することにより、前記吸収液から前記二酸化炭素を分離する分離手段と、海水を採取して加熱する海水加熱手段と、前記分離手段で分離した二酸化炭素を海底のメタンハイドレート層内に隔離固定するよう、前記二酸化炭素を、前記海水加熱手段で加熱した海水とともに、前記メタンハイドレート層内のメタンハイドレートの分解が可能な温度および圧力条件で、前記メタンハイドレート層内に注入する注入手段と、前記注入手段で前記メタンハイドレート層内に注入した前記二酸化炭素と前記海水とが有する熱により、前記メタンハイドレート層内のメタンハイドレートから解離したメタンガスを回収する回収手段と、前記回収手段で回収したメタンガスを、燃料として前記発電手段に供給する供給手段と、を有することを特徴とする。

本発明に係る二酸化炭素低排出発電方法は、本発明に係る二酸化炭素低排出発電システムにより好適に実施される。本発明に係る二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムは、発電により発生した二酸化炭素を、アミンを用いた化学吸収法により回収することができるため、海水を圧縮して二酸化炭素を吸収させる物理吸収法と比べて、二酸化炭素を回収するためのエネルギーを低減することができる。また、これにより、全体的な熱効率を向上することができる。

本発明に係る二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムは、発電により発生した二酸化炭素を、海底のメタンハイドレート層内に隔離固定することができ、二酸化炭素の大気中への放出を抑制することができる。また、メタンハイドレート層内のメタンガスを回収して利用することができ、効率良く電力を取り出すことができる。このように、本発明に係る二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムによれば、メタンハイドレートの利用・二酸化炭素の地下貯留・発電の３つを同時に達成することができる。

本発明に係る二酸化炭素低排出発電方法は、前記発電ステップで発生した排ガスの一部を空気と混合し、その混合ガスを圧縮する圧縮ステップを有し、前記吸収ステップは、前記発電ステップで発生した排ガスの残部を、前記吸収液と接触させ、前記発電ステップは、前記メタンガスを、前記圧縮ステップで圧縮した混合ガスと混合して燃焼させることにより発電を行うことが好ましい。本発明に係る二酸化炭素低排出発電システムは、前記発電手段から排出された排ガスの一部を空気と混合し、その混合ガスを圧縮する圧縮手段を有し、前記吸収手段は、前記発電手段から排出された排ガスの残部を、前記吸収液と接触させるよう構成され、前記発電手段は、前記メタンガスを、前記圧縮手段で圧縮した混合ガスと混合して燃焼させることにより発電可能であることが好ましい。この場合、発電で発生した排ガスの一部を発電に利用することができ、発電の際のエネルギー効率を高めることができる。

本発明に係る二酸化炭素低排出発電方法で、前記吸収ステップは、前記分離ステップで二酸化炭素を分離した後の吸収液を再利用することが好ましい。本発明に係る二酸化炭素低排出発電システムで、前記吸収手段は、前記分離手段で二酸化炭素を分離した後の吸収液を再利用可能であることが好ましい。この場合、アミンを含む吸収液を繰り返し使用することができ、効率が良い。

本発明に係る二酸化炭素低排出発電方法で、前記分離ステップは、前記発電ステップで発生した熱を利用して前記吸収液を加熱することが好ましい。本発明に係る二酸化炭素低排出発電システムで、前記分離手段は、前記発電手段で発生した熱を利用して前記吸収液を加熱可能であることが好ましい。この場合、発電による排熱を利用することができ、全体的な熱効率をより高めることができる。

また、本発明に係る二酸化炭素低排出発電方法で、前記海水加熱ステップは、前記分離ステップで発生した熱を利用して前記海水を加熱することが好ましい。本発明に係る二酸化炭素低排出発電システムで、前記海水加熱手段は、前記分離手段で発生した熱を利用して前記海水を加熱可能であることが好ましい。この場合、排熱を利用することができ、全体的な熱効率をより高めることができる。

また、本発明に係る二酸化炭素低排出発電方法で、前記海水加熱ステップは、前記分離ステップで二酸化炭素を分離した後の吸収液と熱交換することにより、前記海水を加熱することが好ましい。本発明に係る二酸化炭素低排出発電システムで、前記海水加熱手段は、前記分離手段で二酸化炭素を分離した後の吸収液と熱交換することにより、前記海水を加熱可能であることが好ましい。この場合、加熱して二酸化炭素を分離した後の吸収液の熱を有効に利用することができ、全体的な熱効率をより高めることができる。

また、本発明に係る二酸化炭素低排出発電方法は、前記吸収ステップで二酸化炭素を吸収した吸収液を、前記分離ステップで二酸化炭素を分離した後の吸収液と熱交換することにより加熱する分離前加熱ステップを有していてもよい。本発明に係る二酸化炭素低排出発電システムは、前記吸収手段で二酸化炭素を吸収した吸収液を、前記分離手段で二酸化炭素を分離した後の吸収液と熱交換することにより加熱する分離前加熱手段を有していてもよい。この場合、加熱して二酸化炭素を分離した後の吸収液の熱を有効に利用することができ、全体的な熱効率をより高めることができる。

本発明によれば、二酸化炭素を回収するためのエネルギーを低減可能で、全体的な熱効率を向上することができる二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムを提供することができる。

本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムの概念を示す側面図である。 図１に示す二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムの発電部分を示す構成図である。 図１に示す二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムの二酸化炭素の吸収部分を示す構成図である。 図２および図３に示す二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムに基づくシミュレーションにより得られた、二酸化炭素の注入圧力と熱効率との関係を示すグラフである。 図２および図３に示す二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムに基づくシミュレーションにより得られた、メタンガスの供給量と出力および排熱との関係を示すグラフである。 図２および図３に示す二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムに基づくシミュレーションにより得られた、アミン吸収塔の段数と二酸化炭素の回収効率との関係を示すグラフである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図６は、本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムを示している。
図１に示すように、本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電システムは、メタンハイドレートが濃集したメタンハイドレート層（MH reservoir）１の上に停泊した船２や、メタンハイドレート層１の上に建設された海上櫓（プラットフォーム）などを利用して設置されている。

図１乃至図３に示すように、本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電システムは、発電手段１１と気液分離器１２とガス分離器１３と混合器１４と第１の圧縮手段１５と吸収手段１６と送液手段１７と分離手段１８と第２の圧縮手段１９と海水回収手段２０と第１の熱交換器２１と第２の熱交換器２２と第３の熱交換器２３と第４の熱交換器２４と注入手段２５と回収手段２６と供給手段２７とを有している。

発電手段１１は、メタンガスなどの燃料を貯留する燃料チャンバ１１ａとガスタービン１１ｂと燃焼器１１ｃとを有している。発電手段１１は、燃料チャンバ１１ａに貯留された燃料を、燃焼器１１ｃで燃焼させてガスタービン１１ｂを回転させることにより発電可能になっている。気液分離器１２は、発電手段１１から排出された排ガス中で凝縮した水を分離するよう構成されている。ガス分離器１３は、気液分離器１２を通った排ガスを２つに分けて、排ガスの一部を混合器１４に送り、残部を吸収手段１６に送るよう構成されている。

混合器１４は、ガス分離器１３から送られた排ガスの一部を、空気と混合し、その混合ガスを第１の圧縮手段１５に送るよう構成されている。第１の圧縮手段１５は、圧縮機から成り、混合器１４から送られた混合ガスを圧縮して、発電手段１１の燃料チャンバ１１ａに供給するよう構成されている。これにより、発電手段１１は、圧縮手段で圧縮した混合ガスとメタンガスとを混合したものを燃料として発電するようになっている。なお、第１の圧縮手段１５および発電手段１１は、単段ブレイトンサイクル型の発電装置から成っている。また、発電した電力は、ＨＶＤＣ（高圧直流送電）海底ケーブル２８などにより、陸上まで送られる。

吸収手段１６は、アミン吸収塔から成り、内部にアミン（Amine）を含む吸収液を有している。吸収手段１６は、ガス分離器１３から送られた排ガスの残部を、吸収液と接触させることにより、排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させるよう構成されている。送液手段１７は、ポンプから成り、吸収手段１６で二酸化炭素を吸収した吸収液を分離手段１８に送るよう構成されている。

分離手段１８は、再生塔から成り、送液手段１７により送られた吸収液を加熱して、吸収液中に吸収された二酸化炭素を、吸収液から分離するよう構成されている。また、分離手段１８は、二酸化炭素が分離された吸収液を吸収手段１６に戻し、吸収液から分離した二酸化炭素を第２の圧縮手段１９に送るよう構成されている。これにより、吸収手段１６は、分離手段１８から送られた吸収液を、再利用可能になっている。第２の圧縮手段１９は、分離手段１８から送られた二酸化炭素を、圧縮して注入手段２５まで送るよう構成されている。

海水回収手段２０は、ポンプから成り、海水を回収して注入手段２５まで送るよう構成されている。第１の熱交換器２１は、発電手段１１のガスタービン１１ｂと気液分離器１２との間に配置され、発電手段１１で発生した排熱（Exhaust heat）を回収して、分離手段１８の吸収液を加熱可能に構成されている。第２の熱交換器２２は、分離手段１８と吸収手段１６との間、および、海水回収手段２０と注入手段２５との間に配置され、海水回収手段２０で回収した海水を、分離手段１８で二酸化炭素を分離した後の吸収液と熱交換することにより加熱可能に構成されている。

第３の熱交換器２３は、送液手段１７と分離手段１８との間、および、分離手段１８と第２の熱交換器２２との間に配置され、吸収手段１６で二酸化炭素を吸収した吸収液を、分離手段１８で二酸化炭素を分離した後の吸収液と熱交換することにより加熱可能に構成されている。なお、第３の熱交換器２３が、分離前加熱手段を成している。第４の熱交換器２４は、第２の熱交換器２２と注入手段２５との間に配置され、分離手段１８に接続されており、分離手段１８で発生した熱を利用して、海水回収手段２０で回収した海水を加熱可能に構成されている。なお、海水回収手段２０、第２の熱交換器２２および第４の熱交換器２４が、海水加熱手段を成している。

注入手段２５は、第２の圧縮手段１９から送られた二酸化炭素と、海水回収手段２０から送られた加熱海水とを、海底下で水平方向に拡がるメタンハイドレート層（HM mine）１の内部に注入するよう構成されている。図１に示すように、注入手段２５は、海上からメタンハイドレート層１まで伸びる注入管２５ａと、注入する二酸化炭素や海水が暴噴するのを防ぐための防噴装置２５ｂとを有している。注入管２５ａは、海上からメタンハイドレート層１の深さまでほぼ鉛直に伸び、メタンハイドレート層１に対しては、水平方向に伸びて、メタンハイドレート層１の下部に挿入されている。注入管２５ａは、メタンハイドレート層１の内部に配置された部分に、二酸化炭素および海水を噴出させるための複数の噴出口を有している。なお、図１に示す具体的な一例では、メタンハイドレート層１は、水深約１０００ｍの海底下に存在し、注入管２５ａは、約１０００ｍの長さに渡ってメタンハイドレート層１の内部に挿入されている。

注入手段２５は、メタンハイドレート層１の内部のメタンハイドレートの分解が可能な温度および圧力条件で、二酸化炭素および海水をメタンハイドレート層１に注入するよう構成されている。メタンハイドレートの分解が可能な温度および圧力条件としては、例えば、メタンハイドレートと二酸化炭素ハイドレートとの相平衡図において、二酸化炭素ハイドレート−ガス相平衡線よりも低温側の温度および圧力条件である。これにより、注入手段２５は、メタンハイドレート層１のメタンハイドレートを分解すると共に、メタンハイドレートと二酸化炭素ハイドレートとを置換して、二酸化炭素を海底のメタンハイドレート層１の内部に隔離固定可能になっている。

回収手段２６は、海上からメタンハイドレート層１まで伸びる回収管２６ａを有している。回収管２６ａは、海上からメタンハイドレート層１の深さまでほぼ鉛直に伸び、メタンハイドレート層１に対しては、水平方向に伸びて、注入管２５ａより上方の、メタンハイドレート層１の上部に挿入されている。回収管２６ａは、メタンハイドレート層１の内部に配置された部分に、メタンガスを回収するための複数の回収口を有している。これにより、回収管２６ａは、注入手段２５でメタンハイドレート層１の内部に注入した二酸化炭素と海水とが有する熱により、メタンハイドレート層１の内部のメタンハイドレートから解離したメタンガスを回収可能になっている。

図１および図２に示すように、供給手段２７は、回収手段２６で回収したメタンガスを、燃料として発電手段１１の燃料チャンバ１１ａに供給するよう構成されている。これにより、発電手段１１は、圧縮手段で圧縮した混合ガスと、回収手段２６により海底のメタンハイドレート層１から回収したメタンガスとを混合したものを燃料として発電するようになっている。

本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電方法は、本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電システムにより好適に実施される。本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電方法では、まず、混合器１４で空気と発電による排ガスの一部とを混合し、それを第１の圧縮手段１５で圧縮した混合ガスと、メタンハイドレート層１から回収したメタンガスとを燃料として、発電手段１１により発電を行う。次に、発電手段１１で発生した排ガスから、気液分離器１２で水を分離した後、ガス分離器１３でその排ガスの一部を混合器１４に送り、残部を吸収手段１６に送る。

吸収手段１６により、排ガスの残部を、アミンを含む吸収液と接触させて、排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる。その吸収液を、第３の熱交換器２３で加熱しながら、送液手段１７で分離手段１８に送る。分離手段１８により、吸収液をさらに加熱して、吸収液から二酸化炭素を分離する。このとき、第１の熱交換器２１により、発電手段１１で発生した排熱を回収して、吸収液の加熱を行う。さらに、分離手段１８により、分離した二酸化炭素を第２の圧縮手段１９に送って圧縮した後、注入手段２５まで送ると共に、二酸化炭素が分離された吸収液を吸収手段１６に戻す。

また、海水回収手段２０により海水を採取し、第２の熱交換器２２および第４の熱交換器２４により加熱しながら、注入手段２５まで送る。注入手段２５により、圧縮された二酸化炭素と加熱された海水とを、メタンハイドレート層１の内部に注入する。このとき、注入する二酸化炭素を海底のメタンハイドレート層１の内部に隔離固定するよう、メタンハイドレートの分解が可能な温度および圧力条件で注入を行う。注入した二酸化炭素と海水とが有する熱により、メタンハイドレート層１の内部のメタンハイドレートから解離したメタンガスを、回収手段２６により回収する。供給手段２７により、そのメタンガスを燃料として発電手段１１に供給する。

本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムは、発電により発生した二酸化炭素を、アミンを用いた化学吸収法により回収することができるため、海水を圧縮して二酸化炭素を吸収させる物理吸収法と比べて、二酸化炭素を回収するためのエネルギーを低減することができる。これにより、全体的な熱効率を向上することができる。

また、本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムは、発電により発生した二酸化炭素を、海底のメタンハイドレート層１の内部に隔離固定することができ、二酸化炭素の大気中への放出を抑制することができる。また、メタンハイドレート層１の内部のメタンガスを回収して利用することができ、効率良く電力を取り出すことができる。このように、本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムによれば、メタンハイドレートの利用・二酸化炭素の地下貯留・発電の３つを同時に達成することができる。

本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムは、発電で発生した排ガスの一部を発電に利用することができ、発電の際のエネルギー効率を高めることができる。また、アミンを含む吸収液を繰り返し使用することができ、効率が良い。第１〜第４の熱交換器２１〜２４により、発電による排熱や、二酸化炭素を分離後の吸収液の熱を有効に利用することができ、全体的な熱効率をより高めることができる。

［定常プロセスシミュレーション］
本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムについて、熱効率の向上を評価するために、定常プロセスシミュレーションを行った。定常プロセスシミュレーションには、化学プロセスの物質・熱バランスについて収束計算を行う汎用ソフトウェアの定常プロセスシミュレータ「HYSYS version 8.4」を使用した。

シミュレーションでは、図２および図３のフローに従って計算を行った。なお、シミュレーションでは、燃焼などの化学反応は化学平衡状態を仮定し、非定常のシミュレーションは行っていない。また、メタンハイドレートの解離プロセスは考慮しておらず、常温のメタンガスが一定流量で発電手段１１に供給されると仮定している。

シミュレーションでの、具体的な圧力、温度等を以下に示す。
・第１の圧縮手段１５では、常温常圧の空気を3 MPaまで圧縮する。
・発電手段１１では、燃料である常温の3 MPaのメタンガスと、圧縮空気とを燃焼させる。
・発電手段１１では、燃焼ガスを、ガスタービン１１ｂで常圧まで膨張させる。
・第１の熱交換器２１では、タービンの排ガスを常温まで冷却する。
・第２の圧縮手段１９では、分離手段１８で分離したCO₂を、5 MPa、10 MPa、または15 MPaまで加圧して海に送る。
・海水回収手段２０では、海水を10 MPaに加圧し、第２および第４の熱交換器２４で加熱して海に送る。
・供給手段２７では、回収したメタンガスを、1,250 kg/h、1,500 kg/h、5,000 kg/h、または10,000 kg/hで発電手段１１に供給する。

また、シミュレーションを行うにあたり、以下の仮定を設けた。
・常圧は0.1013MPa、常温は15°Cとする。
・空気の組成は、N₂ : 79%、O₂ : 21%とする。
・供給手段２７で供給する燃料は、メタン100％とする。
・燃焼の空気比は1とし、完全燃焼とする。したがって、燃焼の生成物はCO₂とH₂Oのみとなる。
・第１および第２の圧縮手段１５、１９の断熱効率は88％、ガスタービン１１ｂの断熱効率は92％とする。
・送液手段１７および海水回収手段２０のポンプ効率は75%とする。

［シミュレーション結果−二酸化炭素の注入圧力と熱効率との関係］
メタンハイドレート層１への二酸化炭素の注入圧力を変化させたときの、シミュレーションによる熱効率の計算結果を、図４に示す。シミュレーションでは、メタンガスの供給量を、5,000 kg/hとした。また、アミン吸収塔の段数を 20段、使用するアミンをＭＥＡ（モノエタノールアミン）とした。また、比較のため、アミンによる化学吸収法の代わりに、海水を圧縮して二酸化炭素を吸収させる物理吸収法を利用した場合（特許文献１に記載のもの）についても、同様の条件でシミュレーションを行い、その結果も図４に示す。

図４に示すように、二酸化炭素の注入圧力が増加するに従って、全体の熱効率が減少しているのが確認された。これは、第２の圧縮手段１９の稼動エネルギーが増加したためである。しかし、注入圧力が15 MPaであっても、熱効率は0.42となっており、高い熱効率を実現していることが確認された。これにより、本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムは、広範囲な注入条件下で適用できるものと考えられる。実際の現場で必要とされる熱水注入圧力は、メタンハイドレートの掘削地点により変動するため、広範囲な注入条件下で適用可能な本発明の実施の形態の二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システムは、非常に実用的であるといえる。

また、図４に示すように、注入圧力が15 MPaのとき、アミンを用いた化学吸収法を用いることにより、物理吸収法の場合と比べて、熱効率が約15％上昇している。物理吸収法では、水に二酸化炭素を直接吸収させるために媒体の水を高圧にする必要がある。このため、水を圧縮する圧縮機の稼動エネルギーが大きくなり、熱効率が下がっている。これに対し、アミンによる化学吸収法では、この圧縮機のエネルギーを必要としないため、熱効率が上がっているものと考えられる。このことから、アミンを用いることにより、全体的な熱効率の改善を図ることができるといえる。

［シミュレーション結果−メタンガスの供給量と出力および排熱との関係］
メタンガスの供給量を変化させたときの、発電手段１１での出力（発電量）および排熱をシミュレーションにより計算した。その計算結果を、図５に示す。シミュレーションでは、二酸化炭素の注入圧力を、15 MPaとした。また、アミン吸収塔の段数を 20段、使用するアミンをＭＥＡ（モノエタノールアミン）とした。

図５に示すように、メタンガスの供給量が増加するに従って、出力および排熱が増加しているのが確認された。また、メタンガスの供給量が5,000 kg/hのとき、発電手段１１による出力（発電量）は、30,000 kWとなり、エネルギー供給システムとして十分に成り立つものであるといえる。

［シミュレーション結果−アミン吸収塔の段数と二酸化炭素の回収効率との関係］
吸収手段１６のアミン吸収塔の段数を変化させたときの、二酸化炭素の回収効率をシミュレーションにより計算した。その計算結果を、図６に示す。シミュレーションでは、アミンとしてＭＥＡ（モノエタノールアミン）を使用した。また、メタンガスの供給量を 5,000 kg/h、二酸化炭素の注入圧力を 15 MPaとした。

図６に示すように、アミン吸収塔の段数が増えると、回収効率も向上することが確認された。例えば、アミン吸収塔の段数が11段のとき、回収効率は約95％となることが確認された。

［シミュレーション結果−アミンの種類と性能との関係］
アミンの種類を変えて、熱効率などの性能をシミュレーションにより計算した。シミュレーションでは、アミンとして、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）、ＤＥＡ（ジエタノールアミン）、ＤＧＡ（ジグリコールアミン）、ＤＩＰＡ（ジイソプロパノールアミン）、ＴＥＡ（トリエタノールアミン）、ＭＤＥＡ（メチルジエタノールアミン）の６種類を用いた。また、メタンガスの供給量を 5,000 kg/h、海水のメタンハイドレート層１への注入量を 450,000 kg/h、二酸化炭素の注入圧力を 15 MPa、アミン吸収塔の段数を 20段とした。

シミュレーションにより、アミンの流量（Flow rate of amine）、アミンと混合する水量（Volume of mixed water with amine）、分離手段１８の再生塔での必要エネルギー（Necessary energy in regenerator）、アミンの廃棄量（Volume of disposal amine）、アミンの再生塔出口温度（Temperature of amine at outlet of regenerator）、海底への注水温度（Temperature of water to sea）、熱効率（Thermal efficiency）、二酸化炭素の回収効率（CO₂ recovery rate）の８つの性能を計算した。その計算結果を、表１に示す。

表１に示すように、熱効率および二酸化炭素の回収効率は、アミンの種類によらず、ほぼ一定であることが確認された。再生塔出口温度が比較的低く、海底への注水温度が比較的高いことから、使用するアミンとしては、ＴＥＡが適していると考えられる。

１ メタンハイドレート層
２ 船
１１ 発電手段
１１ａ 燃料チャンバ
１１ｂ ガスタービン
１１ｃ 燃焼器
１２ 気液分離器
１３ ガス分離器
１４ 混合器
１５ 第１の圧縮手段
１６ 吸収手段
１７ 送液手段
１８ 分離手段
１９ 第２の圧縮手段
２０ 海水回収手段
２１ 第１の熱交換器
２２ 第２の熱交換器
２３ 第３の熱交換器
２４ 第４の熱交換器
２５ 注入手段
２５ａ 注入管
２５ｂ 防噴装置
２６ 回収手段
２６ａ 回収管
２７ 供給手段
２８ ＨＶＤＣ海底ケーブル

Claims (14)

1. メタンガスを燃料として発電を行う発電ステップと、
   前記発電ステップで発生した排ガスを、アミンを含む吸収液と接触させて、前記排ガス中の二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収ステップと、
   前記吸収ステップで二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱して、前記吸収液から前記二酸化炭素を分離する分離ステップと、
   海水を採取して加熱する海水加熱ステップと、
   前記分離ステップで分離した二酸化炭素を海底のメタンハイドレート層内に隔離固定するよう、前記二酸化炭素を、前記海水加熱ステップで加熱した海水とともに、前記メタンハイドレート層内のメタンハイドレートの分解が可能な温度および圧力条件で、前記メタンハイドレート層内に注入する注入ステップと、
   前記注入ステップで前記メタンハイドレート層内に注入した前記二酸化炭素と前記海水とが有する熱により、前記メタンハイドレート層内のメタンハイドレートから解離したメタンガスを回収する回収ステップと、
   前記回収ステップで回収したメタンガスを、前記発電ステップの燃料として供給する供給ステップと、
   を有することを特徴とする二酸化炭素低排出発電方法。
2. 前記発電ステップで発生した排ガスの一部を空気と混合し、その混合ガスを圧縮する圧縮ステップを有し、
   前記吸収ステップは、前記発電ステップで発生した排ガスの残部を、前記吸収液と接触させ、
   前記発電ステップは、前記メタンガスを、前記圧縮ステップで圧縮した混合ガスと混合して燃焼させることにより発電を行うことを
   特徴とする請求項１記載の二酸化炭素低排出発電方法。
3. 前記吸収ステップは、前記分離ステップで二酸化炭素を分離した後の吸収液を再利用することを特徴とする請求項１または２記載の二酸化炭素低排出発電方法。
4. 前記分離ステップは、前記発電ステップで発生した熱を利用して前記吸収液を加熱することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二酸化炭素低排出発電方法。
5. 前記海水加熱ステップは、前記分離ステップで発生した熱を利用して前記海水を加熱することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二酸化炭素低排出発電方法。
6. 前記海水加熱ステップは、前記分離ステップで二酸化炭素を分離した後の吸収液と熱交換することにより、前記海水を加熱することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二酸化炭素低排出発電方法。
7. 前記吸収ステップで二酸化炭素を吸収した吸収液を、前記分離ステップで二酸化炭素を分離した後の吸収液と熱交換することにより加熱する分離前加熱ステップを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の二酸化炭素低排出発電方法。
8. メタンガスを燃料として発電可能に設けられた発電手段と、
   アミンを含む吸収液を有し、前記発電手段から排出された排ガスを前記吸収液に接触させることにより、前記排ガス中の二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収手段と、
   前記吸収手段で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱することにより、前記吸収液から前記二酸化炭素を分離する分離手段と、
   海水を採取して加熱する海水加熱手段と、
   前記分離手段で分離した二酸化炭素を海底のメタンハイドレート層内に隔離固定するよう、前記二酸化炭素を、前記海水加熱手段で加熱した海水とともに、前記メタンハイドレート層内のメタンハイドレートの分解が可能な温度および圧力条件で、前記メタンハイドレート層内に注入する注入手段と、
   前記注入手段で前記メタンハイドレート層内に注入した前記二酸化炭素と前記海水とが有する熱により、前記メタンハイドレート層内のメタンハイドレートから解離したメタンガスを回収する回収手段と、
   前記回収手段で回収したメタンガスを、燃料として前記発電手段に供給する供給手段と、
   を有することを特徴とする二酸化炭素低排出発電システム。
9. 前記発電手段から排出された排ガスの一部を空気と混合し、その混合ガスを圧縮する圧縮手段を有し、
   前記吸収手段は、前記発電手段から排出された排ガスの残部を、前記吸収液と接触させるよう構成され、
   前記発電手段は、前記メタンガスを、前記圧縮手段で圧縮した混合ガスと混合して燃焼させることにより発電可能であることを
   特徴とする請求項８記載の二酸化炭素低排出発電システム。
10. 前記吸収手段は、前記分離手段で二酸化炭素を分離した後の吸収液を再利用可能であることを特徴とする請求項８または９記載の二酸化炭素低排出発電システム。
11. 前記分離手段は、前記発電手段で発生した熱を利用して前記吸収液を加熱可能であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の二酸化炭素低排出発電システム。
12. 前記海水加熱手段は、前記分離手段で発生した熱を利用して前記海水を加熱可能であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の二酸化炭素低排出発電システム。
13. 前記海水加熱手段は、前記分離手段で二酸化炭素を分離した後の吸収液と熱交換することにより、前記海水を加熱可能にであることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の二酸化炭素低排出発電システム。
14. 前記吸収手段で二酸化炭素を吸収した吸収液を、前記分離手段で二酸化炭素を分離した後の吸収液と熱交換することにより加熱する分離前加熱手段を有することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の二酸化炭素低排出発電システム。