JP2018062905A - 化学品併産型の発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 発電により生じたＣＯ２を有効に再利用して化学製品（ＣＨ４）を合成し、ＣＯ２の貯留の負担を大幅に軽減する。【解決手段】 石炭ガス化ガスの燃料成分であるＣＯ、Ｈ２、及び、ＣＯ２を用いて、ＣＨ４製造装置２１でＣＨ４を合成し、発電により生じたＣＯ２（排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガスからＣＯ２回収装置１４で分離・回収されたＣＯ２）、及び、火力発電設備の石炭ガス化ガスを有効に利用してＣＨ４を合成する。【選択図】 図１

Description

本発明は、化学品併産型の発電設備に関する。

化石燃料（例えば、石炭）からガス化ガス（石炭ガス化ガス）を得て、石炭ガス化ガスの燃焼によりガスタービンの動力を得る発電設備が知られている。石炭ガス化ガスを燃料とした場合、ガスタービンの排気ガスにＣＯ_２が含まれることになるため、ＣＯ_２を分離回収しながら排気ガスの一部を循環させる閉サイクルの発電設備が従来から知られている（例えば、特許文献１）。閉サイクルの発電設備では、ＣＯ_２が分離回収され、回収されたＣＯ_２が貯留（隔離）されることで、ＣＯ_２の環境への排出が抑制されている。

近年、発電により生じたＣＯ_２を貯留（隔離）するだけでなく、有効に利用することが考えられるようになってきている。発電により生じたＣＯ_２を有効に利用することができれば、ＣＯ_２の貯留設備の負担が大幅に減少し、発電設備の構築が容易となる。

一方、化石燃料を使用しない再生可能エネルギーを用いた再生エネルギー発電設備が導入されつつある。再生可能エネルギー発電設備は、火力発電設備を同時に用いて電力需要に追従させているので、再生可能エネルギー発電設備の出力が増加した場合、火力発電設備の出力を低下させることになる。この場合、石炭ガス化ガスが余剰になることが考えられるため、余剰になった石炭ガス化ガスを有効に利用できれば、資源の有効利用が可能になる。

このような状況から、発電により生じたＣＯ_２の有効利用が求められているのが現状であり、また、再生可能エネルギー発電設備が導入される状況で、火力発電設備の分野での余剰となった燃料の有効利用が求められているのが現状である。

特開平８−２３２６０８号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、発電により生じたＣＯ_２、及び、火力発電設備のガス化ガスを有効に利用することができる化学品併産型の発電設備を提供することを目的とする。

特に、発電により生じたＣＯ_２、及び、火力発電設備の石炭ガス化ガスを有効に利用してＣＨ_４を合成することができる化学品併産型の発電設備を提供することを目的とする。

また、発電により生じたＣＯ_２、及び、火力発電設備の石炭ガス化ガスを有効に利用して尿素を合成することができる化学品併産型の発電設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の化学品併産型の発電設備は、ガス化燃料を得るガス製造手段と、前記ガス製造手段で製造されたガス化ガスを燃焼させて燃焼ガスを得る燃焼器と、前記燃焼器で得られた前記燃焼ガスを膨張させて動力を得る膨張タービンと、前記ガス化ガスの燃料成分が供給され、前記燃料成分、及び、ＣＯ_２を用いて化学品を製造する化学品製造手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、ガス製造手段（例えば、石炭ガス化ガス製造装置）で得られたガス化ガス（例えば、石炭ガス化ガス）の燃料成分であるＣＯ、Ｈ_２、及び、ＣＯ_２を用いて、化学品製造手段で化学製品を合成することができる。合成に必要な熱源は、膨張タービンの排気の熱を用いることができる。近年の触媒技術の向上により、膨張タービンの排気の温度レベルで触媒を十分に作動させることができる。

この結果、発電により生じたＣＯ_２、及び、火力発電設備のガス化ガス（例えば、石炭ガス化ガス）を有効に利用することが可能になる。つまり、発電により生じたＣＯ_２を有効に再利用してＣＯ_２の貯留の負担を大幅に軽減することができる。

そして、請求項２に係る本発明の化学品併産型の発電設備は、請求項１に記載の化学品併産型の発電設備において、前記膨張タービンの排気ガスが熱回収されて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスからＣＯ_２を分離するＣＯ_２分離手段とを備え、前記化学品製造手段では、前記ＣＯ_２分離手段で分離されたＣＯ_２を用いて化学品が製造されることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、膨張タービンの排気ガスが排熱回収ボイラで熱回収されて蒸気が得られ、得られた蒸気により蒸気タービンが駆動される。ＣＯ_２分離手段によって排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスからＣＯ_２が分離され、分離されたＣＯ_２を用いて化学品が製造される。

また、請求項３に係る本発明の化学品併産型の発電設備は、請求項２に記載の化学品併産型の発電設備において、前記燃焼器にＯ_２含有ガスを供給する酸化剤供給手段と、前記排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスを前記燃焼器に供給する循環手段とを備えたことを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、燃焼器ではＯ_２含有ガスが燃料として燃焼され、膨張タービンの排気ガスが循環手段により閉サイクルで循環される。

また、請求項４に係る本発明の化学品併産型の発電設備は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の化学品併産型の発電設備において、前記ガス製造手段で得られた前記ガス化ガスを、前記燃焼器、及び、前記化学品製造手段に分配する分配手段と、前記分配手段による分配の割合を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、制御手段により分配手段が動作され、ガス化ガスの燃焼器、及び、化学品製造手段への分配が制御される。

例えば、制御手段には、同じ電力系統に接続されている再生可能エネルギー発電設備の情報が入力され、再生可能エネルギー発電設備での発電量が足りない場合、ガス化ガスを燃焼器に多く分配して発電を優先し、再生可能エネルギー発電設備での発電量が十分な場合、ガス化ガスを化学品製造手段に多く分配して化学品の製造を優先する。

また、請求項５に係る本発明の化学品併産型の発電設備は、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の化学品併産型の発電設備において、前記化学品製造手段には、Ｈ_２が供給されると共に、前記ＣＯ_２分離手段で分離されたＣＯ_２が供給され、Ｈ_２、及び、ＣＯ_２からＣＨ_４を合成するＣＨ_４合成手段が備えられていることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、化学品製造手段のＣＨ_４合成手段に、Ｈ_２、及び、ＣＯ_２分離手段で分離されたＣＯ_２が供給され、Ｈ_２、及び、ＣＯ_２からＣＨ_４が合成される。Ｈ_２としては、ガス化ガスから分離したＨ_２を用いることができる。

この結果、発電により生じたＣＯ_２、及び、火力発電設備のガス化ガスを有効に利用してＣＨ_４を合成することが可能になる。つまり、発電により生じたＣＯ_２を有効に再利用してＣＨ_４を合成し、ＣＯ_２の貯留の負担を大幅に軽減することができる。

また、請求項６に係る本発明の化学品併産型の発電設備は、請求項５に記載の化学品併産型の発電設備において、前記化学品製造手段には、Ｈ_２Ｏ、及び、前記ガス化ガスの燃料成分であるＣＯが供給され、Ｈ_２Ｏ、及び、ＣＯからＣＯ_２を得る水性ガスシフト反応手段が備えられ、前記ＣＨ_４合成手段には、前記水性ガスシフト反応手段で得られたＣＯ_２が合わせて供給されることを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、化学品製造手段の水性ガスシフト反応手段に、Ｈ_２Ｏ（水蒸気）、及び、ガス化ガスの燃料成分であるＣＯが供給され、Ｈ_２Ｏ、及び、ＣＯからＣＯ_２が得られ、水性ガスシフト反応手段で得られたＣＯ_２がＣＨ_４合成手段に合わせて供給され、ＣＨ_４が合成される。

また、請求項７に係る本発明の化学品併産型の発電設備は、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の化学品併産型の発電設備において、前記化学品製造手段には、Ｈ_２、及び、Ｎ_２が供給され、Ｈ_２、及び、Ｎ_２からＮＨ_３を合成するＮＨ_３合成手段と、前記ＮＨ_３合成手段で合成されたＮＨ_３、及び、前記ＣＯ_２分離手段で分離されたＣＯ_２が供給され、ＮＨ_３、及び、ＣＯ_２からＣＯ（ＮＨ_２）_２を合成する尿素合成手段とが備えられていることを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、化学品製造手段のＮＨ_３合成手段に、Ｈ_２、及び、Ｎ_２が供給され、Ｈ_２、及び、Ｎ_２からＮＨ_３が合成される。尿素合成手段に、ＮＨ_３合成手段で合成されたＮＨ_３、及び、ＣＯ_２分離手段で分離されたＣＯ_２が供給され、ＮＨ_３、及び、ＣＯ_２からＣＯ（ＮＨ_２）_２が合成される。Ｈ_２としては、ガス化ガスから分離したＨ_２を用いることができる。空気からＯ_２を製造する設備が設けられている場合、Ｏ_２を製造した後に排出されるＮ_２がＮＨ_３合成手段に供給される。

また、請求項８に係る本発明の化学品併産型の発電設備は、請求項７に記載の化学品併産型の発電設備において、前記化学品製造手段には、Ｈ_２Ｏ、及び、前記ガス化ガスの燃料成分であるＣＯが供給され、Ｈ_２Ｏ、及び、ＣＯからＣＯ_２を得る水性ガスシフト反応手段が備えられ、前記尿素合成手段には、前記水性ガスシフト反応手段で得られたＣＯ_２が合わせて供給されることを特徴とする。

請求項８に係る本発明では、化学品製造手段の水性ガスシフト反応手段に、Ｈ_２Ｏ（水蒸気）、及び、ガス化ガスの燃料成分であるＣＯが供給され、Ｈ_２Ｏ、及び、ＣＯからＣＯ_２が得られ、水性ガスシフト反応手段で得られたＣＯ_２が尿素合成手段に合わせて供給され、ＣＯ（ＮＨ_２）_２が合成される。得られたＣＯ（ＮＨ_２）_２を肥料として使用することで、ＣＯ_２が植物に吸収されることになり、発電で生じたＣＯ_２を植物に固定させて循環させることができる。

この結果、発電により生じたＣＯ_２、及び、火力発電設備のガス化ガスを有効に利用してＣＯ（ＮＨ_２）_２を合成することが可能になる。つまり、発電により生じたＣＯ_２を有効に再利用してＣＯ（ＮＨ_２）_２を合成し、ＣＯ_２の貯留の負担を大幅に軽減することができる。

本発明の化学品併産型の発電設備は、発電により生じたＣＯ_２、及び、火力発電設備のガス化ガス（例えば、石炭ガス化ガス）を有効に利用することが可能になる。

特に、発電により生じたＣＯ_２、及び、火力発電設備のガス化ガス（例えば、石炭ガス化ガス）を有効に利用して、燃料として使用できるＣＨ_４を合成することが可能になる。

また、発電により生じたＣＯ_２、及び、火力発電設備のガス化ガス（例えば、石炭ガス化ガス）を有効に利用して、植物の肥料として使用できる尿素を合成することが可能になる。

本発明の第１実施例に係る化学品併産型の発電設備の概略系統図である。 本発明の第２実施例に係る化学品併産型の発電設備の概略系統図である。 本発明の第３実施例に係る化学品併産型の発電設備の概略系統図である。 本発明の第４実施例に係る化学品併産型の発電設備の概略系統図である。 本発明の第５実施例に係る化学品併産型の発電設備の概略系統図である。 本発明の第６実施例に係る化学品併産型の発電設備の概略系統図である。

図１から図３は、燃料として利用できるＣＨ_４を化学品として製造する化学品併産型の発電設備（第１実施例、第２実施例、第３実施例）であり、図４から図６は、肥料として利用できるＣＯ（ＮＨ_２）_２を化学品として製造する化学品併産型の発電設備（第４実施例、第５実施例、第６実施例）である。

図１に基づいて第１実施例を説明する。

図１には本発明の第１実施例に係る化学品併産型の発電設備の概略構成を示してあり、ＣＨ_４を化学品として製造する実施例である。

図に示すように、複合発電設備１のガスタービン２は、圧縮機３、及び、膨張タービン４を備え、圧縮機３で圧縮された圧縮流体（ＣＯ_２）が燃焼器５に送られる。燃焼器５には、ガス化設備である石炭ガス化設備（ガス化ガス製造手段）６からガス化ガス（石炭ガス化ガス）としての燃料ガス（ＣＯ、Ｈ_２）が供給されると共に、酸素製造設備７（酸化剤供給手段）から酸化剤としてＯ_２が供給される。膨張タービン４では燃焼器５からの燃焼ガスが膨張されて動力が回収され、発電機が駆動される。

尚、ガス化設備としては、油（重油系統、植物油、シェールオイル等）、アスファルト、バイオマス、ゴミである廃棄物固形化燃料（ＲＤＦ、ＲＰＦ）をガス化する設備を適用することが可能である。

膨張タービン４で仕事を終えた排気ガスの熱回収を行う排熱回収ボイラ１１が備えられ、排熱回収ボイラ１１で発生した蒸気は蒸気タービン１２に送られて動力が回収され、発電機が駆動される。排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガスは圧縮機３に送られる。蒸気タービン１２で仕事を終えた排気蒸気は、図示しない復水器で復水されて熱回収ボイラ１１に循環される。

排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガスの経路１３（循環手段）には、ＣＯ_２分離手段としてのＣＯ_２回収装置１４が分岐して備えられ、ＣＯ_２回収装置１４では排気ガスからＨ_２Ｏが分離されてＣＯ_２が回収される。排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガス（ＣＯ_２）は圧縮機３に送られる。

一方、複合発電設備１には、化学製品であるＣＨ_４を製造する化学品製造手段としてのＣＨ_４製造装置２１が併設されている。ＣＨ_４製造装置２１は、Ｈ_２Ｏ、及び、ＣＯからＣＯ_２を得る水性ガスシフト反応手段２２と、Ｈ_２、及び、ＣＯ_２からＣＨ_４を合成するＣＨ_４合成手段２３が備えられている。

即ち、石炭ガス化設備６から燃焼器５に燃料ガスを送る経路８には分配手段２５を介して分岐路２６が設けられ、分岐路２６には燃料ガスの成分であるＣＯ、Ｈ_２が分配され、ＣＨ_４製造装置２１に燃料ガスの成分であるＣＯ、Ｈ_２が送られる。ＣＯ、Ｈ_２の分配の割合は、制御手段２７の指令により制御される。

例えば、制御手段２７には、複合発電設備１と併用される再生可能エネルギー発電設備（太陽光発電設備、風力発電設備等）の情報が送られる。電力負荷に対して再生可能エネルギー発電設備の電力量が不足する時には、制御手段２７の指令により分配手段２５が制御され、ＣＯ、Ｈ_２の全量が（大部分が）燃焼器５に送られ、複合発電設備１の運転により電力負荷を賄う運転が行われる。また、電力負荷に対して再生可能エネルギー発電設備の電力量が十分に確保される時には、制御手段２７の指令により分配手段２５が制御され、ＣＯ、Ｈ_２は大部分が分岐路２６に送られ、複合発電設備１では待機電力の電力量を賄う運転が行われる。

分配手段２５によってＣＨ_４製造装置２１に送られたＣＯ、Ｈ_２は、即ち、分岐路２６に分配されたＣＯ、Ｈ_２は、Ｈ_２Ｏ（系内の水蒸気）と共に水性ガスシフト反応手段２２に送られる。水性ガスシフト反応手段２２では、水性ガスシフト反応（式（１））により、ＣＯ_２（Ｈ_２）が得られる。
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２・・・（１）
合成に必要な熱源として、膨張タービン４の排気の熱を用いることで、合成のための触媒を活性化（作動）させることができる。

水性ガスシフト反応手段２２で得られたＨ_２、及び、ＣＯ_２は、ＣＨ_４合成手段２３に送られる。また、ＣＨ_４合成手段２３には外部からＣＯ_２が供給されることもある。ＣＨ_４合成手段２３では、Ｈ_２、及び、ＣＯ_２から（式（２）により）、ＣＨ_４が合成される。
ＣＯ_２＋４Ｈ_２→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ・・・（２）
合成に必要な熱源として、膨張タービン４の排気の熱を用いることで、合成のための触媒を活性化（作動）させることができる。
ＣＨ_４合成手段２３で得られたＣＨ_４は、貯蔵設備２４に送られて貯蔵される。

ＣＨ_４合成手段２３には、水性ガスシフト反応手段２２で得られたＣＯ_２が供給されるが、外部のＣＯ_２として、ＣＯ_２回収装置１４で回収されたＣＯ_２をＣＨ_４合成手段２３に供給することができる。また、ＣＨ_４合成手段２３には、水性ガスシフト反応手段２２で得られたＨ_２が供給されるが、分岐路２６にＨ_２が分離手段２８を設け、分岐路２６に分配されたＣＯ、Ｈ_２のうちの、Ｈ_２の一部（または全量）をＣＨ_４合成手段２３に供給することができる。

貯蔵設備２４に送られて貯蔵されたＣＨ_４は、即ち、燃料ガスの成分であるＣＯ、Ｈ_２から製造されたＣＨ_４は、例えば、複合発電設備３１のガスタービンの燃料として使用される。つまり、複合発電設備３１は、圧縮機３２、燃焼器３３、及び、膨張タービン３４を備えたガスタービン３５と、膨張タービン３４で仕事を終えた排気ガスの熱回収を行う排熱回収ボイラ３６と、排熱回収ボイラ３６で発生した蒸気により駆動される蒸気タービン３７と、排熱回収ボイラ３６で熱回収された排気ガスを図示しない浄化装置で浄化した後、大気に放出する煙突３８を備えている。そして、燃料ガスの成分であるＣＯ、Ｈ_２から製造されたＣＨ_４は、燃焼器３３の燃焼用の燃料として供給される。

上述した化学品併産型の発電設備は、制御手段２７の指令により分配手段２５が制御され、ＣＯ、Ｈ_２の必要量が燃焼器５に送られ、複合発電設備１の運転により電力負荷を賄う運転が行われる。同時に、制御手段２７の指令により分配手段２５が制御され、ＣＯ、Ｈ_２の残りの量が分岐路２６に送られ、水性ガスシフト反応手段２２でＣＯ_２（Ｈ_２）を得て、ＣＨ_４合成手段２３でＣＯ_２からＣＨ_４が合成される。

例えば、制御手段２７には、同じ電力系統に接続されている再生可能エネルギー発電設備の情報が入力され、再生可能エネルギー発電設備での発電量が足りない場合、石炭ガス化ガス（ＣＯ、Ｈ_２）を燃焼器５に多く分配して発電を優先し、再生可能エネルギー発電設備での発電量が十分な場合、石炭ガス化ガス（ＣＯ、Ｈ_２）をＣＨ_４製造装置２１に多く分配して化学製品としてのＣＨ_４の製造を優先する。

上述した化学品併産型の発電設備では、石炭ガス化ガスの燃料成分であるＣＯ、Ｈ_２、及び、ＣＯ_２を用いて、ＣＨ_４製造装置２１でＣＨ_４を合成することができる。この結果、発電により生じたＣＯ_２、及び、火力発電設備の石炭ガス化ガスを有効に利用してＣＨ_４を合成することが可能になる。また、排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガスからＣＯ_２回収装置１４で分離・回収されたＣＯ_２を用いてＣＨ_４を製造することができる。

従って、発電により生じたＣＯ_２を有効に再利用してＣＨ_４を合成し、ＣＯ_２の貯留の負担を大幅に軽減することが可能になる。

図２に基づいて第２実施例を説明する。

図２には本発明の第２実施例に係る化学品併産型の発電設備の概略構成を示してあり、ＣＨ_４を化学品として製造する実施例である。第２実施例の化学品併産型の発電設備は、第１実施例に対してＣＨ_４製造装置の構成が異なっている。このため、第１実施例と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、複合発電設備１には、化学製品であるＣＨ_４を製造する化学品製造手段としてのＣＨ_４製造装置４１が併設されている。ＣＨ_４製造装置４１は、Ｈ_２、及び、ＣＯ_２からＣＨ_４を合成するＣＨ_４合成手段２３が備えられている。

即ち、石炭ガス化設備６から燃焼器５に燃料ガスを送る経路８には分離手段２８を介して分岐路２６が設けられ、分離手段２８では石炭ガス化ガスの燃料成分のＨ_２の一部が分離されて分配され、分岐路２６にはＨ_２が送られる。Ｈ_２の分配の割合は、制御手段２７の指令により制御される。

分離手段２８によってＣＨ_４製造装置４１に送られたＨ_２は、即ち、分岐路２６に分配されたＨ_２は、ＣＨ_４合成手段２３に送られる。また、ＣＯ_２回収装置１４で回収されたＣＯ_２がＣＨ_４合成手段２３に供給される。
ＣＨ_４合成手段２３では、Ｈ_２、及び、ＣＯ_２から（式（２）により）、ＣＨ_４が合成される。
ＣＯ_２＋４Ｈ_２→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ・・・（２）
ＣＨ_４合成手段２３で得られたＣＨ_４は、貯蔵設備２４に送られて貯蔵される。

従って、上述した化学品併産型の発電設備では、発電により生じたＣＯ_２を有効に再利用してＣＨ_４を合成することができ、ＣＯ_２の貯留の負担を大幅に軽減することが可能になる。

図３に基づいて第３実施例を説明する。

図３には本発明の第３実施例に係る化学品併産型の発電設備の概略構成を示してあり、ＣＨ_４を化学品として製造する実施例である。第３実施例の化学品併産型の発電設備は、第１実施例に対して複合発電設備の構成が異なっている。このため、第１実施例と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、複合発電設備６１のガスタービン２は、圧縮機３、及び、膨張タービン４を備え、圧縮機３で圧縮された圧縮流体（空気）が燃焼器５に送られる。燃焼器５には、圧縮機３からの圧縮空気、及び、石炭ガス化設備（ガス化ガス製造手段）６からガス化ガス（石炭ガス化ガス）としての燃料ガス（ＣＯ、Ｈ_２）が供給される。膨張タービン４では燃焼器５からの燃焼ガスが膨張されて動力が回収され、発電機が駆動される。

膨張タービン４で仕事を終えた排気ガスの熱回収を行う排熱回収ボイラ１１が備えられ、排熱回収ボイラ１１で発生した蒸気は蒸気タービン１２に送られて動力が回収され、発電機が駆動される。蒸気タービン１２で仕事を終えた排気蒸気は、図示しない復水器で復水されて熱回収ボイラ１１に循環される。

排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガスの排出経路１６には、ＣＯ_２分離手段としてのＣＯ_２回収装置１４が備えられ、ＣＯ_２回収装置１４でＣＯ_２が回収される。回収されたＣＯ_２は、ＣＨ_４合成手段２３に供給される。ＣＯ_２が回収された後の排気は、必要な浄化処理が施されて煙突１７から大気に放出される。

従って、上述した化学品併産型の発電設備では、発電により生じたＣＯ_２を有効に再利用してＣＨ_４を合成することができ、ＣＯ_２の貯留の負担を大幅に軽減することが可能になる。尚、第３実施例の複合発電設備６１に第２実施例のＣＨ_４製造装置４１を併設することも可能である。

図４に基づいて第４実施例を説明する。

図４には本発明の第４実施例に係る化学品併産型の発電設備の概略構成を示してあり、尿素（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）を化学品として製造する実施例である。第４実施例の化学品併産型の発電設備は、第１実施例に対してＣＨ_４製造装置に代えて尿素製造装置を備えた構成となっている。

図に示すように、複合発電設備１には、化学製品である尿素（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）を製造する化学品製造手段としての尿素製造装置５１が併設されている。

複合発電設備１のガスタービン２は、圧縮機３、及び、膨張タービン４を備え、圧縮機３で圧縮された圧縮流体（ＣＯ_２）が燃焼器５に送られる。燃焼器５には、ガス化設備である石炭ガス化設備（ガス化ガス製造手段）６からガス化ガス（石炭ガス化ガス）としての燃料ガス（ＣＯ、Ｈ_２）が供給されると共に、酸素製造設備７（酸化剤供給手段）から酸化剤としてＯ_２が供給される。膨張タービン４では燃焼器５からの燃焼ガスが膨張されて動力が回収され、発電機が駆動される。

尚、ガス化設備としては、油（重油系統、植物油、シェールオイル等）、アスファルト、バイオマス、ゴミである廃棄物固形化燃料（ＲＤＦ、ＲＰＦ）をガス化する設備を適用することが可能である。

膨張タービン４で仕事を終えた排気ガスの熱回収を行う排熱回収ボイラ１１が備えられ、排熱回収ボイラ１１で発生した蒸気は蒸気タービン１２に送られて動力が回収され、発電機が駆動される。排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガスは圧縮機３に送られる。蒸気タービン１２で仕事を終えた排気蒸気は、図示しない復水器で復水されて熱回収ボイラ１１に循環される。

排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガスの経路１３（循環手段）には、ＣＯ_２分離手段としてのＣＯ_２回収装置１４が分岐して備えられ、ＣＯ_２回収装置１４では排気ガスからＨ_２Ｏが分離されてＣＯ_２が回収される。排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガス（ＣＯ_２）は圧縮機３に送られる。

一方、複合発電設備１には、化学製品である尿素（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）を製造する化学品製造手段としての尿素製造装置５１が併設されている。尿素製造装置５１は、Ｈ_２Ｏ、及び、ＣＯ（Ｈ_２）からＣＯ_２を得る水性ガスシフト反応手段５２と、Ｈ_２、及び、Ｎ_２からＮＨ_３を合成するＮＨ_３合成手段５３と、ＮＨ_３、及び、ＣＯ_２から尿素（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）を合成する尿素合成手段５４とが備えられている。

石炭ガス化設備６から燃焼器５に燃料ガスを送る経路８には分配手段２５を介して分岐路２６が設けられ、分岐路２６には燃料ガスの成分であるＣＯ、Ｈ_２が分配され、尿素製造装置５１に燃料ガスの成分であるＣＯ、Ｈ_２が送られる。ＣＯ、Ｈ_２の分配の割合は、制御手段２７の指令により制御される。

例えば、制御手段２７には、複合発電設備１と併用される再生可能エネルギー発電設備（太陽光発電設備、風力発電設備等）の情報が送られる。電力負荷に対して再生可能エネルギー発電設備の電力量が不足する時には、制御手段２７の指令により分配手段２５が制御され、ＣＯ、Ｈ_２の全量が（大部分が）燃焼器５に送られ、複合発電設備１の運転により電力負荷を賄う運転が行われる。また、電力負荷に対して再生可能エネルギー発電設備の電力量が十分に確保される時には、制御手段２７の指令により分配手段２５が制御され、ＣＯ、Ｈ_２は大部分が分岐路２６に送られ、複合発電設備１では待機電力の電力量を賄う運転が行われる。

分配手段２５によって尿素製造装置５１に送られたＣＯ、Ｈ_２は、即ち、分岐路２６に分配されたＣＯ、Ｈ_２は、Ｈ_２Ｏ（系内の水蒸気）と共に水性ガスシフト反応手段５２に送られる。水性ガスシフト反応手段５２では、水性ガスシフト反応（式（１））により、ＣＯ_２（Ｈ_２）が得られる。
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２・・・（１）
合成に必要な熱源として、膨張タービン４の排気の熱を用いることで、合成のための触媒を活性化（作動）させることができる。

水性ガスシフト反応手段５２で得られたＨ_２は、ＮＨ_３合成手段５３に送られる。また、ＮＨ_３合成手段５３には、酸素製造設備７でＯ_２が分離された後のＮ_２が送られる。ＮＨ_３合成手段５３では、Ｈ_２、及び、Ｎ_２から（式（３）により）、ＮＨ_３が合成される。
Ｎ_２＋３Ｈ_２→２ＮＨ_３・・・（３）
合成に必要な熱源として、膨張タービン４の排気の熱を用いることで、合成のための触媒を活性化（作動）させることができる。

ＮＨ_３合成手段５３で得られたＮＨ_３は、尿素合成手段５４に送られる。また、尿素合成手段５４には、水性ガスシフト反応手段５２で得られたＣＯ_２が送られる。尿素合成手段５４では、ＮＨ_３、及び、ＣＯ_２から（式（４）により）、尿素（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）が合成される。
ＣＯ_２＋２ＮＨ_３→ＣＯ（ＮＨ_２）_２＋Ｈ_２Ｏ・・・（４）
合成に必要な熱源として、膨張タービン４の排気の熱を用いることで、合成のための触媒を活性化（作動）させることができる。
得られたＣＯ（ＮＨ_２）_２は、例えば、植物の肥料として使用される。また、得られたＣＯ（ＮＨ_２）_２は、燃料や脱硝剤として使用することができる。

ＮＨ_３合成手段５３には、水性ガスシフト反応手段５２で得られたＨ_２が供給されるが、分岐路２６にＨ_２を分離する分離手段２８を設け、分岐路２６に分配されたＣＯ、Ｈ_２のうちの、Ｈ_２の一部（または全量）をＮＨ_３合成手段５３に供給することができる。また、尿素合成手段５４には、水性ガスシフト反応手段２２で得られたＣＯ_２が供給されるが、外部のＣＯ_２として、ＣＯ_２回収装置１４で回収されたＣＯ_２を尿素合成手段５４に供給することができる。

上述した化学品併産型の発電設備は、制御手段２７の指令により分配手段２５が制御され、ＣＯ、Ｈ_２の必要量が燃焼器５に送られ、複合発電設備１の運転により電力負荷を賄う運転が行われる。同時に、制御手段２７の指令により分配手段２５が制御され、ＣＯ、Ｈ_２の残りの量が分岐路２６に送られ、水性ガスシフト反応手段２２でＣＯ_２（Ｈ_２）を得て、ＮＨ_３合成手段５３でＨ_２とＮ_２からＮＨ_３を得て、尿素合成手段５４でＮＨ_３、及び、ＣＯ_２からＣＯ（ＮＨ_２）_２が合成される。

例えば、制御手段２７には、同じ電力系統に接続されている再生可能エネルギー発電設備の情報が入力され、再生可能エネルギー発電設備での発電量が足りない場合、石炭ガス化ガス（ＣＯ、Ｈ_２）を燃焼器５に多く分配して発電を優先し、再生可能エネルギー発電設備での発電量が十分な場合、石炭ガス化ガス（ＣＯ、Ｈ_２）を尿素製造装置５１に多く分配して化学製品としてのＣＯ（ＮＨ_２）_２の製造を優先する。

上述した化学品併産型の発電設備で得られたＣＯ（ＮＨ_２）_２を植物の肥料として使用することで、ＣＯ_２が植物に吸収されることになり、発電で生じたＣＯ_２を植物に固定させて循環させることができる。

上述した化学品併産型の発電設備では、石炭ガス化ガスの燃料成分であるＣＯ、Ｈ_２、及び、ＣＯ_２を用いて、尿素合成手段５４でＣＯ（ＮＨ_２）_２を合成することができる。この結果、発電により生じたＣＯ_２、及び、火力発電設備の石炭ガス化ガスを有効に利用してＣＨ_４を合成することが可能になる。また、排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガスからＣＯ_２回収装置１４で分離・回収されたＣＯ_２を用いてＣＯ（ＮＨ_２）_２を製造することができる。

そして、得られたＣＯ（ＮＨ_２）_２を植物の肥料として使用することで、ＣＯ_２を植物に吸収させて植物に固定させることができ、発電で生じたＣＯ_２を貯留することなく、しかも、環境に排出することなく、循環させることが可能になる。

従って、発電により生じたＣＯ_２、及び、火力発電設備の石炭ガス化ガスを有効に利用してＣＯ（ＮＨ_２）_２を合成することが可能になる。つまり、発電により生じたＣＯ_２を有効に再利用してＣＯ（ＮＨ_２）_２を合成し、ＣＯ_２の貯留の負担を大幅に軽減することができる。

図５に基づいて第５実施例を説明する。

図５には本発明の第５実施例に係る化学品併産型の発電設備の概略構成を示してあり、尿素（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）を化学品として製造する実施例である。第５実施例の化学品併産型の発電設備は、第４実施例に対して尿素製造装置の構成が異なっている。このため、第４実施例と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、複合発電設備１には、化学製品である尿素（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）を製造する化学品製造手段としての尿素製造装置５５が併設されている。尿素製造装置５５は、Ｈ_２、及び、Ｎ_２からＮＨ_３を合成するＮＨ_３合成手段５３と、ＮＨ_３、及び、ＣＯ_２からＣＯ（ＮＨ_２）_２を合成する尿素合成手段５４が備えられている。

即ち、石炭ガス化設備６から燃焼器５に燃料ガスを送る経路８には分離手段２８を介して分岐路２６が設けられ、分離手段２８では石炭ガス化ガスの燃料成分のＨ_２の一部が分離されて分配され、分岐路２６にはＨ_２が送られる。Ｈ_２の分配の割合は、制御手段２７の指令により制御される。

分離手段２８によって尿素製造装置５５に送られたＨ_２は、即ち、分岐路２６に分配されたＨ_２は、ＮＨ_３合成手段５３に供給される。また、ＮＨ_３合成手段５３には、酸素製造設備７でＯ_２が分離された後のＮ_２が送られる。
ＮＨ_３合成手段５３では、Ｈ_２、及び、Ｎ_２から（式（３）により）、ＮＨ_３が合成される。
Ｎ_２＋３Ｈ_２→２ＮＨ_３・・・（３）
合成に必要な熱源として、膨張タービン４の排気の熱を用いることで、合成のための触媒を活性化（作動）させることができる。

ＮＨ_３合成手段５３で得られたＮＨ_３は、尿素合成手段５４に送られる。また、尿素合成手段５４には、ＣＯ_２回収装置１４で回収されたＣＯ_２が送られる。尿素合成手段５４では、ＮＨ_３、及び、ＣＯ_２から（式（４）により）、尿素（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）が合成される。
ＣＯ_２＋２ＮＨ_３→ＣＯ（ＮＨ_２）_２＋Ｈ_２Ｏ・・・（４）
合成に必要な熱源として、膨張タービン４の排気の熱を用いることで、合成のための触媒を活性化（作動）させることができる。
得られたＣＯ（ＮＨ_２）_２は、例えば、植物の肥料として使用される。また、得られたＣＯ（ＮＨ_２）_２は、燃料や脱硝剤として使用することができる。

従って、上述した化学品併産型の発電設備では、発電により生じたＣＯ_２を有効に再利用してＣＯ（ＮＨ_２）_２を合成することができ、ＣＯ_２の貯留の負担を大幅に軽減することが可能になる。

図６に基づいて第６実施例を説明する。

図６には本発明の第６実施例に係る化学品併産型の発電設備の概略構成を示してあり、尿素（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）を化学品として製造する実施例である。第６実施例の化学品併産型の発電設備は、第４実施例に対して複合発電設備の構成が異なっている。このため、第４実施例と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、複合発電設備６１のガスタービン２は、圧縮機３、及び、膨張タービン４を備え、圧縮機３で圧縮された圧縮流体（空気）が燃焼器５に送られる。燃焼器５には、圧縮機３からの圧縮空気、及び、石炭ガス化設備（ガス化ガス製造手段）６からガス化ガス（石炭ガス化ガス）としての燃料ガス（ＣＯ、Ｈ_２）が供給される。膨張タービン４では燃焼器５からの燃焼ガスが膨張されて動力が回収され、発電機が駆動される。

膨張タービン４で仕事を終えた排気ガスの熱回収を行う排熱回収ボイラ１１が備えられ、排熱回収ボイラ１１で発生した蒸気は蒸気タービン１２に送られて動力が回収され、発電機が駆動される。蒸気タービン１２で仕事を終えた排気蒸気は、図示しない復水器で復水されて排熱回収ボイラ１１に循環される。

排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガスの排出経路１６には、ＣＯ_２分離手段としてのＣＯ_２回収装置１４が備えられ、ＣＯ_２回収装置１４でＣＯ_２が回収される。回収されたＣＯ_２は、尿素合成手段５４に供給される。ＣＯ_２が回収された後の排気は、必要な浄化処理が施されて煙突１７から大気に放出される。

従って、上述した化学品併産型の発電設備では、発電により生じたＣＯ_２を有効に再利用してＣＯ（ＮＨ_２）_２を合成することができ、ＣＯ_２の貯留の負担を大幅に軽減することが可能になる。尚、第６実施例の複合発電設備６１に第５実施例の尿素製造装置５５を併設することも可能である。

本発明は、化学品併産型の発電設備の産業分野で利用することができる。

１、３１、６１ 複合発電設備
２、３５ ガスタービン
３、３２ 圧縮機
４、３４ 膨張タービン
５、３３ 燃焼器
６ 石炭ガス化設備
７ 酸素製造設備
８、１３ 経路
１１、３６ 排熱回収ボイラ
１２、３７ 蒸気タービン
１４ ＣＯ_２回収装置
１６ 排出経路
１７、３８ 煙突
２１、４１ ＣＨ_４製造装置
２２、５２ 水性ガスシフト反応手段
２３ ＣＨ_４合成手段
２４ 貯蔵設備
２５ 分配手段
２６ 分岐路
２７ 制御手段
２８ 分離手段
５１、５５ 尿素製造装置
５３ ＮＨ_３合成手段
５４ 尿素合成手段

Claims (8)

1. ガス化燃料を得るガス製造手段と、
   前記ガス製造手段で製造されたガス化ガスを燃焼させて燃焼ガスを得る燃焼器と、
   前記燃焼器で得られた前記燃焼ガスを膨張させて動力を得る膨張タービンと、
   前記ガス化ガスの燃料成分が供給され、前記燃料成分、及び、ＣＯ_２を用いて化学品を製造する化学品製造手段とを備えた
   ことを特徴とする化学品併産型の発電設備。
2. 請求項１に記載の化学品併産型の発電設備において、
   前記膨張タービンの排気ガスが熱回収されて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
   前記排熱回収ボイラで発生した蒸気により駆動される蒸気タービンと、
   前記排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスからＣＯ_２を分離するＣＯ_２分離手段とを備え、
   前記化学品製造手段では、
   前記ＣＯ_２分離手段で分離されたＣＯ_２を用いて化学品が製造される
   ことを特徴とする化学品併産型の発電設備。
3. 請求項２に記載の化学品併産型の発電設備において、
   前記燃焼器にＯ_２含有ガスを供給する酸化剤供給手段と、
   前記排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスを前記燃焼器に供給する循環手段とを備えた
   ことを特徴とする化学品併産型の発電設備。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の化学品併産型の発電設備において、
   前記ガス製造手段で得られた前記ガス化ガスを、前記燃焼器、及び、前記化学品製造手段に分配する分配手段と、
   前記分配手段による分配の割合を制御する制御手段とを備えた
   ことを特徴とする化学品併産型の発電設備。
5. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の化学品併産型の発電設備において、
   前記化学品製造手段には、
   Ｈ_２が供給されると共に、前記ＣＯ_２分離手段で分離されたＣＯ_２が供給され、Ｈ_２、及び、ＣＯ_２からＣＨ_４を合成するＣＨ_４合成手段が備えられている
   ことを特徴とする化学品併産型の発電設備。
6. 請求項５に記載の化学品併産型の発電設備において、
   前記化学品製造手段には、
   Ｈ_２Ｏ、及び、前記ガス化ガスの燃料成分であるＣＯが供給され、Ｈ_２Ｏ、及び、ＣＯからＣＯ_２を得る水性ガスシフト反応手段が備えられ、
   前記ＣＨ_４合成手段には、
   前記水性ガスシフト反応手段で得られたＣＯ_２が合わせて供給される
   ことを特徴とする化学品併産型の発電設備。
7. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の化学品併産型の発電設備において、
   前記化学品製造手段には、
   Ｈ_２、及び、Ｎ_２が供給され、Ｈ_２、及び、Ｎ_２からＮＨ_３を合成するＮＨ_３合成手段と、
   前記ＮＨ_３合成手段で合成されたＮＨ_３、及び、前記ＣＯ_２分離手段で分離されたＣＯ_２が供給され、ＮＨ_３、及び、ＣＯ_２からＣＯ（ＮＨ_２）_２を合成する尿素合成手段とが備えられている
   ことを特徴とする化学品併産型の発電設備。
8. 請求項７に記載の化学品併産型の発電設備において、
   前記化学品製造手段には、
   Ｈ_２Ｏ、及び、前記ガス化ガスの燃料成分であるＣＯが供給され、Ｈ_２Ｏ、及び、ＣＯからＣＯ_２を得る水性ガスシフト反応手段が備えられ、
   前記尿素合成手段には、
   前記水性ガスシフト反応手段で得られたＣＯ_２が合わせて供給される
   ことを特徴とする化学品併産型の発電設備。
   

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