JP2862118B2 - 発電方法 - Google Patents

発電方法

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JP2862118B2
JP2862118B2 JP4329351A JP32935192A JP2862118B2 JP 2862118 B2 JP2862118 B2 JP 2862118B2 JP 4329351 A JP4329351 A JP 4329351A JP 32935192 A JP32935192 A JP 32935192A JP 2862118 B2 JP2862118 B2 JP 2862118B2
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明義 溝口
雄文 井上
正樹 飯島
義明 生田
道雄 中島
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はコンバインド・サイクル
発電方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、日本における火力発電としてはボ
イラにより生じた高温高圧のスチームでタービンを回転
させて発電するスチームタービンによる方法が主なもの
である。そのボイラ用油燃料としては主に重油や原油が
使用されている。それらの内、原油焚きの場合はワック
ス分が多くかつSOxの発生量の少ない低硫黄原油、例
えばミナス産原油や大慶産原油が公害防止の観点から好
んで使用されている。そのほか、最近では良質燃料であ
るLNGを用いたコンバインド・サイクル発電方法も採
用されている。
【0003】前記原油や重油のボイラ焚きおよびスチー
ムタービンによる発電では熱効率が約40%/HHV基
準(HHV:高位発熱量)と比較的低い。これに対し、
LNG焚きで採用されているコンバインド・サイクル発
電では圧縮機で圧縮した空気で燃料を燃焼させるか、あ
るいは該圧縮空気を燃焼熱で加熱させ、その高温高圧ガ
スでタービンを回転させて発電させ、さらにその排ガス
の熱エネルギをボイラで回収し、スチームタービンを運
転して再度発電する方法であり、熱効率が約48%/H
HV基準と高いことが特徴である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】石油の埋蔵量には限界
があり石油の消費量増大を抑制する見地から、発電に使
用する石油類の使用が国際的に制限されるようになっ
た。すなわち、発電に使用する石油消費量を現状で凍結
しなければならなくなっている。従って発電設備の老朽
化などにより設備を新設する際には、燃料使用量の増加
によらないで今後の電力需要増に対処するように熱効率
の高い発電方法への転換に迫られている。
【0005】また前記LNGによるコンバインド・サイ
クル発電では既に高熱効率による発電が行われている
が、LNGは貯蔵にコストがかかる関係上、原油に比べ
安定供給に不安を残している。
【0006】欧米では既に原油や残渣油をガスタービン
の燃料に使用している実績があるが、それらに含まれる
不純物のためトラブルが多く発生し、軽油やLNGを使
用する場合に比べ保守費用がかさむ問題点が指摘されて
いる。そしてガスタービンに使用する油燃料の不純物含
有量として、塩分を0.5ppm以下、硫黄分を0.0
5重量%以下、バナジウムを0.5ppm以下に制限す
ることが望ましいとされている。特に塩分とバナジウム
は相互に影響してガスタービンのブレード金属の溶融点
を低下させたり、灰分のブレードへの粘着の原因とな
る。硫黄分含量も同様にブレードの保護の観点から設定
されている。ボイラ焚き燃料として使用されている前記
ミナス産原油や大慶産原油のような低硫黄原油でも、こ
れらの基準を満足できず、発電装置をスクラップ・アン
ド・ビルドにより従来のボイラからより熱効率に優れる
コンバインド・サイクル発電に切り替えても、低硫黄原
油をガスタービン燃料としてそのまま転用できないとい
う問題がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題に
鑑み、低硫黄原油を熱効率のよいコンバインド・サイク
ル発電の燃料に使用する方法について鋭意検討した結
果、低硫黄原油中の硫黄分は比較的高沸点留分に多く、
また重金属分は蒸留残油に高濃度に濃縮されること、従
って低硫黄原油を単に高沸点留分と低沸点留分の二留分
に分離する簡易トッピングによりガスタービンの燃料に
適合する低沸点留分が容易に得られること、簡易トッピ
ングとコンバインド・サイクル発電を結合することによ
り、コンバインド・サイクル発電の排熱回収ボイラにお
ける発電には有効利用されにくい低位の熱エネルギを前
記簡易トッピングのための低硫黄原油の加熱に有効活用
でき、コンバインド・サイクル発電の省エネルギが一層
達成できること、さらに簡易トッピングのストリッピン
グ用ガスとしてトッピングする低硫黄原油から分離され
るメタン含有ガスを用いることにより、スチームストリ
ッピングに比べ排水処理の負荷が小さくなるなど有利で
あり、しかも低硫黄原油からガスタービン燃料を多く採
取できるとの知見を得て、本発明を完成することができ
た。
【0008】すなわち、本発明の第一は低硫黄原油をコ
ンバインド・サイクル発電の排熱回収ボイラで加熱し、
次いでストリッピング用ガスとして前記低硫黄原油から
分離されるメタン含有ガスを使用する簡易トッピングに
より低沸点留分と高沸点留分に分離し、得られた低沸点
留分を前記コンバインド・サイクル発電のガスタービン
の燃料に用いることを特徴とする発電方法であり、本発
明の第二は簡易トッピングに先立ち脱塩処理する場合、
脱塩処理に必要な低硫黄原油の加熱源として同じく前記
排熱回収ボイラの低位熱エネルギを利用することを特徴
とする発電方法に関するものである。
【0009】
【実施例】以下、本発明のコンバインド・サイクルによ
る発電方法を図1に示す典型的な実施態様例によってそ
の作用を説明する。図1では主要設備のみ示し付属設備
は省略してある。本発明においては、前記の脱塩処理工
程は必ずしも必須ではないが、設けることが好ましく、
その場合は脱塩処理に必要な熱エネルギをコンバインド
・サイクル発電の排熱回収ボイラから得ることができる
ので、省エネルギの観点から特に好ましい。図1はこの
ような脱塩処理工程5を設けた場合を示し、さらに図2
には脱塩処理工程5の詳細を示した。
【0010】本発明で用いられる低硫黄原油としては燃
焼排ガスの脱硫工程を簡略化できることから、できるだ
け硫黄含量の少ないものが好ましいことはいうまでもな
いが、通常硫黄含有量が1重量%以下、さらに好ましく
は0.5重量%以下の原油が用いられる。このような原
油としては前記のワックス分の多いミナス産原油や大慶
産原油等をあげることができる。このような原油に含ま
れるバナジウム量は通常0.4〜0.5ppmである。
これらの低硫黄原油としてミナス産原油は硫黄含有量が
約0.1重量%以下と少なく特に好ましい。
【0011】このような低硫黄原油を低硫黄原油タンク
4から脱塩処理工程5に送る前に排熱回収ボイラ2で加
熱する。加熱温度は脱塩処理工程5により静電式脱塩に
適する温度、例えば80〜150℃の範囲、さらに用い
る原油の粘度、比重において好ましい温度に加熱する。
加熱された低硫黄原油は図2に示す脱塩処理工程5の複
数のディソルータ51により淡水を用いて脱塩処理され
る。ディソルータは通常2〜3段で行われる。図2では
3段の場合を示している。ディソルータは加熱された原
油と淡水を混合し、例えば2万ボルト程度の静電圧を印
加して水滴を凝集させて分離するものであり、原油の粘
度を下げ、また水と原油の比重差による分離を容易にす
るため前記のように加熱する。このような原油の脱塩処
理技術自体は公知である。脱塩処理原油中の塩分含有量
はガスタービンのブレードの溶融点を低下させないよう
にできるだけ低い方が好ましいが、通常0.5ppm以
下、特に好ましくは0.3ppm以下に調整する。塩分
を含んだ排水は排水処理設備で処理され、脱塩処理原油
は次の簡易トッピングによる処理を受ける。
【0012】脱塩処理された低硫黄原油は図1の排熱回
収ボイラ2で第1簡易トッパ6の操業に必要な温度30
0〜350℃に加熱される。第1簡易トッパ6は基本的
には常圧で操業され、塔頂からガス留分が塔底からは塔
底油が得られる。また塔側からは重質ナフサ、灯油、軽
質軽油、重質軽油などに相当する留分を含む中間留分が
得られる。塔頂ガスは後記第2簡易トッパ8の塔頂ガス
と共に熱交換器10で冷却され、凝縮ドラム11で気液
分離される。分離されたガス分はメタンを主成分とする
炭素数1〜3の炭化水素類からなる。この一部は循環ブ
ロア12により後記第2簡易トッパ8の塔底にストリッ
ピング用ガスとして供給され、残りはガスコンプレッサ
13で圧縮されてガスタービン1に供給される。また凝
縮ドラム11に凝縮した留分は軽質ナフサに相当し、ガ
スタービン用燃料の一部に加えられる。第1簡易トッパ
6の塔側から得られる前記中間留分は第1ストリッパ7
により低沸点留分を第1簡易トッパ6に還流し、残りは
ガスタービン燃料とされる。第1簡易トッパ6の塔底油
は第2簡易トッパ8の塔底に供給され、同じく塔底に供
給される前記ストリッピング用ガスによりトッピングさ
れる。第2簡易トッパ8は前記メタンを主成分とするス
トリッピング用ガスにより常圧で運転され、また加熱源
は通常特に必要としない。第2簡易トッパ8の温度は通
常300〜360℃である。第2簡易トッパ8で高度に
濃縮された塔底油は沸点が約900〜950°Fであ
り、比較的硫黄含有量が多く、またバナジウムをはじめ
とする重金属を濃縮して含み、さらに脱塩処理工程5を
経ていない場合は塩分も濃縮されて含むので、ガスター
ビンのブレードの保護等の観点からガスタービン燃料と
しては使用されず、ボイラの燃料などに用いる。
【0013】第2簡易トッパ8の塔側から得られる留分
は第2ストリッパ9で還流ガス分を分離され、それを除
いた重油相当留分はガスタービン1用燃料に加えられ
る。
【0014】低硫黄原油から図1の2段の簡易トッピン
グによりガスタービン1の燃料として前記のような基準
を満たす低沸点留分の得られる割合は使用原油の種類、
簡易トッパの操業条件、ストリッピングガスの使用条件
などにより異なるが、典型的な大慶原油を例にとると約
30〜40VOL%の範囲であり、沸点範囲では約80
0〜900°F以下の留分である。ガスタービンに使用
されない高沸点留分(等底油)は前記のように従来の発
電用ボイラ燃料としては支障ないものであり、スチーム
タービンによる発電に従来どおり寄与する。
【0015】また本発明においては、前記により得られ
る第2簡易トッパ8の塔底油を除く各低沸点留分は積極
的には冷却されることなく、高温度のままガスタービン
1に供給されることが好ましい。これにより、本発明と
は異なり別の工程で得られた常温の燃料を用いる場合に
比べ、燃料を前記温度まで加熱するのに必要な熱量だけ
ガスタービン1の発電効率(熱効率)を向上させること
ができる。しかもその燃料の加熱に必要な熱エネルギは
本発明によればもともと同じガスタービンの排熱回収ボ
イラより得るものであり、通常では発電に寄与し得ない
比較的低位の(低温の)熱エネルギを活用できることか
ら省エネルギの観点より大きな利点である。低硫黄原油
より別工程で製造されたガスタービン燃料を用いる場合
は分留された燃料は一旦冷却してタンクに貯蔵され、あ
るいは貯蔵中に冷却され、その後発電設備に運ばれるた
め、分留に必要な熱エネルギをガスタービン1で生かす
ことができない。
【0016】また図1のように脱塩処理と簡易トッピン
グをコンバインド・サイクル発電と組み合わせることに
より、これらを別々の工程で行う場合に比べ、各々の工
程に必要な熱エネルギが無駄なく次の工程に利用される
ので、全体的には一定燃料当たりの発電量の向上により
大きく寄与する。
【0017】本発明による発電熱効率として第2簡易ト
ッパ8の塔底油を従来のボイラで用いる場合の総合熱効
率でみると、簡易トッピングの分留割合にもよるが、全
量をボイラで焚いた場合の熱効率約40%/HHV基準
と全量のコンバインド・サイクル発電に用いた場合の熱
効率約48%/HHV基準の中間にあり、例えば前記大
慶原油の場合は約44〜46/HHV基準にまで向上で
きる。しかも、ガスタービン1の燃料としての好ましい
品質を有する留分を用いるので、ガスタービンの保守・
点検、ブレードの交換頻度などの観点からも極めて有利
である。
【0018】前記簡易トッピングに用いるストリッピン
グガスとしては、通常スチームが用いられる。しかし、
スチームを用いるスチームストリッピングではその熱エ
ネルギが凝縮により失われるため、省エネルギの観点か
ら不利であるばかりでなく、凝縮水に原油成分が混入
し、多量の排水に対し困難な水処理が必要になる。また
簡易トッピングを減圧下で行う方法も採用されている。
しかし、減圧には通常スチームが使用され、スチームス
トリッピングと同様の不利な点があるほか、減圧のため
に装置の建設費がかさむ。これらに比べ、本発明により
メタンを含有するストリッピングガスを使用することに
より、もともと原油中に含まれるそれらのガス成分を使
用でき、しかも熱ロスが殆どなく、前記循環ブロア12
に必要な程度の動力で運転でき、さらに排水処理の点も
大幅に軽減されることとなり、工程も大幅に簡略化され
る利点がある。なお、メタン含有ガスを用いて原油など
の油を分留する方法は公知である(特開昭61−133
289号公報)。
【0019】
【発明の効果】以上詳細に述べたように、低硫黄原油を
ガスタービンに供給するに際し、本発明により排熱回収
ボイラの低位の熱エネルギで低硫黄原油を加熱し、また
メタンを主成分とするガスをストリッピングガスとして
簡易トッピングし、得られる低沸点留分を高温のままガ
スタービンの燃料として供給することにより、低コスト
で低硫黄原油からガスタービンに適した燃料をより多く
採取でき、熱効率よく発電することができる。これは省
エネルギのみならず、発電に伴う発生するCO2による
地球温暖化防止やSOxなどの有害物質の発生抑制の観
点からも極めて有利である。本発明にいて脱塩処理工程
を結合させることにより、上記効果はさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるプロセスの説明図。
【図2】本発明が適用される脱塩処理工程の説明図。
フロントページの続き (72)発明者 生田 義明 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三菱重工業株式会社本社内 (72)発明者 中島 道雄 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三菱重工業株式会社本社内 (72)発明者 柴田 正俊 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三菱重工業株式会社本社内 (56)参考文献 特許2554230(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01K 23/10 F02C 7/22 H02P 9/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低硫黄原油をコンバインド・サイクル発
    電の排熱回収ボイラで加熱し、次いでストリッピング用
    ガスとして前記低硫黄原油から分離されるメタン含有ガ
    スを使用する簡易トッピングにより低沸点留分と高沸点
    留分に分離し、得られた低沸点留分を前記コンバインド
    ・サイクル発電のガスタービンの燃料に用いることを特
    徴とする発電方法。
  2. 【請求項2】 低硫黄原油をコンバインド・サイクル発
    電の排熱回収ボイラで加熱して静電式脱塩処理により塩
    分含有量を低下させ、得られた高温度の低硫黄原油をさ
    らに排熱回収ボイラで加熱して簡易トッピングにより低
    沸点留分と高沸点留分に分離することを特徴とする請求
    項1記載の発電方法。
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JP2009228475A (ja) * 2008-03-19 2009-10-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン発電システム
HUE042729T2 (hu) * 2009-08-31 2021-11-29 Gunnerman Rudolf W Nem frakcionális eljárás alacsony forráspontú üzemanyag elõállítására kõolajból vagy annak frakcióiból
JP5781562B2 (ja) * 2013-05-29 2015-09-24 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン発電システム
CN111662740B (zh) * 2020-06-16 2021-08-27 敏云信息科技有限公司 在船舶上加工油品的方法及系统

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