JP4509267B2 - 石油燃料燃焼複合発電設備及びその方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石油燃料燃焼複合発電設備及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油燃料を燃焼して発電する複合発電は、燃料ガスを燃焼させて得た燃焼ガスによりガスタービンを回して発電を行うと共に、ガスタービンの高温排ガスから排熱を回収して蒸気を発生し、蒸気タービンを回して発電を行うものであり、高位発熱量換算で４９％程度の熱効率が達成されており、エネルギーの有効利用が可能である。
【０００３】
このような複合発電を行う発電設備とガスタービン燃料油を製造する燃料製造設備とを組み合わせた技術は既に特開平９−１８９２０６号公報などに記載されている。例えば前記公報には燃料製造設備で原油を蒸留して低沸点留分と高沸点留分とに分離し、低沸点留分をポンプによって燃料油タンクに送り、このタンクから燃料油を輸送ラインを介して発電設備のガスタービン設備の燃焼器に送ってガスタービンを駆動し、一方、高沸点留分は蒸気タービン用のボイラー燃料として利用することが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで原料油の１単位の熱量からできるだけ多くの電力を取り出すためには、原料油から高い割合でガスタービン用の軽質油を搾り取ることが必要である。しかしながら高い割合で軽質油を抽出すると、後に残った残渣油は高粘度であり、また例えばバナジウムなどの重金属、硫黄分といった不純物の含有量も多くなる。
【０００５】
ここで上述のような重金属を多量に含有した残渣油をボイラー燃料として利用する場合、ボイラーにおけるバーナーの火炎温度は１３００℃程度となるため、残渣油中に含まれるバナジウム等の不純物の溶解温度を越えることとなり、その溶解不純物の中でも特にボイラー内部の金属表面に付着する溶解バナジウムは高温腐食の原因となる。従って例えばバナジウムを１００ｐｐｍ以上含むような不純度の高い残渣油をボイラー燃料として利用するには、部分的に高温部が生じないような構造とし、また大きな火炉容積とすると共にマグネシウム等の中和剤を混合させて燃焼したりする必要があり、特殊な構造のボイラー燃焼炉を用意する必要が生じるため例えば運転費、建設費の増加といったコスト的な問題が発生する。
【０００６】
更にこの残渣油のボイラー発電効率は一般のガスタービン発電に比べて低い４０％以下しか得ることができないため、原料油から得られる軽質油をガスタービン発電燃料として用い、残渣油（重質油）をボイラー発電燃料として用いるようにしてもこれらの発電システムを組み合わせたときの総合効率は４４％から４８％程度にしかならない。
【０００７】
本発明はこのような事情に基づきなされたものであり、その目的は原料油を効率的に利用して発電を行う石油燃料燃焼複合発電設備及びその方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る石油燃料燃焼複合発電設備は、原油及び重油の少なくとも一方からなる原料油を軽質分と重質分とに分離する蒸留手段と、前記重質分を軽質分である脱瀝油と残渣である重質分とに分離する溶剤脱瀝手段と、前記蒸留手段及び溶剤脱瀝手段で得られた軽質分を精製してガスタ−ビン用燃料油を得る精製手段と、を備えた燃料製造設備と、
前記溶剤脱瀝手段にて得られた重質分をガス化して水素ガス及び一酸化炭素ガスを含む合成ガスを製造するガス化設備と、
前記ガスタ−ビン用燃料油と前記合成ガスとを燃料としてガスタ−ビンを駆動して発電するガスタービン発電設備と、
ガスタービン排ガスから回収した熱により発生した水蒸気により蒸気タービンを駆動して発電する蒸気タービン発電設備と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このような構成とすることで、原料油の軽質分からガスタービン用燃料油を製造すると共に原料油の重質分から合成ガスを製造し、夫々をガスタービン燃料として用いた発電を行うことができるので、一単位当たりの原料油を殆ど無駄なく利用した発電効率の高い発電設備が構築できる。
【００１０】
更に燃料製造設備は、ガスタービン用燃料油を貯蔵するタンクを備えるように構成することが好ましく、このような構成において前記ガスタービン発電設備にガス化設備で得られた合成ガスをガスタービン発電燃料の基礎燃料として連続的に供給すると共にガスタービン用燃料油を発電量調整用の補助燃料として前記タンクから供給することで、幅広い電力需要に対応することができる。この場合、前記ガスタービン発電設備で得られる発電容量が前記ガス化設備で得られる合成ガスの全量を用いて発電する規模よりも大きくなるような構成とすると有効である。
【００１１】
またガスタービン発電設備は例えば燃料油と合成ガスとを混合燃焼させる設備とすることができる。
【００１２】
ここでガスタービン発電設備は、ガスタービンに接続され、ガスタービンの燃焼器に供給するための加圧空気を得る圧縮タービンを利用し、この圧縮タービンで得られた加圧空気により重質分を部分酸化するようにしてもよい。また前記加圧空気の一部から酸素を深冷分離する酸素分離装置を設け、この酸素分離装置で得られた酸素により部分酸化するようにしてもよい。また圧力スイング吸着法を用いて空気から酸素を分離し、この酸素を部分酸化して合成ガスを得るようにしてもよい。
【００１３】
更に前記ガス化設備では前記蒸留手段で得られた重質分を更に溶剤脱瀝手段で分離して残渣である重質分を得、これを水に均一分散させた水スラリー燃料を用いて合成ガスを製造するようにしてもよい。
【００１４】
上述したような装置は、本発明に係る石油燃料燃焼複合発電方法の実施に適用することが可能であり、同方法は例えば、原油及び重油の少なくとも一方からなる原料油を蒸留分離して軽質分と軽質分の残りである重質分とに分離すると共に前記重質分に対して溶剤脱瀝分離を行い、軽質分である脱瀝油と残渣である重質分とに分離する分離工程、及びこの分離工程で得られた軽質分を精製してガスタービン用の燃料仕様を満足するガスタービン燃料油を得る精製工程と、を含む燃料製造工程と、
前記分離工程で得られた重質分を部分酸化反応によりガス化して水素ガス及び一酸化炭素ガスを含む合成ガスを製造するガス化工程と、
前記ガス化工程で得られた合成ガスをガスタービン発電設備の基礎燃料として供給するとともに、前記燃料製造工程で得られた軽質分を発電要求量に応じた発電量調節用補助燃料として供給して発電するガスタービン発電工程と、
前記ガスタービン発電工程で得られた高温排ガスにより発生した水蒸気により発電する蒸気タービン発電工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
そして前記燃料製造工程で最終的に得られる重質分が、１４０℃を越える軟化点の場合には重質分と水とを均一に分散した水スラリー燃料とし、１１０℃を越え１４０℃未満の軟化点の場合にはエマルジョン燃料とし、１１０℃未満の軟化点の場合にはそのままを高温状態でガス化工程に供給し、部分酸化することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示す説明図である。その概略を説明すると先ず原料油１は、燃料油製造設備２０の分離手段２により軽質分と重質分とに分離され、この軽質分から水素化処理装置３１により燃料油（軽質精製油）３０が得られる。燃料油３０は一旦中間タンク３２に貯蔵され、必要に応じてガスタービン燃料として発電設備７のガスタービン発電設備５へと供給される。一方の重質分はガス化設備４を経てガス化され、ここで得られる合成ガス５０もガスタービン燃料として利用される。このように本実施の形態は原料油の実質全てをガスタービン燃料として利用可能なシステムを構成したものである。
【００１７】
次に本実施の形態の各部について詳述する。原料油１としては原油若しくは重油の何れでもよいし、原油及び重油を混合したものでもよいが、ここでいう重油には常圧残渣油や減圧残渣油も含まれる。また本実施の形態では不純物が比較的少なく、ガスタービン燃料を多量に回収することができる原料油例えば中東軽質原油（Arabian Extra Light）を用いたものとして説明を行う。原料油は先ず図示しない脱塩処理部にて脱塩処理される。この処理は、原料油と水とを混合し、水相に塩分、泥分を移行させるもので、結果としてガスタービンに悪影響を及ぼすアルカリ金属を除去する。脱塩処理された原料油１は分離手段２へと送られる。
【００１８】
分離手段２で原料油１は先ず蒸留手段である常圧蒸留塔２１にて沸点の高低により例えば３４０℃〜３７０℃よりも沸点の低い軽質油（常圧軽質油）２２と沸点がそれを越える常圧残渣油２３とに分離され、常圧残渣油２３は図示しない加熱炉にて所定の温度まで加熱された後、蒸留手段である減圧蒸留塔２４にて常圧残渣油の中でも軽い成分である例えば常圧沸点が５６５℃よりも低い減圧軽質油２５と、重い成分である減圧残渣油（重質分）２６とに分離される。
【００１９】
本実施の形態で用いたような比較的良質な原料油では、減圧残渣油２６から更に溶剤脱瀝手段（溶剤抽出手段）２７で軽質分である脱瀝油２８と残渣である重質分２９とに分離することができる。この分離は、例えば塔の上部及び下部から夫々減圧残渣油２６及び溶剤を供給してこれらを向流接触させ、減圧残渣油２６中の軽質分と重質分とを溶剤に対する溶解度の違いにより分離することで行われ、こうして得られた軽質分である脱瀝油２８は減圧軽質油２５と共に軽質油２２に混合されて精製手段である水素化処理装置３１へと供給される。上述のような工程等により軽質分を可能な限り回収する分離手段２は深絞りと呼ばれ、例えば原料油１から分離手段２全体で８０Vol％近くもの軽質分が燃料油として回収される。従って多量の軽質分を回収された残渣である重質分２９は高粘性であり、例えばピッチ軟化点が１４０℃以上の固体ピッチとして得られることとなる。
【００２０】
水素化処理装置３１では、先ず上述の混合がなされた後の軽質油２２と図示しない水素プラントから送られる加圧された水素ガスとを触媒層を通過させ、前記軽質油２２の炭化水素分子中に入り込んだ微量の金属分、硫黄及び窒素などの脱不純物処理が行われる。脱不純物処理のなされた軽質油（軽質精製油）２２は常温液状であり、燃料油３０として中間タンク３２に貯蔵され、必要に応じてガスタービン発電設備５へと供給される。
【００２１】
なお、ここで述べる燃料油３０は「特許請求の範囲」の記載におけるガスタービン用燃料油、またはガスタービン用の燃料仕様を満足する軽質分に相当するものである。
【００２２】
一方、重質分２９はガス化設備４に送られる。重質分２９はそのまま通常の温度ではハンドリング（貯蔵・移送）することが困難なため、先ず前処理部４１にて水スラリー化が行われる。前処理部４１は例えば冷却され固体ピッチとなっている重質分２９をミキサーで粉砕し、これに水及び分散剤を加えて水スラリー化を行う溶剤脱瀝残渣−水スラリー（Ｒｅｓｉｄｕｅ−Ｗａｔｅｒ Ｍｉｘｔｕｒｅ；以下ＲＷＭと称する）装置にて行われる。
【００２３】
そしてＲＷＭ装置にて粘度調整のされたスラリー４０は、部分酸化装置４２にてガス化される。図２は部分酸化装置４２の一例を簡略化して示す図である。この装置では、スラリー４０と高圧蒸気とを予め加熱し酸素と共に反応炉４３内に噴射し、例えば１２００℃〜１５００℃、２〜８５Ｋｇ／ｃｍ2のプロセス条件で部分酸化反応によりＣＯ（一酸化炭素）ガスとＨ2（水素）ガスとを主成分とするガスとスラグとに分離する。ここで得られるガスは先ず反応炉４３の下部側の急冷室にて水により例えば２００〜２６０℃まで急冷され未反応炭素の大部分が除去される。次いでこのガスは洗浄塔４４に送られて僅かに残っている未反応炭素が完全に除去され、熱交換器４５にて常温まで冷却される。そして酸性ガス吸収塔４６にてＨ2Ｓを選択的に吸収し、ＣＯ2などの酸性ガスも一部吸収され、ガスタービン燃料として利用可能な純度の高いＣＯガスとＨ2ガスとからなる合成ガス５０が取り出される。またガス化設備４と発電設備７との間には、必要に応じて合成ガス５０の圧力を減圧する図示しないエキスパンダーが介設されている。
【００２４】
部分酸化装置４２に用いられる酸素は、酸素分離装置６２にて空気から分離された酸素が用いられる。この酸素分離装置６２は、部分酸化装置４２にて例えば１００００Ｎｍ3／ｈを越える酸素量を要求される大規模装置では空気深冷分離装置が用いられる。この装置は空気を超低温で液化し、これを分留することで酸素（Ｏ2）ガスと窒素（Ｎ2）ガスとに分離するもので、高純度の酸素ガスを得るのに適した装置である。そして酸素分離装置６２にて用いられる空気は、後述するガスタービンの燃焼に用いられる加圧空気が利用される。
【００２５】
次に発電設備７の一例について図３及び図４を参照しながら説明する。発電設備７は、例えば図３に示すようにガスタービン（膨張タービン）７１及び蒸気タービン７４を組み合わせたコンバインドサイクル発電システムとして構成されており、ガスタービン７１と同軸で回転する圧縮タービン７０ａにより空気を加圧し、この加圧空気を燃焼器７０に供給してガスタービン燃料を燃焼させ、この燃焼ガスによりガスタービン７１を駆動して、発電機７２から電力が取り出される。
【００２６】
ここで圧縮タービン７０ａにて圧縮された加圧空気は、燃焼器７０に入る前に、分岐された配管により前述の酸素分離装置６２へと供給される。即ち酸素分離装置６２では加圧された空気が必要であるが、圧縮タービン７０ａはガスタービン発電設備５の燃焼器７０の燃焼を行うために例えば２０〜３０Ｋｇ／ｃｍ2程度の加圧空気を供給しており、この加圧空気の一部を酸素分離装置６２にも供給している。
【００２７】
一方このガスタービン７１から排出された高温排出ガスは排熱回収ボイラー７３に供給され、排ガスの熱により水蒸気を発生させる。この水蒸気により蒸気タービン７４が駆動され、発電機７５から電力が取り出される。なお図３では２軸駆動の例を挙げてあるが、両タービン７１，７４で共通の軸を駆動する１軸駆動としてもよい。
【００２８】
ここで燃焼器７０、圧縮タービン７０ａ、ガスタービン７１及び発電機７２はガスタービン発電設備５を構成するものであり、排熱回収ボイラ７３、蒸気タービン７４及び発電機７５は蒸気タービン発電設備５ａを構成するものである。
【００２９】
図３ではガスタービン発電設備５は便宜上１台のガスタービン７１を記載してあるが、実際には例えば１００％出力で運転する複数のガスタービンの稼動数を、需要電力量に応じて切り替えることで発電量の増減が可能な構成となっている。
【００３０】
上記図３の実施の形態は、液体である燃料油３０と気体である合成ガス５０とを一つのガスタービン７１に同時に供給し混合燃焼している例であり、同様のガスタービン７１を複数設けて発電容量を増加することもできる。
【００３１】
また、発電容量を増加する場合には他の形態とすることもできる。すなわち、図４に示すように合成ガス５０を燃料とするｍ台のガスタービンＧＴＡ１〜ＧＴＡｍと、燃料油３０を燃料とするｎ台のガスタービンＧＴＢ１〜ＧＴＢｎとを用意し、前者のガスタービンＧＴＡ１〜ＧＴＡｍをベースロード用つまり常時出力用として駆動すると共に、後者のガスタービンＧＴＢ１〜ＧＴＢｎを、常時出力分では負荷に追従できないときに出力を補うための補充出力用として駆動するように構成している。
【００３２】
次に上述実施の形態の全体の作用について述べる。原料油に基づいて既述のようにして得られた合成ガス（ＣＯ＋Ｈ2）は、圧力を調整して、配管を通ってガスタービンＧＴＡ１〜ＧＴＡｍに供給され、発電が行われる。合成ガスは基礎燃料として用いているので、電力需要の多少にかかわらず常時ガスタービンＧＴＡ１〜ＧＴＡｍに供給され、例えば夜間等の電力需要が少ないときでも供給される。ここでこの実施の形態では、原料油の６０〜８０vol％程度がガスタービン燃料油として製造されるので、合成ガスだけを基礎燃料とした小規模発電では良いが、大規模発電とする場合には電力供給が追いつかないため、燃料油の一部を発電量調整用の補助燃料として使用する。そして電力需要の変動に応じて中間タンク３２から燃料油をガスタービンＧＴＢ１〜ＧＴＢｎのうちの必要な台数に対応するガスタービンに供給して発電量を確保し、こうして小規模から大規模発電に対応するとともにピーク需要時においても電力の供給が安定して行われる。
【００３３】
これまで述べてきたように本発明に係る実施の形態によれば、原料油１から軽質分を分離してガスタービン燃料油を得ると共に、重質分をガス化して合成ガスを得、これをガスタービン燃料として用いているので、一単位当たりの原料油をほとんど無駄なくガスタービン発電燃料として利用することができ、高い発電効率が得られると共に、殆ど廃棄物が副生しないので環境にやさしいシステムでもある。
【００３４】
また合成ガス供給ノズルを用いる燃焼器と燃料油供給ノズルを用いる燃焼器とを合わせ持つガスタービンを複数台組み合わせて発電設備を構成し、貯蔵が困難な合成ガスの全部をベースロード発電用の燃料とする一方、合成ガスだけでは供給しきれない電力分を、中間タンクに貯蔵可能なガスタービン燃料油に基づいて発電させ、結果としてガスタービン燃料油を例えばピーク時の発電燃料として適宜利用できるように構成しているので、幅広い電力需要への対応が可能である。更に部分酸化装置４２に酸素を供給する酸素分離装置６２は低温プロセスを伴うために一般的に頻繁な起動・停止が行いにくく、連続運転が適しているという特性があり、また部分酸化装置４２における反応炉４３を構成するレンガは温度の上下が頻繁であると割れやすいのでこうした事情から合成ガス５０を基礎燃料として用いることが有利である。
【００３５】
また空気深冷分離装置は、ガス状高濃度酸素の製造を目的とする場合例えば最低５Ｋｇ／ｃｍ2程度の加圧された空気が必要であるが、本願ではガスタービンへの加圧空気供給用の圧縮タービン７０ａを、酸素分離装置への加圧空気を供給する手段として併用しているので加圧手段を別途設ける必要がなく、エアコンプレッサは高価であることから、設備投資上有利である。ところで酸素分離装置６２には、空気深冷分離装置以外にも例えばＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）法を用いた酸素製造装置を使用することもできる。この酸素製造装置は部分酸化に必要な酸素量が１００００Ｎｍ3／ｈ以下の場合に適しており、圧力スイング吸着法により窒素吸着剤を用いて窒素を吸着することで酸素ガスを空気から分離する装置である。この場合にも加圧空気が必要であることから前記圧縮タービン７０ａを併用することが有利である。
【００３６】
なお本実施の形態では比較的良質な中東軽質原油を原料油１として、分離手段２を深絞りと呼ばれる方法により行う場合を例にとって説明したが、原料油１の質例えばバナジウムやニッケルといった不純物の含有量により分離手段２で抽出できる軽質分の比率が変動する。現状では、バナジウムがガスタービンのタービンブレードを損傷させるので、水素化処理の精製油のバナジウム含有量を一定値以内に抑えようとすると、原料油のバナジウムの含有量に応じて軽質分の分離比率を変える（絞りの程度を変える）必要がある。従って絞り方の程度により重質分（残渣分）の粘性等の性状も変わるため、その性状に応じて残渣分の前処理の方法を選定する必要がある。即ち、原料油の種類に応じて原料油からの軽質油の回収率を制御し、結果として軽質油の残りである重質油の回収率も異なる。
【００３７】
本発明においては、上記の燃料製造工程で得られる重質油をガス化工程の燃料とするが、重質油の性状に応じて前処理を行う。具体的には、重質油のピッチ軟化点が１４０℃を越える場合には、重質油を粉砕して水と分散剤等により均一に分散混合した水スラリー燃料とし、ピッチ軟化点が１１０℃を越え１４０℃以下である場合には、重質油を溶融状態で乳化剤等と均一混合したエマルジョン燃料とし、更に軟化点が１１０℃以下の重質油では前処理は行わず高温状態で流動性を維持してガス化工程の燃料として供給する。
【００３８】
例えば原料油１に中東中質原油（Arabian Light）を用いるとガス化設備４に送られる重質分２９の軟化点が１１０℃以上１４０℃以下程度（中程度の絞り）となるので、このような場合には前処理をエマルジョン方式により行うことで重質分２９をエマルジョン燃料化してもよい。また例えば原料油１に中東重質原油（Arabian Heavy）を用いると重質分２９が３００℃で３０ｃＳｔ以下、軟化点が１１０℃以下（浅絞り）となり、この場合には、当該重質分２９を加熱して高温状態を維持し、図１中Ａの点線に示すように流動性を維持したまま前処理工程を経ることなしに部分酸化装置４２に送ることも可能である。
【００３９】
またガスタービン発電設備５におけるガスタービンは、燃焼器本体に燃料油供給ノズル及び合成ガス供給ノズルの両方を設け、合成ガスの供給を常時行い、必要に応じて燃料油の供給を行う構成としてもよい。
【００４０】
本発明において実質的全量とは、分離手段、精製手段、ガス化手段等の各処理工程における微量減少分の他、設備自体の運転に使用する自己消費分を除く全量である。
【００４１】
本発明における部分酸化装置４２は、上記の説明では部分酸化用に酸素濃度をほぼ１００％とした純酸素を用いた例で説明したが、酸素濃度が３０％の空気を用いても、またその中間の酸素濃度を高くした酸素富家空気のいずれをも利用することができる。
【００４２】
空気を用いる場合には、高価な酸素分離装置６２が不要になり設備が簡素化できるとともに経済的にも有利となり好ましい。
【００４３】
【実施例】
(実施例１)
重金属分が１１ｐｐｍである中東軽質原油の常圧残渣油１００００ｂｂｌ／Ｄを原料油として既述の実施の形態の設備を用いて燃料の製造を行ったところ、８４vol％の精製油を回収した。この精製油はタンクに一次貯蔵され電力のピーク需要時におけるガスタービン燃料油として利用し、一方の重質分（残渣分）から得られた１３vol％の石油ピッチは軟化点が１５０℃と高いため水スラリー化され、部分酸化装置で合成ガス化してガスタービン発電システムの基礎燃料として利用する。ガスタービン燃料油を用いたガスタービンはガスタービン燃料高温排熱回収ボイラーと組み合わせてコンバインドサイクル発電を行うようにすると、発電規模は基礎燃料のみでは３０ＭＷ程度であるが、ガスタービン燃料油との組合せで最大時で３３０ＭＷの発電が可能である。
(実施例２)
重金属分が３２ｐｐｍである中東中質原油の常圧残渣油１００００ｂｂｌ／Ｄを原料油として既述の実施の形態の設備を用いて燃料の製造を行ったところ、７６vol％の精製油を回収した。この精製油はタンクに一次貯蔵され電力のピーク需要時におけるガスタービン燃料油として利用し、一方の重質分（残渣分）から得られた２１vol％の石油ピッチは軟化点が１３０℃と低いため水スラリー化には不適であり、ミキサーによりエマルジョン化し部分酸化装置で合成ガス化してガスタービン発電システムの基礎燃料として利用する。そして実施例１と同様にコンバインドサイクル発電を行うようにすると、発電規模は基礎燃料のみでは５０ＭＷ程度であるが、ガスタービン燃料油との組合せで最大３２０ＭＷの発電が可能である。
(実施例３)
重金属分が１１０ｐｐｍである中東中質原油の常圧残渣油１００００ｂｂｌ／Ｄを原料油として既述の実施の形態の設備を用いて燃料の製造を行ったところ、６６vol％の精製油を回収した。この精製油はタンクに一次貯蔵され電力のピーク需要時におけるガスタービン燃料油として利用し、一方の重質分（残渣分）から得られた３２vol％の石油ピッチは軟化点が８０℃且つ粘度が２４ｃＳｔ＠３００℃と高温状態で輸送が可能であるため、保温状態を維持しつつ直接部分酸化装置に送り、合成ガス化してガスタービン発電システムの基礎燃料として利用する。そして実施例１と同様にコンバインドサイクル発電を行うようにすると、発電規模は基礎燃料のみでは７０ＭＷ程度であるが、ガスタービン燃料油との組合せで最大３１０ＭＷの発電が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、廃棄物の副生を抑え、原料油のほとんど全てが発電に転換でき、電力の需要に応じた運転に追従できると同時に高い効率で発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための設備の一例を示す説明図である。
【図２】ガスタービンを用いた発電装置の構成について他の一例を示す説明図である。
【図３】図１に示す部分酸化装置４２の一例について示した説明図である。
【図４】ガスタービンを用いた発電装置の構成の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 原料油
２ 分離手段
２２ 軽質油
２９ 重質分
３０ 燃料油
３１ 水素化処理装置
３２ 中間タンク
４ ガス化設備
４１ 前処理部
４２ 部分酸化装置
５ ガスタービン発電設備
５ａ 蒸気タービン発電設備
６２ 酸素分離装置
７ 発電設備
７０ 燃焼器
７０ａ 圧縮タービン
７１ ガスタービン
７４ 蒸気タービン
【発明の属する技術分野】
本発明は石油燃料燃焼複合発電設備及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油燃料を燃焼して発電する複合発電は、燃料ガスを燃焼させて得た燃焼ガスによりガスタービンを回して発電を行うと共に、ガスタービンの高温排ガスから排熱を回収して蒸気を発生し、蒸気タービンを回して発電を行うものであり、高位発熱量換算で４９％程度の熱効率が達成されており、エネルギーの有効利用が可能である。
【０００３】
このような複合発電を行う発電設備とガスタービン燃料油を製造する燃料製造設備とを組み合わせた技術は既に特開平９−１８９２０６号公報などに記載されている。例えば前記公報には燃料製造設備で原油を蒸留して低沸点留分と高沸点留分とに分離し、低沸点留分をポンプによって燃料油タンクに送り、このタンクから燃料油を輸送ラインを介して発電設備のガスタービン設備の燃焼器に送ってガスタービンを駆動し、一方、高沸点留分は蒸気タービン用のボイラー燃料として利用することが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで原料油の１単位の熱量からできるだけ多くの電力を取り出すためには、原料油から高い割合でガスタービン用の軽質油を搾り取ることが必要である。しかしながら高い割合で軽質油を抽出すると、後に残った残渣油は高粘度であり、また例えばバナジウムなどの重金属、硫黄分といった不純物の含有量も多くなる。
【０００５】
ここで上述のような重金属を多量に含有した残渣油をボイラー燃料として利用する場合、ボイラーにおけるバーナーの火炎温度は１３００℃程度となるため、残渣油中に含まれるバナジウム等の不純物の溶解温度を越えることとなり、その溶解不純物の中でも特にボイラー内部の金属表面に付着する溶解バナジウムは高温腐食の原因となる。従って例えばバナジウムを１００ｐｐｍ以上含むような不純度の高い残渣油をボイラー燃料として利用するには、部分的に高温部が生じないような構造とし、また大きな火炉容積とすると共にマグネシウム等の中和剤を混合させて燃焼したりする必要があり、特殊な構造のボイラー燃焼炉を用意する必要が生じるため例えば運転費、建設費の増加といったコスト的な問題が発生する。
【０００６】
更にこの残渣油のボイラー発電効率は一般のガスタービン発電に比べて低い４０％以下しか得ることができないため、原料油から得られる軽質油をガスタービン発電燃料として用い、残渣油（重質油）をボイラー発電燃料として用いるようにしてもこれらの発電システムを組み合わせたときの総合効率は４４％から４８％程度にしかならない。
【０００７】
本発明はこのような事情に基づきなされたものであり、その目的は原料油を効率的に利用して発電を行う石油燃料燃焼複合発電設備及びその方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る石油燃料燃焼複合発電設備は、原油及び重油の少なくとも一方からなる原料油を軽質分と重質分とに分離する蒸留手段と、前記重質分を軽質分である脱瀝油と残渣である重質分とに分離する溶剤脱瀝手段と、前記蒸留手段及び溶剤脱瀝手段で得られた軽質分を精製してガスタ−ビン用燃料油を得る精製手段と、を備えた燃料製造設備と、
前記溶剤脱瀝手段にて得られた重質分をガス化して水素ガス及び一酸化炭素ガスを含む合成ガスを製造するガス化設備と、
前記ガスタ−ビン用燃料油と前記合成ガスとを燃料としてガスタ−ビンを駆動して発電するガスタービン発電設備と、
ガスタービン排ガスから回収した熱により発生した水蒸気により蒸気タービンを駆動して発電する蒸気タービン発電設備と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このような構成とすることで、原料油の軽質分からガスタービン用燃料油を製造すると共に原料油の重質分から合成ガスを製造し、夫々をガスタービン燃料として用いた発電を行うことができるので、一単位当たりの原料油を殆ど無駄なく利用した発電効率の高い発電設備が構築できる。
【００１０】
更に燃料製造設備は、ガスタービン用燃料油を貯蔵するタンクを備えるように構成することが好ましく、このような構成において前記ガスタービン発電設備にガス化設備で得られた合成ガスをガスタービン発電燃料の基礎燃料として連続的に供給すると共にガスタービン用燃料油を発電量調整用の補助燃料として前記タンクから供給することで、幅広い電力需要に対応することができる。この場合、前記ガスタービン発電設備で得られる発電容量が前記ガス化設備で得られる合成ガスの全量を用いて発電する規模よりも大きくなるような構成とすると有効である。
【００１１】
またガスタービン発電設備は例えば燃料油と合成ガスとを混合燃焼させる設備とすることができる。
【００１２】
ここでガスタービン発電設備は、ガスタービンに接続され、ガスタービンの燃焼器に供給するための加圧空気を得る圧縮タービンを利用し、この圧縮タービンで得られた加圧空気により重質分を部分酸化するようにしてもよい。また前記加圧空気の一部から酸素を深冷分離する酸素分離装置を設け、この酸素分離装置で得られた酸素により部分酸化するようにしてもよい。また圧力スイング吸着法を用いて空気から酸素を分離し、この酸素を部分酸化して合成ガスを得るようにしてもよい。
【００１３】
更に前記ガス化設備では前記蒸留手段で得られた重質分を更に溶剤脱瀝手段で分離して残渣である重質分を得、これを水に均一分散させた水スラリー燃料を用いて合成ガスを製造するようにしてもよい。
【００１４】
上述したような装置は、本発明に係る石油燃料燃焼複合発電方法の実施に適用することが可能であり、同方法は例えば、原油及び重油の少なくとも一方からなる原料油を蒸留分離して軽質分と軽質分の残りである重質分とに分離すると共に前記重質分に対して溶剤脱瀝分離を行い、軽質分である脱瀝油と残渣である重質分とに分離する分離工程、及びこの分離工程で得られた軽質分を精製してガスタービン用の燃料仕様を満足するガスタービン燃料油を得る精製工程と、を含む燃料製造工程と、
前記分離工程で得られた重質分を部分酸化反応によりガス化して水素ガス及び一酸化炭素ガスを含む合成ガスを製造するガス化工程と、
前記ガス化工程で得られた合成ガスをガスタービン発電設備の基礎燃料として供給するとともに、前記燃料製造工程で得られた軽質分を発電要求量に応じた発電量調節用補助燃料として供給して発電するガスタービン発電工程と、
前記ガスタービン発電工程で得られた高温排ガスにより発生した水蒸気により発電する蒸気タービン発電工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
そして前記燃料製造工程で最終的に得られる重質分が、１４０℃を越える軟化点の場合には重質分と水とを均一に分散した水スラリー燃料とし、１１０℃を越え１４０℃未満の軟化点の場合にはエマルジョン燃料とし、１１０℃未満の軟化点の場合にはそのままを高温状態でガス化工程に供給し、部分酸化することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示す説明図である。その概略を説明すると先ず原料油１は、燃料油製造設備２０の分離手段２により軽質分と重質分とに分離され、この軽質分から水素化処理装置３１により燃料油（軽質精製油）３０が得られる。燃料油３０は一旦中間タンク３２に貯蔵され、必要に応じてガスタービン燃料として発電設備７のガスタービン発電設備５へと供給される。一方の重質分はガス化設備４を経てガス化され、ここで得られる合成ガス５０もガスタービン燃料として利用される。このように本実施の形態は原料油の実質全てをガスタービン燃料として利用可能なシステムを構成したものである。
【００１７】
次に本実施の形態の各部について詳述する。原料油１としては原油若しくは重油の何れでもよいし、原油及び重油を混合したものでもよいが、ここでいう重油には常圧残渣油や減圧残渣油も含まれる。また本実施の形態では不純物が比較的少なく、ガスタービン燃料を多量に回収することができる原料油例えば中東軽質原油（Arabian Extra Light）を用いたものとして説明を行う。原料油は先ず図示しない脱塩処理部にて脱塩処理される。この処理は、原料油と水とを混合し、水相に塩分、泥分を移行させるもので、結果としてガスタービンに悪影響を及ぼすアルカリ金属を除去する。脱塩処理された原料油１は分離手段２へと送られる。
【００１８】
分離手段２で原料油１は先ず蒸留手段である常圧蒸留塔２１にて沸点の高低により例えば３４０℃〜３７０℃よりも沸点の低い軽質油（常圧軽質油）２２と沸点がそれを越える常圧残渣油２３とに分離され、常圧残渣油２３は図示しない加熱炉にて所定の温度まで加熱された後、蒸留手段である減圧蒸留塔２４にて常圧残渣油の中でも軽い成分である例えば常圧沸点が５６５℃よりも低い減圧軽質油２５と、重い成分である減圧残渣油（重質分）２６とに分離される。
【００１９】
本実施の形態で用いたような比較的良質な原料油では、減圧残渣油２６から更に溶剤脱瀝手段（溶剤抽出手段）２７で軽質分である脱瀝油２８と残渣である重質分２９とに分離することができる。この分離は、例えば塔の上部及び下部から夫々減圧残渣油２６及び溶剤を供給してこれらを向流接触させ、減圧残渣油２６中の軽質分と重質分とを溶剤に対する溶解度の違いにより分離することで行われ、こうして得られた軽質分である脱瀝油２８は減圧軽質油２５と共に軽質油２２に混合されて精製手段である水素化処理装置３１へと供給される。上述のような工程等により軽質分を可能な限り回収する分離手段２は深絞りと呼ばれ、例えば原料油１から分離手段２全体で８０Vol％近くもの軽質分が燃料油として回収される。従って多量の軽質分を回収された残渣である重質分２９は高粘性であり、例えばピッチ軟化点が１４０℃以上の固体ピッチとして得られることとなる。
【００２０】
水素化処理装置３１では、先ず上述の混合がなされた後の軽質油２２と図示しない水素プラントから送られる加圧された水素ガスとを触媒層を通過させ、前記軽質油２２の炭化水素分子中に入り込んだ微量の金属分、硫黄及び窒素などの脱不純物処理が行われる。脱不純物処理のなされた軽質油（軽質精製油）２２は常温液状であり、燃料油３０として中間タンク３２に貯蔵され、必要に応じてガスタービン発電設備５へと供給される。
【００２１】
なお、ここで述べる燃料油３０は「特許請求の範囲」の記載におけるガスタービン用燃料油、またはガスタービン用の燃料仕様を満足する軽質分に相当するものである。
【００２２】
一方、重質分２９はガス化設備４に送られる。重質分２９はそのまま通常の温度ではハンドリング（貯蔵・移送）することが困難なため、先ず前処理部４１にて水スラリー化が行われる。前処理部４１は例えば冷却され固体ピッチとなっている重質分２９をミキサーで粉砕し、これに水及び分散剤を加えて水スラリー化を行う溶剤脱瀝残渣−水スラリー（Ｒｅｓｉｄｕｅ−Ｗａｔｅｒ Ｍｉｘｔｕｒｅ；以下ＲＷＭと称する）装置にて行われる。
【００２３】
そしてＲＷＭ装置にて粘度調整のされたスラリー４０は、部分酸化装置４２にてガス化される。図２は部分酸化装置４２の一例を簡略化して示す図である。この装置では、スラリー４０と高圧蒸気とを予め加熱し酸素と共に反応炉４３内に噴射し、例えば１２００℃〜１５００℃、２〜８５Ｋｇ／ｃｍ2のプロセス条件で部分酸化反応によりＣＯ（一酸化炭素）ガスとＨ2（水素）ガスとを主成分とするガスとスラグとに分離する。ここで得られるガスは先ず反応炉４３の下部側の急冷室にて水により例えば２００〜２６０℃まで急冷され未反応炭素の大部分が除去される。次いでこのガスは洗浄塔４４に送られて僅かに残っている未反応炭素が完全に除去され、熱交換器４５にて常温まで冷却される。そして酸性ガス吸収塔４６にてＨ2Ｓを選択的に吸収し、ＣＯ2などの酸性ガスも一部吸収され、ガスタービン燃料として利用可能な純度の高いＣＯガスとＨ2ガスとからなる合成ガス５０が取り出される。またガス化設備４と発電設備７との間には、必要に応じて合成ガス５０の圧力を減圧する図示しないエキスパンダーが介設されている。
【００２４】
部分酸化装置４２に用いられる酸素は、酸素分離装置６２にて空気から分離された酸素が用いられる。この酸素分離装置６２は、部分酸化装置４２にて例えば１００００Ｎｍ3／ｈを越える酸素量を要求される大規模装置では空気深冷分離装置が用いられる。この装置は空気を超低温で液化し、これを分留することで酸素（Ｏ2）ガスと窒素（Ｎ2）ガスとに分離するもので、高純度の酸素ガスを得るのに適した装置である。そして酸素分離装置６２にて用いられる空気は、後述するガスタービンの燃焼に用いられる加圧空気が利用される。
【００２５】
次に発電設備７の一例について図３及び図４を参照しながら説明する。発電設備７は、例えば図３に示すようにガスタービン（膨張タービン）７１及び蒸気タービン７４を組み合わせたコンバインドサイクル発電システムとして構成されており、ガスタービン７１と同軸で回転する圧縮タービン７０ａにより空気を加圧し、この加圧空気を燃焼器７０に供給してガスタービン燃料を燃焼させ、この燃焼ガスによりガスタービン７１を駆動して、発電機７２から電力が取り出される。
【００２６】
ここで圧縮タービン７０ａにて圧縮された加圧空気は、燃焼器７０に入る前に、分岐された配管により前述の酸素分離装置６２へと供給される。即ち酸素分離装置６２では加圧された空気が必要であるが、圧縮タービン７０ａはガスタービン発電設備５の燃焼器７０の燃焼を行うために例えば２０〜３０Ｋｇ／ｃｍ2程度の加圧空気を供給しており、この加圧空気の一部を酸素分離装置６２にも供給している。
【００２７】
一方このガスタービン７１から排出された高温排出ガスは排熱回収ボイラー７３に供給され、排ガスの熱により水蒸気を発生させる。この水蒸気により蒸気タービン７４が駆動され、発電機７５から電力が取り出される。なお図３では２軸駆動の例を挙げてあるが、両タービン７１，７４で共通の軸を駆動する１軸駆動としてもよい。
【００２８】
ここで燃焼器７０、圧縮タービン７０ａ、ガスタービン７１及び発電機７２はガスタービン発電設備５を構成するものであり、排熱回収ボイラ７３、蒸気タービン７４及び発電機７５は蒸気タービン発電設備５ａを構成するものである。
【００２９】
図３ではガスタービン発電設備５は便宜上１台のガスタービン７１を記載してあるが、実際には例えば１００％出力で運転する複数のガスタービンの稼動数を、需要電力量に応じて切り替えることで発電量の増減が可能な構成となっている。
【００３０】
上記図３の実施の形態は、液体である燃料油３０と気体である合成ガス５０とを一つのガスタービン７１に同時に供給し混合燃焼している例であり、同様のガスタービン７１を複数設けて発電容量を増加することもできる。
【００３１】
また、発電容量を増加する場合には他の形態とすることもできる。すなわち、図４に示すように合成ガス５０を燃料とするｍ台のガスタービンＧＴＡ１〜ＧＴＡｍと、燃料油３０を燃料とするｎ台のガスタービンＧＴＢ１〜ＧＴＢｎとを用意し、前者のガスタービンＧＴＡ１〜ＧＴＡｍをベースロード用つまり常時出力用として駆動すると共に、後者のガスタービンＧＴＢ１〜ＧＴＢｎを、常時出力分では負荷に追従できないときに出力を補うための補充出力用として駆動するように構成している。
【００３２】
次に上述実施の形態の全体の作用について述べる。原料油に基づいて既述のようにして得られた合成ガス（ＣＯ＋Ｈ2）は、圧力を調整して、配管を通ってガスタービンＧＴＡ１〜ＧＴＡｍに供給され、発電が行われる。合成ガスは基礎燃料として用いているので、電力需要の多少にかかわらず常時ガスタービンＧＴＡ１〜ＧＴＡｍに供給され、例えば夜間等の電力需要が少ないときでも供給される。ここでこの実施の形態では、原料油の６０〜８０vol％程度がガスタービン燃料油として製造されるので、合成ガスだけを基礎燃料とした小規模発電では良いが、大規模発電とする場合には電力供給が追いつかないため、燃料油の一部を発電量調整用の補助燃料として使用する。そして電力需要の変動に応じて中間タンク３２から燃料油をガスタービンＧＴＢ１〜ＧＴＢｎのうちの必要な台数に対応するガスタービンに供給して発電量を確保し、こうして小規模から大規模発電に対応するとともにピーク需要時においても電力の供給が安定して行われる。
【００３３】
これまで述べてきたように本発明に係る実施の形態によれば、原料油１から軽質分を分離してガスタービン燃料油を得ると共に、重質分をガス化して合成ガスを得、これをガスタービン燃料として用いているので、一単位当たりの原料油をほとんど無駄なくガスタービン発電燃料として利用することができ、高い発電効率が得られると共に、殆ど廃棄物が副生しないので環境にやさしいシステムでもある。
【００３４】
また合成ガス供給ノズルを用いる燃焼器と燃料油供給ノズルを用いる燃焼器とを合わせ持つガスタービンを複数台組み合わせて発電設備を構成し、貯蔵が困難な合成ガスの全部をベースロード発電用の燃料とする一方、合成ガスだけでは供給しきれない電力分を、中間タンクに貯蔵可能なガスタービン燃料油に基づいて発電させ、結果としてガスタービン燃料油を例えばピーク時の発電燃料として適宜利用できるように構成しているので、幅広い電力需要への対応が可能である。更に部分酸化装置４２に酸素を供給する酸素分離装置６２は低温プロセスを伴うために一般的に頻繁な起動・停止が行いにくく、連続運転が適しているという特性があり、また部分酸化装置４２における反応炉４３を構成するレンガは温度の上下が頻繁であると割れやすいのでこうした事情から合成ガス５０を基礎燃料として用いることが有利である。
【００３５】
また空気深冷分離装置は、ガス状高濃度酸素の製造を目的とする場合例えば最低５Ｋｇ／ｃｍ2程度の加圧された空気が必要であるが、本願ではガスタービンへの加圧空気供給用の圧縮タービン７０ａを、酸素分離装置への加圧空気を供給する手段として併用しているので加圧手段を別途設ける必要がなく、エアコンプレッサは高価であることから、設備投資上有利である。ところで酸素分離装置６２には、空気深冷分離装置以外にも例えばＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）法を用いた酸素製造装置を使用することもできる。この酸素製造装置は部分酸化に必要な酸素量が１００００Ｎｍ3／ｈ以下の場合に適しており、圧力スイング吸着法により窒素吸着剤を用いて窒素を吸着することで酸素ガスを空気から分離する装置である。この場合にも加圧空気が必要であることから前記圧縮タービン７０ａを併用することが有利である。
【００３６】
なお本実施の形態では比較的良質な中東軽質原油を原料油１として、分離手段２を深絞りと呼ばれる方法により行う場合を例にとって説明したが、原料油１の質例えばバナジウムやニッケルといった不純物の含有量により分離手段２で抽出できる軽質分の比率が変動する。現状では、バナジウムがガスタービンのタービンブレードを損傷させるので、水素化処理の精製油のバナジウム含有量を一定値以内に抑えようとすると、原料油のバナジウムの含有量に応じて軽質分の分離比率を変える（絞りの程度を変える）必要がある。従って絞り方の程度により重質分（残渣分）の粘性等の性状も変わるため、その性状に応じて残渣分の前処理の方法を選定する必要がある。即ち、原料油の種類に応じて原料油からの軽質油の回収率を制御し、結果として軽質油の残りである重質油の回収率も異なる。
【００３７】
本発明においては、上記の燃料製造工程で得られる重質油をガス化工程の燃料とするが、重質油の性状に応じて前処理を行う。具体的には、重質油のピッチ軟化点が１４０℃を越える場合には、重質油を粉砕して水と分散剤等により均一に分散混合した水スラリー燃料とし、ピッチ軟化点が１１０℃を越え１４０℃以下である場合には、重質油を溶融状態で乳化剤等と均一混合したエマルジョン燃料とし、更に軟化点が１１０℃以下の重質油では前処理は行わず高温状態で流動性を維持してガス化工程の燃料として供給する。
【００３８】
例えば原料油１に中東中質原油（Arabian Light）を用いるとガス化設備４に送られる重質分２９の軟化点が１１０℃以上１４０℃以下程度（中程度の絞り）となるので、このような場合には前処理をエマルジョン方式により行うことで重質分２９をエマルジョン燃料化してもよい。また例えば原料油１に中東重質原油（Arabian Heavy）を用いると重質分２９が３００℃で３０ｃＳｔ以下、軟化点が１１０℃以下（浅絞り）となり、この場合には、当該重質分２９を加熱して高温状態を維持し、図１中Ａの点線に示すように流動性を維持したまま前処理工程を経ることなしに部分酸化装置４２に送ることも可能である。
【００３９】
またガスタービン発電設備５におけるガスタービンは、燃焼器本体に燃料油供給ノズル及び合成ガス供給ノズルの両方を設け、合成ガスの供給を常時行い、必要に応じて燃料油の供給を行う構成としてもよい。
【００４０】
本発明において実質的全量とは、分離手段、精製手段、ガス化手段等の各処理工程における微量減少分の他、設備自体の運転に使用する自己消費分を除く全量である。
【００４１】
本発明における部分酸化装置４２は、上記の説明では部分酸化用に酸素濃度をほぼ１００％とした純酸素を用いた例で説明したが、酸素濃度が３０％の空気を用いても、またその中間の酸素濃度を高くした酸素富家空気のいずれをも利用することができる。
【００４２】
空気を用いる場合には、高価な酸素分離装置６２が不要になり設備が簡素化できるとともに経済的にも有利となり好ましい。
【００４３】
【実施例】
(実施例１)
重金属分が１１ｐｐｍである中東軽質原油の常圧残渣油１００００ｂｂｌ／Ｄを原料油として既述の実施の形態の設備を用いて燃料の製造を行ったところ、８４vol％の精製油を回収した。この精製油はタンクに一次貯蔵され電力のピーク需要時におけるガスタービン燃料油として利用し、一方の重質分（残渣分）から得られた１３vol％の石油ピッチは軟化点が１５０℃と高いため水スラリー化され、部分酸化装置で合成ガス化してガスタービン発電システムの基礎燃料として利用する。ガスタービン燃料油を用いたガスタービンはガスタービン燃料高温排熱回収ボイラーと組み合わせてコンバインドサイクル発電を行うようにすると、発電規模は基礎燃料のみでは３０ＭＷ程度であるが、ガスタービン燃料油との組合せで最大時で３３０ＭＷの発電が可能である。
(実施例２)
重金属分が３２ｐｐｍである中東中質原油の常圧残渣油１００００ｂｂｌ／Ｄを原料油として既述の実施の形態の設備を用いて燃料の製造を行ったところ、７６vol％の精製油を回収した。この精製油はタンクに一次貯蔵され電力のピーク需要時におけるガスタービン燃料油として利用し、一方の重質分（残渣分）から得られた２１vol％の石油ピッチは軟化点が１３０℃と低いため水スラリー化には不適であり、ミキサーによりエマルジョン化し部分酸化装置で合成ガス化してガスタービン発電システムの基礎燃料として利用する。そして実施例１と同様にコンバインドサイクル発電を行うようにすると、発電規模は基礎燃料のみでは５０ＭＷ程度であるが、ガスタービン燃料油との組合せで最大３２０ＭＷの発電が可能である。
(実施例３)
重金属分が１１０ｐｐｍである中東中質原油の常圧残渣油１００００ｂｂｌ／Ｄを原料油として既述の実施の形態の設備を用いて燃料の製造を行ったところ、６６vol％の精製油を回収した。この精製油はタンクに一次貯蔵され電力のピーク需要時におけるガスタービン燃料油として利用し、一方の重質分（残渣分）から得られた３２vol％の石油ピッチは軟化点が８０℃且つ粘度が２４ｃＳｔ＠３００℃と高温状態で輸送が可能であるため、保温状態を維持しつつ直接部分酸化装置に送り、合成ガス化してガスタービン発電システムの基礎燃料として利用する。そして実施例１と同様にコンバインドサイクル発電を行うようにすると、発電規模は基礎燃料のみでは７０ＭＷ程度であるが、ガスタービン燃料油との組合せで最大３１０ＭＷの発電が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、廃棄物の副生を抑え、原料油のほとんど全てが発電に転換でき、電力の需要に応じた運転に追従できると同時に高い効率で発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための設備の一例を示す説明図である。
【図２】ガスタービンを用いた発電装置の構成について他の一例を示す説明図である。
【図３】図１に示す部分酸化装置４２の一例について示した説明図である。
【図４】ガスタービンを用いた発電装置の構成の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 原料油
２ 分離手段
２２ 軽質油
２９ 重質分
３０ 燃料油
３１ 水素化処理装置
３２ 中間タンク
４ ガス化設備
４１ 前処理部
４２ 部分酸化装置
５ ガスタービン発電設備
５ａ 蒸気タービン発電設備
６２ 酸素分離装置
７ 発電設備
７０ 燃焼器
７０ａ 圧縮タービン
７１ ガスタービン
７４ 蒸気タービン
Claims (17)
- 原油及び重油の少なくとも一方からなる原料油を軽質分と重質分とに分離する蒸留手段と、前記重質分を軽質分である脱瀝油と残渣である重質分とに分離する溶剤脱瀝手段と、前記蒸留手段及び溶剤脱瀝手段で得られた軽質分を精製してガスタ−ビン用燃料油を得る精製手段と、を備えた燃料製造設備と、
前記溶剤脱瀝手段にて得られた重質分をガス化して水素ガス及び一酸化炭素ガスを含む合成ガスを製造するガス化設備と、
前記ガスタ−ビン用燃料油と前記合成ガスとを燃料としてガスタ−ビンを駆動して発電するガスタービン発電設備と、
ガスタービン排ガスから回収した熱により発生した水蒸気により蒸気タービンを駆動して発電する蒸気タービン発電設備と、を備えることを特徴とする石油燃料燃焼複合発電設備。 - 前記燃料製造設備は、製造されたガスタービン用燃料油を貯蔵するタンクを備え、前記ガスタービン発電設備は、ガス化設備で得られた合成ガスをガスタービン発電燃料の基礎燃料として連続的に供給するとともに、発電要求量に応じた発電量調整用補助燃料として前記タンクから燃料油を供給することを特徴とする請求項１記載の石油燃料燃焼複合発電設備。
- 前記精製手段は、軽質分をガスタービン燃料使用に精製する水素化処理装置を備えることを特徴とする請求項１または２記載の石油燃料燃焼複合発電設備。
- 前記ガスタービン発電設備は、ガスタービンに接続され、ガスタービンの燃焼器に供給するための加圧空気を得る圧縮タービンを備え、前記ガス化設備は、圧縮タービンで得られた加圧空気により、前記溶剤脱瀝手段にて得られた重質分を部分酸化する設備であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の石油燃料燃焼複合発電設備。
- 前記ガスタービン発電設備は、ガスタービンに接続され、ガスタービンの燃焼器に供給するための加圧空気を得る圧縮タービンと、この圧縮タービンで得られた加圧空気の一部から酸素を深冷分離する酸素分離装置を設け、
前記ガス化設備は、酸素分離装置で得られた酸素により前記重質分を部分酸化する設備であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の石油燃料燃焼複合発電設備。 - 空気から分離するために圧力スイング吸着法を用いた酸素製造装置を設け、
ガス化設備は、この酸素製造装置で得られた酸素により、溶剤脱瀝手段で得られた重質分を部分酸化する設備であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の石油燃料燃焼複合発電設備。 - 前記溶剤脱瀝手段で得られた重質分を水に均一分散させ水スラリー燃料としてガス化設備に供給することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の記載の石油燃料燃焼複合発電設備。
- 前記ガスタービン発電設備は、その発電容量が前記ガス化設備で得られる合成ガスの全量を用いて発電する規模より大きいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の石油燃料燃焼複合発電設備。
- 前記ガスタービン発電設備は、一つのガスタービン発電設備の燃料として液体である燃料油と気体である合成ガスとを混合燃焼する設備であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の石油燃料燃焼複合発電設備。
- 原油及び重油の少なくとも一方からなる原料油を蒸留分離して軽質分と軽質分の残りである重質分とに分離すると共に前記重質分に対して溶剤脱瀝分離を行い、軽質分である脱瀝油と残渣である重質分とに分離する分離工程、及びこの分離工程で得られた軽質分を精製してガスタービン用の燃料仕様を満足するガスタービン燃料油を得る精製工程と、を含む燃料製造工程と、
前記分離工程で得られた重質分を部分酸化反応によりガス化して水素ガス及び一酸化炭素ガスを含む合成ガスを製造するガス化工程と、
前記ガス化工程で得られた合成ガスをガスタービン発電設備の基礎燃料として供給するとともに、前記燃料製造工程で得られた軽質分を発電要求量に応じた発電量調節用補助燃料として供給して発電するガスタービン発電工程と、
前記ガスタービン発電工程で得られた高温排ガスにより発生した水蒸気により発電する蒸気タービン発電工程と、を有することを特徴とする石油燃料燃焼複合発電方法。 - 前記燃料製造工程で最終的に得られる重質分が、１４０℃を越える軟化点の場合には重質分と水とを均一に分散した水スラリー燃料とし、１１０℃を越え１４０℃未満の軟化点の場合にはエマルジョン燃料とし、１１０℃未満の軟化点の場合にはそのままを高温状態でガス化工程に供給し、部分酸化することを特徴とする請求項１０記載の石油燃料燃焼複合発電方法。
- 前記精製工程は、軽質分を水素化処理により精製する工程であることを特徴とする請求項１０または１１記載の石油燃料燃焼複合発電方法。
- 前記ガス化工程は、発電用ガスタービンを利用して圧縮された加圧空気により部分酸化することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の石油燃料燃焼複合発電方法。
- 前記ガス化工程は、発電用ガスタービンを利用して圧縮された加圧空気を深冷分離して製造する酸素分離装置から供給された酸素を利用して部分酸化することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の石油燃料燃焼複合発電方法。
- 前記ガス化工程は、圧力スイング吸着法を用いた酸素製造装置から供給された酸素を利用して部分酸化することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の石油燃料燃焼複合発電方法。
- 溶剤脱瀝分離を行う工程では、軽質分とピッチ軟化点が１４０℃以上の重質分に分離し、前記ガス化工程では燃料製造工程で最終的に得られた重質分と水とを均一分散させた水スラリー燃料を得て、その水スラリー燃料を部分酸化によりガス化する工程であることを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の石油燃料燃焼複合発電方法。
- 前記ガスタービン発電工程では、一つのガスタービン発電設備の燃料として液体である燃料油と気体である合成ガスとを同時に燃焼する混合燃焼を行うことを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれか一項に記載の石油燃料燃焼複合発電方法。
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