JP5196482B2

JP5196482B2 - 炭酸アルカリ併産タービン設備

Info

Publication number: JP5196482B2
Application number: JP2008251689A
Authority: JP
Inventors: 信布川; 俊夫阿部
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2028-09-29
Also published as: JP2009097507A

Description

本発明は、燃焼ガスを膨張させて動力を得る炭酸アルカリ併産タービン設備に関する。

燃焼器からの燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンを備えた発電設備が種々実用化されている。このような発電設備では、エネルギーを有効に回収して発電効率を向上させている。燃焼器に送られる燃料としては、例えば、天然ガス等が適用され、空気と共に燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを得ている。また、石炭を石炭ガス化ガスに変換し、石炭ガス化ガスを燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを得ている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

環境保全の観点から、発電設備では燃料である天然ガス等を酸素で燃焼させてＣＯ_２を循環させると共に余剰のＣＯ_２を回収することで、環境にＣＯ_２を排出しないセミクローズドのガスタービン発電設備が種々提案されている（例えば、特許文献３参照）。

また、石炭ガス化ガスを用いた発電設備であっても、発電効率を低下させることなくＣＯ_２を分離回収することが求められている。このことは、天然ガスの改質燃料、バイオマス等の固体燃料やガソリン、軽油等の炭化水素系の燃料に由来するガス化ガスにより発電を行なう発電設備であっても、ＣＯ_２の削減、ＣＯ_２の分離回収が同じように求められている。

このように、近年の発電設備にあってはＣＯ_２の分離回収が進められているのが現状であり、最小限の動力でＣＯ_２の分離、搬送、貯留等を実施できる技術が望まれているのが実情である。

一方、ガラス工業や無機薬品工業の分野では、炭酸ナトリウムが基礎素材として幅広く用いられている。炭酸ナトリウムは、天然鉱物として輸入に頼っているのが現状であり、また、余剰の水酸化ナトリウム（水酸化アルカリ）とＣＯ_２を反応させて炭酸ナトリウムが製造されることもある。具体的には、排ガス中のＣＯ_２を分離回収し、水溶液中で処理して炭酸ナトリウム及び炭酸水素ナトリウムに製造する技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。

特開平４−２４４５０４号公報特開２００７−１０７４７２号公報特開２００４−１３４２３５号公報特開２００６−１９３３４７号公報

上述した状況により、本発明者等は、発電設備でのＣＯ_２の分離回収と、工業分野でのＣＯ_２の有効利用とを両立させることができることに着目し、本発明を完成するに至った。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ＣＯ_２を分離回収できると共に系内のＣＯ_２を有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備を提供することを目的とする。

また、本発明は、ＣＯ_２を分離回収できると共に系内のＣＯ_２を有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備を備えた炭酸アルカリ併産発電設備を提供できる。

また、本発明は、ＣＯ_２を分離回収できると共に系内のＣＯ_２を有効に利用することができるボイラを備えた炭酸アルカリ併産発電設備を提供できる。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の炭酸アルカリ併産タービン設備は、炭素系燃料とＯ_２が投入され炭素系燃料をＯ_２燃焼してＣＯ_２を主成分とする燃焼ガスを得る燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンで仕事を終えた排気の一部のＣＯ_２を圧縮して前記燃焼器に供給する供給系と、前記ガスタービンで仕事を終えた排気のうち前記供給系に送られない残りの排気のＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収系とを備え、更に、ＣＯ_２回収系の途中にＣＯ_２と水酸化アルカリとを反応させて炭酸アルカリを得る炭酸アルカリ回収手段を備え、前記炭酸アルカリ回収手段は、前記水酸化アルカリ水溶液が噴出される反応塔と、前記反応塔に前記ＣＯ _２回収系からのＣＯ _２ガスを供給するＣＯ _２供給手段と、前記反応塔の内部を炭酸アルカリの生成反応温度に昇温するため前記ガスタービンの排気の排熱を熱源として供給する熱源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、ガスタービンの排気の一部からの（系内の）ＣＯ_２と水酸化アルカリとを反応させることにより炭酸アルカリを得る。これにより、ＣＯ_２を分離回収できると共に系内のＣＯ_２を炭酸アルカリの製造に適用して有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備とすることができる。
そして、ガスタービンの排気の一部からの（系内の）ＣＯ _２とガスタービンの排熱とにより乾式で炭酸アルカリを生成することができる。即ち、ガスタービンの排熱により、水分の蒸発及び炭酸アルカリの生成反応が行なわれる生成反応温度に反応塔の内部を昇温し、系内のＣＯ _２及び排熱により炭酸アルカリを生成することができる。

請求項２に係る本発明の炭酸アルカリ併産タービン設備は、炭素系燃料とＯ _２が投入され炭素系燃料をＯ _２燃焼してＣＯ _２を主成分とする燃焼ガスを得る燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンで仕事を終えた排気の一部のＣＯ _２を圧縮して前記燃焼器に供給する供給系と、前記ガスタービンで仕事を終えた排気のうち前記供給系に送られない残りの排気のＣＯ _２を回収するＣＯ _２回収系とを備え、更に、ＣＯ _２回収系の途中にＣＯ _２と水酸化アルカリとを反応させて炭酸アルカリを得る炭酸アルカリ回収手段を備え、前記炭酸アルカリ回収手段は、前記水酸化アルカリ水溶液が噴出される反応塔と、前記反応塔に前記ＣＯ _２回収系からのＣＯ _２ガスを供給するＣＯ _２供給手段と、ＣＯ _２供給手段で供給される前記ＣＯ _２ガスの温度を炭酸アルカリの生成反応温度とする昇温系とを備え、前記昇温系は、前記ＣＯ _２回収系でＣＯ _２ガスを圧縮するＣＯ _２圧縮機であることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、ガスタービンの排気の一部からの（系内の）ＣＯ _２と水酸化アルカリとを反応させることにより炭酸アルカリを得る。これにより、ＣＯ _２を分離回収できると共に系内のＣＯ _２を炭酸アルカリの製造に適用して有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備とすることができる。
そして、所定の温度に昇温されるように、ガスタービンの排気の一部からの高温のＣＯ _２を供給して乾式で炭酸アルカリを生成することができる。
更に、ＣＯ _２を回収するために圧縮する回収圧縮機の出口側の昇温されたＣＯ _２が供給されるので、水分の蒸発及び炭酸アルカリの生成反応が行なわれる生成反応の所定の温度に昇温される高温のＣＯ _２とすることができる。

また、請求項３に係る本発明の炭酸アルカリ併産タービン設備は、請求項１もしくは請求項２に記載の炭酸アルカリ併産タービン設備において、前記燃焼器の炭素系燃料は、石炭とＯ_２またはＣＯ_２またはＨ_２Ｏの反応によりガス化された炭素系燃料であることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、石炭をガス化した燃料を用いることで、ガスタービンの排気としてＣＯ_２を主成分とする排気を得ることができ、高純度のＣＯ_２を回収することができる。

また、請求項４に係る本発明の炭酸アルカリ併産タービン設備は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の炭酸アルカリ併産タービン設備において、前記炭酸アルカリはＮａ_２ＣＯ_３であり、前記水酸化アルカリはＮａＯＨであることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、ＣＯ_２とＮａＯＨとの反応によりＮａ_２ＣＯ_３を得ること
ができる。

炭酸アルカリ併産発電設備としては、石炭の反応により燃料ガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉で生成された燃料ガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンの排気の一部のＣＯ_２を圧縮して前記燃焼器に供給する供給系と、前記ガスタービンの排気から高純度のＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収系と、前記ＣＯ_２回収系の高純度のＣＯ_２と水酸化アルカリとの反応により炭酸アルカリを得る炭酸アルカリ回収手段と、前記ガスタービンで仕事を終えた排気から熱を回収し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を膨張して動力を得る蒸気タービンを備えることができる。

これにより、ガスタービンの排気の一部からのＣＯ_２と水酸化アルカリとを反応させることにより炭酸アルカリを得る。これにより、ＣＯ_２を分離回収できると共に系内のＣＯ_２及び反応のための熱を炭酸アルカリの製造に適用して有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備を備えた炭酸アルカリ併産発電設備とすることができる。

また、炭酸アルカリ併産発電設備としては、炭素系燃料を燃焼して蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラで発生した蒸気により発電動力を得る蒸気タービンと、前記ボイラの排気ガスのＣＯ_２と水酸化アルカリとの反応により炭酸アルカリを得る炭酸アルカリ回収手段とを備えることができる。

これにより、ボイラの排気のＣＯ_２と水酸化アルカリとを反応させることにより炭酸アルカリを得る。これにより、系内のＣＯ_２（及び反応のための熱）を炭酸アルカリの製造に適用して有効に利用することができるボイラを備えた炭酸アルカリ併産発電設備とすることができる。

そして、炭酸アルカリ併産発電設備としては、前記炭酸アルカリをＮａ_２ＣＯ_３とし、前記水酸化アルカリをＮａＯＨとすることができる。

これにより、ＣＯ_２とＮａＯＨとの反応によりＮａ_２ＣＯ_３を得ることができる。

本発明の炭酸アルカリ併産タービン設備は、ＣＯ_２を分離回収できると共に系内のＣＯ_２を有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備とすることができる。

また、本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備は、ＣＯ_２を分離回収できると共に系内のＣＯ_２を有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備を備えた炭酸アルカリ併産発電設備とすることができる。

また、本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備は、系内のＣＯ_２を有効に利用することができるボイラを備えた炭酸アルカリ併産発電設備とすることができる。

本発明の第１実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備の概念系統図である。本発明の第２実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備の概念系統図である。本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備の概略系統図である。本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備の概略系統図である。炭酸アルカリ併産発電設備の概略系統図である。

本発明の一実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備を備えた炭酸アルカリ併産発電設備は、高濃度のＯ_２を吹き込むことで石炭を反応させてガス化ガス（燃料ガス）を生成するガス化炉を備え、ガス化炉で生成された燃料ガスを燃焼器で燃焼して燃焼ガスとし、燃焼器からの燃焼ガスをガスタービンで膨張して動力を得て、ガスタービンで仕事を終えた排気の一部を圧縮機で圧縮して燃焼器に送り、ガスタービンで仕事を終えた排気ガスであるＣＯ_２をガス化炉に供給するようにされている。また、ガスタービンで仕事を終えた排気の一部から高純度のＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収系を備え、更に、ＣＯ_２回収系で回収されるＣＯ_２の一部（系内のＣＯ_２及び熱）を用いて炭酸アルカリであるＮａ_２ＣＯ_３を得る炭酸アルカリ回収手段である炭酸ナトリウム回収手段が備えられている。

これにより、発電システムで発生するＣＯ_２及び熱をガラス工業や無機薬品工業等の他の工業分野で利用できるＮａ_２ＣＯ_３を得る資源として活用することができる。また、ＣＯ_２を固定化することによる運搬性・保管性の向上を図ることができる。また、ＣＯ_２を液化して回収する場合には発電システムでの液化のための圧縮動力を削減することができ、所内動力の低減、発電効率の向上を図ることができる。更に、工業分野での炭酸ナトリウムが天然鉱物として輸入されている現状からみると、発電システムで回収されるＣＯ_２と水酸化アルカリであるＮａＯＨの反応によりＮａ_２ＣＯ_３を製造することができるので、天然鉱物由来のＣＯ_２を削減することができ、間接的にＣＯ_２の排出を削減することができる。

以下に示す本発明の実施形態例では、水酸化アルカリとしてＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）を用いて炭酸アルカリとしてＮａ_２ＣＯ_３（炭酸ナトリウム）を得る例を挙げて説明してあるが、水酸化アルカリとして、水酸化リチウム、水酸化カリウム等を用い、炭酸アルカリとして炭酸リチウム、炭酸カリウム等を得ることも可能であり、他のアルカリ金属を適用することが可能である。

図１に基づいて第１実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備を説明する。図１には本発明の第１実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備の概念系統を示してある。

図に示すように、炭酸アルカリ併産タービン設備１は、圧縮機２及び燃焼器３及びガスタービン４を備えている。燃焼器３には燃料ガス（例えば、石炭ガス化ガスや天然ガス等の炭素系燃料）が投入される。燃焼器３では、燃料ガスが高濃度のＯ_２（及びＣＯ_２）と共に燃焼され、ＣＯ_２を主成分とする燃焼ガスが得られる。燃焼器３で燃焼された燃焼ガスはガスタービン４で膨張されて発電動力が得られ、仕事を終えた排気ガスは排気経路６を通って再生熱交換器７及び図示しない排熱回収手段で熱回収される。熱回収された排気ガスは余分なＣＯ_２及び水が排出されて回収される（ＣＯ_２回収系）。残りの排気ガス（ＣＯ_２）は圧縮機２で圧縮され、燃焼器３に送られる（供給系）。前述した高濃度のＯ_２は燃焼器３の入口側に供給される。

そして、図示の炭酸アルカリ併産タービン設備１には炭酸アルカリ回収手段としての炭酸ナトリウム回収手段８が備えられている。炭酸ナトリウム回収手段８では、系内からのＣＯ_２と水酸化アルカリとしてのＮａＯＨとの反応により炭酸アルカリとしてのＮａ_２ＣＯ_３を乾式により得るようになっている。即ち、炭酸ナトリウム回収手段８は、ＮａＯＨの水溶液が噴出される反応塔９を備え、反応塔９にはＣＯ_２回収系からのＣＯ_２ガスを供給するＣＯ_２供給手段１０が設けられている。また、反応塔９の内部をＮａ_２ＣＯ_３の生成反応温度（例えば、９０℃〜１３０℃）に昇温するため、ガスタービン４の排気の排熱を熱源として供給する熱源手段１１が設けられている。

上述した炭酸アルカリ併産タービン設備１では、ガスタービン４で発電動力を得た排気ガスからＣＯ_２が分離回収されると共に系内からのＣＯ_２の一部（及び熱）が反応塔９に送られてＮａ_２ＣＯ_３が製造される。反応塔９にはＣＯ_２供給手段１０からＣＯ_２が供給され、反応塔９の内部は熱源手段１１により所定温度に昇温される。反応塔９にはＮａＯＨの水溶液が供給され、ＮａＯＨの水溶液が加熱されたＣＯ_２に噴霧される。

これにより、反応塔９の内部では、
２ＮａＯＨ＋ＣＯ_２→Ｎａ_２ＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ・・・（１）
の反応が進行し、短時間に気流中で水分が蒸発され、固体のＮａ_２ＣＯ_３が得られる。

例えば、理論的に、ＣＯ_２が１０００ｋｇ、ＮａＯＨの水溶液（濃度４５．８％）が３７４４ｋｇ、排熱が９０℃〜１３０℃の場合、２４０６ｋｇのＮａ_２ＣＯ_３が得られ、出口ガスは２３３７ｋｇの水蒸気が放出されることになる。

従って、炭酸アルカリ併産タービン設備１の系内のＣＯ_２により、一段の処理（乾式）で粉末のＮａ_２ＣＯ_３を製造することが可能になり、製造工程や設備構成を簡素化することができる。更に、加熱源として炭酸アルカリ併産タービン設備１の排熱を利用しているので、従来損失となっていた熱エネルギーを有効利用することができる。また、固体のＮａ_２ＣＯ_３とするＣＯ_２固定化反応の副生物は水蒸気のみであり、反応プロセスの出口ガスはそのまま大気に放出することもできる。また、ＣＯ_２が固体物質に取り込まれることにより、運搬、貯蔵が容易となる。また、原料のＮａＯＨは国内供給が国内需要を上回っているので、入手が容易で設備の構築が容易となる。また、製品となるＮａ_２ＣＯ_３は国内需要が生産を上回っているので、得られたＮａ_２ＣＯ_３を有効に活用することができる。

図２に基づいて第２実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備を説明する。図２には本発明の第２実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備の概念系統を示してある。尚、第２実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備１２は炭酸アルカリ回収手段としての炭酸ナトリウム回収手段１３が第１実施形態例と異なるものである。このため、第１実施形態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。

圧縮機２及び燃焼器３及びガスタービン４を備え、熱回収された排気ガスからＣＯ_２が回収される炭酸アルカリ併産タービン設備１２には、炭酸アルカリ回収手段としての炭酸ナトリウム回収手段１３が備えられている。炭酸ナトリウム回収手段１３では、系内のＣＯ_２と水酸化アルカリとしてのＮａＯＨとの反応により炭酸アルカリとしてのＮａ_２ＣＯ_３を乾式により得るようになっている。

即ち、炭酸ナトリウム回収手段１３は、ＮａＯＨの水溶液が噴出される反応塔１４を備え、反応塔１４にはＣＯ_２回収系からのＣＯ_２ガスをＣＯ_２圧縮機１５で昇温して供給するＣＯ_２供給手段１６が設けられている。ＣＯ_２圧縮機１５はＣＯ_２を回収するために備えられた既存の機器であり、ＣＯ_２供給手段１６は、Ｎａ_２ＣＯ_３の生成反応温度（水分を蒸発させＮａ_２ＣＯ_３を生成反応させる温度）となるようにＣＯ_２圧縮機１５で圧縮されて昇温されたＣＯ_２を供給するようになっている。

反応プロセスの出口ガス（水蒸気及びバランス分としてＣＯ_２）は回収手段１７によりＣＯ_２回収系に戻されるようになっている。このため、Ｎａ_２ＣＯ_３の生成反応温度となるようにＣＯ_２圧縮機１５で圧縮されて高温のＣＯ_２を含むガスの供給量を調整することができ、反応塔１４の温度を高めることができる。

上述した炭酸アルカリ併産タービン設備１２では、ガスタービン４で発電動力を得た排気ガスからＣＯ_２が分離回収されると共に系内のＣＯ_２の一部がＣＯ_２圧縮機１５で圧縮・昇温されて反応塔１４に送られてＮａ_２ＣＯ_３が製造される。反応塔１４にはＣＯ_２供給手段１６から昇温されたＣＯ_２が供給されて内部が所望の温度に昇温され、反応塔１４にはＮａＯＨの水溶液が供給され、ＮａＯＨの水溶液が加熱されたＣＯ_２に噴霧される。これにより、前述した（１）式で示したように、反応塔１４の内部でＮａ_２ＣＯ_３の生成反応が進行し、短時間に気流中で水分が蒸発され、固体のＮａ_２ＣＯ_３が得られる。

また、昇温されたＣＯ_２が供給されて反応塔１４の内部が所定温度に昇温され、反応プロセスの出口ガス（水蒸気及びバランス分としてＣＯ_２）はガス戻り手段１７からＣＯ_２回収系に戻されるようになっているので、Ｎａ_２ＣＯ_３の生成反応温度となるように高温のＣＯ_２を含むガスの供給量を調整することができる。

従って、ＣＯ_２を分離回収できると共に系内のＣＯ_２をＮａ_２ＣＯ_３の製造に適用して有効に利用することができる炭酸ナトリウム併産タービン設備とすることができる。

図３、図４に基づいて上述した炭酸アルカリ併産タービン設備１、１２を備えた炭酸アルカリ併産発電設備として石炭ガス化複合炭酸アルカリ併産発電設備（ＩＧＣＣ）を説明する。図３に示した炭酸アルカリ併産発電設備は、図１に示した炭酸アルカリ併産タービン設備１を備えた例で、図４に示した炭酸アルカリ併産発電設備は、図２に示した炭酸アルカリ併産タービン設備１２を備えた例である。

図３に基づいて本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備を説明する。図３には本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備の概略系統を示してある。尚、図１に示した炭酸アルカリ併産タービン設備１と同一構成部材には同一符号を付してある。

図３に示すように、石炭ガス化設備２１には系内からのＣＯ_２が供給されると共に石炭とＯ_２（ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ）の反応によりガス化ガス（燃料ガス）が生成される。生成された燃料ガスは、不純物除去設備２２で固体不純物、硫黄分、ハロゲン類、重金属類等の不純物が除去される。不純物が除去された燃料ガスは燃焼器３に投入され、燃料ガスは酸素製造装置２４で製造された高濃度のＯ_２と共に燃焼器３で燃焼される。酸素製造装置２４で製造されたＯ_２は石炭ガス化設備２１にも供給される。酸素製造装置２４は、例えば、圧力スウィング吸着により窒素ガスが濃縮されて空気から除去されて加圧されたＯ_２が供給される設備や、深冷設備からのＯ_２が所定圧力に加圧されて供給される設備を適用することができる。

燃焼器３からの燃焼ガスはガスタービン４で膨張されて発電動力が得られる。ガスタービン４で仕事を終えた排気ガス（ＣＯ_２を主成分とする作動流体）は経路５から排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２５で熱回収され、ＨＲＳＧ２５で熱回収された排気ガスは圧縮機２で圧縮される。圧縮機２で圧縮された排気ガスは再生熱交換器７で昇温されて燃焼器３に投入される。再生熱交換器７には排気ガスの一部が経路５から送られ、排気ガスが熱回収される。

ガスタービン４の出口側の排気ガスは、ＣＯ_２を主成分とする作動流体であるため比熱比が小さく、圧縮機２及びガスタービン４の出入口温度差が小さくなり、再生熱交換器７による熱効率を大幅に向上させることができる。つまり、再生による熱効率の効果を得やすいシステムとなっている。

ＨＲＳＧ２５で発生した蒸気は蒸気タービン２６に送られ、蒸気タービン２６で膨張されて発電動力とされる。蒸気タービン２６で仕事を終えた排気蒸気は復水器２７で復水されて図示しない給水ポンプにより給水加熱器２８に送られる。給水加熱器２８にはＨＲＳＧ２５で熱回収された排気ガスの一部が送られて復水器２７からの給水の加熱を行う。排気ガス側からみると、給水加熱器２８はガス冷却器とされる。給水加熱器２８で加熱された流体はＨＲＳＧ２５に送られて蒸気タービン２６の駆動用の蒸気とされる。

給水加熱器２８で冷却された排気ガス（ＣＯ_２を含むガス）は汽水分離器２９で水分が分離され、水分が分離された排気ガス（ＣＯ_２）は圧縮機３０で所定圧力に加圧された後、更に、汽水分離器（冷却器）３１で冷却される。冷却されて水分が除去された排気ガス（ＣＯ_２）は圧縮機３２で所定圧力に加圧されて石炭ガス化設備２１に送られる。余剰のＣＯ_２は加圧して液化する等により回収される。

上述した炭酸アルカリ併産発電設備では、石炭と酸素製造装置２４から送られるＯ_２（ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ）の反応により生成されたガス化ガス（燃料ガス）を不純物除去設備２２を通して燃焼器３に送り、燃焼器３で酸素燃焼することでＣＯ_２を主成分とする比熱比の小さな燃焼ガス（作動流体）が得られ、燃焼器３からの燃焼ガスをガスタービン４で膨張して発電動力を得る。ガスタービン４で仕事を終えた排気ガスはＨＲＳＧ２５で熱回収され、圧縮機２で圧縮された後再生熱交換器７で昇温されて燃焼器３に送られる。再生熱交換器７にはガスタービン４で仕事を終えた排気ガスの一部が送られて熱回収される。

作動流体は、比熱比が小さなＣＯ_２を主成分とするので、ガスタービン４の出口側の排気ガスの温度を高く維持することができ、圧縮機２で圧縮した時の温度上昇を抑制することができる。このため、圧縮機２の出口側の作動流体とガスタービン４の出口側の作動流体との温度差が大きくなり、再生熱交換器７での再生効率を高くすることができる。

ＨＲＳＧ２５で熱回収された排気（ＣＯ_２）の一部は給水加熱器２８で熱回収され、圧縮機３２で所定の圧力に加圧されて石炭ガス化設備２１に供給される。また、圧縮機３２で所定の圧力に加圧された排気（ＣＯ_２）の一部は液化される等して回収される。

一方、ＨＲＳＧ２５で発生した蒸気は蒸気タービン２６に送られて蒸気タービン２６が駆動する。排気蒸気は復水器２７で復水され、給水加熱器２８で加熱された流体はＨＲＳＧ２５に送られて蒸気タービン２６の駆動用の蒸気とされる。従って、ガスタービン４及び蒸気タービン２６による複合炭酸アルカリ併産発電設備とされる。

上述した炭酸アルカリ併産発電設備では、系内のＣＯ_２とＯ_２を吹き込む石炭ガス化設備２１と、リサイクルした排気ガスにＯ_２を混合して燃焼させるクローズドガスタービンを組み合わせたものであり、ガス化性能が大幅に向上し、更に、ＣＯ_２を濃縮・分離する必要がない。

ＣＯ_２及びＯ_２で石炭をガス化することで、ＣＯ_２のガス化促進効果により、空気及びＯ_２と窒素酸素で石炭をガス化することに比べ、炉内炭素転換率及び冷ガス効率が大幅に向上する。これにより、石炭ガス化設備２１及びチャーのリサイクル系をコンパクトにすることができ、設備コストの低減を図ることができる。ＣＯ_２を濃縮・分離する必要がないので、設備コスト及びＣＯ_２回収のための所要動力を大幅に低減することができ、高い送電端効率を得ることができる。

そして、図示の炭酸アルカリ併産発電設備には炭酸ナトリウム回収手段８が備えられている。即ち、ＮａＯＨの水溶液が噴出される反応塔９を備え、反応塔９にはＣＯ_２回収系である給水加熱器２８の出口（Ｉ）、もしくは、汽水分離器２９の出口（II）、もしくは、圧縮機３０の出口（III）からのＣＯ_２ガスを供給するＣＯ_２供給手段１０が設けられている。また、反応塔９の内部をＮａ_２ＣＯ_３の生成反応温度（例えば、９０℃〜１３０℃）に昇温するため、汽水分離器３１の熱が熱源として供給される熱源手段１１が設けられている。尚、熱源手段１１で供給される熱は、汽水分離器２９や圧縮機３０、３２の出口側の熱等、設備内の他の排熱を熱源とすることができる。

上述した炭酸アルカリ併産発電設備では、ガスタービン４で発電動力を得た排気ガスからＣＯ_２が分離回収されると共に、系内のＣＯ_２が石炭ガス化設備２１に送られる。そして、系内のＣＯ_２の一部が反応塔９に送られてＮａ_２ＣＯ_３が製造される。即ち、反応塔９にはＣＯ_２供給手段１０からＣＯ_２が供給され、反応塔９の内部は熱源手段１１により所定温度に昇温される。反応塔９にはＮａＯＨの水溶液が供給され、ＮａＯＨの水溶液が加熱されたＣＯ_２に噴霧される。これにより、反応塔９でＮａ_２ＣＯ_３が得られ、ＩＧＣＣの系内のＣＯ_２（及び熱）によるＮａ_２ＣＯ_３の製造が実施される。

従って、炭酸アルカリ併産発電設備の系内のＣＯ_２及び熱損失となっていた排熱を利用してＮａ_２ＣＯ_３を製造することができ、エネルギーを有効利用することが可能になる。また、排気であるＣＯ_２の一部を液化して回収する場合、回収するＣＯ_２の一部がＮａ_２ＣＯ_３の製造に活用されるため、液化の圧縮動力を削減することができる。このため、炭酸アルカリ併産発電設備の発電効率を向上させると共に、炭酸アルカリ併産発電設備内のＣＯ_２によりＮａ_２ＣＯ_３の製造が可能になる。

尚、図３では、排気ガスを圧縮機３０、３２で圧縮して、ＣＯ_２回収のための所定圧力
にする例を挙げて説明したが、圧縮機の数及び配置は任意であり、設備の規模や機器構成により適宜配置することができる。また、圧縮機２、ガスタービン４、蒸気タービン２６は一軸で配列して発電機を備えた構成にしたり、圧縮機２とガスタービン４の軸と、蒸気タービン２６の軸を並列に配置してそれぞれ発電機を備えた構成にすることが可能である。

図４に基づいて本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備の他の例を説明する。図４には本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備の概略系統を示してある。尚、図２に示した炭酸アルカリ併産タービン設備１２と同一構成部材及び図３に示した炭酸アルカリ併産発電設備と同一構成部材には同一符号を付してある。

図４に示した炭酸アルカリ併産発電設備は、図３に示した炭酸アルカリ併産発電設備に対し炭酸ナトリウム回収手段１３の構成が異なり、その他の構成は同一である。

ＮａＯＨの水溶液が噴出される反応塔１４を備え、ＣＯ_２供給手段１６からは、ＣＯ_２の回収系統でＣＯ_２を圧縮する圧縮機３０（ＣＯ_２圧縮機１５）の出口側のＣＯ_２が供給される。圧縮機３０（ＣＯ_２圧縮機１５）の出口側のＣＯ_２は、Ｎａ_２ＣＯ_３の生成反応温度（水分を蒸発させＮａ_２ＣＯ_３を生成反応させる温度）となる温度に昇温されたＣＯ_２とされている。

反応プロセスの出口ガス（水蒸気及びバランス分としてＣＯ_２）は回収手段１７によりＣＯ_２回収系である汽水分離器３１の入口側に戻されるようになっている。このため、Ｎａ_２ＣＯ_３の生成反応温度となるように圧縮機３０（ＣＯ_２圧縮機１５）で圧縮されて高温のＣＯ_２を含むガスの供給量を調整することができ、反応塔１４の温度を高めることができる。

上述した炭酸アルカリ併産発電設備では、ガスタービン４で発電動力を得た排気ガスからＣＯ_２が分離回収されると共に系内のＣＯ_２の一部が圧縮機３０（ＣＯ_２圧縮機１５）で圧縮・昇温されて反応塔１４に送られてＮａ_２ＣＯ_３が製造される。即ち、反応塔１４には所望の温度になるように昇温されたＣＯ_２が供給されて内部が所望の温度に昇温され、反応塔１４にはＮａＯＨの水溶液が供給され、ＮａＯＨの水溶液が加熱されたＣＯ_２に噴霧される。これにより、反応塔１４でＮａ_２ＣＯ_３が得られ、ＩＧＣＣの系内のＣＯ_２によるＮａ_２ＣＯ_３の製造が実施される。

また、昇温されたＣＯ_２が供給されて反応塔１４の内部が所定温度に昇温され、反応プロセスの出口ガス（水蒸気及びバランス分としてＣＯ_２）はガス戻り手段１７から汽水分離器３１に戻されるようになっているので、Ｎａ_２ＣＯ_３の生成反応温度となるように高温のＣＯ_２を含むガスの供給量を調整することができる。

尚、上述した実施形態例では、ＣＯ_２圧縮機１５として圧縮機３０を適用したが、最終的にＣＯ_２を昇圧する圧縮機３２を適用することも可能である。また、反応塔を用いてＮａＯＨとＣＯ_２を反応させてＮａ_２ＣＯ_３を得る例を挙げて説明したが、汽水分離器（冷却器）に流通するＣＯ_２にＮａＯＨの水溶液を供給し、ＮａＯＨの水溶液を冷却に適用すると同時にＮａ_２ＣＯ_３の製造の反応に適用することも可能である。

従って、ＣＯ_２を分離回収でき、回収したＣＯ_２をＮａ_２ＣＯ_３の製造に適用して有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備を備えた炭酸アルカリ併産発電設備とすることができる。

図５に基づいて他の炭酸アルカリ併産発電設備を説明する。図５には炭酸アルカリ併産発電設備の概略系統を示してある。

図５に示すように、石炭焚きのボイラ４１には酸素製造設備４２で製造された高濃度のＯ_２が供給される。ボイラ４１では、石炭がＯ_２により燃焼される際に発生する燃焼熱により蒸気を発生させる。酸素製造設備４２は、例えば、圧力スウィング吸着により窒素ガスが濃縮されて空気から除去されて加圧されたＯ_２が供給される設備や、深冷設備からのＯ_２が供給される設備を適用することができる。

ボイラ４１で発生した蒸気は蒸気タービン４３で膨張されて発電動力が得られる。蒸気タービン４３で仕事を終えた排気蒸気は復水器４４で復水され、給水ポンプ４５によりボイラ４１に給水される。ボイラ４１の排気ガス（ＣＯ_２を主成分とするガス）は図示しないブロアにより不純物除去設備４６に送られ、不純物除去設備４６で、固体不純物、窒素分、硫黄分、ハロゲン類、重金属等の不純物が除去される。不純物除去設備４６で不純物が除去された排気ガスは炭酸アルカリ回収手段としての炭酸ナトリウム回収手段４７に送られ、反応塔５０で排ガス中のＣＯ_２とＮａＯＨとの反応によりＮａ_２ＣＯ_３が得られる。

この時、炭酸ナトリウム回収手段４７で反応しなかったＣＯ_２は、図示しないＣＯ_２回
収手段でさらに回収することができる。石炭焚きのボイラ４１における石炭燃焼で生成し
たＣＯ_２の一部は炭酸ナトリウム回収手段４７で回収されているので、ＣＯ_２回収手段は、小規模な構成にした汽水分離器やＣＯ_２分離・回収設備で実施することが可能である。

上述した炭酸アルカリ併産発電設備では、蒸気タービン４３の動力を得るボイラ４１の排気ガスからＣＯ_２が分離され、炭酸ナトリウム回収手段４７の反応塔５０に送られてＮａ_２ＣＯ_３が製造される。即ち、反応塔５０には所望の温度のＣＯ_２が供給され、反応塔５０にはＮａＯＨの水溶液が供給され、所望の温度のＣＯ_２にＮａＯＨが噴霧される。これにより、反応塔５０でＮａ_２ＣＯ_３が得られ、蒸気タービン４３を駆動するための蒸気を得る石炭焚きのボイラ４１を備えた発電設備の系内のＣＯ_２によるＮａ_２ＣＯ_３の製造が実施される。

従って、ボイラ４１の排気からのＣＯ_２とＮａＯＨとを反応させることによりＮａ_２ＣＯ_３を得て、ＣＯ_２を分離回収できると共に系内のＣＯ_２（及び反応のための熱）をＮａ_２ＣＯ_３の製造に適用して有効に利用することができるボイラ４１を備えた炭酸アルカリ併産発電設備とすることができる。

他の実施形態例として、アノードガス及びカソードガスの電気化学反応により発電を行なう燃料電池（例えば、溶融炭酸塩形燃料電池）に炭素系燃料を使用した際の排気ガスに含まれるＣＯ_２について、水酸化アルカリ（ＮａＯＨ）との反応により炭酸アルカリ（Ｎａ_２ＣＯ_３）を得る炭酸アルカリ回収手段を設けた炭酸アルカリ併産発電設備とすることも可能である。

本発明は、燃焼ガスを膨張させて動力を得ることができる炭酸アルカリ併産タービン設備の産業分野で利用することができる。

また、本発明は、炭素系燃料により燃料ガスを生成するガス化炉を備え、ガス化炉からの燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスにより動力を得るガスタービンを備えた炭酸アルカリ併産発電設備の産業分野で利用することができる。

また、本発明は、炭素系燃料の燃焼により蒸気を発生させるボイラを備えた炭酸アルカリ併産電設備の産業分野で利用することができる。

１、１２炭酸アルカリ併産タービン設備
２、３０、３２圧縮機
３燃焼器
４ガスタービン
５経路
６排気経路
７再生熱交換器
８、１３、４７炭酸ナトリウム回収手段
９、１４、５０反応塔
１０、１６ＣＯ_２供給手段
１１熱源手段
１５、４９ＣＯ_２圧縮機
１７ガス戻り手段
２１石炭ガス化設備
２２、４６不純物除去設備
２４、４２酸素製造設備
２５排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）
２６、４３蒸気タービン
２７、４４復水器
２８給水加熱器
２９、３１汽水分離器
４１ボイラ
４５給水ポンプ

Claims

炭素系燃料とＯ_２が投入され炭素系燃料をＯ_２燃焼してＣＯ_２を主成分とする燃焼ガスを得る燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンと、
前記ガスタービンで仕事を終えた排気の一部のＣＯ_２を圧縮して前記燃焼器に供給する供給系と、
前記ガスタービンで仕事を終えた排気のうち前記供給系に送られない残りの排気のＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収系とを備え、
更に、ＣＯ_２回収系の途中にＣＯ_２と水酸化アルカリとを反応させて炭酸アルカリを得る炭酸アルカリ回収手段を備え、
前記炭酸アルカリ回収手段は、
前記水酸化アルカリ水溶液が噴出される反応塔と、
前記反応塔に前記ＣＯ _２回収系からのＣＯ _２ガスを供給するＣＯ _２供給手段と、
前記反応塔の内部を炭酸アルカリの生成反応温度に昇温するため前記ガスタービンの排気の排熱を熱源として供給する熱源手段と
を備えた
ことを特徴とする炭酸アルカリ併産タービン設備。
炭素系燃料とＯ _２が投入され炭素系燃料をＯ _２燃焼してＣＯ _２を主成分とする燃焼ガスを得る燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンと、
前記ガスタービンで仕事を終えた排気の一部のＣＯ _２を圧縮して前記燃焼器に供給する供給系と、
前記ガスタービンで仕事を終えた排気のうち前記供給系に送られない残りの排気のＣＯ _２を回収するＣＯ _２回収系とを備え、
更に、ＣＯ _２回収系の途中にＣＯ _２と水酸化アルカリとを反応させて炭酸アルカリを得る炭酸アルカリ回収手段を備え、
前記炭酸アルカリ回収手段は、
前記水酸化アルカリ水溶液が噴出される反応塔と、
前記反応塔に前記ＣＯ _２回収系からのＣＯ _２ガスを供給するＣＯ _２供給手段と、
ＣＯ _２供給手段で供給される前記ＣＯ _２ガスの温度を炭酸アルカリの生成反応温度とする昇温系とを備え、
前記昇温系は、前記ＣＯ _２回収系でＣＯ _２ガスを圧縮するＣＯ _２圧縮機である
ことを特徴とする炭酸アルカリ併産タービン設備。
請求項１もしくは請求項２に記載の炭酸アルカリ併産タービン設備において、
前記燃焼器の炭素系燃料は、石炭とＯ_２またはＣＯ_２またはＨ_２Ｏの反応によりガス化された炭素系燃料である
ことを特徴とする炭酸アルカリ併産タービン設備。
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の炭酸アルカリ併産タービン設備において、
前記炭酸アルカリはＮａ _２ＣＯ _３であり、
前記水酸化アルカリはＮａＯＨである
ことを特徴とする炭酸アルカリ併産タービン設備。