JPH03237222A

JPH03237222A - 石炭ガス化複合発電プラント

Info

Publication number: JPH03237222A
Application number: JP3118490A
Authority: JP
Inventors: Kiichiro Ogawa; 小川　紀一郎; Mitsugi Suehiro; 末弘　貢; Jun Izumi; 順泉
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1990-02-09
Publication date: 1991-10-23
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: JP2870929B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、石炭ガス化複合発電プラントに関し、発電と
Ｈ２、メタノール等の化学原料、工業原料とを併用した
多目的石炭ガス化プラントや重質油ガス化複合発電プラ
ントにも適用することができる。

従来の技術従来の石炭ガス化複合発電プラントとして、例えば第２
図に示すようなものがある。第２図は特にガス化剤とし
て空気を用いた空気吹ガス化プラントの例を示している
。

第２図において、１が石炭ガス化炉であり、この石炭ガ
ス化炉１に石炭を投入し、高温・高圧下において、空気
によりガス化されて、ＣＯ，Ｈ２，Ｎ２主体の燃料生成
ガスに変換させる。この生成ガスは、その保有する顕熱
を有効利用する目的の熱交換器群で構成されているガス
冷却器へ送られ、水を加熱して蒸気を発生させる。

石炭ガス化炉１から出た生成ガスは、脱塵装置、脱硫装
置等で構成されているガス精製装置２へ送られて、ガス
中に含まれているばい塵、Ｈ２Ｓ、　ＣＯ５等の硫黄化
合物等の不純物が除去される。

このようにしてクリーン化されたガスは、それから、燃
焼器へ送られて、燃焼させられる。この燃焼により発生
したガスはガスタービン３へ送られ、これによりガスタ
ービン３は発電機及び空気圧縮機をそれぞれ駆動する。

空気圧縮機で圧縮された空気は燃焼用空気及びガス化用
空気としてそれぞれ燃焼器及び石炭ガス化炉１へ送られ
る。

そして、このガスタービン３からの高温のガスタービン
排気は、廃熱回収ボイラ４へ送られ、水を加熱して蒸気
を発生させ、その後煙突から大気中へ放出される。

この廃熱回収ボイラ４で発生せしめた蒸気は、石炭ガス
化炉１内のガス冶却器で発生せしめた蒸気と一緒に、蒸
気タービン発電設備における蒸気タービン５へ送られ、
これにより蒸気タービン５はその発電機を駆動する。

このように、従来の石炭ガス化複合発電プラントの場合
は、プラントの高効率達成が主目的で、ガス化生酸ガス
中のＣＯ３の除去については特に考慮されていない。こ
れは、重質油ガス化発電プラントでも同じである。

一方、多目的石炭ガス化プラントの場合、ガス化ガス中
よりＣＯ２を除去する構成は従来より考慮されているが
、いずれも湿式ガス精製との組合せであり、エネルギロ
スか少ない乾式ガス精製との組合せの例はない。

発明が解決しよとする課題第２図に示す従来の空気酸化ガス化プラント方式の場合
、石炭ガス化炉１にて空気にてガス化されたＣｏ、　Ｈ
，、Ｎ、主体の生成ガスは、例えば後述の第１表のＡ点
に示す組成になっている。この生成ガスはガスタービン
燃焼器用の燃料としては、ダスト濃度が高過ぎ、環境対
応上ＳＯｘ　（ここではＨ２Ｓ）レベルが高いので。ガ
ス精製装置２で脱塵、脱硫を行う。

ガス精製装置２としては、常温近辺（最高１００℃）で
、永久スクラバによる脱塵と化学吸収液を用いた脱硫装
置の組合せであるいわゆる湿式法があるが、熱効率向上
の観点から特に発電用として有利と目されている乾式法
を用いる。すなわち、中高温域（３００℃〜８００℃）
の高温度ガス雰囲気下で吸収液を用いず固体状にて脱じ
ん、脱硫を行うものである。脱硫方式としては、酸化鉄
系吸収材を利用した固定床方式である。この乾式法を用
いた場合のガス精製装置２より出たクリーンガスの組成
は第１表のＢ点に示す。

そして、排熱回収ボイラ４を出て煙突へ向うガスを第１
表の０点に示す。

第　　１　　表このように、従来の空気酸化ガス化プラント方式の場合
、Ｃｏｔ除去・回収に関する限り、何等考慮が払われて
いない上、もし、このまま、ＣＯ２除去プラントを設置
するとなると次の問題点が生ずる。

排熱回収ボイラ出口にＣＯ２除去装置を設置する場合、
一般に、ガスタービンでの燃焼用空気は、ボイラ排ガス
に比べ約２倍の排ガス量となり、ＣＯ□除去装置の形式
如何を問わず、ＣＯ２除去装置の大形化、コスト増を招
く。更に、ガスタービン排気ガス中に余分な設備を設け
ることは、ガスタービン出口排圧が高くなり、ガスター
ビンの出力域、性能低下を招く。

又、石炭ガス化炉１とガスタービン３との間にＣＯ１除
去装置を設ける場合、ガス量はガスタービン排ガス量に
比し、約１７４であり、しかも、２０〜４０ａｔａの高
圧雰囲気中でもあり、ＣＯ３除去は効率良〈実施可能と
いえるが、空気吹の場合、ガス組成の関係上、ＣＯ３は
全炭化物中の約２０〜２５％にすぎず、このままでは全
体としてのＣＯ□除去効率の向上は望めない。更に、Ｃ
Ｏｉを除去した分に対応して、ガスタービン出力も幾分
低下するという課題を残す。

ガス化剤として酸素又は酸素富化空気を用いた酸素酸化
ガス化プラント方式の場合、構成的には、第２図にて石
炭ガス化炉ｌヘガス化用空気の代りに酸素又は酸素富化
空気を導入し、その結果として、石炭ガス化炉出口（又
はガス精製装置出口）ガスの発熱量が上り（約２５００
Ｋｃａｌ／　Ｎｍ”）、そのため、生成ガス量か空気ガ
ス化に比し、約１７２となる等の相違かあるため、より
生成ガス中でのＣＯ２除去が容易となる可能性を有する
が、本質的課題は空気吹きの場合と同様である。

なお、酸素使用の場合は、当然のことながら、酸素プラ
ントが必要となるため、プラント効率面、経済性面にお
いて、空気吹の場合に比して不利となる面を有している
。

したがって、本発明は、ＣＯ２除去を、高効率でかつ最
少のエネルギ損失で達成できる石炭ガス化複合発電プラ
ントを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段本発明によれば、石炭ガス化炉と、この石炭ガス化炉で
生成したガス中から不純物を除去するガス精製装置と、
このガス精製装置で精製したガスを燃焼させる燃焼器を
有するガスタービン発電設備と、このガスタービン発電
設備からのガスタービン排気の熱を回収して蒸気を発生
させる廃熱回収ボイラと、この廃熱回収ボイラで発生し
た蒸気を動力とした蒸気タービン発電設備とを具備して
なる石炭ガス化複合発電プラントにおいて、前記ガス精
製装置とガスタービン発電設備の燃焼器との間に、ガス
精製装置で精製したガス中のＣＯをＣＯｚに変換する反
応器と、この反応器で生成したＣＯ２をガス中から除去
するＣＯ２除去器とを具備することを特徴とする石炭ガ
ス化複合発電プラントか提供される。

作用ガス精製装置出口に設置した反応器では、ガス精製装置
からのガスに蒸気を混合してＣＯガスをＣＯ□ガスに変
換し、更にＣＯ１除去装置でＣＯ２を主流ガスと分離し
、主流ガスはガスタービン発電設備へ、Ｃｏｔは回収装
置により回収される。

実施例以下、第１図に例示した本発明の好適な実施例について
詳述する。第１図において、第３図に示したものと同一
の部分には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略
する。

第１図において、ガス精製袋ｆｔ２の出口にシフト反応
器６を設置し、石炭ガス化炉（特に加圧式空気吹石炭ガ
ス化炉）生成ガスを精製したものに、例えば中・低圧タ
ービン抽気蒸気を導入するようにし、更にシフト反応器
６の後流にＣＯ２除去装置７を設置するようにしている
。

ガス精製装置出口ガス性状は、ＣＯ，Ｎ２．　Ｎ２を主
成分とする可燃性ガス（後述する第２表のＢ点参照）で
、空気吹ガス化炉１においては、その大略割合はｃｏ＃
ｚｓ％、Ｎ２−９１０％である。

このガスに、タービン抽気蒸気を混合し、シフト反応器
６へ導入すると、次の反応によりＣＯガスがＣＯ，ガス
に変換される。

ＣＯ＋　ＨＩＯ＝ＣＯ＊　＋　Ｈｚ　＋　９　、８５　
Ｋｃａｌ／　ｍｏｌＣＯからＣＯ２へのシフト反応は発
熱反応であり、化学平衡上からは低温程有利に進むが、
実用上３００〜５００℃程度で操作するのが好ましい。

しかも、上記式では、左辺と右辺とのガス発熱量の差は
ＣＯがＮ２に変換されるだけで、大きな相違とはならず
、又、ガスタービンの燃焼面においては、Ｎ２が増す分
だけ燃焼の安定性が増すことにもなる。

そして、シフト反応器６を通ったガスの性状は、Ｈｚ、
　ＣＯｓ、　Ｎｕ及び若干のＣｏ、　Ｈ，Ｏを主成分と
する可燃性ガス（第２表のＣ点）で、このガスをＣＯ８
除去装置７に導入し、ＣＯ２を主流ガスと分離し、主流
ガスはガスタービン３へ行き、ＣＯ３は回収装置等で回
収される。これにより、ガスタービン３へ導入されるガ
スはＨｚ、　Ｎ２ガス主体のガス（酸素ガス化の場合は
Ｎ！がないためＮ２ガス主体となる）となり、ガスター
ビン３において燃焼に際しての００２の発生は、第２表
のＤ点に見られるように激減する。更に、生成ガス中に
Ｎ３が増加したことにより、ガスタービン３での燃焼安
定性が増すことになる。

このＣＯ２除去装置７としては、同雰囲気ガス条件に適
したものとして、ＰＳＡ　（圧力スイング）法による物
理吸着方式が好適である。

また、主流ガスより分離された後のＣＯ２は、加圧状態
にあるので、例えばエキスパンダ８を設けて動力を回収
する構成にして、所内動力の更なる低減を達成できる。

但し、ＣＯｚ回収後の形状（固体、液体等）及び用途（
メタノール等の原料等）により、排出条件がシステム的
に常に常圧まで下げる必要のない場合もある。

更に、ＰＳＡ法によりＣＯ２を除去する場合、ガス精製
装置２で除去できなかったＨ２Ｓ、　ＣＯ３等の硫黄化
合物（３０〜１１００ｐｐ程度）も硫黄化合物分離器９
で分離・除去させることのできる。この硫黄化合物分離
器９はＣＯ２除去装置７で処理後の石炭ガス（Ｄ点）か
ら硫黄化合物を分離除去して高純度ガスを作ることがで
き、第１図の例では石炭ガス化炉１の出口ガスに混合さ
せるようにしている。硫黄化合物分離器９より得られる
ガスは高純度であるため、燃料電池用等、高純度が要求
されるものに適用することができる。

なお、シフト反応器６に熱回収装置１０．１１を設けて
、ＣＯ２ガスへの変換時に生ずる発熱を回収することも
できる。

第　　２　　表発明の効果本発明の石炭ガス化複合発電プラントによれば、以下の
効果を奏することができる。

（ａ）石炭ガス化複合発電プラントにおいて、ＣＯ２ガ
スを高い除去効率をもって任意に除去でき、かつ低い所
内動力で達成することができる。

（ｂ）同ＣＯ２除去において、高温・高圧（３５０〜５
００℃、２０〜４０ａｔａ）の条件下で、容易にかつ非
常に少ない所要エネルギで、炭素化合物をＣＯ２に変換
、分離することができる。

（Ｃ）　ＣＯ２分離後の精製ガスはＨ２分が増加し、ガ
スタービンの燃焼安定性を向上させることができる。

（ｄ）除去されたＣＯ２はガスエキスパンダを通して動
力回収をすることができる。

（ｅ）　ＣＯ２と伴せてガス中残存のＨ２Ｓ、　ＣＯ５
等の硫黄化合物も分離・除去できるので、吸着材の選択
によって処理後の石炭ガスは、燃料電池用としても使用
可能である。

（ｆ）硫黄化合物分離器はその上流側のガス精製装置の
脱硫機能が不調な場合のサポートとして使用できる。

【図面の簡単な説明】

す図である。１・・石炭ガス化炉、２・・ガス精製装置、３・・ガス
タービン、４・・排熱回収ボイラ、５・・蒸気タービン
、６・・シフト反応器、７・・ＣＯ□除去装置、８・・
エキスパンダ、９・・硫黄化合物分離器。

Claims

【特許請求の範囲】

石炭ガス化炉と、この石炭ガス化炉で生成したガス中か
ら不純物を除去するガス精製装置と、このガス精製装置
で精製したガスを燃焼させる燃焼器を有するガスタービ
ン発電設備と、このガスタービン発電設備からのガスタ
ービン排気の熱を回収して蒸気を発生させる廃熱回収ボ
イラと、この廃熱回収ボイラで発生した蒸気を動力とし
た蒸気タービン発電設備とを具備してなる石炭ガス化複
合発電プラントにおいて、前記ガス精製装置とガスター
ビン発電設備の燃焼器との間に、ガス精製装置で精製し
たガス中のＣＯをＣＯ＿２に変換する反応器と、この反
応器で生成したＣＯ＿２をガス中から除去するＣＯ＿２
除去器とを具備することを特徴とする石炭ガス化複合発
電プラント。