JPH06172762A - ガスタービン燃料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンバインド・サイクル発電用ガスタービン
燃料に関する。 【構成】 脱塩処理された原油に、これよりもバナジ
ウム含量および硫黄含量の低い石油系液体燃料を混合し
てなるバナジウム含量が０．５ｐｐｍ以下でかつ硫黄含
量が１．３重量％以下のコンバインド・サイクル発電用
ガスタービン燃料、脱塩処理された低硫黄原油に、こ
れよりもバナジウム含量および硫黄含量の低い石油系液
体燃料を混合してなるバナジウム含量が０．５ｐｐｍ以
下でかつ硫黄含量が０．０５重量％以下のコンバインド
・サイクル発電用ガスタービン燃料及び脱塩処理され
た原油または低硫黄原油が、前記原油または低硫黄原油
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、次いで静電式脱塩処理により塩分含量を低下させた
高温度の脱塩処理原油または低硫黄原油である上記ま
たは記載のコンバインド・サイクル発電用ガスタービ
ン燃料。

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
発電用ガスタービン燃料に関し、さらに詳しくは、脱塩
処理された原油または低硫黄原油に、それよりもバナジ
ウムおよび硫黄含量の低い石油系液体燃料を混合してな
るコンバインド・サイクル発電用ガスタービン燃料に関
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Ｌ
ＮＧ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％／ＨＨ
Ｖ基準と高いことが大きな特徴である。

【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ため、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
量として、電力会社で使用される大型で燃焼温度の高い
高性能ガスタービン用には塩分が約０．５ｐｐｍ以下、
硫黄分が約０．０５重量％以下、バナジウムが約０．５
ｐｐｍ以下の燃料を用いることが望ましいとされてい
る。また比較的熱効率が低く、比較的小型である一般産
業発電用ガスタービンの燃料としては塩分とバナジウム
は上記と同じであるが、硫黄分はより制限が緩やかな約
１．３重量％以下の燃料を用いることが望ましいとされ
ている。これらの制限が設けられている理由は塩分とバ
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
因となることによる。硫黄分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、そのままでは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
ラからより熱効率のよいコンバインド・サイクル発電に
切り替えても、低硫黄原油燃料はガスタービン燃料とし
て転用できないという問題がある。従って全面的に高価
な精製燃料を用いるか、低硫黄原油を続けて用いる場合
にはその硫黄やバナジウム含量を前記制限に合致させる
ために建設費のかかる大がかりな精製工程が新たに必要
と考えられていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記のよう
な高価な精製燃料を全面的に用いることなく、低硫黄原
油または低硫黄原油以外の原油（以下、両者を併せて単
に「原油」と称す。）の大がかりな精製工程を新たに必
要としないで、簡単に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フルに活用する方法について鋭
意検討した結果、原油は脱塩処理さえ充分になされてい
れば、その原油と、容易に入手可能である所定の石油系
液体燃料とを混合し、得られる混合物のバナジウムなど
の含量が前記制限を満足させるようにすることにより容
易に解決できるとの知見を得た。

【０００８】その原油の脱塩の際、通常行われている静
電式脱塩処理では原油を加熱することが必要であるが、
脱塩処理とコンバインド・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
で有効利用されない低位の熱エネルギを前記脱塩処理の
ための加熱に用い、脱塩処理された高温の原油を前記混
合原料に用いることにより、全体としてコンバインド・
サイクル発電の省エネルギが一層達成できることから、
さらに好ましいとの知見を得て本発明を完成することが
できた。

【０００９】すなわち、本発明の第一は脱塩処理された
原油に、これよりもバナジウム含量および硫黄含量の低
い石油系液体燃料を混合してなることを特徴とするバナ
ジウム含量が０．５ｐｐｍ以下でかつ硫黄含量が１．３
重量％以下のコンバインド・サイクル発電用ガスタービ
ン燃料であり、同じく本発明の第二は脱塩処理された低
硫黄原油に、これよりもバナジウム含量および硫黄含量
の低い石油系液体燃料を混合してなることを特徴とする
バナジウム含量が０．５ｐｐｍ以下でかつ硫黄含量が
０．０５重量％以下のコンバインド・サイクル発電用ガ
スタービン燃料であり、本発明の第三は前記本発明の第
一および第二において、脱塩処理された原油または低硫
黄原油が前記原油また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、次いで静電式脱
塩処理により塩分含量を低下させた高温度の脱塩処理低
硫黄原油であることを特徴とするものである。以下、本
発明を詳しく説明する。

【００１０】

【作用】本発明で用いられる低硫黄原油としては、本発
明で用いるもう一方の原料である後記石油系液体燃料の
使用量を少なくし、また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。大型ガスタービン用燃料
を製造するには通常硫黄含量が１重量％以下、さらに好
ましくは０．９重量％以下の低硫黄原油が用いられる。
同じ理由からバナジウムなどの重金属含量もできるだけ
低いことが好ましい。このような低硫黄原油としては前
記のワックス分の多いミナス産や大慶産低硫黄原油等を
あげることができる。このような低硫黄原油に含まれる
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低硫黄原油は硫黄含量が
約０．１重量％以下と少なく特に好ましい。一般産業用
ガスタービンの燃料を製造するには低硫黄原油の他、さ
らに高い硫黄含量の原油でも用いることができる。

【００１１】本発明に用いる前記原油は脱塩処理されて
いることが必要である。脱塩処理は石油系液体燃料と混
合後に得られるガスタービン燃料の塩分含量が前記のよ
うに約０．５ｐｐｍ以下となればよいが、通常、脱塩後
の原油自体の塩含量が約０．５ｐｐｍ以下になるように
行われる。また脱塩処理は後記の石油系液体燃料との混
合の直前になされる必要はなく、他の場所でなされても
構わない。しかし、本発明のガスタービン燃料が使用さ
れるコンバインド・サイクル発電の排熱回収ボイラで原
料となる原油を加熱し、次いで静電式により行うことが
好ましい。その場合は、後記石油系液体燃料との混合に
支障のない限り、脱塩された高温度の原油を積極的には
冷却することなく用いることが好ましい。

【００１２】本発明に用いる前記原油よりもバナジウム
含量および硫黄含量の低い石油系液体燃料としては、天
然ガス中の重質分でありナフサ相当留分を主留分として
有するコンデンセート、石油精製により得られるナフ
サ、特に好ましくは比較的軽質原油から得られるナフ
サ、ＬＰＧ、軽油（ケロシン）、ガスオイルを例示する
ことができる。あるいは硫黄含量の多い原油を簡易トッ
パで処理した軽い留分などでもこの要件を満たす。とく
に前記一般産業用ガスタービン燃料を得る場合にはこの
ような安価な石油系液体燃料を用いることができる。通
常これらは蒸留などの工程を経て製造されるので、重金
属含量は事実上殆どゼロに近く、また硫黄含量も比較的
低い。なお、もし前記条件を満たすならば、前記石油系
液体燃料として極低硫黄・極低重金属原油でも構わな
い。これらの石油系液体燃料の中では安価で、かつ硫黄
分が少ない天然ガスコンデンセートあるいはケロシンを
用いることが好ましい。このようなコンデンセートの一
例を示すならばノースウエストシェルフ（オーストラリ
ア）・コンデンセートがあげられる。これは通常バナジ
ウム含量が０．１ｐｐｍ以下であり、硫黄含量が約１０
０ｐｐｍ（０．０１重量％）である。このコンデンセー
トを用い、低硫黄原油として例えば硫黄含量が０．１重
量％の前記ミナス産低硫黄原油を用いる場合は、大型ガ
スタービン用燃料を製造するには両者の混合比は各等重
量で前記制限をほぼ満たすことになる。

【００１３】

【実施例】本発明のガスタービン燃料を製造し、それを
用いるコンバインド・サイクル発電の好ましい工程例を
図１によって説明する。図１では主要設備のみ示し、付
属設備は省略してある。前記原油はタンク４から脱塩処
理工程５に送る前に排熱回収ボイラ２で加熱される。加
熱温度は後段の脱塩処理工程５により静電式脱塩に適す
る温度、例えば８０〜１５０℃の範囲、さらにそれぞれ
の原油の粘度と比重により好ましい温度まで加熱する。
加熱された原油は脱塩処理工程５の複数のディソルータ
６により淡水を用いて脱塩処理される。なお、以下の原
油の脱塩処理技術自体は公知である。ディソルータ６は
通常２〜３段で行われる。図１では３段の場合を示して
いる。脱塩処理に使用される淡水は後記の排水により予
備加熱され、２段目ディソルータで脱塩処理された原油
と共に第３段目のディソルータに供給される。ディソル
ータでは加熱された原油と淡水とを混合し、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。
第３段目のディソルータの下部から分離された塩分を含
む排水は第２段目、さらには第１段目のディソルータで
同様に原油と混合され、分離され、最終的に塩分を含ん
だ排水は第１段目のディソルータの下部から排出され、
前記の淡水の予備加熱を経た後、排水処理設備へ送られ
る。一方排熱回収ボイラ２で加熱された原油は第１段目
のディソルータから第３段目のディソルータに向かって
処理されるに従い脱塩程度が進む。第３段目のディソル
ータの上部から分離された脱塩処理原油は温度８０〜１
５０℃の高温のまま、混合器７により石油系液体燃料タ
ンク８から供給される石油系液体燃料と混合される。混
合に支障を来す場合は混合器７の前に脱塩処理原油を冷
却する装置を設けてもよい。ガスタービンの種類によ
り、前記各制限を満たすように脱塩処理原油と石油系液
体燃料を混合し、得られるガスタービン燃料はガスター
ビン１に供給される。

【００１４】ガスタービン１では図示しない発電機によ
り発電が行われ、５８０℃程度の燃焼排ガスは熱回収の
ため排熱回収ボイラ２に供給される。ここでは排熱を用
いてスチームタービン９により発電がなされ、スチーム
は復水器１０にて凝縮され、ポンプで排熱回収ボイラ２
に循環される。排熱回収ボイラ２で熱回収された燃焼排
ガスは煙突３から大気に排出される。

【００１５】なお、図１のように脱塩処理工程をコンバ
インド・サイクル発電と組み合わせることにより、脱塩
処理工程５を経た高温の原油は冷却されることなく混合
器７を経てガスタービン１に供給される。これにより常
温の脱塩原油を用いる場合に比べ燃料を前記脱塩処理後
の温度まで加熱するのに必要な熱量だけガスタービンの
発電効率（熱効率）を向上させることができ、しかもそ
の燃料の加熱に必要な熱エネルギとしては同じガスター
ビン１の排熱回収ボイラ２を用いるので、比較的低位の
（低温の）熱エネルギが有効に利用できる。さらに別の
利点として、脱塩処理を別の個所で行う場合は脱塩処理
した原油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、脱塩
処理のために別途加熱エネルギが必要であり、しかもそ
の加熱エネルギーが有効に利用されない。前記図１のよ
うに脱塩処理工程５とガスタービン１による発電を組み
合わせることにより、排熱回収ボイラ２の低位の熱エネ
ルギが有効に利用でき、その分ガスタービン１の発電効
率を向上させることができることとなる。

【００１６】本発明では原油中の塩分を低下させるだけ
の前処理で石油系液体燃料と混合され、ガスタービン燃
料としての制限を満たしてガスタービン１に供給され
る。従って、ガスタービン１の保守・点検、ブレードの
交換などの頻度は従来の精製燃料等を用いた場合と何等
変わらない。また、簡単な混合器７と必要に応じてタン
クを新設する程度で、原油の脱硫・脱重金属などに要す
る経費を大幅に軽減でき、また原料の原油を全てガスタ
ービンに供給できることとなるので、全体としては経済
性が非常に高くなる。

【００１７】

【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明により
原油に脱塩処理を施すのみで所定の石油系液体燃料と混
合することにより、原油をフルに熱効率のよいガスター
ビン燃料として用いることができることとなった。すな
わち、従来の低硫黄原油のボイラ焚きスチームタービン
による発電から熱効率のはるかに優れるコンバインド・
サイクル発電に切り替えの際の燃料として、従来より使
用の原油に簡単な脱塩処理を施し、入手容易な所定の石
油系燃料を単に混合するのみで達成てきることとなっ
た。コンバインド・サイクル発電は熱効率がよいので、
一定燃料当たりの発電量を増やすことができ、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。さらに原油の脱塩処理のた
めの熱エネルギ源として排熱回収ボイラを用いることに
より、省エネルギがより達成される。原油のうち、特に
低硫黄原油を用いると大型で高性能のガスタービンに適
する燃料が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスタービン燃料を製造し、これが適
用されるコンバインド・サイクル発電の好ましい工程の
説明図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脱塩処理された原油に、これよりもバナ
   ジウム含量および硫黄含量の低い石油系液体燃料を混合
   してなることを特徴とするバナジウム含量が０．５ｐｐ
   ｍ以下でかつ硫黄含量が１．３重量％以下のコンバイン
   ド・サイクル発電用ガスタービン燃料。
2. 【請求項２】 脱塩処理された低硫黄原油に、これより
   もバナジウム含量および硫黄含量の低い石油系液体燃料
   を混合してなることを特徴とするバナジウム含量が０．
   ５ｐｐｍ以下でかつ硫黄含量が０．０５重量％以下のコ
   ンバインド・サイクル発電用ガスタービン燃料。
3. 【請求項３】 脱塩処理された原油または低硫黄原油
   が、前記原油また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、次いで静電式脱塩処
   理により塩分含量を低下させた高温度の脱塩処理原油ま
   たは低硫黄原油であることを特徴とする請求項１または
   ２記載のコンバインド・サイクル発電用ガスタービン燃
   料。