(57)【要約】【課題】低い動力で、製鉄所で副生された副生ガスの燃焼排ガスから二酸化炭素を効率的に回収するとともに、副生ガスを用いて効率的に発電することができるガスタービン複合発電システムおよびガスタービン複合発電方法を提供する。【解決手段】本発明のガスタービン複合発電システム１０は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離手段２０と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼手段３０と、燃焼手段３０に供給する酸素を製造する酸素製造手段４０と、燃焼手段３０からの燃焼ガスを膨張することで動力を得るガスタービン５０と、ガスタービン５０からの排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラ６０と、排熱回収ボイラ６０で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気タービン７０と、排熱回収ボイラ６０から排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収手段８０と、を備える。【選択図】図１
2020045772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離手段と、
窒素を分離した後の前記副生ガスを燃焼させる燃焼手段と、
前記燃焼手段に供給する酸素を製造する酸素製造手段と、
前記燃焼手段からの燃焼ガスを膨張することで動力を得るガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を回収し、その熱で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させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気タービンと、
前記排熱回収ボイラから排出された前記排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収手段と、を備えたことを特徴とするガスタービン複合発電システム。
【請求項２】
製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、
窒素を分離した後の前記副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、
前記燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、
前記燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、
前記燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、
前記排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、
前記排熱回収工程で排出された前記排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有することを特徴とするガスタービン複合発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン複合発電システムおよびガスタービン複合発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本の石炭需要の４０％を消費し、二酸化炭素排出量全体の約１５％を排出する製鉄事業では、二酸化炭素の回収・収蔵（ｃａｒｂｏｎ  ｃａｐｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｓｔｏｒａｇｅ、ＣＣＳ）技術が求められ、多くの研究開発が進められている。
【０００３】
現在、製鉄所では、高炉ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）および転炉ガス（ＬＤＧ）等が副生されている。これらのガス（以下、「副生ガス」と言う。）は、高炉ガスタービン発電で燃料として活用されている。また、副生ガスの燃焼後回収（Ｐｏｓｔｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）および燃焼前回収（Ｐｒｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）に関して、机上で検討されている。
【０００４】
例えば、鉄鉱石を予備還元する予備還元炉およびこの予備還元炉で生成した還元鉄を石炭の純酸素燃焼により溶融還元して銑鉄を得る溶融還元炉を備えた純酸素操業の溶融還元系統と、この溶融還元系統で副生した副生ガスを燃焼器で純酸素燃焼させるガスタービン系統と、このガスタービン系統からの排ガスによって蒸気を発生させる蒸気発生系統と、溶融還元系統で副生ガスおよび蒸気発生系統で発生した蒸気を導入して一酸化炭素から水素ガスを得てメタノールの合成および精製を行うメタノール合成系統と、ガスタービン系統からの排ガスを圧縮および冷却して排ガス中の炭酸ガスを液化させる炭酸ガス液化系統と、を具備する銑鉄およびメタノール複合製造プラントが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３２１７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の燃焼後回収では、空気に多量の窒素を含み、かつ高炉ガス（ＢＦＧ）が窒素を４〜６割含有することから、二酸化炭素を分離する動力が非常に大きくなる。一方、高炉ガス（ＢＦＧ）が窒素を４〜６割含有し、コークス炉ガス（ＣＯＧ）が炭化水素を３〜５割も含むことから、現在、開発が進められている、水性ガスシフト反応を利用した燃焼前回収で二酸化炭素を分離するには機器の追加とより多くのエネルギーを必要とする。そのため、今後の製鉄事業を維持するためには、より一層、低い動力で、副生ガスから二酸化炭素または炭素成分を回収するとともに、副生ガスを用いて効率的に発電する技術の開発が求められている。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、低い動力で、製鉄所で副生された副生ガスの燃焼排ガスから二酸化炭素を効率的に回収するとともに、副生ガスを用いて効率的に発電することができるガスタービン複合発電システムおよびガスタービン複合発電方法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】
【０００８】
［１］製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離手段と、窒素を分離した後の前記副生ガスを燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼手段に供給する酸素を製造する酸素製造手段と、前記燃焼手段からの燃焼ガスを膨張することで動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの熱を回収し、その熱で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させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気タービンと、前記排熱回収ボイラから排出された前記排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収手段と、を備えたガスタービン複合発電システム。
［２］製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の前記副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、前記燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、前記燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、前記燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、前記排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、前記排熱回収工程で排出された前記排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有するガスタービン複合発電方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低い動力で、製鉄所で副生された副生ガスの燃焼排ガスから二酸化炭素を効率的に回収するとともに、副生ガスを用いて効率的に発電することができるガスタービン複合発電システムおよびガスタービン複合発電方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第３の実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第４の実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第５の実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第６の実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のガスタービン複合発電システムおよびガスタービン複合発電方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１２】
（１）第１の実施形態
［ガスタービン複合発電システム］
図１は、本実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、本実施形態のガスタービン複合発電システム１０は、分離手段２０と、燃焼手段３０と、酸素製造手段４０と、ガスタービン５０と、排熱回収ボイラ６０と、蒸気タービン７０と、二酸化炭素回収手段８０と、を備える。
【００１３】
分離手段２０は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離（除去）する。
分離手段２０としては、例えば、深冷式空気分離装置、圧力スイング吸着（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ、ＰＳＡ）装置等が挙げられる。また、ナノメートルサイズの細孔を有した多孔性物質を用いた吸着プロセスも開発されており、窒素と二酸化炭素を分離する技術により、副生ガスからの窒素の分離を可能とする。
分離手段２０は、製鉄所で副生された副生ガスが流れる第１の管路３００に接続されている。
【００１４】
製鉄所で副生された副生ガスとは、高炉ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、転炉ガス（ＬＤＧ）のことである。
高炉ガス（ＢＦＧ）は、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）を含む。高炉ガス（ＢＦＧ）における各成分の含有割合は、体積比で、例えば、次の通りである。二酸化炭素：２０．８％、一酸化炭素：２２．４％、水素：２．２％、窒素：５４．６％。
コークス炉ガス（ＣＯＧ）は、二酸化炭素（ＣＯ２）、酸素（Ｏ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、炭化水素（ＣｎＨｍ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）を含む。コークス炉ガス（ＣＯＧ）における各成分の含有割合は、体積比で、例えば、次の通りである。二酸化炭素：２．３％、酸素：０．２％、一酸化炭素：７．０％、メタン：２６．８％、炭化水素：３．２％、水素：５７．８％、窒素：２．７％。
転炉ガス（ＬＤＧ）は、二酸化炭素（ＣＯ２）、酸素（Ｏ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）を含む。転炉ガス（ＬＤＧ）における各成分の含有割合は、体積比で、例えば、次の通りである。二酸化炭素：１２．９％、酸素：０．１％、一酸化炭素：７３．１％、水素：１．９％、窒素：１２．０％。
【００１５】
分離手段２０は、第２の管路３１０を介して、ガスホルダ１００に接続されていてもよい。
ガスホルダ１００は、分離手段２０によって窒素を分離した後の副生ガスを貯留する。
ガスホルダ１００は、第３の管路３２０を介して、第１の圧縮機１１０に接続されている。
なお、ガスホルダ１００が設けられていない場合、分離手段２０は、第２の管路３１０と第３の管路３２０を介して、第１の圧縮機１１０に接続されている。
【００１６】
第１の圧縮機１１０は、分離手段２０によって窒素を分離した後の副生ガスを圧縮する。
第１の圧縮機１１０は、第４の管路３３０と第５の管路３４０を介して、燃焼手段３０に接続されている。
また、第４の管路３３０と第５の管路３４０の接続点にて、第５の管路３４０と分岐する第６の管路３５０が、第３の管路３２０に接続されている。
【００１７】
第６の管路３５０の途中には、第５の管路３４０との分岐点を基準として、第６の管路３５０内を流れる副生ガスの流量を調整するための弁１２０と、第６の管路３５０内を流れる副生ガスを冷却するガスクーラー１３０が、この順に設けられている。
弁１２０は、開度を調整することにより、第４の管路３３０を流れる副生ガスの一部を、第６の管路３５０に流す。すなわち、弁１２０の開度を調整することにより、第６の管路３５０を流れる副生ガスの流量を調整する。
【００１８】
ガスクーラー１３０としては、例えば、副生ガスを冷却水によって冷却する冷却器が挙げられる。
ガスクーラー１３０は、設備の緊急停止時において、燃焼手段３０への副生ガス供給が遮断された際に、高温・高圧の副生ガスを減圧・減温することで、全ガス量を安全に系統内に回収する（高炉ガス（ＢＦＧ）には毒性を有する二酸化炭素が多量に含まれるから）。また、ガスクーラー１３０は、第１の圧縮機１１０で圧縮された副生ガスの一部を冷却し、その冷却した副生ガスを第３の管路３２０に供給することにより、第１の圧縮機１１０に供給される副生ガスの温度を適温に調整する。第１の圧縮機１１０を多段にしてインタークーラを設けることで、圧縮動力を低減することもできる。
【００１９】
燃焼手段３０は、第１の圧縮機１１０で圧縮された副生ガスを燃焼させる。
燃焼手段３０としては、例えば、周囲に燃焼器をドーナツ型に配置したアニュラー形の燃焼器、個々の筒型燃焼器を周囲に配置したキャニュラー形の燃焼器、大きなサイロ形状燃焼器を配置したサイロ形の燃焼器、ガスエンジン等が挙げられる。
燃焼手段３０は、第７の管路３６０を介して、酸素製造手段４０に接続されている。
また、燃焼手段３０は、第８の管路３７０を介して、ガスタービン５０に接続されている。
さらに、燃焼手段３０は、第９の管路３８０を介して、第２の圧縮機１４０に接続されている。
【００２０】
酸素製造手段４０は、空気中の窒素を除去し、高純度の酸素を得て、その高純度の酸素を燃焼手段３０に供給する。
酸素製造手段４０としては、例えば、吸着剤（合成ゼオライト）の窒素と酸素の平衡吸着量が、加圧下で大きく異なることを利用して、空気中の窒素を加圧下で吸着除去し、高純度の酸素を効率的に得る酸素ガス発生装置等が挙げられる。また、酸素製造手段４０は、高純度の酸素を圧縮するための圧縮機（図示略）を備える。
酸素製造手段４０で得られた高純度の酸素は、第７の管路３６０を介して、燃焼手段３０に供給される。また、酸素製造手段４０にて、窒素が除去されているため、燃焼手段３０から排出される排ガスの主成分は、二酸化炭素およびＨ２Ｏからなる群から選択される少なくとも１種となる。なお、酸素製造手段４０から燃焼手段３０に供給される酸素は、量論比となる量とする。
【００２１】
ガスタービン５０は、燃焼手段３０からの燃焼ガスを膨張することで動力を得る。
ガスタービン５０は、第１の発電機１５０に接続されている。ガスタービン５０の動力により、第１の発電機１５０が駆動され、発電が行われる。
ガスタービン５０は、第１０の管路３９０を介して、排熱回収ボイラ６０に接続されている。
【００２２】
排熱回収ボイラ６０は、ガスタービン５０からの排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる。言い換えれば、排熱回収ボイラ６０は、水を、ガスタービン５０からの排ガスと熱交換することにより蒸気に変換する。
排熱回収ボイラ６０は、給水を加熱する節炭器と、水を蒸発させる蒸発器と、蒸気と水を分離するドラムと、湿り蒸気を蒸気タービンに送るために飽和温度以上に加熱し過熱蒸気とする過熱器と、節炭器での結露を防ぐための給水予熱器と、を備える。
【００２３】
排熱回収ボイラ６０は、第１１の管路４００を介して、蒸気タービン７０に接続されている。第１１の管路４００は、その大部分が排熱回収ボイラ６０内に設けられている。第１１の管路４００内には、水およびその水が蒸発した蒸気が流れている。
排熱回収ボイラ６０で発生させた蒸気は、第１１の管路４００を介して、蒸気タービン７０に供給される。
【００２４】
また、排熱回収ボイラ６０は、第１２の管路４１０を介して、第２の圧縮機１４０に接続されている。
第２の圧縮機１４０は、ガスタービン５０から排出され、排熱回収ボイラ６０を経た排ガスおよび二酸化炭素回収手段８０によって二酸化炭素と分離された排ガスを圧縮して、圧縮した排気循環ガスとする。排熱回収ボイラ６０から排出された排ガスは、二酸化炭素および水（Ｈ２Ｏ）を含む。
第２の圧縮機１４０で得られた圧縮後の排気循環ガスは、副生ガスの燃焼手段３０での燃焼温度を調整する希釈剤として、第９の管路３８０を介して、燃焼手段３０に供給される。
【００２５】
このように、燃焼手段３０、第８の管路３７０、ガスタービン５０、第１０の管路３９０、排熱回収ボイラ６０、第１２の管路４１０、第２の圧縮機１４０および第９の管路３８０によって形成される循環路を排ガスが循環する。
【００２６】
第１２の管路４１０の途中には、第１２の管路４１０と分岐する第１３の管路４２０が接続されている。第１３の管路４２０には、二酸化炭素回収手段８０が接続されている。
【００２７】
蒸気タービン７０は、排熱回収ボイラ６０で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る。
蒸気タービン７０は、第２の発電機１６０に接続されている。蒸気タービン７０の動力により、第２の発電機１６０が駆動され、発電が行われる。
蒸気タービン７０は、第１４の管路４３０を介して、排熱回収ボイラ６０に接続されている。詳細には、蒸気タービン７０は、第１４の管路４３０を介して、排熱回収ボイラ６０内に設けられている第１１の管路４００に接続されている。
【００２８】
このように、排熱回収ボイラ６０、第１１の管路４００、蒸気タービン７０および第１４の管路４３０によって形成される循環路を水および蒸気が循環する。
【００２９】
二酸化炭素回収手段８０は、排熱回収ボイラ６０から排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収（分離）する。
二酸化炭素回収手段８０としては、例えば、化学吸収法を用いた手段、物理吸着法を用いた手段、膜分離法を用いた手段等が挙げられる。これらの中でも、大量の排ガスから効率的に二酸化炭素を回収することができる点から、化学吸収法を用いた手段が好ましい。化学吸収法を用いた手段としては、例えば、アミン系水溶液を吸収剤として含む吸収塔が挙げられる。
【００３０】
二酸化炭素回収手段８０によって二酸化炭素と分離された水は、二酸化炭素回収手段８０外に排出される。
第１３の管路４２０に分岐された残りの排ガスは、第１２の管路４１０を介して、第２の圧縮機１４０に供給される。
【００３１】
本実施形態のガスタービン複合発電システム１０によれば、分離手段２０にて窒素を分離（除去）した副生ガスを、酸素製造手段４０で空気から分離した高純度の酸素により、燃焼手段３０にて量論比近傍での当量比で燃焼するため、燃焼手段３０から排出される排ガスの主成分は二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなる。また、排ガスが、燃焼手段３０、第８の管路３７０、ガスタービン５０、第１０の管路３９０、排熱回収ボイラ６０、第１２の管路４１０、第２の圧縮機１４０および第９の管路３８０によって形成される循環路を循環し、この循環路にて循環する排ガスは二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなり、Ｈ２Ｏを凝縮することで二酸化炭素を容易に分離することができるため、二酸化炭素回収手段８０における二酸化炭素の回収が容易となる。また、二酸化炭素回収手段８０では、上記の循環路にて、すでに濃縮された二酸化炭素を水の凝縮により回収するため、二酸化炭素を回収する動力を大幅に低減することができる。従って、本実施形態のガスタービン複合発電システム１０によれば、副生ガスを用いて効率的に発電することができる。
【００３２】
［ガスタービン複合発電方法］
図１を参照して、本実施形態のガスタービン複合発電方法を詳細に説明する。
本実施形態のガスタービン複合発電方法は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有する。
【００３３】
分離工程では、分離手段２０により、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離（除去）する。
分離手段２０には、第１の管路３００を介して、製鉄所で副生された副生ガスが供給される。
【００３４】
本実施形態のガスタービン複合発電方法では、窒素を分離した後の副生ガスを、第２の管路３１０と第３の管路３２０を介して、第１の圧縮機１１０に直接、供給してもよい。また、副生ガスをガスホルダ１００に貯留し、燃焼手段３０において必要とされる量に応じて、副生ガスをガスホルダ１００から燃焼手段３０に供給してもよい。
【００３５】
次いで、第１の圧縮機１１０で圧縮された副生ガスを、第４の管路３３０と第５の管路３４０を介して、第１の圧縮機１１０から燃焼手段３０（燃焼工程）に供給する。
【００３６】
ガスクーラー１３０は、設備の緊急停止時において、燃焼手段３０への副生ガス供給が遮断された際に、高温・高圧の副生ガスを減圧・減温することで，全ガス量を安全に系統内に回収する（高炉ガス（ＢＦＧ）には毒性を有する二酸化炭素が多量に含まれるから）。
また、第１の圧縮機１１０で圧縮された副生ガスの一部を、弁１２０の開度を調整することにより、第６の管路３５０に流してもよい。
第６の管路３５０を流れる副生ガスを、ガスクーラー１３０で冷却し、その冷却した副生ガスを第３の管路３２０に供給することにより、第１の圧縮機１１０に供給される副生ガスの温度を適温に調整する。第１の圧縮機１１０を多段にしてインタークーラを設けることで、圧縮動力を低減することもできる。
【００３７】
燃焼工程では、燃焼手段３０により、窒素を分離した後の副生ガス、すなわち、第１の圧縮機１１０で圧縮された副生ガスを燃焼させる。
【００３８】
酸素製造工程では、酸素製造手段４０により、燃焼工程で用いられる燃焼手段３０に供給する酸素を製造する。酸素製造工程では、酸素製造手段４０により、空気中の窒素を除去し、高純度の酸素を得て、その高純度の酸素を、第７の管路３６０を介して、燃焼手段３０（燃焼工程）に供給する。
燃焼工程では、酸素製造工程で得られた高純度の酸素を酸化剤として用いて、副生ガスを燃焼する。なお、燃焼工程に供給される副生ガスは、分離工程にて予め窒素を分離したものであるため、高純度の酸素を用いることにより、燃焼工程における副生ガスの燃焼効率を向上することができる。
【００３９】
次いで、燃焼工程で発生した燃焼ガスを、第８の管路３７０を介して、燃焼手段３０からガスタービン５０（燃焼ガス膨張工程）に供給する。
【００４０】
燃焼ガス膨張工程では、ガスタービン５０により、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る。さらに、燃焼ガス膨張工程では、ガスタービン５０の動力により、第１の発電機１５０を駆動して、発電する。
【００４１】
次いで、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスを、第１０の管路３９０を介して、ガスタービン５０から排熱回収ボイラ６０（排熱回収工程）に供給する。
【００４２】
排熱回収工程では、排熱回収ボイラ６０により、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる。言い換えれば、排熱回収工程では、排熱回収ボイラ６０により、水を、ガスタービン５０からの排ガスと熱交換することにより蒸気に変換する。
【００４３】
次いで、排熱回収工程で発生した蒸気を、第１１の管路４００を介して、排熱回収ボイラ６０から蒸気タービン７０（蒸気膨張工程）に供給する。
【００４４】
蒸気膨張工程では、蒸気タービン７０により、排熱回収工程で発生した蒸気を膨張することで動力を得る。さらに、蒸気膨張工程では、蒸気タービン７０の動力により、第２の発電機１６０を駆動して、発電する。
【００４５】
次いで、蒸気膨張工程で使用した蒸気を、第１４の管路４３０を介して、蒸気タービン７０から排熱回収ボイラ６０（排熱回収工程）に供給する。すなわち、蒸気膨張工程で使用した蒸気は、図示しない復水器を介して水として循環利用し、排熱回収工程における熱交換に再利用される。
【００４６】
このように、本実施形態のガスタービン複合発電方法では、排熱回収工程および蒸気膨張工程で蒸気を循環させる。これにより、排熱回収工程における排熱回収ボイラ６０による熱交換と、蒸気膨張工程における蒸気タービン７０および第２の発電機１６０による発電とを、効率的に実施することができる。
【００４７】
また、排熱回収工程で使用した排ガスを、第１２の管路４１０を介して、排熱回収ボイラ６０から第２の圧縮機１４０に供給する。その際、排熱回収工程で使用した排ガスの一部を、第１２の管路４１０から分岐し、第１３の管路４２０を介して、排熱回収ボイラ６０から二酸化炭素回収手段８０に供給し、残りの排ガスを第１２の管路４１０を介して第２の圧縮機１４０に供給する。
【００４８】
二酸化炭素回収工程では、二酸化炭素回収手段８０により、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する。
また、二酸化炭素回収工程にて、排ガス中に含まれていた水は、二酸化炭素と分離され、二酸化炭素回収手段８０外に排出される。
さらに、排熱回収工程で使用した排ガスで、第１３の管路４２０に分岐しなかった排ガスを第１２の管路４１０を介して、第２の圧縮機１４０に供給する。
【００４９】
次いで、排熱回収工程で使用した排ガスのうち、第１３の管路４２０を介して二酸化炭素回収工程に分岐しなかった排ガスを、第１２の管路４１０を介して第２の圧縮機１４０により圧縮して、圧縮した排気循環ガスとする。
【００５０】
次いで、第２の圧縮機１４０で得られた圧縮後の排気循環ガスを、第９の管路３８０を介して、第２の圧縮機１４０から燃焼手段３０に供給する。燃焼手段３０に供給された圧縮後の排気循環ガスは、燃焼手段３０にて、副生ガスの燃焼温度を調整する希釈剤として用いられる。
【００５１】
このように、本実施形態のガスタービン複合発電方法では、燃焼工程、燃焼ガス膨張工程、排熱回収工程および圧縮工程を経て排ガスを循環させる。これにより、燃焼ガス膨張工程におけるガスタービン５０および第１の発電機１５０による発電と、蒸気膨張工程における蒸気タービン７０および第２の発電機１６０による発電とを、効率的に実施することができる。
【００５２】
本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、分離工程にて窒素を分離（除去）した副生ガスを、酸素製造手段４０で空気から分離した高純度の酸素により量論比近傍での当量比で、燃焼工程にて燃焼するため、燃焼工程から排出される排ガスの主成分は二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなる。また、排ガスが、燃焼工程、燃焼ガス膨張工程および排熱回収工程を循環して燃焼工程の燃焼温度を調整するため、この排気循環ガス中に二酸化炭素とＨ２Ｏ以外の成分は含まれず、二酸化炭素が高濃度に維持される。その結果、二酸化炭素回収工程における二酸化炭素の回収が容易となる。また、二酸化炭素回収工程では、上記の循環にて、すでに濃縮された二酸化炭素を水分の凝縮・分離により回収するため、二酸化炭素を回収する動力を大幅に低減することができる。従って、本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、副生ガスを用いて効率的に発電することができる。
【００５３】
（２）第２の実施形態
［ガスタービン複合発電システム］
図２は、本実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図２において、図１に示した第１の実施形態のガスタービン複合発電システムと同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図２に示すように、本実施形態のガスタービン複合発電システム５００は、分離手段２０と、燃焼手段３０と、酸素製造手段４０と、ガスタービン５０と、排熱回収ボイラ６０と、蒸気タービン７０と、二酸化炭素回収手段８０と、を備える。
【００５４】
本実施形態のガスタービン複合発電システム５００が、上述の第１の実施形態のガスタービン複合発電システム１０と異なる点は、第１５の管路５１０を備え、酸素製造手段４０が、第１５の管路５１０を介して、第１２の管路４１０と接続されている点である。
【００５５】
本実施形態のガスタービン複合発電システム５００によれば、酸素製造手段４０が、第１５の管路５１０を介して、第１２の管路４１０と接続されているため、酸素製造手段４０は、酸素を圧縮するための圧縮機が不要となり、酸素製造手段４０を簡略化することができる。また、酸素製造手段４０にて、酸素を圧縮するための動力を低減することができる。
【００５６】
本実施形態のガスタービン複合発電システム５００によれば、分離手段２０にて窒素を分離（除去）した副生ガスを、酸素製造手段４０で空気から分離した高純度の酸素により、燃焼手段３０にて量論比近傍での当量比で燃焼するため、燃焼手段３０から排出される排ガスの主成分は二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなる。また、排ガスが、燃焼手段３０、第８の管路３７０、ガスタービン５０、第１０の管路３９０、排熱回収ボイラ６０、第１２の管路４１０、第２の圧縮機１４０および第９の管路３８０によって形成される循環路を循環し、この循環路にて循環する排ガスは二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなり、Ｈ２Ｏを凝縮することで二酸化炭素を容易に分離することができるため、二酸化炭素回収手段８０における二酸化炭素の回収が容易となる。また、二酸化炭素回収手段８０では、上記の循環路にて、すでに濃縮された二酸化炭素を水の凝縮により回収するため、二酸化炭素を回収する動力を大幅に低減することができる。従って、本実施形態のガスタービン複合発電システム５００によれば、副生ガスを用いて効率的に発電することができる。
【００５７】
［ガスタービン複合発電方法］
図２を参照して、本実施形態のガスタービン複合発電方法を詳細に説明する。
本実施形態のガスタービン複合発電方法は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有する。
【００５８】
本実施形態のガスタービン複合発電方法では、酸素製造工程で得られた高純度の酸素を、第１５の管路５１０と第１２の管路４１０を介して、第２の圧縮機１４０に供給する工程を有する。
【００５９】
本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、酸素製造工程で得られた高純度の酸素を、第１５の管路５１０と第１２の管路４１０を介して、第２の圧縮機１４０に供給する工程を有するため、酸素製造工程では、酸素を圧縮するための圧縮機が不要となり、酸素製造工程を簡略化することができる。また、酸素製造工程にて、酸素を圧縮するための動力を低減することができる。
【００６０】
本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、分離工程にて窒素を分離（除去）した副生ガスを、酸素製造手段４０で空気から分離した高純度の酸素により量論比近傍での当量比で、燃焼工程にて燃焼するため、燃焼工程から排出される排ガスの主成分は二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなる。また、排ガスが、燃焼工程、燃焼ガス膨張工程および排熱回収工程を循環して燃焼工程の燃焼温度を調整するため、この排気循環ガス中に二酸化炭素とＨ２Ｏ以外の成分は含まれず、二酸化炭素が高濃度に維持される。その結果、二酸化炭素回収工程における二酸化炭素の回収が容易となる。また、二酸化炭素回収工程では、上記の循環にて、すでに濃縮された二酸化炭素を水分の凝縮・分離により回収するため、二酸化炭素を回収する動力を大幅に低減することができる。従って、本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、副生ガスを用いて効率的に発電することができる。
【００６１】
（３）第３の実施形態
［ガスタービン複合発電システム］
図３は、本実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図３において、図１に示した第１の実施形態のガスタービン複合発電システムと同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態のガスタービン複合発電システム６００は、分離手段２０と、燃焼手段３０と、酸素製造手段４０と、ガスタービン５０と、排熱回収ボイラ６０と、蒸気タービン７０と、二酸化炭素回収手段８０と、を備える。
【００６２】
本実施形態のガスタービン複合発電システム６００が、上述の第１の実施形態のガスタービン複合発電システム１０と異なる点は、第１６の管路６１０を備え、製鉄所で副生された副生ガスのうち、コークス炉ガス（ＣＯＧ）のみ、第１６の管路６１０を介して、ガスホルダ１００に供給される点である。すなわち、本実施形態のガスタービン複合発電システム６００では、窒素の含有量が少ないコークス炉ガス（ＣＯＧ）は、分離手段２０を経ることなく、燃焼手段３０に供給される。また、分離手段２０では、高炉ガス（ＢＦＧ）と転炉ガス（ＬＤＧ）に含まれる窒素を分離する。
【００６３】
本実施形態のガスタービン複合発電システム６００によれば、窒素の含有量が少ないコークス炉ガス（ＣＯＧ）を、分離手段２０を経ることなく、燃焼手段３０にそのまま供給するため、分離手段２０において窒素を分離する動力を低減することができる。なお、窒素の含有量が少ないコークス炉ガス（ＣＯＧ）を、分離手段２０を経ることなく、燃焼手段３０にそのまま供給しても、二酸化炭素回収手段８０において二酸化炭素を回収する動力に大きく影響しない。
【００６４】
本実施形態のガスタービン複合発電システム６００によれば、分離手段２０にて窒素を分離（除去）した副生ガスを、酸素製造手段４０で空気から分離した高純度の酸素により、燃焼手段３０にて量論比近傍での当量比で燃焼するため、燃焼手段３０から排出される排ガスの主成分は二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなる。また、排ガスが、燃焼手段３０、第８の管路３７０、ガスタービン５０、第１０の管路３９０、排熱回収ボイラ６０、第１２の管路４１０、第２の圧縮機１４０および第９の管路３８０によって形成される循環路を循環し、この循環路にて循環する排ガスは二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなり、Ｈ２Ｏを凝縮することで二酸化炭素を容易に分離することができるため、二酸化炭素回収手段８０における二酸化炭素の回収が容易となる。また、二酸化炭素回収手段８０では、上記の循環路にて、すでに濃縮された二酸化炭素を水の凝縮により回収するため、二酸化炭素を回収する動力を大幅に低減することができる。従って、本実施形態のガスタービン複合発電システム６００によれば、副生ガスを用いて効率的に発電することができる。
【００６５】
［ガスタービン複合発電方法］
図３を参照して、本実施形態のガスタービン複合発電方法を詳細に説明する。
本実施形態のガスタービン複合発電方法は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有する。
【００６６】
本実施形態のガスタービン複合発電方法では、分離工程にて、窒素の含有量が少ないコークス炉ガス（ＣＯＧ）から窒素を分離することなく、高炉ガス（ＢＦＧ）と転炉ガス（ＬＤＧ）に含まれる窒素を分離する。
【００６７】
本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、窒素の含有量が少ないコークス炉ガス（ＣＯＧ）を、分離工程を経ることなく、燃焼工程にそのまま供給するため、分離工程において窒素を分離する動力を低減することができる。なお、窒素の含有量が少ないコークス炉ガス（ＣＯＧ）を、分離工程を経ることなく、燃焼工程にそのまま供給しても、二酸化炭素回収工程において二酸化炭素を回収する動力に大きく影響しない。
【００６８】
本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、分離工程にて窒素を分離（除去）した副生ガスを、酸素製造手段４０で空気から分離した高純度の酸素により量論比近傍での当量比で、燃焼工程にて燃焼するため、燃焼工程から排出される排ガスの主成分は二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなる。また、排ガスが、燃焼工程、燃焼ガス膨張工程および排熱回収工程を循環して燃焼工程の燃焼温度を調整するため、この排気循環ガス中に二酸化炭素とＨ２Ｏ以外の成分は含まれず、二酸化炭素が高濃度に維持される。その結果、二酸化炭素回収工程における二酸化炭素の回収が容易となる。また、二酸化炭素回収工程では、上記の循環にて、すでに濃縮された二酸化炭素を水分の凝縮・分離により回収するため、二酸化炭素を回収する動力を大幅に低減することができる。従って、本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、副生ガスを用いて効率的に発電することができる。
【００６９】
（４）第４の実施形態
［ガスタービン複合発電システム］
図４は、本実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図４において、図１に示した第１の実施形態のガスタービン複合発電システム、図２に示した第２の実施形態のガスタービン複合発電システム、および、図３に示した第３の実施形態のガスタービン複合発電システム、と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図４に示すように、本実施形態のガスタービン複合発電システム７００は、分離手段２０と、燃焼手段３０と、酸素製造手段４０と、ガスタービン５０と、排熱回収ボイラ６０と、蒸気タービン７０と、二酸化炭素回収手段８０と、を備える。
【００７０】
本実施形態のガスタービン複合発電システム７００が、上述の第１の実施形態のガスタービン複合発電システム１０と異なる点は、第１５の管路５１０を備え、酸素製造手段４０が、第１５の管路５１０を介して、第１２の管路４１０と接続されている点である。また、本実施形態のガスタービン複合発電システム７００が、上述の第１の実施形態のガスタービン複合発電システム１０と異なる点は、製鉄所で副生された副生ガスのうち、コークス炉ガス（ＣＯＧ）および転炉ガス（ＬＤＧ）が、第１６の管路６１０を介して、ガスホルダ１００に供給される点である。すなわち、本実施形態のガスタービン複合発電システム７００では、高炉ガス（ＢＦＧ）よりも窒素の含有量が少ないコークス炉ガス（ＣＯＧ）および転炉ガス（ＬＤＧ）は、分離手段２０を経ることなく、燃焼手段３０に供給される。また、分離手段２０では、高炉ガス（ＢＦＧ）に含まれる窒素を分離する。
【００７１】
本実施形態のガスタービン複合発電システム７００によれば、酸素製造手段４０が、第１５の管路５１０を介して、第１２の管路４１０と接続されているため、酸素製造手段４０は、酸素を圧縮するための圧縮機が不要となり、酸素製造手段４０を簡略化することができる。また、酸素製造手段４０にて、酸素を圧縮するための動力を低減することができる。
【００７２】
本実施形態のガスタービン複合発電システム７００によれば、高炉ガス（ＢＦＧ）よりも窒素の含有量が少ないコークス炉ガス（ＣＯＧ）および転炉ガス（ＬＤＧ）を、分離手段２０を経ることなく、燃焼手段３０にそのまま供給するため、分離手段２０において窒素を分離する動力を低減することができる。なお、高炉ガス（ＢＦＧ）よりも窒素の含有量が少ないコークス炉ガス（ＣＯＧ）および転炉ガス（ＬＤＧ）を、分離手段２０を経ることなく、燃焼手段３０にそのまま供給しても、二酸化炭素回収手段８０において二酸化炭素を回収する動力に大きく影響しない。
【００７３】
本実施形態のガスタービン複合発電システム７００によれば、分離手段２０にて窒素を分離（除去）した副生ガスを、酸素製造手段４０で空気から分離した高純度の酸素により、燃焼手段３０にて量論比近傍での当量比で燃焼するため、燃焼手段３０から排出される排ガスの主成分は二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなる。また、排ガスが、燃焼手段３０、第８の管路３７０、ガスタービン５０、第１０の管路３９０、排熱回収ボイラ６０、第１２の管路４１０、第２の圧縮機１４０および第９の管路３８０によって形成される循環路を循環し、この循環路にて循環する排ガスは二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなり、Ｈ２Ｏを凝縮することで二酸化炭素を容易に分離することができるため、二酸化炭素回収手段８０における二酸化炭素の回収が容易となる。また、二酸化炭素回収手段８０では、上記の循環路にて、すでに濃縮された二酸化炭素を水の凝縮により回収するため、二酸化炭素を回収する動力を大幅に低減することができる。従って、本実施形態のガスタービン複合発電システム７００によれば、副生ガスを用いて効率的に発電することができる。
【００７４】
［ガスタービン複合発電方法］
図４を参照して、本実施形態のガスタービン複合発電方法を詳細に説明する。
本実施形態のガスタービン複合発電方法は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有する。
【００７５】
本実施形態のガスタービン複合発電方法では、酸素製造工程で得られた高純度の酸素を、第１５の管路５１０と第１２の管路４１０を介して、第２の圧縮機１４０に供給する工程を有する。
【００７６】
また、本実施形態のガスタービン複合発電方法では、分離工程にて、高炉ガス（ＢＦＧ）よりも窒素の含有量が少ないコークス炉ガス（ＣＯＧ）および転炉ガス（ＬＤＧ）から窒素を分離することなく、高炉ガス（ＢＦＧ）に含まれる窒素を分離する。
【００７７】
本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、酸素製造工程で得られた高純度の酸素を、第１５の管路５１０と第１２の管路４１０を介して、第２の圧縮機１４０に供給する工程を有するため、酸素製造工程では、酸素を圧縮するための圧縮機が不要となり、酸素製造工程を簡略化することができる。また、酸素製造工程にて、酸素を圧縮するための動力を低減することができる。
【００７８】
本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、高炉ガス（ＢＦＧ）よりも窒素の含有量が少ないコークス炉ガス（ＣＯＧ）および転炉ガス（ＬＤＧ）を、分離工程を経ることなく、燃焼工程にそのまま供給するため、分離工程において窒素を分離する動力を低減することができる。なお、高炉ガス（ＢＦＧ）よりも窒素の含有量が少ないコークス炉ガス（ＣＯＧ）および転炉ガス（ＬＤＧ）を、分離工程を経ることなく、燃焼工程にそのまま供給しても、二酸化炭素回収工程において二酸化炭素を回収する動力に大きく影響しない。
【００７９】
本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、分離工程にて窒素を分離（除去）した副生ガスを、酸素製造手段４０で空気から分離した高純度の酸素により量論比近傍での当量比で、燃焼工程にて燃焼するため、燃焼工程から排出される排ガスの主成分は二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなる。また、排ガスが、燃焼工程、燃焼ガス膨張工程および排熱回収工程を循環して燃焼工程の燃焼温度を調整するため、この排気循環ガス中に二酸化炭素とＨ２Ｏ以外の成分は含まれず、二酸化炭素が高濃度に維持される。その結果、二酸化炭素回収工程における二酸化炭素の回収が容易となる。また、二酸化炭素回収工程では、上記の循環にて、すでに濃縮された二酸化炭素を水分の凝縮・分離により回収するため、二酸化炭素を回収する動力を大幅に低減することができる。従って、本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、副生ガスを用いて効率的に発電することができる。
【００８０】
（５）第５の実施形態
［ガスタービン複合発電システム］
図５は、本実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図５において、図１に示した第１の実施形態のガスタービン複合発電システムと同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態のガスタービン複合発電システム８００は、分離手段２０と、燃焼手段３０と、酸素製造手段４０と、ガスタービン５０と、排熱回収ボイラ６０と、蒸気タービン７０と、二酸化炭素回収手段８０と、を備える。
【００８１】
本実施形態のガスタービン複合発電システム８００が、上述の第１の実施形態のガスタービン複合発電システム１０と異なる点は、第１７の管路８１０と、第１８の管路８２０と、を備え、排熱回収ボイラ６０が第１７の管路８１０を介して、二酸化炭素回収手段８０と接続され、二酸化炭素回収手段８０が第１８の管路８２０を介して、第２の圧縮機１４０と接続されている点である。
【００８２】
本実施形態のガスタービン複合発電システム８００によれば、二酸化炭素回収手段８０にて、ガスタービン５０からの排ガスに含まれる水の全量を、二酸化炭素とともに凝縮（圧縮）して除去し、二酸化炭素を回収するとともに、回収した二酸化炭素の一部を第２の圧縮機１４０で圧縮して、燃焼手段３０に供給することにより、燃焼手段３０における副生ガスの燃焼温度を調整することができる。これにより、燃焼手段３０における副生ガスの燃焼を効率的に行うことができる。また、二酸化炭素回収手段８０にて、二酸化炭素を回収する際に、二酸化炭素を圧縮することから、ガスタービン５０の圧縮設備を小さくしたり、省略したりすることができる。
【００８３】
本実施形態のガスタービン複合発電システム８００によれば、分離手段２０にて窒素を分離（除去）した副生ガスを、酸素製造手段４０で空気から分離した高純度の酸素により、燃焼手段３０にて量論比近傍での当量比で燃焼するため、燃焼手段３０から排出される排ガスの主成分は二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなる。また、排ガスが、燃焼手段３０、第８の管路３７０、ガスタービン５０、第１０の管路３９０、排熱回収ボイラ６０、第１７の管路８１０、二酸化炭素回収手段８０、第１８の管路８２０、第２の圧縮機１４０および第９の管路３８０によって形成される循環路を循環し、この循環路にて循環する排ガスは二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなり、Ｈ２Ｏを凝縮することで二酸化炭素を容易に分離することができるため、二酸化炭素回収手段８０における二酸化炭素の回収が容易となる。また、二酸化炭素回収手段８０では、上記の循環路にて、すでに濃縮された二酸化炭素を水の凝縮により回収するため、二酸化炭素を回収する動力を大幅に低減することができる。従って、本実施形態のガスタービン複合発電システム８００によれば、副生ガスを用いて効率的に発電することができる。
【００８４】
［ガスタービン複合発電方法］
図５を参照して、本実施形態のガスタービン複合発電方法を詳細に説明する。
本実施形態のガスタービン複合発電方法は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有する。
【００８５】
本実施形態のガスタービン複合発電方法では、二酸化炭素回収工程にて、燃焼ガス膨張工程からの排ガスに含まれる水の全量を、二酸化炭素とともに凝縮（圧縮）して除去し、二酸化炭素を回収するとともに、回収した二酸化炭素の一部を燃焼工程に供給する。
【００８６】
本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、二酸化炭素回収工程にて、燃焼ガス膨張工程からの排ガスに含まれる水の全量を、二酸化炭素とともに凝縮（圧縮）して除去し、二酸化炭素を回収するとともに、回収した二酸化炭素の一部を燃焼工程に供給するため、燃焼工程における副生ガスの燃焼温度を調整することができる。これにより、燃焼工程における副生ガスの燃焼を効率的に行うことができる。また、二酸化炭素回収工程にて、二酸化炭素を回収する際に、二酸化炭素を圧縮することから、燃焼ガス膨張工程にて燃焼ガスを圧縮することを省略できる。
【００８７】
本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、分離工程にて窒素を分離（除去）した副生ガスを、酸素製造手段４０で空気から分離した高純度の酸素により量論比近傍での当量比で、燃焼工程にて燃焼するため、燃焼工程から排出される排ガスの主成分は二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなる。また、排ガスが、燃焼工程、燃焼ガス膨張工程および排熱回収工程を循環して燃焼工程の燃焼温度を調整するため、この排気循環ガス中に二酸化炭素とＨ２Ｏ以外の成分は含まれず、二酸化炭素が高濃度に維持される。その結果、二酸化炭素回収工程における二酸化炭素の回収が容易となる。また、二酸化炭素回収工程では、上記の循環にて、すでに濃縮された二酸化炭素を水分の凝縮・分離により回収するため、二酸化炭素を回収する動力を大幅に低減することができる。従って、本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、副生ガスを用いて効率的に発電することができる。
【００８８】
（６）第６の実施形態
［ガスタービン複合発電システム］
図６は、本実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図６において、図１に示した第１の実施形態のガスタービン複合発電システムと同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態のガスタービン複合発電システム９００は、分離手段２０と、燃焼手段３０と、酸素製造手段４０と、ガスタービン５０と、排熱回収ボイラ６０と、蒸気タービン７０と、二酸化炭素回収手段８０と、を備える。
【００８９】
本実施形態のガスタービン複合発電システム９００が、上述の第１の実施形態のガスタービン複合発電システム１０と異なる点は、第１７の管路８１０と、第１８の管路８２０と、を備え、排熱回収ボイラ６０が第１７の管路８１０を介して、二酸化炭素回収手段８０と接続され、二酸化炭素回収手段８０が第１８の管路８２０を介して、第２の圧縮機１４０と接続されている点である。
【００９０】
本実施形態のガスタービン複合発電システム９００によれば、二酸化炭素回収手段８０にて、ガスタービン５０からの排ガスに含まれる水の全量を、二酸化炭素とともに凝縮（圧縮）して除去し、二酸化炭素を回収するとともに、回収した水の一部を第２の圧縮機１４０で圧縮して、燃焼手段３０に供給することにより、燃焼手段３０における副生ガスの燃焼温度を調整することができる。これにより、燃焼手段３０における副生ガスの燃焼を効率的に行うことができる。また、二酸化炭素回収手段８０から燃焼手段３０に供給する水を第２の圧縮機１４０で圧縮するため、ガスタービン５０にて燃焼ガスを圧縮する動力を大幅に低減して、ガスタービン複合発電システム９００全体の熱効率を向上することができる。
【００９１】
本実施形態のガスタービン複合発電システム９００によれば、分離手段２０にて窒素を分離（除去）した副生ガスを、酸素製造手段４０で空気から分離した高純度の酸素により、燃焼手段３０にて量論比近傍での当量比で燃焼するため、燃焼手段３０から排出される排ガスの主成分は二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなる。また、排ガスが、燃焼手段３０、第８の管路３７０、ガスタービン５０、第１０の管路３９０、排熱回収ボイラ６０、第１７の管路８１０、二酸化炭素回収手段８０、第１８の管路８２０、第２の圧縮機１４０および第９の管路３８０によって形成される循環路を循環し、この循環路にて循環する排ガスは二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなり、Ｈ２Ｏを凝縮することで二酸化炭素を容易に分離することができるため、二酸化炭素回収手段８０における二酸化炭素の回収が容易となる。また、二酸化炭素回収手段８０では、上記の循環路にて、すでに濃縮された二酸化炭素を水の凝縮により回収するため、二酸化炭素を回収する動力を大幅に低減することができる。従って、本実施形態のガスタービン複合発電システム９００によれば、副生ガスを用いて効率的に発電することができる。
【００９２】
［ガスタービン複合発電方法］
図６を参照して、本実施形態のガスタービン複合発電方法を詳細に説明する。
本実施形態のガスタービン複合発電方法は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有する。
【００９３】
本実施形態のガスタービン複合発電方法では、二酸化炭素回収工程にて、燃焼ガス膨張工程からの排ガスに含まれる水の全量を、二酸化炭素とともに凝縮（圧縮）して除去し、二酸化炭素を回収するとともに、回収した水の一部を燃焼工程に供給する。
【００９４】
本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、二酸化炭素回収工程にて、燃焼ガス膨張工程からの排ガスに含まれる水の全量を、二酸化炭素とともに凝縮（圧縮）して除去し、二酸化炭素を回収するとともに、回収した水の一部を燃焼工程に供給するため、燃焼工程における副生ガスの燃焼温度を調整することができる。これにより、燃焼工程における副生ガスの燃焼を効率的に行うことができる。また、二酸化炭素回収工程から燃焼工程に供給する水を第２の圧縮機１４０で圧縮するため、燃焼ガス膨張工程にて燃焼ガスを圧縮する動力を大幅に低減して、ガスタービン複合発電方法全体の熱効率を向上することができる。
【００９５】
本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、分離工程にて窒素を分離（除去）した副生ガスを、酸素製造手段４０で空気から分離した高純度の酸素により量論比近傍での当量比で、燃焼工程にて燃焼するため、燃焼工程から排出される排ガスの主成分は二酸化炭素とＨ２Ｏのみとなる。また、排ガスが、燃焼工程、燃焼ガス膨張工程および排熱回収工程を循環して燃焼工程の燃焼温度を調整するため、この排気循環ガス中に二酸化炭素とＨ２Ｏ以外の成分は含まれず、二酸化炭素が高濃度に維持される。その結果、二酸化炭素回収工程における二酸化炭素の回収が容易となる。また、二酸化炭素回収工程では、上記の循環にて、すでに濃縮された二酸化炭素を水分の凝縮・分離により回収するため、二酸化炭素を回収する動力を大幅に低減することができる。従って、本実施形態のガスタービン複合発電方法によれば、副生ガスを用いて効率的に発電することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、製鉄所から排出される高炉ガス（ＢＦＧ）等の高炉ガス焚き発電設備の運用に係り、発電することにより発生する二酸化炭素を低い動力で分離回収することができる。また、本発明は、製鉄事業における効率的な二酸化炭素の回収を実現し、安定した製鉄事業が可能となる。また、本発明は、二酸化炭素を分離する動力を大幅に低減する高炉ガスタービン複合発電を実現する。本発明は、世界の二酸化炭素削減目標を達成するのに貢献できる。さらに、本発明は、排ガスを削除、もしくは大幅に削減することができるから、脱硝装置等の耐環境設備を縮小または削減できる。従って、本発明は、製鉄所発電設備の安定運転に寄与する。
【符号の説明】
【００９７】
１０，５００，６００，７００，８００，９００  ガスタービン複合発電システム
２０  分離手段
３０  燃焼手段
４０  酸素製造手段
５０  ガスタービン
６０  排熱回収ボイラ
７０  蒸気タービン
８０  二酸化炭素回収手段
１００  ガスホルダ
１１０  第１の圧縮機
１２０  弁
１３０  ガスクーラー
１４０  第２の圧縮機
１５０  第１の発電機
１６０  第２の発電機
３００  第１の管路
３１０  第２の管路
３２０  第３の管路
３３０  第４の管路
３４０  第５の管路
３５０  第６の管路
３６０  第７の管路
３７０  第８の管路
３８０  第９の管路
３９０  第１０の管路
４００  第１１の管路
４１０  第１２の管路
４２０  第１３の管路
４３０  第１４の管路
５１０  第１５の管路
６１０  第１６の管路
８１０  第１７の管路
８２０  第１８の管路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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