(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一酸化炭素と水素を含んだ燃料ガスに水蒸気を混合してシフト反応させて燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換する第１シフト反応器と、前記第１シフト反応器を流下した燃料ガスをシフト反応させて燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換する第２シフト反応器と、前記第２シフト反応器を流下した燃料ガスをシフト反応させて燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換する第３シフト反応器と、前記シフト反応器を流下した燃料ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる二酸化炭素吸収搭と、前記二酸化炭素吸収搭で吸収した二酸化炭素を解離させて吸収液を再生する吸収液再生装置と、前記二酸化炭素吸収搭で二酸化炭素を除去した燃料ガスを燃料として用いるガスタービンとを備えたガス化発電システムにおいて、
前記第１シフト反応器で生じたシフト反応熱によって昇温した燃料ガスと熱交換して蒸気を発生させる該第１シフト反応器の下流に設置された第１蒸発器と、前記第２シフト反応器で生じたシフト反応熱によって昇温した燃料ガスと熱交換して蒸気を発生させる該第２シフト反応器の下流に設置された第２蒸発器と、前記第３シフト反応器で生じたシフト反応熱によって昇温した燃料ガスと熱交換して蒸気を発生させる該第３シフト反応器の下流に設置された第３蒸発器を設け、
前記第１蒸発器、第２蒸発器、及び第３蒸発器で発生した蒸気を熱源として前記二酸化炭素吸収塔から前記吸収液再生装置に供給される吸収液を加熱する吸収液加熱器を設け、
前記第１蒸発器、第２蒸発器、及び第３蒸発器で発生した蒸気を前記吸収液加熱器に供給する第１蒸気配管、第２蒸気配管、及び第３蒸気配管をそれぞれ配設したことを特徴とするガス化発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載されたガス化発電システムにおいて、
前記二酸化炭素吸収搭を経由して前記ガスタービンの燃焼器にガスタービン燃料管路を通じて供給される燃料ガスを前記シフト反応器で昇温した燃料ガスにより加熱するように前記ガスタービン燃料管路に第１燃料ガス加熱器、第２燃料ガス加熱器、及び第３燃料ガス加熱器をそれぞれ設置し、
前記シフト反応器に供給される燃料ガスの一部を分岐して、前記燃料ガス加熱器から前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料ガスに合流させるバイパス経路を設けたことを特徴とするガス化発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一酸化炭素と水素を含有するガス化した燃料ガスをガスタービンで燃焼して発電するガス化発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭やバイオマスをガス化してガスタービンの燃料として利用する技術はあるが、特に石炭をガス化した場合はその石炭の炭種によって異なるが、石炭ガス化による生成ガスの代表成分は体積割合で５５％が一酸化炭素、２０％が水素、２０％が窒素ガス、３％が二酸化炭素ガス、２％が水蒸気やその他成分である。
【０００３】
したがって、石炭ガス化による生成ガスの主成分である一酸化炭素と水蒸気から二酸化炭素と水素を得る下記（１）式のシフト反応が、一般的に化学プラント等の二酸化炭素回収システムでは活用されている。
【０００４】
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２・・・（１）
即ち、シフト反応器によって上記（１）式のシフト反応を起し、石炭をガス化した石炭ガスを一旦、水素ガスと二酸化炭素に転換して、水素ガスはガスタービンの燃料ガスとして活用し、二酸化炭素ガスは後流の二酸化炭素吸収搭で吸収液により吸収するものである。尚、この時のシフト反応は発熱反応である。
【０００５】
特開２００８−１０８６２１号公報には、一酸化炭素を二酸化炭素に変換するシフト反応を行うシフト反応器を有する二酸化炭素回収装置を備えた燃料電池発電システムに関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０８６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特開２００８−１０８６２１号公報に記載された燃料電池発電システムでは、二酸化炭素回収装置が有するシフト反応器で燃料ガス中の一酸化炭素と水蒸気とをシフト反応させて二酸化炭素に変換する該シフト反応に伴って熱エネルギーが発生するが、このシフト反応で発生した熱エネルギーは発電システムに有効に利用されておらず、発電システムの発電効率の向上が図れていないという課題があった。
【０００８】
本発明の目的は、燃料ガスに含まれた一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応の際に生じるシフト反応熱を有効に回収して発電効率を向上させたガス化発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のガス化発電システムは、一酸化炭素と水素を含んだ燃料ガスに水蒸気を混合してシフト反応させて燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換する第１シフト反応器と、前記第１シフト反応器を流下した燃料ガスをシフト反応させて燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換する第２シフト反応器と、前記第２シフト反応器を流下した燃料ガスをシフト反応させて燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換する第３シフト反応器と、前記シフト反応器を流下した燃料ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる二酸化炭素吸収搭と、前記二酸化炭素吸収搭で吸収した二酸化炭素を解離させて吸収液を再生する吸収液再生装置と、前記二酸化炭素吸収搭で二酸化炭素を除去した燃料ガスを燃料として用いるガスタービンとを備えたガス化発電システムにおいて、前記第１シフト反応器で生じたシフト反応熱によって昇温した燃料ガスと熱交換して蒸気を発生させる該第１シフト反応器の下流に設置された第１蒸発器と、前記第２シフト反応器で生じたシフト反応熱によって昇温した燃料ガスと熱交換して蒸気を発生させる該第２シフト反応器の下流に設置された第２蒸発器と、前記第３シフト反応器で生じたシフト反応熱によって昇温した燃料ガスと熱交換して蒸気を発生させる該第３シフト反応器の下流に設置された第３蒸発器を設け、
前記第１蒸発器、第２蒸発器、及び第３蒸発器で発生した蒸気を熱源として前記二酸化炭素吸収塔から前記吸収液再生装置に供給される吸収液を加熱する吸収液加熱器を設け、
前記第１蒸発器、第２蒸発器、及び第３蒸発器で発生した蒸気を前記吸収液加熱器に供給する第１蒸気配管、第２蒸気配管、及び第３蒸気配管をそれぞれ配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料ガスに含まれた一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応の際に生じるシフト反応熱を有効に回収してガス化発電システムの発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施例である二酸化炭素分離回収装置を備えたガス化発電システムの概略系統図。
【図２】本発明の第２実施例である二酸化炭素分離回収装置を備えたガス化発電システムの概略系統図。
【図３】図１に示した本発明の第１実施例のガス化発電システムに備えられた二酸化炭素分離回収装置の概略構成を示す系統図。
【図４】図２に示した本発明の第２実施例のガス化発電システムに備えられた二酸化炭素分離回収装置の概略構成を示す系統図。
【図５】図３に示した本発明の第１実施例のガス化発電システムに備えられた二酸化炭素分離回収装置における各流路を流れる流体の計画温度状況を示した温度分布状態図。
【図６】図４に示した本発明の第２実施例のガス化発電システムに備えられた二酸化炭素分離回収装置における各流路を流れる流体の計画温度状況を示した温度分布状態図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施例である二酸化炭素分離回収装置を備えたガス化発電システムについて図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の第１の実施例であるガス化発電システムについて図１及び図３を用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１の実施例であるガス化発電システムの概略系統を示しており、図３は図１に示した本発明の第１実施例のガス化発電システムに備えられた二酸化炭素分離回収装置を構成するシフト反応器周り系統、二酸化炭素吸収液循環系統、及び吸収液の再生フラシュ系統の概略構成を示している。
【００１６】
図１及び図３において、本実施例のガス化発電システムは発電プラント１００と二酸化炭素分離回収装置２００とを備えており、石炭ガス化装置（図示せず）から供給される一酸化炭素を含んだ水素リッチの燃料ガスが、入口ガス管路１を通じて二酸化炭素分離回収装置２００に供給されている。
【００１７】
本実施例のガス化発電システムに備えられた発電プラント１００には、水素リッチの燃料ガスを燃焼器７１で燃焼して発生させた燃焼ガスで駆動するガスタービン２１を有するガスタービン装置と、このガスタービン２１から排出された排ガスを熱源として蒸気を発生させる排熱回収ボイラ２０と、この排熱回収ボイラ２０に設置した蒸気ドラム（中圧ドラム３０及び高圧ドラム３１）で発生した蒸気を中圧ドラム過熱蒸気管路３３及び高圧ドラム過熱蒸気管路７６を通じてそれぞれ供給し駆動する蒸気タービン２３が備えられている。
【００１８】
前記蒸気タービン２３は発電機２２を駆動して電力を発生するように構成されており、この蒸気タービン２３を流下した蒸気は復水器２４で冷却されて復水となり、この復水が給水ポンプ２７で昇圧されて復水管路２６を通じて排熱回収ボイラ２０に供給される。
【００１９】
前記ガスタービン装置は燃料ガスを燃焼する燃焼器７１と、燃焼器７１で発生した高温の燃焼ガスで駆動されるガスタービン２１と、ガスタービン２１によって駆動され燃焼器７１に供給する空気を加圧する圧縮機７２及び電力を発生する発電機２２を備えている。
【００２０】
前記二酸化炭素分離回収装置２００では、石炭ガス化装置（図示せず）から供給される一酸化炭素を含んだ水素リッチの燃料ガスを流下させる入口ガス管路１に設けたシフト蒸気混合器４に、発電プラント１００の排熱回収ボイラ２０で発生した蒸気の一部をシフト反応用蒸気管路３２を通じて供給し、この蒸気を混合した燃料ガスが入口ガス管路１を流下して第１シフト反応器５に流入する。
【００２１】
前記入口ガス管路１にはシフト反応器をバイパスするために入口ガス管路１から分岐したシフト反応器バイパス管路２を配設して燃焼器入口管路４４に連通させている。
【００２２】
第１シフト反応器５の内部には、燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応を発生させる触媒が充填されている。そしてこの触媒によって燃料ガスに含まれた一酸化炭素はシフト反応によって二酸化炭素に転換される。このシフト反応は発熱反応なので転換された二酸化炭素を含んだ燃料ガスは高温に昇温される。
【００２３】
第１シフト反応器５を出た高温の燃料ガスは、この第１シフト反応器５の下流に設置された第１プロセスガス蒸発器６に供給されるが、前記第１プロセスガス蒸発器６には排熱回収ボイラ２０で発生した蒸気の一部が給水管路２８を通じて供給されている。
【００２４】
前記第１プロセスガス蒸発器６にて高温の燃料ガスと熱交換して発生した高圧高温の水蒸気は蒸気管路３４を通じて排熱回収ボイラ２０の高圧ドラム３１に供給される。また、前記第１プロセスガス蒸発器６での熱交換によって冷却した燃料ガスは該第１プロセスガス蒸発器６の下流に設置された第２シフト反応器７に流入する。
【００２５】
第２シフト反応器７の内部にも、燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応を発生させる触媒が充填されており、第２シフト反応器７に充填された触媒によって燃料ガス中の一酸化炭素はシフト反応によって二酸化炭素に転換するシフト反応がさらに進む。
【００２６】
第２シフト反応器７を出た高温の燃料ガスは、この第２シフト反応器７の下流に設置された第１燃料ガス加熱器８に流入する。
【００２７】
この第１燃料ガス加熱器８には、後述する二酸化炭素分離回収装置２００の二酸化炭素吸収塔３７によって燃料ガスに含まれた二酸化炭素を吸収液で吸収して二酸化炭素を除去した水素リッチの燃料ガスが、二酸化炭素分離回収装置２００から燃料管路３を通じて第３燃料ガス加熱器１２及び第２燃料ガス加熱器１０を順次経由して供給される。
【００２８】
前記第１燃料ガス加熱器８での熱交換で冷却された第２シフト反応器７から流下した燃料ガスは第１燃料ガス加熱器８の下流側に設置された第２プロセスガス蒸発器９に供給される。
【００２９】
また、前記第１燃料ガス加熱器８にて第２シフト反応器７から流下した燃料ガスとの熱交換によって燃料管路３を通じて供給され昇温した二酸化炭素が除去された水素リッチの燃料ガスは、燃焼器入口管路４４を通じてガスタービン装置の燃焼器７１に供給され、この燃焼器７１で水素リッチの燃料ガスを燃焼して発生した高温の燃焼ガスをガスタービン２１に供給して該ガスタービン２１を駆動し、発電機２２を回転させて発電する。
【００３０】
前記第１燃料ガス加熱器８での熱交換で冷却された燃料ガスは該第１燃料ガス加熱器８の下流側に設置された第２プロセスガス蒸発器９に供給されるが、前記第２プロセスガス蒸発器９には排熱回収ボイラ２０で発生した蒸気の一部が給水管路２９を通じて供給されている。
【００３１】
前記第２プロセスガス蒸発器９にて高温の燃料ガスと熱交換して発生した高温の蒸気は蒸気管路３５を通じて排熱回収ボイラ２０の中圧ドラム３０に供給される。また、前記第２プロセスガス蒸発器９での熱交換によって冷却した燃料ガスは第２燃料ガス加熱器１０に流入し、この第２燃料ガス加熱器１０にて二酸化炭素分離回収装置２００から燃料管路３を通じて供給された二酸化炭素を除いた燃料ガスとの熱交換で冷却され、該第２燃料ガス加熱器１０の下流に設置された第３シフト反応器１１に流入する。
【００３２】
第３シフト反応器１１の内部にも、燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応を発生させる触媒が充填されおり、第３シフト反応器１１に充填された触媒によって燃料ガス中の一酸化炭素はシフト反応させることによって燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応が完了する。
【００３３】
第３シフト反応器１１を出た高温の燃料ガスは、この第３シフト反応器１１の下流に設置された第３燃料ガス加熱器１２に流入し、この第３燃料ガス加熱器１２にて燃料管路３を通じて供給された燃料ガスとの熱交換で冷却され、該第３燃料ガス加熱器１２の下流に設置された第３プロセスガス蒸発器１３に供給される。
前記第３プロセスガス蒸発器１３には排熱回収ボイラ２０に供給された給水の一部が給水管路２５を通じて供給されている。
【００３４】
前記第３プロセスガス蒸発器１３にて高温の燃料ガスと熱交換して発生した高温の蒸気は蒸気管路３６を通じて流下し、後述する図３に示した二酸化炭素分離回収装置２００の吸収液を加熱する二酸化炭素吸収液加熱器３９に熱源として供給される。
【００３５】
前記第３プロセスガス蒸発器１３での熱交換によって冷却した燃料ガスはプロセスガス冷却器１４で流入された後に第１ノックアウトドラム１５に流入し、この第１ノックアウトドラム１５から前記燃料ガスはプロセスガス管路１６を通じて二酸化炭素吸収塔３７に供給される。
【００３６】
そして前記二酸化炭素吸収塔３７に供給された燃料ガスはこの二酸化炭素吸収塔３７にて燃料ガスに含まれた二酸化炭素を吸収液に吸収させて除去する。
【００３７】
図３に示した二酸化炭素分離回収装置２００においては、第１ノックアウトドラム１５から流下した水素リッチの燃料ガスに含まれた二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を除去した燃料ガスを生成する二酸化炭素吸収搭３７と、この二酸化炭素吸収搭３７で二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を解離させて前記吸収液を再生する吸収液再生装置である二酸化炭素フラッシュタンク３８が設置されている。
【００３８】
前記第１ノックアウトドラム１５では、シフト反応で余った水分を燃料ガスから分離してドレン管路４２を通じて系外に排出し、水分を分離した二酸化炭素ガスを多く含んだ水素リッチの燃料ガスはプロセスガス管路１６を通じて二酸化炭素吸収搭３７に供給される。
【００３９】
そして低温の二酸化炭素吸収搭３７にて二酸化炭素を吸収液によって吸収された水素リッチガスは、燃料ガス管路４３を通じて二酸化炭素吸収搭３７の下流に設置した第２ノックアウトドラム４０に導入され、吸収液のミスト分を分離して燃料ガス昇圧圧縮機４１で昇圧され、燃料配管３及び燃焼器入口管路４４を通じてガスタービン装置の燃焼器７１に供給されて燃焼する。
【００４０】
尚、第２ノックアウトドラム４０で分離した吸収液のミストは二酸化炭素フラッシュタンク３８に流入する。
【００４１】
前記二酸化炭素吸収搭３７で燃料ガスに含まれた二酸化炭素を吸収した吸収液は、吸収液管路７７に設置された二酸化炭素吸収液加熱器３９で加熱されて吸収液再生装置である二酸化炭素フラッシュタンク３８に流入し、この二酸化炭素フラッシュタンク３８にてフラッシュして吸収液に吸収した二酸化炭素を解離する。
【００４２】
吸収液から解離した二酸化炭素は二酸化炭素フラッシュタンク３８から二酸化炭素管路５０を通じて系外の二酸化炭素貯蔵（図示せず）に導出される。
【００４３】
また、吸収液再生装置である二酸化炭素フラッシュタンク３８に供給されて該二酸化炭素フラッシュタンク３８にて二酸化炭素を解離したリーン吸収液は、循環ポンプ４８で昇圧されてリーン液管路４９を通じて二酸化炭素吸収搭３７に供給され、この二酸化炭素吸収搭３７にて再び燃料ガスに含まれた二酸化炭素を吸収し、吸収液管路７７を通じて二酸化炭素フラッシュタンク３８に再び供給されるように構成している。
【００４４】
一方、第２ノックアウトドラム４０で吸収液のミストを分離した水素リッチの燃料ガスは、燃料ガス昇圧圧縮機４１にて昇圧され、燃料配管３を通じて流下して、第３燃料ガス加熱器１２、第２燃料ガス加熱器１０で昇温された後に燃焼器入口管路４４を通じてガスタービン装置の燃焼器７１に供給され、この燃焼器７１で燃焼する。
【００４５】
第１プロセスガス蒸発器６を出た蒸気は、第１プロセスガス蒸発器６から蒸気管路３４を通じて排熱回収ボイラ２０の高圧ドラム３１に供給され、この高圧ドラム３１にてシフト反応熱が水蒸気の形でガスタービン排熱回収ボイラ２０に回収される。
【００４６】
前記排熱回収ボイラ２０の高圧ドラム３１で発生した高温の蒸気は、蒸気配管６１を通じて蒸気タービン２３に供給され、前記蒸気タービン２３を駆動して蒸気タービン２３の出力を上昇させる。
【００４７】
前記蒸気タービン２３の駆動によって該蒸気タービン２３に連結された発電機２２が駆動され、発電機２２による発電出力が増加して発電効率が上昇する。
【００４８】
図１に示した発電プラント１００においては、蒸気タービン２３の排気蒸気は復水器２４で冷却されて復水となり、この復水の一部が給水管路２５を経由して第３プロセスガス蒸発器１３に供給され、この第３プロセスガス蒸発器１３にて高温の燃料ガスと熱交換して蒸気となって蒸気管路３６を通じて前記二酸化炭素分離回収装置２００の二酸化炭素吸収液加熱器３９に熱源として供給される。
【００４９】
復水管路２６を流下する復水は給水ポンプ２７で昇圧されて給水として排熱回収ボイラ２０に供給され、この排熱回収ボイラ２０にてガスタービン２１から排出された高温の排ガスによって加熱され、この加熱された給水は給水管路２９を経て第２プロセスガス蒸発器９に高温の燃料ガスと熱交換する蒸気として供給される。
【００５０】
そして前記第２プロセスガス蒸発器９にてこの給水は高温の燃料ガスとの熱交換によって高温の蒸気となり、蒸気管路３５を通じて排熱回収ボイラ２０に設置された中圧ドラム３０に蒸気として供給されて熱回収される。
【００５１】
中圧ドラム３０に回収された蒸気は中圧ドラム過熱蒸気管路３３を通じて蒸気タービン２３に供給され、該蒸気タービン２３を駆動して蒸気タービン２３の出力を増加させて発電機２２で発電する発電出力を増加するので発電プラント１００の発電効率が向上する。
【００５２】
排熱回収ボイラ２０で加熱された給水の一部は、給水管路２８を通じて第１プロセスガス蒸発器６に供給され、この第１プロセスガス蒸発器６にて高温の燃料ガスとの熱交換によって水蒸気となり、蒸気管路３４を通じて排熱回収ボイラ２０に設置された高圧ドラム３１に蒸気として戻されて熱回収される。
【００５３】
排熱回収ボイラ２０に設置された前記中圧ドラム３０で加熱されて発生した蒸気の一部はシフト反応用蒸気管路３２を通じて二酸化炭素分離回収装置２００の入口ガス管路１に設置したシフト蒸気混合器４に導入され、前記中圧ドラム３０で加熱されて発生した蒸気の他の一部は中圧ドラム過熱蒸気管路３３を通じて蒸気タービン２３に供給されて熱回収される。
【００５４】
また、シフト反応用蒸気管路３２を通じてシフト蒸気混合器４に供給されるシフト蒸気は、蒸気タービン２３から流下した蒸気を復水器２４で冷却して凝縮させた復水を補給水管路４７と合流する復水管路２６を通じて導き、給水ポンプ２７で昇圧して排熱回収ボイラ２０に供給して加熱することで生成される蒸気を利用している。
【００５５】
即ち、前記復水はこの排熱回収ボイラ２０に設置された中圧ドラム３０に補給されて加熱され、シフト反応用蒸気を生成する。
【００５６】
二酸化炭素分離回収装置２００の二酸化炭素吸収搭３７によって燃料ガスに含まれた二酸化炭素を吸収液で吸収して二酸化炭素を除去した水素リッチの燃料ガスは、ガスタービン燃料管路３に夫々設置した第３燃料ガス加熱器１２、第２燃料ガス加熱器１０及び第１燃料ガス加熱器８での高温の燃料ガスとの熱交換によって順次加温され、最終的には入口ガス管路１から分岐して燃焼器入口管路４４に連通したシフト反応器バイパス管路２を通過してくる高温の燃料ガスの温度レベルまで昇温させる。
【００５７】
二酸化炭素分離回収装置２００に供給される燃料ガスのうち、約３０％の燃料ガスが入口ガス管路１を通じて供給され、約７０％の燃料ガスがシフト反応器バイパス管路２を通じて供給されるように配分している。
【００５８】
前記シフト反応器バイパス管路２を流下した燃料ガスと、二酸化炭素分離回収装置２００の各機器で処理されて燃料管路３を流下した燃料ガスとは、この燃焼器入口管路４４にて合流し、ガスタービン装置の燃焼器７１に供給されて燃焼する。
【００５９】
次に、本発明の第１の実施例のガス化発電システムについて、各プロセスガスや二酸化炭素ガスや吸収液の温度分布を図５を用いてその有効性を説明する。
【００６０】
図５に示した本発明の第１の実施例のガス化発電システムにおける各プロセスガス、二酸化炭素ガス及び吸収液の温度分布は、二酸化炭素吸収搭３７の出口の吸収液が８０℃の場合に、この吸収液を二酸化炭素吸収液加熱器３９に加熱源として供給した蒸気による加熱によって９５℃まで昇温させた場合の例である。
【００６１】
図５に示した本発明の第１の実施例のガス化発電システムにおいて、第１プロセスガス蒸発器６にてシフト反応の熱エネルギーで昇温した燃料ガスと熱交換して発生した蒸気は蒸気管路３４を通じて排熱回収ボイラ２０の高圧ドラム３１に導入され、第２プロセスガス蒸発器９にてシフト反応の熱エネルギーで昇温した燃料ガスと熱交換して発生した蒸気は蒸気管路３５を通じて排熱回収ボイラ２０の中圧ドラム３０に導入される。
【００６２】
この結果、第１シフト反応器５及び第２シフト反応器７のシフト反応によって生じた熱エネルギーによって流下する燃料ガスを昇温し、この昇温した燃料ガスとの熱交換で発生した蒸気を排熱回収ボイラ２０の高圧ドラム３１及び中圧ドラム３０に補給用蒸気として供給するので前記排熱回収ボイラ２０の蒸気発生量が増加し、該排熱回収ボイラ２０の高圧ドラム３１及び中圧ドラム３０から供給する蒸気で駆動される蒸気タービン２３の出力が増加するので発電システムの発電効率を向上できる。
【００６３】
また、図５に示すように第３プロセスガス蒸発器１３で発生した蒸気は蒸気管路３６を通じて二酸化炭素吸収液加熱器３９に導かれる。この発生蒸気は二酸化炭素吸収液加熱器３９にて二酸化炭素吸収搭３７を出た二酸化炭素を多く含んだリッチ吸収液の温度を８０℃から９５℃にまで加熱昇温する。
【００６４】
次に、二酸化炭素吸収液加熱器３９を流下したリッチ吸収液は後段に設置された二酸化炭素フラッシュタンク３８に導入され、ここでフラッシュすることによってリッチ吸収液に吸収した二酸化炭素が取り出される。
【００６５】
そして二酸化炭素が取り出された吸収液は二酸化炭素フラッシュタンク３８からリーン液管路４９を通じて二酸化炭素吸収搭３７に戻され、吸収液が二酸化炭素吸収搭３７と二酸化炭素フラッシュタンク３８との間を循環する。
【００６６】
プラント出力１７０ＭＷ級のガス化発電システムに実施例１の構成を適用した場合、発電効率は吸収液の種類や性能や吸収液の循環量により若干変化するが概略０．数％程度向上することが見込まれる。
【００６７】
本実施例によれば、燃料ガスに含まれた一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応の際に生じるシフト反応熱を有効に回収してガス化発電システムの発電効率を向上させることができる。
【実施例２】
【００６８】
次に本発明の第２の実施例であるガス化発電システムについて図２及び図４を用いて説明する。
【００６９】
本発明の第２実施例に係るガス化発電システムと、図１及び図３に示した第１実施例に係るガス化発電システムとは基本的な構成が同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。
【００７０】
図２及び図４に示した第２実施例に係るガス化発電システムは、二酸化炭素分離回収装置２００の第３プロセスガス蒸発器１３で発生した発生蒸気を蒸気管路３６を通じて二酸化炭素吸収液加熱器３９に加熱源として供給するだけでなく、第１プロセスガス蒸発器６及び第２プロセスガス蒸発器９で燃料ガスとの熱交換によって発生した各発生蒸気を蒸気管路３４及び蒸気管路３５を通じて二酸化炭素吸収液加熱器３９に加熱源としてそれぞれ供給するように構成したものである。
【００７１】
この結果、二酸化炭素吸収液加熱器３９を加熱するために供給する補助蒸気使用量を減少させることが可能となるので、ガス化発電システムの発電効率が向上する。
【００７２】
即ち、図４において、第１プロセスガス蒸発器６の発生蒸気と第２プロセスガス蒸発器９の発生蒸気は、ガスタービン排熱回収ボイラ２０に設置された高圧ドラム３１や中圧ドラム３０に接続して蒸気回収する構成の第１実施例の構成とは異なり、第１プロセスガス蒸発器６の発生蒸気を蒸気管路３４を通じて二酸化炭素吸収液加熱器３９に加熱源として供給し、さらに、第２プロセスガス蒸発器９と第３プロセスガス蒸発器１３の発生蒸気も二酸化炭素吸収搭３７にて燃料ガスに含まれた二酸化酸素を吸収した吸収液を、二酸化炭素フラッシュタンク３８で二酸化炭素を解離させるのに必要な温度にまで加熱する二酸化炭素吸収液加熱器３９に蒸気管路３５及び蒸気管路３６を通じて加熱源としてそれぞれ供給する構成である。
【００７３】
二酸化炭素分離回収装置２００の第１プロセスガス蒸発器６、第２プロセスガス蒸発器９及び第３プロセスガス蒸発器１３で生じるシフト反応発生蒸気を二酸化炭素分離回収装置内で有効に回収することにより、ガス化発電システムの発電効率が向上する。
【００７４】
次に本発明の第２の実施例のガス化発電システムについて、各プロセスガスや二酸化炭素ガスや吸収液の温度分布を図６を用いてその有効性を説明する。
【００７５】
図６に示した各プロセスガス、二酸化炭素ガス及び吸収液の温度分布は、二酸化炭素吸収搭３７の出口の吸収液を８０℃として、この吸収液を二酸化炭素吸収液加熱器３９によって加温して１２５℃に昇温させた場合の例である。
【００７６】
本実施例では二酸化炭素吸収搭３７にて燃料ガスに含まれた二酸化酸素を吸収した吸収液を加熱する二酸化炭素吸収液加熱器３９において、二酸化炭素を吸収した吸収液を二酸化炭素フラッシュタンク３８でフラッシュさせてこの吸収液から二酸化炭素を解離させるのに必要な吸収液の温度に昇温するために、加熱源としての蒸気を蒸気管路３４、蒸気管路３５及び蒸気管路３６を通じて二酸化炭素吸収液加熱器３９に供給して、二酸化炭素吸収搭３７から流下した吸収液の加熱蒸気として用いている。
【００７７】
第１シフト反応器５を出た燃料ガス温度は４００℃と高温であるが、第１プロセスガス蒸発器６を通過することにより３００℃に温度が低下する。この燃料ガスは第２シフト反応器７を通過することによって、シフト触媒の反応熱を吸収して４５０℃に温度が上昇する。
【００７８】
この４５０℃に温度が上昇した燃料ガスは第２プロセスガス蒸発器９を通過することにより温度が２００℃に減温する。この燃料ガスはさらに、第３プロセスガス蒸発器１３を通過することにより温度が５０℃まで低下する。
【００７９】
一方、二酸化炭素分離回収装置２００の二酸化炭素吸収搭３７にて燃料ガスに含まれた二酸化酸素を吸収した吸収液を二酸化炭素フラッシュタンク３８で二酸化炭素を解離させて二酸化炭素を除去した水素リッチの燃料ガスを圧縮機４１によって昇圧した燃料ガスは８５℃に昇温される。
【００８０】
次に圧縮機４１で昇圧されて第１燃料ガス加熱器１２を通過した燃料ガスは１６０℃に昇温され、第２燃料ガス加熱器１０を通過した燃料ガスは２５０℃に昇温される。さらに第３燃料ガス加熱器８を通過することによってこの燃料ガスは３４０℃に昇温される。
【００８１】
二酸化炭素分離回収装置２００のシフト反応器をバイパスするシフト反応器バイパス管路２を流れる燃料ガス温度３４０℃と同等な温度に前記燃料ガスが昇温された後にこのシフト反応器バイパス管路２を流れる燃料ガスと合流する。
【００８２】
このように、シフト反応器で発生したシフト反応発生蒸気を二酸化炭素分離回収装置２００内で有効活用することにより、ガス化発電システムの発電効率が向上する。
【００８３】
図６に示した本発明の第１の実施例のガス化発電システムにおいて、第１プロセスガス蒸発器６にてシフト反応器５のシフト反応の熱エネルギーで昇温した燃料ガスと熱交換して発生した蒸気、及び第２プロセスガス蒸発器９にてシフト反応器７のシフト反応の熱エネルギーで昇温した燃料ガスと熱交換して発生した蒸気は、蒸気管路３４及び蒸気管路３５を通じて二酸化炭素分離回収装置２００の二酸化炭素吸収搭３７を出た二酸化炭素を多く含んだリッチ吸収液を加熱する二酸化炭素吸収液加熱器３９に加熱源として導入される。
【００８４】
さらに第３プロセスガス蒸発器１３にてシフト反応器１１のシフト反応の熱エネルギーで昇温した燃料ガスと熱交換して発生した蒸気は、蒸気管路３６を通過して前記二酸化炭素吸収液加熱器３９に導かれる。
【００８５】
このように、第１シフト反応器５及び第２シフト反応器７のシフト反応によって生じた熱エネルギーによって流下する燃料ガスを昇温し、この昇温した燃料ガスとの熱交換で発生した蒸気を二酸化炭素吸収液加熱器３９の加熱源として有効に使用してリッチ吸収液の加熱源に再利用している。
【００８６】
前記二酸化炭素吸収液加熱器３９では蒸気によるリッチ吸収液の加温によってリッチ吸収液の温度を８０℃から１２５℃まで加熱昇温できるので、加熱温度の上昇幅が実施例１の場合と比較して大きくなり、二酸化炭素吸収液の循環流量の低減効果が生じて所内動力の低減効果によってガス化発電プラントの発電効率が向上する。
【００８７】
更に、このリッチ吸収液は二酸化炭素吸収液加熱器３９の下流側に設置した二酸化炭素フラッシュタンク３８に導入され、ここでフラッシュすることによってリッチ吸収液に吸収した二酸化炭素が取り出される。そして二酸化炭素が取り出された吸収液は二酸化炭素フラッシュタンク３８からリーン液管路４９を通じて二酸化炭素吸収搭３７に戻され、吸収液が二酸化炭素吸収搭３７と二酸化炭素フラッシュタンク３８との間を循環する。
【００８８】
前記二酸化炭素吸収液加熱器３９で蒸気によって加熱されるリッチ吸収液の加熱温度は、前述した第１実施例の場合のリッチ吸収液の温度よりも加熱温度の上昇幅が大きくできることから、二酸化炭素回収率の向上にも繋がる。
【００８９】
プラント出力１７０ＭＷ級のガス化発電システムに実施例２の構成を適用した場合、発電効率は吸収液の種類や性能や吸収液の循環量により若干変化するが概略０．数％程度向上することが見込まれる。
【００９０】
更に本実施例２の場合では、プロセスガス蒸発器６、９、１３においてシフト反応によって生じた熱エネルギーを利用して昇温した燃料ガスと熱交換して発生した蒸気を全て用いて前記二酸化炭素分離回収装置２００の二酸化炭素吸収搭３７を流下する燃料ガスの加熱源に利用し、前記二酸化炭素分離回収装置２００からガスタービン装置の燃焼器７１に供給する燃料ガスを昇温しているので、実施例１と比較して前記プロセスガス蒸発器６、９から該排熱回収ボイラ２０の高圧ドラム３１及び中圧ドラム３０に蒸気を供給する複雑な蒸気配管の配設が不要となる。よって、ガス化発電システムの管路構成がその分だけ簡素化してガス化発電設備のコスト低減に寄与できる。
【００９１】
本実施例によれば、一燃料ガスに含まれた一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応の際に生じるシフト反応熱を有効に回収してガス化発電システムの発電効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、ガス化発電システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１：入口ガス管路、２：シフト反応器バイパス管路、３：燃料管路、４：シフト蒸気混合器、５：第１シフト反応器、６：第１プロセスガス蒸発器、７：第２シフト反応器、８：第３燃料ガス加熱器、９：第２プロセスガス蒸発器、１０：第２燃料ガス加熱器、１１：第３シフト反応器、１２：第３燃料ガス加熱器、１３：第３プロセスガス蒸発器、１４：プロセスガス冷却器、１５：第１ノックアウトドラム、１６：プロセスガス管路、２０：排熱回収ボイラ、２１：ガスタービン、２２：発電機、２３：蒸気タービン、２４：復水器、２５：給水管路、２６：復水管路、２７：給水ポンプ、２８：給水管路、２９：給水管路、３０：中圧ドラム、３１：高圧ドラム、３２：シフト反応用蒸気管路、３３：中圧ドラム過熱蒸気管路、３４：蒸気管路、３５：蒸気管路、３６：蒸気管路、３７：二酸化炭素吸収搭、３８：二酸化炭素フラッシュタンク、３９：二酸化炭素吸収液加熱器、４０：第２ノックアウトドラム、４１：燃料ガス昇圧圧縮機、４２：ドレン管路、４３：燃料ガス管路、４４：燃焼器入口管路、４５：飽和蒸気管路、４６：過熱蒸気管路、４７：補給水管路、４８：循環ポンプ、４９：リーン液管路、５０：二酸化炭素管路、７１：燃焼器、７２：圧縮機、７６：高圧ドラム過熱蒸気管路、７７：吸収液管路、１００：発電プラント、２００：二酸化炭素分離回収装置。
【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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