(57)【要約】【課題】環境中への重金属等の排出物の低減を図ったガス化複合発電システムを提供する。【解決手段】ガス化装置１０１と、該ガス化装置１０１から得られた生成ガス１４中の煤塵を除去する例えばセラミックフィルタ等の除塵装置１０２と、除塵された生成ガス１４を燃料として供給されるガスタービン１７と、該ガスタービン１７からの排ガス１９から排熱回収を行う排熱回収装置２０とを含む石炭ガス化複合発電システムにおいて、前記排熱回収装置２０の内部に水銀除去装置である水銀酸化触媒１０３を内装すると共に、前記排熱回収装置２０の後流側に脱硫装置１０４を配設したものである。【選択図】        図１
2005180388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化装置と、該得られたガスを燃料として供給されるガスタービンと、該ガスタービンからの排ガスから排熱回収を行う排熱回収装置とを含む石炭ガス化複合発電システムにおいて、
前記排熱回収装置の内部に水銀を酸化する水銀酸化触媒を内装すると共に、前記排熱回収装置の後流側に脱硫装置を配設したことを特徴とするガス化複合発電システム。
【請求項２】
ガス化装置と、該得られたガスを燃料として供給されるガスタービンと、該ガスタービンからの排ガスから排熱回収を行う排熱回収装置とを含む石炭ガス化複合発電システムにおいて、
前記排熱回収装置の内部に水銀を酸化する水銀酸化触媒を内装すると共に、前記ガスタービンと前記排熱回収装置との間に脱硫装置を介装したことを特徴とするガス化複合発電システム。
【請求項３】
ガス化装置と、該得られたガスを燃料として供給されるガスタービンと、該ガスタービンからの排ガスから排熱回収を行う排熱回収装置とを含む石炭ガス化複合発電システムにおいて、
前記ガスタービンの前流側に水銀除去装置を介装すると共に、前記ガスタービンと前記排熱回収装置との間に脱硫装置を介装したことを特徴とするガス化複合発電システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記排熱回収装置に脱硝装置を内装したことを特徴とするガス化複合発電システム。
【請求項５】
ガス化装置と、該得られたガスを燃料として供給されるガスタービンと、該ガスタービンからの排ガスから排熱回収を行う排熱回収装置とを含む石炭ガス化複合発電システムにおいて、
前記ガスタービンの前流側にアンモニア低減装置を設置すると共に、排熱回収装置内に脱硝装置を設け、且つ前記ガスタービンと前記排熱回収装置との間に脱硫装置を介装したことを特徴とするガス化複合発電システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記ガス化装置が加圧型であることを特徴とするガス化複合発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば石炭、油、ゴミ等を利用したガス化装置からのガスを有効利用して発電を行うガス化複合発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石炭火力プラントの発電効率向上のため、高度加圧流動床燃焼システムを使用した石炭ガス化複合発電システムの開発が進められている。
【０００３】
このような発電システムの一例を図７に示す。図７に示すように、石炭ガス化複合発電システム１０は、石炭１１を供給する設備１２を備えた石炭部分酸化炉（石炭ガス化炉）１３、生成ガス１４中の煤塵を除塵する除塵装置１５、生成ガス１４中のＳ成分を除去する脱硫装置１６、ガスタービン１７、蒸気タービン１８、該ガスタービンからの排ガス１９から排熱回収を行う排熱回収装置２０、煙突２１等から構成されている。このようなシステムでは、石炭中の炭素、水素分を一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水蒸気としてガス化する際に、石炭中に含まれる硫黄分が硫化水素（Ｈ2Ｓ）や硫化カルボニル（ＣＯＳ）としてガス化ガス中に混入する。なお、必要に応じて、排熱回収装置２０内には脱硝装置が設けられており、排ガス中の窒素酸化物を除去するようにしている。
【０００４】
従来、これに対する対策として、石炭ガス化炉１３の下流側や排熱回収装置の下流側に脱硫装置１６を設置し、硫黄分の除去を行っていた（例えば特許文献１、特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１４２８号公報
【特許文献２】特開平７−４２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年環境規制が厳しくなり、複合発電システムから排出される水銀等の重金属類の濃度の低減が求められている。
【０００７】
また、排熱回収装置内における脱硝装置として、例えばアンモニア脱硝法を実施する場合、発生する硫酸アンモニウムが粒子となって排ガス中に浮遊する結果、環境汚染の問題となる場合がある。
【０００８】
本発明は、前記問題に鑑み、環境中への重金属等や硫酸アンモニウム等の粒子の排出物の低減を図ったガス化複合発電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ガス化装置と、該得られたガスを燃料として供給されるガスタービンと、該ガスタービンからの排ガスから排熱回収を行う排熱回収装置とを含む石炭ガス化複合発電システムにおいて、前記排熱回収装置の内部に水銀を酸化する水銀酸化触媒を内装すると共に、前記排熱回収装置の後流側に脱硫装置を配設したことを特徴とするガス化複合発電システムにある。
【００１０】
第２の発明は、ガス化装置と、該得られたガスを燃料として供給されるガスタービンと、該ガスタービンからの排ガスから排熱回収を行う排熱回収装置とを含む石炭ガス化複合発電システムにおいて、前記排熱回収装置の内部に水銀を酸化する水銀酸化触媒を内装すると共に、前記ガスタービンと前記排熱回収装置との間に脱硫装置を介装したことを特徴とするガス化複合発電システムにある。
【００１１】
第３の発明は、ガス化装置と、該得られたガスを燃料として供給されるガスタービンと、該ガスタービンからの排ガスから排熱回収を行う排熱回収装置とを含む石炭ガス化複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの前流側に水銀除去装置を介装すると共に、前記ガスタービンと前記排熱回収装置との間に脱硫装置を介装したことを特徴とするガス化複合発電システムにある。
【００１２】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記排熱回収装置に脱硝装置を内装したことを特徴とするガス化複合発電システムにある。
【００１３】
第５の発明は、ガス化装置と、該得られたガスを燃料として供給されるガスタービンと、該ガスタービンからの排ガスから排熱回収を行う排熱回収装置とを含む石炭ガス化複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの前流側にアンモニア低減装置を設置すると共に、排熱回収装置内に脱硝装置を設け、且つ前記ガスタービンと前記排熱回収装置との間に脱硫装置を介装したことを特徴とするガス化複合発電システムにある。
【００１４】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記ガス化装置が加圧型であることを特徴とするガス化複合発電システムにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガスタービンからの排ガスを、水銀を水銀酸化触媒により、２価の水銀として水に吸収され易くし、排ガス中の水銀の除去が可能となる。
また、ガスタービンと排熱回収装置との間に脱硫装置を介装することで、硫酸アンモニウムの発生を回避することができる。
また、水銀除去装置をガスタービンの前流側に設置することにより、水銀除去を行うことができる。
また、アンモニア低減装置を設置することで、脱硝装置における硫酸アンモニウムの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１７】
図１に本発明による実施例１に係るガス化複合発電システムの概略を示す。図１に示すように、実施例１に係るガス化複合発電システム１００は、例えば石炭ガス化炉等のガス化装置１０１と、該ガス化装置１０１から得られた生成ガス１４中の煤塵を除去する例えばセラミックフィルタ等の除塵装置１０２と、除塵された生成ガス１４を燃料として供給されるガスタービン１７と、該ガスタービン１７からの排ガス１９から排熱回収を行う排熱回収装置２０とを含む石炭ガス化複合発電システムにおいて、前記排熱回収装置２０の内部に水銀除去装置である水銀酸化触媒１０３を内装すると共に、前記排熱回収装置２０の後流側に脱硫装置１０４を配設したものである。
また、本実施例では、脱硫装置１０４の後流側に例えば電気集塵装置等の除塵装置１０５を設け、ガス中の微粒子を除去するようにしている。また、本実施例では、排熱回収装置２０に脱硝装置１０６を設け、排ガス中のＮＯｘ成分を除去するようにしている。なお、図１中、符号２１は煙突を図示する。
【００１８】
前記水銀酸化触媒１０３は排熱回収装置２０内で排ガス１９中に浮遊する水銀を酸化するようにガスと直交する方向にフィルタ形式で設置するようにしている。
図２はその一例を示しており、排ガスボイラ２１ａの出口側に水銀酸化触媒１０３を設置し、排ガス中の水銀を酸化するようにしている。
なお、水銀酸化触媒１０３の設置位置は図２のものに限定されるものではなく、排ガスボイラの内部のいずれであってもよく、例えば排ガスボイラ２１ｂの出口側に設置するようにしてもよい。
【００１９】
本実施例では水銀を酸化するものとして水銀酸化触媒を例示したが、水銀酸化触媒以外に例えばＡＣＦ等の触媒を用いて酸化するようにしてもよい。
【００２０】
本実施例では、排熱回収装置２０の内部に水銀酸化触媒１０３を内装するので、タービン１７からの排ガス１９中の水銀が２価水銀化し、後流側に設けた除塵装置１０５で除去可能としている。
【００２１】
すなわち、金属ＨｇをＨｇＣｌやＨｇＯとすることで、水溶性となり、後流側に例えば湿式の電気集塵装置等で水銀を除去するようにしている。なお、水銀酸化触媒は水銀等を酸化させる作用を有する公知の触媒を用いることができる。
これにより、煙突２１から排出する排ガス中の水銀濃度を大幅に低減することができ、環境性能を向上させることができる。
【００２２】
前記脱硫装置１０４としては、例えば石灰−石膏法による脱硫装置、活性炭素繊維（ＡＣＦ）を用いた脱硫装置を挙げることができるが、特に限定されるものではない。
【００２３】
ここで、石灰−石膏法による脱硫装置について説明する。
例えば石灰石膏法は、石灰石又は消石灰スラリーを吸収剤として用いて、吸収部でＳＯ2の吸収を行うようにしている。その反応は複雑であるが、大要は以下の通りである。吸収部は、例えば、スプレーノズルから吸収剤を含む水を噴き上げ、下向流の排ガスと接触させて吸収を行う。
ＣａＯ＋ＳＯ2＝ＣａＳＯ3ＣａＣＯ3＋ＳＯ2＝ＣａＳＯ3＋ＣＯ2反応によって生じるＣａＳＯ3（亜硫酸石灰）は水に溶けにくい１−２μｍの微細な結晶で、用途がない。そこで、形成されるスラリーに空気又は酸素の細かい泡を吹き込んで酸化し、石膏として回収する。反応は以下の通りである。
ＣａＳＯ3＋１／２Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＝ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ
【００２４】
次に、ガス化複合発電システムの作用を説明する。まず、ガス化炉として例えば石炭ガス化炉を用いる場合には、ガス化装置１０１である石炭ガス化炉に石炭と酸化ガス（空気）を供給すると、石炭が酸化ガス中の酸素と、燃焼ガスによりガス化される。これによって、ガス化ガスとチャーとに転換される。次いで、ガス化ガスは、除塵装置１０２として設けたセラミックフィルタで除塵される。ここで、約４５０℃付近となる。そして、この生成ガス１４は、ガスタービン１７の燃焼器に送られる。燃焼器は、空気圧縮機からの空気で石炭ガス化ガスを燃焼させ、膨張側のタービンを回転させる。そして、タービン１７からの排ガス１９は排熱回収装置２０へと送られる。排熱回収装置２０では排熱回収が行われ、エネルギーを回収して図示しない蒸気タービンの動力源となり、発電を行う。排熱回収装置内に設置された脱硝装置１０６では、公知の手法に従って排ガスからの脱硝を行う。この際、水銀酸化触媒１０３により排ガス１９中の水銀の除去がなされる。
【００２５】
排熱回収装置２０を経た排ガスは約１３０℃となる。この排ガスは図示しないガスガスヒータに導入され、脱硫装置１０４から排出される排ガスとの間で熱交換される。すなわち、ある程度の冷却が行われる。なお、ガスガスヒータは、脱硫装置１０４前段で排ガスの温度を十分下げることにより脱硫効率を上げ、かつ工水の消費量を抑えるとともに、煙突入口ガス温度を十分高くして処理ガスの拡散効率を上げる目的で備え付けられている。脱硫装置１０４では、前記したごとく、排ガスの冷却、亜硫酸ガスの吸収、亜硫酸石灰の酸化といった操作が行われ、石膏が回収される。脱硫後の排ガスは、約５０℃であるが、
図示しないガスガスヒータで熱交換され、１１０℃となって煙突から排出される。このように昇温されるので、白煙化しない。以上のようにして、排熱回収装置２０の後段に脱硫装置により、ＳＯx＜１０ｐｐｍ、より望ましくはＳＯx＜５ｐｐｍとすることができる。すなわち、本実施例に係るガス化複合発電システムは、排ガス中の重金属である水銀を効率的に除去すると共に、ＳＯx濃度値に関し、優れた低下能力を備えることとなる。
【００２６】
ここで、ＡＣＦを用いた他の脱硫方法について説明する。
ＡＣＦ脱硫装置は、硫黄酸化物の吸収剤や大型の脱硫設備を必要としない簡易な脱硫方法として、本出願人が開発したものである。この脱硫装置では、表面に水が付着した脱硫反応用活性炭素繊維と接触させて、排ガス中のＳＯ2 をＳＯ3 に酸化させると共に、該ＳＯ3 と脱硫反応用活性炭素繊維上の水との反応によって硫酸を生成させることとしている。脱硫触媒としては、ボックス容器に、一体成形した触媒支持用グレーチング構造の格子を配設し、このようにして形成される触媒パック構造に複数の脱硫触媒エレメントを収納したものが好適である。脱硫触媒は排ガスが上下方向に流れるガス平行流型触媒が好適である。ガス平行流型とは、格子状、ハニカム状又は板状等の規則正しく形成配列された脱硫触媒のガス通路を排ガスが平行に流れる方式である。煤塵により触媒が閉塞しないようにするため、この方式が好適である。
【００２７】
脱硫の際、ＳＯ2 をＳＯ3 に酸化するのに酸素（Ｏ2 ）が用いられるため、排ガス中に酸素を含むか、または、別途、酸素を排ガス中に供給する必要がある。排ガス中の酸素の含有量は３容量％から２１容量％以下である。ＳＯ2 およびＯ2 以外のガス成分としては、通常、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素等の成分を含み得る。ガスの流量は、通常、脱硫反応用活性炭素繊維の単位重量当たり、０．２〜１リットル／分程度である。生成するＳＯ3は、散水ノズルから供給され脱硫反応用活性炭素繊維上にある水との反応によって希硫酸となり、脱硫装置の下部に蓄えられる。
【００２８】
本実施の形態で用いる脱硫反応用活性炭素繊維は、排ガス中のＳＯ2 がＳＯ3に酸化する際に触媒として働く。このような脱硫反応用活性炭素繊維の製造方法を以下、説明する。原料となる活性炭素繊維の種類としては、特に制限はなく、ピッチ系、ポリアクリロニトリル系、フェノール系、セルロース系等の活性炭素繊維を用いることができる。これらの中でも、特に活性炭素繊維の表面の疎水性のより高いものが望ましく、具体的にはピッチ系活性炭素繊維等を挙げることができる。
【００２９】
活性炭素繊維は、窒素ガス等の非酸化雰囲気下で、通常６００〜１，２００℃程度の温度で熱処理される。処理時間は、処理温度等に応じて適宜定めればよい。この熱処理により、本実施の形態で用いる脱硫反応用炭素繊維を得ることができる。脱硫反応用活性炭素繊維は、熱処理により親水性である酸素官能基の一部または全部がＣＯ、ＣＯ2 等として除去されているので、処理前に比べて疎水性の大きな表面となっている。このため、ＳＯ2 の酸化活性点へのＳＯ2 の吸着が容易に起こり、しかも生成する硫酸の排出も速やかに進行する結果、触媒の機能が阻害されることなく、脱硫反応が促進される。
【００３０】
また、本実施例においても、脱硫装置１０４をタービン１９の後流側に設置しているので、タービン前流側に脱硫装置１０４を設置する場合に較べて、送電端効率を２％（ａｂｓ．）向上させることができる。
【００３１】
このように、本実施例によれば、タービン排ガスは煤塵がほとんど存在せず、且つ水銀形態が吸収されにくい２価以外の形態であったものを、水銀酸化触媒１０３を設置することにより、２価の水銀として水に吸収され易くし、排ガス中の水銀の除去が可能となる。
【実施例２】
【００３２】
図３に本発明による実施例２に係るガス化複合発電システムの概略を示す。なお、実施例１の装置と同一の構成については、同一の符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、実施例２に係るガス化複合発電システムは、実施例１のガス化複合発電システムにおいて、脱硫装置の設置位置をガスタービン１７と排熱回収装置２０との間に、脱硫装置１０４を配設したものである。また、脱硫装置１０４の前流側には熱交換器１１０を設置すると共に、脱硫装置１０４の後流側には再生熱交換器１１１を設置して、脱硫・脱硝に適した排ガス温度に調整している。すなわち、前記熱交換器１１０で６０℃程度まで排ガス１９の温度を低下させて脱硫を行い、再生熱交換器１１１で逆に３００−４００℃程度まで排ガス１９の温度を上げて脱硝を行うようにしている。
【００３３】
本実施例では、脱硫装置１０４を脱硝装置１０６の前流側に設置するので、脱硝装置１０５の前段においてＳ成分が除去され、脱硝装置１０６で用いるアンモニアとＳ成分とから生成される硫酸アンモニウムの発生を回避することができる。
【００３４】
本実施例においても排熱回収装置２０内に水銀酸化触媒１０３を設置するので、排ガス１９中の水銀を除去することができ、環境性能を向上させることができる。
【実施例３】
【００３５】
図４に本発明による実施例３に係るガス化複合発電システムの概略を示す。なお、実施例１の装置と同一の構成については、同一の符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、実施例２に係るガス化複合発電システムは、実施例１のガス化複合発電システムにおいて、排熱回収装置２０内に水銀酸化触媒１０３を介装する代わりに、除塵装置１０２とガスタービン１７との間に、水銀除去装置１２０を配設したものである。
【００３６】
前記水銀除去装置１２０としては、例えば洗浄水等による水銀を除去する例えばベンチュリスクラバ等を挙げることができる。これは、生成ガス１４中のＨ2Ｓの存在により金属水銀が加圧下において、水溶性が向上する結果、水側に除去されることとなる。
これにより、水銀をガスタービン１７の前段側で除去することができる。
【００３７】
特に、ガス化炉１０１が加圧型の場合には、加圧条件下においてはガス量の少ないものとなるので、水銀のみを除去する水銀除去装置をコンパクト化することができる。すなわち、加圧下においては、ガス容積がコンパクトとなり、空間あたりのＨｇの濃度が高くなり、この結果除去できる水銀量が増大することとなる。
【００３８】
また、水銀除去装置１２０として、活性炭を用いて水銀を吸着するようにしてもよい。
なお、活性炭除去の場合には、活性炭を充填した塔を２塔設け、交互に水銀を補修するようにすればよい。
【００３９】
また、前述したＡＣＦを用いて、ＡＣＦ表面にて酸化させて水により水銀を除去するようにしてもよい。または前記ＡＣＦで吸着除去するようにしてもよい。
【００４０】
このように、本実施例においては排熱回収装置２０の前流側において、水銀除去装置１２０を設置するので、生成ガス１４中の水銀を除去することができ、環境性能を向上させることができる。
【実施例４】
【００４１】
図５に本発明による実施例４に係るガス化複合発電システムの概略を示す。なお、実施例１の装置と同一の構成については、同一の符号を付してその説明は省略する。
図５に示すように、実施例４に係るガス化複合発電システムは、実施例１のガス化複合発電システムにおいて、水銀酸化触媒１０３や水銀除去装置１２０を設置せずに、除塵装置１０２とガスタービン１７との間に、ＮＨ3低減装置１３０を配設したものである。
【００４２】
このＮＨ3低減装置１３０としては、例えば洗浄水等の溶媒へアンモニアを吸収させる方法や、アンモニア分解触媒を用いてＮ2とＨ2Ｏとに分解させる方法を挙げることができる。前記溶媒へアンモニアを吸収させる方法としては、例えば洗浄塔（スプレータワー等）を挙げることができる。
【００４３】
また、このＮＨ3低減装置１３０を設置することで、ガス中のアンモニアの低減を図ることができ、排熱回収装置２０内の脱硝設備の容量の低減を図ることができる。また、排熱回収装置２０内で発生する硫酸アンモニウムの発生を低減させることができる。
【実施例５】
【００４４】
図６に本発明による実施例５に係るガス化複合発電システムの概略を示す。なお、実施例１、２及び４の装置と同一の構成については、同一の符号を付してその説明は省略する。
本実施例のガス化複合発電システム１００は、実施例１のシステムにおいて、除塵装置１０２とガスタービン１７との間に、水銀除去装置１２０とＮＨ3低減装置１３０を設置するものである。
【００４５】
前記水銀除去装置１２０をガスタービン１７の前流側に設置して、生成ガス１４中の金属水銀を除去すると共に、ガスタービン１７の後流側に水銀酸化触媒１０３で２価水銀化して除去するので、煙突２１から排出する排ガス中の水銀の完全除去を図ることができる。
【００４６】
また、脱硫装置の一例として石灰石膏法を用いた場合においても、水銀の含有濃度が低い石膏を得ることができる。
【００４７】
以上の実施例においては、脱硝装置を必須としているが、排ガス中の窒素酸化物濃度が低い場合や規制が緩やかな場合には、必要に応じて脱硝装置の設置を省略するようにしてもよい。
また、除塵装置１０５は電気集塵装置を挙げたがこれに限定されることはなく、バグフィルタ等の除塵装置を用いることもできる。
また、本実施例ではガス化装置として石炭を用いたガス化について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば油、ゴミ等を利用したガス化装置からのガスを有効利用して発電を行うガス化複合発電システムに適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明にかかるガス化複合発電システムは、煙突出口ガス中のＳＯx濃度を１０ｐｐｍ以下にすることが可能となるとともに、水銀等の重金属の排出のない、優れた環境対策を実施するシステムに用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例１にかかるガス化複合発電システムの概略図である。
【図２】実施例１にかかる排熱回収装置の詳細概要図である。
【図３】実施例２にかかるガス化複合発電システムの概略図である。
【図４】実施例３にかかるガス化複合発電システムの概略図である。
【図５】実施例４にかかるガス化複合発電システムの概略図である。
【図６】実施例５にかかるガス化複合発電システムの概略図である。
【図７】従来技術にかかる石炭ガス化複合発電システムの概略図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００  ガス化複合発電システム
１０１  ガス化装置
１０２  除塵装置
１０３  水銀酸化触媒
１０４  脱硫装置
１０５  除塵装置
１０６  脱硝装置
１２０  水銀除去装置
１３０  ＮＨ3低減装置
１４  生成ガス
１７  ガスタービン
１９  排ガス
２０  排熱回収装置
２１  煙突
【図１】
2005180388.tif 000003
【図２】
2005180388.tif 000004
【図３】
2005180388.tif 000005
【図４】
2005180388.tif 000006
【図５】
2005180388.tif 000007
【図６】
2005180388.tif 000008
【図７】
2005180388.tif 000009