(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素系燃料とＯ２が投入され炭素系燃料をＯ２燃焼してＣＯ２を主成分とする燃焼ガスを得る燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンと、
前記ガスタービンで仕事を終えた排気の一部のＣＯ２を圧縮して前記燃焼器に供給する供給系と、
前記ガスタービンで仕事を終えた排気のうち前記供給系に送られない残りの排気のＣＯ２を回収するＣＯ２回収系とを備え、
更に、ＣＯ２回収系の途中にＣＯ２と水酸化アルカリとを反応させて炭酸アルカリを得る炭酸アルカリ回収手段を備え、
前記炭酸アルカリ回収手段は、
前記水酸化アルカリ水溶液が噴出される反応塔と、
前記反応塔に前記ＣＯ２回収系からのＣＯ２ガスを供給するＣＯ２供給手段と、
前記反応塔の内部を炭酸アルカリの生成反応温度に昇温するため前記ガスタービンの排気の排熱を熱源として供給する熱源手段と
を備えた
ことを特徴とする炭酸アルカリ併産タービン設備。
【請求項２】
炭素系燃料とＯ２が投入され炭素系燃料をＯ２燃焼してＣＯ２を主成分とする燃焼ガスを得る燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンと、
前記ガスタービンで仕事を終えた排気の一部のＣＯ２を圧縮して前記燃焼器に供給する供給系と、
前記ガスタービンで仕事を終えた排気のうち前記供給系に送られない残りの排気のＣＯ２を回収するＣＯ２回収系とを備え、
更に、ＣＯ２回収系の途中にＣＯ２と水酸化アルカリとを反応させて炭酸アルカリを得る炭酸アルカリ回収手段を備え、
前記炭酸アルカリ回収手段は、
前記水酸化アルカリ水溶液が噴出される反応塔と、
前記反応塔に前記ＣＯ２回収系からのＣＯ２ガスを供給するＣＯ２供給手段と、
ＣＯ２供給手段で供給される前記ＣＯ２ガスの温度を炭酸アルカリの生成反応温度とする昇温系とを備え、
前記昇温系は、前記ＣＯ２回収系でＣＯ２ガスを圧縮するＣＯ２圧縮機である
ことを特徴とする炭酸アルカリ併産タービン設備。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の炭酸アルカリ併産タービン設備において、
前記燃焼器の炭素系燃料は、石炭とＯ２またはＣＯ２またはＨ２Ｏの反応によりガス化された炭素系燃料である
ことを特徴とする炭酸アルカリ併産タービン設備。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の炭酸アルカリ併産タービン設備において、
前記炭酸アルカリはＮａ２ＣＯ３であり、
前記水酸化アルカリはＮａＯＨである
ことを特徴とする炭酸アルカリ併産タービン設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ガスを膨張させて動力を得る炭酸アルカリ併産タービン設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼器からの燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンを備えた発電設備が種々実用化されている。このような発電設備では、エネルギーを有効に回収して発電効率を向上させている。燃焼器に送られる燃料としては、例えば、天然ガス等が適用され、空気と共に燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを得ている。また、石炭を石炭ガス化ガスに変換し、石炭ガス化ガスを燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを得ている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
環境保全の観点から、発電設備では燃料である天然ガス等を酸素で燃焼させてＣＯ２を循環させると共に余剰のＣＯ２を回収することで、環境にＣＯ２を排出しないセミクローズドのガスタービン発電設備が種々提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
また、石炭ガス化ガスを用いた発電設備であっても、発電効率を低下させることなくＣＯ２を分離回収することが求められている。このことは、天然ガスの改質燃料、バイオマス等の固体燃料やガソリン、軽油等の炭化水素系の燃料に由来するガス化ガスにより発電を行なう発電設備であっても、ＣＯ２の削減、ＣＯ２の分離回収が同じように求められている。
【０００５】
このように、近年の発電設備にあってはＣＯ２の分離回収が進められているのが現状であり、最小限の動力でＣＯ２の分離、搬送、貯留等を実施できる技術が望まれているのが実情である。
【０００６】
一方、ガラス工業や無機薬品工業の分野では、炭酸ナトリウムが基礎素材として幅広く用いられている。炭酸ナトリウムは、天然鉱物として輸入に頼っているのが現状であり、また、余剰の水酸化ナトリウム（水酸化アルカリ）とＣＯ２を反応させて炭酸ナトリウムが製造されることもある。具体的には、排ガス中のＣＯ２を分離回収し、水溶液中で処理して炭酸ナトリウム及び炭酸水素ナトリウムに製造する技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２４４５０４号公報
【特許文献２】特開２００７−１０７４７２号公報
【特許文献３】特開２００４−１３４２３５号公報
【特許文献４】特開２００６−１９３３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した状況により、本発明者等は、発電設備でのＣＯ２の分離回収と、工業分野でのＣＯ２の有効利用とを両立させることができることに着目し、本発明を完成するに至った。  
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ＣＯ２を分離回収できると共に系内のＣＯ２を有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、ＣＯ２を分離回収できると共に系内のＣＯ２を有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備を備えた炭酸アルカリ併産発電設備を提供できる。
【００１１】
また、本発明は、ＣＯ２を分離回収できると共に系内のＣＯ２を有効に利用することができるボイラを備えた炭酸アルカリ併産発電設備を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の炭酸アルカリ併産タービン設備は、炭素系燃料とＯ２が投入され炭素系燃料をＯ２燃焼してＣＯ２を主成分とする燃焼ガスを得る燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンで仕事を終えた排気の一部のＣＯ２を圧縮して前記燃焼器に供給する供給系と、前記ガスタービンで仕事を終えた排気のうち前記供給系に送られない残りの排気のＣＯ２を回収するＣＯ２回収系とを備え、更に、ＣＯ２回収系の途中にＣＯ２と水酸化アルカリとを反応させて炭酸アルカリを得る炭酸アルカリ回収手段を備え、前記炭酸アルカリ回収手段は、前記水酸化アルカリ水溶液が噴出される反応塔と、前記反応塔に前記ＣＯ２回収系からのＣＯ２ガスを供給するＣＯ２供給手段と、前記反応塔の内部を炭酸アルカリの生成反応温度に昇温するため前記ガスタービンの排気の排熱を熱源として供給する熱源手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係る本発明では、ガスタービンの排気の一部からの（系内の）ＣＯ２と水酸化アルカリとを反応させることにより炭酸アルカリを得る。これにより、ＣＯ２を分離回収できると共に系内のＣＯ２を炭酸アルカリの製造に適用して有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備とすることができる。
そして、ガスタービンの排気の一部からの（系内の）ＣＯ２とガスタービンの排熱とにより乾式で炭酸アルカリを生成することができる。即ち、ガスタービンの排熱により、水分の蒸発及び炭酸アルカリの生成反応が行なわれる生成反応温度に反応塔の内部を昇温し、系内のＣＯ２及び排熱により炭酸アルカリを生成することができる。
【００１４】
請求項２に係る本発明の炭酸アルカリ併産タービン設備は、炭素系燃料とＯ２が投入され炭素系燃料をＯ２燃焼してＣＯ２を主成分とする燃焼ガスを得る燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンで仕事を終えた排気の一部のＣＯ２を圧縮して前記燃焼器に供給する供給系と、前記ガスタービンで仕事を終えた排気のうち前記供給系に送られない残りの排気のＣＯ２を回収するＣＯ２回収系とを備え、更に、ＣＯ２回収系の途中にＣＯ２と水酸化アルカリとを反応させて炭酸アルカリを得る炭酸アルカリ回収手段を備え、前記炭酸アルカリ回収手段は、前記水酸化アルカリ水溶液が噴出される反応塔と、前記反応塔に前記ＣＯ２回収系からのＣＯ２ガスを供給するＣＯ２供給手段と、ＣＯ２供給手段で供給される前記ＣＯ２ガスの温度を炭酸アルカリの生成反応温度とする昇温系とを備え、前記昇温系は、前記ＣＯ２回収系でＣＯ２ガスを圧縮するＣＯ２圧縮機であることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る本発明では、ガスタービンの排気の一部からの（系内の）ＣＯ２と水酸化アルカリとを反応させることにより炭酸アルカリを得る。これにより、ＣＯ２を分離回収できると共に系内のＣＯ２を炭酸アルカリの製造に適用して有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備とすることができる。
そして、所定の温度に昇温されるように、ガスタービンの排気の一部からの高温のＣＯ２を供給して乾式で炭酸アルカリを生成することができる。
更に、ＣＯ２を回収するために圧縮する回収圧縮機の出口側の昇温されたＣＯ２が供給されるので、水分の蒸発及び炭酸アルカリの生成反応が行なわれる生成反応の所定の温度に昇温される高温のＣＯ２とすることができる。
【００１６】
また、請求項３に係る本発明の炭酸アルカリ併産タービン設備は、請求項１もしくは請求項２に記載の炭酸アルカリ併産タービン設備において、前記燃焼器の炭素系燃料は、石炭とＯ２またはＣＯ２またはＨ２Ｏの反応によりガス化された炭素系燃料であることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る本発明では、石炭をガス化した燃料を用いることで、ガスタービンの排気としてＣＯ２を主成分とする排気を得ることができ、高純度のＣＯ２を回収することができる。
【００１８】
また、請求項４に係る本発明の炭酸アルカリ併産タービン設備は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の炭酸アルカリ併産タービン設備において、前記炭酸アルカリはＮａ２ＣＯ３であり、前記水酸化アルカリはＮａＯＨであることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る本発明では、ＣＯ２とＮａＯＨとの反応によりＮａ２ＣＯ３を得ること
ができる。
【００２０】
炭酸アルカリ併産発電設備としては、石炭の反応により燃料ガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉で生成された燃料ガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンの排気の一部のＣＯ２を圧縮して前記燃焼器に供給する供給系と、前記ガスタービンの排気から高純度のＣＯ２を回収するＣＯ２回収系と、前記ＣＯ２回収系の高純度のＣＯ２と水酸化アルカリとの反応により炭酸アルカリを得る炭酸アルカリ回収手段と、前記ガスタービンで仕事を終えた排気から熱を回収して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した蒸気を膨張して動力を得る蒸気タービンを備えることができる。
【００２１】
これにより、ガスタービンの排気の一部からのＣＯ２と水酸化アルカリとを反応させることにより炭酸アルカリを得る。これにより、ＣＯ２を分離回収できると共に系内のＣＯ２及び反応のための熱を炭酸アルカリの製造に適用して有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備を備えた炭酸アルカリ併産発電設備とすることができる。
【００２２】
また、炭酸アルカリ併産発電設備としては、炭素系燃料を燃焼して蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラで発生した蒸気により発電動力を得る蒸気タービンと、前記ボイラの排気ガスのＣＯ２と水酸化アルカリとの反応により炭酸アルカリを得る炭酸アルカリ回収手段とを備えることができる。
【００２３】
これにより、ボイラの排気のＣＯ２と水酸化アルカリとを反応させることにより炭酸アルカリを得る。これにより、系内のＣＯ２（及び反応のための熱）を炭酸アルカリの製造に適用して有効に利用することができるボイラを備えた炭酸アルカリ併産発電設備とすることができる。
【００２４】
そして、炭酸アルカリ併産発電設備としては、前記炭酸アルカリをＮａ２ＣＯ３とし、前記水酸化アルカリをＮａＯＨとすることができる。
【００２５】
これにより、ＣＯ２とＮａＯＨとの反応によりＮａ２ＣＯ３を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の炭酸アルカリ併産タービン設備は、ＣＯ２を分離回収できると共に系内のＣＯ２を有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備とすることができる。
【００２７】
また、本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備は、ＣＯ２を分離回収できると共に系内のＣＯ２を有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備を備えた炭酸アルカリ併産発電設備とすることができる。
【００２８】
また、本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備は、系内のＣＯ２を有効に利用することができるボイラを備えた炭酸アルカリ併産発電設備とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備の概念系統図である。
【図２】本発明の第２実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備の概念系統図である。
【図３】本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備の概略系統図である。
【図４】本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備の概略系統図である。
【図５】炭酸アルカリ併産発電設備の概略系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の一実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備を備えた炭酸アルカリ併産発電設備は、高濃度のＯ２を吹き込むことで石炭を反応させてガス化ガス（燃料ガス）を生成するガス化炉を備え、ガス化炉で生成された燃料ガスを燃焼器で燃焼して燃焼ガスとし、燃焼器からの燃焼ガスをガスタービンで膨張して動力を得て、ガスタービンで仕事を終えた排気の一部を圧縮機で圧縮して燃焼器に送り、ガスタービンで仕事を終えた排気ガスであるＣＯ２をガス化炉に供給するようにされている。また、ガスタービンで仕事を終えた排気の一部から高純度のＣＯ２を回収するＣＯ２回収系を備え、更に、ＣＯ２回収系で回収されるＣＯ２の一部（系内のＣＯ２及び熱）を用いて炭酸アルカリであるＮａ２ＣＯ３を得る炭酸アルカリ回収手段である炭酸ナトリウム回収手段が備えられている。
【００３１】
これにより、発電システムで発生するＣＯ２及び熱をガラス工業や無機薬品工業等の他の工業分野で利用できるＮａ２ＣＯ３を得る資源として活用することができる。また、ＣＯ２を固定化することによる運搬性・保管性の向上を図ることができる。また、ＣＯ２を液化して回収する場合には発電システムでの液化のための圧縮動力を削減することができ、所内動力の低減、発電効率の向上を図ることができる。更に、工業分野での炭酸ナトリウムが天然鉱物として輸入されている現状からみると、発電システムで回収されるＣＯ２と水酸化アルカリであるＮａＯＨの反応によりＮａ２ＣＯ３を製造することができるので、天然鉱物由来のＣＯ２を削減することができ、間接的にＣＯ２の排出を削減することができる。
【００３２】
以下に示す本発明の実施形態例では、水酸化アルカリとしてＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）を用いて炭酸アルカリとしてＮａ２ＣＯ３（炭酸ナトリウム）を得る例を挙げて説明してあるが、水酸化アルカリとして、水酸化リチウム、水酸化カリウム等を用い、炭酸アルカリとして炭酸リチウム、炭酸カリウム等を得ることも可能であり、他のアルカリ金属を適用することが可能である。
【００３３】
図１に基づいて第１実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備を説明する。図１には本発明の第１実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備の概念系統を示してある。
【００３４】
図に示すように、炭酸アルカリ併産タービン設備１は、圧縮機２及び燃焼器３及びガスタービン４を備えている。燃焼器３には燃料ガス（例えば、石炭ガス化ガスや天然ガス等の炭素系燃料）が投入される。燃焼器３では、燃料ガスが高濃度のＯ２（及びＣＯ２）と共に燃焼され、ＣＯ２を主成分とする燃焼ガスが得られる。燃焼器３で燃焼された燃焼ガスはガスタービン４で膨張されて発電動力が得られ、仕事を終えた排気ガスは排気経路６を通って再生熱交換器７及び図示しない排熱回収手段で熱回収される。熱回収された排気ガスは余分なＣＯ２及び水が排出されて回収される（ＣＯ２回収系）。残りの排気ガス（ＣＯ２）は圧縮機２で圧縮され、燃焼器３に送られる（供給系）。前述した高濃度のＯ２は燃焼器３の入口側に供給される。
【００３５】
そして、図示の炭酸アルカリ併産タービン設備１には炭酸アルカリ回収手段としての炭酸ナトリウム回収手段８が備えられている。炭酸ナトリウム回収手段８では、系内からのＣＯ２と水酸化アルカリとしてのＮａＯＨとの反応により炭酸アルカリとしてのＮａ２ＣＯ３を乾式により得るようになっている。即ち、炭酸ナトリウム回収手段８は、ＮａＯＨの水溶液が噴出される反応塔９を備え、反応塔９にはＣＯ２回収系からのＣＯ２ガスを供給するＣＯ２供給手段１０が設けられている。また、反応塔９の内部をＮａ２ＣＯ３の生成反応温度（例えば、９０℃〜１３０℃）に昇温するため、ガスタービン４の排気の排熱を熱源として供給する熱源手段１１が設けられている。
【００３６】
上述した炭酸アルカリ併産タービン設備１では、ガスタービン４で発電動力を得た排気ガスからＣＯ２が分離回収されると共に系内からのＣＯ２の一部（及び熱）が反応塔９に送られてＮａ２ＣＯ３が製造される。反応塔９にはＣＯ２供給手段１０からＣＯ２が供給され、反応塔９の内部は熱源手段１１により所定温度に昇温される。反応塔９にはＮａＯＨの水溶液が供給され、ＮａＯＨの水溶液が加熱されたＣＯ２に噴霧される。
【００３７】
これにより、反応塔９の内部では、
２ＮａＯＨ＋ＣＯ２→Ｎａ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ・・・（１）
の反応が進行し、短時間に気流中で水分が蒸発され、固体のＮａ２ＣＯ３が得られる。
【００３８】
例えば、理論的に、ＣＯ２が１０００ｋｇ、ＮａＯＨの水溶液（濃度４５．８％）が３７４４ｋｇ、排熱が９０℃〜１３０℃の場合、２４０６ｋｇのＮａ２ＣＯ３が得られ、出口ガスは２３３７ｋｇの水蒸気が放出されることになる。
【００３９】
従って、炭酸アルカリ併産タービン設備１の系内のＣＯ２により、一段の処理（乾式）で粉末のＮａ２ＣＯ３を製造することが可能になり、製造工程や設備構成を簡素化することができる。更に、加熱源として炭酸アルカリ併産タービン設備１の排熱を利用しているので、従来損失となっていた熱エネルギーを有効利用することができる。また、固体のＮａ２ＣＯ３とするＣＯ２固定化反応の副生物は水蒸気のみであり、反応プロセスの出口ガスはそのまま大気に放出することもできる。また、ＣＯ２が固体物質に取り込まれることにより、運搬、貯蔵が容易となる。また、原料のＮａＯＨは国内供給が国内需要を上回っているので、入手が容易で設備の構築が容易となる。また、製品となるＮａ２ＣＯ３は国内需要が生産を上回っているので、得られたＮａ２ＣＯ３を有効に活用することができる。
【００４０】
図２に基づいて第２実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備を説明する。図２には本発明の第２実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備の概念系統を示してある。尚、第２実施形態例に係る炭酸アルカリ併産タービン設備１２は炭酸アルカリ回収手段としての炭酸ナトリウム回収手段１３が第１実施形態例と異なるものである。このため、第１実施形態例と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４１】
圧縮機２及び燃焼器３及びガスタービン４を備え、熱回収された排気ガスからＣＯ２が回収される炭酸アルカリ併産タービン設備１２には、炭酸アルカリ回収手段としての炭酸ナトリウム回収手段１３が備えられている。炭酸ナトリウム回収手段１３では、系内のＣＯ２と水酸化アルカリとしてのＮａＯＨとの反応により炭酸アルカリとしてのＮａ２ＣＯ３を乾式により得るようになっている。
【００４２】
即ち、炭酸ナトリウム回収手段１３は、ＮａＯＨの水溶液が噴出される反応塔１４を備え、反応塔１４にはＣＯ２回収系からのＣＯ２ガスをＣＯ２圧縮機１５で昇温して供給するＣＯ２供給手段１６が設けられている。ＣＯ２圧縮機１５はＣＯ２を回収するために備えられた既存の機器であり、ＣＯ２供給手段１６は、Ｎａ２ＣＯ３の生成反応温度（水分を蒸発させＮａ２ＣＯ３を生成反応させる温度）となるようにＣＯ２圧縮機１５で圧縮されて昇温されたＣＯ２を供給するようになっている。
【００４３】
反応プロセスの出口ガス（水蒸気及びバランス分としてＣＯ２）は回収手段１７によりＣＯ２回収系に戻されるようになっている。このため、Ｎａ２ＣＯ３の生成反応温度となるようにＣＯ２圧縮機１５で圧縮されて高温のＣＯ２を含むガスの供給量を調整することができ、反応塔１４の温度を高めることができる。
【００４４】
上述した炭酸アルカリ併産タービン設備１２では、ガスタービン４で発電動力を得た排気ガスからＣＯ２が分離回収されると共に系内のＣＯ２の一部がＣＯ２圧縮機１５で圧縮・昇温されて反応塔１４に送られてＮａ２ＣＯ３が製造される。反応塔１４にはＣＯ２供給手段１６から昇温されたＣＯ２が供給されて内部が所望の温度に昇温され、反応塔１４にはＮａＯＨの水溶液が供給され、ＮａＯＨの水溶液が加熱されたＣＯ２に噴霧される。これにより、前述した（１）式で示したように、反応塔１４の内部でＮａ２ＣＯ３の生成反応が進行し、短時間に気流中で水分が蒸発され、固体のＮａ２ＣＯ３が得られる。
【００４５】
また、昇温されたＣＯ２が供給されて反応塔１４の内部が所定温度に昇温され、反応プロセスの出口ガス（水蒸気及びバランス分としてＣＯ２）はガス戻り手段１７からＣＯ２回収系に戻されるようになっているので、Ｎａ２ＣＯ３の生成反応温度となるように高温のＣＯ２を含むガスの供給量を調整することができる。
【００４６】
従って、ＣＯ２を分離回収できると共に系内のＣＯ２をＮａ２ＣＯ３の製造に適用して有効に利用することができる炭酸ナトリウム併産タービン設備とすることができる。
【００４７】
図３、図４に基づいて上述した炭酸アルカリ併産タービン設備１、１２を備えた炭酸アルカリ併産発電設備として石炭ガス化複合炭酸アルカリ併産発電設備（ＩＧＣＣ）を説明する。図３に示した炭酸アルカリ併産発電設備は、図１に示した炭酸アルカリ併産タービン設備１を備えた例で、図４に示した炭酸アルカリ併産発電設備は、図２に示した炭酸アルカリ併産タービン設備１２を備えた例である。
【００４８】
図３に基づいて本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備を説明する。図３には本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備の概略系統を示してある。尚、図１に示した炭酸アルカリ併産タービン設備１と同一構成部材には同一符号を付してある。
【００４９】
図３に示すように、石炭ガス化設備２１には系内からのＣＯ２が供給されると共に石炭とＯ２（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ）の反応によりガス化ガス（燃料ガス）が生成される。生成された燃料ガスは、不純物除去設備２２で固体不純物、硫黄分、ハロゲン類、重金属類等の不純物が除去される。不純物が除去された燃料ガスは燃焼器３に投入され、燃料ガスは酸素製造装置２４で製造された高濃度のＯ２と共に燃焼器３で燃焼される。酸素製造装置２４で製造されたＯ２は石炭ガス化設備２１にも供給される。酸素製造装置２４は、例えば、圧力スウィング吸着により窒素ガスが濃縮されて空気から除去されて加圧されたＯ２が供給される設備や、深冷設備からのＯ２が所定圧力に加圧されて供給される設備を適用することができる。
【００５０】
燃焼器３からの燃焼ガスはガスタービン４で膨張されて発電動力が得られる。ガスタービン４で仕事を終えた排気ガス（ＣＯ２を主成分とする作動流体）は経路５から排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２５で熱回収され、ＨＲＳＧ２５で熱回収された排気ガスは圧縮機２で圧縮される。圧縮機２で圧縮された排気ガスは再生熱交換器７で昇温されて燃焼器３に投入される。再生熱交換器７には排気ガスの一部が経路５から送られ、排気ガスが熱回収される。
【００５１】
ガスタービン４の出口側の排気ガスは、ＣＯ２を主成分とする作動流体であるため比熱比が小さく、圧縮機２及びガスタービン４の出入口温度差が小さくなり、再生熱交換器７による熱効率を大幅に向上させることができる。つまり、再生による熱効率の効果を得やすいシステムとなっている。
【００５２】
ＨＲＳＧ２５で発生した蒸気は蒸気タービン２６に送られ、蒸気タービン２６で膨張されて発電動力とされる。蒸気タービン２６で仕事を終えた排気蒸気は復水器２７で復水されて図示しない給水ポンプにより給水加熱器２８に送られる。給水加熱器２８にはＨＲＳＧ２５で熱回収された排気ガスの一部が送られて復水器２７からの給水の加熱を行う。排気ガス側からみると、給水加熱器２８はガス冷却器とされる。給水加熱器２８で加熱された流体はＨＲＳＧ２５に送られて蒸気タービン２６の駆動用の蒸気とされる。
【００５３】
給水加熱器２８で冷却された排気ガス（ＣＯ２を含むガス）は汽水分離器２９で水分が分離され、水分が分離された排気ガス（ＣＯ２）は圧縮機３０で所定圧力に加圧された後、更に、汽水分離器（冷却器）３１で冷却される。冷却されて水分が除去された排気ガス（ＣＯ２）は圧縮機３２で所定圧力に加圧されて石炭ガス化設備２１に送られる。余剰のＣＯ２は加圧して液化する等により回収される。
【００５４】
上述した炭酸アルカリ併産発電設備では、石炭と酸素製造装置２４から送られるＯ２（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ）の反応により生成されたガス化ガス（燃料ガス）を不純物除去設備２２を通して燃焼器３に送り、燃焼器３で酸素燃焼することでＣＯ２を主成分とする比熱比の小さな燃焼ガス（作動流体）が得られ、燃焼器３からの燃焼ガスをガスタービン４で膨張して発電動力を得る。ガスタービン４で仕事を終えた排気ガスはＨＲＳＧ２５で熱回収され、圧縮機２で圧縮された後再生熱交換器７で昇温されて燃焼器３に送られる。再生熱交換器７にはガスタービン４で仕事を終えた排気ガスの一部が送られて熱回収される。
【００５５】
作動流体は、比熱比が小さなＣＯ２を主成分とするので、ガスタービン４の出口側の排気ガスの温度を高く維持することができ、圧縮機２で圧縮した時の温度上昇を抑制することができる。このため、圧縮機２の出口側の作動流体とガスタービン４の出口側の作動流体との温度差が大きくなり、再生熱交換器７での再生効率を高くすることができる。
【００５６】
ＨＲＳＧ２５で熱回収された排気（ＣＯ２）の一部は給水加熱器２８で熱回収され、圧縮機３２で所定の圧力に加圧されて石炭ガス化設備２１に供給される。また、圧縮機３２で所定の圧力に加圧された排気（ＣＯ２）の一部は液化される等して回収される。
【００５７】
一方、ＨＲＳＧ２５で発生した蒸気は蒸気タービン２６に送られて蒸気タービン２６が駆動する。排気蒸気は復水器２７で復水され、給水加熱器２８で加熱された流体はＨＲＳＧ２５に送られて蒸気タービン２６の駆動用の蒸気とされる。従って、ガスタービン４及び蒸気タービン２６による複合炭酸アルカリ併産発電設備とされる。
【００５８】
上述した炭酸アルカリ併産発電設備では、系内のＣＯ２とＯ２を吹き込む石炭ガス化設備２１と、リサイクルした排気ガスにＯ２を混合して燃焼させるクローズドガスタービンを組み合わせたものであり、ガス化性能が大幅に向上し、更に、ＣＯ２を濃縮・分離する必要がない。
【００５９】
ＣＯ２及びＯ２で石炭をガス化することで、ＣＯ２のガス化促進効果により、空気及びＯ２と窒素酸素で石炭をガス化することに比べ、炉内炭素転換率及び冷ガス効率が大幅に向上する。これにより、石炭ガス化設備２１及びチャーのリサイクル系をコンパクトにすることができ、設備コストの低減を図ることができる。ＣＯ２を濃縮・分離する必要がないので、設備コスト及びＣＯ２回収のための所要動力を大幅に低減することができ、高い送電端効率を得ることができる。
【００６０】
そして、図示の炭酸アルカリ併産発電設備には炭酸ナトリウム回収手段８が備えられている。即ち、ＮａＯＨの水溶液が噴出される反応塔９を備え、反応塔９にはＣＯ２回収系である給水加熱器２８の出口（Ｉ）、もしくは、汽水分離器２９の出口（II）、もしくは、圧縮機３０の出口（III）からのＣＯ２ガスを供給するＣＯ２供給手段１０が設けられている。また、反応塔９の内部をＮａ２ＣＯ３の生成反応温度（例えば、９０℃〜１３０℃）に昇温するため、汽水分離器３１の熱が熱源として供給される熱源手段１１が設けられている。尚、熱源手段１１で供給される熱は、汽水分離器２９や圧縮機３０、３２の出口側の熱等、設備内の他の排熱を熱源とすることができる。
【００６１】
上述した炭酸アルカリ併産発電設備では、ガスタービン４で発電動力を得た排気ガスからＣＯ２が分離回収されると共に、系内のＣＯ２が石炭ガス化設備２１に送られる。そして、系内のＣＯ２の一部が反応塔９に送られてＮａ２ＣＯ３が製造される。即ち、反応塔９にはＣＯ２供給手段１０からＣＯ２が供給され、反応塔９の内部は熱源手段１１により所定温度に昇温される。反応塔９にはＮａＯＨの水溶液が供給され、ＮａＯＨの水溶液が加熱されたＣＯ２に噴霧される。これにより、反応塔９でＮａ２ＣＯ３が得られ、ＩＧＣＣの系内のＣＯ２（及び熱）によるＮａ２ＣＯ３の製造が実施される。
【００６２】
従って、炭酸アルカリ併産発電設備の系内のＣＯ２及び熱損失となっていた排熱を利用してＮａ２ＣＯ３を製造することができ、エネルギーを有効利用することが可能になる。また、排気であるＣＯ２の一部を液化して回収する場合、回収するＣＯ２の一部がＮａ２ＣＯ３の製造に活用されるため、液化の圧縮動力を削減することができる。このため、炭酸アルカリ併産発電設備の発電効率を向上させると共に、炭酸アルカリ併産発電設備内のＣＯ２によりＮａ２ＣＯ３の製造が可能になる。
【００６３】
尚、図３では、排気ガスを圧縮機３０、３２で圧縮して、ＣＯ２回収のための所定圧力
にする例を挙げて説明したが、圧縮機の数及び配置は任意であり、設備の規模や機器構成により適宜配置することができる。また、圧縮機２、ガスタービン４、蒸気タービン２６は一軸で配列して発電機を備えた構成にしたり、圧縮機２とガスタービン４の軸と、蒸気タービン２６の軸を並列に配置してそれぞれ発電機を備えた構成にすることが可能である。
【００６４】
図４に基づいて本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備の他の例を説明する。図４には本発明に係る炭酸アルカリ併産発電設備の概略系統を示してある。尚、図２に示した炭酸アルカリ併産タービン設備１２と同一構成部材及び図３に示した炭酸アルカリ併産発電設備と同一構成部材には同一符号を付してある。
【００６５】
図４に示した炭酸アルカリ併産発電設備は、図３に示した炭酸アルカリ併産発電設備に対し炭酸ナトリウム回収手段１３の構成が異なり、その他の構成は同一である。
【００６６】
ＮａＯＨの水溶液が噴出される反応塔１４を備え、ＣＯ２供給手段１６からは、ＣＯ２の回収系統でＣＯ２を圧縮する圧縮機３０（ＣＯ２圧縮機１５）の出口側のＣＯ２が供給される。圧縮機３０（ＣＯ２圧縮機１５）の出口側のＣＯ２は、Ｎａ２ＣＯ３の生成反応温度（水分を蒸発させＮａ２ＣＯ３を生成反応させる温度）となる温度に昇温されたＣＯ２とされている。
【００６７】
反応プロセスの出口ガス（水蒸気及びバランス分としてＣＯ２）は回収手段１７によりＣＯ２回収系である汽水分離器３１の入口側に戻されるようになっている。このため、Ｎａ２ＣＯ３の生成反応温度となるように圧縮機３０（ＣＯ２圧縮機１５）で圧縮されて高温のＣＯ２を含むガスの供給量を調整することができ、反応塔１４の温度を高めることができる。
【００６８】
上述した炭酸アルカリ併産発電設備では、ガスタービン４で発電動力を得た排気ガスからＣＯ２が分離回収されると共に系内のＣＯ２の一部が圧縮機３０（ＣＯ２圧縮機１５）で圧縮・昇温されて反応塔１４に送られてＮａ２ＣＯ３が製造される。即ち、反応塔１４には所望の温度になるように昇温されたＣＯ２が供給されて内部が所望の温度に昇温され、反応塔１４にはＮａＯＨの水溶液が供給され、ＮａＯＨの水溶液が加熱されたＣＯ２に噴霧される。これにより、反応塔１４でＮａ２ＣＯ３が得られ、ＩＧＣＣの系内のＣＯ２によるＮａ２ＣＯ３の製造が実施される。
【００６９】
また、昇温されたＣＯ２が供給されて反応塔１４の内部が所定温度に昇温され、反応プロセスの出口ガス（水蒸気及びバランス分としてＣＯ２）はガス戻り手段１７から汽水分離器３１に戻されるようになっているので、Ｎａ２ＣＯ３の生成反応温度となるように高温のＣＯ２を含むガスの供給量を調整することができる。
【００７０】
尚、上述した実施形態例では、ＣＯ２圧縮機１５として圧縮機３０を適用したが、最終的にＣＯ２を昇圧する圧縮機３２を適用することも可能である。また、反応塔を用いてＮａＯＨとＣＯ２を反応させてＮａ２ＣＯ３を得る例を挙げて説明したが、汽水分離器（冷却器）に流通するＣＯ２にＮａＯＨの水溶液を供給し、ＮａＯＨの水溶液を冷却に適用すると同時にＮａ２ＣＯ３の製造の反応に適用することも可能である。
【００７１】
従って、ＣＯ２を分離回収でき、回収したＣＯ２をＮａ２ＣＯ３の製造に適用して有効に利用することができる炭酸アルカリ併産タービン設備を備えた炭酸アルカリ併産発電設備とすることができる。
【００７２】
図５に基づいて他の炭酸アルカリ併産発電設備を説明する。図５には炭酸アルカリ併産発電設備の概略系統を示してある。
【００７３】
図５に示すように、石炭焚きのボイラ４１には酸素製造設備４２で製造された高濃度のＯ２が供給される。ボイラ４１では、石炭がＯ２により燃焼される際に発生する燃焼熱により蒸気を発生させる。酸素製造設備４２は、例えば、圧力スウィング吸着により窒素ガスが濃縮されて空気から除去されて加圧されたＯ２が供給される設備や、深冷設備からのＯ２が供給される設備を適用することができる。
【００７４】
ボイラ４１で発生した蒸気は蒸気タービン４３で膨張されて発電動力が得られる。蒸気タービン４３で仕事を終えた排気蒸気は復水器４４で復水され、給水ポンプ４５によりボイラ４１に給水される。ボイラ４１の排気ガス（ＣＯ２を主成分とするガス）は図示しないブロアにより不純物除去設備４６に送られ、不純物除去設備４６で、固体不純物、窒素分、硫黄分、ハロゲン類、重金属等の不純物が除去される。不純物除去設備４６で不純物が除去された排気ガスは炭酸アルカリ回収手段としての炭酸ナトリウム回収手段４７に送られ、反応塔５０で排ガス中のＣＯ２とＮａＯＨとの反応によりＮａ２ＣＯ３が得られる。
【００７５】
この時、炭酸ナトリウム回収手段４７で反応しなかったＣＯ２は、図示しないＣＯ２回
収手段でさらに回収することができる。石炭焚きのボイラ４１における石炭燃焼で生成し
たＣＯ２の一部は炭酸ナトリウム回収手段４７で回収されているので、ＣＯ２回収手段は、小規模な構成にした汽水分離器やＣＯ２分離・回収設備で実施することが可能である。
【００７６】
上述した炭酸アルカリ併産発電設備では、蒸気タービン４３の動力を得るボイラ４１の排気ガスからＣＯ２が分離され、炭酸ナトリウム回収手段４７の反応塔５０に送られてＮａ２ＣＯ３が製造される。即ち、反応塔５０には所望の温度のＣＯ２が供給され、反応塔５０にはＮａＯＨの水溶液が供給され、所望の温度のＣＯ２にＮａＯＨが噴霧される。これにより、反応塔５０でＮａ２ＣＯ３が得られ、蒸気タービン４３を駆動するための蒸気を得る石炭焚きのボイラ４１を備えた発電設備の系内のＣＯ２によるＮａ２ＣＯ３の製造が実施される。
【００７７】
従って、ボイラ４１の排気からのＣＯ２とＮａＯＨとを反応させることによりＮａ２ＣＯ３を得て、ＣＯ２を分離回収できると共に系内のＣＯ２（及び反応のための熱）をＮａ２ＣＯ３の製造に適用して有効に利用することができるボイラ４１を備えた炭酸アルカリ併産発電設備とすることができる。
【００７８】
他の実施形態例として、アノードガス及びカソードガスの電気化学反応により発電を行なう燃料電池（例えば、溶融炭酸塩形燃料電池）に炭素系燃料を使用した際の排気ガスに含まれるＣＯ２について、水酸化アルカリ（ＮａＯＨ）との反応により炭酸アルカリ（Ｎａ２ＣＯ３）を得る炭酸アルカリ回収手段を設けた炭酸アルカリ併産発電設備とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、燃焼ガスを膨張させて動力を得ることができる炭酸アルカリ併産タービン設備の産業分野で利用することができる。
【００８０】
また、本発明は、炭素系燃料により燃料ガスを生成するガス化炉を備え、ガス化炉からの燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスにより動力を得るガスタービンを備えた炭酸アルカリ併産発電設備の産業分野で利用することができる。
【００８１】
また、本発明は、炭素系燃料の燃焼により蒸気を発生させるボイラを備えた炭酸アルカリ併産電設備の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１、１２  炭酸アルカリ併産タービン設備
２、３０、３２  圧縮機
３  燃焼器
４  ガスタービン
５  経路
６  排気経路
７  再生熱交換器
８、１３、４７  炭酸ナトリウム回収手段
９、１４、５０  反応塔
１０、１６  ＣＯ２供給手段
１１  熱源手段
１５、４９  ＣＯ２圧縮機
１７  ガス戻り手段
２１  石炭ガス化設備
２２、４６  不純物除去設備
２４、４２  酸素製造設備
２５  排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）
２６、４３  蒸気タービン
２７、４４  復水器
２８  給水加熱器
２９、３１  汽水分離器
４１  ボイラ
４５  給水ポンプ
【図１】
0005196482.tif 000002
【図２】
0005196482.tif 000003
【図３】
0005196482.tif 000004
【図４】
0005196482.tif 000005
【図５】
0005196482.tif 000006