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特集論

地球温暖化ガス（二酸化炭素）リイ
ンジェクション用高性能・高信頼性圧縮機

文High Performance, High Reliability Re-injection
Compressors for Green House Gas (CO2)

1．はじめ

和田

典

久＊ 1

佐

藤田崎彰範

枡

谷

＊3

恒徳＊ 2
穣＊ 4

するために低圧と高圧の 2 つの圧縮機から構成され，これをに11.7 MW の同期モータにより駆動する．これは，従来の尿今日我々は取扱いやすいエネルギー源として石油や天然ガ

素プラントに使用される CO2 圧縮機と比較し最終吐出圧力はスなどの炭化水素に主に依存している．これらの炭化水素の約 1.3 倍，所要動力は約 1.5 倍の仕様に相当し，CO2 圧縮機と燃焼で地球温暖化の原因の一つといわれているしては世界最大級である．

ス

温室効果ガ

吐出圧力： 203 barの一つである二酸化炭素ガス（CO2）が生成される．また地中から産出される天然ガスの中に CO2 が含まれている場

吸込体積流量： 37 100 m3/h（77.6 t/h）

合その処理方法が問題になっている．

必要駆動力： 11.7 MW

近年エネルギー消費を下げることにより CO2 の産出を減少

この圧縮機トレンは，両軸駆動モータ（軸の両端でモータさせる試みに加え，発生した CO2 を大気中に放出しないための出力を取り出すことが可能）をトレンの中心に配置し，その一連の技術が注目されている（図１）．例えば発電所などの外側に２台の増速ギヤを，更に外側に２台の圧縮機を配置のボイラ排ガスなどから効率よく CO2 を回収する排煙脱炭プしている（図２）．この配置により増速ギヤの動力ロスを最ラントの実用化，また地中への CO2 の圧入（インジェクショ小限に抑えることを可能としている．また，圧縮機は内部品ン）により石油産出量を増加させたり，帯水層に永久的に閉カートリッジを軸方向に抜き出すことで開放できるため，圧じ込めておくための高効率インジェクション圧縮機を実用化

縮機ケーシング自身は分解する必要がない．よって圧縮機ケしている．

ーシングへ接続される主ガス配管の分解なしに圧縮機のメン

本稿では CO 2 地中閉じ込めのため開発，適用された大型テナンスが可能である．また低圧と高圧の２台の圧縮機が隣

CO2 遠心圧縮機の特性を述べる．本機の本来の目的の地球環り合わせて配置されている場合，そのままでは干渉により圧境保全に沿うべく，設計，製作の全工程にわたりHSE（Health,縮機の内部品カートリッジを軸方向に抜き出すことができなSafety and Environment）を重視した対応がなされた．

いため，どちらか１台の圧縮機をクレーンで移設してからの作業となる．しかしこの配置ではトレンの両端に圧縮機が位2．機 器 の 概 要

置するため，圧縮機の移設なしに内部品カートリッジの開放

本圧縮機トレンは CO2 をほぼ大気圧から 203 bar まで昇圧が可能であり，メンテナンス性に優れた人にやさしい構成になっている．
また，本圧縮機トレンの駆動機として同期モータの起動には，ソフトスタータを採用している．本圧縮機トレンは電源設備（電源容量）に余裕が無い場所へ設置されるため，直入

原油

CO2コンプレッサ

パイプラ
イン

れ起動を実施すると大きな電流が流れてしまい，このときに生産井圧入井が高い．そこでソフトスタータを採用し，起動時の電流を最小限にし他の設備への影響を防いでいる．

CO2
回収プラント
回収プラント3．圧 縮 機 の 特 徴

油層
火力発電所

地域の他の電力機器に電圧低下などの悪影響を及ぼす可能性

CO2

原油

圧縮機本体は，世界最大級の CO2 圧縮機に要求される高度な技術と HSE に有効な数種の特徴を兼ね備えている（図図１ 排煙脱炭・リインジェクション概念発生した CO2 を大気３）．

中に放出しないための一連の技術を示す．
広島製作所ターボ機械技術部技監・主幹＊2
広島製作所ターボ機械技術部プラント設計課＊1

まず，全ステージとも使用条件により最適化された三次元
広島製作所ターボ機械技術部コンプレッサ設計課＊4
技術本部高砂研究所ターボ機械研究推進室主席
＊3

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モータ

7 V-6 B
圧縮機（低圧）防音カバー

増速ギア

増速ギア

3 V-7 B
圧縮機
（高圧）

潤滑油コンソ−ル

図２

CO2 リインジェクション圧縮機トレン配置図
両軸駆動モータをトレンの中心に配置し，その外側に２台の増速ギヤを，さらに外側に２台の圧縮機を配置を示す．

表１CO 2 リインジェクション圧縮機
吐出ガス条件6135242① 三次元インペラ② 直接潤滑ティルティング
パッド軸受③ オーバーハングダンパ④ スワール防止ラビリンス
シール⑤ ドライガスシール⑥ シェアリング（止めリング

吐出圧力（bar）

203

吐出温度（℃）

172.743.96

ガス分子量
ガス密度（kg/m3）

291

また，圧縮機の空力性能を予測することにおいて，ガス物性値の予測精度が非常に重要となるが，高圧条件下での CO2

図３

CO2 リインジェクション圧縮機断面図

CO2 リインジェク
ション圧縮機断面図にて，要求される高度な技術と HSE に有効な数種の特徴を示す．

物性値予測は非常に難しい．三菱遠心圧縮機は尿素プラント
用 CO2 圧縮機にて十分な実績と 235 bar の工場テスト結果を持っているため，この技術を今回の圧縮機にも適用している．
以上のロータ安定性，インペラ共振，そしてガス物性値予測

羽根形状のインペラと静止ガス通路を持ち，１段セクションの設計妥当性については，現地運転同様の CO2 ガスを用いたでは 85 ％もの高効率を達成し，消費電力節減に貢献してい実圧・実負荷工場試運転により問題ないことを圧縮機出荷前

る．同時に広い運転レンジをも可能とすることで，圧縮機現に確認している．

地使用条件の変化にも十分に対応できる柔軟性を備えている．

4．まとめ

CO2 は遠心圧縮機で取り扱われるガスの中でも比較的分子CO2 を取り出し，大気に放出しないための技術は今後ます

量が大きい．このため今回の圧縮機のような高圧条件下におます現実化し，これまで人類が経験していない１系列

いては比重が水の３分の１にもなり，これに起因する圧縮機

5 000 t/d 〜 15 000 t/d 規模の大型の CO2 回収設備が必要になロータの不安定振動を防止する技術が重要となる（表１）．

るといわれている（2）．

今回の圧縮機には，ロータの振動減衰特性を向上させるた

当社はこれまで培ってきた一連の技術の更なる研さん，発めに軸受外側の軸端部へオーバハングダンパと称するスクイ展を通じ社会の要求にこたえ，より良い地球環境構築のためーズフィルム機構のダンパを付加するととともに，ティルテに貢献していく所存である．

ィングパッド軸受を採用し軸受自身の不安定化力発生防止を行っている．また，差圧が大きくなる中間仕切壁部のラビリンスシールには，通過するガスのスワールによる不安定化力を防止するために，高圧ガスをラビリンスシール途中にガススワールと逆方向に導くスワールキャンセラを採用している．これらにより高圧条件下でもロータの十分な安定性を確

参 考 文 献（1）川島ほか，尿素プラント用 CO2 圧縮機の開発，三菱重工技報 VoL.31 No.2（1994）（2）飯嶋，光岡ほか，排煙脱炭技術とその適用，三菱重工技報 VoL.34 No.3（1997）

保することに成功している（1）．
さらに，高密度ガス中では大気中と比較しインペラの固有振動数が低下し，インペラの共振が発生することがある．これに対し十分な解析を実施することで固有振動数が大気中での約 60 ％まで低下することを確認し，インペラの共振を防ぐための設計を実施している．

和田典久

佐藤恒徳

田崎彰範

枡谷穣

三菱重工技報 Vol.41 No.1（2004_1）