石炭ガス化複合発電技術
開発の経緯
1-1 石炭ガス化複合発電技術の位置づけ・ ・・・・・・・・ 8
1-2 石炭ガス化複合発電の一般的な特徴と構成・ ・・・ 10
1-2-1

IGCCの特徴・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10

1-2-2石炭ガス化設備・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10

1-2-3

ガス精製設備・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 13

1-2-4

複合発電設備・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 14

1-2-5

インテグレーション技術・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 14

1-3 海外における開発・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 15
1-4 我が国における開発・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・ 17
コラム1：IGCCにおけるCCSへの対応・・・・・・・・・・・・・・・・・ 20
コラム2：効率向上とコスト低減に寄与する乾式ガス精製技術・・・・・・・ 21
コラム3：IGCC用ガスタービンの開発動向・ ・・・・・・・・・・・・・・ 22

第１章

第1章

第１章
1-1 石炭ガス化複合発電技術の位置づけ一つとして位置づけられており、着実な実用化に向けた技
術開発ロードマップが示された。その後、東日本大震災おエネルギー資源に乏しい我が国では、エネルギーセキュリ

よび東京電力福島第一原子力発電所事故を受け、2014 年

ティ確保の観点から電源のベストミックスが進められている。

4月には、エネルギーを巡る国内外の大きな環境変化を踏ま（1）

BP 統計（2015 年版） によれば、石炭は、可採年数（確認えた第四次エネルギー基本計画（3）が閣議決定された。そ

可採埋蔵量）が 110 年（8,915 億トン）であり、石油の 52.5 年の中で、「エネルギー政策の要諦は、安全性（Safety）を前

3（1 兆 7,010 億バレル）、天然ガスの 54.1 年（187.1 兆 m ）に提とした上で、エネルギーの安定供給（Energy Security）

比べ大きく、また、北米、欧州、アジア・オセアニアなどにを第一とし、経済効率性の向上（Economic Efficiency）に幅広く分布している。このように、化石燃料の中で、埋蔵よる低コストでのエネルギー供給を実現し、同時に、環境へ量が豊富で地域的偏在性が低いことなどから、石炭は将来の適合（Environment）を図るため、最大限の取組を行う

にわたって重要なエネルギー源と位置づけられる。

ことである」と、3E+S の基本的視点が確認されている。

一方、石炭は石油や天然ガスに比べて単位発熱量あた

第四次エネルギー基本計画に基づき、総合資源エネル

りの炭素含有量が多く、燃焼時の二酸化炭素排出量が多ギー調査会基本政策分科会長期エネルギー需給見通し小いことなどから、環境負荷の低減が課題となっている。こ委員会において、現実的かつバランスの取れたエネルギーのため、石炭をクリーンに利用する技術の開発が進められ需給構造の将来像が検討された。小委員会における取りまており、特に高効率化に関するさまざまな取組みが行われとめを踏まえ、経済産業省は、2015 年 7月に「長期エネル

ている。

（4）
ギー需給見通し」を決定した。ここでは2030 年度の電源

2008 年に公表された「Cool Earth -エネルギー革新技術計

構成が示され、石炭火力については、発電電力量に占め（2）画」 においては、石炭ガス化複合発電（IGCC:Integrated

る割合を26%とし、「環境負荷の低減と両立しながら、そのcoal Gasification Combined Cycle）を含めた高効率石炭有効活用を推進する」とされた。
これを受けて設置された「次世代火力発電の早期実現

火力発電は、重点的に取組むべきエネルギー革新技術の第1世代技術

更なる性能
向上の検討

AHAT 要素技術実証

LNG火力

2016年度以降
第1世代技術の効率向上

AHAT技術確立(第2世代技術並に)

A-USC 要素技術開発

石炭火力

A-USC技術確立

第2世代技術LNG火力

1800℃級要素技術開発/技術実証
1700℃級GTCC技術確立

1700℃級GTCC 技術実証

2020年代初頭
石炭火力：第2世代技術の確立
LNG火力：第2世代技術の効率向上

大型IGCC実証

中型IGCC実証（空気吹、1500℃級）(空気吹、1200℃級)

中型IGCC技術実証（酸素吹、1300℃級）

石炭火力

中小型GTFC要素技術開発
量産/低コスト化技術開発
小規模産業用機の商用化

GTFC

要素技術開発革新的IGCC技術実証

中小型GTFC 技術実証

技術実証

酸素燃焼 技術実証

酸素燃焼法技術確立

固体吸収法 要素技術開発

CCUS技術

GTFC技術確立

IGFC技術確立

2020年代後半以降
低コストCCUS技術の確立

固体吸収法技術実証

クローズドIGCC要素技術開発

物理吸収法 要素技術開発

2025年度頃
第3世代技術の確立

大型化/商用機に向けた追加技術開発小型IGFC

石炭火力

1800℃級IGCC技術確立

1700℃級IGCC技術確立

革新的IGCC要素技術開発（水蒸気ガス化、乾式精製）

第3世代技術LNG火力

1800℃級要素技術開発/技術実証
1800℃級GTCC技術確立

クローズドIGCC要素技術開発

物理吸収法 技術実証

膜分離法 要素技術開発

物理吸収法技術確立
膜分離法技術実証

図 1-1-1

8

2015年

2020年

技術確立

CCUS関連の有望技術の順次技術確立

有効利用技術 要素技術開発・実証事業（藻類、人工光合成、化学製品利用など）

2010年

有望な回収技術の開発

有望な利用技術の開発

2025年

2030年

（5）
次世代火力発電技術のロードマップ（次世代火力発電の早期実現に向けた協議会）

第１章
順次確立した上で、ガスタービンの超高温化の成果を活用に向けた協議会」により、官民一体となって開発を加速す（5）

し、更なる高効率化（同 48 〜 50%）を図るとしている。

るための技術ロードマップ（中間とりまとめ） が 2015 年 7月に策定された（図 1-1-1 、図 1-1-2 ）。ここで、IGCCは

IGCCは、図 1-1-3 のように、幅広い炭種に対して高効2020 年代初頭に技術を確立し、実用化に目処をつけるとさ率運転を高い設備利用率で実現し、安定供給、経済性、れ、石炭ガス化燃料電池複合発電（IGFC:Integrated coal

環境保全の面から我が国のエネルギー供給に貢献するポテ

（5）

（6）

Gasification Fuel Cell combined cycle）についても、2025
年度頃に技術を確立、実用化に目処をつけるとされた。CO2

3E+Sの回収、貯留（CCS）
・有効利用（CCUS）技術については、
2030 年度以降を見据えて各種の技術開発を進め、2020 年

経済効率性
の向上

安定供給

代後半以降に経済的に有望な技術を確立するとされた。

（Energy
Security）

我が国の IGCC 技術は、現在、250MW 実証機プロジェ（Economic
Eﬃciency）

環境への適合（Environment）

安全性（Safety）

クトが終了し、商用機設計に必要な知見が得られた段階にある。経済産業省と環境省が 2013 年に示した事業者が利用可能な最良の技術（BAT:Best Available Technology）

IGCCの中には、実証機と同等規模の 20 万 kW 級空気吹きIGCCが含まれている。さらに、東京電力株式会社は、福島の復① 高い発電効率

興を加速させるための取り組みとして発表した「福島復興大② 高い設備利用率型石炭ガス化複合発電設備実証計画」において、2 基の③ 優れた環境適合性

500MW 級 IGCCを2020 年代初頭に運転開始するとしてい④ 多様な石炭の適合性る。上述のロードマップ（5）では、今後、送電端効率 46 〜
48%（HHV：高位発熱量、以下 HHV）の大型機の技術を

発電効率

図 1-1-3

ガスタービン燃料電池複合発電(GTFC)
GTCC に燃料電池を組み合わせたﾄﾘﾌﾟﾙｺﾝﾊﾞｲﾝﾄﾞｻｲｸﾙ方式の発電
発電効率：63 ％程度
CO2排出： 280 g/kW程度
GTFC
技術確立：2025 年度頃目途

65％
超高温ガスタービン複合発電
60％

55％

50％

45％

超高温 (1700℃以上)ｶﾞｽﾀｰﾋﾞﾝを利用したLNG用の複合発電
発電効率：57 ％程度
CO2排出： 310 g/kWh程度
技術確立：2020 年度頃目途

1700℃級GTCC
CO2
約1割減

ガスタービン複合発電（GTCC）

CO2
約2割減

ｶﾞｽﾀｰﾋﾞﾝと蒸気ﾀｰﾋﾞﾝによる複合発電。
発電効率：52％程度
CO2排出： 340 g/kWh

LNG火力

CO2
約2割減

中小型基向けのｼﾝｸﾞﾙｻｲｸﾙのLNG火力技術。高湿分の空気の利用で、大型GTCC並の発電効率を達成。
発電効率：51％程度
A-USC
CO2排出： 350 g/kWh
技術確立：2017 年度頃目途

IGFC

石炭ガス化燃料電池複合発電(IGFC)
IGCCに燃料電池を組み込んだ
ﾄﾘﾌﾟﾙｺﾝﾊﾞｲﾝﾄﾞｻｲｸﾙ方式の石炭火力
発電効率：55 ％程度
CO2排出： 590 g/kWh程度
技術確立：2025 年度頃目途

1700℃級IGCC
石炭ガス化複合発電(IGCC)

先進超々臨界圧(A-USC)
高温高圧蒸気ﾀｰﾋﾞﾝによる微粉炭石炭火力。
発電効率：46 ％程度
CO2排出： 710 g/kWh程度
技術確立：2016 年度頃目途

超々臨界圧（USC）
汽力方式の微粉炭火力

発電効率：40 ％程度
CO2排出： 820 g/kWh程度

石炭火力

CO2
約3割減

高湿分空気利用ガスタービン(AHAT)IGCC（空気吹実証）
40％

3E+S に向けた IGCC のポテンシャル

石炭をガス化し、ｶﾞｽﾀｰﾋﾞﾝと蒸気ﾀｰﾋﾞﾝによるｺﾝﾊﾞｲﾝﾄﾞｻｲｸﾙ方式を利用した石炭火力。
発電効率：46～50 ％程度

CO2排出： 650 g/kWh程度（1700℃級）
技術確立：2020 年度頃目途※ 図中の発電効率、排出原単位の見通しは、現時点で様々な仮定に基づき試算したもの。 写真：三菱重工業(株)、常磐共同火力(株)、三菱日立パワーシステムズ(株)、大崎クールジェン(株)現在

図 1-1-2

2020年度頃

2030年度（6）
次世代火力発電技術の見通し（次世代火力発電の早期実現に向けた協議会）

電中研レビュー No.57 ●9

第１章
ンシャルを持っている。エネルギー政策の基本的視点であNOx、ばいじんの排出量を低減することが可能であり、特に、

る3E+Sを支え、2030 年を見据えた“多層化・多様化した

CO2 排出削減効果については、微粉炭火力と比べると、効柔軟なエネルギー需給構造”を構築する上で鍵となる技術率向上により直接排出量が減少し、上述の場合、CO2 排の一つとして、IGCC が 2020 年代に普及してゆくことが期待出量を約 20% 低減可能である。また、CCSに対応する場される。

合でも、ガスタービンでの燃焼前にCO2 を回収するIGCCは、排ガスからの回収となる微粉炭火力よりも回収プロセスでの

1-2

 炭ガス化複合発電の一般的な特石
徴と構成

処理ガス量が少なくなる。（コラム 1に関連記事）< 容易な石炭灰処理 >
発電用として用いられることの多い噴流床ガス化炉の場

IGCCは、固体燃料である石炭を空気や酸素等をガス化

合には、石炭中に含まれる灰は炉内で一旦溶融状態（溶融剤として石炭ガスに転換する石炭ガス化設備、石炭ガス中スラグ）となり、それが水で急冷された後、ガラス状の固化に含まれる不純物を除去するガス精製設備、精製後の石スラグとして排出される。この固化スラグからは、有害成分

炭ガスをガスタービン燃料として発電を行う複合発電設備かの溶出も無く、骨材等への有効利用が可能である。

ら構成される（図 1-2-1）。様々なタイプのガス化炉を用いたIGCC が開発されており、一般的な特徴や、構成設備につ（3）多様な石炭の適合性
噴流床ガス化炉では、石炭中の灰を溶融スラグの状態にいて、以下にその概要を述べる。

して排出するため、灰付着トラブル等の観点から微粉炭火

1-2-1

IGCC の特徴

力で使い難い、灰融点の低い石炭の利用が可能である。

1-2-2（1）高い発電効率

石炭ガス化設備

IGCC の最も大きな特徴は、その高効率性にある。我が国の最新鋭微粉炭火力は、世界的にも最高水準の発電効

固体燃料である石炭は、揮発分、固定炭素、灰分で率であり、送電端で40 〜 41%（HHV）に達している。我構成されている。高温のガス化炉内に石炭が投入されるが国で開発されているIGCCでは、さらに高い効率が期待と、熱分解反応により揮発分が気相に放出され、固定炭され、1,500℃級ガスタービンを用いたときの送電端効率は素と灰分を主成分とするチャー粒子となる。揮発分中の可46 〜 48%（HHV）に達する見通しである。

燃成分やチャーに含まれている固定炭素は、ガス化剤中のO2 により酸 化され（C+O2 → CO2、2C+O2 → 2CO）
、さ（2）優れた環境適合性

らに、気相中に存在するCO2 や H2Oによりガス化されていく<CO2 排出削減効果 >（C+CO2 → 2CO、C+H2O → CO+H2）。また、水性ガスシフ

前述の高効率化により、発電電力量当りの CO2、SOx、

ト反応（CO+H2O扌CO2+H2）などの気相反応も進み、生成ガ
ス組成が定まる。すなわち、石炭ガス化とは、石炭中の固石炭ガス化・ガス精製設備
石炭ガス

石
炭
ガ
ス
化
炉

石炭
ガス化剤

スラグ

複合発電設備ガス
精製

定炭素をガス化し、所定の品位の石炭ガスを製造するもので
排ガス
灰

チャー
固気反応
（ガス化）

蒸気

ガスタービン
ボ排イ熱ラ回
収
蒸気タービン

石炭

CO
H2

熱分解
O2

固定炭素

揮発分

CO2
H2O
気相反応

揮発分

CO CO2 H2H2O CH4
生成ガス

図 1-2-110石炭ガス化複合発電の基本システム構成

図 1-2-2

石炭ガス化のイメージ

第１章ある。これら一連の石炭ガス化のイメージを図 1-2-2に示す。

11MJ/m3N 程度の中カロリーガスが得られる。空気吹きに比石炭ガス化炉にはさまざまな形式があり、（1）炉内での石べ石炭ガス流量が少ないためガス化炉はコンパクトとなるが、炭粒子の挙動、（2）ガス化剤、（3）石炭供給方式、などに

高濃度酸素を製造するために大規模な空気分離装置が必（7）より分類される 。

要となり、その所要動力が大きくなる。ここで副生される窒素は、ガスタービン燃焼器に投入され、NOx 発生を抑制す（1）炉内での石炭粒子の挙動による分類
ガス化炉は表 1-2-1

るとともにガスタービンで動力回収が図られている。微粉炭（8）に示すよう、固定床方式、流動床の搬送にも用いられる。
空気吹きでは、空気をガス化剤として用いるため、石炭ガ方式、噴流床方式の 3 方式に大別される。
固定床方式および流動床方式は、都市ガス製造用や化スは発熱量 4 〜 5MJ/m3N 程度の低カロリーガスとなる。空学原料製造用として古くから開発が進められ、現在でも商気吹きにおいても、プラントで必要な不活性ガスとして窒素を用プラントで用いられている。

製造するために小規模の空気分離装置が設置される。ここ

噴流床方式は、大容量化が容易で、負荷追従性も比較的良いため、国内外で開発されているIGCC の大部分は、で副生される高濃度の酸素をガス化剤として利用することから、酸素富化空気吹きともいわれる。

加圧型噴流床方式石炭ガス化炉を採用している。噴流床方式では、ガス流れ（上昇流と下降流）や炉型（二室二段、（3）石炭供給方式による分類

一室二段、一室一段）、炉壁構造（水冷壁、耐火レンガ）

ガス化炉への石炭供給方式としては、微粉炭を水と混合・によってさまざまな方式がある。表 1-2-2には、国内外で開スラリー化してポンプにより供給するスラリーフィード方式と、発が進められている主要な発電用の噴流床ガス化炉の概要

微粉炭をガスで搬送・供給するドライフィード方式とがある。

をまとめる。

スラリーフィード方式は、ガス化炉への加圧供給が容易である。しかし、ガス化時に部分燃焼で発生した熱がスラリー（2）ガス化剤による分類

水の蒸発熱として奪われる。また、湿式ガス精製と組み合ガス化剤に対しては、酸素を用いる酸素吹きと、空気を用いる空気吹きとに分類される。

わせた場合には、冷却過程での水蒸気損失が大きい。
一方、ドライフィード方式の場合は、加圧下への供給の

酸素吹きの場合は、空気中の窒素を分離し高濃度の酸 素としてガス化 炉に供 給することにより、発 熱 量 10 〜

ためのホッパシステムが必要になるなど設備構成が複雑であるが、熱効率の上で有利である。

表 1-2-1 ガス化炉の方式（8）
項 目

固定床
（移動床）

流動床

噴流床

ガス化剤

酸素・水蒸気または空気

空気（酸素・水蒸気）

酸素・水蒸気または空気

ガス化温度400 ～ 900（～ 1800）℃

700 ～ 1100℃

生成ガス

2500 ～ 4000kcal/Nm

1000 ～ 1200kcal/Nm

概念図

31600 ～ 1800℃
3

酸素吹き：2500kcal/Nm3
空気吹き：1100kcal/Nm3

石炭粒径

5 ～ 30mm

1 ～ 5mm

0.1mm 以下

灰の排出形態

灰またはスラグ

灰スラグ

電中研レビュー No.57 ●

11

第１章
表 1-2-2

国内外で開発中の主要な発電用噴流床ガス化炉（9）
CCP（MHPS）

（10）
（11）
,
EAGLE
（MHPS）,GE Energy（12）（13）

（14）
（15）
,
E-GasTM（CB&I）

ガス化剤

酸素富化空気

酸素

酸素

酸素

石炭供給

乾式

乾式

スラリー

スラリー
2室2段

形式

2室2段

1室2段

1室1段

ガス流れ

上昇流

上昇流

下降流

上昇流

炉壁

水冷壁

水冷壁

耐火材壁

耐火材壁

炉形状

IGCC
プロジェクト

勿来発電所10号機（日本）
大崎クールジェンプロジェクト（日本） Tampa Electric IGCC
（米国）
Wabash River IGCC
（米国）
・ガス化炉容量：1700t/d
・ガス化炉容量：1180t/d
・ガス化炉容量：2200t/d
・ガス化炉容量：2550t/d（+予備機）
・発電端出力：250 MW
・発電端出力：166 MW
・送電端出力：262 MW
・送電端出力：250 MW
・送電端効率（設計, HHV）：40.5% ・送電端効率（設計, HHV）：40.5% ・送電端効率（実績, HHV）：37.5% ・送電端効率（実績, HHV）：39.7%
・運転開始：2008年・運転開始：2016年（予定）
・運転開始：1996年・運転開始：1995年
Edwardsport IGCC
（米国）
・ガス化炉容量：Tampaと同等x2基
・送電端出力：618 MW
・送電端効率（設計, HHV）：38.4%
・運転開始：2013年
Shell（16）～（18）

®
（17）
（19）
,
PRENFLO（Uhde）

Siemens（20）,HCERI（21）（22）

酸素

ガス化剤

酸素

酸素

酸素

石炭供給

乾式

乾式

乾式

乾式

形式

1室1段

1室1段

1室1段

2室2段

ガス流れ

上昇流

上昇流

下降流

上昇流

炉壁

水冷壁

水冷壁

水冷壁

水冷壁

炉形状

IGCC
プロジェクト12

Buggenum IGCC
（オランダ）
Texas Clean Energy Project（米国） GreenGen Project phase （中国）I
Puertollano IGCC
（スペイン）
・ガス化炉容量：2000t/d
・ガス化炉容量：3000t/d
・ガス化炉容量：2000t/d
・ガス化炉容量：2600t/d
・送電端出力：253 MW
・発電端出力：400 MWおよび尿素併産 ・発電端出力：265 MW
・送電端出力：300 MW
・送電端効率・送電端効率（設計, HHV）：41%（設計, HHV）：41.4% ・送電端効率（設計, HHV）：41.5% ・90% CO2回収（EOR向け）
・運転開始：2018年（2016年着工予定） ・運転開始：2012年
・運転開始：1994年・運転開始：1997年
Taean IGCC
（韓国）
・ガス化炉容量：2670t/d
・送電端出力：305 MW
・送電端効率（設計, HHV）
：42 %・運転開始：2016年
（予定）

第１章

1-2-3 ガス精製設備

収する化学吸収法がおもに使われている。代表的な物理吸収法には、メタノールを用いたRectisol 法（動作温度 :–60

IGCCにおけるガス精製設備は、石炭ガス中に含まれる不〜 –40℃）、ポリエチレングリコール・ジメチルエーテルを用い純物をガスタービンの許容量まで除去するためのものであり、たSelexol 法（動作温度 :–40 〜 –5℃）などがある。代表的

同時に、環境影響物質が除去される。不純物としては硫黄

な化学吸収法としては、アルカノールアミン系とアルカリ塩系化合物（H2S、COS）、チャー等の微粒子、アンモニア（NH3）、に大別されるが、近年の IGCCプラントではアルカノールアミ

その他にもハロゲン化物（HF、HCl）などの微量成分が存在ン系のうち、MDEA（メチルジエタノールアミン）法（動作温する。

度 :40℃程度）が数多く採用されている。また、Buggenum（ブフナム）IGCCプラントでは、スルフォランを物理吸収剤とガス精製設備としては、湿式ガス精製方式と、現在開発し、これに化学吸収剤としてDIPA（ジイソプロパノールアミ段階にある乾式ガス精製方式がある。

ン）を混合したSulfinol 法を採用していた。
（1）湿式ガス精製方式（23）

湿式ガス精製は、石炭ガス中の不純物の精密除去が可能

湿式ガス精製の主要な構成機器は、水スクラバ、COS 変であり、ガスタービン等後流機器の信頼性や環境保全性の換器、湿式脱硫である（図 1-2-3）。水スクラバでは、チャー面からは有利であるが、脱硫プロセスの動作温度が低く、ま等の微粒子、NH3、微量成分が除去され、湿式脱硫ではた、各機器で動作温度が異なるため、ガス温度の昇降が必

H2S が除去される。COS 変換器では、湿式脱硫で除去され要であることが、システムの複雑化と熱損失の要因となる。

にくいCOSを、H2Sに転換（COS+H2O → H2S+CO2）する。
（2）乾式ガス精製方式

水スクラバの下流にCOS 変換器を設置することで、不純物によるCOS 変換触媒の劣化を避けられる。一方、COS

乾式ガス精製は、フィルター等による脱じんと金属酸化物

変換触媒の動作温度は200 〜 300℃程度であり、水スクラを用いた乾式脱硫により、ガス化炉熱交換器出口の 400 〜

バよりも上流側にCOS 変換器を設置することで、熱効率上500℃の高温ガスをほぼそのままの温度で精製し、冷却せず有利となる。

にガスタービンに送るため、熱損失が少ない。

湿式脱硫では、硫黄化合物を液に溶解させて吸収する

乾式脱じんとして、後述の 200トン/日規模パイロットプラン

物理吸収法、硫黄化合物と吸収液とを化学反応させて吸トでは移動床方式の試験が行われたが、近年の IGCCプラ

補助蒸気
SGH

変
換

GGH

スクラバ
GGH

COS→H2S

ガ
ス
水
洗
塔

GGH

ハロゲン化物
アンモニア
（一部）

アンモニア
水銀

ガ
ス
タ

湿
式
脱
硫

ー

COS

石
炭
ガ
ス
化
炉

再
生
硫黄化合物 塔

ビ
ン

排
煙
脱
硝

スタック

NOｘ

排水処理設備

図 1-2-3

ハ
ロ
ゲ
ン
化
物
除
去

乾
式
脱
硫
ハロゲン化物

GGH
硫黄化合物

図 1-2-4

水
銀
除
去
水銀

ガ
ス
タ

ー

石
炭
ガ
ス
化
炉

湿式ガス精製プロセスの主要な構成

ビ
ン

排
煙
脱
硝

スタック
NOｘ

乾式ガス精製のプロセス構成例

電中研レビュー No.57 ●

13

第１章
ントではセラミックフィルタまたはメタルフィルタを用いたシステ
ムが主流となっている。

（2）排熱回収ボイラ（HRSG）、蒸気タービンHRSG や蒸気タービンについては、既存の LNG 複合発

乾式脱硫剤としては、鉄系（Fe3O4）や亜鉛系（ZnO）、

電や汽力発電での技術が適用される。LNG 複合発電との亜鉛フェライト系（ZnFe2O4）等が開発されている。また、反違いは、IGCCではガス化設備の熱交換器でも熱回収を行

応器の方式としては、固定床方式、流動床方式、移動床

い、複合発電設備側と水・蒸気系のインテグレートをするこ方式があり、200トン/日規模パイロットプラントにおいて、ことが可能な点である。この結果、ガスタービンと蒸気タービ

れら3 方式について技術開発が行われた。

ンの出力比は、LNG 複合発電ではおよそ 2：1であるのに対

さらに、その他の不 純 物として、ハロゲン化 物や NH3等の除去技術についても研究開発が進められている。図1-2-4に乾式ガス精製システムの構成例を示す。

し、IGCCでは蒸気タービンの出力割合が高くなり、空気吹
きIGCCではほぼ 1：1である。
また、蒸気タービンが全ての発電出力を担う微粉炭火力

既存の IGCCプラントでは、フィルターシステムによる乾と比較すると、IGCCではガスタービンと蒸気タービンで分担式脱じんと湿式ガス精製の組合せが主流となっているが、することから、プラント出力当たりのタービン復水器所要水量

IGCC の大きな特徴である高効率化を最大限に発揮するたが低減する。

めには、乾式ガス精製技術は非常に重要な技術である。ばいじん、硫黄化合物以外の不純物除去技術についても要

1-2-5 インテグレーション技術

素技術の開発は進んでおり、大型化に向けた検討が待たれる。（コラム 2に関連記事）

IGCC の大きな特徴は、主要構成機器の間で空気や水・蒸気等の物質や熱エネルギーをインテグレートすることによ

1-2-4

複合発電設備り高効率を達成する点である。IGCCにおける主要なインテグレーション技術として、（1）空気系のインテグレーション（1）ガスタービン（ガスタービン圧縮機から空気分離装置やガス化炉への石炭ガス用ガスタービンは、LNG や軽質油用に開発され空気供給）、（2）水 ･ 蒸気系のインテグレーション（ガス化た高温ガスタービン技術をベースとしている。石炭ガスは発設備の熱交換器と排熱回収ボイラでの水・蒸気のやりとり）

3

熱量が約 4 〜 11MJ/m N の低〜中カロリーガスで、LNG のを以下に述べる。

発熱量に比べ 10 〜 5 分の 1と低いため、これに対応した安定燃焼技術が IGCC 用ガスタービンの特徴である。起動用
燃料から石炭ガスへの切り替えも行われる。ピーク用にデュ
アルフュエル対応とする場合もある。
LNG 等に比べ石炭ガスの火炎温度は低いため、サーマ
ルNOx の発生量は少なくなるが、石炭ガス中には石炭由来の NH3 が含まれるため、フュエルNOx への転換を抑制する
低 NOx 燃焼技術も用いられる。

（1）空気系のインテグレーション（7）ガス化剤である酸素あるいは微粉炭搬送やパージなどに用いる不活性ガス（窒素）は、空気分離装置で製造される。
酸素吹きガス化と空気吹きガス化とでは空気分離装置の役割が異なるため空気廻りの構成が異なる（図 1-2-5）。
酸素吹きガス化の場合は、空気分離装置への原料空気の供給方法としてフルインテグレーションとパーシャルインテグ

これまでにIGCC 実証機に採用された実績のある機種は、レーションがある。効率面からみれば、フルインテグレーショ

General Electric（GE） 社 7FA 型、Siemens 社 V94.2、ンの方が原料空気圧縮機の動力を低減できるため有利とな

V94.3 型、三菱日立パワーシステムズ株式会社（MHPS）

るが、一方、プラント運用性・制御性におけるフレキシビリティ

M701DA 型で、1,100 〜 1,300℃級である。商用機としては、が小さくなる。

Edwardsport IGCCでGE 社 7FB 型が採用されている。ま副生される余剰窒素については、NOx発生抑制と動力回収

た、MHPS 社 M701F 型は、低カロリーの高炉ガスで実績のためガスタービン燃焼器に投入する方式も採用されている。

がある。（詳細はコラム 3を参照）① フルインテグレーション
すべての原料空気をガスタービン圧縮機からの抽気でまかな
う。
（図1-2-5（a）
において原料空気圧縮機からの供給無し）

14

第１章

（a）酸素吹きケース（b）酸素富化空気吹きケース

図 1-2-5②

空気系のインテグレーション

パーシャルインテグレーション
原料空気を原料空気圧縮機とガスタービン圧縮機からの抽気でまかなう。（図1-2-5（a））

クールウォータープログラム（CWP）は米国・日本の共同研究開発プロジェクトとして実施され、米国側はSouthern
California Edison （SCE）社、Texaco 社、Electric

一方、空気吹きガス化の場合、ガス化炉へ投入するガス

Power Research Institute（EPRI）、GE 社 お よ び

化剤となる空気は、ガスタービン圧縮機から抽気する。さらBechtel 社が参 加し、日本 側は東 京 電 力株 式 会 社、 株に、空気分離装置で副生する酸素をガス化剤空気に混合式 会 社 東 芝、 石 川 島 播 磨 重 工 業 株 式 会 社および 電 力

し、酸素富化する方式が採用されている。（図1-2-5（b））

中 央 研 究 所 が JCWP（Japan Cool Water Program
Partnership）を結成し、本プロジェクトに参画した。本プロ（2）水・蒸気系のインテグレーション

ジェクトではTexaco 式噴流床ガス化炉（現在、GE 炉）を用

LNG 複合発電の場合は、HRSGで発生する蒸気で蒸気いた120MW 級 IGCCプラントが SCE 社のクールウォータータービンの出力を得ているが、IGCC の場合は、ガス化設備

発電所構内に建設された。1984 年から5 年間の実証運転の熱交換器（SGC:Syn-Gas Cooler）でも蒸気が発生可能とが行われ、IGCC が技術的に成立することを世界で始めてなる。SGCで熱回収せず生成ガスを水で直接冷却するダイ実証した（24）。

レクトクエンチを採用するシステムもあるが、HRSGとSGC のクールウォータープログラム以後、1990 年代に欧米で本格間で水・蒸気系をインテグレートし、SGCで回収した熱を蒸的なIGCC 実証・商用計画が進められた。四大プロジェクト

気タービンでの発電に有効に活用することで効率向上が図として、Buggenum（オランダ）、Wabash River（ 米国）、れる。

Tampa（米国）、Puertollano（スペイン）の IGCC が知られており、以下に紹介する。

1-3

海外における開発（1）四大プロジェクト

世界で最初の IGCC 実証プラントはSTEAG 社（西独）の①（12）,（25）〜（27）
Tampa（米国）

Kellerman 発電所における170MW のプラントである。本プ

Tampa Electric Integrated Gasification Combined-

ラントは、当時実用化されていた技術を組み合わせたもので

Cycle Projectは、米国 Department of Energy（DOE）

あり、ガス化炉としては、Lurgi 式固定床ガス化炉を用いての Clean Coal Technology（CCT）プログラムで選定されいる。1972 年頃より運転が行われたが、主としてタール発

た。Tampa Electric 社がフロリダ州 Polk Power Station

生によるトラブルのため順調な運転には至らず、終了した。

1 号系列として1994 年からプラントの建設が始められ、1996

この結果を踏まえ、以後、各国でIGCC 用石炭ガス化炉の年 9月〜 2001 年 9月の実証期間の後に商用化された。

開発が進められ、次に紹介するクールウォータープログラム
が、現在の IGCC の草分けといえる。

ガス化炉には2,200トン/日酸素吹き一段噴流床スラリー
フィードガス化炉（GE 炉）、ガス精製には湿式（集じんおよ

電中研レビュー No.57 ●

15

第１章
び脱塩素 : 湿式スクラバ、脱硫 :COSコンバータ+MDEA）、投入は行っておらず、NOx 対策としては、石炭ガスの予熱

ガスタービンにはGE 社 7FA が採用された。発電端出力は･ 増湿および燃焼器への蒸気噴射を採用している。

313MW（ガスタービン:192MW、蒸気タービン:121MW）、

③

（15）
（25）
,
（26）
,
Buggenum（オランダ）

送 電 端出力は250MWである。 送 電 端 効 率の設 計 値はBuggenum IGCCプラントは、電力会社 4 社により設立さ39.7%（HHV）であるが、ガス化炉の炭素転換率が想定よれたオランダ電力委員会（SEP）がスポンサーとなり、1990

りも低いことなどから、設計値に達していない（37.5%）。また、年より建設が行われ 1994 年 1月から4 年間の実証試験の後燃料としては、石炭以外に石油コークスも用いられている。

に、1998 年から商用運転が行われた。

ガスタービンについては、天然ガス用をベースとし、天然

酸素吹き加圧一段噴流床ドライフィードガス化炉（Shell

ガスに比べて発熱量の低い（燃料ガス流量の多い）石炭ガ

炉）、湿式ガス精製設備（集じん: サイクロン、セラミックフィ

スに対応させるため、空気流量の低減、燃焼温度の低減、ルタ、湿式スクラバ、脱硫 :Sulfinol-M 法）、ガスタービン

燃焼器 ･タービンの通過ガス量の増加などを含む改良を行っ（1,150℃級 Siemens 社 V94.2）、排熱回収プラント等で構ている。タービン通過ガス量の増加や空気流量の減少によ成される。発電端出力は285MW、送電端出力は253MW

り、出力は天然ガス時（162MW）よりも増加している。空で、送電端効率の計画値は41.4%（HHV）となっている。

気分離装置（ASU:Air Separation Unit）との間で空気系

本プラントの特徴は、ASU の原料空気をすべてガスターのインテグレーションは行っていないが、燃焼器でのサーマ

ビン圧縮機からの抽気でまかなうフルインテグレーションを採

ルNOx 低減とガスタービンでの動力回収のため、ASU から用し、高効率化を指向している点である。運転初期にはフの窒素が燃焼器に投入されている。運転開始後、ガス化

ルインテグレーションに起因する制御不良を経験している。ま炉後流の輻射型および対流型 SGC、ガス／ガス熱交換器、た、ガスタービン燃焼器で燃焼振動が発生し、燃焼器 ･ バー

COSコンバータ等に改良が加えられた。

ナの設計変更を行っている。

（15）
（25）
,
（26）
,
（28）
,

②

Wabash River（米国）Wabash River Coal Gasification Repowering

オランダ最大の電力会社 Nuon 社が商用機として運営し、CO2 削減対策としてバイオマスの混合ガス化運転も行ってい

Project は、Tampaと同様に、米国 DOE の CCTプログラ

たが、2013 年 4月に運転を終了した。

ムとして実施されたものである。1993 年からプラントの建設④

が開始され、1995 年 10月〜 1999 年 12月の実証期間の後、2000 年に商用化された。

（25）
（26）
,
（29）
,
Puertollano（スペイン）

Puertollano プロジェクトは、スペインの ENDESA、フランスの Électricité de France（EDF）、イタリアの ENEL

本プラントは既設微粉炭火力をリパワリングしたものであ等の電力会社を中心とするELCOGASコンソーシアムが推り、2,550トン/日酸素吹き二段噴流床スラリーフィードガス化

進しているものである。1993 年に建設を開始し、1998 年よ炉（E-GasTM炉）、ガス精製設備（集じん:ポーラスフィルタ、

脱塩素 : 湿式スクラバ、脱硫 :COSコンバータ+MDEA）、ガ

り地元の高灰分炭／石油コークス（50%/50%）を燃料とするガス化ガスによる商用運転を行っている。

スタービン（GE 社 7FA）
、HRSG および蒸気タービン等からガス化炉には酸素吹き一段噴流床ドライフィードガス化炉なる。燃料としては、石炭および石油コークスを使用してい（Prenflo® 炉）、ガス精製には湿式ガス精製（集じん: サイる。発電端出力は297MW（ガスタービン:192MW、蒸気ター

クロン、セラミックフィルタ、湿式スクラバ、脱硫 :MDEA 法）、

ビン:105MW）、送電端出力は262MWで、送電端効率のガスタービンには1,250℃級 Siemens 社 V94.3を採用してい計画値は37.8%（HHV）、実績値は石炭で39.7%（HHV）、る。 発 電 端 出 力は335MW、 送 電 端 出 力は300MWで、石油コークスで40.2%（HHV）である。

送電端効率の計画値は41.5%（HHV）である。

運転開始後、灰付着トラブルによるガス化炉壁および運転開始当初から、ガスタービン燃焼器での燃焼振動やSGC 部の改造、集じん装置におけるセラミックフィルタからタイル損傷、ガス化炉熱交換器部での灰付着、ガス化炉

メタルフィルタへの変更、COSコンバータ触媒の劣化対策、

メンブレンチューブや生成ガス配管の腐食、セラミックフィル

MDEA 吸収液からの熱安定性塩除去対策等が施された。

タ、COS 変換触媒の劣化等のトラブルが報告されていたが、ガスタービンについては、基本的には前述の Tampaと同形式のものを用いているが、ASU からの窒素の燃焼器への16

種々対策を施し、運転信頼性向上を図ってきている。

第１章（2）最近の IGCC 開発動向

（Pucheng Clean Energy 社）が運開した（31）。

四大プロジェクトに前後して、石油精製における重質残次に実績の多い Shell 社は、2012 年に石炭ガス化の拠点

渣油を燃料とするIGCCも欧米で稼働している。重質残渣をオランダから北京に移した（35）。2013 年 10月には新しい技

油は、灰は少ないものの硫黄の含有量が高く、また、石炭術となるBottom Quench 炉の実証機を南京で運開し、こと異なり、高温腐食の原因となるバナジウムや、ガスタービ

れまでに4 炭種を試験し、H2+CO 濃度 90%という良好な性

ン翼へのデポジットの原因となるニッケルの含有量が多いこと能を確認したと報告されている（36）。

が特徴である。

Siemens 社は、2012 年に中国西北部の寧夏回族自治区

石炭のIGCCとしては、最近になって新たなプロジェクトが
（13）
（30）
,
（31）
,

進んでいる。米国のEdwardsportプロジェクト

では、でNingxia Coal-to-Polypropylene Projectを運 開し、日量 5,300t のメタノールを安定的に製造している（37）。

GE 炉（2 基）を用いる送電端出力 618MWのIGCC が建設さ

E-GasTM 技術を持つ CB&I 社は、中国では水素製造プ

れ、2012 年 10月のガス化炉点火に始まる一連の調整試験

ラントを受 注し、2015 年に着 工した段 階であるが、韓 国

後、2013 年 6月に商用運転を開始した。2014 年春から夏に

Gwangyangで亜瀝青炭による年産 500kt の合成天然ガス

かけてはガス化炉稼働率 90%を維持し、秋にはGT 点検や（SNG）製造プラントが、インドJamnagarでは石油コークス

ガス化炉耐火材交換を実施したと報じられている。

と亜瀝青炭から発電・水素製造・SNG 製造をするプラントが、また、新型の移動床ガス化炉（TRIG

TM）を開発する送電

2015 〜 2016 年に運開予定としている（38）。

端出力 582MW の Kemper County プロジェクト（32）においては、試運転が行われている。運開は当初計画の 2014 年

1-4

我が国における開発

5月から遅れており、現在、2016 年上期を予定している。
,
中国では、GreenGenプロジェクト（21）（22）のStageⅠとして我が国におけるIGCC 開発は1970 年代に始まり、1980

250MW 規模のIGCC が天津で建設され、2012 年 4月よりガ

年代に流動床石炭ガス化複合発電技術のパイロットプラント

ス化炉（HCERI 炉）の運転が開始されている。また、広東が開発された。1990 年代には噴流床石炭ガス化複合発電

TM

省でTRIG

炉をレトロフィットする120MW 級のDongguan（33）

技術のパイロットプラントが開発され、噴流床石炭ガス化複では、建設工事が開始されている。

合発電技術は2000 年代に実証機へスケールアップされた。

韓 国 で は、Shell 炉 を用 い た 送 電 端 出 力 305MW のまた、2010 年代には噴流床方式多目的ガス化技術の実証

プロジェクト

（18）
（34）
,

Taean IGCCが、2015 年に試運転を開始しており、機の開発も進んでいる。これらの開発経緯を以下に記す。

2016 年には運開する予定とされている。
（1）流動床石炭ガス化複合発電技術（39）（3）産業用ガス化炉の急速な普及

サンシャイン計画において、我が国最初の IGCC 開発であ

海外での大型石炭ガス化炉の開発および普及は、IGCC

る流動床石炭ガス化複合発電の開発が進められた。1974

よりもむしろアンモニアやメタノール製造などの産業用途とし年度より通商産業省からの委託を受けた財団法人石炭技て、特に中国で急速に進んでいる。Gasification＆Syngas

術研究所は、夕張試験場において5トン/日流動床石炭ガTechnologies Council（http://www.gasification-syngas.org/）

ス化試験設備（運転期間 :1975 〜 1983 年度）、および 40トが 2015 年 1 月時点で公開していたデータベースによると、

ン/日パイロットプラント（運転期間 :1981 〜 1987 年度）を用

約260箇所の産業用石炭ガス化サイトが中国にある。その用途

い、空気吹き加圧二段流動床ガス化炉や、乾式ガス精製（流別内訳は化学工業用が約 210、ガス製造用が約 40、液体

動床脱硫、
移動床脱じん）等の開発を行った。
さらに、
パイロッ

燃料用が約 10である。

トプラントの成果に基づき、新エネルギー・産業技術総合開

その大半はGE 炉で、中国において約 200 基の産業用ガス化炉を導入したと発表しており、最近では2013 年 12月に

発機構（NEDO）からの委託研究として、電源開発株式会
社が 1,000トン/日実証プラントの基本設計を実施した。

年産 400kt のアンモニア製造プラント（Shihlien）、2014 年 5流動床石炭ガス化複合発電技術としての開発は1987 年

月に年産 600kt のオレフィン製造プラント（Chinacoal Yulin

度で終了したが、40トン/日パイロットプラントで試験研究が社）、2014 年 10月に年産 600 kt のオレフィン製造プラント行われた乾式ガス精製（流動床脱硫、移動床脱じん）につ

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17

第１章
いては、次に述べる噴流床石炭ガス化複合発電技術にお1999 年度より250MW 空気吹きIGCC 実証機プロジェクトがける勿来 200トン/日パイロットプラントのガス精製設備として進められた。2013 年 3月末にプロジェクトは終了し、2013 年採用され、開発が継続された。

4月より実証機は常磐共同火力株式会社勿来発電所 10 号
機として商用運転を開始した。実証機プロジェクトの詳細に（2）噴流床石炭ガス化複合発電技術

（40）
（41）
,

ついては、第 2 章および第 3 章で述べる。

1980 年より、国・電気事業において噴流床石炭ガス化複合発電技術の検討が進められ、1983 〜 1985 年度に

,
〜
（45）
（3）噴流床方式多目的ガス化技術（11）（41）

NEDO からの委託を受けた電力中央研究所が、噴流床

上記の噴流床石炭ガス化複合発電と並行し、サンシャ

石炭ガス化複合発電技術に関するフィージビリティ・スタディ

イン計画において、1983 年度より噴流床方式多目的ガス（FS）を実施した。この FS の結果を踏まえ、1986 年度に

化 技 術の開 発について検 討が行われた。1986 年 度より9 電力会社、電源開発株式会社、電力中央研究所の 11

NEDO の委託事業として、石炭利用水素製造技術研究組

法人から成る石炭ガス化複合発電技術研究組合（IGC 組合（HYCOL 組合）による50/日パイロットプラント計画が開始

合）が設立され、NEDO の委託事業として、200トン/日パされた。ガス化炉には株式会社日立製作所が開発した酸イロットプラント計画が開始された。

素吹き加圧二段噴流床方式が採用された。

パイロットプラントのガス化炉には、電力中央研究所と三本パイロットプラントは、 千 葉 県 袖ヶ浦 市に建 設され、

菱重工業株式会社が 2トン/日石炭ガス化基礎実験装置に1991 年度から1994 年 4月まで運転研究が行われた。1993

より開発を行った空気吹き加圧二段噴流床方式が採用され年 12月から1994 年 1月にかけて1,149 時間の連続運転にた。ガス精製には上記の流動床石炭ガス化複合発電技術

成功するなど、所定の開発目標を達成した。これらの成果における夕張 40トン/日パイロットプラントで開発を行ってきたを引き継いで、1995 年度より高効率・高信頼性の酸素吹

流動床脱硫・移動床脱じんが採用された。なお、メーカときガス化炉の開発ならびに石炭ガスを燃料電池へ供給可

IGC 組合との共同研究として、20トン/日規模の固定床方能とするためのガス精製技術の確立などを目的に、電源開式脱じん・脱硫装置、4トン/日規模の移動床方式脱じん・発株式会社が NEDOとの共同研究事業として、多目的石脱硫装置も併設された。また、出力 12.5MW の 1,300℃級

炭ガス製造技術開発（EAGLEプロジェクト;Coal Energy

低カロリーガス焚きガスタービン設備、実証機用ガスタービン

Application for Gas, Liquid and Electricity）が実施さ（175MW 級）燃焼器 1 缶分の実圧実寸燃焼器試験装置れた。

が設置された。

EAGLEプロジェクトでは、パイロットプラントが電源開発

本パイロットプラントは、福島県いわき市の常磐共同火力

株式会社若松研究所内に建設された。プラントは、150トン

株式会社勿来発電所構内に建設された。1991 年 3月より

/日酸素吹き一室二段旋回型噴流床ガス化炉、湿式ガス精運転が開始され、1992 年 7月には空気吹きガス化炉と乾式製（MDEA 法、石膏回収）、
ガスタービン、空気分離設備（加ガス精製の組合せとして世界で初めての石炭ガス化発電に

圧深冷分離）、生成ガス燃焼設備等で構成された。2002成功した。運転開始当初はガス化炉内の灰付着等のトラブ

年度から2006 年度までは、STEP-1として各種試験が実施

ルが発生したが、それらを全て解決し、1995 年 3月から4月

され、負荷 100%での安定した運転、高効率な石炭ガス化にかけて約 1 ヶ月間（789 時間）の連続運転に成功した。そ性能・ガス精製性能、多炭種対応性等が確認された。さらの後も1996 年 2月までの運転期間に各種データの取得を進に、大型化技術の検証を行い、1,015 時間の長時間連続

め、1996 年度には解体研究を実施し、プロジェクトは終了

運転に成功するなど、全ての開発目標を達成した。

した。

引き続き2007 年度から2009 年度までは、STEP-2として、パイロットプラントの成果を踏まえ、実証機プロジェクトに関①高灰融点炭種対応、② CO2 分離回収試験、③微量物する検討が行われ、1997 〜 1998 年度にNEDOより東京電質挙動調査、について試験が実施された。高灰融点炭種力株式会社への委託研究として実証機 FS および要素研究

対応について、3 炭種の試験が行われ、適用可能であるこが実施された（研究体制としては、9 電力会社と電源開発とが確認された。CO2 分離回収試験については、精製ガス

株式会社、電力中央研究所の共同研究）。この成果を受け、の一部を分岐し、化学吸収方式 CO2 分離回収設備が追設

18

第１章

された。累積通ガス時間 1,341 時間の運転が行われ、基新日鉄住金エンジニアリング株式会社が開発する石炭熱本特性や、分離回収システムの石炭ガスへの適用性、シス分解ガス化技術（ECOPRO®）では、経済産業省の石炭テムの基本諸元等が確認された。さらに、微量物質挙動

生産・利用技術振興補助事業として、20トン/日規模のパ調査についても、EAGLE 試験炭における微量成分の系内

イロットプラントが新日鐵住金株式会社八幡製鉄所に建設さ挙動を確認するなど、所期の目的を達成した。

れ、2006 年に試験が開始された。噴流床式二室二段ガス

2010 年度から2014 年度は、STEP-3として物理吸収方化炉で、冷ガス効率が高く、揮発分の多い低品位炭からの式 CO2 分離回収装置を設置して試験を実施し、CO2 分離

SNG 製造に向いていることが特徴である。現在、数千トン/

回収によるエネルギーロスの大幅な低減に見通しが得られ

日規模の商用機を前提に、数百トン/日規模の実証機が中た。また、最長連続ガス化運転時間が 1,295 時間に更新さ国で計画されている（47）。

れた。2013 年度の運転終了後、2014 年度にかけて材料株式会社 IHI が開発する二塔式循環流動層ガス化炉

劣化調査も実施された。一連の試験研究を通し、STEP-3（TIGAR®）は、気泡流動層型ガス化炉とライザー燃焼炉

での開発目標は全て達成され、EAGLEプロジェクトは終了

を組み合わせたもので、2009 年に同社の横浜事業所に褐した。

炭処理量 6トン/日のパイロットプラントが建設された。常圧・EAGLEプロジェクトの成果に基づき、中国電力株式会

低温（800℃〜 900℃）でガス化するため、経済性とメンテナ社と電源開発株式会社の共同出資で 2009 年に設立されンス性に優れるとされている。経済産業省の補助事業とした大崎クールジェン株式会社により、石炭ガス化燃料電池て50トン/日実証機がインドネシアの肥料工場で建設され、複合発電（IGFC）を実証する大崎クールジェン（OCG）プ

2015 年に運転を開始した（48）。

ロジェクトが進められている。中国電力株式会社大崎発電所構内に166MW の実証機を建設中で、第 1 段階である

以上、本章では、IGCC 技術の全般と、空気吹きIGCC

酸素吹きIGCC の実証試験運転が 2017 年 3 月に開始されを含め各種技術開発の経緯や動向について述べてきた。

る予定である。第 2 段階では、石炭ガスの最大 30%を導

第 2 章、第 3 章では商用運転に移行した空気吹きIGCC 実

入するCO 2 分離回収装置（回収率 90%）を追設し、CO 2

証機に焦点を当て、実証試験の成果をまとめ、今後の商用分離回収型 IGCC の実証試験が計画されている。さらに機の設計に反映すべき知見について考察する。

第 3 段 階として、最 終目標であるCO 2 分 離回収 型 IGFC
実証試験が計画されている。
（4）残渣油ガス化複合発電
我が国では、重質残渣油を燃料とするIGCC が 1 基稼働している。我が国最初のガス化複合発電商用機として、JX
日鉱日石エネルギー株式会社根岸製油所で根岸 IGCC が2003 年に運転を開始した。製油所で余剰留分となる減圧
残渣（アスファルト）を燃料とし、GE 社のダイレクトクエンチ炉とMHI 社 F701 型 1,350℃級ガスタービンを採用した発電出
力 431MW、送電端効率 36%（HHV）の IGCCで、日揮株式会社が EPC 契約で建設した（46）。
（5）産業用石炭ガス化炉
産業用石炭ガス化炉としては、1984 年に宇部アンモニア工業株式会社が 4 基の GE 炉を導入し、本プロセスによる当時世界最大のアンモニアプラント（生産能力 1,000トン/日）を建設した。同社ではガス化炉に独自の改良を続けている。

電中研レビュー No.57 ●

19

第１章

コラム１：IGCC における CCS への対応
CCS（Carbon Capture and Sequestrationあるい

回収する燃焼前回収（Pre-combustion capture）技術

はCarbon dioxide Capture and Storageなど各種の（図１）の実証試験が計画されている。

表記がなされている）は、温室効果ガスであるCO2 の当研究所では、酸素燃焼の概念をIGCCに組み入排出量を大幅に削減するため、工場や発電所といったれたセミクローズドGTシステムを提案し、CO2 回収を大規模排出源でCO2 を分離・回収し、地中などに貯留行っても高い効率を維持するCO2 回収型高効率 IGCCするものである。CO2 を分離・回収する技術（Capture）、（High efficiency Oxy-fuel IGCC）技術（図２）を2030

貯留地点まで輸送する技術（Transport）、地中に貯

年代半ばに確立するため、NEDOプロジェクトとして留する技術（Storage）から構成される。現在の技術「CO2 回収型クローズドIGCC技術開発」を進めている（1）。

では、発電効率の大幅な低下と発電コストの増加が本システムは、排ガス（CO2）を再循環するセミクローズ

避けられ ず、 石 油 増 進 回 収（EOR：Enhanced Oil

ド型のIGCCである。CO2 はガス化炉への石炭搬送や、Recovery）の目的以外に経済的な優位性を見いだすこ

ガスタービンの温度制御に用いられる。CO2 回収装置とが難しい。

が不要なことや、系内に窒素を含まないためガス流量

我が国の CO2 分離・回収技術としては、化学吸収法が少なく熱損失が少ないことから、高い熱効率が得らによる燃焼後回収（Post-combustion capture）技術

れる。燃焼前回収型 IGCCよりも高い42%（HHV）の送は実用化しており、酸素燃焼（Oxy-fuel combustion）

電端効率を目指している。

技術は実証試験を終了した。IGCCでは、ガスタービン
で燃焼する前の石炭ガス化ガスの段階でCO2 を分離・燃焼前回収システム

煙突（Pre-combustion）
石炭
空気
／酸素

ガス
化炉

H2

CO2
回収

シフト
反応器

ガス
精製

GT/
HRSG

CO2

圧縮
貯留

図１ 燃焼前回収型 IGCC の概略構成

CO2回収型高効率IGCC（High eﬃciency Oxy-fuel IGCC）

ガス
化炉

石炭

ガス
精製

酸素

CO2

図2

20

HR
SG

GT
酸素

圧縮

CO2
CO2

貯留

CO2 回収型高効率 IGCC（CO2 回収型クローズド IGCC）の概略構成

第１章

コラム 2：効率向上とコスト低減に寄与する乾式ガス精製技術
これまでのIGCCプラントで採用されている湿式のガスイント）の向上が見込まれることがわかった。経済性に

精製技術に替えて、乾式ガス精製技術を適用すること

ついては、熱交換器や回転機（ポンプ、ブロワ）の機器ができれば、水分の凝縮やガス冷却に伴う熱損失を大き

点数が減り配管系統も簡素になることから、設備費は湿く削減できるため、IGCCの一層の熱効率向上が期待

式ガス精製設備の65% 程度に抑えられると推算された。

できる。さらには設備構成の簡素化が期待される。空一方、再利用できない吸収剤を使用することで運転維

気吹きIGCCのパイロットプラントプロジェクトで乾式ガス

持費の増加要因となる。発電効率向上に伴い燃料費を精製技術が開発された当時、除去対象は硫黄化合物削減できることから、IGCCの発電原価としては、乾式のみであったが、その後の環境規制動向などからハロ

ガス精製の採用により1.5%の削減が見込まれた。

ゲン化物や水銀が対象に加わった。そこで、当研究所

このように乾式ガス精製技術を適用したIGCCは、熱ではそれぞれに対応する不純物除去剤の開発を進める

効率向上に伴うCO2 排出原単位の一層の削減と合わとともに、それらの技術を用いた乾式ガス精製システム

せ、経済性の向上も期待される。今後は、これまでにの再評価を行った。

開発してきた各種不純物除去剤を適用したプロセスの空気吹きIGCCに乾式ガス精製技術を適用したシステ
ム構成を検討し（図１）、熱効率を試算したところ、湿式大型化と実証を進め、乾式ガス精製システムが実用化されることが望まれる。

ガス精製技術の場合に比べてHHV ベースで1.6%（ポハロゲン吸収剤

亜鉛フェライト脱硫剤

ハニカム水銀除去剤

図１ 開発技術を集約した乾式ガス精製システムの構成

電中研レビュー No.57 ●

21

第１章

コラム 3：IGCC 用ガスタービンの開発動向
天然ガス焚きのガスタービン（以下 GT、図 1）の開発

GreenGen（2012 年～）でも、上記実績のある1,100℃

では、プラント熱効率の向上のため、タービン入口ガス温級 GT の SGT2000E（ 旧 V94.2K、 出 力：173MW）が度（TIT:Turbine Inlet Temperature）の高温化と大容採用されている。

量化が推し進められてきた。そのため、IGCCプラントで現在試運転中の米国 Kemper IGCCと2016 年に着も高温・大容量型のGTの導入が進められている。以下

工 予 定 の Texas Clean Energy 併 産 型 IGCCでは、に3 大 GTメーカー（GE 社、Siemens 社、三菱日立パウェスチングハウス（WH）社の流れを汲むマルチキャン

ワーシステムズ株式会社）におけるIGCC 用 GTの動向に型の燃焼器を有する1,300℃級 GT の SGT6-5000F（旧

ついて簡単に紹介する。
（各プラントの詳細は1-3 節およ

WHではW501F、出力：約 200MW）が採用／計画さび 1-4 節を参照）

れている。
Siemens 社もGE 社と同様に2010 年より米国 DOE の（1） GE（１）〜（3）

米国 Tampa（1996 ～）とWabash River（1995 ～）に 導 入 し た1,250 ℃ 級 GT の 7FA（ 出 力：192MW）

先進 IGCC 用水素燃焼タービンの開発に参画しており、
1,450℃級 GT の要素技術開発（～ 2020 年）に取り組んでいる。

の長 期 運 用による経 験から、2013 年 6月に運 開した
米 国 Edwardsportでは新たに開 発した1,300 ℃級のsyngas 用 GTで ある7FB（ 出 力：約 232MW、TIT：
1,370℃）が導入されている。

（3） 三菱日立パワーシステムズ MHPS（6）〜（9）（三菱重工業・日立製作所）
BFG（高炉ガス）焚きGTで経験・実績を有する三7FBはこれまでの技術を踏襲したマルチキャン・マル

菱 重 工 業 株 式 会 社 にとって、IGCC 用 GTとしてはチバーナ型燃焼器を採用しており、天然ガスとsyngas

250MW 空気吹きIGCC 実証機（2007 ～）に導入したの Dual Fuelに対応する。運転開始時には天然ガス

1,200 ℃級 GT の M701DA（出力：175MW）が初めてからsyngas への切り替えが可 能であり、天 然ガスとである。空気吹きガス化炉から生成される低カロリーのsyngas の混合割合も任意に変化させることができる。

石炭ガス化燃料に対応した燃焼器が採用され、実証

また、詳細は不明だが、高温部品にはIGCC 環境を想試験およびその後の商用運転で経験・実績が積み重ね定し、耐食性を強化した材料が使用されている。7FBられている。

は2011 年に建設を着工した韓国 Taeanにも採用されている。

2017 年 3月に実証運転を開始する予定の大崎クール
ジェンプロジェクトでは、株式会社日立製作所が開発しGE 社は、2010 年より米 国 DOE の先 進 IGCC 用 水
素燃焼タービンの開発に参画しており、1,450℃級 GT

た2 軸 型、1,300 ℃級 GT の H100（出力：約 100MW）が導入されている。

の要素技術開発（～ 2020 年）に取り組んでいる。同プ

さらに、福島復興大型石炭ガス化複合発電設備実証

ロジェクトでは、並行して1,700℃級 GT の要素技術開発

計画（勿来および広野）では空冷燃焼器の採用によって（2015 年～ 2028 年）、それ以降には大型実証研究が

起動時間の短縮など、運用性の改善が図られた1,400℃

計画されている。

級 GTのM701F4の導入が 2020 年を目途に計画されており、これまで先行するGE 社とSiemens 社を超える高（2） Siemens

（１）
（3）
,
〜
（5）

22

温型 GTの適用・運転となるため、注目されている。

サイロ型燃焼器を有するオランダBuggenum（1994

MHPS 社は、天然ガス焚きGTを対象とした国家プロ～ 2013）に 導 入した1,100 ℃ 級 GT の V94.2（ 出 力：

ジェクト「1,700℃級超高温ガスタービン要素技術開発」

156 MW）とスペインPuertollano（1998 ～）に導入しにも参画しており、将来的にはそれによって開発した技

た1,250 ℃級 GT の V94.3（ 出 力：182MW）の 長 期 運術を転用してIGCC 用 1,700℃級 GT の開発に繋げるこ

用によって経験・実績が積み重ねられている。中国とが考えられている（図２）。

第１章

タービン

燃焼器
圧縮機

図１ 発電用ガスタービンの外観・断面図（提供元：三菱日立パワーシステムズ株式会社）

先端要素
技術開発

第1ステップ

要素技術’04～’07

要素技術の実用化

第2ステップ

実用化技術’08～’11

第3ステップ

実機適用技術’12～

1600℃ 級開発 1600℃級複合発電

実機開発と
実証

実機開発・実証

1700℃級複合発電

次世代技術

1700℃級IGCC
SOFC＋ GTCC

超耐熱材料
開発

物材機構委託研究 ’04～’10 NEDO 研究（先導研究）（挑戦的基礎研究）
・優れ た特性を有する画期的な材料
成分を発見（特 許出願済み）

図2

実用化研究
量産技術確立）・組成範囲決定・製造条件確立

超高温ガスタービンの技術開発ロードマップ（9）電中研レビュー No.57 ●23