三菱重工技報 VOL.44 NO.2: 2007

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特集論

石炭火力発電所排ガスの CO2 回収長期実証試験

文Long Term Demonstration of CO2 Recovery
from the Flue Gas of a Coal Fired PowerStation
飯 嶋 正 樹＊1

Masaki Iijima

沖野Susumu Okino

＊3

進高品

Toru Takashina

徹＊2

岸 本 真 也

岩 崎 省 二 郎＊1
Shojiro Iwasaki＊4

Shinya Kishimoto

化石エネルギーの中で安価で長期的に安定供給が可能な石炭のニーズが高まりつつあるが，石炭火力発電は CO2 の排出が多いという問題があり，今後温暖化対策の面から，CO2 回収・貯留が不可欠となる．
当社は関西電力（株）と共に，天然ガス焚きボイラ排ガスからの CO2 回収技術を開発し実用化しているが，これを石炭焚き排ガスに適用するため，（財）地球環境産業技術研究機構（RITE）による補助及び電源開発（株）の協力を得て，松島の石炭焚火力発電所に実証試験装置を建設した．当社は，本試験装置にて4 000 時間の実証運転を達成した．

1．はじめ（株）と共同して天然ガス焚きボイラ
当社は関西電力にやガスタービン排ガスからの省エネ性能の優れた図１

石油・天然ガスの価格の高騰が続き，近い将来の供のような CO2 回収装置を開発し，化学用途やドライ給不測が危惧されている中で，今後化石エネルギーのアイス等の一般用途として，商用装置を納入し稼動し中で安価で長期的に安定供給が可能な石炭のニーズがている．図２は，この技術を導入したマレーシアの尿高まりつつあり，今後の火力発電の中核は石炭火力と素プラント向けの当社 CO2 回収装置であり，現在まなると見られている．

で世界最高水準の性能を安定的に達成している．

しかしながら，石炭火力は CO2 の排出が多いとい

石炭焚きボイラ排ガス中には，天然ガス中に含まう問題があり，温暖化対策を実施する場合，石炭火力れない微量成分として SOx や煤塵その他不純物が多からの CO2 回収・貯留が不可欠となる．

く含まれており，これら不純物を CO2 回収前に取除く技術を CO2 回収と共に実証する事を目的として，（株）の協力を得て実証試験装置をRITE 及び電源開発

回収 CO2
純度 99.9 ％ 以上

排ガス出口（処理済み）

再生塔

C.W.

吸収塔
C.W.
排ガス
冷却塔
C.W.
排ガス

図１＊1
＊2C.W.

再加熱器
蒸気CO2 回収装置フロー図

排ガスは，排ガス冷却塔で冷やされた後，吸収塔内でアルカリ性の吸収液と接触し排ガス中の CO2 が吸収される．CO2 を多く含む吸収液は再生塔に送られ，蒸気により加熱することで CO2 を放出し再生される．再生した吸収液は吸収塔に戻し再利用する．

プラント・交通システム事業センター環境プラント部主席
技術本部広島研究所化学プロセス研究室長 工博

図２＊3
＊4

マレーシアに納入した CO2回収装置

技術本部広島研究所化学プロセス研究室主席
プラント・交通システム事業センター環境プラント部環境技術計画
グループ

三菱重工技報 VOL.44 NO.2: 2007

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建設し，平成 18 年７月から連続運転による試験を開統での煤塵の蓄積量及び捕集率の把握を行う必始した．本報では，実証試験の結果を報告すると共に要がある．

今後の取組みについて述べる．

2．石炭火力からの CO2 回収の必要性② 吸収液への影響把握
吸収液中において煤塵は，吸収液の泡立ち性を増加させることが考えられる．吸収液の泡立ち性

火力発電の視点から化石エネルギーを見ると，天然が増すと，再生塔及び吸収塔においてフラッディガスを使うか石炭を使うかの２つのオプションで考えング現象（注１）が起こりやすくなり，安定した運転る必要があり，石油はあくまでもピーク対応火力の燃を阻害する．そのため，吸収液中の煤塵量と泡立料との位置付けとなる．

ち性・フラッディング現象の相関関係を確認し，こ天然ガスは，ロシアや中東を中心に十分な埋蔵量があるものの，最近では石油生産のピークに遅れること 10 年程度でピークを迎えるのではと言われており，また天然ガス価格が大幅に上昇してきたことから，発電用燃料として石炭の比率が今後ますます高まりつつれらに対応した装置設計及び運転管理を行う必要がある．
注１：充填塔を降下する液が，対向して上昇するガス流れの影
響により，その落下を制限される現象．

③ 機器への影響把握
液中の煤塵は機器への固着，閉塞，伝熱能力のある．
今後の新設火力の計画としては，産ガス国は天然ガ低下を引き起こすことが考えられる．そのため，スコンバインドに，それ以外の国々は石炭火力主体で煤塵の機器への影響を把握し，これらに対応した建設されると予想される．

装置設計及び運転管理を行う必要がある．

一方において温暖化対策を考えると，化石燃料を使用し続ける限り CO2 の回収貯留は不可欠となるので（3）SOx の影響把握① 脱硫セクションでの除去率はと考えられるようになり，ここ数年来 CCS（Carbon

SOx は吸収液の劣化を促進する．そのため，Capture and Sequestration）の研究が進み具体的実苛性ソーダを用いた脱硫セクションを設置し，吸施が叫ばれるようになって来た．CCS の対策対象と収塔に導入される SOx 濃度を低く抑える．よっ

して火力発電所は全世界の CO2 排出量の約 1/3 を占て，脱硫セクションでの脱硫能力を検証するためており，かつ集中した CO2 排出源であるため，現め，SOx の除去率の確認を行う必要がある．

在その焦点が当てられている．

② 吸収液への影響把握

当社は CO2 の有効利用と更には温暖化対策を目的

脱硫セクションを通過したガス中にも微量のとして発電所排ガスからの CO2 回収技術開発に取組

SOx が含まれている．そのため，これらの微量み，比較的クリーンな排ガスである天然ガス焚きボイの SOx が吸収液中に蓄積し，熱安定性塩（注２）をラや炉からの CO2 回収技術を商用化しており，次の生成することが考えられる．よって，熱安定性塩ターゲットとして石炭火力からの CO2 回収の商用化の生成量の挙動を確認する必要がある．に向け実証試験を開始している．

3．石炭火力からの CO2 回収の技術的課題

注２：酸とアルカリの化合物で，蒸気による加熱により解離しない．

（4）NOx の影響把握

石炭焚きボイラ排ガス中には微量成分として SOx，NOx は 吸 収 液 の 劣 化 に 影 響 す る． そ の た め，NOx，煤塵（ばいじん）等が含まれており，下記のNOx が CO2 回収装置のどの部分でどれだけ吸収さ技術的課題がある．

れるかを把握する必要がある．

（1）長期運転による確認（5）塩素，フッ素の影響把握

CO2 回収装置の運転状況を長期間にわたり監視

塩素・フッ素の蓄積は機器の腐食を引き起こすこし，想定した前処理装置での安定運転の可否及び安とが考えられる．よって，各機器の材質の選定のた定運転を阻害する要因を確認する．

めに，CO2 回収装置のどの部分にどの程度蓄積する（2）煤塵の影響把握① 捕集率の把握かを把握する必要がある．
（6）吸収液損失量の把握

煤塵の蓄積は機器への固着やストレーナ等の吸収液は運転費の中で蒸気に次ぎ大きな割合を占閉塞を引き起こす．そのため，煤塵の蓄積に対応める．そのため，劣化等による損失を抑えることはした装置設計を行う必要がある．

重要である．よって，吸収液損失量の確認を行う必

よって，これらの装置設計のベースとなる各系

要がある．

三菱重工技報 VOL.44 NO.2: 200732

吸収塔入口・出口の CO2 濃度計指示値から4．実 証 試 験 結 果
4．1

算出した CO2 回収率及び流量計にて測定した

装 置 概 要回収 CO2 量の時系列データを図４に示す．

（財）地球環境産業技術研究機構（RITE）の都議定書目標達成技術開発促進事業

京CO2 回収率，CO2 回収量共に，実証試験期により補助金間（4 000 時間）に渡って計画と同等以上の性能が得られた．

（50 ％補助）を受け，電源開発（株）の協力を得て，松た．試験装置仕様及びフロー図をそれぞれ表１及び図表１
項

CO2 回収率（％）

３に示す．
CO2 回収実証試験装置仕様

目

諸元（計画値）

設置場所

電源開発（株）松島火力発電所内

排ガス源

石炭焚きボイラ排ガス

処理ガス量

1 750 m3N /h

CO2 回収率

90 ％

回収 CO2 量

計画値 9.5 ton/day（Max. 10 ton/day）

CO2 濃度
収1280

10860

640

：CO2 回収率（左軸）：CO2 回収量（右軸）2004200

1 000

2 000

3 000

4 000

5 000

運 転 時 間（h）

図４

CO2 回収率及び CO2 回収量の推移

14.1 v ％② CO2 回収熱原単位

煤塵，SOx，NOx 等

その他不純物吸100

CO2 回収量（ton/day）

島の既設石炭焚火力発電所に実証試験装置を建設し液CO2 回収装置の運転費で最も大きな割合をしKS−1 吸収液める蒸気量を低く抑えることがプラント運転コストを下げる上で重要であり，本試験にて，蒸ボイラ

除塵

脱硫GGH

煙突
今回の試験装置範囲

排ガス

CO2排ガス

再生過程に当社及び関西電力（株）の共同で開発

C.W.
蒸気排ガス冷却塔

図３730 〜 820 kcal/kg-CO2以上の性能が得られた．なお，本原単位は，CO2再生塔

ブロワ● CO2 回収熱原単位実績

様の設計手法を適用しているが，原単位は計画吸収塔

C.W.

を算出したので次に示す．
今回，吸収塔と再生塔は天然ガス焚きとほぼ同

C.W.
C.W.

気消費量と CO2 回収量から CO2 回収熱原単位

CO2 回収実証試験装置フロー図

本図の機器構成等は商用機ベースの標準的なものであり，実際の装置とは若干異なる．

した新プロセス（注３）を適用することで，さらに15 ％程度の低減が見込める．
注３：吸収液及び蒸気凝縮水からの熱回収を利用した
CO2 再生塔における省エネプロセス．

③ 回収 CO2 純度
表２に天然ガス焚き向け CO2 回収装置の商用機と今回の実証機との比較を示す．

4．2

測定方法及び試験結果（1）運転状況の監視当社装置においては，石炭焚きでも天然ガス焚きと同様の高純度を確保できる事がわかった．

（a）測定方法
CO2 回収装置の運転状況を示す各流量，温度，

表２

回収 CO2 純度圧力等のデータを，時系列に沿ってコンピュータ

天然ガス焚き商用機実績

本実証機実績内に蓄積する．また，ガス計測にて CO2 の純度99.9 ％ 以上

99.9 ％ 以上を確認する．
（b）試験結果（2）煤塵の影響把握

前処理装置 の設置により，長期間（4 000 h）① 捕集率の把握に渡り安定運転を実施することが出来た．性能面（a）測定方法の評価を次に示す．
① CO2 回収率及び CO2 回収量

ガス及び液中の煤塵濃度を測定することにより，CO2 回収装置の各部分の蓄積量及び捕集率

三菱重工技報 VOL.44 NO.2: 2007を把握する．煤塵の蓄積量及び捕集率を把握す

表３

煤塵捕集率把握のための測定項目
測 定 項 目

煤塵の蓄積量・捕集率を把握する部分
1. 排ガス冷却塔系統

・排ガス冷却塔入口煤塵濃度・排ガス冷却塔出口煤塵濃度・排ガス冷却塔排水中の煤塵濃度

2. 吸収液系統

・吸収塔出口ガス中の煤塵濃度・吸収液中の煤塵濃度・フィルタ（＊1）前後吸収液中の煤塵濃度2
排ガス冷却塔差圧（相対値）

る部分とその為の測定項目を表３に示す．

33：排ガス冷却塔差圧

1.510.5002 000

1 000

3 000

4 000

5 000

運 転 時 間（h）

図５

排ガス冷却塔差圧の推移＊1：吸収液循環系統に設置

2

各部煤塵の計測により次のことがわかった．
● 排ガス中の煤塵捕集率は，排ガス冷却塔で40 〜 50 ％程度，吸収塔で 40 〜 60 ％程度．
● 吸収液中の煤塵は，フィルタで除去され，吸収液中の煤塵濃度は上昇していない（概ね

吸収塔差圧
（相対値）

（b）試験結果：吸収塔差圧

1.5
10.5
002 000

1 000

10 mg/kg 以下のレベル）．
② 吸収液への影響

3 000

4 000

5 000

運 転 時 間（h）

図６

吸収塔差圧の推移（a）測定方法
吸収液中の煤塵濃度測定，吸収液の発泡性試

差圧の上昇傾向はなく，今回の前処理手法にて験及び吸収塔・再生塔の差圧の監視により，吸充填物やデミスタの詰まりを防止できることが収液中の煤塵量と泡立ち性・フラッディング現わかった．

象の相関関係を把握する．

● 熱交換器

伝熱係数

冷却水を用いた熱交換器において，運転時間（b）試験結果
吸収液中の煤塵濃度と，吸収液の泡立ち性をの経過に伴う伝熱係数の低下が生じた．
ただし，確認したが，吸収塔差圧及び再生塔差圧との相

これは冷却水の汚れが熱交換器伝面に付着した関はなく，石炭焚き排ガスにおいて吸収液中煤ためであり，適切な水処理の実施により対応可

塵濃度 10 mg/kg 以下においてはフラッディン能と考える．なお，それ以外の熱交換器の伝熱グに寄与しないことがわかった．

係数の著しい低下は見受けられなかった．

③ 機器への影響（3）SOx の影響把握① 脱硫セクションでの除去率（a）測定方法
煤塵の機器への影響を把握するため，表４の様に煤塵の影響があると考えられる機器の運転状況を監視する．

（a）測定方法
排ガス冷却塔入口ガス中の SOx 濃度と出口ガスの SOx 濃度の測定により，脱硫セクションでの SOx 除去率を算出する．

表４

煤塵の機器への影響把握のための監視項目
機 器 名 称運転監視項目

1. 排 ガ ス 冷 却 塔
吸収塔・塔差圧

2. 熱 交 換 器・熱伝達係数（b）試験結果
脱硫セクションでの SOx 除去率は 98 ％以上であった．
② 吸収液への影響（a）測定方法
吸収液中の熱安定性塩濃度を測定する．
（b）試験結果（b）試験結果● 排ガス冷却塔差圧，吸収塔差圧

排ガス冷却塔出口の SOx は，ほぼ全量が吸収液に吸収され熱安定性塩となっていたが，脱硫

図５及び図６に排ガス冷却塔及び吸収塔の差セクションの設置により，その生成量を低く抑圧の時系列データを示す．4 000 時間経過後もえることができた．これにより，吸収液の性能

三菱重工技報 VOL.44 NO.2: 2007

34を天然ガス焚きと同レベルに保つことができた．
（4）NOx の影響把握① 吸収率（a）試験方法
排ガス冷却塔入口及び出口ガス中の NOx 濃度day 程度）を高信頼性，低コストでお客様に提供することであり，プロセス上の問題のみならず，ハードとしての大容量化についても今後検証していく必要がある．

6．まとめと吸収塔出口ガスの NOx 濃度の測定より，排ガ

今 回 の 松 島 で の 石 炭 焚 き 長 期 実 証 試 験 に よ り，ス冷却塔及び吸収塔でのNOx吸収率を算出する．

4 000 時間の実証運転を達成する事が出来たのみなら（b）結果ず，煤塵，SOx，NOx の装置系内での挙動や吸収液排ガス中の NOx は排ガス冷却塔でほとんど吸に及ぼす影響を把握することができ，石炭焚き排ガス収されず，吸収塔で１〜３％程度吸収されていた．の不純物の影響を検証するという当初目的を概ね達成（5）塩素，フッ素の影響把握できた．また，前処理を適切に実施することにより① 蓄積量

当社の燃焼排ガスからの CO2 回収装置が石炭焚き排（a）試験方法

ガスにも適用できることが確認できた．これにより排ガス冷却塔排水，吸収液中の塩素・フッ素の濃度を測定する．
（b）試験結果

次のステップとして想定している中型機（数百〜千ton-CO2/day 規模）での実証試験が技術的に可能な状況となった．

塩素及びフッ素は CO2 回収装置前流（既設昨今，欧米を中心に地球温暖化対策として，石炭焚脱硫装置等）にて高度除去されており，排ガスき発電所からの CO2 回収について盛んに検討され始中及び液中に検出されないことが確認された．

めているが，近い将来，当社の技術により地球温暖化（6）吸収液損失量の確認① 損失量（a）試験方法

対策に貢献できることを確信している．
（株）に多大なお，本実証試験においては，電源開発な協力をいただき，この場を借りてお礼を申し上げる．

吸収液の分析等により損失量を算出する．
（b）試験結果
吸収液損失量は概ね計画値に近い値が得られた．本試験により石炭焚きでの吸収液損失量を定量的に把握する事が出来たので，今後の実案件に適用していく予定である．
4．3

試験結果の成果

前処理装置として，超高脱硫及び排ガス水洗機能を備えた排ガス冷却塔を設置することで，石炭焚き微量

参 考 文 献（1）飯嶋正樹ほか，地球温暖化防止とピークオイル緩和に有効な CO2 回収技術とその EOR への適用，
三菱重工技報 Vol.44 No.1（2007）（2）岩崎省二郎ほか，大容量排出源からの CO2 回収
CO2 EOR トータルシステムとコスト，三菱重工
技報 Vol.41 No.4（2004）（3）飯嶋正樹ほか，CO2 回収有効利用・固定化と事業化，三菱重工技報 Vol.39 No.5（2002）

成分の処理が可能であり，CO2 の吸収・再生を安定して行えることを実証することが出来た．また，次の具体的成果が得られた．
（1）4 000 時間の実証試験運転時間を達成し，計画と同等以上の CO2 回収性能を達成できる事を実証できた．
（2）前処理装置の煤塵除去能力及び吸収液系統での煤塵の挙動を把握することが出来た．

飯嶋正樹

高品徹

沖野進

岸本真也

（3） SOx 及びNOxの各部吸収率及び挙動を把握出来た．
（4）吸収液損失を定量的に把握できた．

5．今 後 の 取 組 み
当社の目的は，最終的には，商用機（5 000 ton-CO2/

岩崎省二郎