三菱重工技報 VOL.45 NO.1: 2008

特集論15

石炭ガス化複合発電（IGCC）によるCO2 排出削減の展望

文

Overview of CO 2 Reduction by IGCC
Technology
橋 本 貴 雄＊1

Takao Hashimoto

石 井 弘 実＊3

Hiromi Ishii

太 田 一 広＊2

坂 本 康 一＊2＊4

小 山 智 規＊5

Katsuhiro Ota

北川雄一郎

Yuuichirou Kitagawa

Koichi Sakamoto

Yoshinori Koyama

石炭は，世界の一次エネルギーの約 25 ％，日本の約 20 ％を占める重要なエネルギー源である．一方，発熱量当たりの CO2 排出量が多く，石炭を利用するには，高効率化による CO2 排出量の低減が重要な課題となっている．また，最近では更なる CO2 排出量低減のため，発生した CO2 の回収・隔離が検討されており，石炭ガス化複合発電（IGCC）は最も効率的・経済的に CO2 回収が可能な石炭利用火力発電技術として注目されている．本稿では，IGCC と CO2 回収の最新動向について報告する．

1．IGCC の開発状況

2005 年８月に施行されたエネルギー政策（EnergyPolicy Act）の優遇税制（Incentive Tax Credit 以下

石 炭 ガ ス 化 複 合 発 電（IGCC：Integrated coalITC）を前提に，2010 年代の運転開始を目標とした

Gasiﬁcation Combined Cycle）は，石炭をガス化し，複数 IGCC プロジェクトが検討されている．2006 年

ガスタービンコンバインドサイクル発電と組み合わせ

12 月に３件の IGCC プロジェクトの ITC 採択が発表ることにより，従来型石炭火力を超える高効率化を実され，2008 年４月には追加採択プロジェクトが発表

現する発電システムである．

予定である．

我 が 国 で は， よ り 高 効 率， 高 信 頼 性 の 空 気 吹 き電 力 会 社 で は，AEP（American Electric Power）（株）
IGCC の確立に向けて，9 電力会社，電源開発が 2007 年６月にウエスト・バージニア州の公益事及び（財）電力中央研究所が共同で，国からの補助を受

業 委 員 会 に 600MW 級 IGCC を 申 請 し， ま た Duke

け開発を進めている．昭和 61 年から平成 8 年にかけ

Energy の 600MW 級 IGCC が ITC に採択されるなど，て資源エネルギー庁，（独）新エネルギー・産業技術総商用機の事業計画が活性化している．

合開発機構（NEDO）の委託事業として 200 t ／日規

一方，これらプロジェクトの FEED（Front End模（25 MW 相当）のパイロットプラント試験を実施

Engineering Design プロジェクト費用見積もりのたクリーした．さらに，
平成 13 年 6 月に設立された（株）

めの詳細設計）検討によると，いずれも他社技術採用

ンコールパワー研究所が 250 MW 級 IGCC 実証機（以によるスラリー供給酸素吹きガス化炉のため送電端効

下 IGCC 実証機）プロジェクトを進めている．

率は 38.6 ％（HHV）と低く，CO2 の回収・隔離は将IGCC 実証機は平成 19 年５月にガスタービン点火，９月にガス化炉点火を行い，平成 22 年度まで試験の来計画に位置付けられ，高効率化・環境性能改善の観点から，更なる工夫の必要性が論じられている．
2．2の予定である．

2．IGCC 商用機計画
2．1

米国における IGCC 商用機の計画

空気吹き IGCC 商用機の計画

これらの商用機事業活性化及び高効率化・環境性能改善に対する市場ニーズに対応するため，当社では，燃焼温度 1 500 ℃級のガスタービンを採用した高効率

米国では，自国の豊富なエネルギー資源の有効利用

IGCC 商用機検討を開始した．図１に IGCC 商用機ののため，また最近の天然ガス価格の上昇により，多く外観を示す．また，表１に IGCC 実証機と商用機のの石炭火力の計画が進められており，特に，環境性能主要諸元比較を示す．商用機ガス化炉は，IGCC 実証の改善の観点から，IGCC が注目を浴びている．

機から容量比で約２倍のスケールアップとする．
また，＊1＊4＊2＊5

原動機事業本部火力プロジェクト部長
原動機事業本部火力プロジェクト部主席＊3
原動機事業本部火力プロジェクト部 IGCC グループ

長崎造船所ボイラ技術部ボイラ設計課主席
技術本部長崎研究所燃焼・伝熱研究室主席

三菱重工技報 VOL.45 NO.1: 2008

16CO＋ H2O →CO2 ＋H2

石炭CO シフト
反応器

空気吹き
ガス化炉

硫黄

硫黄回収装置蒸気CO2AGR

H2リッチシンガス

N2
O2

空気空気

ASU
ガス化空気

CO2 貯留CO2圧縮機GT空気圧縮機

CompG

HRSG

ASU：空気分離装置

図１

空気吹き IGCC 商用機の外観

図２

表１

IGCC 実証機と商用機の主要諸元比較
実証機

商用機

（MW）

250500（60 Hz）

炭 種（−）

瀝青炭瀝青炭

ガス化炉

（−）

乾式給炭
空気吹き

乾式給炭
空気吹きガス精製

（−）

湿式脱硫

湿式脱硫

ガスタービン

（−）

M 701DA

M 501G（％，HHV）

40.5

46SOx（ppm）

88NOx（ppm）

55

ばいじん（mg/m3N）

442007

最短 2012項

目

出力（発電端）

プラント
（送電端）
環境性能
（16 ％ O2 換算）
運開年度

（−）

G

ST

CO2 回収時の空気吹き IGCC システム概略系統図

ガスからの CO2 回収に比べ，プラント効率の低下が小さく，発電原価の上昇が小さいと評価されている．
図 ２ に CO2 回 収 設 備 を 組 み 合 わ せ た 空 気 吹 き
IGCC システムの概略系統を示す．ガス化炉で生成されたシンガス中の一酸化炭素（CO）は CO シフト反応器において水分と共に CO2 と水素（H2）に転換され，CO2 は AGR（Acid Gas Removal：脱硫・CO2 回収）設備でシンガスから分離・回収される．CO2 が分離された H2 リッチのシンガスはガスタービンで燃料として利用される．CO2 回収を行う IGCC システムは，必要とされる CO2 の回収率により CO シフト反応器や CO2 回収システムの最適化を図る必要がある．
また，当社で CO2 回収時の空気吹き IGCC と酸素吹き IGCC の送電端出力と建設単価を比較した結果

ガスタービンは，低カロリー焚きガスタービンの豊富を図３に示す．

な実績を基に，石炭ガス化ガスを高効率で燃焼が可能

酸素吹きガス化に比べて，空気吹きガス化による生な燃焼器を採用する．最新のガスタービンを組合せた成ガス量が多いものの，ガス化炉およびガス精製設備

IGCC 商用機は，送電端効率の向上により，従来石炭の建設費に対する影響は小さく，逆に送電端出力で空火力に比べて CO2 排出原単位を約 15％低減可能であ気吹きガス化の方が大きいことから，建設単価としてる．

は，空気吹きが有利になる．

また，米国で安価かつ豊富に存在する PRB（PowderRiver Basin）炭の利用を検討している．PRB 炭は水140いが，当社が採用する乾式給炭方式により，効率よく世界各国で地球温暖化に配慮し，CO2 回収を組合せた IGCC の検討が進められている．石炭火力の CO2建設単価（％）

発電が可能となる．

3．IGCC による CO2 回収1001009792 10580方式がある．
IGCC は，加圧状態で CO2 を回収できるため，処
図３10080606040400する方式と ② 燃焼前の燃料ガスから CO2 を回収する

燃料ガスからの CO2 を回収することにより，燃焼排100（送電端出力）

2020

回収方式として，① 石炭燃焼排ガスから CO2 を回収

理ガス量が小さく，かつ CO2 濃度が高いことから，

100120

建設費 建設単価（＄）（＄/ kW）

建設費 建設単価（＄）（＄/ kW）

空気吹き

酸素吹き

送電端出力（％）

分含有量が 20 〜 30 wt％と高く，スラリー化しにく

0CO2 回収時の空気吹きと酸素吹き IGCC における建設費及び建設単価と送電端出力の比較

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4．まと

17め

IGCC は次世代石炭火力発電を担う中核技術であり，250 MW 級実証機で今後各種の実証試験を実施し，プラントとしての信頼性，安全性の確認を行う．また，商用機設計に反映できるデータを取得し，高効率･高信頼性を具えた空気吹き IGCC システムの確立を図る．
また，昨今の環境に対応して CO2 回収・隔離にも橋本貴雄

太田一広

坂本康一

石井弘実

北川雄一郎

小山智規

対応し得る IGCC 商用機を実現していく．CO2 回収・隔離ついては，CO2 の大幅な低減が可能である一方，効率低下や建設費上昇，及び地質学的な CO2 貯留の可否を含む地域性の課題があり，発電設備だけでなく，全体を俯瞰した検討を行う所存である．