報告書番号

M06011

タイトル（和文）

CO2回収型高効率石炭ガス化燃料電池発電システムの熱効率

タイトル（英文）

High Efficiency IG/FC system with CO2 capture

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

石炭ガス化MCFCシステムに酸素燃焼方式、即ち、カソードノーブルガス供給方式を採用し、高い熱効率の実現と容易なCO2回収とを両立できるシステムを提案した。本システムは、酸素吹きCO2搬送型石炭ガス化方式、湿式ガス精製方式、溶融炭酸塩形燃料電池、ガスタービン、及び、蒸気タービンを組み合わせ、燃料電池の燃料昇温過程にシフトコンバータを採用している。システムの主要な運転条件である電流密度について、1500A/m2～3000A/m2までのパラメータ解析を行った結果、2000A/m2までの高い電流密度条件下で送電端効率60%HHVの高い熱効率を得られることが分かった。このシステムでは酸素燃焼方式を採用していることからシステムの排ガスがCO2のみとなるため、高効率下でもシステム排ガスからのCO2の分離工程を不要とすることを可能とした。
本システムを基本構成とし、100気圧程度でのCO2回収を容易とするシステムについて熱効率の分析を行った。システム排ガスの圧力を上昇させることにより、CO2回収のための動力や、所内で必要なCO2動力を削減することが可能となったものの、ガスタービンからの出力低下に起因して、100気圧CO2回収まで含めた総合効率は55%HHV程度となった。特にガスタービンを省略し、MCFCを蒸気タービンにて発電を行う簡素なシステムにて100気圧のCO2回収を行った場合の総合熱効率は56%HHVとなった。CO2回収を前提とした場合ガスタービンを省略した簡素なシステムでも、高い熱効率とCO2回収の両立が可能であることが分かった。

概要 （英文）

An efficiency of a oxy-fuel Integrated Coal Gasification system having a molten carbonate fuel cell, a gas turbine, and a steam turbine is calculated. Oxygen is supplied to the gasifier furnace as the oxidant gas; the coal is conveyed by CO2. An MDEA method is applied in the cleanup system. A shift converter is employed to the heating up procedure of the fuel gas. The cathode gas is composed of CO2 and O2 with a composition of 66.7/33.3(Noble cathode gas).
Operating current density of the system is changed as a parameter, and the net efficiency of 2.2MPa system reached to 60%HHV with no CO2 capture. The 2.2MPa system, however has a short lifetime limited by Ni shortening, thus the 0.15MPa low pressure system efficiency is calculated. The low pressure system has a life time of arround 30-40,000 hours, and the efficiency of the system is 50%HHV with no CO2 capture.
For the purpose to estimate the IG/MCFC system efficiency with CO2 capture, a liquid CO2 capture with a pressure od 10MPa is supposed. Using 2.2MPa high pressure system, the efficiency includes the a consumption of liquified CO2 capture is evaluated to 58%HHV in net value. Another simple CO2 closed system with no gas turbine is proposed; the efficiency of 2.2MPa and 0.15MPa system includes the consumption of CO2 liquefication is calculated to be 56% and 48%HHV net, respectively.
From the calculation results, a high efficiency with CO2 capture is possible by applying osy-fuel concept to the fuel cell systems.

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