報告書番号

M07003

タイトル（和文）

CO2回収型高効率石炭ガス化複合発電システムの提案とその課題

タイトル（英文）

Proposal of high efficient system with CO2 capture and the task on integrated coal gasification combined cycle power generation

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

最近の地球温暖化防止に対する内外の世論の高まりに対して、石炭火力発電においてもCO2の排出抑制が重要な課題となっている。この課題に対して、電気事業は高効率化の促進、バイオマス燃料等の導入など様々な対策を進めている。この対策における最後の手段として、炭酸ガスの分離回収・輸送・貯留（CCS；CO2 Capture and Storage）技術がある。しかし、既に開発が進められているCO2回収型発電システムでは、発電効率の大幅な低下および発電コストの上昇は避けられず、CO2の分離回収に当たっては新たな高効率発電システムの開発が不可欠である。本検討において、CO2回収型高効率石炭ガス化複合発電システムを提案し、その期待できる効果および実用化に向けて必要となる課題を明確にした。以下にその概要を示す。
（1）CO2回収型高効率石炭ガス化複合発電システムの特徴
本システムは回収したCO2を効果的に利用する新たな酸素-CO2吹き石炭ガス化炉と、リサイクルした排ガスに酸素を混合して燃焼させるクローズドガスタービンを組み合わせたものであり、ガス化性能が大幅に向上し、さらにCO2を濃縮・分離する工程も不要となる特徴を有する。
（2）.期待できる具体的な効果
・ 酸素-CO2で石炭をガス化することにより、CO2のガス化促進効果によって、従来の空気吹きおよび酸素（酸素-N2）吹きガス化に比べて、炉内炭素転換率および冷ガス効率が大幅に向上することが推算され、これによりガス化炉およびチャーリサイクル系がコンパクト化でき、設備コストの低減が図れる。
・ CO2を濃縮・分離する工程無しに回収できるため設備コストの低減が図れ、さらにCO2回収のための所要動力が大幅に低減するため、1300℃級ガスタービンで42％（HHV）、1500℃級で45％の送電端効率を得ることができる。また、ガスタービンの代わりに溶融炭酸塩形燃料電池（MCFC）を用いると60％近い効率が期待できる。
（3）検討課題
本システムの実用化を進める上では、以下の項目が主要な課題となる。
・ 大幅なガス化性能の向上を活かすことのできるガス化炉本体のコンパクト化、システムの簡素化（チャーリサイクルシステムの削減）
・ 脱硫技術における高CO濃度ガス雰囲気下での脱硫剤中への炭素析出対策
・ クローズドガスタービンにおける起動方法（開放空気からクローズドへの移行方法）と適切な制御方法
今後は本発電システムのフィージビリティースタディー（FS）を実施し、発電コストを明確にすると共に当研究所設置の3トン／日石炭ガス化研究炉における試験検討等を進めていく予定である。

概要 （英文）

The emission control of CO2 in coal thermal power generation, too, is an important problem for the rise of public opinions in Japan and foreign country to recent global warming prevention. Electric companies are advancing various measures like the improvement of generation efficiency and the introduction of the biomass as a fuel to this problem. In these measures, final selection measure is CO2 capture and storage (CCS) technology. However, at introducing the power generation system with CO2 capture, which has already been developed, neither a great decrease of the power generation efficiency nor the rise of the power generating cost are avoided. In this reason, the development of a new, highly effective power generating system is desired.
In this study, a highly effective coal gasification combined cycle power generation system with CO2 capture was proposed, and the effectiveness of our proposing power generation system and the task needed aiming at the practical use were clarified. Results are shown as follows.

(1)Feature of our proposing highly effective coal gasification combined cycle power generation system with CO2 capture
This system has a new oxygen-CO2 blown coal gasifire where captured CO2 is effectively used, and it is what combined with the closed gas turbine in which coal gases are burnt with the gas mixed oxygen with the recycled exhaust gas. Feature of this system are that the gasification performance improves greatly, and CO2 separation process is not needed
(2)Effectiveness of our proposing system
1)It is estimated that Carbon conversion and cold gas efficiency improve greatly in oxygen- CO2 blown gasifire as conventional gasifires. This effectiveness produce compacted gasifire and char recycle system, and the equipment cost is reduced.
2)The equipment cost decrease because it is possible to recovery CO2 without CO2 separation process, and Generation efficiency(NET) of 42%(HHV)in the system with 1300C class gas turbine and 45% in the system with 1500C class gas turbine can be obtained with in 42%(HHV) by the decrease of consumed energy at CO2 recovery. Moreover, when melted carbonate fuel cell (MCFC) is used instead of the gas turbine, efficiency 60% near can be expected.
(3)The task of the development
In advancing the practical use of this system, the following items become the key matters.
1)Developments of compacting technology of the gasifire and Simplification technology of char recycle system
2)Carbon deposition measures in desulfurization sorbent under high CO concentration atmosphere in hot gas desulfurization technology
3)Start-up method and suitable control techniques in the closed gas turbine system
It is scheduled that feasibility study (FS) of this power generating system is executed, and the power generating cost is clarified. On the other hands the examination study using 3 ton/day coal gasifire installed in CRIEPI will be also advanced.

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