石炭火力からのco2分離回収技術Ÿ³炭 h2o,n2 酸素燃焼 (oxy-fuel ) 燃焼前回収...

27
2015622電源開発株式会社 究極の低炭素化技術、ただ更なる技術革新が必須~ 石炭火力からのCO2分離回収技術 次世代火力発電協議会 (第2回会合)資料2-2

Upload: vanphuc

Post on 08-May-2018

234 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

2015年6月22日

電源開発株式会社

~ 究極の低炭素化技術、ただ更なる技術革新が必須~

石炭火力からのCO2分離回収技術

次世代火力発電協議会

(第2回会合)資料2-2

Page 2: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

1.技術開発の現況 2.燃焼前回収(Pre Combustion)

● EAGLE試験の成果 ● 大崎クールジェン第2段階計画 3.酸素燃焼回収 (Oxy-fuel)

● 豪州カライド試験の成果 4.燃焼後回収(Post Combustion)

5.まとめ

Page 3: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

石炭

H2O,N2

酸素燃焼(Oxy-fuel )

燃焼前回収(Pre Combustion)

燃焼後回収(Post Combustion)

微粉炭火力

石炭ガス化

微粉 ボイラー

脱塵 脱硝 脱硫

CO2回収

CO2(12~15%),H2O,N2

石炭 空気(N2,O2)

CO2分離

蒸気タービン

H2O 微粉 ボイラー 酸素製造

脱塵 冷却

O2 空気

CO2回収 CO2再循環

石炭

CO2(70~80%),H2O 蒸気タービン

ガス化炉

脱硫・脱塵 シフト反応 CO2分離

酸素 製造 O2 空気

CO,H2 H2O H2,CO2(40%) H2

CO2回収

ガスタービン

蒸気タービン

分離回収法には吸収法、 吸着法などがある ガス条件は常圧 ガス中CO2濃度は12~15% 全量回収、部分回収とも可能

分離回収装置は必要ない が、酸素製造装置が必要 ガス条件は常圧 排ガス中CO2濃度は水分 除去後は95%程度になる 全量回収が基本

分離回収法には吸収法、 膜法などがある ガス条件は加圧 ガス中CO2濃度は40%程度 と高濃度 全量回収、部分回収とも可能

1-1 石炭火力からのCO2 分離回収技術 微粉炭火力では「燃焼後回収」(排ガス回収)と「酸素燃焼」の2方式、石炭ガス化では「燃焼前回収」となる。

現況

Page 4: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

CO2回収率(%) 発電効率低下 (%)

燃料増加率 (%)

出 典

燃焼前回収(Pre)

85~91 7~10 1.23 IPCC特別報告

90 6.3~7.9 1.21 IEA-GHG

90 7.4 1.23 DOE-NETL

燃焼後回収(Post)

85~90 10~11 1.32 IPCC特別報告

12.6 1.38 IEA-GHG

90 11.9 1.48 DOE-NETL

酸素燃焼(Oxy)

91 4.8~11.2 1.27 IPCC特別報告

90~97 8.6 1.24 IEA-GHG

CO2回収率(%) CO2削減コスト (US$/t-CO2)

発電コスト増加 (US$/MWh)

出 典

燃焼前回収(Pre)

85~91 10~50 13~18 IPCC特別報告

90 37 13 IEA-GHG

90 39 28.4 DOE-NETL

燃焼後回収(Post)

85~90 29~51 19~34 IPCC特別報告

47 26 IEA-GHG

90 68 54.7 DOE-NETL

酸素燃焼(Oxy)

91 10~50 13~18 IPCC特別報告

90~97 35 IEA-GHG 出典:高木正人(RITE)、 「CCSのエネルギー・経済性評価とCO2削減技術としての役割」、 水素エネルギーシステム Vol.34、 No.1 (2009)

1-2 CO2分離回収に伴う効率低下とコスト上昇の課題 CO2回収・昇圧に伴う現状技術での効率低下とコスト上昇の試算事例。大幅改善に向けては革新的な技術が必須。 高圧かつ高濃度CO2の石炭ガスからの燃焼前回収は、他の方式に比べて効率、コストで優位性がある。

現況

Page 5: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

【燃焼前(Pre)回収】 (米国)●Mississippi州Kemper郡でSothern Companyが進める褐炭による流動床石炭ガス化ポリジェネ レーションプラントが試運転中、回収CO2はEOR利用。ただし、工程は遅延、コストは大幅に増大。 ●ガス化+CO2回収(EOR)+化学製品(尿素等)のポリジェネレーションプロジェクト2件がDOEの

補助をうけて環境影響評価中。 (日本)●大崎クールジェンの試設計を実施中。 【燃焼後(Post)回収】 (カナダ)●Saskachewan州で、SaskPower社と日立(CO2回収用の蒸気タービン供給)が進める

Boundary Damプロジェクトが2014年10月から実証運転を開始。CO2回収率は90%、CO2貯留はEOR(年間 100万t)と帯水層(年間60万t)。

(米国)●NRGエナジー/JX日鉱日石より三菱重工が商用CO2回収プラントを受注。 Parish発電所(610MW)から40%のCO2を回収しEORに利用。

【酸素燃焼(Oxy-fuel)】 (米国)●FutureGen 2.0のフェーズ2(FEED, 最終設計等)が2013年2月に開始。IGCCから酸素燃焼 に変更したものの、2015年2月にプロジェクト中止の判断。 (日・豪)●CSエナジー・カライドA発電所(30MW)で、日(IHI,Jパワー,三井物産)豪共同プロジェクトで 実施。運転時間1万時間を達成し順調に成果を得ている。 (欧州)●英国のWhite Roseプロジェクト(426MW, CO2回収率90%)が、欧州委員会より最大で300M

ユーロの補助金を受けることが決定。2013年12月よりFEEDを実施中。

1-3 主なCO2分離回収プロジェクトの状況 北米を中心にプロジェクトは進んでいるが主にCO2-EOR機会によるもの。また、多くの国内メーカーの技術が活用。

現況

Page 6: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

■実施機関 : MHI/RITE

■処理ガス量 : 1,750Nm3/h

■回収 CO2 量 : 10 t-CO2/日

■試験期間 : 2007.4 ~ 2009.3 松島火力 化学吸収法

■実施機関 : 日本 (Jパワー、IHI、三井物産) / 豪州

■試験規模 : 30MW規模

■回収 CO2 量 : 20,000 t-CO2/年

■試験期間 : 2011.3 ~ 2014 年

燃焼前回収(Pre)

石炭ガス化発電

■実施機関 : J-パワー / NEDO

■処理ガス量 : 1,000Nm3/h x 2 方式

■回収 CO2 量 : 24 t-CO2/日 x 2 方式

■試験期間 : 2008.11 ~ 2014.3

豪州カライド発電所

J-POWER 若松研究所(EAGLE)

酸 素 燃 焼 (Oxy)

微粉炭火力

燃焼後回収(Post)

(化学吸収法・物理吸収法)

1-4 CO2 分離回収技術に関する Jパワーの取り組み 現況

Page 7: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

2-1 物理吸収法/化学吸収法の特徴

化学吸収法

CO2吸

収量

CO2分圧(MPa)

物理吸収法

CO2

物理吸収法

液相

Selexol

CO2(aq)

気相

液相中のCO2(aq)は気相のCO2濃度に比例して溶存する⇒ CO2分圧に比例して吸収量が増加

SelexolSelexol

Selexol

CO2

CO2

CO2(aq)CO2(aq)

化学吸収法: CO2とアミンが化学的に結合するため、CO2吸収量はアミン量に依存する

物理吸収法: CO2が物理的に吸収液に溶解するため、CO2吸収量はCO2分圧に依存する

高圧プロセスでは物理吸収法が有利になる

CO2

化学吸収法

[Amine]+ …[炭酸]-

液相

+H2O

CO2(aq)

気相

液相中でアミンとCO2は弱いイオン結合を形成⇒ 吸収可能なCO2量はアミンのモル数が上限

HOCOOH(炭酸)

+Amine

CO2

CO2

※分圧 とは 濃度と圧力の積

EAGLE

Page 8: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

2-2 EAGLE: CO2 分離回収システムフロー

シフト反応器

フラッシュ ドラム

H2S 吸収塔

CO2 吸収塔

再生塔

水蒸気

CO2

H2S

H2, N2

物理吸収法

脱硫前の生成ガスをシフト反応させる

再生塔⇒加熱フラッシュ再生

シフト反応器

水蒸気

CO2 H2, N2

CO2 吸収塔

脱硫後の生成ガスをシフト反応させる

化学吸収法

石炭ガス化炉

水洗塔

CO, H2, N2

H2S 吸収塔

G GT AC

シフト反応 :CO + H2O ⇒CO2 + H2

Sweetシフト

Sourシフト

EAGLE

※吸収液MDEAは化学的に加え 物理的にもCO2を吸収できる

Page 9: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

再生塔再生 ベースケース

再生塔再生 削減ケース

加熱 フラッシュ再生

吸収再生 吸収液再生熱量 3.0 GJ/t-CO2 1.9 GJ/t-CO2 1.4 GJ/t-CO2

性能 CO2回収率 92 % 91 % 85 %

CO2純度 99.7 % 99.8 % 99.6 %

各運転条件において回収CO2純度99%以上を達成 吸収液再生熱量ロスの少ない加熱フラッシュ再生を検証(燃焼後回収の約半分)

項目 H2S=20ppm H2S=200ppm 目標 CO2回収率(%) 93 94 ≧90.0

CO2純度(%) 99.0 98.0 ≧98.0

回収CO2中H2S濃度(ppm) 17 191 20 or 200

原単位(GJe/t-CO2) 0.41 0.40 ≦0.44

パラメータ変化試験結果を踏まえて、パラメータ最適化試験を実施。 パラメータ最適化試験の結果、CO2回収率≧90% 及びCO2 純度 ≧98%を満たし

CO2回収エネルギーを化学吸収法から更に▲10%削減を達成。

2-3 EAGLEの試験成果

化学吸収

物理吸収

EAGLE

Page 10: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

発電効率 (送電端HHV:%)

効率低下 (%)

IGCC (CO2回収なし)

45.6

ベース

IGCC+CO2回収 (化学吸収法)

37.8(Step2) 38.3 (Step3)

▲7.8 ▲7.3

IGCC+CO2回収 (物理吸収法)

39.2

▲6.4

[試算の前提条件] ・発電出力 370MW ・1500℃級GT採用 ・CO2回収率90%

2-4 EAGLE成果を反映した効率試算

商用機での採用が期待される1500℃級ガスタービンの新設IGCCプラントの効率試算では「物理吸収法」が高効率となる。

商用規模の新設IGCC-CO2回収プラントでの発電効率の試算

EAGLE

Page 11: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

2-5 IGCC+CO2回収(物理吸収)ヒートバランス

COシフト反応用の蒸気、ガス精製用のリボイラ熱源に必要な蒸気は、排熱回収ボイラ(HRSG)からの抽気でヒートバランスがとれるため、蒸気タービンからの抽気は必要ない。

給水 加熱

ガス 冷却 リボイラ

加熱 吸収塔

高圧タービン 中圧タービン 低圧タービン

低圧抽気

粗精製 ガス

No.1 No.2 No.3

給水 GTへ

シフト反応設備 熱回収設備 物理吸収設備

HP IP LP LP

370MW商業機

140℃

150℃

蒸気タービンへ

HRSG(排熱回収ボイラ)

給水

タービン抽気は必要はない

EAGLE

Page 12: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

2-6 EAGLE:Sweetシフト反応器での課題と対策

石炭ガスはCO濃度が高く、No.1高温シフト反応器出口温度が高くなるので対策が必要。 この課題を解決するため、No.1高温シフト反応器にバイパスラインを設置して反応温度を調整。

蒸気

HTS 反応器

精製ガス

HTS 反応器

LTS 反応器

バイパス弁

触媒 : Fe-Cr 系、Cu添加 (高温シフト) Cu-Zn 系 (低温シフト) 反応温度 : 約 300 ~ 500℃ (高温シフト) 約 200 ~ 300℃ (低温シフト)

200 250 300 350 400 450 500

シフト反応器温度(℃)

HTS制限 温度:480℃

LTS制限 温度:280℃

No.1 HTS

LTS

平衡線(No.2/3)

平衡線(No.1)

No.1シフト反応器バイパス

No.2 HTS バイパスなし(点線)

バイパスあり (実線)

EAGLE

Page 13: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

フィールドテスト装置 テスト触媒特性

初期性能

H2O/CO:1.2 mol/mol

CO

conve

rsio

n r

ate

[%]

100

80

60

40

20

0 180 190 200 210 220 230

Temperature[℃]

New Catalyst

Conventional Catalyst

触媒耐久性

CO

conve

rsio

n r

ate

[%]

100

80

60

40

20

0 0 200 400 600 800 1000

Continuous reaction time[h]

Inlet temperature:200 ℃

H2O/CO:1.2 mol/mol

New Catalyst

theoretical conversion

テスト触媒

CO + H2O→ CO2 + H2

syngas steam

Shift reactor

Shift reaction

Shift catalyst

H2O

/CO

ratio

(m

ol/m

ol) 30%

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0

Conventional New

2-7 EAGLE: 低温Sourシフト触媒の開発 EAGLEで1,000時間の実ガステストを実施、性能は確認。触媒の長期信頼性の検証を計画中。 商用プラントでの発電効率を+0.8%向上できる。また、運用性(H2S濃度維持)も改善される。

Page 14: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

西 暦 ( 年 度 )

平 成 ( 年 度 )

【170MW級実証プロジェクト】

NEDO 【EAGLEプロジェクト】

NEDO 高濃度水素対応低NOx技術開発

運転試験 (試運転含む)

STEP1 JPOWER

大崎クールジェン (中国電力/JPOWER)

日立

詳細設計・建設 (製作・据付・調整)

運転試験 CO2回収装置 詳細設計/建設

基本計画 基本設計 最適化検討

▼着工 ▼試験開始

'05 '06 '07 '08 '09 '10 '11 '12 '13 '14 '15 '16 '17 '18 '19 '20 '21 '22 '23

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

CO2物理吸収法

STEP3

2-8 EAGLEから大崎クールジェン実証に向けて

▼着工 ▼試験開始

STEP2 石炭ガス化技術 CO2化学吸収法 炭種拡大

運転試験 IGFC 設計/建設

実ガス燃焼 試験(若松) マルチバーナ開発

低温サワーシフト触媒開発 低温シフト

触媒

OCG

Page 15: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

石炭火力発電所として具備すべき運用性、信頼性を有する「IGCC+CO2回収」システムを構築し、商用化の目処を得ること。 通常の石炭火力発電所では発電出力変化幅で50%~100%(定格出力)、発電出力変化速度が1~3%/分といった運転がなされており、IGCCシステムにCOシフト反応器やCO2回収装置が付加された場合でも、高効率発電を維持すると同時に、CO2を安定的に回収できること。

世界最高水準の効率を誇る石炭ガスからのCO2回収システムを構築すること。

CO2を回収しても発電効率40%程度と最新の微粉炭火力並みの効率を目指す。

2-9 OCG:第2段階の主な検証目的

第2段階に向けて開発してきた要素技術をIGCC+CO2回収システムに組み込み、IGCC+ CO2回収プラントとして具備すべき性能、信頼性、運用性等を検証すること。

トータルシステムとしての最適化や新技術の適用などで、更なる効率向上を目指すこと。 既設設備に追設するケース、新設ケース、様々なケースを想定して検証を行うこと。 第三段階のIGFCシステム開発の諸課題に向けた検討に活用すること。

研究開発の最終(商用機)目標

第2段階実証の目的

OCG

Page 16: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

2-10 OCG:CO2分離回収実証試験計画フロー

既設追設となること等から、主な試験フローは《Sweetシフト+1段物理吸収法》を採用。石炭ガスの15%を分岐、CO2回収プロセスでの回収効率は90%。(CO2回収量は約400t/日)

物理吸収方式はEAGLEステップ3で検証したセレクソール法の《改良プロセス》を採用。 《低温Sourシフト触媒》の長期信頼性検証は試験ループで実施。 ⇒ IGCCプラントとの協調性、吸収プロセスの改良、低温Sourシフト触媒の長期信頼性

OCG

(参考)効率向上の方策 (1)最適システムの選定: 熱ロス、動力ロスの少ないプロセスの選定 (2)シフト反応蒸気量の低減:供給蒸気量の低減による蒸気タービン出力減少の抑制 (3)CO2吸収・再生プロセスの最適化: 吸収液循環用の動力低減や再生用エネルギーの低減 (4)熱回収システムの最適化: 熱回収による蒸気タービン出力減少の抑制

Page 17: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

2-11 大崎クールジェン実証プラント完成予想図

中国電力㈱ 大崎発電所1-1号

新設排水処理設備 空気分離設備 複合発電設備

CO2分離回収設備 (第2段階で追設予定)

石炭ガス化設備

凡 例 IGCC実証試験設備 既設1-1号機設備

ガス精製設備

既設排水処理設備

屋内貯炭設備

中国電力(株) 大崎発電所

OCG

Page 18: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

2-12 石炭ガスの多用途利用におけるCO2分離プロセス

合成燃料 GTL SNG等

シフト反応器

CO2貯留・利用 CO2

水素製造(H2)

ガス精製

空気分離装置

石炭

石炭ガス化炉

酸素

合成燃料製造

シフト反応:CO + H2O ⇒ CO2 + H2

酸素吹石炭ガス化技術は、石油,天然ガス代替の「合成燃料製造」、「水素製造」など多様な用途に展開できる。

その製造プロセスではCO2分離工程が必要なためCO2分離プロセスの効率化・低コスト化は、各製造システムの経済性向上につながる。

H2 CO2分離

CO2分離

※製品の種類によりC/H比を調整 CO2 H2

CO H2

H2O

OCG

Page 19: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

3-1 日豪共同 酸素燃焼CCS実証事業

酸素製造設備 CO2圧縮・液化設備

●発電所サイト(豪州カライド) 名称: CS Energy社 Callide A発電所 4号機を改造 出力:30MWe 運転:1966-2002(2002年以降商業運転を休止)

●CO2圧入試験(豪州) CO2貯留層:帯水層、深さ約1,400m 試験内容: ・CO2に含まれる可能性がある不純物(SOx, NOx, O2等) による貯留層への影響(地化学反応)試験 ・砂岩層へのCO2残留トラッピング試験

●実証試験成果 ・基本性能、運用性、環境性能、炭種変更試験を実施。 ・試験は、所期の成果が得られた。

●酸素燃焼とは 酸素とCO2で石炭を燃焼して、ボイラ排ガスの主成分をCO2としてCO2を回収する技術。

CO2回収

CO2貯留

豪州・カライド酸素燃焼プラント

豪州・貯留サイト

Oxy回収

Page 20: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

20

特 徴 大気に放出されるCO2を95%程度削減可能 CO2回収部の消費エネルギーを低減(熱エネルギーを使用しない) 既設ボイラ改造、既設ボイラリプレース、新設のケースに適用可能 NOx, SOx排出量が空気燃焼に比べ低減 実機での実証を完了、カライド酸素燃焼プロジェクトが世界の開発をリード

排ガス再循環系統

微粉炭

酸素製造装置 (ASU)

CO2回収システム(CPU) (圧縮・冷却)

O2

CO2, H2O

CO2,H2O

CO2

H2O

ボイラ

N2

空気

N2, O2

3-2 酸素燃焼技術の既設ボイラ適用とその特徴

既設設備改造:赤字部を追設

※IHIとJパワーが1990年代に共同研究を実施し基本技術を開発

Oxy回収

Page 21: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

3-3 ボイラ改造・新設設備の全容 Oxy回収

ボイラ改造後

ボイラ改造前 酸素製造装置(ASU):新設

CO2 圧縮・液化回収(CPU):新設

Page 22: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

3-4 カライド酸素燃焼プロジェクト 実証試験成果

実機石炭火力を改造しての酸素燃焼によるCO2回収プロセスを検証。 酸素燃焼運転: 10,268時間(連続運転約628時間:平成25年6月12日~7月8日) CO2回収装置総合運転: 5,661時間

目標および検証項目に対する状況

プラント信頼性 目標:稼働率90%以上 既設設備による影響を除き目標を概ね達成との評価。

多炭種対応性 目標:新規炭1炭種以上 カライド炭と他の3炭種の混焼による特性を確認。

検証項目1: 灰性状 酸素燃焼ボイラの様々な運転条件にて灰をサンプルリングし、灰中未燃分の状況を確認。

検証項目2: 火炉収熱特性

炉内の熱流束、ガス温度を計測し、酸素燃焼にてボイラ入口O2濃度27%で、ほぼ空気燃焼と同特性であることを確認した。商用機に向け酸素燃焼での収熱特性を解析。

検証項目3: 運用性

酸素燃焼ボイラの最低負荷確認試験と負荷変化率確認試験を完了。15MW(50%負荷)までの部分負荷運転や、負荷変化率1%-3%/minで安定運用を確認した。

検証項目4: 微量物質挙動 ボイラ系統とCPU系統の微量成分計測を実施、挙動特性を把握。

Oxy回収

Page 23: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

3-5 酸素燃焼技術/実用化検討 NEDO 国際エネルギー消費効率化等技術・システム実証事業: 石炭高効率利用システム案件等形成調査事業 《目 的》 CCS、CCUS導入が見込まれる地域を選定し、地域のパートナー企業/機関と導入可能性に対する 初期検討を実施すること。 《対象地域/発電所》 カナダ アルバータ州の既設石炭火力150~500MW規模を酸素燃焼に改造 《想定ビジネスモデル》 回収CO2をEOR用に販売。更に、空気分離装置で副生される窒素を地下資源

(シェールオイル・ガス等)開発や化学工業に販売し、経済性の向上を図る。

Chemical Plant (Feedstock or Inert Gas)

CO2

Oxyfuel Power Plant

CO2-EOR

N2

Shale Oil & Gas Production (N2 Fracturing)

《検討メンバー:カライドプロジェクト参加4社》 IHI(改造工事) 三井物産(事業モデル構築) JCOAL(窒素利用調査) Jパワー(運用性、脱硫検討)

【アルバータ州政府CCS補助金】 2008年に$2BのCCS案件補助金計画発表

(当初は3~5案件対象) Trunk Line、Quest の2件に計$1.3Bの補助金

交付決定(他の候補2件はキャンセル) 当初計画のうち$0.7Bが凍結状態

Oxy回収

Page 24: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

4-1 燃焼後回収フィージビリティスタディ事例(東芝)

• 吸収液加熱用蒸気の抽出: 中圧タービン排気管(第4抽気管) 蒸気圧力:701kPaA, 蒸気温度:301℃, 蒸気流量:136t/h(全体の約7%)

改造内容

第4抽気管本数 2本に改造

高中圧ケーシング

第4抽気管の本数に合わせて改造

中圧排気段落羽根 動翼羽根構造変更

スラスト軸受 既設流用 (ロータ改造により対応)

台湾電力公司 台中火力発電所(既設9号機)

発電出力 : 550MW CO2回収法:燃焼後回収(アミン系)

項目 ベース CO2回収(27%)

CO2回収量 0t 100万t/年(3000t/日)

CO2回収率 0% 27%

発電出力 541.9MW 526.8MW(-15.1MW)

送電端効率 (2.7GJ/t-CO2) 38.0% 34.8%(-3.2%)

吸収液の再生に多くの蒸気を必要とするため、再生用蒸気の供給方法の検討が重要になる。

出 典:NEDO石炭高効率利用システム案件形成調査事業 「台湾における既設石炭火力発電所へのCCS付設・更新プロジェクトの案件形成調査」(平成25年3月)

Post

Page 25: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

大崎クールジェンでIGCC+CO2回収システムが実証できれば、2030年代には世界最高水準のIGCC+CO2回収プラントの実用化が可能となる。

膜分離を始めとした革新的なCO2分離技術、革新的なCOシフト触媒の開発などによる大幅な効率向上とコストダウンを期待。

燃焼前回収

5-1 CO2分離回収技術の実用化見通し

ポストカライドプロジェクトとして数十万kW級プラントで実証できれば、2020年代後半での実用化は可能となる。

酸素製造技術、CO2液化回収技術の更なる効率化、コストダウンを期待。

酸素燃焼回収

CO2吸収プロセスは、ほぼ実用化レベルにある。 CO2再生に必要な蒸気を供給する方法として、タービン抽気の検証が必要と考えられる。

燃焼後回収

「燃焼前回収は大型実証」、「酸素燃焼回収は商用実証」、「燃焼後回収は商用化への移行段階」。ただし、更なる効率化、低コスト化が必須。

まとめ

Page 26: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

5-2 CO2分離回収技術開発の方向性

2020年 2030年 現在

CO2分離回収コスト

CO2分離回収エネルギー 4.0GJ/t-CO2 1.5GJ/t-CO2 1.0GJ/t-CO2

2,000円台/t-CO2 4,200円台/t-CO2 1,000円台/t-CO2

現段階 第1世代 第2世代 燃焼前回収 化学産業等で実績のある既存

技術の適用 ・Selexol ・Rectisol

・吸収液の改良 ・シフト蒸気量の低減 ・熱回収プロセスの最適化

膜分離

燃焼後回収 化学産業等で実績のある 既存技術の活用

・アミン系吸収液等

・吸収液の改良 ・再生用蒸気供給法の最適化

酸素燃焼 豪州カライドで実証 ・酸素製造エネルギー低減 ・CO2液化回収装置の最適化

膜分離による酸素製造

実用化に当たっては、CO2分離回収技術に伴う所要エネルギー、コストの大幅低減が必須。 2020年代までに、新たな吸収液やシフト触媒の開発、熱回収プロセスの改善などで現状プロセス

での大幅効率化を図る必要がある。 2030年代には、ガス分離膜など革新的な技術が開発されることを期待。

まとめ

「エネルギー関係技術開発ロードマップ」(平成26年12月)経済産業省

Page 27: 石炭火力からのCO2分離回収技術Ÿ³炭 H2O,N2 酸素燃焼 (Oxy-fuel ) 燃焼前回収 (Pre Combustion) 燃焼後回収 (Post Combustion) 微粉炭火力 石炭ガス化

27

ご清聴ありがとうございました

EAGLEプロジェクトは、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 (NEDO)との共同研究、資源エネルギー庁補助事業として実施したものです。 豪州カライド実証プロジェクトは資源エネルギー庁補助事業として実施したものです。

大崎クールジェンプロジェクトは資源エネルギー庁補助事業として実施しております。