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JP2001317307A - ガスタービン装置の排ガスから二酸化炭素を除去する方法とこの方法を実施する装置 - Google Patents

ガスタービン装置の排ガスから二酸化炭素を除去する方法とこの方法を実施する装置

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Publication number
JP2001317307A
JP2001317307A JP2001099803A JP2001099803A JP2001317307A JP 2001317307 A JP2001317307 A JP 2001317307A JP 2001099803 A JP2001099803 A JP 2001099803A JP 2001099803 A JP2001099803 A JP 2001099803A JP 2001317307 A JP2001317307 A JP 2001317307A
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JP
Japan
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carbon dioxide
exhaust gas
cycle
desorber
adsorber
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Withdrawn
Application number
JP2001099803A
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Inventor
Armin Schimkat
アルミン・シムカート
Juergen Baum
ユルゲン・バウム
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Alstom NV
Original Assignee
Alstom Power NV
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Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Power NV filed Critical Alstom Power NV
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン装置の排ガスから二酸化炭素
を簡単に除去することができ、排ガスが他の過程で熱回
収プロセスを受ける、方法を提供する。 【解決手段】 ガスタービン装置１１の排ガスが、後
続の熱回収プロセス１２，３３、特に水／蒸気サイクル
１２の熱回収蒸気発生器３３内で熱回収プロセスを受け
る、ガスタービン装置の排ガスから二酸化炭素を除去す
るための方法において、ガスタービン装置１１と熱回収
プロセス１２，３３の間で排ガスから二酸化炭素が取り
出され、二酸化炭素を除去するために、吸着器側が排ガ
ス流３９に接続され、脱着器側が二酸化炭素サイクル３
８に接続された回転する再生式吸着器／脱着器２２が使
用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの運
転を含む発電プラントエンジニアリングの分野、例えば
複合サイクル発電プラントに関する。本発明は請求項１
または請求項６の上位概念に記載した方法と装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】このような方法とこのような装置は例え
ば米国特許第５，８３２，７１２号明細書によって知ら
れている。
【０００３】特に天然ガス、石油および石炭のような化
石燃料の燃焼に起因する、地球大気内の二酸化濃度の上
昇（“グリーンハウス効果”）による天候の変化につい
て討議が増している中で、例えば化石燃料燃焼発電プラ
ントにおいて、大気に排出する前に、ボイラの煙道ガス
またはガスタービンの排ガスから、二酸化炭素を工業的
規模で除去するための提案が増えている。
【０００４】この提案の一つが米国特許第５，３４４，
６２７号明細書に記載されている。この場合、蒸気発電
プラントの化石燃料燃焼ボイラからの煙道ガスは、二酸
化炭素を吸着する液体に向流式に接触させられる。この
液体は例えばアルカノールアミンを含んでいる。液体に
よって吸収された二酸化炭素は液体サイクルの他の個所
で、再び液体から除去され、続いて液化される。必要な
吸着柱と再生柱を有する液体サイクルは、多大のプラン
トエンジニアリング的なコストを必要とする。
【０００５】米国特許第５，６６５，３１９号明細書に
よって知られている、二酸化炭素を含むガスから二酸化
炭素を除去するための他の提案は、液体の代わりに、粒
状の金属酸化物を使用する。この金属酸化物は二酸化炭
素を吸収することによって金属カルボナートに変換さ
れ、後で二酸化炭素を除去することによって再び金属酸
化物に戻される。その際、粒状の粉末は固着タワーと分
解炉の間のサイクル内で往復搬送されるかまたは固体の
粉末床を備えた２つの同じような装置が使用される。こ
の粉末床は二酸化炭素を交互に吸収および放出するため
に切換えて使用される。この方法の場合には、二酸化炭
素を再び分離する装置をそれぞれ外部加熱式の炉として
運転しなければならないという欠点がある。
【０００６】冒頭に述べた米国特許第５，８３２，７１
２号明細書では、排ガスを、熱回収蒸気発生器を通過さ
せた後で、吸着柱内で二酸化炭素を吸着する液体に接触
させることにより、ガスタービン装置の排ガスから二酸
化炭素を除去することが提案されている。この場合に
も、吸着する液体の液体サイクルのためにプラントエン
ジニアリング的なコストがかかるという欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ガス
タービン装置の排ガスから二酸化炭素を簡単に除去する
ことができ、排ガスが他の過程で熱回収プロセスを受け
る、方法と装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明に従
い、請求項１と６記載の特徴によって解決される。本発
明の要部は、二酸化炭素の除去が熱回収プロセスの前の
高い温度レベルで行われ、そして除去するために、吸着
コーティングを備えた回転する再生式吸着器／脱着器が
使用され、この吸着器／脱着器が排ガス流と別個の二酸
化サイクルとの間で作動することにある。
【０００９】本発明による方法の第１の好ましい実施形
は、ガスタービン装置と吸着器／脱着器の間で、熱が排
ガスから二酸化炭素サイクルに伝達されることを特徴と
する。これによって、二酸化炭素サイクルでは、吸着側
よりも高い温度レベルが簡単に達成される。この温度レ
ベルは吸着器／脱着器内の吸収された二酸化炭素を遊離
するために必要である。
【００１０】方法の他の実施形に従って、熱回収プロセ
スが、熱回収蒸気発生器を有する水／蒸気サイクルを備
え、排ガスが熱を二酸化炭素サイクルに伝達した後で吸
着器／脱着器に入る前に、水／蒸気サイクル内の蒸気を
過熱するために使用されると、吸着器／脱着器の吸着側
と脱着側の間の温度差を更に拡大させることができる。
【００１１】ガスタービン装置のガスタービンから出る
ときの排ガスの温度が二酸化炭素サイクルの加熱のため
に充分でないときには、熱を二酸化炭素サイクルに伝達
する前に排ガスを付加的に加熱すると合目的である。
【００１２】排ガスから除去された二酸化炭素に対応す
る部分流は、二酸化炭素サイクルから分岐され、続いて
冷却される。
【００１３】本発明による装置の好ましい実施形では、
ガスタービン装置と吸着器／脱着器の間に、熱交換器が
配置され、この熱交換器が二酸化炭素サイクルに接続さ
れていることと、熱回収手段が熱回収蒸気発生器を有す
る水／蒸気サイクルを備え、第１の熱交換器と吸着器／
脱着器の間に、水／蒸気サイクル内の蒸気を過熱するた
めの第２の熱交換器が配置されていることを特徴とす
る。
【００１４】吸着器／脱着器がコーティングされたユン
グストローム式熱交換器のように形成され、二酸化炭素
を吸着および脱着するための大きな反応表面を備え、二
酸化炭素サイクルと吸着側との間の熱の伝達を低減する
ために、コーティングを支持する支持材料または吸着器
／脱着器の反応コーティングとこの支持材料との間に配
置された中間層が低い熱伝導率を有すると有利である。
【００１５】他の実施形は従属請求項から明らかであ
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、図に関連しておよび実施の
形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
【００１７】図１は、排ガスから二酸化炭素を除去する
ための装置を備えた複合サイクル発電プラント１０のプ
ラント図である。この発電プラント１０は実質的に３つ
のプラント部分、すなわち互い連結されたガスタービン
装置１１、水／蒸気サイクル（水／蒸気回路）１２およ
び二酸化炭素サイクル（二酸化炭素回路）３８を備えて
いる。
【００１８】ガスタービン装置１１は圧縮機１４、第１
の燃焼室１５およびガスタービン１６を備えている。圧
縮機は空気入口１８から燃焼空気を吸込み、圧縮する。
圧縮された空気は（液状またはガス状の）燃料を燃焼す
るために第１の燃焼室１５で使用される。燃焼時に発生
する高温ガスはガスタービン１６で膨張する。ガスター
ビンは共通のロータを介して圧縮機１４を駆動し、接続
された第１の発電機１３を介して電流を発生する。ガス
タービン１５からの排ガス３９は後述する複数の中間段
（１９，２０，２１，２２）を通過した後で、水／蒸気
サイクル１２内に設けられた廃熱ボイラ（熱回収蒸気発
生器ＨＲＳＧ）３３に供給される。この熱回収蒸気発生
器では、排ガス４０から熱を回収し、この熱は蒸気を発
生するために使用される。本発明の範囲内において、熱
回収蒸気発生器３３または水／蒸気サイクル１２の代わ
りに、他の熱回収プロセスを設けることができる。
【００１９】給水ポンプ３１によって給水タンク／脱気
器３０から送出された供給水は、熱回収蒸気発生器３３
において、エコノマイザ３４で予熱され、そして蒸気ド
ラム３２に接続された蒸発器３５で蒸発させられ、続い
て過熱器３６で過熱される。生蒸気は蒸気タービン２９
で膨張し、後続の凝縮器２７で凝縮され、凝縮液ポンプ
２６によって給水タンク／脱気器３０に戻される。通常
は複数の圧力段を有する蒸気タービン２９は第２の発電
機２８を駆動する。しかし、この蒸気タービンをガスタ
ービン１６に連結してもよい。
【００２０】ガスタービン１６から来る排ガス３９は二
酸化炭素を含んでいる。この二酸化炭素はプラント部分
１９〜２５，３７，３８によって排ガスから除去され、
分離されて更に処理される。その際、二酸化炭素サイク
ル３８は、熱回収蒸気発生器３３に流れる排ガス４０よ
りもはるかに高い温度である。排ガス３９はガスタービ
ン１６を出た後で先ず最初に、第１の燃焼室１５のよう
に燃料入口１７から燃料を供給される第２の燃焼室１９
内で加熱される。それによる温度上昇は、後続の第１の
熱交換器２０内で、排ガス３９から二酸化炭素サイクル
３８への充分な熱伝達を可能にする。出口温度の高い将
来のガスタービンジェネレーションの場合、第２の燃焼
室１９を省略することができるかもしれない。
【００２１】排ガス３９が二酸化炭素を除去するため
に、回転軸線２３回りに回転する再生式吸着器／脱着器
２２に入る前に、排ガス３９は水／蒸気サイクル１２内
の蒸気を更に過熱する働きをする第２の熱交換器２１で
更に冷却される。回転する吸着器／脱着器２２では、排
ガス３９に含まれる二酸化炭素が低い温度で再生式吸着
器表面４２に吸着され、そして回転軸線２３回りに二酸
化炭素サイクル３８の側へ回転し、そこで上昇した温度
で脱着される。しかし、吸着器／脱着器２２の回転する
部品によって、二酸化炭素が排ガス流３９から二酸化炭
素サイクル３８に搬送されるだけでなく、それとは逆に
熱が二酸化炭素サイクル３８から排ガス流４０に伝達さ
れる。この不所望な熱の伝達は、反応表面コーティング
４２とこのコーティングを支持する支持材料（ロータ）
４１との間に低熱伝導率の中間層４３が配置されている
ことによってあるいは支持材料４１自体が断熱作用する
ことによって制限することができる。
【００２２】二酸化炭素の少ない排ガス４０が吸着器／
脱着器２２を出た後で熱を回収するために熱回収蒸気発
生器３３に案内される間、ファン２４によって二酸化炭
素サイクル３８内を循環する二酸化炭素から、単位時間
あたりに排ガス３９から除去される二酸化炭素に相当す
る部分流が分岐し、他の熱交換器２５内で冷却した後で
二酸化炭素出口３７を経て他の使用のために取り出され
る。吸着器／脱着器２２内で脱着を持続するために、循
環する二酸化炭素が第１の熱交換器２０で加熱される。
【００２３】吸着器／脱着器２２は好ましくは、コーテ
ィングされたユングストローム式熱交換器のように構成
されている。このユングストローム式熱交換器の主要な
要素は、回転軸線２３回りに回転する支持構造体４１で
ある。この支持構造体には、二酸化炭素を吸着および脱
着するための大きな表面を有する反応材料４２と、場合
によっては断熱作用を有する中間層４３がコーティング
されている。このような装置自体は知られている（例え
ば米国特許第３，８６５，９２４号明細書または米国特
許第５，４６４，４６８号明細書または米国特許第４，
７７８，４９２号明細書参照）。
【図面の簡単な説明】
【図１】複合サイクル発電プラントの形をした本発明に
よる装置の好ましい実施の形態を示す図である。
【図２】吸着器／脱着器を詳細に示す図である。
【符号の説明】
１０ 複合サイクル発電プラン
ト １１ ガスタービン装置 １２ 水／蒸気サイクル １３，２８ 発電機 １４ 圧縮機 １５，１９ 燃焼室 １６ ガスタービン １７ 燃料入口 １８ 空気入口 ２０，２１，２５ 熱交換器 ２２ 吸着器／脱着器（回転す
る再生式） ２３ 回転軸線 ２４ ファン ２６ 凝縮液ポンプ ２７ 凝縮器 ２９ 蒸気タービン ３０ 給水タンク／脱気器 ３１ 給水ポンプ ３２ 蒸気ドラム ３３ 熱回収蒸気発生器（ＨＲ
ＳＧ） ３４ エコノマイザ ３５ 蒸発器 ３６ 過熱器 ３７ 二酸化炭素出口 ３８ 二酸化炭素サイクル ３９ 二酸化炭素を多く含む排
ガス ４０ 二酸化炭素の少ない排ガ
ス ４１ 支持材料（ロータ） ４２ 吸着／脱着コーティング ４３ 断熱中間層

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービン装置（１１）の排ガスが後
    続の熱回収プロセス（１２，３３）、特に水／蒸気サイ
    クル（１２）の熱回収蒸気発生器（３３）内で熱回収プ
    ロセスを受ける、ガスタービン装置の排ガスから二酸化
    炭素を除去するための方法において、ガスタービン装置
    （１１）と熱回収プロセス（１２，３３）の間で排ガス
    （３９）から二酸化炭素が取り出され、二酸化炭素を除
    去するために、吸着器側が排ガス流（３９）に接続さ
    れ、脱着器側が二酸化炭素サイクル（３８）に接続され
    た回転する再生式吸着器／脱着器（２２）が使用される
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 ガスタービン装置（１１）と吸着器／脱
    着器（２２）の間で、熱が排ガスから二酸化炭素サイク
    ル（３８）に伝達されることを特徴とする請求項１記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 熱回収プロセスが、熱回収蒸気発生器を
    有する水／蒸気サイクル（１２）を備え、排ガス（３
    ９）が熱を二酸化炭素サイクル（３８）に伝達した後で
    吸着器／脱着器（２２）に入る前に、水／蒸気サイクル
    （１２）内の蒸気を過熱するために使用されることを特
    徴とする請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 排ガス（３９）が熱を二酸化炭素サイク
    ル（３８）に伝達する前に付加的に加熱されることを特
    徴とする請求項２または３記載の方法。
  5. 【請求項５】 排ガスから除去された二酸化炭素に対応
    する部分流が、二酸化炭素サイクル（３８）から分岐さ
    れ、続いて冷却されることを特徴とする請求項１〜４の
    いずれか一つに記載の方法。
  6. 【請求項６】 ガスタービン装置（１１）と、ガスター
    ビン装置（１１）の排ガスから熱を回収するための後続
    配置の手段（１２，３３）とを備えている、請求項１〜
    ５のいずれか一つに記載の方法を実施するための装置に
    おいて、ガスタービン装置（１１）と熱回収手段（１
    ２，３３）の間に、回転する再生式の吸着器／脱着器
    （２２）が配置され、この吸着器／脱着器の吸着器側が
    排ガス流に接続され、脱着器側が二酸化炭素サイクル
    （３８）に接続されていることを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 ガスタービン装置（１１）と吸着器／脱
    着器（２２）の間に、第１の熱交換器（２０）が配置さ
    れ、この熱交換器が二酸化炭素サイクル（３８）に接続
    されていることを特徴とする請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 熱回収手段が熱回収蒸気発生器（３３）
    を有する水／蒸気サイクル（１２）を備え、第１の熱交
    換器（２０）と吸着器／脱着器（２２）の間に、水／蒸
    気サイクル（１２）内の蒸気を過熱するための第２の熱
    交換器（２１）が配置されていることを特徴とする請求
    項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 第１の熱交換器（２０）の手前に、ガス
    タービン（１１）からの排ガス（３９）を過熱するため
    の付加的な手段（１９）が配置されていることを特徴と
    する請求項７または８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 二酸化炭素サイクル（３８）から二酸
    化炭素出口（３７）が分岐し、二酸化炭素出口（３７）
    内に、分岐された二酸化炭素を冷却するための熱交換器
    （２５）が配置されていることを特徴とする請求項６〜
    ９のいずれか一つに記載の装置。
  11. 【請求項１１】 吸着器／脱着器（２２）がコーティン
    グされたユングストローム式熱交換器のように形成さ
    れ、二酸化炭素を吸着および脱着するための大きな反応
    表面（４２）を備えていることを特徴とする請求項６〜
    １０のいずれか一つに記載の装置。
  12. 【請求項１２】 反応コーティング（４２）とこのコー
    ティングを支持する支持材料（４１）との間に、熱伝導
    しにくい中間層（４３）が配置されていることを特徴と
    する請求項１１記載の装置。
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