JP4094185B2 - 冷熱利用発電システム - Google Patents
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化天然ガス（以下、ＬＮＧと称する）の保有している冷熱を有効に利用して発電を行う冷熱利用発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＮＧが保有している冷熱は、莫大であるにもかかわらず、ＬＮＧのガス化に海水が用いられているため、ＬＮＧの液化エネルギーの大半が海に捨てられているのが現状である。ＬＮＧの冷熱利用は、約２５％程度に過ぎない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＮＧの冷熱を利用する方法としては、空気の深冷分離、冷熱発電、低温破砕などがあるが、中でも、冷熱発電が最も有効な方法であると思われる。
【０００４】
しかしながら、従来の冷熱発電は、旧来のランキンサイクル方式を利用したものであるから効率が悪く、処理するＬＮＧに比べて出力が低い。
【０００５】
本発明の目的は、従来の問題を解消し、ＬＮＧの冷熱を有効に利用して高効率の発電が可能である冷熱利用発電システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる冷熱利用発電システムは、作業流体である高圧の二酸化炭素、蒸気及び酸素の存在下で燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で生じた高温高圧の燃焼ガスを動力源とするガスタービンと、該ガスタービンにより駆動される発電機と、前記ガスタービンの排ガスから廃熱を回収する廃熱ボイラと、該廃熱ボイラを経たガスタービン排ガス中から二酸化炭素を分離すると同時に低温高圧の包接化合物を分解させる凝縮器と、該凝縮器で分離された二酸化炭素を昇圧するコンプレッサと、該コンプレッサで昇圧された二酸化炭素と液化天然ガスとを熱交換させて液化天然ガスをガス化させると同時に昇圧された二酸化炭素を０℃以下に冷却する気化器と、該気化器で冷却された二酸化炭素と純水及び溶媒を混合反応させて生成した包接化合物を蓄える貯蔵タンクと、該貯蔵タンクに蓄えられている包接化合物をガスタービンの要求圧まで昇圧するポンプにより閉ループサイクルを形成して成ることを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、コンプレッサによって昇圧された二酸化炭素とＬＮＧとを気化器にて熱交換させてＬＮＧをガス化させる一方、ＬＮＧの冷熱を利用して二酸化炭素を０℃以下に冷却する。そして、０℃以下に冷却された二酸化炭素と純水及び溶媒を混合させてハイドレート又はクラスレート（以下、包接化合物と称する）を生成させる。貯蔵タンクに蓄えられた包接化合物は、ポンプによってガスタービンの要求圧まで昇圧されたのち、凝縮器を通過する間にガスタービンの排ガスと熱交換してガスタービン排ガス中の二酸化炭素を分離する一方、自分自身も分解し、作業流体ガス、即ち、高圧の二酸化炭素及び蒸気となって燃焼器に供給される。
【０００８】
更に説明すると、液化天然ガス（ＬＮＧ）の冷熱によって０℃以下に冷却された二酸化炭素と純水との混合時に純水の製氷現象が優先され、包接化合物の生成が困難な場合がある。純水中に、ある種の溶媒、例えば、アルコールやアルコール類などを混合すると、純水の氷結がなく、選択的に包接化合物を生成することが可能であるため、上記溶媒を同時に混合させる。溶媒は、比重差を利用して包接化合物から分離可能であるから循環して使用される。
【０００９】
一方、ガスタービンの高温部分、例えば、タービン翼列に、燃焼器に供給する作動流体（二酸化炭素及び蒸気）の一部を導入することにより、ガスタービンの高温部分を冷却することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は本発明の冷熱利用発電システムの概略図であり、本システムは、燃焼器１と、ガスタービン２と、廃熱ボイラ３と、凝縮器４と、コンプレッサ５と、気化器６と、貯蔵タンク７と、ポンプ８により、閉ループサイクル９を形成している。そして、作業流体である二酸化炭素（ＣＯ2 ）が、上記閉ループサイクル９を循環するようになっている。
【００１２】
上記燃焼器１は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を燃料ｃとしており、これに極力理論空気量に相当する量の純酸素（Ｏ2 ）ｂを供給して燃焼させている。燃焼器１で生じた高温高圧の燃焼ガスｄは、ガスタービン２に導入され、発電機１０を駆動する動力源になっている。
【００１３】
上記ガスタービン２から排出された排ガスｅは、廃熱回収する廃熱ボイラ３を経て凝縮器４に導入される。凝縮器４は、ポンプ８によって昇圧された０℃以下の二酸化炭素ハイドレート又はクラスレート（以下、包接化合物と称する）ｈを利用して排ガスｅ中の蒸気（Ｈ2 Ｏ）を凝集し、除去するようになっている。
【００１４】
蒸気（Ｈ2 Ｏ）を分離したガス状の二酸化炭素（ＣＯ2 ）ｇは、作業流体として閉ループサイクル９に戻されるが、燃焼の際に生じた余分な二酸化炭素などは、排気ｆとして大気中に放出される。
【００１５】
ガス状の二酸化炭素（ＣＯ2 ）ｇは、コンプレッサ５によって昇圧（２ａｔｍ）されたのち、気化器６に導入される。そして、液化天然ガス（ＬＮＧ）ｊと熱交換して液化天然ガス（ＬＮＧ）ｊをガス化させる一方、自分自身も０℃以下、即ち、マイナス４５℃に冷却される。
【００１６】
ＬＮＧによってマイナス４５℃に冷却されたガス状の二酸化炭素ｇは、純水（Ｈ2 Ｏ）ｗ、およびアルコールやアルコール類などの溶媒ｉと一緒に図示しないノズルから貯蔵タンク７内に噴出され、包接化合物ｈを選択的に生成する。貯蔵タンク７に貯蔵された包接化合物ｈは、ポンプ８によってガスタービン２の要求圧まで昇圧されたのち、凝縮器４に供給される。そして、ガスタービン２の排ガスｅと熱交換して分解されたのち、高圧の作業流体ガス（二酸化炭素及び蒸気）ａとして燃焼器１に供給される。
【００１７】
溶媒ｉの一部は、比重差を利用して包接化合物ｈから分離され、ポンプ１５を有する循環ライン１６を経て図示しないノズルに戻される。水槽１１には、純水ｗ及び溶媒ｉが補給されるようになっている。
【００１８】
一方、ガスタービン２の高温部分、例えば、タービン翼（図示せず）の部分は、燃焼器１の手前で配管１２から分岐した分岐管１３を経て供給される高圧の作業流体ガス（二酸化炭素及び蒸気）ａによって冷却されるようになっている。また、廃熱ボイラ３は、起動用バーナー１４を備えている。
【００１９】
一般に、純酸素（Ｏ2 ）の製造に要する原単価は高いが、ＬＮＧが保有している冷熱を利用した深冷分離法を利用すると、比較的安価に純酸素（Ｏ2 ）を製造することができる。
【００２０】
【実施例】
（実施例）
本発明の発電効率と、通常のガスタービン発電（以下、通常のＧＴ発電と称する）の発電効率を「表１」に示す。この「表１」から本発明の方が通常のＧＴ発電より発電効率が格段に高いことが分かる。
【００２１】
なお、発電出力は、いずれも、２４，０００ｋＷに設定した。また、「表１」中、※１は、残存酸素が３．６％有り、また、※２は、深冷分離法による酸素製造時の製造動力を差し引いた後の発電効率を示している。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、作業流体である高圧の二酸化炭素、蒸気及び酸素の存在下で燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で生じた高温高圧の燃焼ガスを動力源とするガスタービンと、該ガスタービンにより駆動される発電機と、前記ガスタービンの排ガスから廃熱を回収する廃熱ボイラと、該廃熱ボイラを経たガスタービン排ガス中から二酸化炭素を分離すると同時に低温高圧の包接化合物を分解させる凝縮器と、該凝縮器で分離された二酸化炭素を昇圧するコンプレッサと、該コンプレッサで昇圧された二酸化炭素と液化天然ガスとを熱交換させて液化天然ガスをガス化させると同時に昇圧された二酸化炭素を０℃以下に冷却する気化器と、該気化器で冷却された二酸化炭素と純水及び溶媒を混合反応させて生成した包接化合物を蓄える貯蔵タンクと、該貯蔵タンクに蓄えられている包接化合物をガスタービンの要求圧まで昇圧するポンプにより閉ループサイクルを形成させたので、次のような優れた効果を有する。
【００２４】
すなわち、
▲１▼ ＬＮＧの冷熱を有効に利用することにより、従来、海に捨てられていたＬＮＧの液化エネルギーの一部を電力として高効率で回収することが可能になった。
【００２５】
▲２▼ 作業流体である二酸化炭素に付与する純水中にアルコールやアルコール類などの溶媒を混合させることにより、純水の製氷現象を抑制することが可能になり、安定した運転が可能になった。
【００２６】
▲３▼ 燃焼に必要な酸素濃度を任意に制御できるため、燃焼排ガス中の酸素濃度を少なくでき、ＮＯｘなどの削減にも寄与することが可能である。
【００２７】
▲４▼ 通常の空気圧縮機が不要であり、既存のガスタービンよりコスト的に安価である。
【００２８】
▲５▼ 凝縮器の作業流体（非凝縮ガス）の分圧を増大することができ、凝縮器をコンパクト化することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷熱利用発電システムの系統図である。
【符号の説明】
１ 燃焼器
２ ガスタービン
３ 廃熱ボイラ
４ 凝縮器
５ コンプレッサ
６ 気化器
７ 貯蔵タンク
８ ポンプ
９ 閉ループサイクル
１０ 発電機
ｂ 酸素
ｃ 燃料
ｄ 燃焼ガス
ｅ ガスタービン排ガス
ｇ 二酸化炭素
ｈ 包接化合物
ｉ 溶媒
ｊ 液化天然ガス
ｗ 純水
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化天然ガス（以下、ＬＮＧと称する）の保有している冷熱を有効に利用して発電を行う冷熱利用発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＮＧが保有している冷熱は、莫大であるにもかかわらず、ＬＮＧのガス化に海水が用いられているため、ＬＮＧの液化エネルギーの大半が海に捨てられているのが現状である。ＬＮＧの冷熱利用は、約２５％程度に過ぎない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＮＧの冷熱を利用する方法としては、空気の深冷分離、冷熱発電、低温破砕などがあるが、中でも、冷熱発電が最も有効な方法であると思われる。
【０００４】
しかしながら、従来の冷熱発電は、旧来のランキンサイクル方式を利用したものであるから効率が悪く、処理するＬＮＧに比べて出力が低い。
【０００５】
本発明の目的は、従来の問題を解消し、ＬＮＧの冷熱を有効に利用して高効率の発電が可能である冷熱利用発電システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる冷熱利用発電システムは、作業流体である高圧の二酸化炭素、蒸気及び酸素の存在下で燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で生じた高温高圧の燃焼ガスを動力源とするガスタービンと、該ガスタービンにより駆動される発電機と、前記ガスタービンの排ガスから廃熱を回収する廃熱ボイラと、該廃熱ボイラを経たガスタービン排ガス中から二酸化炭素を分離すると同時に低温高圧の包接化合物を分解させる凝縮器と、該凝縮器で分離された二酸化炭素を昇圧するコンプレッサと、該コンプレッサで昇圧された二酸化炭素と液化天然ガスとを熱交換させて液化天然ガスをガス化させると同時に昇圧された二酸化炭素を０℃以下に冷却する気化器と、該気化器で冷却された二酸化炭素と純水及び溶媒を混合反応させて生成した包接化合物を蓄える貯蔵タンクと、該貯蔵タンクに蓄えられている包接化合物をガスタービンの要求圧まで昇圧するポンプにより閉ループサイクルを形成して成ることを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、コンプレッサによって昇圧された二酸化炭素とＬＮＧとを気化器にて熱交換させてＬＮＧをガス化させる一方、ＬＮＧの冷熱を利用して二酸化炭素を０℃以下に冷却する。そして、０℃以下に冷却された二酸化炭素と純水及び溶媒を混合させてハイドレート又はクラスレート（以下、包接化合物と称する）を生成させる。貯蔵タンクに蓄えられた包接化合物は、ポンプによってガスタービンの要求圧まで昇圧されたのち、凝縮器を通過する間にガスタービンの排ガスと熱交換してガスタービン排ガス中の二酸化炭素を分離する一方、自分自身も分解し、作業流体ガス、即ち、高圧の二酸化炭素及び蒸気となって燃焼器に供給される。
【０００８】
更に説明すると、液化天然ガス（ＬＮＧ）の冷熱によって０℃以下に冷却された二酸化炭素と純水との混合時に純水の製氷現象が優先され、包接化合物の生成が困難な場合がある。純水中に、ある種の溶媒、例えば、アルコールやアルコール類などを混合すると、純水の氷結がなく、選択的に包接化合物を生成することが可能であるため、上記溶媒を同時に混合させる。溶媒は、比重差を利用して包接化合物から分離可能であるから循環して使用される。
【０００９】
一方、ガスタービンの高温部分、例えば、タービン翼列に、燃焼器に供給する作動流体（二酸化炭素及び蒸気）の一部を導入することにより、ガスタービンの高温部分を冷却することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は本発明の冷熱利用発電システムの概略図であり、本システムは、燃焼器１と、ガスタービン２と、廃熱ボイラ３と、凝縮器４と、コンプレッサ５と、気化器６と、貯蔵タンク７と、ポンプ８により、閉ループサイクル９を形成している。そして、作業流体である二酸化炭素（ＣＯ2 ）が、上記閉ループサイクル９を循環するようになっている。
【００１２】
上記燃焼器１は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を燃料ｃとしており、これに極力理論空気量に相当する量の純酸素（Ｏ2 ）ｂを供給して燃焼させている。燃焼器１で生じた高温高圧の燃焼ガスｄは、ガスタービン２に導入され、発電機１０を駆動する動力源になっている。
【００１３】
上記ガスタービン２から排出された排ガスｅは、廃熱回収する廃熱ボイラ３を経て凝縮器４に導入される。凝縮器４は、ポンプ８によって昇圧された０℃以下の二酸化炭素ハイドレート又はクラスレート（以下、包接化合物と称する）ｈを利用して排ガスｅ中の蒸気（Ｈ2 Ｏ）を凝集し、除去するようになっている。
【００１４】
蒸気（Ｈ2 Ｏ）を分離したガス状の二酸化炭素（ＣＯ2 ）ｇは、作業流体として閉ループサイクル９に戻されるが、燃焼の際に生じた余分な二酸化炭素などは、排気ｆとして大気中に放出される。
【００１５】
ガス状の二酸化炭素（ＣＯ2 ）ｇは、コンプレッサ５によって昇圧（２ａｔｍ）されたのち、気化器６に導入される。そして、液化天然ガス（ＬＮＧ）ｊと熱交換して液化天然ガス（ＬＮＧ）ｊをガス化させる一方、自分自身も０℃以下、即ち、マイナス４５℃に冷却される。
【００１６】
ＬＮＧによってマイナス４５℃に冷却されたガス状の二酸化炭素ｇは、純水（Ｈ2 Ｏ）ｗ、およびアルコールやアルコール類などの溶媒ｉと一緒に図示しないノズルから貯蔵タンク７内に噴出され、包接化合物ｈを選択的に生成する。貯蔵タンク７に貯蔵された包接化合物ｈは、ポンプ８によってガスタービン２の要求圧まで昇圧されたのち、凝縮器４に供給される。そして、ガスタービン２の排ガスｅと熱交換して分解されたのち、高圧の作業流体ガス（二酸化炭素及び蒸気）ａとして燃焼器１に供給される。
【００１７】
溶媒ｉの一部は、比重差を利用して包接化合物ｈから分離され、ポンプ１５を有する循環ライン１６を経て図示しないノズルに戻される。水槽１１には、純水ｗ及び溶媒ｉが補給されるようになっている。
【００１８】
一方、ガスタービン２の高温部分、例えば、タービン翼（図示せず）の部分は、燃焼器１の手前で配管１２から分岐した分岐管１３を経て供給される高圧の作業流体ガス（二酸化炭素及び蒸気）ａによって冷却されるようになっている。また、廃熱ボイラ３は、起動用バーナー１４を備えている。
【００１９】
一般に、純酸素（Ｏ2 ）の製造に要する原単価は高いが、ＬＮＧが保有している冷熱を利用した深冷分離法を利用すると、比較的安価に純酸素（Ｏ2 ）を製造することができる。
【００２０】
【実施例】
（実施例）
本発明の発電効率と、通常のガスタービン発電（以下、通常のＧＴ発電と称する）の発電効率を「表１」に示す。この「表１」から本発明の方が通常のＧＴ発電より発電効率が格段に高いことが分かる。
【００２１】
なお、発電出力は、いずれも、２４，０００ｋＷに設定した。また、「表１」中、※１は、残存酸素が３．６％有り、また、※２は、深冷分離法による酸素製造時の製造動力を差し引いた後の発電効率を示している。
【００２２】
【表１】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、作業流体である高圧の二酸化炭素、蒸気及び酸素の存在下で燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で生じた高温高圧の燃焼ガスを動力源とするガスタービンと、該ガスタービンにより駆動される発電機と、前記ガスタービンの排ガスから廃熱を回収する廃熱ボイラと、該廃熱ボイラを経たガスタービン排ガス中から二酸化炭素を分離すると同時に低温高圧の包接化合物を分解させる凝縮器と、該凝縮器で分離された二酸化炭素を昇圧するコンプレッサと、該コンプレッサで昇圧された二酸化炭素と液化天然ガスとを熱交換させて液化天然ガスをガス化させると同時に昇圧された二酸化炭素を０℃以下に冷却する気化器と、該気化器で冷却された二酸化炭素と純水及び溶媒を混合反応させて生成した包接化合物を蓄える貯蔵タンクと、該貯蔵タンクに蓄えられている包接化合物をガスタービンの要求圧まで昇圧するポンプにより閉ループサイクルを形成させたので、次のような優れた効果を有する。
【００２４】
すなわち、
▲１▼ ＬＮＧの冷熱を有効に利用することにより、従来、海に捨てられていたＬＮＧの液化エネルギーの一部を電力として高効率で回収することが可能になった。
【００２５】
▲２▼ 作業流体である二酸化炭素に付与する純水中にアルコールやアルコール類などの溶媒を混合させることにより、純水の製氷現象を抑制することが可能になり、安定した運転が可能になった。
【００２６】
▲３▼ 燃焼に必要な酸素濃度を任意に制御できるため、燃焼排ガス中の酸素濃度を少なくでき、ＮＯｘなどの削減にも寄与することが可能である。
【００２７】
▲４▼ 通常の空気圧縮機が不要であり、既存のガスタービンよりコスト的に安価である。
【００２８】
▲５▼ 凝縮器の作業流体（非凝縮ガス）の分圧を増大することができ、凝縮器をコンパクト化することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷熱利用発電システムの系統図である。
【符号の説明】
１ 燃焼器
２ ガスタービン
３ 廃熱ボイラ
４ 凝縮器
５ コンプレッサ
６ 気化器
７ 貯蔵タンク
８ ポンプ
９ 閉ループサイクル
１０ 発電機
ｂ 酸素
ｃ 燃料
ｄ 燃焼ガス
ｅ ガスタービン排ガス
ｇ 二酸化炭素
ｈ 包接化合物
ｉ 溶媒
ｊ 液化天然ガス
ｗ 純水
Claims (2)
- 作業流体である高圧の二酸化炭素、蒸気及び酸素の存在下で燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で生じた高温高圧の燃焼ガスを動力源とするガスタービンと、該ガスタービンにより駆動される発電機と、前記ガスタービンの排ガスから廃熱を回収する廃熱ボイラと、該廃熱ボイラを経たガスタービン排ガス中から二酸化炭素を分離すると同時に低温高圧の包接化合物を分解させる凝縮器と、該凝縮器で分離された二酸化炭素を昇圧するコンプレッサと、該コンプレッサで昇圧された二酸化炭素と液化天然ガスとを熱交換させて液化天然ガスをガス化させると同時に昇圧された二酸化炭素を０℃以下に冷却する気化器と、該気化器で冷却された二酸化炭素と純水及び溶媒を混合反応させて生成した包接化合物を蓄える貯蔵タンクと、該貯蔵タンクに蓄えられている包接化合物をガスタービンの要求圧まで昇圧するポンプにより閉ループサイクルを形成して成る冷熱利用発電システム。
- 前記燃焼器の上流で分枝した作業流体の一部によりタービン翼列を冷却することを特徴とする請求項１記載の冷熱利用発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26526499A JP4094185B2 (ja) | 1999-08-24 | 1999-09-20 | 冷熱利用発電システム |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23716099 | 1999-08-24 | ||
| JP11-237160 | 1999-08-24 | ||
| JP26526499A JP4094185B2 (ja) | 1999-08-24 | 1999-09-20 | 冷熱利用発電システム |
Publications (2)
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