●我が国で開発されている石炭利用技術（1）加圧流動床燃焼複合発電技術（PFBC）加圧流動床燃焼複合発電プロセスフロー従来の技術では燃焼しづらかった石炭をクリーンにガスタービン加圧流動床ボイラ超高温蒸気タービン利用できるようにしたのが、流動床燃焼システムです。（Pressurized Fluidized Bed Combustion）複合発電システムで、わが国では現在3基の商業プラントがサイクロンボイラ空気高圧コンプレッサ低圧ガスタービン発電機低圧コンプレッサ発電機灰高圧ガスタービン稼働しています。復水器石炭石灰石灰圧力容器 1次、2次サイクロン蒸気タービン再熱蒸気容易に利用することが可能になりました。このシステムをより高効率・コンパクト化した技術が加圧流動床主蒸気圧力容器セラミックフィルタこのシステムによって、世界中から集められる石炭をインタークーラー電気集じん装置冷却水灰循環水ポンプ燃料スラリーポンプ混合機脱気器煙突流動床ボイラー給水脱硝装置石炭バンカー給水ポンプ復水ポンプ低圧ヒータ排ガスクーラー（節炭器）脱硝装置排熱給水加熱器ガスタービン燃料スラリーポンプ高度加圧流動床燃焼複合発電技術（A-PFBC） A−PFBC（Advanced Pressurized Fluidized Bed 蒸気タービン九州電力（株）苅田発電所PFBCプラント（ 360MW） Combustion）は、PFBC（加圧流動床燃焼ボイラ）をさらに前進させた技術で、石炭を一部ガス化することによって可燃性ガスをつくりだし、ガスタービン入口で燃焼させ温度を上昇し、より高効率でガスタービン発電機を回す一方、熱回収によって高温蒸気をつくりだし蒸気タービン発電機を回す複合発電システムです。また、生成ガス中の硫黄分は脱硫炉によって除去し、酸性雨のもとになる硫黄酸化物の発生を抑えます。 A-PFBC複合発電システムフロー高温蒸気回収高温脱硫システムサイクロンクーラ 950℃ 脱硫炉 DeS 中温域セラミックフィルタ精密脱じん 450℃ SGC 石灰石ガス化試験実績等の活用圧縮空気 PFBC(P) 石炭ガス化対応ガスタービン 1350℃級ガスタービン石炭空気部分酸化炉：PFBC（P）チャー & CaS 中間サイクロン排熱回収ボイラ［HRSG］煙突 PFBC 復水器蒸気タービン灰・石膏酸化炉：PFBC 蒸気空気蒸気タービン高効率化 20 流動床セメント焼成技術従来のロータリーキルン方式（ロータリーキルンにセメント原料粉（石灰、粘土等の混合物）と微紛炭を投入し、造粒焼結させる方法）によらず、セメント原料および微紛炭を流動床炉（焼成炉）および噴流床炉（造粒炉）を組み合わせて造粒焼結させる技術です。これにより、熱効率が向上するためNOxやCO2の排出抑制がはかれると共に多品種セメントの生産にも対応できます。サスペンションプレヒータ流動床方式とロータリキルン方式の比較造粒炉（SBK）サスペンションプレヒータ焼成炉（FBK）ロータリキルンエアクエンチングクーラ流動床クーラ（FBQ）流動床セメント製造スケールアッププラント（焼成量200トン/日）移動床クーラ（PBC）流動床方式ロータリキルン方式 SCOPE21プロセスフロー石炭高度転換コークス製造技術（SCOPE21) 粉石炭高温ブリケッティング 350∼ 400℃ SCOPE21は、生産性を格段に向上し、環境に十分粗石炭配慮した、エネルギー消費の少ない革新的なコーク 350∼400℃ ス製造プロセスです。急加速熱炉石炭運搬コンベア圧密器シールド扉コークス炉シールド扉 750∼ 800℃ を、350∼400℃で急激に加熱し、その後ブリケット 1000 再加熱 ℃ システム化してコークス炉に装填します。コークス炉の温度は750∼850℃で、従来より短時間で乾留を行います。乾燥器乾留後のコークスは、1,000℃で改質し、高強度のコ高温ガス燃料このプロセスでは、一般炭を50％配合した石炭原料排ガスコークス 150∼200℃ 溶融還元製鉄技術（DIOS）ークスとなります。 DIOS法予熱炉従来の高炉法（原料炭をコークスとしたもの及び鉄鉱石を焼結させたものを原料とし、高炉で溶銑を生産鉄鉱石する方法）によらず、粉状または粒状の一般炭と鉄鉱石をそのまま使用し、銑鉄を生産する技術です。これにより生産の弾力性の向上や熱効率の向上がは予備還元炉石炭石炭添加ガス改質酸素かれます。溶融還元炉溶銑・スラグ窒素 21 ●我が国で開発されている石炭利用技術（2）石炭ガス化複合発電（IGCC）微粉の石炭をガス化炉に供給して、約3MPa、1300∼ 発電し、その排ガスの持っている熱を回収して蒸気 1800℃の条件で、空気あるいは酸素と反応させて、水を発生させ、さらに蒸気タービンを回して発電を行素・一酸化炭素を主成分とする燃料ガスを発生させまいます。このガスタービン及び蒸気タービンによる複す。燃料ガス中のダスト、硫黄化合物および微量金属合サイクル発電により石炭のもっているエネルギーをなどの不純物は、脱塵・脱硫設備などで除去し、きれ有効に電気に変換できる高効率発電システム（送電いな燃料ガスにしてから、ガスタービン燃焼器に供給端効率46∼48％）を構築することができます。 I GCCプラントの概念図提供：㈱クリーンコールパワー研究所します。この燃焼ガスの勢いでガスタービンを回して石炭加圧供給設備ガス化炉脱塵設備脱硫設備石炭ヤードガスタービン空気分離装置蒸気タービン ST N2 G GT G O2 排熱回収ボイラ煙突空気昇圧機石炭ガス化燃料電池複合発電（IGFC) 石炭をガス化し、そのガスを使って燃料電池、ガスタ固体電解質型等の燃料電池があります。燃料電池をービン及び蒸気タービンにより発電する技術です。出た高温高圧のガスを利用してさらにガスタービン燃料電池は水の電気分解の逆の原理で、陽極に酸及び蒸気タービンを回して発電します。この発電シ素を、陰極に燃料ガスを連続的に供給して、電気化ステムでは、石炭のもっているエネルギーを効率的に学的に反応させることにより、燃料のもつ化学エネル電気に変換することができる、IGCCよりさらに高効ギーを直接電気エネルギーに変換するものです。燃率な発電システム（送電端効率55％以上）です。 EAGLEパイロットプラント（150トン/日）提供：電源開発㈱料電池には、リン酸型のほかに溶融炭酸塩型および石炭石炭ガス化炉送電端効率（発電）： 55％： 31％ CO2削減脱硫塔石膏回収装置水洗塔シンガスクーラ石膏再生塔 GGH COS転換器セラミックフィルター FC AC DC スラグ排熱回収ボイラー燃焼タービン精留塔廃水処理装置煙突蒸気タービン復水器 26 ハイパーコール利用高効率燃焼技術（Hyper Coal) 石炭を溶剤抽出及びイオン交換処理することで、石溶剤抽出で得られるハイパーコールは元の石炭の約炭から灰分やアルカリ金属等を排除した無灰石炭 60∼70％で、残りの30∼40％は灰分を含む残渣炭と（ハイパーコール）を製造し、それを金属、非金属精なります。この残渣炭は既存の微粉炭火力等で使用錬用の炭材として、PFBCや微粉炭火力の燃料としすることができ、ハイパーコールと残渣炭の両方を使て、またIGCCやIGFCの燃料として、更にはガスタった場合の総合効率は45％となり、既存の石炭火力ービンで直接燃焼させる複合サイクル発電システムに比べてCO2の排出が15％削減できます。への利用などが考えられています。石炭（固形）ハイパーコール製造所可溶分＋溶剤原炭＋溶剤溶剤循環ラインスプレードライヤー粗脱灰炭（灰分5％以下）混合器セトラーイオン交換塔回収率ハイパーコール 60∼70wt％スプレードライヤードライヤー微粉炭火力発電所回収率残渣炭 30∼40wt％石炭液化技術（NEDOL法）水素供与性溶剤のメリットと鉄系微紛触媒による液化重質油はリサイクルして軽質油のみ製品として取り出反応の促進効果を両立させた一段液化法で、低品すので、付加価値の高い製品が得られ、他のプロセ位の亜瀝青炭に至る幅広い炭種の液化が可能です。スに比べて高い液体の収率が得られます。瀝青炭液化技術（NEDOL法）のプロセスフロー石炭前処理技術液化反応設備液化油蒸留設備ガス鉄系触媒石炭分離器循環ガス圧縮機常圧蒸留塔水素スラリー混合機水素圧縮機石炭ビンスラリー貯槽予熱炉 170kg/cm2G （16.7MPa） 450℃ スラリー熱交換器高圧スラリーポンプ高温分離器減圧蒸留塔レッドダウンバルブ分離器燃料残渣ストリッパー溶剤水素化反応塔加熱炉予熱炉溶剤昇圧ポンプ溶剤水素化設備 27 水素 110kg/cm2G （10.8MPa） 320℃ （水素供給性溶剤）灯・軽油留分液化反応塔（3基）燃料乾燥粉砕機ナフサ留分燃料（重質油留分）石炭利用CO2回収型水素製造技術（HyPr-RING) 石炭利用CO2回収型水素製造プロセスの一例高温高圧反応器石炭を高温高圧水（650℃、100気圧以上）で、生成す冷却水るCO2を吸収剤CaOで吸収しながら反応させること水素熱交換器により、極めて大量の水素を効率よく生産し、CO2をポンプ容易に分離回収することが可能な技術です。ガス分離器このプロセスにより、石炭から未来のクリーンエネルギーといわれている水素を大量に生産できるので、 CO 2 石炭そのまま燃料電池、水素ガスタービン、水素自動車及混合機 CaCO 3、 2、 Ca （OH） Char、灰分水び化学原料として使うことができます。高温高圧反固液分離器 CaCO 3 応装置内では以下のq∼eの反応が進行し、総括 CaO & 灰分反応はr式で表わされます。この式から、生成ガス素が生成する発熱反応であることがわかります。石炭 q CO + H2 O → CO2 + H2 △H°298 = −42 kJ/mol w CO2 + CaO → CaCO3 △H°298 = −178 kJ/mol e C+2H2 O+CaO→ CaCO3 +2H2 水素水 △H°298 =132 kJ/mol C + H2 O → CO + H2 熱力焼炉 CaO & 灰分は水素のみであり、また1モルの炭素から2モルの水 △H°298 =−88kJ/mol r この考え方に基づき、実際に高温高圧条件で各種反高温高圧反応装置応実験を行った結果、水素が生成することが確認さ CaCO 3 CO 2吸水剤 CaO （CaO） CO 2 れ、この原理に基づくCO2回収を含めた石炭利用CO2 回収型水素製造技術の開発が進められています。ジメチルエーテル (DME:Dimethyl Ether) ジメチルエーテル製造プロセスのフローパージガス 35m3 N/h DMEは、天然ガス、石炭あるいは炭層メタンなどから製造され、LPGと性状が近いことから、LPG代 CO 2 替としても利用できる、クリーンな合成燃料です。 CO 2 未対応ガス天然ガス DME 5t /d 炭層メタン DME直接合成プロセス石炭高カロリー、低環境負荷のDMEを安価に効率よく製造するプロセス技術酸素スチームガス化気液分離器〈天然ガス〉貯蔵や輸送が困難、中カロリーガス（8,600kcal/m3）〈石炭〉固体状態で灰分や硫黄などのプロセスに有害な物質を含むリフォーミング CO、CO 2、H 2 合成ガス発生炉 C―O H―H C―O C―O H―H H―H DME直接合成プロセス（新触媒） H H ｜｜｜ H H メタノールガス精製塔 DME合成反応器 CO 2 分離塔 DME精製塔 0.8t /d DMEは、その構造式（CH3 -O-CH3）が示す様に、ピュアーで水素リッチなクリーン燃料です。また、低沸点であることからハンドリングがし易く、GTL (Gas To Liquid)と同様一般用燃料や自動車用燃料として利用することができます。そして、ディーゼル車の排気ガス問題も含めて、経済と環境の両面において期待さ H―C―O ―C―H ｜反応条件 250∼280℃ 3∼7Mpa 750m3 N/h れています。 DME ◆ 無公害、無毒な高カロリーガス（14,200kcal/m3） ◆ 6気圧で液化、輸送・貯蔵が容易 ◆ クリーンなディーゼル燃料 28