成果報告書詳細
管理番号20140000000777
タイトル平成24年度-平成26年度成果報告書 ゼロエミッション石炭火力技術開発プロジェクト クリーン・コール・テクノロジー推進事業 IGFC 向け石炭ガス化ガスのクリーンナップ要素研究
公開日2015/3/31
報告書年度2012 - 2014
委託先名電源開発株式会社
プロジェクト番号P92003
部署名環境部
和文要約 次世代の高効率石炭火力発電技術として石炭ガス化燃料電池複合発電(IGFC)が期待されている。IGFCは、石炭をガス化炉でCOやH2を主成分とするガス燃料に変換し、それを用いて燃料電池やガスタービンで発電を行うとともに、排熱を利用した蒸気タービン発電を組み合わせたトリプル複合発電により、発電効率の向上やCO2排出量の大幅な削減効果が期待される技術である。
 IGFCに組合せる燃料電池としては、石炭ガス化ガスの主成分であるCOやH2を燃料として利用でき、且つ、高圧条件でも運転が可能な固体酸化物形燃料電池(SOFC)が最も適していると考えられる。一方、石炭ガス化ガス中には様々な不純物が含まれおり、特にS、As、Se、Cl、B、P、Cd、Sb、SiなどのSOFC電極(燃料極)に影響を及ぼす被毒成分が含まれると、SOFCの性能低下を引き起こす可能性があることから、IGFCを実現するためにはこれらの被毒成分を高度に除去するための燃料電池用ガス精製技術を検討する必要があると考えられる。しかしながら、石炭ガス化プロセスの精製ガスにおいて、SOFCの微量成分を含む不純物について調査した事例はなく、どのような成分が、どの程度含まれているか把握できていない。そのため、本調査は、燃料電池用ガス精製技術を検討するための事前調査として、実際の石炭ガス化ガス中に被毒成分がどの程度含まれているのかを調べることを目的に実施した。調査にあたっては、石炭ガス化ガスのような高圧還元雰囲気でのガス採取に適した吸収液やガス採取時の減圧の影響について事前検討を行い、測定に用いる吸収液や減圧方法を選定した。石炭ガス化ガス中の被毒成分測定は、多目的石炭ガス製造技術開発(EAGLE)パイロット試験設備において実施した。調査は燃料電池にガスを供給する可能性のあるガス精製設備下流の精製ガスおよびCO2分離回収後のH2リッチガスを対象とした。ガス分析の結果、精製ガス中にS、Cl、Si、Bなどの被毒成分が含まれていることが確認された。これらの濃度はいずれも1ppm未満の低いレベルであるが、B、Cl、Siについては、SOFC被毒研究で推定されている許容濃度に近いレベルであった。また、ガス分析調査を補完する目的で、EAGLE配管内面の付着物について配管調査を行った。表面分析では、精製ガスの配管にもS、Si、Se、Sbなどの成分が確認された。さらに配管スケールを分析したところ、ガス分析では検出されなかったPを含む全ての被毒成分が含まれていることが明らかになった。
英文要約Integrated coal gasification fuel cell combined cycle (IGFC) is thought as next generation of High efficiency coal thermal power generation technology. IGFC generating system is made of a triple set of power generators based on fuel cells, gas turbines and steam turbines that use coal gasification technology. This system is expected to show much higher efficiency and CO2 reduction compared with conventional coal fired thermal power generation
Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) is considered suitable for IGFC. Because SOFC can use CO as fuel other than H2 and can operate under high-temperature and high-pressure. However, Trace elements, such as Sulfur(S), Arsenic (As), Selenium (Se), Chlorine (Cl), Boron (B), Phosphorus (P), Cadmium (Cd), Antimony (Sb) and Silicon (Si) have been reported to have poisoning effect to electrode materials in SOFC. And, it is thought that these trace elements are included in coal syngas. Therefore, it is necessary to development a coal syngas purification technology to realize the IGFC. However, there is no study report about trace elements in purified gas on coal gasification process.
The purpose of this study is to investigate how these poisoning elements are contained in syngas from coal gasification process, as feasibility study before examining gas purification technology for fuel cell.
In this study, we first investigated suitable absorbing solution for gas sampling and depressurization method under reducible gas of high-pressure like coal syngas. Then we measured poisoning elements with absorbing solution method contained in coal-derived syngas from EAGLE process.
The result of analysis, it turned out that poisoning element, such as S, Cl, Si and B, are contained in purified gas and these concentrations were extremely low levels.
In addition, we conducted an analysis investigation on the surface and scale of EAGLE piping in order to complement the gas analysis. As a result, it turned out that traces of S, Si, Se and Sb were contained in inner surface of EAGLE piping. Also it was revealed that all poisoning elements were included from the result of scale analysis.
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