成果報告書詳細
管理番号20150000000741
タイトル平成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/ゼロエミッション石炭火力基盤技術開発/次世代高効率石炭ガス化技術最適化調査研究/「CO2分離型化学燃焼石炭利用技術に関する検討」
公開日2016/4/1
報告書年度2014 - 2014
委託先名一般財団法人エネルギー総合工学研究所 一般財団法人石炭エネルギーセンター 三菱日立パワーシステムズ株式会社
プロジェクト番号P07021
部署名環境部
和文要約件名: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/ゼロエミッション石炭火力基盤技術開発/次世代高効率石炭ガス化技術最適化調査研究/「CO2分離型化学燃焼石炭利用技術に関する検討」

 本調査研究では平成24年度及び平成25年度の調査結果踏まえた上で,2030年代にCO2分離回収コスト2,500円/t-CO2以下を達成するために,キャリアのコストや反応性等の感度分析を行い,本目標を達成のための方策やその具体的目標値を設定することを目的とするものである。
(1) キャリア開発の技術課題抽出及び開発方法と評価方法等方策の策定
 5タイプ以上のキャリアの反応性と流動性を確認しながら、実用可能性の高いキャリア選定を検討した。人工物の反応活性は天然鉱物の約7倍以上になること、酸化鉄存在によりチャー反応速度が4ー6倍に高くなることが確認された。また、天然鉱物の粉化率(0.1-0.2%/day)と人工物キャリアの粉化率(0.2-9%/day)がかなり異なることがわかった。これらの実験確認および海外キャリア開発調査の結果を下に、CO2分離・回収コスト目標を達成するため、人工キャリアコストは400円/kg以下、キャリア補充率は約0.4%/以下に必要であることがわかった。
(2) プラント仕様、開発課題抽出及び対応策の検討
 プロセス解析シミュレーターを用いて、脱硫など基礎反応条件を検討した。系内で高Ca/S比(約150)のCaOを循環しながら、SO2吸収し、サイクロンによってCaSO4を分離する脱硫方式が考えられる。
 平成25年度に引き続き500MWe級プラント概念設計を行った。ガスとキャリアとの反応性見直し、酸素キャリア存在下でのチャーガス化反応の促進効果の反映、ガス化促進剤の水蒸気への変更、VR及びCRへの酸素キャリア分割供給及びVRにおける酸素キャリア循環比の最適化を実施した結果、初期充填量はH25年度の18,000tから2,900tと約1/6に低減できるとともに、各塔断面積はH25年度結果の約半分まで縮小化できる見通しが得られた。
(3) 海外技術開発動向の調査
 欧米各国では100kWthー3MWのパイロット試験が進まれ、100MWth実証プラントの概念設計が発表されている。AR、FRに循環流動層を用いて混合促進を図り、CS(Carbon Stripper)あるいは酸素放出型のCuO、MnOを用いて、チャー転換率の向上を図っている。これにより、CO2回収率は98%以上(亜瀝青炭)となり、商用機のCO2(4) 市場調査
 48基原子力が100%、70%、50%再稼働の3ケースを想定し、また再生可能エネルギー、地熱、水力などの2050年までの導入量を推計し、不足分を石炭、LNG、石油火力で賄う電源構成の推移を検討した。結果として、500MW以下の石炭火力で、2040年に運開後50年を越える発電所が24基、同2050年が5基、同2060年が17基の合計46基が、リプレースの潜在需要としてCLCが適用される可能性がある。
英文要約Name: FY 2014 Results report Zero-emissions coal-fired thermal power technology development project / Zero-emissions coal fired thermal power basic technology development / Optimization study for next-generation high efficiency coal gasification technology / “Evaluation of CO2-separating chemical looping combustion coal technology”
This investigative research offers a sensitivity analysis of carrier costs and reactivity, etc., in order to reduce CO2 separation recovery cost to 2,500 yen/ton of CO2 or less, and seeks to set the methods and specific numerical targets for the achievement of this goal.
(1) Identification of technical issues and evaluation methods, etc. in carrier development
 The reactivity and fluidization of more than five types of carrier were discussed. It was confirmed that the reactivity of artificial oxygen carrier was at least seven times as high as that of natural mineral oxygen carrier, and that char reaction rate is increased 4-6 times by the presence of iron oxide oxygen carrier. Based on the results, it was found that in order to achieve the target CO2 separation/recovery cost, the carrier cost must be below 400 yen/kg and carrier make-up rate must be less than approximately 0.4%/d.
(2) Evaluation of plant specifications, extraction of development issues, and countermeasures
 A process analysis was used to evaluate base reaction conditions for desulfurization, etc. methods.
 Conceptual design for a 500MWe-class plant was continued after FY2013. As a result of reviewing gas-carrier reactivities, promoting effects of char gasification in the presence of oxygen carrier, changing to steam gasification, and optimizing carrier divided supply to VR and CR, the initial fill amount of 18,000t from the result of the FY2013 can be decreased by 2,900t, while also obtaining an outlook to shrink the area for each reactor by roughly half that of the FY2013 results.
(3) Surveys of overseas technology development.
 100 kWth-3MW pilot tests are in progress in many western countries, and concept designs for 100 MWth demonstration plants have been announced. In order to facilitate the combination of AR and FR in the circulation fluid bed, it is planned to utilize CS (Carbon Stripper), or oxygen-uncoupling type carrier CuO or MnO to improve the char conversion rate. This is predicted to produce a CO2 recovery rate of 98% or more (for bituminous coal), with the CO2 recovery cost for commercial plant estimated to be approximately $20/ton of CO2.
(4) Market research
 Transition of composition of electrical source with three cases were studied, where 100%, 70%, and 50% of nuclear power stations were restarted, with estimates made for the amount of renewable energy, geothermal, and hydroelectric power installed until 2050, and coal, LNG, and oil-based electricity make up for insufficient to requirements. The results show that in 2040, after 50 years of continuous operation, there may be a potential demand for the replacement of 24 coal-fired power plants of 500 MW or less in capacity, with five more in 2050, and 17 more in 2060, for a total of 46 installations where CLC may be suitable for use.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る