特許 5979670 炭素析出の評価方法及び炭素析出の判断方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5979670

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月24日

(54)【発明の名称】炭素析出の評価方法及び炭素析出の判断方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 33/22 20060101AFI20160817BHJP

   C01B 3/20 20060101ALI20160817BHJP

   C01B 31/02 20060101ALI20160817BHJP

【ＦＩ】

   G01N33/22 E

   C01B3/20

   C01B31/02 101Z

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-263477(P2012-263477)

(22)【出願日】2012年11月30日

(65)【公開番号】特開2014-109474(P2014-109474A)

(43)【公開日】2014年6月12日

【審査請求日】2015年10月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000173809

【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(72)【発明者】

【氏名】小林 誠

【審査官】 大瀧 真理

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−３３４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７２５９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３３／２２

Ｃ０１Ｂ ３／２０

Ｃ０１Ｂ ３１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一酸化炭素、二酸化炭素、水素及び水蒸気を含む燃料ガス中での炭素の析出の有無を評価する炭素析出の評価方法であって、
ブドアール反応に関与する一酸化炭素と二酸化炭素の第１分圧比と、水性ガスシフト反応に関与する一酸化炭素、二酸化炭素、水素及び水蒸気の第２分圧比に基づいて得られるガス組成の燃料ガスを特定し、
特定された燃料ガスを試料に流通する前と流通した後で前記ガス組成を変動させずに前記燃料ガスを前記試料に流通させ、
前記試料に炭素が析出するか否かを評価することにより、前記燃料ガス中での炭素の析出の有無を評価することを特徴とする炭素析出の評価方法。

【請求項2】

請求項１に記載する炭素析出の評価方法において、
異なる複数の前記第１分圧比と、一定の前記第２分圧比に基づいて得られるガス組成の燃料ガスを複数特定し、
前記試料に炭素が析出するか否かを前記燃料ガス毎に評価し、
前記評価の結果を用いて、前記燃料ガス中での炭素析出の有無の境界を特定することを特徴とする炭素析出の評価方法。

【請求項3】

請求項１に記載する炭素析出の評価方法において、
異なる複数の前記第１分圧比及び前記第２分圧比に基づいて得られるガス組成の燃料ガスを複数特定し、
前記試料に炭素が析出するか否かを燃料ガス毎に評価し、
前記評価の結果を用いて、前記燃料ガス中での炭素析出の有無の境界を特定することを特徴とする炭素析出の評価方法。

【請求項4】

請求項１〜３の何れか一項に記載する炭素析出の評価方法において、
前記試料に炭素が析出するか否かの評価は、前記燃料ガスが流通する管路と、前記燃料ガスと前記試料を反応させる反応検証室とを具備し、前記燃料ガスを前記試料に流通する前と流通した後で前記ガス組成を変動させずに、前記燃料ガスと前記試料とを反応させる反応検証装置で行うことを特徴とする炭素析出の評価方法。

【請求項5】

請求項１〜４の何れか一項に記載する炭素析出の評価方法において、
前記第１分圧比は、下記式１で定義されるＫ_Ｂであり、前記第２分圧比は、下記式２で定義されるＫ_Ｗであることを特徴とする炭素析出の評価方法。
［式１］
Ｋ_Ｂ＝Ｐ_ＣＯ２／Ｐ_ＣＯ^２
（Ｐ_ＣＯ２は二酸化炭素の分圧、Ｐ_ＣＯは一酸化炭素の分圧である。）
［式２］
Ｋ_Ｗ＝Ｐ_ＣＯ２・Ｐ_Ｈ２／（Ｐ_ＣＯ・Ｐ_Ｈ２Ｏ）
（Ｐ_Ｈ２は水素の分圧、Ｐ_Ｈ２Ｏは水蒸気の分圧である。）

【請求項6】

請求項１〜５の何れか一項に記載する炭素析出の評価方法において、
前記燃料ガスとして、石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガス若しくは該石炭ガス化ガスを模擬した模擬ガスを前記試料に流通させることを特徴とする炭素析出の評価方法。

【請求項7】

請求項１〜６の何れか一項に記載する炭素析出の評価方法において、
前記試料は、燃料ガス中の硫化物を除去する脱硫剤であることを特徴とする炭素析出の評価方法。

【請求項8】

一酸化炭素、二酸化炭素、水素及び水蒸気を含む燃料ガス中での炭素析出の有無を予め判断するための炭素析出の判断方法であって、
ブドアール反応に関与する一酸化炭素及び二酸化炭素の第１分圧比及び水性ガスシフト反応に関与する一酸化炭素、二酸化炭素、水素及び水蒸気の第２分圧比に基づいて特定される前記燃料ガスと、当該燃料ガス中での炭素析出の有無との関係を表す判断図を用いて、
炭素析出が未知の燃料ガスを前記第１分圧比及び前記第２分圧比に基づいて特定して、前記判断図上に表し、
当該判断図上において、炭素析出の有無が既知の燃料ガスの前記第１分圧比及び前記第２分圧比と、炭素析出が未知の燃料ガスの前記第１分圧比及び前記第２分圧比とを比較することにより、炭素析出が未知の燃料ガス中での炭素析出の有無を予め判断することを特徴とする炭素析出の判断方法。

【請求項9】

請求項８に記載する炭素析出の判断方法において、
前記第１分圧比は、下記式３で定義されるＫ_Ｂであり、前記第２分圧比は、下記式４で定義されるＫ_Ｗであることを特徴とする炭素析出の判断方法。
［式３］
Ｋ_Ｂ＝Ｐ_ＣＯ２／Ｐ_ＣＯ^２
（Ｐ_ＣＯ２は二酸化炭素の分圧、Ｐ_ＣＯは一酸化炭素の分圧である。）
［式４］
Ｋ_Ｗ＝Ｐ_ＣＯ２・Ｐ_Ｈ２／（Ｐ_ＣＯ・Ｐ_Ｈ２Ｏ）
（Ｐ_Ｈ２は水素の分圧、Ｐ_Ｈ２Ｏは水蒸気の分圧である。）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料ガス中での炭素析出の評価方法及び炭素析出の判断方法に関し、特に、ガス化炉で生成された燃料ガス中に炭素が析出するか否かを判断または推測する場合に適用して有用なものである。

【背景技術】

【0002】

火力発電では、ガス化炉で生成されたガス化ガスを燃料ガスとして用いている。このような燃料ガスは、石炭、褐炭、コークス、重質油、石油精製残渣、バイオマスなど、様々な炭素系資源をガス化することにより得ることができる。

【0003】

高温（たとえば１５００℃以上）でガス化された燃料ガスが配管やガス精製設備などを流通する過程で冷却されると、ガス状になった炭素が固体に戻ろうとする反応が優勢になり、ブドアール反応（２ＣＯ⇔ＣＯ_２＋Ｃ）が起こり得る。ブドアール反応が起こると、燃料ガスが固体の炭素に戻り、配管やガス精製設備などで析出するという問題がある。

【0004】

たとえば、燃料ガス中の硫化物を除去する脱硫装置では、脱硫剤に含まれる鉄が炭素析出の触媒として作用し、脱硫剤試料に固体の炭素が析出するという問題が生じている。炭素が析出すると、脱硫剤の本来の脱硫作用が阻害され、装置の劣化及び損傷を生じる。

【0005】

このような炭素析出の抑制策として、二酸化炭素や水蒸気を燃料ガスに添加し、ブドアール反応の進行を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0006】

しかしながら、実際に炭素析出が起こるかどうかをより正確に判断するためには、ブドアール反応の速度が反応条件の影響を受けて大きく変わるため、実験的に検討しなければ分からない。反応条件としては、燃料ガスの組成、温度、圧力に加えて、燃料ガスが接触している固体の触媒作用や、接触時間も影響する。

【0007】

一般に燃料ガスからの炭素析出が問題となるのは、燃料ガスを精製する際に触媒や吸収剤を充填した反応器、たとえば、上述したような脱硫剤を充填した脱硫装置などに通ガスする時や、燃料ガスをガスタービンや燃料電池に供給して利用する時である。

【0008】

このような反応器を用いて、実際に炭素析出の評価実験を行う場合、通常は燃料ガスの温度、圧力、燃料ガスが接触している固体の触媒作用及び接触時間は、一定に保ちながら運用することができるが、燃料ガスの組成だけは一定に保つことができない。これは、燃料ガスが流通する過程で、ブドアール反応（２ＣＯ⇔ＣＯ_２＋Ｃ）だけでなく、水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ⇔ＣＯ_２＋Ｈ_２）やメタン生成及び改質（ＣＯ＋３Ｈ_２⇔ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ）が起こる可能性があり、燃料ガスの組成が経時的に変動し得るからである。また、これら諸反応の平衡がどちらに動くかによってもガス組成は変動する。

【0009】

このため、燃料ガスからの炭素析出状況を実験によって明らかにするためには、変動するガス組成の範囲を見積もると共に、その組成変動の範囲の中で条件を変えた必要回数の実験を行う必要があり、個々の実験では、ガス組成が変化しない様に工夫することが求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１２−０２１１３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、かかる事情に鑑み、実験による検証結果と合わせながら、燃料ガス中での炭素析出状況をガス組成から評価することができる炭素析出の評価方法及び炭素析出の判断方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、一酸化炭素、二酸化炭素、水素及び水蒸気を含む燃料ガス中での炭素の析出の有無を評価する炭素析出の評価方法であって、ブドアール反応に関与する一酸化炭素と二酸化炭素の第１分圧比と、水性ガスシフト反応に関与する一酸化炭素、二酸化炭素、水素及び水蒸気の第２分圧比に基づいて得られるガス組成の燃料ガスを特定し、特定された燃料ガスを試料に流通する前と流通した後で前記ガス組成を変動させずに前記燃料ガスを前記試料に流通させ、前記試料に炭素が析出するか否かを評価することにより、前記燃料ガス中での炭素の析出の有無を評価することを特徴とする炭素析出の評価方法にある。

【0013】

ここで言う分圧とは大気圧を含めた絶対圧のことであって、工業的に使用される大気圧を差し引いたゲージ圧とは異なる。圧力の単位は統一して用いればＭＰａ、ａｔｍ、ｂａｒなどどれを用いてもよいが、使用する単位系によって分圧比の数値は異なるものとなる。本願発明では便宜的に圧力単位としてｂａｒを用いることとした。

【0014】

かかる発明によれば、第１分圧比及び第２分圧比に基づいて特定された所望の燃料ガスのガス組成を変動させずに、燃料ガスと試料とを反応させるため、所望のガス組成の燃料ガス中での炭素析出状況を明らかにすることができる。

【0015】

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する炭素析出の評価方法において、異なる複数の前記第１分圧比と、一定の前記第２分圧比に基づいて得られるガス組成の燃料ガスを複数特定し、前記試料に炭素が析出するか否かを前記燃料ガス毎に評価し、前記評価の結果を用いて、前記燃料ガス中での炭素析出の有無の境界を特定することを特徴とする炭素析出の評価方法にある。

【0016】

かかる発明によれば、第２分圧比を一定とし、第１分圧比を変動させて燃料ガスを複数特定し、燃料ガス毎に評価を行うため、ブドアール反応に関与する第一分圧比と燃料ガス中での炭素析出の有無との関係を明らかにすることができる。これにより、燃料ガス中での炭素析出の有無の境界をブドアール反応の影響を考慮し特定することができる。

【0017】

本発明の第３の態様は、第１の態様に記載する炭素析出の評価方法において、異なる複数の前記第１分圧比及び前記第２分圧比に基づいて得られるガス組成の燃料ガスを複数特定し、前記試料に炭素が析出するか否かを燃料ガス毎に評価し、前記評価の結果を用いて、前記燃料ガス中での炭素析出の有無の境界を特定することを特徴とする炭素析出の評価方法にある。

【0018】

かかる発明によれば、第１分圧比及び第２分圧比を共に変動させて燃料ガスを複数特定し、燃料ガス毎に評価を行うため、ブドアール反応に関与する第一分圧比及び水性ガスシフト反応に関与する第二分圧比と、燃料ガス中での炭素析出の有無との関係を明らかにすることができる。これにより、燃料ガス中での炭素析出の有無の境界をブドアール反応及び水性ガスシフト反応の双方の影響を考慮し特定することができる。

【0019】

本発明の第４の態様は、第１〜３のいずれか一つの態様に記載する炭素析出の評価方法において、前記試料に炭素が析出するか否かの評価は、前記燃料ガスが流通する管路と、前記燃料ガスと前記試料を反応させる反応検証室とを具備し、前記燃料ガスを前記試料に流通する前と流通した後で前記ガス組成を変動させずに、前記燃料ガスと前記試料とを反応させる反応検証装置で行うことを特徴とする炭素析出の評価方法にある。

【0020】

かかる発明によれば、ガス組成を変動させずに、燃料ガスと試料とを反応させる反応検証装置を用いることにより、ブドアール反応や水性ガスシフト反応が平衡及び非平衡のどちらの場合でも条件を一定に保ちながら試料に炭素が析出するか否かを検証することができる。これにより、所望のガス組成の燃料ガス中での炭素析出状況を明らかにすることができる。

【0021】

本発明の第５の態様は、第１〜４のいずれか一つの態様に記載する炭素析出の評価方法において、前記第１分圧比は、下記式１で定義されるＫ_Ｂであり、前記第２分圧比は、下記式２で定義されるＫ_Ｗであることを特徴とする炭素析出の評価方法にある。
［式１］
Ｋ_Ｂ＝Ｐ_ＣＯ２／Ｐ_ＣＯ^２
（Ｐ_ＣＯ２は二酸化炭素の分圧、Ｐ_ＣＯは一酸化炭素の分圧である。）
［式２］
Ｋ_Ｗ＝Ｐ_ＣＯ２・Ｐ_Ｈ２／Ｐ_ＣＯ・Ｐ_Ｈ２Ｏ
（Ｐ_Ｈ２は水素の分圧、Ｐ_Ｈ２Ｏは水蒸気の分圧である。）

【0022】

かかる発明によれば、第１分圧比及び第２分圧比を明確にすることができる。これにより、ガス組成と燃料ガス中での炭素析出の有無との関係をより明らかにすることができる。

【0023】

本発明の第６の態様は、第１〜５のいずれか一つの態様に記載する炭素析出の評価方法において、前記燃料ガスとして、石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガス若しくは該石炭ガス化ガスを模擬した模擬ガスを前記試料に流通させることを特徴とする炭素析出の評価方法にある。

【0024】

かかる発明によれば、第１分圧比及び第２分圧比に基づいて特定された石炭ガス化ガス若しくはその模擬ガスを試料に流通させることにより、所望のガス組成の石炭ガス化ガス中での炭素析出状況を明らかにすることができる。

【0025】

本発明の第７の態様は、第１〜６のいずれか一つの態様に記載する炭素析出の評価方法において、前記試料は、燃料ガス中の硫化物を除去する脱硫剤であることを特徴とする炭素析出の評価方法にある。

【0026】

かかる発明によれば、第１分圧比及び第２分圧比に基づいて特定された燃料ガスと脱硫剤を反応させることにより炭素析出が脱硫剤試料で起きるか否かを評価することができる。これにより、所望のガス組成の燃料ガスが脱硫剤を備えた脱硫装置を流通する際、炭素析出が脱硫剤試料で起きるか否かを明らかにすることができる。

【0027】

本発明の第８の態様は、一酸化炭素、二酸化炭素、水素及び水蒸気を含む燃料ガス中での炭素析出の有無を予め判断するための炭素析出の判断方法であって、ブドアール反応に関与する一酸化炭素及び二酸化炭素の第１分圧比及び水性ガスシフト反応に関与する一酸化炭素、二酸化炭素、水素及び水蒸気の第２分圧比に基づいて特定される前記燃料ガスと、当該燃料ガス中での炭素析出の有無との関係を表す判断図を用いて、炭素析出が未知の燃料ガスを前記第１分圧比及び前記第２分圧比に基づいて特定して、前記判断図上に表し、当該判断図上において、炭素析出の有無が既知の燃料ガスの前記第１分圧比及び前記第２分圧比と、炭素析出が未知の燃料ガスの前記第１分圧比及び前記第２分圧比とを比較することにより、炭素析出が未知の燃料ガス中での炭素析出の有無を予め判断することを特徴とする炭素析出の判断方法にある。

【0028】

かかる発明によれば、第１分圧比及び第２分圧比に基づいて特定された燃料ガスと、当該燃料ガス中での炭素析出の有無との関係が表された判断図を用いることにより、第１分圧比及び第２分圧比に基づいて特定された所望のガス組成の燃料ガス中に炭素が析出するか否かを予め判断することができる。さらに、炭素析出の有無が未知の燃料ガスについては、第１分圧比及び第２分圧比でガス組成を特定しさえすれば、かかる燃料ガス中に炭素が析出するか否かを推測することができる。

【0029】

本発明の第９の態様は、第８の態様に記載の炭素析出の判断方法において、前記第１分圧比は、下記式３で定義されるＫ_Ｂであり、第２分圧比は、下記式４で定義されるＫ_Ｗであることを特徴とする炭素析出の判断方法にある。
［式３］
Ｋ_Ｂ＝Ｐ_ＣＯ２／Ｐ_ＣＯ^２
（Ｐ_ＣＯ２は二酸化炭素の分圧、Ｐ_ＣＯは一酸化炭素の分圧である。）
［式４］
Ｋ_Ｗ＝Ｐ_ＣＯ２・Ｐ_Ｈ２／（Ｐ_ＣＯ・Ｐ_Ｈ２Ｏ）
（Ｐ_Ｈ２は水素の分圧、Ｐ_Ｈ２Ｏは水蒸気の分圧である。）

【0030】

かかる発明によれば、第１分圧比及び第２分圧比を明確にすることができる。これにより、第１分圧比及び第２分圧比に基づいて特定された所望のガス組成の燃料ガス中に炭素が析出するか否かをより正確に判断することができる。

【発明の効果】

【0031】

本発明の炭素析出の評価方法によれば、ブドアール反応に関与する第１分圧比及び水性ガスシフト反応に関与する第２分圧比に基づいて特定された所望の燃料ガスのガス組成を変動させずに、燃料ガスと試料とを反応させるため、所望のガス組成の燃料ガス中での炭素析出状況を明らかにすることができる。また、燃料ガス中での炭素析出の有無の境界をブドアール反応及び水性ガスシフト反応の少なくとも一方の影響に基づき特定することができる。

【0032】

また、本発明の炭素析出の判断方法によれば、第１分圧比及び第２分圧比で特定された所望のガス組成の燃料ガス中に炭素が析出するか否かを予め判断または推測することができる。これにより、燃料ガス中に炭素が析出するのを未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の炭素析出の評価方法に用いる反応検証装置の模式的概略構成図。

【図2】実施形態１に係る炭素析出の評価方法に適用される燃料ガス中での炭素析出の有無を判断するための判断図。

【図3】実施形態２に係る炭素析出の評価方法に適用される石炭ガス化複合発電設備の一部概略構成図。

【図4】実施形態２に係る炭素析出の評価方法を石炭ガス化複合発電設備に適用した場合における燃料ガス中での炭素析出の有無を判断するための判断図。

【発明を実施するための形態】

【0034】

（実施形態１）
本発明の炭素析出の評価方法とは、第１分圧比及び第２分圧比に基づいて特定された所望の燃料ガスのガス組成を変動させずに燃料ガスを試料に流通させて、燃料ガス中に炭素が析出するか否かを評価することにより、燃料ガス中での炭素の析出の有無を評価することをいう。

【0035】

燃料ガスとは、石炭、褐炭、コークス、重質油、石油精製残渣、バイオマスなど、様々な炭素系資源をガス化炉でガス化することにより生成されたもの、またはこれらの模擬ガスをいう。このような燃料ガスは、ガス化炉で生成されたままの状態で試料に流通させる形態であってもよいし、燃料ガスに二酸化炭素などのガスを別途添加させた上で試料に流通させる形態であってもよい。

【0036】

試料とは、燃料ガスと接触することで炭素が析出する可能性があるものをいう。たとえば、炭素析出の触媒となる鉄を含む脱硫剤や配管などを挙げることができる。本実施形態では、鉄を含む亜鉛フェライトからなる脱硫剤を用いている。

【0037】

第１分圧比とは式１で定義されるＫ_Ｂであり、下記式（ａ）に示すブドアール反応の平衡定数で表される。ブドアール反応は、一酸化炭素から二酸化炭素と炭素が生成する反応である。ブドアール反応が起こると燃料ガス中に固体の炭素が析出する。以下、第１分圧比をＫ_Ｂと言う。

【0038】

第２分圧比とは式２で定義されるＫ_Ｗであり、下記式（ｂ）に示す水性ガスシフト反応の平衡定数で表される。水性ガスシフト反応は、一酸化炭素と水蒸気から二酸化炭素と水素が生成する反応である。以下、第２分圧比をＫ_Ｗと言う。

【0039】

本発明のガス組成とは、所定温度で燃料ガス中に含まれる各ガス成分の分圧のことを言う。

【0040】

燃料ガスのガス組成を特定するとは、燃料ガスに含まれるガス組成からＫ_Ｂ及びＫ_Ｗを算出して燃料ガスの分圧比を決定すること、または分圧比Ｋ_Ｂ及び分圧比Ｋ_Ｗを満たす燃料ガスに含まれるガス組成を決定することの双方を含む。ガス組成を任意に設定することができれば、分圧比Ｋ_Ｂ及び分圧比Ｋ_Ｗの値はそれぞれ独立に任意の値を設定できる。

【0041】

ここで、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗに着目した理由について説明する。

【0042】

炭素析出と深く関わる反応としては、式（ａ）に示すブドアール反応と式（ｂ）に示す水性ガスシフト反応を挙げることができる。

【0043】

ブドアール反応については、二酸化炭素の分圧を増大させれば、反応を反応物側（左側）に進めることができる。すなわち、Ｋ_Ｂを増大させれば、炭素析出を抑制する方向に進めることができる。

【0044】

一方、水性ガスシフト反応については、水蒸気の分圧を増大させれば、反応を生成物側（右側）に進めることができ、二酸化炭素の分圧を増大させることができる。すなわち、水蒸気の分圧を増大させれば水蒸気改質反応を促進して、炭素析出を抑制する方向に進めることができる。また、水蒸気は炭素が析出する触媒活性点に吸着されその効果を減ずる特性を有するため、この点を考慮しても、水蒸気の分圧を増大させることは好ましい。

【0045】

しかしながら、Ｋ_Ｗは、水蒸気と二酸化炭素の分圧をそれぞれ分母と分子の項に含むため、炭素析出の抑制効果は、水蒸気についてはＫ_Ｗを減少させ、二酸化炭素についてはＫ_Ｗを増大させればよいことになる。

【0046】

このように、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗは、ブドアール反応及び水性ガスシフト反応に関与する燃料ガスのガス組成（分圧）のバランスを表すものであり、炭素が析出し易い燃料ガスであるか、炭素が析出し難い燃料ガスであるかを判断する上で重要なパラメータとなる。

【0047】

なお、本発明で用いる燃料ガスは、石炭、褐炭、コークス、重質油、石油精製残渣、バイオマスなど、様々な炭素系資源をガス化したものであるため、ガス組成の変動要因としては、ブドアール反応及び水性ガスシフト反応だけでなく、メタンの生成及び改質反応（ＣＯ＋３Ｈ_２⇔ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ）も起こり得る。これら諸反応が起こり易いか否かについては、ガス燃料の種類、温度や圧力などの反応条件、ガスが接する触媒や配管材料などの特性により異なるものである。

【0048】

しかしながら、たとえば、石炭ガス化ガス、褐炭、コークス、重質油及び石油精製残渣などのガス化ガスを燃料ガスとして用いる場合、適切なメタネーション触媒や改質触媒を導入しない限りはメタンの生成及び改質反応はほとんど起こらないので、ブドアール反応と水性ガスシフト反応を考慮に入れればよい。

【0049】

本発明は、このようなメタンの生成及び改質反応が起き難い燃料ガスを対象とするものであるため、ブドアール反応及び水性ガスシフト反応に関与するＫ_Ｂ及びＫ_Ｗを用いて燃料ガスを特定する。

【0050】

ブドアール反応
２ＣＯ⇔ＣＯ_２＋Ｃ （ａ）
水性ガスシフト反応（ＷＧＳ）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ⇔ＣＯ_２＋Ｈ_２ （ｂ）

【0051】

［式１］
Ｋ_Ｂ＝Ｐ_ＣＯ２／Ｐ_ＣＯ^２
（Ｐ_ＣＯ２は二酸化炭素の分圧、Ｐ_ＣＯは一酸化炭素の分圧である。）
［式２］
Ｋ_Ｗ＝Ｐ_ＣＯ２・Ｐ_Ｈ２／（Ｐ_ＣＯ・Ｐ_Ｈ２Ｏ）
（Ｐ_Ｈ２は水素の分圧、Ｐ_Ｈ２Ｏは水蒸気の分圧である。）

【0052】

ここで、本発明の炭素析出の評価方法に用いる反応検証装置について説明する。

【0053】

図１に、反応検証装置の一実施形態を示す概略構成図を示す。

【0054】

反応検証装置とは、燃料ガスを試料に流通する際に、燃料ガスと試料が接触する前と接触した後とで、ガス組成の変化が殆ど無い状況で燃料ガスを試料に流通させ、試料が接触している燃料ガスの組成は常に一定に保たれている条件を作ることができる装置である。この装置を用いると、ブドアール反応や水性ガスシフト反応が平衡及び非平衡のどちらの場合でも条件を一定に保ちながら試料に炭素が析出するか否かを検証することが可能になる。

【0055】

ガス組成を変動させないとは、燃料ガスを試料に流通する前と流通した後で燃料ガスに含まれるガス組成が一定であることをいう。このような検証条件（ガス組成一定）は、所望のガス組成の燃料ガスの供給量を試料の量に対して多量とし、試料を極少量とすることで作り出すことができる。ここで、燃料ガスが多量及び試料が極少量とは、燃料ガスを試料に流通する前と流通した後で燃料ガスのガス組成が変化しない程度の量を言う。具体的には、燃料ガスと試料との反応時間（接触時間）を最短にすることができる燃料ガスの量及び試料の量を言う。このような多量の燃料ガスを極少量の試料に流通させることにより、燃料ガスと試料との反応によるガス組成の変化を無視できるほど小さくすることができる。

【0056】

燃料ガス中での炭素析出の有無の判断は、所望のガス組成の燃料ガスを連続的に脱硫剤に流通させ、脱硫剤試料に炭素が析出するか否かで行う。脱硫剤試料への炭素析出の判断は、脱硫剤試料に炭素（Ｃ）が析出したか否かで行うものとする。微量の炭素が析出した場合には視覚的にも重量変化などでも検出が困難であるため、炭素定量装置を用いた機器分析で炭素析出の有無を調べる必要がある。多量の炭素が析出すると脱硫剤試料はひび割れたり黒い炭素が堆積した集合体で覆われたりするため、炭素析出の判断は視覚的に容易に行うことができる。さらに炭素の析出量が多くなると黒い集合体の一部は脱硫剤試料から脱落する場合もある。

【0057】

図１に示すように、反応検証装置１は燃料ガスが流通する管路２を備える。管路２には、試料３と燃料ガスを反応させ、その反応を検証する反応検証室４が構成される。

【0058】

反応検証室４では、試料３に燃料ガスを流通させることが可能となるように、試料３が保持されている。

【0059】

燃料ガスは、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定された所望のガス組成を有するものであり、そのガス組成が試料３に流通する前と流通した後で、変動しないように流通される。

【0060】

たとえば、一酸化炭素の組成がα％の燃料ガスを試料３に流通させた場合、試料３を流通させた後の一酸化炭素の組成もα％に保たれる。このような検証条件により、所望のガス組成の燃料ガス中に炭素が析出するか否か、すなわち、燃料ガス中での炭素析出状況は、所望のＫ_Ｂ及びＫ_Ｗでの燃料ガスを流通させた結果であることが保証できる。

【0061】

次に、本発明の炭素析出の評価方法について、図２を参照しながら説明する。

【0062】

図２に、実施形態１に係る炭素析出の評価方法に適用される燃料ガス中での炭素析出の有無を判断するための判断図を示す。横軸はＫ_Ｂ、縦軸はＫ_Ｗであり、各プロットは、このＫ_Ｂ及びＫ_Ｗの燃料ガスの炭素析出状況を記号化して表している。

【0063】

本実施形態では、燃料ガスが脱硫装置を流通する際、脱硫剤試料に炭素が析出するか否かを評価し、評価対象のガス反応設備を脱硫装置とする。よって、脱硫装置の実際のプラントでの処理温度（たとえば４５０℃）と圧力（たとえば９．８１ｂａｒ）を一定にして評価する必要がある。

【0064】

本実施形態では、温度については脱硫装置の処理温度（４５０℃）で炭素析出の評価を行い、圧力については、実際のプラントでの運転圧力（９．８１ｂａｒ）を設定して評価する。

【0065】

このような温度及び圧力条件は、評価したいガス反応設備の実際の処理温度及び圧力または圧力を補償した実験室装置の運転圧力に合わせて作成すればよい。ガス反応設備としては、たとえば、ハロゲンや水銀を除去する不純物除去装置やガスタービンや燃料電池などを挙げることができる。

【0066】

また、実際の運転圧力が、たとえば２７．５１ｂａｒと実験室装置の運転圧力と異なる場合には、分圧調整法により実験室装置の運転圧力（９．８１ｂａｒ）に補償し、実験室装置の運転圧力で作成することもできる。

【0067】

本発明の炭素析出の評価方法は、第１及び第２の手順から構成される。

【0068】

第１の手順は、ブドアール反応に関与する一酸化炭素と二酸化炭素のＫ_Ｂと、水性ガスシフト反応に関与する一酸化炭素、二酸化炭素、水素及びの水蒸気のＫ_Ｗに基づいて、所望の燃料ガスのガス組成を特定する。

【0069】

第１の手順に従い、Ｋ_ＢとＫ_Ｗに基づいて特定された燃料ガスを表すと、図２中の各プロットのようになる。

【0070】

ここで、脱硫装置の処理温度（４５０℃）において、Ｋ_Ｗを一定とし、Ｋ_Ｂを変動させることにより特定された燃料ガスを図２に表すと直線Ａ上のプロットとなる。Ｋ_Ｗを一定とするため、直線Ａ上の各プロットは水性ガスシフト反応が平衡状態のときの燃料ガスの状態を表すものである。

【0071】

また、Ｋ_Ｗ及びＫ_Ｂを変動させることにより特定された燃料ガスはブドアール反応及び水性ガスシフト反応の双方が非平衡状態のときの燃料ガスの状態を表すものである。

【0072】

このようにＫ_Ｂ及びＫ_Ｗで特定された燃料ガスは、ブドアール反応及び水性ガスシフト反応が平衡状態及び非平衡状態のどちらであってもＫ_Ｂ及びＫ_Ｗで表すことができる。これにより、複数の異なるＫ_Ｂ及びＫ_Ｗで所望のガス組成の燃料ガスを複数特定することができる。

【0073】

第２の手順は、燃料ガスを試料に流通する前と流通した後でガス組成を変動させずに燃料ガスを試料に流通させ、試料に炭素が析出するか否かを評価することにより、燃料ガス中での炭素の析出の有無を評価する。

【0074】

試料に炭素が析出するか否かの評価は、上述した反応検証装置を用いて実施する。反応検証装置を用いることで、ガス組成を変動させずに燃料ガスを試料に流通させることができる。

【0075】

本実施形態では、試料として脱硫剤を用いているため、燃料ガス中に炭素が析出したか否かの判断は、脱硫剤試料に炭素が析出したか否かで行う。

【0076】

図２は、上述した脱硫装置の処理温度（４５０℃）及び実験室装置の運転圧力（９．８１ｂａｒ）でＫ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定された燃料ガスを試料に流通させ、試料に炭素の析出が認められなかった場合を「○」で表し、炭素の析出が認められた場合を「■」で表している。

【0077】

直線Ａ上の各プロットは、上述したように、脱硫装置の処理温度（４５０℃）において、水性ガスシフト反応が平衡状態のときの燃料ガスを表す。ブドアール反応（２ＣＯ⇔ＣＯ_２＋Ｃ）については、二酸化炭素の分圧を増大させる、すなわち、Ｋ_Ｂを増大させれば、炭素析出を抑制する方向に進めることができるため、直線Ａについては、Ｋ_Ｗを一定とし、Ｋ_Ｂを増大させていくと、炭素の析出が認められる領域から炭素の析出が認められない領域へと移行していき、これらの領域の境界Ｂ１を得ることができる。このように、Ｋ_Ｗを一定とし、Ｋ_Ｂを変動させることにより、判断図上でブドアール反応の影響を考慮した炭素析出の有無の境界Ｂ１を得ることができる。

【0078】

一方、Ｋ_Ｗ及びＫ_Ｂを変動させることにより特定された燃料ガスはブドアール反応及び水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ⇔ＣＯ_２＋Ｈ_２）の双方が非平衡状態のときの燃料ガスの状態を表すものである。

【0079】

図２に示すように、炭素の析出が認められなかったことを示す「○」、及び炭素の析出が認められたことを示す「■」はそれぞれ炭素が析出しない領域Ｃ及び炭素が析出する領域Ｄとしてまとめることができる。そして、それぞれまとめられた領域Ｃ及び領域Ｄの境界として、燃料ガス中での炭素析出の有無の境界となる境界Ｂを特定することができる。

【0080】

このように、炭素析出に直接関わるＫ_Ｂだけでなく、炭素析出に間接的に関わるＫ_Ｗを用いることにより、判断図上でブドアール反応の影響だけでは説明できない炭素析出の境界Ｂを表すことができる。

【0081】

本発明の炭素析出の評価方法によれば、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定された任意の燃料ガスのガス組成における炭素析出状況を明らかにすることができる。

【0082】

また、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗを共に変動させて燃料ガスを複数特定し、燃料ガス毎に評価を行うため、燃料ガス中での炭素析出の有無の境界Ｂをブドアール反応及び水性ガスシフト反応の双方の影響を考慮して特定することができる。

【0083】

また、Ｋ_Ｗを一定としてＫ_Ｂを変動させて燃料ガスを複数特定し、燃料ガス毎に評価を行うことによりブドアール反応の影響を考慮した、炭素析出の有無の境界Ｂ１を得ることができる。

【0084】

また、ブドアール反応及び水性ガスシフト反応が平衡状態及び非平衡状態のいずれであっても複数の異なるＫ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づき所望のガス組成の燃料ガスを特定でき、特定された燃料ガス毎に炭素析出の評価を行うため、図２のように、所望のガス組成の燃料ガス中での炭素析出状況を明らかにすることができる。

【0085】

さらに、燃料ガス中での炭素析出の有無の境界Ｂと、所望のＫ_Ｂ及びＫ_Ｗとを比較することにより、所望のＫ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定されたガス組成の燃料ガス中に炭素が析出するか否かを予め判断することができる。さらに、炭素析出の有無が未知の燃料ガスについては、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗでガス組成を特定しさえすれば、炭素析出の有無が未知の燃料ガス中に炭素が析出するか否かを推測することができる。

【0086】

次に、本発明の炭素析出の判断方法について説明する。

【0087】

本発明の炭素析出の判断方法とは、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定される燃料ガスと、燃料ガス中での炭素析出の有無との関係を表す図２の判断図を用いて、炭素析出が未知の燃料ガスをＫ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定して判断図上に表し、かかる判断図上において、炭素析出の有無が既知の燃料ガスのＫ_Ｂ及びＫ_Ｗと、炭素析出が未知の燃料ガスのＫ_Ｂ及びＫ_Ｗとを比較することにより、炭素析出が未知の燃料ガス中での炭素析出の有無を予め判断する方法をいう。

【0088】

たとえば、図２中で炭素析出の有無が未知の燃料ガスのＫ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定された燃料ガスＤ１があるとする。この特定された燃料ガスＤ１は、炭素が析出する領域Ｄに属する。このため、炭素析出が未知の燃料ガスＤ１については、炭素が析出するガスであると予め判断することができる。なお、燃料ガスＤ１を炭素が析出する領域Ｄと析出しない領域Ｃとの境界Ｂと比較してもよい。

【0089】

本発明の炭素析出の判断方法によれば、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定された燃料ガスと、燃料ガス中での炭素析出の有無との関係が表された判断図を用いることにより、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定された所望のガス組成の燃料ガス中に炭素が析出するか否かを予め判断することができる。さらに、炭素析出の有無が未知の燃料ガスについては、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗでガス組成を特定しさえすれば、かかる燃料ガス中に炭素が析出するか否かを推測することができる。

【0090】

（実施形態２）
以下、実施形態２に係る炭素析出の評価方法を石炭ガス化複合発電設備に適用した場合について説明する。

【0091】

図３に、石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ）の一部概略構成図を示す。

【0092】

ＩＧＣＣ１０は、石炭ガス化炉１１を備えている。石炭ガス化炉１１で生成された石炭ガス化ガス（燃料ガス）は図示しない除塵手段により除塵されて蒸気加熱器１２で脱硫装置１４の処理温度（４５０℃）に調整され、ガス精製設備１３に送られる。

【0093】

ガス精製設備１３は、石炭ガス化ガス中の不純物を除去するものである。本実施形態では、ガス精製設備１３として石炭ガス化ガス中の硫化物を除去する脱硫装置１４を備えている。

【0094】

脱硫装置１４は、石炭ガス化ガスに含まれる硫黄化合物と化学反応する金属酸化物系脱硫剤を備えている。金属酸化物系脱硫剤としては、たとえば、酸化鉄を主成分とする脱硫剤、亜鉛フェライトを主成分とする脱硫剤などを挙げることができる。本実施形態では、脱硫剤として亜鉛フェライトを主成分とする脱硫剤（試料）を用いている。

【0095】

また、蒸気加熱器１２の下流側且つガス精製設備１３の上流側には、詳細は後述するが、系内の循環排ガスＸ、水蒸気Ｙ及び二酸化炭素Ｚを抽出し、これらの少なくとも１以上を石炭ガス化ガスに添加する流体添加手段１５が設けられている。

【0096】

流体添加手段１５は、ガス化ガスに循環排ガスＸ、水蒸気Ｙ及び二酸化炭素Ｚの少なくとも１以上のガスを添加できるものであればよく、本実施形態では、蒸気加熱器１２とガス精製設備１３とを接続する配管に接続されている。なお、流体添加手段１５は、添加量を自在に制御できるように流量調節弁や流量計などを備えている。

【0097】

硫黄化合物が除去された石炭ガス化ガスは燃焼器１６に送られる。燃焼器１６での燃焼により生じた燃焼ガスは、ガスタービン１７に送られて膨張され発電動力が得られる。

【0098】

ガスタービン１７で仕事を終えた排気ガスの一部は再生熱交換器２０及び排熱回収ボイラ１８で熱回収され、熱回収された排気ガスは圧縮機１９ａで圧縮される。

【0099】

本実施形態では、圧縮機１９ａで圧縮された排気ガスの一部、すなわち、循環排ガスＸを蒸気加熱器１２の下流側且つガス精製設備１３の上流側に設けられた流体添加手段１５により石炭ガス化ガスに添加する。

【0100】

また、排熱回収ボイラ１８で製造された水蒸気の一部、すなわち、水蒸気Ｙを流体添加手段１５により石炭ガス化ガスに添加してもよい。

【0101】

圧縮機１９ａで圧縮された排気ガスは再生熱交換器２０で昇温されて燃焼器１６に投入される。排熱回収ボイラ１８で発生した蒸気は蒸気タービン２１に送られ、蒸気タービン２１で膨張され、動力が得られる。本実施形態では、ガスタービン１７と蒸気タービン２１とは、直列に接続され、ガスタービン１７と蒸気タービン２１の動力により発電機が駆動され、ガスタービン１７と蒸気タービン２１による複合発電が行われる。

【0102】

蒸気タービン２１で仕事を終えた排気蒸気は復水器２２で復水されて、図示しない給水ポンプにより給水加熱器２３に送られる。給水加熱器２３には排熱回収ボイラ１８で熱回収された排気ガスの一部が送られ、その回収された熱により復水器２２で凝縮された復水が加熱され、排熱回収ボイラ１８に供給される。

【0103】

排熱回収ボイラ１８で熱回収された排気ガスの一部は、二酸化炭素回収系により二酸化炭素が回収される。すなわち、排気ガスは、給水加熱器２３で冷却された後、スクラバー（冷却器）２４で水分が分離され、水分が分離された排気ガスは圧縮機１９ｂで所定圧力に加圧された後、さらに、汽水分離器（冷却器）２５で冷却される。冷却されて水分が除去された排気ガス、すなわち、二酸化炭素は圧縮機１９ｃで所定圧力に加圧されて石炭ガス化炉１１に送られる。余剰の二酸化炭素は圧縮機１９ｄで加圧して液化する等により回収される。なお、圧縮機１９ｃで加圧された二酸化炭素の一部、すなわち、二酸化炭素Ｚを流体添加手段１５により石炭ガス化ガスに添加してもよい。

【0104】

ここで、流体添加手段１５について説明する。

【0105】

流体添加手段１５は、ブドアール反応を抑制する流体を石炭ガス化ガスに添加するものである。ブドアール反応を抑制する流体としては、二酸化炭素や水蒸気などを挙げることができる。本実施形態では、上述したようにガスタービン１７で仕事を終え、排熱回収ボイラ１８で熱回収された循環排ガスＸを蒸気加熱器１２の下流側且つガス精製設備１３の上流側に設けられた流体添加手段１５により石炭ガス化ガスに添加している。なお、上述したように系内から抽出した水蒸気Ｙまたは二酸化炭素Ｚまたはこれらの混合ガスを添加してもよい。

【0106】

ブドアール反応を抑制する流体の添加量は自在に変更することが可能となっている。このような流体添加手段を設けることで、石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスのガス組成を自在に変更することができる。すなわち、脱硫装置１４の上流側において、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定される所望のガス組成の石炭ガス化ガスとすることができる。あらかじめ作成した炭素析出の有無を判断するための判断図に基づいて、炭素析出が無いと判断されるＫ_Ｂ及びＫ_Ｗとなるようにブドアール反応を抑制する流体の添加量を調整することができるので、脱硫装置内での炭素析出を防止しながら石炭ガス化複合発電設備１０を運転することができる。

【0107】

図４に、本発明の炭素析出の評価方法を石炭ガス化複合発電設備に適用した場合における燃料ガス中での炭素析出の有無を判断するための判断図を示す。

【0108】

図４中の曲線Ｅ_０の各プロット「▲」は、矢印の方向に、石炭ガス化炉で生成された約９００℃の石炭ガス化ガスが水性ガスシフト反応を平衡状態に保ったまま、且つ循環排ガスＸを添加せずに４５０℃の脱硫装置まで降温しながら流通していく過程を表すものである。

【0109】

実際のプラントでは、石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスが脱硫装置まで流通する過程で、水性ガスシフト反応が平衡に至る前に停止しているので曲線Ｅ_０の各プロットの通りの組成とはなっていない。曲線Ｅ_０の各プロットはあくまでも計算上の水性ガスシフト反応による変化を表しているものである。

【0110】

本実施形態では、実際のプラントにおいて、石炭ガス化ガスに先の石炭ガス化複合発電設備１０において循環排ガスＸを体積比で３％、５％、１０％、１５％添加した場合の炭素析出の有無を判断するための判断図の適用例を例示する。

【0111】

石炭ガス化炉で生成する石炭ガス化ガスは、ガス化炉出口でも９００℃以上の高温にあるため、図４のＦに位置するガス組成となっている。この石炭ガス化ガスに循環排ガスＸが添加されると、Ｋ_Ｂは増大する。これにより、循環排ガスＸを添加した石炭ガス化ガスの状態は、Ｋ_Ｂが増大する方向に移行し、図４中の点線の領域Ｇで表す領域にプロットされる。

【0112】

一方、循環排ガスＸが添加された石炭ガス化ガスは水性ガスシフト反応が脱硫装置の運転温度における平衡状態まで移行すると考えると、循環排ガスＸを添加した石炭ガス化ガスの状態は水性ガスシフト反応が平衡状態となる直線Ａまで変化する。

【0113】

よって、石炭ガス化ガスに二酸化炭素が３％、５％、１０％、１５％添加された後、石炭ガス化ガスが水性ガスシフト反応の平衡状態まで移行する過程はそれぞれ曲線Ｅ_３、曲線Ｅ_５、曲線Ｅ_１０、曲線Ｅ_１５で表すことができる。

【0114】

曲線Ｅ_３、曲線Ｅ_５、曲線Ｅ_１０、曲線Ｅ_１５上において、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定された複数の石炭ガス化ガスについては、実際のプラントでの循環排ガスＸの添加効果と比較するため、かかる石炭ガス化ガスまたはその模擬ガス（以下、単に「石炭ガス化ガス」という）毎に脱硫剤を保持した反応検証装置に流通させ、脱硫剤試料に炭素が析出するか否かを評価し、検証結果と照らし合わせる必要がある。図４に検証結果を示す。

【0115】

図４に示すように、「○」は炭素の析出が認められなかったことを示し、「■」は炭素の析出が認められたことを示す。

【0116】

ここで、実際のプラントでは、石炭ガス化ガスに循環排ガスＸを添加しない場合は曲線Ｅ_０の全域で炭素析出することが検証された（プロット「▲」）。また、循環排ガスＸを３〜１０％添加した場合は、水性ガスシフト反応が平衡に至る前に停止して領域Ｇにとどまっている間は炭素析出が抑制されるが、万一ガス化炉から脱硫装置までの流通過程で水性ガスシフト反応が進んで、曲線Ｅ_３、曲線Ｅ_５、曲線Ｅ_１０に沿って変化すると炭素が析出する可能性が残されていることが判る。さらに、二酸化炭素を１５％添加した場合には、たとえガス化炉から脱硫装置までの流通過程で水性ガスシフト反応が進んで曲線Ｅ_１５上に沿ってガス組成が変化したとしても、炭素析出が認められないことが判断される。以上の判断から、図４の判断図で表された本発明の評価結果によって実際のプラントでの炭素析出の有無を十分予測できることが確認できた。

【0117】

本発明の炭素析出の評価方法によれば、水性ガスシフト反応が平衡状態及び非平衡状態のいずれの状態であってもＫ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて燃料ガスを複数特定し、燃料ガス毎に、所望のガス組成を変動させずに燃料ガスと試料を反応させることができる。これにより、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗと燃料ガス中での炭素析出の有無との関係を明らかにでき、所望のガス組成の燃料ガス中での炭素析出状況を明らかにすることができる。また、燃料ガス中での炭素析出の有無をブドアール反応及び水性ガスシフト反応の少なくとも一方の影響を考慮して評価することができる。

【0118】

また、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定された燃料ガスと、燃料ガス中での炭素析出の有無との関係が表された判断図を用いることにより、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定された所望のガス組成の燃料ガス中に炭素が析出するか否かを予め判断することができる。さらに、炭素析出の有無が未知の燃料ガスについては、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗでガス組成を特定しさえすれば、かかる燃料ガス中に炭素が析出するか否かを推測することができる。

【0119】

具体的に、Ｋ_Ｂ及びＫ_Ｗに基づいて特定された所望のガス組成の燃料ガスが、図４のような判断図において炭素が析出しない領域のＫ_ＢとＫ_Ｗを満たす場合、このようなガス組成の石炭ガス化ガスを流通させれば、脱硫装置で炭素が析出するのを未然に防止することができる。

【0120】

また、炭素が析出する領域のＫ_ＢとＫ_Ｗを満たす場合、既知のガス組成を有する流体、すなわち本実施形態では、循環排ガスＸを流体添加手段から添加し、炭素が析出しない領域のＫ_ＢとＫ_Ｗの石炭ガス化ガスとしてから、脱硫装置に流通させることにより、脱硫装置で炭素が析出するのを未然に防止することができる。さらに、循環排ガスＸはＩＧＣＣの系内から抽出したものを用いているため、ブドアール反応を抑制する流体を系外から導入することなく、系内の循環排ガスＸを有効利用することができる。

【0121】

また、脱硫装置での炭素析出を防止できれば、脱硫剤の機能を阻害することなく、石炭ガス化ガスから硫黄化合物を除去して高カロリーの燃料ガスを生成することができる。また、脱硫装置の劣化、損傷を抑制することができ、脱硫剤を長期に亘り使用することができる。

【0122】

なお、石炭ガス化ガスが降温しながら流通する過程では、Ｋ_Ｂの僅かな変化に対してＫ_Ｗは急激に変化することがわかる。このため、炭素が析出しない領域がＫ_ＢとＫ_Ｗのいずれも小さい領域では、石炭ガス化ガスの降温過程でＫ_Ｗが急激に変化し、炭素が析出する領域に移行する可能性がある。よって、Ｋ_ＢとＫ_Ｗを共に増大させるように石炭ガス化ガスのガス組成を調整することで炭素析出抑制効果を高めることができる。

【産業上の利用可能性】

【0123】

本発明は、石炭、褐炭、コークス、重質油、石油精製残渣、バイオマスなど、様々な炭素系資源のガス化ガスを燃料ガスとして用いる各種の火力発電設備で利用することができる。火力発電設備には、ガス精製設備、燃焼器、ガスタービン、蒸気タービン及び排熱回収ボイラなどのガス反応設備を含む火力発電設備の他、燃料ガスから取り出した水素と空気中の酸素とを電気化学反応させる燃料電池を含む石炭ガス化燃料電池複合発電（ＩＧＦＣ）等が含まれる。

【符号の説明】

【0124】

１ 反応検証装置
２ 管路
３ 試料
４ 反応検証室
１０ 石炭ガス化複合発電設備
１１ 石炭ガス化炉
１２ 蒸気加熱器
１３ ガス精製設備
１４ 脱硫装置
１５ 流体添加手段
１６ 燃焼器
１７ ガスタービン
１８ 排熱回収ボイラ
１９ 圧縮機
２０ 再生熱交換器
２１ 蒸気タービン
２２ 復水器
２３ 給水加熱器
２４ スクラバー
２５ 汽水分離器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】