JP2022177505A - 水素製造システム - Google Patents

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Abstract

【課題】燃焼炉プラントのプラント排水を利用して電気分解により経済的に水素を生成できる水素製造システムを提供する。【解決手段】水素製造システム１は、燃焼炉プラントに適用され、燃焼炉と、前記燃焼炉で燃焼した熱で蒸気を生成するボイラとを少なくとも備えるボイラ付燃焼システム１０と、前記ボイラから排出されるボイラブロー水Ｆ１のうち、少なくとも一部の前記ボイラブロー水が導入されて不要イオンを除去した分離水Ｆ２と前記不要イオンを含有する被分離水Ｆ３とを生成するイオン除去装置５２と、前記分離水を電気分解することで水素を生成する水電解装置５３とを少なくとも備える電解システム５０と、前記ボイラブロー水の残部を含み、前記燃焼炉プラントで生じるプラント排水に対して無機系の水処理を行う無機系排水処理施設３２を少なくとも備える排水処理システム３０とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラを備えたごみ焼却炉等の燃焼炉を利用して水素生成を行う水素製造システムに関する。
近年、地球温暖化対策としての脱炭素化の機運が世界的に高まりつつあり、二酸化炭素の排出削減技術や、二酸化炭素を排出しない水素製造技術が注目されている。日本においては、２０５０年までに温室効果ガスの排出を実質的にゼロにすること（カーボンニュートラル）が環境省によって宣言されている。これを受けて国内の企業各社は、目標を達成するためのさまざまな取り組みを進めている。
例えば、有機性廃棄物を分解してバイオガスを製造するメタン発酵装置は、メタンガスとともに二酸化炭素を排出する。メタン発酵装置で生産されるバイオガス全体に占める二酸化炭素の割合は、有機性廃棄物の組成にも依存するものの、重量比でおよそ三分の二前後である。具体的には、約２トンのメタンガスを生成する際に、約４トンの二酸化炭素が同時に生成される。そこで、二酸化炭素の排出量を削減すべく、バイオガスから二酸化炭素を分離して植物工場で利用する技術や、廃棄物焼却炉から生じる灰を二酸化炭素と混合してセメント材料にする技術等が開発されている（特許文献１参照）。
また、メタン発酵で生じた二酸化炭素と水電解装置で生成した水素とを用いてメタネーション（メタン合成）を実施し、生成されたメタンを都市ガスとして利用する技術や、ガスエンジン等の燃料としてメタンを活用する技術も開発されている（特許文献２参照）。
さらに、ごみ焼却炉プラントに水電解装置を設置し、水電解装置で生成した水素と空気中の窒素とからアンモニアを合成し、そのアンモニアをガスエンジン等の燃料として活用する技術も開発されている（特許文献３参照）。
特開2006-212524号公報 特開2019-090084号公報 特開2019-216501号公報
特許文献１に記載の植物工場やセメントの合成で使用される二酸化炭素の量は、メタン発酵で生じるすべての二酸化炭素を消費できるほど多量ではない。これに対し、特許文献２に記載のメタネーションによれば、多量の二酸化炭素を高需要のメタンへと変換することができ、商業的に有益である。一方、メタネーションのための水素を水電解装置で生成するには、多量の電力及び水が必要となる。そこで、特許文献３に記載のように、ごみ焼却炉プラントが備えるボイラの蒸気タービン及び発電機で発電した電力と排ガスの温度を低減するための減温塔の冷却排水とを使用して、メタネーションを実施することが考えられる。
しかし、水電解装置で効率よく水素を生成するには、不純物を含まない水を使用する必要がある。この点に関して、特許文献３の技術では、いわゆるスクラバーである減温塔を集塵機の上流側に設置し、減温後の冷却排水を水電解装置に供給している。しかし、この冷却排水には、排ガス中の飛灰、重金属、排ガス処理用の薬品が含有されているため、そのまま水電解装置に供給することはできない。
一方、ごみ焼却炉プラントの排水には、ごみ収集車が回収したごみをごみピットへ投入するためのプラットフォームを洗浄した排水、ごみピットに貯留したごみから出る排水、ごみ焼却炉で焼却した主灰を冷却して排出する灰押出装置からの排水などもある。しかし、プラットフォームやごみピットからの排水には有機成分が含まれ、灰押出装置からの排水には無機成分が含まれるため、やはり、そのまま水電解装置に供給することはできない。
従って、燃焼炉プラントの一種であるごみ焼却炉プラントに水電解装置を配置して、当該プラントで生じる排水（プラント排水）を水電解装置に使用する場合、当該プラントが一般的に備える総合排水処理システムに、プラットフォームやごみピットからの排水、灰押出装置からの排水などの全てのプラント排水を合流させて、有機成分及び無機成分を水処理した水を、水電解装置に使用するというのが当業者の技術常識であった。
なお、総合排水処理システムは、燃焼炉とボイラを備えた燃焼炉プラントであれば、ごみ焼却炉プラント以外のプラント、例えば、火力発電プラントや化学プラントなどにも備えられている。
本発明は、上記のような課題に鑑み案出されたものであり、総合排水処理システムの水処理の負荷を低減し、且つ、燃焼炉プラントで生じるプラント排水を利用した電気分解により経済的に水素を生成できる水素製造システムを提供することを目的とする。
本発明の水素製造システムは、燃焼炉プラントに適用され、
燃焼炉と、前記燃焼炉で燃焼した熱で蒸気を生成するボイラとを少なくとも備えるボイラ付燃焼システムと、
前記ボイラから排出されるボイラブロー水のうち、少なくとも一部の前記ボイラブロー水が導入されて不要イオンを除去した分離水と前記不要イオンを含有する被分離水とを生成するイオン除去装置と、前記分離水を電気分解することで水素を生成する水電解装置とを少なくとも備える電解システムと、
前記ボイラブロー水の残部を含み、前記燃焼炉プラントで生じるプラント排水に対して無機系の水処理を行う無機系排水処理施設を少なくとも備える排水処理システムと
を有する。
本発明の水素製造システムによれば、燃焼炉プラントで生じるプラント排水のうち、低濃度の薬品が混入しているものの特にきれいなボイラブロー水の一部を利用して水電解を行う。水電解される少なくとも一部のボイラブロー水は排水処理システムに混入しないため、排水処理システムにおける水処理の負荷を低減することができる。
従って、排水処理システムの水処理の負荷を低減し、且つ、燃焼炉プラントで生じるプラント排水を利用した電気分解により経済的に水素を生成できる水素製造システムを提供することができる。
本発明の水素製造システムの実施例を示すブロック図である。 本発明の水素製造システムの第一変形例を示すブロック図である。 二酸化炭素分離装置６０の一例を示すブロック図である。 本発明の水素製造システムの第二変形例の一部を示すブロック図である。 本発明の水素製造システムの第三変形例の一部を示すブロック図である。
以下、図１～図５を参照して、実施例及び変形例（第一、第二、第三変形例）の水素製造システムについて説明する。図中において、数字のみの符号は、水素製造システムに関係する装置、部品、部位等の物理的な要素を表す。また、アルファベットのＦと数字とを組み合わせた符号は、水素製造システムで生じる液体や気体などの流体（Fluid）を表す。
以下に示す実施例及び変形例は、あくまでも例示に過ぎず、明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、以下の各構成は、本発明に必須の構成を除いて必要に応じて取捨選択でき、あるいは公知の構成と組み合わせ可能である。
［１．実施例及び第一変形例］
図１は、本発明の実施例であり、図２は、本発明の第一変形例である。実施例及び第一変形例の水素製造システム１は、ボイラ付燃焼システム１０と、排水処理システム（総合排水処理システム）３０と、高純度二酸化炭素生成システム４０と、電解システム５０（第一変形例では５０′）と、メタネーションシステム７２とを有する複合処理施設である。
実施例と第一変形例とでは、水素製造システム１の備える電解システム５０、５０′の構成が異なるのみであるので、ここでは、実施例と第一変形例とを同時に説明する。
これらのシステム１０、３０、４０、５０（５０′）、７２は、全てのシステムが一つの建物内に設けられてもよいし、各々のシステムに対応した個別の建物に設けられてもよい。また、これら全システムが同一の敷地に設けられてもよいし、別個の敷地、例えば、互いに遠方の敷地に設けられてもよい。各々のシステムが互いに遠方の敷地に設けられる場合は、パイプラインや自動車搬送などで、各々のシステムを適宜接続すればよい。
［Ａ．基本構成］
まず、上述の５つのシステム１０、３０、４０、５０（５０′）、７２について概要を説明し、その後、当該各システムの具体的構成及び効果について詳述する。
ボイラ付燃焼システム１０は、燃焼炉と、燃焼炉で燃焼した熱で蒸気を生成するボイラとを少なくとも備えるシステムである。水素製造システム１が適用される燃焼炉プラントは、燃焼炉で燃焼される燃料（廃棄物、石炭など）やその目的に応じて、ごみ焼却炉プラント、火力発電プラント、化学プラントなど、多様である。
ボイラ付燃焼システム１０は、ボイラ２０を備えるため、後述のボイラブロー水Ｆ１が必ず排出される。
なお、実施例及び第一変形例では、ボイラ付燃焼システム１０は、燃焼炉の一例としてごみ焼却炉１３を備えている。
排水処理システム３０は、［発明が解決しようとする課題］で述べた総合排水処理システムである。プラント排水に含まれる有機成分を生物処理などして水処理する有機系排水処理施設３１と、当該有機成分を水処理した後に、プラント排水に含まれる無機成分を水処理する無機系排水処理施設３２とを備える。排水処理システム３０では、燃焼炉プラントの外部へ放流可能な程度に排水を浄化する水処理がなされる。排水処理システム３０が水処理したプラント排水は、後述の再利用水Ｆ１４として燃焼炉プラント内で利用してもよいし、余剰分があれば燃焼炉プラントの外部へ放流してもよい。
なお、実施例及び第一変形例の水素製造システム１は、燃焼炉プラントの一種であるごみ焼却炉プラントに適用された例を示しているので、排水処理システム３０は有機系排水処理施設３１と無機系排水処理施設３２のいずれも備えている。しかし、有機成分がプラント排水に含有されない燃焼炉プラント、例えば、火力発電プラントなどでは、排水処理システム３０は、有機系排水処理施設３１を含まず、無機系排水処理施設３２のみの場合もありうる。
高純度二酸化炭素生成システム４０は、特段の濃縮工程を経ずに高純度の二酸化炭素を生成するシステムである。［背景技術］で述べたように、メタン発酵の際には高純度の二酸化炭素が多量に生成されるので、図１及び図２の高純度二酸化炭素生成システム４０は、一例として、メタン発酵装置４２を少なくとも備えている。
高純度二酸化炭素生成システム４０は、メタン発酵装置４２のほか、アルコール発酵装置６６（第二変形例として図４を用いて後述）、木質バイオマスをガス化するガス化炉６９（第三変形例として図５を用いて後述）などを少なくとも含んで構成してもよい。
メタネーションシステム７２は、少なくとも高純度二酸化炭素生成システム４０で生成された二酸化炭素Ｆ７と、後述の電解システム５０の水電解装置５３が生成した水素Ｆ４とを原料として、メタネーション装置４６でメタネーションを行い、メタンＦ１２を生成するシステムである。
電解システム５０は、ボイラブロー水Ｆ１を用いた電気分解により水素Ｆ４を生成するシステムである。電解システム５０は、ボイラブロー水Ｆ１から不要なイオンを除去するイオン除去装置５２と、水電解装置５３とを少なくとも備える。
ボイラ２０に供給される水は純水Ｆ１５であるが、例えば、清缶剤、防食剤（脱酸素剤）、スケール防止剤などの薬品が低濃度で添加され、ボイラ２０内に貯留された水は弱アルカリ性に調整される。このため、従来、ボイラブロー水Ｆ１は、高濃度の薬品や灰などの不純物を多量に含む他のプラント排水と混合され、総合排水処理施設で水処理されてきた。
しかし、ボイラ２０内に貯留された水は、純水Ｆ１５に低濃度の薬品が添加されたものであり、灰や重金属を含んでおらず、燃焼炉を備えたプラント内の他のプラント排水と比べ格段に純水Ｆ１５に近いため、ボイラ２０から随時排出されるボイラブロー水Ｆ１を、純水Ｆ１５を必要とする水電解装置５３に利用すれば、効率よく経済的に水素Ｆ４を生成することができると発明者は考えた。
そこで、ボイラブロー水Ｆ１を利用して水電解装置５３で水素Ｆ４を生成する構成を基本とし、水電解装置５３で生成した水素Ｆ４を用いてメタンＦ１２などの有価物を生成することができ、さらに燃焼炉プラントから排出される二酸化炭素Ｆ１８を削減できる水素製造システム１、言い換えれば、近年の世界の環境課題である脱炭素社会の実現を可能とする水素製造システム１を発明した。
以上、実施例及び第一変形例が備える５つのシステム１０、３０、４０、５０（５０′）、７２について概要を説明した。そこで、以下、各システムの構成及び効果を詳述する。
［Ｂ．詳細構成］
では、図１、図２を用いて、水素製造システム１の詳細を説明する。上述のように、実施例及び第一変形例は、燃焼炉プラントのうち、本発明の水素製造システム１がごみ焼却炉プラントに適用された例である。
ごみ焼却炉プラントは、例えば、都市ごみや産業廃棄物等のごみ、すなわち廃棄物を焼却処理する施設である。ボイラ付燃焼システム１０には、ごみ搬入車両（ごみ収集車、トラック、ダンプカー等）が廃棄物を荷下ろしする空間であるプラットフォーム１１や、ごみ搬入車両から荷下ろしされた廃棄物が投入されて一時的に貯留されるごみピット１２（ごみ貯留槽）が設けられる。ごみピット１２に投入された廃棄物は、ごみクレーンによってごみ焼却炉１３へと移送される。
プラットフォーム１１を洗浄した排水（プラットフォーム洗浄排水）やごみピット１２に貯留された廃棄物からしみ出た排水（ピット排水）は、一般的に有機成分を含むため、プラント排水として排水処理システム３０の有機系排水処理施設３１で水処理される。
ごみ焼却炉１３は、廃棄物を焼却するための炉であり、例えば、ストーカ炉や流動床炉等である。灰押出装置１４は、ごみ焼却炉１３で廃棄物を焼却した後に残る焼却灰（主灰）を冷却して排出するための装置である。灰押出装置１４から排出される排水（灰押出装置排水）は、灰や重金属を含むアルカリ性水であり、プラント排水として排水処理システム３０の無機系排水処理施設３２で水処理される。なお、無機系排水処理施設３２は、有機系排水処理施設３１で水処理された排水も受け入れて水処理する。
ごみ焼却炉１３で廃棄物が燃焼することにより発生した排ガスは、煙道１５を通り、排ガスを減温する減温塔１６、排ガスから飛灰を除塵する除塵装置１７、煙突１９の順に流れて外気に放出される。ここでは、除塵装置１７と煙突１９の間の煙道１５に、排ガスに含まれる低濃度の二酸化炭素Ｆ１８を分離する二酸化炭素分離装置６０が配置される。必要に応じて、図示しない脱硝装置、誘引送風機などを排ガスの流路に設置してもよい。
バグフィルタ等の除塵装置１７で取り除かれた塵（飛灰）は、飛灰洗浄装置１８で洗浄された後に、図示しない飛灰ピットに貯留され、プラントの外へ搬出される。飛灰洗浄装置１８から排出される排水（洗浄排水）は、灰や重金属を含むアルカリ性水であり、プラント排水として排水処理システム３０の無機系排水処理施設３２で水処理される。
なお、減温塔１６において、排水処理システム３０の無機系排水処理施設３２で水処理されたプラント排水（再利用水Ｆ１４）を噴霧して排ガスを減温すれば、水道水を噴霧する場合に比べ、費用対効果の観点で優れる。ここで、減温塔１６は、特許文献３のスクラバーではなく、ごみ焼却炉プラントで一般的に使用される減温塔１６、すなわち、噴霧された水（例えば、再利用水Ｆ１４）は高温の排ガスによって実質的に全て蒸発するような減温塔１６が望ましい。噴霧された水が実質的に全て蒸発するので減温塔１６からプラント排水が排出されず、排水処理システム３０における水処理の負荷を低減することができる。
また、飛灰洗浄装置１８において、排水処理システム３０の無機系排水処理施設３２で水処理されたプラント排水（再利用水Ｆ１４）で塵（飛灰）を洗浄すれば、水道水で洗浄する場合に比べ、費用対効果の観点で優れる。
ボイラ２０は、水道水や工業用水などから純水Ｆ１５を製造する純水装置２７、純水装置２７が製造した純水Ｆ１５に、清缶剤、防食剤（脱酸素剤）、スケール防止剤などの薬品を添加する薬品添加装置２８、当該薬品が添加された純水Ｆ１５を貯留する蒸気ドラム２１、蒸気ドラム２１に貯留された水を排ガスの熱で蒸気にする伝熱管や過熱管などの排熱回収器２２、排熱回収器２２で生成され且つ蒸気ドラム２１に供給された蒸気で羽根車を回転する蒸気タービン２３、蒸気タービン２３の羽根車の回転力で発電する発電機２４、蒸気タービン２３の羽根車を回転させた後の蒸気（廃蒸気）を水に戻す復水器２５、復水器２５で生成された復水から溶存ガス（酸素、二酸化炭素等）を除去して蒸気ドラム２１へ供給する脱気器２６を備える。
ボイラブロー水Ｆ１は、蒸気ドラム２１の下方に配置されたブロー配管２９から随時排出される。
なお、廃蒸気は高温であるので、後述の二酸化炭素分離装置６０、メタネーション装置４６、前処理装置４１（可溶化や水熱処理の場合）など、プラント内で加温が必要な装置に適宜供給して利用すれば、電力会社から購入した電力を使用して加温するよりも費用対効果の観点で優れる。
発電機２４で発電された電力は、プラント内に配置された各種電気製品（水電解装置５３、電解装置５４、メタネーション装置４６など）を作動させるために利用され、余った電力は電力会社に売電してもよい。当該電力を電力会社に売電しない、または、売電量を少量とし、当該電力の全てまたは大部分を水素製造システム１が適用されるプラント内に配置された各種電気製品に供給するよう適宜設計することで、実質的に電力自立型の燃焼炉プラントを構築しうる。
また、排水処理システム３０の無機系排水処理施設３２で水処理されたプラント排水（再利用水Ｆ１４）を純水装置２７に供給し、純水装置２７で純水Ｆ１５を製造すれば、水道水を供給する場合に比べ、費用対効果の観点で優れる。
二酸化炭素分離装置６０は、例えば、図３に示すように、アミン溶液を利用して二酸化炭素を分離する装置である。設計上可能であれば、後述の二酸化炭素分離膜４５と同様の構成でもよい。
図３の二酸化炭素分離装置６０は、吸収器６１と熱交換器６２と脱離器６３と再加熱器６４とを有する。
吸収器６１は、排ガス中の二酸化炭素Ｆ１８をアミン溶液に吸収させるための装置である。吸収器６１の内部では、比較的低温のアミン溶液が排ガスに向かって噴射される。二酸化炭素Ｆ１８を吸収したアミン溶液は、吸収器６１の内部で下方へ落下し、熱交換器６２に導入される。また、二酸化炭素Ｆ１８が除去された排ガスは吸収器６１の上方から流出し、煙突１９から大気中に排出される。
熱交換器６２は、吸収器６１から流出したアミン溶液の温度を上昇させるための装置である。熱交換器６２には、後述する脱離器６３から流出した比較的高温のアミン溶液が、熱源として導入される。高温のアミン溶液が持つ熱量は、熱交換器６２の内部で低温のアミン溶液へと移動する。ここで昇温したアミン溶液（二酸化炭素Ｆ１８を含有するアミン溶液）は、脱離器６３に導入される。
脱離器６３は、二酸化炭素Ｆ１８をアミン溶液から脱離させるための装置である。脱離器６３に導入されたアミン溶液は、脱離器６３の内部に噴霧される。これにより、アミン溶液中に吸収されていた二酸化炭素Ｆ１８が脱離し、脱離器６３の上方から流出して二酸化炭素貯留タンク４９に貯留される。
脱離器６３には、内部に導入されたアミン溶液を循環させながら加温するための再加熱器６４が併設される。再加熱器６４では、例えば、蒸気タービン２３の廃蒸気を利用して、アミン溶液の温度を上昇させてもよい。
二酸化炭素分離装置６０と二酸化炭素貯留タンク４９により、排ガス中の二酸化炭素Ｆ１８の燃焼炉プラントの外部への排出量を大幅に削減できる。
以上、ボイラ付燃焼システム１０の各構成について詳述した。排水処理システム３０の各構成については、概要説明の箇所においてすでに説明済であるので省略する。
では、高純度二酸化炭素生成システム４０の各構成について詳述する。
実施例および第一変形例の水素製造システム１においては、高純度二酸化炭素生成システム４０は、メタン発酵により高純度の二酸化炭素Ｆ７を生成するシステムであるとして説明する。特に、ここでは、メタン発酵の原料として、ごみ焼却炉プラントに搬入された廃棄物に含まれる有機物を使用する。原料として廃棄物に含まれる有機物を使用するので、原料費が不要であり、費用対効果の観点で優れる。
前処理装置４１は、原料から発酵不適物を除去し、発酵適物の性状を整える前処理（例えば、破砕、可溶化、水熱処理など）を実施する装置である。原料は、例えば、ごみピット１２から移送される。
前処理装置４１で適切に前処理がなされた原料は、メタン発酵装置４２に導入される。
メタン発酵装置４２は、前処理装置４１で前処理がなされた原料をメタン発酵させることでバイオガスＦ８を生成するとともに発酵残渣Ｆ９を排出する装置である。メタン発酵の発酵方式は、乾式でもよいし湿式でもよい。
バイオガスＦ８には、少なくともメタンＦ６（ＣＨ４）及び二酸化炭素Ｆ７（ＣＯ２）の２種が、バイオガスＦ８の大部分を占める主成分として含まれる。
メタン発酵装置４２で生成されたバイオガスＦ８は、二酸化炭素分離膜４５に導入され、発酵残渣Ｆ９は、脱水機４３へと移送される。脱水機４３は、例えばトロンメルなどである。
脱水機４３は、発酵残渣Ｆ９を脱水して濾液Ｆ１０と残余物（脱水汚泥）とに分離する装置である。ここで分離された濾液Ｆ１０は、電解システム５０、５０′の水処理装置５１に移送される。また、当該残余物（脱水汚泥）は、コンベヤ４４でごみピット１２に移送され、ごみ焼却炉１３で焼却される。
二酸化炭素分離膜４５は、バイオガスＦ８から二酸化炭素Ｆ７を分離する分離膜を内蔵した装置である。分離膜として、例えば中空糸膜、デンドリマー膜、ポリエチレングリコール膜、ポリビニルアルコール膜等の高分子膜を用いることができる。
二酸化炭素分離膜４５で分離された二酸化炭素Ｆ７は、燃焼炉や内燃機関の排ガスのように窒素酸化物や粒子状物質（Particulate matter）を含むものではなく、不純物を含まない高純度の二酸化炭素Ｆ７、言い換えれば、極めてクリーンな二酸化炭素Ｆ７である。従って、二酸化炭素Ｆ７を、浄化処理やフィルタ処理なしに直接的に、メタネーションシステム７２のメタネーション装置４６の原料として、または、植物育成設備４８における植物の光合成の原料として、使用することができる。二酸化炭素Ｆ７は、二酸化炭素貯留タンク４９に貯留してもよい。
実施例及び第一変形例においては、メタン発酵装置４２におけるメタン発酵により生じる二酸化炭素を二酸化炭素貯留タンク４９に貯留したり、メタネーション装置４６や植物育成設備４８の原料に使用したりするので、燃焼炉プラントの外部への二酸化炭素Ｆ７の排出量を大幅に削減できる。
なお、植物育成設備４８には、二酸化炭素Ｆ７を貯留する貯留設備（二酸化炭素タンク、二酸化炭素ボンベ）や、光合成で成長する植物に二酸化炭素Ｆ７を供給して植物を育成する建物及び設備（植物工場、栽培用温室、栽培用水槽等）が含まれる。植物育成設備４８では、例えば藻、草花、野菜、青果物、観葉植物、多肉植物、樹木等が栽培されうる。
一方、二酸化炭素分離膜４５で二酸化炭素Ｆ７が分離された残余ガスは実質的にメタンＦ６（請求項に記載の「第二メタン」）である。メタンＦ６は、ガスボンベなどに貯留、または、メタンガス利用設備４７に供給されて使用される。メタンガス利用設備４７としては、例えば、都市ガスとしてガス管に導入する設備（ガス管導入設備）や、都市ガスを燃焼させて給湯するガス給湯器やガス暖房装置、ガスエンジン（ガス発電機器）等が設置された家庭、企業、もしくは工場などが挙げられる。
メタンＦ６をガスエンジンで燃焼させた場合に生じる排ガスは、ＥＧＲ（排ガス再循環）用のガスとしてごみ焼却炉１３へ導入し、ごみ焼却炉１３で発生する排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減させてもよい。また、メタンＦ６を燃料としてガスエンジンで発電した場合、蒸気タービン２３及び発電機２４で発電した電力と同様に、メタネーション装置４６、水電解装置５３、電解装置５４等を作動させる電力として活用できる。
なお、二酸化炭素分離膜４５で二酸化炭素Ｆ７が分離された残余ガスは実質的にメタンＦ６であるが、微量の硫黄分などが含まれる場合がある。そこで、この場合には、図示しない脱硫装置などの不純ガス除去装置を用いて当該残余ガスからメタンＦ６以外の不純ガスを取り除き、メタンＦ６としてもよい。
次に、メタネーションシステム７２について詳述する。
メタネーションシステム７２が備えるメタネーション装置４６は、二酸化炭素Ｆ７及び後述の水電解装置５３が生成した水素Ｆ４を合成してメタンＦ１２（請求項に記載の「第一メタン」）を生成する装置である。ここでは、例えば、共電解反応を介したメタン化反応やサバティエ反応により、二酸化炭素Ｆ７及び水素Ｆ４からメタンＦ１２や純水Ｆ１３が合成される（当該合成技術をメタネーションという）。メタネーション装置４６には、メタン合成に係る触媒が内蔵された反応器（触媒容器）が設けられ、その内部でメタンＦ１２が生成される。反応器内の温度や圧力は、所望の反応に適した触媒活性が得られる範囲、例えば、約２５０℃、約２０～３０気圧に制御される。メタネーション装置４６の加温や高圧化には、蒸気タービン２３の廃蒸気を使用することができる。
なお、約２０～３０気圧は比較的高圧であるため、これより低い圧力でメタネーションができるよう、近年、メタネーション装置４６は低圧化の開発が進められている。
メタネーション装置４６を作動させるための電力には、先述のように、蒸気タービン２３及び発電機２４またはガスエンジンで発電された電力を使用することができる。
メタネーション装置４６で合成されたメタンＦ１２は、メタンガス利用設備４７に供給されて使用され、あるいは貯留される。また、メタネーション装置４６で生成された純水Ｆ１３は、純水装置２７を介さずにそのまま蒸気ドラム２１に導入してもよい。
これにより、装置の作動用の電力や純水製造の観点で、燃焼炉プラントの運転コストを低減することができる。
メタネーション装置４６におけるメタン合成に係る化学反応式を、以下に例示する。
共電解反応 ： ＣＯ２＋３Ｈ２Ｏ→ ＣＯ＋３Ｈ２＋２Ｏ２
メタン化反応 ： ＣＯ＋３Ｈ２ → ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ
サバティエ反応 ： ＣＯ２＋４Ｈ２ → ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ
では、最後に、電解システム５０、５０′について詳述する。電解システム５０、５０′は、水処理装置５１で生物処理された濾液Ｆ１１を用いて水電解装置５３または水電解装置５３と異なる電解装置５４で電気分解することで、次亜塩素酸ナトリウム溶液Ｆ１６、Ｆ１７を生成する。
実施例と第一変形例では、各々の電解システム５０、５０′の構成が異なるので、まず、実施例における電解システム５０について説明し、その後、第一変形例における電解システム５０′について説明する。
実施例における電解システム５０は、水処理装置５１と、イオン除去装置５２と、水電解装置５３と、電解装置５４とを有する。
水処理装置５１は、高純度二酸化炭素生成システム４０の脱水機４３で分離され、有機成分を含む濾液Ｆ１０を生物処理する有機系の水処理装置５１（生物処理装置）である。
水処理装置５１は、排水処理システム３０の有機系排水処理施設３１と同様に生物処理を行うが、濾液Ｆ１０の量は有機系排水処理施設３１が処理するプラント排水の量に比べて少量である。従って、水処理装置５１は、有機系排水処理施設３１に比べて大幅に小型な装置であり、安価である。水処理装置５１で生物処理された濾液Ｆ１１は、イオン除去装置５２に導入される。
イオン除去装置５２は、蒸気ドラム２１から随時排出されるボイラブロー水Ｆ１のうち、少なくとも一部のボイラブロー水Ｆ１が供給されて、不要イオンを含まない分離水Ｆ２（純水）と不要イオンを含む被分離水Ｆ３とに分離する装置である。図１に示すイオン除去装置５２には、ボイラブロー水Ｆ１と水処理装置５１で生物処理された濾液Ｆ１１とが導入されるので、ボイラブロー水Ｆ１と濾液Ｆ１１とが混合された液体から不要イオンが除去される。
濾液Ｆ１１には、水処理装置５１の生物処理では除去されないナトリウムイオン（Ｎａ＋）や塩化物イオン（Ｃｌ－）が含まれる。一方、薬品添加装置２８で添加される防食剤にリン酸系の薬品が含まれている場合には、ボイラブロー水Ｆ１にリン酸イオン（ＰＯ４ ３－）が含まれる。
従って、上記混合された液体がイオン除去装置５２に供給されると、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、塩化物イオン（Ｃｌ－）、リン酸イオン（ＰＯ４ ３－）を含む被分離水Ｆ３と、これら不要イオンが除去されて純水となった分離水Ｆ２が生成される。
なお、イオン除去装置５２に供給されないボイラブロー水Ｆ１の残部は、排水処理システム３０の無機系排水処理施設３２に導入されて無機系の水処理がなされる。
排水処理システム３０の無機系排水処理施設３２で水処理がなされた再利用水Ｆ１４は、プラント内の重要な装置、例えば、排ガスの冷却のために減温塔１６で噴霧されるため、再利用水Ｆ１４が不足する事態が生じないよう、イオン除去装置５２へはボイラブロー水Ｆ１の全量ではなく一部を導入するのが望ましい。しかし、設計上可能であれば、上記一部のボイラブロー水Ｆ１ではなく、蒸気ドラム２１から随時排出されるボイラブロー水Ｆ１の全量をイオン除去装置５２に供給して水素製造の原料としてもよい。この場合は、上記「ボイラブロー水Ｆ１の残部」は当然にゼロであり、ボイラブロー水Ｆ１は排水処理システム３０に供給されず、全量のボイラブロー水Ｆ１がイオン除去装置５２に供給され、水素製造の原料として使用される。
イオン除去装置５２には、例えば、ＲＯ膜（逆浸透膜）やイオン交換樹脂が内蔵される。ＲＯ膜は、水中の水素イオン（Ｈ＋）や水酸化物イオン（ＯＨ－）を通過させ、その他の不要イオンの通過を阻止する膜である。また、イオン交換樹脂は、水中の不要イオンを水素イオンや水酸化物イオンに置換するゲル状の合成樹脂ビーズである。
分離水Ｆ２は水電解装置５３に供給され、被分離水Ｆ３は水電解装置５３とは異なる電解装置５４に供給される。
水電解装置５３は、分離水Ｆ２（純水）を電気分解する装置である。水電解装置５３は
純水を電気分解する装置であるので、図示がないが、分離水Ｆ２に加え、メタネーション
装置４６で生成した純水Ｆ１３を水電解装置５３に供給して、水素製造量を増加させても
よい。なお、水電解装置５３で所定の水素Ｆ４を製造するにあたり、ボイラブロー水Ｆ１
を原料とする分離水Ｆ２だけでは水の量が足りない場合には、メタネーション装置４６で
生成した純水Ｆ１３や、純水装置２７で製造した純水Ｆ１５など、分離水Ｆ２以外の純水
Ｆ１３、Ｆ１５を混合して水電解装置５３に供給してもよい。
ここで、一般的に、水電解装置は、効率よく電気分解を行うため、常温の純水を加温する加温装置を備えている。しかし、実施例又は変形例における水電解装置５３は加温装置を備える必要がない。なぜなら、水電解装置５３における水素製造の原料であるボイラブロー水Ｆ１は高温であるため、イオン除去装置５２で分離される分離水Ｆ２は常温よりも高温（約７０℃～９０℃）に調整できるからである。このため、上述の分離水Ｆ２以外の純水を混合する場合のみならず、分離水Ｆ２に濾液Ｆ１１を混合する場合（後述の第一変形例における電解システム５０′）においても、水電解装置５３は、常温よりも温度の高い純水や混合液を電気分解することができる。従って、水電解装置５３は、当該加温装置を備えなくても効率よく水素を製造することができるので、費用対効果に優れる。もちろん、当該純水や混合液の温度を常温よりも高い温度に調整できるとはいえ水素製造に適した所定の温度に足りない場合には、水電解装置５３に上記加温装置を加え、例えば、当該加温装置に上記廃蒸気を供給して加温してもよい。
水電解装置５３を作動させる電力には、蒸気タービン２３及び発電機２４や上述のガス
エンジンで発電された電力を使用することができる。また、水電解装置５３に供給する分
離水Ｆ２は、プラント排水であるボイラブロー水Ｆ１から生成するので原料費無料で別途
購入する必要がない。従って、プラント排水であるボイラブロー水Ｆ１から有価物である
水素Ｆ４を経済的に製造できる。
水電解装置５３では、分離水Ｆ２が電気分解されて、水素Ｆ４（Ｈ２）と酸素Ｆ５（Ｏ２）とが生成される。水素Ｆ４は、メタネーション装置４６に導入される。また、酸素Ｆ５は、大気に放出してもよいし、ごみ焼却炉１３の内部に供給される燃焼用空気と混合して廃棄物の燃焼を促進してもよい。
なお、ボイラブロー水Ｆ１の少なくとも一部が水電解装置５３の原料として使用されるため、ボイラブロー水Ｆ１の全量を排水処理システム３０の無機系排水処理施設３２に導入していた従来に比べ、無機系排水処理施設３２における水処理の負荷を軽減できる。
電解装置５４は、被分離水Ｆ３を電気分解する装置であり、被分離水Ｆ３に含まれるナトリウムイオンと塩化物イオンとを用いて、次亜塩素酸ナトリウム溶液Ｆ１６（ＮａＣｌＯ溶液）を生成することができる。
電解装置５４を作動させる電力には、蒸気タービン２３及び発電機２４や先述のガスエンジンで発電された電力を使用することができる。
電解装置５４で生成された次亜塩素酸ナトリウム溶液Ｆ１６は、例えば、燃焼炉プラントであるごみ焼却炉プラントのプラットフォーム１１や道路の除菌剤として散布してもよいし、当該プラント内の部屋や設備の除菌清掃のため、持ち運んで使用できるように、バケツやペットボトル等の容器に注いでもよい。
メタン発酵装置４２の濾液Ｆ１０もボイラブロー水Ｆ１もプラント排水であり、これらプラント排水を原料費不要の原料として電解装置５４で次亜塩素酸ナトリウム溶液Ｆ１６を製造するので、費用対効果の観点で優れる。また、経済的に製造した次亜塩素酸ナトリウム溶液Ｆ１６で燃焼炉プラントの衛生状態を良好に維持でき、作業環境を改善することができる。
次亜塩素酸ナトリウムの生成に係る化学反応式を、以下に例示する。
陽極 ： ２Ｃｌ－ → Ｃｌ２＋２ｅ
陰極 ： ２Ｎａ＋＋２Ｈ２Ｏ＋２ｅ → ２ＮａＯＨ＋Ｈ２
液中 ： Ｃｌ２＋２ＮａＯＨ → ＮａＣｌＯ＋ＮａＣｌ＋Ｈ２Ｏ
以上、実施例における電解システム５０について説明したので、次に、第一変形例における電解システム５０′について説明する。
電解システム５０′が、電解システム５０と異なる大きな点は、電解システム５０′は電解装置５４を備えておらず、濾液Ｆ１１が直接的に水電解装置５３に供給される点である。電解システム５０′においては、イオン除去装置５２には、ボイラブロー水Ｆ１のみが供給され、イオン除去装置５２で生成された分離水Ｆ２は水電解装置５３に供給される。また、被分離水Ｆ３は排水処理システム３０の無機系排水処理施設３２に供給され、水処理される。
電解システム５０′の水電解装置５３には、分離水Ｆ２と濾液Ｆ１１とが混合されて導入されるので、水電解装置５３における電気分解により、水素Ｆ４と次亜塩素酸ナトリウム溶液Ｆ１７が生成される。
電解システム５０′も、電解システム５０と同様に、経済的に次亜塩素酸ナトリウム溶液Ｆ１７を製造できる。そして、経済的に製造した次亜塩素酸ナトリウム溶液Ｆ１７で燃焼炉プラントの衛生状態を良好に維持でき、作業環境を改善することができる。
以上、実施例及び第一変形例について説明した。
実施例または第一変形例の水素製造システム１において、メタン発酵装置４２に、例えば、約３０トンの有機物が投入されると、メタンＦ６の生成量が約１．９トンとなり、二酸化炭素Ｆ７の生成量が約３．５トンとなる。ここで、二酸化炭素分離膜４５におけるメタンＦ６の回収率が、例えば約９２％（二酸化炭素分離膜４５の種類等により性能が異なる）である場合、二酸化炭素Ｆ７の全量がメタネーション装置４６に導入されるとすると、二酸化炭素Ｆ７が約３．４５トンと、約０．１トンのメタン成分がメタネーション装置４６に導入されることになる。また、二酸化炭素分離膜４５で分離されたメタンＦ６は、約１．８トンとなる。
一方、イオン除去装置５２では、約６トンのボイラブロー水Ｆ１から約５．６５トンの分離水Ｆ２が得られるので、水電解装置５３で約０．６３トンの水素Ｆ４が得られる。
この水素Ｆ４と二酸化炭素Ｆ７とを全量使用してメタネーション装置４６でメタネーションをした場合、メタンＦ１２が約１．４トン生成され、純水Ｆ１３が約２．８トン生成される。
よって、メタンＦ６（第二メタン）とメタンＦ１２（第一メタン）とで有価物である合計３．２トンのメタンＦ６、Ｆ１２を得ることができるとともに、二酸化炭素Ｆ７の排出量を実質的にゼロにすることができる。
その上、二酸化炭素分離装置６０を備えることで、燃焼炉の排ガスに含まれる二酸化炭素Ｆ１８も回収することができる。
さらに、水素製造システム１内のメタネーション装置４６や水電解装置５３など、電力を要する装置にボイラ付燃焼システム１０で発電した電力を供給することもできる。
従って、実施例及び第一変形例の水素製造システム１においては、プラント排水であるボイラブロー水Ｆ１は原料費ゼロであり、メタネーションに使用する二酸化炭素Ｆ７も原料費ゼロであり、メタネーション装置４６や水電解装置５３などを作動する電力も実質的に費用ゼロとできるので、水電解装置５３で生成した水素Ｆ４を用いて安価に有価物であるメタンＦ１２を生成することができるとともに、燃焼炉プラントから排出される二酸化炭素Ｆ１８を削減できる。言い換えれば、実施例及び第一変形例の水素製造システム１は、近年の世界の環境課題である脱炭素社会の実現を可能とする水素製造システム１であるといえる。
［２．第二変形例及び第三変形例］
では、次に、実施例及び第一変形例の水素製造システム１に含まれる高純度二酸化炭素生成システム４０を、別の例である高純度二酸化炭素生成システム４０′とした水素製造システム１を、図４を用い、第二変形例として説明する。また、実施例及び第一変形例の水素製造システム１に含まれるボイラ付燃焼システム１０を、別の例であるボイラ付燃焼システム１０′とし、実施例及び第一変形例の水素製造システム１に含まれる高純度二酸化炭素生成システム４０を、別の例である高純度二酸化炭素生成システム４０″とした水素製造システム１を、図５を用い、第三変形例として説明する。
第二変形例及び第三変形例の水素製造システム１において、５つのシステム１０、３０、４０、５０（５０′）、７２のうち、上記別の例に変更がない他のシステムは、実施例または第一変形例と同一でよい。
実施例及び第一変形例で説明した構成と同一の構成については、同一の符号を付して構成及び効果の説明を省略する。また、実施例及び第一変形例で示した構成と同一の構成については、液体または気体の流入や流出、物体の移送などは同一でよいため、これらの流入、流出、移送の一部の図示を省略する。
［Ａ．第二変形例］
図４を用いて、第二変形例の水素製造システム１について説明する。第二変形例の水素製造システム１は、実施例または第一変形例の水素製造システム１の構成のうち、高純度二酸化炭素生成システム４０′が異なる。
高純度二酸化炭素生成システム４０′は、高純度二酸化炭素生成システム４０と同様、特段の濃縮工程を経ずに高純度の二酸化炭素Ｆ７、Ｆ１９を生成するシステムである。高純度二酸化炭素生成システム４０では、一例として、メタン発酵装置４２を少なくとも備えていたが、高純度二酸化炭素生成システム４０′では、一例として、アルコール発酵装置６６を少なくとも備える。
図４の高純度二酸化炭素生成システム４０′は、アルコール発酵装置６６とメタン発酵装置４２の双方から高純度の二酸化炭素Ｆ７、Ｆ１９を生成するが、メタン発酵装置４２を必ずしも備える必要はない。
図４の高純度二酸化炭素生成システム４０′は、高純度二酸化炭素生成システム４０における前処理装置４１とメタン発酵装置４２の間に、アルコール発酵システム６５を介在させたシステムである。アルコール発酵システム６５は、アルコール発酵装置６６と、アルコール発酵装置６６で生成されたもろみＦ２０を固液分離してアルコールＦ２１と残渣Ｆ２２に分離する固液分離装置６７とを備える。固液分離装置６７は、例えば、スクリュープレス、ベルトプレスなどである。
まず、前処理装置４１に、廃木材やバカス（サトウキビの搾りかす）などのバイオマスが導入される。当該バイオマスは、前処理装置４１で加水分解及び糖化され、グルコースが生成される。
次に、前処理装置４１で生成されたグルコースは、アルコール発酵システム６５のアルコール発酵装置６６に導入される。そして、アルコール発酵装置６６に酵母菌が供給され、アルコール発酵がなされる。
グルコース（Ｃ６Ｈ１２Ｏ６）を用いたアルコールＦ２１（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）及び二酸化炭素Ｆ１９の生成に係る化学反応式を、以下に例示する。
アルコール発酵 ： Ｃ６Ｈ１２Ｏ６ → ２Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋２ＣＯ２
アルコール発酵により、アルコール発酵装置６６で生成されたもろみＦ２０は、固液分離装置６７によりアルコールＦ２１と残渣Ｆ２２に分離され、残渣Ｆ２２はメタン発酵装置４２の原料となる。すなわち、メタン発酵装置４２は、残渣Ｆ２２を用いてメタン発酵を行う。
アルコールＦ２１は、図示しない蒸留装置や脱水装置により濃縮され、有価物であるアルコール飲料などとして販売可能である。
アルコール発酵により、アルコール発酵装置６６から排出される二酸化炭素Ｆ１９は、燃焼炉や内燃機関の排ガスのように窒素酸化物や粒子状物質（Particulate matter）を含むものではなく、不純物を含まない高純度の二酸化炭素Ｆ１９、言い換えれば、極めてクリーンな二酸化炭素Ｆ１９である。従って、二酸化炭素Ｆ１９を、浄化処理やフィルタ処理なしに直接的に、メタネーションシステム７２のメタネーション装置４６の原料として、または、植物育成設備４８における植物の光合成の原料として、使用することができる。二酸化炭素Ｆ１９は、二酸化炭素貯留タンク４９に貯留してもよい。
第二変形例においては、アルコール発酵装置６６におけるアルコール発酵により生じる二酸化炭素Ｆ１９を二酸化炭素貯留タンク４９に貯留したり、メタネーション装置４６や植物育成設備４８の原料に使用したりするので、燃焼炉プラントの外部への二酸化炭素Ｆ１９の排出量を大幅に削減できる。
なお、アルコール発酵装置６６から排出されるガスは、大部分が二酸化炭素Ｆ１９であるが、バイオマスの種類によっては微量の硫黄分などの不純物が含まれる場合がある。そこで、この場合には、図示しない脱硫装置などの不純ガス除去装置を用いて当該不純物を除去すればよい。
［Ｂ．第三変形例］
図５を用いて、第三変形例の水素製造システム１について説明する。第三変形例の水素製造システム１は、実施例または第一変形例の水素製造システム１の構成のうち、ボイラ付燃焼システム１０′と高純度二酸化炭素生成システム４０″とが異なる。
ボイラ付燃焼システム１０′は、ボイラ付燃焼システム１０と同様、燃焼炉６８と、燃焼炉６８で燃焼した熱で蒸気を生成するボイラ２０とを少なくとも備えるシステムである。ボイラ付燃焼システム１０は、燃焼炉６８の一例としてごみ焼却炉１３を備えていたが、ボイラ付燃焼システム１０′の燃焼炉６８はごみ焼却炉１３でなくともよい。後述のようにガス化炉６９と燃焼炉６８とが一対をなすように形成される場合は、一般的に燃焼炉６８として流動床炉が使用される。
高純度二酸化炭素生成システム４０″は、高純度二酸化炭素生成システム４０、４０′と同様、特段の濃縮工程を経ずに高純度の二酸化炭素を生成するシステムである。高純度二酸化炭素生成システム４０、４０′では、一例として、メタン発酵装置４２やアルコール発酵装置６６を備えていたが、高純度二酸化炭素生成システム４０″では、一例として、木質バイオマスをガス化するガス化炉６９を少なくとも備える。
図５の高純度二酸化炭素生成システム４０″は、ガス化炉６９でガス化したガス（ガス化ガス）に、高純度の二酸化炭素のみならず、メタネーション装置４６でメタネーションの原料となりうる組成が多量に含まれることを鑑みて構成された。具体的には、ガス化炉６９で木質バイオマスをガス化した場合、ガス化ガスに含まれる成分は、ＣＯ２が約１５％、Ｈ２が約３５％、ＣＯが約４０％、ＣＨ４が約４％である。残余の成分には、微量の硫黄分などが含まれる。
まず、前処理装置４１に、木質バイオマス、例えば、廃木材が導入され、破砕される。次に、前処理装置４１で破砕された廃木材は、ガス化炉６９に導入され、ガス化炉６９でガス化される。ガス化炉６９で生成されたガス化ガスにはタールが含まれるため、タールを改質または除去するタール改質装置７０に供給される。
そして、タール改質装置７０でタールが改質または除去されたガス化ガスは、脱硫装置７１に導入される。図示しないが、このとき、その他の不純物については不純ガス除去装置を用いて当該不純物を除去してもよい。
脱硫装置７１などで微量の硫黄分や不純物が除去されたガス化ガスは、メタネーションシステム７２のメタネーション装置４６に、メタネーションの原料として供給される。
なお、ガス化炉６９にて廃木材からガス化ガスが抜け出して生成された熱分解残渣は、ボイラ付燃焼システム１０′の燃焼炉６８で燃焼される。また、燃焼炉６８における燃焼で発生した熱で、ガス化炉６９を加温し、ガス化炉６９におけるガス化を促進させる。
第三変形例においては、ガス化炉６９で生じるガス化ガスをメタネーション装置４６の原料に使用するので、ガス化炉６９からの燃焼炉プラントの外部への二酸化炭素の排出量を大幅に削減できる。
以上、本発明の実施例、第一、第二、及び第三変形例について説明した。これら実施例及び各変形例の水素製造システム１におけるボイラ付燃焼システム１０、１０′、電解システム５０、５０′、高純度二酸化炭素生成システム４０、４０′、４０″は、適宜入れ替えてもよいし、並列に接続してもよい。
１ 水素製造システム
１０、１０′ ボイラ付燃焼システム
１１ プラットフォーム
１２ ごみピット
１３ ごみ焼却炉
１４ 灰押出装置
１５ 煙道
１６ 減温塔
１７ 除塵装置（バグフィルタ、電気集塵機など）
１８ 飛灰洗浄装置
１９ 煙突
２０ ボイラ
２１ 蒸気ドラム
２２ 排熱回収器（伝熱管、過熱管など）
２３ 蒸気タービン
２４ 発電機
２５ 復水器
２６ 脱気器
２７ 純水装置
２８ 薬品添加装置
２９ ブロー配管
３０ 排水処理システム
３１ 有機系排水処理施設（生物処理施設など）
３２ 無機系排水処理施設
４０、４０′、４０″ 高純度二酸化炭素生成システム
４１ 前処理装置
４２ メタン発酵装置
４３ 脱水機（トロンメルなど）
４４ コンベヤ
４５ 二酸化炭素分離膜
４６ メタネーション装置
４７ メタンガス利用設備
４８ 植物育成設備
４９ 二酸化炭素貯留タンク
５０、５０′ 電解システム
５１ 水処理装置（生物処理装置）
５２ イオン除去装置
５３ 水電解装置
５４ 電解装置
６０ 二酸化炭素分離装置
６１ 吸収器
６２ 熱交換器
６３ 脱離器
６４ 再加熱器
６５ アルコール発酵システム
６６ アルコール発酵装置
６７ 固液分離装置（スクリュープレス、ベルトプレスなど）
６８ 燃焼炉
６９ ガス化炉
７０ タール改質装置
７１ 脱硫装置
７２ メタネーションシステム
Ｆ１ ボイラブロー水
Ｆ２ 分離水
Ｆ３ 被分離水
Ｆ４ 水素
Ｆ５ 酸素
Ｆ６ メタン（メタン発酵装置４２で生成され二酸化炭素分離膜４５で分離されたもの、第二メタン）
Ｆ７ 二酸化炭素（メタン発酵装置４２で生成され二酸化炭素分離膜４５で分離されたもの）
Ｆ８ バイオガス
Ｆ９ 発酵残渣
Ｆ１０ 濾液（脱水機４３で脱水されたもの）
Ｆ１１ 濾液（水処理装置５１で生物処理されたもの）
Ｆ１２ メタン（メタネーション装置４６で生成されたもの、第一メタン）
Ｆ１３ 純水（メタネーション装置４６で生成されたもの）
Ｆ１４ 再利用水
Ｆ１５ 純水（純水装置２７で生成されたもの）
Ｆ１６ 次亜塩素酸ナトリウム溶液（電解装置５４で生成されたもの）
Ｆ１７ 次亜塩素酸ナトリウム溶液（水電解装置５３で生成されたもの）
Ｆ１８ 二酸化炭素（二酸化炭素分離装置６０で分離されたもの）
Ｆ１９ 二酸化炭素（アルコール発酵装置６６で分離されたもの）
Ｆ２０ もろみ（アルコール発酵装置６６で生成されたもの）
Ｆ２１ アルコール（固液分離装置６７で分離されたもの）
Ｆ２２ 残渣（固液分離装置６７で分離されたもの）

Claims (7)

  1. 燃焼炉プラントに適用され、
    燃焼炉と、前記燃焼炉で燃焼した熱で蒸気を生成するボイラとを少なくとも備えるボイラ付燃焼システムと、
    前記ボイラから排出されるボイラブロー水のうち、少なくとも一部の前記ボイラブロー水が導入されて不要イオンを除去した分離水と前記不要イオンを含有する被分離水とを生成するイオン除去装置と、前記分離水を電気分解することで水素を生成する水電解装置とを少なくとも備える電解システムと、
    前記ボイラブロー水の残部を含み、前記燃焼炉プラントで生じるプラント排水に対して無機系の水処理を行う無機系排水処理施設を少なくとも備える排水処理システムと
    を有する水素製造システム。
  2. メタン発酵、アルコール発酵、または木質バイオマスのガス化により、高純度の二酸化炭素を生成する高純度二酸化炭素生成システムと、
    前記二酸化炭素と前記水素とを用いたメタネーションにより第一メタンと純水とを生成するメタネーションシステムと
    をさらに有する請求項１に記載の水素製造システム。
  3. メタンを都市ガスとして利用するガス管導入設備、家庭、企業、もしくは工場、または、メタンを燃焼させて発電するガスエンジンに、前記第一メタンを供給し、
    または、
    光合成で成長する植物を育成する植物育成設備に、前記二酸化炭素を供給し、
    または、
    二酸化炭素貯留タンクに、前記二酸化炭素を貯留する請求項２に記載の水素製造システム。
  4. 前記高純度二酸化炭素生成システムは、
    メタン発酵により、前記二酸化炭素と第二メタンの少なくとも２種を含むバイオガス及び発酵残渣を生成するメタン発酵装置と、
    前記バイオガスから前記二酸化炭素と前記第二メタンとを分離する二酸化炭素分離膜と、
    前記発酵残渣を脱水して濾液を生成する脱水機と
    を備え、
    前記電解システムは、前記濾液を生物処理する水処理装置をさらに備え、
    前記電解システムは、前記生物処理された前記濾液を用いて前記水電解装置または前記水電解装置と異なる電解装置で電気分解することで、前記濾液に含まれるナトリウムイオンと塩化物イオンを用いて次亜塩素酸ナトリウム溶液を生成し、
    前記ガス管導入設備、前記家庭、前記企業、前記工場、または前記ガスエンジンに、前記第二メタンを供給する請求項３に記載の水素製造システム。
  5. 前記ボイラ付燃焼システムは、
    前記燃焼炉で生じた排ガスを冷却する減温塔と、
    前記減温塔で冷却された排ガスを除塵する除塵装置と、
    前記除塵装置で除塵された排ガスに含有された二酸化炭素を前記排ガスから分離して前記二酸化炭素貯留タンクに貯留する二酸化炭素分離装置と
    をさらに備え、
    前記二酸化炭素分離装置は、アミン溶液を用いて前記排ガスに含有された二酸化炭素の吸収及び脱離を行う請求項４に記載の水素製造システム。
  6. 前記ボイラ付燃焼システムは、
    前記蒸気を貯留する蒸気ドラムと、
    前記蒸気ドラムに貯留された前記蒸気により羽根車を回転する蒸気タービンと、
    前記回転により発電する発電機と
    をさらに備え、
    前記発電した電力は、前記水電解装置、前記異なる電解装置、または前記メタネーションシステムに供給され、
    または、
    前記羽根車を回転した後に生じる廃蒸気は、前記メタネーションシステムまたは前記二酸化炭素分離装置に供給され、
    または、
    前記純水は、前記蒸気ドラムに供給される請求項５に記載の水素製造システム。
  7. 前記燃焼炉プラントは、ごみ焼却炉プラント、火力発電プラント、または化学プラントのいずれか１つである請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の水素製造システム。
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