JP6734706B2

JP6734706B2 - 火力発電設備

Info

Publication number: JP6734706B2
Application number: JP2016118252A
Authority: JP
Inventors: 潔櫻木
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2036-06-14
Also published as: JP2017221892A

Description

本発明は、製造プラントのＣＯ_２排出抑制システム、及び、ＣＯ_２の排出を抑制した火力発電設備に関する。

例えば、発電所や製鉄所では、燃料として石炭が多く使用されている。石炭を燃焼させた場合、排気ガスにはＣＯ_２が含まれるのが現状である。このため、排気ガス中に含まれるＣＯ_２を固定・回収する技術が種々提案されている。例えば、藻の培養池に火力発電所の排気ガスを導入し、藻を培養するためのＣＯ_２源とすることが従来から行われている（例えば、特許文献１）。これにより、火力発電所から大気に放出されるＣＯ_２を抑制することができる。

近年、再生可能であるバイオマス（藻）の培養技術が大幅に進歩し、屋外の環境で藻を大量に培養することが実現されてきている。培養された藻は、藻に含まれる有機物が有効利用（医薬品、食品、材料、燃料等）されて使用されることが考えられ、藻の培養によるＣＯ_２の排出抑制が現実的な技術になりつつある。藻を大量に培養して、ＣＯ_２の排出を抑制することが現実的になってきている反面、ＣＯ_２の排出を抑制する技術では、再生可能である高含水のバイオマス（藻）を含む資源の活用余地が残されているのが実情である。

特開平７−２５０６６９号公報

本願発明は、資源を有効に活用して製造プラントからのＣＯ_２の排出を抑制することができる製造プラントのＣＯ_２排出抑制システムを提供するものである。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、余剰の資源を有効に活用して発電手段からのＣＯ_２の排出を抑制することができる火力発電設備を提供することを目的とする。

本発明における製造プラントのＣＯ_２排出抑制システムは、燃料が処理される時にＣＯ_２を含む排出物の排出を伴って製造成果物を得る製造プラントと、前記製造プラントから排出されるＣＯ_２が供給されて生体が培養される生体培養手段と、前記生体培養手段で培養された生体に関連する流体を前記製造プラントに循環させる循環手段とを備えることが好ましい。

これにより、製造プラントから排出されるＣＯ_２が生体培養手段に供給されて生体が培養され、生体培養手段で培養された生体に関連する流体が製造プラントに循環されるので、ＣＯ_２の排出が大幅に抑制されると同時に、生体に関連する流体（資源）が有効に利用される。従って、資源を有効に活用してＣＯ_２の排出を抑制することが可能になる（カーボンニュートラルも可能になる）。

製造プラントとしては、火力発電所（製造成果物は電力）、製鉄所等の金属製造所（製造成果物は鉄等）、化学プラント（製造成果物は化学製品）、製紙工場（製造成果物は紙製品）等が適用される。また、生体培養手段としては、藻やその他の植物を培養する設備が適用される。

そして、上記製造プラントのＣＯ_２排出抑制システムにおいて、前記製造プラントは、石炭を燃料として燃焼させることで製造成果物を得るプラントであり、前記製造プラントには、前記石炭の貯炭施設が併設され、前記循環手段は、前記生体培養手段で培養された生体に関連する流体を前記貯炭施設に置かれた石炭に供給して前記石炭の発熱を抑制することが好ましい。

これにより、生体に関連する流体（資源）を貯炭施設に置かれた石炭に供給して石炭の発熱を抑制することができる。生体に関連する流体は、生体（高含水バイオマス）及び水分を供給することもでき、生体から有機物を除去した残渣と水分を供給することができる。

生体と水分を供給した場合、生体で石炭に膜が形成されて水分の供給により、効果的に発熱を抑制することができる。生体から有機物を除去した残渣と水分を供給した場合、生体の残渣を燃料の一部とすることができ、バイオマスを有効に利用することができる。生体から有機物として油を除去した場合、除去した油を動力用の燃料や製造プラントの燃料に適用することができる。

また、上記製造プラントのＣＯ_２排出抑制システムにおいて、前記製造プラントは、前記燃料が燃焼されて得られた高温・高圧の流体により動力を得て発電を行う発電手段を含み、前記生体培養手段は、前記製造プラントから排出されるＣＯ_２が供給され、前記生体として藻が培養される藻の培養手段であることが好ましい。

これにより、発電手段の排気ガス中のＣＯ_２が藻の培養手段に供給されて藻が培養される。発電手段が石炭火力発電手段である場合、藻（高含水バイオマス）と水分、もしくは、油を抽出した藻の残渣と水分を、貯炭施設の石炭に供給して石炭の発熱を抑制することができる。

また、上記製造プラントのＣＯ_２排出抑制システムにおいて、前記生体培養手段で培養した生体から油を抽出する抽出手段を備えることが好ましい。

これにより、抽出手段により生体から油を抽出することができる。具体的には、例えば、液体の溶媒を用いて生体を脱水し（油と共に脱水し）、溶媒を気化させて分離することにより、油を抽出することができる。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の火力発電設備は、炭素を含む燃料を燃焼して得られた高温・高圧の流体により動力を得て発電を行う発電手段と、前記発電手段の排気ガスに含まれるＣＯ_２が供給されて生体が培養される生体培養手段と、前記生体培養手段で培養された生体に関連する流体を前記発電手段に循環して前記流体を前記発電手段で利用させる循環手段とを備え、前記発電手段は、石炭を燃料として燃焼させて得られるガスにより発電動力を得る発電手段であり、前記発電手段には、前記石炭の貯炭施設が併設され、前記生体培養手段は、前記発電手段の排気ガスに含まれるＣＯ _２が供給されて藻が培養される藻の培養手段であり、前記循環手段は、前記藻の培養手段で培養された藻に関連する流体を前記貯炭施設に置かれた石炭に供給して前記石炭の発熱を抑制し、前記藻の培養手段で培養した藻から油を抽出する抽出手段を備え、前記循環手段は、前記抽出手段で前記藻から油を抽出した後の前記藻の残渣、及び、水分を前記貯炭施設に置かれた石炭に供給して前記石炭の発熱を抑制することを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、発電手段から排出されるＣＯ_２が培養手段に供給されて生体が培養され、生体培養手段で培養された生体に関連する流体が発電手段に循環されるので、発電手段からのＣＯ_２の排出が大幅に抑制されると同時に、生体に関連する流体（資源）が有効に利用される。従って、余剰の資源を有効に活用して発電時のＣＯ_２の排出を抑制することが可能になる（発電設備でのカーボンニュートラルも可能になる）。
そして、石炭の燃焼により電力を得る発電手段から排出されるＣＯ _２が藻の培養手段に供給されて藻が培養され、藻の培養に関連した流体（資源）、例えば、藻（高含水バイオマス）と水分、もしくは、有機物を除去した藻の残渣（バイオマス）と水分が、貯炭施設に置かれた石炭に供給されて石炭の発熱を抑制することができる。
また、抽出手段により藻から油を抽出することができ、油を抽出した後の藻の残渣、及び、水分を貯炭施設に置かれた石炭に供給して石炭の発熱を抑制することができる。抽出手段としては、例えば、液体の溶媒を用いて藻を脱水し（油と共に脱水し）、溶媒を気化させて分離することにより、油を抽出することができる。

上述した製造プラントのＣＯ_２排出抑制システムは、資源を有効に活用してＣＯ_２の排出を抑制することが可能になる。

本発明の火力発電設備は、資源を有効に活用して発電手段からのＣＯ_２の排出を抑制することが可能になる。

本発明の第１実施例に係るＣＯ_２排出抑制システムを有する火力発電設備の概略の系統図である。本発明の第２実施例に係るＣＯ_２排出抑制システムを有する火力発電設備の概略の系統図である。

本発明の第１実施例を説明する。
図１には本発明の第１実施例に係るＣＯ_２排出抑制システムを有する火力発電設備（製造プラント）の概略を説明する構成系統を示してある。

図に示すように、ＣＯ_２排出抑制システムの製造プラントとして、火力発電設備１を有している。火力発電設備１には、例えば、石炭を燃料として燃焼して高温・高圧の蒸気を得るボイラーと、ボイラーで発生した高温・高圧の蒸気を膨張して動力を得る蒸気タービンと、蒸気タービンの駆動により発電を行う発電機とが備えられている（発電所２：発電手段）。火力発電設備１では、燃料が燃焼（処理）されて発電機が駆動されて製造成果物として電力が得られる。

尚、火力発電設備としては、石炭をガス化した燃料（炭素を含む燃料）を燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスを膨張タービンで膨張させ、膨張タービンの駆動により発電機を駆動させて電力を得る設備を適用することができる（発電動力を得る発電手段を備えた火力発電設備）。また、膨張タービンの排気ガスの熱により蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動する複合発電設備を適用することもできる（発電動力を得る発電手段を備えた火力発電設備）。

製造プラントとしては、製鉄所等の金属製造所（製造成果物は鉄等）、化学プラント（製造成果物は化学製品）、製紙工場（製造成果物は紙製品）等を適用することができる。また、製鉄所や化学プラント、製紙工場等に自前の発電手段を備えたプラントを適用することができる。

火力発電設備１には、発電所２の燃料となる石炭３が置かれる貯炭施設４が備えられ、貯炭施設４は発電所２に併設されている。貯炭施設４に置かれた石炭３が発電所２（ボイラー）に供給され、石炭を燃焼させることで、ボイラーで高温・高圧の蒸気を得るようになっている。

一方、火力発電設備１には、生体として藻１１（高含水バイオマス：資源）が培養される藻培養池１２（生態培養手段）が備えられている。藻培養池１２には、発電所２の排気ガス（排出物）に含まれるＣＯ_２が供給されて藻１１を育てるためのＣＯ_２源とされている。また、藻培養池１２には、発電所２から排出される温水（資源）が供給されて藻１１を育てるための熱源とされている。

火力発電設備１から排出されるＣＯ_２が藻培養池１２に供給されて藻１１のＣＯ_２源とされているので、ＣＯ_２の環境への排出が大幅に抑制される。尚、生体として他の植物（バイオマス）を育てる手段を適用することが可能である。

藻培養池１２で育てられた藻１１及び水分（生体に関連する流体：資源）は、循環経路１５（循環手段）により貯炭施設４に循環され、藻１１及び水分が貯炭施設４に置かれた石炭に散水される。藻１１及び水分が石炭に散水されることで、水分により温度が抑えられて石炭の発熱が抑制される。また、藻１１が石炭の表面に覆われる状態になり、石炭同士の接触による発熱が抑制される。

尚、藻培養池１２で育てられた藻１１及び水分（藻１１及び水分の一部）を、火力発電設備１（発電所２）のボイラーに供給することも可能である。また、藻培養池１２で育てられた藻１１を利用するために固液分離し、液体である水分（資源）だけを貯炭施設４の石炭に供給することも可能である。

上記構成の火力発電設備１（ＣＯ_２排出抑制システムの製造プラント）は、発電所２から排出されるＣＯ_２が藻培養池１２に供給されて藻１１が培養され、藻培養池１２の藻１１及び水分が発電所２に併設された貯炭施設４に送られて石炭３の発熱が抑制される。このため、発電所２からのＣＯ_２の環境への排出が大幅に抑制されると同時に、藻１１の培養に関連する流体（資源）が有効に利用される。

従って、上述した火力発電設備１（ＣＯ_２排出抑制システムの製造プラント）では、資源を有効に活用して発電所２の発電時のＣＯ_２の環境への排出を抑制することが可能になる。

本発明の第２実施例を説明する。
図２には本発明の第２実施例に係るＣＯ_２排出抑制システムを有する火力発電設備（製造プラント）の概略を説明する構成系統を示してある。尚、図１に示した第１実施例と同一の構成部材には同一の符号を付して重複する説明は省略してある。

図２に示した第２実施例の火力発電設備２０は、循環経路１５の途中に抽出手段２１を備えた構成となっている。即ち、藻培養池１２の下流側には抽出手段２１が備えられ、抽出手段２１では藻１１から油２２が抽出され、藻１１の残渣２４と水２３が循環経路１５から貯炭施設４の石炭３に供給される。藻培養池１２の藻１１（水分を含む藻１１：高含水バイオマス）の一部を貯炭施設４に供給することも可能である。

抽出手段２１では、藻培養池１２で培養された藻１１（藻１１と水分）に対して液体の溶媒が加えられ、有機物としての油２２と、油２２と水２３が分離された残渣２４とに分けられる。溶媒としては、常温常圧で気体となる溶媒（例えば、ジメチルエーテル）が適用され、加圧状態で液体の溶媒が藻１１（藻１１と水分）に加えられ、藻１１が脱水された後、混合液を減圧して溶媒を気化させ、油２２と水２３が分離される。

尚、溶媒としては、常温常圧で気体となる溶媒（ジメチルエーテル）の他に、例えば、ヘキサンあるいはメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、クロロホルムおよびそれらの混合液を用いることができる。

抽出手段２１で藻１１から油２２が抽出された後の藻１１の残渣２４、及び、水２３が貯炭施設４に置かれた石炭３に供給されることで、石炭３が冷やされて発熱が抑制される。貯炭施設４に残渣２４が供給されるので、藻１１の残渣２４を発電所２の燃料の一部とすることができ、バイオマスを有効に利用することができる。

抽出手段２１で抽出された油２２は他の動力の燃料として使用される。発電所２で液体燃料を使用する機器（例えば、重油焚きのボイラー）が存在する場合、発電所２に循環されて燃料として使用される。また、ＣＯ_２が含まれる残渣２４を貯炭施設４に供給せずに、地中下、海底下等に隔離することも可能である。

上記構成の火力発電設備２０（ＣＯ_２排出抑制システムの製造プラント）は、発電所２から排出されるＣＯ_２（及び、温水：資源）が藻培養池１２に供給されて藻１１が培養され、藻１１の培養に関連した流体（資源）である、油２２を除去した藻１１の残渣２４と水２３、もしくは、藻１１及び水分（高含水バイオマス）が、貯炭施設４に置かれた石炭３に供給され石炭３の発熱が抑制される。このため、発電所２からのＣＯ_２の環境への排出が大幅に抑制されると同時に、藻１１の培養に関連する流体（資源）が有効に利用される。

そして、抽出手段２１により藻１１から油２２を抽出することができ、油２２を抽出した後の藻１１の残渣２４、及び、水２３を貯炭施設４に置かれた石炭３に供給して石炭３の発熱を抑制することができる。

従って、上述した火力発電設備２０（ＣＯ_２排出抑制システムの製造プラント）では、藻１１から油２２を抽出することができると共に、資源を有効に活用して発電所２の発電時のＣＯ_２の環境への排出を抑制することが可能になる。

本発明は、製造プラントのＣＯ_２排出抑制システム及び火力発電設備の産業分野で利用することができる。

１、２０火力発電設備
２発電所
３石炭
４貯炭施設
１１藻
１２藻培養池
１５循環経路
２１抽出手段
２２油
２３水
２４残渣

Claims

炭素を含む燃料を燃焼して得られた高温・高圧の流体により動力を得て発電を行う発電手段と、
前記発電手段の排気ガスに含まれるＣＯ_２が供給されて生体が培養される生体培養手段と、
前記生体培養手段で培養された生体に関連する流体を前記発電手段に循環して前記流体を前記発電手段で利用させる循環手段とを備え、
前記発電手段は、
石炭を燃料として燃焼させて得られるガスにより発電動力を得る発電手段であり、
前記発電手段には、
前記石炭の貯炭施設が併設され、
前記生体培養手段は、前記発電手段の排気ガスに含まれるＣＯ _２が供給されて藻が培養される藻の培養手段であり、
前記循環手段は、
前記藻の培養手段で培養された藻に関連する流体を前記貯炭施設に置かれた石炭に供給して前記石炭の発熱を抑制し、
前記藻の培養手段で培養した藻から油を抽出する抽出手段を備え、
前記循環手段は、
前記抽出手段で前記藻から油を抽出した後の前記藻の残渣、及び、水分を前記貯炭施設に置かれた石炭に供給して前記石炭の発熱を抑制する
ことを特徴とする火力発電設備。