JP6906087B2

JP6906087B2 - 火力発電所におけるコークスによる水素製造システム及び方法

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Publication number: JP6906087B2
Application number: JP2020092960A
Authority: JP
Inventors: ホングアンジン，; ファツイ，; フイチェン，; ユセンヤン，; ヨンジャン，
Original assignee: Hepu Energy Environmenial Technology Co Ltd
Current assignee: Hepu Energy Environmenial Technology Co Ltd
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2040-05-28
Also published as: JP2020196663A; CN210885291U; CN110498394A

Description

本発明は、水素製造技術分野に関し、具体的には、火力発電所内にコークス及び火力発電所における水蒸気を利用して水素を製造するシステム及び方法に関する。

中国のエネルギ構造は、「豊かな石炭、乏しい石油、少ない天然ガス」と表現される。石油、天然ガス及び他のエネルギ資源に比べて、中国の石炭資源が豊かで、世界最大の石炭生産国および消費国である。生産量は、世界の総石炭生産量の３７％を占める。中国の一次エネルギ構造において、石炭の割合は約７０％を占め、このような状況は今後数十年内に根本的に変わらないと予想される。しかしながら、現在、中国の石炭の約８０％は、直接燃焼によって電気エネルギを発生するため、効率が低いだけでなく、資源を無駄にし、且つ環境を汚染し、従って、近年、石炭化学産業では、石炭の総合的な利用と石炭の付加価値の向上が注目されている。

水素は、現在、最も清浄な燃料として公認されており、極めて重要な化学原料でもある。従って、水素は、２１世紀の極めて重要なクリーンエネルギとなる。現在は、世界中の各国において、水素製造技術の発展を高度に重視している。一般的には、水素製造技術は、（１）水電解による水素製造と、（２）他の一次エネルギからの変換による水素製造の２種類に分けられるが、ここで、他の一次エネルギからの変換は、主に化石エネルギ（石炭、石油、天然ガス）を原料として、高温で水蒸気と改質転化反応を行って水素を生成する。

石炭は、中国において水素製造のための主な原料である。石炭コークス化の副産物であるコークス炉ガスも水素製造に用いられるが、ガス化による水素製造は、中国国内の水素ガス生産において主流となっている。ガス化による水素製造は、石炭を酸素ガスと燃焼反応し、更に水と反応して、水素ガスとＣＯを主成分とした気相生成物を得て、続いて、脱硫浄化を行い、ＣＯは続いて水蒸気とシフト反応する。純粋な酸素を製造は、空気分離装置を必要とし、大量のエネルギを消費する必要がある。なお、ＣＯと水蒸気との反応プロセスは、ガス化炉内に大量の他のガスにより干渉され、反応効率が低い。

さらに、水素製造原料として、石炭は大量の水分及び他の不純物を含み、多くの運搬コストをかけて得られた石炭原料は、水素製造プロセスにおいて大量の廃水及び廃残渣を発生する。

本発明は、先行技術の欠点に対して、火力発電所におけるコークスによる水素製造システムを提供することを目的とする。該システムは、石炭のコークス化後のコークスを水素製造原料として使用し、運搬コスト及び廃水、廃残渣の発生量を大幅に低減させ、さらに水素製造の生産施設を火力発電所における従来の設備や環境と組み合わせて、水素ガスの生産コスト及び排ガス、廃水、廃残渣の処理費用を大幅に低減させる。

上記目的を実現させるために、本発明は、下記技術的解決策を用いる。

火力発電所におけるコークスによる水素製造システムであって、火力発電所の蒸気供給配管と、コークス供給装置と、コークスによる水素製造装置と、ガス浄化分離装置と、二酸化炭素供給配管とを備え、前記コークスによる水素製造装置は、一酸化炭素生産ユニットと、水素ガス生産ユニットとを備え、前記一酸化炭素生産ユニットにコークス原料投入口、二酸化炭素送入口及び一酸化炭素送出口が設けられ、前記コークス原料投入口は、前記コークス供給装置と連通し、前記二酸化炭素送入口は、前記二酸化炭素供給配管の送出端と連通し、前記水素ガス生産ユニットは、一酸化炭素送入口、蒸気送入口及び混合ガス送出口を備え、前記一酸化炭素送入口は、前記一酸化炭素生産ユニットの一酸化炭素送出口と連通し、前記蒸気送入口は、前記火力発電所の蒸気供給配管の送出端と連通し、前記混合ガス送出口は、前記ガス浄化分離装置の送入口と連通し、前記ガス浄化分離装置は、混合ガスから水素ガスと二酸化炭素を分離するために使用される。

更に、前記コークスによる水素製造システムは、開始段階の二酸化炭素供給配管を更に備え、前記開始段階の二酸化炭素供給配管は、火力発電所のボイラ煙突の上流の煙道ガス排出配管（当該煙道ガス排出配管は、火力発電所のボイラおよび煙道ガスの排出のための煙突に接続される）又は液相二酸化炭素貯蔵タンクに接続されて、クリーンな煙道ガス又は液相二酸化炭素を利用して開始段階におけるコークスによる水素製造装置の二酸化炭素の需要量を満たすために使用される。

更に、前記ガス浄化分離装置の二酸化炭素送出口は、前記二酸化炭素供給配管と連通する。

更に、前記火力発電所の蒸気供給配管は、前記火力発電所のボイラの主蒸気配管、蒸気タービンの高圧シリンダの蒸気抽出配管、蒸気タービンの高圧シリンダの蒸気排出配管、蒸気タービンの再加熱高温セクションの蒸気配管、蒸気タービンの中圧シリンダの蒸気抽出配管、蒸気タービンの中圧シリンダの蒸気排出配管のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせと連通する。

更に、前記ガス浄化分離装置の排ガス送出口は、火力発電所のボイラの煙道ガス処理装置の煙道ガス入口と連通する。

更に、前記ガス浄化分離装置の水素ガス送出口は、水素ガス貯蔵装置と連通する。

更に、前記コークスによる水素製造装置の廃液廃残渣排ガス排出口は、前記火力発電所の廃残渣廃液排ガス処理装置と連通する。

更に、前記システムの一酸化炭素生産ユニットの排出口に浄化分離装置が設けられ、前記浄化分離装置は、火力発電所の廃残渣廃液排ガス処理装置及び／又は火力発電所の煙道ガス処理装置と連通して、一酸化炭素生産ユニットからの排出物を浄化分離するために使用され、浄化分離により発生された廃残渣、排ガス、廃液は火力発電所の煙道ガス処理装置又は排ガス廃液廃残渣処理装置を使用して無害化処理し、分離したクリーンな一酸化炭素は水素ガス生産ユニットに入る。

更に、前記水素ガス生産ユニット内の一酸化炭素と水蒸気との反応にり発生された熱は、火力発電所の一次空気、二次空気又は火力発電所の凝縮水又は熱供給ネットワークの循環水に伝達される。

更に、コークス原料は、セミコークス、フルコークス、コークス粉末、コークス粒子、クリーンカーボン、ブルーカーボン、活性炭、コークス含有粒子、タールのうちのいずれか１つを含む。

更に、前記コークスによる水素製造装置に必要な熱を、火力発電所のボイラの高温煙道ガス、石炭ガス、天然ガス、石炭粉末アフターバーナのうちの１つ又は複数から生成した熱により提供される。

本発明は、火力発電所におけるコークスによる水素製造方法を更に提供する。前記コークスによる水素製造方法は、
アウトソーシングからコークス原料を購入するか、火力発電所の原炭を利用してコークス化炉内の高温、中温、低温でのコークス化反応のうちのいずれか１つの反応によってコークスを生成することであって、前記コークス原料は、フルコークス、セミコークス、ブルーカーボン、成形炭のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせを含むことと、
コークス供給装置によって、前記コークス原料をコークスによる水素製造装置の一酸化炭素生産ユニットに供給し、開始段階で火力発電所のボイラの煙道ガス中の二酸化炭素又は液相二酸化炭素貯蔵タンクによって、一酸化炭素生産ユニットの二酸化炭素需要量を満たすことと、
前記コークスによる水素製造装置中の反応に必要な熱を、火力発電所ボイラの高温煙道ガス、石炭ガス、天然ガス、石炭粉末アフターバーナのうちのいずれか１つ又は複数から生成した熱により提供されることと、
前記コークスによる水素製造装置が正常に動作した後、ガス浄化分離ユニットによって分離された二酸化炭素は二酸化炭素供給配管に入り、前記一酸化炭素生産ユニットに入ってコークスと反応して一酸化炭素を生成することと、
前記一酸化炭素生産ユニットの排出口に設けられる浄化分離装置によって、排出物を浄化分離し、浄化分離によって発生された廃残渣、排ガス、廃液は、火力発電所の煙道ガス処理装置又は排ガス廃液処理装置で無害化処理され、分離したクリーンな一酸化炭素は水素ガス生産ユニットに入ることと、
前記クリーンな一酸化炭素は前記水素ガス生産ユニットに入り、火力発電所の蒸気供給配管により提供された水蒸気と反応して、水素ガスと二酸化炭素を生成し、反応によって発生された熱は火力発電所の一次空気、二次空気又は火力発電所の凝縮水又は熱供給ネットワークの循環水に伝達されるることとを含む。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
火力発電所におけるコークスによる水素製造システムであって、
火力発電所の蒸気供給配管と、コークス供給装置と、コークスによる水素製造装置と、ガス浄化分離装置と、二酸化炭素供給配管とを備え、上記コークスによる水素製造装置は、一酸化炭素生産ユニットと、水素ガス生産ユニットとを備え、上記一酸化炭素生産ユニットにコークス原料投入口、二酸化炭素送入口及び一酸化炭素送出口が設けられ、上記コークス原料投入口は、上記コークス供給装置と連通し、上記二酸化炭素送入口は、上記二酸化炭素供給配管の送出端と連通し、上記水素ガス生産ユニットは、一酸化炭素送入口、蒸気送入口及び混合ガス送出口を備え、上記一酸化炭素送入口は、上記一酸化炭素生産ユニットの一酸化炭素送出口と連通し、上記蒸気送入口は、上記火力発電所の蒸気供給配管の送出端と連通し、上記混合ガス送出口は、上記ガス浄化分離装置の送入口と連通し、上記ガス浄化分離装置は、混合ガスから水素ガスと二酸化炭素を分離するために使用される、上記火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
（項目２）
上記コークスによる水素製造システムは、開始段階の二酸化炭素供給配管を更に備え、上記開始段階の二酸化炭素供給配管は、火力発電所のボイラ煙突の上流の煙道ガス排出配管又は液相二酸化炭素貯蔵タンクに接続されて、クリーンな煙道ガス又は液相二酸化炭素を利用して開始段階におけるコークスによる水素製造装置の二酸化炭素の需要量を満たすために使用されることを特徴とする
上記項目に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
（項目３）
上記ガス浄化分離装置の二酸化炭素送出口は、上記二酸化炭素供給配管と連通することを特徴とする
上記項目のいずれか一項に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
（項目４）
上記火力発電所の蒸気供給配管は、上記火力発電所のボイラの主蒸気配管、蒸気タービンの高圧シリンダの蒸気抽出配管、蒸気タービンの高圧シリンダの蒸気排出配管、蒸気タービンの再加熱高温セクションの蒸気配管、蒸気タービンの中圧シリンダの蒸気抽出配管、蒸気タービンの中圧シリンダの蒸気排出配管のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせと連通することを特徴とする
上記項目のいずれか一項に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
（項目５）
上記ガス浄化分離装置の排ガス送出口は、火力発電所のボイラの煙道ガス処理装置の煙道ガス入口と連通することを特徴とする
上記項目のいずれか一項に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
（項目６）
上記ガス浄化分離装置の水素ガス送出口は、水素ガス貯蔵装置と連通することを特徴とする
上記項目のいずれか一項に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
（項目７）
上記コークスによる水素製造装置の廃液廃残渣排ガス排出口は、上記火力発電所の廃残渣廃液排ガス処理装置と連通することを特徴とする
上記項目のいずれか一項に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
（項目８）
上記システムの一酸化炭素生産ユニットの排出口に浄化分離装置が設けられ、上記浄化分離装置は、火力発電所の廃残渣廃液排ガス処理装置及び／又は火力発電所の煙道ガス処理装置と連通して、一酸化炭素生産ユニットからの排出物を浄化分離するために使用され、浄化分離により発生された廃残渣、排ガス、廃液は火力発電所の煙道ガス処理装置又は排ガス廃液廃残渣処理装置を使用して無害化処理し、分離したクリーンな一酸化炭素は水素ガス生産ユニットに入ることを特徴とする
上記項目のいずれか一項に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
（項目９）
上記水素ガス生産ユニット内の一酸化炭素と水蒸気の反応により発生された熱は、火力発電所の一次空気、二次空気又は火力発電所の凝縮水又は熱供給ネットワークの循環水に伝達されることを特徴とする
上記項目のいずれか一項に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
（項目１０）
コークス原料は、セミコークス、フルコークス、コークス粉末、コークス粒子、クリーンカーボン、ブルーコークス、活性炭、コークス含有粒子、タールのうちのいずれか１つを含むことを特徴とする
上記項目のいずれか一項に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
（項目１１）
上記コークスによる水素製造装置に必要な熱を、火力発電所のボイラの高温煙道ガス、石炭ガス、天然ガス、石炭粉末アフターバーナのうちの１つ又は複数から生成した熱により提供されることを特徴とする
上記項目のいずれか一項に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
（項目１２）
火力発電所におけるコークスによる水素製造方法であって、
コークス原料を購入するか、火力発電所の原炭を利用してコークス化炉内の高温、中温、低温でのコークス化反応のうちのいずれか１つの反応によってコークスを生成することであって、上記コークス原料は、フルコークス、セミコークス、ブルーカーボン、成形炭のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせを含むことと、
コークス供給装置によって、上記コークス原料をコークスによる水素製造装置の一酸化炭素生産ユニットに供給し、開始段階で火力発電所のボイラの煙道ガス中の二酸化炭素又は液相二酸化炭素貯蔵タンクによって、一酸化炭素生産ユニットの二酸化炭素需要量を満たすことと、
上記コークスによる水素製造装置中の反応に必要な熱を、火力発電所ボイラの高温煙道ガス、石炭ガス、天然ガス、石炭粉末アフターバーナのうちのいずれか１つ又は複数から生成した熱により提供されることと、
上記コークスによる水素製造装置が正常に動作した後、ガス浄化分離ユニットによって分離された二酸化炭素は二酸化炭素供給配管に入り、上記一酸化炭素生産ユニットに入ってコークスと反応して一酸化炭素を生成することと、
上記一酸化炭素生産ユニットの排出口に設けられる浄化分離装置によって、排出物を浄化分離し、浄化分離によって発生された廃残渣、排ガス、廃液は、火力発電所の煙道ガス処理装置又は排ガス廃液処理装置で無害化処理され、分離したクリーンな一酸化炭素は水素ガス生産ユニットに入ることと、
上記クリーンな一酸化炭素は上記水素ガス生産ユニットに入り、火力発電所の蒸気供給配管により提供された水蒸気と反応して、水素ガスと二酸化炭素を生成し、反応によって発生された熱は火力発電所の一次空気、二次空気又は火力発電所の凝縮水又は熱供給ネットワークの循環水に伝達されることとを含む、上記火力発電所におけるコークスによる水素製造方法。
（摘要）
本発明は、火力発電所におけるコークスによる水素製造システムを開示し、該システムは、火力発電所の蒸気供給配管と、コークス供給装置と、コークスによる水素製造装置と、ガス浄化分離装置と、二酸化炭素供給配管とを備え、コークスによる水素製造装置は、一酸化炭素生産ユニットと、水素ガス生産ユニットとを備え、一酸化炭素生産ユニットは、コークス供給装置、二酸化炭素供給配管及び水素ガス生産ユニットと連通し、水素ガス生産ユニットは、火力発電所の蒸気供給配管、ガス浄化分離装置の送入口と連通し、ガス浄化分離装置は、混合ガスから水素ガスを分離する。本発明は、火力発電所のボイラの煙道ガスの余熱をコークスによる水素製造装置に供給することにより、水素製造によるエネルギの消費を低下させると共に、コークスを利用することにより、石炭の運搬コスト及び廃水、廃残渣の発生量を低下させ、火力発電所の施設を使用して排ガス、廃水、廃残渣を処理すると、水素ガスの生産コストを大幅に低下させることができる。

本発明の有益な効果は以下のとおりである。
１、火力発電所で発生した蒸気を原料として、水素製造を参加し、火力発電所の水蒸気源が安定で、定価であり、開始段階で火力発電所から排出した二酸化炭素を使用してコークスと反応させて一酸化炭素を生成し、それにより火力発電所の炭素の排出強度を低下させることができる。
２、火力発電所のボイラの高温煙道ガスにより、コークスによる水素製造システムに必要な熱を提供し、それによりコークスによる水素製造システムのエネルギ消費レベルを大幅に低下させる。
３、本システムと火力発電所を効果的に組み合わせ、排ガス、廃液、廃残渣を火力発電所内の処理施設内に排出して処理し、高価な処理施設の投資費用を避けることができる。
４、コークスを水素製造原料とし、運搬された大量の原炭に含まれる水分のための運搬コストを節約し、水素製造システムの現場で発生した廃水量を大幅に低減させる。

本発明の実施例１によるシステムの例示的な構成図である。本発明の実施例３による例示的な接続構成図である。

以下、図面を参照しながら本発明を更に説明する。本実施例は本技術的解決策を前提として詳細な実施形態及び具体的な操作プロセスを提示したが、本発明の保護範囲は本実施例に限定されないことに留意されたい。

実施例１
本実施例は、火力発電所におけるコークスによる水素製造システムを提供する。図１に示すように、該システムは、火力発電所の蒸気供給配管１と、コークス供給装置２と、コークスによる水素製造装置３と、ガス浄化分離装置４と、二酸化炭素供給配管５とを備え、前記コークスによる水素製造装置３は、一酸化炭素生産ユニットと、水素ガス生産ユニットとを備え、前記一酸化炭素生産ユニットにコークス原料投入口、二酸化炭素送入口及び一酸化炭素送出口が設けられ、前記コークス原料投入口は、前記コークス供給装置２と連通し、前記二酸化炭素送入口は、前記二酸化炭素供給配管５の送出端と連通し、前記水素ガス生産ユニットは、一酸化炭素送入口、蒸気送入口及び混合ガス送出口を備え、前記一酸化炭素送入口は、前記一酸化炭素生産ユニットの一酸化炭素送出口と連通し、前記蒸気送入口は、前記火力発電所の蒸気供給配管１の送出端と連通し、前記混合ガス送出口は、前記ガス浄化分離装置４の送入口と連通し、前記ガス浄化分離装置４は、混合ガスから水素ガスと二酸化炭素を分離するために使用される。

本実施例において、前記コークスによる水素製造システムは、開始段階の二酸化炭素供給配管６を更に備え、前記開始段階の二酸化炭素供給配管６は、火力発電所のボイラ煙突の上流の煙道ガス排出配管７（当該煙道ガス排出配管は、火力発電所のボイラおよび煙道ガスの排出のための煙突に接続される）又は液相二酸化炭素貯蔵タンク８に接続されて、クリーンな煙道ガス又は液相二酸化炭素を利用して開始段階におけるコークスによる水素製造装置３の二酸化炭素の需要量を満たすために使用される。

本実施例において、前記ガス浄化分離装置４の二酸化炭素送出口は、前記二酸化炭素供給配管５と連通する。

本実施例において、前記火力発電所の蒸気供給配管１は、前記火力発電所のボイラ１００の主蒸気配管と連通し、また、蒸気タービンの高圧シリンダの蒸気抽出配管、蒸気タービンの高圧シリンダの蒸気排出配管、蒸気タービンの再加熱高温セクションの蒸気配管、蒸気タービンの中圧シリンダの蒸気抽出配管、蒸気タービンの中圧シリンダの蒸気排出配管のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせと連通する。

本実施例において、前記ガス浄化分離装置４の排ガス送出口は、火力発電所のボイラ１００の煙道ガス処理装置の煙道ガス入口と連通する。

本実施例において、前記ガス浄化分離装置４の水素ガス送出口は、水素ガス貯蔵装置９と連通する。

本実施例において、前記コークスによる水素製造装置３の廃液廃残渣排ガス排出口は、前記火力発電所の廃残渣廃液排ガス処理装置１０１と連通する。

本実施例において、前記コークスによる水素製造装置の一酸化炭素生産ユニットの排出口に浄化分離装置が設けられ、前記浄化分離装置は、排出物を浄化分離し、浄化分離により発生された廃残渣、排ガス、廃液は火力発電所の煙道ガス処理装置又は排ガス廃液廃残渣処理装置を使用して無害化処理し、分離したクリーンな一酸化炭素は水素ガス生産ユニットに入る。

本実施例において、前記水素ガス生産ユニット内の一酸化炭素と水蒸気の反応により発生された熱は、火力発電所の一次空気、二次空気又は火力発電所の凝縮水又は熱供給ネットワークの循環水に伝達される。

本実施例において、コークス原料は、セミコークス、フルコークス、コークス粉末、コークス粒子、クリーンカーボン、ブルーカーボン、活性炭、コークス含有粒子、タール等のコークス含有燃料のうちのいずれか１つを含む。

本実施例において、前記コークスによる水素製造装置３に必要な熱を、火力発電所のボイラの高温煙道ガス、石炭ガス、天然ガス、石炭粉末アフターバーナのうちの１つ又は複数から生成した熱により提供される。

実施例２
本実施例は、上記システムを利用した方法を提供する。該方法は具体的には、以下のとおりである。

火力発電所内に設けられた石炭コークス化炉で生産された高温コークス原料をコークスによる水素製造装置に直接供給し、コークスによる水素製造装置中の一酸化炭素生産ユニットは、送り込んだ高温コークス原料と二酸化炭素を反応させて一酸化炭素を生成し、一酸化炭素を一酸化炭素生産ユニットから水素ガス生産ユニットに送り込み、水素ガス生産ユニットにおいて、火力発電所の蒸気供給配管により水素ガス生産ユニットに高温水蒸気に搬送し、一酸化炭素と高温水蒸気を反応させることにより、水素ガスと二酸化炭素とを含む混合ガスを製造し、混合ガスを水素ガス生産ユニットから排出してガス浄化分離装置に送り込んで水素ガスを分離浄化する。

供給したコークス原料は、セミコークス、フルコークス、コークス粉末、コークス粒子、クリーンカーボン、ブルーカーボン、活性炭、コークス含有粒子、タール等のコークス含有原料のうちのいずれか１つであってもよい。

本実施例において、前記二酸化炭素供給配管の二酸化炭素は、火力発電所のボイラの煙道ガス又は液相二酸化炭素貯蔵タンクから由来してもよく、一酸化炭素生産ユニットの原料源として使用することができる。

なお、前記ガス浄化分離装置から分離した二酸化炭素は、原料として一酸化炭素生産ユニットに返送して一酸化炭素の生産に参加してもよい。

本実施例において、水蒸気は、前記火力発電所のボイラ１００の主蒸気配管から由来し、また、蒸気タービンの高圧シリンダの蒸気抽出配管、蒸気タービンの高圧シリンダの蒸気排出配管、蒸気タービンの再加熱高温セクションの蒸気配管、蒸気タービンの中圧シリンダの蒸気抽出配管、蒸気タービンの中圧シリンダの蒸気排出配管のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせから由来してもよい。

本実施例において、前記ガス浄化分離装置で水素ガス及び二酸化炭素を分離した後に残った排ガスは、火力発電所のボイラの排ガス処理装置に返送して、処理してから排出されてもよい。これにより、コストを増加させずに、排ガスを処理することができ、汚染を避け、火力発電所と効果的に組み合わせることができる。

本実施例において、前記コークスによる水素製造装置の一酸化炭素生産ユニット及び水素ガス生産ユニットで発生した廃残渣、廃液、排ガスは、火力発電所の廃残渣廃液排ガス処理装置１０１に排出され、コストを増加させずに、水素ガス生産プロセスで発生した排ガス、廃残渣、廃液を処理し、汚染を避けることができる。

実施例３
本実施例は、火力発電所の蒸気供給配管の蒸気供給のための例示的な接続図を提供する。

図２に示すように、本実施例において、前記火力発電所の蒸気供給配管１は、火力発電所のボイラ１００の主蒸気配管１０２と連通し、火力発電所の蒸気タービン１０３の蒸気配管と連通する。

本実施例において、前記蒸気タービン１０３は、多段蒸気タービンであり、高圧シリンダ１０３１と、中圧シリンダ１０３２と、低圧シリンダ１０３３とを含み、火力発電所の発電機１０４に接続される。火力発電所の蒸気供給配管１は、前記高圧シリンダ１０３１の蒸気配管、中圧シリンダ１０３２の蒸気配管及び再加熱高温セクションの蒸気配管１０３４と連通する。

前記接続構造は、実施例１に記載のシステムに適用され、火力発電所から高温蒸気を水素ガス製造用原料として取得することができる。

実施例４
本実施例は、上記実施例１ないし実施例３のうちのいずれか１つに記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システムの火力発電所におけるコークスによる水素製造方法に関し、該方法は、
アウトソーシングからコークス原料を購入するか、火力発電所の原炭を利用して、コークス化炉内の高温、中温、低温でのコークス化反応のうちのいずれか１つの反応によってコークス原料を生成することであって、前記コークス原料は、フルコークス、セミコークス、ブルーカーボン、成形炭のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせを含むことと、
コークス供給装置によって、前記コークス原料を前記コークスによる水素製造装置の前記一酸化炭素生産ユニットに供給し、開始段階で火力発電所のボイラの煙道ガス中の二酸化炭素又は液相二酸化炭素貯蔵タンクによって、一酸化炭素生産ユニットの二酸化炭素需要量を満たすことと、
前記コークスによる水素製造装置中の反応に必要な熱を、火力発電所ボイラの高温煙道ガス、石炭ガス、天然ガス、石炭粉末アフターバーナのうちのいずれか１つ又は複数から生成した熱により提供されることと、
前記コークスによる水素製造装置が正常に動作した後、ガス浄化分離ユニットによって分離された二酸化炭素は二酸化炭素供給配管に入り、前記一酸化炭素生産ユニットに入ってコークスと反応して一酸化炭素を生成することと、
前記一酸化炭素生産ユニットの排出口に設けられる浄化分離装置によって、排出物を浄化分離し、浄化分離によって発生された廃残渣、排ガス、廃液は、火力発電所の煙道ガス処理装置又は排ガス廃液処理装置で無害化処理され、分離したクリーンな一酸化炭素は水素ガス生産ユニットに入ることと、
前記クリーンな一酸化炭素は前記水素ガス生産ユニットに入り、火力発電所の蒸気供給配管により提供された水蒸気と反応して、水素ガスと二酸化炭素を生成し、反応によって発生された熱を火力発電所の一次空気、二次空気又は火力発電所の凝縮水又は熱供給ネットワークの循環水に伝達されることとを含む。

実施例５
火力発電所におけるコークスによる水素製造システムのエネルギ収支算出方法であって、システム全体のエネルギの入出力に基づいて、下記エネルギ収支計算式を得ることができる。

Ｑ_入力＝Ｑ_煙＋Ｑ_蒸気＋Ｑ_Ｈ２反応＋Ｑ_コークス＝Ｑ_出力＝Ｑ_残渣＋Ｑ_冷却＋Ｑ_排ガス＋Ｑ_Ｈ２＋Ｑ_ＣＯ２＋Ｑ_放出
ただし、
Ｑ_入力は、コークスによる水素製造システムに供給する熱であり、単位はｋＪである。

Ｑ_煙＝Ｆ_煙＊Ｃ_ｐ煙（Ｔ_煙イン−Ｔ_煙アウト）は、火力発電所のボイラの煙道ガスによりコークスによる水素製造システムに供給される熱であり、単位はｋＪであり、Ｆ_煙は、火力発電所のボイラから引き出した高温煙道ガス流量であり、単位はｋｇ／ｈであり、Ｃ_ｐ煙は煙道ガスの比熱容量であり、単位はｋＪ／ｋｇ℃であり、Ｔ_煙イン、Ｔ_煙アウトはそれぞれシステムに送り込んだ煙道ガスの温度及びシステムから排出された煙道ガスの温度であり、単位は℃である。

Ｑ_蒸気は、火力発電所の水蒸気によりシステムに持ち込まれた熱であり、単位はｋＪである。

Ｑ_Ｈ２反応は、水素製造装置におけるＣＯと水蒸気の水素製造反応により放出された熱であり、単位はｋＪである。

Ｑ_コークスは、コークスによりシステムに持ち込まれた熱であり、単位はｋＪである。

Ｑ_出力は、コークスによる水素製造システムから放出された熱であり、単位はｋＪである。

Ｑ_残渣は、コークスによる水素製造システムで発生した廃残渣により持ち出された熱であり、単位はｋＪである。

Ｑ_冷却は、冷却に参加した発電所の一次空気、二次空気又は冷却水により持ち去った熱であり、単位はｋＪである。

Ｑ_排ガスは、コークスによる水素製造システムで発生した排ガスにより持ち出された熱であり、単位はｋＪである。

Ｑ_Ｈ２は、システムにおいて最終的に発生した水素ガスにより持ち出された熱であり、単位はｋＪである。

Ｑ_ＣＯ２は、システムにおいて最終的に発生したＣＯ_２により持ち出された熱であり、単位はｋＪである。

Ｑ_放出は、システムの各プロセスで放出された熱であり、単位はｋＪである。

システム全体の物質収支公式は以下のとおりである。

Ｍ_コークス＋Ｍ_水蒸気＝Ｍ_残渣＋Ｍ_Ｈ２＋Ｍ_ＣＯ２＋Ｍ_排ガス
当業者であれば、上記の技術的解決策及び構想に基づいて対応する様々な変更や変形を加えることが可能であるが、いずれの変更や変形も本発明の特許請求の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims

火力発電所におけるコークスによる水素製造システムであって、
火力発電所の蒸気供給配管と、コークス供給装置と、コークスによる水素製造装置と、ガス浄化分離装置と、二酸化炭素供給配管とを備え、前記コークスによる水素製造装置は、一酸化炭素生産ユニットと、水素ガス生産ユニットとを備え、前記一酸化炭素生産ユニットにコークス原料投入口、二酸化炭素送入口及び一酸化炭素送出口が設けられ、前記コークス原料投入口は、前記コークス供給装置と連通し、前記二酸化炭素送入口は、前記二酸化炭素供給配管の送出端と連通し、前記水素ガス生産ユニットは、一酸化炭素送入口、蒸気送入口及び混合ガス送出口を備え、前記一酸化炭素送入口は、前記一酸化炭素生産ユニットの一酸化炭素送出口と連通し、前記蒸気送入口は、前記火力発電所の蒸気供給配管の送出端と連通し、前記混合ガス送出口は、前記ガス浄化分離装置の送入口と連通し、前記ガス浄化分離装置は、混合ガスから水素ガスと二酸化炭素を分離するために使用される、前記火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
前記コークスによる水素製造システムは、開始段階の二酸化炭素供給配管を更に備え、前記開始段階の二酸化炭素供給配管は、火力発電所のボイラ煙突の上流の煙道ガス排出配管又は液相二酸化炭素貯蔵タンクに接続されて、クリーンな煙道ガス又は液相二酸化炭素を利用して開始段階におけるコークスによる水素製造装置の二酸化炭素の需要量を満たすために使用されることを特徴とする
請求項１に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
前記ガス浄化分離装置の二酸化炭素送出口は、前記二酸化炭素供給配管と連通することを特徴とする
請求項１に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
前記火力発電所の蒸気供給配管は、前記火力発電所のボイラの主蒸気配管、蒸気タービンの高圧シリンダの蒸気抽出配管、蒸気タービンの高圧シリンダの蒸気排出配管、蒸気タービンの再加熱高温セクションの蒸気配管、蒸気タービンの中圧シリンダの蒸気抽出配管、蒸気タービンの中圧シリンダの蒸気排出配管のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせと連通することを特徴とする
請求項１に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
前記ガス浄化分離装置の排ガス送出口は、火力発電所のボイラの煙道ガス処理装置の煙道ガス入口と連通することを特徴とする
請求項１に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
前記ガス浄化分離装置の水素ガス送出口は、水素ガス貯蔵装置と連通することを特徴とする
請求項１に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
前記コークスによる水素製造装置の廃液廃残渣排ガス排出口は、前記火力発電所の廃残渣廃液排ガス処理装置と連通することを特徴とする
請求項１に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
前記システムの一酸化炭素生産ユニットの排出口に浄化分離装置が設けられ、前記浄化分離装置は、火力発電所の廃残渣廃液排ガス処理装置及び／又は火力発電所の煙道ガス処理装置と連通して、一酸化炭素生産ユニットからの排出物を浄化分離するために使用され、浄化分離により発生された廃残渣、排ガス、廃液は火力発電所の煙道ガス処理装置又は排ガス廃液廃残渣処理装置を使用して無害化処理し、分離したクリーンな一酸化炭素は水素ガス生産ユニットに入ることを特徴とする
請求項１に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
前記水素ガス生産ユニット内の一酸化炭素と水蒸気の反応により発生された熱は、火力発電所の一次空気、二次空気又は火力発電所の凝縮水又は熱供給ネットワークの循環水に伝達されることを特徴とする
請求項１に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
コークス原料は、セミコークス、フルコークス、コークス粉末、コークス粒子、クリーンカーボン、ブルーコークス、活性炭、コークス含有粒子、タールのうちのいずれか１つを含むことを特徴とする
請求項１に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
前記コークスによる水素製造装置に必要な熱を、火力発電所のボイラの高温煙道ガス、石炭ガス、天然ガス、石炭粉末アフターバーナのうちの１つ又は複数から生成した熱により提供されることを特徴とする
請求項１に記載の火力発電所におけるコークスによる水素製造システム。
火力発電所におけるコークスによる水素製造方法であって、
コークス原料を購入するか、火力発電所の原炭を利用してコークス化炉内の高温、中温、低温でのコークス化反応のうちのいずれか１つの反応によってコークスを生成することであって、前記コークス原料は、フルコークス、セミコークス、ブルーカーボン、成形炭のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせを含むことと、
コークス供給装置によって、前記コークス原料をコークスによる水素製造装置の一酸化炭素生産ユニットに供給し、開始段階で火力発電所のボイラの煙道ガス中の二酸化炭素又は液相二酸化炭素貯蔵タンクによって、一酸化炭素生産ユニットの二酸化炭素需要量を満たすことと、
前記コークスによる水素製造装置中の反応に必要な熱を、火力発電所ボイラの高温煙道ガス、石炭ガス、天然ガス、石炭粉末アフターバーナのうちのいずれか１つ又は複数から生成した熱により提供されることと、
前記コークスによる水素製造装置が正常に動作した後、ガス浄化分離ユニットによって分離された二酸化炭素は二酸化炭素供給配管に入り、前記一酸化炭素生産ユニットに入ってコークスと反応して一酸化炭素を生成することと、
前記一酸化炭素生産ユニットの排出口に設けられる浄化分離装置によって、排出物を浄化分離し、浄化分離によって発生された廃残渣、排ガス、廃液は、火力発電所の煙道ガス処理装置又は排ガス廃液処理装置で無害化処理され、分離したクリーンな一酸化炭素は水素ガス生産ユニットに入ることと、
前記クリーンな一酸化炭素は前記水素ガス生産ユニットに入り、火力発電所の蒸気供給配管により提供された水蒸気と反応して、水素ガスと二酸化炭素を生成し、反応によって発生された熱は火力発電所の一次空気、二次空気又は火力発電所の凝縮水又は熱供給ネットワークの循環水に伝達されることとを含む、前記火力発電所におけるコークスによる水素製造方法。