JP6934125B1 - アンモニア及び水素製造システム - Google Patents

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Abstract

【課題】燃焼炉及びボイラを備えた燃焼炉プラントの排水を用いて、効率よく安価にアンモニア及び水素を製造する。【解決手段】アンモニア及び水素製造システム１は、燃焼炉１１の熱で蒸気を生成するボイラ２０と、燃焼炉１１の排ガスを排ガス処理し、排ガス処理排水Ｆ１を排出する排ガス処理装置１３と、ボイラ２０のボイラブロー水Ｆ２をアンモニア含有水Ｆ５と処理水Ｆ６とに分離する分離装置１０と、処理水Ｆ６を電気分解して水素Ｆ７を製造する水電解装置３２と、水素貯留タンク３３と、排ガス処理排水Ｆ１からアンモニアを放散させるアンモニアストリッピング装置４４と、放散したアンモニアを含有するアンモニア水Ｆ８を貯留するアンモニア水貯留タンク５１とを有する。アンモニアストリッピング装置４４において、アンモニア含有水Ｆ５は、第一位置Ｐ１に噴射され、排ガス処理排水Ｆ１は、第一位置Ｐ１とは異なる第二位置Ｐ２に噴射される。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼炉及びボイラを備えた燃焼炉プラントの排水を用いて、アンモニア及び水素を製造するシステムに関する。
近年、地球温暖化対策としての脱炭素の機運が世界的に高まりつつあり、二酸化炭素（ＣＯ２）の排出削減技術として、石炭や石油などの化石燃料ではなく、水素（Ｈ２）やアンモニア（ＮＨ３）を燃料とする技術が注目されている。日本においても、例えば、廃棄物焼却炉に水電解装置を設置し、水電解装置で製造された水素を用いてアンモニアを製造し、このアンモニアをガスエンジン等の燃料とする技術が開発されている（特許文献１参照）。
一方、廃棄物焼却炉プラント、火力発電プラント、化学プラントなど、燃焼炉と燃焼炉の熱で蒸気を生成するボイラを備えたプラント（以下、「燃焼炉プラント」という）では、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）を低減するため、アンモニアを含有する薬品を排ガスに供給し、また、ボイラに貯留される水のｐＨ値（ペーハー値）調整にアンモニアを含有する薬品を使用するので、アンモニアやアンモニア態窒素を含有する排水（以下、「アンモニア含有排水」という）が多量に生成されることが知られている。
アンモニア含有排水からアンモニアを除去する装置としては、アンモニアストリッピング装置やカチオン交換体（イオン交換樹脂）等がある（特許文献２、３参照）。
特開2019-216501号公報 特開2004-097901号公報 特開2019-098206号公報
特許文献１の技術では、水電解装置で生成された水素と空気中の窒素とからアンモニアを合成している。しかし、燃焼炉プラント内にアンモニア含有排水が多量に存在するにもかかわらず、これを活用せずに、水電解装置で製造された水素を用いてアンモニアを製造するのは非効率である。
なお、特許文献１に記載の技術では、排ガスの温度を低減させるため、いわゆるスクラバーである減温塔を集塵器の上流に設置し、当該減温塔で生じた排水を水電解装置に供給している。しかし、水電解装置は純水を原料として水素を製造する装置であり、一方、当該減温塔で生じた排水には、排ガス中の飛灰、重金属、排ガス処理用の薬品が含まれるため、当該排水をそのまま水電解装置に供給することはできない。
そこで、燃焼炉プラント内のアンモニア含有排水、例えば、排ガスの脱硝装置や脱硫装置で生成される排水である排ガス処理排水や、ｐＨ値調整されたボイラからの排水であるボイラブロー水から、アンモニア（ＮＨ４ＯＨ）を生成するために、特許文献２や特許文献３の技術を適用することも考えられる。
しかし、一般的にボイラブロー水は、排ガス処理排水に比べて流量が大幅に小さい。そのため、両者の混合液のｐＨ値（水素イオン指数）は、ボイラブロー水のｐＨ値よりも低くなる。
特許文献２の技術、すなわちアンモニアストリッピング装置を用いて、ｐＨ値が比較的低い当該混合液からアンモニアを放散させてアンモニアを得る場合、ｐＨ値が高い場合に比べ、アンモニアの放散量が低減する。従って、アルカリ性の薬品（例えば、強アルカリ性の水酸化ナトリウム等）を多量に添加して、当該混合液のｐＨ値を高める必要がある。
一方、特許文献３のイオン交換樹脂は、特許文献２のアンモニアストリッピング装置に比べて高価であり、多量の当該混合液を処理するには運転コストの観点で不向きである。
すなわち、特許文献２や特許文献３の技術を用いて燃焼炉プラント内のアンモニア含有排水からアンモニアを製造する場合、通常、いずれの場合も、燃焼炉プラントの運転コストが高くなるといえる。
本発明は、上記課題を解決するものであり、アンモニア含有排水を用いて、効率よく安価にアンモニア及び水素を製造できるようにしたアンモニア及び水素製造システムを提供することを目的とする。
本発明のアンモニア及び水素製造システムは、燃焼炉プラントに適用され、燃焼炉の熱で蒸気を生成するボイラと、前記燃焼炉の排ガスを排ガス処理し、排ガス処理排水を排出する排ガス処理装置と、前記ボイラのボイラブロー水をアンモニア含有水と処理水とに分離する分離装置と、前記処理水を用いて電気分解を行い、水素を製造する水電解装置と、前記水素を貯留する水素貯留タンクと、前記排ガス処理排水からアンモニアを放散させる第一アンモニアストリッピング装置と、前記放散したアンモニアを含有するアンモニア水を貯留するアンモニア水貯留タンクとを有し、前記排ガス及び前記ボイラにはアンモニア又はアンモニア態窒素を含有した薬品が供給され、前記分離装置が分離した前記アンモニア含有水は、前記第一アンモニアストリッピング装置の第一位置に噴射され、前記排ガス処理装置から排出された前記排ガス処理排水は、前記放散したアンモニアの流れる方向で見て、前記第一位置とは異なる前記第一アンモニアストリッピング装置の第二位置に噴射される。
本発明のアンモニア及び水素製造システムによれば、アンモニア含有排水であるボイラブロー水をアンモニア含有水と処理水とに分離し、当該処理水を水電解装置で電気分解して水素を製造するとともに、当該アンモニア含有水と、アンモニア含有排水である排ガス処理排水とを、放散したアンモニアの流れる方向で見て、アンモニアストリッピング装置の別々の位置に噴射して、これらから別々にアンモニアを放散させるので、これらを混合してからアンモニアを放散させる場合に比べ、効率よくアンモニア水を製造することができる。
また、当該別々の位置に噴射することでｐＨ値を高める薬品の供給量を低減でき、さらに、分離装置は、排ガス処理排水ではなく少量のボイラブロー水を処理するので安価に構成できる。
従って、本発明のアンモニア及び水素製造システムは、アンモニア含有排水を用いて、効率よく安価にアンモニア及び水素を製造できる。
本発明のアンモニア及び水素製造システムの実施例を示す図である。 本発明のアンモニア及び水素製造システムの変形例を示す図である。
以下、図１〜図２を参照して、本発明のアンモニア及び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、本発明の実施例及び変形例において、本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、本システムで生じる液体や気体などの流体を表し、アルファベットのＰと数字とを組み合わせた符号は位置を表す。
なお、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］
図１は、実施例のアンモニア及び水素製造システム１を示すブロック図である。
アンモニア及び水素製造システム１は、燃焼炉１１の熱で蒸気を生成するボイラ２０と、燃焼炉１１の排ガスＦ１０を排ガス処理し、排ガス処理排水Ｆ１を排出する排ガス処理装置１３と、ボイラ２０のボイラブロー水Ｆ２をアンモニア含有水（高濃度アンモニア含有水）Ｆ５と処理水Ｆ６とに分離する分離装置１０と、処理水Ｆ６を用いて水電解を行い、水素Ｆ７を製造する水電解装置３２と、水素Ｆ７を貯留する水素貯留タンク３３と、排ガス処理排水Ｆ１からアンモニアを放散させるアンモニアストリッピング装置４４（第一アンモニアストリッピング装置）と、放散したアンモニアを含むアンモニア水Ｆ８を貯留するアンモニア水貯留タンク５１と、を少なくとも備える。
アンモニア及び水素製造システム１は、燃焼炉と燃焼炉の熱で蒸気を生成するボイラとを備えたプラント、すなわち、燃焼炉プラントであれば適用可能であり、例えば、廃棄物焼却プラント、火力発電プラント、化学プラント等、種々のプラントに適用することができる。ただし、アンモニア及び水素製造システム１が適用される燃焼炉プラントは、本発明に必須の構成（請求項に記載の構成）を少なくとも備える必要はあるが、図１に記載の全ての構成を備える必要はない。
また、アンモニア及び水素製造システム１は、図１の全ての構成が同一の敷地に配置される必要はなく、図１の複数の構成が互いに別個の敷地に配置されてもよい。この場合、適宜、パイプラインや自動車などの運送経路を接続して、アンモニア及び水素製造システム１を構成すればよい。
では、図１の各構成及び効果について、説明する。
燃焼炉１１は、燃料を燃焼させて熱を得るための炉である。本発明が適用される燃焼炉プラントが、例えば廃棄物焼却炉プラントの場合、一般的に、燃料は廃棄物（都市ごみや産業廃棄物など）であり、また、火力発電プラントや化学プラントの場合、一般的に、燃料は石炭、石油、天然ガス、木質系バイオマス、発酵等で生成したバイオガス等のグリーンフュエルなどである。しかし、燃焼炉１１の燃料として、アンモニアや水素、例えば、アンモニア及び水素製造システム１で製造したアンモニアや水素を用いてもよい。
燃焼炉１１で生成された排ガスＦ１０は、煙道を通じて次のように順次流れ、煙突１５から大気放出される。すなわち、排ガスＦ１０は、排ガスＦ１０の温度を低減する減温塔（図示なし）、減温塔で減温された排ガスから除塵する集塵装置１２（例えば、バグフィルタ、電気集塵機など）、集塵装置１２で除塵された排ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）などの有害成分を除去する湿式の排ガス処理装置１３、排ガス処理装置１３で有害物質が除去された排ガスから二酸化炭素を分離・回収する二酸化炭素分離装置１４、そして、二酸化炭素分離装置１４で二酸化炭素が除去された排ガスを大気放出する煙突１５の順に流れる。
ここで、燃焼炉１１または煙道には、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）を低減するため、アンモニアまたはアンモニア態窒素を含有した薬品が供給されるので、湿式の脱硝装置や脱硫装置を備える排ガス処理装置１３では、アンモニア含有排水である排ガス処理排水Ｆ１が多量に排出される。
なお、排ガス処理排水Ｆ１は、排ガス処理装置１３に一端が接続された第三配管、すなわち、後で詳述する第三流路４３である第三配管を流れる。
また、二酸化炭素分離装置１４は、高分子分離膜（二酸化炭素分離膜）や、アミン溶液を利用するなど、公知の技術を利用することができる。二酸化炭素分離装置１４で分離された二酸化炭素は、二酸化炭素貯留タンク３７に貯留される。
ボイラ２０は、燃焼炉１１の熱を利用して蒸気を生成する装置である。
ボイラ２０は、水道水や工業用水などから純水を製造する純水装置２７、純水装置が製造した純水にｐＨ値調整剤などの薬品を添加する薬品供給装置２８、当該薬品が添加された純水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Ｆ４）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Ｆ２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、防食性を考慮して、蒸気ドラム２１に貯留される水のｐＨ値を約９〜１０程度（例えば、ｐＨ値１０．３程度）とするため、薬品供給装置２８は、アンモニアまたはアンモニア態窒素を含有するｐＨ値調整剤などの薬品を供給する。従って、ボイラブロー水Ｆ２は、ｐＨ値が約９〜１０程度のアンモニア含有排水である。
なお、蒸気ドラム２１に貯留された水は、純水に少量の薬品が添加されたのみで、灰などの不純物を含まないので、実質的に純水と同様の水である。また、排ガス処理排水Ｆ１のｐＨ値は、一般的に約６〜９程度であるので、ボイラブロー水Ｆ２のｐＨ値は、排ガス処理排水Ｆ１のｐＨ値と同等、または排ガス処理排水Ｆ１のｐＨ値よりも大きい。
そして、排ガス処理装置１３で生じる排ガス処理排水Ｆ１の量に比べ、ボイラブロー水Ｆ２の量は少量である。例えば、ボイラブロー水Ｆ２の量は、排ガス処理排水Ｆ１の量の約百分の一（１/１００）〜約十分の一（１/１０）程度の場合もありうる。
発電機２４で発電された電力は、アンモニア及び水素製造システム１内の各種電気製品（水電解装置３２、メタネーション装置３５、アンモニアストリッピング装置４４、尿素製造装置５２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、アンモニア及び水素製造システム１が適用される燃焼炉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。
分離装置１０は、蒸気ドラム２１から随時排出されるボイラブロー水Ｆ２のうち、少なくとも一部のボイラブロー水が供給されて、アンモニア含有水Ｆ５（高濃度アンモニア含有水）と処理水Ｆ６とに分離する装置である。もちろん、設計上可能であれば、図１に示すように、ボイラブロー水Ｆ２の全量が分離装置１０に供給されてもよい。図示しないが、分離装置１０に供給されない残部のボイラブロー水がある場合、当該ボイラブロー水は、後述の総合排水処理施設５８、特に無機系処理装置６０で水処理される。
図１の実施例では、分離装置１０は、イオン除去装置３０（第一イオン除去装置）である。
イオン除去装置３０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、その他の不要なイオン（例えば、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｎａ＋など）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。
従って、分離装置１０であるイオン除去装置３０は、上記少なくとも一部のボイラブロー水が供給されて、ボイラブロー水を、アンモニアやアンモニア態窒素のみならずその他不要イオンを含むアンモニア含有水Ｆ５と、処理水Ｆ６とに分離する装置である。
ここで、イオン除去装置３０で生成されるアンモニア含有水Ｆ５のｐＨ値は、ボイラブロー水Ｆ２のｐＨ値よりも高くなり、また、排ガス処理排水Ｆ１のｐＨ値よりも高くなる。例えば、ボイラブロー水Ｆ２のｐＨ値が約９〜１０程度であり、排ガス処理排水Ｆ１のｐＨ値が約６〜９程度の場合に、アンモニア含有水Ｆ５のｐＨ値は、１０．５より大きく、具体的には約１１．０〜約１３．０となりうる。従って、アンモニア含有水Ｆ５は、高濃度のアンモニアまたはアンモニア態窒素を含有する高濃度アンモニア含有水である。
なお、一般的に、アンモニアストリッピング装置において、アンモニアの放散の量は、アンモニア含有水のｐＨ値が１０．５以下になると低下すると言われる。従って、後述するように、排ガス処理排水Ｆ１をアンモニアストリッピング装置４４に供給する場合には、排ガス処理排水Ｆ１に対してアルカリ性の薬品をアルカリ薬品供給装置５５から適宜供給し、排ガス処理排水Ｆ１のｐＨ値を１０．５以上とするのが望ましい。
水電解装置３２は、分離装置１０で生成された処理水Ｆ６を電気分解し、水素Ｆ７を製造する装置である。一般的に、水電解装置には、不純物のない、または、不純物が極めて少ない水、いわゆる純水または実質的に純水に相当する水が供給されて電気分解がなされる。従って、処理水Ｆ６は、純水または実質的に純水に相当する水である。水電解装置３２で製造された水素Ｆ７は、水素貯留タンク３３に貯留される。
処理水Ｆ６の電気分解時に水素Ｆ７と同時に生成される酸素は、大気放出してもよいし、燃焼促進剤として燃焼炉１１の内部に供給してもよいし、図示しない酸素貯留タンクに保存してもよい。
なお、一般的に、水電解装置は、効率よく電気分解を行うため、常温の純水等を加温する加温装置を備えている。しかし、水電解装置３２は、当該加温装置を備える必要がない。なぜなら、水電解装置３２の原料であるボイラブロー水Ｆ２は高温であるため、イオン除去装置３０で分離される処理水Ｆ６は常温よりも高温（約７０℃〜約９０℃）に調整できるからである。従って、水電解装置３２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、常温よりも高い温度の処理水Ｆ６を、さらに加温する必要がある場合には、水電解装置３２に上記加温装置を加えてもよい。
分配装置３９は、分離装置１０で生成されたアンモニア含有水Ｆ５を、原則として第一流路４１のみへ流し、アンモニア含有水Ｆ５の流量が所定流量以上の場合には、例外として第一流路４１と第二流路４２の両方に分配して流す装置である。
図１の分配装置３９は、アンモニア含有水Ｆ５を貯留する貯留槽（付番なし）と漏斗４０を備える。漏斗４０は、当該貯留槽における基準水位の位置に設置される。当該貯留槽の底面には、第一流路４１となる配管（以下、「第一配管」という）の一端が接続される。また、漏斗４０には、第二流路４２となる配管（以下、「第二配管」）の一端が接続され、第二配管は当該貯留槽の底面を貫通して配置される。第二配管と当該底面との間は、漏水しないよう樹脂等で密閉処理される。
図１の分配装置３９では、漏斗４０を避けて当該貯留槽の上方からアンモニア含有水Ｆ５が供給される。アンモニア含有水Ｆ５は、第一流路４１である第一配管から流出するが、アンモニア含有水Ｆ５の流量が所定流量より多い場合には、当該貯留槽に次第に貯留されてゆく。このとき、第一配管は所定内径であるので、第一配管から流出し続けるアンモニア含有水Ｆ５の流量は原則として一定である。
そして、当該貯留槽に貯留されたアンモニア含有水Ｆ５の液面が上記基準水位に達した場合、貯留されたアンモニア含有水Ｆ５は漏斗４０に越流し、第二流路４２である第二配管から流出する。
なお、分配装置３９において、アンモニア含有水Ｆ５は、第二配管から流出する場合にも、第一配管から流出し続ける。また、第二配管の他端は、先述の第三配管、すなわち、第三流路４３の経路に接続される。従って、第二配管から流出したアンモニア含有水Ｆ５は、排ガス処理排水Ｆ１と混合される。ただし、第三配管から第二配管へ排ガス処理排水Ｆ１が流入しないよう、例えば、逆止弁などの流れ方向を一方向とする装置が設置される。
分配装置３９は、漏斗４０を配置する構成でなく、分離装置１０で生成されたアンモニア含有水Ｆ５を、原則として第一流路４１のみへ流し、アンモニア含有水Ｆ５の流量が所定流量以上の場合には、例外として第一流路４１と第二流路４２の両方に分配して流す構成であれば、いかような構成であってもよい。
例えば、分配装置３９は、当該貯留槽に底面に第一配管と第二配管をそれぞれ別個に接続し、ボイラブロー水Ｆ２の流量を測定する流量計と、第一配管に設置した第一電磁弁と、第二配管に設置した第二電磁弁と、当該流量計が測定した流量に関する情報を受信し、ボイラブロー水Ｆ２の流量が第一流路４１の所定流量以下である場合には、第一電磁弁を開弁かつ第二電磁弁を閉弁し、ボイラブロー水Ｆ２の流量が第一流路４１の所定流量より大きい場合には、第一電磁弁と第二電磁弁のいずれも開弁する制御装置を備える構成としてもよい。
アンモニアストリッピング装置４４（第一アンモニアストリッピング装置）は、アンモニアやアンモニア態窒素を含有するアンモニア含有水（排ガス処理排水Ｆ１、アンモニア含有水Ｆ５）を蒸気に対して噴霧し、蒸気の熱で噴霧した水からアンモニアを放散させる装置である。アンモニアストリッピング装置４４に使用する蒸気は、先述の廃蒸気Ｆ４でよい。廃蒸気Ｆ４よりも高温の蒸気、例えば、蒸気タービン２３の羽根車を回転させる前の蒸気でもよいが、発電機２４による発電量に影響を与えない廃蒸気を用いるのが費用対効果の観点で優れる。
アンモニアストリッピング装置４４は、鉛直方向に長い一つの放散塔、または、連続的に直列に接続した複数の放散塔で構成される。放散塔は、鉛直方向に直立した中空筒状の容器である。当該容器の下方から蒸気（廃蒸気Ｆ４）が供給され、上方から排ガス処理排水Ｆ１やアンモニア含有水Ｆ５が噴霧される。そして、放散塔の内部でアンモニウムイオンが水酸化物イオンと反応し、アンモニア及び水蒸気を含むガス状のアンモニア水Ｆ８が生成される。
なお、放散塔は、アンモニアの収率を向上させるため、一般的に、複数の充填材や複数のトレイを鉛直方向に分散して配置した多段型に構成される。
図１のアンモニアストリッピング装置４４では、一例として一つの放散塔を使用し、また、当該放散塔は、一例として２つのトレイ４７で鉛直方向に３段に区画される。一つの放散塔を３つ以上のトレイ４７などで４段以上に区画してもよい。
アンモニアストリッピング装置４４で噴霧されたアンモニア含有水は、蒸気に接触してアンモニアを放散するとともに、当該放散による温度低下により凝集して水滴が大きくなり、また、ｐＨ値も低下するので、アンモニアの放散の効率が低下する。そこで、当該大きくなった水滴をトレイ４７で収集し、再度、微細な水滴として噴霧することで、アンモニアの収率を向上させる。
具体的には、１つのトレイ４７は、１つのタンク４８に接続され、当該トレイ４７で収集されたアンモニア含有水は当該タンク４８に貯留される。また、当該トレイ４７の下方（ただし、当該下方に別のトレイ４７が配置される場合は、当該下方且つ当該別のトレイ４７の上方）に、１つの噴霧器５０が設置される。そして、１つのポンプ４９が、当該タンク４８に貯留されたアンモニア含有水を当該噴霧器５０へ圧送することで、当該タンク４８に貯留されたアンモニア含有水が当該噴霧器５０から噴霧される。
トレイ４７で収集されたアンモニア含有水は、すでに一部のアンモニアを放散している。従って、当該アンモニア含有水のアンモニアやアンモニア態窒素の濃度は当初より薄くなっているため、蒸気温度がより高い位置、すなわち当該トレイ４７の下方、言い換えれば、放散したアンモニアの流れる方向（蒸気の流れる方向でもある）で見て、当該トレイ４７よりも上流に噴霧することで、濃度が薄くなっている当該アンモニア含有水からさらにアンモニアを効率良く放散させることができる。
図１のアンモニアストリッピング装置４４は、３段に区画されるよう構成されているので、１つのトレイ４７、１つのタンク４８、１つのポンプ４９、及び1つの噴霧器５０で構成される組は、合計２組である。
アンモニアストリッピング装置４４で生成されたアンモニア水Ｆ８は、アンモニアストリッピング装置４４の上部からガスの状態で排出されて冷却され、アンモニア水貯留タンク５１に貯留される。なお、アンモニア水Ｆ８は、高濃度（例えば、約３０〜約５０％）のアンモニアを含有する。
アンモニアストリッピング装置４４は、さらに、放散塔の内部に、第一配管の他端に接続され、高濃度アンモニア含有水Ｆ５を噴霧する第一噴霧器４５を備える。また、アンモニアストリッピング装置４４は、第三配管の他端に接続され、原則として排ガス処理排水Ｆ１、例外として排ガス処理排水Ｆ１と高濃度アンモニア含有水Ｆ５の混合液を噴霧する第二噴霧器４６を備える。
第一噴霧器４５と第二噴霧器４６は、放散したアンモニアの流れる方向、すなわち蒸気の流れる方向で見て、互いに異なる位置に配置される。具体的には、放散塔において第一噴霧器４５が配置される第一位置Ｐ１は、第二噴霧器４６が配置される第二位置Ｐ２よりも下流側にある。言い換えれば、図１のように１つの放散塔に第一噴霧器４５と第二噴霧器４６が配置される場合、第一位置Ｐ１は第二位置Ｐ２よりも上方となる。なお、複数の放散塔を直列に接続してアンモニアストリッピング装置４４を構成し、さらに別個の放散塔にそれぞれ第一噴霧器４５と第二噴霧器４６とを配置する場合は、当然、第一位置Ｐ１が第二位置Ｐ２よりも上方となるとは限らない。しかし、この場合においても、放散したアンモニアの流れる方向、すなわち蒸気の流れる方向で見て、放散塔において第一噴霧器４５が配置される第一位置Ｐ１は、第二噴霧器４６が配置される第二位置Ｐ２よりも下流側となる。
図１のアンモニアストリッピング装置４４では、一例として、１つの放散塔に形成された３段の領域（最上段、中段、最下段）のうち、第一噴霧器４５は最上段、第二噴霧器４６は中段に配置、すなわち、互いに異なる段に配置される。なお、最下段には、上記大きくなった水滴が集まり、残留水として貯留される。また、最下段において、残留水の上方から、蒸気（廃蒸気Ｆ４）が供給される。
一般的に、アンモニアストリッピング装置では、蒸気温度が高いほど、また、アンモニア含有水のｐＨ値が大きいほど、アンモニアの放散性能が向上する。さらに、先述のように多段構成でアンモニアを効率よく放散させるためには、全ての段を有効に活用するのが望ましい。
ここで、１つの放散塔内で蒸気の温度が最も高いのは上流、すなわち最下段である下方であり、蒸気の温度が最も低いのは下流、すなわち最上段である。
そして、第一噴霧器４５から噴霧される高濃度アンモニア含有水Ｆ５は、第二噴霧器４６から噴霧される排ガス処理排水Ｆ１、または、排ガス処理排水Ｆ１と高濃度アンモニア含有水Ｆ５との混合液よりもｐＨ値が大きい。
従って、ｐＨ値が十分に大きい高濃度アンモニア含有水Ｆ５を噴霧する第一噴霧器４５は、多少、蒸気の温度が低くなっても効果的にアンモニアを放散することができるので、最上段に配置する。
一方、高濃度アンモニア含有水Ｆ５よりもｐＨ値が低いアンモニア含有水（排ガス処理排水Ｆ１、または、排ガス処理排水Ｆ１と高濃度アンモニア含有水Ｆ５の混合液）を噴霧する第二噴霧器４６を、第一噴霧器４５と同位置（最上段かつ鉛直方向における同位置）に配置すると、第一噴霧器４５と第二噴霧器４６から噴霧されるアンモニア含有水が混合してｐＨ値が低下し、アンモニアの放散性能が低下するおそれがある。そこで、第二噴霧器４６を、第一噴霧器４５の第一位置Ｐ１よりも蒸気温度の高い領域である上流の第二位置Ｐ２に設置する。図１では、第一噴霧器４５が設置された最上段より蒸気温度の高い領域である中段（最上段と異なる段）に第二噴霧器４６を設置し、第二噴霧器４６から噴霧されるアンモニア含有水（排ガス処理排水Ｆ１、または、排ガス処理排水Ｆ１と高濃度アンモニア含有水Ｆ５の混合液）のｐＨ値の低さを蒸気温度の高さで補うことで、総合的にアンモニアの放散性能を向上させる。
ここで、図１では、第一噴霧器４５と第二噴霧器４６を互いに異なる段に設置したが、アンモニアストリッピング装置において互いに鉛直方向に異なる位置であれば同一の段に設置しても同様の効果を得ることができる。すなわち、ｐＨ値の高い高濃度アンモニア含有水Ｆ５とこれよりもｐＨ値の低い当該アンモニア含有水から、別々に、且つ、蒸気温度の相違を利用して効果的にアンモニアを放散させることができる。
なお、第二噴霧器４６から噴霧されるアンモニア含有水は、高濃度アンモニア含有水Ｆ５よりもｐＨ値が低いため、アルカリ薬品供給装置５５が第三流路４３、すなわち第三配管に、アルカリ性の薬品（例えば、水酸化ナトリウムＮａＯＨなど）を供給して、ｐＨ値を大きくしてもよい。ただし、第一噴霧器４５と第二噴霧器４６が上述のように配置されているため、当該アンモニア含有水のｐＨ値を、効果的なアンモニアの放散が可能なｐＨ値である１０．５よりやや大きくする程度でよく、高濃度アンモニア含有水Ｆ５とｐＨ値を同等にする必要はない。従って、第二噴霧器４６から噴霧されるアンモニア含有水のｐＨ値を高濃度アンモニア含有水Ｆ５のｐＨ値と同等にする場合に比べ、アルカリ性の薬品の量を低減することができる。
ところで、以上の考えに基づけば、アルカリ性の薬品を供給するなどして当該アンモニア含有水のｐＨ値を、高濃度アンモニア含有水Ｆ５のｐＨ値よりも高くする場合には、第一噴霧器４５に第三配管の他端を接続し、第二噴霧器４６に第一配管の他端を接続してもよい。
いずれの場合も、高濃度アンモニア含有水Ｆ５とアンモニア含有水（排ガス処理排水Ｆ１、または、排ガス処理排水Ｆ１と高濃度アンモニア含有水Ｆ５の混合液）とをアンモニアストリッピング装置の別々の位置に噴射する。すなわち、アンモニアストリッピング装置において、これら２つのアンモニア含有水のうちｐＨ値の低いアンモニア含有水を上流に、且つ、ｐＨ値の高いアンモニア含有水を下流に、言い換えれば互いに鉛直方向に異なる位置または異なる段に噴射して、これらから別々にアンモニアを放散させるので、これらを混合させた後に噴霧する場合に比べ、効率よくアンモニア水Ｆ８を生成できる。
また、分配装置３９により第二流路４２に高濃度アンモニア含有水Ｆ５が流出した場合には、第二噴霧器４６には、第三流路４３を介して排ガス処理排水Ｆ１と高濃度アンモニア含有水Ｆ５の混合液が噴霧されるので、第三流路４３に排ガス処理排水Ｆ１のみが流れる場合に比べ、当該混合液のｐＨ値は高くなる。従って、アルカリ薬品供給装置５５が第三流路４３に供給するアルカリ性の薬品の量を低減することができる。
さらに、この場合、排ガス処理排水Ｆ１にはマグネシウムやカルシウムなどのスケール成分が含まれるが、スケール成分をほとんど含まない高濃度アンモニア含有水Ｆ５が排ガス処理排水Ｆ１に混合されることで総合的にスケール成分の濃度が薄まるため、アンモニアストリッピング装置４４の内部にスケールが析出することを抑制できる。従って、アンモニアストリッピング装置４４のメンテナンスを容易にすることができる。
なお、第一噴霧器４５から噴霧される高濃度アンモニア含有水Ｆ５のｐＨ値は１０．５より大きく、例えば、約１１〜約１３であるため、アルカリ性の薬品の添加をする必要はない。
また、アンモニアストリッピング装置４４の最下段に貯留された残留水Ｆ９は、少なくとも無機系の水処理がなされる無機系処理装置６０を備えた総合排水処理施設５８に供給されて水処理された後、例えば、放流することができる。
実施例では、ボイラブロー水Ｆ２の少なくとも一部が水電解装置３２の原料に使用されるので、当該原料に使用されない場合に比べ、アンモニア含有排水の総量は減少している。従って、総合排水処理施設５８における水処理の負荷が低減されるのみならず、イオン除去装置３０を小型化できるので、総合的に安価なアンモニア及び水素製造システム１を構築できる。
ここで、総合排水処理施設５８は、無機系処理装置６０に加え、無機系処理装置６０の前段に、有機系処理装置５９を備えてもよい。
有機系処理装置５９は、硝化槽、脱窒素槽、曝気槽等が設けられた生物処理（微生物の作用による排水処理）が実施される排水処理施設である。総合排水処理施設５８が有機系処理装置５９を備える場合には、総合排水処理施設５８は、燃焼炉プラントで発生する生活排水等の有機系排水の水処理も可能となる。
水素貯留タンク３３に貯留された水素Ｆ７、二酸化炭素貯留タンク３７に貯留された二酸化炭素Ｆ３、アンモニア水貯留タンク５１に貯留されたアンモニア水Ｆ８は、さまざまな用途に活用可能である。
例えば、アンモニア及び水素製造システム１は、水素Ｆ７を、燃料電池、水素ガスタービン、水素ガスエンジン等の水素利用設備３４に燃料として供給してもよいし、メタネーション装置３５にメタネーションの原料として供給してもよい。
また、アンモニア及び水素製造システム１は、二酸化炭素Ｆ３を、メタネーション装置３５にメタネーションの原料として、または、尿素製造装置５２に尿素製造の原料として供給してもよい。アンモニア及び水素製造システム１は、二酸化炭素Ｆ３を、光合成により植物（草木、藻、花、野菜など）を生産する植物工場、栽培用温室、栽培用水槽等の二酸化炭素利用設備３８に供給してもよい。
アンモニア及び水素製造システム１は、アンモニア水Ｆ８を、尿素製造装置５２に尿素製造の原料として供給してもよいし、アンモニアを原料として化成品を製造する化学プラント、アンモニアガスタービン、アンモニアガスエンジン等のアンモニア利用設備５４に供給してもよい。アンモニア及び水素製造システム１は、アンモニア水Ｆ８を、燃焼炉プラントの燃焼炉や煙道に脱硝剤として噴霧してもよい。
さらに、アンモニア及び水素製造システム１は、メタネーション装置３５で生成されたメタンを、メタンを燃料（都市ガス）として使用する建物及び設備や、メタンを燃焼させて発電するガスタービン、ガスエンジン等のメタン利用設備３６に供給してもよい。
アンモニア及び水素製造システム１は、尿素製造装置５２で生成された尿素を、例えば、ボイラ２０で生成した蒸気の熱と尿素を用いて化成品を製造する化学プラントや、尿素を肥料として使用する植物工場等の尿素利用設備５３に供給してもよい。
［２．変形例］
図２は、変形例のアンモニア及び水素製造システム１′を示すブロック図である。
実施例と変形例の主な相違点は、分離装置の構成である。実施例では、分離装置１０はイオン除去装置３０のみで構成された。しかし、変形例では、分離装置１０′は、蒸気でボイラブロー水Ｆ２からアンモニアを放散してアンモニア含有水Ｆ５を放出するアンモニアストリッピング装置５６（第二アンモニアストリッピング装置）と、アンモニアストリッピング装置５６の残留水Ｆ１１を、不要イオンを含有するイオン含有排水Ｆ１２と不要イオンを含有しない処理水Ｆ６とに分離するイオン除去装置５７（第二イオン除去装置）とを備えている。
実施例で説明した構成と同一の構成については、変形例において同一の符号を付して構成及び効果の説明を適宜省略する。
アンモニアストリッピング装置５６（第二アンモニアストリッピング装置）は、アンモニアストリッピング装置４４（第一アンモニアストリッピング装置）と同様の構成であり、一つの放散塔が多段に形成されてよいし、複数の放散塔を直列に接続してもよい。なお、アンモニアストリッピング装置４４（第一アンモニアストリッピング装置）は３段に形成されていたが、アンモニアストリッピング装置５６（第二アンモニアストリッピング装置）はこれと同一の段数であってもよいし、異なる段数（２段、４段、５段以上の段数など）であってもよい。
アンモニアストリッピング装置５６（第二アンモニアストリッピング装置）が一つの放散塔で形成される場合、ボイラブロー水Ｆ２は、当該放散塔の最上段に設けられた噴霧器（図示なし）から噴霧される。一方、蒸気（廃蒸気Ｆ４）は、当該放散塔の最下段に供給される。放散塔の内部で蒸気と噴霧されたボイラブロー水Ｆ２が接触することで、放散したアンモニア及び水蒸気を含むガス状のアンモニア含有水Ｆ５が生成される。
分離装置１０′が生成するアンモニア含有水Ｆ５はアンモニア水であり、実施例における分離装置１０と異なり、アンモニアやアンモニア態窒素以外の不要イオンを含まない。すなわち、分離装置１０′が生成するアンモニア含有水Ｆ５は、マグネシウムやカルシウムなどのスケール成分を含まない。
従って、当該アンモニア含有水Ｆ５が分配装置３９により第二流路４２を流れ、第三流路４３の排ガス処理排水Ｆ１と混合された際、混合液のスケール成分の濃度は実施例よりも薄められるので、アンモニアストリッピング装置４４の内部にスケールが析出することをさらに効果的に抑制できる。このため、変形例においては、実施例よりも、さらにアンモニアストリッピング装置４４のメンテナンスを容易にすることができる。
なお、イオン除去装置５７（第二イオン除去装置）は、イオン除去装置３０（第一イオン除去装置）と同様の構成であり、ＲＯ膜（逆浸透膜）やイオン交換樹脂が内蔵される。
イオン除去装置５７（第二イオン除去装置）で分離されたイオン含有排水Ｆ１２は、総合排水処理施設５８の無機系処理装置６０に供給されて水処理される。
１、１′ アンモニア及び水素製造システム
１０、１０′ 分離装置
１１ 燃焼炉
１２ 集塵装置
１３ 排ガス処理装置
１４ 二酸化炭素分離装置
１５ 煙突
２０ ボイラ
２１ 蒸気ドラム
２２ 排熱回収器
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 薬品供給装置
２９ ブロー配管
３０ イオン除去装置（第一イオン除去装置）
３２ 水電解装置
３３ 水素貯留タンク
３４ 水素利用設備
３５ メタネーション装置
３６ メタン利用設備
３７ 二酸化炭素貯留タンク
３８ 二酸化炭素利用設備
３９ 分配装置
４０ 漏斗
４１ 第一流路
４２ 第二流路
４３ 第三流路
４４ アンモニアストリッピング装置（第一アンモニアストリッピング装置）
４５ 第一噴霧器
４６ 第二噴霧器
４７ トレイ
４８ タンク
４９ ポンプ
５０ 噴霧器
５１ アンモニア水貯留タンク
５２ 尿素製造装置
５３ 尿素利用設備
５４ アンモニア利用設備
５５ アルカリ薬品供給装置
５６ アンモニアストリッピング装置（第二アンモニアストリッピング装置）
５７ イオン除去装置（第二イオン除去装置）
５８ 総合排水処理施設
５９ 有機系処理装置
６０ 無機系処理装置
Ｐ１ 第一位置
Ｐ２ 第二位置
Ｆ１ 排ガス処理排水
Ｆ２ ボイラブロー水
Ｆ３ 二酸化炭素
Ｆ４ 蒸気（廃蒸気）
Ｆ５ アンモニア含有水（高濃度アンモニア含有水）
Ｆ６ 処理水（純水）
Ｆ７ 水素
Ｆ８ アンモニア水
Ｆ９ 残留水
Ｆ１０ 排ガス
Ｆ１１ 残留水
Ｆ１２ イオン含有排水

Claims (7)

  1. 燃焼炉プラントに適用され、
    燃焼炉の熱で蒸気を生成するボイラと、
    前記燃焼炉の排ガスを排ガス処理し、排ガス処理排水を排出する排ガス処理装置と、
    前記ボイラのボイラブロー水をアンモニア含有水と処理水とに分離する分離装置と、
    前記処理水を用いて電気分解を行い、水素を製造する水電解装置と、
    前記水素を貯留する水素貯留タンクと、
    前記排ガス処理排水からアンモニアを放散させる第一アンモニアストリッピング装置と、
    前記放散したアンモニアを含有するアンモニア水を貯留するアンモニア水貯留タンクと
    を有し、
    前記排ガス及び前記ボイラにはアンモニア又はアンモニア態窒素を含有した薬品が供給され、
    前記分離装置が分離した前記アンモニア含有水は、前記第一アンモニアストリッピング装置の第一位置に噴射され、
    前記排ガス処理装置から排出された前記排ガス処理排水は、前記放散したアンモニアの流れる方向で見て、前記第一位置とは異なる前記第一アンモニアストリッピング装置の第二位置に噴射されるアンモニア及び水素製造システム。
  2. 前記分離装置で分離されたアンモニア含有水を所定許容流量の第一流路に流し、前記アンモニア含有水が前記所定許容流量を超える場合は当該超えた流量を第二流路に流す分配装置をさらに有し、
    前記第一流路のアンモニア含有水は、前記第一位置に噴射され、
    前記第二流路のアンモニア含有水は、前記排ガス処理排水に混合されて前記第二位置に噴射される請求項１に記載のアンモニア及び水素製造システム。
  3. 前記第一アンモニアストリッピング装置は、鉛直方向に長い一つの放散塔、または、連続に接続した複数の放散塔で構成され、
    前記放散したアンモニアの流れる方向で見て、前記第一位置は、前記第二位置よりも下流側である請求項２に記載のアンモニア及び水素製造システム。
  4. 前記分離装置は、
    前記ボイラブロー水から不要イオンを除去して前記処理水とする第一イオン除去装置、
    または、
    前記ボイラブロー水からアンモニアを放散させる第二アンモニアストリッピング装置と、前記第二アンモニアストリッピング装置の残留水から前記不要イオンを除去して前記処理水とする第二イオン除去装置とを備えた装置である請求項３に記載のアンモニア及び水素製造システム。
  5. 前記排ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離装置と、
    前記分離された二酸化炭素を貯留する二酸化炭素貯留タンクと、
    前記水素貯留タンクに貯留された水素と前記二酸化炭素貯留タンクに貯留された二酸化炭素とでメタネーションを行い、メタンを生成するメタネーション装置と
    をさらに有する請求項４に記載のアンモニア及び水素製造システム。
  6. 前記二酸化炭素貯留タンクに貯留された二酸化炭素と、前記アンモニア水貯留タンクに貯留されたアンモニア水とを用いて尿素を製造する尿素製造装置をさらに有する請求項５に記載のアンモニア及び水素製造システム。
  7. 前記燃焼炉プラントは、廃棄物焼却炉プラント、火力発電プラント、または化学プラントのいずれか一つである請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のアンモニア及び水素製造システム。
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