JP6940715B1 - 水素製造システム - Google Patents
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Abstract
Description
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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F
12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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
陽極 : 2Cl− → Cl2+2e
陰極 : 2Na++2H2O+2e → 2NaOH+H2
液中 : Cl2+2NaOH → NaClO+NaCl+H2O
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (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。
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