(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を主燃料とするガスタービン（１）を備えたガスタービン発電装置（２００）と、
前記ガスタービンの排熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラ（２）と、
原水を濃縮する濃縮装置（３００）と、
を備えた濃縮造水発電プラントにおいて、
前記濃縮装置（３００）は、
原水を前処理する前処理装置（３）と、
この前処理装置を経由した前処理後の水を透過水と非透過水とに分離する逆浸透膜装置（４）と、
前記排熱回収ボイラ（２）の発生蒸気を熱源として、前記前処理の結果生じた前処理排水と、前記非透過水とを濃縮して濃縮水を生成する蒸発濃縮装置（６）とを備え、
前記濃縮装置（３００）は、前記非透過水が前記蒸発濃縮装置（６）へ流入する流路に、前記非透過水中の無機成分を析出させる析出装置（１０）を更に備え、
前記析出装置（１０）は、前記排熱回収ボイラ（２）の発生蒸気を熱源として、前記非透過水を加熱する加熱器（４２）を有する、
ことを特徴とする濃縮造水発電プラント。
【請求項２】
炭化水素を主燃料とするガスタービン（１）を備えたガスタービン発電装置（２００）と、
前記ガスタービンの排熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラ（２）と、
原水を濃縮する濃縮装置（３００）と、
を備えた濃縮造水発電プラントにおいて、
前記濃縮装置（３００）は、
原水を前処理する前処理装置（３）と、
この前処理装置を経由した前処理後の水を透過水と非透過水とに分離する逆浸透膜装置（４）と、
前記排熱回収ボイラ（２）の発生蒸気を熱源として、前記前処理の結果生じた前処理排水と、前記非透過水とを濃縮して濃縮水を生成する蒸発濃縮装置（６）とを備え、
前記濃縮造水発電プラントは、
前記排熱回収ボイラ（２）の発生蒸気を前記ガスタービン（１）の燃焼器（８）に注入する蒸気供給系統（３４Ａ）を更に備えた、
をことを特徴とする濃縮造水発電プラント。
【請求項３】
前記蒸気供給系統（３４Ａ）は、前記排熱回収ボイラ（２）の発生蒸気の前記燃焼器（８）への供給量を調整する弁（１１）を有する、
ことを特徴とする請求項２に記載の濃縮造水発電プラント。
【請求項４】
炭化水素を主燃料とするガスタービン（１）を備えたガスタービン発電装置（２００）と、
前記ガスタービンの排熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラ（２）と、
原水を濃縮する濃縮装置（３００）と、
を備えた濃縮造水発電プラントにおいて、
前記濃縮装置（３００）は、
原水を前処理する前処理装置（３）と、
この前処理装置を経由した前処理後の水を透過水と非透過水とに分離する逆浸透膜装置（４）と、
前記排熱回収ボイラ（２）の発生蒸気を熱源として、前記前処理の結果生じた前処理排水と、前記非透過水とを濃縮して濃縮水を生成する蒸発濃縮装置（６）とを備え、
前記濃縮装置（３００）は、前記非透過水が前記蒸発濃縮装置（６）へ流入する流路に、前記非透過水中の無機成分を析出させる析出装置（１０）を更に備え、
前記析出装置（１０）は、前記ガスタービン（１）より排出された排ガスを前記非透過水に注入する装置（４０ａ）を備えた、
ことを特徴とする濃縮造水発電プラント。
【請求項５】
前記排熱回収ボイラ（２）の発生蒸気で前記蒸発濃縮装置（６）に供給する蒸気を生成する間接熱交換器（１３）を更に備えた、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の濃縮造水発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、かん水、海水などの原水、特に石炭層から炭層ガスと共に排出される随伴水を淡水と塩類固形物に分離するための濃縮プラント及び濃縮方法、並びに濃縮プラントを備えた濃縮造水発電プラント及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石炭採掘時に石炭層から副次的に排出される、メタンを含む炭層ガス（以後、CBMと呼ぶ）の利用が進んでいる。非特許文献１によると、CBM採取に伴い、炭層内の水（以後、随伴水と呼ぶ）が排出される。随伴水は塩分を含むかん水である場合が多く、再び地層中に圧入するか、脱塩処理により塩類を分離したうえで土壌に戻す必要がある。CBMの採取量変動に伴い随伴水量も変動するため、随伴水の処理能力がCBMの採取量増量の制限条件となっている。現在、多くのCBM生産設備において、随伴水は池に貯留して自然蒸発により水分を除去し濃縮・塩類を固形物として分離する蒸発池方式により処理されている。【０００３】
一般的な塩類の濃縮・分離方法の一つとして、特許文献１に記載の多重効用蒸発器などの蒸発濃縮法によるものがある。【０００４】
一方、近年、水不足の拡大に伴い、随伴水を脱塩処理して淡水を生産・利用する取組みが進められている。非特許文献２によると、主な脱塩方法として、逆浸透膜やイオン交換膜で塩類を分離する膜法と、加熱して蒸発させた水分を凝縮させる蒸発法などが検討されている。非特許文献３によると、二段階の逆浸透膜処理により、随伴水から淡水を生産している事例がある。【０００５】
また、海水淡水化の分野で、造水効率をアップするために、ハイブリッド法と呼ばれる、逆浸透膜と蒸発法を組み合わせる方式がある。特許文献２においては、前処理装置において、塩水を第一段ナノろ過膜ユニットでろ過することによってスケール成分を含むイオン含有量を低減した後、逆浸透膜装置に供給してろ過水（淡水）を生成するとともに、
第１段ナノろ過膜ユニットを透過しない排水を更に第二段ろ過膜ユニットに供給してその濃縮水を系外に排出する一方、第２段ナノろ過水を蒸発法の淡水化装置に供給して更に淡水を生成し、スケール成分の析出を抑制しながら、高効率で淡水を製造するとしている。逆浸透膜装置で分離された濃縮水については、弁を経て放流されるか、第二段ナノろ過水とともに蒸発法の淡水化装置に供給して淡水を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−４１８５０号公報
【特許文献２】特開２００８−１００２１９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】坂本茂樹、大野泰伸、石油・天然ガスレビュー、Vol. 42，No. 6，p 31-49  （2008）
【非特許文献２】James R Kuipers et al, Coal Bed Methane-Produced Water: Management Options for Substainable Development, pages 52-58, August 2004
【非特許文献３】James Welch，the edition of OIL & GAS JOURNAL，October 5 （2009）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
CBM採取に伴い排出される随伴水（塩分を含むかん水）の処理法として、現在、多くのCBM生産設備において非特許文献１に記載のような蒸発池方式が実施されているが、この場合は、広大な敷地が必要となる。【０００９】
特許文献１、非特許文献２、非特許文献３に記載のように、蒸発池方式に代わる処理法として、膜法と蒸発法が検討され、一部実施されている。特に、非特許文献３では、二段階の逆浸透膜処理により随伴水を濃縮し、容積を縮小している。この場合、淡水を分離した後の濃縮水の容積は、供給された随伴水の１／１０程度に低減され、濃縮水から塩分を分離するための蒸発池も、容積は１／１０に低減可能である。しかし、容積が縮小したとしても、塩類を固形化して分離するための蒸発池が必要であることには、変わりはない。このため蒸発池の設置面積の広さに伴う高い設備コストや立地条件の制限の問題がある。また、蒸発濃縮装置を用いた場合は、蒸発池と比べて設備容量が大幅に縮小できるが、加熱のための熱源が必要であり、運転コストが高くなる。【００１０】
特許文献２では、造水効率をアップするために逆浸透膜と蒸発法を組み合わせているが、前処理排水の一部（第二段ろ過膜ユニット濃縮水）や、場合によっては逆浸透膜装置で分離された濃縮水を外部に捨てており、これを随伴水の処理に適用した場合には、やはり塩類を固形化して分離するための蒸発池が必要となる。【００１１】
本発明の目的は、上述した従来の問題点を解決し、膜法による脱塩装置と蒸発法による濃縮装置を組み合わせることにより、低い設備コストで安定して随伴水などの塩類を含む水を濃縮し、淡水と塩類に分離する濃縮プラント及び濃縮方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明は、濃縮装置において、石炭層から炭層ガスと共に排出される随伴水を透過水と非透過水とに分離する逆浸透膜装置と、前記非透過水を濃縮して濃縮水を貯留設備に排出する蒸発濃縮装置とを備えるものとする。【００１３】
また、上記目的を達成するための本発明は、濃縮装置において、原水を前処理する前処理装置と、この前処理装置を経由した前処理後の水を透過水と非透過水とに分離する逆浸透膜装置と、前記前処理装置で生じた前処理排水と、前記逆浸透膜装置で生じた前記非透過水とを濃縮して濃縮水を生成する蒸発濃縮装置とを備えるものとする。【００１４】
このように逆浸透膜装置を前段に置き、後段に蒸発濃縮装置を置くことで、前段と後段を合わせて原水（随伴水）の大幅な濃縮減容化を図れる。その結果、濃縮水を一旦貯留設備に貯留した後、濃縮水を蒸発乾固化することが可能となり、濃縮水を蒸発乾固化する場合、蒸発池は不要となり、蒸発池の設置コストは０となる。蒸発池を設けた場合でも、蒸発池の設置面積は著しく縮減し、蒸発池の設置コストを低減することができる。【００１５】
このように本発明の構成をとることで、CBM生産施設における随伴水処理設備用の敷地を低減し、設備コストを大幅に低減することができる。また、廃棄物を低減し、安定した運転を実現することができる。【００１６】
更に、高い設備コストや立地条件の制限が緩和されるため、CBMの採取量変動に伴う随伴水量の変動に柔軟に対応することができ、随伴水の処理能力を増大させ、CBMの採取量を増量させることが可能となる。【００１７】
上記目的を達成するための本発明は、炭化水素を主燃料とするガスタービンを備えたガスタービン発電装置と、前記ガスタービンの排熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、原水を濃縮する濃縮装置とを備えた濃縮造水発電プラントにおいて、前記濃縮装置は、原水を前処理する前処理装置と、この前処理装置を経由した前処理後の水を透過水と非透過水とに分離する逆浸透膜装置と、前記排熱回収ボイラの発生蒸気を熱源として、前記前処理の結果生じた前処理排水と、前記非透過水とを濃縮して濃縮水を生成する蒸発濃縮装置とを備えるものとする。【００１８】
これにより上述した如く、設備コストを低減することができる。【００１９】
また、排熱回収ボイラの発生蒸気を熱源として蒸発濃縮装置で濃縮水を生成することにより、蒸発濃縮装置での蒸気発生用のエネルギー費は不要となるため、発電設備の排熱を利用して施設全体での資源の効率的な利用が可能となり、運転コストを低減することができる。【００２０】
上記濃縮装置は、好ましくは、前記非透過水が前記蒸発濃縮装置へ流入する流路に、前記非透過水中の無機成分を析出させる析出装置を備える。前記析出装置は、前記非透過水のpHを上昇させる機能、炭酸イオンを増加させる機能、加熱する機能、微細気泡を注入する機能、カルシウムイオンを注入する機能のうちの一つ以上を有することが好ましい。【００２１】
このようにあらかじめ水中に浮遊する微細な結晶として析出させることにより、蒸発濃縮装置の蒸発缶内で不溶解性塩をこの結晶を核として成長させることが可能となり、その結果、蒸発缶壁面でのスケール析出・成長が回避され、安定した運転を実現することができ、かつ缶内洗浄などの薬品使用量や労力を低減できる。【００２２】
また、好ましくは、前記析出装置は、前記排熱回収ボイラの発生蒸気を熱源として、前記非透過水を加熱する加熱器、或いは前記ガスタービンより排出された排ガスを前記非透過水に注入する装置を備える。【００２３】
これにより炭酸カルシウム等の析出を促進し、蒸発濃縮装置の蒸発缶壁面でのスケール析出・成長が回避される。【００２４】
また、好ましくは、濃縮造水発電プラントは、前記排熱回収ボイラの発生蒸気を前記ガスタービンの燃焼器に注入する蒸気供給系統を更に備え、その場合、前記蒸気供給系統は、前記排熱回収ボイラの発生蒸気の前記燃焼器への供給量を調整する弁を有することが好ましい。【００２５】
このように蒸気が燃焼器に供給されることで、タービンに流入する燃焼ガスの質量流量が増大し、発電機の発電量を増加できる。或いは、発電機の発電量を増加させる必要のない場合は、燃料ガスの消費量を低減することができる。【００２６】
また、好ましくは、濃縮造水発電プラントは、前記排熱回収ボイラの発生蒸気で前記蒸発濃縮装置に供給する蒸気を生成する間接熱交換器を更に備える。【００２７】
これにより排熱回収ボイラで蒸気を発生する系統と、蒸発濃縮装置に蒸気が流入・流出する系統とが分離されるため、排熱回収ボイラで発生する蒸気に塩類が混入することはなく、排熱回収ボイラ２の腐食を回避することができる。【００２８】
また、上記目的を達成するための本発明は、濃縮方法において、石炭層から炭層ガスと共に排出される随伴水を、逆浸透膜を用いて透過水と非透過水とに分離する工程と、前記非透過水を蒸発濃縮法によって濃縮して濃縮水を貯留設備に排出する工程とを有するものとする。【００２９】
更に、上記目的を達成するための本発明は、濃縮方法において、原水を前処理する工程と、前記前処理後の水を、逆浸透膜を用いて透過水と非透過水とに分離する工程と、前記前処理の結果生じた前処理排水と、前記分離工程で生じた前記非透過水とを蒸発濃縮法によって濃縮して濃縮水を生成する工程とを有するものとする。【００３０】
また、上記目的を達成するための本発明は、ガスタービン発電装置と、排熱回収ボイラと、前処理装置と、逆浸透膜装置と、蒸発濃縮装置と、を有する濃縮造水発電プラントの運転方法において、前記ガスタービン発電装置によって電力と排熱を生成する工程と、前記排熱回収ボイラによって前記ガスタービン発電装置の排熱で蒸気を発生させる工程と、前記前処理装置を用いて原水を前処理する工程と、前記前処理装置を経由した前処理後の水を、前記逆浸透膜装置を用いて透過水と非透過水とに分離する工程と、前記排熱回収ボイラの発生蒸気を熱源として、前記蒸発濃縮装置を用いて前記前処理の結果生じた前処理排水と、前記非透過水とを濃縮して濃縮水を生成する工程とを有するものとする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、CBM生産施設における随伴水処理設備用の敷地を低減し、設備コストを大幅に低減することができる。また、廃棄物を低減し、安定した運転を実現することができる。更に、高い設備コストや立地条件の制限が緩和されるため、CBMの採取量変動に伴う随伴水量の変動に柔軟に対応することができ、随伴水の処理能力を増大させ、CBMの採取量を増量させることが可能となる。【００３２】
また、本発明によれば、CBM生産施設における随伴水処理設備用の敷地を低減し、かつ廃棄物を低減した運転を実現することができるだけでなく、発電設備の排熱を利用して施設全体での資源の効率的な利用が可能となり、運転コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態における濃縮プラントの構成を示す模式図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施の形態における濃縮プラントの析出部の一構成例の模式図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施の形態における濃縮プラントの析出部の他の構成例の模式図である。
【図２Ｃ】本発明の第１の実施の形態における濃縮プラントの析出部の更に他の構成例の模式図である。
【図２Ｄ】本発明の第１の実施の形態における濃縮プラントの析出部の更に他の構成例の模式図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施の形態における濃縮プラントの作用効果を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の第２の実施の形態における濃縮造水発電プラントの作用効果を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における濃縮造水発電プラントの構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態における濃縮造水発電プラントの構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態における濃縮造水発電プラントの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、各図を通して同一の符号は同等のものを示している。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による濃縮プラントの構成を示す模式図である。本実施の形態は、原水として、CBM生産プラントの随伴水を対象とした場合の例である。なお、原水として随伴水以外のかん水（例えば工場排水、地下水、塩湖水等）を対象としてもよいし、海水を対象としてもよい。
【００３５】
図１において、全体を符号１００で示されるかん水濃縮プラントは、前処理設備３と、逆浸透膜濃縮設備４（逆浸透膜装置）と、貯留槽５と、蒸発濃縮設備６（蒸発濃縮装置）と、濃縮水槽７と、析出部１０（析出装置）とを備えている。
【００３６】
随伴水２０は前処理設備３で固形性・溶解性物質を除去され、あるいは水温・pHなどを調整され、前処理水２１となる。前処理の目的は、逆浸透膜濃縮設備４の逆浸透膜の膜面での炭酸カルシウムなどの濃縮／析出を防ぐためである。随伴水２０のpHは、通常、７から１０未満であり、前処理でpHを調整する場合は、使用する膜や水温等によっても異なるが、概ね、６〜７程度に調整される。前処理水２１は逆浸透膜濃縮設備４に流入し、透過水２２と膜濃縮水２４に分離される。透過水２２は淡水として利用される。膜濃縮水２４には、随伴水２０の含有成分である炭酸カルシウム、シリカ等が含まれている。膜濃縮水２４はその全てが析出部１０に流入し、アルカリ剤を混和するなどの処理がなされて炭酸カルシウム等の不溶解性成分が析出した後、貯留槽５に流入する。前処理装置３で随伴水２０から除去された固形性・溶解性物質を含む前処理排水２３も、その全てが、貯留槽５に流入して膜濃縮水２４と混合され、蒸発濃縮供給水２５となる。蒸発濃縮供給水２５はその全てが蒸発濃縮設備６に流入し、凝縮水２６と蒸発濃縮水２７に分離される。凝縮水２６は淡水として利用される。蒸発濃縮水２７は濃縮水槽７に貯留される。逆浸透膜濃縮設備４を前段に置き、後段に蒸発濃縮設備６を置くことで、前段と後段を合わせて大幅な濃縮減容化を図れる。その結果、濃縮水槽７に貯留した蒸発濃縮水２７の処理が容易となる。濃縮水槽７に貯留した蒸発濃縮水２７は、好ましくは、その後、適当なタイミングで蒸発乾固化される。
【００３７】
蒸発濃縮設備６は、例えば、複数の蒸発缶を備えた多重効用蒸発器である。多重効用蒸発器としては、例えば特許文献１（特開２００４−４１８５０号公報）に記載されたものが使用可能である。蒸発濃縮設備６が複数の蒸発缶を備える場合、各蒸発缶の缶内側壁面に不溶解性塩類がスケールとして付着する問題がある。本実施の形態では、不溶解性塩を析出部１０であらかじめ水中に浮遊する微細な結晶として析出させることにより、蒸発缶内で不溶解性塩をこの結晶を核として成長させる。その結果、後段の蒸発缶壁面でのスケール析出・成長が回避され、安定した運転を実現することができ、かつ缶内洗浄などの薬品使用量や労力を低減できる。
【００３８】
析出部１０の装置構成の例を図２Ａから図２Ｄに示す。図２Ａの例では、膜濃縮水２４は混和水槽４０に流入して薬品注入設備４１から添加されたアルカリ剤と混和され、炭酸カルシウム等の不溶解性塩を析出する。アルカリ剤は例えば苛性ソーダや消石灰を用いることができる。混和水槽４０は設けず、管路にて混合することもでき、この場合ラインミキサを設置してもよい。アルカリ剤を注入して蒸発濃縮供給水２５のpHを８．５以上に調整することで、炭酸カルシウムを析出し易くすることができる。蒸発濃縮設備６にてpHを８以上、蒸発温度を４０℃以上にすることで、シリカの溶解度が増加し、シリカスケール生成ポテンシャルを低減できる。アルカリ剤に代え、カルシウムイオンを注入してもよい。
【００３９】
図２Ｂの例のように、アルカリ剤混和の前段に加温槽４２（加熱器）を設け、膜濃縮水２４を加熱してもよい。水温が上昇すると炭酸カルシウムの溶解度が低下し、析出が促進される。混和水槽４０やラインミキサを設けずに、加温槽４２だけを設けてもよい。また、図２Ｃの例のようにCO2を含むガス３５をアルカリ剤添加前段の混和水槽４０ａに注入してもよい。CO2を溶解させてpHを微酸性に調整すると消石灰の溶解度が高まり、カルシウムイオン量を増加できるため、炭酸カルシウム析出を促進できる。さらに、図２Ｄの例のように、混和水槽４０ｂに流入した膜濃縮水２４を微細気泡生成装置４３に取り込み、微細気泡生成装置４３内でその膜濃縮水２４に空気やCO2を含むガス３６を注入して、直径５０マイクロメートル以下程度の微細気泡を生成し、この微細気泡を混和水槽４０ｂに戻してもよい。この場合、微細気泡の急速な溶解に伴い微細な結晶核が生成され、不溶解性塩の析出を促進できる。
【００４０】
いずれの場合も、析出物が混和水槽４０や析出部１０内の管路に沈殿しないように、各部分での流速が所定の値を下回らないように設計することが望ましい。なお、析出部１０は貯留槽５の後段に設けてもよい。
【００４１】
図1に戻り、冷却水２８には、前処理設備３に流入する前の随伴水２０、透過水２２、凝縮水２６を利用してもよい。随伴水２０を冷却水２８として用いる場合は、その後、前処理設備３に供給して逆浸透膜濃縮設備４で処理する際に、水温上昇に伴い逆浸透膜濃縮設備４における塩透過率が上昇するため、透過水２２の水質を必要な水準に維持できる範囲で実施することが望ましい。
【００４２】
また、透過水２２と凝縮水２６を比較すると、前者は塩分含有量が後者より多いため、利用目的に応じて混合して使用してもよい。例えば、透過水２２は飲料水の原料、凝縮水２６は低い塩分含有量が求められる工業用水に使用することが考えられる。なお、上述のように随伴水２０を冷却水２８として用いた場合、随伴水２０が加温され、その加温により透過水２２の塩分含有量が増加する可能性がある。この場合は、加温後の随伴水２０を凝縮水２６と混合することで水質を調整することもできる。
【００４３】
以下に、上記構成による作用効果を説明する。
【００４４】
図３Ａは本実施の形態の効果の概念図である。縦軸は、蒸発池の設置コストを従来の蒸発池方式及び逆浸透膜濃縮法と比べた場合の比の予想値である。
【００４５】
従来の蒸発池方式の設備コストを１とした場合、従来の逆浸透膜濃縮法の場合、蒸発池で処理する水は濃縮なしの蒸発池方式に比べ１／１０程度に低減され、蒸発池の設置コストもそれに応じて低減する。本実施の形態においては、濃縮水槽７に貯留した蒸発濃縮水２７を蒸発乾固化する場合、蒸発池は不要であり、蒸発池の設置コストは０となる。また、本実施の形態において、貯留設備として濃縮水槽７に代えて蒸発池を設けてもよく、この場合でも、蒸発池の設置面積は著しく縮減し、蒸発池の設置コストを低減することができる。
【００４６】
このように本実施の形態の構成をとることで、CBM生産施設における随伴水処理設備用の敷地を低減し、設備コストを大幅に低減することができる。また、廃棄物を低減し、安定した運転を実現することができる。
【００４７】
更に、高い設備コストや立地条件の制限が緩和されるため、CBMの採取量変動に伴う随伴水量の変動に柔軟に対応することができ、随伴水の処理能力を増大させ、CBMの採取量を増量させることが可能となる。
【００４８】
また、膜濃縮水２４が蒸発濃縮設備６へ流入する流路に析出部１０を設けることで、蒸発缶壁面でのスケール析出・成長が回避され、安定した運転を実現することができるとともに、缶内洗浄などの薬品使用量や労力を低減できる。
（第２〜第４の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態による濃縮造水発電プラントの構成を示す模式図である。本実施の形態では、第１の実施の形態における濃縮プラントにガスタービン発電設備が併設されている。
【００４９】
図４において、濃縮造水発電プラントは、炭化水素、例えばLNGを主燃料とするガスタービン１を備えたガスタービン発電装置２００と、発電装置２００の排熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラ２と、濃縮装置３００とを備えている。濃縮装置３００としては、例えば、第１の実施の形態の濃縮プラント１００が使用される。
【００５０】
ガスタービン発電設備２００において、ガスタービン１は圧縮機１ａ、タービン１ｂ、燃焼器８、発電機９、排ガス処理塔１２を備えている。空気３０は圧縮機１ａで圧縮されて圧縮空気３０aとなり、燃焼器８に流入し、燃料ガス３３と混合される。燃焼器８内で燃料ガス３３は燃焼して燃焼ガスとなり、タービン１ｂを回転させた後、排ガス３１として流出する。発電機９はタービン１ｂよりトルクを受けて電気を発生する。排ガス３１は排熱回収ボイラ２に流入し、排熱で蒸気を発生させた後、排ガス処理塔１２に送られ、排ガス処理塔１２で処理されて大気中へ放散する。
【００５１】
排熱回収ボイラ２内には、第１蒸気供給系統３２Ａの熱交換器２ａが配置されている。第１蒸気供給系統３２Ａには循環水が流れており、排熱回収ボイラ２に流入した排ガス３１は、熱交換器２ａにて循環水に熱を供給して蒸気３２に相変化させる。蒸気３２は蒸発濃縮設備６に流入し蒸発濃縮供給水２５を加熱し、蒸気に相変化させる。生成した蒸気は冷却水２８で冷却され凝縮水２６となる。蒸気３２は熱を奪われ循環水に戻る。
【００５２】
濃縮装置３００（濃縮プラント１００）の構成は第１の実施の形態と同様である。すなわち、随伴水２０は前処理設備３で固形性・溶解性物質を除去され、あるいは水温・pHなどを調整され、前処理水２１となる。前処理水２１は逆浸透膜濃縮設備４に流入し、透過水２２と膜濃縮水２４に分離される。透過水２２は淡水として利用される。膜濃縮水２４は析出部１０に流入し、アルカリ剤を混和されて不溶解性成分が析出した後、貯留槽５に流入する。前処理装置３で随伴水２０から除去された固形性・溶解性物質を含む前処理排水２３も貯留槽５に流入して膜濃縮水２４と混合され、蒸発濃縮供給水２５となる。蒸発濃縮供給水２５は蒸発濃縮設備６に流入し、凝縮水２６と蒸発濃縮水２７に分離される。凝縮水２６は淡水として利用される。蒸発濃縮水２７は濃縮水槽７に貯留される。
【００５３】
析出部１０の装置構成として、図２Ｂの例に示す加熱槽４２を設けた場合、加熱槽４２の熱源として、ガスタービン１の排ガス３１を利用してもよい。また、図２Ｃや図２Ｄの例における、CO2を含むガス３３としてガスタービン１の排ガス３１を利用してもよい。排ガス３１は、排熱回収ボイラ２で熱交換された後でもよい。図４は、排熱回収ボイラ２で熱交換された後の排ガス３１を析出部１０に供給する例である。
【００５４】
前処理設備３や逆浸透膜濃縮設備４の電力源として、発電機９により生成した電力を用いることができる。また、燃料ガス３３は、CBMから生産したLNGを用いることができる。このように、プラント内に存在するエネルギーや原料を用いることにより、送電ロスや輸送費が軽減される。
【００５５】
間接熱交換器１３を介して蒸気３２の熱量を蒸発濃縮設備６へ供給する場合の例（第３の実施の形態）を図５に示す。蒸気３２を直接蒸発濃縮設備６に供給する場合、蒸発濃縮設備６の構造によっては、蒸発濃縮設備６に流入した蒸気に蒸発濃縮供給水２５由来の塩類が混入する場合がある。図５の例では、第１蒸気供給系統は、熱交換器２ａを備えた一次蒸気供給系統３２Ｂと、蒸発濃縮設備６に蒸気を供給する二次蒸発器供給系統３２Ｃと、一次蒸気供給系統３２Ｂの蒸気で二次蒸発器供給系統３２Ｃの循環水に熱を供給して蒸気を生成する間接熱交換器１３とを備えている。蒸気３２の系統３２Ｂと蒸発濃縮設備６に流入・流出する系統３２Ｃが分離されているため、蒸気３２に塩類が混入することはなく、排熱回収ボイラ２の腐食を回避することができる。
【００５６】
排熱回収ボイラ２で生成した蒸気を燃焼器８に注入する場合の例（第４の実施の形態）を図６に示す。この例では、析出部１０の加熱槽４２（図２B）の熱源にも排熱回収ボイラ２で生成した熱源を利用している。
【００５７】
図６において、排熱回収ボイラ２内には、第１蒸気供給系統３２Ａの熱交換器２ａと、熱源供給系統２０２Ａの熱交換器２ｂと、第２蒸気供給系統３４Ａの熱交換器２ｃとが配置され、排熱回収ボイラ２では蒸発濃縮設備６への蒸気３２、析出部１０の加熱槽４２への熱源２１０、燃焼器８への蒸気３４が別々に生成される。析出部１０の加熱槽４２への熱源２１０は熱媒体は蒸気−水でもよいし、温水−冷水でもよい。また、水以外の他の物質を用いることもできる。第２蒸気供給系統３４Ａの蒸気３４が流れる管路には、通常閉じている弁１１が設けられ、弁１１が開き、蒸気３４が燃焼器８に供給される。蒸気３４が燃焼器８に供給されると、タービン１ｂに流入する燃焼ガスの質量流量が増大し、発電機９の発電量を増加できる。発電機９の発電量を増加させる必要のない場合は、燃料ガス３３の消費量を低減することができる。蒸気３４は排ガス３１に混入し、排熱回収ボイラ２及び排ガス処理塔１２を経由し大気に放出される。濃縮装置３００では淡水として透過水２２及び凝縮水２６が生成されるため、これらを利用して排熱回収ボイラ２内の熱交換器２ｃに水を供給する。図６では凝縮水２６の一部を取り出して熱交換器２ｃに供給する例を示す。また、図示しないが、得られる淡水の純度が低い場合、純粋化装置を設けてもよい。
【００５８】
本実施の形態は、CBMからの随伴水処理に極めて有効なものである。CBMから生産されるメタンなどの炭化水素はガスタービン１の燃料に使うことができる。ガスタービン１で発電された電力は濃縮装置１００内で使える。余剰な電力を外部に供給することもできる。CBMからの随伴水濃度は海水濃度の約１／５と小さく浸透圧が小さい。したがって、逆浸透膜濃縮設備４を前段に置き、後段に蒸発濃縮設備６を置いた本発明で、逆浸透膜濃縮設備４の消費電力を小さく保てる。蒸発濃縮設備６に供給する蒸気３２をガスタービン１の排熱により生成できる。しかも、前段と後段を合わせて大幅な濃縮減容化を図れ、それにガスタービン１からの電力と排熱を利用できる。
【００５９】
さらに、CBMからの随伴水には地下の岩石成分である炭酸塩が海水より多く含まれる。炭酸塩は温度を上昇させると析出し蒸発濃縮設備６の伝熱面の汚れの原因となる。これを避けるために、析出部１０に加温槽４２を設けて熱源２１０で加熱し、炭酸塩を析出分離し、濃縮水を蒸発濃縮設備６に送る。熱源２１０の大元の熱源にもガスタービン１の排熱が用いられる。
【００６０】
また、随伴水処理量及び電力供給量などの変動に応じて、弁１１の開度を調整する。例えば、随伴水処理量が少なく、電力供給量が多くする場合、弁１１を開き燃焼器８に送る蒸気３４を増やす。この場合、排熱回収ボイラ２で回収された熱量は蒸気３４の生成に多く使われ、蒸気３２、熱源２１０の加熱量が減少する。
【００６１】
以下に、濃縮装置３００にガスタービン発電設備２００と排熱回収ボイラ２を併設した上記実施の形態の構成による作用効果を説明する。
【００６２】
図３Bは本実施の形態の効果の概念図である。縦軸は、濃縮プラントの運転コストを従来の蒸発池方式及び逆浸透膜濃縮法と比べた場合の比の予想値である。
【００６３】
従来の蒸発池方式では天日濃縮であるため、運転コストは０であるのに対して、従来の逆浸透膜濃縮法の場合、逆浸透膜濃縮設備の電力費・膜交換費等の運転コストが必要となる。
【００６４】
一方、濃縮プラント単独の構成の場合、二段階の濃縮であるため逆浸透膜濃縮設備４での濃縮率を低減することが可能であるが、蒸発濃縮設備６での蒸気発生用のエネルギー費が必要となる。これに対し、本実施の形態のガスタービン発電設備２００と排熱回収ボイラ２を併設する構成の場合、排熱回収ボイラ２から蒸気が供給されるため、蒸発濃縮設備６での蒸気発生用のエネルギー費は不要である。
【００６５】
このように本実施の形態の構成をとることで、CBM生産施設における随伴水処理設備用の敷地を低減し、かつ廃棄物を低減した運転を実現することができるだけでなく、発電設備の排熱を利用して、施設全体での資源の効率的な利用が可能となり、運転コストを低減することもできる。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・ガスタービン
１ａ・・・圧縮機
１ｂ・・・タービン
２・・・排熱回収ボイラ
２ａ，２ｂ，２ｃ・・・熱交換器
３・・・前処理設備
４・・・逆浸透膜濃縮設備（逆浸透膜装置）
５・・・貯留槽
６・・・蒸発濃縮設備（蒸発濃縮装置）
７・・・濃縮水槽
８・・・燃焼器
９・・・発電機
１０・・・析出部（析出装置）
１１・・・弁
１２・・・排ガス処理塔
１３・・・間接熱交換器
２０・・・随伴水
２１・・・前処理水
２２・・・透過水
２３・・・前処理排水
２４・・・膜濃縮水
２５・・・蒸発濃縮供給水
２６・・・凝縮水
２７・・・蒸発濃縮水
２８・・・冷却水
３０・・・空気
３０a・・・圧縮空気
３１・・・排ガス
３２・・・蒸気
３２Ａ・・・第１蒸気供給系統
３３・・・燃料ガス
３４・・・蒸気
３４Ａ・・・第２蒸気供給系統
３５・・・CO2含有ガス
４０・・・混和水槽
４１・・・薬品注入設備
４２・・・加温槽（加熱器）
４３・・・微細気泡生成装置
１００・・・濃縮プラント（濃縮装置）
２００・・・ガスタービン発電装置
２１０・・・熱源
２１０Ａ・・・熱源供給系統
３００・・・濃縮装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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