(57)【要約】【課題】水素製造による廃棄物処理システムやボイラの運転制御への影響を減らし、また水素の製造効率を向上させる。【解決手段】廃棄物１などの燃料を燃焼処理し、燃焼排ガスの熱を利用して蒸気１７を製造するボイラ内の燃焼排ガス５流路に、改質器８を設置し、前記改質器８に、都市ガス２１のような炭化水素またはエーテルまたはアルコールと、前記ボイラで製造した蒸気１７の一部または全部を流入させ、燃焼排ガス５からの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を発生させる。これにより、廃棄物処理システムやボイラの運転制御に影響なく、水素２８を効率よく製造することができる。【選択図】図２
2007191370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を燃焼処理部で燃焼処理した後、燃焼排ガスを急冷する装置を具備した廃棄物処理システム内の燃焼排ガス流路のうち、前記急冷する装置より上流に改質器を設置し、前記改質器に炭化水素またはエーテルまたはアルコールの内の１つ以上を含む第１の改質器投入物と、蒸気を流入させ、燃焼排ガスからの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を発生させる、事を特徴とした、水素製造システム。
【請求項２】
高温排ガスの熱を利用して蒸気を製造するボイラ内の燃焼排ガス流路に、改質器を設置し、
前記改質器に炭化水素またはエーテルまたはアルコールの内の１つ以上を含む第１の改質器投入物と、前記ボイラで製造した蒸気の一部または全部を流入させ、燃焼排ガスからの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を発生させる、事を特徴とした、水素製造システム。
【請求項３】
高温排ガスの熱を利用して蒸気を製造するボイラ内の燃焼排ガス流路に、改質器を設置し、
前記改質器にジメチルエーテルまたはメタノールの内の１つ以上を含む第２の改質器投入物と、前記ボイラで製造した蒸気の一部または全部を流入させ、燃焼排ガスからの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を発生させる、事を特徴とした、水素製造システム。
【請求項４】
高温排ガスの熱を利用して蒸気を製造するボイラと、改質器とを具備し、改質器にジメチルエーテルまたはメタノールの内の１つ以上を含む第２の改質器投入物と、蒸気を流入させ、
前記ボイラにて製造した蒸気からの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を発生させる、事を特徴とした、水素製造システム。
【請求項５】
前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを変化させたガスから、圧力スイング吸着法により水素を分離する水素分離器を具備し、前記第１の改質器投入物あるいは前記第２の改質器投入物を昇圧してから前記改質器に流入させる、事を特徴とした、請求項１乃至４のいずれかに記載の、水素製造システム。
【請求項６】
前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを変化させたガスから、二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離器を具備する、事を特徴とした請求項１乃至５のいずれかに記載の、水素製造システム。
【請求項７】
前記改質器の排出ガスを流通させ、前記排出ガスまたは前記排出ガスの組成を変化させるかまたは一部を分離させる反応器を１つ以上具備し、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした請求項１乃至６のいずれかに記載の、水素製造システム。
【請求項８】
製造した水素を圧縮する１個以上の水素圧縮機と１個以上の水素冷却器を具備し、前記水素冷却器と、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした請求項７に記載の、水素製造システム。
【請求項９】
前記改質器に流入させる蒸気を加熱する蒸気加熱器を具備し、前記蒸気加熱器と前記水素冷却器と、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした請求項７または８に記載の、水素製造システム。
【請求項１０】
前記第１の改質器投入物あるいは前記第２の改質器投入物を加熱する原料加熱器を具備し、前記原料加熱器と前記蒸気加熱器と前記水素冷却器と、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした請求項７乃至９のいずれかに記載の、水素製造システム。
【請求項１１】
前記第１の改質器投入物あるいは前記第２の改質器投入物を、蒸気と混合してから加熱する混合原料加熱器を具備し、前記混合原料加熱器と前記水素冷却器と、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした請求項７または８に記載の、水素製造システム。
【請求項１２】
前記ボイラで製造した蒸気の一部または全部を流入させる蒸気タービンと、前記ボイラに流入する水を加熱する給水加熱器を具備し、前記給水加熱器と前記混合原料加熱器と前記原料加熱器と前記蒸気加熱器と前記水素冷却器と、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした請求項７乃至１１のいずれかに記載の、水素製造システム。
【請求項１３】
前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを変化させたガスから、圧力スイング吸着法により水素を分離する水素分離器を具備し、前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを昇圧してから前記水素分離器に流入させる、事を特徴とした請求項１乃至４のいずれか、または請求項６乃至１２のいずれかに記載の、水素製造システム。
【請求項１４】
前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを変化させたガスから、二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離器を具備し、前記二酸化炭素分離器の分離排出ガスまたは前記分離排出ガスを昇圧してから前記水素分離器に流入させる、事を特徴とした請求項１３に記載の、水素製造システム。
【請求項１５】
前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを変化させたガスから、圧力スイング吸着法により水素を分離する水素分離器を具備し、かつ、前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを昇圧した後、ガス冷却器で冷却してから前記水素分離器に流入させる構成を具備し、前記ガス冷却器と前記給水加熱器と前記混合原料加熱器と前記原料加熱器と前記蒸気加熱器と前記水素冷却器と、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした請求項７乃至１２のいずれかに記載の、水素製造システム。
【請求項１６】
燃料を燃焼処理し、燃焼排ガスの熱を利用して蒸気を製造するボイラを具備しており、前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを昇圧する圧縮機の上流に気液分離器を具備し、分離した液体を、燃料を燃焼処理する焼却炉に流入させる、事を特徴とした請求項１３乃至１５のいずれかに記載の、水素製造システム。
【請求項１７】
燃料を燃焼処理し、燃焼排ガスの熱を利用して蒸気を製造するボイラを具備しており、水素を分離する水素分離器を具備し、前記水素分離器の上流に気液分離器を具備し、分離した液体を、燃料を燃焼処理する焼却炉に流入させる、事を特徴とした請求項１乃至１６のいずれかに記載の、水素製造システム。
【請求項１８】
燃料を燃焼処理し、燃焼排ガスの熱を利用して蒸気を製造するボイラを具備しており、水素を分離する水素分離器を具備し、前記水素分離器で分離した水素以外の物質を、燃料を燃焼処理する焼却炉に流入させる、事を特徴とした請求項１乃至１７のいずれかに記載の、水素製造システム。
【請求項１９】
前記ボイラで製造した蒸気を蒸気タービンに流入させる構成を具備し、前記蒸気タービンの抽気蒸気を前記改質器に流入させる、事を特徴とした請求項２乃至１８のいずれかに記載の、水素製造システム。
【請求項２０】
前記ボイラで製造した蒸気を蒸気タービンに流入させる構成を具備し、電力供給先の電力需要が所定値以下である時に水素製造を実施する、事を特徴とした請求項１乃至１９のいずれかに記載の、水素製造システム。
【請求項２１】
前記ボイラで製造した蒸気を蒸気タービンに流入させ、かつ前記蒸気タービンにガスタービンを組み合わせた複合サイクルで発電する構成を具備し、電力供給先の電力需要が所定値以下である時に、ガスタービンの運転を停止し、前記改質器投入物として、ガスタービン燃料を前記改質器に流入させ水素製造を実施する、事を特徴とした請求項１乃至３のいずれか、または請求項６乃至２０のいずれかに記載の、水素製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば廃棄物の処理回収装置を利用して水素を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、考えられている廃棄物処理の排熱を利用した水素製造システムの１つを、図２１を用いて説明する。なお、これ以降、全ての図において、物質の搬送に用いる機器は図中に描かない事とする。
【０００３】
焼却炉６に燃料として一般廃棄物などの処理したい廃棄物１を投入し、燃焼用空気２を流入させ、廃棄物１を燃焼させる。燃焼によって灰３と燃焼排ガス５が発生し、灰３は焼却炉６から排出される。節炭器１４、蒸発器７、過熱器１３から構成されているボイラにはボイラ給水１５が流入し、燃焼排ガス５によって加熱され蒸発し、ボイラ蒸気１７となって流出する。前記ボイラ給水１５は図示していない軟水装置を通した水である。ボイラ蒸気１７は熱利用先に熱を与える事で冷却され水になり、循環しボイラ給水１５となるが、図には描いていない。ボイラ蒸気１７はタービン利用可能蒸気１８なので、図示していない発電機に接続した蒸気タービン３９に流す事で、発電してから、圧力温度ともに低下した蒸気タービン排気蒸気４０を、河川水を用いた復水器で冷却して水にしてもよいが、図には描いていない。燃焼排ガス５は温度低下し、過熱器入口ガス９、過熱器出口ガス１０を経て、焼却炉排ガス１１となって流出し、バグフィルタ流入ガス１２となる。バグフィルタ以降については説明を割愛する。
【０００４】
焼却炉６の内部に改質器８を設置する。改質器８に都市ガス２１と蒸気２２を混合した改質原料２３を流入させる。前記蒸気２２は軟水装置を通した水から発生させた蒸気であり、圧力は都市ガス２１と同じか近い圧力である。改質原料２３は燃焼排ガス５により加熱され、水蒸気改質し、改質ガス２４となって流出する。改質ガス２４は一酸化炭素、二酸化炭素、水素、蒸気、メタンから構成される。改質ガス２４は一酸化炭素変成器２５に流入し、適当な温度状態にされる。一酸化炭素の多くは蒸気と反応し、二酸化炭素に変化すると同時に、蒸気は水素に変化する。変成ガス２６となって流出し、水素分離器２７に流入する。変成ガス２６は、圧力スイング吸着法などの方法により、水素２８と水素以外の物質２９に分離される。このように製造された水素２８は、燃料電池や水素エンジンや水素燃焼タービンの燃料や、冷媒水素として用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
廃棄物１が、一般廃棄物のように焼却処理によりダイオキシンが発生する可能性のある廃棄物である場合、廃棄物１を焼却する焼却炉６では、燃焼排ガス５を充分な時間、充分な高温状態にしておき、猛毒であるダイオキシンの発生を抑制する。その後、燃焼排ガス５は節炭器１４、蒸発器７、過熱器１３から構成されているボイラにて冷却されるが、目安として燃焼排ガス５が４００〜２００℃である温度域にて、燃焼排ガス５を急冷する必要がある。仮に急冷しないと、デノボ合成により再発生するので、ダイオキシンの再付着を抑制するためである。またバグフィルタ流入ガス１２はバグフィルタの保護のために、許容温度以下でなければならない。しかし、廃棄物１の流量や単位質量当たりの発熱量の時間変動は充分に大きいため、ボイラ給水１５の流量を制御する等して燃焼排ガス５を温度調整している。前記の従来技術では改質器８で熱を受け取り、水素２８を製造しているが、水素製造運転の開始時および停止時や水素製造量調節の際に、ボイラの運転制御に影響があるので、その影響を減らしたい。
【０００６】
また、ダイオキシンが発生する可能性のある廃棄物であるか否かに関わらず、水素２８の製造効率を向上させたい、即ち、改質器８が受け取る熱に対する水素２８の製造量を大きくしたい。蒸気タービン３９を接続している場合は、改質器８が熱を受け取る分、タービン利用可能蒸気１８の流量が減るので、発電量が減るので、改質器８が受け取る熱を減らしたい。この意味でも水素２８の製造効率を向上させたい。これは廃棄物以外の物質を燃料とした焼却炉６を具備した水素製造システムも持つ課題である。
【０００７】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、廃棄物処理システムやボイラの運転制御を支障なく実行することができ、かつ水素の製造効率を向上させることができる水素製造システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の手段は、廃棄物を燃焼処理部で燃焼処理した後、燃焼排ガスを急冷する装置を具備した廃棄物処理システム内の燃焼排ガス流路のうち、前記急冷する装置より上流に改質器を設置し、前記改質器に炭化水素またはエーテルまたはアルコールの内の１つ以上を含む第１の改質器投入物と、蒸気を流入させ、燃焼排ガスからの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を発生させる、事を特徴とした、水素製造システムである。
【０００９】
本発明の第２の手段は、高温排ガスの熱を利用して蒸気を製造するボイラ内の燃焼排ガス流路に、改質器を設置し、前記改質器に炭化水素またはエーテルまたはアルコールの内の１つ以上を含む第１の改質器投入物と、前記ボイラで製造した蒸気の一部または全部を流入させ、燃焼排ガスからの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を発生させる、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００１０】
本発明の第３の手段は、高温排ガスの熱を利用して蒸気を製造するボイラ内の燃焼排ガス流路に、改質器を設置し、前記改質器にジメチルエーテルまたはメタノールの内の１つ以上を含む第２の改質器投入物と、前記ボイラで製造した蒸気の一部または全部を流入させ、燃焼排ガスからの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を発生させる、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００１１】
本発明の第４の手段は、高温排ガスの熱を利用して蒸気を製造するボイラと、改質器とを具備し、改質器にジメチルエーテルまたはメタノールの内の１つ以上を含む第２の改質器投入物と、蒸気を流入させ、前記ボイラにて製造した蒸気からの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を発生させる、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００１２】
本発明の第５の手段は、第１乃至第４のいずれかの手段を施した上で、前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを変化させたガスから、圧力スイング吸着法により水素を分離する水素分離器を具備し、前記第１の改質器投入物あるいは前記第２の改質器投入物を昇圧してから前記改質器に流入させる、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００１３】
本発明の第６の手段は、第１乃至第５のいずれかの手段を施した上で、前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを変化させたガスから、二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離器を具備する、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００１４】
本発明の第７の手段は、第１乃至第６のいずれかの手段を施した上で、前記改質器の排出ガスを流通させ、前記排出ガスまたは前記排出ガスの組成を変化させるかまたは一部を分離させる反応器を１つ以上具備し、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００１５】
本発明の第８の手段は、第７の手段を施した上で、製造した水素を圧縮する１個以上の水素圧縮機と１個以上の水素冷却器を具備し、前記水素冷却器と、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００１６】
本発明の第９の手段は、第７または第８の手段を施した上で、前記改質器に流入させる蒸気を加熱する蒸気加熱器を具備し、前記蒸気加熱器と前記水素冷却器と、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００１７】
本発明の第１０の手段は、第７乃至第９のいずれかの手段を施した上で、前記第１の改質器投入物あるいは前記第２の改質器投入物を加熱する原料加熱器を具備し、前記原料加熱器と前記蒸気加熱器と前記水素冷却器と、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００１８】
本発明の第１１の手段は、第７または第８の手段を施した上で、前記第１の改質器投入物あるいは前記第２の改質器投入物を、蒸気と混合してから加熱する混合原料加熱器を具備し、前記混合原料加熱器と前記水素冷却器と、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００１９】
本発明の第１２の手段は、第７乃至第１１のいずれかの手段を施した上で、前記ボイラで製造した蒸気の一部または全部を流入させる蒸気タービンと、前記ボイラに流入する水を加熱する給水加熱器を具備し、前記給水加熱器と前記混合原料加熱器と前記原料加熱器と前記蒸気加熱器と前記水素冷却器と、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００２０】
本発明の第１３の手段は、第１乃至第４のいずれかまたは第６乃至第１２のいずれかの手段を施した上で、前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを変化させたガスから、圧力スイング吸着法により水素を分離する水素分離器を具備し、前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを昇圧してから前記水素分離器に流入させる、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００２１】
本発明の第１４の手段は、第１３の手段を施した上で、前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを変化させたガスから、二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離器を具備し、前記二酸化炭素分離器の分離排出ガスまたは前記分離排出ガスを昇圧してから前記水素分離器に流入させる、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００２２】
本発明の第１５の手段は、第７乃至第１２のいずれかの手段を施した上で、前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを変化させたガスから、圧力スイング吸着法により水素を分離する水素分離器を具備し、かつ、前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを昇圧した後、ガス冷却器で冷却してから前記水素分離器に流入させる構成を具備し、前記ガス冷却器と前記給水加熱器と前記混合原料加熱器と前記原料加熱器と前記蒸気加熱器と前記水素冷却器と、前記反応器の内部あるいは上流における温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００２３】
本発明の第１６の手段は、第１３乃至第１５のいずれかの手段を施した上で、燃料を燃焼処理し、燃焼排ガスの熱を利用して蒸気を製造するボイラを具備しており、前記改質器の排出ガスまたは前記排出ガスを昇圧する圧縮機の上流に気液分離器を具備し、分離した液体を、燃料を燃焼処理する焼却炉に流入させる、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００２４】
本発明の第１７の手段は、第７乃至第９のいずれかの手段を施した上で、燃料を燃焼処理し、燃焼排ガスの熱を利用して蒸気を製造するボイラを具備しており、水素を分離する水素分離器を具備し、前記水素分離器の上流に気液分離器を具備し、分離した液体を、燃料を燃焼処理する焼却炉に流入させる、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００２５】
本発明の第１８の手段は、第１乃至第１８のいずれかの手段を施した上で、燃料を燃焼処理し、燃焼排ガスの熱を利用して蒸気を製造するボイラを具備しており、水素を分離する水素分離器を具備し、前記水素分離器で分離した水素以外の物質を、燃料を燃焼処理する焼却炉に流入させる、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００２６】
本発明の第１９の手段は、第２乃至第１８のいずれかの手段を施した上で、前記ボイラで製造した蒸気を蒸気タービンに流入させる構成を具備し、前記蒸気タービンの抽気蒸気を前記改質器に流入させる、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００２７】
本発明の第２０の手段は、第１乃至第１９のいずれかの手段を施した上で、前記ボイラで製造した蒸気を蒸気タービンに流入させる構成を具備し、電力供給先の電力需要が所定値以下である時に水素製造を実施する、事を特徴とした、水素製造システムである。
【００２８】
本発明の第２１の手段は、第１乃至第３のいずれかまたは第６乃至第２０のいずれかの手段を施した上で、前記ボイラで製造した蒸気を蒸気タービンに流入させ、かつ前記蒸気タービンにガスタービンを組み合わせた複合サイクルで発電する構成を具備し、電力供給先の電力需要が所定値以下である時に、ガスタービンの運転を停止し、前記改質器投入物として、ガスタービン燃料を前記改質器に流入させ水素製造を実施する、事を特徴とした、水素製造システムである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、水素製造による廃棄物処理システムやボイラの運転制御への影響を減らすことができる。
【００３０】
また、本発明によれば、水素の製造効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
第１の実施の形態
本発明による水素製造システムの第１の実施の形態を、図１を用いて説明する。
【００３２】
廃棄物１が一般廃棄物のように焼却処理によりダイオキシンが発生する可能性のある廃棄物とする。焼却炉６に燃料として廃棄物１を投入し、燃焼用空気２を流入させ、燃焼領域４にて廃棄物１を燃焼させる。焼却炉６は例えばストーカ炉である。図１の上下は実際の重力方向を無視した概略図であり、燃焼領域４は焼却炉６の底部である。燃焼によって灰３と燃焼排ガス５が発生し、灰３は焼却炉６から排出される。焼却炉６の内周に、蒸発器７を構成する水冷蒸発管を設置する。焼却炉６の炉壁は高熱から保護され、燃焼排ガス５は蒸発器７内部流体に熱を与えた分、温度低下し過熱器入口ガス９となって過熱器１３に流入する。過熱器１３内にて飽和蒸気９４を加熱し、温度低下し過熱器出口ガス１０となって節炭器１４に流入する。節炭器１４内にてボイラ給水１５を加熱し、温度低下し焼却炉排ガス１１となり、バグフィルタ流入ガス１２になる。バグフィルタ以降については説明を割愛する。
【００３３】
ボイラ給水１５は節炭器１４で加熱され、蒸気ドラム１６に流入する。前記ボイラ給水１５は軟水装置を通した水である。蒸気ドラム１６の底部から蒸発器入口水１９は蒸発器７に流入し、加熱され蒸発し蒸発器出口蒸気２０になり、蒸気ドラム１６に戻る。自然循環式ボイラでは搬送動力を加えなくても、蒸発器入口水１９と蒸発器出口蒸気２０は蒸発器７内部を流れる。蒸気ドラム１６の上部の飽和蒸気９４は過熱器１３に流入し、加熱され過熱蒸気であるボイラ蒸気１７になる。ボイラ蒸気１７は熱利用先に熱を与える事で冷却され水になり、循環しボイラ給水１５となるが、図には描いていない。このボイラ蒸気１７はタービン利用可能蒸気１８なので、発電機に接続した蒸気タービン３９に流す事で、発電してから、圧力温度ともに低下した蒸気タービン排気蒸気４０を、河川水を用いた復水器で冷却して水にしてもよいが、図には描いていない。
【００３４】
焼却炉６の内部の、燃焼排ガス５の温度が４００℃より高い領域に、触媒を内蔵した改質器８を設置する。図１は概略図であるが実際は例えば、蒸発器７より焼却炉６内側に重ねるように配置するか、過熱器１３や節炭器１４のように燃焼排ガス５流路を埋めるかのように配置する。
【００３５】
本実施の形態では第１の改質器投入物として、炭化水素が主成分である都市ガス２１を採用する。都市ガス２１を脱硫器９３にて脱硫した脱硫済都市ガス９２と、蒸気２２を混合した改質原料２３を改質器８に流入させる。改質原料２３は燃焼排ガス５により加熱され、水蒸気改質し、改質ガス２４となって流出する。その後は前記従来技術と同じである。
【００３６】
なお、本実施の形態において、都市ガス２１を用いたが、１種類または複数種類の炭化水素が充分に含まれているガスや液体であればよい。例えば灯油や天然ガスやガソリンやナフサやＬＰＧといった炭化水素系燃料でもよい。またエタノール等のアルコールでも、エーテルでもよく、２つ以上の原料を混合してもよい。都市ガス２１と異なり硫黄分がなければ、改質器投入物の脱硫工程はない。
【００３７】
本実施の形態には以下のような効果がある。ダイオキシン対策として、目安として４００〜２００℃である温度域にて、燃焼排ガス５を急冷する必要があるが、燃焼排ガス５の温度が４００℃より高い領域に改質器８を設置しているので、通常のごみ焼却ボイラと同様に、過熱器１３と節炭器１４により急冷が健全に実施される。その上、水素製造運転の発停や水素製造量調節によって、燃焼排ガス５を必ず急冷するためのボイラの運転制御が影響を受ける事は少ない。またバグフィルタ流入ガス１２はバグフィルタの保護のために、許容温度以下を維持する必要があるが、節炭器通過ガス１１より下流なので、温度管理のためのボイラの運転制御が影響を受ける事も少ない。
【００３８】
第２の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第２の実施の形態を、図２を用いて説明する。
【００３９】
焼却炉６に燃料として廃棄物１を投入し、燃焼用空気２を流入させ、燃焼領域４にて廃棄物１を燃焼させる。燃焼によって灰３と燃焼排ガス５が発生し、灰３は焼却炉６から排出される。焼却炉６内部に蒸発器７を設置する。燃焼排ガス５は蒸発器７内部流体に熱を与えた分、温度低下し過熱器入口ガス９となって過熱器１３に流入する。過熱器１３内にて飽和蒸気９４を加熱し、温度低下し過熱器出口ガス１０となって節炭器１４に流入する。節炭器１４内にてボイラ給水１５を加熱し、温度低下し焼却炉排ガス１１となり、バグフィルタ流入ガス１２になる。バグフィルタ以降については説明を割愛する。なお、焼却炉６の燃料は廃棄物以外の物質でもよい。また燃焼排ガス５ではない高温排ガスでもよく、この場合は焼却炉６の部分が高温ガス発生部となる。
【００４０】
ボイラ給水１５は節炭器１４で加熱され、蒸気ドラム１６に流入する。前記ボイラ給水１５は軟水装置を通した水である。蒸気ドラム１６の底部から水１９は蒸発器７に流入し、加熱され蒸発し蒸気２０になり、蒸気ドラム１６に戻る。蒸気ドラム１６の上部の飽和蒸気９４は過熱器１３に流入し、加熱され過熱蒸気であるボイラ蒸気１７になる。このボイラ蒸気１７は分岐蒸気３０とタービン利用可能蒸気１８に分岐する。タービン利用可能蒸気１８は、蒸気タービン３９に利用しないのならば、例えば熱利用先に熱を与える事で冷却され水にした後、前記蒸気３０と同じ流量の水を合流させ、ボイラ給水１５にするが、図には描いていない。タービン利用可能蒸気１８を、発電機に接続した蒸気タービン３９に流す事で、発電するのならば、圧力温度ともに低下した蒸気タービン排気蒸気４０を、河川水を用いた復水器で冷却して水にした後、前記蒸気３０と同じ流量の水を合流させ、ボイラ給水１５にする事になるが、図には描いていない。
【００４１】
焼却炉６の内部に触媒を内蔵した改質器８を設置する。分岐蒸気３０を減圧弁３１で、都市ガス２１と同じか近い圧力まで減圧し前記蒸気２２とする。都市ガス２１を脱硫器９３にて脱硫した脱硫済都市ガス９２と、前記蒸気２２を混合した改質原料２３を改質器８に流入させる。その後は前記従来技術と同じである。なお、本実施の形態では都市ガス２１を用いたが、その他の炭化水素やアルコールやエーテルでもよく、硫黄分がなければ、改質器投入物の脱硫工程はない。
【００４２】
本実施の形態によれば、ボイラ蒸気１７を分岐蒸気３０とタービン利用可能蒸気１８に分岐し、ボイラ蒸気１７の一部を前記蒸気２２として改質器８に流入させているが、ボイラ蒸気１７の全部を前記蒸気２２にしてもよい。この場合、ボイラ蒸気１７を分岐する構成を具備しないで、全量を前記蒸気２２にしてもよい。
【００４３】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。水蒸気改質反応を用いた水素製造では、軟水装置を通した水から発生させた蒸気が必要なので、水をポンプで搬送し、軟水装置を通し、加熱によって蒸気を発生させる事が必要である。本実施の形態では、軟水装置を通した水であるボイラ給水１５から発生させたボイラ蒸気１７の一部である、分岐蒸気３０を用いる事で、適当な蒸気が容易に導入できる。
【００４４】
第３の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第３の実施の形態を、図３を用いて説明する。
【００４５】
本実施の形態は、第２の実施の形態と構成が近いが、第１の改質器投入物ではなく、第２の改質器投入物を改質器８に流入させる。
【００４６】
第１の実施の形態では第１の改質器投入物として、炭化水素が主成分である都市ガス２１を採用したが、本実施の形態ではエーテルの１種であるジメチルエーテル９１を使用する。
【００４７】
本実施の形態では第２の改質器投入物をジメチルエーテル９１としたが、アルコールの１種であるメタノールでもよい。なお、焼却炉６の燃料は廃棄物以外の物質でもよい。また燃焼排ガス５ではない高温排ガスでもよく、この場合は焼却炉６の部分が高温ガス発生部となる。
【００４８】
ジメチルエーテル製造プラントで製造したジメチルエーテル９１を、廃棄物処理施設内あるいは付近に設けた貯蔵タンクに貯蔵しておく。貯蔵タンクからジメチルエーテル９１を取り出し、蒸気２２と混合させた改質原料２３を改質器８に流入させる。ジメチルエーテル９１やメタノールは、都市ガス２１の成分である炭化水素や、他のエーテルや、他のアルコールの改質温度に比較して低い温度で改質するので、第２の実施の形態と比較してより燃焼排ガス５の温度が低い過熱器出口ガス１０から受熱する位置に改質器８を設置する。図３では節炭器１４の内部に改質器８を設置しているが、この位置に限定はしない。その他は第１の実施の形態と同じである。
【００４９】
本実施の形態によれば、第２の実施の形態と同じ効果に加えて、以下のような効果がある。ジメチルエーテル９１やメタノールは常温にて液体で運搬貯蔵がしやすい上、製造技術も進展しており、エネルギキャリアとして有望であるが、燃料として用いると二酸化炭素が発生するため、水素に変換して使用したい。この水素への変換にはエネルギが必要だが、そこに排熱を利用する事ができる。第２の実施の形態のように燃焼排ガス５の温度が高い位置に改質器８を設置しても、適当な改質温度が得られるような構造と流量調整にしておけば、適当な改質反応は実現されるが、この場合は、高温に曝された改質器８の材料強度を保つため、構造が大掛かりになる。燃焼排ガス５の温度がより低い位置に設置する事で、改質器８の強度が保ち易くなり、構造がより簡素になる。
【００５０】
第４の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第４の実施の形態を、図４を用いて説明する。
【００５１】
本実施の形態において、第３の実施の形態に示す改質器８を節炭器１４内部に設置せず、ボイラ蒸気１７から熱回収する構成にする。
【００５２】
ジメチルエーテル９１やメタノールは、都市ガス２１の成分である炭化水素の改質温度に比較して低い温度で改質するので、改質器８の熱源をボイラ蒸気１７としてもよい。ボイラ蒸気１７を分岐蒸気３０と受熱用蒸気９７に分岐し、分岐蒸気３０は減圧弁３１で減圧され蒸気２２となる。受熱用蒸気９７は改質器８と間接接触し熱授受を行う。改質原料２３は受熱用蒸気９７より加熱され、水蒸気改質し、改質ガス２４となって流出する。受熱用蒸気９７は温度低下しタービン利用可能蒸気１８になる。その他は第３の実施の形態と同じである。第４の実施の形態ではボイラ蒸気１７を分岐して蒸気２２にしたが、分岐せず、別途用意した蒸気を改質器８に流入させてもよい。
【００５３】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。焼却炉６の燃料が第１の実施の形態と同様に焼却処理によりダイオキシンが発生する可能性のある廃棄物１とした場合、ダイオキシン対策として、目安として４００〜２００℃である温度域にて、燃焼排ガス５を急冷する必要がある。しかし、燃焼排ガス５の流路に改質器８を設置していない上、ボイラ蒸気１７に関しても過熱器１３と節炭器１４より下流である。よって通常のごみ焼却ボイラと同様に、過熱器１３と節炭器１４により急冷が健全に実施される。その上、水素製造運転の発停や水素製造量調節によって、燃焼排ガス５を必ず急冷するためのボイラの運転制御が影響を受ける事は少ない。またバグフィルタ流入ガス１２はバグフィルタの保護のために、許容温度以下を維持する必要があるが、節炭器通過ガス１１より下流なので、温度管理のためのボイラの運転制御が影響を受ける事も少ない。
【００５４】
また焼却炉６の燃料が廃棄物１であるか否かに関わらず、以下の効果がある。灰３は全てが排出される訳ではなく一部は燃焼排ガス５と共に流れるので、改質器８に燃焼排ガス５を流通させる場合は、接触表面に灰５が付着していく。熱抵抗が増加し改質器８内部への伝熱性能が劣化する。それに対して受熱用蒸気９７を流通させると、付着する物質が少なく伝熱性能の劣化が小さい。また燃焼排ガス５ではなくても、付着する物質を含有する高温ガスであってもよく、この場合は焼却炉６の部分が高温ガス発生部となる。
【００５５】
第５の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第５の実施の形態を、図５を用いて説明する。
【００５６】
第２の実施の形態にて水素分離器２７を、複数の吸着塔を交換しながら圧力スイング吸着法を実施する吸着塔システムとする。
【００５７】
そして脱硫済都市ガス９２を第１の圧縮機３４で昇圧して昇圧済都市ガス３５とする。分岐蒸気３０を減圧弁３１で、昇圧都市ガス３５と同じか近い圧力まで減圧し蒸気２２とする。前記昇圧都市ガス３５と前記蒸気２２を混合した改質原料２３を改質器８に流入させる。改質原料２３は充分高圧なので、水素分離器２７の吸着塔に流入する変成ガス２６も充分高圧である。吸着塔内の吸着剤には水素以外の物質２９が吸着し、水素は素通りする。充分吸着し終わった吸着剤から、吸着した物質を脱着させるため、変成ガス２６を流通させる吸着塔と流通させない吸着塔とを交換した後、吸着し終わった吸着塔内部を、例えば大気圧といった低い圧力に低下させる。吸着された物質である、水素以外の物質２９は吸着剤から脱着し放出される。脱着した後、変成ガス２６を流通させる吸着塔と流通させずに脱着させる吸着塔とを交換する。これを繰り返し、変成ガス２６から水素２８を分離する。
【００５８】
なお、本実施の形態において、都市ガス２１を用いたが、炭化水素やアルコールやエーテルでもよく、この場合、昇圧済都市ガス３５は昇圧済原料である。都市ガス２１と異なり硫黄分がなければ、改質器投入物の脱硫工程はない。
【００５９】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。通常、昇圧都市ガス３５と同じか近い圧力である蒸気２２を用意するには、軟水装置を通過した水をポンプにより高圧に昇圧する事になる。しかし、ボイラ蒸気１７は充分な高圧であるため、分岐蒸気３０を昇圧するどころか減圧弁３１で減圧調整すれば、昇圧都市ガス３５と同じか近い圧力である蒸気２２を用意できる。脱硫済都市ガス９２を昇圧する場合でも、適当な蒸気が容易に導入できる。
【００６０】
第６の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第６の実施の形態を、図６を用いて説明する。
【００６１】
従来技術に二酸化炭素分離機能を追加する。改質ガス２４は一酸化炭素変成器２５に流入し、適当な温度状態にされる。一酸化炭素の多くは蒸気と反応し、二酸化炭素に変化すると同時に、蒸気は水素に変化する。変成ガス２６となって流出し、二酸化炭素分離器３２に流入させ、二酸化炭素４１を分離させ、二酸化炭素以外である分離済みガス３３を流出させる。二酸化炭素分離器３２にて二酸化炭素を分離する方法は幾つかあるが、例えば熱炭酸カリウム法を用いる。分離した二酸化炭素４１は回収し、例えば飲食物冷却用のドライアイスに利用する。分離済みガス３３を水素分離器２７に流入させ、その後は従来技術と同じである。
【００６２】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。水素２８を燃料として用いた場合、水素の燃焼排ガスには二酸化炭素が存在しない。さらに水素製造時に発生した二酸化炭素をまとめて回収できるので、水素製造により発生した分は大気放出しない。よって、水素製造関連においては、地球温暖化の主原因である二酸化炭素の大気放出がない。
【００６３】
第７の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第７の実施の形態を、図７および図８を用いて説明する。
【００６４】
従来技術にて、一酸化炭素変成器２５や二酸化炭素分離器３２や水素分離器２７の温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する。冷却や加熱に用いる第１、２、３、４、５、６の冷媒５１、５２、４２、６６、６３、６２は例えば水であり、熱交換に蒸気との相変化潜熱を利用してもよい。
【００６５】
一酸化炭素変成器２５に関して説明する。一酸化炭素変成器２５は、第１の冷却器４３と高温変成器４５と第２の冷却器４７と低温変成器４９から構成され、実際は第１の冷却器４３と高温変成器４５とが、また第２の冷却器４７と低温変成器４９とがそれぞれ一体化した構造になっている。改質ガス２４は第１の冷却器４３に流入し、第１の冷媒５１により高温変成器４５に適切な温度まで冷却され第１の冷却済みガス４４になる。第１の冷却済みガス４４は高温変成器４５に流入し変成した後、高温変成ガス４６になる。高温変成ガス４６は第２の冷却器４７に流入し、第２の冷媒５２により低温変成器４９に適切な温度まで冷却され第２の冷却済みガス４８になる。第２の冷却済みガス４８は低温変成器４９に流入し変成した後、変成ガス２６になる。
【００６６】
二酸化炭素分離器３２について説明する。熱炭酸カリウム方式を実施する二酸化炭素分離器３２は、吸収器５４と第１の加熱器５６と再生器５８と第３の冷却器６０から構成される。一酸化炭素変成器２５を流出した変成ガス２６は第４の冷却器５３に流入し、第３の冷媒４２により吸着器５４に適切な温度まで冷却され冷却変成ガス５０になる。冷却変成ガス５０は吸着器５４に流入し、第１の吸収液６１に二酸化炭素を吸収させる。吸収済みとなった第２の吸収液５５は第１の加熱器５６に流入し、第４の冷媒６２により再生器５８に適切な温度まで加熱され第３の吸収液５７となり、再生器５８に流入する。第３の吸収液５９は再生反応により、二酸化炭素４１を放出する。放出済みとなった第４の吸収液５９は第３の冷却器６０に流入し、第５の冷媒６３により吸収器５４に適切な温度まで冷却し、第１の吸収液６１となる。冷却変成ガス５０は二酸化炭素が分離され分離済みガス３３となって二酸化炭素分離器３２を流出する。
【００６７】
水素分離器２７の温度調節について説明する。分離済みガス３３は第５の冷却器６４に流入し、第６の冷媒６６により、水素分離器２７に適切な温度まで冷却され冷却分離済みガス６５となる。冷却分離済みガス６５は水素分離器２７に流入し、水素２８と水素以外のガス２９に分離される。
【００６８】
冷却を実施する第１、２、３、４、５の冷媒５１、５２、４２、６３、６６の内、一部または全部と、加熱を実施する第４の冷媒６２を接続する。
【００６９】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。温度調節のために熱源や冷熱源を用意する必要があるが、お互いに授受する事により、用意する熱源や冷熱源のエネルギ量が減るか不要になる。
【００７０】
第８の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第８の実施の形態を、図９を用いて説明する。
【００７１】
第７の実施の形態に加えて、水素２８を圧縮する１個以上の水素圧縮機と１個以上の水素冷却器を設置する。水素は常温で気体なので圧縮減容すれば貯蔵しやすい上、燃料電池自動車などの用途を考えると、搭載している圧縮水素タンクに水素注入する事になるので、水素２８を圧縮して水素タンク７５に貯蔵する。
【００７２】
さらに第１の水素冷却器６７や一酸化炭素変成器２５や二酸化炭素分離器３２や水素分離器２７の、温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する。図６では水素圧縮機、水素冷却器をそれぞれ２個としているが、何個でもよい。冷却や加熱に用いる第７の実施の形態および第８の実施の形態に示す冷媒１００、１０１は例えば水であり、熱交換に蒸気との相変化潜熱を利用してもよい。
【００７３】
水素２８は第１の水素冷却器６７に流入し第７の冷媒１００により冷却され第１の冷却水素６８になる。第１の冷却水素６８は第１の水素圧縮機６９により圧縮され第１の圧縮水素７０になる。圧縮に伴った温度上昇に、圧縮機自体の発熱による加熱が加わり、第１の圧縮水素７０は充分高温になる。第１の圧縮水素７０は第２の水素冷却器７１に流入し第８の冷媒１０１により冷却され第２の冷却水素７２になる。第２の冷却水素７２は第２の水素圧縮機７３により圧縮され第２の圧縮水素７４になる。このように圧縮機流入前に冷却する事で、圧縮機や配管の耐熱温度より高温になる事を防止する。第２の圧縮水素７４は水素タンク７５に流入し貯蔵される。
【００７４】
冷却を実施する第１、２、３、４、５、７、８の冷媒５１、５２、４２、６３、６６、１００、１０１の内、一部または全部と、加熱を実施する第４の冷媒６２を接続する。
【００７５】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。温度調節のために熱源や冷熱源を用意する必要があるが、お互いに授受する事により、用意する熱源や冷熱源のエネルギ量が減るか不要になる。
【００７６】
第９の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第９の実施の形態を、図１０を用いて説明する。
【００７７】
第７の実施の形態および第８の実施の形態に加えて、蒸気２２を加熱する蒸気加熱器８０を設置し、さらに蒸気加熱器８０や第１の水素冷却器６７や一酸化炭素変成器２５や二酸化炭素分離器３２や水素分離器２７の、温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する。冷却や加熱に用いる第９の冷媒８１は例えば水であり、熱交換に蒸気との相変化潜熱を利用してもよい。
【００７８】
蒸気２２は蒸気加熱器８０に流入し第９の冷媒８１で加熱され加熱済み蒸気７９となる。加熱済み蒸気７９は脱硫済み都市ガス９２と合流し改質原料２３となる。その後は第５の実施の形態および第６の実施の形態と同じである。
【００７９】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。改質原料２３が改質温度まで温度上昇するのに必要な熱量が小さくなるので、改質原料２３が燃焼排ガス５から受け取る熱量が低減される。これによりボイラが製造するボイラ蒸気１７が増えるので、蒸気タービン利用可能蒸気１８が増える。蒸気タービン３９を接続した場合は発電量が増え、接続しない場合は熱利用先へ与える熱量が増える。
【００８０】
また本来、加熱のために熱源が必要だが、システム内部でお互いに授受するため、熱源を用意する必要はない。
【００８１】
第１０の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第１０の実施の形態を、図１１を用いて説明する。
【００８２】
第７の実施の形態および第８の実施の形態に加えて、脱硫済み都市ガス９２を加熱する都市ガス加熱器７６を設置し、さらに都市ガス加熱器７６や第１の水素冷却器６７や一酸化炭素変成器２５や二酸化炭素分離器３２や水素分離器２７の、温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する。冷却や加熱に用いる第１０の冷媒７８は例えば水であり、熱交換に蒸気との相変化潜熱を利用してもよい。
【００８３】
脱硫済み都市ガス９２は都市ガス加熱器７６に流入し第１０の冷媒７８で加熱され加熱済み都市ガス７７となる。加熱済み都市ガス７７は蒸気２２と合流し改質原料２３となる。その後は第７の実施の形態および第８の実施の形態と同じである。
【００８４】
なお本実施の形態において、都市ガス２１を用いたが、炭化水素やアルコールやエーテルでもよく、この場合、都市ガス加熱器７６は原料加熱器である。都市ガス２１と異なり硫黄分がなければ、改質器投入物の脱硫工程はない。
【００８５】
本実施の形態によれば、効果は第９の実施の形態と同じである。
【００８６】
第１１の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第１１の実施の形態を、図１２を用いて説明する。
【００８７】
第７の実施の形態および第８の実施の形態にて、蒸気２２を加熱する蒸気加熱器８０と、脱硫済み都市ガス９２を加熱する都市ガス加熱器７６を設置し、さらに蒸気加熱器８０や都市ガス加熱器７６や第１の水素冷却器６７や一酸化炭素変成器２５や二酸化炭素分離器３２や水素分離器２７の、温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する。第９の実施の形態および第１０の実施の形態の内容を同時に施したものである。
【００８８】
なお、本実施の形態において、都市ガス２１を用いたが、炭化水素やアルコールやエーテルでもよく、この場合、都市ガス加熱器７６は原料加熱器である。都市ガス２１と異なり硫黄分がなければ、改質器投入物の脱硫工程はない。
【００８９】
本実施の形態によれば、効果は第９の実施の形態および第１０の実施の形態と同じである。
【００９０】
第１２の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第１２の実施の形態を、図１３を用いて説明する。
【００９１】
第７の実施の形態および第８の実施の形態に加えて、脱硫済み都市ガス９２と蒸気２２の混合ガス８２を加熱する混合ガス加熱器８３を設置し、さらに混合ガス加熱器８３や水素冷却器６７や一酸化炭素変成器２５や二酸化炭素分離器３２や水素分離器２７の、温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する。冷却や加熱に用いる第１１の冷媒８４は例えば水であり、熱交換に蒸気との相変化潜熱を利用してもよい。
【００９２】
脱硫済み都市ガス９２と蒸気２２の混合ガス８２は合流し、混合ガス加熱器８３に流入し第１１の冷媒８４で加熱され改質原料２３となる。その後は第７の実施の形態および第８の実施の形態と同じである。
【００９３】
なお、本実施の形態において、都市ガス２１を用いたが、炭化水素やアルコールやエーテルでもよく、都市ガス２１と異なり硫黄分がなければ、改質器投入物の脱硫工程はない。
【００９４】
本実施の形態によれば、効果は第９の実施の形態、第１０の実施の形態、および第１１の実施の形態と同じである。２箇所で加熱する第９の実施の形態と比較し、より効率的に加熱でき、改質原料２３をより高温にできる。
【００９５】
第１３の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第１３の実施の形態を、図１４を用いて説明する。
【００９６】
第７の実施の形態および第８の実施の形態に加えて、蒸気タービン３９を接続する構成とし、復水タンクからの水８９を加熱する水加熱器９０を設置し、さらに水加熱器９０や水素冷却器６７や一酸化炭素変成器２５や二酸化炭素分離器３２や水素分離器２７の、温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する。冷却や加熱に用いる第１２の冷媒８５は例えば水であり、熱交換に蒸気との相変化潜熱を利用してもよい。
【００９７】
図示していないが、蒸気タービン３９の排気蒸気４０は、復水器で冷却され水になり復水タンクに流入する。復水タンクからの水８９は復水ポンプ８６により搬送され、水８８となり水加熱器９０に流入する。水８８は第１２の冷媒９０で加熱され、加熱済み水８７になる。その他は第７の実施の形態および第８の実施の形態と同じである。図１２と異なり、復水タンクからの水８９から一部を抜き、水加熱器９０に流入させ、加熱してから復水タンクに戻す構成にしてもよいが、この場合は復水ポンプ８６と別に水８９を搬送するポンプを設置する。
【００９８】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。水８８がボイラ蒸気１７になるまでに受け取る熱量が増えるため、同じ圧力温度ならばボイラ蒸気１７の流量が増加する事になり、蒸気タービン利用可能蒸気１７が増える。蒸気タービン３９を接続した場合は発電量が増え、接続しない場合は熱利用先へ与える熱量が増える。
【００９９】
また本来、加熱のために熱源が必要だが、システム内部でお互いに授受するため、熱源を用意する必要はない。
【０１００】
第１４の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第１４の実施の形態を、図１５を用いて説明する。
【０１０１】
第２の実施の形態にて水素分離前のガスを第２の圧縮機３７で昇圧してから、水素分離器２７に流入させる。
【０１０２】
変成ガス２６を第２の圧縮機３７に流入させ昇圧し、昇圧主流ガス３８にする。充分高圧である昇圧主流ガス３８は、水素分離器２７の吸着塔に流入する。吸着塔内の吸着剤には水素以外の物質２９が吸着し、水素は素通りする。充分吸着し終わった吸着剤から、吸着した物質２９を脱着させるため、昇圧主流ガス３８を流通させる吸着塔と流通させない吸着塔とを交換した後、吸着し終わった吸着塔内部を、例えば大気圧といった低い圧力に低下させる。吸着された物質である、水素以外の物質２９は吸着剤から脱着し放出される。脱着した後、昇圧主流ガス３８を流通させる吸着塔と流通させずに脱着させる吸着塔とを交換する。これを繰り返し、昇圧主流ガス３８から水素２８を分離する。その他は第２の実施の形態と同じである。
【０１０３】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。改質器２３での圧力が低いほど、改質反応の転化率が高くなるので、水素分離のための昇圧を改質原料時点ではなく、改質後に実施する事により、転化率が高くなり製造される水素２８が多くなる。
【０１０４】
第１５の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第１５の実施の形態を、図１６を用いて説明する。
【０１０５】
第６の実施の形態に記した二酸化炭素分離機能を第１４の実施の形態に追加する。
【０１０６】
変成ガス２６を二酸化炭素分離器３２に流入させ、二酸化炭素４１を分離させ、二酸化炭素以外である分離済みガス３３を流出させる。分離済みガス３３を第２の圧縮機３７に流入させ昇圧し、昇圧主流ガス３８にする。充分高圧である昇圧主流ガス３８は、水素分離器２７に流入する。その他は第６の実施の形態および第１４の実施の形態と同じである。
【０１０７】
本実施の形態によれば、第６の実施の形態および第１４の実施の形態の効果に加えて、以下のような効果がある。分離済みガス３３は変成ガス２６よりも、二酸化炭素４１の分、モル数が少なくなっているので、第２の圧縮機３７の消費動力が小さくなる。
【０１０８】
第１６の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第１６の実施の形態を、図１７を用いて説明する。
【０１０９】
第１４の実施の形態において第２の圧縮機３７の直後に第５の冷却器を設置し、水素冷却器６７や一酸化炭素変成器２５や二酸化炭素分離器３２や水素分離器２７の、温度調節に関わる冷却または加熱の内の一部あるいは全部を、お互いに冷媒を流通させる事で実施する。冷却や加熱に用いる第１３の冷媒９６は例えば水であり、熱交換に蒸気との相変化潜熱を利用してもよい。
【０１１０】
第２の圧縮機３７から流出した昇圧主流ガス３８は、圧縮に伴った温度上昇に、圧縮機自体の発熱による加熱が加わり、充分高温になっている。昇圧主流ガス３８は第５の冷却器６４に流入し第１３の冷媒９６により冷却され冷却済主流ガス６５になる。そして、冷却を実施する第１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２の冷媒５１、５２、４２、６３、６６、１００、１０１、８１、７８、８４、８５の内、一部または全部と、冷却を実施する第１３の冷媒９６を接続する。
【０１１１】
図示していないが、一例として、以下のように冷媒ループを４つ設ける。なお、冷媒ポンプと、大気を用いた冷却塔は、１つの冷媒ループに１つずつ設けるが、図示していない。
【０１１２】
ポンプで搬送された冷媒は、二酸化炭素分離器中の再生反応後の吸収液を冷却し、さらに低温一酸化炭素変成器直前の被処理ガスを冷却する事で、熱回収する。その後、昇圧後の都市ガスを加熱する事で温度低下する。最後に冷却塔により温度低下し、ポンプに戻る。
【０１１３】
第２のループを説明する。ポンプで搬送された冷媒は、吸着塔前にある気液分離器直前の被処理ガスを冷却し、その後、都市ガスを加熱する。最後に冷却塔により温度低下しポンプに戻る。
【０１１４】
第３のループを説明する。ポンプで搬送された冷媒は、水素圧縮機の出口の水素を冷却する事で熱回収する。その後、改質原料である蒸気を加熱する。最後に冷却塔により温度低下しポンプに戻る。
【０１１５】
第４のループを説明する。ポンプで搬送された冷媒は、二酸化炭素分離器の吸収塔直前の被処理ガスを冷却し、さらに高温一酸化炭素変成器直前の被処理ガスを冷却する事で、熱回収する。その後、二酸化炭素分離器中の吸収反応後の吸収液を加熱する。最後に冷却塔により温度低下しポンプに戻る。
【０１１６】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。温度調節のために熱源や冷熱源を用意する必要があるが、お互いに授受する事により、用意する熱源や冷熱源のエネルギ量が減るか不要になる。
【０１１７】
第１７の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第１７の実施の形態を、図１８を用いて説明する。
【０１１８】
第１４の実施の形態において、第２の圧縮機３７の上流に第１の気液分離器９４を設置する。焼却炉６に燃料として廃棄物１を投入し、燃焼用空気２を流入させ、燃焼領域４にて廃棄物１を燃焼させるが、焼却炉６の燃料は廃棄物以外の物質でもよい。
【０１１９】
二酸化炭素分離器３２を設けていない場合は変成ガス２６が、設けた場合は分離済みガス３３が、第２の圧縮機３７に向かうが、まずそれを第１の気液分離器９８に流入させ、気体と液体に分離させる。気体部分である第１の主流ガス９５は第２の圧縮機３７に流入し、液体部分である第１の液体３６は焼却炉６に流入させる。
【０１２０】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。第２の圧縮機３７に液体を流入させない事で健全に圧縮させる事ができる上、わずかであるが第１の液体３６の主成分である水に溶解している可燃成分である水素、一酸化炭素、メタンを燃焼処理させる事ができる。未燃状態の可燃性物質を、そのまま外界に放出させない事になり、また、燃焼によりエネルギを取り出している。
【０１２１】
第１８の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第１８の実施の形態を、図１９を用いて説明する。
【０１２２】
第１の実施の形態および第１６の実施の形態において、水素分離器２７の上流に第２の気液分離器９１を設置する。焼却炉６に燃料として廃棄物１を投入し、燃焼用空気２を流入させ、燃焼領域４にて廃棄物１を燃焼させるが、焼却炉６の燃料は廃棄物以外の物質でもよい。
【０１２３】
例えば第１６の実施の形態では、第５の冷却器６４を設けた場合は冷却済主流ガス６５であり、水の大部分が液化している。水素分離器２７に向かうガスを、まず第２の気液分離器９９に流入させ、気体と液体に分離させる。気体部分である第２の主流ガス１０２は水素分離器２７に流入し、液体部分である第２の液体１０３は焼却炉６に流入させる。本実施の形態においては水素分離器２７の分離原理は、圧力スイング吸着法である必要はない。
【０１２４】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。水素分離器２７に液体を流入させない事で健全に分離させる事ができる上、わずかであるが第２の液体１０３の主成分である水に溶解している可燃成分である水素、一酸化炭素、メタンを燃焼処理させる事ができる。未燃状態の可燃性物質を、そのまま外界に放出させない事になり、また、燃焼によりエネルギを取り出している。
【０１２５】
第１９の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第１９の実施の形態を、図１９を用いて説明する。
【０１２６】
第１の実施の形態において、水素分離器２７にて発生した、水素以外の物質２９を、焼却炉６に流入させる。本実施の形態では水素分離器２７の分離原理は、圧力スイング吸着法である必要はない。焼却炉６に燃料として廃棄物１を投入し、燃焼用空気２を流入させ、燃焼領域４にて廃棄物１を燃焼させるが、焼却炉６の燃料は廃棄物以外の物質でもよい。
【０１２７】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。わずかであるが水素以外の物質２９に含まれている可燃成分である水素、一酸化炭素、メタンを燃焼処理させる事ができる。未燃状態の可燃性物質を、そのまま外界に放出させない事になり、また、燃焼によりエネルギを取り出している。
【０１２８】
第２０の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第２０の実施の形態を、図２０を用いて説明する。
【０１２９】
第２の実施の形態において、ボイラ蒸気１７を分岐せずにタービン使用可能蒸気１８にして、蒸気タービン３９に流入させ、蒸気タービン３９の抽気蒸気３０を圧力調整し蒸気２２にする。図２０は二酸化炭素分離器３２を描いているが、なくてもよい。水素分離器２７の分離原理を圧力スイング吸着法とすると水素分離器２７より上流で昇圧する事になるが、昇圧位置はどこでもよい。
【０１３０】
タービン使用可能蒸気１８は蒸気タービン３９に流入し、圧力と温度を低下させながら流れ、蒸気タービン３９は軸動力を取り出し、接続されている図示していない発電機にて発電する。抽気蒸気３０を抜き取り、残りは排出蒸気４０となる。この時、抽気蒸気３０の圧力は、脱硫済都市ガス９２の圧力と同じかより高い圧力であり、脱硫済都市ガス９２と同じまたは近い圧力まで減圧弁３１で減圧され蒸気２２となる。
【０１３１】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。抽気蒸気３２は、蒸気タービン３９に流入してから抽気されるまで、蒸気タービン３９内部にて仕事をしているので、ボイラ蒸気１７を分岐する場合より発電量が増加する。
【０１３２】
第２１の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第２１の実施の形態を、図２を用いて説明する。
【０１３３】
蒸気タービン利用可能蒸気１８を蒸気タービン３９に流入させる構成を具備し、電力需要の小さい時間帯に、水素製造を実施する。
【０１３４】
水素製造を実施している時は、蒸気タービン利用可能蒸気１８の流量は減少する。図２のようにボイラ蒸気１７が分岐している場合は、蒸気２２の流量の分、減少する。蒸気２２をボイラ蒸気１７の分岐からでなく、別途提供された蒸気を用いるとしても、燃焼排ガス５から改質器８が奪っている熱の分、ボイラで蒸気製造に用いる熱が減り、ボイラ蒸気１７の流量は減っている。よって、蒸気タービン３７の発生動力は減り、発電量は減る。しかし、電力需要の小さい時間帯、特に電力余剰状態である夜間では発電量が減っても支障はない。そこで、電力需要の小さい時間帯に水素製造を実施する。
【０１３５】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。電力需要の小さい時間帯以外における発電量低下を起こさせないで、水素製造を実施する事ができる。
【０１３６】
第２２の実施の形態
次に、本発明による水素製造システムの第２２の実施の形態を、図２を用いて説明する。
【０１３７】
蒸気タービン利用可能蒸気１８を蒸気タービン３９に流入させる構成を具備し、かつ前記蒸気タービン３９に、図示していないガスタービンを組み合わせたコンバインドサイクルを構成させる。電力需要の小さい時間帯、特に電力余剰状態である夜間では、発電量が減っても支障がないので、ガスタービンの運転を停止し、ガスタービン燃料をガスタービンに流さず水素製造に用いる。ガスタービン燃料は例えば都市ガス２１であり、焼却炉６の燃料として用いる事ができる。
【０１３８】
本実施の形態によれば、以下のような効果がある。電力需要の小さい時間帯以外における発電量低下を起こさせないで、水素製造を実施する事ができる上、ガスタービン燃料用のインフラ設備が大部分兼用できる。例えば、ガスタービン燃料が都市ガス２１ならば、ガスタービン用の都市ガス配管と、水素製造用の都市ガス配管との間でほとんどの部分を兼用する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明による水素製造システムの第１の実施の形態を示す概略図。
【図２】本発明による水素製造システムの第２、２０、２１の実施の形態を示す概略図。
【図３】本発明による水素製造システムの第３の実施の形態を示す概略図。
【図４】本発明による水素製造システムの第４の実施の形態を示す概略図。
【図５】本発明による水素製造システムの第５の実施の形態を示す概略図。
【図６】本発明による水素製造システムの第６の実施の形態を示す概略図。
【図７】本発明による水素製造システムの第７の実施の形態の前段を示す概略図。
【図８】本発明による水素製造システムの第７の実施の形態の後段を示す概略図。
【図９】本発明による水素製造システムの第８の実施の形態を示す概略図。
【図１０】本発明による水素製造システムの第９の実施の形態を示す概略図。
【図１１】本発明による水素製造システムの第１０の実施の形態を示す概略図。
【図１２】本発明による水素製造システムの第１１の実施の形態を示す概略図。
【図１３】本発明による水素製造システムの第１２の実施の形態を示す概略図。
【図１４】本発明による水素製造システムの第１３の実施の形態を示す概略図。
【図１５】本発明による水素製造システムの第１４の実施の形態を示す概略図。
【図１６】本発明による水素製造システムの第１５の実施の形態を示す概略図。
【図１７】本発明による水素製造システムの第１６の実施の形態を示す概略図。
【図１８】本発明による水素製造システムの第１７の実施の形態を示す概略図。
【図１９】本発明による水素製造システムの第１８、１９の実施の形態を示す概略図。
【図２０】本発明による水素製造システムの第２０の実施の形態を示す概略図。
【図２１】従来技術を示す概略図。
【符号の説明】
【０１４０】
１        廃棄物（燃料）
２        燃焼用空気
３        灰
４        燃焼領域
５        燃焼排ガス
６        焼却炉
７        蒸発器
８        改質器
９        過熱器入口ガス
１０      過熱器出口ガス
１１      焼却炉排ガス
１２      バグフィルタ流入ガス
１３      過熱器
１４      節炭器
１５      ボイラ給水
１６      蒸気ドラム
１７      ボイラ蒸気
１８      タービン利用可能蒸気
１９      蒸発器入口水
２０      蒸発器出口蒸気
２１      都市ガス（第１の改質器投入物）
２２      蒸気
２３      改質原料
２４      改質ガス
２５      一酸化炭素変成器
２６      変成ガス
２７      水素分離器
２８      水素
２９      水素以外の物質
３０      分岐蒸気
３１      減圧弁
３２      二酸化炭素分離器
３３      分離済みガス
３４      第１の圧縮機
３５      昇圧都市ガス
３６      第１の液体
３７      第２の圧縮機
３８      昇圧主流ガス
３９      蒸気タービン
４０      蒸気タービン排気蒸気
４１      二酸化炭素
４２      第３の冷媒
４３      第１の冷却器
４４      第１の冷却済ガス
４５      高温変成器
４６      高温変成ガス
４７      第２の冷却器
４８      第２の冷却済ガス
４９      低温変成器
５０      冷却変成ガス
５１      第１の冷媒
５２      第２の冷媒
５３      第４の冷却器
５４      吸収器
５５      第２の吸収液
５６      第１の加熱器
５７      第３の吸収液
５８      再生器
５９      第３の吸収液
６０      第３の冷却器
６１      第１の吸収液
６２      第４の冷媒
６３      第５の冷媒
６４      第５の冷却器
６５      冷却分離済みガス
６６      第６の冷媒
６７      第１の水素冷却器
６８      第１の冷却水素
６９      第１の水素圧縮機
７０      第１の圧縮水素
７１      第２の水素冷却器
７２      第２の冷却水素
７３      第２の水素圧縮機
７４      第２の圧縮水素
７５      水素タンク
７６      都市ガス加熱器
７７      加熱済み都市ガス
７８      第１０の冷媒
７９      加熱済み蒸気
８０      蒸気加熱器
８１      第９の冷媒
８２      混合ガス
８３      混合ガス加熱器
８４      第１１の冷媒
８５      第１２の冷媒
８６      復水ポンプ
８７      加熱済み水
８８      水
８９      復水器タンクからの水
９０      水加熱器
９１      ジメチルエーテル（第２の改質器投入物）
９２      脱硫済都市ガス
９３      脱硫器
９４      飽和蒸気
９５      第１の主流ガス
９６      第１３の冷媒
９７      受熱用蒸気
９８      第１の気液分離器
９９      第２の気液分離器
１００    第７の冷媒
１０１    第８の冷媒
１０２    第２の主流ガス
１０３    第２の液体
【図１】
2007191370.tif 000003
【図２】
2007191370.tif 000004
【図３】
2007191370.tif 000005
【図４】
2007191370.tif 000006
【図５】
2007191370.tif 000007
【図６】
2007191370.tif 000008
【図７】
2007191370.tif 000009
【図８】
2007191370.tif 000010
【図９】
2007191370.tif 000011
【図１０】
2007191370.tif 000012
【図１１】
2007191370.tif 000013
【図１２】
2007191370.tif 000014
【図１３】
2007191370.tif 000015
【図１４】
2007191370.tif 000016
【図１５】
2007191370.tif 000017
【図１６】
2007191370.tif 000018
【図１７】
2007191370.tif 000019
【図１８】
2007191370.tif 000020
【図１９】
2007191370.tif 000021
【図２０】
2007191370.tif 000022
【図２１】
2007191370.tif 000023