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技術 製造プラントのCO2排出抑制システム及び火力発電設備

出願人 一般財団法人電力中央研究所
発明者 櫻木潔
出願日 2016年6月14日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2016-118252
公開日 2017年12月21日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2017-221892
状態 特許登録済
技術分野 微生物・酵素関連装置 特殊なサイクルを用いた機関設備 熱ガス機関 廃ガス処理 微生物、その培養処理 ガスタービン、高圧・高速燃焼室
主要キーワード 発電動力 抑制システム 海底下 培養池 製造所 火力発電設備 複合発電設備 製紙工場
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年12月21日)のものです。
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図面 (3)

課題

資源を有効に活用してCO2の環境への排出を抑制する。

解決手段

発電所2から排出されるCO2を藻培養池12に供給して藻11を培養し、藻培養池12の藻11(高含水バイオマス)及び水分を発電所2に併設された貯炭施設4に送って石炭3の発熱を抑制し、発電所2からのCO2の環境への排出を大幅に抑制すると同時に、藻11の培養に関連する流体(資源)を有効に利用する。

概要

背景

例えば、発電所製鉄所では、燃料として石炭が多く使用されている。石炭を燃焼させた場合、排気ガスにはCO2が含まれるのが現状である。このため、排気ガス中に含まれるCO2を固定・回収する技術が種々提案されている。例えば、藻の培養池火力発電所の排気ガスを導入し、藻を培養するためのCO2源とすることが従来から行われている(例えば、特許文献1)。これにより、火力発電所から大気に放出されるCO2を抑制することができる。

近年、再生可能であるバイオマス(藻)の培養技術が大幅に進歩し、屋外の環境で藻を大量に培養することが実現されてきている。培養された藻は、藻に含まれる有機物が有効利用(医薬品、食品、材料、燃料等)されて使用されることが考えられ、藻の培養によるCO2の排出抑制が現実的な技術になりつつある。藻を大量に培養して、CO2の排出を抑制することが現実的になってきている反面、CO2の排出を抑制する技術では、再生可能である高含水のバイオマス(藻)を含む資源活用余地が残されているのが実情である。

概要

資源を有効に活用してCO2の環境への排出を抑制する。発電所2から排出されるCO2を藻培養池12に供給して藻11を培養し、藻培養池12の藻11(高含水バイオマス)及び水分を発電所2に併設された貯炭施設4に送って石炭3の発熱を抑制し、発電所2からのCO2の環境への排出を大幅に抑制すると同時に、藻11の培養に関連する流体(資源)を有効に利用する。

目的

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、資源を有効に活用して製造プラントからのCO2の排出を抑制することができる製造プラントのCO2排出抑制システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

燃料が処理される時にCO2を含む排出物の排出を伴って製造成果物を得る製造プラントと、前記製造プラントから排出されるCO2が供給されて生体が培養される生体培養手段と、前記生体培養手段で培養された生体に関連する流体を前記製造プラントに循環させる循環手段とを備えたことを特徴とする製造プラントのCO2排出抑制システム

請求項2

請求項1に記載の製造プラントのCO2排出抑制システムにおいて、前記製造プラントは、石炭を燃料として燃焼させることで製造成果物を得るプラントであり、前記製造プラントには、前記石炭の貯炭施設が併設され、前記循環手段は、前記生体培養手段で培養された生体に関連する流体を前記貯炭施設に置かれた石炭に供給して前記石炭の発熱を抑制することを特徴とする製造プラントのCO2排出抑制システム。

請求項3

請求項1もしくは請求項2に記載の製造プラントのCO2排出抑制システムにおいて、前記製造プラントは、前記燃料が燃焼されて得られた高温高圧の流体により動力を得て発電を行う発電手段を含み、前記生体培養手段は、前記製造プラントから排出されるCO2が供給され、前記生体として藻が培養される藻の培養手段であることを特徴とする製造プラントのCO2排出抑制システム。

請求項4

請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の製造プラントのCO2排出抑制システムにおいて、前記生体培養手段で培養した生体から油を抽出する抽出手段を備えたことを特徴とする製造プラントのCO2排出抑制システム。

請求項5

炭素を含む燃料を燃焼して得られた高温・高圧の流体により動力を得て発電を行う発電手段と、前記発電手段の排気ガスに含まれるCO2が供給されて生体が培養される生体培養手段と、前記生体培養手段で培養された生体に関連する流体を前記発電手段に循環して前記流体を前記発電手段で利用させる循環手段とを備えたことを特徴とする火力発電設備

請求項6

請求項5に記載の火力発電設備において、前記発電手段は、石炭を燃料として燃焼させて得られるガスにより発電動力を得る発電手段であり、前記発電手段には、前記石炭の貯炭施設が併設され、前記生体培養手段は、前記発電手段の排気ガスに含まれるCO2が供給されて藻が培養される藻の培養手段であり、前記循環手段は、前記藻の培養手段で培養された藻に関連する流体を前記貯炭施設に置かれた石炭に供給して前記石炭の発熱を抑制することを特徴とする火力発電設備。

請求項7

請求項6に記載の火力発電設備において、前記藻の培養手段で培養した藻から油を抽出する抽出手段を備え、前記循環手段は、前記抽出手段で前記藻から油を抽出した後の前記藻の残渣、及び、水分を前記貯炭施設に置かれた石炭に供給して前記石炭の発熱を抑制することを特徴とする火力発電設備。

技術分野

0001

本発明は、製造プラントCO2排出抑制システム、及び、CO2の排出を抑制した火力発電設備に関する。

背景技術

0002

例えば、発電所製鉄所では、燃料として石炭が多く使用されている。石炭を燃焼させた場合、排気ガスにはCO2が含まれるのが現状である。このため、排気ガス中に含まれるCO2を固定・回収する技術が種々提案されている。例えば、藻の培養池火力発電所の排気ガスを導入し、藻を培養するためのCO2源とすることが従来から行われている(例えば、特許文献1)。これにより、火力発電所から大気に放出されるCO2を抑制することができる。

0003

近年、再生可能であるバイオマス(藻)の培養技術が大幅に進歩し、屋外の環境で藻を大量に培養することが実現されてきている。培養された藻は、藻に含まれる有機物が有効利用(医薬品、食品、材料、燃料等)されて使用されることが考えられ、藻の培養によるCO2の排出抑制が現実的な技術になりつつある。藻を大量に培養して、CO2の排出を抑制することが現実的になってきている反面、CO2の排出を抑制する技術では、再生可能である高含水のバイオマス(藻)を含む資源活用余地が残されているのが実情である。

先行技術

0004

特開平7−250669号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、資源を有効に活用して製造プラントからのCO2の排出を抑制することができる製造プラントのCO2排出抑制システムを提供することを目的とする。

0006

また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、余剰の資源を有効に活用して発電手段からのCO2の排出を抑制することができる火力発電設備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

0007

上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の製造プラントのCO2排出抑制システムは、燃料が処理される時にCO2を含む排出物の排出を伴って製造成果物を得る製造プラントと、前記製造プラントから排出されるCO2が供給されて生体が培養される生体培養手段と、前記生体培養手段で培養された生体に関連する流体を前記製造プラントに循環させる循環手段とを備えたことを特徴とする。

0008

請求項1に係る本発明では、製造プラントから排出されるCO2が生体培養手段に供給されて生体が培養され、生体培養手段で培養された生体に関連する流体が製造プラントに循環されるので、CO2の排出が大幅に抑制されると同時に、生体に関連する流体(資源)が有効に利用される。従って、資源を有効に活用してCO2の排出を抑制することが可能になる(カーボンニュートラルも可能になる)。

0009

製造プラントとしては、火力発電所(製造成果物は電力)、製鉄所等の金属製造所(製造成果物は鉄等)、化学プラント(製造成果物は化学製品)、製紙工場(製造成果物は紙製品)等が適用される。また、生体培養手段としては、藻やその他の植物を培養する設備が適用される。

0010

そして、請求項2に係る本発明の製造プラントのCO2排出抑制システムは、請求項1に記載の製造プラントのCO2排出抑制システムにおいて、前記製造プラントは、石炭を燃料として燃焼させることで製造成果物を得るプラントであり、前記製造プラントには、前記石炭の貯炭施設が併設され、前記循環手段は、前記生体培養手段で培養された生体に関連する流体を前記貯炭施設に置かれた石炭に供給して前記石炭の発熱を抑制することを特徴とする。

0011

請求項2に係る本発明では、生体に関連する流体(資源)を貯炭施設に置かれた石炭に供給して石炭の発熱を抑制することができる。生体に関連する流体は、生体(高含水バイオマス)及び水分を供給することもでき、生体から有機物を除去した残渣と水分を供給することができる。

0012

生体と水分を供給した場合、生体で石炭に膜が形成されて水分の供給により、効果的に発熱を抑制することができる。生体から有機物を除去した残渣と水分を供給した場合、生体の残渣を燃料の一部とすることができ、バイオマスを有効に利用することができる。生体から有機物として油を除去した場合、除去した油を動力用の燃料や製造プラントの燃料に適用することができる。

0013

また、請求項3に係る本発明の製造プラントのCO2排出抑制システムは、請求項1もしくは請求項2に記載の製造プラントのCO2排出抑制システムにおいて、前記製造プラントは、前記燃料が燃焼されて得られた高温高圧の流体により動力を得て発電を行う発電手段を含み、前記生体培養手段は、前記製造プラントから排出されるCO2が供給され、前記生体として藻が培養される藻の培養手段であることを特徴とする。

0014

請求項3に係る本発明では、発電手段の排気ガス中のCO2が藻の培養手段に供給されて藻が培養される。発電手段が石炭火力発電手段である場合、藻(高含水バイオマス)と水分、もしくは、油を抽出した藻の残渣と水分を、貯炭施設の石炭に供給して石炭の発熱を抑制することができる。

0015

また、請求項4に係る本発明の製造プラントのCO2排出抑制システムは、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の製造プラントのCO2排出抑制システムにおいて、前記生体培養手段で培養した生体から油を抽出する抽出手段を備えたことを特徴とする。

0016

請求項4に係る本発明では、抽出手段により生体から油を抽出することができる。具体的には、例えば、液体溶媒を用いて生体を脱水し(油と共に脱水し)、溶媒を気化させて分離することにより、油を抽出することができる。

0017

上記目的を達成するための請求項5に係る本発明の火力発電設備は、炭素を含む燃料を燃焼して得られた高温・高圧の流体により動力を得て発電を行う発電手段と、前記発電手段の排気ガスに含まれるCO2が供給されて生体が培養される生体培養手段と、前記生体培養手段で培養された生体に関連する流体を前記発電手段に循環して前記流体を前記発電手段で利用させる循環手段とを備えたことを特徴とする。

0018

請求項5に係る本発明では、発電手段から排出されるCO2が培養手段に供給されて生体が培養され、生体培養手段で培養された生体に関連する流体が発電手段に循環されるので、発電手段からのCO2の排出が大幅に抑制されると同時に、生体に関連する流体(資源)が有効に利用される。従って、余剰の資源を有効に活用して発電時のCO2の排出を抑制することが可能になる(発電設備でのカーボンニュートラルも可能になる)。

0019

そして、請求項6に係る本発明の火力発電設備は、請求項5に記載の火力発電設備において、前記発電手段は、石炭を燃料として燃焼させて得られるガスにより発電動力を得る発電手段であり、前記発電手段には、前記石炭の貯炭施設が併設され、前記生体培養手段は、前記発電手段の排気ガスに含まれるCO2が供給されて藻が培養される藻の培養手段であり、前記循環手段は、前記藻の培養手段で培養された藻に関連する流体を前記貯炭施設に置かれた石炭に供給して前記石炭の発熱を抑制することを特徴とする。

0020

請求項6に係る本発明では、石炭の燃焼により電力を得る発電手段から排出されるCO2が藻の培養手段に供給されて藻が培養され、藻の培養に関連した流体(資源)、例えば、藻(高含水バイオマス)と水分、もしくは、有機物を除去した藻の残渣(バイオマス)と水分が、貯炭施設に置かれた石炭に供給されて石炭の発熱を抑制することができる。

0021

また、請求項7に係る本発明の火力発電設備は、請求項6に記載の火力発電設備において、前記藻の培養手段で培養した藻から油を抽出する抽出手段を備え、前記循環手段は、前記抽出手段で前記藻から油を抽出した後の前記藻の残渣、及び、水分を前記貯炭施設に置かれた石炭に供給して前記石炭の発熱を抑制することを特徴とする。

0022

請求項7に係る本発明では、抽出手段により藻から油を抽出することができ、油を抽出した後の藻の残渣、及び、水分を貯炭施設に置かれた石炭に供給して石炭の発熱を抑制することができる。抽出手段としては、例えば、液体の溶媒を用いて藻を脱水し(油と共に脱水し)、溶媒を気化させて分離することにより、油を抽出することができる。

発明の効果

0023

本発明の製造プラントのCO2排出抑制システムは、資源を有効に活用してCO2の排出を抑制することが可能になる。

0024

本発明の火力発電設備は、資源を有効に活用して発電手段からのCO2の排出を抑制することが可能になる。

図面の簡単な説明

0025

本発明の第1実施例に係るCO2排出抑制システムを有する火力発電設備の概略の系統図である。
本発明の第2実施例に係るCO2排出抑制システムを有する火力発電設備の概略の系統図である。

実施例

0026

本発明の第1実施例を説明する。
図1には本発明の第1実施例に係るCO2排出抑制システムを有する火力発電設備(製造プラント)の概略を説明する構成系統を示してある。

0027

図に示すように、CO2排出抑制システムの製造プラントとして、火力発電設備1を有している。火力発電設備1には、例えば、石炭を燃料として燃焼して高温・高圧の蒸気を得るボイラーと、ボイラーで発生した高温・高圧の蒸気を膨張して動力を得る蒸気タービンと、蒸気タービンの駆動により発電を行う発電機とが備えられている(発電所2:発電手段)。火力発電設備1では、燃料が燃焼(処理)されて発電機が駆動されて製造成果物として電力が得られる。

0028

尚、火力発電設備としては、石炭をガス化した燃料(炭素を含む燃料)を燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガス膨張タービンで膨張させ、膨張タービンの駆動により発電機を駆動させて電力を得る設備を適用することができる(発電動力を得る発電手段を備えた火力発電設備)。また、膨張タービンの排気ガスの熱により蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動する複合発電設備を適用することもできる(発電動力を得る発電手段を備えた火力発電設備)。

0029

製造プラントとしては、製鉄所等の金属製造所(製造成果物は鉄等)、化学プラント(製造成果物は化学製品)、製紙工場(製造成果物は紙製品)等を適用することができる。また、製鉄所や化学プラント、製紙工場等に自前の発電手段を備えたプラントを適用することができる。

0030

火力発電設備1には、発電所2の燃料となる石炭3が置かれる貯炭施設4が備えられ、貯炭施設4は発電所2に併設されている。貯炭施設4に置かれた石炭3が発電所2(ボイラー)に供給され、石炭を燃焼させることで、ボイラーで高温・高圧の蒸気を得るようになっている。

0031

一方、火力発電設備1には、生体として藻11(高含水バイオマス:資源)が培養される藻培養池12(生態培養手段)が備えられている。藻培養池12には、発電所2の排気ガス(排出物)に含まれるCO2が供給されて藻11を育てるためのCO2源とされている。また、藻培養池12には、発電所2から排出される温水(資源)が供給されて藻11を育てるための熱源とされている。

0032

火力発電設備1から排出されるCO2が藻培養池12に供給されて藻11のCO2源とされているので、CO2の環境への排出が大幅に抑制される。尚、生体として他の植物(バイオマス)を育てる手段を適用することが可能である。

0033

藻培養池12で育てられた藻11及び水分(生体に関連する流体:資源)は、循環経路15(循環手段)により貯炭施設4に循環され、藻11及び水分が貯炭施設4に置かれた石炭に散水される。藻11及び水分が石炭に散水されることで、水分により温度が抑えられて石炭の発熱が抑制される。また、藻11が石炭の表面に覆われる状態になり、石炭同士の接触による発熱が抑制される。

0034

尚、藻培養池12で育てられた藻11及び水分(藻11及び水分の一部)を、火力発電設備1(発電所2)のボイラーに供給することも可能である。また、藻培養池12で育てられた藻11を利用するために固液分離し、液体である水分(資源)だけを貯炭施設4の石炭に供給することも可能である。

0035

上記構成の火力発電設備1(CO2排出抑制システムの製造プラント)は、発電所2から排出されるCO2が藻培養池12に供給されて藻11が培養され、藻培養池12の藻11及び水分が発電所2に併設された貯炭施設4に送られて石炭3の発熱が抑制される。このため、発電所2からのCO2の環境への排出が大幅に抑制されると同時に、藻11の培養に関連する流体(資源)が有効に利用される。

0036

従って、上述した火力発電設備1(CO2排出抑制システムの製造プラント)では、資源を有効に活用して発電所2の発電時のCO2の環境への排出を抑制することが可能になる。

0037

本発明の第2実施例を説明する。
図2には本発明の第2実施例に係るCO2排出抑制システムを有する火力発電設備(製造プラント)の概略を説明する構成系統を示してある。尚、図1に示した第1実施例と同一の構成部材には同一の符号を付して重複する説明は省略してある。

0038

図2に示した第2実施例の火力発電設備20は、循環経路15の途中に抽出手段21を備えた構成となっている。即ち、藻培養池12の下流側には抽出手段21が備えられ、抽出手段21では藻11から油22が抽出され、藻11の残渣24と水23が循環経路15から貯炭施設4の石炭3に供給される。藻培養池12の藻11(水分を含む藻11:高含水バイオマス)の一部を貯炭施設4に供給することも可能である。

0039

抽出手段21では、藻培養池12で培養された藻11(藻11と水分)に対して液体の溶媒が加えられ、有機物としての油22と、油22と水23が分離された残渣24とに分けられる。溶媒としては、常温常圧気体となる溶媒(例えば、ジメチルエーテル)が適用され、加圧状態で液体の溶媒が藻11(藻11と水分)に加えられ、藻11が脱水された後、混合液減圧して溶媒を気化させ、油22と水23が分離される。

0040

尚、溶媒としては、常温常圧で気体となる溶媒(ジメチルエーテル)の他に、例えば、ヘキサンあるいはメタノールエタノールイソプロパノール等のアルコール類クロロホルムおよびそれらの混合液を用いることができる。

0041

抽出手段21で藻11から油22が抽出された後の藻11の残渣24、及び、水23が貯炭施設4に置かれた石炭3に供給されることで、石炭3が冷やされて発熱が抑制される。貯炭施設4に残渣24が供給されるので、藻11の残渣24を発電所2の燃料の一部とすることができ、バイオマスを有効に利用することができる。

0042

抽出手段21で抽出された油22は他の動力の燃料として使用される。発電所2で液体燃料を使用する機器(例えば、重油焚きのボイラー)が存在する場合、発電所2に循環されて燃料として使用される。また、CO2が含まれる残渣24を貯炭施設4に供給せずに、地中下、海底下等に隔離することも可能である。

0043

上記構成の火力発電設備20(CO2排出抑制システムの製造プラント)は、発電所2から排出されるCO2(及び、温水:資源)が藻培養池12に供給されて藻11が培養され、藻11の培養に関連した流体(資源)である、油22を除去した藻11の残渣24と水23、もしくは、藻11及び水分(高含水バイオマス)が、貯炭施設4に置かれた石炭3に供給され石炭3の発熱が抑制される。このため、発電所2からのCO2の環境への排出が大幅に抑制されると同時に、藻11の培養に関連する流体(資源)が有効に利用される。

0044

そして、抽出手段21により藻11から油22を抽出することができ、油22を抽出した後の藻11の残渣24、及び、水23を貯炭施設4に置かれた石炭3に供給して石炭3の発熱を抑制することができる。

0045

従って、上述した火力発電設備20(CO2排出抑制システムの製造プラント)では、藻11から油22を抽出することができると共に、資源を有効に活用して発電所2の発電時のCO2の環境への排出を抑制することが可能になる。

0046

本発明は、製造プラントのCO2排出抑制システム及び火力発電設備の産業分野で利用することができる。

0047

1、20火力発電設備
2発電所
3石炭
4貯炭施設
11 藻
12 藻培養池
15循環経路
21 抽出手段
22 油
23 水
24 残渣

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