特開 2023-99948 非常用電力供給装置及びその運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023099948

(43)【公開日】2023-07-14

(54)【発明の名称】非常用電力供給装置及びその運転方法

(51)【国際特許分類】

   F01K 27/02 20060101AFI20230707BHJP

   F01K 21/00 20060101ALI20230707BHJP

   C22B 23/00 20060101ALI20230707BHJP

   C22B 3/06 20060101ALI20230707BHJP

   C22B 3/02 20060101ALI20230707BHJP

【ＦＩ】

F01K27/02 D

F01K21/00 A

C22B23/00 102

C22B3/06

C22B3/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022000236

(22)【出願日】2022-01-04

(71)【出願人】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136825

【弁理士】

【氏名又は名称】辻川 典範

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(72)【発明者】

【氏名】山田 大樹

【テーマコード（参考）】

3G081

4K001

【Ｆターム（参考）】

3G081BA02

3G081BA07

3G081BA08

3G081BB04

3G081BC13

4K001AA19

4K001BA02

4K001DB02

(57)【要約】

【課題】 停止した発電設備に起動電力を供給する非常用電力供給装置を提供する。
【解決手段】 高圧ガス状の作動媒体の膨張により回転する膨張機１０と、膨張機１０の回転により発電する発電機１１と、発電機１１によって発電した電力を蓄電する蓄電池１２と、該作動媒体が循環する循環系１３とから構成される非常用電力供給装置であって、循環系１３は、膨張機１０から排出される低圧ガス状の作動媒体を凝縮させて液状の作動媒体を得る凝縮器１３ａと、該液状の作動媒体を昇圧させて高圧液状の作動媒体を得るポンプ１３ｂと、該高圧液状の作動媒体を外部熱源との熱交換により蒸発させて該高圧ガス状の作動媒体を発生させる蒸発器１３ｃとを備え、蓄電池１２に蓄電した電力を非常用電力として利用する。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧ガス状の作動媒体の膨張により回転する膨張機と、前記膨張機の回転により発電する発電機と、前記発電機によって発電した電力を蓄電する蓄電池と、前記作動媒体が循環する循環系とから構成される非常用電力供給装置であって、前記循環系は、前記膨張機から排出される低圧ガス状の作動媒体を凝縮させて液状の作動媒体を得る凝縮器と、前記液状の作動媒体を昇圧させて高圧液状の作動媒体を得るポンプと、前記高圧液状の作動媒体を外部熱源との熱交換により蒸発させて前記高圧ガス状の作動媒体を発生させる蒸発器とを備え、前記蓄電池に蓄電した電力を非常用電力として利用する非常用電力供給装置。

【請求項2】

前記外部熱源は、原料のニッケル酸化鉱石を前処理することで得た鉱石スラリーを予熱槽で予熱した後、オートクレーブに装入して高温高圧下で酸浸出処理を施すことで生成される浸出スラリーをフラッシュすることで発生するフラッシュ蒸気、及び／又は前記鉱石スラリーの前記予熱槽での予熱及び／又は前記オートクレーブでの加熱の役割を終えて系外に排出される廃蒸気である、請求項１に記載の非常用電力供給装置。

【請求項3】

前記蒸発器の熱交換に利用する前記フラッシュ蒸気及び／又は前記廃蒸気は、温度が７０℃以上８０℃未満、流量が５０ｔ／ｈ以上６０ｔ／ｈ未満である、請求項２に記載の非常用電力供給装置。

【請求項4】

前記蓄電池に蓄電した電力は、前記ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーに対して高温高圧下で酸浸出処理を施す湿式製錬プラントに電力を供給する発電設備の起動用電力に利用される、請求項２又は３に記載の非常用電力供給装置。

【請求項5】

湿式製錬プラントに電気を供給する発電設備の停止時に起動電力を供給する非常用電力供給装置の運転方法であって、
平常時は、前記湿式製錬プラントにおいて原料のニッケル酸化鉱石を前処理することで得た鉱石スラリーに酸浸出処理を施すことで生成される浸出スラリーをフラッシュすることで発生するフラッシュ蒸気、及び／又は前記鉱石スラリーの予熱及び／又は加熱の役割を終えて系外に排出される廃蒸気を、請求項１～４のいずれか１項に記載の前記外部熱源として用いることで前記非常用電力供給装置の蓄電池に蓄電し、
前記発電設備が停止した非常時は、該発電設備の起動装置に前記蓄電池から起動電力を供給する非常用電力供給装置の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非常用電力供給装置及びその運転方法に関し、特に、湿式製錬プラントに電気を供給する発電設備の非常停止時に電力を供給する非常用電力供給装置及びその運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

湿式によるニッケルの製錬プロセスとして、原料のニッケル酸化鉱石に対して高温高圧下で硫酸を添加して酸浸出を行なうＨＰＡＬ（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ａｃｉｄ Ｌｅａｃｈ）法とも称する高圧酸浸出法が知られている。この湿式製錬プロセスは、乾式による従来の一般的なニッケル酸化鉱石の製錬プロセスとは異なり、全工程を通して一貫して湿式により処理を行なうので、ニッケル品位が１～２質量％程度の鉄を主成分とする低ニッケル品位のニッケル酸化鉱石からニッケル及びコバルトを回収することができるうえ、熱エネルギーを大量に消費する乾燥工程や焙焼工程等の乾式処理工程を含んでいないのでエネルギー的及びコスト的に有利な製錬プロセスである。

【0003】

上記の高圧酸浸出法によるニッケル製錬プロセスは、例えば特許文献１に開示されているように、ニッケル酸化鉱石に水を加えて鉱石スラリーを調製する鉱石スラリー調製工程と、該鉱石スラリーをオートクレーブと称する加圧浸出反応器内に装入し、高温高圧下で浸出処理を施して該ニッケル酸化鉱石に含まれるニッケル及びコバルトを浸出する浸出工程と、該浸出工程で得たニッケル及びコバルトを含む浸出液を浸出残渣から固液分離する固液分離工程と、該浸出液をｐＨ３～４で中和処理することで該浸出液に含まれる鉄等の不純物元素を分離除去する中和工程と、該不純物元素が除去された浸出液に硫化水素ガス等の硫化剤を添加してニッケルコバルト混合硫化物を生成する硫化工程とを有している。

【0004】

上記の特許文献１のニッケル製錬プロセスでは、オートクレーブに装入した鉱石スラリーに対して、硫酸及び高圧蒸気を添加して温度２２０～２５０℃程度、圧力３,０００～４,５００ｋＰａＧ程度の高温高圧下で浸出処理が施される。このため、該オートクレーブからは高温高圧の浸出スラリーが排出されるので、次工程の固液分離工程においてシックナー等の重力沈降装置を用いて浸出残渣の分離除去を行なう前に、フラッシュベッセルに導入して該オートクレーブよりも低圧条件でフラッシュさせている。これにより、上記の高温高圧の浸出スラリーを重力沈降装置に適した温度まで降温することができるうえ、フラッシュにより発生した蒸気を回収して鉱石スラリーの予熱に利用することが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０－０３１３４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記の高圧酸浸出法によりニッケル製錬を行なう湿式製錬プラントの敷地内においては、該湿式製錬プラントを構成する装置群や、それらに蒸気や圧縮空気等を供給するユーティリティー設備を稼働させる電力を供給する発電設備が設けられている。この発電設備としては、ＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）、重油、石炭などの化石燃料の燃焼熱を利用して発生させた高圧蒸気を用いて蒸気タービンの羽根車を回転させ、この蒸気タービンに接続する発電機により発電を行なう火力発電設備が一般的に用いられている。上記の化石燃料のうち例えばＬＮＧを用いる場合は、湿式製錬プラントの敷地内でＬＮＧを気化させることが多い。この場合は、例えば地震等の非常時においてＬＮＧ気化器や、その他のＬＮＧの供給に関わる設備の運転が停止し、該火力発電設備への燃料供給が一時的にでも中断すると、その時点で湿式製錬プラントの敷地内の全電源が喪失することが懸念される。

【0007】

上記のように発電設備のトラブルにより電源が喪失すると、その復旧まではプラントの操業が停止したままになるうえ、該発電設備を制御する制御装置への電源も喪失することになるため、発電設備を立ち上げること自体に労力と時間を要する。これら電源の喪失によって生じる悪影響をできるだけ少なくするため、非常用バックアップ電源設備として例えばディーゼル発電機を設けることがある。しかしながら、発電設備の電源が喪失したときは、長期間に亘って停止状態にあった非常用バックアップ電源設備をいきなり立ち上げることになるので、ディーゼル発電機のように機械式設備の場合は始動の際に機械的トラブルが発生することが懸念される。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、停止した発電設備に起動電力を供給する非常用電力供給装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明に係る非常用電力供給装置は、高圧ガス状の作動媒体の膨張により回転する膨張機と、前記膨張機の回転により発電する発電機と、前記発電機によって発電した電力を蓄電する蓄電池と、前記作動媒体が循環する循環系とから構成される非常用電力供給装置であって、前記循環系は、前記膨張機から排出される低圧ガス状の作動媒体を凝縮させて液状の作動媒体を得る凝縮器と、前記液状の作動媒体を昇圧させて高圧液状の作動媒体を得るポンプと、前記高圧液状の作動媒体を外部熱源との熱交換により蒸発させて前記高圧ガス状の作動媒体を発生させる蒸発器とを備え、前記蓄電池に蓄電した電力を非常用電力として利用することを特徴としている。

【0009】

また、本発明に係る非常用電力供給装置の運転方法は、湿式製錬プラントに電気を供給する発電設備の停止時に起動電力を供給する非常用電力供給装置の運転方法であって、平常時は、前記湿式製錬プラントにおいて原料の鉱石スラリーに酸浸出処理を施すことで生成される浸出スラリーをフラッシュすることで発生するフラッシュ蒸気を、上記の本発明に係る非常用電力供給装置の前記外部熱源として用いることで前記非常用電力供給装置の蓄電池に蓄電し、前記発電設備が停止した非常時は、該発電設備の起動装置に前記蓄電池から起動電力を供給することを特徴としている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、発電設備が停止したときに直ちに該発電設備の起動装置に起動電力を供給することができるので、その工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る非常用電力供給装置の給電対象となる湿式製錬プラントで実施される湿式製錬プロセスのブロックフロー図である。

【図2】本発明の実施形態に係る非常用電力供給装置が対象とする湿式製錬プラントが有する予熱槽、オートクレーブ及びフラッシュベッセルの模式的フロー図である。

【図3】図２の湿式製錬プラントの変形例の模式的フロー図である。

【図4】本発明の実施形態に係る非常用電力供給装置の概略構成図である。

【図5】図４の非常用電力供給装置を構成する循環系によって行なわれるランキンサイクルをｐ-ｈ線図上に示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

１．高圧酸浸出法による湿式製錬方法及び湿式製錬プラント
先ず、本発明の実施形態に係る非常用電力供給装置の給電対象となる湿式製錬プラントについて説明する。この湿式製錬プラントは、原料のニッケル酸化鉱石に対して一般的に図１のブロックフローに示す工程順に湿式処理することで、該原料に含まれる有価金属のニッケル及びコバルトを混合硫化物の形態で回収する設備である。上記の原料のニッケル酸化鉱石には、主としてリモナイト鉱及びサプロライト鉱等のいわゆるラテライト鉱が用いられる。ラテライト鉱は通常はニッケル含有量が０.８～２.５質量％であり、水酸化物又はケイ苦土（ケイ酸マグネシウム）鉱物の形態で含まれている。

【0013】

以下、工程順に具体的に説明すると、先ず前処理工程Ｓ１において、原料のニッケル酸化鉱石に対して粉砕処理や湿式による篩分け等の前処理が行なわれる。この前処理により調製された所定の粒度のニッケル酸化鉱石を含んだ鉱石スラリーに対して、次に浸出工程Ｓ２において硫酸及び高圧蒸気が添加されて高温高圧下で酸浸出処理が施される。この酸浸出処理により浸出された有価金属としてのニッケル及びコバルトを含む浸出スラリーは、好適には複数段のフラッシュにより降圧降温された後、向流多段洗浄工程Ｓ３において連続する複数のシックナーに導入され、ここで該浸出スラリーとは向流に流れるように導入された洗浄液による洗浄及び固液分離が繰り返される。これにより浸出残渣が分離除去され、有価金属を含む浸出液が得られる。この浸出液に対して、次に中和工程Ｓ４において中和剤が添加されることで該浸出液に含まれる不純物元素が中和澱物として分離除去され、中和終液が得られる。この中和終液に対して、次に硫化工程Ｓ５において硫化水素等の硫化剤が添加されることにより有価金属のニッケル及びコバルトから混合硫化物が生成される。この混合硫化物は固液分離により回収され、その際に排出されるニッケル貧液は最終中和工程Ｓ６において消石灰等の中和剤が添加されることで無害化処理が施される。

【0014】

上記の湿式製錬プラントのうち、浸出工程Ｓ２の処理が行なわれる機器群について図２を参照しながら説明する。前工程の前処理工程Ｓ１で調製された鉱石スラリーは第１予熱槽１に装入され、ここに後述する低圧フラッシュベッセル７から排出される低温フラッシュ蒸気が吹き込まれることで予熱される。第１予熱槽１で予熱された鉱石スラリーは第１スラリーポンプ２で昇圧された後、第２予熱槽３に装入され、同様に後述する高圧フラッシュベッセル６から排出される高温フラッシュ蒸気が吹き込まれることでより高温まで予熱される。

【0015】

上記の第２予熱槽３で予熱された鉱石スラリーは、第２スラリーポンプ４で昇圧された後、オートクレーブ５に装入される。オートクレーブ５は、円筒形の圧力容器を横向きにした形状を有しており、その内部は堰５ａによって長手方向に並ぶ複数の貯留部５ｂ（図２では４つの貯留部５ｂが例示されている）に仕切られている。これら複数の貯留部５ｂのうち、紙面左端に位置する最も上流側の貯留部５ｂに上記の第１予熱槽１及び第２予熱槽３で段階的に予熱された鉱石スラリーが装入される。この最も上流側の貯留部５ｂには、更に外部から硫酸及び高圧蒸気が導入される。

【0016】

オートクレーブ５内に装入された鉱石スラリーは、堰５ａをオーバーフローすることで下流側に隣接する貯留部５ｂに順次移送され、その間に各貯留部５ｂにおいて撹拌機によって撹拌されながらスラリー温度２００～２７０℃程度、雰囲気圧力１.８～５.８ＭＰaＧ程度の高温高圧下で酸浸出処理が施される。これにより、有価金属としてのニッケル及びコバルトが浸出される。このようにして生成された浸出液及び浸出残渣からなる浸出スラリーは、複数の貯留部５ｂのうち紙面右端に位置する最も下流側の貯留部５ｂにおいて、上方から垂下する抜出ラインによって抜き出される。

【0017】

オートクレーブ５から抜き出された上記浸出スラリーは高温高圧状態にあるので、次工程の向流多段洗浄工程Ｓ３において洗浄液で多段洗浄を行なう前に、直列に接続された高圧フラッシュベッセル６及び低圧フラッシュベッセル７に導入され、ここで段階的にフラッシュが行なわれる。これにより、浸出スラリーはほぼ大気圧まで圧力が降下すると共に、フラッシュにより潜熱が奪われるので温度も降下する。これら高圧フラッシュベッセル６及び低圧フラッシュベッセル７は、いずれも縦型円筒形状の胴部と、その上下に接合された略半球状の頂部及び底部からなる圧力容器で構成される。

【0018】

具体的に説明すると、前段の高圧フラッシュベッセル６では、その頂部の入口ノズルの直前に設けたフラッシュ弁６ａで浸出スラリーがフラッシュし、２相流の状態で圧力容器内に導入される。該圧力容器内に導入された浸出スラリーは、更にフラッシュすると共に該容器内で気液分離する。そして、気相側のほぼスチームからなる高圧フラッシュ蒸気は、頂部の出口ノズルから出てそこに接続している蒸気回収ライン６ｂを介して第２予熱槽３に戻される。一方、フラッシュにより潜熱が奪われることで温度が低下した液相側の浸出スラリーは、容器側部のオーバーフローノズルから出て隣接する低圧フラッシュベッセル７に圧送される。

【0019】

後段の低圧フラッシュベッセル７においても、その頂部の入口ノズルの直前にフラッシュ弁７ａが設けられており、上記前段の場合と同様に、浸出スラリーはここでフラッシュして２相流の状態で圧力容器内に導入され、該圧力容器内で更にフラッシュすると共に気液分離する。そして、気相側のほぼスチームからなる低圧フラッシュ蒸気は、頂部の出口ノズルから出てそこに接続している蒸気回収ライン７ｂを介して第１予熱槽１に戻される。一方、フラッシュにより潜熱が奪われることで温度が低下した液相側の浸出スラリーは、容器側部のオーバーフローノズルから出て次工程のシックナー群に送液される。上記の蒸気回収ライン６ｂ、７ｂは、各々ライン途中に流量調整バルブが設けられており、これらバルブをバイパスするようにバイパスライン６ｃ、７ｃがそれぞれ設けられている。これにより、上記のフラッシュにより発生したフラッシュ蒸気の一部を、後述する非常用電力供給装置の熱源として利用することができる。

【0020】

なお、非常用電力供給装置の熱源として利用する流体は上記のフラッシュ蒸気に限定されるものではなく、例えば鉱石スラリーの加熱のためにオートクレーブ５に導入した高圧蒸気がその役割を終えてオートクレーブ５の頂部から系外に排出される廃蒸気や、鉱石スラリーの予熱のために第１予熱槽１及び第２予熱槽３に導入したフラッシュ蒸気がその役割を終えてこれら予熱槽１、２の頂部から系外に排出される廃蒸気を用いてもよい。この場合は、図３に示すように、上記のオートクレーブ５の頂部や第１予熱槽１及び第２予熱槽３の頂部に接続した排出ラインの途中に流量調整バルブを設けると共に、これら流量調整バルブをバイパスするバイパスライン（図示せず）を設けて該廃蒸気の一部を抜き出すことで、非常用電力供給装置の熱源として利用することができる。

【0021】

あるいは、図３に示すように、上記のオートクレーブ５の頂部並びに第１予熱槽１及び第２予熱槽３の頂部に接続した排出ラインから排出される廃蒸気を、集約タンク２０で集約してから大気放出する場合は、集約タンク２０の頂部に接続した廃蒸気の大気放出のための大気放出管に流量調整バルブを設けると共に、この流量調整バルブをバイパスするバイパスラインを設けて該廃蒸気の一部を抜き出すようにしてもよい。このような構成とすれば、１本の大気放出管にバイパスラインを設けるだけで済むので、上記のようにオートクレーブ５の頂部並びに第１予熱槽１及び第２予熱槽３の頂部に接続した複数の排出ラインの各々にバイパスラインを設ける場合と比べて、設備コストを削減することができるうえ、より効率的に廃蒸気を熱源として利用することが可能になる。

【0022】

なお、非常用電力供給装置の熱源として利用するために上記のフラッシュ蒸気の少なくとも一部又は廃蒸気の少なくとも一部を抜き出す配管系の構造は、上記の流量調整バルブ及びそのバイパスラインに限定されるものではなく、例えば、フラッシュ蒸気の蒸気回収ライン６ｂ、７ｂや、廃蒸気の大気放出管等の蒸気配管系から分岐して後述の蒸発器１３ｃに至る分岐配管系に流量調整バルブを設けてもよい。この場合は、蒸発器１３ｃで熱交換した後に排出されるフラッシュ蒸気や廃蒸気は、上記の蒸気配管系の分岐点よりも下流側に戻してもよいし、あるいは、該蒸気配管系には戻さずに、別途設けた回収配管系で処理してもよい。

【0023】

２．非常用電力供給装置
次に本発明の実施形態に係る非常用電力供給装置について図４を参照しながら説明する。この本発明の実施形態の非常用電力供給装置は、非常時に停止した発電設備を起動させる非常用電力を給電する役割を主に担っており、高圧ガス状の作動媒体の断熱膨張により回転する膨張機（エキスパンダ）１０と、膨張機１０の回転により発電を行なう発電機１１と、発電機１１によって発電した電力を蓄電する蓄電池１２と、上記の作動媒体が循環する循環系１３とから構成される。そして、この循環系１３は、膨張機１０から排出されるガス状の作動媒体を液体状に凝縮させる凝縮器１３ａと、該液状の作動媒体を昇圧させるポンプ１３ｂと、ポンプ１３ｂで昇圧された高圧液状の作動媒体を外部熱源との熱交換により蒸発させて膨張機１０を回転駆動させる上記高圧ガス状の作動媒体を発生させる蒸発器１３ｃとを備えている。

【0024】

かかる構成により、上記の湿式製錬プラントやそのユーティリティー設備を稼働する発電設備が何らかのトラブルで停止した場合であっても、この停止した発電設備を起動させるための起動装置に蓄電池１２から起動電力を供給することができる。この蓄電池１２から供給される起動電力は、湿式製錬プラントの平常運転時に蓄電された電力であるため、上記発電設備が停止する非常時であっても直ちに該発電設備の起動装置に起動電力を供給することができるうえ、従来の非常用バックアップ電源設備のように長期間に亘って停止状態にあるディーゼル発電機を起動させて起動電力を供給するものではないため、機械的トラブル等の要因により起動が失敗する問題が生じにくい。

【0025】

上記の本発明の実施形態の非常用電力供給装置を構成する各機器について以下具体的に説明する。膨張機１０は、選定した作動媒体によって安定的に回転駆動されるものであれば特に限定はなく、スクリュー式、ロータリー式、スクロール式、タービン式等の回転機を用いることができるが、これらの中ではスクリュー式膨張機を用いることが好ましい。スクリュー式膨張機は、回転軸が互いに平行に配設された雌雄１対のスクリューロータが、それらのギヤ同士わずかな隙間をあけて噛み合った状態でケーシング内に収容された構造を有している。

【0026】

これら両スクリューロータは、互いに反対方向に回転することでそれらの噛み合い部分が吸入側（高圧側）から吐出側（低圧側）へ移動するに従って、各スクリューロータとケーシング内壁とによって画定される歯溝空間の容量が徐々に増大するようになっている。これにより、吸気側からケーシング内に導入された高圧ガス状の作動媒体は、排気側へ移動するに従って断熱膨張することで降圧し、その過程で両スクリューロータを回転駆動させ、最終的に排気側から低圧ガス状の作動媒体として排出される。上記の両スクリューロータのうちの一方の回転軸には発電機１１の駆動軸が接続しており、これにより上記の両スクリューロータの回転により得られる回転エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換することが可能になる。

【0027】

なお、上記の雌雄１対のスクリューロータからなる膨張機に代えて１本のスクリューロータで構成される膨張機を用いてもよい。この場合は、例えば、同軸上に２つのスクリュー部を直列に配設し、吸気側に配設される第１スクリュー部において１段階目の膨張を行った後に、排気側に配設される第２スクリュー部において２段階目の膨張を行なうことができる。このように２段階で作動媒体を膨張させることで、膨張機をより効率的に駆動させることが可能になる。

【0028】

上記の作動媒体は水よりも低沸点であれば特に限定はなく、例えば、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）、フルオロカーボン、フルオロケトン、パーフルオロポリエーテル等を用いることができる。上記のフルオロカーボンの中では塩素を有していないハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）が好ましく、特にＲ２４５ｆａ（ペンタフルオロプロパン）は、オゾン破壊係数（ＯＤＰ）がゼロであって、環境負荷が少ない不活性ガスであるのでより好ましい。Ｒ２４５ｆａを用いることで、仮に漏洩が生じた場合でも環境に対する影響を低く抑えることができる。

【0029】

上記の膨張機１０を回転させる作動媒体が循環する循環系１３は、膨張機１０の下流側に位置する凝縮器１３ａ、凝縮器１３ａで凝縮された作動媒体を昇圧させるポンプ１３ｂ、該昇圧した作動媒体を蒸発させる蒸発器１３ｃ、及びこれら機器をこの順に接続する配管によって構成される。上記の循環系１３を構成する凝縮器１３ａ、ポンプ１３ｂ、及び蒸発器１３ｃに膨張機１０を加えた機器群は、図５の作動媒体のｐ－ｈ線図上に略台形で示すようにランキンサイクルを構成するので、使用する作動媒体の種類、凝縮器１３ａに利用する冷媒の温度、外部熱源の温度等の条件が定まれば、凝縮器１３ａや蒸発器１３ｃの伝熱面積、ポンプ１３bの能力を求めることができる。

【0030】

例えば、上記の外部熱源として、前述したように湿式製錬プラントのオートクレーブ５で生成される浸出スラリーのフラッシュ蒸気を用いたり、オートクレーブ５から排出される廃蒸気や、第１予熱槽１及び第２予熱槽から排出される廃蒸気を用いたりする場合は、温度が７０℃以上８０℃未満、流量が５０ｔ／ｈ以上６０ｔ／ｈ未満のフラッシュ蒸気を蒸発器１３ｃに高温側流体として導入することができる。この場合は、約６０ｋＷの電力を発電機１１で発電して蓄電池１２に供給することができる。

【0031】

凝縮器１３ａは、膨張機１０から排出される低圧ガス状の作動媒体を冷却して液体の作動媒体に凝縮させる熱交換器からなる。この熱交換器の種類については作動媒体と冷媒との熱交換を良好に行なうことができるものであれば特に限定はないが、複数枚の略矩形板状の金属製伝熱プレートを流路確保のため隣接するもの同士隙間をあけた状態で重ね合わせた構造のプレート型熱交換器を用いることが好ましい。これにより、両側を除いて１枚毎に高温側流体と低温側流体とを交互に流すことができるので、極めて効率よく熱交換を行なうことができる。高温側流体である作動媒体との熱交換を行なう低温側流体には、海水、工業用水、チラー水などの冷媒を用いることができる。凝縮器１３ａの高温側流路を出た低圧液状の作動媒体は、次にポンプ１３ｂに導入され、ここで膨張機１０の入口圧力まで昇圧される。ポンプ１３ｂの種類には特に限定はなく、遠心式ポンプ、ダイヤフラムポンプ、ギアポンプ等を用いることができる。

【0032】

ポンプ１３ｂで昇圧された高圧液状の作動媒体は、次に蒸発器１３ｃに導入され、ここで外部熱源との熱交換器が行なわれて蒸発し、高圧ガス状の作動媒体になる。このようにして蒸発器１３ｃで発生させた高圧ガス状の作動媒体は再度膨張機１０に導入されることで循環系内を循環することになる。蒸発器１３ｃの種類は、外部熱源と良好に熱交換できるものであれば特に限定はないが、凝縮器１３ａと同様にプレート型熱交換器を用いるのが好ましい。

【0033】

上記の高圧液状の作動媒体との熱交換を行なう高温側流体には外部熱源の流体を利用する。例えば、前述した湿式製錬プラントのオートクレーブ５において鉄を主成分とするニッケル酸化鉱石に硫酸及び高圧蒸気を添加して高温高圧下で酸浸出処理を施し、これにより生成される浸出スラリーをフラッシュさせることで発生するフラッシュ蒸気を利用することができる。図２に示す湿式製錬プラントでは、高圧フラッシュベッセル６及び低圧フラッシュベッセル７の２箇所においてそれぞれ高圧フラッシュ蒸気及び低圧フラッシュ蒸気が発生するので、図４に示すように、蒸発器１３ｃは２基の熱交換機８、９で構成することができ、これにより高圧液状の作動媒体はこれら２基の熱交換機８、９において、上記の低圧フラッシュ蒸気及び高圧フラッシュ蒸気によって段階的に熱交換を行なうことができる。

【0034】

また、第１予熱槽１及び第２予熱槽３から排出される廃蒸気を外部熱源の流体として利用する場合は、例えば、第２予熱槽３の頂部に接続した排出ラインから排出される廃蒸気を熱交換器８に導入し、第１予熱槽１の頂部に接続した排出ラインから排出される廃蒸気を熱交換器９に導入することで、上記と同様に段階的に熱交換を行なうことができる。あるいは、外部熱源の流体に、オートクレーブ５から排出される廃蒸気のみを利用してもよいし、集約タンク２０の大気排出管から排出される廃蒸気を利用してもよい。これらの場合は、上記のように複数基の熱交換器を用いる必要がなく、図３に示すように１基の熱交換器２１だけで済むので設備コストを抑えることができる。

【0035】

発電機１１によって発電した電力は蓄電池１２に貯電される。発電機１１では交流電流が発電されるので、発電機１１は第１ＡＣ／ＤＣ変換器１４を介して蓄電池１２に電気的に接続している。蓄電池１２の容量は非常時に給電する設備に必要な電力及び給電時間を考慮して適宜定められる。例えば非常時に給電する設備がガスタービン方式の発電設備の起動装置の場合は、この起動装置を安定的に起動するために必要な電力量を貯電可能な蓄電池が選定される。

【0036】

蓄電池１２の種類については特に限定はなく、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ＮＡＳ電池等を用いることができる。これらの中では、正極に硫黄、負極にナトリウム、電解質にβ-アルミナを用いた二次電池であるＮＡＳ（ナトリウム硫黄）電池が好ましい。その理由は、ＮＡＳ電池を用いればリチウムイオン電池に比べて遜色のないエネルギー密度を得ることができるうえ、ＮＡＳ電池は安価で長寿命な電池であるため、リチウムイオン電池を用いた場合に比べてコスト的に有利になるからである。

【0037】

蓄電池１２の放電側は、第１スイッチ１５、第２ＡＣ／ＤＣ変換器１６及び第２スイッチ１７を介して非常時の給電先となる例えば発電設備の起動装置に電気的に接続している。これにより、非常時はこれら第１スイッチ１５及び第２スイッチ１７を閉じることによって、該起動装置に電力を供給することができる。この第２ＡＣ／ＤＣ変換器１６の１次側の第１スイッチ１５及び第２ＡＣ／ＤＣ変換器１６の２次側の第２スイッチ１７の開閉操作は、オペレータによって手動で行ってもよいし、例えばＤＣＳ（分散制御システム）等の制御手段において、発電設備の電力供給が停止したことを知らせる信号が入力されたときにこれら第１、第２スイッチ１５、１７が自動的に閉じるようにプログラムしておいてもよい。なお、蓄電池１２からの非常用電力の供給対象となる発電設備の基数は図４に示す１基に限定されるものではなく、複数基であってもよい。このように蓄電池１２から複数基に給電する場合は、これら複数基の発電設備の起動装置の各々にスイッチを介して蓄電池１２の放電側を電気的に接続すればよい。

【0038】

蓄電池１２の放電側の回路を上記のように構築することで、複数基の発電設備の起動装置に対して一度に電力を供給することができるが、複数基の発電設備が工場内に設けられているときに、これらを同時に立ち上げることは一般的に行なわない。よって、少なくとも１基の発電設備を起動させることができれば、そこから他の発電設備の起動装置に電力を供給することができるので、予め定めておいた初めに起動させる発電設備にのみ蓄電池１２から給電できるようにすると共に、この初めに起動させる発電設備と他の発電設備の起動装置とを電気的に接続する回路を構築しておけばよい。これにより、蓄電池１２の容量は、上記の初めに起動させる発電機等の起動装置を稼働させるために必要な電力量を蓄電するだけでよいため、蓄電池１２を小型化することができる。また、これに伴って非常用電力供給装置も小型化することが可能になる。

【0039】

更に、図４に示すように、第２ＡＣ／ＤＣ変換器１６の２次側を分岐させて、第３スイッチ１８を介して湿式製錬プラントを構成する機器群の少なくとも一部に蓄電池１２の電力を供給できるようにしてもよい。この場合は、第１スイッチ１５、及び第３スイッチ１８を両方とも閉じることによって、該構成設備に電力を供給することができる。これにより、湿式製錬プラントに電力を供給する全ての発電設備が停止する非常時においても、該湿式製錬プラントの一部の構成機器には蓄電池１２から蓄電量に応じて電力を供給し続けることができるので、例えば流動状態が停止すると固形分が分離して底部で固化してしまうような流体を取り扱う機器等のように、運転が停止すると問題が生じるような最低限の機器に対して給電を継続させることができる。

【0040】

３．非常用電力供給装置の運転方法
次に、図４に示すように、本発明の実施形態の非常用電力供給装置の蓄電池１２の放電側の回路を、第２ＡＣ／ＤＣ変換器１６を介して発電設備の起動装置及び湿式製錬プラントの一部の構成設備に電気的に接続する場合をとり挙げて、該非常用電力供給装置の運転方法を説明する。

【0041】

（１）平常時の運転方法
発電設備が正常に稼働し、その電力が給電されることで湿式製錬プラントも正常に稼働している平常時は、第１スイッチ１５を開状態にして運転を行なう。この平常時においては、湿式製錬プラントのフラッシュベッセルから発生するフラッシュ蒸気を一部抜き出して外部熱源として循環系１３の蒸発器１３ｃに導入できるので、その熱交換により蒸発した高圧ガス状の作動媒体によって膨張機１０が回転し、これにより発電される発電機１１の電気を蓄電池１２に蓄電することができる。なお、第２スイッチ１７及び第３スイッチ１８は閉状態でもよいが、開状態にしておくのが好ましい。

【0042】

（２）発電設備停止時（非常時）の運転方法
発電設備が非常停止し、これに伴って湿式製錬プラントの稼働も停止した時は、第１スイッチ１５を閉状態にし、第２スイッチ１７が開状態であればこれも閉状態にする。これにより、蓄電池１２から発電設備の起動装置に電力が供給されるので、発電設備を起動させることができる。なお、発電設備の起動装置を稼働させるために必要な電力が３００ｋＷ(発電設備１基分＋関連設備)である場合は、蓄電池１２は５００ｋＷの電力を供給する能力を有する容量を有しているのが望ましく、これにより起動装置をより円滑に起動させることができる。

【0043】

上記のように第１スイッチ１５及び第２スイッチ１７を閉状態にしたうえで、更に第３スイッチ１８を閉状態にしてもよい。この場合は、湿式製錬プラントを構成する機器群のうち、予め定めておいた給電対象の機器（例えば、オートクレーブの撹拌機のように、非常時にも運転を継続させることが望ましい最低限の機器）に対して電力を供給することができる。これにより、発電設備が復旧するまでの間、蓄電池１２の蓄電量に応じて上記給電対象の機器の運転を継続することができるので、製品のロスを減らすことができるうえ、湿式製錬プラントの復旧までの時間を短縮化することができる。

【符号の説明】

【0044】

１ 第１予熱槽
２ 第１スラリーポンプ
３ 第２予熱槽
４ 第２スラリーポンプ
５ オートクレーブ
５ａ 堰
５ｂ 貯留部
６ 高圧フラッシュベッセル
６ａ フラッシュ弁
６ｂ 蒸気回収ライン
６ｃ バイパスライン
７ 低圧フラッシュベッセル
７ａ フラッシュ弁
７ｂ 蒸気回収ライン
７ｃ バイパスライン
８、９、２１ 熱交換器
１０ 膨張機
１１ 発電機
１２ 蓄電池
１３ 循環系
１３ａ 凝縮器
１３ｂ ポンプ
１３ｃ 蒸発器
１４ 第１ＡＣ／ＤＣ変換器
１５ 第１スイッチ
１６ 第２ＡＣ／ＤＣ変換器
１７ 第２スイッチ
１８ 第３スイッチ
２０ 集約タンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】