特開 2025-14817 排水処理システム

(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】P2025014817

(43)【公開日】2025-01-30

(54)【発明の名称】排水処理システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/50 20060101AFI20250123BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20250123BHJP

   C02F 1/20 20230101ALI20250123BHJP

   C02F 3/00 20230101ALI20250123BHJP

   C02F 1/76 20230101ALI20250123BHJP

【ＦＩ】

B01D53/50 220

B01D53/78 ZAB

C02F1/20 B

C02F3/00 Z

C02F1/76 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023117680

(22)【出願日】2023-07-19

(71)【出願人】

【識別番号】000003285

【氏名又は名称】千代田化工建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】柚▲崎▼ 光

【テーマコード（参考）】

4D002

4D027

4D037

4D050

【Ｆターム（参考）】

4D002AA02

4D002AC10

4D002BA02

4D002BA13

4D002DA07

4D002DA35

4D002EA01

4D002EA07

4D027CA00

4D037AA15

4D037AB12

4D037BA23

4D050AA12

4D050AB35

4D050BB06

(57)【要約】

【課題】排水処理設備の処理能力を高めることなく、アンモニア発電設備から排出される含アンモニア排水を処理可能にする排水処理システムを提供する。
【解決手段】本発明によれば、アンモニア発電設備と、排煙脱硫設備と、排水処理設備を備える、排水処理システムであって、前記アンモニア発電設備は、アンモニアを燃料として用いて発電する設備であり、且つアンモニアを含む含アンモニア排水を排出するように構成され、前記排煙脱硫設備は、排気ガスに含まれる硫黄酸化物を除去可能に構成され、かつ前記排煙脱硫設備の運転で使用される水の少なくとも一部として前記含アンモニア排水を利用し、前記排水処理設備は、前記排煙脱硫設備からの排水を処理するように構成される、排水処理システムが提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンモニア発電設備と、排煙脱硫設備と、排水処理設備を備える、排水処理システムであって、
前記アンモニア発電設備は、アンモニアを燃料として用いて発電する設備であり、且つアンモニアを含む含アンモニア排水を排出するように構成され、
前記排煙脱硫設備は、排気ガスに含まれる硫黄酸化物を除去可能に構成され、かつ前記排煙脱硫設備の運転で使用される水の少なくとも一部として前記含アンモニア排水を利用し、
前記排水処理設備は、前記排煙脱硫設備からの排水を処理するように構成される、排水処理システム。

【請求項2】

請求項１に記載の排水処理システムであって、
化石燃料発電設備をさらに備え、
前記化石燃料発電設備は、化石燃料を燃料として用いて発電する設備であり、
前記排気ガスは、前記化石燃料発電設備から排出されたガスである、排水処理システム。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の排水処理システムであって、
前記排水処理設備は、前記排水中のアンモニア濃度を低減可能に構成される、排水処理システム。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載の排水処理システムであって、
前記含アンモニア排水は、前記排煙脱硫設備において前記排気ガスの冷却に用いられる、排水処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排水処理設備の処理能力を高めることなく、アンモニア発電設備から排出される含アンモニア排水を処理可能にする排水処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

火力発電のために化石燃料を燃やして生成される排気ガス中には、窒素酸化物が含まれる。このような排気ガスは、特許文献１に示すような脱硝装置において窒素酸化物をアンモニアと反応させることによって無害化した後に待機中に放出される。このように、火力発電設備では、脱硝のためにアンモニアが用いられている。

【0003】

また、近年では、特許文献２に示すように、アンモニアを燃料として用いて発電するアンモニア発電が検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－２７１０１４号公報

【特許文献2】ＷＯ２０２０／１１５８２２

【特許文献3】特開２０１０－１６４１５０号公報

【特許文献4】特開２０１１－２００８４８号公報

【特許文献5】特開２０２３－２５２７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アンモニアは、沸点が－３３．３℃であり、通常は、液化された状態で低温タンク内に収容されており、このタンクから取り出された後に気化器で気化されて用いられる。アンモニアは、通常、特許文献３に記載のように、タンク船やタンクローリなどの輸送機でタンクの近くにまで液化された状態で運ばれ、そこからローディングアームを用いてタンク内に移送される。

【0006】

ローディングアームや気化器は、水を用いて定期的に洗浄する必要があるが、アンモニアは水溶性であるために、洗浄の際に生じる排水には、アンモニアが含まれることになり、その濃度が排水基準を超えると、その排水をそのまま放出することができず、特許文献４に記載されているような排水処理設備でアンモニアを除去する必要がある。

【0007】

アンモニア発電設備でのアンモニア使用量は、脱硝設備での使用量に比べて、１００倍以上になる場合があり、アンモニア使用量の増大に応じて、タンク、ローディングアーム、気化器が何れも大型化するので、洗浄の際に生じる排水量も増大する。そして、既存の排水処理設備が、増大した量の排水を受け入れることができなければ、排水処理設備の増強又は新設によって、排水処理設備の処理能力を高める必要があるが、その実現は、容易ではない場合がある。

【0008】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、排水処理設備の処理能力を高めることなく、アンモニア発電設備から排出される含アンモニア排水を処理可能にする排水処理システムを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明によれば、以下の発明が提供される。
［１］アンモニア発電設備と、排煙脱硫設備と、排水処理設備を備える、排水処理システムであって、前記アンモニア発電設備は、アンモニアを燃料として用いて発電する設備であり、且つアンモニアを含む含アンモニア排水を排出するように構成され、前記排煙脱硫設備は、排気ガスに含まれる硫黄酸化物を除去可能に構成され、かつ前記排煙脱硫設備の運転で使用される水の少なくとも一部として前記含アンモニア排水を利用し、前記排水処理設備は、前記排煙脱硫設備からの排水を処理するように構成される、排水処理システム。
［２］［１］に記載の排水処理システムであって、化石燃料発電設備をさらに備え、前記化石燃料発電設備は、化石燃料を燃料として用いて発電する設備であり、前記排気ガスは、前記化石燃料発電設備から排出されたガスである、排水処理システム。
［３］［１］又は［２］に記載の排水処理システムであって、前記排水処理設備は、前記排水中のアンモニア濃度を低減可能に構成される、排水処理システム。
［４］［１］～［３］の何れか１つに記載の排水処理システムであって、前記含アンモニア排水は、前記排煙脱硫設備において前記排気ガスの冷却に用いられる、排水処理システム。

【発明の効果】

【0010】

本発明者は、鋭意検討を行ったところ、化石燃料を用いた発電設備には、通常、特許文献５に記載のように、排気ガスに含まれる硫黄酸化物を除去するための排煙脱硫設備が設けられており、この排煙脱硫設備は、排気ガスの冷却などで多量の水が使用されており、かつ多量の排水が発生しており、この排水が、排水処理設備で処理されていることに気がついた。また、排煙脱硫設備で使用される水として、アンモニアを含む水が使用されたとしても、排煙脱硫設備や排水処理設備の運転には特段の支障がない点にも気がついた。そして、この知見に基づき、アンモニア発電設備から排出される含アンモニア排水を、排煙脱硫設備での排気ガスの冷却や過失に用いることによって、排水処理設備に流入する排水の量を増やすことなく、アンモニア発電設備から排出される含アンモニア排水を処理可能であることに気がつき、本発明の完成に到った。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態の排水処理システム１の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴について独立して発明が成立する。

【0013】

図１を用いて、本発明の一実施形態の排水処理システム１について説明する。本実施形態の排水処理システム１は、アンモニア発電設備２と、排煙脱硫設備３と、排水処理設備４を備える。また、排煙脱硫設備３に供給する排気ガスを生成する化石燃料発電設備５を備えることが好ましい。これらの設備は、同一の発電所の敷地内に併設されていることが好ましいが、処理に必要な物質の授受が可能であれば、互いに離れて位置に配置されていてもよい。以下、各構成について説明する。

【0014】

＜アンモニア発電設備２＞
アンモニア発電設備２は、アンモニアを燃料として用いて発電する設備であり、且つアンモニアを含む含アンモニア排水を排出するように構成されている。アンモニア発電設備２は、一例では、ローディングアーム２ａと、タンク２ｂと、気化器２ｃと、発電機２ｄを備える。ローディングアーム２ａは、タンク船やタンクローリなどの輸送機６から液化アンモニアをタンク２ｂ内に移送するために用いられる。ローディングアーム２ａは、不図示の開閉弁と配管を有しており、一例では、配管の一端がタンク２ｂに常時接続されており、配管の他端が輸送機６に切り離し可能に接続されている。開閉弁は、配管を通じた液化アンモニアの流れを制御可能に構成されている。一例では、配管の他端が輸送機６に接続されていないときは開閉弁を閉じておき、配管の他端を輸送機に接続した状態で開閉弁を開くことによって、輸送機６から液化アンモニアをタンク２ｂに移送可能に構成されている。

【0015】

気化器２ｃは、タンク２ｂから排出された液化アンモニアを気化させて生成したアンモニアガスを発電機２ｄに供給可能に構成されている。発電機２ｄは、アンモニアガスを燃焼させて発電するように構成されている。発電機２ｄは、一例では、アンモニアガスを燃焼させるためのバーナーと、燃焼によって発生した熱で水蒸気を発生させるボイラと、発生した水蒸気によって回転可能なタービンと、タービンの回転に伴って電力を発生させる発電部を備える。また、水蒸気を水に戻す復水器を備えることが好ましい。

【0016】

ローディングアーム２ａや気化器２ｃは、水を用いて定期的に洗浄する必要があるが、アンモニアは水溶性であるために、洗浄の際に生じる排水には、アンモニアが含まれることになる。また、リークや燃焼処理できない少量のアンモニアガスを水に吸収させて処理する除がい設備からの排水にも、アンモニアが含まれる。これらの排水を以下、「含アンモニア排水」と称する。含アンモニア排水のアンモニア濃度は、例えば０．０１～２質量％であり、０．０５～１．５質量％が好ましく、０．１～１．０質量％がさらに好ましい。この濃度は、具体的には例えば、０．０１、０．０２、０．０５、０．１０、０．１５、０．２０、０．２５、０．３０、０．３５、０．４０、０．４５、０．５０、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０質量％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲又は何れか以下であってもよい。この濃度が低すぎると、含アンモニア排水をそのまま外部環境に放出することができ、本発明を適用する意義に乏しい。この濃度が高すぎると、排煙脱硫設備３での、アンモニアと硫黄酸化物の反応による発熱が顕著になりやすい。

【0017】

タンク２ｂの高さ（つまり、タンク２ｂの最高部の高さ）は、例えば、１５ｍ以上であり、３０ｍ以上が好ましく、４０ｍ以上が好ましい。この高さは、例えば、１５～１００ｍであり、具体的には例えば、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、７０、８０、９０、１００ｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲又は何れか以上であってもよい。タンク２ｂの外径は、例えば、２０ｍ以上であり、４０ｍ以上が好ましく、６０ｍ以上が好ましい。この外径は、例えば、２０～１５０ｍであり、具体的には例えば、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０ｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲であってもよい。

【0018】

脱硝に用いられるアンモニアを収容するタンクは、通常、高さが１５ｍ未満であり、外径も２０ｍ未満であり、燃料として用いられるアンモニアを収容するタンクに比べて規模が小さくその分だけ、洗浄時に発生する含アンモニア排水の量も少ない。これに対して、アンモニアを燃料として使用する場合は、その必要量が格段に多いので、ローディングアーム２ａ、タンク２ｂ、気化器２ｃのサイズが何れも大きいものとなり、大量の含アンモニア排水を発生させる。排水処理設備４は、排水の処理速度に上限があるので、すでに受け入れている排水に加えて、アンモニア発電設備２からの含アンモニア排水を受け入れると、排水の流入速度が処理速度を上回ってしまう虞があり、その場合、排水処理設備４の増強又は新設等によって排水処理速度を高める必要がある、排水処理速度を高めることは、経済面などを考慮すると実現が容易でない場合がある。そこで、本実施形態では、排水処理設備４への排水の流入速度の増大を抑制すべく、含アンモニア排水を排水処理設備４に移送するのではなく、排煙脱硫設備３に移送している。

【0019】

ところで、含アンモニア排水は、洗浄時や除がい設備使用時に大量に発生するが、それ以外のタイミングにはほとんど又は全く発生しないので、含アンモニア排水は、この排水を収容するタンクに溜めておいて、排煙脱硫設備３が受け入れ可能な速度で、排煙脱硫設備３に供給することが好ましい。含アンモニア排水を排煙脱硫設備３に供給する速度は、例えば、０．１～２０ｔ／ｈであり、０．５～１０ｔ／ｈが好ましく、１～５ｔ／ｈがさらに好ましい。この排出速度は、具体的には例えば、０．１、０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、であ６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０ｔ／ｈであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲であってもよい。

【0020】

＜排煙脱硫設備３＞
排煙脱硫設備３は、排気ガスに含まれる硫黄酸化物（例：亜硫酸ガス）を除去可能に構成された設備である。排気ガスは、通常は、化石燃料発電設備５から排出されたガスである。化石燃料発電設備５は、石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料を燃料として用いて発電する設備である。化石燃料には、通常、硫黄分が含まれているため、化石燃料を燃焼させることによって硫黄酸化物がほぼ不可避的に生成される。この硫黄酸化物は、排気ガス中に含まれるので、排気ガスをそのまま大気中に放出することができず、硫黄酸化物を除去すべく、排気ガスが排煙脱硫設備３に移送される。

【0021】

排煙脱硫設備３が硫黄酸化物を除去する方式としては、石灰石－石膏法や、アンモニア－硫安法が挙げられる。石灰石－石膏法は、石灰石等を水に溶解及び／又は懸濁させた吸収液を気液接触させて、排気ガス中の硫黄酸化物を石膏として固定化して回収する方式である。アンモニア－硫安法は、アンモニア水溶液を排気ガスと気液接触させることにより、排気ガス中の硫黄酸化物を硫安として回収する方式である。何れの方式の場合でも、排気ガスの冷却などに多量の水が使用され、かつ多量の排水が発生し、この排水が、排水処理設備４で処理されている。

【0022】

本実施形態では、排煙脱硫設備３の運転で使用される水の少なくとも一部として含アンモニア排水を利用する。これによって、排煙脱硫設備３では通常は工業用水が使用されるところ、含アンモニア排水を利用することによって、工業用水の使用量を低減することができる。また、工業用水の代わりに含アンモニア排水を利用しても、排煙脱硫設備３からの排水量は、ほとんど又は全く増大しないので、排水処理設備４の負荷を高めることなく、含アンモニア排水を処理することが可能になる。排煙脱硫設備３の運転で使用される水のうち、含アンモニア排水の割合は、例えば、１～１００質量％であり、１０～１００％が好ましく、２０～１００質量％がさらに好ましい。この割合は、具体的には例えば、１、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００質量％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲であってもよい。なお、含アンモニア排水の供給がない等の場合には、排煙脱硫設備３は、一時的に、含アンモニア排水を用いずに運転してもよい。

【0023】

ところで、石灰石－石膏法では、石灰石から溶出したカルシウムイオンが、硫黄酸化物から生成された硫酸イオンと反応して石膏が生成されるところ、炭酸カルシウムの表面にフッ素などの不溶性被膜が形成されてしまってカルシウムイオンが溶出しにくくなる場合がある。このような不溶性被膜の生成は、水溶性の陽イオンの添加によって抑制することができることが知られており、アンモニアから生成されるアンモニウムイオンについても同様の効果が期待される。このため、石灰石を溶解及び／又は分散させるための水として含アンモニア排水を用いることによって、水溶性の陽イオンを別途添加することなく、不溶性被膜の生成を抑制することができる。

【0024】

＜排水処理設備４＞
排水処理設備４は、排煙脱硫設備３からの排水を処理するように構成される。排水処理設備４は、排水に含まれるアンモニア濃度を低減可能に構成されていればよいが、特許文献４に開示されているように、セレン類、フッ素類、及びホウ素類の化合物の濃度も低減可能に構成されていることが好ましい。アンモニア濃度を低減させる方法としては、特許文献４に開示されているように、例えば、排水にＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）_２等アルカリ剤を添加してｐＨを１０以上に上げてＮＨ_３をストリッピングする方法や生物処理、さらには次亜塩素酸を添加してＮＨ_３をＮ_２に変換させる方法などが挙げられる。

【0025】

排水処理設備４での元々の処理フローに、排水中のアンモニア濃度を低減させるアンモニア除去工程が含まれている場合には、新たな工程を追加することなく、含アンモニア排水の処理が可能になる。排水処理設備４での元々の処理フローにアンモニア除去工程を含まれていない場合でも、既存の処理フローにアンモニア除去工程を追加するだけで、含アンモニア排水の処理が可能になるので、設備の大幅な増強を行うことなく、含アンモニア排水の処理が可能になる。

【符号の説明】

【0026】

１ ：排水処理システム
２ ：アンモニア発電設備
２ａ ：ローディングアーム
２ｂ ：タンク
２ｃ ：気化器
２ｄ ：発電機
３ ：排煙脱硫設備
４ ：排水処理設備
５ ：化石燃料発電設備
６ ：輸送機

【図1】