CN101432919A - 固体氧化物型燃料电池系统及其运行方法 - Google Patents

固体氧化物型燃料电池系统及其运行方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101432919A
CN101432919A CNA2007800117418A CN200780011741A CN101432919A CN 101432919 A CN101432919 A CN 101432919A CN A2007800117418 A CNA2007800117418 A CN A2007800117418A CN 200780011741 A CN200780011741 A CN 200780011741A CN 101432919 A CN101432919 A CN 101432919A
Authority
CN
China
Prior art keywords
methanation
catalyst layer
reforming
fuel cell
solid oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007800117418A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101432919B (zh
Inventor
水野康
定兼修
杉浦行宽
安齐岩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eneos Corp
Original Assignee
Nippon Oil Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Oil Corp filed Critical Nippon Oil Corp
Publication of CN101432919A publication Critical patent/CN101432919A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101432919B publication Critical patent/CN101432919B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0668—Removal of carbon monoxide or carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
    • C01B3/58—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction
    • C01B3/586—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction the reaction being a methanation reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/08—Production of synthetic natural gas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/0445—Selective methanation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1247—Higher hydrocarbons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0637—Direct internal reforming at the anode of the fuel cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

固体氧化物型燃料电池系统及其运行方法。提供一种SOFC系统及其运行方法，该SOFC系统以煤油为重整原料，可高效率地对电池进行冷却，可稳定地运行不会使效率降低。固体氧化物型燃料电池系统包括：重整部件，其对煤油进行重整从而得到重整气体；甲烷化催化剂层，其设置在所述重整部件的下游且能够促进甲烷化反应；冷却部件，其对该甲烷化催化剂层进行冷却；和固体氧化物型燃料电池，其设置在该甲烷化催化剂层的下游。固体氧化物型燃料电池系统的运行方法包括：对煤油进行重整以得到重整气体的步骤；通过甲烷化反应增加该重整气体中的甲烷量的甲烷化步骤；以及将从该甲烷化步骤中得到的气体提供给固体氧化物型燃料电池的步骤。

Description

固体氧化物型燃料电池系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及使用煤油(kerosene)作为重整(reforming)原料的固体氧化物型燃料电池系统。
背景技术
在固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell。以下情况时称为SOFC)中，对煤油等重整原料进行重整，以得到含有氢的重整气体，将重整气体作为燃料提供给SOFC。
在专利文献1中，公开了间接内部重整型SOFC，具有在SOFC的近旁设置重整器，将它们装在罐体内的结构。
专利文献1：特开2002—358997号公报
发明内容
在SOFC中，随着输出的增加流过电池的电流增加，从而由电池的电阻产生的发热增加。在输出增加时，该发热有可能使电池的温度超过希望的范围。
在使用甲烷作为燃料的SOFC的情况下，即使向电池直接提供甲烷，也能在阳极电极的表面上对甲烷进行重整而生成氢，从而进行发电。此外，由于水蒸汽重整反应是伴随着很大的吸热的反应，所以通过在电池内对甲烷进行水蒸汽重整，在得到氢的同时还能够有效地对电池进行冷却。
另一方面，在重整原料中使用煤油等高次碳氢化合物的情况下，将没有进行重整的碳氢化合物成分提供给运行温度高的SOFC时，有可能会由于碳的析出而使运行的稳定性受到影响。从而，希望使煤油等的高次碳氢化合物完全转化为Cl化合物(碳原子数为1的化合物)。为此在高温下进行重整反应。重整气体的组成被重整反应温度的平衡支配，并且在高温下进行重整反应时成为甲烷浓度低的气体组成。因此，在向SOFC提供对煤油进行重整后的重整气体的情况下，几乎不期待如前所述那样电池内部的甲烷重整而产生的冷却效果。
不能抑制输出增加时电池温度的上升的情况下，电池的温度分布变大，有时还会由于热冲击而使电池破损。为了抑制电池温度过于上升，大量地提供供给气体，特别是阴极气体，从而能够对电池进行冷却。但是，在该情况下，由于为了提供大量的阴极气体而消费了大量电能，即由于补机损失变大，所以SOFC系统的发电效率降低。
本发明的目的是提供一种SOFC系统及其运行方法，该SOFC系统以煤油为重整原料，可高效率地对电池进行冷却，可稳定地运行而不会使效率降低。
根据本发明，提供一种固体氧化物型燃料电池系统，包括：
重整部件，其对煤油进行重整从而得到重整气体；
甲烷化催化剂层，其设置在所述重整部件的下游且能够促进甲烷化反应；
冷却部件，其对该甲烷化催化剂层进行冷却；和
固体氧化物型燃料电池，其设置在该甲烷化催化剂层的下游。
所述重整部件可以包括能够对煤油进行重整的重整催化剂层。
所述甲烷化催化剂层可以含有与所述重整催化剂层同一种类的催化剂。
所述重整催化剂层可以含有贵金属系重整催化剂，所述甲烷化催化剂层可以含有镍系重整催化剂。
所述重整催化剂层和甲烷化催化剂层可以被装在不同的反应容器中。
根据本发明，提供一种固体氧化物型燃料电池系统的运行方法，包括：
对煤油进行重整以得到重整气体的步骤；
通过甲烷化反应增加该重整气体中的甲烷量的甲烷化步骤；以及
将从该甲烷化步骤中得到的气体提供给固体氧化物型燃料电池的步骤。
根据本发明，提供了一种SOFC系统及其运行方法，该SOFC系统以煤油为重整原料，可高效率地对电池进行冷却，可稳定地运行而不会使效率降低。
附图说明
图1是表示本发明的SOFC系统的例子的概要的示意图。
附图标记说明
1  重整器
2  重整催化剂层
3  甲烷化反应器
4  甲烷化催化剂层
5  冷却部件
6  SOFC
6a SOFC的阳极
6b SOFC的固体氧化物电解质
6c SOFC的阴极
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的一个实施方式，但是本发明不限于此。
图1是表示本发明的SOFC系统的例子的概要的示意图。如图1所示，将预先汽化了的煤油和水蒸汽提供给重整器1。重整器在反应容器内具有重整催化剂层2，该重整催化剂层2填充了可对煤油进行重整的重整催化剂。
其中，在对煤油进行重整以得到重整气体的重整部件中，使用可对煤油进行重整的重整催化剂层。重整催化剂层装在反应容器中进行使用。但是，不限于此，也不必必须使用催化剂，例如也可以采用用来对煤油进行部分氧化重整的燃烧器。这样的燃烧器至少将其前端装在反应容器中进行使用。
在重整器中，重整原料即煤油被水蒸汽重整，得到含有氢的重整气体。如果重整原料为CnH2n+2(n是自然数)，那么用式(I)表示水蒸汽重整反应。再有，如果重整反应是部分氧化重整反应，那么用式(II)表示。
在重整时使用催化剂的情况下，在重整时还发生用式(III)表示的转移反应。转移反应是还能朝逆向进行的平衡反应。
此外，在重整时使用催化剂的情况下，在重整时还能发生甲烷化反应。甲烷化反应是由氢与一氧化碳或二氧化碳生成甲烷的反应，用式(IV)或式(V)表示。式(IV)和式(V)中的任何一个反应都是发热反应，温度低时甲烷生成的多。此外，式(IV)和式(V)中的任何一个反应都是还能朝逆向进行的平衡反应。再有，例如如果水蒸汽/碳的比为3.0，重整温度(重整催化剂层出口温度)在700℃以上，反应压力大概为大气压，那么催化剂出口湿化的重整气体中甲烷的浓度低到0.3摩尔％以下的程度。
[化1]
CnH2n+2+nH2O→nCO+(2n+1)H2         (I)
CnH2n+2+(n/2)O2→nCO+(n+1)H2       (II)
CO+H2O→CO2+H2                     (III)
CO+3H2→CH4+H2O                    (IV)
CO2+4H2→CH4+2H2O                  (V)
在重整部件的下游设置甲烷化催化剂层。其中，在重整器的下游设置与重整器不同的甲烷化反应器3，通过管道连接它们。甲烷化反应器在反应容器内具有甲烷化催化剂层4，该甲烷化催化剂层4可促进生成甲烷的甲烷化反应。通过重整部件得到的重整气体从重整器中排出，提供给甲烷化反应器3。其中所谓的下游指的是对于重整气体的流动来说的下游。
在甲烷化反应器中，甲烷化反应使重整气体中甲烷的量增加。为此，要对甲烷化催化剂层进行冷却，使甲烷化反应的温度(甲烷化催化剂层的出口温度)比重整温度低。
作为使甲烷化催化剂层的温度降低的冷却部件，可以利用能够采用热介质进行热交换的热交换结构。例如，可以使用贯通甲烷化催化剂层的中间的管、在甲烷化催化剂层的周围设置的管、或者它们的组合作为冷却部件。在该管中流过冷却介质，可以通过调节冷却介质的温度或流量等，对甲烷化催化剂层进行冷却。
其中，作为冷却部件，在甲烷化反应器中具有可对甲烷化催化剂层进行冷却的冷却管5。更具体地说，设置贯通甲烷化催化剂层的管。通过在该管中流过冷却介质，可以对甲烷化催化剂层进行冷却。
作为冷却介质，可以适当地使用能够对甲烷化催化剂层进行冷却的温度的流体。例如，可以使用空气作为冷却介质，在通过空气对甲烷化催化剂层进行冷却的同时，对空气进行预热而可以在阴极气体中加以利用。此外，在冷却介质中使用水蒸汽，对甲烷化催化剂层进行冷却的同时，还能够对提供给重整器的水蒸汽进行预热。
在甲烷化催化剂层的下游连接有SOFC，特别是SOFC的阳极。其中，在甲烷化反应器的下游设置SOFC，甲烷化反应器和SOFC的阳极通过管道连接。其中所谓的下游指的是对于重整气体(包括甲烷增加了的重整气体)的流动来说的下游。如上所述，增加了甲烷的重整气体被作为阳极气体提供给SOFC6的阳极6a。另一方面，阴极气体被提供给阴极6c。使用空气等含有氧的气体作为阴极气体。阳极气体中的氢与阴极气体中的氧通过固体氧化物电解质6b发生电化学反应，进行发电，电池发热。
阳极气体中的甲烷在SOFC的内部，特别是在阳极电极上进行水蒸汽重整，转变为氢，在电化学反应中被利用。此时，由于水蒸汽重整反应的大量吸热，使电池被高效地冷却。从阳极和阴极中排出的气体在热利用等中被适当利用后，被排出到系统外(未图示)。
其中，利用来自于SOFC的辐射热作为重整器1中的水蒸汽重整反应所需要的热。即，其中采用所谓的间接内部重整型SOFC。将重整器设置在接受来自于SOFC的辐射热的位置上。可以将SOFC和重整器装在罐体等容器中。再有，本发明还能够适用于间接内部重整型SOFC以外的SOFC。
通过电池内部的甲烷重整来进行某种程度的冷却，从而调节甲烷化反应温度。例如，如果甲烷化反应温度(甲烷化催化剂出口温度)为500℃左右，那么在压力大概为大气压的情况下，增加了甲烷的重整气体中的甲烷浓度能够达到10摩尔％(按湿量计算)左右。
即使不使甲烷增加，SOFC的温度也在适当的范围内时，也可以不使甲烷增加。在该情况下，也可以通过停止向冷却管5提供冷却介质等，不进行冷却。例如，监视SOFC的温度，调节冷却介质的供给量，以使其温度在规定的范围内。
作为SOFC，可以适当地选择并采用平板型或圆筒型等公知的SOFC。例如SOFC的阳极电极中一般含有镍。在这样的SOFC中，甲烷在阳极电极的表面上被重整。在电池的温度例如在800℃以上的情况下，阳极电极表面上的甲烷重整的冷却效果显著。虽然还要根据电池的材质而定，但是从防止由于热而劣化的观点出发，在大概1000℃以下运行SOFC。
在图1中，分布设置重整器和甲烷化反应器。在容易与重整温度独立地控制甲烷化催化剂层的温度这一点上，这是优选的。但是不限于此，也可以在一个反应容器的内部设置重整催化剂层和甲烷化催化剂层，通过在甲烷化催化剂层的内部设置冷却管等来设置冷却部件。在重整催化剂可促进甲烷化反应的情况下，也可以在重整催化剂和甲烷化催化剂中使用相同的催化剂，但是在该情况下，没有必要明确区分重整催化剂和甲烷化催化剂层，在一个反应容器的内部填充催化剂，在催化剂层的下游侧的部分中设置冷却部件，在上游侧部分进行煤油的重整，在下游侧部分进行甲烷化反应。
在图1中示出的例子中，作为重整反应示出了水蒸汽重整反应，但是不限于此。作为可对煤油进行重整的重整催化剂，可以使用水蒸汽重整催化剂、自热重整催化剂(Auto-Thermal Reforming具有水蒸汽重整能力和部分氧化重整能力的催化剂)或者部分氧化重整催化剂。
水蒸汽重整催化剂、自热重整催化剂、部分氧化重整催化剂中的任何一种都可以从可对煤油进行重整的公知的各种催化剂中适当选择使用。作为部分氧化重整催化剂的例子可以列举铂系催化剂，作为水蒸汽重整催化剂的例子可以列举钌系和镍系催化剂，作为自热重整催化剂的例子可以列举铑系催化剂。此外，关于自热重整催化剂，如在特开2000—84410号公报、特开2001—80907号公报、“2000 Annual Progress Reports(Office ofTransportation Technologies)”、美国专利5,929,286号公报等中记载的那样，已知镍和铂、铑、钌等的贵金属等具有那些活性。作为催化剂的形状，可以适当采用片状、蜂窝状、其它过去已知的形状。
作为甲烷化催化剂，可以从可促进甲烷化反应的公知的催化剂中适当选择使用。例如，可以利用水蒸汽重整催化剂或自热重整催化剂等作为甲烷化催化剂。即，可以在重整催化剂和甲烷化催化剂中使用相同种类的催化剂。特别是，可以用一种催化剂形成重整催化剂层和甲烷化催化剂层。这可有效地减少使用的资材的种类。或者，也可以在重整催化剂中使用贵金属系重整催化剂，在甲烷化催化剂中使用镍系催化剂。贵金属系重整催化剂是含有铂、铑或钌的催化剂，煤油重整性能优异。虽然镍系催化剂含有镍，但是由于不含贵金属，所以比较便宜。从而从煤油重整性能和成本的观点出发，优选组合使用它们。
在甲烷化反应器中设置贯通管作为冷却部件的方式是优选的，此外，由于热传导良好，所以粒状催化剂合适。该粒状催化剂一般作为甲烷化催化剂使用，在将氧化铝等成型为粒状的载体上载置贵金属或者镍的催化剂合适。
从使煤油完全转化的观点出发，使用催化剂时的重整温度(重整催化剂层出口温度)优选在600℃以上，更优选在650℃以上，进一步优选在700℃以上。另一方面，从抑制重整催化剂的热劣化的观点出发，重整温度优选在900℃以下，更优选在850℃以下，进一步优选在800℃以下。
水蒸汽重整反应可以在反应温度为450℃～900℃，优选在500℃～850℃，更优选在550℃～800℃的范围内进行。导入到反应系统中的水蒸汽的量定义为水分子摩尔数与制造氢用的原料中含有的碳原子摩尔数的比(水蒸汽/碳的比)，该值优选为0.5～10，更优选为1～7，进一步优选为2～5。在制造氢用的原料为液体的情况下，此时的液体空间速度(LHSV)用A/B表示，其中A(L/h)是制造氢用的原料在液体状态下的流速，B(L)是催化剂层的体积，该值优选设定为0.05～20h-1，更优选设定为0.1～10h-1，进一步优选设定在0.2～5h-1的范围。
在自热重整时，除了水蒸汽，还向原料中添加含有氧的气体。作为含有氧的气体，虽然纯氧好，但是从获得的容易性出发，优选空气。可以添加含有氧的气体，以获得能够平衡伴随着水蒸汽重整反应的吸热反应，并且保持重整催化剂层或SOFC等的温度或者使它们升温的发热量。含有氧的气体的添加量用氧分子摩尔数与重整原料中含有的碳原子摩尔数的比(氧/碳的比)来衡量，优选为0.05～1，更优选为0.1～0.75，进一步优选为0.2～0.6。自热重整反应的反应温度例如设定在450℃～900℃，优选在500℃～850℃，更优选在550℃～800℃的范围内。在重整原料为液体的情况下，此时的液体空间速度(LHSV)优选在0.1～30，更优选在0.5～20，进一步优选在1～10的范围内选择。导入到反应系统中的水蒸汽的量用水蒸汽/碳的比来衡量，优选为0.3～10，更优选为0.5～5，进一步优选为1～3。
在部分氧化重整时，向原料中添加含有氧的气体。作为含有氧的气体，虽然纯氧好，但是从获得的容易性出发，优选空气。为了确保用来进行反应的温度，决定有热损失等时的适当的添加量。其量用氧分子摩尔数与制造氢用的原料中含有的碳原子摩尔数的比(氧/碳的比)来衡量，优选为0.1～3，更优选为0.2～0.7。部分氧化反应的反应温度，在不使用催化剂的情况下反应温度可以在1,000～1,300℃的范围内，在使用催化剂的情况下设定在450℃～900℃，优选在500℃～850℃，更优选在550℃～800℃的范围内。在制造氢用的原料为液体的情况下，此时的液体空间速度(LHSV)优选在0.1～30的范围内选择。在进行部分氧化反应的情况下，为了抑制反应系统中煤烟的产生，可以导入水蒸汽，其量用水蒸汽/碳的比来衡量，优选为0.1～5，更优选为0.1～3，进一步优选为1～2。
[其它机器]
除了上述机器，具有重整器的燃料电池系统的公知的构成要素也可以根据需要适当设置。如果列举具体的例子，产生用来对提供给燃料电池的气体进行加湿的水蒸汽的水蒸汽发生器；用来对燃料电池等各种机器进行冷却的冷却系统；用来对各种流体进行加压的泵、压缩机、鼓风机等的加压部件；用来调节流体的流量，或者用来遮断/转换流体的流动的阀等流量调节部件或流路遮断/转换部件；用来进行热交换/热回收的热交换器；使液体气化的气化器；使气体冷凝的冷凝器；通过水蒸汽等使各种机器外热的加热/保温部件；各种流体的贮藏部件；测试用的空气或电气系统等；控制用的信号系统、控制装置、输出用或动力用等的电气系统等。
产业上的利用可能性
本发明的SOFC系统例如可以利用在固定设置用或者移动体用的发电系统、或者废热发电系统中。

Claims (6)

1.一种固体氧化物型燃料电池系统，包括：
重整部件，其对煤油进行重整从而得到重整气体；
甲烷化催化剂层，其设置在所述重整部件的下游且能够促进甲烷化反应；
冷却部件，其对该甲烷化催化剂层进行冷却；和
固体氧化物型燃料电池，其设置在该甲烷化催化剂层的下游。
2.如权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池系统，其中，所述重整部件包括能够对煤油进行重整的重整催化剂层。
3.如权利要求2所述的固体氧化物型燃料电池系统，其中，所述甲烷化催化剂层含有与所述重整催化剂层同一种类的催化剂。
4.如权利要求2所述的固体氧化物型燃料电池系统，其中，所述重整催化剂层含有贵金属系重整催化剂，所述甲烷化催化剂层含有镍系重整催化剂。
5.如权利要求2到4中任何一项所述的固体氧化物型燃料电池系统，其中，所述重整催化剂层和甲烷化催化剂层被装在不同的反应容器中。
6.一种固体氧化物型燃料电池系统的运行方法，包括：
对煤油进行重整以得到重整气体的步骤；
通过甲烷化反应增加该重整气体中的甲烷量的甲烷化步骤；以及
将从该甲烷化步骤中得到的气体提供给固体氧化物型燃料电池的步骤。
CN2007800117418A 2006-04-07 2007-04-04 固体氧化物型燃料电池系统及其运行方法 Expired - Fee Related CN101432919B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006106190A JP4933818B2 (ja) 2006-04-07 2006-04-07 固体酸化物形燃料電池システムの運転方法
JP106190/2006 2006-04-07
PCT/JP2007/057529 WO2007116897A1 (ja) 2006-04-07 2007-04-04 固体酸化物形燃料電池システムとその運転方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101432919A true CN101432919A (zh) 2009-05-13
CN101432919B CN101432919B (zh) 2012-08-15

Family

ID=38581187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800117418A Expired - Fee Related CN101432919B (zh) 2006-04-07 2007-04-04 固体氧化物型燃料电池系统及其运行方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20090291336A1 (zh)
EP (1) EP2006947A4 (zh)
JP (1) JP4933818B2 (zh)
KR (1) KR101355238B1 (zh)
CN (1) CN101432919B (zh)
CA (1) CA2648559A1 (zh)
TW (1) TWI385845B (zh)
WO (1) WO2007116897A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107163989A (zh) * 2017-06-14 2017-09-15 大连理工大学 一种中高温含焦油/烃类原料气甲烷化方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2624999T3 (es) 2007-08-13 2017-07-18 Godo Kaisha Ip Bridge 1 Dispositivo de transmisión radio y método de transmisión radio
JP5140443B2 (ja) * 2008-01-17 2013-02-06 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの運転方法
JP5964082B2 (ja) * 2012-02-29 2016-08-03 三菱日立パワーシステムズ株式会社 発電システム及び燃料電池の冷却方法
FR3034570B1 (fr) 2015-03-30 2019-06-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Systeme de production d'electricite par pile a combustible sofc avec circulation des especes carbonees en boucle fermee
DE102017215964A1 (de) 2017-09-11 2019-03-14 Contitech Schlauch Gmbh Mehrschichtiger flexibler Schlauch
JP7173776B2 (ja) * 2018-07-23 2022-11-16 東京瓦斯株式会社 燃料電池システム及び発電方法
CN115275287B (zh) * 2022-09-28 2023-02-14 广东佛燃科技有限公司 一种用于sofc系统的反应器及其运行方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6110861A (en) 1997-06-02 2000-08-29 The University Of Chicago Partial oxidation catalyst
JP2000084410A (ja) 1998-07-14 2000-03-28 Idemitsu Kosan Co Ltd オ―トサ―マルリフォ―ミング触媒および水素または合成ガスの製造方法
EP1077198A3 (en) 1999-08-19 2001-03-07 Haldor Topsoe A/S Process for pre-reforming of oxygen-containing gas
AU7953500A (en) * 1999-10-21 2001-04-30 Ebara Corporation Method of producing hydrogen by gasification of combustibles and electric power generation using fuel cell
JP4620230B2 (ja) * 2000-08-31 2011-01-26 出光興産株式会社 水素含有ガス中の一酸化炭素除去触媒及び該触媒を用いる水素含有ガス中の一酸化炭素の除去方法
JP4460126B2 (ja) * 2000-08-31 2010-05-12 出光興産株式会社 水素含有ガス中の一酸化炭素の除去方法
JP2002100388A (ja) * 2000-09-21 2002-04-05 Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd 燃料電池用の水素製造方法及びその製造装置
AUPR324201A0 (en) * 2001-02-21 2001-03-15 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell system
JP2002326803A (ja) * 2001-05-07 2002-11-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素精製装置
JP3539562B2 (ja) 2001-05-31 2004-07-07 日本電信電話株式会社 固体酸化物形燃料電池スタック
JP3863774B2 (ja) * 2001-12-19 2006-12-27 三洋電機株式会社 燃料電池システム
JP4135871B2 (ja) * 2002-03-25 2008-08-20 丸紅株式会社 排熱を熱源として灯油または軽油を改質する装置及び方法
AUPS244802A0 (en) * 2002-05-21 2002-06-13 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107163989A (zh) * 2017-06-14 2017-09-15 大连理工大学 一种中高温含焦油/烃类原料气甲烷化方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101355238B1 (ko) 2014-01-27
CN101432919B (zh) 2012-08-15
TWI385845B (zh) 2013-02-11
EP2006947A2 (en) 2008-12-24
CA2648559A1 (en) 2007-10-18
WO2007116897A1 (ja) 2007-10-18
US20090291336A1 (en) 2009-11-26
TW200810219A (en) 2008-02-16
JP4933818B2 (ja) 2012-05-16
KR20090005042A (ko) 2009-01-12
JP2007280797A (ja) 2007-10-25
EP2006947A4 (en) 2014-01-08
EP2006947A9 (en) 2009-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101432919B (zh) 固体氧化物型燃料电池系统及其运行方法
US7201979B2 (en) SORFC system and method with an exothermic net electrolysis reaction
US8945784B2 (en) Hydrogen production apparatus and fuel cell system using the same
CA2474270C (en) Thermal management of fuel cells
CN105720285B (zh) 一种封闭式燃料电池氢源系统
NO333930B1 (no) Fremgangsmåte for å produsere elektrisitet i en fast oksyd-brenselcelle
AU2008338499A1 (en) Fuel cell-based process for generating electrical power
CN102177086A (zh) 氢生成装置、燃料电池系统以及氢生成装置的运行方法
KR101133301B1 (ko) 수소 발생기 및 그의 용도
JP4754242B2 (ja) 水素製造装置および燃料電池システム
JP6974402B2 (ja) 改質ガスを消費するプラント及び原料ガスを改質する方法
JP2007200709A (ja) 固体酸化物形燃料電池スタックおよびその運転方法
JPH06325783A (ja) 内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池システム
JP2022076978A (ja) 燃料電池から排出されるオフガスを処理するためのシステムおよび方法。
JP5463006B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池システムの運転方法
JP4278393B2 (ja) 水素製造装置および燃料電池システム
JP4938299B2 (ja) 燃料電池発電装置の運転方法
JP5078426B2 (ja) 一酸化炭素除去器および水素製造装置
WO2004086585A2 (en) Sorfc system and method with an exothermic net electrolysis reaction
US8100994B2 (en) Process for generating electricity and hydrogen that comprises a hybrid reformer
JP2002241108A (ja) 燃料改質装置および燃料電池発電装置
WO2012091131A1 (ja) 燃料電池システム
WO2012091132A1 (ja) 燃料電池システム
KR20070040249A (ko) 냉각 장치를 갖는 연료 전지 시스템
US20080171247A1 (en) Reformer of fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120815

Termination date: 20170404

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee