JP2003036876A - Molten carbonate type fuel cell power generator - Google Patents

Molten carbonate type fuel cell power generator

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JP2003036876A
JP2003036876A JP2001219861A JP2001219861A JP2003036876A JP 2003036876 A JP2003036876 A JP 2003036876A JP 2001219861 A JP2001219861 A JP 2001219861A JP 2001219861 A JP2001219861 A JP 2001219861A JP 2003036876 A JP2003036876 A JP 2003036876A
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JP
Japan
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cathode
gas
reformer
exhaust gas
anode
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Application number
JP2001219861A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Inoue
敏男 井上
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Original Assignee
IHI Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate electricity without discharging cathode exhaust gas to atmosphere as highly concentrated CO2 gas. SOLUTION: A reformer 10 is installed at the each entrance side of a cathode 2 and an anode 3 of a fuel cell I. Natural gas NG is reformed at the chamber of the reformer 10 to supply to the anode 3 as a fuel gas. An anode exhaust gas and a high-dens oxygen produced at an oxygen production facility 32 are supplied to the combustion chamber of the reformer 10. An exhaust gas burned at the combustion chamber of the reformer 10 is supplied to the cathode 2. An exhaust heat recovery boiler 29, cooling apparatus 30, CO2 recovery system 31 are provided on a cathode exhaust gas line 28 in order from upper stream. CO2 is recovered by removing H2 O from cathode exhaust gas that becomes only CO2 and H2 O.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は燃料の有する化学エ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー
部門で用いる燃料電池のうち、溶融炭酸塩型燃料電池の
発電装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generation device for a molten carbonate fuel cell among fuel cells used in the energy sector for directly converting chemical energy of fuel into electric energy.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質として
の溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込ませてなる電解質板
(タイル)を、カソード(酸素極)とアノード(燃料
極)の両電極で両面から挟持させ、カソード側に酸化ガ
スを供給すると共にアノード側に燃料ガスを供給するこ
とによりカソードとアノードでそれぞれ反応を行わせる
ことにより発電を行わせるようにしたものを1セルと
し、各セルをセパレータを介し多層に積層してスタック
とするようにしてある。
2. Description of the Related Art In a molten carbonate fuel cell, an electrolyte plate (tile) made by impregnating a molten carbonate as an electrolyte into a porous material is used as both a cathode (oxygen electrode) and an anode (fuel electrode). One cell is sandwiched from both sides, and one cell is configured to generate power by supplying an oxidizing gas to the cathode side and a fuel gas to the anode side to cause the cathode and the anode to react with each other. Are laminated in multiple layers via a separator to form a stack.

【0003】かかる構成の溶融炭酸塩型燃料電池を用い
た発電装置として、燃料に天然ガスを用いるようにした
ものとしては、図3に一例を示す如きシステム系統構成
のものがある。
As a power generator using a molten carbonate fuel cell having such a structure, a system system configuration as shown in FIG. 3 is available as a power generation device using natural gas as a fuel.

【0004】すなわち、電解質板1をカソード2とアノ
ード3の両電極で挟んでなるセルをセパレータを介し積
層してスタックとした構成の燃料電池Iのカソード2に
は、圧縮機4で圧縮した後、冷却器5で冷却し更に圧縮
機6で圧縮した空気Aを、空気予熱器7で予熱して空気
供給ライン8により供給すると共に、空気Aの一部を分
岐ライン9により改質器10の燃焼室へ供給するように
してあり、カソード2の出口側から排出されたカソード
排ガスは、カソード排ガスライン11を通してタービン
12へ入れてタービン12を駆動させた後、上記空気予
熱器7を通して大気へ放出するようにしてある。一方、
燃料電池Iのアノード3には、天然ガスNGを天然ガス
予熱器13,14、脱硫器15を経て改質器10の改質
室に導いて改質した後、改質ガスを燃料ガスFGとして
燃料ガス供給ライン16より供給すると共に、アノード
3の出口から排出されたアノード排ガスは、熱交換器1
7、天然ガス予熱器14、蒸発器18、天然ガス予熱器
13を通した後、凝縮器19で冷却し凝縮して気液分離
機20に導き、ここで、アノード排ガス中の水を分離
し、COを含むガスはブロワ21にて昇圧した後、ラ
イン22を通して上記熱交換器17でアノード排ガスと
熱交換させてから改質器10の燃焼室側へ導入し、該改
質器10から排出された燃焼排ガスを空気Aと合流させ
てカソード2へ供給させるようにしてある。又、気液分
離機20で分離された水23は、ポンプ24で加圧され
て給水加熱器25へ送られ、ここで加熱されて水蒸気と
して水蒸気ライン26により上記蒸発器18へ経て改質
器10の改質室へ天然ガスNGとともに供給され、スチ
ームリフォーミングが行われるようにしてある。
That is, after the cells are compressed by the compressor 4, the cathode 2 of the fuel cell I is constructed by stacking cells in which the electrolyte plate 1 is sandwiched by both electrodes of the cathode 2 and the anode 3 via the separator. The air A cooled by the cooler 5 and further compressed by the compressor 6 is preheated by the air preheater 7 and supplied by the air supply line 8, and a part of the air A is branched by the branch line 9 in the reformer 10. The cathode exhaust gas, which is supplied to the combustion chamber and is discharged from the outlet side of the cathode 2, is introduced into the turbine 12 through the cathode exhaust gas line 11 to drive the turbine 12, and then released into the atmosphere through the air preheater 7. I am doing it. on the other hand,
In the anode 3 of the fuel cell I, natural gas NG is introduced into the reforming chamber of the reformer 10 via the natural gas preheaters 13 and 14 and the desulfurizer 15 to be reformed, and then the reformed gas is used as the fuel gas FG. The anode exhaust gas discharged from the outlet of the anode 3 while being supplied from the fuel gas supply line 16 is used as the heat exchanger 1.
7. After passing through the natural gas preheater 14, the evaporator 18, and the natural gas preheater 13, the condenser 19 cools and condenses and guides them to the gas-liquid separator 20, where the water in the anode exhaust gas is separated. The gas containing CO 2 , CO 2 is pressurized by the blower 21, and is then heat-exchanged with the anode exhaust gas by the heat exchanger 17 through the line 22 and then introduced into the combustion chamber side of the reformer 10 from the reformer 10. The exhaust combustion exhaust gas is combined with the air A and supplied to the cathode 2. Further, the water 23 separated by the gas-liquid separator 20 is pressurized by the pump 24 and sent to the feed water heater 25, where it is heated and becomes steam as steam through the steam line 26 to the evaporator 18 and the reformer. It is supplied with natural gas NG to 10 reforming chambers, and steam reforming is performed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の溶融
炭酸塩型燃料電池発電装置では、前記したようにカソー
ド2に供給する酸化ガスとして空気Aを用いており、カ
ソード2側で、 CO+1/2O+2e→CO −− の反応を行わせ、アノード3側で、 CO −−+H→HO+CO+2e の反応を行わせ、カソード2側とアノード3側でかかる
電池反応が進められることにより発電が行われるもの
で、従来の溶融炭酸塩型燃料電池の場合、アノード3で
の反応で得られたCOを含むアノード排ガスは、気液
分離機20で水HOを分離されてから改質器10の燃
焼室へ導かれて燃焼させられるため、発電効率が良くな
ることにより発電量当りのCO排出量を少なくするこ
とができるが、零とすることはできず、大気へ放出して
おり、又、改質器10の燃焼室に分岐して導入される空
気中には窒素が含まれているため、改質器10の燃焼室
での燃焼温度が高い場合(特に起動時のバーナ燃焼時)
にNOが発生する場合がある。
However, in the conventional molten carbonate fuel cell power generator, air A is used as the oxidizing gas to be supplied to the cathode 2 as described above, and CO 2 +1 is provided on the cathode 2 side. / 2O 2 + 2e → CO 3 −− is performed, and the reaction of CO 3 −− + H 2 → H 2 O + CO 2 + 2e is performed on the anode 3 side, and the cathode 2 side and anode 3 side Electric power is generated by the progress of the reaction. In the case of the conventional molten carbonate fuel cell, the anode exhaust gas containing CO 2 obtained by the reaction at the anode 3 is converted into water H 2 by the gas-liquid separator 20. since O from being separated is combusted is led into the combustion chamber of the reformer 10, it is possible to reduce the CO 2 emissions per power generation by the power generation efficiency is improved, it is zero The flaws are discharged to the atmosphere, and the air branched and introduced into the combustion chamber of the reformer 10 contains nitrogen. Therefore, the combustion temperature in the combustion chamber of the reformer 10 is high. Case (especially when the burner burns at startup)
May generate NO 2 .

【0006】このように、従来の溶融炭酸塩型燃料電池
の排ガスは、低NO、低COであるが、大気汚染物
質の排出が零ではないこと、又、排ガスを大気へ放出す
るようにしているため、煙突も必要であった。
As described above, the exhaust gas of the conventional molten carbonate fuel cell has low NO x and low CO 2 , but the emission of air pollutants is not zero, and the exhaust gas is emitted to the atmosphere. I also needed a chimney.

【0007】そこで、本発明は、カソード排ガスを高濃
度COガスとするようにして、COを回収すること
により大気汚染物質の大気放出をなくし、且つバージ
用、電池保持用の窒素ガスを系内で得られるもので賄え
るようにする溶融炭酸塩型燃料電池発電装置を提供しよ
うとするものである。
Therefore, in the present invention, the cathode exhaust gas is made into a high-concentration CO 2 gas and CO 2 is recovered to eliminate the atmospheric emission of air pollutants, and to use nitrogen gas for barge and battery holding. It is intended to provide a molten carbonate fuel cell power generation device that can be covered by what is obtained in the system.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、溶融炭酸塩型燃料電池のカソードとアノ
ードの入口側に改質器を設置して、該改質器の改質室で
改質された燃料ガスを上記アノードに供給すると共に、
上記改質器の燃焼室から排出された燃焼排ガスを上記カ
ソードへ供給するようにしてある溶融炭酸塩型燃料電池
発電装置において、上記改質器の燃焼室に高濃度酸素と
アノード排ガス全量を供給するよう該改質器の燃焼室の
入口側に、酸素製造設備から取り出した高濃度酸素の供
給ラインと、上記アノードの出口側に接続したアノード
排ガスラインを接続し、且つ上記カソードの出口側に接
続したカソード排ガスラインに、上流側より順に排熱回
収ボイラと、カソード排ガス中のHOを冷却して水と
して回収させるようにする冷却装置と、該冷却装置を出
たCOガスを回収するCO回収設備とを備え、更
に、上記冷却装置で回収された水の一部を排熱回収ボイ
ラへ給水して得られた蒸気を、上記改質器の改質室入口
側へ導入させるようにすると共に上記冷却装置を出たC
ガスの一部を該冷却装置の出口側より上記カソード
入口側へ戻すようにしてなる構成とし、又、冷却装置を
出たCOガスの一部を該冷却装置の出口側よりカソー
ド入口側へ戻すようにしてなる構成としたことに代え
て、CO回収設備で回収したCOガスの一部をカソ
ード入口側へ戻すようにする構成とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a reformer installed at the inlet side of the cathode and anode of a molten carbonate fuel cell, and the reformer of the reformer is installed. While supplying the fuel gas reformed in the chamber to the anode,
In a molten carbonate fuel cell power generator configured to supply the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the reformer to the cathode, a high concentration oxygen and the total amount of anode exhaust gas are supplied to the combustion chamber of the reformer. So that the inlet side of the combustion chamber of the reformer is connected to the high-concentration oxygen supply line extracted from the oxygen production facility and the anode exhaust gas line connected to the outlet side of the anode, and to the outlet side of the cathode. In the connected cathode exhaust gas line, an exhaust heat recovery boiler, a cooling device that cools H 2 O in the cathode exhaust gas to recover it as water, and a CO 2 gas that has exited the cooling device are collected in order from the upstream side. and a CO 2 recovery facility to further the steam obtained by water some of the water recovered by the cooling device to the exhaust heat recovery boiler, is introduced into the reforming chamber inlet side of the reformer Yo C and exiting the cooling device
A part of the O 2 gas is returned from the outlet side of the cooling device to the cathode inlet side, and a part of the CO 2 gas exiting the cooling device is fed from the outlet side of the cooling device to the cathode inlet side. instead of was made in the back to the side structure, a structure to allow a portion of the CO 2 gas recovered by the CO 2 recovery facility returned to the cathode inlet side.

【0009】燃料電池のカソードには、酸素製造設備か
ら取り出した高濃度酸素とアノード排ガスのすべてを改
質器の燃焼室で燃焼して燃焼室から排出されたものが酸
化ガスとして供給されるため、カソードでの反応ではC
と高濃度Oが用いられ、結果的にカソードから排
出されるカソード排ガスは、COとHOのみとする
ことができ、このCOとHOを分離して、HOは
冷却して水として回収し、COはCO回収設備で回
収することができて、大気放出を零とすることができ
る。
Since the high-concentration oxygen taken out from the oxygen production facility and the anode exhaust gas are all burned in the combustion chamber of the reformer and discharged from the combustion chamber are supplied to the cathode of the fuel cell as oxidizing gas. , C in the reaction at the cathode
O 2 and high concentration O 2 is used, the cathode exhaust gas to be consequently discharged from the cathode may be only CO 2 and H 2 O, and separating the CO 2 and H 2 O, H 2 O can be cooled and recovered as water, and CO 2 can be recovered by a CO 2 recovery facility, and emission to the atmosphere can be reduced to zero.

【0010】又、カソード冷却用としてカソードに戻す
ガスがCOガスであるため、カソード側のCO濃度
を高めることができる。
Further, since the gas returned to the cathode for cooling the cathode is CO 2 gas, the CO 2 concentration on the cathode side can be increased.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】図1は本発明の実施の一形態を示すもの
で、電解質板1を両側面よりカソード2とアノード3と
で挟んでカソード2側に酸化ガスを供給すると共にアノ
ード3側に燃料ガスを供給するようにしたセルをセパレ
ータを介し積層してスタックとしてなる溶融炭酸塩型燃
料電池(以下、単に燃料電池と称す)Iにおけるカソー
ド2とアノード3の両電極の入口側に、改質器10を設
置して、改質原料ガスとしての天然ガスNGを脱硫器2
7で脱硫した後、改質器10の改質室で改質し、燃料ガ
スFGとしてアノード3へ供給するようにし、又、改質
器10の燃焼室から排出されて燃焼排ガスをカソード2
へ供給するようにした構成において、高濃度酸素を上記
改質器10の燃焼室に供給すると共にアノード排ガスを
該改質器10の燃焼室に導入して燃焼させ、該改質器1
0の燃焼室からの高濃度OとCO とHOをカソー
ド2に供給するようにし、且つ上記カソード2の出口側
に接続したカソード排ガスライン28に、排熱回収ボイ
ラ29、冷却装置30、CO 回収設備31を、上流側
から順に設け、カソード2から排出される高温のCO
とHOのみからなるカソード排ガス中の蒸気HOを
除去して回収すると共にCOを回収し、大気へ放出さ
せることがないようにする。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
Then, the electrolyte plate 1 is connected to the cathode 2 and the anode 3 from both sides.
It is sandwiched between the two and supplies the oxidizing gas to the cathode 2 side, and
Separate the cell configured to supply fuel gas to the
Molten carbonate type fuel that is laminated as a stack
Fuel cell (hereinafter simply referred to as fuel cell) I
A reformer 10 is installed on the inlet side of both electrodes of the cathode 2 and the anode 3.
Place the natural gas NG as the reforming raw material gas in the desulfurizer 2
After desulfurization in 7, reformer in the reformer 10 reformer
It is supplied as anode FG to the anode 3 and reformed.
The combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber of the reactor 10 to the cathode 2
High concentration oxygen in the above configuration.
Anode exhaust gas is supplied to the combustion chamber of the reformer 10
The reformer 1 is introduced into the combustion chamber and burned, and the reformer 1
High concentration O from 0 combustion chamberTwoAnd CO TwoAnd HTwoO is caustic
Supply to the cathode 2 and the outlet side of the cathode 2
The exhaust heat recovery boiler is connected to the cathode exhaust gas line 28 connected to the
LA 29, cooling device 30, CO TwoUpstream of the recovery facility 31
From the cathode 2 at high temperature Two
And HTwoVapor H in cathode exhaust gas consisting of O onlyTwoO
CO by removing and recoveringTwoCollected and released into the atmosphere
Try not to let it.

【0013】詳述すると、改質器10の燃焼室に、酸素
製造設備32で製造した高濃度酸素Oの供給ライン3
3と、燃料電池Iのアノード3の出口側に接続したアノ
ード排ガスライン34と、天然ガス供給ライン35の脱
硫器27の下流側より分岐させた天然ガス供給用分岐ラ
イン36を接続し、酸素製造設備32で空気中の酸素を
取り出して高濃度酸素の供給ライン33により改質器1
0の燃焼室に供給するようにすると共に、残った窒素N
を窒素タンク37に収納しておくようにし、パージ用
等として大量のNガスを必要とするときに購入して用
いることなく窒素タンク37内のNガスを用いること
ができるようにする。
More specifically, in the combustion chamber of the reformer 10, a high-concentration oxygen O 2 supply line 3 produced by the oxygen production facility 32 is provided.
3, the anode exhaust gas line 34 connected to the outlet side of the anode 3 of the fuel cell I, and the natural gas supply branch line 36 branched from the downstream side of the desulfurizer 27 of the natural gas supply line 35 are connected to produce oxygen. Oxygen in the air is taken out by the equipment 32 and the reformer 1 is supplied by the high-concentration oxygen supply line 33.
Nitrogen N
2 as previously housed in nitrogen tank 37, to allow the use of N 2 gas of nitrogen tank 37 without using purchased when requiring a large amount of N 2 gas as purge, etc. .

【0014】上記改質器10の燃焼室出口側と燃料電池
Iのカソード2の入口側とは燃焼排ガスライン38を介
し接続して、高濃度酸素と一部の天然ガス又はアノード
排ガスを燃焼した後の排ガスをカソード2に供給するよ
うにし、且つ該カソード2から排出されるCOとH
Oのみとなっているカソード排ガスをカソード排ガスラ
イン28途中の排熱回収ボイラ29で水蒸気の発生に供
した後、冷却装置30で、後述する低温Nガスを用い
て冷却することにより、蒸気HOを水として除去して
高濃度のCOのガスのみとし、高濃度COの一部
は、冷却装置30の出口側よりカソード冷却用としてC
ライン39に取り出し、該COライン39途中の
CO圧縮機53で昇圧してカソード2の入口側へ戻す
ようにすると共に、高濃度COの残りを、CO回収
設備31へ送り、ここで圧縮機にて圧縮することにより
高濃度のCOを回収し、CO回収ライン40により
CO タンク41に貯蔵して保管するようにするか、あ
るいはCO利用産業への提供又は海洋への廃棄を行う
ようにして、大気への放出を零とするようにする。
Combustion chamber outlet side of the reformer 10 and the fuel cell
The inlet side of the cathode 2 of I is through a combustion exhaust gas line 38.
Then connect the high concentration oxygen and some natural gas or anode
The exhaust gas after burning the exhaust gas is supplied to the cathode 2.
And CO emitted from the cathode 2TwoAnd HTwo
Cathode exhaust gas containing only O
Use the exhaust heat recovery boiler 29 in the middle of the in 28 to generate steam.
Then, in the cooling device 30, a low temperature N described laterTwoWith gas
Steam HTwoRemove O as water
High concentration of COTwoGas only, high concentration COTwoPart of
Is C for cooling the cathode from the outlet side of the cooling device 30.
OTwoTake out to line 39TwoHalfway line 39
COTwoThe compressor 53 boosts the pressure and returns it to the cathode 2 inlet side.
And high concentration COTwoThe rest of the COTwoRecovery
By sending it to the equipment 31 and compressing it with a compressor here
High concentration of COTwoCO,TwoBy collection line 40
CO TwoEither store it in the tank 41 or store it.
Ruiha COTwoProviding to user industries or disposing to the ocean
In this way, the release to the atmosphere is made zero.

【0015】又、上記排熱回収ボイラ29でカソード排
ガスの熱により発生させられた水蒸気は、水蒸気ライン
42により改質用蒸気として改質器10の改質室の入口
側に供給するようにし、上記排熱回収ボイラ29に供給
される水は、冷却装置30でカソード排ガス中より分離
除去されて排水ライン43より回収される水の一部を利
用できるようにするため、排熱回収ボイラ29と排水ラ
イン43とを給水ライン44で接続し、残りの水は補給
水として利用できるようにする。
The steam generated by the heat of the cathode exhaust gas in the exhaust heat recovery boiler 29 is supplied to the inlet side of the reforming chamber of the reformer 10 through the steam line 42 as the reforming steam. The water supplied to the exhaust heat recovery boiler 29 is separated and removed from the cathode exhaust gas by the cooling device 30 so that a part of the water recovered from the drain line 43 can be used. The drainage line 43 is connected to the water supply line 44 so that the remaining water can be used as makeup water.

【0016】更に、燃料電池Iのカソード2側とアノー
ド3側には、それぞれ途中に開閉弁45と46を有する
バイパスライン47と48を設け、カソード排ガスライ
ン28とバイパスライン47との接続部の上流側と下流
側に開閉弁49と調節弁50を、又、アノード排ガスラ
イン34とバイパスライン48との接続部の上流側と下
流側に開閉弁51と調節弁52をそれぞれ設ける。
Further, on the cathode 2 side and the anode 3 side of the fuel cell I, bypass lines 47 and 48 having open / close valves 45 and 46 respectively are provided on the way, and a connecting portion between the cathode exhaust gas line 28 and the bypass line 47 is provided. An on-off valve 49 and a control valve 50 are provided on the upstream side and the downstream side, and an on-off valve 51 and a control valve 52 are provided on the upstream side and the downstream side of the connecting portion between the anode exhaust gas line 34 and the bypass line 48, respectively.

【0017】なお、54は燃料電池Iを収容した圧力容
器、55はアノード排ガスライン34に設けたアノード
ブロワ、56,57,58,59,60は調節弁、61
はポンプである。
Reference numeral 54 is a pressure vessel containing the fuel cell I, 55 is an anode blower provided in the anode exhaust gas line 34, 56, 57, 58, 59 and 60 are control valves, and 61.
Is a pump.

【0018】改質器10の起動初期は、酸素製造設備3
2で製造した高濃度酸素を供給ライン33より改質器1
0の燃焼室へ供給すると共に、一部の天然ガスNGを天
然ガス供給用分岐ライン36より供給してバーナで燃焼
させ、改質器10の改質室に導入した天然ガスNGを吸
熱反応により改質して燃料ガスFGとしてアノード3側
へ供給させるようにし、一方、改質器10の燃焼室より
排出された燃焼排ガスをカソード2側へ供給させるよう
にする。この際、改質器10の燃焼室に供給されるもの
は、高濃度酸素でほとんど窒素を含んでいないので、バ
ーナ燃焼時にNO発生のおそれはない。
In the initial stage of starting the reformer 10, the oxygen production facility 3 is used.
The high concentration oxygen produced in 2 is supplied from the supply line 33 to the reformer 1
0 to the combustion chamber, and part of the natural gas NG is supplied from the natural gas supply branch line 36 and burned by the burner, and the natural gas NG introduced into the reforming chamber of the reformer 10 is subjected to an endothermic reaction. The fuel gas FG is reformed and supplied to the anode 3 side, while the combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber of the reformer 10 is supplied to the cathode 2 side. At this time, since what is supplied to the combustion chamber of the reformer 10 is high-concentration oxygen and contains almost no nitrogen, there is no possibility of NO x generation during burner combustion.

【0019】燃料電池Iの起動時には、カソード2及び
アノード3をヒータで加熱するようにして、その間はバ
イパスライン47,48を開き、酸化ガスとしての高濃
度酸素の燃焼排ガスは、カソード2側のバイパスライン
47を通してバイパスさせると共に、燃料ガスFGは、
アノード3側のバイパスライン48を通してバイパスさ
せるようにする。
At the time of starting the fuel cell I, the cathode 2 and the anode 3 are heated by a heater, and the bypass lines 47 and 48 are opened during that time, and the combustion exhaust gas of high-concentration oxygen as the oxidizing gas is discharged to the cathode 2 side. The fuel gas FG is bypassed through the bypass line 47.
The bypass line 48 on the anode 3 side is used for bypass.

【0020】通常運転状態になると、天然ガス供給用分
岐ライン36の調節弁58を閉じ、バイパスライン4
7,48をともに閉じて、酸化ガスとして改質器10の
燃焼室から排出された高濃度酸素を含む燃焼排ガスを燃
料電池Iのカソード2に供給すると共に、改質器10の
改質室にて天然ガスNGを改質して得られた燃料ガスF
Gをアノード3に供給し、カソード2とアノード3でそ
れぞれ電池反応を行わせて発電を行わせるようにし、ア
ノード3から排出されたCOとHOを含むアノード
排ガスは、アノード排ガスライン34を通しアノードブ
ロワ55で昇圧して改質器10の燃焼室へ送り込み、供
給ライン33からの高濃度酸素Oとともに燃焼させ
て、燃焼排ガスを酸化ガスとしてカソード2へ供給させ
る。カソード2へ供給される酸化ガスは、上記のように
高濃度酸素により燃焼したものであることから、カソー
ド2から排出されるカソード排ガスは、従来の酸化ガス
として空気と改質器からの燃焼排ガスを用いている場合
に比して高濃度COと蒸気H Oのみとなっている。
このカソード排ガスは、先ず、排熱回収ボイラ29で水
蒸気の生成に供された後、冷却装置30へ送られ、ここ
で、低温Nガスを用いてカソード排ガスを冷却するこ
とにより、COとHOのみとなっているカソード排
ガス中の蒸気HOを冷却して水とし、水は、排水ライ
ン43を通して回収し、一部の水を排熱回収ボイラ29
への給水として用いるようにする。一方、冷却に用いた
ガスは大気へ放出させるようにする。
Under normal operating conditions, the natural gas supply
The control valve 58 of the branch line 36 is closed, and the bypass line 4
Both 7, 48 are closed, and the oxidizing gas of the reformer 10
Burns combustion exhaust gas containing high-concentration oxygen discharged from the combustion chamber
Of the reformer 10 while supplying it to the cathode 2 of the fuel cell I.
Fuel gas F obtained by reforming natural gas NG in the reforming chamber
G is supplied to the anode 3, and the cathode 2 and the anode 3
Each of them causes a battery reaction to generate power, and
CO discharged from node 3TwoAnd HTwoAnode containing O
The exhaust gas is passed through the anode exhaust gas line 34 and the anode exhaust gas is discharged.
The lower pressure boosts the pressure and sends it to the combustion chamber of the reformer 10,
High-concentration oxygen O from supply line 33TwoBurn with
The combustion exhaust gas as an oxidizing gas to the cathode 2.
It The oxidizing gas supplied to the cathode 2 is as described above.
Since it was burned with high concentration oxygen,
The cathode exhaust gas discharged from the cathode 2 is the conventional oxidizing gas.
When using air and combustion exhaust gas from the reformer as
Higher concentration CO compared toTwoAnd steam H TwoO only.
This cathode exhaust gas is first treated with water in the exhaust heat recovery boiler 29.
After being used to generate steam, it is sent to the cooling device 30, where
And low temperature NTwoThe gas can be used to cool the cathode exhaust gas.
And COTwoAnd HTwoExhaust of cathode only O
Vapor H in gasTwoO is cooled to water and the water is drained.
The waste heat recovery boiler 29
To be used as water supply to On the other hand, used for cooling
NTwoThe gas should be released to the atmosphere.

【0021】上記冷却装置30で冷却に用いる低温N
ガスは、酸素製造設備32で高濃度酸素を製造する際に
得られた低温のNガスを用いるようにする。
Low temperature N 2 used for cooling in the cooling device 30
As the gas, the low temperature N 2 gas obtained when the high concentration oxygen is produced in the oxygen production facility 32 is used.

【0022】上記冷却装置30でカソード排ガス中のH
Oが冷却されて水として回収されると、カソード排ガ
スは高濃度のCOガスのみとなり、一部はカソード冷
却用としてCOライン39に取り出してCO圧縮機
53で昇圧してカソード2に戻すようにし、残りはCO
回収設備31へ導入させて圧縮機で圧縮させることに
より、高濃度のCOガスとして回収され、COタン
ク41に貯蔵して保存したり、需要先への提供や海底へ
の廃棄を行うようにする。これによりCOガスを大気
へ放出させることがなく、大気汚染物質の排出を零とす
ることができる。
H in the exhaust gas of the cathode is cooled by the cooling device 30.
When 2 O is recovered is cooled as water, cathode exhaust is only the high concentration of CO 2 gas, a part is pressurized by CO 2 compressor 53 is taken out to the CO 2 line 39 for the cathode cooling the cathode 2 Back to CO, the rest is CO
2 By introducing it into the recovery facility 31 and compressing it with a compressor, it is recovered as high-concentration CO 2 gas, stored in the CO 2 tank 41 for storage, and provided to customers and disposed on the seabed. To do so. This makes it possible to reduce the emission of air pollutants to zero without releasing CO 2 gas to the atmosphere.

【0023】次に、図2は本発明の実施の他の形態を示
すもので、冷却装置30でカソード排ガスを冷却するこ
とにより蒸気HOを水として回収した後、COガス
のみとなったカソード排ガスの一部を、COライン3
9を通してカソード2へ戻すようにした図1の構成に代
えて、COタンク41に貯蔵したCOガスを取り出
してカソード2に戻すようにしたものである。その他の
構成は図1に示すものと同じであり、同一のものには同
一符号が付してある。
Next, FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. After cooling the cathode exhaust gas with the cooling device 30, the vapor H 2 O is recovered as water, and then only the CO 2 gas is obtained. CO 2 line 3
9 instead of the configuration of FIG. 1 to return to the cathode 2 through is obtained by returned to the cathode 2 takes out the CO 2 gas stored in CO 2 tank 41. The other configurations are the same as those shown in FIG. 1, and the same components are designated by the same reference numerals.

【0024】このような構成にすると、図1に示す実施
の形態と同様な作用効果が得られるほか、カソード排ガ
スライン28からCOライン39を分岐させる必要が
なく、すべてのCOガスをCO回収設備31に導い
て回収することができる。
With such a configuration, the same effects as those of the embodiment shown in FIG. 1 can be obtained, and it is not necessary to branch the CO 2 line 39 from the cathode exhaust gas line 28, and all the CO 2 gas can be converted to CO 2. 2 It can be guided to the recovery facility 31 and recovered.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の溶融炭酸塩型
燃料電池発電装置によれば、溶融炭酸塩型燃料電池のカ
ソードとアノードの入口側に改質器を設置して、該改質
器の改質室で改質された燃料ガスを上記アノードに供給
すると共に、上記改質器の燃焼室から排出された燃焼排
ガスを上記カソードへ供給するようにしてある溶融炭酸
塩型燃料電池発電装置において、上記改質器の燃焼室に
高濃度酸素とアノード排ガス全量を供給するよう該改質
器の燃焼室の入口側に、酸素製造設備から取り出した高
濃度酸素の供給ラインと、上記アノードの出口側に接続
したアノード排ガスラインを接続し、且つ上記カソード
の出口側に接続したカソード排ガスラインに、上流側よ
り順に排熱回収ボイラと、カソード排ガス中のHOを
冷却して水として回収させるようにする冷却装置と、該
冷却装置を出たCOガスを回収するCO回収設備と
を備え、更に、上記冷却装置で回収された水の一部を排
熱回収ボイラへ給水して得られた蒸気を、上記改質器の
改質室入口側へ導入させるようにすると共に上記冷却装
置を出たCOガスの一部を該冷却装置の出口側より上
記カソード入口側へ戻すようにしてなる構成とし、又、
冷却装置を出たCOガスの一部を該冷却装置の出口側
よりカソード入口側へ戻すようにしてなる構成とするこ
とに代えて、CO回収設備で回収したCOガスの一
部をカソード入口側へ戻すようにする構成としてあるの
で、カソード排ガスを高濃度COガスとし且つ高濃度
COガスを大気中へ放出させないで発電させることが
できて、大気放出のない発電プラントとして煙突をなく
すことができ、しかも、高濃度で且つ媒塵のないCO
を回収できて、CO利用産業への提供が可能となると
共に、溶融炭酸塩型燃料電池発電装置で必要とするCO
ガスを回収したCOガスで賄うことができ、又、改
質器の燃焼室に高濃度酸素を供給して燃焼させることか
ら、高濃度酸素の製造で得られた窒素ガスを、燃料電池
のパージ用、電池保管用等に使用することができて、こ
れらに用いるためにNガスを購入する必要をなくすこ
とができ、更に、カソードに酸化ガスとして空気を供給
するようにしている従来方式に比し設備の小型化を図る
ことができる、等の優れた効果を奏し得る。
As described above, according to the molten carbonate fuel cell power generator of the present invention, the reformer is installed at the inlet side of the cathode and the anode of the molten carbonate fuel cell, and the reformer is installed. Carbon dioxide fuel cell power generation in which the fuel gas reformed in the reformer chamber of the reformer is supplied to the anode and the combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber of the reformer is supplied to the cathode In the apparatus, a high-concentration oxygen supply line taken out from an oxygen production facility is provided at the inlet side of the reformer combustion chamber to supply high-concentration oxygen and the total amount of anode exhaust gas to the combustion chamber of the reformer, and the anode. of connecting the anode exhaust gas line connected to the outlet side, and to the cathode of the outlet side cathode exhaust gas line connected to the exhaust heat recovery boiler in order from the upstream side, of H 2 O in the cathode exhaust gas is cooled by water A cooling device so as to recover, and a CO 2 recovery facility for recovering CO 2 gas exiting the cooling device, further water a portion of the water recovered by the cooling device to the exhaust heat recovery boiler The steam thus obtained is introduced into the reforming chamber inlet side of the reformer, and part of the CO 2 gas exiting the cooling device is returned from the outlet side of the cooling device to the cathode inlet side. In this way,
Some of the CO 2 gas exiting the cooling unit instead be configured to become in the back to the cathode inlet side from the outlet side of the cooling device, part of the CO 2 gas recovered by the CO 2 recovery facility Since it is configured to return to the cathode inlet side, the cathode exhaust gas can be made into a high-concentration CO 2 gas and can generate electricity without releasing the high-concentration CO 2 gas into the atmosphere. CO 2 with high concentration and no dust
CO can be recovered and provided to the CO 2 utilization industry, and the CO required for the molten carbonate fuel cell power generator is required.
It is possible to cover the 2 gases with the recovered CO 2 gas, and since the high-concentration oxygen is supplied to the combustion chamber of the reformer for combustion, the nitrogen gas obtained by the production of the high-concentration oxygen is supplied to the fuel cell. It can be used for purging of batteries, storage of batteries, etc., eliminating the need to purchase N 2 gas for these purposes, and further supplying air as oxidizing gas to the cathode. Compared with the method, it is possible to achieve excellent effects such as downsizing of equipment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の実施
の一形態を示す概要図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a molten carbonate fuel cell power generator of the present invention.

【図2】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の実施
の他の形態を示す概要図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing another embodiment of the molten carbonate fuel cell power generator of the present invention.

【図3】従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の一例を
示す概要図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a conventional molten carbonate fuel cell power generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

I 燃料電池 1 電解質板 2 カソード 3 アノード 10 改質器 28 カソード排ガスライン 29 排熱回収ボイラ 30 冷却装置 31 CO回収設備 32 酸素製造設備 33 供給ライン 34 アノード排ガスライン 38 燃焼排ガスライン 39 COライン 40 CO回収ライン 42 水蒸気ライン 43 排水ライン NG 天然ガス FG 燃料ガスI fuel cell 1 electrolyte plate 2 cathode 3 anode 10 reformer 28 cathode exhaust gas line 29 exhaust heat recovery boiler 30 cooling device 31 CO 2 recovery facility 32 oxygen production facility 33 supply line 34 anode exhaust gas line 38 combustion exhaust gas line 39 CO 2 line 40 CO 2 recovery line 42 Steam line 43 Drain line NG Natural gas FG Fuel gas

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶融炭酸塩型燃料電池のカソードとアノ
ードの入口側に改質器を設置して、該改質器の改質室で
改質された燃料ガスを上記アノードに供給すると共に、
上記改質器の燃焼室から排出された燃焼排ガスを上記カ
ソードへ供給するようにしてある溶融炭酸塩型燃料電池
発電装置において、上記改質器の燃焼室に高濃度酸素と
アノード排ガス全量を供給するよう該改質器の燃焼室の
入口側に、酸素製造設備から取り出した高濃度酸素の供
給ラインと、上記アノードの出口側に接続したアノード
排ガスラインを接続し、且つ上記カソードの出口側に接
続したカソード排ガスラインに、上流側より順に排熱回
収ボイラと、カソード排ガス中のHOを冷却して水と
して回収させるようにする冷却装置と、該冷却装置を出
たCOガスを回収するCO回収設備とを備え、更
に、上記冷却装置で回収された水の一部を排熱回収ボイ
ラへ給水して得られた蒸気を、上記改質器の改質室入口
側へ導入させるようにすると共に上記冷却装置を出たC
ガスの一部を該冷却装置の出口側より上記カソード
入口側へ戻すようにしてなる構成としたことを特徴とす
る溶融炭酸塩型燃料電池発電装置。
1. A reformer is installed on the inlet side of a cathode and an anode of a molten carbonate fuel cell, and the fuel gas reformed in a reforming chamber of the reformer is supplied to the anode.
In a molten carbonate fuel cell power generator configured to supply the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the reformer to the cathode, a high concentration oxygen and the total amount of anode exhaust gas are supplied to the combustion chamber of the reformer. So that the inlet side of the combustion chamber of the reformer is connected to the high-concentration oxygen supply line extracted from the oxygen production facility and the anode exhaust gas line connected to the outlet side of the anode, and to the outlet side of the cathode. In the connected cathode exhaust gas line, an exhaust heat recovery boiler, a cooling device that cools H 2 O in the cathode exhaust gas to recover it as water, and a CO 2 gas that has exited the cooling device are collected in order from the upstream side. and a CO 2 recovery facility to further the steam obtained by water some of the water recovered by the cooling device to the exhaust heat recovery boiler, is introduced into the reforming chamber inlet side of the reformer Yo C and exiting the cooling device
A molten carbonate fuel cell power generator, wherein a part of O 2 gas is returned from the outlet side of the cooling device to the cathode inlet side.
【請求項2】 冷却装置を出たCOガスの一部を該冷
却装置の出口側よりカソード入口側へ戻すようにしてな
る構成としたことに代えて、CO回収設備で回収した
COガスの一部をカソード入口側へ戻すようにする請
求項1記載の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置。
2. A Instead of a portion of the CO 2 gas exiting the cooling device has a structure formed by the back to the cathode inlet side from the outlet side of the cooling device, CO 2 recovered by the CO 2 recovery facility The molten carbonate fuel cell power generator according to claim 1, wherein a part of the gas is returned to the cathode inlet side.
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