JP2006509345A - 固体酸化物形燃料電池発電プラントの排気ガス処理方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、CO2を捕獲する、固体酸化物型燃料電池発電プラントの、アノード側排気ガスの浄化処理方法に関する。アノード側排気ガス(301)の、発電に利用されなかった燃料は、回収され再利用される。そして、排気ガス流は、濃縮されたCO2流となる。本発明の本質は、アノード側排気ガス(102)及びカソード側空気(205)が固体酸化物型燃料電池スタック(1)を通過する間、分離状態が維持されることにある。ガスタービン(202、207)は、電気効率を最大限に高めるため、空気側に設けられている。
Description
本発明は、システム内部で空気流及び燃料流の分離状態が維持される、固体酸化物形燃料電池発電プラントの、アノード排気ガス処理方法に関するものである。特に、本発明は、アノード排気ガスから消費されなかった燃料を回収し、再生させる方法に関するものである。
近年、増大する環境への認識に配慮した発電への要求の増大から、低コストで環境に優しい発電装置の開発の為の研究が、盛んに行われている。実際に、幾つかの代替エネルギー源が利用可能となってはいるが、電力供給の大半が原子力及び炭化水素燃料を用いた発電プラントに頼っているのが現状である。原子力発電プラントは、安全性の問題や放射性廃棄物の処分の問題がある。又、世論の賛同を得ることができないことから、将来の原子力発電プラントの進歩は極めて限定されることが予想される。したがって、化石燃料を利用する発電プラントにより、電力不足を解消することが求められる。しかしながら、温室効果に関する科学的データの蓄積と、1997年からの京都議定書を一例とする政策的協定は、温室効果ガスの排出制限及び削減の必要性を迫るものである。このような時代の要請の結果として、幾つかの国々では、二酸化炭素(CO2)の排出量に制限を設け、1年間あたりの二酸化炭素の最大排出レベルを規制することとなっている。そのような試みにおいて、化石燃料を利用する発電プラントは、CO2の排出源として相当の割合を占めていることから、化石燃料を利用する発電プラントからのCO2の排出は重大な影響を与えることとなる。例えば、米国のCO2排出量の1/3は、化石燃料を利用する発電プラントによるものである。特に、年間3テラワットを発電する、天然ガスを燃料とする発電プラントから排出されるCO2は、年間110万トンにも達する(ref.Gassm.)。したがって、CO2を捕獲し、直ちに隔離することが可能な、進歩した効率的な、化石燃料を利用する発電プラントが要求されている。大規模発電プラントにおいて作り出されるCO2の除去は、気体、液体又は水和物として地下層又は深海に注入することによって行われることが最適である。又、作り出されたCO2の商業上の価値は、石油産業の分野において、石油の採掘率を高めるものとして利用される。
CO2排気ガスの大幅な削減を達成しつつ化石燃料から発電するのための幾つかの手順や手法が、従来から知られている。これらの手順は、CO2を回収し、又は工業的に処理するに適するように、凝縮又は圧縮するものである。天然ガスを用いた発電からCO2を回収する方法は、主として以下の三つに分類することができる。すなわち、
1)予燃焼脱炭素処理
2)酸素燃料又は酸素火力燃焼
3)後燃焼によるCO2捕獲
1)予燃焼脱炭素処理
2)酸素燃料又は酸素火力燃焼
3)後燃焼によるCO2捕獲
ここで、予燃焼脱炭素処理は、従来から用いられている一般的なガスタービン複合サイクル発電プラント(GTCC)、又は、これと代替的な化石燃料を利用した発電技術において、燃料の「脱炭素処理」を伴うものである。典型的な例として、改質、水ガス変換及び通常のアミンシステムを用いた化学的吸収によるCO2除去手順がある。結果、燃料ガスは水素リッチ状態となり、所定のガスタービンに用いられるものとなる。この手法の利点は、本質的に、従前の一連の処理操作を基本とする点である。しかしながら、水素リッチ状態の燃料を使用することが可能なガスタービンは、極めて限られたものとなる。したがって、この手法は、改良や限定を加えることなく規模の異なるガスタービンに適用できるものではなかった。この場合、大規模なガスタービンにおいて最も経済的となり、規模が小さくなると、コスト及び能率を低下させるものであった。又、他の一般的な予燃焼によるCO2除去方法としては、低温での運転が挙げられ、この場合には、CO2を除去するために、ガスの冷却及び再加熱が必要となる。この手法によれば、一般的なGTCC又は他の代替的な技術よりも効率が低くなる。したがって、この予燃焼技術は、燃料電池等の他の開発途上の発電技術に組み合わせて用いられることが検討されている。他のCO2除去技術は、CO2選択性薄膜、複合型吸収剤/薄膜システム、天然又は化学的な吸収剤に関する文献に言及されている。
一方、酸素燃料の分類には、窒素が反応領域に移行しないような方法で、天然ガスを酸化させるために酸素を供給する手法が含まれる。燃焼による生成物は、原理的にCO2とH2Oのみである。そして、水に関しては、燃焼による生成物を冷却/凝結させることによって除去され、その結果として、ほぼ純粋はCO2ガスとなる。窒素の反応領域を回避し続けるための一手法として、従来から燃焼に用いられる一般的な極低温空気分離ユニットによって、酸素を生成することが行われる。他の例として、高温セラミック酸素移転薄膜により処理することで酸素を作り出し、又は、金属性酸素キャリヤ(化学循環燃焼)により酸素を供給する。ここで、酸素燃料に係る手法の一例としては、一般的な空気分離ユニット(ASU)による酸素の生産と、特定のガスタービンによる燃焼と、水蒸気底つきサイクル(a steam bottoming cycle)における熱の利用と、温度制御のためのガスタービン排気サイクル(CO2/H2O)の再循環とに基づく方法によるものが挙げられる。しかしながら、かかる手法を200メガワット以下のプラントに適用するためには、極低温空気分離ユニットは最適の規模よりも小型化を余儀なくされる。したがって、10−50メガワット程度の規模では、コスト的にも不利となる。しかも、小規模のガスタービンは、高コストかつ低性能となる。さらに、CO2/H2Oを再循環させ、温度制御に用いることとしても、全体の効率の損失につながるエネルギーの消費を来すものとなる。したがって、酸素燃料サイクルにおいて要求される純度及び量の酸素を作り出すための投資コスト及びエネルギー消費の何れも、非常に高いものとなってしまう。米国特許第5,724,805号、同第5,956,937号、同第5,247,791号等の従来技術では、高濃縮された酸素の供給源の使用が必要不可欠である。ここで、酸素のコストを下げるためには、酸素燃料サイクルにおいて、酸素選択イオン交換薄膜を使用することが解決策の1つとなる。このため、積極的な酸素の局部的圧力差及び必要温度の達成が必要不可欠となる。そこで、かかるサイクルの放熱に、一般的な熱回収システムを用ることが提案されている。しかしながら、それらは高コストであり、この熱エネルギーを利用する経済的な手法が必要とされている。
他方、後燃焼は、GTCCプラント又は化石燃料を利用する他の発電技術からの排気ガスを清浄化することを基本とするものである。この場合の排気ガスは、体積の概略3−4%がCO2であり、アミンを主体とする吸収性のある化学吸収体を含む湿式浄化プロセスによって、排気ガスからCO2が除去される。この場合には、CO2が、吸収体から分離するために、熱(発電プラントからの水蒸気)が必要である。その結果、大気圧の、ほぼ100%純度のCO2ガスが、輸送のために加圧され処理される。この技術は、現存のプラントに後付けすることが可能であり、プラントからの発電を停止することなく、CO2の排出を「止める」ことも可能である。しかしながら、CO2が低濃度であるとき、より大きなガス処理システムが必要となり、処理された排気ガスには、依然として約15%のCO2が含まれ、なおかつ、NOX及び数種類のアミンが排気ガス中に存在している。しかも、効率は、通常のGTCCプラント、若しくは、他の代替的なCO2の分離にエネルギーを必要とする技術に比べても、低いものとなる。なお、代替的な従来からのCO2分離技術には、化学的又は天然の吸収剤又はCO2選択性薄膜の使用が含まれる。
上述の技術における電気効率は、50%未満である。しかも、その多くは依然約10−15%のCO2を排出するものである。したがって、化石燃料により運転される発電プラントは、より高効率にCO2を捕獲し、CO2の排出量の削減及び発電コストの低減が可能となる技術革新が望まれている。
本発明は、特に、上述されていない2つの分離技術、すなわち、酸素選択性薄膜及び極低温CO2の分離に関するものである。
本発明は、特に、上述されていない2つの分離技術、すなわち、酸素選択性薄膜及び極低温CO2の分離に関するものである。
酸素選択性薄膜には、様々な形式のものが知られており、典型的には2つの形式に分類することが可能である。
その1つの形式である微小孔構造型は、重合薄膜及び多孔性無機薄膜を含むものである。
もう1つの形式である集積型は、自己保持型無孔性金属を含み、無効性金属は多孔性金属又は多孔性セラミック等の多項性基材に支持されており、イオン化され導電性を有する材料が混入されている。
その1つの形式である微小孔構造型は、重合薄膜及び多孔性無機薄膜を含むものである。
もう1つの形式である集積型は、自己保持型無孔性金属を含み、無効性金属は多孔性金属又は多孔性セラミック等の多項性基材に支持されており、イオン化され導電性を有する材料が混入されている。
そして、微小孔構造型の薄膜は、一般に選択性に制限があり、一方の集積型は「無限の」選択性がある。
重合薄膜は、250℃以上の温度域では安定性を損うことから使用することができず、現時点で供給される多くの化学物質との相性が思わしくないといった特徴がある。又、重合薄膜は、他の気体と比べ酸素の選択性が欠如しており、作り出されるガスの純度は低いものとなる。
重合薄膜は、250℃以上の温度域では安定性を損うことから使用することができず、現時点で供給される多くの化学物質との相性が思わしくないといった特徴がある。又、重合薄膜は、他の気体と比べ酸素の選択性が欠如しており、作り出されるガスの純度は低いものとなる。
多孔性無機薄膜は、シリカ、アルミナ、チタニア、分子篩炭素、ガラス、ゼオライトによって構成されている。そして、その全てにおいて微細孔が構成されており、高い酸素浸透性を備えるが、孔径が大きなタイプのものと比較して、選択性が低いものとなっている。シリカ薄膜の典型的な動作温度は、300〜400℃以下である。
重合薄膜は、一般的にパラジウム、パラジウム合金若しくはイオン化され導電性を有する材料が混入された材料によって構成されている。パラジウム又はパラジウム合金の支持体は、無孔薄膜、重合フィルム、パラジウム又はパラジウム合金箔が、セラミック若しくは多項性ステンレススチールの多孔性支持体に被覆されて構成されている。パラジウム、パラジウム合金フィルムの厚みは、現在、一般的に市販されている薄膜(小スケール)で70〜100μmであり、パラジウムは高価であることから、この薄膜の値段は高く、しかも、この厚さでは浸透性が低くなっている。すなわち、高い浸透性及び現実的な価格を実現する上で、極めて薄いパラジウム又はパラジウム合金フィルム若しくは箔を得ることが、非常に重要である。パラジウム又はパラジウム合金薄膜を支持する薄いフィルムの厚みは、しばしば文献に報告されている。パラジウム又はパラジウム合金薄膜の典型的な運転温度は、200−500℃となっており、最も高い温度は870℃に達している。
イオン化材料及び導電性材料の混合薄膜(MIEC)は、前述の如く、酸素分離機能において最も研究がなされているが、MIEC薄膜の水素分離技術は、パラジウム合金薄膜及び微細孔薄膜と比較して、遥かに劣っている。しかしながら、これらの薄膜は、MIECによる酸素分離技術の進歩のための努力と同様の努力により、急激な進歩を遂げるものと推測されている。なお、MIEC型酸素分離薄膜は、濃密混合セラミック材料を介して、水素を水素イオンと電子とに分解するものである。そして、イオン化材料及び導電性材料混合薄膜の典型的な運転温度は、600−1000℃である。
−40℃から−50℃の間の温度域まで冷却する極低温技術において、ガス流からCO2を分離する技術はありふれたものであり、良く知られている。この技術は、既にCO2の冷却及び液化に用いられている。この分離過程は、CO2の固化を避けつつ必要とされる温度に上昇させるために、圧力を上昇させる条件で行われる。分離によって供給されるガスは、圧縮され、(氷結防止のため)脱水され、冷却される。冷却後、大部分のCO2は液化され、混合物は簡単に分離される。この分離過程は、より純粋なCO2又はCO2を含まない清浄ガスを得るために、比重を用いた単純なセパレータ又はカラムを用いることによって行われる。
近年では、十分な発電能力(1メガワット以上)を持つ幾つかの固体酸化物型燃料電池(SOFC)からなる発電プラントが存在している(参照)。これらの実証例では、3−15バールの圧力下で運転されるのが一般的である。かかる条件下では、電気効率が向上し、かつ、ガスタービンと共にハイブリッドシステムを構成することができる。空気はSOFCに進入する前に圧縮されかつ予熱されることで、燃料と電気的反応を起こして発電され、そこで生じる熱の一部は空気に吸収される。続いて、加熱され酸素が消費された空気は、アノード側から排出される使用済みの燃料と混合され、この混合物は、加熱ガスがタービン内で膨張して二次的な発電を行う前に、ガス温度をさらに上昇させるために燃焼される。 この、加圧固体酸化物型燃料電池と、ガスタービンとのハイブリッドシステムは、70%以上(数メガワット帯)の高い発電効率を誇ることから、電気を作り出す上で、非常に魅力的なシステムであることは明らかである。例えば、加圧固体酸化物型燃料電池とガスタービンとのハイブリッド手法は、後述する参照図(図1、図2、図3、図4、図5)に述べられている。しかしながら、このシステムは、従来、化石燃料を燃焼して排出される全てのCO2が大気に放出されるものであった。
予燃焼脱炭素処理及び後燃焼によるCO2捕獲方法の何れの解決方法も、「ゼロエミッション」を実現するに適したものであるが、効率が低いことによる高コスト化、及び、他の問題を引き起こすことによるコスト上昇を来すものである。
しかしながら、固体酸化物型燃料電池は、酸素は燃料電池のアノード側の壁を透過して、カソード側を流れる窒素へと移動する、酸素燃料システムに分類されるものであり、与えられる空気流と燃料流は、電気化学反応後も分離状態が維持される。
この形式は、ゼロエミッション固体酸化物燃料電池型パイロット発電プラントと呼ばれ、シェル社とシーメンス・ウエスティングハウス発電会社との共同開発によるものである。その目標は、化石燃料を用いた高効率の発電を行うと共に大気に排出するCO2を無くすことにある。このパイロットプラントは、大気圧で運転されるものであり、ノールウェイのコルスネスに建設された。
しかしながら、固体酸化物型燃料電池は、酸素は燃料電池のアノード側の壁を透過して、カソード側を流れる窒素へと移動する、酸素燃料システムに分類されるものであり、与えられる空気流と燃料流は、電気化学反応後も分離状態が維持される。
この形式は、ゼロエミッション固体酸化物燃料電池型パイロット発電プラントと呼ばれ、シェル社とシーメンス・ウエスティングハウス発電会社との共同開発によるものである。その目標は、化石燃料を用いた高効率の発電を行うと共に大気に排出するCO2を無くすことにある。このパイロットプラントは、大気圧で運転されるものであり、ノールウェイのコルスネスに建設された。
このゼロエミッション固体酸化物燃料電池型パイロット発電プラントは、前述のプラントと比較して、大きく2つの違いがある。すなわち、1)カソード側の空気流をアノード側の燃料ガスと分離するシールが与えられていることにより、これら2つの流れは燃料電池反応の後も混合されることはない。2)燃料電池のアノード側に残存する反応に寄与しなかった燃料の利用度を向上させるための、二次燃焼装置が設けられている。ここで、2つの形式の二次燃焼装置が提案されている。それは、1)残存する燃料の大部分を流用して運転され、幾らかの二次発電を行う付随的SOFCユニット、及び2)酸素を残存する燃料の燃焼に用いるために設けられた酸素伝導薄膜(OTM)である。ここで放出される熱は、蒸気タービン用の水蒸気を発生させるために用いられる。しかしながら、SOFCの二次燃焼装置及びOMTは、何れも極めて高コストの解決手段であり、二次発電量も制限される。
従来技術として、燃料電池システムのアノードガスのリサイクルシステムが、米国特許第5、079、103号に言及されている。このシステムには、SOFCスタックのアノード側から排出されるH2及びCOからCO2を分離するための圧力揺動吸着システム(PSA)が用いられている。しかしながら、このガス流のCO2含有量は相当な量であることから、必要なPSAシステムの全コストは増大し、構造は複雑となる。
したがって、高い発電効率を維持すると同時に、浄化され好ましくは加圧されたCO2流を作り出すことが可能な二次発電装置において、アノード側の排気ガスに残存する燃料を利用するための、簡単かつ経済的な解決法が求められている。
本発明の目的は、上記課題の解決手段を提供することにある。本発明は、固体酸化物燃料電池に関し、空気流と燃料流との分離状態を維持するシールシステムを備えるものである。特に、燃料電池のアノード側の排気ガスの処理システムに関し、さらに、排気ガスから分離されメインSOFCにおいて再利用される、未利用燃料の処理方法に関するものである。そして、本発明は、圧力が増加された状態で運転され、ガスタービンと統合されたSOFCシステムに最適のものである。
本発明において、空気は、燃料電池スタックに進入する前に圧縮され予熱される。又、化石燃料、好ましくは天然ガスは、H2、CO、CO2及びH2Oの混合物へと変換される前に、硫黄化合物等の有毒成分は予め除去処理される。そして、空気中の酸素は燃料電池壁を透過し、H2及びCOと電気化学反応を起こすことにより、電気及び熱を発生する。カソードガス及びアノードガスは前記シールシステムによって分離状態が維持される。
カソード側の酸素が消費された空気が、燃料電池のカソード側を透過する際に熱を吸収する。この酸素が消費され加熱された空気は、二次発電を行うタービン内で直ちに膨張し、導入される空気に熱交換され放出される。
アノード側の排気は、好ましくはその一部分が、蒸気改質に必要な水蒸気として、改質器に再循環される(あるいは水蒸気は改質器に必ず供給される必要がある。)。アノード側の排気ガスの残存分は、1)水素薄膜ユニット、2)極低温分離ユニットといった、2つの選択的な手段によって処理される。
アノード側の排気は、好ましくはその一部分が、蒸気改質に必要な水蒸気として、改質器に再循環される(あるいは水蒸気は改質器に必ず供給される必要がある。)。アノード側の排気ガスの残存分は、1)水素薄膜ユニット、2)極低温分離ユニットといった、2つの選択的な手段によって処理される。
1)高温水素薄膜ユニットを用いる場合には、局部的な圧力差によって排気ガス中の水素は薄膜を透過し、水素はガス供給側から除去される。又、水−ガス変換反応が、残存するCOを更に水素へと変換する(この薄膜が水―ガス変換反応を引き起こすか、又はそのための触媒が含まれる。)水蒸気等の推進ガスが浸透側に供給されて、改質能力を増大させる。アノード側の排気ガスは、薄膜分離の後は、CO2及びH2Oが主成分となる(幾らかのH2、CO及びN2が存在する。)。水は簡単に除去され、結果的に、概ね運転圧力下で凝縮されたCO2の流れとなる。透過したリッチ状態の水素ガスは、効果的に発電に使用されるため、圧縮され燃料電池又は改質器に再循環される。
2)アノード側ガスが冷却される極低温法を用いる場合には、ガスが圧縮される前に水が除去され、さらに乾燥されて、適度に低い温度において、比重を用いたセパレータ又はカラムにより、CO2は分離される。その結果生じるガスには、主成分として水素、CO、微量のN2及び分離温度に応じた量のCO2が含まれる。結果物である液体流は加圧されたCO2であり、船舶やトラック等、所望の輸送手段によって輸送可能である。
これらの選択的な手段は、加圧SOFCシステムのための圧力揺動吸着システムと比較して、より優れたものである。水素選択性薄膜による処理によれば、水素は燃料電池のアノード側排気から取り出される。この場合の燃料電池スタックは、水素選択性薄膜を透過することが可能な、高い運転圧力へと加圧される。この薄膜は、温度上昇状態で作動し、除去された所定量の水素は、アノード側排気に含まれるCO2量と比較して少ないものである。加えて、CO2は大きな圧力降下を要することなく薄膜の保持側面を透過する。その結果、本発明に係るシステムは、構造が簡単で、コスト低減を図る上で高い潜在能力を有するものである。そして、CO2は捕獲され、発電プラントからパイプラインによって搬出することが可能となる。また、幾らかの水素は保持力のあるガスに受け入れられ、不完全の水素の分解、及び、小さな水素薄膜領域の選択が可能となる。それらの要因は、現に使用されている、CO2を捕獲する加圧燃料電池システムと競合する、水素選択性薄膜により実現される。
他の有利な選択手段は、極低温かつ比重を用いた分離方法に関するものである。この場合の全てのシステムは、極低温分離処理過程を含む、高温SOFCシステムを備えるものである。回収された水素及びCOに要求される純度に着目した詳細な研究によると、十分な量の希薄剤が許容されることが明らかとなった。その結果として、比較的単純な極低温分離処理方法が可能となった。この選択手段は、トラック又は船舶による輸送に備えるための、液化CO2の製造を容易にするものであり、したがって、仮にCO2が捕獲され、搬出され、SOFCスタックが加圧される場合に、特に有益である。
潜在的に安価で効果的な分離/再生作業過程の重要な利点は、メインSOFCスタックにおける燃料消費量を減少させることである。燃料消費量の減少は、電圧を増加させ、今後のSOFCの効率を向上させる。本発明に係るゼロエミッション固体酸化物型燃料電池発電プラントは、CO2の捕獲と共に、化石燃料を用い高い発電効率を保証するものであり、CO2を捕獲する他の如何なる典型的な発電システムよりも、高い効率を誇るものである。他の重要な、ゼロエミッションSOFCとガスタービンとのハイブリッド構成の利点としては、上述の他の様々なCO2捕獲手段と比較して、より小さなメガワット領域への良好な適用性が挙げられる。
本発明に係る薄膜は、高温水素選択性薄膜に関するものである。特に、水―ガス転換機能を備える水素選択性薄膜に関するものである。本発明に係るH2選択性薄膜の、他の適用例との大きな相違点は、利用されなかった燃料を再生するための排気ガス処理方法にある。本発明の実施の形態は、COをSOFCの反応物として使用することは従来通りであるが、純粋な水素流を必要としないものである。又、大量のCO2は許容される(大量のガスと交換される)。本発明の実施の形態は、透過側に、推進ガス、好ましくは水蒸気の使用が許される。又、比較的少量の水素は再処理され、必要とされる薄膜領域も減少する。本実施形態における他の利点は、水素透過ガスが圧力開放されるまでの間、高圧下においてCO2を除去するものである。水素流量比は、好ましくはCO2流よりも小さく、したがって、CO2に求められる加圧コストと比較して、水素に求められる加圧コストは大幅に削減される。
極低温分離手段とゼロエミッションSOFCシステムとの組み合わせは、使用されなかった燃料を分離し再利用するための、簡単かつ洗練された手段である。しかも、比較的安価で、消費エネルギーもわずかに増えるのみである。
したがって、本発明の目的は、CO2捕獲を含むSOFCサイクルのアノードガス処理方法の単純化を図ることにある。
本発明は、熱分離され、又は近隣の水蒸気の消費者に分配して使用するための、熱や水蒸気を作り出すことも可能である。
したがって、本発明の目的は、CO2捕獲を含むSOFCサイクルのアノードガス処理方法の単純化を図ることにある。
本発明は、熱分離され、又は近隣の水蒸気の消費者に分配して使用するための、熱や水蒸気を作り出すことも可能である。
添付図において、同一の部分には同一の符号を示している。先ず最初に、図1には、本発明の基本原理を示す模式図が示されている。図1には、このメインSOFCスタック1は、シールシステム4によってアノード側部分2とカソード側部分3とに分けられている。このシールシステムは、好ましくは蒸気シールである。蒸気5の供給は、この種のシールに必要とされるものである。なお、図を簡略化するために、メインSOFCスタックのアノード側部分において必要な、全ての電気化学反応ステップだけでなく、アノード側排気ガスの再生系に選択的に内蔵され、蒸気改質に必要な蒸気が供給される改質器、又は、燃料の再生系に設けられた蒸気が供給される形式の改質器においても、メインSOFCスタックのアノード側部分と同様に、図示が省略されている。
又、燃料電池は簡略的に示されている。本発明の実施の形態では、(一端が閉じられた)管状の固体酸化物型燃料電池が用いられている。メインSOFCスタック1のアノード側2には、天然ガス等の炭素元素が含まれる無毒化燃料102が供給され、カソード側3には、圧縮され予熱された空気205が供給される。改質された燃料は、電気及び熱を発生させる燃料電池のアノード側2の空気から得られる酸素との間で、電気化学反応を起こす。この電気は、インバータ6において直流から交流へと変換される。主にH2、CO、CO2及びH2Oからなるアノード側排気ガス301は、更に分離処理部302へと移動し、ここで主に、利用されなかった燃料からCO2及びH2Oが分離される。回収された燃料304は、一般的に、メイン燃料電池スタックへと再供給される。
図2は、本発明の実施の形態に係る発電プラントの主用部分の模式図である。一般的には、天然ガス等の燃料100が流れる管は、燃料前処理ユニット101に接続している。この燃料前処理ユニットにおいて、改質器に流入し、十分に浄化された燃料を製造するための、必要な全ての無毒化処理が行われ、管102を通過してメインSOFCユニット1の燃料電池へと供給される。一般的に、前処理ユニットでは、従来から一般的に良く知られた脱硫方法が採用されている。浄化された燃料はメインSOFCスタックに流入し、図1に示されるように電気化学反応を起こし、電気及び熱を発生させる。アノード側排気ガス301は、図1に示されるようにガス管を通過して、分離処理部302へと移動する。濃縮され分離過程を離れたCO2流303は、一般的に、放出部308へと送られる前に、通常の圧縮系307において更に圧縮される。空気流201は、コンプレッサー202(一般的には、ガスタービンのコンプレッサー部。)において所望の圧力へと圧縮される。圧縮空気203は、メインSOFCのカソード側へと流入する前に、ヒーター204において予熱される。燃料電池のカソード側を流れる空気は熱を吸収し、酸素を失う。この、メインSOFCにおいて加熱され、酸素が消費された空気206は、膨張器(タービン)207で膨張し、二次発電を行う。
図3は、本発明の実施の形態に係る、極低温分離処理過程が用いられた発電プラントの流れ図である。燃料前処理ユニット101、メインSOFC1及びガスタービンユニット201−209は、既に述べた通りの構成を有している。膨張した空気208は、一般的に、排出部209から排出される前に、復熱装置204へと流入する圧縮空気203と熱交換する。本発明の実施の形態では、一般的には天然ガスからなる燃料100は、燃料前処理ユニット101に8.5バール、20℃で流入し、固定層吸収システムを通過することにより、脱硫(水素化脱硫)される。脱硫ガス103は、分離処理過程からの再生ガス329と混合される。混合ガス104は、アノード側排気ガス301との間で熱交換され、混合ガスの温度は約200℃へと上昇する。この予熱されたガス106は、メインSOFC1へと流入し、上述のごとき幾つかのステップを経て電気化学反応を起こす。メインSOFCスタックから排出されるアノード排気ガスの温度は、約800℃である。典型的なアノード排気ガスは、3.0%のH2、1.6%のCO、33.7%のCO2、60%のH2O及び1.8%のN2からなる。
熱交換器105における熱交換の後、水はコンデンサー又は除去装置310において除去される。この際、図示しない付加的な冷却装置が用いられ、排気ガスが冷却される。水332は水処理ユニットに送られて、廃棄され、又は蒸気システムへの供給水として用いられる。水が除去されたガス311は、コンプレッサー312において、約23バールで圧縮される。圧縮ガス313は、314で冷却され、浄化装置316で浄化処理され、321でCO2が液化される温度まで更に冷却される前に、319で脱水される。この冷却過程は、一般的な、閉鎖型の工業的冷却システム(図示省略)によって行われる。ガス流322中の液体CO2は、比重を用いたセパレータにおいて、低温下(−40から−55℃)でガスから分離される。本発明の実施の形態によれば、温度条件は−50℃で、圧力は22.5バールである。このガスは、セパレータ327を通過して328で加熱される。そして、浄化された供給ガス103と混合される前に、(図示しない)バルブを通過して、動作圧力となるまで膨張する。再生ガスの一部、典型例として5%は、不燃性かつ非圧縮性のガス、典型的にはN2の生成を防ぐために、除去される。この再生ガスは、典型的には、32%のH2と、15%のCOと、34%のCO2と、18%のN2とからなる。分離装置323から分離した液化CO2324は、船舶若しくはトラックによって搬送可能なストレージ325へと送られ、若しくは選択的にパイプラインにより隔離される。液化CO2流は、典型的には98%以上のCO2からなるものである。本発明の実施の形態によれば、発電効率は約60%(ac/LHV)であると計算されている。
図4には、本発明の実施の形態に係る、発電プラントの高温水素選択性薄膜が用いられた分離処理過程の流れを示す模式図が示されている。ここで、再生ガス357が混合される燃料前処理ユニット101と、メインSOFCスタック1における電気化学反応は、図3の例と同じである。ガスタービンユニット201−209も前述のとおりである。アノード側排気ガス301は、水素選択性薄膜ユニット350の供給側に6.7バールの圧力で流入する。このときの温度は、選択された薄膜の種類によって決定され、その温度を得るために、一般的な冷却手段が用いられる。水素は、選択された薄膜の種類に応じた選択度で、その薄膜を透過する。本発明の実施の形態では、薄膜ユニットは、600℃で運転される。水素リッチ状態の浸透ガスは、一般的に50%のH2を含んでいる。浸透側の圧力は周囲から遮断され、改質能力を増加させるために、推進ガス359(好ましくは蒸気)が用いられる。水素リッチ状態の透過ガス351は、熱交換器352で冷却され、水はコンデンサー又は除去装置354によって除去され、再生されたH2ガス355が、内部冷却されたコンプレッサー360で、作動圧力へと多段階に圧縮され、浄化されたガス103と混合される。
CO2、H2O、微量のH2、CO及びN2が保持されたガス358には、コンデンサー又は除去装置310において水が除去される前に、熱交換器105で熱交換される。このガスの冷却には、図示しない付随的冷却器が用いられる。除去されたCO2リッチ状態のガス361は、362で圧縮され、364で冷却され、366で浄化され、370で所望の回収圧力へと更に圧縮される前に、368で脱水される。このシステムによって作り出されるCO2リッチ状態のガスは、96%のCO2、2%のH2、1%のCO及び1%のN2により構成されている。本発明の実施の形態によれば、発電効率は約60%(ac/LHV)であると計算されている。
図5には、本発明の実施の形態に係る、発電プラントの高温選択性薄膜が用いられた分離処理過程であって、酸素が消費された空気の温度を上昇させるために、特に回収された水素が燃焼される過程の流れを示す模式図が示されている。かかる過程は、以下の例外部分を除き、図4において述べた通りである。すなわち、再処理され圧縮された水素357は、酸素が消費された空気206と混合され、燃焼室401で燃焼されることにより、酸素が消費された空気及び蒸気402が混合された混合気の温度は、膨張器207に流入する前に上昇する。
1:メインSOFCスタック、4:シールシステム、100:燃料、101:燃料前処理ユニット、205:空気、206:酸素が消費された空気、207:膨張器、301:アノード側排気ガス、312:コンプレッサー、319:脱水機、321:冷却器、322:液化CO2、323:分離装置、329:再生ガス、350:水素選択性薄膜ユニット、351:水素リッチ状態の透過ガス、355:再生されたH2ガス、359:推進ガス、361:CO2リッチ状態のガス
Claims (13)
- 発電過程において炭素含有燃料(100)が供給される固体酸化物型燃料電池スタック(1)の、アノード側排気ガス(301)の処理方法であって、
前記アノード側排気ガスと、カソード側排気ガスとは、前記固体酸化物型燃料電池スタック内で、シールシステム(4)によって分離状態に維持され、アノード側排気ガス(351)の主成分であるH2及びCOは、H2選択性薄膜(350)を用いた分離過程によって、前記アノード側排気ガス(301)中のCO2と分離されることを特徴とする方法。 - 前記アノード側廃棄ガス(359)は、大部分のCO2が大気中へ放出されないように、処理されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記H2選択性薄膜(350)の透過側に、水蒸気(361)が導入されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 再生されたH2(355)は、メイン固体酸化物型燃料電池スタックへと再供給され、燃料として使用されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 再生されたH2(355)は、膨張器(207)に流入する、酸素が消費された空気(206)の加熱に用いられることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 再生されたH2(355)は、固体酸化物型燃料電池スタックに流入する空気(205)の加熱に用いられることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 再生されたH2(355)は、販売製品として搬出されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 再生されたH2(355)は、水素化脱硫に必要な水素として、脱硫ユニット(101)へと供給されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 発電過程において炭素含有燃料(100)が供給される固体酸化物型燃料電池スタック(1)の、アノード側排気ガス(301)の処理方法であって、
前記アノード側排気ガスと、カソード側排気ガスとは、前記固体酸化物型燃料電池スタック内で、シールシステム(4)によって分離状態に維持され、
圧縮(312)、脱水(319)及び冷却(321)に基づく分離過程において圧力及び温度が与えられ、大部分のCO2が液体(322)となり、その後直ちに比重を用いた一般的な分離過程(323)によって、CO2がH2及びCOから分離されることにより、
アノード側排気ガス(301)の主成分であるH2及びCOは、前記アノード側排気ガス中のCO2と分離されることを特徴とする方法。 - 前記アノード側廃棄ガス(301)は、大部分のCO2が大気中へと放出されないように、処理されることを特徴とする請求項9記載の方法。
- 再生されたH2及びCO(329)は、メイン固体酸化物燃料電池スタック(1)へと再供給され、燃料として使用されることを特徴とする請求項9記載の方法。
- 再生されたH2及びCO(329)は、非圧縮性かつ不燃性のガスの生成を回避するために、除去されることを特徴とする請求項9記載の方法。
- 再生されたH2及びCO(329)は、水素化脱硫に必要な水素として脱硫ユニット(101)へと供給されることを特徴とする請求項9記載の方法。
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Cited By (2)
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JP2014511012A (ja) * | 2011-03-31 | 2014-05-01 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Co2捕捉を用いて燃料電池からの収量を増加するための再循環施設 |
JP2015502639A (ja) * | 2011-11-16 | 2015-01-22 | サウジ アラビアン オイル カンパニー | 発電および石油増進回収のためのシステムおよび方法 |
Families Citing this family (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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TWI257190B (en) * | 2005-04-19 | 2006-06-21 | Ind Tech Res Inst | A fuel cell system |
US8518155B2 (en) * | 2007-03-16 | 2013-08-27 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method and apparatus for separating gases |
US20080260612A1 (en) * | 2007-04-18 | 2008-10-23 | Orchard Material Technology, Llc | Oxidation of metallic materials as part of an extraction, purification and/or refining process |
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US8530101B2 (en) * | 2007-08-08 | 2013-09-10 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Anode exhaust recycle system |
WO2009059571A1 (de) * | 2007-11-10 | 2009-05-14 | Horst-Eckart Vollmar | Hochtemperaturbrennstoffzellensystem mit teilweisem kreislauf des anodenabgases und ausschleusung von gaskomponenten |
EP2235777A1 (en) | 2007-12-28 | 2010-10-06 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Fuel cell system |
CA2934541C (en) * | 2008-03-28 | 2018-11-06 | Exxonmobil Upstream Research Company | Low emission power generation and hydrocarbon recovery systems and methods |
EP2477265A1 (en) * | 2009-09-09 | 2012-07-18 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Fuel cell |
EP2348253A1 (de) * | 2010-01-22 | 2011-07-27 | RV Lizenz AG | Emissionsfreies Verfahren zur Verrichtung mechanischer Arbeit |
UY33038A (es) | 2009-11-20 | 2011-06-30 | Rv Lizenz Ag | Uso termico y quimico de sustancias cabonaceas en particular para la generacion de energia sin emisiones |
TWI600825B (zh) * | 2010-01-22 | 2017-10-01 | Rv立森斯股份有限公司 | 用來執行機械功與生產電能和熱能之無排放裝置和方法 |
PT2348254T (pt) * | 2010-01-22 | 2018-02-26 | Rv Lizenz Ag | Sistema de abastecimento de combustível para uma máquina móvel |
US20130025866A1 (en) * | 2011-07-25 | 2013-01-31 | Chevron U.S.A. Inc. | Integrated process utilizing nitrogen and carbon dioxide streams for enhanced oil recovery |
KR101768757B1 (ko) | 2011-11-21 | 2017-08-30 | 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 | 석유 연료를 사용한 화합된 수소 및 전기 생산 방법 및 그 시스템 |
US8945368B2 (en) | 2012-01-23 | 2015-02-03 | Battelle Memorial Institute | Separation and/or sequestration apparatus and methods |
WO2014036258A1 (en) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Enhanced Energy Group LLC | Cycle turbine engine power system |
UA117684C2 (uk) * | 2013-10-22 | 2018-09-10 | Енерджі Рісерч Інстіт'Ют | Спосіб одержання стиснутого діоксиду вуглецю, придатного для видобування нафти або газу зі штучним підтриманням енергії пласта |
US20160355933A1 (en) | 2014-01-17 | 2016-12-08 | Htceramix S.A. | Method and system for producing carbon dioxide and electricity from a gaseous hydrocarbon feed |
WO2015124183A1 (en) | 2014-02-19 | 2015-08-27 | Htceramix S.A. | Method and system for producing carbon dioxide, purified hydrogen and electricity from a reformed process gas feed |
US10144641B2 (en) * | 2015-06-24 | 2018-12-04 | The Boeing Company | System and method for high pressure, passive condensing of water from hydrogen in a reversible solid oxide fuel cell system |
TWI557981B (zh) * | 2015-12-08 | 2016-11-11 | 財團法人工業技術研究院 | 整合clp與sofc的發電設備及其操作方法 |
US11211625B2 (en) * | 2016-04-21 | 2021-12-28 | Fuelcell Energy, Inc. | Molten carbonate fuel cell anode exhaust post-processing for carbon dioxide |
JP6698872B2 (ja) * | 2016-04-21 | 2020-05-27 | フュエルセル エナジー, インコーポレイテッドFuelcell Energy, Inc. | 冷却/凝縮による燃料電池のアノード排気からの二酸化炭素除去 |
US10840530B2 (en) * | 2016-04-21 | 2020-11-17 | Fuelcell Energy, Inc. | High efficiency fuel cell system with intermediate CO2 recovery system |
CA3022534C (en) | 2016-04-29 | 2021-01-26 | Fuelcell Energy, Inc. | Methanation of anode exhaust gas to enhance carbon dioxide capture. |
US10189709B2 (en) | 2017-06-22 | 2019-01-29 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | System for cogeneration of power and hydrogen |
US11201337B2 (en) * | 2018-12-21 | 2021-12-14 | Fuelcell Energy, Inc. | System and method for removing water and hydrogen from anode exhaust |
FR3107617A1 (fr) * | 2020-02-25 | 2021-08-27 | Entrepose Group | Extraction de CO2 dans la boucle de recyclage d’une pile à combustible |
CN115917803A (zh) * | 2020-06-22 | 2023-04-04 | 燃料电池能有限公司 | 用于使用气体注入再平衡燃料电池中压力差的系统 |
DE102020122082A1 (de) * | 2020-08-24 | 2022-02-24 | Audi Aktiengesellschaft | Festoxidbrennstoffzellenvorrichtung sowie Brennstoffzellenfahrzeug |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61114478A (ja) * | 1984-11-06 | 1986-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池装置 |
JPH04108A (ja) * | 1990-03-14 | 1992-01-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃焼装置 |
JPH06203845A (ja) * | 1992-08-04 | 1994-07-22 | Unyusho Senpaku Gijutsu Kenkyusho | 固体酸化物燃料電池を用い電力発生と同時に二酸化炭素 を分離回収する発電システム |
JPH1131518A (ja) * | 1990-03-14 | 1999-02-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池による二酸化炭素の回収方法 |
JP2000200617A (ja) * | 1999-01-08 | 2000-07-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池複合発電プラントシステム |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3913581A1 (de) * | 1989-04-25 | 1990-10-31 | Linde Ag | Verfahren zum betrieb von brennstoffzellen |
US5247791A (en) * | 1989-10-25 | 1993-09-28 | Pyong S. Pak | Power generation plant and power generation method without emission of carbon dioxide |
CA2198252C (en) * | 1994-08-25 | 2005-05-10 | Rudi Beichel | Reduced pollution power generation system and gas generator therefore |
US5724805A (en) * | 1995-08-21 | 1998-03-10 | University Of Massachusetts-Lowell | Power plant with carbon dioxide capture and zero pollutant emissions |
US5997594A (en) * | 1996-10-30 | 1999-12-07 | Northwest Power Systems, Llc | Steam reformer with internal hydrogen purification |
US6187465B1 (en) * | 1997-11-07 | 2001-02-13 | Terry R. Galloway | Process and system for converting carbonaceous feedstocks into energy without greenhouse gas emissions |
US6921595B2 (en) * | 2000-05-31 | 2005-07-26 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Joint-cycle high-efficiency fuel cell system with power generating turbine |
JP3659147B2 (ja) * | 2000-09-11 | 2005-06-15 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池装置 |
US20030008183A1 (en) * | 2001-06-15 | 2003-01-09 | Ztek Corporation | Zero/low emission and co-production energy supply station |
-
2002
- 2002-12-10 NO NO20025925A patent/NO320939B1/no not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-12-10 AU AU2003288797A patent/AU2003288797A1/en not_active Abandoned
- 2003-12-10 WO PCT/NO2003/000413 patent/WO2004054029A1/en active Application Filing
- 2003-12-10 JP JP2004558571A patent/JP2006509345A/ja active Pending
- 2003-12-10 US US10/538,167 patent/US20060115691A1/en not_active Abandoned
- 2003-12-10 EP EP03781103A patent/EP1590848A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61114478A (ja) * | 1984-11-06 | 1986-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池装置 |
JPH04108A (ja) * | 1990-03-14 | 1992-01-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃焼装置 |
JPH1131518A (ja) * | 1990-03-14 | 1999-02-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池による二酸化炭素の回収方法 |
JPH06203845A (ja) * | 1992-08-04 | 1994-07-22 | Unyusho Senpaku Gijutsu Kenkyusho | 固体酸化物燃料電池を用い電力発生と同時に二酸化炭素 を分離回収する発電システム |
JP2000200617A (ja) * | 1999-01-08 | 2000-07-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池複合発電プラントシステム |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014511012A (ja) * | 2011-03-31 | 2014-05-01 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Co2捕捉を用いて燃料電池からの収量を増加するための再循環施設 |
JP2015502639A (ja) * | 2011-11-16 | 2015-01-22 | サウジ アラビアン オイル カンパニー | 発電および石油増進回収のためのシステムおよび方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO20025925D0 (no) | 2002-12-10 |
NO320939B1 (no) | 2006-02-13 |
US20060115691A1 (en) | 2006-06-01 |
EP1590848A1 (en) | 2005-11-02 |
NO20025925L (no) | 2004-06-11 |
WO2004054029A1 (en) | 2004-06-24 |
AU2003288797A1 (en) | 2004-06-30 |
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