JP2015507813A5 - - Google Patents

Claims (30)

1. ＳＯＦＣシステムを使用して精製二酸化炭素生成物、電力、および圧縮水素生成物を生産するための、ＳＯＦＣシステムを使用する方法であって、ＳＯＦＣシステムを使用する前記方法は、
   炭化水素燃料を前記ＳＯＦＣシステムに導入することと、
   スチームを前記ＳＯＦＣシステムに導入することと、
   前記ＳＯＦＣシステムを作動させることによって、アノード排気リサイクルを生成し、予備改質器に渡し、それにより、前記予備改質器内のスチームと炭素のモル比が３：１から４：１の範囲となり、改質器燃焼室内に存在するすべての炭化水素および水素を十分に燃焼するために必要な化学量論量を超過している前記改質器燃焼室に酸素が渡り、前記精製二酸化炭素生成物、電力、および前記圧縮水素生成物が生産され、前記ＳＯＦＣシステム内で生産される合計二酸化炭素の９０％超が、前記精製二酸化炭素生成物に変換されることと、の各ステップを含み、
   前記ＳＯＦＣシステムは、水素圧縮および貯蔵システムと流体的に連結し、炭化水素燃料を受け取るように作動可能な水素化脱硫システムを含み、スチーム改質器は触媒反応炉管および前記改質器燃焼室を有し、ここで、前記触媒反応炉管は水素化脱硫システムと連結し、スチームを受け取るように作動可能であり、前記改質器燃焼室は前記触媒反応炉管と熱的に連結し、固体酸化物形燃料電池のアノード側の出口と酸素発生器システムの両方に流体的に連結し、そして炭化水素燃料を受け取るように作動可能であり、水素精製システムは前記触媒反応炉管に流体的に連結し、精製済水素ガスを生産するように作動可能であり、水素圧縮および貯蔵システムは前記水素精製システムと流体的に連結し、圧縮水素生成物を生産するように作動可能であり、前記予備改質器は前記固体酸化物形燃料電池の前記アノード側の前記出口と流体的に連結し、そして前記炭化水素燃料を受け取り、予備改質器合成ガス生成物を生産するように作動可能であり、前記固体酸化物形燃料電池は電力を生産するように作動可能であり、前記アノード側を有し、前記アノード側は前記予備改質器および前記水素精製システムの両方と流体的に連結する入口を有し、前記アノード排気ガスを生産するように作動可能で、酸素発生システムは酸素を生産するように作動可能で、ＣＯ２精製および液化システムは前記改質器燃焼室と流体的に連結し、精製二酸化炭素生成物を生産するように作動可能である、方法。
2. 前記炭化水素燃料を導入する前記ステップは、組成的類似炭化水素燃料を、前記炭化水素燃料を受け取るように作動可能な前記ＳＯＦＣシステムの各部に導入することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 炭化水素燃料を導入する前記ステップは、第１の炭化水素供給原料組成を、炭化水素燃料を受け取るように作動可能な前記ＳＯＦＣシステムの一部分に導入することと、第２の炭化水素燃料組成を、炭化水素燃料を受け取るように作動可能な前記ＳＯＦＣシステムのまた別の一部分に導入することと、を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記ＳＯＦＣシステムを作動させる前記ステップは、前記圧縮水素生成物の一部分を前記水素圧縮および貯蔵システムから前記水素化脱硫システムに渡すことを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. スチームを導入する前記ステップは、前記触媒反応炉管内のスチームと炭素のモル供給原料比が２：１から４：１の範囲であるようにスチームを導入することを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記ＳＯＦＣシステムを作動させる前記ステップは、前記触媒反応炉管の温度を７７５℃から８２５℃の範囲に、および、８バールから１０バールの範囲の圧力に維持することを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 必要な前記化学量論量の前記超過は、前記改質器燃焼室内に存在する前記炭化水素および水素のすべてを十分に燃焼させるために必要な前記化学量論量よりも少なくとも１０パーセント多いことである、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記ＳＯＦＣシステムを作動させる前記ステップは、前記スチーム改質器を少なくとも９０℃の温度差で前記改質器燃焼室と前記触媒反応炉管の間で維持することを含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記ＳＯＦＣシステムを作動させる前記ステップは、９９．５０から９９．９９モルパーセントの範囲の水素純度を有する精製された水素ガスを生産することを含む、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記触媒反応炉管に関する前記スチームと炭素のモル比が、前記予備改質器に関するスチームと炭素のモル比より小さい、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記ＳＯＦＣシステムを作動させる前記ステップは、新鮮または作成スチームを前記予備改質器に導入することを含まない、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記ＳＯＦＣシステムを作動させる前記ステップは、前記予備改質器を断熱的に作動させることを含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記ＳＯＦＣシステムを作動させる前記ステップは、前記予備改質器の前記温度を３５０℃から４００℃の範囲に維持することを含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
14. 前記ＳＯＦＣシステムを作動させる前記ステップは、乾モル基準で１５パーセントから２０パーセントの範囲でメタンを有する前記予備改質器合成ガス生成物を生産することを含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記ＳＯＦＣシステムを作動させる前記ステップは、前記固体酸化物形燃料電池の前記アノード側の前記温度を、７２５℃から７７５℃の範囲に維持することを含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記ＳＯＦＣを作動させる前記ステップは、乾モル基準で９５．００から９９．９９モルパーセントの範囲で酸素純度を有する酸素を生産することを含む、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記ＳＯＦＣシステムを作動させる前記ステップは、１０ｐｐｍモル未満の酸素濃度を有する前記精製二酸化炭素生成物を生産することを含む、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記ＳＯＦＣシステムの前記酸素発生システムは、前記固体酸化物形燃料電池に電気的に連結し、水および電力を受け取り、電解水素および電解酸素を生産するように作動可能である電解セルを含み、前記水素圧縮および貯蔵システムは前記酸素発生システムとも流体的に連結し、
    前記ＳＯＦＣシステムに水を導入することと、
    電力が前記酸素発生システムに渡って前記酸素発生システムが電解酸素および電解水素の両方を別々に生産するようにし、そして前記電解水素が前記水素圧縮および貯蔵システムに渡るように、前記ＳＯＦＣシステムを作動させること、のステップをさらに含む、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
19. 精製二酸化炭素生成物、電気動力車両に好適である電力、スチームおよび炭化水素燃料を使用する水素燃料電池車両に好適である圧縮水素生成物、を生産するために有用であるＳＯＦＣシステムであって、
    水素圧縮および貯蔵システムと流体的に連結し、炭化水素燃料を受け取るように作動可能である水素化脱硫システムと、
    触媒反応炉管および改質器燃焼室を有するスチーム改質器であって、前記触媒反応炉管は前記水素化脱硫システムと流体的に連結し、過熱スチームを受け取るように作動可能であり、前記改質器燃焼室は前記触媒反応炉管と熱的に連結し、固体酸化物形燃料電池のアノード側の出口と酸素発生器システムの両方と流体的に連結し、前記炭化水素燃料を受け取るように作動可能である、スチーム改質器と、
    前記改質器触媒反応炉管と流体的に連結し、一酸化炭素を二酸化炭素と水素に変換するように作動可能な、水性ガスシフト反応炉システムと、
    前記水性ガスシフト反応炉システムと流体的に連結し、精製された水素ガスを生産するように作動可能な、水素精製システムと、
    前記水素精製システムと流体的に連結し、圧縮水素生成物を生産するように作動可能な、水素圧縮および貯蔵システムと、
    前記固体酸化物形燃料電池の前記アノード側の前記出口と流体的に連結し、前記炭化水素燃料を受け取り、そして予備改質器合成ガス生成物を生産するように作動可能な、予備改質器と、
    前記アノード側を有し、電力を生産するように作動可能である前記固体酸化物形燃料電池であって、前記アノード側は、前記予備改質器および前記水素精製システムの両方と流体的に連結し、アノード排気ガスを生産するように作動可能な入り口を有する、前記固体酸化物形燃料電池と、
    酸素を生産するように作動可能な前記酸素発生システムと、
    前記改質器燃焼室と流体的に連結し、精製二酸化炭素生成物を生産するように作動可能な、ＣＯ２精製および液化システムと、を備えるＳＯＦＣシステム。
20. 前記水性ガスシフト反応炉システムは、直列に連結する高温シフト反応炉と低温シフト反応炉を備え、各反応炉は異なる水性ガスシフト触媒を含む、請求項１９に記載のＳＯＦＣシステム。
21. 前記水素精製システムは圧力スイング吸着ユニットである、請求項２０の請求項１９に記載のＳＯＦＣシステム。
22. 前記予備改質器は硫黄耐性のある貴活性金属触媒を含む、請求項１９〜２１のいずれかに記載のＳＯＦＣシステム。
23. 前記ＳＯＦＣシステムの前記酸素発生システムは、前記固体酸化物形燃料電池と電気的に連結し、水および電力を受け取ることと、電解水素および電解酸素を生産することの両方を作動可能な電解セルを含み、前記水素圧縮および貯蔵システムは前記酸素発生システムとも流体的に連結する、請求項１９〜２２のいずれかに記載のＳＯＦＣシステム。
24. 前記電解セルはプロトン交換膜である、請求項２３に記載のＳＯＦＣシステム。
25. 代替燃料貯蔵装置を有する代替燃料車両に燃料供給するための代替燃料供給ステーションを使用する方法であって、代替燃料供給ステーションを使用する前記方法は、
    前記代替燃料供給ステーションのＳＯＦＣシステムに別々にスチームおよび炭化水素燃料を導入することと、
    前記代替燃料が生産されるように前記ＳＯＦＣシステムを作動させることと、
    前記ＳＯＦＣシステムと前記代替燃料貯蔵装置との間に導管を形成するように、代替燃料車両を前記代替燃料供給ステーションに連結することと、
    前記代替燃料貯蔵装置の貯蔵能力が超過されないように、前記代替燃料を前記代替燃料車両に導入することと、
    前記代替燃料車両を前記代替燃料供給ステーションから連結解除することと、を含み、
    前記代替燃料供給ステーションは前記ＳＯＦＣシステムを含み、電気導管は、電気代替燃料車両の代替燃料貯蔵装置を前記ＳＯＦＣシステムの前記固体酸化物形燃料電池に電気的に連結することと、前記ＳＯＦＣシステムによって生産された電流を前記電気代替燃料車両に運搬することの両方を作動可能であり、圧縮水素導管は、水素代替燃料車両の代替燃料貯蔵装置を前記ＳＯＦＣシステムの前記水素圧縮および貯蔵システムに流体的に連結し、３５０バールから７００バールの範囲の圧力を有し、かつ９９．９９パーセントの水素モル純度を有する圧縮水素を前記水素代替燃料車両に運搬するように作動可能である、方法。
26. 水を前記代替燃料供給ステーションの前記ＳＯＦＣシステムに導入する前記ステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記代替燃料は圧縮水素生成物であり、前記代替燃料車両は水素燃料電池車両である、請求項２５または請求項２６に記載の方法。
28. 前記代替燃料は電力であり、前記代替燃料車両は電気車両である、請求項２５〜２７のいずれかに記載の方法。
29. 前記炭化水素燃料は、ナフサ、ケロシン、およびそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項２５〜２８のいずれかに記載の方法。
30. 電気および水素両方の代替燃料車両に同時に燃料供給するために有用な代替燃料供給ステーションであって、
    ＳＯＦＣシステムと、
    前記電気代替燃料車両の代替燃料貯蔵装置を前記ＳＯＦＣシステムの前記固体酸化物形燃料電池に電気的に連結し、前記ＳＯＦＣシステムによって生産される電流を前記電気代替燃料車両に運搬するように作動可能な電気導管と、
    前記水素代替燃料車両の代替燃料貯蔵装置を前記ＳＯＦＣシステムの前記水素圧縮および貯蔵システムに流体的に連結することと、３５０バールから７００バールの範囲の圧力を有し、かつ９９．９９パーセントの水素モル純度を有する圧縮水素を前記水素代替燃料車両に運搬することの両方を作動可能な、圧縮水素導管と、を備え、
    前記代替燃料供給ステーションが電気および水素両方の代替燃料車両に同時に燃料供給可能である、代替燃料供給ステーション。