JP2846105B2 - 燃焼装置 - Google Patents
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- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Gas Burners (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃焼装置に関し、特に固体電解質型燃料電池
を用いた燃焼装置に関する。
を用いた燃焼装置に関する。
［従来の技術］ 周知の如く、化石燃料を始め天然ガスなどの燃料から
生成される炭酸ガス（CO2）は、地球温室効果問題とし
て現在大きく取り上げられている。しかし、まだ本格的
な取り組みはなされておらず、従来技術と呼べるものは
ない。
生成される炭酸ガス（CO2）は、地球温室効果問題とし
て現在大きく取り上げられている。しかし、まだ本格的
な取り組みはなされておらず、従来技術と呼べるものは
ない。
ところで、現在CO2分離の技術としては、吸着法（PSA
−CO2），化学吸着法（FT−１プロセス），膜分離法等
が上げられ、分離されたCO2の処理技術としては、深海
にドライアイスあるいは液体CO2などの状態にして投入
保存する深海投入法が挙げられる。
−CO2），化学吸着法（FT−１プロセス），膜分離法等
が上げられ、分離されたCO2の処理技術としては、深海
にドライアイスあるいは液体CO2などの状態にして投入
保存する深海投入法が挙げられる。
第４図は、前記吸着法によるボイラ排ガスからのCO2
分離・回収システムを示す。なお、図中の１はボイラ、
２は空気予熱器、３はドライアイス製造装置である。こ
のシステムは、効果的なCO2の分離システムとして挙げ
られるが、PSAがガス分離に適するのは混合ガス中のあ
る程度濃度の高い特定ガスを選択的に高効率に分離する
場合で、ガス中濃度の低いガスを分離する方法としては
設備・消費動力が大きくなり、分離ガスの純度的にも悪
くなる。
分離・回収システムを示す。なお、図中の１はボイラ、
２は空気予熱器、３はドライアイス製造装置である。こ
のシステムは、効果的なCO2の分離システムとして挙げ
られるが、PSAがガス分離に適するのは混合ガス中のあ
る程度濃度の高い特定ガスを選択的に高効率に分離する
場合で、ガス中濃度の低いガスを分離する方法としては
設備・消費動力が大きくなり、分離ガスの純度的にも悪
くなる。
第５図は、前記化学吸着法によるCO2分離・回収シス
テムを示す。なお、図中の４は冷却塔、５は吸収塔、６
は再生塔である。このシステムは、吸着液に低温でCO2
を吸収，高温でCO2を放出するもので、DO社のアミン系
溶媒（FT−１）を用いたプロセスが代表的で、このプロ
セスによれば通常90％程度で高純度のCO2を得ることが
できる。しかし、第５図に見られるように、非常に大が
かりなシステムとなり、その上低レベルまでの排煙脱硫
装置が必要で、混合排ガス中の硫黄酸化物SOxを10ppm以
下に抑える必要がある。
テムを示す。なお、図中の４は冷却塔、５は吸収塔、６
は再生塔である。このシステムは、吸着液に低温でCO2
を吸収，高温でCO2を放出するもので、DO社のアミン系
溶媒（FT−１）を用いたプロセスが代表的で、このプロ
セスによれば通常90％程度で高純度のCO2を得ることが
できる。しかし、第５図に見られるように、非常に大が
かりなシステムとなり、その上低レベルまでの排煙脱硫
装置が必要で、混合排ガス中の硫黄酸化物SOxを10ppm以
下に抑える必要がある。
第６図は、前記膜分離法のシステムを示す。このシス
テムは、高分子膜における気体の透過係数の差を利用し
CO2を分離するものであり、シンプルな高差圧，高温度
に弱く、汚れに弱い等開発要素が非常に多い。
テムは、高分子膜における気体の透過係数の差を利用し
CO2を分離するものであり、シンプルな高差圧，高温度
に弱く、汚れに弱い等開発要素が非常に多い。
第７図は、前記深冷分離法のシステムを示す。このシ
ステムは、ガスの沸点の差を利用して混合ガスから特定
のガスを分離する方法で、原理的には可能である。しか
し、この方法は、断熱膨脹を利用した冷却効果によりガ
スを冷却するため、ボイラなどの燃焼排ガス全量の圧縮
に要する動力が膨大なものとなり、現実的なシステムと
はいえない。
ステムは、ガスの沸点の差を利用して混合ガスから特定
のガスを分離する方法で、原理的には可能である。しか
し、この方法は、断熱膨脹を利用した冷却効果によりガ
スを冷却するため、ボイラなどの燃焼排ガス全量の圧縮
に要する動力が膨大なものとなり、現実的なシステムと
はいえない。
以上のように、従来技術によるCO2分離・回収システ
ムでは、全量の多いボイラなどの燃焼排ガスからのCO2
の分離となり、分離・回収がそれだけ困難なものとな
る。
ムでは、全量の多いボイラなどの燃焼排ガスからのCO2
の分離となり、分離・回収がそれだけ困難なものとな
る。
［発明が解決しようとする課題］ 現在、地球温暖化の元凶であるCO2の低減策が種々検
討されているが、化石燃料により生じたCO2を何等かの
方法で分離・回収して、深海に投入して、長期保存する
という方法もその一つとして挙げられる。
討されているが、化石燃料により生じたCO2を何等かの
方法で分離・回収して、深海に投入して、長期保存する
という方法もその一つとして挙げられる。
しかし、CO2の分離・回収システムとしては、先に述
べた吸着法（PSA−CO2），化学吸着法（FT−１プロセ
ス），膜分離法，深冷分離法等を利用したシステムが挙
げられが、これら従来技術ではいずれも被処理排ガス中
のCO2の濃度が濃い状態での分離・回収が効率的で純度
的にも期待できるが、ボイラで空気で燃焼してしまった
後の排ガスでは多量のN2等のガス成分を含むことにな
り、CO2の分離・回収が困難となり不利である。
べた吸着法（PSA−CO2），化学吸着法（FT−１プロセ
ス），膜分離法，深冷分離法等を利用したシステムが挙
げられが、これら従来技術ではいずれも被処理排ガス中
のCO2の濃度が濃い状態での分離・回収が効率的で純度
的にも期待できるが、ボイラで空気で燃焼してしまった
後の排ガスでは多量のN2等のガス成分を含むことにな
り、CO2の分離・回収が困難となり不利である。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、酸素イ
オン透過性の固体電解質を用いた燃料電池発電システム
中で、排ガス中に高濃度のCO2が含まれる状態ができる
のを利用して、CO2の分離・回収を容易になしえる燃焼
装置を提供することを目的とする。
オン透過性の固体電解質を用いた燃料電池発電システム
中で、排ガス中に高濃度のCO2が含まれる状態ができる
のを利用して、CO2の分離・回収を容易になしえる燃焼
装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段と作用］ 本発明は、固体電解質型燃料電池を用いた発電システ
ムにおいて、固体電解質型燃料電池の燃料極側排ガス出
口後流にCO2/H2O分離回収装置を設け、このCO2/H2O分離
回収装置で得られた水は前記固体電解質型燃料電池の入
口側燃料に添加して燃料の改質反応に利用し、得られた
高濃度のCO2は回収再利用化することを特徴とする燃焼
装置である。
ムにおいて、固体電解質型燃料電池の燃料極側排ガス出
口後流にCO2/H2O分離回収装置を設け、このCO2/H2O分離
回収装置で得られた水は前記固体電解質型燃料電池の入
口側燃料に添加して燃料の改質反応に利用し、得られた
高濃度のCO2は回収再利用化することを特徴とする燃焼
装置である。
本発明においては、燃料側排出ガス出口と前記CO2/H2
O分離回収装置との間に燃焼器（第３図参照）を設けて
もよい。こうした構成にすることにより、燃料極側の生
成ガスに必要な最小限の酸素あるいは空気を混入させる
ことで未反応分として排出されたCO,H2を略完全にCO2と
H2Oに酸化させることができる。
O分離回収装置との間に燃焼器（第３図参照）を設けて
もよい。こうした構成にすることにより、燃料極側の生
成ガスに必要な最小限の酸素あるいは空気を混入させる
ことで未反応分として排出されたCO,H2を略完全にCO2と
H2Oに酸化させることができる。
本発明においては、前記固体電解質燃料電池に石炭ガ
ス化炉から脱硫装置及びメタノール合成触媒を経てメタ
ノールを供給する手段（第２図参照）を設けてもよい。
こうした構成にすることにより、メタノール（CH3OH）
は蒸気（H2O）とともに燃料電池15に送られ、内部で改
質され（CH3OH＋H2O→CO2＋3H2）、発電に用いられる。
ス化炉から脱硫装置及びメタノール合成触媒を経てメタ
ノールを供給する手段（第２図参照）を設けてもよい。
こうした構成にすることにより、メタノール（CH3OH）
は蒸気（H2O）とともに燃料電池15に送られ、内部で改
質され（CH3OH＋H2O→CO2＋3H2）、発電に用いられる。
本発明におけるCO2分離・回収システムの作用は、次
の通りである。酸素イオン導電体である固体電解質は、
酸素イオン（O2-）のみ透過し、窒素は通さないので空
気中のN2,O2などの混合ガスからO2のみを分離する機能
と発電体素子としての機能を合わせもっているといえ
る。このような固体電解質のO2分離機能はCO2の分離に
有効で、例えばメタン（CH4）を主成分とする天然ガ
ス，都市ガス等の炭化水素系ガスを燃料とする内部改質
（CH4＋H2O→CO＋3H2）型SOFCでは、燃料極側には空気
極側からのO2との下記反応でCO2とH2Oが生成し、通常の
ボイラ等の排ガスのように燃焼により多量のN2とCO2が
混在することはない。
の通りである。酸素イオン導電体である固体電解質は、
酸素イオン（O2-）のみ透過し、窒素は通さないので空
気中のN2,O2などの混合ガスからO2のみを分離する機能
と発電体素子としての機能を合わせもっているといえ
る。このような固体電解質のO2分離機能はCO2の分離に
有効で、例えばメタン（CH4）を主成分とする天然ガ
ス，都市ガス等の炭化水素系ガスを燃料とする内部改質
（CH4＋H2O→CO＋3H2）型SOFCでは、燃料極側には空気
極側からのO2との下記反応でCO2とH2Oが生成し、通常の
ボイラ等の排ガスのように燃焼により多量のN2とCO2が
混在することはない。
CO＋1/2/O2→CO2 H2＋1/2 O2→H2O つまり、SOFCの燃料極側排ガス中にのみCO2が含ま
れ、N2は含まれていないので、それだけ排ガスの全量が
少なくなり、また冷却によりH2Oだけをドレンとして回
収すれば、必然的にCO2のみが分離・回収できる。
れ、N2は含まれていないので、それだけ排ガスの全量が
少なくなり、また冷却によりH2Oだけをドレンとして回
収すれば、必然的にCO2のみが分離・回収できる。
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
［実施例１］ 第１図は、本発明の実施例１に係る固体電解質型燃料
電池（SOFC）を用いた燃焼装置のCO2の分離・回収のシ
ステムを示す。
電池（SOFC）を用いた燃焼装置のCO2の分離・回収のシ
ステムを示す。
図中の11は、空気12が供給される空気予熱器である。
この空気予熱器11には、空気供給管13や空気極排ガス管
14を介して固体電解質を備えた固体電解質燃料電池15が
接続されている。また、前記空気予熱器11には煙突16が
接続されている。
この空気予熱器11には、空気供給管13や空気極排ガス管
14を介して固体電解質を備えた固体電解質燃料電池15が
接続されている。また、前記空気予熱器11には煙突16が
接続されている。
前記燃料電池15の燃料極側には、メタン17が燃料供給
管18により供給されるようになっている。前記燃料電池
15には、燃料極排ガス管19を介して熱交換機20が接続さ
れている。この熱交換器20には水供給管21により水22が
供給され、水22はその後前記燃料供給管18に流れるよう
になっている。また、前記熱交換器20にはCO2/H2O分離
回収装置としての冷却器23が接続され、この冷却器23と
前記水供給管21にはドレン回収管24が設けられている。
なお、図中の符番25は炭酸ガス（CO2）である。
管18により供給されるようになっている。前記燃料電池
15には、燃料極排ガス管19を介して熱交換機20が接続さ
れている。この熱交換器20には水供給管21により水22が
供給され、水22はその後前記燃料供給管18に流れるよう
になっている。また、前記熱交換器20にはCO2/H2O分離
回収装置としての冷却器23が接続され、この冷却器23と
前記水供給管21にはドレン回収管24が設けられている。
なお、図中の符番25は炭酸ガス（CO2）である。
こうした構成の燃焼装置において、前記空気予熱器11
により高温になった空気12が燃料電池15の空気極側に供
給され、同時に燃料極側にはメタン17が燃料供給管18に
より供給されて発電されつつ、燃料排ガス管19よりCO2
とH2Oとの混合排ガスが排出される。その後、熱交換器2
0によって低温とされ、冷却器23に送られる。そして、
この冷却器23にてドレン回収管24によりH2O（水）分の
みをドレンとして回収し、水供給管21へ送る。一方、冷
却器23にて液化したCO2は他の貯蔵設備へ送る。また、
燃料電池25の空気極よりの排ガスは排ガス管14より空気
予熱器11にて熱交換し、低温にして煙突16より大気へ放
出する。
により高温になった空気12が燃料電池15の空気極側に供
給され、同時に燃料極側にはメタン17が燃料供給管18に
より供給されて発電されつつ、燃料排ガス管19よりCO2
とH2Oとの混合排ガスが排出される。その後、熱交換器2
0によって低温とされ、冷却器23に送られる。そして、
この冷却器23にてドレン回収管24によりH2O（水）分の
みをドレンとして回収し、水供給管21へ送る。一方、冷
却器23にて液化したCO2は他の貯蔵設備へ送る。また、
燃料電池25の空気極よりの排ガスは排ガス管14より空気
予熱器11にて熱交換し、低温にして煙突16より大気へ放
出する。
上記実施例１によれば、排ガス中濃度の濃いCO2を含
むガスを作り出し、燃料電池15で発電を行いながら効率
よくCO2を分離・回収することができる。通常の燃焼排
ガスが空気に起因する多量のN2を含むので、CO2の濃度
が低いのに対し、高濃度でガス全量の少ない状態からの
CO2の分離・回収であるので、非常にシステム的にもシ
ンプルで効率よく格段の利点があるといえる。
むガスを作り出し、燃料電池15で発電を行いながら効率
よくCO2を分離・回収することができる。通常の燃焼排
ガスが空気に起因する多量のN2を含むので、CO2の濃度
が低いのに対し、高濃度でガス全量の少ない状態からの
CO2の分離・回収であるので、非常にシステム的にもシ
ンプルで効率よく格段の利点があるといえる。
［実施例２］ 第２図は、本発明の実施例２に係るSOFCを用いた燃焼
装置のCO2の分離・回収のシステムを示す。但し、第１
図と同部材は同符号を付して説明を省略する。図中の31
は石炭ガス化炉、32はこの石炭ガス化炉に接続された脱
硫装置、33はメタノール合成触媒である。
装置のCO2の分離・回収のシステムを示す。但し、第１
図と同部材は同符号を付して説明を省略する。図中の31
は石炭ガス化炉、32はこの石炭ガス化炉に接続された脱
硫装置、33はメタノール合成触媒である。
実施例２はメタンに代えてメタノール（CH3OH）を燃
料とするものであり、まず石炭34及び酸素35を投入して
石炭ガスを発生させる。その後、脱硫装置32を通して硫
黄（Ｓ）分を除去した後、メタノール合成触媒33を通す
事によってメタノールを生成し、燃料供給管18より燃料
電池15に投入するものである。
料とするものであり、まず石炭34及び酸素35を投入して
石炭ガスを発生させる。その後、脱硫装置32を通して硫
黄（Ｓ）分を除去した後、メタノール合成触媒33を通す
事によってメタノールを生成し、燃料供給管18より燃料
電池15に投入するものである。
上記実施例２によれば、石炭ガスからメタノールを合
成してこれを燃料として燃料電池の発電システムによる
CO2の分離回収のシステムであり、石炭ガス化炉31によ
り石炭をガス化し、これを脱硫装置を通して硫黄分を取
り除き、水添によりメタノール合成触媒33でメタノール
を合成する。このメタノールは蒸気（H2O）とともに燃
料電池15に送ると、内部で改質されて発電に用いられ
る。燃料極側排ガスは、その後熱交換して冷却器23でH2
Oをドレンとして除去し、CO2のみを分離・回収する。こ
のとき、空気極側排ガスにN2が含まれており、こちらの
方はそのまま空気の予熱に用いられて排ガスとして系外
へ放出される。排ガス中にはNOx数ppm程度で、SOxの方
は全く含まれず、クリーンで発電を行いながら、地球温
暖化の元凶物質の１つであるCO2を効果的かつ容易に分
離・回収することができる。
成してこれを燃料として燃料電池の発電システムによる
CO2の分離回収のシステムであり、石炭ガス化炉31によ
り石炭をガス化し、これを脱硫装置を通して硫黄分を取
り除き、水添によりメタノール合成触媒33でメタノール
を合成する。このメタノールは蒸気（H2O）とともに燃
料電池15に送ると、内部で改質されて発電に用いられ
る。燃料極側排ガスは、その後熱交換して冷却器23でH2
Oをドレンとして除去し、CO2のみを分離・回収する。こ
のとき、空気極側排ガスにN2が含まれており、こちらの
方はそのまま空気の予熱に用いられて排ガスとして系外
へ放出される。排ガス中にはNOx数ppm程度で、SOxの方
は全く含まれず、クリーンで発電を行いながら、地球温
暖化の元凶物質の１つであるCO2を効果的かつ容易に分
離・回収することができる。
［実施例３］ 第３図は、本発明の実施例３に係るSOFCを用いた燃焼
装置のCO2の分離・回収のシステムを示す。但し、第１
図，第２図と同部材は同符号を付して説明を省略する。
装置のCO2の分離・回収のシステムを示す。但し、第１
図，第２図と同部材は同符号を付して説明を省略する。
この実施例３では、燃料電池15の燃料極側と熱交換器
20間を連結する燃料極排ガス管19に燃料器36を配置した
ことを特徴とするもので、燃料極側の生成ガスに必要な
最小限の酸素あるいは空気を混入させることで未反応分
として排出されたCO,H2を略完全にCO2とH2Oに酸化させ
ることができる。このように、CO2,H2Oが大部分を占
め、N2を全く含まないかあるいは少量のN2を含むに過ぎ
ない燃料側排ガスが生成され、H2Oをドレンとして取り
除けば、非常に効率的なCO2の分離・回収が可能とな
る。
20間を連結する燃料極排ガス管19に燃料器36を配置した
ことを特徴とするもので、燃料極側の生成ガスに必要な
最小限の酸素あるいは空気を混入させることで未反応分
として排出されたCO,H2を略完全にCO2とH2Oに酸化させ
ることができる。このように、CO2,H2Oが大部分を占
め、N2を全く含まないかあるいは少量のN2を含むに過ぎ
ない燃料側排ガスが生成され、H2Oをドレンとして取り
除けば、非常に効率的なCO2の分離・回収が可能とな
る。
［発明の効果］ 以上詳述した如く本発明によれば、酸素イオン透過性
の固体電解質を用いた固体電解質型燃料電池発電システ
ム中で、排ガス中に高濃度のCO2が含まれる状態ができ
るのを利用して、CO2の分離・回収を容易になしえ、地
球温暖化問題として取り上げられその対策が急務である
化石燃料排ガスからのCO2の低減法として非常に有効で
ある燃料装置を提供できる。
の固体電解質を用いた固体電解質型燃料電池発電システ
ム中で、排ガス中に高濃度のCO2が含まれる状態ができ
るのを利用して、CO2の分離・回収を容易になしえ、地
球温暖化問題として取り上げられその対策が急務である
化石燃料排ガスからのCO2の低減法として非常に有効で
ある燃料装置を提供できる。
第１図は本発明の実施例１に係る固体電解質型燃料電池
を用いた燃焼装置のCO2の分離・回収のシステムを示す
説明図、第２図は本発明の実施例２に係る固体電解質型
燃料電池を用いた燃焼装置のCO2の分離・回収のシステ
ムを示す説明図、第３図は本発明の実施例３に係る固体
電解質型燃料電池を用いた燃焼装置のCO2の分離・回収
のシステムを示す説明図、第４図，第５図，第６図及び
第７図は夫々従来のCO2分離・回収システムの説明図で
ある。 11……空気予熱器、13……空気供給管、14……空気極排
ガス管、15……固体電解質型燃料電池、18……燃料供給
管、19……燃料極排ガス管、20……熱交換器、21……水
供給管、23……冷却器、31……石炭ガス化炉、32……脱
硫装置、36……燃焼器。
を用いた燃焼装置のCO2の分離・回収のシステムを示す
説明図、第２図は本発明の実施例２に係る固体電解質型
燃料電池を用いた燃焼装置のCO2の分離・回収のシステ
ムを示す説明図、第３図は本発明の実施例３に係る固体
電解質型燃料電池を用いた燃焼装置のCO2の分離・回収
のシステムを示す説明図、第４図，第５図，第６図及び
第７図は夫々従来のCO2分離・回収システムの説明図で
ある。 11……空気予熱器、13……空気供給管、14……空気極排
ガス管、15……固体電解質型燃料電池、18……燃料供給
管、19……燃料極排ガス管、20……熱交換器、21……水
供給管、23……冷却器、31……石炭ガス化炉、32……脱
硫装置、36……燃焼器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 信明 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 山下 晃弘 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 宮崎 達郎 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎研究所内 (56)参考文献 特開 平１−267963（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−166467（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−250409（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−261626（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−112581（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/06,8/12 F23C 11/00 F23D 14/32,14/68 F23L 7/00
Claims (3)
- 【請求項１】固体電解質型燃料電池を用いた発電システ
ムにおいて、固体電解質型燃料電池の燃料極側排ガス出
口後流にCO2/H2O分離回収装置を設け、このCO2/H2O分離
回収装置で得られた水は前記固体電解質型燃料電池の入
口側燃料に添加して燃料の改質反応に利用し、得られた
高濃度のCO2は回収再利用化することを特徴とする燃焼
装置。 - 【請求項２】燃料極側排出ガス出口と、前記CO2/H2O分
離回収装置との間に、燃焼器を設けることを特徴とする
請求項１記載の燃焼装置。 - 【請求項３】前記固体電解質型燃料電池の燃料として石
炭ガス化炉から脱硫装置及びメタノール合成触媒装置を
経て得られたメタノールを用いることを特徴とする請求
項１または請求項２記載の燃焼装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-61206 | 1990-03-14 | ||
| JP6120690 | 1990-03-14 | ||
| JP6585390 | 1990-03-16 | ||
| JP2-65853 | 1990-03-16 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10109626A Division JP3035264B2 (ja) | 1990-03-14 | 1998-04-20 | 燃焼装置 |
| JP10109627A Division JPH1131518A (ja) | 1990-03-14 | 1998-04-20 | 燃料電池による二酸化炭素の回収方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04108A JPH04108A (ja) | 1992-01-06 |
| JP2846105B2 true JP2846105B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=26402250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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