JP3076910B1 - 発電方法 - Google Patents
発電方法Info
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- JP3076910B1 JP3076910B1 JP11320983A JP32098399A JP3076910B1 JP 3076910 B1 JP3076910 B1 JP 3076910B1 JP 11320983 A JP11320983 A JP 11320983A JP 32098399 A JP32098399 A JP 32098399A JP 3076910 B1 JP3076910 B1 JP 3076910B1
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- Japan
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- fuel cell
- gas
- carbon dioxide
- methane
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- 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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【要約】
【課題】 単位発電量当りの炭酸ガス排出量が低減され
た発電方法を提供する。 【解決手段】 （ｉ）天然ガス発電工程、（ii）該天然
ガス発電工程より排出される炭酸ガスを含む燃焼排ガス
にメタンを加え、該メタンと該炭酸ガスとを反応させる
改質反応工程及び（iii）該改質反応工程で得られる合
成ガスを燃料とする燃料電池による発電工程から成るこ
とを特徴とする発電方法。
た発電方法を提供する。 【解決手段】 （ｉ）天然ガス発電工程、（ii）該天然
ガス発電工程より排出される炭酸ガスを含む燃焼排ガス
にメタンを加え、該メタンと該炭酸ガスとを反応させる
改質反応工程及び（iii）該改質反応工程で得られる合
成ガスを燃料とする燃料電池による発電工程から成るこ
とを特徴とする発電方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単位発電当りの炭
酸ガス排出量が低減された天然ガス発電方法に関するも
のである。
酸ガス排出量が低減された天然ガス発電方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】炭酸ガスによる温暖化が指摘されてすで
に久しい。早急に二酸化炭素放出量を６０〜８０％まで
に削減する必要があるといわれ、地球温暖化防止のため
の京都会議で、日、米、欧、それぞれに削減案が示され
た。この京都会議に従えば、日本は１９９０年比で６％
の放出量削減が求められることになる。こうした動きの
中で、各種の炭酸ガス削減方法が提案されている。例え
ば、直接炭酸ガスをＣＯ2ハイドレート等の水和物とし
て海中に固定し、大気中に放出される量を削減しようと
する方法がある。しかし、この方法では炭酸ガスの濃縮
・分離及び海中への圧入に多量のエネルギーを消費し、
コスト高になるとともに炭酸ガスの原料化が出来ず、必
ずしも有効な方法とはいえない。
に久しい。早急に二酸化炭素放出量を６０〜８０％まで
に削減する必要があるといわれ、地球温暖化防止のため
の京都会議で、日、米、欧、それぞれに削減案が示され
た。この京都会議に従えば、日本は１９９０年比で６％
の放出量削減が求められることになる。こうした動きの
中で、各種の炭酸ガス削減方法が提案されている。例え
ば、直接炭酸ガスをＣＯ2ハイドレート等の水和物とし
て海中に固定し、大気中に放出される量を削減しようと
する方法がある。しかし、この方法では炭酸ガスの濃縮
・分離及び海中への圧入に多量のエネルギーを消費し、
コスト高になるとともに炭酸ガスの原料化が出来ず、必
ずしも有効な方法とはいえない。
【０００３】さらに、排出される炭酸ガスを原料として
新たな燃料を合成しようとする方法がある。この方法は
触媒を用いるものであり、合成しようとする燃料により
各種の触媒が提案されている。具体的には、火力発電所
から放出される高濃度炭酸ガス含有排ガスから炭酸ガス
を濃縮分離し、得られた炭酸ガスよりメタノールやガソ
リン、あるいはメタンを得ようとするものである。これ
らの中で、炭酸ガスのメタノールヘの転換触媒として
は、Ｅ．Ｒａｍａｒｏｓｏｎらは各種の担体にＰｄを担
持した触媒を検討している。その結果、Ｌａ 2Ｏ3等の塩
基性担体にＰｄを担持した触媒が比較的選択性よくメタ
ノールを合成させるとしているが、反応率は極めて低い
ものとなっている。その後各種の検討がなされたにも係
わらず、活性度の高い触媒は得られていない。炭酸ガス
からガソリンヘの転換触媒として、鉄−シリケートを始
めとするメタロシリケート触媒が提案され、これにより
炭酸ガスから直接ガソリンを合成することが可能になっ
たとされているものの、未だ工業化するには問題が多
い。一方、メタノールよりガソリンを製造する触媒は、
米国モービル社により「ゼオライト触媒Ｈ−ＺＳＭ−
５」として商品化され、ニュージーランドにてガソリン
の工業的生産に供せられている。そして、この触媒の欠
点とされる低級パラフィンの生成を抑えたＨ−Ｆｅ−シ
リケート触媒も開発されている。以上のことから、第１
段で炭酸ガスよりメタノールを製造する触媒塔を用い、
第２段でメタノールよりガソリンを製造する触媒塔を用
いれば、間接的に炭酸ガスよりガソリンを得ることが可
能である。しかし、上記したように、炭酸ガスより効率
よくメタノールを得るための触媒はなく、工業的に炭酸
ガスよりガソリンを得ることは困難となっている。炭酸
ガスよりメタンを製造するための触媒として、三元系複
合触媒（ミクロ−マクロ二元細孔担体担持の鉄属基質−
希土類酸化物−白金族酸化物）が知られており、これを
用いたメタン変換方法では極めて速い反応速度が得られ
ている。しかし、このような炭酸ガスよりメタンを得る
ためには４倍モルの水素が必要とされ、安価な水素が得
られない現状では現実的なものとなっていない。以上述
べた合成燃料を製造する方法は、例えば、ガソリンのよ
うに合成される燃料の付加価値が高いほど経済性が高ま
り、実用的となるが、現在検討されている方法には未だ
多くの問題があり、新規な提案が待たれている。
新たな燃料を合成しようとする方法がある。この方法は
触媒を用いるものであり、合成しようとする燃料により
各種の触媒が提案されている。具体的には、火力発電所
から放出される高濃度炭酸ガス含有排ガスから炭酸ガス
を濃縮分離し、得られた炭酸ガスよりメタノールやガソ
リン、あるいはメタンを得ようとするものである。これ
らの中で、炭酸ガスのメタノールヘの転換触媒として
は、Ｅ．Ｒａｍａｒｏｓｏｎらは各種の担体にＰｄを担
持した触媒を検討している。その結果、Ｌａ 2Ｏ3等の塩
基性担体にＰｄを担持した触媒が比較的選択性よくメタ
ノールを合成させるとしているが、反応率は極めて低い
ものとなっている。その後各種の検討がなされたにも係
わらず、活性度の高い触媒は得られていない。炭酸ガス
からガソリンヘの転換触媒として、鉄−シリケートを始
めとするメタロシリケート触媒が提案され、これにより
炭酸ガスから直接ガソリンを合成することが可能になっ
たとされているものの、未だ工業化するには問題が多
い。一方、メタノールよりガソリンを製造する触媒は、
米国モービル社により「ゼオライト触媒Ｈ−ＺＳＭ−
５」として商品化され、ニュージーランドにてガソリン
の工業的生産に供せられている。そして、この触媒の欠
点とされる低級パラフィンの生成を抑えたＨ−Ｆｅ−シ
リケート触媒も開発されている。以上のことから、第１
段で炭酸ガスよりメタノールを製造する触媒塔を用い、
第２段でメタノールよりガソリンを製造する触媒塔を用
いれば、間接的に炭酸ガスよりガソリンを得ることが可
能である。しかし、上記したように、炭酸ガスより効率
よくメタノールを得るための触媒はなく、工業的に炭酸
ガスよりガソリンを得ることは困難となっている。炭酸
ガスよりメタンを製造するための触媒として、三元系複
合触媒（ミクロ−マクロ二元細孔担体担持の鉄属基質−
希土類酸化物−白金族酸化物）が知られており、これを
用いたメタン変換方法では極めて速い反応速度が得られ
ている。しかし、このような炭酸ガスよりメタンを得る
ためには４倍モルの水素が必要とされ、安価な水素が得
られない現状では現実的なものとなっていない。以上述
べた合成燃料を製造する方法は、例えば、ガソリンのよ
うに合成される燃料の付加価値が高いほど経済性が高ま
り、実用的となるが、現在検討されている方法には未だ
多くの問題があり、新規な提案が待たれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、単位発電量
当りの炭酸ガス排出量が低減された発電方法を提供する
ことをその課題とする。
当りの炭酸ガス排出量が低減された発電方法を提供する
ことをその課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、（ｉ）天然ガス発電
工程、（ii）該天然ガス発電工程より排出される炭酸ガ
スを含む燃焼排ガスにメタンを加え、該メタンと該炭酸
ガスとを反応させる改質反応工程及び（iii）該改質反
応工程で得られる合成ガスを燃料とする燃料電池による
発電工程から成ることを特徴とする発電方法が提供され
る。
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、（ｉ）天然ガス発電
工程、（ii）該天然ガス発電工程より排出される炭酸ガ
スを含む燃焼排ガスにメタンを加え、該メタンと該炭酸
ガスとを反応させる改質反応工程及び（iii）該改質反
応工程で得られる合成ガスを燃料とする燃料電池による
発電工程から成ることを特徴とする発電方法が提供され
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の発電方法は、天然ガス発
電工程を含む。天然ガス発電は広く実施されているもの
で、従来型のボイラーと蒸気タービンで構成されるコン
ベンショナルタイプや、ガスタービン、廃熱回収ボイラ
ー及び蒸気タービンで構成されるコンバインドサイクル
タイプ等があるが、本発明では、それらのいずれかのタ
イプの発電方式も使用可能である。好ましくは、コンバ
インドサイクルの発電方式が使用される。
電工程を含む。天然ガス発電は広く実施されているもの
で、従来型のボイラーと蒸気タービンで構成されるコン
ベンショナルタイプや、ガスタービン、廃熱回収ボイラ
ー及び蒸気タービンで構成されるコンバインドサイクル
タイプ等があるが、本発明では、それらのいずれかのタ
イプの発電方式も使用可能である。好ましくは、コンバ
インドサイクルの発電方式が使用される。
【０００７】天然ガス発電では、天然ガスを空気や酸素
を用いて燃焼させるが、本発明では、酸化剤として酸素
を用いて燃焼させるのが好ましい。酸化剤として酸素を
用いることにより、炭酸ガスと水蒸気からなる窒素を含
まない燃焼排ガスが得られる。空気を酸化剤として用い
る時には、窒素ガスを含む燃焼排ガスが得られるが、本
発明の場合、窒素の混入は、後続の改質工程における装
置容量を高めるとともに、ＮＯｘの発生を伴う等の不都
合を生じることから好ましいものとは言えない。従っ
て、窒素ガスを含む燃焼排ガスは、それから窒素を除去
するための装置、例えば、窒素分離膜装置を使用するこ
とが必要となるが、この場合には、装置コストが高くな
る等の問題を生じる。
を用いて燃焼させるが、本発明では、酸化剤として酸素
を用いて燃焼させるのが好ましい。酸化剤として酸素を
用いることにより、炭酸ガスと水蒸気からなる窒素を含
まない燃焼排ガスが得られる。空気を酸化剤として用い
る時には、窒素ガスを含む燃焼排ガスが得られるが、本
発明の場合、窒素の混入は、後続の改質工程における装
置容量を高めるとともに、ＮＯｘの発生を伴う等の不都
合を生じることから好ましいものとは言えない。従っ
て、窒素ガスを含む燃焼排ガスは、それから窒素を除去
するための装置、例えば、窒素分離膜装置を使用するこ
とが必要となるが、この場合には、装置コストが高くな
る等の問題を生じる。
【０００８】前記天然ガス発電工程から排出される燃焼
排ガスは、炭酸ガス（ＣＯ2）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）を含む
混合ガスであるが、そのＣＯ2の割合は、ＣＯ2と水蒸気
の合計量に対して、約３３モル％程度である。
排ガスは、炭酸ガス（ＣＯ2）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）を含む
混合ガスであるが、そのＣＯ2の割合は、ＣＯ2と水蒸気
の合計量に対して、約３３モル％程度である。
【０００９】前記天然ガス発電工程から排出される燃焼
排ガスの温度は、その具体的発電方式により異なるが、
通常、２５０〜３００℃である。本発明では、このよう
な温度の燃焼排ガスは、そのまま後続の改質反応工程に
供給することができる。
排ガスの温度は、その具体的発電方式により異なるが、
通常、２５０〜３００℃である。本発明では、このよう
な温度の燃焼排ガスは、そのまま後続の改質反応工程に
供給することができる。
【００１０】本発明は、前記天然ガス発電工程で排出さ
れる燃焼排ガス中のＣＯ2にメタンを混合し、そのメタ
ンとＣＯ2とを反応させて一酸化炭素（ＣＯ）と水素
（Ｈ2）を生成させる改質反応工程を含む。この場合の
改質反応は、次式で表される。 ＣＨ4＋ＣＯ2＝２ＣＯ＋２Ｈ2 （１） 燃焼排ガスに対するメタンの添加割合は、ＣＯ2１モル
当り、０．５〜２．０モル、好ましくは０．５〜１．０
モルの割合である。
れる燃焼排ガス中のＣＯ2にメタンを混合し、そのメタ
ンとＣＯ2とを反応させて一酸化炭素（ＣＯ）と水素
（Ｈ2）を生成させる改質反応工程を含む。この場合の
改質反応は、次式で表される。 ＣＨ4＋ＣＯ2＝２ＣＯ＋２Ｈ2 （１） 燃焼排ガスに対するメタンの添加割合は、ＣＯ2１モル
当り、０．５〜２．０モル、好ましくは０．５〜１．０
モルの割合である。
【００１１】この改質反応は、触媒の存在下、６００〜
９００℃の温度及び常圧ないし１メガパスカル（ＭＰ
ａ）の圧力の条件下に実施される。触媒としては、従来
公知の各種のものを用いることができる。このような触
媒としては、耐熱性担体に触媒金属を担持させたものを
挙げることができる。この場合、耐熱性担体としては、
アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、シリカ−マグネ
シア等の金属酸化物が挙げられる。その担体の形状は、
リング状、球状、ペレット状等の各種の形状であること
ができる。触媒金属としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｍｏ等の第８族金属が挙げられる。触媒金属
は、金属状態や金属酸化物の状態であることができる。
触媒金属の担持量は、触媒全体に対し、１０〜５０％、
好ましくは１０〜２５％である。
９００℃の温度及び常圧ないし１メガパスカル（ＭＰ
ａ）の圧力の条件下に実施される。触媒としては、従来
公知の各種のものを用いることができる。このような触
媒としては、耐熱性担体に触媒金属を担持させたものを
挙げることができる。この場合、耐熱性担体としては、
アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、シリカ−マグネ
シア等の金属酸化物が挙げられる。その担体の形状は、
リング状、球状、ペレット状等の各種の形状であること
ができる。触媒金属としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｍｏ等の第８族金属が挙げられる。触媒金属
は、金属状態や金属酸化物の状態であることができる。
触媒金属の担持量は、触媒全体に対し、１０〜５０％、
好ましくは１０〜２５％である。
【００１２】本発明では、改質反応系には、スチームを
存在させるのが好ましい。このスチームの存在により、
触媒上でのコーキングの発生が防止される。スチームの
割合は、ＣＯ2とメタンの合計量に対して、５０〜１０
０モル％、好ましくは５０〜７５モル％の割合である。
触媒金属としては、コーキングの発生を抑制する点か
ら、ＲｕやＲｈの使用が好ましい。α−アルミナ担体上
にＲｕとアルカリ土類金属（Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ等）を担
持した触媒は、本発明で好ましく使用することのできる
触媒である。
存在させるのが好ましい。このスチームの存在により、
触媒上でのコーキングの発生が防止される。スチームの
割合は、ＣＯ2とメタンの合計量に対して、５０〜１０
０モル％、好ましくは５０〜７５モル％の割合である。
触媒金属としては、コーキングの発生を抑制する点か
ら、ＲｕやＲｈの使用が好ましい。α−アルミナ担体上
にＲｕとアルカリ土類金属（Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ等）を担
持した触媒は、本発明で好ましく使用することのできる
触媒である。
【００１３】本発明では、前記のように、改質反応系に
は好ましくはスチームを存在させるが、この場合のスチ
ームとしては、天然ガス発電工程からの燃焼排ガス中に
含まれるスチームを用いることができる。即ち、本発明
では、天然ガス発電工程からの燃焼排ガスに含まれるス
チームの一部あるいは全量を用いて改質反応工程へ供給
することが好ましい。
は好ましくはスチームを存在させるが、この場合のスチ
ームとしては、天然ガス発電工程からの燃焼排ガス中に
含まれるスチームを用いることができる。即ち、本発明
では、天然ガス発電工程からの燃焼排ガスに含まれるス
チームの一部あるいは全量を用いて改質反応工程へ供給
することが好ましい。
【００１４】本発明は、前記改質反応工程で得られた合
成ガスを燃料とする燃料電池による発電工程を含む。こ
の場合、燃料電池には、従来公知の各種のもの、例え
ば、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料
電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等が包含され
る。本発明では、大容量の発電を行う点から、ＭＣＦＣ
の使用が好ましい。このＭＣＦＣは、アノード（燃料
極）としてＮｉ多孔板を、カソード（空気極）としてＮ
ｉＯ多孔板を、電解質としてＬｉ2ＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3、Ｎ
2ＣＯ3等の炭酸塩の１種又は複数種を用いるものであ
る。
成ガスを燃料とする燃料電池による発電工程を含む。こ
の場合、燃料電池には、従来公知の各種のもの、例え
ば、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料
電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等が包含され
る。本発明では、大容量の発電を行う点から、ＭＣＦＣ
の使用が好ましい。このＭＣＦＣは、アノード（燃料
極）としてＮｉ多孔板を、カソード（空気極）としてＮ
ｉＯ多孔板を、電解質としてＬｉ2ＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3、Ｎ
2ＣＯ3等の炭酸塩の１種又は複数種を用いるものであ
る。
【００１５】これらの燃料電池のうち、ＭＣＦＣやＳＯ
ＦＣ等は、水素と一酸化炭素との混合ガスを燃料とする
ことができる。ＰＡＦＣやＰＥＦＣ等は水素を燃料とす
る。水素を燃料とする燃料電池の場合、合成ガスは、そ
れに含まれるＣＯを除去して水素濃度を増加させた後、
燃料電池に供給するのが好ましい。この場合、前記改質
反応工程で得られる合成ガスは、シフト反応工程におい
て、一酸化炭素とスチームとを反応させて水素を生成さ
せてガス中の水素濃度を高めることができる。この場合
の反応は次式で表される。 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ＝ＣＯ2＋Ｈ2 （２） このシフト反応は、触媒の存在下、２００〜７００℃の
温度及び常圧〜３ＭＰａの圧力の条件下で実施される。
ＦＣ等は、水素と一酸化炭素との混合ガスを燃料とする
ことができる。ＰＡＦＣやＰＥＦＣ等は水素を燃料とす
る。水素を燃料とする燃料電池の場合、合成ガスは、そ
れに含まれるＣＯを除去して水素濃度を増加させた後、
燃料電池に供給するのが好ましい。この場合、前記改質
反応工程で得られる合成ガスは、シフト反応工程におい
て、一酸化炭素とスチームとを反応させて水素を生成さ
せてガス中の水素濃度を高めることができる。この場合
の反応は次式で表される。 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ＝ＣＯ2＋Ｈ2 （２） このシフト反応は、触媒の存在下、２００〜７００℃の
温度及び常圧〜３ＭＰａの圧力の条件下で実施される。
【００１６】触媒には、従来公知の各種のもの、例え
ば、Ｆｅ2Ｏ3系、Ｃｕ／ＺｎＯ系、貴金属系のもの等が
包含される。これらのシフト反応触媒は、耐熱性担体に
触媒金属を担持させることによって得ることができる。
この場合、耐熱性担体としては、マグネシア、マグネシ
ア−酸化カルシウム−シリカ、マグネシア−シリカ等の
塩基性担体や、アルミナ等の中性担体及びアルミナ−シ
リカ、シリカ等の酸性担体を挙げることができる。触媒
金属としては、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ等が挙げ
られる。触媒金属の担持量は、全触媒に対して０．１〜
２０％程度である。担体上の触媒金属の形態は、Ｆｅ2
Ｏ3系触媒の場合には、Ｆｅ2Ｏ3の形態である。この触
媒は、Ｋ2Ｏ等のアルカリ金属酸化物を含有することが
できる。Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒の場合には、Ｃｕ／ＺｎＯ
の形態である。シフト反応温度は、使用するシフト反応
触媒の種類によって異なるが、一般的には、２００〜７
００℃であり、Ｋ2Ｏ添加Ｆｅ2Ｏ3系触媒の場合には、
５００〜７００℃であり、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒の場合に
は、２００〜５００℃である。
ば、Ｆｅ2Ｏ3系、Ｃｕ／ＺｎＯ系、貴金属系のもの等が
包含される。これらのシフト反応触媒は、耐熱性担体に
触媒金属を担持させることによって得ることができる。
この場合、耐熱性担体としては、マグネシア、マグネシ
ア−酸化カルシウム−シリカ、マグネシア−シリカ等の
塩基性担体や、アルミナ等の中性担体及びアルミナ−シ
リカ、シリカ等の酸性担体を挙げることができる。触媒
金属としては、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ等が挙げ
られる。触媒金属の担持量は、全触媒に対して０．１〜
２０％程度である。担体上の触媒金属の形態は、Ｆｅ2
Ｏ3系触媒の場合には、Ｆｅ2Ｏ3の形態である。この触
媒は、Ｋ2Ｏ等のアルカリ金属酸化物を含有することが
できる。Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒の場合には、Ｃｕ／ＺｎＯ
の形態である。シフト反応温度は、使用するシフト反応
触媒の種類によって異なるが、一般的には、２００〜７
００℃であり、Ｋ2Ｏ添加Ｆｅ2Ｏ3系触媒の場合には、
５００〜７００℃であり、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒の場合に
は、２００〜５００℃である。
【００１７】前記シフト反応におけるスチームの使用割
合は、ＣＯ１モル当り、１〜４モル、好ましくは１〜２
モルの割合である。この場合のスチームとしては、合成
ガス中に含まれるスチームを用いることができるが、必
要に応じ、外部から添加することもできる。シフト反応
工程から排出されるシフト反応ガス中の水素濃度は、通
常、２０〜６０モル％、好ましくは４０〜５０モル％で
ある。このシフト反応ガスは、水素を燃料とする電池に
よる発電工程にその燃料として供給される。
合は、ＣＯ１モル当り、１〜４モル、好ましくは１〜２
モルの割合である。この場合のスチームとしては、合成
ガス中に含まれるスチームを用いることができるが、必
要に応じ、外部から添加することもできる。シフト反応
工程から排出されるシフト反応ガス中の水素濃度は、通
常、２０〜６０モル％、好ましくは４０〜５０モル％で
ある。このシフト反応ガスは、水素を燃料とする電池に
よる発電工程にその燃料として供給される。
【００１８】次に本発明を図面を参照して説明する。図
１は本発明を実施する場合のフローシートの１例を示
す。図１において、１は天然ガス発電工程、２は改質反
応工程、３は燃料電池（ＭＣＦＣ）発電工程を示す。図
１のフローシートに従って発電を行って電力を得るに
は、天然ガス発電工程１に対して、その燃料としてのメ
タンをライン１１を通して供給し、ライン１２を通して
その酸化剤としての酸素を供給し、天然ガス発電を行
う。この天然ガス発電工程においては次の反応が起る。
この場合、１時間当り４５モルのメタンを原料として供
給するものとする。 ４５ＣＨ4＋９０Ｏ2 → ４５ＣＯ2＋９０Ｈ2Ｏ この天然ガス発電工程１において得られた電力はライン
１３を通って回収される。天然ガス発電工程１からは、
ライン１４を通って燃焼排ガスが排出される。この燃焼
排ガスは、ＣＯ2とＨ2Ｏからなる混合ガスである。この
ガスはライン１４を通って改質反応工程２に送られる。
一方、この改質反応工程２に対しては、ライン１５を通
って反応用メタン４５モル／ｈが供給される。この改質
反応工程２における反応は次式で表される。 ４５ＣＨ4＋４５ＣＯ2 → ９０ＣＯ＋９０Ｈ2
１は本発明を実施する場合のフローシートの１例を示
す。図１において、１は天然ガス発電工程、２は改質反
応工程、３は燃料電池（ＭＣＦＣ）発電工程を示す。図
１のフローシートに従って発電を行って電力を得るに
は、天然ガス発電工程１に対して、その燃料としてのメ
タンをライン１１を通して供給し、ライン１２を通して
その酸化剤としての酸素を供給し、天然ガス発電を行
う。この天然ガス発電工程においては次の反応が起る。
この場合、１時間当り４５モルのメタンを原料として供
給するものとする。 ４５ＣＨ4＋９０Ｏ2 → ４５ＣＯ2＋９０Ｈ2Ｏ この天然ガス発電工程１において得られた電力はライン
１３を通って回収される。天然ガス発電工程１からは、
ライン１４を通って燃焼排ガスが排出される。この燃焼
排ガスは、ＣＯ2とＨ2Ｏからなる混合ガスである。この
ガスはライン１４を通って改質反応工程２に送られる。
一方、この改質反応工程２に対しては、ライン１５を通
って反応用メタン４５モル／ｈが供給される。この改質
反応工程２における反応は次式で表される。 ４５ＣＨ4＋４５ＣＯ2 → ９０ＣＯ＋９０Ｈ2
【００１９】なお、ライン１６を通って加熱用メタン１
０モル／ｈがその工程２に供給され、ここで燃焼された
後、燃焼ガスはライン１７を通って排出される。この加
熱用メタンの燃焼によって生成した燃焼熱は、改質反応
に対する熱源として消費される。
０モル／ｈがその工程２に供給され、ここで燃焼された
後、燃焼ガスはライン１７を通って排出される。この加
熱用メタンの燃焼によって生成した燃焼熱は、改質反応
に対する熱源として消費される。
【００２０】改質反応工程２からは、ライン１８を通っ
て、水素と一酸化炭素からなる合成ガスが排出され、こ
れは燃料電池（ＭＣＦＣ）による発電工程３に導入さ
れ、燃料電池による発電が行われる。この発電工程３に
おいて得られる電力はライン１９を通して回収される。
ライン２０からは生成水と炭酸ガスが排出される。
て、水素と一酸化炭素からなる合成ガスが排出され、こ
れは燃料電池（ＭＣＦＣ）による発電工程３に導入さ
れ、燃料電池による発電が行われる。この発電工程３に
おいて得られる電力はライン１９を通して回収される。
ライン２０からは生成水と炭酸ガスが排出される。
【００２１】図１に示したフローシートは種々変更でき
る。ＭＣＦＣの代わりに他の燃焼電池、例えばＰＡＦ
Ｃ、ＰＥＦＣを使用する場合は、改質反応工程の後段に
シフト反応工程を導入し、ＣＯの削除と水素濃度を高め
るとともに、膜分離装置を用いて選択的に水素のみを分
離し、前記燃料電池に適した高純度水素を得ることがで
きる。
る。ＭＣＦＣの代わりに他の燃焼電池、例えばＰＡＦ
Ｃ、ＰＥＦＣを使用する場合は、改質反応工程の後段に
シフト反応工程を導入し、ＣＯの削除と水素濃度を高め
るとともに、膜分離装置を用いて選択的に水素のみを分
離し、前記燃料電池に適した高純度水素を得ることがで
きる。
【００２２】
【実施例】次に本発明を実施例により詳述する。
【００２３】比較例１ 天然ガス発電において、１００モル／ｈのメタンを空気
（２００Ｏ2＋８００Ｎ2）で燃焼する場合の電力を算出
した。この場合のメタンの燃焼反応は次式で表される。 １００ＣＨ4＋２００Ｏ2＋８００Ｎ2 → １００ＣＯ2＋
２００Ｈ2Ｏ＋８００Ｎ2 この天然ガス発電においては、メタンの燃焼熱と発電量
との関係により、１０．２３ｋＷｈの電力が得られる。
（２００Ｏ2＋８００Ｎ2）で燃焼する場合の電力を算出
した。この場合のメタンの燃焼反応は次式で表される。 １００ＣＨ4＋２００Ｏ2＋８００Ｎ2 → １００ＣＯ2＋
２００Ｈ2Ｏ＋８００Ｎ2 この天然ガス発電においては、メタンの燃焼熱と発電量
との関係により、１０．２３ｋＷｈの電力が得られる。
【００２４】実施例１ 図１に示したフローシートに従って以下のようにして発
電を行う。まず、天然ガス発電工程１では４５モルのメ
タンが深冷分離により得られた９０モルの酸素と反応
し、４５モルの二酸化炭素と９０モルの水からなる燃焼
排ガスが発生する。この際、発生した燃焼熱が発電に用
いられ、４．３３ｋＷｈの電力が得られる。この場合、
燃焼用に酸素を用いているが、これは、空気に比べて燃
焼排ガス中の窒素による熱損失をなくすとともに、炭酸
ガスの濃縮・分離に消費されるエネルギー損失を避け、
且つ次工程での改質反応の効率を高め、燃料電池での発
電効率を高めるためである。なお、酸素としては、工業
用酸素でよく、特に高純度酸素としなければならないも
のでもない。次に、４５モルの二酸化炭素と９０モルの
水とを含む燃焼排ガスに、新たに４５モルのメタンを添
加し、改質反応工程に供される。改質反応工程からは、
９０モルの一酸化炭素と９０モルの水素からなる合成ガ
スが得られる。なお、この反応に際しては、反応温度を
６００〜９００℃とするために、加熱用として１０モル
のメタンが費やされ、１０モルの二酸化炭素と２０モル
の水が発生するが、本実施例では、これらはそのまま大
気中に放出されるものとした。なお、この１０モルの二
酸化炭素は、これを改質反応工程に供しても良い。この
ようにして得られた９０モルの水素と９０モルの一酸化
炭素は燃料電池に供給され、発電に供される。燃料電池
では水素と一酸化炭素が電気化学的に反応して水と炭酸
ガスになり、発生したエネルギーは、発電効率５５％で
６．５３ｋＷｈの電力に転換される。なお、現在開発が
継続されている新たな燃料電池では発電効率が６０％に
なると期待されており、これが実現されれば７．１２ｋ
Ｗｈの発電量となる。以上の結果より、本発明に従え
ば、メタン１モル当たりの発電量は、（４．３３＋６．
５３）／１００＝０．１０８６ｋＷｈとなり、天然ガス
発電単独の場合のメタン１モル当りの発電量１０．２３
／１００＝０．１０２３ｋＷｈよりも６．２％程度のエ
ネルギー効率が増大する。
電を行う。まず、天然ガス発電工程１では４５モルのメ
タンが深冷分離により得られた９０モルの酸素と反応
し、４５モルの二酸化炭素と９０モルの水からなる燃焼
排ガスが発生する。この際、発生した燃焼熱が発電に用
いられ、４．３３ｋＷｈの電力が得られる。この場合、
燃焼用に酸素を用いているが、これは、空気に比べて燃
焼排ガス中の窒素による熱損失をなくすとともに、炭酸
ガスの濃縮・分離に消費されるエネルギー損失を避け、
且つ次工程での改質反応の効率を高め、燃料電池での発
電効率を高めるためである。なお、酸素としては、工業
用酸素でよく、特に高純度酸素としなければならないも
のでもない。次に、４５モルの二酸化炭素と９０モルの
水とを含む燃焼排ガスに、新たに４５モルのメタンを添
加し、改質反応工程に供される。改質反応工程からは、
９０モルの一酸化炭素と９０モルの水素からなる合成ガ
スが得られる。なお、この反応に際しては、反応温度を
６００〜９００℃とするために、加熱用として１０モル
のメタンが費やされ、１０モルの二酸化炭素と２０モル
の水が発生するが、本実施例では、これらはそのまま大
気中に放出されるものとした。なお、この１０モルの二
酸化炭素は、これを改質反応工程に供しても良い。この
ようにして得られた９０モルの水素と９０モルの一酸化
炭素は燃料電池に供給され、発電に供される。燃料電池
では水素と一酸化炭素が電気化学的に反応して水と炭酸
ガスになり、発生したエネルギーは、発電効率５５％で
６．５３ｋＷｈの電力に転換される。なお、現在開発が
継続されている新たな燃料電池では発電効率が６０％に
なると期待されており、これが実現されれば７．１２ｋ
Ｗｈの発電量となる。以上の結果より、本発明に従え
ば、メタン１モル当たりの発電量は、（４．３３＋６．
５３）／１００＝０．１０８６ｋＷｈとなり、天然ガス
発電単独の場合のメタン１モル当りの発電量１０．２３
／１００＝０．１０２３ｋＷｈよりも６．２％程度のエ
ネルギー効率が増大する。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、メタン１モル当りの発
電量は６．２％程度向上するが、これは、換言すれば、
単位発電量当りの炭酸ガス発生量が６．２％減少するこ
とを意味するものである。
電量は６．２％程度向上するが、これは、換言すれば、
単位発電量当りの炭酸ガス発生量が６．２％減少するこ
とを意味するものである。
【図１】本発明を実施する場合のフローシートの１例を
示す。
示す。
１ 天然ガス発電工程 ２ 改質反応工程 ３ 燃料電池による発電工程
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成田 英夫 北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２ 番１号 工業技術院北海道工業技術研究 所内 (72)発明者 吉田 忠 北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２ 番１号 工業技術院北海道工業技術研究 所内 (72)発明者 張 戦国 北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２ 番１号 工業技術院北海道工業技術研究 所内 審査官 小川 進 (56)参考文献 特開 平９−96201（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−334871（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (5)
- 【請求項１】 （ｉ）天然ガス発電工程、（ii）該天然
ガス発電工程より排出される炭酸ガスを含む燃焼排ガス
にメタンを加え、該メタンと該炭酸ガスとを反応させる
改質反応工程及び（iii）該改質反応工程で得られる合
成ガスを燃料とする燃料電池による発電工程から成るこ
とを特徴とする発電方法。 - 【請求項２】 該天然ガス発電工程が、天然ガスを酸素
で燃焼させる工程を含む請求項１の方法。 - 【請求項３】 該燃料電池が、水素と一酸化炭素との混
合物又は水素を燃料とする燃料電池である請求項１又は
２の方法。 - 【請求項４】 該燃料電池が、リン酸型燃料電池、溶融
炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池又は固体高分
子型燃料電池である請求項１〜３のいずれかの方法。 - 【請求項５】 該改質反応工程で得られる合成ガス中に
含まれる一酸化炭素と水蒸気とを反応させるシフト反応
工程を含み、該シフト反応工程で得られるシフト反応ガ
スを該燃料電池による発電工程における燃料として用い
る請求項１〜４のいずれかの方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11320983A JP3076910B1 (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 発電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11320983A JP3076910B1 (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 発電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3076910B1 true JP3076910B1 (ja) | 2000-08-14 |
| JP2001143718A JP2001143718A (ja) | 2001-05-25 |
Family
ID=18127485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11320983A Expired - Lifetime JP3076910B1 (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 発電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3076910B1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008282677A (ja) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | Kawamura Electric Inc | 燃料電池発電設備 |
| KR101142472B1 (ko) | 2009-09-17 | 2012-05-08 | 한국전력공사 | 탄화수소발생장치를 포함하는 용융탄산염연료전지시스템 |
-
1999
- 1999-11-11 JP JP11320983A patent/JP3076910B1/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001143718A (ja) | 2001-05-25 |
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