JP6546667B2 - 発電ガス分離システムおよび方法 - Google Patents
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Description
本願は、2015年2月25日出願の米国特許出願第14/631,239号の優先権および恩典を主張し、特許明細書、図面、特許請求の範囲および要約書を含むその開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
発電システムで使用するための、化石燃料設備、施設または装置から排出される二酸化炭素と酸素とを含む燃焼排ガスを利用するガス分離方法についても説明する。また、化石燃料設備、施設または装置と上記の発電システムとを含む統合発電システムも提供される。また、化石燃料設備、施設または装置と統合された燃料電池システムで使用するためのガス分離アセンブリについても説明する。
CO+H2O→CO2+H2
により、アノード排ガス中に存在する一酸化炭素を実質的にすべて二酸化炭素に変換して、シフト反応器245から出力されるアノード排ガスが実質的に二酸化炭素と、水素と水とを含むようにする。シフト反応器245から出力されるアノード排ガスは、次に、コンデンサなどを含む水除去アセンブリ250に搬送され、アノード排ガス中に存在する水が、凝縮により二酸化炭素および水素などの残留ガスから分離される。水除去アセンブリ250は、復水を水除去導管251を介して出力し、水除去導管251から復水がシステム200に再循環されるか、またはシステム200外部での使用のため、および/またはシステムに再循環させるために、生産水収集器255に出力される。図2に示すように、水再循環導管252を介して水を燃料供給導管242に送ることにより、復水の全部または一部が燃料加湿のために再循環されてもよい。また、図のように、復水の残留部分をシステム200から出力するか、または生産水収集器255に収集し、必要に応じてシステム200に再循環させてもよい。
Claims (15)
- 燃焼排ガス発生アセンブリから出力される燃焼排ガスを利用するように構成された発電システムであって、前記燃焼排ガスは二酸化炭素と酸素とを含み、前記発電システムは、
アノード部と、前記燃焼排ガス発生アセンブリから出力される前記燃焼排ガスを含む注入酸化剤ガスを受け取るように構成されたカソード部とを含む燃料電池と、
前記燃料電池の前記アノード部から出力されるアノード排ガスを受け取るように構成されたガス分離アセンブリであって、
前記アノード排ガス中の二酸化炭素を液化するように前記アノード排ガスを所定の温度に冷却するように構成された冷却器アセンブリと、
前記冷却器アセンブリによって冷却された前記アノード排ガスを受け取り、残留燃料ガスから液化二酸化炭素を分離するように構成されたガス分離装置とを含むガス分離アセンブリと、
前記燃焼排ガス発生アセンブリによって出力された燃焼排ガスと、前記ガス分離装置によって分離された残留燃料ガスとを受け取り、前記燃焼排ガスを加熱するために前記残留燃料ガスを酸化するように構成された酸化装置と、を含み、前記酸化装置は、加熱された燃焼排ガスを前記燃料電池のカソード部に出力するように構成されており、
前記燃料電池および前記冷却器アセンブリは、前記燃料電池によって発生された廃熱が前記冷却器アセンブリを駆動するために利用されるように構成された、発電システム。 - 前記燃料電池の前記カソード部は、前記燃焼排ガス発生アセンブリによって出力された前記燃焼排ガスの全部または一部からなる注入酸化剤ガスを受け取るように構成された、請求項1に記載の発電システム。
- 前記冷却器アセンブリは1つまたは複数の吸収式冷却器を含む、請求項1に記載の発電システム。
- 前記ガス分離アセンブリは、前記燃料電池の前記カソード部によって出力されるカソード排ガスから廃熱を回収し、前記冷却器アセンブリを駆動するために前記回収された廃熱の少なくとも一部を利用するように構成された、請求項1に記載の発電システム。
- 前記ガス分離アセンブリは、前記アノード排ガスから水を分離し、水分離されたアノード排ガスを出力するように構成された水除去アセンブリをさらに含み、前記冷却器アセンブリは、前記水分離されたアノード排ガスを受け取るように構成された、請求項1に記載の発電システム。
- 前記ガス分離アセンブリは、前記水分離されたアノード排ガスが前記冷却器アセンブリに搬送される前に、前記水除去アセンブリから出力された前記水分離されたアノード排ガスを圧縮するように構成されたコンプレッサをさらに含む、請求項5に記載の発電システム。
- 前記ガス分離アセンブリは、前記アノード排ガスが前記水除去アセンブリに搬送される前に前記アノード排ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換するように構成されたシフト反応器をさらに含む、請求項5または6に記載の発電システム。
- 前記アノード部に入力する燃料ガスを加熱するために、カソード排ガス中の廃熱を利用するように構成された熱交換器をさらに含む、請求項1に記載の発電システム。
- 前記ガス分離装置はフラッシュドラムを含む、請求項1に記載の発電システム。
- 前記コンプレッサは、前記アノード排ガスを少なくとも200psiに圧縮するように構成され、前記冷却器アセンブリは、前記コンプレッサの排出圧力に基づいて前記アノード排ガスを−40℃またはそれより高温に冷却するように構成された、請求項6に記載の発電システム。
- 前記燃焼排ガス発生アセンブリは、(i)化石燃料燃焼排ガス発生アセンブリと、(ii)ボイラーと、(iii)燃焼器と、(iv)セメント工場の加熱炉およびキルンとからなるグループから選択される、請求項1に記載の発電システム。
- 前記燃料電池は内部改質溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)である、請求項1から11のいずれかに記載の発電システム。
- 前記燃焼排ガス発生アセンブリから出力される前記燃焼排ガスを受け取り、前記燃焼排ガスを500℃から650℃の範囲の温度に調整するように構成された熱交換器をさらに含み、
前記燃料電池は前記熱交換器を介して前記注入酸化剤ガスを受け取るように構成されており、
前記酸化装置は前記ガス分離装置によって分離された残留燃料ガスを受け取り、温度調整された燃焼排ガスを前記熱交換器から直接的に受け取り、前記燃焼排ガスを加熱するために前記残留燃料ガスを酸化し、加熱された燃焼排ガスを直接的に前記燃料電池の前記カソード部に出力するように構成されている、請求項1に記載の発電システム。 - 前記ガス分離アセンブリは、さらに、前記燃料電池の前記カソード部から出力されるカソード排ガスから廃熱を回収するように構成された熱回収アセンブリを含み、
前記熱回収アセンブリと前記冷却器アセンブリは、前記熱回収アセンブリにより回収された前記廃熱が前記冷却器アセンブリを駆動するために利用されるように構成されている、請求項13に記載の発電システム。 - 燃焼排ガス発生アセンブリから出力される燃焼排ガスを利用する発電システムにおいて使用されるためのガス分離方法であって、前記燃焼排ガスは二酸化炭素と酸素とを含み、前記方法は、
前記燃焼排ガス発生アセンブリから出力される前記燃焼排ガスを第一熱交換器で受け取ることと、
前記第一熱交換器を使用して前記燃焼排ガスの温度を500℃から650℃の範囲に調整することと、
温度調整された燃焼排ガスを前記第一熱交換器から直接的に酸化装置へ出力することと、
アノード部とカソード部とを有する燃料電池を動作させることであって、前記燃料電池の動作中に前記燃料電池の前記アノード部からアノード排ガスが出力される、ことと、
前記燃料電池の前記カソード部から出力されるカソード排ガスから廃熱を回収し、冷却器アセンブリを駆動するために前記カソード排ガスからの前記廃熱を利用しながら、前記アノード排ガス中の前記二酸化炭素を液化するように前記冷却器アセンブリにおいて前記アノード排ガスを所定の温度に冷却することと、
前記冷却器アセンブリにおける前記アノード排ガスの冷却後に、ガス分離装置において残留燃料ガスから前記液化された二酸化炭素を分離することとを含み、
前記酸化装置は、前記分離の工程において分離された残留燃料ガスと、前記第一熱交換器から前記温度調整された燃焼排ガスとを受け取り、前記燃焼排ガスを加熱するために前記残留燃料ガスを酸化し、加熱された燃焼排ガスを前記燃料電池の前記カソード部に直接的に出力するように構成されている、ガス分離方法。
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