JPH01140564A - アンモニア除去装置及びその方法 - Google Patents
アンモニア除去装置及びその方法Info
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- JPH01140564A JPH01140564A JP63259236A JP25923688A JPH01140564A JP H01140564 A JPH01140564 A JP H01140564A JP 63259236 A JP63259236 A JP 63259236A JP 25923688 A JP25923688 A JP 25923688A JP H01140564 A JPH01140564 A JP H01140564A
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Classifications
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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-
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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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S203/00—Distillation: processes, separatory
- Y10S203/21—Acrylic acid or ester
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、燃料電池発電施設に供給する水からアンモニ
アを除去する装置及びその方法に係り、より詳細には、
蒸気を用いて上記水からアンモニアを分離するためのア
ンモニア除去装置及びそのアンモニア除去方法に関する
。
アを除去する装置及びその方法に係り、より詳細には、
蒸気を用いて上記水からアンモニアを分離するためのア
ンモニア除去装置及びそのアンモニア除去方法に関する
。
冷却水を使用するタイプの燃料電池発電施設においては
、必要に応じて閉鎖型の水再循環装置を取り付けて、補
給水を殆ど必要としない構造にすることは好ましいこと
である。この水再循環装置に使用する水を全て、燃料電
池の電気化学反応生成物である水で置換することは極め
て好ましいことである。例えばメタン、ナフサ等の改質
された炭化水素燃料を燃料として作動する燃料電池発電
施設においては、未改質の炭化水素燃料を触媒改質装置
の中で水素濃度の高い気体燃料に改質しなければならな
い。その改質の際に、改質装置の内部で、各種の量のア
ンモニアが形成され、このアンモニアが改質装置流出物
、すなわち、高水素濃度の気体燃料の中に混入される。
、必要に応じて閉鎖型の水再循環装置を取り付けて、補
給水を殆ど必要としない構造にすることは好ましいこと
である。この水再循環装置に使用する水を全て、燃料電
池の電気化学反応生成物である水で置換することは極め
て好ましいことである。例えばメタン、ナフサ等の改質
された炭化水素燃料を燃料として作動する燃料電池発電
施設においては、未改質の炭化水素燃料を触媒改質装置
の中で水素濃度の高い気体燃料に改質しなければならな
い。その改質の際に、改質装置の内部で、各種の量のア
ンモニアが形成され、このアンモニアが改質装置流出物
、すなわち、高水素濃度の気体燃料の中に混入される。
改質すべき炭化水素燃料中に存在する窒素の含有率が大
きい場合には、改質装置流出物のアンモニアの量が５０
０ｐｐｍ（容量）に達することがある。気体燃料を燃料
電池に供給する前に、その気体燃料のアンモニアの濃度
を２ｐｐｍ （容量）未満まで下げなければならない。
きい場合には、改質装置流出物のアンモニアの量が５０
０ｐｐｍ（容量）に達することがある。気体燃料を燃料
電池に供給する前に、その気体燃料のアンモニアの濃度
を２ｐｐｍ （容量）未満まで下げなければならない。
その理由は、アンモニアの濃度がこの値より大きい場合
には、アンモニアが燃料電池の触媒に対して有害な作用
をするからである。
には、アンモニアが燃料電池の触媒に対して有害な作用
をするからである。
気体燃料からアンモニアを除去するためには、改質装置
流出物を冷却器のハウジングの中に入れ、このハウジン
グの頂部の出口まで上昇させ、この出口から発電部に送
り出す。改質装置流出物はガス状であり、この改質装置
流出物が冷却器のハウジングの底部に入る時の温度は約
摂氏約２１２．８度（華氏約４１５度）である。冷却器
のハウジングの頂部に水噴射装置が設けられており、こ
の水噴射装置に水が加えられ、この水が摂氏約５４．４
度（華氏約１３０度）であり、この水噴射装置から、冷
却器のハウジングの中で上昇中の改質装置流出物の中に
噴射され、この上昇中の改質装置流出物の中を下降する
。改質装置流出物が冷却器から出る時の温度は摂氏約６
０．０度（華氏約１４０度）であり、改質装置流出物に
含まれている燃料汚損要因物、すなわち、アンモニア、
及び、二酸化炭素、−酸化炭素等が、この改質装置流出
物と向流する水によって分離されてこの水に移行する。
流出物を冷却器のハウジングの中に入れ、このハウジン
グの頂部の出口まで上昇させ、この出口から発電部に送
り出す。改質装置流出物はガス状であり、この改質装置
流出物が冷却器のハウジングの底部に入る時の温度は約
摂氏約２１２．８度（華氏約４１５度）である。冷却器
のハウジングの頂部に水噴射装置が設けられており、こ
の水噴射装置に水が加えられ、この水が摂氏約５４．４
度（華氏約１３０度）であり、この水噴射装置から、冷
却器のハウジングの中で上昇中の改質装置流出物の中に
噴射され、この上昇中の改質装置流出物の中を下降する
。改質装置流出物が冷却器から出る時の温度は摂氏約６
０．０度（華氏約１４０度）であり、改質装置流出物に
含まれている燃料汚損要因物、すなわち、アンモニア、
及び、二酸化炭素、−酸化炭素等が、この改質装置流出
物と向流する水によって分離されてこの水に移行する。
改質装置流出物は、このように燃料汚損要因物が抽出さ
れて、アンモニアの濃度が約２ｐｐｍ（容ｆｆ１）以下
の気体燃料となる。上記噴射された水は水滴となって接
触冷却器の中を下降し、底部に到達して、この接触冷却
器から排出される。上記アンモニアで汚染された水は、
温度が摂氏約１２３．９度（華氏約２５５度）であり、
圧力が約９．８４ないし１１．２５キログラム毎平方セ
ンチメートル（約１４０ないし１６０ポンド毎平方イン
チ）である。この水には、各種の形のアンモニアを約４
００ｐｐｍ （重量）まで含ませることができる。この
水に含まれるアンモニアの形は、例えば、フリーのアン
モニア、アンモニアイオン、各種の炭酸アンモニウム及
び炭酸水素アンモニウム等である。
れて、アンモニアの濃度が約２ｐｐｍ（容ｆｆ１）以下
の気体燃料となる。上記噴射された水は水滴となって接
触冷却器の中を下降し、底部に到達して、この接触冷却
器から排出される。上記アンモニアで汚染された水は、
温度が摂氏約１２３．９度（華氏約２５５度）であり、
圧力が約９．８４ないし１１．２５キログラム毎平方セ
ンチメートル（約１４０ないし１６０ポンド毎平方イン
チ）である。この水には、各種の形のアンモニアを約４
００ｐｐｍ （重量）まで含ませることができる。この
水に含まれるアンモニアの形は、例えば、フリーのアン
モニア、アンモニアイオン、各種の炭酸アンモニウム及
び炭酸水素アンモニウム等である。
上記水の中のアンモニアを除去することは、上記発電施
設の通常のイオン交換方式の浄水装置を使用すれば可能
ではあるが、その場合には、浄水装置の再生処理を頻繁
に行わなければならず、そのために、大量の水を発電施
設から廃水として排出しなければならない。しかも、既
に説明したように、燃料電池の発電施設は補給水を使用
する構造ではないから、イオン交換装置で大量のアンモ
ニアを含む水を処理することはできないという問題点が
ある。
設の通常のイオン交換方式の浄水装置を使用すれば可能
ではあるが、その場合には、浄水装置の再生処理を頻繁
に行わなければならず、そのために、大量の水を発電施
設から廃水として排出しなければならない。しかも、既
に説明したように、燃料電池の発電施設は補給水を使用
する構造ではないから、イオン交換装置で大量のアンモ
ニアを含む水を処理することはできないという問題点が
ある。
そこで、本発明は、燃料電池の発電施設に外から補給水
を加えることなく、その発電施設の内部のアンモニアを
含む水からアンモニアを除去し得るアンモニア除去装置
及びその方法を提供することを目的としている。
を加えることなく、その発電施設の内部のアンモニアを
含む水からアンモニアを除去し得るアンモニア除去装置
及びその方法を提供することを目的としている。
さらに、本発明は、水からアンモニアを除去するためτ
こ必要な全てのエネルギーを、発電施設の通常の稼動に
よって供給することができるアンモニア除去循環装置及
びその方法を提供することを目的としている。
こ必要な全てのエネルギーを、発電施設の通常の稼動に
よって供給することができるアンモニア除去循環装置及
びその方法を提供することを目的としている。
さらに、本発明は、無機物除去用ベツドを使用すること
なく殆ど全てのアンモニアを除去して、発電施設の作動
期間、すなわち、無機物除去用ベツドを再生してから、
次の再生を行うまでの期間を延長させることができるア
ンモニア除去循環装置を提供することを目的としている
。
なく殆ど全てのアンモニアを除去して、発電施設の作動
期間、すなわち、無機物除去用ベツドを再生してから、
次の再生を行うまでの期間を延長させることができるア
ンモニア除去循環装置を提供することを目的としている
。
さらに、本発明は、蒸気を用いて、水からアンモニアを
除去することができるアンモニア除去循環装置及びその
方法を提供することを目的としている。
除去することができるアンモニア除去循環装置及びその
方法を提供することを目的としている。
本発明は、改質装置流出物を処理する水のアンモニアを
殆ど完全に除去するために、燃料電池発電施設の循環水
路に使用されるアンモニア等除去装置及びその方法に関
する。
殆ど完全に除去するために、燃料電池発電施設の循環水
路に使用されるアンモニア等除去装置及びその方法に関
する。
上記目的を達成するために、本発明のアンモニア等除去
方法においては、水循環方式の閉鎖型燃料電池発電施設
の汚染水から、汚染要因物であるアンモニアと、炭酸ア
ンモニウム及び炭酸水素アンモニウム等のアンモニウム
化合物と、二酸化炭素とを除去するために、アンモニア
の濃度が約５００ｐｐｍ （重ｊｌ）未満の汚染水を大
気圧を越える圧力と高い温度で流す工程と、この汚染水
流を蒸気に接触させてこの汚染水からアンモニアの一部
分を分離する第１蒸気分離工程と、この第１蒸気分離工
程の後に汚染水流からアンモニアを分離する第２蒸気分
離を行い、この２工程の蒸気分離による汚染要因物除去
能力の和を汚染水流のアンモニアの約８５パーセント以
上、及び二酸化炭素の約９９パーセント以上とする第２
蒸気分離工程と、この２工程の蒸気分離工程で発生する
蒸気を組み合わせて凝縮器に送り、凝縮させて水を作る
工程と、燃料電池発電施設で電気化学反応により作られ
る使用可能水量より少量の水を含む蒸気を凝縮器から放
出する工程とを備えている。
方法においては、水循環方式の閉鎖型燃料電池発電施設
の汚染水から、汚染要因物であるアンモニアと、炭酸ア
ンモニウム及び炭酸水素アンモニウム等のアンモニウム
化合物と、二酸化炭素とを除去するために、アンモニア
の濃度が約５００ｐｐｍ （重ｊｌ）未満の汚染水を大
気圧を越える圧力と高い温度で流す工程と、この汚染水
流を蒸気に接触させてこの汚染水からアンモニアの一部
分を分離する第１蒸気分離工程と、この第１蒸気分離工
程の後に汚染水流からアンモニアを分離する第２蒸気分
離を行い、この２工程の蒸気分離による汚染要因物除去
能力の和を汚染水流のアンモニアの約８５パーセント以
上、及び二酸化炭素の約９９パーセント以上とする第２
蒸気分離工程と、この２工程の蒸気分離工程で発生する
蒸気を組み合わせて凝縮器に送り、凝縮させて水を作る
工程と、燃料電池発電施設で電気化学反応により作られ
る使用可能水量より少量の水を含む蒸気を凝縮器から放
出する工程とを備えている。
上記一方の蒸気分離工程は、前記汚染水流の圧力を気水
分離実施可能の圧力まで下げるのが効果的である。
分離実施可能の圧力まで下げるのが効果的である。
また、上記他方の蒸気分離工程に使用される蒸気を前記
発電施設の水冷却装置から供給し、前記発電施設の水冷
却装置を用いて発電施設の燃料電池の温度を制御する構
造とすることは好ましいことである。
発電施設の水冷却装置から供給し、前記発電施設の水冷
却装置を用いて発電施設の燃料電池の温度を制御する構
造とすることは好ましいことである。
さらに、上記他方の蒸気分離作用を行う時に、上記一方
の蒸気分離工程で発生する蒸気を上記他方の蒸気分離工
程に使用する蒸気と組み合わせ、この組み合せた蒸気を
用いて上記他方の蒸気分離工程を行うことは好ましいこ
とである。
の蒸気分離工程で発生する蒸気を上記他方の蒸気分離工
程に使用する蒸気と組み合わせ、この組み合せた蒸気を
用いて上記他方の蒸気分離工程を行うことは好ましいこ
とである。
また、上記目的を達成するために、本発明の他のアンモ
ニア等除去方法においては、水循環方式の閉鎖型燃料電
池発電施設の中で、発電施設の汚染水から、汚染要因物
であるアンモニアと、炭酸アンモニウム及び炭酸水素ア
ンモニウム等のアンモニウム化合物と、二酸化炭素とを
除去するために、約５００ｐｐｍ （重量）未満のアン
モニアで汚染された汚染水を、圧力約９．８４ないし約
１１．２５キログラム毎平方センチメートル（約１４０
ないし約１６０ポンド毎平方インチ）、及び、温度摂氏
約１２３．９度（華氏約２５５度）の下で、この流れの
アンモニアの濃度を上記汚染水のアンモニアの濃度と同
様に約５００ｐｐｍ（重ｆｆ１）未満に維持した状態で
流す工程と、汚染水流の圧力を約１．４１キログラム毎
平方センナメートル（約２０ポンド毎平方インチ）に、
また、温度を摂氏約 度（華氏約２２８度）に下げて汚
染水流から蒸気を分離する第１蒸気分離工程と、発電施
設の発電部から温度摂氏約１９０．６度（華氏約３７５
度）、圧力約１３．２２キログラム毎平方センチメート
ル（約１８８ポンド毎平方インチ）の蒸気を供給する工
程と、上記第１分離作用の後に、上記蒸気供給工程で供
給される蒸気を汚染水流に混合して第２蒸気分離を行い
、上記２工程の蒸気分離の汚染要因物除去能力の和を上
記汚染水流のアンモニアの約８５パーセント以上、及び
、二酸化炭素の約９９パーセント以上にする第２蒸気分
離工程と、上記２工程の蒸気分離作用を施した汚染水流
を組み合わせて凝縮器に供給し、組み合わせた汚染水を
凝縮させて凝縮水にする工程と、燃料電池発電施設の中
の電気化学反応生成物である水の使用可能の量より少量
の水を含む蒸気を凝縮器から排出する工程とを備えてい
る。
ニア等除去方法においては、水循環方式の閉鎖型燃料電
池発電施設の中で、発電施設の汚染水から、汚染要因物
であるアンモニアと、炭酸アンモニウム及び炭酸水素ア
ンモニウム等のアンモニウム化合物と、二酸化炭素とを
除去するために、約５００ｐｐｍ （重量）未満のアン
モニアで汚染された汚染水を、圧力約９．８４ないし約
１１．２５キログラム毎平方センチメートル（約１４０
ないし約１６０ポンド毎平方インチ）、及び、温度摂氏
約１２３．９度（華氏約２５５度）の下で、この流れの
アンモニアの濃度を上記汚染水のアンモニアの濃度と同
様に約５００ｐｐｍ（重ｆｆ１）未満に維持した状態で
流す工程と、汚染水流の圧力を約１．４１キログラム毎
平方センナメートル（約２０ポンド毎平方インチ）に、
また、温度を摂氏約 度（華氏約２２８度）に下げて汚
染水流から蒸気を分離する第１蒸気分離工程と、発電施
設の発電部から温度摂氏約１９０．６度（華氏約３７５
度）、圧力約１３．２２キログラム毎平方センチメート
ル（約１８８ポンド毎平方インチ）の蒸気を供給する工
程と、上記第１分離作用の後に、上記蒸気供給工程で供
給される蒸気を汚染水流に混合して第２蒸気分離を行い
、上記２工程の蒸気分離の汚染要因物除去能力の和を上
記汚染水流のアンモニアの約８５パーセント以上、及び
、二酸化炭素の約９９パーセント以上にする第２蒸気分
離工程と、上記２工程の蒸気分離作用を施した汚染水流
を組み合わせて凝縮器に供給し、組み合わせた汚染水を
凝縮させて凝縮水にする工程と、燃料電池発電施設の中
の電気化学反応生成物である水の使用可能の量より少量
の水を含む蒸気を凝縮器から排出する工程とを備えてい
る。
さらに、上記目的を達成するために、本発明のアンモニ
ア等除去装置においては、水が循環されるタイプの閉鎖
型燃料電池発電施設の中で、発電施設の汚染水から汚染
要因物であるアンモニアと、炭酸アンモニウム及び炭酸
水素アンモニウム等の気体のアンモニウム化合物と、二
酸化炭素とを除去するために使用し、このアンモニア等
除去装置に、第１蒸気分離装置と、高温高圧であってア
ンモニアの濃度が約５００ｐｐｍ （重量）の汚染水を
第１蒸気分離装置に供給する装置と、第１蒸気分離装置
の中で汚染水から汚染要因物の一部分を除去するために
第１蒸気分離装置に蒸気を供給する装置と、第２蒸気分
離装置と、汚染要因物を一部分除去した水を第１蒸気分
離装置から第２蒸気分離装置に送る装置と、第２蒸気分
離装置の中に蒸気を供給して汚染水から汚染要因物の一
部分をさらに除去するが、この時に、第１蒸気分離装置
の汚染要因物除去能力と第２蒸気分離装置の汚染要因物
除去能力の和を、汚染水のアンモニアの約８５パーセン
ト以上、及び、二酸化炭素の約９９パーセント以上にす
る装置と、第１蒸気分離装置で分離した汚染要因物を含
む蒸気と、前記第２蒸気分離装置で分離した汚染要因物
を含む蒸気を組み合わせる装置と、凝縮器と、前記蒸気
分離装置で分離した汚染要因物を含む蒸気を凝縮させて
凝縮水にするために、蒸気分離装置で分離した汚染要因
物を含む蒸気を凝縮器に供給する装置と、燃料電池発電
施設の電気化学反応生成物である水の使用可能量より少
量の水を含む蒸気を凝縮器から排出し、これによって、
通常の作動状態のアンモニア除去装置に補給水を加える
必要をなくした装置とが備えられている。
ア等除去装置においては、水が循環されるタイプの閉鎖
型燃料電池発電施設の中で、発電施設の汚染水から汚染
要因物であるアンモニアと、炭酸アンモニウム及び炭酸
水素アンモニウム等の気体のアンモニウム化合物と、二
酸化炭素とを除去するために使用し、このアンモニア等
除去装置に、第１蒸気分離装置と、高温高圧であってア
ンモニアの濃度が約５００ｐｐｍ （重量）の汚染水を
第１蒸気分離装置に供給する装置と、第１蒸気分離装置
の中で汚染水から汚染要因物の一部分を除去するために
第１蒸気分離装置に蒸気を供給する装置と、第２蒸気分
離装置と、汚染要因物を一部分除去した水を第１蒸気分
離装置から第２蒸気分離装置に送る装置と、第２蒸気分
離装置の中に蒸気を供給して汚染水から汚染要因物の一
部分をさらに除去するが、この時に、第１蒸気分離装置
の汚染要因物除去能力と第２蒸気分離装置の汚染要因物
除去能力の和を、汚染水のアンモニアの約８５パーセン
ト以上、及び、二酸化炭素の約９９パーセント以上にす
る装置と、第１蒸気分離装置で分離した汚染要因物を含
む蒸気と、前記第２蒸気分離装置で分離した汚染要因物
を含む蒸気を組み合わせる装置と、凝縮器と、前記蒸気
分離装置で分離した汚染要因物を含む蒸気を凝縮させて
凝縮水にするために、蒸気分離装置で分離した汚染要因
物を含む蒸気を凝縮器に供給する装置と、燃料電池発電
施設の電気化学反応生成物である水の使用可能量より少
量の水を含む蒸気を凝縮器から排出し、これによって、
通常の作動状態のアンモニア除去装置に補給水を加える
必要をなくした装置とが備えられている。
上記蒸気を供給する第１装置に絞りオリフィスを設け、
第１蒸気分離装置に高温高圧の汚染水を送り込む時に、
この絞りオリフィスを通すことによって、この汚染水の
圧力を気水分離可能の値まで下げれば、汚染要因物の除
去を効果的に行うことができる。
第１蒸気分離装置に高温高圧の汚染水を送り込む時に、
この絞りオリフィスを通すことによって、この汚染水の
圧力を気水分離可能の値まで下げれば、汚染要因物の除
去を効果的に行うことができる。
蒸気を供給する第２装置に、発電施設の冷却部から前記
第２蒸気分離装置に蒸気を送る装置を設けることは好ま
しいことである。
第２蒸気分離装置に蒸気を送る装置を設けることは好ま
しいことである。
蒸気を組み合わせる装置に、前記第２蒸気分離装置から
前記第１蒸気分離装置に蒸気を送る装置を設けることも
好ましいことである。
前記第１蒸気分離装置に蒸気を送る装置を設けることも
好ましいことである。
上記のように構成されたアンモニア分離装置は、アンモ
ニアを含む水を分離するために、発電施設の内部で発生
するエネルギーを使用する。気体燃料冷却器から出た水
は第１蒸気分離装置に送られ、この第１蒸気分離装置で
、気体燃料冷却器から出る水に含まれているアンモニア
の一部分が分離される。このアンモニアが部分的に分離
された水は第２蒸気分離装置に送られ、この第２蒸気分
離装置で、さらにアンモニアを分離するための第２蒸気
分離が行われる。この第２蒸気分離の後に、上記２工程
の蒸気分離によってアンモニアが分離された水は発電施
設の貯水タンクに送られ、イオン交換装置のイオン交換
ベツドで浄化され、発電施設に河循環される。一方の蒸
気分離装置から出る使用後の蒸気を他方の蒸気分離装置
に送ることによって汚染要因物分離能力を強化すること
ができ、従って、。このアンモニア除去装置の能力を向
上させることができる。また、発電施設の水の損失を減
少させるために、発電施設からアンモニアを含む水を放
出する時には、上記汚染要因物除去能力を向上させた蒸
気分離装置のみを使用する。発電施設から放出された蒸
気は凝縮器に送られ、この凝縮器で凝縮され、水になっ
て、蒸気から分離される。この凝縮した水は蒸気分離装
置に戻され、残余のアンモニアを含んだ水は凝縮器から
放出される。このアンモニア除去装置は、発電施設の気
体燃料冷却水のアンモニアを約８６バーセントまで除去
することができる。これだけのアンモニアを除去するた
めに発電施設から失われる蒸気は、この発電施設で作ら
れる蒸気の約５パーセントに過ぎない。従って、このア
ンモニア除去装置に対して、外部から水を補給する必要
がなくなる。また、本発明に基づくアンモニア除去装置
を用いて除去するアンモニアの量は、汚染水の流量を変
化させ、気体燃料冷却水の温度を変化させ、又は、この
両パラメータを変化させることによって、変化させるこ
とができる。本発明に基づくアンモニア除去装置は、発
電施設の水からアンモニアを除去するだけでなく、水素
、二酸化炭素、−酸化炭素、及び、アルゴンも除去する
ことができる。例えば、発電施設の水に含まれている二
酸化炭素を９９パ一セント以上、アンモニアと共に放出
することができる。
ニアを含む水を分離するために、発電施設の内部で発生
するエネルギーを使用する。気体燃料冷却器から出た水
は第１蒸気分離装置に送られ、この第１蒸気分離装置で
、気体燃料冷却器から出る水に含まれているアンモニア
の一部分が分離される。このアンモニアが部分的に分離
された水は第２蒸気分離装置に送られ、この第２蒸気分
離装置で、さらにアンモニアを分離するための第２蒸気
分離が行われる。この第２蒸気分離の後に、上記２工程
の蒸気分離によってアンモニアが分離された水は発電施
設の貯水タンクに送られ、イオン交換装置のイオン交換
ベツドで浄化され、発電施設に河循環される。一方の蒸
気分離装置から出る使用後の蒸気を他方の蒸気分離装置
に送ることによって汚染要因物分離能力を強化すること
ができ、従って、。このアンモニア除去装置の能力を向
上させることができる。また、発電施設の水の損失を減
少させるために、発電施設からアンモニアを含む水を放
出する時には、上記汚染要因物除去能力を向上させた蒸
気分離装置のみを使用する。発電施設から放出された蒸
気は凝縮器に送られ、この凝縮器で凝縮され、水になっ
て、蒸気から分離される。この凝縮した水は蒸気分離装
置に戻され、残余のアンモニアを含んだ水は凝縮器から
放出される。このアンモニア除去装置は、発電施設の気
体燃料冷却水のアンモニアを約８６バーセントまで除去
することができる。これだけのアンモニアを除去するた
めに発電施設から失われる蒸気は、この発電施設で作ら
れる蒸気の約５パーセントに過ぎない。従って、このア
ンモニア除去装置に対して、外部から水を補給する必要
がなくなる。また、本発明に基づくアンモニア除去装置
を用いて除去するアンモニアの量は、汚染水の流量を変
化させ、気体燃料冷却水の温度を変化させ、又は、この
両パラメータを変化させることによって、変化させるこ
とができる。本発明に基づくアンモニア除去装置は、発
電施設の水からアンモニアを除去するだけでなく、水素
、二酸化炭素、−酸化炭素、及び、アルゴンも除去する
ことができる。例えば、発電施設の水に含まれている二
酸化炭素を９９パ一セント以上、アンモニアと共に放出
することができる。
以下、本発明の好ましい形態及び長所を、関連する図を
参照して、詳細に説明する。
参照して、詳細に説明する。
図において、符号２は本発明に基づくアンモニア除去装
置の全体を表わしている。この水循環装置２は水流入路
４を含んでいる。この水流入路４は、汚染水例えばアン
モニアによって汚染された水を、改質装置流出物冷却用
の冷却器（図示せず）から第１蒸気分離器に送る。この
第１蒸気分離器は気水分離器６とするのが好ましい。水
流入路４の中の水は、圧力が約９．８４ないし１１．２
５キログラム毎平方センチメートル（約１４０ないし１
６０ポンド毎平方インチ）、温度が摂氏約１２３．９度
（華氏約２５５度）である。この水流入路４の中の加圧
された高温の水は、絞りオリフィスを通って気水分離タ
ンク６に入り、このオリフィスの作用で水流入路４から
気水分離器６に入る時に圧力が低下し、この圧力低下の
作用で、この気水分離器６の中で蒸気を分離する。この
気水分離器６の内部圧力は約１．４１キログラム毎平方
センチメートル（約２０ポンド毎平方インチ）であり、
この気水分離タンク６の中の水の温度は摂氏約１０８．
９度（華氏約２２８度）である。
置の全体を表わしている。この水循環装置２は水流入路
４を含んでいる。この水流入路４は、汚染水例えばアン
モニアによって汚染された水を、改質装置流出物冷却用
の冷却器（図示せず）から第１蒸気分離器に送る。この
第１蒸気分離器は気水分離器６とするのが好ましい。水
流入路４の中の水は、圧力が約９．８４ないし１１．２
５キログラム毎平方センチメートル（約１４０ないし１
６０ポンド毎平方インチ）、温度が摂氏約１２３．９度
（華氏約２５５度）である。この水流入路４の中の加圧
された高温の水は、絞りオリフィスを通って気水分離タ
ンク６に入り、このオリフィスの作用で水流入路４から
気水分離器６に入る時に圧力が低下し、この圧力低下の
作用で、この気水分離器６の中で蒸気を分離する。この
気水分離器６の内部圧力は約１．４１キログラム毎平方
センチメートル（約２０ポンド毎平方インチ）であり、
この気水分離タンク６の中の水の温度は摂氏約１０８．
９度（華氏約２２８度）である。
気水分離器６には、フラッシングすなわち気水分離作業
によって分離される蒸気が発生するが、その他に、ライ
ン８から蒸気が送り込まれる。これについては後に説明
する。気水分離器６の内部で行うフラッシングによって
、水の中のアンモニアを約５４パーセント分離除去する
ことができる。
によって分離される蒸気が発生するが、その他に、ライ
ン８から蒸気が送り込まれる。これについては後に説明
する。気水分離器６の内部で行うフラッシングによって
、水の中のアンモニアを約５４パーセント分離除去する
ことができる。
このようにアンモニアが部分的に除去された水は気水分
離タンク６から排水管１０に排出される。
離タンク６から排水管１０に排出される。
この排水管１０に排出された水は、その一部分がポンプ
１２によって第１送水管１４を経由して第２気水分離器
１６に送られ、残余の部分が第２分岐管１８を経由して
冷却器に戻される。従って、気水分離器６から気体燃料
冷却用冷却器に戻す水の量を変化させることができる。
１２によって第１送水管１４を経由して第２気水分離器
１６に送られ、残余の部分が第２分岐管１８を経由して
冷却器に戻される。従って、気水分離器６から気体燃料
冷却用冷却器に戻す水の量を変化させることができる。
上記冷却器は改質装置流出物である気体燃料を冷却する
ためのものである。気水分離器６から排出された後に気
体燃料冷却冷却器に戻されない水は、第２気水分離器１
６の中でさらにアンモニアの除去作用を継続して行う。
ためのものである。気水分離器６から排出された後に気
体燃料冷却冷却器に戻されない水は、第２気水分離器１
６の中でさらにアンモニアの除去作用を継続して行う。
発電施設の発電部から摂氏約１９０．６度（華氏約３７
５度）、約１３．２２キログラム毎平方センチメートル
（約１８８ポンド毎平方インチ）で送られて来る蒸気は
、ライン２０を経由して第２気水分離器１６に導入され
、この第２気水分離器１６の中で、ライン１４から送ら
れて来る水に通される。この第２気水分離器１６の中の
水及び蒸気は、温度が摂氏約１２０度（華氏約２４８度
）であり、圧力が約２．０４キログラム毎平方センナメ
ートル（約２９ポンド毎平方インチ）である。ライン２
０から供給される蒸気に含まれているアンモニアの約７
０パーセントは、第２気水分離器１６の中の水によって
除去される。
５度）、約１３．２２キログラム毎平方センチメートル
（約１８８ポンド毎平方インチ）で送られて来る蒸気は
、ライン２０を経由して第２気水分離器１６に導入され
、この第２気水分離器１６の中で、ライン１４から送ら
れて来る水に通される。この第２気水分離器１６の中の
水及び蒸気は、温度が摂氏約１２０度（華氏約２４８度
）であり、圧力が約２．０４キログラム毎平方センナメ
ートル（約２９ポンド毎平方インチ）である。ライン２
０から供給される蒸気に含まれているアンモニアの約７
０パーセントは、第２気水分離器１６の中の水によって
除去される。
アンモニアが除去された水は、第２気水分離器１６から
排水管２２を経て発電施設の貯水タンクに送られ、さら
に浄化された後に、水循環装置に戻される。第２気水分
離器１６から出た蒸気はアンモニアを含んでおり、ライ
ン８を経由して気水分離タンク６に送られる。気水分離
タンク６の中には、気水分離された蒸気と蒸気分離装置
１６から送られた蒸気とが共存している。この気水分離
器６の蒸気は第２気水分離器１６の内部で上昇し、ライ
ン２６を通って凝縮器２４に入る。アンモニアを含む蒸
気、すなわち、蒸気とアンモニアとの混合物は、凝縮器
２４の中で凝縮して複水し、この凝縮した水がライン２
８を通って気水分離器６に戻される。上記残余の蒸気と
アンモニアとの混合物は凝縮器２４からライン３０を通
して排出される。凝縮器２４の内部の温度は摂氏約１０
８．９度（華氏約２２８度）である。
排水管２２を経て発電施設の貯水タンクに送られ、さら
に浄化された後に、水循環装置に戻される。第２気水分
離器１６から出た蒸気はアンモニアを含んでおり、ライ
ン８を経由して気水分離タンク６に送られる。気水分離
タンク６の中には、気水分離された蒸気と蒸気分離装置
１６から送られた蒸気とが共存している。この気水分離
器６の蒸気は第２気水分離器１６の内部で上昇し、ライ
ン２６を通って凝縮器２４に入る。アンモニアを含む蒸
気、すなわち、蒸気とアンモニアとの混合物は、凝縮器
２４の中で凝縮して複水し、この凝縮した水がライン２
８を通って気水分離器６に戻される。上記残余の蒸気と
アンモニアとの混合物は凝縮器２４からライン３０を通
して排出される。凝縮器２４の内部の温度は摂氏約１０
８．９度（華氏約２２８度）である。
アンモニア除去装置２には、さらに、流れを制御する弁
Ｖ１ないしＶ９が設けられている。この制御弁Ｖ１ない
しＶ９は、アンモニア除去装置２の流量、流路の選択、
その他のパラメータを制御するためのものである。弁Ｖ
１は気水分離器６に流入する改質装置流出物の流量を制
御し、この弁Ｖｌ自体は発電施設のマイクロブロツセサ
によって制御される。弁Ｖ２は気水分離器６の内部の温
度により制御されて、凝縮器２４の冷却水の流量を変化
させ、この冷却水の変化によって凝縮器２４の温度が制
御される。弁Ｖ３．Ｖ４はそれぞれ、ライン１４．２２
を通る水の流量を制御すると共に、それぞれ、気水分離
器６の水面の高さと、第２気水分離器１６の水面の高さ
とによって制御される。弁Ｖ５．ＶＢはそれぞれ、ライ
ン８゜２０を通る蒸気の流量を制御すると共に、この弁
口体がそれぞれ、発電施設のマイクロブロツセサによっ
て制御される。弁Ｖ７．Ｖ８はそれぞれ、改質装置流出
物冷却器に循環還流される水の量を制御すると共に、こ
の弁口体がそれぞれ、発電施設のマイクロプロツセサに
よって制御される。弁ｖ９は凝縮器２４から出る蒸気と
燃料汚損要因物のガスの流量を制御すると共に、この弁
口体が発電施設のマイクロプロツセサによって制御され
る。
Ｖ１ないしＶ９が設けられている。この制御弁Ｖ１ない
しＶ９は、アンモニア除去装置２の流量、流路の選択、
その他のパラメータを制御するためのものである。弁Ｖ
１は気水分離器６に流入する改質装置流出物の流量を制
御し、この弁Ｖｌ自体は発電施設のマイクロブロツセサ
によって制御される。弁Ｖ２は気水分離器６の内部の温
度により制御されて、凝縮器２４の冷却水の流量を変化
させ、この冷却水の変化によって凝縮器２４の温度が制
御される。弁Ｖ３．Ｖ４はそれぞれ、ライン１４．２２
を通る水の流量を制御すると共に、それぞれ、気水分離
器６の水面の高さと、第２気水分離器１６の水面の高さ
とによって制御される。弁Ｖ５．ＶＢはそれぞれ、ライ
ン８゜２０を通る蒸気の流量を制御すると共に、この弁
口体がそれぞれ、発電施設のマイクロブロツセサによっ
て制御される。弁Ｖ７．Ｖ８はそれぞれ、改質装置流出
物冷却器に循環還流される水の量を制御すると共に、こ
の弁口体がそれぞれ、発電施設のマイクロプロツセサに
よって制御される。弁ｖ９は凝縮器２４から出る蒸気と
燃料汚損要因物のガスの流量を制御すると共に、この弁
口体が発電施設のマイクロプロツセサによって制御され
る。
本発明に基づくアンモニア除去装置は、予め定められた
流量で使用すれば、水がライン２２に到達するまでに、
その水の汚損要因物であるアンモニアの約８５パーセン
トを除去することができる。
流量で使用すれば、水がライン２２に到達するまでに、
その水の汚損要因物であるアンモニアの約８５パーセン
トを除去することができる。
除去されたアンモニアはアンモニア除去装置の各構成部
分から排出されるが、その時にアンモニアと共に排出さ
れる水の量は、水の循環経路で作り出される水の量のわ
ずか約５パーセントに過ぎない。水の損失をこのように
少なく出来るのは、第２気水分離器１６から出る蒸気と
気水分離器６から出る蒸気とを合わせ、この合わせた蒸
気、すなわち蒸気とアンモニアとの混合物を凝縮器２４
に入れ、この凝縮器２４の中で蒸気とアンモニアとの混
合物の一部分を凝縮させて複水させ、この水を気水分離
器６に戻すからである。アンモニアの排出を１カ所にす
ることは、水の損失量を少なくするために重要である。
分から排出されるが、その時にアンモニアと共に排出さ
れる水の量は、水の循環経路で作り出される水の量のわ
ずか約５パーセントに過ぎない。水の損失をこのように
少なく出来るのは、第２気水分離器１６から出る蒸気と
気水分離器６から出る蒸気とを合わせ、この合わせた蒸
気、すなわち蒸気とアンモニアとの混合物を凝縮器２４
に入れ、この凝縮器２４の中で蒸気とアンモニアとの混
合物の一部分を凝縮させて複水させ、この水を気水分離
器６に戻すからである。アンモニアの排出を１カ所にす
ることは、水の損失量を少なくするために重要である。
以上、例として説明した形態のアンモニア除去装置は次
のように作用する。このアンモニア除去装置に使用する
燃料が改質された炭化水素燃料であり、この炭化水素燃
料の未改質工程における窒素含有率が約７パーセント未
満であり、この未改質の炭化水素が動的改質条件の下で
、すなわち、改質装置の中で停滞することなく一定の速
度で移動するという条件の下で改質された場合には、未
改質工程における炭化水素中の窒素は、水流入路４で分
離装置を冷却し得る量の水を充分に作ることができる程
度の量のアンモニアに変換される。
のように作用する。このアンモニア除去装置に使用する
燃料が改質された炭化水素燃料であり、この炭化水素燃
料の未改質工程における窒素含有率が約７パーセント未
満であり、この未改質の炭化水素が動的改質条件の下で
、すなわち、改質装置の中で停滞することなく一定の速
度で移動するという条件の下で改質された場合には、未
改質工程における炭化水素中の窒素は、水流入路４で分
離装置を冷却し得る量の水を充分に作ることができる程
度の量のアンモニアに変換される。
この水のアンモニア濃度は、発電施設の全力運転時に７
５ｐｐｍ （重量）である。気水分離器６からライン１
０に出る水のアンモニアの濃度は約４６ｐｐｍ（重量）
であり、ライン２２の水のアンモニアの濃度は約１４ｐ
ｐｍ （重ｆｆ１）である。
５ｐｐｍ （重量）である。気水分離器６からライン１
０に出る水のアンモニアの濃度は約４６ｐｐｍ（重量）
であり、ライン２２の水のアンモニアの濃度は約１４ｐ
ｐｍ （重ｆｆ１）である。
この程度のアンモニアの濃度は、アンモニア除去装置を
以上説明した温度及び圧力で作動させた時に得られるも
のである。
以上説明した温度及び圧力で作動させた時に得られるも
のである。
本発明に基づくアンモニア除去装置は、発電施設に使用
する炭化水素燃料の窒素の濃度が１２パ一セント未満で
あり、この発電施設をスタンバイ状態から全力運転状態
までの任意の条件で運転する場合に適当なものである。
する炭化水素燃料の窒素の濃度が１２パ一セント未満で
あり、この発電施設をスタンバイ状態から全力運転状態
までの任意の条件で運転する場合に適当なものである。
以上説明した本発明の形態は、本発明の範囲内で各種の
変更ないし改良を加え得るものであり、これらの形態は
本発明を限定するためのものではない。
変更ないし改良を加え得るものであり、これらの形態は
本発明を限定するためのものではない。
図は燃料電池の発電施設の水循環装置に組み込まれた蒸
気分離装置の略図である。 ２・・・アンモニア除去装置、４・・・水流入路、６・
・・気水分離器、１０・・・排水管、１２・・・ポンプ
、１４・・・第１送水管、１６・・・第２気水分離器、
１８・・・第２分岐管、２２・・・排水管、２４・・・
凝縮器、ｖｌないしｖ９・・・制御弁。 出願人代理人 佐 藤 −雄
気分離装置の略図である。 ２・・・アンモニア除去装置、４・・・水流入路、６・
・・気水分離器、１０・・・排水管、１２・・・ポンプ
、１４・・・第１送水管、１６・・・第２気水分離器、
１８・・・第２分岐管、２２・・・排水管、２４・・・
凝縮器、ｖｌないしｖ９・・・制御弁。 出願人代理人 佐 藤 −雄
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、水循環方式の閉鎖型燃料電池発電施設の中で、発電
施設の汚染水から汚染要因物であるアンモニアと、炭酸
アンモニウム及び炭酸水素アンモニウム等のアンモニウ
ム化合物と、二酸化炭素とを除去するアンモニア除去方
法であり、前記アンモニア除去方法は、 アンモニアの濃度が約５００ｐｐｍ（重量）未満の汚染
水を大気圧より大きい圧力と高い温度で流す工程と、 前記汚染水流を蒸気に接触させて前記汚染水からアンモ
ニアの一部分を分離する第１蒸気分離工程と、 前記第１蒸気分離工程の後に汚染水流からアンモニアを
分離する第２蒸気分離工程とを含み、前記２段階の分離
による汚染要因物除去能力を汚染水流のアンモニアの約
８５パーセント以上、及び、二酸化炭素の約９９パーセ
ント以上とし、さらにアンモニア除去方法は、 前記２工程の蒸気分離において分離された蒸気を合わせ
て凝縮器に送り、凝縮させて凝縮水にする工程と、 燃料電池発電施設で電気化学反応により作られる使用可
能水量より少量の水を含む汚染蒸気を凝縮器から排出す
る工程とを備えて成るアンモニア等除去方法。 ２、水循環方式の閉鎖型燃料電池発電施設の中で、発電
施設の汚染水から、汚染要因物であるアンモニアと、炭
酸アンモニウム及び炭酸水素アンモニウム等のアンモニ
ウム化合物と、二酸化炭素とを除去するアンモニア除去
方法であって、前記アンモニア除去方法は、 アンモニア濃度が約５００ｐｐｍ（重量）未満の汚染水
を、圧力約９．８４ないし１１．２５キログラム毎平方
センチメートル（約１４０ないし１６０ポンド毎平方イ
ンチ）、温度摂氏約 １２３．９度（華氏約２５５度）で、約５００ｐｐｍ（
重量）未満のアンモニアの濃度を維持して流す工程と、 前記汚染水流に対して第１蒸気分離を行って前記汚染水
流から蒸気を分離するために、汚染水流の圧力を約１．
４１キログラム毎平方センチメートル（約２０ポンド毎
平方インチ）まで下げ、汚染水流の温度を摂氏約１０８
．９度（華氏約２２８度）まで下げる工程と、 発電施設の発電部から温度摂氏約１９０．６度（華氏約
３７５度）、圧力約１３．２２キログラム毎平方センチ
メートル（約１８８ポンド毎平方インチ）の蒸気を供給
する工程と、 前記第１蒸気分離工程の後に、前記供給工程で供給され
る蒸気を前記水流に混合して第２蒸気分離を行い、前記
２工程の蒸気分離による汚染要因物除去能力を汚染水流
のアンモニアの約８５パーセント以上、及び、二酸化炭
素の約９９パーセントとする第２蒸気分離工程と、 前記２工程の蒸気分離工程で作られた汚染蒸気を合わせ
て凝縮器に供給し、組み合わされた汚染水を凝縮させて
水にする工程と、 燃料電池発電施設で電気化学反応により作られる使用可
能水量より少量の水を含む蒸気を凝縮器から排出する工
程とを備えて成るアンモニア除去方法。 ３、水循環方式の閉鎖型燃料電池発電施設の中で、発電
施設の汚染水から汚染要因物であるアンモニアと、炭酸
アンモニウム及び炭酸水素アンモニウム等の気体のアン
モニウム化合物と、二酸化炭素とを除去するアンモニア
除去装置であって、前記アンモニア等除去装置は、 第１蒸気分離装置と、 アンモニアの濃度が約５００ｐｐｍ（重量）の高温高圧
の汚染水を前記第１蒸気分離装置に送る装置と、 第１蒸気分離装置の中で汚染水から汚染要因物の一部分
を除去するために前記第１蒸気分離装置に蒸気を供給す
る装置と、 第２蒸気分離装置と、 第１蒸気分離装置で汚染要因物を部分的に除去した汚染
水を第２蒸気分離装置に送る装置と、第２蒸気分離装置
の中で汚染水の汚染要因物をさらに部分的に除去するた
めに前記第２蒸気分離装置に蒸気を供給し、前記第１蒸
気分離装置と第２蒸気分離装置との汚染要因物除去能力
の和を、汚染水のアンモニアの約８５パーセント以上、
及び、二酸化炭素の約９９パーセント以上とする装置と
、 前記第１蒸気分離装置で分離された汚染要因物を含む蒸
気と、前記第２蒸気分離装置から分離された汚染要因物
を含む蒸気とを組み合わせる装置と、 凝縮器と、 前記蒸気分離装置から分離された汚染要因物を含む蒸気
を凝縮させて凝縮水にするために、前記蒸気分離装置か
ら分離された汚染要因物を含む蒸気を凝縮器に送る装置
と、 凝縮器から排出する蒸気に含まれる水の量を燃料電池発
電施設で電気化学反応により作られる使用可能水量より
少量とすることにより、通常の作動状態の前記アンモニ
ア除去装置に補給水を加える必要をなくした装置とを備
えて成るアンモニア除去装置。
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