JPH07169497A - 高温作動型燃料電池の運転方法 - Google Patents
高温作動型燃料電池の運転方法Info
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- JPH07169497A JPH07169497A JP5313056A JP31305693A JPH07169497A JP H07169497 A JPH07169497 A JP H07169497A JP 5313056 A JP5313056 A JP 5313056A JP 31305693 A JP31305693 A JP 31305693A JP H07169497 A JPH07169497 A JP H07169497A
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- gas
- desulfurizing
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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- H01M8/0643—Gasification of solid fuel
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- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
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- H01M8/04022—Heating by combustion
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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
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温作動型燃料電池の運転方法に関する。
【構成】 乾式脱硫装置で脱硫した石炭ガス化ガスを更
に再生式脱硫装置によって脱硫した後、高温作動型燃料
電池に燃料ガスとして供給すると共に、該燃料電池から
排出される高温、酸素含有ガスにより前記再生式脱硫装
置の劣化脱硫剤を再生させるようにして高温作動型燃料
電池を運転する方法。
に再生式脱硫装置によって脱硫した後、高温作動型燃料
電池に燃料ガスとして供給すると共に、該燃料電池から
排出される高温、酸素含有ガスにより前記再生式脱硫装
置の劣化脱硫剤を再生させるようにして高温作動型燃料
電池を運転する方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）、溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）などの
ような高温作動型燃料電池の運転方法に関する。
（ＳＯＦＣ）、溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）などの
ような高温作動型燃料電池の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】石油等の化石燃料の枯渇が懸念される今
日、石炭ガス化ガスや水素ガスによる発電システムが期
待されている。中でも石炭ガス化と高温作動型燃料電池
の複合発電システムは期待が大きい。しかし元来石炭ガ
ス化ガス中には数１００ｐｐｍ程度のＳ分がＨ2 Ｓの形
で含有されており、これは燃料電池の特性に悪影響を及
ぼす可能性が高い。そこで、石炭ガス化炉の出口に酸化
鉄などの触媒による乾式脱硫装置を設けて、数１０ｐｐ
ｍまでＳ分を除去している。
日、石炭ガス化ガスや水素ガスによる発電システムが期
待されている。中でも石炭ガス化と高温作動型燃料電池
の複合発電システムは期待が大きい。しかし元来石炭ガ
ス化ガス中には数１００ｐｐｍ程度のＳ分がＨ2 Ｓの形
で含有されており、これは燃料電池の特性に悪影響を及
ぼす可能性が高い。そこで、石炭ガス化炉の出口に酸化
鉄などの触媒による乾式脱硫装置を設けて、数１０ｐｐ
ｍまでＳ分を除去している。
【０００３】従来の石炭ガス化ガスを高温作動型燃料電
池の燃料ガスとして使用する態様の一例を図４によって
説明する。１は石炭ガス化炉、２は酸化鉄などの脱硫剤
を充填した乾式脱硫装置、３は固体電解質型燃料電池の
ような高温作動型燃料電池、４は熱交換器を示す。石炭
ガス化炉１で得られるＨ2 Ｓ：約８００ｐｐｍを含む高
温の石炭ガス化ガスは乾式脱硫装置２によりＨ2 Ｓ：約
８０ｐｐｍまで脱硫され、高温作動型燃料電池３に送ら
れ、該燃料電池３から排出される高温酸素含有ガスによ
って熱交換器４において加熱されて該燃料電池３に供給
される高温酸素含有ガス（空気）と共同して発電を行う
ようにしている。
池の燃料ガスとして使用する態様の一例を図４によって
説明する。１は石炭ガス化炉、２は酸化鉄などの脱硫剤
を充填した乾式脱硫装置、３は固体電解質型燃料電池の
ような高温作動型燃料電池、４は熱交換器を示す。石炭
ガス化炉１で得られるＨ2 Ｓ：約８００ｐｐｍを含む高
温の石炭ガス化ガスは乾式脱硫装置２によりＨ2 Ｓ：約
８０ｐｐｍまで脱硫され、高温作動型燃料電池３に送ら
れ、該燃料電池３から排出される高温酸素含有ガスによ
って熱交換器４において加熱されて該燃料電池３に供給
される高温酸素含有ガス（空気）と共同して発電を行う
ようにしている。
【０００４】高温作動型燃料電池は電極がＮｉ系の材料
で構成され、９００〜１０００℃という高温で運転する
ので耐Ｓ性に優れてはいるが、連続運転による耐久性の
面から数ｐｐｍ程度が許容限界と考えられる。そのた
め、数１０ｐｐｍ程度のＳ分が含まれれば連続運転中の
電圧低下が大で、数１０ｐｐｍ（２０〜３０ｐｐｍ）で
図５に示すように永久被毒となってしまうことが考えら
れる。図５は一旦燃料ガス中のＨ2 Ｓが数１０ｐｐｍに
なると、その後Ｈ2 Ｓが零の燃料ガスを供給しても燃料
電池の出力は復元しないことを示す。 Ｎｉ（燃料電極のＮｉ）＋Ｈ2 Ｓ → ＮｉＳ＋Ｈ
2 （永久被毒）
で構成され、９００〜１０００℃という高温で運転する
ので耐Ｓ性に優れてはいるが、連続運転による耐久性の
面から数ｐｐｍ程度が許容限界と考えられる。そのた
め、数１０ｐｐｍ程度のＳ分が含まれれば連続運転中の
電圧低下が大で、数１０ｐｐｍ（２０〜３０ｐｐｍ）で
図５に示すように永久被毒となってしまうことが考えら
れる。図５は一旦燃料ガス中のＨ2 Ｓが数１０ｐｐｍに
なると、その後Ｈ2 Ｓが零の燃料ガスを供給しても燃料
電池の出力は復元しないことを示す。 Ｎｉ（燃料電極のＮｉ）＋Ｈ2 Ｓ → ＮｉＳ＋Ｈ
2 （永久被毒）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の石炭ガス化と高
温作動型燃料電池との複合発電方法では高温作動型燃料
電池の入口での燃料中のＨ2 Ｓ濃度が数１０ｐｐｍ（８
０ｐｐｍ程度）となり、運転はできるものの経時的なセ
ル電圧の低下が大きく、燃料極（アノード）の永久被毒
を起こしてしまう可能性が高い。そこで、本発明は従来
法におけるような欠点のない石炭ガス化ガスと高温作動
型燃料電池を組み合せた発電方法における高温作動型燃
料電池の運転の方法を提供しようとするものである。
温作動型燃料電池との複合発電方法では高温作動型燃料
電池の入口での燃料中のＨ2 Ｓ濃度が数１０ｐｐｍ（８
０ｐｐｍ程度）となり、運転はできるものの経時的なセ
ル電圧の低下が大きく、燃料極（アノード）の永久被毒
を起こしてしまう可能性が高い。そこで、本発明は従来
法におけるような欠点のない石炭ガス化ガスと高温作動
型燃料電池を組み合せた発電方法における高温作動型燃
料電池の運転の方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は乾式脱硫装置で
脱硫した石炭ガス化ガスを更に再生式脱硫装置によって
脱硫した後、高温作動型燃料電池に燃料ガスとして供給
すると共に、該燃料電池から排出される高温、酸素含有
ガスにより前記再生式脱硫装置の劣化脱硫剤を再生させ
るようにしたことを特徴とする高温作動型燃料電池の運
転方法である。
脱硫した石炭ガス化ガスを更に再生式脱硫装置によって
脱硫した後、高温作動型燃料電池に燃料ガスとして供給
すると共に、該燃料電池から排出される高温、酸素含有
ガスにより前記再生式脱硫装置の劣化脱硫剤を再生させ
るようにしたことを特徴とする高温作動型燃料電池の運
転方法である。
【０００７】本発明の一態様を図１によって説明する。
図１において、図４と同一部には同一符号を付してある
ので説明は省略する。図４と異なるところは再生式脱硫
装置５が乾式脱硫装置２と高温作動型燃料電池３の間に
設けられている点である。再生式脱硫装置５は反応部
５′と再生部５″からなり、反応部５′には通気性パッ
クに装填した脱硫剤、例えばＮｉ金属が充填されてい
て、こゝで石炭ガス化ガスが更に脱硫されて高温作動型
燃料電池３に燃料ガスとして供給されるようになされて
いる。脱硫性能が劣化した脱硫剤は再生部５″に送ら
れ、高温作動型燃料電池３から排出される高温の酸素含
有ガスにより再生され、再び反応部５′で脱硫に供され
るようになっている。
図１において、図４と同一部には同一符号を付してある
ので説明は省略する。図４と異なるところは再生式脱硫
装置５が乾式脱硫装置２と高温作動型燃料電池３の間に
設けられている点である。再生式脱硫装置５は反応部
５′と再生部５″からなり、反応部５′には通気性パッ
クに装填した脱硫剤、例えばＮｉ金属が充填されてい
て、こゝで石炭ガス化ガスが更に脱硫されて高温作動型
燃料電池３に燃料ガスとして供給されるようになされて
いる。脱硫性能が劣化した脱硫剤は再生部５″に送ら
れ、高温作動型燃料電池３から排出される高温の酸素含
有ガスにより再生され、再び反応部５′で脱硫に供され
るようになっている。
【０００８】
【作用】本発明によれば、従来の酸化鉄などよりなる脱
硫剤で脱硫されてＨ2 Ｓ：約８０ｐｐｍになった石炭ガ
ス化ガスは更にＮｉ系脱硫剤を用いた再生式脱硫装置に
よりＨ2 Ｓを数ｐｐｍ、通常は１ｐｐｍまで低減され、
高温作動型燃料電池の燃料極（通常Ｎｉ極）のＨ2 Ｓに
よる永久被毒を防ぎ、性能劣化、耐久性低下を最小限に
抑えることができる。また、この再生式脱硫装置の脱硫
剤は高温作動型燃料電池からの高温酸素含有ガスで再生
させることができるので半永久的に使用可能である。
硫剤で脱硫されてＨ2 Ｓ：約８０ｐｐｍになった石炭ガ
ス化ガスは更にＮｉ系脱硫剤を用いた再生式脱硫装置に
よりＨ2 Ｓを数ｐｐｍ、通常は１ｐｐｍまで低減され、
高温作動型燃料電池の燃料極（通常Ｎｉ極）のＨ2 Ｓに
よる永久被毒を防ぎ、性能劣化、耐久性低下を最小限に
抑えることができる。また、この再生式脱硫装置の脱硫
剤は高温作動型燃料電池からの高温酸素含有ガスで再生
させることができるので半永久的に使用可能である。
【０００９】下記に再生式脱硫装置の脱硫剤の反応部及
び再生部の作用（反応機構）を下記に示す。 （反応部） ＮｉＯ＋Ｈ2 →Ｎｉ＋Ｈ2 Ｏ（石炭ガス化
ガスによる還元） Ｎｉ＋Ｈ2 Ｓ→ＮｉＳ＋Ｈ2 （脱硫） （再生部） ＮｉＳ＋ 3/2Ｏ2 →ＮｉＯ＋ＳＯ2 （酸素
含有ガスによる再生）
び再生部の作用（反応機構）を下記に示す。 （反応部） ＮｉＯ＋Ｈ2 →Ｎｉ＋Ｈ2 Ｏ（石炭ガス化
ガスによる還元） Ｎｉ＋Ｈ2 Ｓ→ＮｉＳ＋Ｈ2 （脱硫） （再生部） ＮｉＳ＋ 3/2Ｏ2 →ＮｉＯ＋ＳＯ2 （酸素
含有ガスによる再生）
【００１０】再生式脱硫装置により石炭ガス化ガス中の
Ｈ2 Ｓを数ｐｐｍ程度まで低減すると、Ｈ2 Ｓの量に応
じて発電出力は低減するが、Ｈ2 Ｓを零にすると再び出
力は増す傾向になる。この状態を図２に示す。これによ
り、石炭ガス化ガス中のＨ2Ｓを数ｐｐｍ以下にすると
高温作動燃料電池の燃料極の永久被毒が防がれることが
判る。
Ｈ2 Ｓを数ｐｐｍ程度まで低減すると、Ｈ2 Ｓの量に応
じて発電出力は低減するが、Ｈ2 Ｓを零にすると再び出
力は増す傾向になる。この状態を図２に示す。これによ
り、石炭ガス化ガス中のＨ2Ｓを数ｐｐｍ以下にすると
高温作動燃料電池の燃料極の永久被毒が防がれることが
判る。
【００１１】
【実施例】本発明の具体的な一実施例として、石炭ガス
化炉→高温作動燃料電池発電→ガスタービン発電→蒸気
タービン発電のコンバイドサイクル発電の例について、
図３を参照して説明する。石炭ガス化炉Ａから出て来た
石炭ガス化ガスをガス冷却器Ｂで冷却し、脱塵装置Ｃで
脱塵した後、脱硫装置Ｄにより、数１０ｐｐｍまで脱硫
してイオウ回収装置ＥでイオウＳを回収し、脱硫後の石
炭ガス化ガスを再生式脱硫装置Ｆの反応部Ｆ′でＨ2 Ｓ
を数ｐｐｍまで脱硫し、燃料予熱器Ｇを介して高温作動
型燃料電池Ｈに供給され、コンプレッサＫ、熱交換器Ｊ
を経由した高温空気と共同して発電に用いられる。
化炉→高温作動燃料電池発電→ガスタービン発電→蒸気
タービン発電のコンバイドサイクル発電の例について、
図３を参照して説明する。石炭ガス化炉Ａから出て来た
石炭ガス化ガスをガス冷却器Ｂで冷却し、脱塵装置Ｃで
脱塵した後、脱硫装置Ｄにより、数１０ｐｐｍまで脱硫
してイオウ回収装置ＥでイオウＳを回収し、脱硫後の石
炭ガス化ガスを再生式脱硫装置Ｆの反応部Ｆ′でＨ2 Ｓ
を数ｐｐｍまで脱硫し、燃料予熱器Ｇを介して高温作動
型燃料電池Ｈに供給され、コンプレッサＫ、熱交換器Ｊ
を経由した高温空気と共同して発電に用いられる。
【００１２】高温作動型燃料電池Ｈから排出する高温空
気は再生式脱硫装置Ｆの再生部Ｆ″にて劣化脱硫剤の再
生を行なった後、熱交換器Ｊにおいて供給空気の加熱に
用いられ、高温作動型燃料電池Ｈから排出される燃料ガ
スと燃焼器Ｌで燃焼させられる。該燃焼器Ｌからの燃焼
ガスはガスタービンＭに送られ、ガスタービンＭの回転
により発電され、その動力の一部は前記コンプレッサＫ
の動力源として使用され、ガスタービンＭからの排出ガ
スはボイラＮに送られ、こゝで水蒸気を発生し、その水
蒸気によって蒸気タービンＯを回転して発電する。
気は再生式脱硫装置Ｆの再生部Ｆ″にて劣化脱硫剤の再
生を行なった後、熱交換器Ｊにおいて供給空気の加熱に
用いられ、高温作動型燃料電池Ｈから排出される燃料ガ
スと燃焼器Ｌで燃焼させられる。該燃焼器Ｌからの燃焼
ガスはガスタービンＭに送られ、ガスタービンＭの回転
により発電され、その動力の一部は前記コンプレッサＫ
の動力源として使用され、ガスタービンＭからの排出ガ
スはボイラＮに送られ、こゝで水蒸気を発生し、その水
蒸気によって蒸気タービンＯを回転して発電する。
【００１３】
【発明の効果】本発明により、高温作動型燃料電池へ石
炭ガス化炉からの石炭ガス化ガスを非常に低いＨ2 Ｓ含
有率の状態で連続的に供給することができ、高温作動型
燃料電池の燃料極の性能劣化、耐久性低下などの諸問題
を解決し、燃料極の永久被毒をなくすことができる。ま
た石炭ガス化ガスの精製に使用する再生式脱硫装置の脱
硫剤は高温作動型燃料電池から排出される高温の酸素含
有ガスによって再生できるので、高温作動型燃料電池の
運転のコストの低下を奏する。さらに、この再生式脱硫
装置は高温作動型燃料電池の装置内部に設置することも
できるので、全体をコンパクトにすることもできる。
炭ガス化炉からの石炭ガス化ガスを非常に低いＨ2 Ｓ含
有率の状態で連続的に供給することができ、高温作動型
燃料電池の燃料極の性能劣化、耐久性低下などの諸問題
を解決し、燃料極の永久被毒をなくすことができる。ま
た石炭ガス化ガスの精製に使用する再生式脱硫装置の脱
硫剤は高温作動型燃料電池から排出される高温の酸素含
有ガスによって再生できるので、高温作動型燃料電池の
運転のコストの低下を奏する。さらに、この再生式脱硫
装置は高温作動型燃料電池の装置内部に設置することも
できるので、全体をコンパクトにすることもできる。
【図１】本発明の一実施例のフローの説明図。
【図２】本発明による高温作動型燃料電池の燃料極の永
久被毒が防止できることを示す図表。
久被毒が防止できることを示す図表。
【図３】本発明を適用したコンバイドサイクル発電の一
実施例のフローの説明図。
実施例のフローの説明図。
【図４】従来の石炭ガス化ガスと高温作動型燃料電池の
結合のフローの説明図。
結合のフローの説明図。
【図５】従来法における高温作動型燃料電池の燃料極の
永久被毒を説明する図表。
永久被毒を説明する図表。
Claims (1)
- 【請求項１】 乾式脱硫装置で脱硫した石炭ガス化ガス
を更に再生式脱硫装置によって脱硫した後、高温作動型
燃料電池に燃料ガスとして供給すると共に、該燃料電池
から排出される高温、酸素含有ガスにより前記再生式脱
硫装置の劣化脱硫剤を再生させるようにしたことを特徴
とする高温作動型燃料電池の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5313056A JPH07169497A (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 高温作動型燃料電池の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5313056A JPH07169497A (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 高温作動型燃料電池の運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169497A true JPH07169497A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=18036683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5313056A Pending JPH07169497A (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 高温作動型燃料電池の運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07169497A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002533909A (ja) * | 1998-12-28 | 2002-10-08 | インターナショナル フュエル セルズ，エルエルシー | 燃料電池により電力が供給される輸送装置の作動と始動用の装置 |
| WO2003003491A3 (de) * | 2001-06-26 | 2003-04-03 | Atotech Deutschland Gmbh | Vorrichtung zum entfernen von schwefel aus einem medium sowie brennstoffzellensystem |
| WO2009098936A1 (ja) * | 2008-02-05 | 2009-08-13 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | 燃料ガス精製設備、発電システム及び燃料合成システム |
| CN107829786A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-03-23 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种带污染物控制的近零排放煤气化发电系统及发电方法 |
-
1993
- 1993-12-14 JP JP5313056A patent/JPH07169497A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002533909A (ja) * | 1998-12-28 | 2002-10-08 | インターナショナル フュエル セルズ，エルエルシー | 燃料電池により電力が供給される輸送装置の作動と始動用の装置 |
| WO2003003491A3 (de) * | 2001-06-26 | 2003-04-03 | Atotech Deutschland Gmbh | Vorrichtung zum entfernen von schwefel aus einem medium sowie brennstoffzellensystem |
| WO2009098936A1 (ja) * | 2008-02-05 | 2009-08-13 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | 燃料ガス精製設備、発電システム及び燃料合成システム |
| JP5366147B2 (ja) * | 2008-02-05 | 2013-12-11 | 一般財団法人電力中央研究所 | 燃料ガス精製設備、発電システム及び燃料合成システム |
| US8636818B2 (en) | 2008-02-05 | 2014-01-28 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Fuel gas purification apparatus, power generation system, and fuel synthesis system |
| CN107829786A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-03-23 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种带污染物控制的近零排放煤气化发电系统及发电方法 |
| CN107829786B (zh) * | 2017-11-29 | 2023-09-29 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种带污染物控制的近零排放煤气化发电系统及发电方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020205 |