JPS60112263A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPS60112263A JPS60112263A JP58219385A JP21938583A JPS60112263A JP S60112263 A JPS60112263 A JP S60112263A JP 58219385 A JP58219385 A JP 58219385A JP 21938583 A JP21938583 A JP 21938583A JP S60112263 A JPS60112263 A JP S60112263A
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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
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- 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
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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】
〔発明の技術分野〕
この発明は、燃料電池発電装置((関するものであり、
さらに詳しくは、天然ガス、ナフサ、液化石油ガス、液
化プロパンガス等を燃料とし、脱硫器と改質器と転化器
でなる改質装置を備えた燃料電池発電装置に関するもの
である。
さらに詳しくは、天然ガス、ナフサ、液化石油ガス、液
化プロパンガス等を燃料とし、脱硫器と改質器と転化器
でなる改質装置を備えた燃料電池発電装置に関するもの
である。
従来、この種の装置として第1図に示すものがあった。
図において、天然ガス、メタン、ナフサ。
液化石油ガス、液化プロパンガス、コークス炉ガス等の
燃料ガスlは脱硫器ユを経て燃料電池冷却用の気水分離
器17から供給される水蒸気3と共に改質器弘に送ら第
1、さらに改質器ダの後段に設けられ、改質器qを出た
ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換する転化器3に
送うねる。改質ガス6は再生熱交換器り、第1の水冷熱
交換器gおよび第1の凝縮水分離器tを経て燃料電池/
Iに導入される。余剰燃料7.2は第2の水冷熱交換器
/3、第2の凝縮水分離器lダを経て改質器ダの加熱用
バーナ15に供給される。第t、第コの凝縮水分離器デ
および/4’からの凝縮水は水処理装置16で精製され
る。itrは燃料電池冷却用の循環水ポンプ、10aは
改質ガスである。
燃料ガスlは脱硫器ユを経て燃料電池冷却用の気水分離
器17から供給される水蒸気3と共に改質器弘に送ら第
1、さらに改質器ダの後段に設けられ、改質器qを出た
ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換する転化器3に
送うねる。改質ガス6は再生熱交換器り、第1の水冷熱
交換器gおよび第1の凝縮水分離器tを経て燃料電池/
Iに導入される。余剰燃料7.2は第2の水冷熱交換器
/3、第2の凝縮水分離器lダを経て改質器ダの加熱用
バーナ15に供給される。第t、第コの凝縮水分離器デ
および/4’からの凝縮水は水処理装置16で精製され
る。itrは燃料電池冷却用の循環水ポンプ、10aは
改質ガスである。
以上の構成により、燃料ガスlは改質ガス10aと混合
され脱硫器−において、その含有する硫黄化合物が除去
され、さらにスチーム・刀−ボン比が3q以上になるよ
うに水蒸気ライ/3から水蒸気が混合されて改質器qに
導入される。ここで、燃料ガスはる00〜goo℃に保
持された改質融i11.層で水蒸気改質反応により、−
酸化炭素CO1二酸化炭素COJおよび未反応の炭化水
素を含む水素リッチな改質器出口ガスにz″よる。次い
で転化器Sにおいて、改質器出口ガス中のCOがCOa
に変換されて低減し、改質ガス6となる。この改質ガス
6は、再生熱交換器7、をらにa、/の水冷熱交換ag
で約qθ℃まで冷却される。改質ガス6から凝縮した水
は、第1の凝縮水分離!9で除去される。次いで、再生
熱交換器りで昇温された改質カスlθは燃料電池1/の
燃料として空気と反応して消費され、直流電力を発生す
る。燃料電池//を出た余剰燃料12は第二の水冷熱交
換器13で約SO℃まで冷却され、凝縮水を第2の凝縮
水分離器/+で除去され、改質器ダ加熱用バーナlSの
燃料として利用される。一方、凝縮水分離器9および/
ダの凝縮水は水処理装置 tダに集められて、イオン交
換樹脂層を通って精製され、気水分離器17に送給され
る。この精製水は循環ポンプ/ざで燃料電池t/に送給
され、冷却に使用でれる。気水分離器/7の気相水蒸気
は改質反応用の水蒸気3どして利用される。
され脱硫器−において、その含有する硫黄化合物が除去
され、さらにスチーム・刀−ボン比が3q以上になるよ
うに水蒸気ライ/3から水蒸気が混合されて改質器qに
導入される。ここで、燃料ガスはる00〜goo℃に保
持された改質融i11.層で水蒸気改質反応により、−
酸化炭素CO1二酸化炭素COJおよび未反応の炭化水
素を含む水素リッチな改質器出口ガスにz″よる。次い
で転化器Sにおいて、改質器出口ガス中のCOがCOa
に変換されて低減し、改質ガス6となる。この改質ガス
6は、再生熱交換器7、をらにa、/の水冷熱交換ag
で約qθ℃まで冷却される。改質ガス6から凝縮した水
は、第1の凝縮水分離!9で除去される。次いで、再生
熱交換器りで昇温された改質カスlθは燃料電池1/の
燃料として空気と反応して消費され、直流電力を発生す
る。燃料電池//を出た余剰燃料12は第二の水冷熱交
換器13で約SO℃まで冷却され、凝縮水を第2の凝縮
水分離器/+で除去され、改質器ダ加熱用バーナlSの
燃料として利用される。一方、凝縮水分離器9および/
ダの凝縮水は水処理装置 tダに集められて、イオン交
換樹脂層を通って精製され、気水分離器17に送給され
る。この精製水は循環ポンプ/ざで燃料電池t/に送給
され、冷却に使用でれる。気水分離器/7の気相水蒸気
は改質反応用の水蒸気3どして利用される。
従来の燃料電池発電システムは以上のように構成されて
いたので、改質ガス中の炭酸ガス力17〜/g%と高く
、燃料利用率を高くすると燃料極側の水素分圧の低下が
著しく直流出力が低下した。
いたので、改質ガス中の炭酸ガス力17〜/g%と高く
、燃料利用率を高くすると燃料極側の水素分圧の低下が
著しく直流出力が低下した。
また、余剰燃料中のCOs分率は凝縮水分離時には約S
O%となり凝縮水のpHがq以下となるため、凝縮水ラ
インの配管腐食が促進され、イオン交換樹脂への負荷も
大きかった。さらに、改質器の加熱用燃料中に比熱の大
きいCoxが含まれているので、より多くの燃料を必要
とした。
O%となり凝縮水のpHがq以下となるため、凝縮水ラ
インの配管腐食が促進され、イオン交換樹脂への負荷も
大きかった。さらに、改質器の加熱用燃料中に比熱の大
きいCoxが含まれているので、より多くの燃料を必要
とした。
この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになさnたもので、転化器と燃料電池の間に二酸化
炭素除去装置を備えることにより、電極反応の効率向上
と水処理ライン配Rの腐食抑制、改質器昇温用燃料の低
減を可能とする燃料電池発電装置を提供することを目的
とするものである。
ためになさnたもので、転化器と燃料電池の間に二酸化
炭素除去装置を備えることにより、電極反応の効率向上
と水処理ライン配Rの腐食抑制、改質器昇温用燃料の低
減を可能とする燃料電池発電装置を提供することを目的
とするものである。
同一ないし相当部分である。図において、第1の凝縮水
分離器9を出て再生熱交換器7に入る改質ガスラインに
二酸化炭素除去装置である吸着管19を挿設する。また
、吸着管/9を出て再生熱交換器7に入る手前で改質ガ
スに水蒸気を添加するだめの水蒸気導入″[Vコθを接
続する。
分離器9を出て再生熱交換器7に入る改質ガスラインに
二酸化炭素除去装置である吸着管19を挿設する。また
、吸着管/9を出て再生熱交換器7に入る手前で改質ガ
スに水蒸気を添加するだめの水蒸気導入″[Vコθを接
続する。
次忙動作について説明する。水素を含有する改質ガスl
Oaと混合され4too℃以上に昇温された燃料ガスは
脱硫器コに導入される。脱硫器2では、水添脱硫触媒層
と酸化亜鉛脱硫剤層を通って、触媒被毒作用をもつ硫黄
化合物を硫化亜鉛ZT1Sとして除去する。例えば硫化
メチルσ)場合には、反応式(/l (,2)のように
表わされる。
Oaと混合され4too℃以上に昇温された燃料ガスは
脱硫器コに導入される。脱硫器2では、水添脱硫触媒層
と酸化亜鉛脱硫剤層を通って、触媒被毒作用をもつ硫黄
化合物を硫化亜鉛ZT1Sとして除去する。例えば硫化
メチルσ)場合には、反応式(/l (,2)のように
表わされる。
水添脱硫触媒
CHJ −8−C[(J + 2H2−−m−−−→J
、CHy + HコS (1)HjS + 21】o−
−一−−−→H20+ZnS (J硫黄化合物を除去さ
オtた燃料ガスは水蒸気ラインJより水蒸気を混合され
て改質器lに導入される。ここで、6・10−g00℃
に保持さhた改質触媒層を通り、下記の1.y) (g
1式にしたがって改質され、co 、coλだよび未反
応の炭化水素を含0・水素リッチなガスとなる。
、CHy + HコS (1)HjS + 21】o−
−一−−−→H20+ZnS (J硫黄化合物を除去さ
オtた燃料ガスは水蒸気ラインJより水蒸気を混合され
て改質器lに導入される。ここで、6・10−g00℃
に保持さhた改質触媒層を通り、下記の1.y) (g
1式にしたがって改質され、co 、coλだよび未反
応の炭化水素を含0・水素リッチなガスとなる。
OnHm + n)(20→ nCO÷ (TI+−)
Hx (−’)コ Co 十H10−+ COa + Hx (#1この改
質器出口ガスは熱交換されて降温され、転化器3に導入
される。被処理ガス量が多い場合には、高温転化器、次
いで低温転化器を通し、被処理ガス量が少ない場合には
低温転化器のみを用いて(り)式の反応を徹底させる。
Hx (−’)コ Co 十H10−+ COa + Hx (#1この改
質器出口ガスは熱交換されて降温され、転化器3に導入
される。被処理ガス量が多い場合には、高温転化器、次
いで低温転化器を通し、被処理ガス量が少ない場合には
低温転化器のみを用いて(り)式の反応を徹底させる。
COを低減された改質ガス6は、再生熱交換器7、第1
の水冷熱交換器gを通って約5θ℃まで冷却され改質ガ
スA中の水分が低減される。次いで、モレキュラーシー
ブpAが充填された吸着管/qにおいて、水分および二
酸化炭素が吸着除去される。30℃における水の飽和蒸
気圧はqQA’mmHg、吸着管19内のガス圧力g
% −Qのとき水分はxu3%である。
の水冷熱交換器gを通って約5θ℃まで冷却され改質ガ
スA中の水分が低減される。次いで、モレキュラーシー
ブpAが充填された吸着管/qにおいて、水分および二
酸化炭素が吸着除去される。30℃における水の飽和蒸
気圧はqQA’mmHg、吸着管19内のガス圧力g
% −Qのとき水分はxu3%である。
交流ioθOK1発生に用いる吸着管入口ガス量と組成
は概念設計結果によると、下表のようになる。
は概念設計結果によると、下表のようになる。
ガス量 Hs C0,2HxOCHp+C0rt gj
kg−mo、j4/H7ム3% /デ左% xri3%
777%したがって水分は、21.2kg/H,Co
xはtltAkg/Hとなる。COJの50℃における
モレキュラーシーブの平衡吸着量は濃度1%のとき約1
0重量パーセントである。COJに比べ水分の方が吸着
されやすいことを考慮してCoxを1%まで低下させる
のに必要なモレキュラーシーブ量(yt4÷Ol÷o、
g gキ/、 /ユ0’/H,o、bg;充填比重)
の72倍の7Sぜを充填した二つの吸着管を併設し、1
時間毎て交互に再生、吸着を行なう。再生時の熱源には
電池で生成する余剰スチームを利用する。
kg−mo、j4/H7ム3% /デ左% xri3%
777%したがって水分は、21.2kg/H,Co
xはtltAkg/Hとなる。COJの50℃における
モレキュラーシーブの平衡吸着量は濃度1%のとき約1
0重量パーセントである。COJに比べ水分の方が吸着
されやすいことを考慮してCoxを1%まで低下させる
のに必要なモレキュラーシーブ量(yt4÷Ol÷o、
g gキ/、 /ユ0’/H,o、bg;充填比重)
の72倍の7Sぜを充填した二つの吸着管を併設し、1
時間毎て交互に再生、吸着を行なう。再生時の熱源には
電池で生成する余剰スチームを利用する。
吸着管19で水分、COJを低減された改質ガスは水蒸
気導入管コ0より約lダ%になるように水蒸気を添加さ
れて燃料電池11に入り直流電力を発生する。この改質
ガスの組成は下表のようである。
気導入管コ0より約lダ%になるように水蒸気を添加さ
れて燃料電池11に入り直流電力を発生する。この改質
ガスの組成は下表のようである。
ガス量 Hコ COJ HコOCHICO*lIg7k
gmoJ A g 、?、 t% 037% /’7%
ユ03%COJを低減しない場合の改質ガス中のHλ
は約67%で水素利用率77g−%程度であるが、CO
sを低減させた上記組成の場合には水素利用率77S%
なら電柵反応の水素分圧が高くなるので出力電圧が向上
し、電池効率が高くなる。また燃料電池llを出た余剰
燃料12からのドレイン水は約ゲ%のCOaガス(CO
aを低減しない場合は50%)と接触するのでドレイン
水のpHはC02を低減しない場合のようにj以下には
ならない。脱水された余剰燃料は改質器加熱用バーナの
燃料として使用さJする。このガスの組成は下表のよう
に可燃性ガスの割合が高く、同伴ガス量が少ないので燃
料ガスの昇温か容易である。
gmoJ A g 、?、 t% 037% /’7%
ユ03%COJを低減しない場合の改質ガス中のHλ
は約67%で水素利用率77g−%程度であるが、CO
sを低減させた上記組成の場合には水素利用率77S%
なら電柵反応の水素分圧が高くなるので出力電圧が向上
し、電池効率が高くなる。また燃料電池llを出た余剰
燃料12からのドレイン水は約ゲ%のCOaガス(CO
aを低減しない場合は50%)と接触するのでドレイン
水のpHはC02を低減しない場合のようにj以下には
ならない。脱水された余剰燃料は改質器加熱用バーナの
燃料として使用さJする。このガスの組成は下表のよう
に可燃性ガスの割合が高く、同伴ガス量が少ないので燃
料ガスの昇温か容易である。
H,2Co→CHダ COJ HコO
ghq% 9.2% 〜1% 〜/1%なお、上記実施
例では、二酸化炭素除去装置として吸着剤を利用した場
合について説明したが、アルカリ金属またはrルカリ土
類金属の水酸化物の水溶液やエタノールアミン水溶液な
COJの吸収液とする吸収塔方式であってもよいことは
いうまでもない。
例では、二酸化炭素除去装置として吸着剤を利用した場
合について説明したが、アルカリ金属またはrルカリ土
類金属の水酸化物の水溶液やエタノールアミン水溶液な
COJの吸収液とする吸収塔方式であってもよいことは
いうまでもない。
以上のように、この発明によれば燃料電池に導入される
同伴ガスであるCO2を吸着剤あるいは吸収液で除去す
るよつにしたので、燃料電池反応用の改質ガスのHJ
93度が以前の乙り%からg3%に増大し、電池反応が
容易となる。また、電池反応で生成した水分を凝縮させ
て回収する際、改質燃料量および電池における消費水素
量が同じであればCoコ濃度は従来SO%であったもの
がq%程度となりドレイン水のpHもより中性に近づく
ので、ドレイン水配管の腐食が抑制されると同時に、ド
レイン水の精製に用いられるイオン交換樹脂への負荷量
も低減できる。
同伴ガスであるCO2を吸着剤あるいは吸収液で除去す
るよつにしたので、燃料電池反応用の改質ガスのHJ
93度が以前の乙り%からg3%に増大し、電池反応が
容易となる。また、電池反応で生成した水分を凝縮させ
て回収する際、改質燃料量および電池における消費水素
量が同じであればCoコ濃度は従来SO%であったもの
がq%程度となりドレイン水のpHもより中性に近づく
ので、ドレイン水配管の腐食が抑制されると同時に、ド
レイン水の精製に用いられるイオン交換樹脂への負荷量
も低減できる。
さらに、余剰燃料の可燃成分は約9ψ%と高くなるので
、燃焼ガスの昇温か容易となり改質器の負荷追従性能の
向上が計れる等、実用上のメリットが大きい。
、燃焼ガスの昇温か容易となり改質器の負荷追従性能の
向上が計れる等、実用上のメリットが大きい。
第1図は従来装置の系統図、第2図はこの発明の一実施
例の系統図である。 ユ・・脱硫器、ダ・・改質器、S・・転化器、7・・再
生熱交換器、g・・第1の水冷熱交換器、9・・第1の
凝縮水分離器、//・・燃料電池、/J・・第2の水冷
熱交換器、/Q・・第ツの犀縮水分離器、/4・・水処
理装置、/7・・気水分離器、19・・吸着管、2θ・
・水蒸気導入管。
例の系統図である。 ユ・・脱硫器、ダ・・改質器、S・・転化器、7・・再
生熱交換器、g・・第1の水冷熱交換器、9・・第1の
凝縮水分離器、//・・燃料電池、/J・・第2の水冷
熱交換器、/Q・・第ツの犀縮水分離器、/4・・水処
理装置、/7・・気水分離器、19・・吸着管、2θ・
・水蒸気導入管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)脱硫器と改質器と転化器を備え燃料ガスを改質す
る改質装置と、この改質装置VCおいて生成された改質
ガスから二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去装置と、
この二酸化炭素除去装置で精製された改質ガスと空気を
供給して直流電力をとり出す燃料電池を備えてなる燃料
電池発電装置。 (,2)二酸化炭素除去装置が、モレキュラーシーブを
充填した吸着管である特許請求の範囲第1項記載の燃料
電池発電装置。 (3)二酸化炭素除去装置が、アルカリ金属およびアル
カリ土類金属いずれかの水酸化物の水溶液を洗浄液とす
る吸収塔である特許請求の範囲第1項記載の燃料電池発
電装置。 (り)二酸化炭素除去装置が、エタノールアミン水溶液
を洗浄液とする吸収塔である特許請求の範囲第・7項記
載の燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58219385A JPS60112263A (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58219385A JPS60112263A (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 燃料電池発電装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60112263A true JPS60112263A (ja) | 1985-06-18 |
JPH033340B2 JPH033340B2 (ja) | 1991-01-18 |
Family
ID=16734584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58219385A Granted JPS60112263A (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60112263A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60241673A (ja) * | 1984-05-16 | 1985-11-30 | Agency Of Ind Science & Technol | 燃料電池発電装置 |
JPH05182683A (ja) * | 1991-03-22 | 1993-07-23 | Jgc Corp | 燃料電池による発電方法 |
WO2003094273A1 (fr) * | 2002-05-02 | 2003-11-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Systeme de generation electrique a pile a combustible et procede de fonctionnement de ce systeme |
-
1983
- 1983-11-24 JP JP58219385A patent/JPS60112263A/ja active Granted
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60241673A (ja) * | 1984-05-16 | 1985-11-30 | Agency Of Ind Science & Technol | 燃料電池発電装置 |
JPH0326913B2 (ja) * | 1984-05-16 | 1991-04-12 | Kogyo Gijutsuin | |
JPH05182683A (ja) * | 1991-03-22 | 1993-07-23 | Jgc Corp | 燃料電池による発電方法 |
WO2003094273A1 (fr) * | 2002-05-02 | 2003-11-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Systeme de generation electrique a pile a combustible et procede de fonctionnement de ce systeme |
US7387650B2 (en) | 2002-05-02 | 2008-06-17 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Fuel cell power generation system and method for operating the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH033340B2 (ja) | 1991-01-18 |
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