KR20180081763A - 부분 산화와 함께 rep를 사용한 수소 및 일산화탄소 생성 - Google Patents

부분 산화와 함께 rep를 사용한 수소 및 일산화탄소 생성 Download PDF

Info

Publication number
KR20180081763A
KR20180081763A KR1020187016036A KR20187016036A KR20180081763A KR 20180081763 A KR20180081763 A KR 20180081763A KR 1020187016036 A KR1020187016036 A KR 1020187016036A KR 20187016036 A KR20187016036 A KR 20187016036A KR 20180081763 A KR20180081763 A KR 20180081763A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
cathode
heat
hydrogen
cell
Prior art date
Application number
KR1020187016036A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101992794B1 (ko
Inventor
프레드 씨. 잔케
매튜 램브렉
Original Assignee
퓨얼 셀 에너지, 인크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 퓨얼 셀 에너지, 인크 filed Critical 퓨얼 셀 에너지, 인크
Publication of KR20180081763A publication Critical patent/KR20180081763A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101992794B1 publication Critical patent/KR101992794B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/186—Regeneration by electrochemical means by electrolytic decomposition of the electrolytic solution or the formed water product
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
    • H01M2300/0051—Carbonates
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Abstract

수소 또는 일산화탄소 중 적어도 1종을 생성시키는 시스템은, 전해질 매트릭스에 의해 분리된 애노드 및 캐소드를 포함하는 적어도 1종의 연료 전지를 포함한다. 상기 적어도 1종의 연료 전지는, 역 전압을 적어도 1종의 연료 전지에 인가하여, 연료 전지를 전해조로 역으로 작동시키는 전력 공급원을 추가로 포함한다. 애노드는 부분적으로 개질된 연료를 수용하고 수소를 포함하는 가스를 배출시키도록 구성된다. 캐소드는 이산화탄소 및 산소를 포함하는 가스를 배출시키도록 구성된다. 상기 시스템은 캐소드로부터 이산화탄소 및 산소를 그리고 연료 공급원으로부터의 연료를 수용하도록 구성된 적어도 1종의 산화장치를 추가로 포함하며, 이 적어도 1종의 산화장치는 일산화탄소, 이산화탄소, 및 수소를 포함하는 부분적으로 산화된 연료를 배출시키도록 구성된다.

Description

부분 산화와 함께 REP를 사용한 수소 및 일산화탄소 생성
관련된 특허 출원에 대한 상호 참고
본원은 2015년 11월 17일 출원된 미국 가 특허 출원 번호 62/256,515를 우선권 주장하며, 이것의 전체 개시내용은 본원에 참고로 편입되어 있다.
본원은 일반적으로 부분 산화와 함께 연료 전지를 사용한 H2 ("수소") 및/또는 CO ("일산화탄소") 생성 분야에 관한 것이다.
수소 및/또는 일산화탄소를 생성시키는데 개질기-전해조-정제기 ("REP")가 사용될 수 있다. REP 및 이것을 포함하는 시스템의 예가, 본원의 양도인에게 양도되는 PCT 공개 번호 WO 2015/116964에 기재되어 있다.
한 구현예에서, 수소 또는 일산화탄소 중 적어도 1종을 생성시키는 시스템은, 전해질 매트릭스에 의해 분리된 애노드 및 캐소드를 포함하는 적어도 1종의 연료 전지를 포함한다. 상기 적어도 1종의 연료 전지는, 역 전압을 이 적어도 1종의 연료 전지에 인가하여 연료 전지를 전해조로 역으로 작동시키는 전력 공급원을 추가로 포함한다. 애노드는 부분적으로 개질된 연료를 수용하고 수소를 포함하는 가스를 배출시키도록 구성된다. 캐소드는 이산화탄소 및 산소를 포함하는 가스를 배출시키도록 구성된다. 상기 시스템은, 캐소드로부터 이산화탄소 및 산소를, 그리고 연료 공급원으로부터 연료를 수용하도록 구성된 적어도 1종의 산화장치를 추가로 포함하는데, 상기 적어도 1종의 산화장치는 일산화탄소, 이산화탄소, 및 수소를 포함하는 부분적으로 산화된 연료를 배출시키도록 구성된다.
상기 시스템의 한 측면에서, 이 시스템은 열 및 배출물(exhaust)을 생성시키도록 구성된 열원을 추가로 포함한다.
상기 시스템의 한 측면에서, 열원은 가열로(fired heater)이다.
상기 시스템의 한 측면에서, 이 시스템은 연료 공급원으로부터의 연료, 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 수용하도록 구성된 개질기를 추가로 포함한다.
상기 시스템의 한 측면에서, 개질기는 열을 열원에서부터 연료로 그리고 증기 또는 물 중 적어도 1종으로 전달시키도록 구성되며, 개질기는 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 적어도 부분적으로 개질시키도록 구성된다.
상기 시스템의 한 측면에서, 이 시스템은 연료가 개질기에 수용되기 전에 연료를 예열시키도록 구성된 예열기를 추가로 포함한다.
상기 시스템의 한 측면에서, 예열기는 연료를 폐열을 사용하여 예열시키도록 구성된다.
상기 시스템의 한 측면에서, 이 시스템은 열원에 의해 생성된 열을, 열원에 의해 수용된 공기로 전달시키도록 구성된 공기 공급 열 교환기를 추가로 포함한다.
상기 시스템의 한 측면에서, 열원은 배출물을 시스템 밖으로 배출시키도록 구성된다.
또 하나의 구현예에서, 상기 시스템을 사용하여 수소 또는 일산화탄소 중 적어도 1종을 생성시키는 방법은, 부분적으로 개질된 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 연료 전지의 애노드에 수용하고, 연료 전지의 애노드로부터 수소를 배출시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 연료 전지의 캐소드로부터 이산화탄소 및 산소를 배출시키는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 캐소드로부터의 이산화탄소 및 산소를 그리고 연료 공급원으로부터의 연료를 상기 적어도 1종의 산화장치에 수용하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 상기 적어도 1종의 산화장치로부터 일산화탄소를 배출시키는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은, 열이 개질기 또는 열 교환기 중 적어도 1종에 의해 배출물로부터 전달된 후에, 열원에 의해 생성된 배출물을 배출시키는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은, 열을, 개질기 또는 열 교환기 중 적어도 1종에서, 열원에 의해 생성된 배출물에서부터 연료로 전달시키는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은, 열을, 개질기 또는 열 교환기 중 적어도 1종에서, 열원에 의해 생성된 배출물에서부터 증기 또는 물 중 적어도 1종으로 전달시키는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은 연료 전지의 애노드로부터의 수소 배출물과 적어도 1종의 산화장치로부터의 일산화탄소 배출물을 혼합시켜서 합성가스를 형성시키는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은 연료가 개질기로 공급되기 전에 연료를 탈황시키는 단계를 추가로 포함한다.
또 하나의 구현예에서, 수소 또는 일산화탄소 중 적어도 1종을 생성시키는 시스템은, 전해질 매트릭스에 의해 분리된 애노드 및 캐소드, 및 역 전압을 상기 적어도 1종의 연료 전지에 인가하여 연료 전지를 전해조로 역으로 작동시키는 전력 공급원을 포함하는, 적어도 1종의 연료 전지를 포함한다. 상기 적어도 1종의 연료 전지는 연료 공급원으로부터 연료를, 그리고 증기 또는 물 중 적어도 1종을 수용하도록 구성된 개질되는 전지를 추가로 포함하는데, 상기 개질되는 전지는 부분적으로 개질된 연료를 배출시키도록 구성된다. 개질되는 전지는 부분적으로 개질된 연료를 애노드 및 캐소드로 공급하도록 구성된다. 애노드는 부분적으로 개질된 연료를 수용하고, 수소를 포함하는 가스를 배출시키도록 구성된다. 캐소드는 연료 공급원으로부터의 연료 또는 부분적으로 개질된 연료 중 적어도 1종을 수용하고 적어도 부분적으로 산화시키도록 구성된다. 캐소드는 일산화탄소, 수소, 및 이산화탄소를 배출시키도록 구성된다.
상기 시스템의 한 측면에서, 캐소드는 부분적으로 개질된 연료를 부분적으로 산화시키도록 구성된 촉매를 추가로 포함한다.
상기 시스템의 한 측면에서, 캐소드는 주로 일산화탄소를 생성시키도록 구성된다.
상기 시스템의 한 측면에서, 이 시스템은 열 및 배출물을 배출시키도록 구성된 열원을 추가로 포함한다.
상기 시스템의 한 측면에서, 이 시스템은 열원으로부터의 열을 연료 공급원으로부터의 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종으로 전달시키도록 구성된 제1 열 교환기를 추가로 포함한다.
상기 시스템의 한 측면에서, 열원은 가열로이다.
상기 시스템의 한 측면에서, 열원은 배출물을 시스템 밖으로 배출시키도록 구성된다.
상기 시스템의 한 측면에서, 이 시스템은 연료 공급원으로부터의 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 수용하도록 구성된 예비 개질기를 추가로 포함한다.
상기 시스템의 한 측면에서, 이 시스템은 연료가 개질되는 전지에 수용되기 전에 연료를 예열시키도록 구성된 예열기를 추가로 포함한다.
상기 시스템의 한 측면에서, 예열기는 연료를 폐열을 사용하여 예열시키도록 구성된다.
상기 시스템의 한 측면에서, 연료 공급원으로부터의 연료는 메탄이다.
또 하나의 구현예에서, 상기 시스템을 사용하여 수소 또는 일산화탄소 중 적어도 1종을 생성시키는 방법은, 메탄 및 증기를 개질되는 전지에 수용하고 개질되는 전지로부터 부분적으로 개질된 연료를 배출시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 개질되는 전지로부터 부분적으로 개질된 연료를 애노드에 수용하고 애노드로부터 수소를 배출시키는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 개질되는 전지로부터 부분적으로 개질된 연료를 캐소드에 수용하고, 캐소드로부터 적어도 일산화탄소를 배출시키는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 연료 공급원으로부터의 연료, 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 캐소드에 수용하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은 개질되는 전지에서의 개질 반응을 사용하여 캐소드에서의 산화 반응에서 생성된 열의 적어도 일부를 제거하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은, 연료를 개질되는 전지로 공급하기 전에 연료 공급원으로부터의 연료를 탈황시키는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은, 연료 전지의 애노드로부터의 수소 배출물과 연료 전지의 캐소드로부터의 일산화탄소 배출물을 혼합시켜서 합성가스를 형성시키는 단계를 추가로 포함한다.
또 하나의 구현예에서, 수소를 생성시키는 시스템은, 전해질 매트릭스에 의해 분리된 애노드 및 캐소드, 및 역 전압을 적어도 1종의 연료 전지에 인가하여 연료 전지를 전해조로 역으로 작동시키는 전력 공급원을 포함하는, 적어도 1종의 연료 전지를 포함한다. 상기 시스템은, 연료 공급원으로부터의 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 수용하도록 구성된 산화장치를 추가로 포함하는데, 상기 산화장치는 부분적으로 개질된 연료를 배출시키도록 구성된다. 애노드는 산화장치로부터 부분적으로 개질된 연료를 수용하고 수소를 배출시키도록 구성된다. 캐소드는 이산화탄소 및 산소를 산화장치로 배출시키도록 구성된다.
상기 시스템의 한 측면에서, 이 시스템은 연료, 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 가열시키도록 구성된 히터를 추가로 포함한다.
상기 시스템의 한 측면에서, 히터는 산화장치에 의해 배출된 부분적으로 개질된 연료의 일부를 수용하도록 구성된다.
상기 시스템의 한 측면에서, 히터는 부분적으로 개질된 연료를 연소시켜서 열을 생성시키도록 구성된다.
상기 시스템의 한 측면에서, 히터는 배출물을 이 시스템 밖으로 배출시키도록 구성된다.
상기 시스템의 한 측면에서, 연료는 디젤 연료 또는 JP8이다.
상기 시스템의 한 측면에서, 이 시스템은, 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종이 히터에 수용되기 전에, 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 예열시키도록 구성된 예열기를 추가로 포함한다.
상기 시스템의 한 측면에서, 예열기는 연료를 폐열을 사용하여 예열시키도록 구성된다.
또 하나의 구현예에서, 상기 시스템을 사용하여 수소를 생성시키는 방법은, 연료 및 증기를 산화장치에 수용하고, 산화장치로부터 부분적으로 산화된 연료를 배출시키는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 부분적으로 산화된 연료를 애노드에 수용하고, 애노드로부터 수소를 배출시키는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 캐소드로부터 이산화탄소 및 산소를 배출시키는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 캐소드로부터의 이산화탄소 및 산소를 산화장치에 수용하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은, 캐소드로부터의 이산화탄소 및 산소 생성물을 사용하여 히터로부터의 연료 및 증기를 산화시키는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은, 부분적으로 산화된 연료를 애노드로 공급하기 전에 부분적으로 산화된 연료를 탈황시키는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은, 산화장치로부터의 부분적으로 산화된 연료의 일부를, 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 가열시키도록 구성된 히터로 공급하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은, 부분적으로 산화된 연료가 히터에 의해 수용되기 전에 이 연료의 일부를 탈황시키는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은, 부분적으로 산화된 연료의 일부를 연소시켜서 히터에서 열을 생성시키는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법의 한 측면에서, 이 방법은, 히터에 의해 생성된 배출물을 시스템 밖으로 배출시키는 단계를 추가로 포함한다.
도 1은, 본 발명의 REP 어셈블리를 포함하는 개질기-전해조-정제기 ("REP") 시스템의 개략도를 도시한다;
도 2는 REP 시스템의 더욱 상세한 도면을 도시한다;
도 3은 REP 어셈블리에서 일어나는 반응을 도시한다;
도 4는 REP 시스템으로부터 분리된 가스화/부분 산화를 도시한다;
도 5는 REP 시스템에 통합된 부분 산화를 도시한다;
도 6은 저가의 황 함유 액체 연료를 사용한 수소 생성 시스템을 도시한다.
개질기-전해조-정제기 ("REP") 어셈블리는, 적어도 1종의 전해조 용융 카보네이트 연료 전지를 포함하며 REP 스택(stack)으로 또한 지칭된 연료 전지 스택으로 형성된 복수의 전해조 연료 전지를 포함할 수 있다. 상기 적어도 1종의 전해조 연료 전지는 CO2 및 물을 전기분해시켜서 H2 ("수소")를 생성시키고, 및 CO3 =을 전기화학적으로 제거하여 수소를 정제하도록 역으로 작동된 연료 전지이다. CO2는 탄화수소, 예컨대 메탄에 의해서 제공될 수 있고, CO3 =을 제거하면 개질 반응이 완료되게 된다. 이하에 설명되고 첨부되는 도면에 도시된 대로, 적어도 1종의 전해조 연료 전지에서는 다른 반응이 일어날 수 있다.
REP 스택은 용융 카보네이트 연료 전지 ("MCFC") 스택을 포함하며, REP 어셈블리는 전기분해 반응을 유도하기 위해 REP 스택에 전력을 공급하는 전력 공급원을 포함한다. 전력 공급원을 제어하고 REP 어셈블리 및/또는 REP 시스템의 다른 작동 및 부분을 제어하기 위해 제어기가 REP 어셈블리에 및/또는 REP 시스템에 포함될 수 있다. 제어 작동은 이하에 더욱 상세히 설명된다. 명세서에는 REP 어셈블리, REP 스택 및 REP 시스템이 개질, 예컨대 내부 또는 외부 개질을 포함하는 것으로 설명되어 있지만, REP 어셈블리, REP 스택 및/또는 REP 시스템은 내부 및/또는 외부 개질을 생략할 수 있고 이들은 CO2 및 물을 함유하는 공급 가스를 전기분해시키고 개질 없이 수소를 정제시키기 위해 사용될 수 있음이 또한 고찰된다.
도 1에는 REP 시스템(100)의 예가 개략적으로 도시되어 있다. 도 1에 도시된 대로, 연료, 예컨대 천연 가스, 혐기성 소화조 가스 ("ADG"), 또는 다른 적합한 연료가 예열기(102) (예를 들면, 각각 도 4 내지 6에 도시된 주요, 제1, 또는 폐 열 교환기(416, 516, 616))에서 폐열 (예를 들면, 더욱 적은 수준의 열)을 사용하여 예열되고, 그 후 REP 시스템(100)으로 공급된다. 연료는 예열되기 전 또는 후에 가습되거나 물과 혼합될 수 있다. REP 시스템(100)에서, 연료는 증기와 반응하여 수소, CO, 및 이산화탄소를 생성시킴에 의해서 개질되고, 수소는 수소로부터 거의 모든 탄소를 분리하여 개질 반응이 완료되게 함으로써 고온 (개질 온도)에서 정제된다. REP 시스템(100)은 수소를 배출시키며 산소, 및 이산화탄소를 포함하는 다른 반응 생성물을 개별적으로 배출시킨다. 도시된 대로, 높은 수준의 폐열이 REP 시스템(100)으로 공급되어, 연료의 실질적인 전부가 수소로 전환되어 메탄의 수소로의 불완전 전환으로부터 비롯되는 CO2 배출물이 감소되도록, 흡열 개질 반응을 위한 열을 공급한다.
PCT 공개 번호 WO 2015/116964에 기재된 수소 및/또는 일산화탄소 생성 시스템의 한 예에서, 수소 및/또는 일산화탄소 생성 시스템은 REP 스택(200) 및 전력 공급원(230)을 포함하는 REP 어셈블리를 포함한다. 예를 들면, 도 2에는 그와 같은 수소 및/또는 일산화탄소 생성 시스템의 예시적인 구성이 도시되어 있다. REP 스택(200)은 연료 전지 구성요소를 포함하며, 하나 이상의 개질 전용(reforming-only) 전지, 또는 개질되는 유닛(202), 및 하나 이상의 REP 연료 전지(204)를 포함할 수 있으며, 상기 REP 연료 전지 각각은 전해질 매트릭스에 의해 분리된 애노드(204a) 및 캐소드(204b)를 포함한다. REP 연료 전지는 통상의 MCFC 연료 전지와 동일하게 구성될 수 있지만, 1.0 Volt 초과, 전형적으로는 1.15 내지 1.35 Volt 범위의 역 전압을 인가함에 의해서 역으로 작동된다. 개질 전용 유닛(202) 및 REP 연료 전지(204)는 스택으로 모아지며, 연료가 우선은 개질 전용 전지(202)를 통하여 그리고 그 후에는 REP 연료 전지(204)의 애노드(204a)를 통하여 전달되도록 직렬로 연결된다. 캐소드(204b)는 시스템에 공급된 고온의 가스, 예컨대, 공기, 및 REP 연료 전지의 애노드(204a)로부터 정제 작동으로 생성된 CO2 및 O2 가스 혼합물을 수용할 수 있다. 하나의 예시적인 구현예에서, REP 시스템(100)의 연료 전지 스택(200)에는 상업적인 용융 카보네이트 연료 전지 기술을 위해 개발된 구성요소, 예컨대 FuelCell Energy, Inc.에 의해 개발된 MCFC/DFC®가 편입되어 있다. 그러나, 다른 유형의 용융 카보네이트 연료 전지가 REP 시스템(100)에 사용될 수 있음이 이해된다.
또한 도 2에 도시된 대로, REP 시스템(100)은 REP 시스템(100)의 전지(204)로부터, 및/또는 REP 시스템(100)의 외부에 있고/있거나 REP 시스템(100)에 통합된 다른 장치에 의해 생성된 폐열을 사용하는 하나 이상의 예열기를 포함할 수 있다. 예열기(102)는, 연료가 개질 전용 전지(202)로 공급되기 전에, 물과 혼합되거나 가습될 수 있는 연료를 예열시키기 위해 연료 전지(204) 및 개질 전용 전지(202)로부터의 폐열을 사용한다. 다른 예열기(들)(104)가 다른 장치, 예컨대 전력을 생산하는데 사용되는 고온 연료 전지로부터의 폐열을 사용하여 시스템에 공급된 가스를 예열시키는데 사용될 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 대로, 산화장치(106)는, 보충 연료를 공기로 산화시키고 고온의 산화성 가스를 생성시킨 다음 이것을 REP 연료 전지 캐소드(204b)로 공급함에 의해서보충 연료를 사용하여 REP 시스템(100)으로의 열을 증가시키도록 제공될 수 있다.
REP 연료 전지 스택(200)은 정제-개질-전해조로서 정제 모드로 또는 수소 생성 모드로 작동될 수 있고, 그와 같은 작동 동안 시스템으로부터 탄소의 거의 전부가 CO3 =으로 제거되며, 개질된 메탄으로부터 거의 순수한 수소가 생성된다. 또한, REP 연료 전지 스택(200)은 또한 증기를 동시에 해리 (전기분해)시켜서 부가적인 수소를 효율적으로 생성한다. 따라서, 천연 가스가 REP 시스템에 공급되면, 수소 배출물의 약 80%는 천연 가스 개질로부터 생성되고, 수소의 나머지 20%는 전기분해 반응에 의해서 제공된다. 이 REP 시스템(100)은 수소를 효율적으로 그리고 최소의 CO2 배출물과 함께 생성시킨다.
도 2에서 확인되듯이, 연료, 예컨대 천연 가스 및/또는 재생가능한 연료, 및 물이 REP 시스템(200) 내로 공급된다. 이 연료 공급물은 예열기(102)에서 가열된 다음, 개질되는 전지(202) 및 REP 연료 전지(204)로 향하는데, 여기서 가스의 거의 전부가 수소 및 CO로 개질된다. 이 흡열 개질 반응을 위한 열은 적어도 부분적으로 외부 폐열(104)에 의해서 제공될 수 있으며, 외부 폐열은 다른 폐열 생성 장치로부터 제공된다. 특정의 구현예에서, 보충 또는 여분의 연료가, 특히 중단될 수 있는 재생가능한 폐열, 예컨대 풍력 또는 태양열이 폐열원으로 사용되는 경우에 폐열의 수준을 상승시키거나 예비물(backup)로 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 2에서는, 산화장치(106)가, 보충 연료 및 공기를 수용하고 보충 연료를 산화시켜서 캐소드에 사용하기 위한 가열된 가스를 생성시키는 시스템에 제공된다. 이러한 방식으로, 산화 반응은 REP 전지에 사용되는 폐열의 수준을 상승시킨다.
도 2에 도시된 예시적인 구현예에서, 먼저 연료 가스가 개질 전용 전지 (개질기)(202)에서 부분적으로 개질된다. 개질기(202)에서 물과 메탄 사이에서 일어나는 반응이 도 3에 도시되어 있다. 도 2 및 3에 도시된 대로, 개질기(202)로부터의 부분적으로 개질된 가스는 그 후, 정제 모드에서 전해조 (REP 전지) (수소 생성 모드)로 작동되는 MCFC 연료 전지(204)의 애노드 측(204a)으로 공급된다. 연료 전지(204)에서, 물은 수소 및 산소로 해리되고, 산소는 개질된 가스 내 이산화탄소와 조합되어 CO3 =을 생성시키며, CO3 =은 용융 카보네이트 멤브레인을 가로질러서 전기화학적으로 제거된다. 연료 전지(204)의 애노드 측(204a)에서의 이러한 반응이 도 3에 도시되어 있다. 연료 전지(204)에서의 이러한 작동은 시스템 내 탄소의 거의 전부를 제거하고, 평형 개질 및 이동 반응에 의해 CH4 및 CO의 수소로의 본질적으로 완전한 전환이 강제로 일어나게 한다. 따라서, 도 2 및 3에 도시된 대로, 배출되는 수소 함유 가스 스트림은 적은 양의 CO2 및 CH4를 갖는 거의 순수한 (98% 초과) 수소이다. 이러한 적은 양의 CO2 및 CH4는, 수소가 고순도 수소를 필요로 하는 시스템에 대하여 가압될 때 용이하게 제거될 수 있다. 그러나, 다수의 시스템은 적은 양의 불순물을 제거할 필요 없이 낮은 순도의 수소를 직접적으로 사용할 수 있다.
도 2에 도시된 대로, 전해조로서 REP 연료 전지(204)의 작동은 제어기에 의해서 제어될 수 있다. 제어기(250)는 반응물 가스의 REP 연료 전지(204)로의 공급 또는 유속을 제어하도록 프로그래밍된다. 제어기(250)는 또한 정상적인 연료 전지 작동의 역 방향으로 이온 전달이 이루어지도록 전력 공급원 (예를 들면, DC 전력 공급원)(230)으로부터 공급되는, 연료 전지에 인가된 전압 및 전류를 제어한다. REP 시스템(100)의 연료 전지에서 일어나는 반응이 도 3에 도시되어 있다. CO2 및 산소를 함유하는 가스가 캐소드 측 가스로 사용되면, 제어기(250)는 전해조로서의 작동과 정상적인 전력 생산 작동 사이에서 연료 전지(204)의 작동 모드의 전환을 추가로 제어할 수 있다.
또한, 도 2에서의 개질되는 전지(202)가 REP 연료 전지 스택의 일부로 도시되어 상기 스택이 간접적인 내부적으로 개질되는 스택이라 하더라도, 다른 구현예에서는 외부 개질기가, 연료를 개질시키기 위한 내부 개질되는 전지 대신 또는 이것에 추가하여 사용될 수 있다.
특정의 예시적인 구현예에서, 도 2의 REP 시스템(200)에 사용된 구성요소는 FuelCell Energy, Inc.에 의해 개발된 DFC® 연료 전지의 상업적으로 입수가능한 구성요소와 동일하거나 유사하다. REP 시스템에 대하여 상업적으로 입수가능한 구성요소를 사용함으로써, 본 발명은 경쟁력있는 비용으로 신속하게 상품화될 수 있으며, 이는 추가의 비용 절감을 초래한다.
도 4를 참고하면, 대안적인 수소 및/또는 일산화탄소 생성 시스템이 천연 가스 및 물을, 합성가스가 형성될 수 있는 정제된 수소 및 일산화탄소로 전환시키기 위해 제공된다. 통상적으로, 합성가스는 증기 메탄 개질에 의해서 또는 공기 분리 유닛으로부터 순수한 O2를 사용한 탄화수소의 부분 산화에 의해서 생성된다. 증기 메탄 개질로부터의 합성가스는 일반적으로 원하는 것보다 더 높은 H2:CO 비를 가지며, 부분 산화로부터의 합성가스는 매우 큰 규모를 제외하고는 비용적으로 효과적이지 않다.
본 발명의 특정의 구현예는 수소 및/또는 일산화탄소를 생성시키기 위해 부분 산화와 함께 수소 및/또는 일산화탄소 생성 시스템(400)을 사용함으로써 이러한 어려움을 해결한다. 그 후, 수소 및 일산화탄소를 혼합시켜 원하는 H2/CO 비를 갖는 합성가스를 형성시킬 수 있다. 수소 및/또는 일산화탄소 생성 시스템(400)은 열원(410), REP 어셈블리(420), 연료 공급물을 개질시키기 위한 개질기(412) 및 부분 산화장치(430)를 포함한다. REP 어셈블리(420)는 REP 애노드(422) 및 REP 캐소드(424)를 포함한다.
도 4에 도시된 대로, 연료가 연료 공급원으로부터 공급되고, 탈황되고, 예열된다. 물이 예열 전 (도시되지 않음) 또는 후에 연료에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 연료는 천연 가스 또는 다른 적합한 연료이다. 연료의 적어도 일부가 부분적인 산화장치 (즉, 산화장치)(430)로 공급된다. 물은 증기로 전환되고 남아있는 탈황된 연료와 혼합되어 연료 및 증기 혼합물을 형성한다. 연료 및 증기 혼합물은 제2 열 교환기(414) 및 개질기(412)를 통하여 공급된다. 연료 및 증기 혼합물의 적어도 일부가 REP 애노드(422)로 공급되고, 남아있는 연료 및 증기 혼합물은 부분 산화장치(430)로 공급된다.
REP 애노드(422)는 연료 및 증기 혼합물을 수용하는데, 이들은 전기분해 동안 반응하여 주로 H2를 함유하는 REP 애노드로부터 배출 가스를 생성시킨다. REP 애노드(422)로부터의 배출 가스는 포획되고 보관 또는 수출될 수 있다. 전기분해 동안, 적어도 CO2 및 O2의 스트림이 REP 캐소드(424)로부터 배출되고 부분 산화장치(430)로 공급된다.
부분 산화장치(430)는 연료, 및 CO2 및 O2를 함유하는 연료 및 증기 혼합물을 수용하고 부분적으로 산화시킨다. CO2 및 O2는, 연료 공급원으로부터의 연료로부터의 CH4 그리고 연료 및 증기 혼합물을 부분적으로 산화시켜서, CO, H2, 및 CO2의 혼합물 ("합성가스")을 생성시킨다. 바람직하게는, 합성가스는 고 함량의 CO를 갖는다. 부분 산화장치(430)에서 수행된 부분 산화 반응이 이하에 표시되어 있다:
2CH4 + O2 → 2CO + 2H2 (1)
2차 반응은 증기 개질 반응 (방정식 (2) 참고), CO2 개질 반응 (방정식 (3) 참고), 및 수성 가스 전환 반응 (방정식 (4) 참고)을 포함한다.
CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2 (2)
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2 + CO2 (3)
H2 + CO2 ↔ H2O + CO (4)
합성가스는 상기 시스템으로 열을 제공하고 합성가스를 냉각시키도록 부분 산화장치(430)로부터 개질기(412)를 통하여 공급된다. 그 후, 합성가스는 추가로 냉각되고 (도시되지 않음), 포획되고, 보관 또는 수출될 수 있다.
열원(410)은 공기 및 연료를 연소시켜서 고온 배출물을 생성시킨다. 바람직하게는, 열원은 가열로, 연소 터빈, 내부 연소 엔진, 또는 다른 적합한 열원이다. 고온 배출물은 개질기(412)를 통하여 공급된다. 열이 개질기(412) 내에서 고온 배출물로부터 공급 가스 (CH4 + H2O)로 전달되어 공급 가스를 부분적으로 개질시킨다. 고온 배출물은 제2 열 교환기(414)를 통하여 추가로 공급되고, 수소 및/또는 일산화탄소 생성 시스템(400) 밖으로 배출된다. 열은 제2 열 교환기(414)에서 고온 배출물로부터 연료 및 증기 혼합물로 전달되어, 개질기(412) 및 REP 애노드(422) 내로 도입되기 전에 연료 및 증기 혼합물을 예열시킨다.
도 5를 참고하면, 천연 가스 및 물을 정제된 수소 및 일산화탄소로 전환시키기 위해 대안적인 수소 및/또는 일산화탄소 생성 시스템(500)이 제공된다. 수소 및/또는 일산화탄소 생성 시스템(500)은 열원(510) 및 REP 어셈블리(520)를 포함한다. REP 어셈블리(520)는 REP 애노드(522), REP 캐소드(524), 및 적어도 1종의 개질 전지(526)를 포함한다.
도 5에 도시된 대로, 연료는 먼저 탈황되고 예열된다. 물이 예열 전 (도시되지 않음) 또는 후에 연료에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 연료는 천연 가스 또는 다른 적합한 연료이다. 연료의 적어도 일부가 개질된 연료와 함께 REP 캐소드(524)로 직접 공급될 수 있다. 물은 증기로 전환되고, 남아있는 탈황된 연료와 혼합되어 연료 및 증기 혼합물을 형성시킨다. 연료 및 증기 혼합물은 열 교환기(514) 및 예비 개질기(515)를 통하여 개질되는 전지(526)로 공급되는데, 상기 예비 개질기에서 공급 가스의 약간의 개질이 일어난다.
개질되는 전지(526)는 연료 및 증기 혼합물을 수용한다. REP 캐소드(524)에서 산화 반응으로부터의 열은 개질되는 전지(526)에 의해서 제거되고, 증기 개질 반응 (방정식 (5) 참고), CO2 개질 반응 (방정식 (6) 참고), 및 수성 가스 전환 반응 (방정식 (7) 참고)을 포함하는 개질 반응에 사용된다.
CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2 (5)
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2 + CO2 (6)
H2 + CO2 ↔ H2O + CO (7)
개질되는 전지(526)로부터의 배출 스트림의 적어도 일부는 REP 애노드(522)로 공급되고, 남아있는 배출 스트림은 REP 캐소드(524)로 공급된다. REP 애노드(522)에서, 개질되는 전지(526)로부터의 배출 스트림은 전기분해 동안 반응하여 주로 H2를 함유하는 배출 가스를 생성시킨다. REP 애노드(522)로부터의 배출 가스는 포획되고, 보관 또는 수출될 수 있다. 전기분해 동안, 적어도 CO2 및 O2의 스트림이 REP 캐소드(524)로부터 배출된다. REP 캐소드(524)는 부분 산화 촉매를 포함한다. REP 캐소드(524)는, CO2 및 O2와 함께, 이 구성에서 개질되는 전지(526)로부터의 배출 스트림을 수용하고 부분적으로 산화시켜서 합성가스를 생성시킨다. 바람직하게는, 합성가스는 고 함량의 CO를 갖는다 (즉, 주로 CO이다). REP 캐소드(524)에서 수행된 부분 산화 반응이 이하에 표시되어 있다:
2CH4 + O2 → 2CO + 2H2 (8)
2차 반응은 증기 개질 반응 (방정식 (9) 참고), 개질 반응 (방정식 (10) 참고), 및 수성 가스 전환 반응 (방정식 (11) 참고)을 포함한다.
CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2 (9)
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2 + CO2 (10)
H2 + CO2 ↔ H2O + CO (11)
그 후, 합성가스는 포획되고 보관 또는 수출될 수 있다. 도 5에 도시된 구성은 별도의 부분 산화 반응에 대한 필요를 제거하는 이점을 갖지만, 이 부분 산화 반응은 더욱 낮은 온도에서 작동되기 때문에 도 4에서의 예시적인 구현예에서 생성된 것보다 더 낮은 CO:H2 비를 갖는 합성 가스가 생성될 것이다.
열원(510)은 공기 및 연료를 연소시켜서 고온 배출물을 생성시킨다. 바람직하게는, 열원은 가열로, 연소 터빈, 내부 연소 엔진, 또는 다른 적합한 열원이다. 상기 배출물은 열 교환기(514)를 통하여 공급된다. 열은 열 교환기(514)에서 상기 배출물로부터 연료 및 증기 혼합물로 전달되어, 개질되는 전지(526)로 도입되기 전에 연료 및 증기 혼합물을 예열시킨다. 또한, 공기 공급 열 교환기 (도시되지 않음)는 열원으로 도입되기 전에 공기를 예열시키기 위해 열원으로부터의 열을 전달할 수 있다.
도 6을 참고하면, 높은 황 액체 연료 및 물을 정제된 수소로 전환시키기 위해 대안적인 수소 생성 시스템(600)이 제공된다. 연료 전지를 작동시키기 위한 천연 가스로의 접근은 외진 장소에서는 제한될 수 있긴 하지만, 더욱 광범위하게 입수가능한 연료, 예컨대 황이 높은 것들 (예를 들면, 디젤)은 황이 허용되지 않는 연료 전지를 작동시키는 경우에는 천연 가스 대신 항상 사용되지 않을 수 있다.
본 발명의 특정 구현예는, 부분 산화 후에 그러나 연료를 연료 전지 내로 도입시키기 전에 황을 제거하면서 합성가스를 생성시키기 위해 부분 산화와 함께 수소 생성 시스템(600)을 사용함으로써 이러한 어려움을 해결한다. 그 후, REP 어셈블리(620)에서 황 비함유 합성가스를 수소로 전환시킨다. 수소 생성 시스템(600)은 고 수준 히터 (즉, 히터)(610), REP 어셈블리(620), 및 부분 산화장치 (즉, 산화장치)(630)를 포함한다. REP 어셈블리(620)는 REP 애노드(622) 및 REP 캐소드(624)를 포함한다.
도 6에 도시된 대로, 물이 증기로 전환되고, 연료와 혼합되어 연료 및 증기 혼합물을 형성한다. 바람직하게는, 연료는 디젤, JP8 또는 다른 저가의 적합한 연료이다. 연료 및 증기 혼합물은 고 수준 히터(610)를 통하여 저 수준 예열기(616)로 그리고 그 후 부분 산화장치(630)로 공급된다.
부분 산화장치(630)는 REP 캐소드(624)에서 생성된 CO2 및 O2와 함께 연료 및 증기 혼합물을 수용하고 이것들을 부분적으로 산화시킨다. 연료 및 증기 혼합물의 부분 산화는 공급물 내 황 화합물을 합성가스 내 H2S 및 COS로 전환시킨다. H2S 및 COS는 합성가스로부터 제거될 수 있다. 부분 산화장치(630)에서 수행된 부분 산화 반응이 이하에 표시되어 있다:
2CH4 + O2 → 2CO + 2H2 (12)
2차 반응은 증기 개질 반응 (방정식 (13) 참고) 및 개질 반응 (방정식 (14) 참고)을 포함한다.
CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2 (13)
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2 + CO2 (14)
합성가스 혼합물의 적어도 일부는 탈황되는데, 이 경우에 H2S 및 COS가 혼합물로부터 제거되고, REP 애노드(622)로 공급된다. 탈황되지 않은 남아있는 H2S, COS, 및 합성가스 혼합물은 고 수준 히터(610)로 공급된다. 예시적인 구현예에 따르면, 탈황된 합성가스는 또한 히터(610)로 보내질 수 있다. 어느 하나의 구성에서, 고 수준 히터(610)로의 스트림은 또한 CO2가 수소 생성 시스템(600) 중에 축적되는 것을 방지한다.
REP 애노드(622)는, 전기분해 동안 반응하여 주로 H2를 함유하는 배출 가스를 생성시키는 합성가스를 수용한다. 그 후, REP 애노드(622)로부터의 배출 가스는 포획되고 보관 또는 수출될 수 있다. 전기분해 동안, 적어도 CO2 및 O2의 스트림이 REP 캐소드(624)로부터 배출되고 부분 산화장치(630)로 공급된다.
REP 애노드(622)로 공급되지 않는 남아있는 H2S, COS, 및 합성가스 혼합물은 고 수준 히터(610)로 공급된다. 고 수준 히터(610)는 공기를 H2S, COS, 및 합성가스 혼합물로 연소시켜서 열을 발생시킨다. 고 수준 히터(610)에서 연소에 의해 발생된 열은 연료 및 증기 혼합물로 전달된다. 고 수준 히터(610)에 의해 발생된 배출물은 수소 생성(600) 밖으로 배출되는데, 이에 의해 수소 생성 시스템(600) 내 CO2의 축적이 방지된다.
본원에서 사용되는 용어 "대략," "약," "실질적으로," 및 유사한 용어들은 본 개시내용의 대상과 관련된 당업자에 의해 일반적으로 허용되는 사용법과 조화하여 넓은 의미를 갖는 것으로 의도된다. 이러한 개시내용을 검토하는 당업자에 의해, 이러한 용어들이 제공된 정확한 수치 범위로 이러한 특징의 범위를 제한하지 않으면서 기술되고 청구된 특정 특징들의 설명을 가능하게 하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다. 이에 따라, 이러한 용어들은 기술되고 청구된 대상의 비실질적이거나 중요하지 않은 변형 또는 변경이 첨부된 청구범위에서 나열된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 여겨진다는 것을 나타내는 것으로 해석되어야 한다.
다양한 구현예를 기술하기 위해 본원에서 사용되는 용어 "예시적인"이 그러한 구현예가 가능한 가능한 구현예들의 예들, 표현들, 및/또는 예시들임을 명시하도록 의도된다는 것(그리고, 이러한 용어가 그러한 구현예가 필연적으로 특별한 또는 취상의 예인 것을 내포하는 것으로 의도되지 않다는 것)이 주지되어야 한다.
본원에서 사용되는 용어 "결합된(coupled)," "연결된(connected)," 등은 두 개의 부재를 서로 직접적으로 또는 간접적으로 연결(joining)시키는 것을 의미한다. 이러한 연결은 정지(예를 들어, 영구적)되거나 이동 가능(예를 들어, 제거 가능 또는 배출 가능)할 수 있다. 이러한 연결은 두 개의 부재로 달성될 수 있으며, 두 개의 부재 및 임의의 추가적인 중간 부재는 서로 또는 두 개의 부재와 함께 단일의 통합된 바디로서 일체형으로 형성되며, 두 개의 부재 및 임의의 추가적인 중간 부재는 서로 부착된다.
본원에서 구성요소의 위치에 대한 언급(예를 들어, "상부," "하부," "위," "아래," 등)은 단지 도면에서 다양한 구성요소의 방향을 기술하기 위해 사용된다. 다양한 구성요소의 방향이 다른 예시적인 구현예에 따라 다를 수 있으며, 이러한 변화가 본 개시내용에 의해 포함되는 것으로 의도된다는 것이 주지되어야 한다.
본 발명이 이의 바람직한 구현예와 관련하여 기술되었지만, 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는, 다양한 다른 구현예 및 변형예가 당업자에게 일어날 수 있으며, 이러한 다른 구현예 및 변형예가 상응하는 청구항에 의해 포함됨을 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 당업자는 본원에 기술된 대상의 신규한 교시 및 장점으로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서, 다수의 변형(예를 들어, 구조의 변형, 파라미터의 값, 마운팅 배열, 등)이 가능하다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 예를 들어, 임의의 공정 또는 방법 단계의 순서 또는 시퀀스(sequence)는 대안적인 구현예에 따라 변경되거나 재배열될 수 있다. 다른 치환, 수정, 변경 및 생략이 또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 예시적 구현예의 설계, 작동 조건 및 배열에서 이루어질 수 있다.

Claims (45)

  1. 수소 또는 일산화탄소 중 적어도 1종을 생성시키는 시스템으로서,
    전해질 매트릭스에 의해 분리된 애노드 및 캐소드, 및
    역 전압을 적어도 1종의 연료 전지에 인가하여 연료 전지를 전해조로 역으로 작동시키는 전력 공급원을 포함하는, 적어도 1종의 연료 전지로서, 상기 애노드는 부분적으로 개질된 연료를 수용하고 수소를 포함하는 가스를 생성시키도록 구성되고, 상기 캐소드는 이산화탄소 및 산소를 포함하는 가스를 생성시키도록 구성되는, 상기 적어도 1종의 연료 전지; 및
    캐소드로부터 이산화탄소 및 산소를, 그리고 연료 공급원으로부터 연료를 수용하도록 구성되며, 일산화탄소, 이산화탄소, 및 수소를 포함하는 부분적으로 산화된 연료를 배출시키도록 구성된, 적어도 1종의 산화장치를 포함하는, 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 열 및 배출물을 생성시키도록 구성된 열원을 추가로 포함하는, 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 열원이 가열로(fired heater)인, 시스템.
  4. 청구항들 2에 있어서, 상기 연료 공급원으로부터 연료를 그리고 증기 또는 물 중 적어도 1종을 수용하도록 구성된 개질기를 추가로 포함하는, 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 개질기가 열을 열원에서부터 연료로 그리고 증기 또는 물 중 적어도 1종으로 전달시키도록 구성되며,
    상기 개질기가 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 적어도 부분적으로 개질시키도록 구성되는, 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서, 연료가 개질기에 수용되기 전에 상기 연료를 예열시키도록 구성된 예열기를 추가로 포함하는, 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 예열기가 상기 연료를 폐열을 사용하여 예열시키도록 구성되는, 시스템.
  8. 청구항 2에 있어서, 상기 열원에 의해 생성된 열을 상기 열원에 의해 수용된 공기로 전달시키도록 구성된 공기 공급 열 교환기를 추가로 포함하는, 시스템.
  9. 청구항 2 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열원이 배출물을 시스템 밖으로 배출시키도록 구성되는, 시스템.
  10. 청구항 2 내지 9 중 어느 한 항에 따른 시스템을 사용하여 수소 또는 일산화탄소 중 적어도 1종을 생성시키는 방법으로서,
    부분적으로 개질된 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 상기 연료 전지의 애노드에 수용하고, 상기 연료 전지의 애노드로부터 수소를 배출시키는 단계;
    상기 연료 전지의 캐소드로부터 이산화탄소 및 산소를 배출시키는 단계;
    상기 캐소드로부터 이산화탄소 및 산소를, 그리고 상기 연료 공급원으로부터 연료를 적어도 1종의 산화장치에 수용하는 단계; 및
    상기 적어도 1종의 산화장치로부터 일산화탄소를 배출시키는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 열이 개질기 또는 열 교환기 중 적어도 1종에 의해 배출물로부터 전달된 후에, 상기 열원에 의해 생성된 상기 배출물을 배출시키는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  12. 청구항 10에 있어서, 개질기 또는 열 교환기 중 적어도 1종에서, 상기 열원에 의해 생성된 배출물에서부터 연료로 열을 전달시키는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  13. 청구항 10에 있어서, 개질기 또는 열 교환기 중 적어도 1종에서, 상기 열원에 의해 생성된 배출물에서부터 증기 또는 물 중 적어도 1종으로 열을 전달시키는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  14. 청구항 10에 있어서, 상기 연료 전지의 애노드로부터의 수소 배출물과 적어도 1종의 산화장치로부터의 일산화탄소 배출물을 혼합시켜서 합성가스(syngas)를 형성시키는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  15. 청구항 10에 있어서, 상기 연료를 개질기로 공급하기 전에 상기 연료를 탈황시키는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  16. 수소 또는 일산화탄소 중 적어도 1종을 생성시키는 시스템으로서,
    전해질 매트릭스에 의해 분리된 애노드 및 캐소드;
    역 전압을 적어도 1종의 연료 전지에 인가하여 연료 전지를 전해조로 역으로 작동시키는 전력 공급원; 및
    연료 공급원으로부터 연료를 그리고 증기 또는 물 중 적어도 1종을 수용하고 부분적으로 개질된 연료를 배출시키도록 구성된 개질되는 전지를 포함하는, 적어도 1종의 연료 전지를 포함하며,
    상기 개질되는 전지는 부분적으로 개질된 연료를 상기 애노드 및 상기 캐소드로 공급하도록 구성되고,
    상기 애노드는 상기 부분적으로 개질된 연료를 수용하고 수소를 포함하는 가스를 배출시키도록 구성되며,
    상기 캐소드는 상기 연료 공급원으로부터의 상기 연료 또는 상기 부분적으로 개질된 연료 중 적어도 1종을 수용하고 적어도 부분적으로 산화시키도록 구성되며,
    상기 캐소드는 일산화탄소, 수소, 및 이산화탄소를 배출시키도록 구성되는, 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 캐소드가 상기 부분적으로 개질된 연료를 부분적으로 산화시키도록 구성된 촉매를 추가로 포함하는, 시스템.
  18. 청구항 16에 있어서, 상기 캐소드가 주로 일산화탄소를 배출시키도록 구성되는, 시스템.
  19. 청구항 16에 있어서, 열 및 배출물을 생성시키도록 구성된 열원을 추가로 포함하는, 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 열원으로부터의 열을 상기 연료 공급원으로부터의 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종으로 전달시키도록 구성된 제1 열 교환기를 추가로 포함하는, 시스템.
  21. 청구항 19에 있어서, 상기 열원이 가열로인, 시스템.
  22. 청구항 19에 있어서, 상기 열원이 배출물을 상기 시스템 밖으로 배출시키도록 구성되는, 시스템.
  23. 청구항 16에 있어서, 상기 연료 공급원으로부터의 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 수용하도록 구성된 예비 개질기(pre-reformer)를 추가로 포함하는, 시스템.
  24. 청구항들 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료가 상기 개질되는 전지에 수용되기 전에, 상기 연료를 예열시키도록 구성된 예열기를 추가로 포함하는, 시스템.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 예열기가 상기 연료를 폐열을 사용하여 예열시키도록 구성되는, 시스템.
  26. 청구항 16에 있어서, 상기 연료 공급원으로부터의 상기 연료가 메탄인, 시스템.
  27. 청구항 16 내지 26 중 어느 한 항에 따른 시스템을 사용하여 수소 또는 일산화탄소 중 적어도 1종을 생성시키는 방법으로서,
    메탄 및 증기를 개질되는 전지에 수용하고, 상기 개질되는 전지로부터 부분적으로 개질된 연료를 배출시키는 단계;
    상기 개질되는 전지로부터 상기 부분적으로 개질된 연료를 상기 애노드에 수용하고, 상기 애노드로부터 수소를 배출시키는 단계;
    상기 개질되는 전지로부터 상기 부분적으로 개질된 연료를 상기 캐소드에 수용하고, 상기 캐소드로부터 적어도 일산화탄소를 배출시키는 단계; 및
    상기 연료 공급원으로부터의 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 상기 캐소드에 수용하는 단계를 포함하는, 생성시키는 방법.
  28. 청구항 27에 있어서, 상기 개질되는 전지에서의 개질 반응을 사용하여, 상기 캐소드에서의 산화 반응에서 생성된 열의 적어도 일부를 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  29. 청구항 27에 있어서, 상기 연료가 상기 개질되는 전지로 공급되기 전에 상기 연료 공급원으로부터의 연료를 탈황시키는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  30. 청구항 27에 있어서, 상기 연료 전지의 애노드로부터의 수소 배출물과 상기 연료 전지의 캐소드로부터의 일산화탄소 배출물을 혼합시켜서 합성가스를 형성시키는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  31. 수소를 생성시키는 시스템으로서,
    전해질 매트릭스에 의해 분리된 애노드 및 캐소드, 및
    역 전압을 적어도 1종의 연료 전지에 인가하여 연료 전지를 전해조로 역으로 작동시키는 전력 공급원을 포함하는, 적어도 1종의 연료 전지; 및
    연료 공급원으로부터의 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 수용하고, 부분적으로 개질된 연료를 배출시키도록 구성된 산화장치를 포함하고,
    상기 애노드는 상기 산화장치로부터 상기 부분적으로 개질된 연료를 수용하고 수소를 배출시키도록 구성되며,
    상기 캐소드는 이산화탄소 및 산소를 산화장치로 배출시키도록 구성되는, 시스템.
  32. 청구항 31에 있어서, 연료, 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 가열시키도록 구성된 히터를 추가로 포함하는, 시스템.
  33. 청구항 32에 있어서, 상기 히터가, 상기 산화장치에 의해 배출된 상기 부분적으로 개질된 연료의 일부를 수용하도록 구성되는, 시스템.
  34. 청구항 33에 있어서, 상기 히터가 상기 부분적으로 개질된 연료를 연소시켜서 열을 생성시키도록 구성되는, 시스템.
  35. 청구항 34에 있어서, 상기 히터가 배출물을 상기 시스템 밖으로 배출시키도록 구성되는, 시스템.
  36. 청구항 31에 있어서, 상기 연료가 디젤 연료 또는 JP8인, 시스템.
  37. 청구항 32에 있어서, 상기 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종이 상기 히터에 수용되기 전에, 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 예열시키도록 구성된 예열기를 추가로 포함하는, 시스템.
  38. 청구항 37에 있어서, 상기 예열기가 상기 연료를 폐열을 사용하여 예열시키도록 구성되는, 시스템.
  39. 청구항 31 내지 38 중 어느 한 항에 따른 시스템을 사용하여 수소를 생성시키는 방법으로서,
    연료 및 증기를 산화장치에 수용하고, 산화장치로부터 부분적으로 산화된 연료를 배출시키는 단계;
    상기 부분적으로 산화된 연료를 상기 애노드에 수용하고, 및 상기 애노드로부터 수소를 배출시키는 단계;
    상기 캐소드로부터 이산화탄소 및 산소를 배출시키는 단계; 및
    상기 캐소드로부터의 이산화탄소 및 산소를 상기 산화장치에 수용하는 단계를 포함하는, 생성시키는 방법.
  40. 청구항 39에 있어서, 상기 캐소드로부터의 이산화탄소 및 산소 배출물을 사용하여 상기 히터로부터의 연료 및 증기를 산화시키는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  41. 청구항 39에 있어서, 상기 부분적으로 산화된 연료를 상기 애노드로 공급하기 전에 상기 부분적으로 산화된 연료를 탈황시키는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  42. 청구항 39에 있어서, 상기 산화장치로부터의 상기 부분적으로 산화된 연료의 일부를, 연료 및 증기 또는 물 중 적어도 1종을 가열시키도록 구성된 히터로 공급하는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  43. 청구항들 42 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부분적으로 산화된 연료의 일부를, 상기 히터에 의해 수용되기 전에 탈황시키는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  44. 청구항 42에 있어서, 상기 부분적으로 산화된 연료의 일부를 연소시켜서 상기 히터에서 열을 생성시키는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
  45. 청구항 39에 있어서, 상기 히터에 의해 생성된 배출물을 상기 시스템 밖으로 배출시키는 단계를 추가로 포함하는, 생성시키는 방법.
KR1020187016036A 2015-11-17 2016-11-16 부분 산화와 함께 rep를 사용한 수소 및 일산화탄소 생성 KR101992794B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562256515P 2015-11-17 2015-11-17
US62/256,515 2015-11-17
PCT/US2016/062276 WO2017087518A1 (en) 2015-11-17 2016-11-16 Hydrogen and carbon monoxide generation using an rep with partial oxidation

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187017810A Division KR101992788B1 (ko) 2015-11-17 2016-11-16 부분 산화와 함께 rep를 사용한 수소 및 일산화탄소 생성
KR1020187017811A Division KR101992791B1 (ko) 2015-11-17 2016-11-16 부분 산화와 함께 rep를 사용한 수소 및 일산화탄소 생성

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180081763A true KR20180081763A (ko) 2018-07-17
KR101992794B1 KR101992794B1 (ko) 2019-06-25

Family

ID=58719273

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187017811A KR101992791B1 (ko) 2015-11-17 2016-11-16 부분 산화와 함께 rep를 사용한 수소 및 일산화탄소 생성
KR1020187016036A KR101992794B1 (ko) 2015-11-17 2016-11-16 부분 산화와 함께 rep를 사용한 수소 및 일산화탄소 생성
KR1020187017810A KR101992788B1 (ko) 2015-11-17 2016-11-16 부분 산화와 함께 rep를 사용한 수소 및 일산화탄소 생성

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187017811A KR101992791B1 (ko) 2015-11-17 2016-11-16 부분 산화와 함께 rep를 사용한 수소 및 일산화탄소 생성

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187017810A KR101992788B1 (ko) 2015-11-17 2016-11-16 부분 산화와 함께 rep를 사용한 수소 및 일산화탄소 생성

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10465305B2 (ko)
EP (3) EP3406765A1 (ko)
JP (3) JP6640354B2 (ko)
KR (3) KR101992791B1 (ko)
CN (1) CN108431047B (ko)
CA (3) CA3107513C (ko)
WO (1) WO2017087518A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116845304A (zh) * 2017-11-22 2023-10-03 燃料电池能有限公司 利用带有rep的燃料电池系统生成氢气
JP7155861B2 (ja) 2018-10-19 2022-10-19 スズキ株式会社 鞍乗型車両の消音器構造
JP7155860B2 (ja) 2018-10-19 2022-10-19 スズキ株式会社 鞍乗型車両の消音器構造
CN113646257B (zh) 2019-02-18 2023-11-24 燃料电池能有限公司 使用熔融碳酸盐电解池的燃烧式涡轮机的能量储存
JP2021009820A (ja) * 2019-07-02 2021-01-28 株式会社デンソー エネルギマネジメントシステム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010212141A (ja) * 2009-03-11 2010-09-24 Fuji Electric Systems Co Ltd 燃料電池発電装置
US20140272629A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Exxonmobil Research And Engineering Company Integration of Molten Carbonate Fuel Cells in a Refinery Setting
WO2015116964A1 (en) * 2014-01-31 2015-08-06 Fuelcell Energy, Inc. Reformer-electrolyzer-purifier (rep) assembly for hydrogen production, systems incorporating same and method of producing hydrogen

Family Cites Families (68)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3094390A (en) 1958-07-09 1963-06-18 Air Prod & Chem Production and storage of converted hydrogen
IT1020634B (it) 1974-06-11 1977-12-30 Shell Bv Motore a combustione interna con riciclo dei gas di scarico
CA1242985A (en) 1984-02-08 1988-10-11 William P. Hegarty Method for controlling fluidized catalytic cracker regenerator temperature and velocity with carbon dioxide
JPS60235893A (ja) 1984-05-09 1985-11-22 Osaka Gas Co Ltd Ｃｏ及びｈ↓２を含むガスのメタン化方法
US4849091A (en) 1986-09-17 1989-07-18 Uop Partial CO combustion with staged regeneration of catalyst
DK162961C (da) 1989-11-20 1992-05-25 Haldor Topsoe As Braendselscellekraftvaerk
JP3407747B2 (ja) 1992-06-19 2003-05-19 石川島播磨重工業株式会社 水分分離器を備えた燃料電池発電装置
US5346613A (en) 1993-09-24 1994-09-13 Uop FCC process with total catalyst blending
US5413878A (en) * 1993-10-28 1995-05-09 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy System and method for networking electrochemical devices
US5711770A (en) 1996-01-04 1998-01-27 Malina; Mylan Energy conversion system
US6187465B1 (en) 1997-11-07 2001-02-13 Terry R. Galloway Process and system for converting carbonaceous feedstocks into energy without greenhouse gas emissions
JPH11169661A (ja) 1997-12-12 1999-06-29 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 二酸化炭素回収装置
JP4100479B2 (ja) 1998-02-04 2008-06-11 信行 神谷 二酸化炭素分解方法
KR20020020931A (ko) 1999-07-09 2002-03-16 마에다 시게루 가연물의 가스화에 의한 수소제조방법과 장치 및연료전지발전방법과 연료전지발전시스템
EP1299920B1 (en) * 2000-07-10 2010-12-08 Versa Power Systems, Ltd. Integrated module for solid oxide fuel cell systems
JP2002319428A (ja) 2001-04-19 2002-10-31 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池発電設備
US6878362B2 (en) * 2002-04-05 2005-04-12 General Electric Company Fuel processor apparatus and method based on autothermal cyclic reforming
JP4103510B2 (ja) 2002-09-05 2008-06-18 株式会社Ｉｈｉ 酸素及び二酸化炭素の精製と高濃度化処理方法
WO2004022480A2 (en) * 2002-09-05 2004-03-18 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Apparatus and process for production of high purity hydrogen
US7070874B2 (en) 2002-12-24 2006-07-04 Fuelcell Energy, Inc. Fuel cell end unit with integrated heat exchanger
US7276306B2 (en) * 2003-03-12 2007-10-02 The Regents Of The University Of California System for the co-production of electricity and hydrogen
JP2004311159A (ja) 2003-04-04 2004-11-04 Central Res Inst Of Electric Power Ind 高圧水素製造方法および装置並びに燃料電池自動車
US6896988B2 (en) 2003-09-11 2005-05-24 Fuelcell Energy, Inc. Enhanced high efficiency fuel cell/turbine power plant
US7353085B2 (en) 2003-09-22 2008-04-01 Hydrogenics Corporation Electrolyzer cell stack system
US20050112425A1 (en) * 2003-10-07 2005-05-26 Ztek Corporation Fuel cell for hydrogen production, electricity generation and co-production
US20050123810A1 (en) * 2003-12-09 2005-06-09 Chellappa Balan System and method for co-production of hydrogen and electrical energy
US7422810B2 (en) 2004-01-22 2008-09-09 Bloom Energy Corporation High temperature fuel cell system and method of operating same
JP4751580B2 (ja) * 2004-03-31 2011-08-17 東京瓦斯株式会社 発電装置
US7396603B2 (en) 2004-06-03 2008-07-08 Fuelcell Energy, Inc. Integrated high efficiency fossil fuel power plant/fuel cell system with CO2 emissions abatement
US7323270B2 (en) 2004-08-11 2008-01-29 Fuelcell Energy, Inc. Modular fuel-cell stack assembly
US7381487B2 (en) 2004-12-27 2008-06-03 Fuelcell Energy, Inc. In-situ removal of electrolyte from gas oxidizer
US20060246331A1 (en) 2005-04-29 2006-11-02 Steinbroner Matthew P Partitioned fuel cell stacks and fuel cell systems including the same
GB0524486D0 (en) 2005-12-01 2006-01-11 Rolls Royce Fuel Cell Systems An electrolysis apparatus
WO2008033452A2 (en) 2006-09-13 2008-03-20 Ceramatec, Inc. High purity hydrogen and electric power co-generation apparatus and method
JP2008084698A (ja) 2006-09-27 2008-04-10 Toshiba Corp 燃料改質装置及び燃料電池システム
US20080155984A1 (en) 2007-01-03 2008-07-03 Ke Liu Reforming system for combined cycle plant with partial CO2 capture
US9557057B2 (en) 2007-02-09 2017-01-31 Dale Robert Lutz Reliable carbon-neutral power generation system
WO2009031747A1 (en) 2007-09-06 2009-03-12 Korea Institute Of Machinery And Materials Power plant having pure oxygen combustor
US8062804B2 (en) * 2007-10-31 2011-11-22 Fuelcell Energy, Inc. Flow control assembly for use with fuel cell systems operating on fuels with varying fuel composition
US7935245B2 (en) 2007-12-21 2011-05-03 Uop Llc System and method of increasing synthesis gas yield in a fluid catalytic cracking unit
US8652694B2 (en) * 2008-03-04 2014-02-18 Fuelcell Energy, Inc. Water recovery assembly for transferring water from fuel cell cathode exhaust
US8366902B2 (en) 2008-03-24 2013-02-05 Battelle Energy Alliance, Llc Methods and systems for producing syngas
US20100058771A1 (en) 2008-07-07 2010-03-11 Osum Oil Sands Corp. Carbon removal from an integrated thermal recovery process
JP5137199B2 (ja) 2008-07-07 2013-02-06 東京瓦斯株式会社 大気中二酸化炭素の分離回収処理装置
US8062799B2 (en) 2008-08-19 2011-11-22 Fuelcell Energy, Inc. High-efficiency dual-stack molten carbonate fuel cell system
JP5496494B2 (ja) 2008-11-26 2014-05-21 中国電力株式会社 発電システム
EP2376404A1 (en) 2008-12-31 2011-10-19 Shell Oil Company Process for producing a methane-rich gas
JP5106461B2 (ja) 2009-03-27 2012-12-26 中国電力株式会社 二酸化炭素回収装置
US8153309B2 (en) 2009-05-27 2012-04-10 GM Global Technology Operations LLC Apparatus and method using hydrogen pressure in fuel cell electric vehicle
US8632922B2 (en) 2009-06-16 2014-01-21 Shell Oil Company Systems and processes for operating fuel cell systems
US8563186B2 (en) * 2009-06-16 2013-10-22 Shell Oil Company Systems and processes of operating fuel cell systems
KR20110114816A (ko) 2010-04-14 2011-10-20 삼성중공업 주식회사 연료전지 발전시스템을 이용한 이산화탄소 포집장치 및 그 방법
AU2010352713B2 (en) 2010-05-05 2014-07-31 Haldor Topsoe A/S Process for operating a high temperature fuel cell stack
US9819038B2 (en) 2011-03-31 2017-11-14 General Electric Company Fuel cell reforming system with carbon dioxide removal
DK2751307T3 (en) * 2011-08-29 2015-12-07 Karl-Hermann Busse ENERGY SUPPLY PLANT NAMELY FOR THE HOME ENGINEERING AREA.
US9190685B2 (en) * 2011-10-27 2015-11-17 Bloom Energy Corporation SOFC system with selective CO2 removal
FR2982422B1 (fr) 2011-11-09 2013-11-15 Saint Gobain Substrat conducteur pour cellule photovoltaique
KR102080819B1 (ko) 2011-11-21 2020-02-24 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 석유 연료를 사용한 화합된 수소 및 전기 생산 방법 및 그 시스템
DE102012206541A1 (de) 2012-04-20 2013-10-24 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung für die Hochtemperaturelektrolyse
US9664385B2 (en) 2012-09-17 2017-05-30 Phillips 66 Company Process for enabling carbon-capture from existing combustion processes
US9190676B2 (en) * 2012-09-28 2015-11-17 Fuelcell Energy, Inc. Flame stabilized mixer-eductor-oxidizer for high temperature fuel cells
EP2784187A1 (en) 2013-03-25 2014-10-01 Helmut-Schmidt-Universität/ Universität der Bundeswehr Hamburg High efficiency fuel cell
JP2014198789A (ja) 2013-03-29 2014-10-23 大阪瓦斯株式会社 メタンリッチガス製造システム
WO2015153064A1 (en) 2014-04-01 2015-10-08 Mclarty Dustin Poly-generating fuel cell with thermally balancing fuel processing
US9478819B2 (en) 2014-12-19 2016-10-25 Fuelcell Energy, Inc. High-efficiency molten carbonate fuel cell system and method
EP3054519B1 (en) 2015-02-03 2017-11-08 Technische Universität München Reversible fuel cell system and method for operating a fuel cell system
CN104847424B (zh) 2015-05-05 2016-05-18 华北电力大学 用熔融碳酸盐燃料电池捕获燃煤电厂co2的系统及方法
CA3005529C (en) 2015-11-16 2020-08-04 Fuelcell Energy, Inc. System for capturing co2 from a fuel cell

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010212141A (ja) * 2009-03-11 2010-09-24 Fuji Electric Systems Co Ltd 燃料電池発電装置
US20140272629A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Exxonmobil Research And Engineering Company Integration of Molten Carbonate Fuel Cells in a Refinery Setting
WO2015116964A1 (en) * 2014-01-31 2015-08-06 Fuelcell Energy, Inc. Reformer-electrolyzer-purifier (rep) assembly for hydrogen production, systems incorporating same and method of producing hydrogen

Also Published As

Publication number Publication date
CA3107513A1 (en) 2017-05-26
JP2018197393A (ja) 2018-12-13
CA3107519A1 (en) 2017-05-26
CN108431047B (zh) 2020-12-11
EP3406764A1 (en) 2018-11-28
KR20180073715A (ko) 2018-07-02
KR101992788B1 (ko) 2019-06-25
JP6639578B2 (ja) 2020-02-05
JP6639577B2 (ja) 2020-02-05
CA3005647C (en) 2021-03-23
CA3107519C (en) 2023-01-31
US10465305B2 (en) 2019-11-05
EP3406765A1 (en) 2018-11-28
CA3107513C (en) 2023-01-31
KR20180073714A (ko) 2018-07-02
JP2018197394A (ja) 2018-12-13
JP6640354B2 (ja) 2020-02-05
US20180261862A1 (en) 2018-09-13
KR101992791B1 (ko) 2019-06-25
KR101992794B1 (ko) 2019-06-25
JP2019501852A (ja) 2019-01-24
EP3377535A4 (en) 2019-07-31
CN108431047A (zh) 2018-08-21
EP3377535A1 (en) 2018-09-26
WO2017087518A1 (en) 2017-05-26
CA3005647A1 (en) 2017-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101939687B1 (ko) 수소 생성을 위한 개질기-전해조-정제기(ｒｅｐ) 어셈블리, 이를 통합한 시스템들 및 수소를 생성하는 방법
KR101992788B1 (ko) 부분 산화와 함께 rep를 사용한 수소 및 일산화탄소 생성
US5169717A (en) Method of preparing ammonia
KR101992123B1 (ko) 엔진과 함께 rep를 이용한 에너지 저장
US20230352702A1 (en) Hydrogen Generation Using a Fuel Cell System with an Rep
JP3872006B2 (ja) 燃料電池発電システム
JP2004164930A (ja) 燃料電池発電システム
JP2005174551A (ja) 固体酸化物形燃料電池
JP2005056735A (ja) 燃料電池発電システム

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant