JP2003109638A - Ｓｏｆｃ燃料リサイクルシステム - Google Patents
Ｓｏｆｃ燃料リサイクルシステムInfo
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＳＯＦＣの電池反応によって生成した二酸化
炭素および水蒸気を、廃熱を利用して燃料に再生するこ
とで、燃料消費量の大幅削減およびエネルギーの有効利
用を図れるリサイクルシステムを提供する。 【解決手段】ＳＯＦＣ燃料リサイクルシステムとして、
水素と一酸化炭素とを燃料とし、これらの燃料と酸化剤
との電気化学的結合により電気と熱とを発生させる固体
電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）と、このＳＯＦＣの燃料
排ガス路の先に、排気中に含まれる二酸化炭素と水蒸気
とから、水素および一酸化炭素を生成させる第１の反応
槽と、この第１の反応槽で生成した前記水素および一酸
化炭素をＳＯＦＣに戻す還流路とを設ける。
炭素および水蒸気を、廃熱を利用して燃料に再生するこ
とで、燃料消費量の大幅削減およびエネルギーの有効利
用を図れるリサイクルシステムを提供する。 【解決手段】ＳＯＦＣ燃料リサイクルシステムとして、
水素と一酸化炭素とを燃料とし、これらの燃料と酸化剤
との電気化学的結合により電気と熱とを発生させる固体
電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）と、このＳＯＦＣの燃料
排ガス路の先に、排気中に含まれる二酸化炭素と水蒸気
とから、水素および一酸化炭素を生成させる第１の反応
槽と、この第１の反応槽で生成した前記水素および一酸
化炭素をＳＯＦＣに戻す還流路とを設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池（solid-oxide fuel cells。以下、「ＳＯＦＣ」と
いう。）を利用した発電において、燃料を有効に使用す
るためのＳＯＦＣ燃料リサイクルシステムに関する。
電池（solid-oxide fuel cells。以下、「ＳＯＦＣ」と
いう。）を利用した発電において、燃料を有効に使用す
るためのＳＯＦＣ燃料リサイクルシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＯＦＣの燃料を効率的に使用する技術
については、たとえば特開平７−２３０８１６号公報に
開示されている。この発明では、原料となる都市ガス中
に含まれていてプレリフォーマ（原料ガス改質槽）で改
質できなかったＣ２以上の炭化水素を、燃料電池中で改
質してメタンにし、このメタンを含む燃料極出口ガスを
再循環させて使用している。また、廃熱を回収すること
も考慮している。
については、たとえば特開平７−２３０８１６号公報に
開示されている。この発明では、原料となる都市ガス中
に含まれていてプレリフォーマ（原料ガス改質槽）で改
質できなかったＣ２以上の炭化水素を、燃料電池中で改
質してメタンにし、このメタンを含む燃料極出口ガスを
再循環させて使用している。また、廃熱を回収すること
も考慮している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、原料
となる都市ガス等をいかに効率よく使用するかというこ
とおよび廃熱の回収に力点が置かれていて、電池反応で
生成し、廃ガスとなった二酸化炭素および水蒸気につい
ては外部へ排出してしまっていた。こうして排出された
二酸化炭素は地球の温暖化を促進させるおそれがあると
いう問題があった。
となる都市ガス等をいかに効率よく使用するかというこ
とおよび廃熱の回収に力点が置かれていて、電池反応で
生成し、廃ガスとなった二酸化炭素および水蒸気につい
ては外部へ排出してしまっていた。こうして排出された
二酸化炭素は地球の温暖化を促進させるおそれがあると
いう問題があった。
【０００４】本発明の目的は、ＳＯＦＣの電池反応によ
って生成した二酸化炭素および水蒸気を、廃熱を利用し
て燃料に再生することで、燃料消費量の大幅削減および
エネルギーの有効利用、さらに、二酸化炭素の排出量削
減による地球温暖化対策を図ることのできるＳＯＦＣ燃
料リサイクルシステムを提供することにある。
って生成した二酸化炭素および水蒸気を、廃熱を利用し
て燃料に再生することで、燃料消費量の大幅削減および
エネルギーの有効利用、さらに、二酸化炭素の排出量削
減による地球温暖化対策を図ることのできるＳＯＦＣ燃
料リサイクルシステムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のＳＯＦＣ燃料リサイクルシステムにあって
は、水素と一酸化炭素とを燃料とし、これらの燃料と酸
化剤との電気化学的結合により電気と熱とを発生させる
ＳＯＦＣモジュールと、このＳＯＦＣモジュールの燃料
排ガス路の先に、排気中に含まれる二酸化炭素と水蒸気
とから水素および一酸化炭素を生成させる第１の反応槽
と、この第１の反応槽で生成した前記水素および一酸化
炭素をＳＯＦＣに戻す還流路とを設けた。
め、本発明のＳＯＦＣ燃料リサイクルシステムにあって
は、水素と一酸化炭素とを燃料とし、これらの燃料と酸
化剤との電気化学的結合により電気と熱とを発生させる
ＳＯＦＣモジュールと、このＳＯＦＣモジュールの燃料
排ガス路の先に、排気中に含まれる二酸化炭素と水蒸気
とから水素および一酸化炭素を生成させる第１の反応槽
と、この第１の反応槽で生成した前記水素および一酸化
炭素をＳＯＦＣに戻す還流路とを設けた。
【０００６】前記ＳＯＦＣモジュールには、単体のＳＯ
ＦＣも含むものとし、またＳＯＦＣモジュールに燃料で
ある水素と一酸化炭素と供給するための原料ガス改質槽
と、さらに燃料供給路および排気路、酸化剤供給路およ
び排気路とを備えてＳＯＦＣシステムとし、このＳＯＦ
Ｃシステム内の燃料排ガス路に、前記第１の反応槽が設
けられている。なお前記第１の反応槽には、槽内温度を
６５０℃以上に保つ手段が講じられていることが好まし
い。
ＦＣも含むものとし、またＳＯＦＣモジュールに燃料で
ある水素と一酸化炭素と供給するための原料ガス改質槽
と、さらに燃料供給路および排気路、酸化剤供給路およ
び排気路とを備えてＳＯＦＣシステムとし、このＳＯＦ
Ｃシステム内の燃料排ガス路に、前記第１の反応槽が設
けられている。なお前記第１の反応槽には、槽内温度を
６５０℃以上に保つ手段が講じられていることが好まし
い。
【０００７】また還流路途中に、水素と未反応二酸化炭
素とから、メタノールおよび／またはメタンを生成させ
る第２の反応槽を設けることも好ましい。さらにこの第
２の反応槽には、槽内温度を１５０℃以上に保つ手段が
講じられていることも好ましい。また前記第１の反応槽
と第２の反応槽との間に一酸化炭素分離槽と、この一酸
化炭素分離槽で分離された一酸化炭素を前記ＳＯＦＣモ
ジュールに送る回路とを設けることも好ましい。
素とから、メタノールおよび／またはメタンを生成させ
る第２の反応槽を設けることも好ましい。さらにこの第
２の反応槽には、槽内温度を１５０℃以上に保つ手段が
講じられていることも好ましい。また前記第１の反応槽
と第２の反応槽との間に一酸化炭素分離槽と、この一酸
化炭素分離槽で分離された一酸化炭素を前記ＳＯＦＣモ
ジュールに送る回路とを設けることも好ましい。
【０００８】
【発明の実施の態様】以下に本発明の実施の態様を添付
図面に基づいて説明する。図１は本発明のＳＯＦＣ燃料
リサイクルシステムの一例を示す概念図であり、本実施
例においては燃料電池としてＳＯＦＣモジュール１が備
えられている。
図面に基づいて説明する。図１は本発明のＳＯＦＣ燃料
リサイクルシステムの一例を示す概念図であり、本実施
例においては燃料電池としてＳＯＦＣモジュール１が備
えられている。
【０００９】ＳＯＦＣモジュール１は、複数のＳＯＦＣ
を電気的に直列に繋げたスタックと呼ばれる単位を直列
または並列（またはその両方）に組み合わせたものであ
る。スタックは単体で使用される場合もある。
を電気的に直列に繋げたスタックと呼ばれる単位を直列
または並列（またはその両方）に組み合わせたものであ
る。スタックは単体で使用される場合もある。
【００１０】ＳＯＦＣモジュール１は、原料ガスを導入
するための原料ガス導入路２、原料ガス導入路２から導
入された原料ガスを改質するための原料ガス改質槽３、
原料ガス改質槽３で改質された燃料をＳＯＦＣモジュー
ル１へ送る燃料供給路４、ＳＯＦＣの電池反応により発
生した廃ガスを排出するための排ガス路５、ＳＯＦＣモ
ジュール１へ酸化剤である空気を供給するための空気供
給路６、および空気排出路７までを組み合わせてＳＯＦ
Ｃシステムを構成している。
するための原料ガス導入路２、原料ガス導入路２から導
入された原料ガスを改質するための原料ガス改質槽３、
原料ガス改質槽３で改質された燃料をＳＯＦＣモジュー
ル１へ送る燃料供給路４、ＳＯＦＣの電池反応により発
生した廃ガスを排出するための排ガス路５、ＳＯＦＣモ
ジュール１へ酸化剤である空気を供給するための空気供
給路６、および空気排出路７までを組み合わせてＳＯＦ
Ｃシステムを構成している。
【００１１】上記ＳＯＦＣシステムの排ガス路５は、廃
ガス中の二酸化炭素と水蒸気から一酸化炭素と水素とを
生成させるための第１の反応槽８と連結され、この第１
の反応槽８はさらに本槽で生成した一酸化炭素を分離す
るための一酸化炭素分離槽９に連結されている。一酸化
炭素分離槽９は、ここで分離された一酸化炭素をＳＯＦ
Ｃモジュール１へ戻すため、一酸化炭素還流路１０を通
じて燃料供給路４と連結されている。
ガス中の二酸化炭素と水蒸気から一酸化炭素と水素とを
生成させるための第１の反応槽８と連結され、この第１
の反応槽８はさらに本槽で生成した一酸化炭素を分離す
るための一酸化炭素分離槽９に連結されている。一酸化
炭素分離槽９は、ここで分離された一酸化炭素をＳＯＦ
Ｃモジュール１へ戻すため、一酸化炭素還流路１０を通
じて燃料供給路４と連結されている。
【００１２】また一酸化炭素分離槽９は第２の反応槽１
１と連結されていて、一酸化炭素分離槽９から排出され
る一酸化炭素以外の成分（生成した水素、未反応二酸化
炭素、およびその他ガス）を送りだす。そして第２の反
応槽１１は、ここで生成したメタノールやメタンを再使
用するため、原料ガス還流路１２を通じて原料ガス改質
槽３へ連結している。なお、原料ガス還流路１２には、
水蒸気を系内に取り入れるための水蒸気導入路１３が設
けられている。
１と連結されていて、一酸化炭素分離槽９から排出され
る一酸化炭素以外の成分（生成した水素、未反応二酸化
炭素、およびその他ガス）を送りだす。そして第２の反
応槽１１は、ここで生成したメタノールやメタンを再使
用するため、原料ガス還流路１２を通じて原料ガス改質
槽３へ連結している。なお、原料ガス還流路１２には、
水蒸気を系内に取り入れるための水蒸気導入路１３が設
けられている。
【００１３】次に、このＳＯＦＣ燃料リサイクルシステ
ムの運転方法を説明する。まず、原料ガスの導入である
が、使用する原料ガスとしては原料ガス改質槽３によっ
てＳＯＦＣモジュール１に水素および一酸化炭素を供給
できるものであればどのようなものであっても良く、一
例として都市ガス、天然ガス、メタノール、メタンガス
等を挙げることができる。
ムの運転方法を説明する。まず、原料ガスの導入である
が、使用する原料ガスとしては原料ガス改質槽３によっ
てＳＯＦＣモジュール１に水素および一酸化炭素を供給
できるものであればどのようなものであっても良く、一
例として都市ガス、天然ガス、メタノール、メタンガス
等を挙げることができる。
【００１４】原料ガス改質槽３には上記原料ガスと、水
蒸気導入路１３から水蒸気とが導入され、発生した水素
と一酸化炭素は燃料としてＳＯＦＣモジュール１へ送ら
れる。ＳＯＦＣモジュール１内では、空気供給路６から
導入された空気中の酸素により、水素と一酸化炭素が電
気化学的に酸化されて二酸化炭素と水になり電力と熱が
発生する。このときのＳＯＦＣモジュール１の温度は９
００〜１０００℃であることが好ましい。
蒸気導入路１３から水蒸気とが導入され、発生した水素
と一酸化炭素は燃料としてＳＯＦＣモジュール１へ送ら
れる。ＳＯＦＣモジュール１内では、空気供給路６から
導入された空気中の酸素により、水素と一酸化炭素が電
気化学的に酸化されて二酸化炭素と水になり電力と熱が
発生する。このときのＳＯＦＣモジュール１の温度は９
００〜１０００℃であることが好ましい。
【００１５】ＳＯＦＣモジュール１から排ガス路５を通
じて第１の反応槽８へ送られた高温の廃ガス（ガス温度
７００〜８００℃。反応物である二酸化炭素と水ととも
に、未反応の一酸化炭素と水素も含まれる）は、第１の
反応槽８のセラミックス等に担持された炭素との反応に
よって水は一酸化炭素と水素に、二酸化炭素は一酸化炭
素に変換される。第１の反応槽８には、上記変換を促進
するための触媒を含ませることが好ましい。このような
触媒の例としてはＮｉ、Ｐｔ、Ｒｕ等の金属類、Ｃｕ
Ｏ、ＺｎＯ等の金属酸化物類、Ａ1-xＭxＢＯ3（ここで
ＡはＬａ、Ｙ、またはＳｍ、ＭはＳｒ、Ｃａ、またはＢ
ａ、ＢはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕまたはＺｎである。）やＢｉ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2
にＹ2Ｏ3あるいはＧｄ2Ｏ3等の金属酸化物がドープされ
たセラミックスを挙げることができる。触媒は、炭素組
織の中に触媒微粒子を担持させたり、炭素とハイブリッ
ドの粉末としたり、また、炭素の周りにコーティングす
る等の方法で使用する。
じて第１の反応槽８へ送られた高温の廃ガス（ガス温度
７００〜８００℃。反応物である二酸化炭素と水ととも
に、未反応の一酸化炭素と水素も含まれる）は、第１の
反応槽８のセラミックス等に担持された炭素との反応に
よって水は一酸化炭素と水素に、二酸化炭素は一酸化炭
素に変換される。第１の反応槽８には、上記変換を促進
するための触媒を含ませることが好ましい。このような
触媒の例としてはＮｉ、Ｐｔ、Ｒｕ等の金属類、Ｃｕ
Ｏ、ＺｎＯ等の金属酸化物類、Ａ1-xＭxＢＯ3（ここで
ＡはＬａ、Ｙ、またはＳｍ、ＭはＳｒ、Ｃａ、またはＢ
ａ、ＢはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕまたはＺｎである。）やＢｉ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2
にＹ2Ｏ3あるいはＧｄ2Ｏ3等の金属酸化物がドープされ
たセラミックスを挙げることができる。触媒は、炭素組
織の中に触媒微粒子を担持させたり、炭素とハイブリッ
ドの粉末としたり、また、炭素の周りにコーティングす
る等の方法で使用する。
【００１６】また、第１の反応槽８には、一酸化炭素の
吸収剤を含ませておいても良い。吸収剤によって生成物
である一酸化炭素が吸収されると反応が促進され、その
結果、水素を多く得ることができる。このような一酸化
炭素の吸収剤としては塩化銅を挙げることができる。
吸収剤を含ませておいても良い。吸収剤によって生成物
である一酸化炭素が吸収されると反応が促進され、その
結果、水素を多く得ることができる。このような一酸化
炭素の吸収剤としては塩化銅を挙げることができる。
【００１７】第１の反応槽８を設ける場所としては、Ｓ
ＯＦＣシステムの内側またはＳＯＦＣシステムの外側の
２箇所がある。もしＳＯＦＣ電池反応で発生する熱が、
ＳＯＦＣシステム内側に含まれる他の部分（空気燃焼
室、マニホールド、原料ガス改質槽３等）で使われる熱
量と、第１の反応槽８で使われる熱量との総和よりも大
きければ、ＳＯＦＣシステム内に設置することが可能で
あり、小さければＳＯＦＣシステム外に置くことにな
る。
ＯＦＣシステムの内側またはＳＯＦＣシステムの外側の
２箇所がある。もしＳＯＦＣ電池反応で発生する熱が、
ＳＯＦＣシステム内側に含まれる他の部分（空気燃焼
室、マニホールド、原料ガス改質槽３等）で使われる熱
量と、第１の反応槽８で使われる熱量との総和よりも大
きければ、ＳＯＦＣシステム内に設置することが可能で
あり、小さければＳＯＦＣシステム外に置くことにな
る。
【００１８】メタンガスの水蒸気改質によって得た燃料
を使用した場合の熱量計算例を示すと以下のようにな
る。 ・ＳＯＦＣモジュール１の電池反応 （１）Ｈ2＋1/2Ｏ2＝Ｈ2Ｏ ……（熱量Ｑ１＝＋２５
０ＫＪ／ｍｏｌ） （２）ＣＯ＋1/2Ｏ2＝ＣＯ2 ……（熱量Ｑ２＝＋２８
０ＫＪ／ｍｏｌ） ・第１の反応槽８の反応 （３）Ｃ＋Ｈ2Ｏ＝ＣＯ＋Ｈ2 ……（熱量Ｑ３＝−１
３５ＫＪ／ｍｏｌ） （４）Ｃ＋ＣＯ2＝２Ｃ０ ……（熱量Ｑ４＝−１
６８ＫＪ／ｍｏｌ） ここで、メタンガス（ＣＨ4）が原料の場合は燃料のＨ2
／ＣＯは３／１となり、上記（１）〜（４）の反応が完
全に進行したと仮定すると、熱量の総和はＱWは次式の
ようにプラスの値となる。 ＱW＝３Ｑ１＋Ｑ２＋３Ｑ３＋Ｑ４＝＋４５７ＫＪ／ｍ
ｏｌ したがって、この条件においては第１の反応槽８をＳＯ
ＦＣシステム内に設置することが可能である。
を使用した場合の熱量計算例を示すと以下のようにな
る。 ・ＳＯＦＣモジュール１の電池反応 （１）Ｈ2＋1/2Ｏ2＝Ｈ2Ｏ ……（熱量Ｑ１＝＋２５
０ＫＪ／ｍｏｌ） （２）ＣＯ＋1/2Ｏ2＝ＣＯ2 ……（熱量Ｑ２＝＋２８
０ＫＪ／ｍｏｌ） ・第１の反応槽８の反応 （３）Ｃ＋Ｈ2Ｏ＝ＣＯ＋Ｈ2 ……（熱量Ｑ３＝−１
３５ＫＪ／ｍｏｌ） （４）Ｃ＋ＣＯ2＝２Ｃ０ ……（熱量Ｑ４＝−１
６８ＫＪ／ｍｏｌ） ここで、メタンガス（ＣＨ4）が原料の場合は燃料のＨ2
／ＣＯは３／１となり、上記（１）〜（４）の反応が完
全に進行したと仮定すると、熱量の総和はＱWは次式の
ようにプラスの値となる。 ＱW＝３Ｑ１＋Ｑ２＋３Ｑ３＋Ｑ４＝＋４５７ＫＪ／ｍ
ｏｌ したがって、この条件においては第１の反応槽８をＳＯ
ＦＣシステム内に設置することが可能である。
【００１９】なお、上記（３）Ｃ＋Ｈ2Ｏ＝ＣＯ＋Ｈ2の
反応は６５０℃以上、また、上記（４）Ｃ＋ＣＯ2＝２
Ｃ０の反応は７００℃以上の温度で活発化するため、第
１の反応槽８の槽内温度は６５０℃以上、さらには７０
０℃以上が好ましい。このような温度条件は、上記熱量
計算の結果がプラスの値であれば第１の反応槽８をＳＯ
ＦＣシステム内に設置することで維持することができ
る。また、第１の反応槽８をＳＯＦＣシステム外に設置
する場合は、別途加熱装置を備える必要がある。
反応は６５０℃以上、また、上記（４）Ｃ＋ＣＯ2＝２
Ｃ０の反応は７００℃以上の温度で活発化するため、第
１の反応槽８の槽内温度は６５０℃以上、さらには７０
０℃以上が好ましい。このような温度条件は、上記熱量
計算の結果がプラスの値であれば第１の反応槽８をＳＯ
ＦＣシステム内に設置することで維持することができ
る。また、第１の反応槽８をＳＯＦＣシステム外に設置
する場合は、別途加熱装置を備える必要がある。
【００２０】第１の反応槽８を出て一酸化炭素分離槽９
に入るガス中には、上記（３）と（４）の反応の結果生
じた水素と一酸化炭素が含まれていて、ここで一酸化炭
素のみが分離されて一酸化炭素還流路１０を通って燃料
供給路４へ送られ、燃料として再利用される。一酸化炭
素の分離方法としては、活性炭に塩化銅を担持した吸着
剤等の一酸化炭素吸着剤を設け、一酸化炭素を吸着分離
させる一酸化炭素ＰＡＳ法がある。
に入るガス中には、上記（３）と（４）の反応の結果生
じた水素と一酸化炭素が含まれていて、ここで一酸化炭
素のみが分離されて一酸化炭素還流路１０を通って燃料
供給路４へ送られ、燃料として再利用される。一酸化炭
素の分離方法としては、活性炭に塩化銅を担持した吸着
剤等の一酸化炭素吸着剤を設け、一酸化炭素を吸着分離
させる一酸化炭素ＰＡＳ法がある。
【００２１】なお、一酸化炭素分離槽９はオプションで
あり、第１の反応槽８から生成した一酸化炭素と水素を
そのまま燃料供給路４へ送ることもできる。しかし、一
酸化炭素分離槽９を設けると、かなりの高温を維持した
まま一酸化炭素をＳＯＦＣモジュール１へ戻すことがで
きるためエネルギー・ロスが少なくて済む。また、第２
の反応槽１１への一酸化炭素の流入を防ぐことができる
ため、第２の反応槽１１における二酸化炭素と水素との
反応を一酸化反応が妨害することなく十分に行なわせる
ことができる。
あり、第１の反応槽８から生成した一酸化炭素と水素を
そのまま燃料供給路４へ送ることもできる。しかし、一
酸化炭素分離槽９を設けると、かなりの高温を維持した
まま一酸化炭素をＳＯＦＣモジュール１へ戻すことがで
きるためエネルギー・ロスが少なくて済む。また、第２
の反応槽１１への一酸化炭素の流入を防ぐことができる
ため、第２の反応槽１１における二酸化炭素と水素との
反応を一酸化反応が妨害することなく十分に行なわせる
ことができる。
【００２２】次に、一酸化炭素を除去したガスは第２の
反応槽１１に送られる。なお、この第２の反応槽１１も
オプションであり、第２の反応槽１１のみを設置しない
リサイクルシステム、および一酸化炭素分離槽９と第２
の反応槽１１の両方を設置しないリサイクルシステムも
本発明の範囲である。
反応槽１１に送られる。なお、この第２の反応槽１１も
オプションであり、第２の反応槽１１のみを設置しない
リサイクルシステム、および一酸化炭素分離槽９と第２
の反応槽１１の両方を設置しないリサイクルシステムも
本発明の範囲である。
【００２３】しかし、第２の反応槽１１を設置すれば、
ＳＯＦＣモジュール１で発生した廃ガス中の全ての成分
をリサイクルの対象とすることができる。第２の反応槽
１１では次式の反応が進行する。 （５）ＣＯ2＋３Ｈ2＝ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ （６）ＣＯ2＋４Ｈ2＝ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ こうして生成したメタノールやメタンはＳＯＦＣの原料
として原料ガス還流路１２を通じて原料ガス改質槽３へ
送ることができる。また、水蒸気および残存する廃熱も
一緒に戻すことができるため外部からの水蒸気供給量や
加熱エネルギーを節約することができる。
ＳＯＦＣモジュール１で発生した廃ガス中の全ての成分
をリサイクルの対象とすることができる。第２の反応槽
１１では次式の反応が進行する。 （５）ＣＯ2＋３Ｈ2＝ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ （６）ＣＯ2＋４Ｈ2＝ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ こうして生成したメタノールやメタンはＳＯＦＣの原料
として原料ガス還流路１２を通じて原料ガス改質槽３へ
送ることができる。また、水蒸気および残存する廃熱も
一緒に戻すことができるため外部からの水蒸気供給量や
加熱エネルギーを節約することができる。
【００２４】第２の反応槽１１における反応を効率よく
進行させるため、触媒を利用したり、高圧条件とした
り、マイクロリアクターのような特殊な反応器を使用す
ることができる。また反応温度は１５０℃以上が好まし
いが、一酸化炭素分離槽９から出てくるガスは十分に高
温であるため、この１５０℃以上という条件を維持する
ことができる。触媒に関しては、メタノール生成用とし
てＣｕ／ＺｎＯ2／Ｃｒ等の金属酸化物やＰｄ、Ｎｉ、
Ｒｕ等の金属をチタニア、アルミナ等で担持させたもの
が挙げられる。また、メタン生成用触媒としてはニッケ
ル化合物が代表的なものである。
進行させるため、触媒を利用したり、高圧条件とした
り、マイクロリアクターのような特殊な反応器を使用す
ることができる。また反応温度は１５０℃以上が好まし
いが、一酸化炭素分離槽９から出てくるガスは十分に高
温であるため、この１５０℃以上という条件を維持する
ことができる。触媒に関しては、メタノール生成用とし
てＣｕ／ＺｎＯ2／Ｃｒ等の金属酸化物やＰｄ、Ｎｉ、
Ｒｕ等の金属をチタニア、アルミナ等で担持させたもの
が挙げられる。また、メタン生成用触媒としてはニッケ
ル化合物が代表的なものである。
【００２５】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のＳＯＦ
Ｃ燃料リサイクルシステムは、ＳＯＦＣの燃料排ガス路
の先に第１の反応槽を設けたため、排気中に含まれる二
酸化炭素と水蒸気とから、ＳＯＦＣの燃料となる水素お
よび一酸化炭素を生成させることができる。また、ＳＯ
ＦＣシステム内の燃料排ガス路に、前記第１の反応槽を
設けた場合には、ＳＯＦＣモジュールで発生した熱を利
用して第１の反応槽内で燃料の生成を行なうことができ
る。
Ｃ燃料リサイクルシステムは、ＳＯＦＣの燃料排ガス路
の先に第１の反応槽を設けたため、排気中に含まれる二
酸化炭素と水蒸気とから、ＳＯＦＣの燃料となる水素お
よび一酸化炭素を生成させることができる。また、ＳＯ
ＦＣシステム内の燃料排ガス路に、前記第１の反応槽を
設けた場合には、ＳＯＦＣモジュールで発生した熱を利
用して第１の反応槽内で燃料の生成を行なうことができ
る。
【００２６】また第１の反応槽を、槽内温度６５０℃以
上に保たれる位置に設ければ、炭素と水あるいは二酸化
炭素との反応を順調に行なうことができる。さらにガス
還流路途中に、水素と未反応二酸化炭素とから、メタノ
ールおよび／またはメタンを生成させる第２の反応槽を
設ければ、ＳＯＦＣモジュールで発生した廃ガス中の全
ての成分をリサイクルの対象とすることができる。また
第２の反応槽は、槽内温度１５０℃以上に保たれていれ
ば、メタノールおよび／またはメタンを効率よく生成す
ることができる。
上に保たれる位置に設ければ、炭素と水あるいは二酸化
炭素との反応を順調に行なうことができる。さらにガス
還流路途中に、水素と未反応二酸化炭素とから、メタノ
ールおよび／またはメタンを生成させる第２の反応槽を
設ければ、ＳＯＦＣモジュールで発生した廃ガス中の全
ての成分をリサイクルの対象とすることができる。また
第２の反応槽は、槽内温度１５０℃以上に保たれていれ
ば、メタノールおよび／またはメタンを効率よく生成す
ることができる。
【００２７】さらに、前記第１の反応槽と第２の反応槽
との間に一酸化炭素分離槽を設ければ、かなりの高温を
維持したまま一酸化炭素をＳＯＦＣモジュールへ戻すこ
とができるためエネルギー・ロスが少なくて済む。ま
た、第２の反応槽への一酸化炭素の流入を防ぐことがで
きるため、第２の反応槽における二酸化炭素と水素との
反応を一酸化反応が妨害することなく十分に行なわせる
ことができる。
との間に一酸化炭素分離槽を設ければ、かなりの高温を
維持したまま一酸化炭素をＳＯＦＣモジュールへ戻すこ
とができるためエネルギー・ロスが少なくて済む。ま
た、第２の反応槽への一酸化炭素の流入を防ぐことがで
きるため、第２の反応槽における二酸化炭素と水素との
反応を一酸化反応が妨害することなく十分に行なわせる
ことができる。
【図１】 本発明のＳＯＦＣ燃料リサイクルシステムの
一例を示す概念図。
一例を示す概念図。
１…ＳＯＦＣモジュール、２…原料ガス導入路、３…原
料ガス改質槽、４…燃料供給路、５…排ガス路、６…空
気供給路、７…空気排出路、８…第１の反応槽、９…一
酸化炭素分離槽、１０…一酸化炭素還流路、１１…第２
の反応槽、１２…原料ガス還流路、１３…水蒸気導入路
料ガス改質槽、４…燃料供給路、５…排ガス路、６…空
気供給路、７…空気排出路、８…第１の反応槽、９…一
酸化炭素分離槽、１０…一酸化炭素還流路、１１…第２
の反応槽、１２…原料ガス還流路、１３…水蒸気導入路
Claims (6)
- 【請求項１】 水素と一酸化炭素とを燃料とし、これら
の燃料と酸化剤との電気化学的結合により電気と熱とを
発生させるＳＯＦＣ（固体電解質型燃料電池）モジュー
ルと、このＳＯＦＣモジュールの燃料排ガス路に、排気
中に含まれる二酸化炭素と水蒸気から水素および一酸化
炭素を生成させる第１の反応槽と、この第１の反応槽で
生成した前記水素および一酸化炭素をＳＯＦＣに戻す還
流路とを設けたことを特徴とするＳＯＦＣ燃料リサイク
ルシステム。 - 【請求項２】 請求項１に記載のＳＯＦＣ燃料リサイク
ルシステムにおいて、この燃料リサイクルシステムは、
前記ＳＯＦＣモジュールに燃料である水素と一酸化炭素
と供給するための原料ガス改質槽、燃料供給路および排
気路、酸化剤供給路および排気路を備え、このシステム
内の燃料排ガス路に前記第１の反応槽が設けられている
ことを特徴とするＳＯＦＣ燃料リサイクルシステム。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のＳＯＦ
Ｃ燃料リサイクルシステムにおいて、前記第１の反応槽
には槽内温度を６５０℃以上に保つ手段が講じられてい
ることを特徴とするＳＯＦＣ燃料リサイクルシステム。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の
ＳＯＦＣ燃料リサイクルシステムにおいて、前記還流路
途中に、水素と未反応二酸化炭素とからメタノールおよ
び／またはメタンを生成させる第２の反応槽を設けたこ
とを特徴とするＳＯＦＣ燃料リサイクルシステム。 - 【請求項５】 請求項４に記載のＳＯＦＣ燃料リサイク
ルシステムにおいて、前記第２の反応槽には槽内温度を
１５０℃以上に保つ手段が講じられていることを特徴と
するＳＯＦＣ燃料リサイクルシステム。 - 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載のＳＯＦ
Ｃ燃料リサイクルシステムにおいて、前記第１の反応槽
と第２の反応槽との間に一酸化炭素分離槽と、この一酸
化炭素分離槽で分離された一酸化炭素を前記ＳＯＦＣモ
ジュールに送る回路とを設けたことを特徴とするＳＯＦ
Ｃ燃料リサイクルシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001297736A JP2003109638A (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | Ｓｏｆｃ燃料リサイクルシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001297736A JP2003109638A (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | Ｓｏｆｃ燃料リサイクルシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003109638A true JP2003109638A (ja) | 2003-04-11 |
Family
ID=19118757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001297736A Pending JP2003109638A (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | Ｓｏｆｃ燃料リサイクルシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003109638A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007103014A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP2008204783A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システムとその冷却方法 |
| EP2450994A1 (en) * | 2010-11-09 | 2012-05-09 | Institute of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council | Process and apparatus of CO2 energy source adopted in solid oxide fuel cell - CO2 energy conversion cycle |
| JP2021051938A (ja) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | 一般財団法人電力中央研究所 | ダイレクトカーボン燃料電池を用いた発電システム |
| CN115433613A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-12-06 | 安徽华塑股份有限公司 | 一种电石炉尾气回收装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04289673A (ja) * | 1990-08-29 | 1992-10-14 | Mitsubishi Electric Corp | 内部改質溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
| JPH0547395A (ja) * | 1991-08-16 | 1993-02-26 | Chubu Electric Power Co Inc | 燃料電池発電装置 |
| JPH07230816A (ja) * | 1994-02-16 | 1995-08-29 | Tokyo Gas Co Ltd | 内部改質型固体電解質燃料電池システム |
| JP2000058091A (ja) * | 1998-07-31 | 2000-02-25 | Sulzer Hexis Ag | 高温燃料電池を有するプラント |
-
2001
- 2001-09-27 JP JP2001297736A patent/JP2003109638A/ja active Pending
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| JP7290528B2 (ja) | 2019-09-25 | 2023-06-13 | 一般財団法人電力中央研究所 | ダイレクトカーボン燃料電池を用いた発電システム |
| CN115433613A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-12-06 | 安徽华塑股份有限公司 | 一种电石炉尾气回收装置 |
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|---|---|---|---|
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