JPH0221103B2 - - Google Patents
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- JPH0221103B2 JPH0221103B2 JP56082570A JP8257081A JPH0221103B2 JP H0221103 B2 JPH0221103 B2 JP H0221103B2 JP 56082570 A JP56082570 A JP 56082570A JP 8257081 A JP8257081 A JP 8257081A JP H0221103 B2 JPH0221103 B2 JP H0221103B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はメタノールを含む原料ガスのスチーム
リフオーミングにより生成する水素ガスを燃料と
し、加圧された空気を酸化剤として用いる燃料電
池を利用した燃料電池発電方法及び設備の改良に
関する。更に詳しくは、スチームリフオーミング
の熱源を変更することによる燃料電池発電設備の
簡略化及び低温の排熱の有効利用に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a fuel cell power generation method and equipment using a fuel cell that uses hydrogen gas produced by steam reforming of raw material gas containing methanol as a fuel and pressurized air as an oxidizing agent. Regarding improvements. More specifically, the present invention relates to the simplification of fuel cell power generation equipment and the effective use of low-temperature waste heat by changing the heat source of steam reforming.
燃料電池は発電効率が高く、大気汚染等の公害
問題が殆どないことから、近年、可搬式及び定置
用発電設備として注目されており、その改良に関
する研究が盛んに行なわれている。現在、定置用
発電設備として実用性が高いと考えられているシ
ステムは、炭化水素、メタノール等を含む原料ガ
スのスチームリフオーミングによつて水素を生成
するリフオーマと、この水素を燃料とし空気を酸
化剤とする燃料電池と、加圧空気の発生装置とを
有するものである。燃料電池の電解質としては、
例えばリン酸水溶液が用いられ、リフオーミング
原料炭化水素等としては、例えば天然ガス、ナフ
サ、メタノール、石油ガス等が用いられるが、中
でもメタノールは他の炭化水素に比べると、低温
でスチームリフオーミングが可能なこと、及び常
温で液体であるため貯蔵や取扱いが簡単なことか
ら注目されている。 Since fuel cells have high power generation efficiency and almost no pollution problems such as air pollution, they have recently attracted attention as portable and stationary power generation equipment, and research on improving them has been actively conducted. Currently, the systems that are considered to be highly practical as stationary power generation equipment are a reformer that generates hydrogen by steam reforming of raw material gas containing hydrocarbons, methanol, etc., and a reformer that uses this hydrogen as fuel and generates air. It has a fuel cell as an oxidizer and a pressurized air generator. As an electrolyte for fuel cells,
For example, an aqueous phosphoric acid solution is used, and natural gas, naphtha, methanol, petroleum gas, etc. are used as raw material hydrocarbons for reforming, but methanol is more difficult to steam reform at a low temperature than other hydrocarbons. It is attracting attention because it is easy to store and handle because it is liquid at room temperature.
燃料電池による発電が他の方法による発電に経
済的に比肩し得るには、その総合熱効率を徹底し
て高めることが重要であり、このための種々な方
法が研究されてきている。燃料電池の燃料ガスと
して、炭化水素等のスチームリフオーミングによ
り得られる水素ガスを使用する場合には、通常こ
の燃料ガスには炭酸ガスやメタンのような不活性
なガスが含まれるため、電池内における水素の分
圧を必要な水準に保持するには電池に供給された
燃料ガスの一部を継続的に電池外へ排出すること
が必要である。この排出されるガス(以下、燃料
残ガスと略記)をリフオーマ用の燃料ガスとして
燃焼させ利用することは、発電の総合熱効率を上
げる方法として一般に採用されている。 In order for power generation by fuel cells to be economically comparable to power generation by other methods, it is important to thoroughly increase its overall thermal efficiency, and various methods for this purpose have been studied. When using hydrogen gas obtained by steam reforming of hydrocarbons etc. as the fuel gas for a fuel cell, this fuel gas usually contains inert gases such as carbon dioxide and methane, so the battery In order to maintain the partial pressure of hydrogen within the cell at the required level, it is necessary to continuously discharge a portion of the fuel gas supplied to the cell to the outside of the cell. Combustion and utilization of this discharged gas (hereinafter abbreviated as fuel residual gas) as fuel gas for a re-former is generally adopted as a method of increasing the overall thermal efficiency of power generation.
また、燃料電池そのものの効率、すなわち燃料
電池で消費される水素の持つ有効エネルギーに対
する燃料電池の電気出力の割合は、燃料電池の運
転温度が高い程、また燃料極(水素極)側の水素
分圧が高い程、さらに空気極(酸素極)側の酸素
分圧が高い程高くなる。従つて、燃料電池の運転
条件は、その構造及び装置材料に許容される範囲
で高温かつ高圧が選ばれる。例えばリン酸水溶液
を電解質とする燃料電池においては、通常150〜
220℃程度及び1〜10気圧程度がその運転条件と
して選定される。燃料電池では消費された水素の
エネルギーの一部が熱に変わるため、運転条件を
一定に保つためには除熱が必要である。この除熱
に際して、多量の熱が一般的にはスチームの形で
回収されるが、その一部はリフオーミング原料等
の予熱等に利用されるものの、かなりの余剰スチ
ームが発生しているのが現状である。 In addition, the efficiency of the fuel cell itself, that is, the ratio of the electrical output of the fuel cell to the effective energy of the hydrogen consumed in the fuel cell, increases as the operating temperature of the fuel cell increases, and the hydrogen content on the fuel electrode (hydrogen electrode) side increases. The higher the pressure, and the higher the oxygen partial pressure on the air electrode (oxygen electrode) side, the higher it becomes. Therefore, the operating conditions for the fuel cell are selected to be high temperature and high pressure within the range permitted by its structure and device materials. For example, in a fuel cell using an aqueous phosphoric acid solution as an electrolyte, it is usually 150~
Approximately 220°C and approximately 1 to 10 atmospheres are selected as the operating conditions. In fuel cells, part of the energy from the consumed hydrogen is converted into heat, so heat removal is necessary to maintain constant operating conditions. During this heat removal, a large amount of heat is generally recovered in the form of steam. Although some of this heat is used for preheating the reforming raw materials, etc., a considerable amount of surplus steam is currently generated. It is.
本発明者らは、この余剰スチームに着眼し、そ
の有効利用につき種々検討を行なつた結果、リフ
オーミング反応を比較的低温で実施することによ
り、この余剰スチームをリフオーマの熱源とする
ことが可能になり、従来リフオーマの熱源として
いた質的にはより優れた燃料残ガスの消費を減少
させ、燃料電池の総合熱効率を高めることができ
ることを見い出し本発明を完成するに到つた。 The present inventors focused on this surplus steam and conducted various studies on its effective use, and as a result, they found that by carrying out the reforming reaction at a relatively low temperature, it is possible to use this surplus steam as a heat source for the reformer. Therefore, the present inventors have discovered that it is possible to reduce the consumption of the qualitatively superior fuel residual gas, which was conventionally used as a heat source for a re-former, and to improve the overall thermal efficiency of the fuel cell, thereby completing the present invention.
すなわち、本発明は空気を酸化剤とし、メタノ
ールのスチームリフオーミングにより生成する水
素を燃料とする燃料電池を用いて発電するに際し
て、前記スチームリフオーミングを実施するリフ
オーマの熱源の少なくとも一部として、前記燃料
電池において発生する排熱を用いることを特徴と
する燃料電池による発電方法である。 That is, when the present invention generates electricity using a fuel cell that uses air as an oxidizing agent and hydrogen produced by steam reforming of methanol as fuel, the present invention provides at least a portion of the heat source of the reformer that performs the steam reforming. , a power generation method using a fuel cell, characterized in that exhaust heat generated in the fuel cell is used.
また、もう一つの本発明はメタノールをスチー
ムリフオーミングして水素を生成させるリフオー
マと、水素を燃料とし空気を酸化剤とする燃料電
池とを有する燃料電池発電設備において、前記燃
料電池で発生する熱を回収し前記リフオーマの熱
源とするための熱回収装置を前記燃料電池に付設
し、該熱回収装置を前記リフオーマに接続して構
成することを特徴とする燃料電池発電設備であ
る。 Another aspect of the present invention is a fuel cell power generation facility having a reformer that generates hydrogen by steam reforming methanol, and a fuel cell that uses hydrogen as a fuel and air as an oxidant. The fuel cell power generation equipment is characterized in that a heat recovery device for recovering heat and using it as a heat source for the refohmer is attached to the fuel cell, and the heat recovery device is connected to the refohmer.
本発明を更に詳細に説明する。メタノールはス
チームリフオーミング温度が低く、130℃程度以
上において、
CH3OH+H2O→CO2+3H2
なる反応によつて水素を得ることは可能である。
しかし、反応温度が高い方がメタノールの水素転
化率が高く燃料電池に供給する燃料ガスとして好
適なものが得られるので、従来はメタノールのス
チームリフオーミングには250℃以上の温度が選
定され、燃料残ガスあるいは直接原料ガスを燃焼
することによつてリフオーマを反応に必要な温度
まで加熱していた。本発明においては燃料電池に
おいて発生する排熱、一般的には燃料電池に付設
した熱回収装置により回収されるスチームの形で
の熱を、メタノールのスチームリフオーミング反
応のリフオーマの熱源として使用するため、スチ
ームリフオーミング温度は130〜220℃、特に好ま
しくは150〜200℃である。130℃未満の温度では
反応が殆ど進行しないため不適当である。スチー
ムリフオーミングの反応速度を上げるためには温
度を高くすることが有利ではあるが、燃料電池の
除熱により得られるスチームのみを熱源として反
応温度を200℃以上に上げようとすると、燃料電
池からリフオーマに熱を伝えるための熱回収装置
の設計が困難になり、現状では220℃を超えて上
げることは困難である。 The present invention will be explained in more detail. Methanol has a low steam reforming temperature, and it is possible to obtain hydrogen through the reaction CH 3 OH + H 2 O→CO 2 +3H 2 at temperatures above about 130°C.
However, the higher the reaction temperature, the higher the hydrogen conversion rate of methanol and the better the fuel gas to be supplied to the fuel cell. Conventionally, a temperature of 250°C or higher was selected for methanol steam reforming. The re-former was heated to the temperature required for the reaction by burning residual fuel gas or direct raw material gas. In the present invention, waste heat generated in the fuel cell, generally heat in the form of steam recovered by a heat recovery device attached to the fuel cell, is used as a heat source for the reformer of the methanol steam reforming reaction. Therefore, the steam reforming temperature is 130 to 220°C, particularly preferably 150 to 200°C. Temperatures below 130°C are unsuitable because the reaction hardly progresses. In order to increase the reaction rate of steam reforming, it is advantageous to raise the temperature, but if you try to raise the reaction temperature to 200℃ or higher using only the steam obtained by heat removal from the fuel cell as a heat source, the fuel cell It has become difficult to design a heat recovery device to transfer heat from the heat to the rifoma, and currently it is difficult to raise the temperature above 220℃.
本発明にいうリフオーマの熱源とは、スチーム
リフオーミング反応に所要な熱をリフオーマ設備
において供給するための熱源を指すが、燃料電池
で発生するスチームの一部を従来知られているよ
うにリフオーミング反応の原料スチームとして使
用することを妨げるものではなく、併用するのも
好ましい方法である。 The heat source of the reformer as used in the present invention refers to a heat source for supplying the heat required for the steam reforming reaction in the reformer equipment. This does not preclude its use as raw material steam for the reaction, and it is also a preferable method to use it in combination.
スチームリフオーミング反応に供するH2Oと
メタノールのモル比は、0.8/1〜10/1好まし
くは1/1〜5/1である。モル比0.8/1未満
ではCOの副生が多くなつて燃料電池本体に悪影
響を与えると共に、メタノール転化率が低下す
る。メタノール転化率はH2Oとメタノールのモ
ル比が高くなるにつれて上昇するが、モル比を上
げていくにつれて転化率の上昇カーブは緩やかに
なる。モル比の上限は限定的なものではないが、
モル比を10/1を超えて増加させても殆どメタノ
ール転化率に影響がないので、この付近を上限す
るのが妥当である。 The molar ratio of H 2 O and methanol used in the steam reforming reaction is 0.8/1 to 10/1, preferably 1/1 to 5/1. If the molar ratio is less than 0.8/1, a large amount of CO will be produced as a by-product, which will have an adverse effect on the fuel cell itself, and at the same time, the methanol conversion rate will decrease. The methanol conversion rate increases as the molar ratio of H 2 O to methanol increases, but as the molar ratio increases, the increasing curve of the conversion rate becomes gradual. Although the upper limit of the molar ratio is not restrictive,
Even if the molar ratio is increased beyond 10/1, there is almost no effect on the methanol conversion rate, so it is appropriate to set the upper limit around this range.
スチームリフオーミングに使われる触媒には特
に制限はないが、例えばCr、Mn、Fe、Co、Ni、
Cu、Zn、Al、Si、Ag、Sn等の卑金属元素又は
Pt、Rh、Ru、Re、Pd等の貴金属元素の金属若
しくは化合物を必要に応じて担体上に担持したも
のが用いられる。中でもCu−Cr、Cu−Zn−Al、
Cu−Zn−Mn等の組合せのものが活性が高く、好
適に使用される。触媒層単位体積当りのメタノー
ル処理量は、0.5〜200Kg−mole/m3、hr、好ま
しくは2〜50Kg−mole/m3・hrである。 There are no particular restrictions on the catalysts used for steam reforming, but examples include Cr, Mn, Fe, Co, Ni,
Base metal elements such as Cu, Zn, Al, Si, Ag, Sn or
If necessary, metals or compounds of noble metal elements such as Pt, Rh, Ru, Re, Pd, etc. are supported on a carrier. Among them, Cu-Cr, Cu-Zn-Al,
Combinations such as Cu-Zn-Mn have high activity and are preferably used. The amount of methanol treated per unit volume of the catalyst layer is 0.5 to 200 Kg-mole/m 3 , hr, preferably 2 to 50 Kg-mole/m 3 hr.
本発明においては、メタノールのリフオーミン
グ反応温度が低いため、より高温で反応させた場
合と同等のメタノール転化率を得るためにはリフ
オーマを大型化し触媒充填量を増すことが必要と
なり、また転化率が低いまま燃料ガスとして燃料
電池へ供給した場合には、未反応メタノールは燃
料電池内で有効に反応せず持つている化学的エネ
ルギーを直接電気エネルギーに変換することがで
きないので総合発電効率の低下に繋がる。しか
し、本発明の一つの好ましい実施態様はリフオー
マでの未反応メタノールを回収するために、メタ
ノールを水で吸収するための吸収塔及び吸収され
たメタノールをスチームで放散するためのストリ
ツピング塔から構成されるメタノール回収設備を
リフオーマに付設するものである。該回収設備で
は燃料電池で発生するスチームを利用することが
でき、リフオーマの負荷軽減とメタノール損失防
止が同時に達成できる。また、メタノール回収設
備でスチーム放散して回収されるメタノールには
スチームが同伴しているが、この同伴スチームは
リフオーミング原料スチームとして利用できるの
で、回収メタノールはスチームを分離することな
くそのままリフオーマに供給して循環使用するこ
とができる。 In the present invention, since the methanol reforming reaction temperature is low, in order to obtain a methanol conversion rate equivalent to that obtained when the reaction is carried out at a higher temperature, it is necessary to increase the size of the reformer and increase the amount of catalyst packed. If it is supplied to the fuel cell as fuel gas at a low level, unreacted methanol will not react effectively within the fuel cell and its chemical energy cannot be directly converted into electrical energy, resulting in a decrease in overall power generation efficiency. Connect. However, one preferred embodiment of the present invention comprises an absorption tower for absorbing methanol with water and a stripping tower for dissipating the absorbed methanol with steam, in order to recover unreacted methanol in the rifoma. A methanol recovery facility is attached to the rifoma. The recovery equipment can utilize the steam generated by the fuel cell, and can simultaneously reduce the load on the reflomer and prevent methanol loss. In addition, methanol recovered by steam dissipation in the methanol recovery equipment is accompanied by steam, but this entrained steam can be used as raw material steam for reforming, so the recovered methanol can be supplied to the reformer as it is without separating the steam. It can be used repeatedly.
燃料電池の酸素極から排出される酸素の希薄と
なつた空気(以下、残空気という)の圧力エネル
ギーをガスタービンによつて回収し、加圧空気供
給のための圧縮機動力の一部とすることは従来か
ら知られている。また、燃料電池の水素極から発
生する燃料残ガスは前述のように、リフオーマの
熱源用燃料として利用されていたが、リフオーマ
から排出される燃焼排ガスの圧力エネルギー及び
熱エネルギーをガスタービンによつて回収するこ
とも従来から知られている。本発明においても、
燃料電池の水素極から発生する燃料残ガスを燃焼
するための燃焼設備を設け、燃料残ガスを燃焼し
て生成する燃焼ガスのエネルギーをガスタービン
で回収して燃料電池の酸素極に酸化剤として供給
する空気を圧縮加圧するためのエネルギーの一部
として使用することは、好ましい実施様態の一つ
である。その場合、燃料電池の酸素極から排出さ
れる加圧された残空気の少なくとも一部を、燃料
残ガスを燃料するための酸素源として使用するこ
とは、燃料電池発電設備で使用される圧緒空気を
減少させ、総合発電効率を上昇させる上で好まし
い方法である。 The pressure energy of the oxygen-diluted air (hereinafter referred to as residual air) discharged from the oxygen electrode of the fuel cell is recovered by a gas turbine and used as part of the compressor power for supplying pressurized air. This has been known for a long time. In addition, as mentioned above, the residual fuel gas generated from the hydrogen electrode of the fuel cell was used as a fuel for the heat source of the rifohmer, but the pressure energy and thermal energy of the combustion exhaust gas discharged from the refohmer can be used by a gas turbine. Recovery has also been known for a long time. Also in the present invention,
Combustion equipment is installed to burn the residual fuel gas generated from the hydrogen electrode of the fuel cell, and the energy of the combustion gas generated by burning the residual fuel gas is recovered by a gas turbine and used as an oxidizing agent at the oxygen electrode of the fuel cell. One preferred embodiment is to use the supplied air as part of the energy for compressing and pressurizing. In that case, using at least a portion of the pressurized residual air discharged from the oxygen electrode of the fuel cell as an oxygen source for fueling the residual fuel gas is a method of This is a preferred method for reducing air and increasing overall power generation efficiency.
燃料電池で発生する排熱はスチームとして回収
してリフオーマ熱源に使用するのが一般的である
が、他の熱媒体を使う方法や、リフオーミング原
料を直接燃料電池と熱交換させる方法も使用し得
る。 Generally, the waste heat generated by the fuel cell is recovered as steam and used as a heat source for reforming, but other methods such as using other heat carriers or directly exchanging heat between the reforming raw material and the fuel cell can also be used. .
以下に図面を参照しながら本発明の方法及び装
置の構成並びに本発明の好ましい実施態様につき
具体的に説明する。第1図は従来の燃料電池発電
設備のフローを示す概略図である。第2図は本発
明による燃料電池発電設備のフローを示す概略図
である。これらは従来の発電設備と本発明の発電
設備の差異を説明するための概略図なので、説明
上不要な機器やフローは省略している。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of the method and apparatus of the present invention as well as preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the flow of conventional fuel cell power generation equipment. FIG. 2 is a schematic diagram showing the flow of the fuel cell power generation equipment according to the present invention. Since these are schematic diagrams for explaining the differences between the conventional power generation equipment and the power generation equipment of the present invention, unnecessary equipment and flows for explanation are omitted.
第1図に示した従来の燃料電池発電設備の例で
は、原料用メタノール1とリフオーミング用スチ
ーム2は混合されて原料ガス3とされ、原料予熱
器108,107で予熱された後、リフオーマ1
01へ供給される。リフオーマ101からの水素
を含む生成ガス4は、必要により分離器109で
水を分離した後、燃料電池102の水素極104
に供給される。水素極104から排出された燃料
残ガス7は、リフオーマ101に燃料として供給
される。一方、圧縮機105で圧縮された空気1
5は2つに分岐され、燃料電池酸化剤用空気5は
燃料電池102の酸素極103に供給される。圧
縮空気の残部8は燃焼用空気としてリフオーマ1
01に供給される。燃料残ガス7は燃焼用空気8
によつてリフオーマ101内で燃焼し、原料ガス
3に、スチームリフオーミングに必要な熱エネル
ギーを与えた後、リフオーマ排ガス9として排出
される。リフオーマ排ガス9は原料予熱器107
で残つた熱エネルギーの一部を回収された後、ガ
スタービン106でさらにエネルギーを回収され
る。燃料電池102で発生する熱を除去するた
め、冷却水14が燃料電池に付設した熱交換装置
113へ供給され、スチーム20として熱回収さ
れるが、これは一部がリフオーミング原料スチー
ム2及び原料予熱用スチーム21として利用され
る他は、大部分がクーラー等で放熱される。 In the example of the conventional fuel cell power generation equipment shown in FIG.
01. The hydrogen-containing generated gas 4 from the reformer 101 is separated from water by a separator 109 if necessary, and then transferred to the hydrogen electrode 104 of the fuel cell 102.
supplied to The residual fuel gas 7 discharged from the hydrogen electrode 104 is supplied to the refoamer 101 as fuel. On the other hand, air 1 compressed by the compressor 105
5 is branched into two, and the fuel cell oxidant air 5 is supplied to the oxygen electrode 103 of the fuel cell 102. The remainder of the compressed air 8 is used as combustion air to be used as combustion air.
01. The remaining fuel gas 7 is used as combustion air 8
The raw material gas 3 is combusted in the reformer 101 and is discharged as reformer exhaust gas 9 after giving the raw material gas 3 the thermal energy necessary for steam reforming. Reformer exhaust gas 9 is supplied to raw material preheater 107
After a portion of the remaining thermal energy is recovered, further energy is recovered by the gas turbine 106. In order to remove the heat generated in the fuel cell 102, the cooling water 14 is supplied to the heat exchange device 113 attached to the fuel cell, and the heat is recovered as steam 20, but a part of this is used as the reforming raw material steam 2 and the raw material preheating. In addition to being used as steam 21, most of the heat is radiated by a cooler or the like.
このような燃料電池発電設備では、燃料電池を
通過した後の燃料残ガス及び残空気が、空気圧縮
動力及びリフオーマ加熱エネルギーに相当するエ
ネルギーを持つことが必要である。このエネルギ
ーバランスの調節は、燃料電池102より排出さ
れる燃料残ガス7の量を増減させることによつて
行なわれ得る。すなわち、ガスタービン及びリフ
オーマで消費されるエネルギーが多くなると燃料
残ガスを余分に発生させなければならず、燃料電
池102での発電量を一定に保とうとすれば原料
メタノールを多く供給しなければならないという
関係が存在する。 In such a fuel cell power generation facility, it is necessary that the remaining fuel gas and remaining air after passing through the fuel cell have energy equivalent to the air compression power and the reheater heating energy. Adjustment of this energy balance can be performed by increasing or decreasing the amount of residual fuel gas 7 discharged from the fuel cell 102. In other words, when the energy consumed by the gas turbine and the reformer increases, it is necessary to generate extra fuel residual gas, and if the amount of power generation in the fuel cell 102 is to be kept constant, a large amount of raw material methanol must be supplied. This relationship exists.
本発明による発電設備の例においては、燃料電
池102を通過した燃料残ガスは燃焼後直接ガス
タービン等へ供給されてエネルギーを回収され
る。第2図に示したように燃料残ガス7を燃焼設
備112で燃焼させ、生成した燃料ガス16のエ
ネルギーをガスタービン106で回収するのは、
一つの好ましい方法である。一方、燃料電池10
2で発生したスチームはリフオーマ101の熱源
として使用され、一部は原料予熱器108で原料
ガス3の予熱に利用される。また、燃料電池10
2で発生したスチームの一部をそのままリフオー
ミング用スチーム2として利用することは従来か
ら行なわれており、このような方法を併用するこ
とも本発明の範囲に含まれる。 In the example of the power generation equipment according to the present invention, the remaining fuel gas that has passed through the fuel cell 102 is directly supplied to a gas turbine or the like after combustion to recover energy. As shown in FIG. 2, the fuel residual gas 7 is burned in the combustion equipment 112 and the energy of the generated fuel gas 16 is recovered by the gas turbine 106.
This is one preferred method. On the other hand, fuel cell 10
The steam generated in step 2 is used as a heat source for the reformer 101, and a portion is used for preheating the raw material gas 3 in the raw material preheater 108. In addition, the fuel cell 10
It has been conventionally known to use a part of the steam generated in step 2 as it is as steam 2 for reforming, and the combined use of such a method is also included in the scope of the present invention.
また、前述のようにリフオーマ101における
メタノール転化率を無理に高くせずにメタノール
回収設備を設けて原料メタノールをリサイクルさ
せるのも好ましい方法である。すなわち、リフオ
ーマ101を出た水素を含む生成ガス4は分離器
109を通つた後吸収塔110で未反応メタノー
ルが水で吸収除去される。メタノール分離後のガ
ス13は燃料ガスとして燃料電池102の水素極
104に送られる。吸収塔110で生成したメタ
ノール水溶液は分離器109で生成したメタノー
ル水溶液と共にストリツピング塔111に送ら
れ、燃料電池102で生成するスチームを使つて
メタノールが回収される。回収されたメタノール
11は未使用のメタノール1と混合され、リフオ
ーミング原料として再使用される。空気15は燃
料電池酸化剤として燃料電池102の酸素極10
3に供給される。燃料電池を出た残空気6の一部
は燃料残ガス7の燃焼用空気10として燃焼設備
112に供給される。 Furthermore, as described above, it is also a preferable method to recycle raw methanol by providing methanol recovery equipment without forcing the methanol conversion rate in the reformer 101 to be high. That is, the hydrogen-containing generated gas 4 leaving the reformer 101 passes through the separator 109 and then passes through the absorption tower 110, where unreacted methanol is absorbed and removed by water. The gas 13 after methanol separation is sent to the hydrogen electrode 104 of the fuel cell 102 as a fuel gas. The methanol aqueous solution produced in the absorption tower 110 is sent to the stripping tower 111 together with the methanol aqueous solution produced in the separator 109, and methanol is recovered using steam produced in the fuel cell 102. The recovered methanol 11 is mixed with unused methanol 1 and reused as a reforming raw material. Air 15 is used as a fuel cell oxidant at the oxygen electrode 10 of the fuel cell 102.
3. A portion of the residual air 6 that has left the fuel cell is supplied to the combustion equipment 112 as combustion air 10 for the residual fuel gas 7.
本発明の効果は、従来有効に利用されていなか
つた燃料電池において発生する排熱をリフオーマ
の熱源の少なくとも一部として利用することによ
り、燃料電池発電設備の総合熱効率が向上する点
である。すなわち、リフオーマの加熱に要する燃
料残ガスが不用になる分だけ、原料メタノール供
給量を減少させることができる。従つて、総合熱
効率の面から考えれば、リフオーマの熱源の全て
を燃料電池で発生する排熱を補うことが望ましい
が、燃料残ガスの燃焼熱を一部利用することも可
能である。 The effect of the present invention is that the overall thermal efficiency of the fuel cell power generation equipment is improved by using exhaust heat generated in the fuel cell, which has not been effectively used in the past, as at least a part of the heat source of the reflow generator. In other words, the amount of raw material methanol supplied can be reduced by the amount of residual fuel gas required for heating the reformer that is no longer needed. Therefore, from the standpoint of overall thermal efficiency, it is desirable to supplement all of the heat source of the re-former with the exhaust heat generated by the fuel cell, but it is also possible to partially utilize the combustion heat of residual fuel gas.
また、従来のように燃料残ガスをリフオーマ熱
源として用いる場合には、燃焼により発生する熱
をリフオーマに有効に伝えるために燃焼室をリフ
オーマの反応管に接して、あるいはごく近くに設
置することが要請され、かつ燃料残ガスの燃焼温
度は800〜1000℃にも達するのでリフオーマの材
質及び形状は大きな制約を受けていた。しかし、
本発明の方法においてリフオーマの熱源を燃料電
池において発生する排熱のみで賄う場合には、燃
料残ガスの燃焼設備は別途単独に設ければよいた
め、リフオーマ材質の制限も大幅に軽減される。 In addition, when using fuel residual gas as a heat source for the refohmer as in the past, it is necessary to install the combustion chamber in contact with or very close to the refohmer reaction tube in order to effectively transfer the heat generated by combustion to the refohmer. However, since the combustion temperature of residual fuel gas reaches 800 to 1000°C, there were major restrictions on the material and shape of the re-former. but,
In the method of the present invention, when the heat source of the re-former is provided only by the exhaust heat generated in the fuel cell, the combustion equipment for residual fuel gas may be provided separately, so that restrictions on the re-former material are significantly reduced.
以下に比較的と本発明の実施例とを示し、本発
明の効果を定量的に例示するが、本発明は下記の
例により限定されるものではない。 Examples of the present invention will be comparatively shown below to quantitatively illustrate the effects of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.
比較例 1
第1図に示した従来の燃料電池発電システムの
4.8MW実験設備において試験を行なつた。予熱
器108で134℃に加熱されたメタノール1916
Kg/hrを燃料電池で発生した180℃のスチームの
うち2154Kg/hrと混合し、予熱器107でさらに
250℃まで昇温した後、リフオーマ101におい
て反応温度250℃圧力4.2Kg/cm2Gでリフオーミン
グ反応を行なつた。リフオーマ101にはCuO−
ZnO−Al2O3系触媒3m3が充填され、実質上100
%のリフオーミング反応が完結した。燃料電池1
02は195℃、2.8Kg/cm2Gで運転を行ない、水素
極では供給した水素の80.0%が消費された。同時
に燃料電池からは10Kg/cm2G180℃のスチーム
7400Kg/hrが熱交換装置113を介して発生し
た。一方、圧縮機105からは17700Kg/hrの空
縮空気が供給され、そのうち15000Kg/hrが燃料
電池酸素極用の酸化剤、2700Kg/hrが燃料残ガス
7の燃焼用空気として使用された。リフオーマの
排ガス及び燃料電池酸素極通過後の残空気はガス
タービンに供給してエネルギー回収を行なつた。
この燃料電池システムの総合発電効率は39.76%
であつた。なお、総合発電効率は消費されたメタ
ノールの総発熱量に対する燃料電池で発生した電
力の割合を指す。Comparative Example 1 The conventional fuel cell power generation system shown in Figure 1
Tests were conducted in a 4.8MW experimental facility. Methanol 1916 heated to 134℃ in preheater 108
Kg/hr is mixed with 2154Kg/hr of the 180℃ steam generated by the fuel cell, and further heated in the preheater 107.
After raising the temperature to 250°C, a reforming reaction was carried out in a reformer 101 at a reaction temperature of 250°C and a pressure of 4.2 Kg/cm 2 G. CuO-
Filled with 3 m 3 of ZnO-Al 2 O 3 catalyst, practically 100
% rehoming reaction was completed. fuel cell 1
02 was operated at 195°C and 2.8Kg/cm 2 G, and 80.0% of the supplied hydrogen was consumed at the hydrogen electrode. At the same time, 10Kg/cm 2 G180℃ steam is generated from the fuel cell.
7400 Kg/hr was generated via heat exchanger 113. On the other hand, 17,700 kg/hr of compressed air was supplied from the compressor 105, of which 15,000 kg/hr was used as an oxidizing agent for the fuel cell oxygen electrode, and 2,700 kg/hr was used as combustion air for the residual fuel gas 7. The exhaust gas from the refoamer and the remaining air after passing through the fuel cell oxygen electrode were supplied to the gas turbine for energy recovery.
The overall power generation efficiency of this fuel cell system is 39.76%
It was hot. Note that the overall power generation efficiency refers to the ratio of electric power generated by the fuel cell to the total calorific value of consumed methanol.
実施例 1
第2図に示した本発明の燃料電池発電システム
の4.8MW実験設備において、リフオーマ101
の反応温度を170℃とし、燃料電池102の運転
条件は比較例と同じにして試験を行なつた。Example 1 In the 4.8 MW experimental equipment for the fuel cell power generation system of the present invention shown in FIG.
The test was conducted with the reaction temperature at 170° C. and the operating conditions of the fuel cell 102 being the same as in the comparative example.
予熱器108で160℃に加熱されたメタノール
1768Kg/hrをリフオーミング原料用スチーム2及
び回収原料11と混合し、リフオーマ101にお
いて反応温度170℃、圧力4.2Kg/cm2でリフオーミ
ング反応を行なつた。リフオーマ101にはCuO
−ZnO−Al2O3系触媒15m3が充填され、メタノー
ル転化率は90.2%であつた。生成した水素を含む
ガスはメタノール回収設備109,110を通過
した後燃料電池102の水素極104に供給され
た。燃料電池の熱回収装置で発生した10Kg/cm2
G、180℃のスチーム7400Kg/hrのうち、リフオ
ーミング原料スチーム2として100Kg/hr予熱器
108の熱源として800Kg/hr、リフオーマ10
1の熱源として3000Kg、メタノール回収設備11
1のストリツピング用として残部が使用された。
メタノール回収設備からは164℃の、メタノール
186Kg/hr及び同伴スチーム1900Kg/hrが回収さ
れ、リフオーミング原料スチーム2と共に反応原
料の一部として循環使用した。一方、圧縮機10
5からは2.6Kg/cm2Gの空気15000Kg/hrが供給さ
れ、全量を燃料電池での酸化剤として使用した。
酸素極103を通過した後の残空気12800Kg/hr
(乾燥ガスベース)のうち、7500Kg/hrを燃料残
ガスの燃焼用空気10として使用し、残部はガス
タービンで直接動力回収した。この燃料電池シス
テムの総合発電効率は43.08%であつた。 Methanol heated to 160℃ in preheater 108
1768 Kg/hr was mixed with the reforming raw material steam 2 and the recovered raw material 11, and a reforming reaction was performed in the reformer 101 at a reaction temperature of 170° C. and a pressure of 4.2 Kg/cm 2 . CuO is used for rifoma 101.
-ZnO- Al2O3 -based catalyst ( 15m3 ) was packed, and the methanol conversion rate was 90.2%. The generated hydrogen-containing gas passed through methanol recovery equipment 109, 110 and was then supplied to the hydrogen electrode 104 of the fuel cell 102. 10Kg/cm 2 generated by the fuel cell heat recovery device
G, 180℃ steam 7400Kg/hr, 100Kg/hr as reforming raw material steam 2, 800Kg/hr as heat source of preheater 108, reformer 10
3000Kg as a heat source for 1, methanol recovery equipment 11
The remainder was used for stripping No. 1.
Methanol at 164℃ is produced from the methanol recovery equipment.
186 Kg/hr and entrained steam 1900 Kg/hr were recovered and recycled as part of the reaction raw material together with reforming raw material steam 2. On the other hand, compressor 10
15,000 kg/hr of air at 2.6 kg/cm 2 G was supplied from No. 5, and the entire amount was used as an oxidizing agent in the fuel cell.
Remaining air after passing through oxygen electrode 103 12800Kg/hr
Of the total (dry gas basis), 7500 Kg/hr was used as combustion air 10 for residual fuel gas, and the remainder was directly recovered by the gas turbine. The overall power generation efficiency of this fuel cell system was 43.08%.
第1図は従来の燃料電池発電設備の一例を示す
フローシートであり、第2図は本発明の燃料電池
発電設備の一例を示すフローシートである。
1:メタノール、2:スチーム(原料)、3:
原料ガス、4:燃料ガス、5:酸化剤用空気、
6:酸素極残空気、7:燃料残ガス、8:燃焼用
空気(リフオーマ)、9:リフオーマ排ガス、1
0:燃焼用空気(燃焼設備)、11:回収メタノ
ール、12:燃料ガス、13:燃料ガス、14:
冷却水、15:圧縮空気、16:燃焼ガス、2
0:スチーム(リフオーミング用)、21:スチ
ーム(原料予熱用)、101:リフオーマ、10
2:燃料電池、103:酸素極、104:水素
極、105:圧縮機、106:ガスタービン、1
07:予熱器、108:予熱器、109:分離
器、110:吸収塔、111:ストリツピング
塔、112:燃焼設備、113:熱交換装置。
FIG. 1 is a flow sheet showing an example of conventional fuel cell power generation equipment, and FIG. 2 is a flow sheet showing an example of the fuel cell power generation equipment of the present invention. 1: Methanol, 2: Steam (raw material), 3:
Raw material gas, 4: Fuel gas, 5: Oxidizing air,
6: Oxygen electrode residual air, 7: Fuel residual gas, 8: Combustion air (refoamer), 9: Refoamer exhaust gas, 1
0: Combustion air (combustion equipment), 11: Recovered methanol, 12: Fuel gas, 13: Fuel gas, 14:
Cooling water, 15: Compressed air, 16: Combustion gas, 2
0: Steam (for re-forming), 21: Steam (for preheating raw materials), 101: Re-forming, 10
2: Fuel cell, 103: Oxygen electrode, 104: Hydrogen electrode, 105: Compressor, 106: Gas turbine, 1
07: Preheater, 108: Preheater, 109: Separator, 110: Absorption tower, 111: Stripping tower, 112: Combustion equipment, 113: Heat exchange device.
Claims (1)
素を発生するリフオーマと、その水素を燃料とし
空気を酸化剤とする燃料電池を用いて発電するに
際して、前記燃料電池において発生する排熱を、
スチームとして回収して、そのスチームを前記ス
チームリフオーミングを実施するリフオーマの熱
源の少なくとも一部として用いることを特徴とす
る燃料電池による発電方法。 2 前記スチームリフオーミングの温度が130〜
220℃の範囲内にある特許請求の範囲第1項記載
の方法。 3 前記スチームリフオーミングの温度が150〜
200℃の範囲内にある特許請求の範囲第2項記載
の方法。 4 前記スチームリフオーミング後の未反応メタ
ノールを水で吸収し、吸収されたメタノールをス
チームで放散して回収する特許請求の範囲第1、
2、又は3項記載の方法。 5 メタノールをスチームリフオーミングして水
素を生成させるリフオーマと、水素を燃料とし空
気を酸化剤とする燃料電池とを有する設備におい
て、前記燃料電池で発生する熱をスチームとして
回収して前記リフオーマの熱源とするための熱回
収装置を前記燃料電池に付設し、この熱回収装置
を前記リフオーマに接続して、前記スチームによ
りリフオーマーの熱源の少なくとも一部を供給さ
せるように構成することを特徴とする燃料電池発
電設備。 6 メタノールを水で吸収するための吸収塔及び
吸収されたメタノールをスチームで放散するため
のストリツピング塔から構成されるメタノール回
収設備を前記リフオーマに付設した特許請求の範
囲第5項記載の設備。[Claims] 1. When generating electricity using a reformer that generates hydrogen by steam reforming methanol and a fuel cell that uses the hydrogen as fuel and air as an oxidizing agent, exhaust heat generated in the fuel cell. of,
A power generation method using a fuel cell, characterized in that the steam is recovered as steam, and the steam is used as at least a part of the heat source of a re-former that performs the steam re-forming. 2 The temperature of the steam re-forming is 130~
The method according to claim 1, wherein the temperature is within the range of 220°C. 3 The temperature of the steam re-forming is 150~
The method according to claim 2, wherein the temperature is within the range of 200°C. 4. Claim 1, wherein the unreacted methanol after the steam reforming is absorbed by water, and the absorbed methanol is recovered by dissipating it with steam.
2 or the method described in 3. 5 In equipment that has a reformer that generates hydrogen by steam reforming methanol and a fuel cell that uses hydrogen as a fuel and air as an oxidizing agent, heat generated in the fuel cell is recovered as steam to generate hydrogen in the reformer. The fuel cell is characterized in that a heat recovery device for use as a heat source is attached to the fuel cell, and the heat recovery device is connected to the reheater so that at least a part of the heat source of the reheater is supplied by the steam. Fuel cell power generation equipment. 6. The equipment according to claim 5, wherein a methanol recovery equipment comprising an absorption tower for absorbing methanol with water and a stripping tower for dissipating the absorbed methanol with steam is attached to the reformer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56082570A JPS57199183A (en) | 1981-06-01 | 1981-06-01 | Power generation with fuel cell and its equipment |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP56082570A JPS57199183A (en) | 1981-06-01 | 1981-06-01 | Power generation with fuel cell and its equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57199183A JPS57199183A (en) | 1982-12-07 |
| JPH0221103B2 true JPH0221103B2 (en) | 1990-05-11 |
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ID=13778141
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57199183A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0744481Y2 (en) * | 1990-05-02 | 1995-10-11 | オーツタイヤ株式会社 | Tire slipper |
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| JPS60216467A (en) * | 1984-04-11 | 1985-10-29 | Hitachi Ltd | Fuel cell power generation system |
| JPS61266301A (en) * | 1985-05-17 | 1986-11-26 | Kyodo Sanso Kk | Hydrogen production method |
| JPH0690929B2 (en) * | 1985-07-10 | 1994-11-14 | 株式会社日立製作所 | Fuel cell power generation system |
| FR2949020B1 (en) * | 2009-08-06 | 2012-01-13 | Franco Cell | DEVICE FOR PRODUCING ELECTRICITY AND HEAT, INCLUDING A FUEL CELL ADMITTING AT LEAST METHANE AS A FUEL |
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|---|---|---|---|---|
| JPS5717570A (en) * | 1980-07-08 | 1982-01-29 | Toshiba Corp | Fuel cell |
-
1981
- 1981-06-01 JP JP56082570A patent/JPS57199183A/en active Granted
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| JPH0744481Y2 (en) * | 1990-05-02 | 1995-10-11 | オーツタイヤ株式会社 | Tire slipper |
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| JPS57199183A (en) | 1982-12-07 |
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