JPH04108A

JPH04108A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH04108A
Application number: JP2308730A
Authority: JP
Inventors: Koji Ikeda; 浩二池田; Satoshi Uchida; 聡内田; Shozo Kaneko; 祥三金子; Nobuaki Murakami; 信明村上; Akihiro Yamashita; 晃弘山下; Tatsuro Miyazaki; 達郎宮崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-03-14
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1992-01-06
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JP2846105B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は燃焼装置に関し、特に固体電解質型燃料電池を
用いた燃焼装置に関する。

［従来の技術］周知の如く、化石燃料をはじめ天然ガスなどの燃料から
生成される炭酸ガス（ＣＯ２）は、地球温室効果問題と
して現在大きく取り上げられている。しかし、まだ本格
的な取り組みはなされておらず、従来技術と呼べるもの
はない。

ところで、現在ＣＯ２分離の技術としては、吸着法（Ｐ
ＳＡ−ＣＯｚ）、化学吸着法（ＦＴ−１プロセス）、膜
分離法等が挙げられ、分離されたＣＯ２の処理技術とし
ては、深海にドライアイスあるいは液体ＣＯ２などの状
態にして投入保存する深海投入法が挙げられる。

第４図は、前記吸着法によるボイラ排ガスからのＣＯ２
分離・回収システムを示す。なお、図中の１はボイラ、
２は空気予熱器、３はドライアイス製造装置である。こ
のシステムは、効果的なＣ０２の分離システムとして挙
げられるが、ＰＳＡがガス分離に適するのは混合ガス中
のある程度濃度の高い特定ガスを選択的に高効率に分離
する場合で、ガス中濃度の低いガスを分離する方法とし
ては設備・消費動力が大きくなり、分離ガスの純度的に
も悪くなる。

′！Ｊ５図は、前記化学吸着法によるＣ　Ｏ２分離・回
収システムを示す。なお、図中の４は冷却塔、５は吸収
塔、６は再生塔である。このシステムは、吸着液に低温
でＣＯ２を吸収、高温でＣＯ２を放出するもので、００
社のアミン系溶媒（ＦＴ−１）を用いたプロセスが代表
的で、このプロセスによれば通常９０％程度で高純度の
ＣＯ２を得ることができる。しかし、第５図に見られる
ように、非常に大がかりなシステムとなり、その上低レ
ベルまでの排煙脱硫装置が必要で、混合排ガス中の硫黄
酸化物ＳＯｘを１０ｐｐｍ以下に抑える必要がある。

第６図は、前記膜分離法のシステムを示す。このシステ
ムは、高分子膜における気体の透過係数の差を利用しＣ
Ｏ□を分離するものであり、シンプルな高差圧、高温度
に弱く、汚れに弱い等開発要素が非常に多い。

第７図は、前記深冷分離法のシステムを示す。

このシステムは、ガスの沸点の差を利用して混合ガスか
ら特定のガスを分離する方法で、原理的には可能である
。しかし、この方法は、断熱１脹を利用した冷却効果に
よりガスを冷却するため、ボイラなどの燃焼排ガス全量
の圧縮に要する動力が膨大なものとなり、現実的なシス
テムとはいえない。

以上のように、従来技術によるＣｏ２分離・回収システ
ムでは、全量の多いボイラなどの燃焼排ガスからのＣＯ
７の分離となり、分離・回収がそれだけ困難なものとな
る。

［発明が解決しようとする課題］現在、地球温暖化の元凶であるＣＯ２の低減策が種々検
討されているが、化石燃料により生じたＣＯ２を何等か
の方法で分離・回収して、深海に投入して、長期保存す
るという方法もその一つとして挙げられる。

しかし、ＣＯ□の分離・回収システムとしては、先に述
べた吸着法（ＰＳＡ−ＣＯ２）、化学吸着法（ＦＴ−１
プロセス）、膜分離法、深冷分離法等を利用したシステ
ムが挙げられが、これら従来技術ではいずれも被処理排
ガス中のＣＯ２の濃度が濃い状態での分離・回収が効率
的で純度的にも期待できるが、ボイラで空気で燃焼して
しまった後の排ガスでは多量のＮ２等のガス成分を含む
ことになり、ＣＯ２の分離・回収が困難となり不利であ
る。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、酸素イオ
ン透過性の固体電解質を用いた燃料電池発電システム中
で、排ガス中に高濃度のＣＯ２が含まれる状態ができる
のを利用して、ＣＯ２の分離・回収を容易になしえる燃
焼装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段と作用］本発明は、酸素イオン導電体からなる構造材を燃焼用空
気と燃料の間に配置したことを特徴とする燃焼装置であ
る。

本発明におけるＣＯ２分離・回収システムの作用は、次
の通りである。酸素イオン導電体である固体電解質は、
酸素イオン（０２−）のる透過し、窒素は通さないので
空気中のＮ２，０２などの混合ガスから０２のみを分離
する機能と発電体素子としての機能を合わせもっている
といえる。このような固体電解質の０２膜分離能はＣＯ
２の分離に有効で、例えばメタン（ＣＭ、）を主成分と
する天然ガス、都市ガス等の炭化水素系ガスを燃料とす
る内部改質（ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３　Ｈ２）型５Ｏ
ＦＣでは、燃料極側には空気極側からの０２との下記反
応でＣＯ２とＨ２Ｏが生成し、通常のボイラ等の排ガス
のように燃焼により多量のＮ２とＣ０２が混在すること
はない。

ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２Ｈ２＋ｌ／２Ｏ□→Ｈ２Ｏつまり、５ＯＦＣの燃料極側排ガス中にのみＣＯ９が含
まれ、Ｎ２は含まれていないので、それだけ排ガスの全
量が少なくなり、また冷却によりＨ２Ｏだけをドレンと
して回収すれば、必然的にＣＯ２のみが分離・回収でき
る。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

［実施例１］第１図は、本発明の実施例１に係る固体電解質型燃料電
池（ＳＯＦＣ）を用いた燃焼装置のＣｏ２の分離・回収
のシステムを示す。

図中の１１は、空気１２が供給される空気予熱器である
。この空気予熱器１１には、空気供給管１３や空気極排
ガス管１４を介して固体電解質を備えた固体電解質燃料
電池１５が接続されている。また、前記空気予熱器１１
には、煙突１６が接続されている。

前記燃料電池１５の燃料極側には、メタン■７が燃料供
給管１８により供給されるようになっている。

前記燃料電池１５には、燃料極排ガス管１９を介して熱
交換器２Ｏが接続されている。この熱交換器２Ｏには水
供給管２１により水２２が供給され、水２２はその後前
記燃料供給管１８に流れるようになっている。

また、前記熱交換器２Ｏには冷却器２３が接続され、こ
の冷却器２３と前記水供給管２１にはドレン回収管２４
が設けられている。なお、図中の２５は炭酸ガス（ＣＯ
２）である。

こうした構成の燃焼装置において、前記空気予熱器１１
により高温になった空気１２か燃料電池１５の空気極側
に供給され、同時に燃料極側にはメタン１７が燃料供給
管１８により供給されて発電されつつ、燃料排ガス管１
８よりＣＯ２とＨ２Ｏとの混合排ガスが排出される。そ
の後、熱交換器２ｏによって低温とされ、冷却器２３に
送られる。そして、この冷却器２３にてドレン回収管２
４によりＨ２Ｏ（水）分のみをドレンとして回収し、水
供給管２１へ送る。

一方、冷却器２３にて液化したＣＯ２は他の貯蔵設備へ
送る。また、燃料電池２５の空気極よりの排ガスは排ガ
ス管■４より空気予熱器ＩＩにて熱交換し、低温にして
煙突１６より大気へ放出する。

上記実施例１によれば、排ガス中濃度の濃いＣＯ２を含
むガスを作り出し、燃料電池１５で発電を行いながら効
率よくＣＯ２を分離・回収することができる。

通常の燃焼排ガスが空気に起因する多量のＮ２を含むの
で、ＣＯ２の濃度が低いのに対し、高濃度でガス全量の
少ない状態からのＣＯ□の分離・回収であるので、非常
にシステム的にもシンプルで効率よく格段の利点がある
といえる。

［実施例２］第２図は、本発明の実施例２に係る５ＯＦＣを用いた燃
焼装置のＣＯ２の分離・回収のシステムを示す。但し、
第１図と同部材は同符号を付して説明を省略する。図中
の３１は石炭ガ°ス化炉、３２は脱この石炭ガス化炉に
接続された脱硫装置、３３はメタノール合成触媒である
。

実施例２はメタンに代えてメタノール（ＣＨ，ＯＨ）を燃料とするものであり、まず石炭３４
及び酸素３５を投入して石炭ガスを発生させる。

その後、脱硫装置３２を通して硫黄（Ｓ）分を除去した
後、メタノール合成触媒３３を通す事によってメタノー
ルを生成し、燃料供給管１８より燃料電池１５に投入す
るものである。

上記実施例２によれば、石炭ガスからメタノールを合成
してこれを燃料として燃料電池の発電システムによるＣ
Ｏ２の分離回収のシステムであり、石炭ガス化炉３１に
より石炭をガス化し、これを脱硫装置を通して硫黄分を
取り除き、水添によりメタノール合成触媒３３でメタノ
ールを合成する。このメタノールは上記とともに燃料電
池１５に送ると、内部で改質されて発電に用いられる。

燃料極側排ガスは、その後熱交換して冷却器２３でＨ２
Ｏをドレンとして除去し、Ｃ０２のみを分離・回収する
。

このとき、空気極側排ガスにＮ２が含まれており、こち
らの方はそのまま空気の予熱に用いられて排ガスとして
系外へ放出される。排ガス中にはＮＯｘ数ｐｐｍ程度で
、ＳＯｘの方は全く含まれず、クリーンで発電を行いな
がら、地球温暖化の元凶物質の１っであるＣＯ２効果的
かつ容易に分離・回収することができる。

［実施例３］第３図は、本発明の実施例３に係る５ＯＦＣを用いた燃
焼装置のＣＯ２の分離・回収のシステムを示す。但し、
第１図、第２図と同部材は同符号を付して説明を省略す
る。

この実施例３では、燃料電池１５の燃料極側と熱交換器
２Ｏ間を連結する燃料極排ガス管１９に触媒器３６を配
置したことを特徴とするもので、燃料極側の生成ガスに
必要な最小限の酸素あるいは空気を混入させることで未
反応分として排出されたＣ０１Ｈ２を略完全にＣＯ２と
Ｎ２Ｏに参加させることができる。このように、ＣＯ２
，Ｎ２Ｏが大部分を占め、Ｎ２を全く含まないかあるい
は少量のＮ２を含むに過ぎない燃料側排ガスが生成され
、Ｎ２Ｏをドレンとして取り除けば、非常い効率的なＣ
Ｏ２の分離・回収が可能となる。

［発明の効果］以上詳述した如く本発明によれば、酸素イオン透過性の
固体電解質を用いた燃料電池発電システム中で、排ガス
中に高濃度のＣＯ□が含まれる状態ができるのを利用し
て、ＣＯ□の分離・回収を容易になしえ、地球温暖化問
題として取り上げられその対策が急務である化石燃料排
ガスからのＣＯ２の低減法として非常に有効である燃焼
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の実施例１に係る固体電解質型燃料電池
を用いた燃焼装置のＣ０２の分離・回収のシステムを示
す説明図、第２図は本発明の実施例２に係る固体電解質
型燃料電池を用いた燃焼装置のＣＯ２の分離・回収のシ
ステムを示す説明図、第３図は本発明の実施例３に係る
固体電解質型燃料電池を用いた燃焼装置のＣＯ２の分離
・回収のシステムを示す説明図、第４図、第５図、第６
図及び第７図は夫々従来のＣＯ２分離・回収システムの
説明図である。１１・・・空気予熱器、１３・・・空気供給管、１４・
・・空気極排ガス管、１５・・・固体電解質型燃料電池
、１Ｂ・・・燃料供給管、１９・−・燃料極排ガス管、
２Ｏ・・・熱交換器、２Ｉ・−・水供給管、２３・・・
冷却器、３１・・・石炭ガス化炉、３２・・・脱硫装置
、３Ｂ・・・燃焼器。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸素イオン導電体からなる構造材を燃焼用空気と
燃料の間に配置したことを特徴とする燃焼装置。
（２）前記酸素イオン導電体が、固体電解質である燃焼
用空気と燃料とを反応させる固体電解質燃料電池である
請求項１記載の燃焼装置。
（３）前記固体電解質燃料電池の燃料側排ガス後流側に
Ｈ＿２Ｏ分離装置を設ける請求項２記載の燃焼装置。
（４）前記燃料側排出ガス出口とＨ＿２Ｏ分離装置との
間に触媒燃焼器を設ける請求項３記載の燃焼装置。
（５）前記固体電解質燃料電池に石炭ガス化炉から脱硫
装置及びメタノール合成触媒を経てメタノールを供給す
る手段を設ける請求項１記載の燃焼装置。