JP2003109638A - Sofc fuel recycle system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an SOFC fuel recycling system for effectively using fuel in power generation using a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC"). .
【０００２】[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。2. Description of the Related Art A technique for efficiently using SOFC fuel is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-230816. In the present invention, hydrocarbons of C2 or higher contained in city gas as a raw material and which could not be reformed in the prereformer (raw material gas reforming tank) are reformed in the fuel cell into methane. It is used by recirculating the fuel electrode outlet gas containing It also considers recovering waste heat.
【０００３】[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。In the prior art, the emphasis is placed on how to efficiently use the raw material city gas and the like and the recovery of waste heat. The carbon dioxide and water vapor that had become There is a problem that the carbon dioxide thus emitted may promote global warming.
【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。An object of the present invention is to regenerate carbon dioxide and water vapor produced by a cell reaction of SOFC into fuel by utilizing waste heat, thereby significantly reducing fuel consumption and effective use of energy, and further, carbon dioxide. It is to provide an SOFC fuel recycling system capable of taking measures against global warming by reducing carbon emissions.
【０００５】[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。In order to solve the above problems, in the SOFC fuel recycling system of the present invention, hydrogen and carbon monoxide are used as fuels, and these fuels and oxidizers are electrochemically bonded. A SOFC module for generating electricity and heat by means of the above, a first reaction tank for producing hydrogen and carbon monoxide from carbon dioxide and water vapor contained in the exhaust gas, at the end of the fuel exhaust gas passage of this SOFC module, and A reflux passage was provided for returning the hydrogen and carbon monoxide produced in the first reaction tank to SOFC.
【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。The SOFC module includes a single SO
The SOFC system also includes an FC, and includes a raw material gas reforming tank for supplying hydrogen and carbon monoxide as fuel to the SOFC module, and a fuel supply passage and an exhaust passage, an oxidant supply passage and an exhaust passage. And this SOF
The first reaction tank is provided in the fuel exhaust gas passage in the C system. In addition, it is preferable that the first reaction tank is provided with means for keeping the temperature inside the tank at 650 ° C. or higher.
【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。It is also preferable to provide a second reaction tank for producing methanol and / or methane from hydrogen and unreacted carbon dioxide in the reflux passage. Further, it is also preferable that the second reaction tank is provided with means for keeping the temperature inside the tank at 150 ° C. or higher. It is also preferable to provide a carbon monoxide separation tank between the first reaction tank and the second reaction tank, and a circuit for sending the carbon monoxide separated in the carbon monoxide separation tank to the SOFC module. .
【０００８】[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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of the SOFC fuel recycling system of the present invention. In this embodiment, an SOFC module 1 is provided as a fuel cell.
【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。The SOFC module 1 includes a plurality of SOFCs.
A unit called a stack that is electrically connected in series is connected in series or in parallel (or both). The stack may be used alone.
【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。The SOFC module 1 includes a raw material gas introducing passage 2 for introducing the raw material gas, a raw material gas reforming tank 3 for reforming the raw material gas introduced from the raw material gas introducing passage 2,
A fuel supply path 4 for sending the fuel reformed in the raw material gas reforming tank 3 to the SOFC module 1, an exhaust gas path 5 for discharging the waste gas generated by the SOFC cell reaction, and an air as an oxidant to the SOFC module 1. SOF by combining up to the air supply path 6 for supplying
It constitutes the C system.
【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。The exhaust gas passage 5 of the SOFC system is connected to a first reaction tank 8 for producing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide and water vapor in the waste gas.
The reaction tank 8 is further connected to a carbon monoxide separation tank 9 for separating carbon monoxide generated in the main tank. The carbon monoxide separation tank 9 uses the SOF to separate the carbon monoxide separated here.
In order to return to the C module 1, the carbon monoxide reflux passage 10 is connected to the fuel supply passage 4.
【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。The carbon monoxide separation tank 9 is the second reaction tank 1
It is connected to 1 and sends out components other than carbon monoxide discharged from the carbon monoxide separation tank 9 (generated hydrogen, unreacted carbon dioxide, and other gases). Then, the second reaction tank 11 is connected to the raw material gas reforming tank 3 through the raw material gas reflux passage 12 in order to reuse the methanol and methane generated here. In addition, in the source gas recirculation path 12,
A steam introducing passage 13 is provided for introducing steam into the system.
【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。Next, a method of operating this SOFC fuel recycling system will be described. First, regarding the introduction of the raw material gas, any raw material gas may be used as long as it can supply hydrogen and carbon monoxide to the SOFC module 1 by the raw material gas reforming tank 3. Examples thereof include city gas, natural gas, methanol, methane gas and the like.
【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。The raw material gas and the steam are introduced into the raw material gas reforming tank 3 through the steam introducing passage 13, and the generated hydrogen and carbon monoxide are sent to the SOFC module 1 as fuel. In the SOFC module 1, oxygen in the air introduced from the air supply path 6 electrochemically oxidizes hydrogen and carbon monoxide to carbon dioxide and water to generate electricity and heat. The temperature of the SOFC module 1 at this time is 9
It is preferably from 00 to 1000 ° C.
【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。High-temperature waste gas (gas temperature of 700 to 800 ° C.) sent from the SOFC module 1 to the first reaction tank 8 through the exhaust gas path 5 together with carbon dioxide and water which are reactants and unreacted carbon monoxide. (Including hydrogen), water is converted into carbon monoxide and hydrogen and carbon dioxide is converted into carbon monoxide by the reaction with carbon supported on the ceramics or the like in the first reaction tank 8. The first reaction tank 8 preferably contains a catalyst for promoting the above conversion. Examples of such catalysts include metals such as Ni, Pt and Ru, Cu
Metal oxides such as O and ZnO, A 1-x M x BO 3 (where A is La, Y, or Sm, M is Sr, Ca, or B
a, B are Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, C
u or Zn. ), Bi 2 O 3 , ZrO 2 , CeO 2
Examples thereof include ceramics doped with a metal oxide such as Y 2 O 3 or Gd 2 O 3 . The catalyst is used by a method in which fine particles of the catalyst are supported in a carbon structure, a powder of a hybrid with carbon is formed, or coating around carbon is performed.
【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。Further, the first reaction tank 8 may contain a carbon monoxide absorbent. When the product carbon monoxide is absorbed by the absorbent, the reaction is promoted, and as a result, a large amount of hydrogen can be obtained. Examples of such carbon monoxide absorbent include copper chloride.
【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。The place where the first reaction tank 8 is provided is S
There are two locations inside the OFC system or outside the SOFC system. If the heat generated by the SOFC battery reaction is
If the total amount of heat used in the other parts (air combustion chamber, manifold, raw material gas reforming tank 3, etc.) included inside the SOFC system and the heat quantity used in the first reaction tank 8 is larger than the SOFC system It can be installed inside and, if smaller, outside the SOFC system.
【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。An example of calorific value calculation when a fuel obtained by steam reforming of methane gas is used is as follows.・ Battery reaction of SOFC module 1 (1) H 2 + 1 / 2O 2 = H 2 O (heat quantity Q1 = + 25
0KJ / mol) (2) CO + 1 / 2O 2 = CO 2 (heat quantity Q2 = + 28)
(0 KJ / mol) ・ Reaction in the first reaction tank 8 (3) C + H 2 O = CO + H 2 (heat quantity Q3 = -1)
35 KJ / mol) (4) C + CO 2 = 2C0 ...... (heat quantity Q4 = -1
68 KJ / mol) Here, when methane gas (CH 4 ) is a raw material, H 2 of fuel is used.
/ CO becomes 3/1, and assuming that the reactions (1) to (4) have completely proceeded, the total amount of heat Q W has a positive value as in the following equation. Q W = 3Q1 + Q2 + 3Q3 + Q4 = + 457KJ / m
Therefore, under these conditions, the first reaction tank 8 is
It can be installed in the FC system.
【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。The reaction (3) C + H 2 O = CO + H 2 is 650 ° C. or higher, and the reaction (4) C + CO 2 = 2.
Since the reaction of C0 is activated at a temperature of 700 ° C. or higher, the temperature inside the first reaction tank 8 is 650 ° C. or higher, and further 70
It is preferably 0 ° C or higher. Under such a temperature condition, if the result of the calorific value calculation is a positive value, the first reaction tank 8 is heated to SO.
It can be maintained by installing it in the FC system. Further, when the first reaction tank 8 is installed outside the SOFC system, it is necessary to separately provide a heating device.
【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。The carbon monoxide separation tank 9 is discharged from the first reaction tank 8.
The entering gas contains hydrogen and carbon monoxide produced as a result of the reactions of (3) and (4) above, and only carbon monoxide is separated here and passed through the carbon monoxide reflux passage 10. Is sent to the fuel supply path 4 and reused as fuel. As a method of separating carbon monoxide, there is a carbon monoxide PAS method in which activated carbon is provided with a carbon monoxide adsorbent such as an adsorbent supporting copper chloride, and carbon monoxide is adsorbed and separated.
【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。The carbon monoxide separation tank 9 is optional, and carbon monoxide and hydrogen produced from the first reaction tank 8 can be sent to the fuel supply passage 4 as they are. However, when the carbon monoxide separation tank 9 is provided, carbon monoxide can be returned to the SOFC module 1 while maintaining a considerably high temperature, and thus energy loss can be reduced. Also, the second
Since it is possible to prevent the inflow of carbon monoxide into the reaction tank 11, the reaction between carbon dioxide and hydrogen in the second reaction tank 11 can be sufficiently performed without the monoxide reaction interfering.
【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。Next, the gas from which carbon monoxide has been removed is sent to the second reaction tank 11. This second reaction tank 11 is also an option, and a recycling system in which only the second reaction tank 11 is not installed, and a carbon monoxide separation tank 9 and a second
A recycling system in which neither of the reaction tanks 11 is installed is also within the scope of the present invention.
【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。However, if the second reaction tank 11 is installed,
All the components in the waste gas generated in the SOFC module 1 can be recycled. The reaction of the following equation proceeds in the second reaction tank 11. (5) CO 2 + 3H 2 = CH 3 OH + H 2 O (6) CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O The methanol and methane thus produced are fed to the raw material gas reforming tank 3 through the raw material gas reflux passage 12 as SOFC raw material. Can be sent. Further, since the steam and the remaining waste heat can be returned together, the amount of steam supplied from the outside and the heating energy can be saved.
【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。In order to allow the reaction in the second reaction tank 11 to proceed efficiently, it is possible to use a catalyst, use high-pressure conditions, or use a special reactor such as a microreactor. Further, the reaction temperature is preferably 150 ° C. or higher, but the gas discharged from the carbon monoxide separation tank 9 is sufficiently high, so that the condition of 150 ° C. or higher can be maintained. Regarding the catalyst, metal oxides such as Cu / ZnO 2 / Cr, Pd, Ni, and
Examples thereof include those in which a metal such as Ru is supported by titania, alumina or the like. A nickel compound is a typical catalyst for methane production.
【００２５】[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。As described above, the SOF of the present invention is
In the C fuel recycling system, since the first reaction tank is provided in front of the SOFC fuel exhaust gas passage, hydrogen and carbon monoxide that are SOFC fuels can be produced from carbon dioxide and water vapor contained in the exhaust gas. it can. Also, SO
When the first reaction tank is provided in the fuel exhaust gas passage in the FC system, the heat generated in the SOFC module can be used to generate the fuel in the first reaction tank.
【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。If the first reaction tank is provided at a position where the temperature inside the tank is kept at 650 ° C. or higher, the reaction between carbon and water or carbon dioxide can be smoothly carried out. Furthermore, if a second reaction tank for producing methanol and / or methane from hydrogen and unreacted carbon dioxide is provided in the gas recirculation path, all the components in the waste gas generated in the SOFC module will be recycled. Can be Further, if the temperature in the second reaction tank is kept at 150 ° C. or higher, methanol and / or methane can be efficiently produced.
【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。Furthermore, if a carbon monoxide separation tank is provided between the first reaction tank and the second reaction tank, carbon monoxide can be returned to the SOFC module while maintaining a considerably high temperature. Less energy loss is required. Further, since the inflow of carbon monoxide into the second reaction tank can be prevented, the reaction between carbon dioxide and hydrogen in the second reaction tank can be sufficiently performed without the monoxide reaction interfering with the reaction. .
【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。FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of an SOFC fuel recycling system of the present invention.
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DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SOFC module, 2 ... Raw material gas introduction path, 3 ... Raw material gas reforming tank, 4 ... Fuel supply path, 5 ... Exhaust gas path, 6 ... Air supply path, 7 ... Air discharge path, 8 ... First reaction tank , 9 ... Carbon monoxide separation tank, 10 ... Carbon monoxide reflux passage, 11 ... Second
Reactor tank, 12 ... Raw material gas reflux passage, 13 ... Steam introduction passage
Claims (6)
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。1. An SOFC (solid oxide fuel cell) module that uses hydrogen and carbon monoxide as fuels to generate electricity and heat by electrochemically coupling these fuels and an oxidant, and an SOFC module of the SOFC module. A first reaction tank for producing hydrogen and carbon monoxide from carbon dioxide and water vapor contained in the exhaust gas in the fuel exhaust path, and a reflux for returning the hydrogen and carbon monoxide produced in the first reaction tank to the SOFC. SOFC fuel recycling system characterized by the provision of a road.
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。2. The SOFC fuel recycling system according to claim 1, wherein the fuel recycling system is
A raw material gas reforming tank for supplying hydrogen and carbon monoxide as fuel to the SOFC module, a fuel supply passage and an exhaust passage, an oxidant supply passage and an exhaust passage, and the fuel exhaust passage in the system is provided with the first exhaust gas passage. SOFC fuel recycling system, which is equipped with one reaction tank.
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。3. The SOF according to claim 1 or 2.
In the C fuel recycling system, the SOFC fuel recycling system is characterized in that the first reaction tank is provided with means for keeping the temperature inside the tank at 650 ° C. or higher.
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。4. The SOFC fuel recycling system according to any one of claims 1 to 3, wherein a second reaction for producing methanol and / or methane from hydrogen and unreacted carbon dioxide in the middle of the reflux passage. An SOFC fuel recycling system that features a tank.
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。5. The SOFC fuel recycling system according to claim 4, wherein the second reaction tank is provided with means for keeping the temperature inside the tank at 150 ° C. or higher.
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。6. The SOF according to claim 4 or claim 5.
In the C fuel recycling system, a carbon monoxide separation tank between the first reaction tank and the second reaction tank, and a circuit for sending the carbon monoxide separated in the carbon monoxide separation tank to the SOFC module. SOF characterized by the provision of
C fuel recycling system.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007103014A (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell power generation system |
| JP2008204783A (en) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Fuel cell power generation system, and its cooling method |
| 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 (en) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | 一般財団法人電力中央研究所 | Power generation system using direct carbon fuel cell |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04289673A (en) * | 1990-08-29 | 1992-10-14 | Mitsubishi Electric Corp | Inside modified fusible carbonate type fuel battery system |
| JPH0547395A (en) * | 1991-08-16 | 1993-02-26 | Chubu Electric Power Co Inc | Fuel cell power generator |
| JPH07230816A (en) * | 1994-02-16 | 1995-08-29 | Tokyo Gas Co Ltd | Internal reforming type solid oxide fuel cell system |
| JP2000058091A (en) * | 1998-07-31 | 2000-02-25 | Sulzer Hexis Ag | Plant having high-temperature fuel cell |
-
2001
- 2001-09-27 JP JP2001297736A patent/JP2003109638A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04289673A (en) * | 1990-08-29 | 1992-10-14 | Mitsubishi Electric Corp | Inside modified fusible carbonate type fuel battery system |
| JPH0547395A (en) * | 1991-08-16 | 1993-02-26 | Chubu Electric Power Co Inc | Fuel cell power generator |
| JPH07230816A (en) * | 1994-02-16 | 1995-08-29 | Tokyo Gas Co Ltd | Internal reforming type solid oxide fuel cell system |
| JP2000058091A (en) * | 1998-07-31 | 2000-02-25 | Sulzer Hexis Ag | Plant having high-temperature fuel cell |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007103014A (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell power generation system |
| JP2008204783A (en) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Fuel cell power generation system, and its cooling method |
| 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 (en) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | 一般財団法人電力中央研究所 | Power generation system using direct carbon fuel cell |
| JP7290528B2 (en) | 2019-09-25 | 2023-06-13 | 一般財団法人電力中央研究所 | Power generation system using direct carbon fuel cells |
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