JP4916138B2 - Power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池により得られた電気エネルギーにより発電するとともに、燃料電池から排出された排ガスから二酸化炭素を液化二酸化炭素として回収するシステムに関する。 The present invention relates to a system for generating electric power from electric energy obtained by a fuel cell and recovering carbon dioxide as liquefied carbon dioxide from exhaust gas discharged from the fuel cell.
従来、燃料電池を利用して発電するとともに燃料電池から排出される二酸化炭素を回収する発電システムが開発されている(例えば、特許文献1〜3参照)。 Conventionally, a power generation system that generates power using a fuel cell and collects carbon dioxide discharged from the fuel cell has been developed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
しかしながら、これらのシステムにおいては、二酸化炭素を分離する分離装置と二酸化炭素を液化する液化装置とが別々に設けられているため、システムの縮小化が図れない。また、これらのシステムにおいては、省資源化、省エネルギー化、高濃度液化二酸化炭素回収の効率化などの面で必ずしも満足できるものではなく、少資源で発電しつつ高濃度の液化二酸化炭素を低エネルギーで効率よく回収することができるシステムの開発が求められているのが現状である。
そこで、本発明は、少資源で発電しつつ高濃度の液化二酸化炭素を低エネルギーで効率よく回収することができるシステムを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the system which can collect | recover highly concentrated liquefied carbon dioxide efficiently with low energy, generating electric power with small resources.
上記課題を解決するために、本発明に係る発電システムは、燃料電池と、前記燃料電池のアノード極から供給される、水分、水素、及び二酸化炭素を含む第1の排ガスから水分を除去して第2の排ガスとし、前記第2の排ガスを排出する除湿装置と、前記除湿装置により排出された第2の排ガスを前記二酸化炭素のみを固化させる第1の温度に冷却し、前記第2の排ガス中の前記二酸化炭素を固化して前記第2の排ガスから前記二酸化炭素を分離除去した水素を含む第3の排ガスを排出し、固化した前記二酸化炭素を液化するために昇温し、前記液化した二酸化炭素を排出する二酸化炭素分離液化装置と、前記二酸化炭素分離液化装置により排出された前記第3の排ガスを前記燃料電池のアノード極に供給する手段と、を含む。 In order to solve the above problems, a power generation system according to the present invention removes moisture from a fuel cell and a first exhaust gas containing moisture, hydrogen, and carbon dioxide supplied from an anode electrode of the fuel cell. A dehumidifier that discharges the second exhaust gas as the second exhaust gas, and the second exhaust gas discharged by the dehumidifier is cooled to a first temperature that solidifies only the carbon dioxide, and the second exhaust gas The carbon dioxide contained therein was solidified, the third exhaust gas containing hydrogen from which the carbon dioxide was separated and removed from the second exhaust gas was discharged, the temperature was raised to liquefy the solidified carbon dioxide, and the liquid was liquefied A carbon dioxide separation and liquefaction device for discharging carbon dioxide, and a means for supplying the third exhaust gas discharged by the carbon dioxide separation and liquefaction device to the anode electrode of the fuel cell.
なお、本発明に係る発電システムは、前記燃料電池のアノード極に供給する前記第3の排ガスの冷熱を利用して、前記燃料電池のアノード極から前記除湿装置に供給される前記第1の排ガスを冷却する熱交換器をさらに含むこととしてもよい。また、本発明に係る発電システムは、前記燃料電池のアノード極に供給する前記第3の排ガスの冷熱を利用して、前記除湿装置から前記二酸化炭素分離液化装置に供給される前記第2の排ガスを冷却する熱交換器をさらに含むこととしてもよい。 In the power generation system according to the present invention, the first exhaust gas supplied from the anode electrode of the fuel cell to the dehumidifier using the cold heat of the third exhaust gas supplied to the anode electrode of the fuel cell. It is good also as including the heat exchanger which cools. In addition, the power generation system according to the present invention uses the cold heat of the third exhaust gas supplied to the anode electrode of the fuel cell to supply the second exhaust gas supplied from the dehumidifier to the carbon dioxide separation and liquefaction device. It is good also as including the heat exchanger which cools.
さらに、本発明に係る発電システムは、燃料ガスを水素と二酸化炭素とを含む混合ガスに改質し、前記燃料電池のアノード極に前記混合ガスを供給する燃料ガス改質装置をさらに含むこととしてもよい。 Furthermore, the power generation system according to the present invention further includes a fuel gas reformer that reforms the fuel gas into a mixed gas containing hydrogen and carbon dioxide and supplies the mixed gas to the anode electrode of the fuel cell. Also good.
なお、前記燃料電池は、例えば、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、リン酸形燃料電池、固体高分子形燃料電池などである。前記燃料電池が溶融炭酸塩形燃料電池である場合には、溶融炭酸塩形燃料電池から前記除湿装置に供給される前記第1の排ガスの一部を燃焼して前記第1の排ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、前記二酸化炭素を前記溶融炭酸塩形燃料電池のカソード極に供給する燃焼器をさらに含ませることとしてもよい。また、本発明に係る発電システムに、石油、石炭、又は燃料ガスを燃焼するボイラと、前記ボイラから排出される第4の排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置と、前記脱硝装置により窒素酸化物が除去された前記第4の排ガスに含まれる固形成分を除去する脱塵装置と、前記脱塵装置により前記固形成分が除去された前記第4の排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、前記脱硫装置により前記硫黄酸化物が除去された前記第4の排ガスを前記溶融炭酸塩形燃料電池のカソード極に供給する手段と、をさらに含ませることとしてもよい。 Examples of the fuel cell include a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, and a solid polymer fuel cell. When the fuel cell is a molten carbonate fuel cell, a part of the first exhaust gas supplied from the molten carbonate fuel cell to the dehumidifier is burned and included in the first exhaust gas. A combustor that oxidizes carbon monoxide to carbon dioxide and supplies the carbon dioxide to the cathode of the molten carbonate fuel cell may be further included. Further, the power generation system according to the present invention includes a boiler that burns oil, coal, or fuel gas, a denitration device that removes nitrogen oxides contained in the fourth exhaust gas discharged from the boiler, and the denitration device. A dust removing device for removing solid components contained in the fourth exhaust gas from which nitrogen oxides have been removed, and a sulfur oxide contained in the fourth exhaust gas from which the solid components have been removed by the dust removing device. And a means for supplying the fourth exhaust gas from which the sulfur oxide has been removed by the desulfurization device to the cathode electrode of the molten carbonate fuel cell.
ここで、前記液化二酸化炭素回収装置は、例えば、前記除湿装置から供給される前記第2の排ガスを受け入れる排ガス入口と、前記第2の排ガスを冷却し、前記第2の排ガス中の二酸化炭素を固化して外面に付着させる冷媒流通管と、前記第3の排ガスを排出する排ガス出口と、前記排ガス入口及び前記排ガス出口を開閉するための各々に対する開閉手段と、を有する耐圧容器と、前記耐圧容器内で固化した前記二酸化炭素を昇温する昇温手段と、前記開閉手段により前記排ガス入口及び前記排ガス出口を密閉し、固化した前記二酸化炭素を前記昇温手段により昇温することにより得られた液化二酸化炭素を排出する排出手段と、を含む装置であってもよい。 Here, the liquefied carbon dioxide recovery device, for example, an exhaust gas inlet that receives the second exhaust gas supplied from the dehumidifier, cools the second exhaust gas, and removes carbon dioxide in the second exhaust gas. A pressure-resistant container having a refrigerant circulation pipe to be solidified and adhered to an outer surface, an exhaust gas outlet for discharging the third exhaust gas, and an opening / closing means for opening and closing the exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet, and the pressure resistance Obtained by raising the temperature of the carbon dioxide solidified in a container, sealing the exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet by the opening / closing means, and raising the temperature of the solidified carbon dioxide by the temperature raising means. And a discharge means for discharging liquefied carbon dioxide.
また、前記除湿装置は、例えば、前記燃料電池のアノード極から供給される前記第1の排ガスを、前記二酸化炭素を固化させないが前記水分を液化又は固化させる第2の温度に冷却し、前記第1の排ガス中の前記水分を液化又は固化させて前記第1の排ガスから前記水分を除去して前記第2の排ガスとし、前記第2の排ガスを排出する冷却式除湿装置であってもよいし、第1の冷媒に前記第1の排ガスを通過させて前記第2の温度に冷却し、前記第1の排ガス中の前記水分を固化させて前記第1の排ガスから前記水分を除去して前記第2の排ガスとし、前記第2の排ガスを排出する脱水部と、固化した前記水分を含む前記第1の冷媒を、固化した前記水分と前記第1の冷媒とに分離する分離部と、分離した前記第1の冷媒を前記脱水部に供給する手段と、を含む装置であってもよい。なお、除湿装置が前記冷却式除湿装置である場合には、前記燃料電池のアノード極に供給する前記第3の排ガスの冷熱を利用して、前記第1の排ガスを前記第2の温度に冷却する手段をさらに含ませることとしてもよい。 In addition, the dehumidifying device cools the first exhaust gas supplied from the anode electrode of the fuel cell to a second temperature that does not solidify the carbon dioxide but liquefies or solidifies the water, for example. A cooling dehumidifier that liquefies or solidifies the moisture in one exhaust gas to remove the moisture from the first exhaust gas to form the second exhaust gas, and discharges the second exhaust gas; The first exhaust gas is passed through a first refrigerant and cooled to the second temperature, the moisture in the first exhaust gas is solidified to remove the moisture from the first exhaust gas, and A dehydration unit that discharges the second exhaust gas as a second exhaust gas, a separation unit that separates the solidified first refrigerant containing the moisture into the solidified moisture and the first refrigerant, and a separation Supplying the first refrigerant to the dehydrating unit It means that may be a device comprising a. When the dehumidifier is the cooling dehumidifier, the first exhaust gas is cooled to the second temperature by using the cold heat of the third exhaust gas supplied to the anode electrode of the fuel cell. It is good also as including the means to do.
本発明によれば、少資源で発電しつつ高濃度の液化二酸化炭素を低エネルギーで効率よく回収することができるシステムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the system which can collect | recover highly concentrated liquefied carbon dioxide with low energy efficiently can be provided, producing electric power with few resources.
以下、好ましい実施の形態につき、添付図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
==本発明に係る発電システムの構成==
図1に本発明の一実施形態として説明する発電システムの概略構成図を示す。図1に示すように、本発明に係る発電システム1000は、燃料電池100、除湿装置200、二酸化炭素(以下、「液化CO2」と称する。)分離液化装置300などを備えている。
== Configuration of power generation system according to the present invention ==
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a power generation system described as an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a power generation system 1000 according to the present invention includes a fuel cell 100, a dehumidifier 200, a carbon dioxide (hereinafter referred to as “liquefied CO 2 ”) separation liquefaction device 300, and the like.
燃料電池100は、例えば、水素、アルコール(例えば、メタノール、エタノールなど)、メタン、エタン、プロパンなどの炭化水素、天然ガス、都市ガス、LPガス、バイオガス、消化ガスなどの燃料が有する化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換し、発電する装置である。燃料電池100は、例えば、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC:Molten Carbonate Fuel Cell)、固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)、リン酸形燃料電池(PAFC:Phosphoric Acid Fuel Cell)、及び固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)などである。なお、燃料電池100のカソード極には、空気又は酸素等(MCFCの場合には、二酸化炭素を含む)が供給される。一方、燃料電池100のアノード極には、水素等(その他、MCFC及びSOFCの場合は一酸化炭素が含まれていてもよい。)が供給される。 The fuel cell 100 includes, for example, chemical energy possessed by fuels such as hydrogen, alcohols (eg, methanol, ethanol, etc.), hydrocarbons such as methane, ethane, propane, natural gas, city gas, LP gas, biogas, and digestion gas. Is a device that converts electricity directly into electrical energy to generate electricity. Examples of the fuel cell 100 include a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), and a phosphoric acid fuel cell (PAFC). And a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). Note that air or oxygen (including carbon dioxide in the case of MCFC) is supplied to the cathode electrode of the fuel cell 100. On the other hand, hydrogen or the like (others may contain carbon monoxide in the case of MCFC and SOFC) is supplied to the anode electrode of the fuel cell 100.
除湿装置200は、燃料電池100のアノード極から供給される、水分(例えば、水蒸気や水など)、水素、及び二酸化炭素を含む第1の排ガスから水分を除去して第2の排ガスとし、これを排出する装置である。除湿装置200は、例えば、乾燥剤、吸着剤(例えば、活性炭、ゼオライトなど)等を用いた吸着式除湿装置であってもよいし、燃料電池100から供給される第1の排ガスを、二酸化炭素を固化させないが水分を液化又は固化させることができる適当な温度(以下、「第2の温度」と称する。)に冷却し、第1の排ガス中の水分を液化又は固化させて第1の排ガスから水分を除去し、水素及び二酸化炭素を含む第2の排ガスを排出する冷却式除湿装置であってもよいし、その他公知の除湿装置であってもよい。 The dehumidifying device 200 removes moisture from the first exhaust gas containing moisture (for example, water vapor and water), hydrogen, and carbon dioxide supplied from the anode electrode of the fuel cell 100 to obtain a second exhaust gas. It is a device that discharges. The dehumidifier 200 may be, for example, an adsorption dehumidifier using a desiccant, an adsorbent (for example, activated carbon, zeolite, etc.), or the first exhaust gas supplied from the fuel cell 100 is converted into carbon dioxide. The first exhaust gas is cooled by cooling to an appropriate temperature (hereinafter referred to as “second temperature”) at which moisture can be liquefied or solidified without causing the moisture in the first exhaust gas to be liquefied or solidified. It may be a cooling dehumidifier that removes moisture from the water and discharges a second exhaust gas containing hydrogen and carbon dioxide, or may be a known dehumidifier.
CO2分離液化装置300は、除湿装置200により排出された第2の排ガスを、二酸化炭素のみを固化させることができる適当な温度に冷却し、第2の排ガス中の二酸化炭素を固化して第2の排ガスから二酸化炭素を分離除去した水素を含む第3の排ガスを排出し、固化した二酸化炭素を液化するために昇温し、液化した二酸化炭素を排出する装置である。 The CO 2 separation and liquefaction device 300 cools the second exhaust gas discharged by the dehumidification device 200 to an appropriate temperature at which only carbon dioxide can be solidified, and solidifies the carbon dioxide in the second exhaust gas to provide the first. This is an apparatus for discharging a third exhaust gas containing hydrogen from which carbon dioxide has been separated and removed from the exhaust gas of No. 2, raising the temperature to liquefy the solidified carbon dioxide, and discharging the liquefied carbon dioxide.
本発明に係る発電システム1000においては、CO2分離液化装置300により排出された第3の排ガスを燃料電池100のアノード極に供給する手段が備えられている。前記手段は、例えば、配管(ブロワなどを備えていてもよい。)であってもよいし、第3の排ガスを貯蔵して燃料電池100のアノード極へ供給する貯蔵容器であってもよい。 The power generation system 1000 according to the present invention includes means for supplying the third exhaust gas discharged by the CO 2 separation and liquefaction device 300 to the anode electrode of the fuel cell 100. The means may be, for example, a pipe (may include a blower or the like), or a storage container that stores the third exhaust gas and supplies it to the anode electrode of the fuel cell 100.
以上のように、燃料電池100を備える発電システム1000に除湿装置200及びCO2分離液化装置300を設けることにより、高濃度の液化CO2を分離回収することができるようになる。また、CO2分離液化装置300では、固化した二酸化炭素を昇温することにより密閉容器内で気化させて装置内の圧力を上昇させ、これにより液化CO2を生成しているので、二酸化炭素を液化するためのエネルギーを削減することができるようになる。さらに、CO2分離液化装置300により分離された第3の排ガスを燃料電池100のアノード極へ供給する手段を設けることにより、第3の排ガスに含まれる水素ガスを有効に利用して電気エネルギーを得ることができるようになり、水素ガスの省資源化を図ることができる。 As described above, by providing the power generation system 1000 including the fuel cell 100 with the dehumidifying device 200 and the CO 2 separation and liquefaction device 300, it becomes possible to separate and collect high-concentration liquefied CO 2 . In the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300, the solidified carbon dioxide is heated to evaporate in a sealed container to increase the pressure in the apparatus, thereby generating liquefied CO 2. Energy for liquefaction can be reduced. Further, by providing means for supplying the third exhaust gas separated by the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300 to the anode electrode of the fuel cell 100, electric energy can be effectively utilized by using hydrogen gas contained in the third exhaust gas. As a result, it is possible to save resources of hydrogen gas.
本発明の好適な一実施態様によれば、本発明に係る発電システム1000に、CO2分離液化装置300から排出される第3の排ガスの冷熱を利用して、除湿装置200からCO2分離液化装置300に供給される第2の排ガスを冷却する熱交換器400、燃料電池100のアノード極から除湿装置200に供給される第1の排ガスを冷却する熱交換器410などをさらに設けることとしてもよい。また、除湿装置200が冷却式除湿装置である場合には、図1に示すように、CO2分離液化装置300から排出される第3の排ガスを冷却式除湿装置内に通過させ、第3の排ガスの冷熱を利用して第1の排ガスを冷却するための配管や熱交換器を冷却式除湿装置内に設けることとしてもよい。以上のように第3の排ガスの冷熱を有効に利用して第1、第2の排ガスを冷却することにより、発電システム1000におけるエネルギーの消費を削減することができるようになる。 According to a preferred embodiment of the present invention, the power generation system 1000 according to the present invention uses the cold heat of the third exhaust gas discharged from the CO 2 separation and liquefaction device 300 to cool the CO 2 separation and liquefaction from the dehumidification device 200. A heat exchanger 400 that cools the second exhaust gas supplied to the apparatus 300, a heat exchanger 410 that cools the first exhaust gas supplied from the anode electrode of the fuel cell 100 to the dehumidifier 200, and the like may be further provided. Good. When the dehumidifying device 200 is a cooling type dehumidifying device, as shown in FIG. 1, the third exhaust gas discharged from the CO 2 separation and liquefaction device 300 is passed through the cooling type dehumidifying device, A pipe or a heat exchanger for cooling the first exhaust gas using the cold heat of the exhaust gas may be provided in the cooling dehumidifier. As described above, energy consumption in the power generation system 1000 can be reduced by effectively using the cold heat of the third exhaust gas to cool the first and second exhaust gases.
なお、第1、第2の排ガスの冷却は、ある程度の温度まで海水や河川水の冷熱を利用して行うこととしてもよい。また、本発明に係る発電システム1000に、冷凍機と、当該冷凍機と熱交換器400,410や除湿装置(冷却式除湿装置)200との間で冷媒を循環させる冷媒管とを設けて、冷凍機において冷却した冷媒を熱交換器400,410や除湿装置(冷却式除湿装置)200に循環させ、当該冷媒の冷熱を利用して第1、第2の排ガスを冷却することとしてもよい。図2に本発明の一実施形態として説明する冷凍機の概略構成図を示す。 Note that the cooling of the first and second exhaust gases may be performed using cold heat of seawater or river water to a certain temperature. Further, the power generation system 1000 according to the present invention is provided with a refrigerator and a refrigerant pipe for circulating the refrigerant between the refrigerator and the heat exchangers 400 and 410 and the dehumidifier (cooling dehumidifier) 200, The refrigerant cooled in the refrigerator may be circulated through the heat exchangers 400 and 410 and the dehumidifier (cooled dehumidifier) 200, and the first and second exhaust gases may be cooled using the cold heat of the refrigerant. The schematic block diagram of the refrigerator demonstrated as one Embodiment of this invention in FIG. 2 is shown.
図2に示すように、冷凍機500は、タービン式の圧縮機(タービン520及び昇圧機510を備える。)、圧縮機530、凝縮器540、熱交換器550などを備えており、これらはそれぞれ配管560によって接続されている。 As shown in FIG. 2, the refrigerator 500 includes a turbine-type compressor (including a turbine 520 and a booster 510), a compressor 530, a condenser 540, a heat exchanger 550, and the like. They are connected by a pipe 560.
圧縮機530は配管560を循環する冷媒を所定の圧力まで圧縮する装置(低圧側圧縮機)である。昇圧機510は、圧縮機530によって所定の圧力まで加圧された冷媒を昇圧する装置である。凝縮器540は、圧縮機510,530によって高温高圧にされた冷媒を冷却する装置である。タービン520は、凝縮器540によって冷却された低温高圧の冷媒により回転運動を発生させ、圧縮機510を駆動する装置である。熱交換器550は、タービン520を通過することにより膨張した低温低圧の冷媒の冷熱を利用して、熱交換器550と熱交換器400,410や冷却式除湿装置との間で循環する冷媒を冷却する装置である。なお、熱交換器550内で冷熱を供給した冷媒は、圧縮機530に供給される。なお、冷凍機500が備える冷媒は、冷凍機500において圧縮機530→昇圧機510→凝縮器540→タービン520→熱交換器550→圧縮機530というように循環利用される。また、冷凍機500において循環利用される冷媒としては、熱交換器550と熱交換器400,410や冷却式除湿装置との間で循環する冷媒より融点が低いものであればどのようなものでもよく、例えば、液体窒素、液体酸素、液体ヘリウムなどを用いることができる。なお、熱交換器550と熱交換器400,410や冷却式除湿装置との間で循環する冷媒としては、例えば、エチレングリコール、ジメチルエーテル、メタノール、エタノール、トルエン、二酸化炭素、アンモニアなどを用いることができる。 The compressor 530 is a device (low pressure side compressor) that compresses the refrigerant circulating in the pipe 560 to a predetermined pressure. The booster 510 is a device that boosts the refrigerant pressurized to a predetermined pressure by the compressor 530. The condenser 540 is a device that cools the refrigerant that has been brought to a high temperature and a high pressure by the compressors 510 and 530. The turbine 520 is a device that drives the compressor 510 by generating a rotational motion with the low-temperature and high-pressure refrigerant cooled by the condenser 540. The heat exchanger 550 uses the cold heat of the low-temperature and low-pressure refrigerant expanded by passing through the turbine 520, and circulates the refrigerant circulating between the heat exchanger 550 and the heat exchangers 400 and 410 and the cooling dehumidifier. A device for cooling. The refrigerant that has supplied the cold heat in the heat exchanger 550 is supplied to the compressor 530. The refrigerant included in the refrigerator 500 is circulated and used in the refrigerator 500 in the order of the compressor 530 → the booster 510 → the condenser 540 → the turbine 520 → the heat exchanger 550 → the compressor 530. In addition, any refrigerant that is circulated and used in the refrigerator 500 can be used as long as it has a lower melting point than the refrigerant circulated between the heat exchanger 550 and the heat exchangers 400 and 410 and the cooling dehumidifier. For example, liquid nitrogen, liquid oxygen, liquid helium, or the like can be used. For example, ethylene glycol, dimethyl ether, methanol, ethanol, toluene, carbon dioxide, ammonia, or the like is used as the refrigerant circulating between the heat exchanger 550 and the heat exchangers 400 and 410 or the cooling dehumidifier. it can.
以上のようにして、本発明に係る発電システム1000に、冷凍機500と、当該冷凍機500と熱交換器400,410や除湿装置(冷却式除湿装置)200との間で冷媒を循環させる冷媒管とを設けることにより、冷凍機500内を循環する冷媒の冷熱を利用して、熱交換器550と熱交換器400,410や除湿装置(冷却式除湿装置)200との間で循環する冷媒を冷却することが可能となる。 As described above, in the power generation system 1000 according to the present invention, the refrigerant is circulated between the refrigerator 500, the refrigerator 500, the heat exchangers 400 and 410, and the dehumidifier (cooling dehumidifier) 200. By providing the pipe, the refrigerant circulated between the heat exchanger 550 and the heat exchangers 400 and 410 and the dehumidifier (cooling dehumidifier) 200 using the cold heat of the refrigerant circulating in the refrigerator 500. Can be cooled.
また、本発明の一実施態様によれば、本発明に係る発電システム1000に燃料ガス改質装置700をさらに設けてもよい。これにより、燃料ガス改質装置700が、燃料ガスを水素及び二酸化炭素を含む混合ガスに改質し、改質した混合ガスを燃料として燃料電池100のアノード極へ供給することができる。なお、前記燃料ガスとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素ガス、天然ガス、都市ガス、及びLPガス、あるいは、これらの液化ガスなどを用いることができる。図3は、本発明の一実施例において、液化天然ガス(LNG)から燃料電池100のアノード極へ供給する混合ガスを生成する過程を示す図である。 Moreover, according to one embodiment of the present invention, the fuel gas reformer 700 may be further provided in the power generation system 1000 according to the present invention. As a result, the fuel gas reformer 700 can reform the fuel gas into a mixed gas containing hydrogen and carbon dioxide, and supply the reformed mixed gas to the anode electrode of the fuel cell 100 as fuel. Examples of the fuel gas include alcohols such as methanol, ethanol, and propanol, hydrocarbon gases such as methane, ethane, propane, and butane, natural gas, city gas, and LP gas, or liquefied gases thereof. Can be used. FIG. 3 is a diagram showing a process of generating a mixed gas to be supplied from liquefied natural gas (LNG) to the anode electrode of the fuel cell 100 in one embodiment of the present invention.
図3に示すように、LNG貯蔵槽600に貯蔵されているLNGは熱交換器420を介して燃料ガス改質装置700に供給される。熱交換器420では、LNG貯蔵槽600から供給されるLNGの冷熱を利用して、熱交換器420と熱交換器400,410や除湿装置(冷却式除湿装置)200との間で循環する冷媒が冷却される。熱交換器420において冷熱を提供したLNGは気化し、燃料ガス改質装置700に供給されて水素及び二酸化炭素を含む混合ガスに改質され、燃料電池100のアノード極に供給される。 As shown in FIG. 3, the LNG stored in the LNG storage tank 600 is supplied to the fuel gas reformer 700 through the heat exchanger 420. In the heat exchanger 420, refrigerant that circulates between the heat exchanger 420 and the heat exchangers 400 and 410 and the dehumidifier (cooling dehumidifier) 200 using the cold heat of LNG supplied from the LNG storage tank 600. Is cooled. The LNG that has supplied cold heat in the heat exchanger 420 is vaporized, supplied to the fuel gas reformer 700, reformed into a mixed gas containing hydrogen and carbon dioxide, and supplied to the anode electrode of the fuel cell 100.
このように、本発明に係る発電システム1000に、熱交換器420及び燃料ガス改質装置700を設けることにより、液体の燃料ガスが有する冷熱を利用して、熱交換器420と熱交換器400,410や冷却式除湿装置との間で循環する冷媒を冷却することができるので、システム全体に必要なエネルギーを削減することができるようになる。 As described above, by providing the heat exchanger 420 and the fuel gas reformer 700 in the power generation system 1000 according to the present invention, the heat exchanger 420 and the heat exchanger 400 are utilized using the cold heat of the liquid fuel gas. , 410 and the cooling type dehumidifying device can be cooled, so that the energy required for the entire system can be reduced.
<CO2分離液化装置300について>
次に、本発明に係る発電システム1000が備えるCO2分離液化装置300の構成及び処理手順について詳述する。図4に本発明の一実施形態として説明するCO2分離液化装置300の概略構成を示す。
<About the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300>
Next, the configuration and processing procedure of the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300 included in the power generation system 1000 according to the present invention will be described in detail. FIG. 4 shows a schematic configuration of a CO 2 separation and liquefaction apparatus 300 described as an embodiment of the present invention.
図4に示すように、CO2分離液化装置300は縦・横・高さがそれぞれ数m程度の略直方体形状の金属製(例えばステンレス)の耐圧容器310から構成されている。耐圧容器310の上面所定位置には、除湿装置200から供給される第2の排ガスを受け入れる排ガス入口321が設けられている。一方、耐圧容器310の下面所定位置には、第2の排ガスから二酸化炭素を除去した第3の排ガスを耐圧容器310内から排出する排ガス出口322と、耐圧容器310の底に溜まる液化CO2を排出するための液体排出口323とが設けられている。なお、排ガス入口321から受け入れられた第2の排ガスを耐圧容器310内に所定時間以上滞在させるべく、排ガス出口322は排ガス入口321から所定距離だけ離間させた位置に設けられている。 As shown in FIG. 4, the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300 is composed of a substantially rectangular parallelepiped metal (for example, stainless steel) pressure vessel 310 having a vertical, horizontal, and height of about several meters each. An exhaust gas inlet 321 for receiving the second exhaust gas supplied from the dehumidifier 200 is provided at a predetermined position on the upper surface of the pressure vessel 310. On the other hand, at a predetermined position on the lower surface of the pressure vessel 310, there are an exhaust gas outlet 322 for discharging the third exhaust gas from which the carbon dioxide has been removed from the second exhaust gas from the pressure vessel 310, and liquefied CO 2 accumulated at the bottom of the pressure vessel 310. A liquid discharge port 323 for discharging is provided. The exhaust gas outlet 322 is provided at a position separated from the exhaust gas inlet 321 by a predetermined distance so that the second exhaust gas received from the exhaust gas inlet 321 stays in the pressure vessel 310 for a predetermined time or longer.
排ガス入口321に連結する配管(ガス流入管331)には、排ガスの流入量を調節する制御バルブ341が設けられている。また排ガス出口322に連結する配管(ガス排出管332)には、排ガスの流出量を調節する制御バルブ342が設けられている。また液体排出口323に連結する配管(液体排出管333)には、排出させる液化CO2の量を調節する制御バルブ343が設けられている。これら制御バルブ341,342,343の全てを閉じることにより耐圧容器310内は完全に密閉された状態となる。また、制御バルブ341を開放することにより耐圧容器310内に第2の排ガスを流入することができ、制御バルブ342を開放することにより耐圧容器310内の第3の排ガスを排出することができ、制御バルブ343を開放することにより液化CO2を耐圧容器310内から排出して回収することができる。 A pipe (gas inflow pipe 331) connected to the exhaust gas inlet 321 is provided with a control valve 341 for adjusting the amount of inflow of exhaust gas. In addition, a control valve 342 for adjusting the outflow amount of exhaust gas is provided in a pipe (gas exhaust pipe 332) connected to the exhaust gas outlet 322. In addition, a control valve 343 that adjusts the amount of liquefied CO 2 to be discharged is provided in a pipe (liquid discharge pipe 333) connected to the liquid discharge port 323. By closing all of these control valves 341, 342, and 343, the inside of the pressure vessel 310 is completely sealed. In addition, the second exhaust gas can flow into the pressure vessel 310 by opening the control valve 341, and the third exhaust gas in the pressure vessel 310 can be discharged by opening the control valve 342, By opening the control valve 343, the liquefied CO 2 can be discharged from the pressure vessel 310 and recovered.
耐圧容器310の内部には、冷媒である液体窒素(LN2)を流通させる金属製(例えば銅もしくはステンレス)の冷媒流通管312が配管されている。なお、前記LN2はLN2のボンベから供給されることとしてもよいが、冷媒流通管312を介して、上述の冷凍機500の熱交換器550と耐圧容器310とを循環できるような配管を設け、熱交換器550において冷凍機500内を循環する冷媒の冷熱によって冷却されたLN2が冷媒流通管312に供給されるような構成としてもよい。なお、このような構成とする場合には、冷凍機500内を循環する冷媒として液体窒素、液体ヘリウムなどを用いる必要がある。 Inside the pressure vessel 310, a refrigerant circulation pipe 312 made of metal (for example, copper or stainless steel) through which liquid nitrogen (LN 2 ), which is a refrigerant, circulates is provided. The LN 2 may be supplied from an LN 2 cylinder, but a pipe that can circulate between the heat exchanger 550 of the refrigerator 500 and the pressure vessel 310 through the refrigerant circulation pipe 312. The LN 2 that is provided and cooled by the cold heat of the refrigerant circulating in the refrigerator 500 in the heat exchanger 550 may be supplied to the refrigerant flow pipe 312. In the case of such a configuration, it is necessary to use liquid nitrogen, liquid helium, or the like as a refrigerant circulating in the refrigerator 500.
前記冷媒流通管312の上流には、冷媒の流量を制御する制御バルブ344が設けられている。冷媒流通管312は、耐圧容器310の内部に流通させる排ガスと接触効率を高めるために、耐圧容器310の内部において2本に分岐し、耐圧容器310の内部で蛇行させている。 A control valve 344 for controlling the flow rate of the refrigerant is provided upstream of the refrigerant flow pipe 312. The refrigerant flow pipe 312 branches into two inside the pressure vessel 310 and is meandered inside the pressure vessel 310 in order to increase the contact efficiency with the exhaust gas flowing inside the pressure vessel 310.
耐圧容器310の壁面には伝熱管313が埋設されている。伝熱管313の上流には伝熱管313に流通させる熱媒体の流量を制御する制御バルブが設けられている(図示しない。)。上記熱媒体は例えば乾き空気であり、熱媒体は熱源314から伝熱管313に輸送されてくる。このように、伝熱管313に熱媒体が流通することにより、耐圧容器310の内部が昇温することとなる。なお、上記熱媒体としては、本装置300から排出されて熱交換器400,410や除湿装置(冷却式除湿装置)200において冷熱を提供した第3の排ガスであってもよいし、冷凍機500の熱交換器550と熱交換器400,410や除湿装置(冷却式除湿装置)200との間で循環する冷媒であってもよい。このように第3の排ガスや冷媒を熱媒体として利用することで、耐圧容器310内で冷熱を吸収することができるので、熱交換器400,410や除湿装置(冷却式除湿装置)200において再度冷熱を提供することができるようになる。これにより、システム全体としてのエネルギーの有効利用が図られる。また伝熱管313は耐圧容器310の壁面に埋設するのではなく、耐圧容器310の内部に設けるようにしてもよい。また伝熱管313に代えて電熱式のヒータ(例えばシリコンゴムヒータ、フッ素樹脂ヒータ)を用いてもよい。 A heat transfer tube 313 is embedded in the wall surface of the pressure vessel 310. A control valve that controls the flow rate of the heat medium that flows through the heat transfer tube 313 is provided upstream of the heat transfer tube 313 (not shown). The heat medium is, for example, dry air, and the heat medium is transported from the heat source 314 to the heat transfer tube 313. As described above, the heat medium flows through the heat transfer tube 313, so that the inside of the pressure vessel 310 is heated. The heat medium may be a third exhaust gas that is discharged from the apparatus 300 and provides cold heat in the heat exchangers 400 and 410 and the dehumidifier (cooling dehumidifier) 200, or the refrigerator 500. The refrigerant may circulate between the heat exchanger 550 and the heat exchangers 400 and 410 and the dehumidifying device (cooling dehumidifying device) 200. By using the third exhaust gas or the refrigerant as a heat medium in this way, it is possible to absorb the cold heat in the pressure vessel 310, so that the heat exchangers 400 and 410 and the dehumidifier (cooling dehumidifier) 200 again. It becomes possible to provide cold heat. Thereby, the effective use of the energy as the whole system is achieved. The heat transfer tube 313 may be provided inside the pressure vessel 310 instead of being embedded in the wall surface of the pressure vessel 310. Instead of the heat transfer tube 313, an electrothermal heater (for example, a silicon rubber heater or a fluororesin heater) may be used.
耐圧容器310には、耐圧容器310内の温度を計測するセンサ、冷媒流通管312の外面の温度を計測するセンサ等、各種のセンサが設けられていてもよい。このように各種センサを設ける場合には、各センサの出力値を、計測機器やコンピュータ(図示しない)に入力されるようにし、オペレータによってモニタできるようにすることとしてもよい。これにより、耐圧容器310内の温度及び冷媒流通管312の外面の温度を把握することが可能となり、第2の排ガスに含まれる二酸化炭素を効率的に処理することができるようになる。 The pressure vessel 310 may be provided with various sensors such as a sensor that measures the temperature in the pressure vessel 310 and a sensor that measures the temperature of the outer surface of the refrigerant flow pipe 312. When various sensors are provided in this way, the output value of each sensor may be input to a measuring device or a computer (not shown) so that it can be monitored by an operator. Thereby, it becomes possible to grasp the temperature in the pressure vessel 310 and the temperature of the outer surface of the refrigerant flow pipe 312, and the carbon dioxide contained in the second exhaust gas can be efficiently processed.
また、本実施の形態において、耐圧容器310に、耐圧容器310の内部の様子を目視することができる小窓をさらに設けることとしてもよい。これにより、耐圧容器310内の二酸化炭素の変化を確認することができるようになる。 In the present embodiment, the pressure vessel 310 may be further provided with a small window through which the inside of the pressure vessel 310 can be visually observed. Thereby, the change of the carbon dioxide in the pressure vessel 310 can be confirmed.
次に、CO2分離液化装置300の処理手順について説明する。
制御バルブ341を開放することにより耐圧容器310内に流入された第2の排ガスは、耐圧容器310内に設けられた冷媒流通管312を流通している冷媒の冷熱により冷却される。その結果、前記第2の排ガス中の二酸化炭素のみが冷媒流通管312の外面に固化され付着する。第2の排ガス中の二酸化炭素を固化して付着させることにより第2の排ガスから二酸化炭素が除去された第3の排ガスは、制御バルブ342を開放することにより排ガス出口322からガス排出管332を通って排出される。
Next, the processing procedure of the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300 will be described.
The second exhaust gas flowing into the pressure vessel 310 by opening the control valve 341 is cooled by the cold heat of the refrigerant flowing through the refrigerant flow pipe 312 provided in the pressure vessel 310. As a result, only carbon dioxide in the second exhaust gas is solidified and attached to the outer surface of the refrigerant flow pipe 312. The third exhaust gas from which carbon dioxide has been removed from the second exhaust gas by solidifying and adhering the carbon dioxide in the second exhaust gas is opened through the gas exhaust pipe 332 from the exhaust gas outlet 322 by opening the control valve 342. Discharged through.
耐圧容器310に設けられた小窓を目視することにより、又は所定時間が経過することにより、冷媒流通管312の外面に付着したドライアイスの量が所定量に達したところで、制御バルブ341,342を閉鎖して耐圧容器310を密閉する。また制御バルブ344を閉鎖して冷媒流通管312の冷媒の流通を停止する。 When the amount of dry ice adhering to the outer surface of the refrigerant flow pipe 312 reaches a predetermined amount by visually observing a small window provided in the pressure vessel 310 or after a predetermined time has passed, the control valves 341 and 342 are controlled. Is closed and the pressure vessel 310 is sealed. Further, the control valve 344 is closed to stop the refrigerant flow in the refrigerant flow pipe 312.
次に、制御バルブを開放して伝熱管313に熱媒体を流通させ、耐圧容器310内の温度を上昇させる。耐圧容器310内の温度上昇に伴い、冷媒流通管312の外面に付着したドライアイスが昇華する。これにより、耐圧容器310内の圧力が上昇し、気化した二酸化炭素は液化する。耐圧容器310の底に溜まった液化CO2は、制御バルブ343を開放することにより液体排出管333を通って排出され、回収される。なお、ドライアイスが完全に気化して液化したかどうかの判断は、例えば、耐圧容器310に設けられた小窓から目視すること、あるいは、所定時間が経過したことをもって行うことができる。また、液体排出口323に連結する液体排出管333内を、二酸化炭素が液体の状態のまま排出することができる圧力及び温度にしておくことで、液化CO2を全て回収することができる。 Next, the control valve is opened, the heat medium is circulated through the heat transfer tube 313, and the temperature in the pressure vessel 310 is raised. As the temperature in the pressure vessel 310 rises, dry ice attached to the outer surface of the refrigerant flow pipe 312 sublimates. Thereby, the pressure in the pressure vessel 310 is increased, and the vaporized carbon dioxide is liquefied. The liquefied CO 2 accumulated at the bottom of the pressure vessel 310 is discharged through the liquid discharge pipe 333 and collected by opening the control valve 343. The determination of whether or not the dry ice is completely vaporized and liquefied can be made, for example, by looking through a small window provided in the pressure resistant vessel 310 or when a predetermined time has elapsed. Further, by setting the inside of the liquid discharge pipe 333 connected to the liquid discharge port 323 to a pressure and temperature at which carbon dioxide can be discharged in a liquid state, all of the liquefied CO 2 can be recovered.
回収後、熱媒体の制御バルブを閉鎖するとともに、冷媒の制御バルブ344を開放して耐圧容器310内を冷却する。耐圧容器310内が所定の温度に冷却した後、制御バルブ341,342を開放して第2の排ガスを耐圧容器310内に流入する。 After the recovery, the heat medium control valve is closed and the refrigerant control valve 344 is opened to cool the inside of the pressure vessel 310. After the pressure vessel 310 is cooled to a predetermined temperature, the control valves 341 and 342 are opened, and the second exhaust gas flows into the pressure vessel 310.
以上に説明したように、本発明の一実施形態におけるCO2分離液化装置300によれば、第2の排ガス中に含まれる二酸化炭素を効率よく分離し、運搬や貯蔵に便利な液化CO2を高濃度で回収することができるようになる。また、特別な液化装置を必要としないので、システムの縮小化を図ることができる。さらに、上述のようなCO2分離液化装置300を本発明に係る発電システム1000に複数設け、切り換えバブル等により第2の排ガスを供給するCO2分離液化装置300を選択可能とすることにより、除湿装置200から供給される第2の排ガスを連続的に処理することが可能になる。 As described above, according to the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300 in one embodiment of the present invention, carbon dioxide contained in the second exhaust gas is efficiently separated, and liquefied CO 2 that is convenient for transportation and storage can be obtained. It becomes possible to collect at a high concentration. In addition, since no special liquefaction device is required, the system can be reduced. Further, by providing a plurality of the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300 as described above in the power generation system 1000 according to the present invention and making it possible to select the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300 that supplies the second exhaust gas by a switching bubble or the like, dehumidification It becomes possible to continuously process the second exhaust gas supplied from the apparatus 200.
また、上述のCO2分離液化装置300によれば、以上に説明したように装置構成が単純であるので、低コストで実施することができる。また、上述のCO2分離液化装置300内の制御バルブ341,342,343,344及び熱媒体の制御バルブをそれぞれ電磁バルブとするとともに、各電磁バルブを制御するための制御ラインをコンピュータに接続し、コンピュータのハードウエアや当該ハードウエアで動作する制御ソフトウエアにより上記電磁バルブを遠隔制御するようにしてもよい。また、上記各種センサの出力値に基づいて、上述したプロセスの全部又は一部を自動実行させるようにしてもよい。このようにコンピュータのハードウエアや制御ソフトウエアに制御させることにより、第2の排ガスから二酸化炭素を固化して分離し、固化した二酸化炭素を昇温することにより液化し、自動で液化CO2を回収することができるようになる。 Moreover, according to the above-mentioned CO 2 separation and liquefaction apparatus 300, since the apparatus configuration is simple as described above, it can be implemented at low cost. The control valves 341, 342, 343, and 344 and the heat medium control valve in the above-described CO 2 separation and liquefaction apparatus 300 are electromagnetic valves, and a control line for controlling each electromagnetic valve is connected to a computer. The electromagnetic valve may be remotely controlled by computer hardware or control software operating on the hardware. Further, all or part of the above-described process may be automatically executed based on the output values of the various sensors. By controlling the computer hardware and control software in this way, the carbon dioxide is solidified and separated from the second exhaust gas, and the solidified carbon dioxide is liquefied by raising the temperature, and the liquefied CO 2 is automatically converted. It can be recovered.
なお、制御バルブ341,342の開放は、耐圧容器310内の温度の値が、パーソナルコンピュータに内蔵された記憶装置、あるいは、パーソナルコンピュータとネットワーク(例えば、LAN(local area network)など)を介して接続された記憶装置に記憶された閾値より低くなったことを、例えば、ハードウェア(例えば、CPUなど)が判断して行うこととしてもよい。また、制御バルブ341,342の閉鎖は、例えば、排ガス入口321から流入される第2の排ガスの圧力と、排ガス出口322から排出される第3の排ガスの圧力との差を差圧計により測定し、差圧が所定の値より大きくなったことを、例えば、ハードウェア(例えば、CPUなど)が判断して行うこととしてもよい。 Note that when the control valves 341 and 342 are opened, the temperature value in the pressure-resistant vessel 310 is changed via a storage device built in the personal computer, or a personal computer and a network (for example, a local area network (LAN)). For example, hardware (for example, a CPU) may determine that the threshold value is lower than the threshold value stored in the connected storage device. The control valves 341 and 342 are closed by, for example, measuring a difference between the pressure of the second exhaust gas flowing in from the exhaust gas inlet 321 and the pressure of the third exhaust gas discharged from the exhaust gas outlet 322 with a differential pressure gauge. For example, hardware (for example, a CPU or the like) may determine that the differential pressure has become larger than a predetermined value.
また、制御バルブ344の閉鎖は、制御バルブ341,342の閉鎖を開始したこと、又は制御バルブ341,342の閉鎖が終了したことを、例えば、ハードウェア(例えば、CPUなど)が判断して行うこととしてもよい。一方、制御バルブ344の開放は、上述のセンサにより耐圧容器310内の温度を計測し、計測した温度の値が所定の値より高くなったことを、例えば、ハードウエア(例えば、CPUなど)が判断して行うこととしてもよい。 The control valve 344 is closed by, for example, hardware (for example, a CPU) determining that the control valves 341 and 342 have started to be closed or the control valves 341 and 342 have been closed. It is good as well. On the other hand, when the control valve 344 is opened, the temperature in the pressure-resistant container 310 is measured by the above-described sensor, and the hardware (for example, CPU or the like) indicates that the measured temperature value is higher than a predetermined value. It is good also as judging and performing.
制御バルブ343の開放は、上述のセンサにより耐圧容器310内の温度を計測し、計測した温度の値が所定の値より高くなったことを、例えば、ハードウエア(例えば、CPUなど)が判断して行うこととしてもよい。一方、制御バルブ343の閉鎖は、例えば、液体排出管333や液体排出口323などに設けられた液化CO2の排出を感知するセンサなどにより、液化CO2が耐圧容器310内に残っていないと判断された場合に、その旨が前記センサからハードウエア(例えば、CPUなど)に通知され、それをハードウエアが受信することにより行うこととしてもよい。 For opening the control valve 343, for example, hardware (for example, a CPU or the like) determines that the temperature in the pressure-resistant container 310 is measured by the above-described sensor and the measured temperature value is higher than a predetermined value. It may be done. On the other hand, the control valve 343 is closed when the liquefied CO 2 does not remain in the pressure-resistant vessel 310 by, for example, a sensor that senses the discharge of the liquefied CO 2 provided in the liquid discharge pipe 333, the liquid discharge port 323, or the like. When the determination is made, the sensor may notify the hardware (for example, a CPU or the like), and the hardware may receive the notification.
熱媒体の制御バルブの開放は、制御バルブ341,342,344が閉鎖されたことを、例えば、ハードウエア(例えば、CPUなど)が認識した際に行うこととしてもよい。また、熱媒体の制御バルブの閉鎖は、上述のセンサにより耐圧容器310内の温度を計測し、計測した温度の値が所定の値より高くなったことを、例えば、ハードウエア(例えば、CPUなど)が判断して行うこととしてもよい。 The control valve for the heat medium may be opened when, for example, hardware (for example, a CPU) recognizes that the control valves 341, 342, and 344 are closed. Further, when the control valve for the heat medium is closed, the temperature in the pressure-resistant container 310 is measured by the above-described sensor. ) May be performed after judgment.
<除湿装置200について>
次に、本発明に係る発電システム1000が備える除湿装置200の構成及び処理手順について詳述する。図5に本発明の一実施形態として説明する除湿装置200の概略構成図を示す。
<About dehumidifying apparatus 200>
Next, the configuration and processing procedure of the dehumidifying device 200 included in the power generation system 1000 according to the present invention will be described in detail. FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of a dehumidifying device 200 described as an embodiment of the present invention.
図5に示すように、除湿装置200は、脱水塔210、分離塔220、冷却塔230などを備えている。脱水塔210は冷媒を備えており、燃料電池100のアノード極から供給される第1の排ガスを前記冷媒にバブリングさせることで、第1の排ガスを第2の温度に冷却して第1の排ガス中の水分のみを液化又は固化させ、第1の排ガスから水分を除去して第2の排ガスとし、第2の排ガスを排出する塔である。この脱水塔210において第1の排ガスから水分が除去された第2の排ガスはCO2分離液化装置300に供給されることとなる。なお、脱水塔210が備える冷媒は、例えば、ジメチルエーテルなどである。 As shown in FIG. 5, the dehumidifying apparatus 200 includes a dehydrating tower 210, a separation tower 220, a cooling tower 230, and the like. The dehydration tower 210 includes a refrigerant, and the first exhaust gas supplied from the anode electrode of the fuel cell 100 is bubbled to the refrigerant, whereby the first exhaust gas is cooled to the second temperature and the first exhaust gas is cooled. It is a tower that liquefies or solidifies only the water therein, removes the water from the first exhaust gas to form the second exhaust gas, and discharges the second exhaust gas. The second exhaust gas from which moisture has been removed from the first exhaust gas in the dehydration tower 210 is supplied to the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300. The refrigerant provided in the dehydration tower 210 is, for example, dimethyl ether.
分離塔220は、海水の熱を利用して氷及び水を含む冷媒を昇温して冷媒のみを気化し、氷及び水と冷媒とを分離する塔である。冷却塔230は、分離塔220によって分離された冷媒を液化するために、CO2分離液化装置300から燃料電池100のアノード極に供給する第3の排ガスの冷熱、あるいは、冷凍機500と冷却塔230とを循環する冷媒の冷熱を利用して冷却する塔である。なお、冷却塔230で冷却することにより液化した冷媒は、冷却塔230から脱水塔210に供給されて脱水塔210で再利用されることとなる。 Separation tower 220 is a tower that separates ice, water, and refrigerant by elevating the temperature of a refrigerant containing ice and water using the heat of seawater to vaporize only the refrigerant. The cooling tower 230 cools the third exhaust gas supplied from the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300 to the anode electrode of the fuel cell 100 in order to liquefy the refrigerant separated by the separation tower 220, or the refrigerator 500 and the cooling tower. 230 is a tower that cools by using the cold heat of the refrigerant circulating through 230. Note that the refrigerant liquefied by cooling in the cooling tower 230 is supplied from the cooling tower 230 to the dehydrating tower 210 and reused in the dehydrating tower 210.
以上のように、本発明に係る発電システム1000に上述のような除湿装置200を備えることにより、第1の排ガスを冷却するとともに第1の排ガスにおける水分を除去することができ、第1の排ガスを冷却する冷媒を効率よく利用することができる。 As described above, by providing the power generation system 1000 according to the present invention with the dehumidifying device 200 as described above, the first exhaust gas can be cooled and moisture in the first exhaust gas can be removed. It is possible to efficiently use the refrigerant that cools the battery.
なお、本実施の形態においては、脱水塔210において氷及び水を含む冷媒を分離塔220に供給することとしているが、脱水塔210において水分が完全に固化している場合には、分離塔220の代わりに固液分離装置(図示しない)を用い、当該固液分離装置により固体(氷)と液体(冷媒)とに分離し、分離した液体を冷却塔230に供給することとしてもよい。このように、除湿装置200にさらに固液分離装置を設けることにより、冷却塔230において冷媒を迅速に冷却することができるので、冷媒を冷却するためのエネルギーを削減することができるようになる。なお、固液分離装置により分離した冷媒は、例えば、固液分離装置と脱水塔210とを接続する配管によって脱水塔210に供給されることとしてもよい。また、固液分離装置により分離した固体に液体が含まれている場合には、分離塔220をさらに設けて液体を回収することとしてもよい。これにより、冷媒の減少を防止して、冷媒を有効に利用することができるようになる。 In the present embodiment, the refrigerant including ice and water is supplied to the separation tower 220 in the dehydration tower 210. However, when the water is completely solidified in the dehydration tower 210, the separation tower 220 is used. Instead of this, a solid-liquid separation device (not shown) may be used to separate the solid (ice) and the liquid (refrigerant) by the solid-liquid separation device, and the separated liquid may be supplied to the cooling tower 230. As described above, by further providing the solid-liquid separation device in the dehumidifying device 200, the cooling tower 230 can quickly cool the refrigerant, so that the energy for cooling the refrigerant can be reduced. Note that the refrigerant separated by the solid-liquid separation device may be supplied to the dehydration tower 210 through a pipe connecting the solid-liquid separation device and the dehydration tower 210, for example. Moreover, when the liquid separated into the solid isolate | separated with the solid-liquid separator is good also as separating column 220, it is good also as collect | recovering liquids. As a result, the refrigerant can be prevented from decreasing and the refrigerant can be used effectively.
==本発明に係る発電システムの処理方法===
<MCFCを備えた発電システムについて>
本発明の一実施形態として、燃料電池100が溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)である場合の発電システム1000の処理方法について、図6を用いて説明する。
== Processing method of power generation system according to the present invention ===
<Power generation system with MCFC>
As an embodiment of the present invention, a processing method of the power generation system 1000 when the fuel cell 100 is a molten carbonate fuel cell (MCFC) will be described with reference to FIG.
なお、図6に示すように、本実施の形態における発電システム1000は、MCFC100a、冷却器410、除湿装置200、及びCO2分離液化装置300以外に、ボイラ10、脱硝装置20、脱塵装置30、脱硫装置40、精密脱硫装置50、及び燃焼器800を備えている。 As shown in FIG. 6, the power generation system 1000 according to the present embodiment includes a boiler 10, a denitration device 20, and a dust removal device 30 in addition to the MCFC 100 a, the cooler 410, the dehumidification device 200, and the CO 2 separation and liquefaction device 300. , A desulfurization apparatus 40, a precision desulfurization apparatus 50, and a combustor 800.
ボイラ10は、石油、石炭、LNG等の燃料を燃焼し、ガスタービンによる発電に必要な高温高圧の蒸気や排ガスを製造する装置である。ボイラ10は、例えば、加圧型流動床ボイラであってもよいし、微粉炭ボイラであってもよい。脱硝装置20は、ボイラ10において製造された排ガスから窒素酸化物を除去する装置である。脱硝装置20は、例えば、アンモニアと脱硝触媒(例えば、ゼオライト、活性炭など)を用いて窒素酸化物を窒素と水に還元する乾式脱硝装置であってもよいし、過酸化ナトリウム水溶液により窒素酸化物を吸収除去する湿式脱硝装置であってもよい。 The boiler 10 is an apparatus that burns fuel such as petroleum, coal, and LNG to produce high-temperature and high-pressure steam and exhaust gas necessary for power generation by a gas turbine. The boiler 10 may be, for example, a pressurized fluidized bed boiler or a pulverized coal boiler. The denitration device 20 is a device that removes nitrogen oxides from the exhaust gas produced in the boiler 10. The denitration device 20 may be, for example, a dry denitration device that reduces nitrogen oxides to nitrogen and water using ammonia and a denitration catalyst (for example, zeolite, activated carbon, etc.), or a nitrogen oxide solution using a sodium peroxide aqueous solution. It may be a wet denitration apparatus that absorbs and removes water.
脱塵装置30は、脱硝装置20において窒素酸化物が除去された排ガスから個体成分(例えば、煤塵など)を除去する装置である。脱塵装置30は、例えば、電気集塵機、バグフィルター、セラミックフィルター、サイクロンなどである。脱硫装置40は、脱塵装置30において脱塵された排ガスから硫黄酸化物を除去する装置である。脱硫装置40は、例えば、石灰水、石灰石、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム等の硫黄酸化物吸収剤を用いた湿式脱硫装置であってもよいし、酸化鉄等の金属酸化物に硫黄酸化物を吸着させ、硫化水素で当該硫黄酸化物を除去する乾式脱硫装置であってもよい。 The dedusting device 30 is a device that removes solid components (for example, dust) from the exhaust gas from which nitrogen oxides have been removed in the denitration device 20. The dust removing device 30 is, for example, an electric dust collector, a bag filter, a ceramic filter, or a cyclone. The desulfurization device 40 is a device that removes sulfur oxide from the exhaust gas dedusted in the dedusting device 30. The desulfurization device 40 may be, for example, a wet desulfurization device using a sulfur oxide absorbent such as lime water, limestone, magnesium hydroxide, calcium carbonate, or a sulfur oxide in a metal oxide such as iron oxide. It may be a dry desulfurization apparatus that adsorbs and removes the sulfur oxide with hydrogen sulfide.
なお、本実施の形態においては、脱硝装置20、脱塵装置30、脱硫装置40の順に排ガスを処理することとしているが、これらの装置20,30,40による排ガスの処理は順不同であっても構わない。また、上述の脱硫装置40により硫黄酸化物が十分に除去しきれない場合には、図6に示すように、精密脱硫装置50を本発明に係る発電システム1000にさらに設けることとしてもよい。これにより、硫黄酸化物を十分に除去することができるようになる。前記精密脱硫装置50は、例えば、亜鉛を用いて硫黄酸化物を吸着除去する装置などである。 In the present embodiment, the exhaust gas is treated in the order of the denitration device 20, the dust removal device 30, and the desulfurization device 40, but the treatment of the exhaust gas by these devices 20, 30, 40 may be performed in any order. I do not care. In addition, when the above-described desulfurization apparatus 40 cannot sufficiently remove sulfur oxides, a precision desulfurization apparatus 50 may be further provided in the power generation system 1000 according to the present invention as shown in FIG. Thereby, sulfur oxide can be sufficiently removed. The precision desulfurization apparatus 50 is, for example, an apparatus that adsorbs and removes sulfur oxide using zinc.
燃焼器800は、MCFC100aのアノード極から除湿装置200に供給される第1の排ガスの一部を燃焼して第1の排ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換し、二酸化炭素をMCFC100aのカソード極に供給する装置である。 The combustor 800 burns a part of the first exhaust gas supplied from the anode electrode of the MCFC 100a to the dehumidifier 200 to convert carbon monoxide contained in the first exhaust gas into carbon dioxide, and converts the carbon dioxide into the MCFC 100a. This is a device that supplies the cathode electrode.
まず、ボイラ10において石油、石炭、又は燃料ガスを燃焼することにより排出された排ガス(窒素酸化物、煤塵、硫黄酸化物、二酸化炭素、酸素、窒素等を含む)は、脱硝装置20、脱塵装置30、脱硫装置40、精密脱硫装置50に順次供給されることにより、排ガス中の窒素酸化物、煤塵、硫黄酸化物が除去され、残存した二酸化炭素、酸素、及び窒素等は、空気(N2及びO2)とともにMCFC100aのカソード極に供給される。一方、MCFC100aのアノード極には水素、二酸化炭素、一酸化炭素などが供給される。 First, exhaust gas (including nitrogen oxides, dust, sulfur oxides, carbon dioxide, oxygen, nitrogen, etc.) discharged by burning petroleum, coal, or fuel gas in the boiler 10 By sequentially supplying the apparatus 30, the desulfurization apparatus 40, and the precision desulfurization apparatus 50, nitrogen oxides, dust, and sulfur oxides in the exhaust gas are removed, and the remaining carbon dioxide, oxygen, nitrogen, and the like are air (N 2 and O 2 ) to the cathode of MCFC 100a. On the other hand, hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and the like are supplied to the anode electrode of the MCFC 100a.
MCFC100aでは、カソード極に供給された二酸化炭素と酸素が、電力負荷を通電した電子と反応して炭酸イオン(CO3 2−)となり、アノード極側へ移動し、アノード極に供給された水素や一酸化炭素と反応して水、二酸化炭素、及び電子(電気エネルギー)を生成する。アノード極で生成された電子は電力負荷を通電し、カソード極に移動することにより発電する。 In the MCFC 100a, carbon dioxide and oxygen supplied to the cathode electrode react with electrons energized through the power load to become carbonate ions (CO 3 2− ), move to the anode electrode side, and hydrogen and oxygen supplied to the anode electrode Reacts with carbon monoxide to produce water, carbon dioxide, and electrons (electrical energy). Electrons generated at the anode electrode generate electricity by energizing a power load and moving to the cathode electrode.
MCFC100aのアノード極で利用されなかった水素、二酸化炭素、及び一酸化炭素と、アノード極で生成された水分及び二酸化炭素とを含む排ガスの一部は燃焼器800に供給され、残りは冷却器410によって冷却されて除湿装置200に供給される。 A part of the exhaust gas including hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide that was not used at the anode electrode of the MCFC 100a, and moisture and carbon dioxide generated at the anode electrode are supplied to the combustor 800, and the rest is the cooler 410. And is supplied to the dehumidifier 200.
燃焼器800に供給された排ガスは燃焼器800によって燃焼されることにより、排ガス中に含まれる、水素は水に、一酸化炭素は二酸化炭素にそれぞれ酸化される。酸化した二酸化炭素や水分を含む排ガスは冷却されてMCFC100aのカソード極に供給される。このように、燃焼器800により、一酸化炭素を二酸化炭素に変換することにより、MCFC100aのカソード極において必要な二酸化炭素を高濃度で提供することができるようになる。なお、MCFC100aのカソード極で利用されなかった窒素、酸素、二酸化炭素、及び水分は、MCFC100aのカソード極から排出されることとなる。 The exhaust gas supplied to the combustor 800 is combusted by the combustor 800, whereby hydrogen contained in the exhaust gas is oxidized into water and carbon monoxide is oxidized into carbon dioxide. The exhaust gas containing oxidized carbon dioxide and moisture is cooled and supplied to the cathode electrode of the MCFC 100a. Thus, by converting carbon monoxide into carbon dioxide by the combustor 800, it becomes possible to provide carbon dioxide required at the cathode electrode of the MCFC 100a at a high concentration. Note that nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and moisture that are not used in the cathode electrode of the MCFC 100a are discharged from the cathode electrode of the MCFC 100a.
一方、除湿装置200に供給された、水分、二酸化炭素、水素、及び一酸化炭素を含む排ガスは、上述したように除湿装置200において水分が除去され、CO2分離液化装置300に供給される。CO2分離液化装置300に供給された、二酸化炭素、水素、及び一酸化炭素を含む排ガスは、上述したようにCO2分離液化装置300において、二酸化炭素とそれ以外の成分とに分離され、二酸化炭素は液化CO2として回収されることとなる。 On the other hand, the exhaust gas containing moisture, carbon dioxide, hydrogen, and carbon monoxide supplied to the dehumidifying device 200 is dehydrated in the dehumidifying device 200 and supplied to the CO 2 separation and liquefaction device 300 as described above. CO 2 was fed to a separation liquefier 300, carbon dioxide, hydrogen, and an exhaust gas containing carbon monoxide, in the CO 2 separation liquefier 300, as described above, is separated into carbon dioxide and other components, dioxide Carbon will be recovered as liquefied CO 2 .
また、CO2分離液化装置300において分離された二酸化炭素以外の成分(水素及び一酸化炭素を含む)は冷却器410に供給され、それらの成分が有する冷熱により、MCFC100aのアノード極から除湿装置200に供給される排ガスが冷却される。なお、熱を吸収した二酸化炭素以外の成分は、MCFC100aのアノード極に供給され、利用される。 In addition, components other than carbon dioxide (including hydrogen and carbon monoxide) separated in the CO 2 separation and liquefaction device 300 are supplied to the cooler 410, and the dehumidification device 200 is removed from the anode electrode of the MCFC 100a by the cold heat of those components. The exhaust gas supplied to is cooled. Components other than carbon dioxide that has absorbed heat are supplied to the anode electrode of the MCFC 100a and used.
以上のような発電システム1000により、ボイラ10から排出される排ガス中の二酸化炭素及び酸素を有効に利用して発電することができ、さらには高濃度の液化CO2を回収することができるようになる。また、CO2分離液化装置300において分離された水素及び一酸化炭素を有効に利用することができるばかりではなく、それらが有する冷熱をも有効に利用することができるようになる。 With the power generation system 1000 as described above, it is possible to generate power by effectively using carbon dioxide and oxygen in the exhaust gas discharged from the boiler 10, and to recover high-concentration liquefied CO 2. Become. Further, not only can the hydrogen and carbon monoxide separated in the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300 be used effectively, but also the cold heat that they have can be used effectively.
<SOFCを備えた発電システムについて>
次に、本発明の一実施形態として、燃料電池100が固体酸化物形燃料電池(SOFC)である場合の発電システム1000の処理方法について、図7を用いて説明する。
<Power generation system with SOFC>
Next, as an embodiment of the present invention, a processing method of the power generation system 1000 when the fuel cell 100 is a solid oxide fuel cell (SOFC) will be described with reference to FIG.
まず、燃料ガス改質装置700において燃料ガスから改質された水素、二酸化炭素、及び一酸化炭素を含む混合ガスは、SOFC100bのアノード極に供給される。一方、SOFC100bのカソード極には空気(N2及びO2)が供給される。 First, the mixed gas containing hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide reformed from the fuel gas in the fuel gas reformer 700 is supplied to the anode electrode of the SOFC 100b. On the other hand, air (N 2 and O 2 ) is supplied to the cathode electrode of the SOFC 100b.
SOFC100bでは、カソード極に供給された酸素が、電力負荷を通電した電子と反応して酸素イオン(O2−)となり、アノード極側へ移動し、アノード極に供給された水素や一酸化炭素と反応して水、二酸化炭素、及び電子(電気エネルギー)を生成する。アノード極で生成された電子は電力負荷を通電し、カソード極に移動することにより発電する。 In the SOFC 100b, oxygen supplied to the cathode electrode reacts with electrons energized through the power load to become oxygen ions (O 2− ), moves to the anode electrode side, and supplies hydrogen and carbon monoxide supplied to the anode electrode. It reacts to produce water, carbon dioxide, and electrons (electric energy). Electrons generated at the anode electrode generate electricity by energizing a power load and moving to the cathode electrode.
SOFC100bのアノード極で利用されなかった水素、二酸化炭素、及び一酸化炭素と、アノード極で生成された水分及び二酸化炭素とを含む排ガスは冷却器410によって冷却されて除湿装置200に供給される。 Exhaust gas containing hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide that are not used at the anode electrode of the SOFC 100b, and moisture and carbon dioxide generated at the anode electrode are cooled by the cooler 410 and supplied to the dehumidifier 200.
除湿装置200に供給された、水分、二酸化炭素、水素、及び一酸化炭素を含む排ガスは、上述したように除湿装置200において水分が除去され、CO2分離液化装置300に供給される。CO2分離液化装置300に供給された、二酸化炭素、水素、及び一酸化炭素を含む排ガスは、上述したようにCO2分離液化装置300において、二酸化炭素とそれ以外の成分とに分離され、二酸化炭素は液化CO2として回収されることとなる。 As described above, the exhaust gas containing moisture, carbon dioxide, hydrogen, and carbon monoxide supplied to the dehumidifier 200 is removed by the dehumidifier 200 and supplied to the CO 2 separation and liquefaction device 300. CO 2 was fed to a separation liquefier 300, carbon dioxide, hydrogen, and an exhaust gas containing carbon monoxide, in the CO 2 separation liquefier 300, as described above, is separated into carbon dioxide and other components, dioxide Carbon will be recovered as liquefied CO 2 .
また、CO2分離液化装置300において分離された二酸化炭素以外の成分(水素及び一酸化炭素を含む)は冷却器410に供給され、それらの成分が有する冷熱により、SOFC100bのアノード極から除湿装置200に供給される排ガスが冷却される。なお、熱を吸収した二酸化炭素以外の成分は、SOFC100bのアノード極に供給され、利用される。 In addition, components other than carbon dioxide (including hydrogen and carbon monoxide) separated in the CO 2 separation and liquefaction device 300 are supplied to the cooler 410, and the dehumidification device 200 from the anode electrode of the SOFC 100b by the cold heat of those components. The exhaust gas supplied to is cooled. In addition, components other than carbon dioxide that has absorbed heat are supplied to the anode electrode of the SOFC 100b and used.
以上のような発電システム1000により、CO2分離液化装置300において分離された水素及び一酸化炭素を有効に利用して発電することができるばかりではなく、それらが有する冷熱を有効に利用することができ、さらには高濃度の液化CO2を回収することができるようになる。 The power generation system 1000 as described above can not only generate power by effectively using the hydrogen and carbon monoxide separated in the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300, but also effectively utilize the cold heat that they have. In addition, a high concentration of liquefied CO 2 can be recovered.
<PAFCを備えた発電システムについて>
次に、本発明の一実施形態として、燃料電池100がリン酸形燃料電池(PAFC)である場合の発電システム1000の処理方法について、図8を用いて説明する。
<Power generation system with PAFC>
Next, as an embodiment of the present invention, a processing method of the power generation system 1000 when the fuel cell 100 is a phosphoric acid fuel cell (PAFC) will be described with reference to FIG.
まず、燃料ガス改質装置700において燃料ガスから改質された水素、二酸化炭素、及び一酸化炭素を含む混合ガスは、PAFC100cのアノード極に供給される。一方、PAFC100cのカソード極には空気(N2及びO2)が供給される。 First, the mixed gas containing hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide reformed from the fuel gas in the fuel gas reformer 700 is supplied to the anode electrode of the PAFC 100c. On the other hand, air (N 2 and O 2 ) is supplied to the cathode electrode of the PAFC 100c.
PAFC100cでは、アノード極に供給された水素が、水素イオン(H+)と電子(電気エネルギー)に分解され、電子は電力負荷を通電し、カソード極に移動することにより発電する。一方、水素イオンはカソード極へ移動し、カソード極に供給された酸素と電子により水に変換される。なお、カソード極で生成された水、並びに、カソード極で利用されなかった窒素及び酸素は、カソード極から排出される。 In the PAFC 100c, hydrogen supplied to the anode electrode is decomposed into hydrogen ions (H + ) and electrons (electric energy), and the electrons generate electricity by energizing a power load and moving to the cathode electrode. On the other hand, hydrogen ions move to the cathode electrode and are converted to water by oxygen and electrons supplied to the cathode electrode. Note that water generated at the cathode electrode, and nitrogen and oxygen not used at the cathode electrode are discharged from the cathode electrode.
PAFC100cのアノード極で利用されなかった水素、二酸化炭素、及び一酸化炭素、並びに水分(燃料改質用蒸気の余剰分)を含む排ガスは冷却器410によって冷却されて除湿装置200に供給される。 Exhaust gas containing hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, and moisture (surplus of fuel reforming steam) that has not been used at the anode electrode of the PAFC 100c is cooled by the cooler 410 and supplied to the dehumidifier 200.
除湿装置200に供給された、水分、二酸化炭素、水素、及び一酸化炭素を含む排ガスは、上述したように除湿装置200において水分が除去され、CO2分離液化装置300に供給される。CO2分離液化装置300に供給された、二酸化炭素、水素、及び一酸化炭素を含む排ガスは、上述したようにCO2分離液化装置300において、二酸化炭素とそれ以外の成分とに分離され、二酸化炭素は液化CO2として回収されることとなる。 As described above, the exhaust gas containing moisture, carbon dioxide, hydrogen, and carbon monoxide supplied to the dehumidifier 200 is removed by the dehumidifier 200 and supplied to the CO 2 separation and liquefaction device 300. CO 2 was fed to a separation liquefier 300, carbon dioxide, hydrogen, and an exhaust gas containing carbon monoxide, in the CO 2 separation liquefier 300, as described above, is separated into carbon dioxide and other components, dioxide Carbon will be recovered as liquefied CO 2 .
また、CO2分離液化装置300において分離された二酸化炭素以外の成分(水素及び一酸化炭素を含む)は冷却器410に供給され、それらの成分が有する冷熱により、PAFC100cのアノード極から除湿装置200に供給される排ガスが冷却される。なお、熱を吸収した二酸化炭素以外の成分は、PAFC100cのアノード極に供給され、利用される。 In addition, components other than carbon dioxide (including hydrogen and carbon monoxide) separated in the CO 2 separation and liquefaction device 300 are supplied to the cooler 410, and the dehumidifying device 200 is supplied from the anode electrode of the PAFC 100c by the cold heat of those components. The exhaust gas supplied to is cooled. In addition, components other than carbon dioxide that has absorbed heat are supplied to the anode electrode of the PAFC 100c and used.
以上のような発電システム1000により、CO2分離液化装置300において分離された水素及び一酸化炭素を有効に利用して発電することができるばかりではなく、それらが有する冷熱を有効に利用することができ、さらには高濃度の液化CO2を回収することができるようになる。 The power generation system 1000 as described above can not only generate power by effectively using the hydrogen and carbon monoxide separated in the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300, but also effectively utilize the cold heat that they have. In addition, a high concentration of liquefied CO 2 can be recovered.
<PEFCを備えた発電システムについて>
次に、本発明の一実施形態として、燃料電池100が固体高分子形燃料電池(PEFC)である場合の発電システム1000の処理方法について、図9を用いて説明する。
<Power generation system with PEFC>
Next, as one embodiment of the present invention, a processing method of the power generation system 1000 when the fuel cell 100 is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) will be described with reference to FIG.
まず、燃料ガス改質装置700において燃料ガスから改質された水素及び二酸化炭素を含む混合ガスは、PEFC100dのアノード極に供給される。一方、PEFC100dのカソード極には空気(N2及びO2)が供給される。 First, the mixed gas containing hydrogen and carbon dioxide reformed from the fuel gas in the fuel gas reformer 700 is supplied to the anode electrode of the PEFC 100d. On the other hand, air (N 2 and O 2 ) is supplied to the cathode electrode of the PEFC 100d.
PEFC100dでは、アノード極に供給された水素が、水素イオン(H+)と電子(電気エネルギー)に分解され、電子は電力負荷を通電し、カソード極に移動することにより発電する。一方、水素イオンはカソード極へ移動し、カソード極に供給された酸素と電子により水に変換される。なお、カソード極で生成された水、並びに、カソード極で利用されなかった窒素及び酸素は、カソード極から排出される。 In the PEFC 100d, hydrogen supplied to the anode electrode is decomposed into hydrogen ions (H + ) and electrons (electric energy), and the electrons generate electricity by energizing a power load and moving to the cathode electrode. On the other hand, hydrogen ions move to the cathode electrode and are converted to water by oxygen and electrons supplied to the cathode electrode. Note that water generated at the cathode electrode, and nitrogen and oxygen not used at the cathode electrode are discharged from the cathode electrode.
PEFC100dのアノード極で利用されなかった水素及び二酸化炭素、並びに水分(燃料改質用蒸気の余剰分)を含む排ガスは冷却器410によって冷却されて除湿装置200に供給される。 Exhaust gas containing hydrogen, carbon dioxide, and moisture (surplus of fuel reforming steam) not used at the anode electrode of the PEFC 100d is cooled by the cooler 410 and supplied to the dehumidifier 200.
除湿装置200に供給された、水素、二酸化炭素、及び水分を含む排ガスは、上述したように除湿装置200において水分が除去され、CO2分離液化装置300に供給される。CO2分離液化装置300に供給された、水素及び二酸化炭素を含む排ガスは、上述したようにCO2分離液化装置300において二酸化炭素とそれ以外の成分とに分離され、二酸化炭素は液化CO2として回収されることとなる。 As described above, the exhaust gas containing hydrogen, carbon dioxide, and moisture supplied to the dehumidifying device 200 is dehydrated in the dehumidifying device 200 and supplied to the CO 2 separation and liquefaction device 300. Supplied to the CO 2 separation liquefier 300, exhaust gas containing hydrogen and carbon dioxide, is separated into carbon dioxide and other components in the CO 2 separation liquefier 300, as described above, carbon dioxide as the liquefied CO 2 It will be collected.
また、CO2分離液化装置300において分離された二酸化炭素以外の成分(水素などを含む)は冷却器410に供給され、それらの成分が有する冷熱により、PEFC100dのアノード極から除湿装置200に供給される排ガスが冷却される。なお、熱を吸収した二酸化炭素以外の成分は、PEFC100dのアノード極に供給され、利用される。 Further, components other than carbon dioxide (including hydrogen and the like) separated in the CO 2 separation and liquefaction device 300 are supplied to the cooler 410, and are supplied to the dehumidifying device 200 from the anode electrode of the PEFC 100d by the cold heat of those components. The exhaust gas is cooled. In addition, components other than carbon dioxide that has absorbed heat are supplied to the anode electrode of PEFC 100d and used.
以上のような発電システム1000により、CO2分離液化装置300において分離された水素を有効に利用して発電することができるばかりではなく、それらが有する冷熱を有効に利用することができ、さらには高濃度の液化CO2を回収することができるようになる。 The power generation system 1000 as described above can not only generate power by effectively using the hydrogen separated in the CO 2 separation and liquefaction apparatus 300, but also can effectively use the cold heat that they have, A high concentration of liquefied CO 2 can be recovered.
Claims (10)
前記燃料電池のアノード極から供給される、水分、水素、及び二酸化炭素を含む第1の排ガスから水分を除去して第2の排ガスとし、前記第2の排ガスを排出する除湿装置と、
前記除湿装置により排出された第2の排ガスを前記二酸化炭素のみを固化させる第1の温度に冷却し、前記第2の排ガス中の前記二酸化炭素を固化して前記第2の排ガスから前記二酸化炭素を分離除去した水素を含む第3の排ガスを排出し、固化した前記二酸化炭素を液化するために昇温し、前記液化した二酸化炭素を排出する二酸化炭素分離液化装置と、
前記二酸化炭素分離液化装置により排出された前記第3の排ガスを前記燃料電池のアノード極に供給する手段と、
を含み、
前記二酸化炭素分離液化装置は、
前記除湿装置から供給される前記第2の排ガスを受け入れる排ガス入口と、
前記第2の排ガスを冷却し、前記第2の排ガス中の二酸化炭素を固化して外面に付着させる冷媒流通管と、
前記第3の排ガスを排出する排ガス出口と、
前記排ガス入口及び前記排ガス出口を開閉するための各々に対する開閉手段と、
を有する耐圧容器と、
前記耐圧容器内で固化した前記二酸化炭素を昇温する昇温手段と、
前記開閉手段により前記排ガス入口及び前記排ガス出口を密閉し、固化した前記二酸化炭素を前記昇温手段により昇温することにより得られた液化二酸化炭素を排出する排出手段と、
を含むことを特徴とする発電システム。 A fuel cell;
A dehumidifier that removes moisture from the first exhaust gas containing moisture, hydrogen, and carbon dioxide supplied from the anode electrode of the fuel cell to form a second exhaust gas, and discharges the second exhaust gas;
The second exhaust gas discharged by the dehumidifying device is cooled to a first temperature for solidifying only the carbon dioxide, and the carbon dioxide in the second exhaust gas is solidified to form the carbon dioxide from the second exhaust gas. A carbon dioxide separation and liquefaction device for discharging a third exhaust gas containing hydrogen separated and removed, raising the temperature to liquefy the solidified carbon dioxide, and discharging the liquefied carbon dioxide;
Means for supplying the third exhaust gas discharged by the carbon dioxide separation and liquefaction device to the anode electrode of the fuel cell;
Only including,
The carbon dioxide separation and liquefaction device is
An exhaust gas inlet for receiving the second exhaust gas supplied from the dehumidifier;
A refrigerant circulation pipe that cools the second exhaust gas and solidifies carbon dioxide in the second exhaust gas to adhere to the outer surface;
An exhaust gas outlet for discharging the third exhaust gas;
Opening and closing means for each of opening and closing the exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet,
A pressure vessel having
A temperature raising means for raising the temperature of the carbon dioxide solidified in the pressure vessel;
An exhaust means for discharging the liquefied carbon dioxide obtained by sealing the exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet by the opening and closing means and raising the temperature of the solidified carbon dioxide by the temperature raising means,
Power generation system characterized by including Mukoto a.
第1の冷媒に前記第1の排ガスを通過させて前記第2の温度に冷却し、前記第1の排ガス中の前記水分を固化させて前記第1の排ガスから前記水分を除去して前記第2の排ガスとし、前記第2の排ガスを排出する脱水部と、
固化した前記水分を含む前記第1の冷媒を、固化した前記水分と前記第1の冷媒とに分離する分離部と、
分離した前記第1の冷媒を前記脱水部に供給する手段と、
を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の発電システム。 The dehumidifying device is
The first exhaust gas is passed through a first refrigerant and cooled to the second temperature, the moisture in the first exhaust gas is solidified to remove the moisture from the first exhaust gas, and A dehydration unit that discharges the second exhaust gas,
A separation unit that separates the solidified first refrigerant containing the moisture into the solidified moisture and the first refrigerant;
Means for supplying the separated first refrigerant to the dewatering unit;
Power generation system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a.
前記ボイラから排出される第4の排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置と、
前記脱硝装置により窒素酸化物が除去された前記第4の排ガスに含まれる固形成分を除去する脱塵装置と、
前記脱塵装置により前記固形成分が除去された前記第4の排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、
前記脱硫装置により前記硫黄酸化物が除去された前記第4の排ガスを前記溶融炭酸塩形燃料電池のカソード極に供給する手段と、
をさらに含むことを特徴とする請求項8又は9に記載の発電システム。 A boiler that burns oil, coal, or fuel gas;
A denitration device for removing nitrogen oxides contained in the fourth exhaust gas discharged from the boiler;
A dedusting device for removing solid components contained in the fourth exhaust gas from which nitrogen oxides have been removed by the denitration device;
A desulfurization device for removing sulfur oxides contained in the fourth exhaust gas from which the solid component has been removed by the dedusting device;
Means for supplying the fourth exhaust gas from which the sulfur oxide has been removed by the desulfurizer to the cathode electrode of the molten carbonate fuel cell;
The power generation system according to claim 8 or 9 , further comprising:
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