[go: up one dir, main page]

JP2002334714A - Hydrogen production system incorporating a fuel cell - Google Patents

Hydrogen production system incorporating a fuel cell

Info

Publication number
JP2002334714A
JP2002334714A JP2001139369A JP2001139369A JP2002334714A JP 2002334714 A JP2002334714 A JP 2002334714A JP 2001139369 A JP2001139369 A JP 2001139369A JP 2001139369 A JP2001139369 A JP 2001139369A JP 2002334714 A JP2002334714 A JP 2002334714A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
fuel cell
purity hydrogen
converter
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001139369A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisataka Yakabe
久孝 矢加部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
Priority to JP2001139369A priority Critical patent/JP2002334714A/en
Publication of JP2002334714A publication Critical patent/JP2002334714A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料電池のオフガスや余剰熱を利用してなる水
素製造システムで得られる水素に必然的に含まれるCO
2による各種障害を排除する。 【解決手段】固体酸化物形燃料電池のオフガスをCO変
成器に通して水素を製造するシステムであって、CO変
成器で変成したガスをCO2吸収剤層に通してCO2を除
去するようにしてなることを特徴とする高純度水素製造
システム、および、該高純度水素製造システムで得られ
た高純度水素を固体高分子形燃料電池の燃料として利用
するようにしてなることを特徴とする燃料電池システ
ム。
(57) Abstract: CO inevitably contained in hydrogen obtained by a hydrogen production system using off-gas or excess heat of a fuel cell
2. Eliminate various obstacles. The A solid oxide fuel cell of the off-gas to a system for producing hydrogen through a CO shift converter, to remove the CO 2 through a modified gas in the CO transformer to CO 2 absorbent layer And a high-purity hydrogen production system characterized in that the high-purity hydrogen obtained by the high-purity hydrogen production system is used as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell. Fuel cell system.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池のオフガ
スや余剰熱を利用してなる水素製造システムおよび水素
製造システムで得られた水素を利用する燃料電池システ
ムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen production system utilizing off-gas and excess heat of a fuel cell, and a fuel cell system utilizing hydrogen obtained by the hydrogen production system.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池のオフガスや余剰熱を利用する
水素製造システムが開発されつつある。例えば固体酸化
物形燃料電池(SOFC)を利用する場合には、その運
転温度が1000℃程度というように高いため、SOF
C内で直接内部改質を行って発電に供した後のオフガス
や、発電熱を別途メタンの水蒸気改質用の熱として利用
する場合などが考えられる。図1はSOFC内で直接内
部改質を行って発電に供した後のオフガスを利用する
例、図2はその運転時の発電熱(すなわち余剰熱)を別
途メタンの水蒸気改質に必要な熱として利用する例を示
す図である。
2. Description of the Related Art A hydrogen production system utilizing off-gas and excess heat of a fuel cell is being developed. For example, when a solid oxide fuel cell (SOFC) is used, its operating temperature is as high as about 1000 ° C.
It is conceivable that the off-gas after the internal reforming is directly performed in C and used for power generation, or the case where the generated heat is separately used as heat for steam reforming of methane. FIG. 1 shows an example in which off-gas is used after performing internal reforming directly in an SOFC and supplying it to power generation. FIG. 2 shows heat generated during operation (ie, surplus heat) separately from heat required for steam reforming of methane. It is a figure showing the example used as.

【0003】一方、水蒸気改質法では、メタンその他の
炭化水素ガス(天然ガス、都市ガス、あるいはLPガス
など2種以上の炭化水素の混合ガスを含む)やメタノー
ル等のアルコール類を水蒸気により改質して水素リッチ
な改質ガスに変えられる。こうして得られた改質ガスは
燃料としても利用される。水蒸気改質法の実施には改質
器が用いられ、改質触媒による接触反応により炭化水素
ガスやアルコール類から水素リッチな改質ガスが生成さ
れる。
[0003] On the other hand, in the steam reforming method, methane and other hydrocarbon gases (including a mixed gas of two or more hydrocarbons such as natural gas, city gas, or LP gas) and alcohols such as methanol are reformed with steam. And reformed into hydrogen-rich reformed gas. The reformed gas thus obtained is also used as fuel. A reformer is used to perform the steam reforming method, and a hydrogen-rich reformed gas is generated from hydrocarbon gas or alcohols by a catalytic reaction using a reforming catalyst.

【0004】図3は水蒸気改質器を模式的に示す図で、
概略、バーナあるいは燃焼触媒を配置した燃焼部と改質
触媒を配置した改質部とにより構成される。改質部には
Ni系、Ru系等の改質触媒が充填、配置される。原料
ガスに硫黄化合物が含まれていると、改質触媒は被毒し
性能劣化を来してしまうので、それらの硫黄化合物は予
め除去され、別途設けられた水蒸気発生器からの水蒸気
を混合して改質器の改質部へ導入される。
FIG. 3 schematically shows a steam reformer.
In general, it is composed of a combustion section in which a burner or a combustion catalyst is arranged and a reforming section in which a reforming catalyst is arranged. The reforming section is filled with a Ni-based, Ru-based, or other reforming catalyst and disposed therein. If the raw material gas contains a sulfur compound, the reforming catalyst is poisoned and the performance is deteriorated.Therefore, the sulfur compound is removed in advance and mixed with steam from a separately provided steam generator. Into the reforming section of the reformer.

【0005】改質部で起こる接触反応(=改質反応)は
大きな吸熱を伴うので、反応の進行のためには外部から
熱の供給が必要であり、600℃程度以上の温度が必要
である。このため燃焼部において燃料ガスを空気により
燃焼させ、発生した燃焼熱(ΔH)を改質部に供給す
る。図2の例では、燃焼部による加熱に代えて、SOF
Cの運転時の発電熱(余剰熱)が利用される。
[0005] Since the catalytic reaction (= reforming reaction) occurring in the reforming section involves a large endotherm, it is necessary to supply heat from the outside in order for the reaction to proceed, and a temperature of about 600 ° C. or higher is required. . Therefore, the fuel gas is burned by air in the combustion section, and the generated combustion heat (ΔH) is supplied to the reforming section. In the example of FIG. 2, instead of heating by the combustion unit, SOF
The generated heat (surplus heat) during the operation of C is used.

【0006】原料ガスが例えばメタンである場合の改質
反応は「CH4+2H2O→CO2+4H2」で示される。
生成する改質ガス中には未反応のメタン、未反応の水蒸
気、炭酸ガス(CO2)のほか、一酸化炭素(CO)が
副生して8〜15%(容量%、以下同じ)程度含まれて
いる。このため改質ガスは、この副生COを炭酸ガスへ
変えて除去するためにCO変成器にかけられる。CO変
成器では銅ー亜鉛系や白金触媒等の触媒が用いられる
が、その触媒を機能させるには200〜250℃程度の
温度が必要である。CO変成器中での反応は「CO+H
2O→CO2+H 2」で示され、このシフト反応で必要な
水蒸気としては改質器で未反応の残留水蒸気が利用され
る。
Reforming when the source gas is, for example, methane
The reaction is "CHFour+ 2HTwoO → COTwo+ 4HTwo".
Unreacted methane and unreacted water vapor are contained in the reformed gas generated.
Gas, carbon dioxide (COTwo), And carbon monoxide (CO)
8 to 15% by volume (% by volume, same hereafter)
I have. Therefore, the reformed gas converts this by-product CO into carbon dioxide gas.
It is subjected to a CO converter to remove it in an alternate manner. CO change
Catalysts such as copper-zinc and platinum catalysts are used in the generator
However, in order for the catalyst to function,
Temperature is required. The reaction in the CO converter is "CO + H
TwoO → COTwo+ H TwoRequired for this shift reaction.
Unreacted residual steam is used in the reformer as steam.
You.

【0007】CO変成器から出る改質ガスは、未反応の
メタンと余剰水蒸気を除けば、水素と炭酸ガスとからな
っている。このうち水素が目的とする成分であるが、C
O変成器を経て得られる改質ガスについても、COは完
全には除去されず、微量のCOが含まれている。固体高
分子形燃料電池(PEFC)に供給する燃料水素中のC
O含有量は100ppm(容量ppm、以下同じ)程度
が限度であり、これを越えると電池性能が著しく劣化す
るので、PEFCへ導入する前にできる限り除去してお
く必要がある。
[0007] The reformed gas emitted from the CO converter is composed of hydrogen and carbon dioxide gas except for unreacted methane and excess steam. Of these, hydrogen is the target component, but C
Also in the reformed gas obtained through the O shift converter, CO is not completely removed, but contains a trace amount of CO. C in fuel hydrogen supplied to polymer electrolyte fuel cell (PEFC)
The O content is limited to about 100 ppm (capacity ppm, the same applies hereinafter). If the O content is exceeded, the battery performance deteriorates remarkably. Therefore, it is necessary to remove as much as possible before introducing into the PEFC.

【0008】このため、改質ガスはCO変成器によりC
O濃度を1%程度以下まで低下させた後、CO選択酸化
器にかけられる。ここでは空気等の酸化剤ガスが添加さ
れ、COの酸化反応(CO+1/2O2=CO2)によ
り、COを100ppm程度以下、好ましくは50pp
m以下、さらに好ましくは10ppm以下というように
低減させる。CO選択酸化器の作動温度は100〜15
0℃程度である。こうして精製された水素がPEFCの
燃料極に供給される。
For this reason, the reformed gas is converted into C by the CO converter.
After reducing the O concentration to about 1% or less, it is subjected to a CO selective oxidizer. Here, an oxidizing gas such as air is added, and CO is reduced to about 100 ppm or less, preferably 50 pp by an oxidation reaction of CO (CO + 1 / 2O 2 = CO 2 ).
m, more preferably 10 ppm or less. Operating temperature of CO selective oxidizer is 100 ~ 15
It is about 0 ° C. The hydrogen thus purified is supplied to the fuel electrode of the PEFC.

【0009】図4は、図1のようにSOFC内で直接内
部改質を行って発電に供した後のオフガスを利用して得
た水素をPEFCの燃料として利用する例である。図5
は、図2のようにSOFC運転時の発電熱(余剰熱)を
別途メタンの水蒸気改質に必要な熱として利用して得た
水素をPEFCの燃料として利用する例である。
FIG. 4 shows an example in which hydrogen obtained by using off-gas after performing internal reforming directly in an SOFC and supplying it to power generation as shown in FIG. 1 is used as a PEFC fuel. FIG.
FIG. 2 shows an example in which hydrogen obtained by using generated heat (excess heat) during SOFC operation as heat necessary for steam reforming of methane separately as shown in FIG. 2 is used as fuel for PEFC.

【0010】PEFCや溶融炭酸塩形燃料電池(MCF
C)のオフガスや余剰熱を利用する場合には、電池の作
動温度がメタン等の炭化水素ガスを改質を行うには低す
ぎるため、直接内部改質もしくは余剰熱を直接利用する
わけには行かない。しかし、例えばPEFCの場合に
は、改質器とPEFCを組み合わせて、PEFCのオフ
ガスを燃焼させ、その燃焼熱を改質器の熱源として利用
する。図6はこの例を示す図である。
[0010] PEFC or molten carbonate fuel cell (MCF
In the case of using the off-gas or surplus heat of C), since the operating temperature of the battery is too low to reform hydrocarbon gas such as methane, it is difficult to directly use internal reforming or surplus heat. Do not go. However, for example, in the case of a PEFC, the reformer and the PEFC are combined to burn off gas of the PEFC, and the combustion heat is used as a heat source of the reformer. FIG. 6 is a diagram showing this example.

【0011】ところで、炭化水素がメタンである場合、
改質されたガス(改質ガス)中の水素とCOは3:1の
組成であるが(CH4+H2O→3H2+CO)、燃料電
池で発電に使用した水素は水(水蒸気)に、COはCO
2に変わる。このため、燃料電池からのオフガスには多
量のCO2が含まれており、これに起因してオフガスを
利用して製造された水素には多量のCO2が含まれてい
る。
Incidentally, when the hydrocarbon is methane,
Hydrogen and CO in the reformed gas (reformed gas) have a composition of 3: 1 (CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO), but the hydrogen used for power generation in the fuel cell is converted to water (steam). , CO is CO
Turns into 2 . Therefore, a large amount of CO 2 is contained in the off-gas from the fuel cell, and as a result, hydrogen produced using the off-gas contains a large amount of CO 2 .

【0012】そのようにオフガスを利用して製造された
水素には、上記いずれの水素製造システムの場合にも、
多量のCO2が含まれているため、この水素をPEFC
用の燃料として用いる場合には、高純度の水素を燃料と
して利用する場合に比べて、電池における起電力が低下
する。また、燃料極における逆シフト反応「CO2+H2
→CO+H2O」により、COが生成されて燃料極が劣
化する危険性もある。さらには、SOFCあるいはPE
FCのオフガスを燃焼させて燃焼熱を利用するシステム
では燃焼が不安定になる危険性もある。
In any of the above hydrogen production systems, hydrogen produced using off-gas is
Since a large amount of CO 2 is contained, this hydrogen is
When the fuel is used as a fuel for fuel, the electromotive force in the battery is lower than when high-purity hydrogen is used as the fuel. In addition, a reverse shift reaction “CO 2 + H 2
There is also a risk that CO is generated by “→ CO + H 2 O” and the fuel electrode is deteriorated. Furthermore, SOFC or PE
In a system that uses combustion heat by burning off-gas of FC, there is also a risk of unstable combustion.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来におけ
る、固体酸化物形燃料電池(SOFC)や固体高分子形
燃料電池(PEFC)、あるいは溶融炭酸塩形燃料電池
(MCFC)などの燃料電池を利用して水素を製造する
システムにおいて生じる、上記のような問題点を解決す
るためになされたものであり、CO変成器で変成したガ
スや燃料電池のオフガスからCO2吸着剤あるいはCO2
吸収剤を用いてCO2を除去ないし可及的に除去するこ
とにより高効率で高純度の水素を製造するシステム、お
よび、該水素製造ステムで製造した高純度水素を燃料と
して利用する燃料電池システムを提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a conventional fuel cell such as a solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), or a molten carbonate fuel cell (MCFC). occurs in systems for producing hydrogen by using, has been made to solve the above problems, CO metamorphic gas or a fuel cell off-gas in the CO transformer 2 adsorbent or CO 2
A system for producing high-efficiency and high-purity hydrogen by removing or removing CO 2 as much as possible using an absorbent, and a fuel cell system using the high-purity hydrogen produced by the hydrogen production system as a fuel The purpose is to provide.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、(1)固体酸
化物形燃料電池のオフガスをCO変成器に通して水素を
製造するシステムであって、CO変成器で変成したガス
をCO2吸収剤層に通してCO2を除去するようにしてな
ることを特徴とする高純度水素製造システムを提供し、
また(2)該高純度水素製造システムで得られた高純度
水素を固体高分子形燃料電池の燃料として利用するよう
にしてなることを特徴とする燃料電池システムを提供す
る。
The present invention provides (1) a system for producing hydrogen by passing an off-gas of a solid oxide fuel cell through a CO converter, wherein the gas converted by the CO converter is converted into CO 2. To provide a high-purity hydrogen production system characterized by removing CO 2 through the absorbent layer,
(2) A fuel cell system characterized in that high-purity hydrogen obtained by the high-purity hydrogen production system is used as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell.

【0015】本発明は、(3)固体酸化物形燃料電池の
余剰熱を利用して炭化水素を水蒸気改質により改質し、
CO変成器に通して水素を製造するシステムであって、
CO変成器で変成したガスをCO2吸収剤層に通してC
2を除去するようにしてなることを特徴とする高純度
水素製造システムを提供し、また(4)該高純度水素製
造システムで得られた高純度水素を固体高分子形燃料電
池の燃料として利用するようにしてなることを特徴とす
る燃料電池システムを提供する。
According to the present invention, (3) a hydrocarbon is reformed by steam reforming using excess heat of a solid oxide fuel cell,
A system for producing hydrogen through a CO converter,
The gas converted in the CO converter is passed through the CO 2 absorbent layer to remove C.
A high-purity hydrogen production system characterized by removing O 2 is provided. (4) High-purity hydrogen obtained by the high-purity hydrogen production system is used as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell. There is provided a fuel cell system characterized in that it is used.

【0016】本発明は、(5)固体高分子形燃料電池の
オフガスを燃焼させた燃焼熱を利用して炭化水素を水蒸
気改質により改質し、CO変成器に通して水素を製造す
るシステムであって、CO変成器で変成したガスをCO
2吸収剤層に通してCO2を除去するようにしてなること
を特徴とする高純度水素製造システムを提供し、また
(6)該高純度水素製造システムで得られた高純度水素
を固体高分子形燃料電池の燃料として利用するようにし
てなることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
The present invention provides (5) a system for reforming hydrocarbons by steam reforming using combustion heat generated by burning off-gas of a polymer electrolyte fuel cell, and producing hydrogen through a CO converter. Wherein the gas converted by the CO converter is
(2 ) To provide a high-purity hydrogen production system characterized in that CO 2 is removed through an absorbent layer, and (6) high-purity hydrogen obtained by the high-purity hydrogen production system A fuel cell system characterized by being used as a fuel for a molecular fuel cell.

【0017】本発明は、(7)固体高分子形燃料電池の
オフガスを燃焼させた燃焼熱を利用して炭化水素を水蒸
気改質により改質し、CO変成器に通して水素を製造す
るシステムであって、該オフガスをCO2吸収剤層に通
してCO2を除去した後、燃焼させるとともに、CO変
成器で変成したガスをCO2吸収剤層に通してCO2を除
去するようにしてなることを特徴とする高純度水素製造
システムを提供し、また(8)該高純度水素製造システ
ムで得られた高純度水素を固体高分子形燃料電池の燃料
として利用するようにしてなることを特徴とする燃料電
池システムを提供する。
The present invention provides (7) a system in which hydrocarbons are reformed by steam reforming using the combustion heat generated by burning off-gas of a polymer electrolyte fuel cell, and the reformed hydrocarbons are passed through a CO converter to produce hydrogen. a is, after removal of the CO 2 through the off-gas to CO 2 absorber layer, with burning, and the modified gas with CO transformer so as to remove the CO 2 through CO 2 absorbent layer And (8) using the high-purity hydrogen obtained by the high-purity hydrogen production system as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell. A featured fuel cell system is provided.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明(1)は、SOFCのオフ
ガスをCO変成器に通して水素を製造するシステムにお
いて、CO変成器で変成したガスをCO2吸収剤層に通
してCO2を除去することを特徴とする。本発明(3)
は、SOFCの余剰熱を利用して炭化水素を水蒸気改質
により改質し、CO変成器に通して水素を製造するシス
テムにおいて、CO変成器で変成したガスをCO2吸収
剤層に通してCO2を除去することを特徴とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention (1), in a system for producing hydrogen through the off-gas of the SOFC to the CO shift converter, the CO 2 through a modified gas in the CO transformer to CO 2 absorbent layer It is characterized by being removed. The present invention (3)
In a system in which hydrocarbons are reformed by steam reforming using the excess heat of an SOFC and hydrogen is produced through a CO converter, the gas transformed by the CO converter is passed through a CO 2 absorbent layer. It is characterized by removing CO 2 .

【0019】本発明(5)は、PEFCのオフガスを燃
焼させた燃焼熱を利用して炭化水素を水蒸気改質により
改質し、CO変成器に通して水素を製造するシステムに
おいて、CO変成器で変成したガスをCO2吸収剤層に
通してCO2を除去することを特徴とする。本発明
(7)は、固体高分子形燃料電池のオフガスを燃焼させ
た燃焼熱を利用して炭化水素を水蒸気改質により改質
し、CO変成器に通して水素を製造するシステムにおい
て、該オフガスをCO2吸収剤層に通してCO2を除去し
た後、燃焼させるとともに、CO変成器で変成したガス
をCO2吸収剤層に通してCO2を除去することを特徴と
する。
The present invention (5) relates to a system for reforming hydrocarbons by steam reforming using the combustion heat generated by burning off-gas of PEFC and producing hydrogen through a CO converter. in through modified gas to CO 2 absorbent layer, and removing the CO 2. The present invention (7) provides a system for producing hydrocarbons by reforming hydrocarbons by steam reforming using combustion heat generated by burning off-gas of a polymer electrolyte fuel cell and passing the reformed hydrocarbons through a CO converter. after removal of CO 2 through the off-gas to CO 2 absorber layer, with burning, and removing the CO 2 through a modified gas in the CO transformer to CO 2 absorbent layer.

【0020】本発明に係る燃料電池システムは、上記
(1)、(3)、(5)及び(7)のいずれかの高純度
水素製造システムで得られた高純度水素をPEFCの燃
料として利用するようにしてなる燃料電池システムであ
る。本発明(1)、(3)、(5)及び(7)ではCO
変成器の後段にCO2吸収剤層を設けてガス中のCO2
除去することにより、CO2を含まない高純度水素を得
ることができる。この結果、得られた高純度水素をPE
FCの燃料として利用する場合には、PEFCの起電力
が向上し、また逆シフト反応で生成するCOによる電極
劣化を防止することができる。さらに、SOFCもしく
はPEFCのオフガスからCO2を除去することによっ
て、本発明(7)〜(8)のようにオフガスを燃焼させ
る場合の燃焼状態を改善することができる。
The fuel cell system according to the present invention utilizes the high-purity hydrogen obtained by any of the high-purity hydrogen production systems (1), (3), (5) and (7) as a fuel for PEFC. This is a fuel cell system configured to perform the above. In the present invention (1), (3), (5) and (7), CO
By providing a CO 2 absorbent layer at the subsequent stage of the converter to remove CO 2 in the gas, high-purity hydrogen containing no CO 2 can be obtained. As a result, the resulting high-purity hydrogen was
When used as an FC fuel, the electromotive force of the PEFC is improved, and electrode deterioration due to CO generated by the reverse shift reaction can be prevented. Further, by removing CO 2 from the offgas of the SOFC or PEFC, the combustion state when the offgas is burned as in the present invention (7) to (8) can be improved.

【0021】本発明で使用するCO2吸収剤としては、
水蒸気改質器やCO変成器からの改質ガス中あるいはS
OFCやPEFCからのオフガス中のCO2を吸収し得
る物質であればいずれも使用される。CO2等のガスが
固体又は液体に吸収される(吸われる)現象には、いわ
ゆる吸収のほか、吸着、また吸着のうち反応あるいは溶
解を伴う収着があるが、本明細書中、それら吸着、収着
を含めて吸収といい、これら現象によりガス中のCO2
を吸収する物質を適宜CO2吸収剤または単に吸収剤と
指称している。吸収剤は、粒状や顆粒状等として容器内
に充填する、ハニカム状耐熱構造基材に担持して容器内
に配置する、など適宜の態様で用いることができる。本
明細書および図面ではそれら形状、構造のCO2吸収剤
を容器内に充填あるいは配置した状態をCO2吸収剤層
と指称している。
The CO 2 absorbent used in the present invention includes:
In the reformed gas from steam reformer or CO converter or S
Any substance that can absorb CO 2 in off-gas from OFC or PEFC is used. As a phenomenon in which a gas such as CO 2 is absorbed (absorbed) by a solid or a liquid, in addition to so-called absorption, there are adsorption and sorption accompanied by reaction or dissolution in adsorption. , referred to as absorption, including sorption, during gas by these phenomena CO 2
The substance that absorbs is referred to as a CO 2 absorbent or simply an absorbent. The absorbent can be used in any appropriate form, such as filling the container in the form of granules or granules, or supporting it on a honeycomb-shaped heat-resistant base material and arranging it in the container. They shape in this specification and drawings, it is called the finger and the CO 2 absorbent layer a state filled or placed into the container the CO 2 absorbent structure.

【0022】本発明で使用するCO2吸収剤の好ましい
一例としてリチウム化ジルコニア(Li2ZrO3やLi
4ZrO4)を挙げることができる。Li2ZrO3は下記
式(1)の反応によりCO2を吸収する。この反応は、
可逆反応であり、〔圧力(分圧)条件等により異なる
が〕例えば700℃付近を境に、低温では右方向に進
み、高温では左方向に進む。しかも、この温度域の反応
速度は十分に速く、600℃あたりでは体積比でリチウ
ム化ジルコニアの520倍というようなCO2が吸収さ
れる。本発明においては、このような吸収剤を使用して
改質器を経てCO変成器から排出される変成済みのガス
や燃料電池のオフガス中のCO2をそのような温度域で
除去することができる。
As a preferred example of the CO 2 absorbent used in the present invention, lithiated zirconia (Li 2 ZrO 3 or Li 2
4 ZrO 4 ). Li 2 ZrO 3 absorbs CO 2 by the reaction of the following formula (1). This reaction is
It is a reversible reaction. [Depending on pressure (partial pressure) conditions, etc.] For example, at around 700 ° C., the temperature proceeds to the right at low temperatures and to the left at high temperatures. In addition, the reaction rate in this temperature range is sufficiently fast, and CO 2 is absorbed at about 600 ° C. in a volume ratio of 520 times that of lithiated zirconia. In the present invention, the removal of CO 2 in the off-gas of such transformer already gas and fuel cells using the absorbent is discharged from the CO transformer through the reformer in such a temperature range it can.

【0023】[0023]

【化 1】 [Formula 1]

【0024】例えば、SOFCにおける600℃程度の
オフガスをこのリチウム化ジルコニアからなる吸収剤に
通してCO2を吸収させ、その吸収が飽和した後(ない
しは飽和直前に)、今度は例えば700℃程度以上の空
気をリチウム化ジルコニアに通してCO2を放出させ
る。この操作を繰り返すことによって、オフガス中のC
2を除去し、また吸収剤を再生して、繰り返しCO変
成器からの変成済みのガス中あるいはPEFCからのオ
フガス中のCO2を除去することができる。
For example, an off gas of about 600 ° C. in an SOFC is passed through this lithiated zirconia absorbent to absorb CO 2, and after the absorption is saturated (or immediately before the saturation), this time, for example, about 700 ° C. or more to release CO 2 through the air lithium zirconia. By repeating this operation, C in the off-gas
The O 2 can be removed and the absorbent regenerated to repeatedly remove CO 2 in the transformed gas from the CO converter or in the off-gas from the PEFC.

【0025】[0025]

【実施例】以下、実施例を基に本発明をさらに詳しく説
明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことは
もちろんである。各実施例において、CO2吸収剤層に
は一例としてリチウム化ジルコニア(Li2ZrO3)を
充填、使用している。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to these Examples. In each embodiment, the CO 2 absorbent layer is filled with lithiated zirconia (Li 2 ZrO 3 ) as an example and used.

【0026】〈実施例1〉本例は、SOFCからのオフ
ガスをCO変成器に通して水素を製造するシステムにお
いて、CO変成器で変成したオフガスをCO2吸収剤層
に通してCO2を除去する例である。SOFCのオフガ
スには未利用のCO、H2のほか、CO2、H 2Oが含ま
れており、そのうち特にCO2は、CO変成器でのシフ
ト反応(CO+H2O→CO2+H2)によりさらに増加
している。図7のとおり、本例においては、CO変成器
に続く導管にCO2吸収剤層を配置する。CO2吸収剤層
としては、CO2吸収剤を粒状や顆粒状などの形状と
し、あるいはハニカム状耐熱構造基材に担持した形で容
器内に充填あるいは配置しておくなど常法により構成す
ることができる。この点、以下の例でも同様である。
<Embodiment 1> In this embodiment, an off-state from an SOFC is used.
Gas is passed through a CO converter to produce hydrogen.
Off-gas converted by the CO converterTwoAbsorbent layer
Through COTwoThis is an example of removing. SOFC off-gas
Unused CO, HTwoBesides, COTwo, H TwoO included
And especially COTwoIs the shift in the CO transformer
Reaction (CO + HTwoO → COTwo+ HTwo) Further increase
are doing. As shown in FIG. 7, in this example, the CO transformer
To the conduit followingTwoArrange the absorbent layer. COTwoAbsorbent layer
As COTwoAbsorbents can be in the form of granules or granules
Or supported on a honeycomb heat-resistant structural substrate
It is constructed by a usual method such as filling or placing in a vessel.
Can be This is the same in the following examples.

【0027】SOFCのオフガスに含まれているCO2
およびCO変成器でのシフト反応により増加したCO2
を除去することで高純度の水素を製造することとができ
る。なお、リチウム化ジルコニア等のCO2吸収剤に
は、それぞれCO2の吸収に適温があるので、CO2吸収
剤としてはCO変成器からのオフガスの温度如何により
適当ないし最適な吸収剤を選択して用いるが、必要に応
じて該オフガスを該適温へ調整する熱交換器等を配置す
ることもできる。また、吸収剤はやがてCO2が飽和し
た(ないしは飽和に近い)状態となるが、その際には加
熱等により再生するか新たな吸収剤と置換してもよい。
これらの点は以下の実施例でも同様である。
CO 2 contained in SOFC off-gas
And CO 2 increased by shift reaction in CO converter
, High-purity hydrogen can be produced. Since CO 2 absorbents such as lithiated zirconia each have an appropriate temperature for absorbing CO 2, an appropriate or optimal absorbent is selected as the CO 2 absorbent depending on the temperature of the off-gas from the CO converter. However, if necessary, a heat exchanger or the like for adjusting the off-gas to the appropriate temperature may be provided. Further, the absorbent eventually becomes a state where CO 2 is saturated (or nearly saturated). In this case, the absorbent may be regenerated by heating or the like, or may be replaced with a new absorbent.
These points are the same in the following embodiments.

【0028】〈実施例2〉本例は、SOFCのオフガス
をCO変成器に通して水素を製造するシステムにおい
て、CO変成器で変成したオフガスをCO2吸収剤層に
通してCO2を除去して得られた高純度水素をPEFC
の燃料として使用する例である。高純度水素を得るまで
の過程は実施例1と同様である。図8に示すように、C
O変成器で変成したオフガスをCO2吸収剤層に通して
CO2を除去してPEFCに供給するので、PEFCで
の起電力の低下を防止することができるだけでなく、燃
料極の劣化を防ぐことができる。このうち、燃料極の劣
化については、オフガスにCO2が含まれていると、燃
料極における逆シフト反応によりCOが生成され、この
COにより燃料極が劣化するが、本例のようにCO2
収剤層に通してCO2を除去しておくことで、燃料極の
劣化を防止することができる。
[0028] <Example 2> This embodiment, in a system for producing hydrogen through the off-gas of the SOFC to the CO shift converter, the CO 2 is removed through the off-gas was modified with CO transformer to CO 2 absorbent layer High-purity hydrogen obtained by PEFC
This is an example of using as a fuel. The process up to obtaining high-purity hydrogen is the same as in Example 1. As shown in FIG.
The off-gas transformed by the O-transformer is passed through the CO 2 absorbent layer to remove CO 2 and supply the PEFC to the PEFC, so that not only can the electromotive force in the PEFC be reduced but also the deterioration of the fuel electrode can be prevented. be able to. Of these, there is degradation of the fuel electrode and contains CO 2 in off-gas, CO is generated by the reverse shift reaction in the fuel electrode, the fuel electrode by the CO is degraded, as in this example CO 2 By removing CO 2 through the absorbent layer, deterioration of the fuel electrode can be prevented.

【0029】この場合、PEFCでは、燃料水素中のC
O濃度は100ppm程度が限度であるので、CO変成
器から導出されるオフガス中のCO濃度如何により、必
要に応じてCO選択酸化器(図8中、図示は省略してい
る)にかけてCOの酸化反応(CO+1/2O2=C
2)により、CO濃度を100ppm程度以下、好ま
しくは50ppm以下、さらに好ましくは10ppm以
下というように低減させる。CO選択酸化器の作動温度
は100〜150℃程度であり、こうして精製された水
素がPEFCの燃料極に供給される。PEFCの作動温
度は80〜100℃程度であるので、CO選択酸化器を
経た改質ガスは熱交換器で適温に調整した上でPEFC
に供給される。
In this case, in PEFC, C in fuel hydrogen
Since the O concentration is limited to about 100 ppm, depending on the CO concentration in the off-gas derived from the CO converter, the CO is oxidized through a CO selective oxidizer (not shown in FIG. 8) as necessary. Reaction (CO + 1 / 2O 2 = C
O 2 ) reduces the CO concentration to about 100 ppm or less, preferably 50 ppm or less, more preferably 10 ppm or less. The operating temperature of the CO selective oxidizer is about 100 to 150 ° C., and the hydrogen thus purified is supplied to the fuel electrode of the PEFC. Since the operating temperature of PEFC is about 80 to 100 ° C, the reformed gas that has passed through the CO selective oxidizer is
Supplied to

【0030】〈実施例3〉本例は、SOFCの運転時の
余剰熱を利用して炭化水素を水蒸気改質により改質し、
CO変成器に通して水素を製造するシステムにおいて、
CO変成器で変成したガスをCO2吸収剤層に通してC
2を除去する例である。SOFCの運転温度が100
0℃程度というように高いため、この余剰熱を例えばメ
タン等の炭化水素の水蒸気改質に利用して改質ガスを生
成させる。図9に示すように、改質器で得られる改質ガ
スには主成分であるH2に加えCO2、H2Oのほか、C
Oが含まれているので、CO変成器に通してCOをCO
2とH2に変える。
<Embodiment 3> In this embodiment, a hydrocarbon is reformed by steam reforming using surplus heat during operation of an SOFC.
In a system for producing hydrogen through a CO converter,
The gas converted in the CO converter is passed through the CO 2 absorbent layer to remove C.
This is an example of removing O 2 . Operating temperature of SOFC is 100
Since the temperature is as high as about 0 ° C., the surplus heat is used for steam reforming of hydrocarbons such as methane to generate a reformed gas. As shown in FIG. 9, in addition of H 2 as the main component in the reformed gas obtained in the reformer CO 2, H 2 O In addition, C
O is contained, so that CO is passed through a CO
Change in 2 and H 2.

【0031】しかし、CO変成器を経た改質ガス中のC
2は、改質器で生成したCO2に加え、CO変成器での
シフト反応(CO+H2O→CO2+H2)によりさらに
増加している。そこで本例においては、CO変成器に続
く導管にCO2吸収剤層を配置しておくことにより、改
質ガス中のCO2を除去し、これにより高純度の水素を
製造することとができる。
However, C in the reformed gas passed through the CO converter
O 2 is further increased by the shift reaction (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ) in the CO shift converter in addition to the CO 2 generated in the reformer. Therefore, in this example, by the conduit following the CO transformer should place the CO 2 absorbent layer, to remove the CO 2 in the reformed gas, it is a possible thereby producing high purity hydrogen .

【0032】〈実施例4〉本例は、SOFCの余剰熱を
利用して炭化水素を水蒸気改質により改質し、CO変成
器に通して水素を製造するシステムにおいて、CO変成
器で変成したガスをCO2吸収剤層に通してCO2を除去
して得られた高純度水素をPEFCの燃料として使用す
る例である。高純度水素を得るまでの過程は実施例3と
同様である。図10に示すように、CO変成器で変成し
た改質ガスをCO2吸収剤層に通してCO2を除去してP
EFCに供給するので、実施例2の場合と同様に、PE
FCでの起電力の低下を防止するとともに、その燃料極
の劣化を防ぐことができる。
<Embodiment 4> In this embodiment, a hydrocarbon is reformed by steam reforming using excess heat of an SOFC, and is passed through a CO converter to produce hydrogen. This is an example in which high-purity hydrogen obtained by passing gas through a CO 2 absorbent layer to remove CO 2 is used as a fuel for PEFC. The process up to obtaining high-purity hydrogen is the same as in Example 3. As shown in FIG. 10, a reformed gas modified with CO transformer to remove CO 2 through CO 2 absorbent layer P
Since it is supplied to the EFC, as in the case of Example 2, PE
It is possible to prevent a decrease in the electromotive force in the FC and to prevent deterioration of the fuel electrode.

【0033】〈実施例5〉本例は、PEFCのオフガス
を燃焼させた燃焼熱を利用して炭化水素を水蒸気改質に
より改質し、CO変成器に通して水素を製造するシステ
ムにおいて、CO変成器で変成したガスをCO2吸収剤
層に通してCO2を除去する例である。図11は本例を
示す図で、都市ガス等の原料ガスを脱硫器で脱硫し、改
質器(改質部)、CO変成器、CO選択酸化器を経て得
られる水素がPEFCに供給される。PEFCのオフガ
スにはCO2、H2Oのほか、未利用の水素(H2)が含
まれている。そこで該オフガスを燃焼器で燃焼させ、そ
の燃焼熱を炭化水素の水蒸気改質に必要な熱源として利
用する。燃焼器へは空気等の酸化剤ガスを供給するが、
図11中、図示は省略している。この点、燃焼器を配置
した他の図面についても同様である。
<Embodiment 5> In this embodiment, a system for reforming hydrocarbons by steam reforming using the combustion heat of burning off-gas of PEFC and passing it through a CO converter to produce hydrogen is used. This is an example of removing CO 2 by passing a gas transformed by a transformer through a CO 2 absorbent layer. FIG. 11 is a view showing this example, in which raw gas such as city gas is desulfurized by a desulfurizer, and hydrogen obtained through a reformer (reforming unit), a CO shift converter, and a CO selective oxidizer is supplied to the PEFC. You. The offgas of PEFC contains unused hydrogen (H 2 ) in addition to CO 2 and H 2 O. Therefore, the off-gas is burned in a combustor, and the heat of combustion is used as a heat source necessary for steam reforming of hydrocarbons. An oxidizing gas such as air is supplied to the combustor,
In FIG. 11, illustration is omitted. In this regard, the same applies to other drawings in which the combustor is arranged.

【0034】改質器で得られた改質ガスには主成分であ
るH2に加え、CO2、H2Oのほか、COが含まれてい
るので、CO変成器に通してCOをCO2とH2に変え
る。しかし、CO変成器を経た改質ガス中のCO2は、
改質器で生成したCO2に加え、CO変成器でのシフト
反応(CO+H2O→CO2+H2)によりさらに増加し
ている。そこで本例においては、CO変成器に続く導管
にCO2吸収剤層を配置することにより、改質ガス中の
CO2を除去する。これにより高純度の水素を製造する
ことができる。
Since the reformed gas obtained in the reformer contains CO 2 , H 2 O, and CO in addition to H 2 as a main component, CO is passed through a CO converter to convert CO into CO 2. change in 2 and H 2. However, CO 2 in the reformed gas passed through the CO converter is
In addition to the CO 2 generated in the reformer, it is further increased by a shift reaction (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ) in the CO shift converter. Therefore, in this embodiment, by arranging the CO 2 absorbent layer to the conduit following the CO transformer, to remove the CO 2 in the reformed gas. Thereby, high-purity hydrogen can be produced.

【0035】〈実施例6〉本例は、実施例5のようにし
て得られた高純度水素をPEFCの燃料として利用する
ようにした例である。図12は本例を示す図で、高純度
水素を得るまでの過程は実施例5と同様である。PEF
Cでは、燃料水素中のCO濃度は100ppm程度が限
度であるので、CO変成器から導出されるオフガス中の
CO濃度如何により、必要に応じてCO選択酸化器にか
けてCOの酸化反応(CO+1/2O2=CO2)によ
り、CO濃度を100ppm程度以下、好ましくは50
ppm以下、さらに好ましくは10ppm以下というよ
うに低減させる。CO選択酸化器の作動温度は100〜
150℃程度であり、こうして精製された水素がPEF
Cの燃料極に供給される。PEFCの作動温度は80〜
100℃程度であるので、CO選択酸化器を経た改質ガ
スは熱交換器で適温に調整した上でPEFCに供給され
る。
Embodiment 6 This embodiment is an example in which high-purity hydrogen obtained as in Embodiment 5 is used as a fuel for PEFC. FIG. 12 is a view showing the present example, and the process up to obtaining high-purity hydrogen is the same as in the fifth embodiment. PEF
In C, since the CO concentration in fuel hydrogen is limited to about 100 ppm, depending on the CO concentration in the off-gas derived from the CO converter, the CO oxidation reaction (CO + 1 / 2O) may be performed through a CO selective oxidizer as necessary. 2 = CO 2 ) to reduce the CO concentration to about 100 ppm or less, preferably 50 ppm.
ppm or less, more preferably 10 ppm or less. Operating temperature of CO selective oxidizer is 100 ~
The temperature is about 150 ° C, and the hydrogen thus purified is PEF
C is supplied to the fuel electrode. The operating temperature of PEFC is 80 ~
Since the temperature is about 100 ° C., the reformed gas that has passed through the CO selective oxidizer is supplied to the PEFC after being adjusted to an appropriate temperature by a heat exchanger.

【0036】なお、図12には脱硫器(都市ガス等の原
料ガスの脱硫用)から(改質器の)改質部、CO変成
器、CO選択酸化器を経てPEFCへ至る系統も示して
いるが、これはPEFCの起動時における燃料水素を供
給するためのものである。PEFCの起動後は燃焼器
(オフガスの燃焼器)からの熱を利用する改質器で生成
した水素を上記のようにして燃料水素として用いる。当
該改質器へ供給する原料ガスが都市ガスやLPガスのよ
うに硫黄化合物を含む場合には、脱硫後に改質器に供給
される。また、上記のような系統を設けることなく、ま
ず当該改質器を作動させ、得られる改質ガスをCO変成
器、CO2吸収剤層に通して、PEFCの起動当初から
PEFC用の燃料水素として供給するようにしてもよ
い。これらの点は、後述実施例8(図14)についても
同様である。
FIG. 12 also shows a system from a desulfurizer (for desulfurizing raw material gas such as city gas) to a PEFC through a reforming section (of a reformer), a CO shift converter, and a CO selective oxidizer. However, this is for supplying fuel hydrogen at the time of starting the PEFC. After the start of the PEFC, the hydrogen generated by the reformer utilizing the heat from the combustor (off-gas combustor) is used as fuel hydrogen as described above. When the raw material gas supplied to the reformer contains a sulfur compound like city gas or LP gas, it is supplied to the reformer after desulfurization. Also, without providing such a system, first, the reformer is operated, and the obtained reformed gas is passed through a CO shift converter and a CO 2 absorbent layer. It may be supplied as. These points are the same as in Example 8 (FIG. 14) described later.

【0037】〈実施例7〉本例は、PEFCのオフガス
を燃焼させた燃焼熱を利用してメタン等の炭化水素を水
蒸気改質により改質し、CO変成器に通して水素を製造
するシステムにおいて、該オフガスをCO2吸収剤層に
通してCO2を除去した後に燃焼させるとともに、CO
変成器で変成したガスをCO2吸収剤層に通してCO2
除去する例である。図13は本例を示す図である。
<Embodiment 7> In this embodiment, a system is used in which hydrocarbons such as methane are reformed by steam reforming using combustion heat obtained by burning off-gas of PEFC, and the hydrogen is produced through a CO converter. In the above, while the off-gas is passed through a CO 2 absorbent layer to remove CO 2 and burn,
This is an example of removing CO 2 by passing a gas transformed by a transformer through a CO 2 absorbent layer. FIG. 13 illustrates this example.

【0038】PEFCのオフガスにはCO2、H2Oのほ
か、未利用の水素が含まれている。そこでオフガスを燃
焼器で燃焼させ、その燃焼熱を炭化水素の水蒸気改質に
必要な熱源として利用するが、燃焼に際してオフガス中
のCO2に起因して燃焼が不安定になる。そこで本例に
おいては、該オフガスをCO2吸収剤層に通してCO2
除去した後に燃焼させることにより、燃焼器での燃焼状
態を改善することができる。その他の点については実施
例5〜6の場合と同様である。
The offgas of the PEFC contains unused hydrogen in addition to CO 2 and H 2 O. Therefore offgas is combusted in the combustor, it utilizes the combustion heat as a heat source for the steam reforming of hydrocarbons, the combustion due to CO 2 in the off gas upon combustion becomes unstable. Therefore, in the present example, the off gas is passed through the CO 2 absorbent layer to remove CO 2 and then combusted, whereby the combustion state in the combustor can be improved. Other points are the same as in the case of the fifth to sixth embodiments.

【0039】〈実施例8〉本例は、実施例7のようにし
て得られた高純度水素をPEFCの燃料として利用する
ようにした例である。図14はこの例を示している。P
EFCのオフガスにはCO2、H2Oのほか、未利用の水
素が含まれているので、該オフガスを燃焼器で燃焼さ
せ、その燃焼熱を炭化水素の水蒸気改質に必要な熱源と
して利用する。しかし、燃焼に際してオフガス中のCO
2に起因して燃焼が不安定になる。そこで本例では、該
オフガスをCO2吸収剤層に通してCO2を除去した後に
燃焼させることにより、燃焼器での燃焼状態を改善する
ことができる。その他の点については実施例5〜6の場
合と同様である。
Embodiment 8 This embodiment is an example in which the high-purity hydrogen obtained as in Embodiment 7 is used as a fuel for PEFC. FIG. 14 shows this example. P
EFC off-gas contains unused hydrogen in addition to CO 2 and H 2 O, so this off-gas is burned in a combustor and the heat of combustion is used as a heat source necessary for steam reforming of hydrocarbons. I do. However, during combustion, CO
Combustion becomes unstable due to 2 . Therefore, in this example, by burning the off-gas through the CO 2 absorbent layer to remove CO 2 and then burn it, the combustion state in the combustor can be improved. Other points are the same as in the case of the fifth to sixth embodiments.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、SOFCやPEFCの
オフガスや余剰熱を利用する水素製造システムにおい
て、得られるCO2含有水素からCO2吸収剤を用いてC
2を除去ないし可及的に除去することで高純度の水素
を製造することができる。また、本水素製造システムで
得られた水素を燃料電池の燃料として利用するに際し、
電池起電力の低下を防止するだけでなく、燃料極の劣化
を防止することができる。さらには、SOFCやPEF
Cのオフガスを燃焼させて燃焼熱を利用する水素製造シ
ステムにおいて、オフガス中のCO2を除去した後に燃
焼させることにより、燃焼状態を改善できるなど各種有
用な効果が得られる。
According to the present invention, in a hydrogen production system utilizing off-gas or surplus heat of SOFC or PEFC, C 2 is obtained from CO 2 -containing hydrogen obtained by using a CO 2 absorbent.
By removing or removing O 2 as much as possible, high-purity hydrogen can be produced. In using hydrogen obtained by the hydrogen production system as fuel for a fuel cell,
Not only can the battery electromotive force be reduced, but also the fuel electrode can be prevented from deteriorating. Furthermore, SOFC and PEF
In a hydrogen production system utilizing the combustion heat by burning off gas of C, by burning after removing CO 2 in the off gas, various useful effects such as improvement of the combustion state can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】SOFCのオフガスを利用した水素製造システ
ムの例を示す図
FIG. 1 is a diagram showing an example of a hydrogen production system using off-gas of an SOFC

【図2】SOFCの余剰熱を炭化水素の改質に利用した
水素製造システムの例を示す図
FIG. 2 is a diagram showing an example of a hydrogen production system that uses surplus heat of an SOFC for reforming hydrocarbons.

【図3】炭化水素の水蒸気改質器を模式的に示す図FIG. 3 is a diagram schematically showing a hydrocarbon steam reformer.

【図4】SOFCのオフガスを利用して製造した水素を
PEFCの燃料として利用するシステムを示す図
FIG. 4 is a diagram showing a system that uses hydrogen produced using off-gas of SOFC as fuel for PEFC.

【図5】SOFCの余剰熱を炭化水素の改質に利用して
製造した水素をPEFCの燃料として利用するシステム
を示す図
FIG. 5 is a diagram showing a system in which hydrogen produced by using surplus heat of SOFC for reforming hydrocarbons is used as fuel for PEFC.

【図6】PEFCのオフガスの燃焼熱を炭化水素の改質
に利用して製造した水素をPEFCの燃料として利用す
るシステムを示す図
FIG. 6 is a diagram showing a system in which hydrogen produced by utilizing the combustion heat of offgas of PEFC for reforming hydrocarbons is used as fuel for PEFC.

【図7】本発明の実施例1を示す図FIG. 7 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例2を示す図FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例3を示す図FIG. 9 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例4を示す図FIG. 10 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施例5を示す図FIG. 11 shows a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施例6を示す図FIG. 12 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施例7を示す図FIG. 13 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施例8を示す図FIG. 14 is a diagram showing an eighth embodiment of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C01B 3/56 C01B 3/56 Z H01M 8/10 H01M 8/10 8/12 8/12 Fターム(参考) 4D020 AA03 BA01 BA03 BA08 BB01 BC01 CA01 4G040 BA02 BB03 EA03 EA06 EB12 EB32 EB33 EB42 EB44 FA02 FB04 FC02 FD07 FE01 5H026 AA06 5H027 AA06 BA09 BA16 BA17 BA19──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C01B 3/56 C01B 3/56 Z H01M 8/10 H01M 8/10 8/12 8/12 F term (reference) 4D020 AA03 BA01 BA03 BA08 BB01 BC01 CA01 4G040 BA02 BB03 EA03 EA06 EB12 EB32 EB33 EB42 EB44 FA02 FB04 FC02 FD07 FE01 5H026 AA06 5H027 AA06 BA09 BA16 BA17 BA19

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体酸化物形燃料電池のオフガスをCO変
成器に通して水素を製造するシステムであって、CO変
成器で変成したガスをCO2吸収剤層に通してCO2を除
去するようにしてなることを特徴とする高純度水素製造
システム。
[Claim 1] The off-gas of the solid oxide fuel cell to a system for producing hydrogen through a CO shift converter, CO 2 removal through a modified gas in the CO transformer to CO 2 absorbent layer A high-purity hydrogen production system characterized in that:
【請求項2】請求項1に記載の高純度水素製造システム
で得られた高純度水素を固体高分子形燃料電池の燃料と
して利用するようにしてなることを特徴とする燃料電池
システム。
2. A fuel cell system, wherein high-purity hydrogen obtained by the high-purity hydrogen production system according to claim 1 is used as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell.
【請求項3】固体酸化物形燃料電池の余剰熱を利用して
炭化水素を水蒸気改質により改質し、CO変成器に通し
て水素を製造するシステムであって、CO変成器で変成
したガスをCO2吸収剤層に通してCO2を除去するよう
にしてなることを特徴とする高純度水素製造システム。
3. A system in which hydrocarbons are reformed by steam reforming using excess heat of a solid oxide fuel cell, and hydrogen is produced through a CO converter, wherein the CO is converted by the CO converter. A high-purity hydrogen production system characterized in that CO 2 is removed by passing a gas through a CO 2 absorbent layer.
【請求項4】請求項3に記載の高純度水素製造システム
で得られた高純度水素を固体高分子形燃料電池の燃料と
して利用するようにしてなることを特徴とする燃料電池
システム。
4. A fuel cell system, wherein high-purity hydrogen obtained by the high-purity hydrogen production system according to claim 3 is used as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell.
【請求項5】固体高分子形燃料電池のオフガスを燃焼さ
せた燃焼熱を利用して炭化水素を水蒸気改質により改質
し、CO変成器に通して水素を製造するシステムであっ
て、CO変成器で変成したガスをCO2吸収剤層に通し
てCO2を除去するようにしてなることを特徴とする高
純度水素製造システム。
5. A system for producing hydrocarbons by reforming hydrocarbons by steam reforming using combustion heat generated by burning off-gas of a polymer electrolyte fuel cell and passing the reformed CO through a CO converter. A high-purity hydrogen production system, characterized in that a gas converted in a shift converter is passed through a CO 2 absorbent layer to remove CO 2 .
【請求項6】請求項5に記載の高純度水素製造システム
で得られた高純度水素を固体高分子形燃料電池の燃料と
して利用するようにしてなることを特徴とする燃料電池
システム。
6. A fuel cell system, wherein high-purity hydrogen obtained by the high-purity hydrogen production system according to claim 5 is used as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell.
【請求項7】固体高分子形燃料電池のオフガスを燃焼さ
せた燃焼熱を利用して炭化水素を水蒸気改質により改質
し、CO変成器に通して水素を製造するシステムであっ
て、該オフガスをCO2吸収剤層に通してCO2を除去し
た後、燃焼させるとともに、CO変成器で変成したガス
をCO2吸収剤層に通してCO2を除去するようにしてな
ることを特徴とする高純度水素製造システム。
7. A system for producing hydrocarbons by reforming hydrocarbons by steam reforming using combustion heat generated by burning off-gas of a polymer electrolyte fuel cell, and passing the reformed hydrocarbons through a CO converter. after removal of CO 2 through the off-gas to CO 2 absorber layer, with burning, and characterized in that the modified gas in the CO transformer becomes followed by removal of CO 2 through CO 2 absorbent layer High-purity hydrogen production system.
【請求項8】請求項7に記載の高純度水素製造システム
で得られた高純度水素を固体高分子形燃料電池の燃料と
して利用するようにしてなることを特徴とする燃料電池
システム。
8. A fuel cell system, wherein high-purity hydrogen obtained by the high-purity hydrogen production system according to claim 7 is used as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell.
JP2001139369A 2001-05-09 2001-05-09 Hydrogen production system incorporating a fuel cell Pending JP2002334714A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001139369A JP2002334714A (en) 2001-05-09 2001-05-09 Hydrogen production system incorporating a fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001139369A JP2002334714A (en) 2001-05-09 2001-05-09 Hydrogen production system incorporating a fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002334714A true JP2002334714A (en) 2002-11-22

Family

ID=18986153

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001139369A Pending JP2002334714A (en) 2001-05-09 2001-05-09 Hydrogen production system incorporating a fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002334714A (en)

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005302684A (en) * 2004-03-19 2005-10-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Fuel cell power generation system and control method thereof
JP2006031989A (en) * 2004-07-13 2006-02-02 Tokyo Gas Co Ltd Power generation method and system using solid oxide fuel cell
JP2008108621A (en) * 2006-10-26 2008-05-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Fuel cell power generation system and its carbon dioxide recovery method
JP2009037814A (en) * 2007-07-31 2009-02-19 Tokyo Gas Co Ltd Method for reducing temperature in high temperature region of solid oxide fuel cell and apparatus therefor
JP2011181489A (en) * 2010-02-05 2011-09-15 Toshiba Corp Solid oxide fuel cell system
JP2012159031A (en) * 2011-01-31 2012-08-23 Electric Power Dev Co Ltd Power generation system utilizing gasification furnace gas
JP2013515344A (en) * 2009-12-22 2013-05-02 ゼグ パワー アーエス Method and apparatus for the simultaneous production of energy in the form of electricity, heat and hydrogen gas
JP2016533628A (en) * 2013-09-30 2016-10-27 エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニーExxon Research And Engineering Company Integrated power generation and chemical production using solid oxide fuel cells
JP2017142919A (en) * 2016-02-08 2017-08-17 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Fuel battery-hydrogen production system and operational method thereof
KR20180137522A (en) * 2016-04-21 2018-12-27 퓨얼 셀 에너지, 인크 How to Post-Process Molten Carbonate Fuel Cell Anode Exhaust for Carbon Dioxide Capture
CN114032570A (en) * 2021-12-01 2022-02-11 浙江大学 Carbon-assisted solid oxide electrolytic cell
US11508981B2 (en) 2016-04-29 2022-11-22 Fuelcell Energy, Inc. Methanation of anode exhaust gas to enhance carbon dioxide capture
US11975969B2 (en) 2020-03-11 2024-05-07 Fuelcell Energy, Inc. Steam methane reforming unit for carbon capture
US12095129B2 (en) 2018-11-30 2024-09-17 ExxonMobil Technology and Engineering Company Reforming catalyst pattern for fuel cell operated with enhanced CO2 utilization
US12334607B2 (en) 2019-11-26 2025-06-17 ExxonMobil Technology and Engineering Company Fuel cell assembly with external manifold for parallel flow
US12347910B2 (en) 2019-11-26 2025-07-01 ExxonMobil Technology and Engineering Company Fuel cell power plant with a racked fuel cell module
US12355085B2 (en) 2018-11-30 2025-07-08 ExxonMobil Technology and Engineering Company Cathode collector structures for molten carbonate fuel cell
US12374703B2 (en) 2018-11-30 2025-07-29 ExxonMobil Technology and Engineering Company Flow field baffle for molten carbonate fuel cell cathode

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005302684A (en) * 2004-03-19 2005-10-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Fuel cell power generation system and control method thereof
JP2006031989A (en) * 2004-07-13 2006-02-02 Tokyo Gas Co Ltd Power generation method and system using solid oxide fuel cell
JP2008108621A (en) * 2006-10-26 2008-05-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Fuel cell power generation system and its carbon dioxide recovery method
JP2009037814A (en) * 2007-07-31 2009-02-19 Tokyo Gas Co Ltd Method for reducing temperature in high temperature region of solid oxide fuel cell and apparatus therefor
JP2013515344A (en) * 2009-12-22 2013-05-02 ゼグ パワー アーエス Method and apparatus for the simultaneous production of energy in the form of electricity, heat and hydrogen gas
JP2011181489A (en) * 2010-02-05 2011-09-15 Toshiba Corp Solid oxide fuel cell system
JP2012159031A (en) * 2011-01-31 2012-08-23 Electric Power Dev Co Ltd Power generation system utilizing gasification furnace gas
JP2016533628A (en) * 2013-09-30 2016-10-27 エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニーExxon Research And Engineering Company Integrated power generation and chemical production using solid oxide fuel cells
JP2017142919A (en) * 2016-02-08 2017-08-17 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Fuel battery-hydrogen production system and operational method thereof
KR102212137B1 (en) * 2016-04-21 2021-02-03 퓨얼 셀 에너지, 인크 Method for post-processing molten carbonate fuel cell anode exhaust to capture carbon dioxide
KR20180137522A (en) * 2016-04-21 2018-12-27 퓨얼 셀 에너지, 인크 How to Post-Process Molten Carbonate Fuel Cell Anode Exhaust for Carbon Dioxide Capture
US11211625B2 (en) 2016-04-21 2021-12-28 Fuelcell Energy, Inc. Molten carbonate fuel cell anode exhaust post-processing for carbon dioxide
US11949135B2 (en) 2016-04-21 2024-04-02 Fuelcell Energy, Inc. Molten carbonate fuel cell anode exhaust post-processing for carbon dioxide capture
US11508981B2 (en) 2016-04-29 2022-11-22 Fuelcell Energy, Inc. Methanation of anode exhaust gas to enhance carbon dioxide capture
US12095129B2 (en) 2018-11-30 2024-09-17 ExxonMobil Technology and Engineering Company Reforming catalyst pattern for fuel cell operated with enhanced CO2 utilization
US12355085B2 (en) 2018-11-30 2025-07-08 ExxonMobil Technology and Engineering Company Cathode collector structures for molten carbonate fuel cell
US12374703B2 (en) 2018-11-30 2025-07-29 ExxonMobil Technology and Engineering Company Flow field baffle for molten carbonate fuel cell cathode
US12334607B2 (en) 2019-11-26 2025-06-17 ExxonMobil Technology and Engineering Company Fuel cell assembly with external manifold for parallel flow
US12347910B2 (en) 2019-11-26 2025-07-01 ExxonMobil Technology and Engineering Company Fuel cell power plant with a racked fuel cell module
US11975969B2 (en) 2020-03-11 2024-05-07 Fuelcell Energy, Inc. Steam methane reforming unit for carbon capture
CN114032570A (en) * 2021-12-01 2022-02-11 浙江大学 Carbon-assisted solid oxide electrolytic cell
CN114032570B (en) * 2021-12-01 2022-10-28 浙江大学 Carbon-assisted solid oxide electrolytic cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2002334714A (en) Hydrogen production system incorporating a fuel cell
KR100762685B1 (en) Reformer and fuel cell system employing the same
JP2001524739A (en) Cover gas and starting gas supply system for solid oxide fuel cell power plant
JP2009117054A (en) Power generation method and system using high-temperature fuel cell
JP4945598B2 (en) Integrated reactor for fuel reforming of solid oxide fuel cells
JP2010103084A (en) Fuel reforming method for solid oxide fuel cell system
JP4024470B2 (en) Method for stopping reformer for polymer electrolyte fuel cell
JPH11191426A (en) Fuel cell power generating system
JP4357756B2 (en) High purity hydrogen production system using membrane reformer
JPH0757756A (en) Fuel cell power generation system
JP3857022B2 (en) Method for starting and stopping a polymer electrolyte fuel cell
JP2003132926A (en) Reformer for fuel cell power plant
JP2765950B2 (en) Fuel cell power generation system
JP4676934B2 (en) Starting method of fuel cell system
JP2002313402A (en) How to improve power generation efficiency of fuel cells
KR100786462B1 (en) Reformer using oxygen supply and fuel cell system including the same
JP2009026510A (en) Fuel cell power generation system and fuel reforming method for fuel cell power generation system
JP3050850B2 (en) Fuel cell power generation system
JP5109245B2 (en) Method for reforming raw material gas in hydrogen production system
JP2005174783A (en) Solid polymer fuel cell power generation system
JP4466049B2 (en) Water flow control method for reforming steam
JP2001202982A (en) Solid polymer fuel cell system
JP2016184550A (en) Gas manufacturing apparatus
JPH05251104A (en) Fuel cell power generation system
JP2828661B2 (en) Method for producing fuel gas for phosphoric acid electrolyte fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051025

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090415

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090421

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090612

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100119