JPH1131518A - 燃料電池による二酸化炭素の回収方法 - Google Patents
燃料電池による二酸化炭素の回収方法Info
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- JPH1131518A JPH1131518A JP10109627A JP10962798A JPH1131518A JP H1131518 A JPH1131518 A JP H1131518A JP 10109627 A JP10109627 A JP 10109627A JP 10962798 A JP10962798 A JP 10962798A JP H1131518 A JPH1131518 A JP H1131518A
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】通常の発電方式と比較して効率も高くかつ生成
CO2 の濃縮分離も可能で、しかも現在対策が急がれて
いる化石燃料からのCO2 低減法として産業上極めて有
効であることを課題とする。 【解決手段】燃料電池により二酸化炭素を回収する方法
において、燃料電池本体(1) の出口の燃料極側ガスにO
2 ガスあるいは空気極側のガスの一部を混合して触媒酸
化せしめ、少なくとも少量のN2 しか含まない(CO2
+H2 O)ガスとすることを特徴とする燃料電池による
二酸化炭素の回収方法。
CO2 の濃縮分離も可能で、しかも現在対策が急がれて
いる化石燃料からのCO2 低減法として産業上極めて有
効であることを課題とする。 【解決手段】燃料電池により二酸化炭素を回収する方法
において、燃料電池本体(1) の出口の燃料極側ガスにO
2 ガスあるいは空気極側のガスの一部を混合して触媒酸
化せしめ、少なくとも少量のN2 しか含まない(CO2
+H2 O)ガスとすることを特徴とする燃料電池による
二酸化炭素の回収方法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池による二
酸化炭素の回収方法に関する。
酸化炭素の回収方法に関する。
【0002】
【従来の技術】周知の如く、化石燃料から生成される炭
酸ガス(CO2 )は、地球温室効果の元凶物質として近
時多大の関心を集めるようになった。しかし、まだ本格
的な取り組みはなされておらず、従来技術と呼べるもの
はない。
酸ガス(CO2 )は、地球温室効果の元凶物質として近
時多大の関心を集めるようになった。しかし、まだ本格
的な取り組みはなされておらず、従来技術と呼べるもの
はない。
【0003】ところで、現在CO2 低減策が種々検討さ
れている。例えば、化石燃料より生じたCO2 を何らか
の方法で捕集し、深海に投入保存するという方式もその
一つである。この場合、CO2 の捕集には吸着法(PS
A法)、溶液吸収法等が候補として挙げられるが、いず
れの方法でも被処理ガス中のCO2 濃度が濃い状態での
捕集が効率的であり、空気で燃焼してしまった後では多
量のN2 を含むことになり不利である。
れている。例えば、化石燃料より生じたCO2 を何らか
の方法で捕集し、深海に投入保存するという方式もその
一つである。この場合、CO2 の捕集には吸着法(PS
A法)、溶液吸収法等が候補として挙げられるが、いず
れの方法でも被処理ガス中のCO2 濃度が濃い状態での
捕集が効率的であり、空気で燃焼してしまった後では多
量のN2 を含むことになり不利である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記事情を
考慮してなされたもので、固体電解質を用いる燃料電池
(以下、SOFC)発電プロセス中に高濃度のCO2 を
含む状態を作出し、もってCO2 の分離回収を容易なら
しめる燃料電池による二酸化炭素の回収方法を提供する
ことを目的とする。
考慮してなされたもので、固体電解質を用いる燃料電池
(以下、SOFC)発電プロセス中に高濃度のCO2 を
含む状態を作出し、もってCO2 の分離回収を容易なら
しめる燃料電池による二酸化炭素の回収方法を提供する
ことを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】SOFCでは、一般に電
解質として安定化ジルコニア等の酸素イオン導電体が用
いられる。これは勿論窒素を通さないので、この電解質
は空気中のN2 とO2を分離する第1機能と発電体素子
としての第2機能を併せもっているといえる。第1機能
は、CO2 の分離に有効であり、例えばメタン,プロパ
ン等の炭化水素を燃料とするいわゆる内部改質型のSO
FCでは、燃料極側には空気極側からのO2 との反応に
よってCO2 とH2 Oが生成し、通常の燃焼のように多
量のN2を含むことはない。但し、プロセスの効率上、
通常全てを反応させる様にはしない為、供給メタン,プ
ロパンの10〜15%相当は部分酸化されてCOやH2
の形で残っている。これを一般に考えられるように空気
極側出口の全ての空気で燃焼させることは、技術的には
容易である。
解質として安定化ジルコニア等の酸素イオン導電体が用
いられる。これは勿論窒素を通さないので、この電解質
は空気中のN2 とO2を分離する第1機能と発電体素子
としての第2機能を併せもっているといえる。第1機能
は、CO2 の分離に有効であり、例えばメタン,プロパ
ン等の炭化水素を燃料とするいわゆる内部改質型のSO
FCでは、燃料極側には空気極側からのO2 との反応に
よってCO2 とH2 Oが生成し、通常の燃焼のように多
量のN2を含むことはない。但し、プロセスの効率上、
通常全てを反応させる様にはしない為、供給メタン,プ
ロパンの10〜15%相当は部分酸化されてCOやH2
の形で残っている。これを一般に考えられるように空気
極側出口の全ての空気で燃焼させることは、技術的には
容易である。
【0006】しかし、それでは結局多量のN2 でCO
2 ,H2 Oが希釈され、本発明の目的には合致しない。
従って、何らかの対策が必要となるが、本発明者らは近
年急速な進歩をとげている触媒燃焼方式に着目し、高温
度でも安定な燃焼触媒を用いることによって、燃料極側
の生成ガスに必要最小限の酸素あるいは空気を混入さ
せ、CO,H2 を略完全にCO2 ,H2 Oに酸化させ得
ることを見出した。
2 ,H2 Oが希釈され、本発明の目的には合致しない。
従って、何らかの対策が必要となるが、本発明者らは近
年急速な進歩をとげている触媒燃焼方式に着目し、高温
度でも安定な燃焼触媒を用いることによって、燃料極側
の生成ガスに必要最小限の酸素あるいは空気を混入さ
せ、CO,H2 を略完全にCO2 ,H2 Oに酸化させ得
ることを見出した。
【0007】こうしてCO2 ,H2 Oが大部分を占め、
N2 を全く含まないかあるいは少量のN2 を含むに過ぎ
ない生成ガスができれば、後処理は容易である。即ち、
SOFCの電池部温度は一般に900〜1050℃であ
るが、熱交換,排熱回収を行った後の冷却により水分を
回収することができる。回収水分の一部は、内部改質用
として再循環することもできる(勿論内部改質用として
は水分回収前のガスを用いることも可能である)。一
方、N2 を全く含まないか、あるいは少量のN2を含む
CO2 ガスは,圧縮により液化CO2 、あるいはクラス
レ−ト(炭酸ガスの水和物)ドライアイスとして処分さ
れる。必要であれば、前述のように吸着法あるいは溶液
吸収法でCO2 を捕集することも容易である。
N2 を全く含まないかあるいは少量のN2 を含むに過ぎ
ない生成ガスができれば、後処理は容易である。即ち、
SOFCの電池部温度は一般に900〜1050℃であ
るが、熱交換,排熱回収を行った後の冷却により水分を
回収することができる。回収水分の一部は、内部改質用
として再循環することもできる(勿論内部改質用として
は水分回収前のガスを用いることも可能である)。一
方、N2 を全く含まないか、あるいは少量のN2を含む
CO2 ガスは,圧縮により液化CO2 、あるいはクラス
レ−ト(炭酸ガスの水和物)ドライアイスとして処分さ
れる。必要であれば、前述のように吸着法あるいは溶液
吸収法でCO2 を捕集することも容易である。
【0008】[作用]本発明の方法により、濃厚なCO
2 (O2 使用の場合100%空気使用の場合40〜60
%、乾ガス基準)を含むガスを燃料電池プロセス中につ
くることができる。通常の燃料排ガスが空気に起因する
多量のN2 を含むため、4〜15Vol%のCO2 濃度に
過ぎないことと比較するとCO2 の分離回収に格段の利
益がこれによって生ずることは明瞭である。
2 (O2 使用の場合100%空気使用の場合40〜60
%、乾ガス基準)を含むガスを燃料電池プロセス中につ
くることができる。通常の燃料排ガスが空気に起因する
多量のN2 を含むため、4〜15Vol%のCO2 濃度に
過ぎないことと比較するとCO2 の分離回収に格段の利
益がこれによって生ずることは明瞭である。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。 (実施例1)図1は、固体電解質燃料電池による二酸化
炭素の回収方法のフロ−シ−トを示す。図中の符番1は
燃料電池本体を示し、空気極側ガス流路2、燃料極側ガ
ス流路3が設けられている。ここで、前記空気極側ガス
流路2には酸化剤を供給する空気供給ライン4が接続さ
れ、燃料極側ガス流路3には燃料供給ライン5が接続さ
れている。燃料極側の出口ガス組成はCO2 ,H2 Oを
主成分とし、少量のしかし無視できぬ量のCO,H2 を
含む。これに酸素供給ライン6からO2 ガスを添加し、
(O2 は吸着分離法(PSA法)等により空気から作る
ことができる)触媒反応器7においてCO2 ,H2 Oに
転換せしめる。CO2 ,H2 Oのみとなったガスは熱交
換器8を経て冷却塔9にてH2 OとCO2 が分離せられ
る。
明する。 (実施例1)図1は、固体電解質燃料電池による二酸化
炭素の回収方法のフロ−シ−トを示す。図中の符番1は
燃料電池本体を示し、空気極側ガス流路2、燃料極側ガ
ス流路3が設けられている。ここで、前記空気極側ガス
流路2には酸化剤を供給する空気供給ライン4が接続さ
れ、燃料極側ガス流路3には燃料供給ライン5が接続さ
れている。燃料極側の出口ガス組成はCO2 ,H2 Oを
主成分とし、少量のしかし無視できぬ量のCO,H2 を
含む。これに酸素供給ライン6からO2 ガスを添加し、
(O2 は吸着分離法(PSA法)等により空気から作る
ことができる)触媒反応器7においてCO2 ,H2 Oに
転換せしめる。CO2 ,H2 Oのみとなったガスは熱交
換器8を経て冷却塔9にてH2 OとCO2 が分離せられ
る。
【0010】H2 Oは一部改質用としてライン10より燃
料電池本体1の入口へ循環せられ、残部は廃却される。
一方、CO2 はライン11より廃却過程へ送られる。他
方、空気極側の生成ガス(N2 とO2 のみより成る)
は、熱交換器8を経て大気中へ放出される。なお、上記
はCO,H2 の酸化剤としてO2 を用いる場合である
が、空気を使用する場合はライン12(破線)を用いるこ
とになる。
料電池本体1の入口へ循環せられ、残部は廃却される。
一方、CO2 はライン11より廃却過程へ送られる。他
方、空気極側の生成ガス(N2 とO2 のみより成る)
は、熱交換器8を経て大気中へ放出される。なお、上記
はCO,H2 の酸化剤としてO2 を用いる場合である
が、空気を使用する場合はライン12(破線)を用いるこ
とになる。
【0011】事実、本発明者らは、図1中の触媒反応器
7に相当する部分の特性を確認するため、実験室で要素
試験を行った。結果は以下に述べる通りである。なお、
燃焼触媒として、BaMnAl11O19より成る3mmピ
ッチのハニカム状のものを用いた。また、燃料電池出口
のガスを模擬し、次の組成のガスを空間速度(SV)=
10000hr-1,800℃で流過させた。
7に相当する部分の特性を確認するため、実験室で要素
試験を行った。結果は以下に述べる通りである。なお、
燃焼触媒として、BaMnAl11O19より成る3mmピ
ッチのハニカム状のものを用いた。また、燃料電池出口
のガスを模擬し、次の組成のガスを空間速度(SV)=
10000hr-1,800℃で流過させた。
【0012】H2 O:53.1%、CO2 :24.7
%、CO:3.7%、H2 :11.1%、O2 :7.4
%、その結果、出口ガス中のCO,H2 は800時間経
過後も、いずれも0.1%以下、かつ残留O2 濃度も
0.2%以下であり、殆ど理論量に対応するO2 で、C
O,H2 を完全にCO2 ,H2 Oに酸化できることが判
明した。
%、CO:3.7%、H2 :11.1%、O2 :7.4
%、その結果、出口ガス中のCO,H2 は800時間経
過後も、いずれも0.1%以下、かつ残留O2 濃度も
0.2%以下であり、殆ど理論量に対応するO2 で、C
O,H2 を完全にCO2 ,H2 Oに酸化できることが判
明した。
【0013】(実施例2)図2は、本発明の実施例2に
係る固体電解質型燃料電池(SOFC)を用いた燃焼装
置のCO2 の分離・回収のシステムを示す。
係る固体電解質型燃料電池(SOFC)を用いた燃焼装
置のCO2 の分離・回収のシステムを示す。
【0014】図中の符番11は、空気12が供給される空気
予熱器である。この空気予熱器11には、空気供給管13や
空気極排ガス管14を介して固体電解質を備えた固体電解
質燃料電池15が接続されている。また、前記空気予熱器
11には煙突16が接続されている。前記燃料電池15には、
燃料極排ガス管19を介して熱交換器20が接続されてい
る。前記熱交換器20には水供給管21により水22が供給さ
れ、水22はその後前記燃料供給管18に流れるようになっ
ている。前記燃料電池15の燃料極側と熱交換器20間を連
結する前記燃料極排ガス管19には、燃焼器36が配置され
ている。前記熱交換器20にはH2 O分離装置としての冷
却器23が接続され、この冷却器23と前記水供給管21には
ドレン回収管24が設けられている。前記冷却器23にてド
レン回収管24によりH2 O(水)分のみドレンとして回
収し、水供給管21へ送る。一方、冷却器23にて液化した
CO2 は他の貯蔵設備へ送る。また、燃料電池25の空気
極よりの排ガスは排ガス管14より空気予熱器11にて熱交
換し、低温にして煙突16より大気へ放出する。
予熱器である。この空気予熱器11には、空気供給管13や
空気極排ガス管14を介して固体電解質を備えた固体電解
質燃料電池15が接続されている。また、前記空気予熱器
11には煙突16が接続されている。前記燃料電池15には、
燃料極排ガス管19を介して熱交換器20が接続されてい
る。前記熱交換器20には水供給管21により水22が供給さ
れ、水22はその後前記燃料供給管18に流れるようになっ
ている。前記燃料電池15の燃料極側と熱交換器20間を連
結する前記燃料極排ガス管19には、燃焼器36が配置され
ている。前記熱交換器20にはH2 O分離装置としての冷
却器23が接続され、この冷却器23と前記水供給管21には
ドレン回収管24が設けられている。前記冷却器23にてド
レン回収管24によりH2 O(水)分のみドレンとして回
収し、水供給管21へ送る。一方、冷却器23にて液化した
CO2 は他の貯蔵設備へ送る。また、燃料電池25の空気
極よりの排ガスは排ガス管14より空気予熱器11にて熱交
換し、低温にして煙突16より大気へ放出する。
【0015】また、図中の符番31は石炭ガス化炉であ
り、符番32はこの石炭ガス化炉に接続された脱硫装置、
符番33はメタノ−ル合成触媒である。本実施例2はメタ
ノ−ル(CH3 OH)を燃料とするものであり、まず石
炭34及び酸素35を投入して石炭ガスを発生させる。その
後、脱硫装置32を通して硫黄(S)分を除去した後、メ
タノ−ル合成触媒33を通すことによってメタノ−ルを生
成し、燃料供給管18より燃料電池15に投入する。
り、符番32はこの石炭ガス化炉に接続された脱硫装置、
符番33はメタノ−ル合成触媒である。本実施例2はメタ
ノ−ル(CH3 OH)を燃料とするものであり、まず石
炭34及び酸素35を投入して石炭ガスを発生させる。その
後、脱硫装置32を通して硫黄(S)分を除去した後、メ
タノ−ル合成触媒33を通すことによってメタノ−ルを生
成し、燃料供給管18より燃料電池15に投入する。
【0016】本実施例2では、石炭ガスからメタノ−ル
を合成してこれを燃料として燃料電池の発電システムに
よるCO2 の分離回収のシステムであり、石炭ガス化炉
31により石炭をガス化し、これを脱硫装置を通して硫黄
分を取り除き、水添によりメタノ−ル合成触媒33でメタ
ノ−ルを合成する。このメタノ−ルは蒸気(H2 O)と
ともに燃料電池15に送ると、内部で改質されて発電に用
いられる。燃料極側排ガスは、その後熱交換して冷却器
23でH2 Oをドレンとして除去し、CO2 のみを分離・
回収する。このとき、空気極側排ガスにN2 が含まれて
おり、こちらの方はそのまま空気の予熱に用いられて排
ガスとして系外へ放出される。排ガス中にはNOx数p
pm程度で、SOxの方は全く含まれず、クリ−ンで発
電を行いながら、地球温暖化の元凶物質の1つであるC
O2 効果的かつ容易に分離・回収することができる。
を合成してこれを燃料として燃料電池の発電システムに
よるCO2 の分離回収のシステムであり、石炭ガス化炉
31により石炭をガス化し、これを脱硫装置を通して硫黄
分を取り除き、水添によりメタノ−ル合成触媒33でメタ
ノ−ルを合成する。このメタノ−ルは蒸気(H2 O)と
ともに燃料電池15に送ると、内部で改質されて発電に用
いられる。燃料極側排ガスは、その後熱交換して冷却器
23でH2 Oをドレンとして除去し、CO2 のみを分離・
回収する。このとき、空気極側排ガスにN2 が含まれて
おり、こちらの方はそのまま空気の予熱に用いられて排
ガスとして系外へ放出される。排ガス中にはNOx数p
pm程度で、SOxの方は全く含まれず、クリ−ンで発
電を行いながら、地球温暖化の元凶物質の1つであるC
O2 効果的かつ容易に分離・回収することができる。
【0017】また、実施例2では、燃料電池15の燃料極
側と熱交換器20間を連結する燃料極排ガス管19に燃焼器
36を配置されているので、燃料極側の生成ガスに必要な
最小限の酸素あるいは空気を混入させることで未反応分
として排出されたCO,H2を略完全にCO2 とH2 O
に酸化させることができる。このように、CO2 ,H2
Oが大部分を占め、N2 を全く含まないかあるいは少量
のN2 を含むに過ぎない燃料側排ガスが生成され、H2
Oをドレンとして取り除けば、非常に効率的なCO2 の
分離・回収が可能となる。
側と熱交換器20間を連結する燃料極排ガス管19に燃焼器
36を配置されているので、燃料極側の生成ガスに必要な
最小限の酸素あるいは空気を混入させることで未反応分
として排出されたCO,H2を略完全にCO2 とH2 O
に酸化させることができる。このように、CO2 ,H2
Oが大部分を占め、N2 を全く含まないかあるいは少量
のN2 を含むに過ぎない燃料側排ガスが生成され、H2
Oをドレンとして取り除けば、非常に効率的なCO2 の
分離・回収が可能となる。
【図1】本発明の実施例1に係る固体電解質燃料電池に
よる二酸化炭素の回収方法のフロ−シ−ト。
よる二酸化炭素の回収方法のフロ−シ−ト。
【図2】本発明の実施例2に係る固体電解質型燃料電池
を用いた燃焼装置のCO2 の分離・回収のシステムを示
す説明図。
を用いた燃焼装置のCO2 の分離・回収のシステムを示
す説明図。
1…燃料電池本体、 2…空気極側ガス流路、 3…燃料極側ガス流路、 7…触媒反応器、 8…熱交換器、 9…冷却塔。 11…空気予熱器、 13…空気供給管、 14…空気極排ガス管、 15…固体電解質型燃料電池、 18…燃料供給管、 19…燃料極排ガス管、 20…熱交換器、 21…水供給管、 23…冷却器、 31…石炭ガス化炉、 32…脱硫装置、 36…燃焼器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 信明 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 山下 晃弘 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 宮崎 達郎 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内
Claims (1)
- 【請求項1】 燃料電池により二酸化炭素を回収する方
法において、燃料電池本体の出口の燃料極側ガスにO2
ガスあるいは空気極側のガスの一部を混合して触媒酸化
せしめ、少なくとも少量のN2 しか含まない(CO2 +
H2 O)ガスとすることを特徴とする燃料電池による二
酸化炭素の回収方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10109627A JPH1131518A (ja) | 1990-03-14 | 1998-04-20 | 燃料電池による二酸化炭素の回収方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6120690 | 1990-03-14 | ||
| JP2-65853 | 1990-03-16 | ||
| JP6585390 | 1990-03-16 | ||
| JP2-61206 | 1990-03-16 | ||
| JP10109627A JPH1131518A (ja) | 1990-03-14 | 1998-04-20 | 燃料電池による二酸化炭素の回収方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2308730A Division JP2846105B2 (ja) | 1990-03-14 | 1990-11-16 | 燃焼装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1131518A true JPH1131518A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=27297425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10109627A Pending JPH1131518A (ja) | 1990-03-14 | 1998-04-20 | 燃料電池による二酸化炭素の回収方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1131518A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006509345A (ja) * | 2002-12-10 | 2006-03-16 | アカー クバナー エンジニアリングアンドテクノロジー | 固体酸化物形燃料電池発電プラントの排気ガス処理方法 |
| JP2023119894A (ja) * | 2022-02-17 | 2023-08-29 | 株式会社 商船三井 | 燃料電池発電システム |
-
1998
- 1998-04-20 JP JP10109627A patent/JPH1131518A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006509345A (ja) * | 2002-12-10 | 2006-03-16 | アカー クバナー エンジニアリングアンドテクノロジー | 固体酸化物形燃料電池発電プラントの排気ガス処理方法 |
| JP2023119894A (ja) * | 2022-02-17 | 2023-08-29 | 株式会社 商船三井 | 燃料電池発電システム |
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