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JP2011103212A - Power generation system - Google Patents

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JP2011103212A
JP2011103212A JP2009257396A JP2009257396A JP2011103212A JP 2011103212 A JP2011103212 A JP 2011103212A JP 2009257396 A JP2009257396 A JP 2009257396A JP 2009257396 A JP2009257396 A JP 2009257396A JP 2011103212 A JP2011103212 A JP 2011103212A
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JP
Japan
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power generation
nitrogen
oxygen
generation system
fuel gas
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Pending
Application number
JP2009257396A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsuo Toyoda
充生 豊田
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.)
Chugoku Electric Power Co Inc
Original Assignee
Chugoku Electric Power Co Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To heighten efficiency of a power generation system and achieve simplification of its facilities. <P>SOLUTION: The power generation system is provided with a gasifying unit (10) for producing fuel gas by making oxygen react with carbon obtained by thermal decomposition of coal, a fuel cell (200) generating power by electrochemical reaction of fuel gas produced by the gasifying part and an oxidant, a pressure vessel (210) housing the fuel cell, a separating portion of a cryogenic separation unit (30) separating oxygen and nitrogen from air, an oxygen supply portion of the cryogenic separation unit (30) supplying oxygen separated in the separating portion to the gasifying unit, and a nitrogen supply portion of the cryogenic separation unit (30) supplying nitrogen separated in the separating portion into the pressure vessel as a coolant and maintaining temperature of the fuel cell generating heat by the electrochemical reaction at an operating temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、発電システムに関する。   The present invention relates to a power generation system.

石炭のもつエネルギーを効率よく利用するための発電形態として、例えば、石炭ガス化燃料電池複合発電(IGFC;Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle)が知られている。IGFCでは、石炭をガス化して水素や一酸化炭素等を含む燃料ガスを生成し、この燃料ガスを利用して燃料電池を作動させると共に、ガスタービン及び蒸気タービンを駆動させて複合的に発電を行う。   As a power generation form for efficiently using the energy of coal, for example, IGFC (Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle) is known. In IGFC, coal is gasified to produce fuel gas containing hydrogen, carbon monoxide, etc., and the fuel cell is operated using this fuel gas, and the gas turbine and steam turbine are driven to generate power in a combined manner. Do.

IGFCを行う発電システムとしては、酸素を用いて石炭を部分燃焼させ燃料ガスを生成するガス化部と、空気から酸素を分離してガス化部に供給する分離部と、燃料ガスと酸化剤とを電気化学反応させて発電する燃料電池と、燃料ガスや燃料電池の排ガスによって発電するガスタービン及び蒸気タービンとを備えたものが知られている。   A power generation system that performs IGFC includes a gasification unit that partially burns coal using oxygen to generate fuel gas, a separation unit that separates oxygen from air and supplies the gas to the gasification unit, a fuel gas and an oxidant There is known a fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting a gas, and a gas turbine and a steam turbine that generate power using fuel gas or exhaust gas from the fuel cell.

上記の燃料電池としては、例えば、溶融状態の炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC;Molten Carbonate Fuel Cell)が用いられる。このMCFCの作動温度は約650度であるが、作動時の電気化学反応によって温度が上昇するため、作動温度を維持するために冷媒ガスが供給される。よって、この発電システムでは、冷媒ガスを燃料電池へ供給すべく、冷媒ガスを生成する冷媒ガス生成装置や別途に調達した冷媒ガスを貯蔵する貯蔵タンク等が更に備えられる(例えば特許文献1を参照)。   As the fuel cell, for example, a molten carbonate fuel cell (MCFC) using molten carbonate as an electrolyte is used. The operating temperature of this MCFC is about 650 degrees, but since the temperature rises due to an electrochemical reaction during operation, refrigerant gas is supplied to maintain the operating temperature. Therefore, this power generation system further includes a refrigerant gas generation device that generates refrigerant gas and a storage tank that stores separately procured refrigerant gas in order to supply the refrigerant gas to the fuel cell (see, for example, Patent Document 1). ).

特開2008−277118号公報JP 2008-277118 A

前述した発電システムでは、燃料電池に冷媒ガスを供給するために、冷媒ガスの生成装置又は貯蔵タンク等を備える分、設備が複雑化するという問題があった。
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発電システムを高効率化すると共に設備の簡素化を図ることにある。
In the power generation system described above, there is a problem that the equipment becomes complicated by the provision of the refrigerant gas generation device or the storage tank in order to supply the refrigerant gas to the fuel cell.
This invention is made | formed in view of the subject which concerns, and the place made into the objective is to aim at simplification of an installation while making a power generation system highly efficient.

前記課題を解決するための本発明の発電システムは、石炭の熱分解により得られた炭素に酸素を反応させて燃料ガスを生成するガス化部と、前記ガス化部により生成された燃料ガスと酸化剤とを電気化学反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池を収容する圧力容器と、空気から酸素と窒素とを分離する分離部と、前記分離部で分離された酸素を前記ガス化部に供給する酸素供給部と、前記分離部で分離された窒素を冷媒として前記圧力容器内に供給し、前記電気化学反応で発熱する前記燃料電池の温度を作動温度に維持する窒素供給部と、を有することを特徴とする。   The power generation system of the present invention for solving the above problems includes a gasification unit that generates fuel gas by reacting oxygen with carbon obtained by pyrolysis of coal, and a fuel gas generated by the gasification unit. A fuel cell that generates electricity by electrochemical reaction with an oxidant, a pressure vessel that houses the fuel cell, a separation unit that separates oxygen and nitrogen from air, and gasification of oxygen separated by the separation unit An oxygen supply unit for supplying to the gas supply unit, a nitrogen supply unit for supplying the nitrogen separated in the separation unit into the pressure vessel as a refrigerant, and maintaining the temperature of the fuel cell that generates heat by the electrochemical reaction at an operating temperature; It is characterized by having.

この発電システムでは、分離部において副生される窒素が、燃料電池を冷却する冷媒ガスとして燃料電池を収容する圧力容器内に供給される。このため、分離部からの窒素を有効に活用することができ、発電システムの効率を向上させることができる。また、冷媒ガスを生成するための装置や、調達した冷媒ガスを貯蔵するための貯蔵タンク等を別途に備える必要がない分、発電システムの設備を簡素化することができる。さらに、不活性ガスである窒素が冷媒ガスとして圧力容器内に供給されるため、燃料電池から燃料ガスがリークした場合であっても、燃焼ガスが燃焼反応を起こすことを防止でき、安全性を高めることができる。   In this power generation system, nitrogen by-produced in the separation unit is supplied as a refrigerant gas for cooling the fuel cell into a pressure vessel that houses the fuel cell. For this reason, nitrogen from a separation part can be used effectively and the efficiency of a power generation system can be improved. Moreover, since it is not necessary to separately provide an apparatus for generating refrigerant gas, a storage tank for storing the procured refrigerant gas, etc., the facilities of the power generation system can be simplified. Further, since nitrogen, which is an inert gas, is supplied as a refrigerant gas into the pressure vessel, even when the fuel gas leaks from the fuel cell, the combustion gas can be prevented from causing a combustion reaction, and safety can be improved. Can be increased.

かかる発電システムにおいて、前記ガス化部は、前記炭素に酸素を反応させることで、一酸化炭素及び水素を含む中間燃料ガスを生成するガス化炉と、前記中間燃料ガスの生成時における排熱によって水蒸気を発生させる水蒸気発生部と、前記中間燃料ガスに含まれる一酸化炭素と、前記水蒸気発生部により発生させた水蒸気とを反応させることで、前記中間燃料ガスに含まれる一酸化炭素の量を減少させると共に水素の量を増加させて前記燃料ガスを生成するシフト反応器と、を有することが好ましい。   In such a power generation system, the gasification unit reacts oxygen with the carbon to generate an intermediate fuel gas containing carbon monoxide and hydrogen, and exhaust heat generated when the intermediate fuel gas is generated. The amount of carbon monoxide contained in the intermediate fuel gas is reduced by reacting the water vapor generating portion that generates water vapor, the carbon monoxide contained in the intermediate fuel gas, and the water vapor generated by the water vapor generating portion. And a shift reactor for generating the fuel gas by decreasing and increasing the amount of hydrogen.

この発電システムでは、シフト反応器において、ガス化炉で生成された中間燃料ガスに含まれる一酸化炭素と、水蒸気発生部で発生させた水蒸気とから、二酸化炭素及び水素を生成するシフト反応を生じさせることができる。つまり、シフト反応器によって、一酸化炭素が減少し水素が増加するように中間燃料ガスの組成を変化させて、燃料ガスを生成することができる。この燃料ガスを燃料電池に供給して電気化学反応させることで、燃料電池の発電効率を高めることができ、発電システムの効率を向上させることができる。   In this power generation system, in the shift reactor, a shift reaction that generates carbon dioxide and hydrogen is generated from carbon monoxide contained in the intermediate fuel gas generated in the gasification furnace and water vapor generated in the water vapor generation unit. Can be made. In other words, the fuel gas can be generated by changing the composition of the intermediate fuel gas so that the carbon monoxide decreases and the hydrogen increases by the shift reactor. By supplying the fuel gas to the fuel cell and causing an electrochemical reaction, the power generation efficiency of the fuel cell can be increased, and the efficiency of the power generation system can be improved.

かかる発電システムにおいて、前記分離部は、前記空気を前記酸素及び前記窒素が液化するまで冷却した後、前記酸素が液体の状態を維持し、前記窒素が気体となるまで温度を上昇させることで、前記空気から前記酸素と前記窒素とを分離することが好ましい。   In such a power generation system, the separation unit cools the air until the oxygen and the nitrogen are liquefied, and then maintains the liquid state of the oxygen and raises the temperature until the nitrogen becomes a gas. It is preferable to separate the oxygen and the nitrogen from the air.

この発電システムでは、いわゆる深冷分離方式で空気から酸素と窒素とを分離するため、圧縮及び冷却された状態の酸素及び窒素を得ることができる。これによって、酸素及び窒素を夫々ガス化部及び圧力容器に効率よく搬送できると共に、燃料電池を効率よく冷却することができる。その結果、発電システムの効率を向上させることができる。   In this power generation system, oxygen and nitrogen are separated from air by a so-called deep-cooling separation method, so that compressed and cooled oxygen and nitrogen can be obtained. Thus, oxygen and nitrogen can be efficiently transferred to the gasification unit and the pressure vessel, respectively, and the fuel cell can be efficiently cooled. As a result, the efficiency of the power generation system can be improved.

かかる発電システムにおいて、前記燃料電池は、加圧下で前記燃料ガスと前記酸化剤との電気化学反応を行うものであり、前記圧力容器から排出される前記窒素の流量を調整することで、前記圧力容器内の圧力と前記電気化学反応の圧力との差を抑制する調整器をさらに有することが好ましい。   In such a power generation system, the fuel cell performs an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant under pressure, and adjusts the flow rate of the nitrogen discharged from the pressure vessel to thereby adjust the pressure. It is preferable to further have a regulator that suppresses the difference between the pressure in the container and the pressure of the electrochemical reaction.

この発電システムでは、燃料電池を加圧運転する際に、燃料電池の内部と外部との間に圧力差を生じさせないように、調整器によって圧力容器内の圧力を調整できる。よって、効率よく燃料電池を加圧運転することができ、発電システムの効率を向上させることができる。   In this power generation system, when the fuel cell is pressurized, the pressure in the pressure vessel can be adjusted by the regulator so as not to cause a pressure difference between the inside and the outside of the fuel cell. Accordingly, the fuel cell can be efficiently pressurized and the efficiency of the power generation system can be improved.

かかる発電システムにおいて、前記酸化剤としては、空気中の酸素及び二酸化炭素が好適に用いられる。   In such a power generation system, oxygen and carbon dioxide in the air are preferably used as the oxidant.

本発明によれば、発電システムを高効率化できると共に設備の簡素化を図ることができる。   According to the present invention, the power generation system can be made highly efficient and the equipment can be simplified.

本実施形態に係る発電システムの構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the electric power generation system which concerns on this embodiment. 燃料電池の電気化学反応を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the electrochemical reaction of a fuel cell.

===発電システムについて===
以下、図1及び図2を参照しつつ、本発明の実施形態に係る発電システム1について説明する。図1は、本実施形態に係る発電システム1の構成例を示す模式図である。図2は、図1に示す発電システム1に備えられた溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)200の電気化学反応について説明するための図である。
=== About power generation system ===
Hereinafter, the power generation system 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a power generation system 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram for explaining an electrochemical reaction of a molten carbonate fuel cell (MCFC) 200 provided in the power generation system 1 shown in FIG.

発電システム1は、ガス化部10と、MCFC200及び圧力容器210を有する第1発電部20と、深冷分離装置30(分離部、酸素供給部、窒素供給部)とを備える。更に、発電システム1は、後述するMCFC200のカソード201から排出されるカソード排ガスを利用して発電する第2発電部40と、水蒸気を利用して発電する第3発電部50と、二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部60とを備えている。   The power generation system 1 includes a gasification unit 10, a first power generation unit 20 including an MCFC 200 and a pressure vessel 210, and a cryogenic separation device 30 (separation unit, oxygen supply unit, nitrogen supply unit). Further, the power generation system 1 includes a second power generation unit 40 that generates power using cathode exhaust gas discharged from the cathode 201 of the MCFC 200 described later, a third power generation unit 50 that generates power using steam, and collects carbon dioxide. And a carbon dioxide recovery unit 60.

この発電システム1では、MCFC200、第2発電部40、及び、第3発電部50による複合的な発電を行う。すなわち、ガス化部10において石炭をガス化して燃料ガスを生成し、この燃料ガスを利用して第1発電部20のMCFC200を作動させる。また、カソード排ガスを用いて第2発電部40を駆動させ、ガス化部10やMCFC200からの熱で水蒸気を発生させて第3発電部50を駆動させる。以下、発電システム1の各構成について夫々説明する。   In the power generation system 1, composite power generation is performed by the MCFC 200, the second power generation unit 40, and the third power generation unit 50. That is, the gasification unit 10 gasifies coal to generate fuel gas, and the MCFC 200 of the first power generation unit 20 is operated using the fuel gas. Further, the second power generation unit 40 is driven using the cathode exhaust gas, and water vapor is generated by the heat from the gasification unit 10 and the MCFC 200 to drive the third power generation unit 50. Hereinafter, each configuration of the power generation system 1 will be described.

<<<深冷分離装置>>>
深冷分離装置30は、二酸化炭素及び水分を吸着除去した空気を酸素及び窒素が液化するまで冷却した後、酸素が液体の状態を維持し、窒素が気体となるまで温度を上昇させることで、空気から酸素と窒素とを分離する。よって、この深冷分離装置30では、圧縮及び冷却された状態の酸素及び窒素が得られる。そして、深冷分離装置30は、得られた酸素をガス化部10に供給すると共に、得られた窒素をMCFC200の冷媒として圧力容器210内に供給する。この際、酸素及び窒素は圧縮された状態であるため、深冷分離装置30は、酸素をガス化部10へ効率よく搬送できると共に、窒素を圧力容器210内に効率よく搬送できる。また、深冷分離装置30は、冷却された状態の窒素を冷媒ガスとして圧力容器210内に供給できるため、MCFC200を効率よく冷却して作動温度に維持できる。よって、発電システム1の効率を向上させることができる。
<<< Cryogenic separator >>>
The cryogenic separator 30 cools the air from which carbon dioxide and moisture have been adsorbed and removed until oxygen and nitrogen are liquefied, and then maintains the liquid state of oxygen and raises the temperature until nitrogen becomes a gas. Separate oxygen and nitrogen from the air. Therefore, in this cryogenic separation device 30, oxygen and nitrogen in a compressed and cooled state can be obtained. The cryogenic separation device 30 supplies the obtained oxygen to the gasification unit 10 and supplies the obtained nitrogen as a refrigerant of the MCFC 200 into the pressure vessel 210. At this time, since the oxygen and nitrogen are in a compressed state, the cryogenic separator 30 can efficiently transport oxygen to the gasification unit 10 and can efficiently transport nitrogen into the pressure vessel 210. Further, since the cryogenic separator 30 can supply cooled nitrogen as the refrigerant gas into the pressure vessel 210, the MCFC 200 can be efficiently cooled and maintained at the operating temperature. Therefore, the efficiency of the power generation system 1 can be improved.

<<<ガス化部>>>
ガス化部10は、石炭ガス化炉(ガス化炉)100と、蒸気発生部110と、シフト反応器140とを備え、更に脱塵装置120と、脱硫装置130とを備えている。
<<< Gasification Department >>>
The gasification unit 10 includes a coal gasification furnace (gasification furnace) 100, a steam generation unit 110, and a shift reactor 140, and further includes a dust removing device 120 and a desulfurization device 130.

石炭ガス化炉100は、石炭を炭素等に熱分解し、得られた炭素と深冷分離装置30から供給された酸素とを反応させて水素、一酸化炭素、二酸化炭素等を含む中間燃料ガスを生成する。   The coal gasification furnace 100 is an intermediate fuel gas containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and the like by pyrolyzing coal into carbon and reacting the obtained carbon with oxygen supplied from the cryogenic separator 30. Is generated.

水蒸気発生部110は、石炭ガス化炉100から排出された中間燃料ガスの排熱を利用して水蒸気を発生させるもので、ガス冷却器101と、復水器102とを備えている。ガス冷却器101は、復水器102から供給される水と、中間燃料ガスとを熱交換させることで、中間燃料ガスを冷却すると共に、水蒸気を発生させる。尚、ガス冷却器101で発生させた水蒸気は、一部がシフト反応器140へ供給され、残りが第3発電部50に供給される。復水器102は、第3発電部50で使用された水蒸気を回収して液体の水に変化させ、再度ガス冷却器101へ供給する。つまり、水蒸気発生部110では、ガス冷却器101と復水器102とを、水が液体及び気体に変化しながら循環している。   The steam generation unit 110 generates steam by using the exhaust heat of the intermediate fuel gas discharged from the coal gasification furnace 100, and includes a gas cooler 101 and a condenser 102. The gas cooler 101 cools the intermediate fuel gas and generates water vapor by exchanging heat between the water supplied from the condenser 102 and the intermediate fuel gas. A part of the steam generated by the gas cooler 101 is supplied to the shift reactor 140 and the rest is supplied to the third power generation unit 50. The condenser 102 collects the water vapor used in the third power generation unit 50, changes it into liquid water, and supplies it to the gas cooler 101 again. That is, in the water vapor generation unit 110, water is circulated through the gas cooler 101 and the condenser 102 while changing the water into a liquid and a gas.

脱塵装置120は、例えばポーラスフィルタを備え、ポーラスフィルタにガス冷却器101から排出された中間燃料ガスを通過させることによって、中間燃料ガスに含まれる固形の不純物を除去する。脱硫装置130は、例えば、脱塵装置120から排出された中間燃料ガスと、石灰水や炭酸カルシウム等の硫黄吸収剤とを接触させて、中間燃料ガスに含まれる硫黄成分を除去する。   The dust removing device 120 includes, for example, a porous filter, and removes solid impurities contained in the intermediate fuel gas by passing the intermediate fuel gas discharged from the gas cooler 101 through the porous filter. For example, the desulfurization device 130 makes the intermediate fuel gas discharged from the dust removal device 120 come into contact with a sulfur absorbent such as lime water or calcium carbonate to remove sulfur components contained in the intermediate fuel gas.

シフト反応器140は、次式に示すように、脱硫装置130から排出される中間燃料ガスに含まれる一酸化炭素と、ガス冷却器101から供給される水蒸気とをシフト反応させて、二酸化炭素及び水素を発生させる。
CO+HO→CO+H
The shift reactor 140 shifts the carbon monoxide contained in the intermediate fuel gas discharged from the desulfurization device 130 and the water vapor supplied from the gas cooler 101 as shown in the following equation, so that carbon dioxide and Generate hydrogen.
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

このシフト反応器140では、一酸化炭素が減少し水素が増加するように、中間燃料ガスの組成を変化させて燃料ガスを生成する。尚、シフト反応器140から排出される燃料ガスは、例えば、約650度のMCFC200の作動温度(以下単に作動温度と称する)と略同じ温度となる。そして、第1発電部20のMCFC200に供給される。   In the shift reactor 140, the fuel gas is generated by changing the composition of the intermediate fuel gas so that carbon monoxide decreases and hydrogen increases. Note that the fuel gas discharged from the shift reactor 140 is, for example, approximately the same temperature as the operating temperature of the MCFC 200 of about 650 degrees (hereinafter simply referred to as the operating temperature). Then, it is supplied to the MCFC 200 of the first power generation unit 20.

<<<第1発電部>>>
第1発電部20は、MCFC200と、圧力容器210と、調整器220と、燃焼器230と、コンプレッサ240と、循環ブロワ250と、熱交換器260とを備えている。
<<< First power generation unit >>>
The first power generation unit 20 includes an MCFC 200, a pressure vessel 210, a regulator 220, a combustor 230, a compressor 240, a circulation blower 250, and a heat exchanger 260.

コンプレッサ240は、MCFC200に空気を搬送する。MCFC200は、例えばシフト反応器140から燃料ガスが供給されることによって作動温度となり、この作動温度において、燃料ガスと、コンプレッサ240から供給される空気とを電気化学反応させて発電する。   The compressor 240 conveys air to the MCFC 200. The MCFC 200 reaches an operating temperature when, for example, fuel gas is supplied from the shift reactor 140, and at this operating temperature, the fuel gas and air supplied from the compressor 240 are electrochemically reacted to generate power.

このMCFC200では、燃料ガス及び空気を効率よく電気化学反応させて発電効率を高めるべく、加圧された燃料ガス及び空気が供給されて加圧運転を行う。   In this MCFC 200, pressurized fuel gas and air are supplied and pressurized operation is performed in order to efficiently electrochemically react fuel gas and air to increase power generation efficiency.

例えば、MCFC200は、図2に示すように、多孔質の酸化ニッケル板からなるカソード201と、多孔質のニッケル板からなるアノード202と、炭酸リチウム及び炭酸ナトリウムの混合物の炭酸塩からなる電解質203とを有している。そして、カソード201とアノード202との間は、MCFC200で得られる電力を消費する負荷205を介して、外部回路204により接続されている。   For example, as shown in FIG. 2, the MCFC 200 includes a cathode 201 made of a porous nickel oxide plate, an anode 202 made of a porous nickel plate, and an electrolyte 203 made of a carbonate of a mixture of lithium carbonate and sodium carbonate. have. The cathode 201 and the anode 202 are connected by an external circuit 204 via a load 205 that consumes power obtained by the MCFC 200.

カソード201では、コンプレッサ240から供給される空気に含まれる酸素(O,酸化剤)及び二酸化炭素(CO,酸化剤)と、外部回路204から供給される電子(2e)とが反応して、炭酸イオン(CO 2−)が発生する。また、カソード201からは、後述する燃焼排ガスに由来する水蒸気や、未反応の二酸化炭素及び酸素等を含む空気がカソード排ガスとして排出される。このカソード排ガスは、例えば作動温度となっている。カソード排ガスの一部は、燃焼器230に供給される。残りのカソード排ガスの一部は、循環ブロア250によって、カソード201に戻され、MCFC200の電気化学反応に再利用される。このように、カソード排ガスの一部をカソード201に戻すことで、カソード201に供給される空気の温度を作動温度付近まで上昇させることができ、発電システム1の効率を高めることができる。残りのカソード排ガスは、第2発電部40に供給される。 At the cathode 201, oxygen (O 2 , oxidant) and carbon dioxide (CO 2 , oxidant) contained in the air supplied from the compressor 240 react with electrons (2 e ) supplied from the external circuit 204. Thus, carbonate ions (CO 3 2− ) are generated. Further, from the cathode 201, water containing the later-described combustion exhaust gas, air containing unreacted carbon dioxide, oxygen and the like is discharged as the cathode exhaust gas. The cathode exhaust gas has an operating temperature, for example. A part of the cathode exhaust gas is supplied to the combustor 230. A part of the remaining cathode exhaust gas is returned to the cathode 201 by the circulation blower 250 and reused for the electrochemical reaction of the MCFC 200. In this way, by returning a part of the cathode exhaust gas to the cathode 201, the temperature of the air supplied to the cathode 201 can be increased to near the operating temperature, and the efficiency of the power generation system 1 can be increased. The remaining cathode exhaust gas is supplied to the second power generation unit 40.

電解質203は、作動温度において溶融状態となり、カソード201で発生させた炭酸イオンをアノード202に移動させる。   The electrolyte 203 is in a molten state at the operating temperature, and moves carbonate ions generated at the cathode 201 to the anode 202.

アノード202では、シフト反応器140から供給された燃料ガス中の水素(H)と、電解質203を介してカソード201から移動してきた炭酸イオンとが反応することで、二酸化炭素(CO)及び水蒸気(HO)が発生し、同時に電子(2e)が放出される。放出された電子は、外部回路204を通ってカソード201に移動し、これが繰り返されることで電気が発生する。また、アノード202からは、二酸化炭素及び水蒸気と、未反応の燃料ガスとを主に含み、例えば作動温度となったアノード排ガスが排出される。アノード排ガスの一部は、燃焼器230に供給され、残りのアノード排ガスは、熱交換器260を介して第3発電部50に供給される。 In the anode 202, hydrogen (H 2 ) in the fuel gas supplied from the shift reactor 140 reacts with carbonate ions that have moved from the cathode 201 via the electrolyte 203, so that carbon dioxide (CO 2 ) and Water vapor (H 2 O) is generated, and electrons (2e ) are emitted at the same time. The emitted electrons move to the cathode 201 through the external circuit 204, and electricity is generated by repeating this. Also, anode exhaust gas mainly containing carbon dioxide and water vapor and unreacted fuel gas, for example, having reached the operating temperature, is discharged from the anode 202. A part of the anode exhaust gas is supplied to the combustor 230, and the remaining anode exhaust gas is supplied to the third power generation unit 50 via the heat exchanger 260.

燃焼器230は、カソード排ガス中の酸素とアノード排ガス中の燃料ガスとを燃焼反応させ、二酸化炭素及び水蒸気を主に含む燃焼排ガスを排出する。燃焼排ガスは、循環ブロア250によって、カソード201に供給される。これによって、カソード201に供給される二酸化炭素の濃度を増加させてMCFC200の発電効率を高めることができる。   The combustor 230 causes the oxygen in the cathode exhaust gas and the fuel gas in the anode exhaust gas to undergo a combustion reaction, and discharges the combustion exhaust gas mainly containing carbon dioxide and water vapor. The combustion exhaust gas is supplied to the cathode 201 by the circulation blower 250. This can increase the power generation efficiency of the MCFC 200 by increasing the concentration of carbon dioxide supplied to the cathode 201.

循環ブロア250は、前述したようにカソード排ガスの一部及び燃焼排ガスを循環させてカソード201に供給する。   As described above, the circulation blower 250 circulates a part of the cathode exhaust gas and the combustion exhaust gas and supplies it to the cathode 201.

圧力容器210は、MCFC200及び燃焼器230を収容している。また、圧力容器210の内部には、作動温度よりも低い温度の窒素が冷媒ガスとして深冷分離装置30から供給されている。この冷媒ガスによって、MCFC200では、電気化学反応の発熱に伴う温度上昇が抑制され、作動温度に維持される。よって、深冷分離装置30で空気から酸素を分離する際に副生される窒素を、MCFC200の冷媒ガスとして有効に利用でき、発電システム1の発電効率を向上させることができる。   The pressure vessel 210 houses the MCFC 200 and the combustor 230. Further, nitrogen having a temperature lower than the operating temperature is supplied from the cryogenic separator 30 as a refrigerant gas inside the pressure vessel 210. With this refrigerant gas, the MCFC 200 suppresses the temperature rise accompanying the heat generation of the electrochemical reaction and maintains the operating temperature. Therefore, nitrogen produced as a by-product when oxygen is separated from air by the cryogenic separator 30 can be effectively used as the refrigerant gas of the MCFC 200, and the power generation efficiency of the power generation system 1 can be improved.

また、発電システム1は、深冷分離装置30からの窒素が圧力容器210内に供給されるため、冷媒ガスを生成するための装置や、調達した冷媒ガスを貯蔵するための貯蔵タンク等を備える必要がない。その結果、設備を簡素化できる。   Moreover, since the nitrogen from the cryogenic separation device 30 is supplied into the pressure vessel 210, the power generation system 1 includes a device for generating refrigerant gas, a storage tank for storing the procured refrigerant gas, and the like. There is no need. As a result, facilities can be simplified.

尚、圧力容器210内に供給された窒素は、MCFC200を冷却することで、例えば約300度〜400度となり、調整器220を介して、後述する二酸化炭素回収部60の熱交換器603に供給される。   Incidentally, the nitrogen supplied into the pressure vessel 210 becomes, for example, about 300 to 400 degrees by cooling the MCFC 200, and is supplied to the heat exchanger 603 of the carbon dioxide recovery unit 60 described later via the regulator 220. Is done.

調整器220は、例えば流量調整弁からなり、圧力容器210から排出される窒素の流量を調整して、圧力容器210内の圧力を、MCFC200に供給される燃料ガス及び空気の圧力と同程度若しくはこの圧力よりも高い圧力に調整する。これによって、MCFC200の内部から外部へ燃料ガス等がリークすることを防止でき、MCFC200を効率よく加圧運転することができる。その結果、MCFC200の発電効率を高め、発電システム1の効率を向上させることができる。   The regulator 220 is composed of a flow rate regulating valve, for example, and regulates the flow rate of nitrogen discharged from the pressure vessel 210 so that the pressure in the pressure vessel 210 is approximately equal to the pressure of the fuel gas and air supplied to the MCFC 200 or The pressure is adjusted to be higher than this pressure. This can prevent fuel gas and the like from leaking from the inside of the MCFC 200 to the outside, and the MCFC 200 can be efficiently pressurized. As a result, the power generation efficiency of the MCFC 200 can be increased and the efficiency of the power generation system 1 can be improved.

熱交換器260は、例えば作動温度のアノード排ガスと、後述する二酸化炭素回収部60の吸収塔601から排出されるCO分離ガスとを熱交換させ、アノード排ガスを冷却すると共に、CO分離ガスを加熱する。尚、熱交換器260から排出されたアノード排ガスは第3発電部50に供給され、CO分離ガスはアノード202に供給される。 The heat exchanger 260, for example, heat-exchanges the anode exhaust gas at the operating temperature and the CO 2 separation gas discharged from the absorption tower 601 of the carbon dioxide recovery unit 60 described later, cools the anode exhaust gas, and also cools the CO 2 separation gas. Heat. The anode exhaust gas discharged from the heat exchanger 260 is supplied to the third power generation unit 50, and the CO 2 separation gas is supplied to the anode 202.

<<<第2発電部>>>
第2発電部40は、カソード排ガスを利用して発電するものであり、同一の回転軸に接続された、ガスタービン401及び発電機402を備えている。ガスタービン401は、カソード排ガスが供給されることによって回転軸を回転させる。発電機402は、ガスタービン401が回転軸を回転させることによって発電する。尚、コンプレッサ240も、ガスタービン401及び発電機402と同一の回転軸に接続されており、ガスタービン401の回転に連動して駆動される。
<<< Second power generation section >>>
The second power generation unit 40 generates electricity using cathode exhaust gas, and includes a gas turbine 401 and a generator 402 connected to the same rotating shaft. The gas turbine 401 rotates the rotating shaft when the cathode exhaust gas is supplied. The generator 402 generates power when the gas turbine 401 rotates the rotation shaft. The compressor 240 is also connected to the same rotating shaft as the gas turbine 401 and the generator 402 and is driven in conjunction with the rotation of the gas turbine 401.

<<<第3発電部>>>
前述したように第3発電部50は、水蒸気を利用して発電する。すなわち、第1発電部20の熱交換器260から排出されるアノード排ガス及び第2発電部40のガスタービン401から排出されるカソード排ガスを利用して発生させた水蒸気と、ガス化部10のガス冷却器101から排出される水蒸気とを用いて発電する。
<<< Third power generation section >>>
As described above, the third power generation unit 50 generates power using water vapor. That is, water vapor generated using the anode exhaust gas discharged from the heat exchanger 260 of the first power generation unit 20 and the cathode exhaust gas discharged from the gas turbine 401 of the second power generation unit 40, and the gas of the gasification unit 10 Electric power is generated using the water vapor discharged from the cooler 101.

この第3発電部50は、排熱回収ボイラ501、502と、気水分離器503と、循環ポンプ504と、発電機505と、蒸気タービン506、507と、復水器508とを備えている。   The third power generation unit 50 includes exhaust heat recovery boilers 501 and 502, a steam / water separator 503, a circulation pump 504, a generator 505, steam turbines 506 and 507, and a condenser 508. .

排熱回収ボイラ501は、熱交換器260から排出されたアノード排ガスと、循環ポンプ504によって供給される水とを熱交換させることで、アノード排ガスを例えば約40度(吸収温度)に冷却すると共に、水蒸気を発生させる。尚、排熱回収ボイラ501で発生させた水蒸気は、蒸気タービン507に供給される。また、排熱回収ボイラ501で例えば吸収温度とされたアノード排ガスは、二酸化炭素回収部60の吸収塔601に供給される。   The exhaust heat recovery boiler 501 performs heat exchange between the anode exhaust gas discharged from the heat exchanger 260 and the water supplied by the circulation pump 504, thereby cooling the anode exhaust gas to, for example, about 40 degrees (absorption temperature). Generates water vapor. Note that the steam generated by the exhaust heat recovery boiler 501 is supplied to the steam turbine 507. Further, the anode exhaust gas, for example, having an absorption temperature in the exhaust heat recovery boiler 501 is supplied to the absorption tower 601 of the carbon dioxide recovery unit 60.

排熱回収ボイラ502は、ガスタービン401から排出されるカソード排ガスと、循環ポンプ504によって供給される水とを熱交換させることで、カソード排ガスを冷却すると共に、水蒸気を発生させる。そして、排熱回収ボイラ502で発生させた水蒸気は、排熱回収ボイラ501で発生させた水蒸気と共に、蒸気タービン507に供給される。また、排熱回収ボイラ502で冷却されたカソード排ガスは、気水分離器503に供給される。   The exhaust heat recovery boiler 502 heat-exchanges the cathode exhaust gas discharged from the gas turbine 401 and the water supplied by the circulation pump 504, thereby cooling the cathode exhaust gas and generating water vapor. The steam generated by the exhaust heat recovery boiler 502 is supplied to the steam turbine 507 together with the steam generated by the exhaust heat recovery boiler 501. Moreover, the cathode exhaust gas cooled by the exhaust heat recovery boiler 502 is supplied to the steam separator 503.

気水分離器503は、排熱回収ボイラ502で冷却されることで液化した水をカソード排ガスから分離する。尚、気水分離器503で水が分離されたカソード排ガスは排気される。また、気水分離器503で取り出された水は循環ポンプ504によって排熱回収ボイラ501、502に供給される。   The steam separator 503 separates water liquefied by being cooled by the exhaust heat recovery boiler 502 from the cathode exhaust gas. The cathode exhaust gas from which water has been separated by the steam separator 503 is exhausted. Further, the water taken out by the steam separator 503 is supplied to the exhaust heat recovery boilers 501 and 502 by the circulation pump 504.

蒸気タービン507は、蒸気タービン506及び発電機505と同一の回転軸に接続され、排熱回収ボイラ501、502から供給される水蒸気によって回転軸を回転させる。尚、蒸気タービン507から排出された水蒸気は、復水器508に供給される。   The steam turbine 507 is connected to the same rotation shaft as the steam turbine 506 and the generator 505, and rotates the rotation shaft by steam supplied from the exhaust heat recovery boilers 501 and 502. Note that the steam discharged from the steam turbine 507 is supplied to the condenser 508.

蒸気タービン506は、ガス化部10のガス冷却器101から供給される水蒸気によって回転軸を回転させる。尚、蒸気タービン506から排出された水蒸気は、ガス化部10の復水器102に供給される。発電機505は、蒸気タービン506、507が回転軸を回転させることで発電する。   The steam turbine 506 rotates the rotating shaft with water vapor supplied from the gas cooler 101 of the gasification unit 10. The steam discharged from the steam turbine 506 is supplied to the condenser 102 of the gasification unit 10. The generator 505 generates power by causing the steam turbines 506 and 507 to rotate the rotation shaft.

復水器508は、蒸気タービン507から供給された水蒸気を液体の水に変化させる。復水器508から排出される水は、循環ポンプ504によって、気水分離器503から排出される水と共に、排熱回収ボイラ501、502に供給される。   The condenser 508 changes the water vapor supplied from the steam turbine 507 into liquid water. The water discharged from the condenser 508 is supplied to the exhaust heat recovery boilers 501 and 502 together with the water discharged from the steam separator 503 by the circulation pump 504.

<<<二酸化炭素回収部>>>
二酸化炭素回収部60は、アルカノールアミン水溶液等の吸収液を利用して、第3発電部50の排熱回収ボイラ501から排出されるアノード排ガスから二酸化炭素を回収する。吸収液は、約40度の吸収温度ではアミノ基に二酸化炭素が結合するため、二酸化炭素を吸収する。また、吸収液は、約120度の再生温度においてアミノ基に結合していた二酸化炭素が脱離するため、二酸化炭素を放出する。
<<< CO2 recovery department >>>
The carbon dioxide recovery unit 60 recovers carbon dioxide from the anode exhaust gas discharged from the exhaust heat recovery boiler 501 of the third power generation unit 50 using an absorbing liquid such as an alkanolamine aqueous solution. The absorption liquid absorbs carbon dioxide because carbon dioxide is bonded to amino groups at an absorption temperature of about 40 degrees. Moreover, since the carbon dioxide which couple | bonded with the amino group is desorbed at the regeneration temperature of about 120 ° C., the absorbing solution releases carbon dioxide.

二酸化炭素回収部60は、吸収塔601と、再生塔602と、熱交換器603、604と、分離器605とを備えている。二酸化炭素回収部60において吸収液は、吸収塔601で二酸化炭素を吸収した後、熱交換器603、604で再生温度以上に加熱され、再生塔602で二酸化炭素を放出する。そして、再度、熱交換器604で冷却されて、吸収塔601に戻される。   The carbon dioxide recovery unit 60 includes an absorption tower 601, a regeneration tower 602, heat exchangers 603 and 604, and a separator 605. In the carbon dioxide recovery unit 60, the absorption liquid absorbs carbon dioxide in the absorption tower 601, is heated to a regeneration temperature or higher in the heat exchangers 603 and 604, and releases carbon dioxide in the regeneration tower 602. Then, it is cooled again by the heat exchanger 604 and returned to the absorption tower 601.

吸収塔601では、吸収液と、排熱回収ボイラ501によって例えば吸収温度まで冷却されたアノード排ガスとを接触させ、次式に示すように、アノード排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる。尚、式中に示すRはアルキル基である。
R−NH+HO+CO→R−NHHCO
In the absorption tower 601, the absorption liquid is brought into contact with, for example, the anode exhaust gas cooled to the absorption temperature by the exhaust heat recovery boiler 501, and the carbon dioxide in the anode exhaust gas is absorbed into the absorption liquid as shown in the following equation. In addition, R shown in the formula is an alkyl group.
R—NH 2 + H 2 O + CO 2 → R—NH 3 HCO 3

吸収塔601によってアノード排ガスから二酸化炭素が分離された結果、主に水素を含むCO分離ガスが生成される。このCO分離ガスは、第1発電部20の熱交換器260によって加熱された後、MCFC200のアノード202に供給されて、電気化学反応に再利用される。これによって、発電システム1の効率を向上させることができる。 As a result of the carbon dioxide being separated from the anode exhaust gas by the absorption tower 601, a CO 2 separation gas mainly containing hydrogen is generated. The CO 2 separation gas is heated by the heat exchanger 260 of the first power generation unit 20 and then supplied to the anode 202 of the MCFC 200 to be reused for the electrochemical reaction. Thereby, the efficiency of the power generation system 1 can be improved.

熱交換器604は、吸収塔601から排出される吸収温度の吸収液と、再生塔602から排出される再生温度の吸収液とを熱交換させる。そして、熱交換器604は、吸収塔601から排出された吸収液を加熱して再生塔602に供給し、再生塔602から排出された吸収液を冷却して吸収塔601に供給する。   The heat exchanger 604 exchanges heat between the absorption liquid at the absorption temperature discharged from the absorption tower 601 and the absorption liquid at the regeneration temperature discharged from the regeneration tower 602. The heat exchanger 604 heats the absorption liquid discharged from the absorption tower 601 and supplies it to the regeneration tower 602, cools the absorption liquid discharged from the regeneration tower 602, and supplies it to the absorption tower 601.

再生塔602では、熱交換器604によって吸収温度以上に加熱され、更に熱交換器603によって再生温度以上に維持される吸収液を貯留する。そして、再生塔602では、次式に示すように、吸収液から二酸化炭素を放出させる。尚、式中に示すRはアルキル基である。
R−NHHCO→R−NH+HO+CO
In the regeneration tower 602, the absorption liquid heated by the heat exchanger 604 to be higher than the absorption temperature and further maintained by the heat exchanger 603 to be higher than the regeneration temperature is stored. Then, in the regeneration tower 602, carbon dioxide is released from the absorbing solution as shown in the following equation. In addition, R shown in the formula is an alkyl group.
R—NH 3 HCO 3 → R—NH 2 + H 2 O + CO 2

再生塔602において、吸収液から放出された二酸化炭素は、水蒸気等の気体成分と共に分離器605に供給される。   In the regeneration tower 602, carbon dioxide released from the absorbing solution is supplied to the separator 605 together with a gas component such as water vapor.

熱交換器603は、再生塔602に貯留される吸収液と、第1発電部20の調整器220から供給される約300度〜400度の冷媒ガスとを熱交換させ、再生塔602に貯留される吸収液を再生温度以上に維持する。熱交換器603によって、冷却された冷媒ガスは排気される。   The heat exchanger 603 exchanges heat between the absorption liquid stored in the regeneration tower 602 and the refrigerant gas of about 300 to 400 degrees supplied from the regulator 220 of the first power generation unit 20, and stores in the regeneration tower 602. Maintain the absorbed liquid above the regeneration temperature. The cooled refrigerant gas is exhausted by the heat exchanger 603.

分離器605は、再生塔602から供給された二酸化炭素及び水蒸気等を冷却して、水蒸気等を液体とし、気液分離によって、二酸化炭素と水等とを分離する。分離器605によって分離された二酸化炭素は、例えば不図示のタンクなどに回収される。また、分離器605によって分離された水等は、再生塔602に戻される。   The separator 605 cools the carbon dioxide and water vapor supplied from the regeneration tower 602, converts the water vapor and the like into liquid, and separates carbon dioxide from water and the like by gas-liquid separation. The carbon dioxide separated by the separator 605 is collected in a tank (not shown), for example. Further, the water or the like separated by the separator 605 is returned to the regeneration tower 602.

以上説明したように、本実施形態に係る発電システム1では、深冷分離装置30によって、石炭ガス化炉100に供給する酸素を空気から分離する際に副生される窒素が、MCFC200を冷却する冷媒ガスとして圧力容器210内に供給される。このため、深冷分離装置30で副生される窒素を有効に活用することができ、発電システム1の効率を向上させることができる。   As described above, in the power generation system 1 according to the present embodiment, the nitrogen produced as a by-product when the oxygen supplied to the coal gasification furnace 100 is separated from the air by the cryogenic separator 30 cools the MCFC 200. The refrigerant gas is supplied into the pressure vessel 210. For this reason, nitrogen produced as a by-product in the cryogenic separator 30 can be used effectively, and the efficiency of the power generation system 1 can be improved.

また、深冷分離装置30によって、圧縮及び冷却された状態の酸素及び窒素を得ることができるため、酸素を石炭ガス化炉100に効率よく搬送できると共に、窒素を圧力容器210に効率よく搬送することができる。また、圧力容器210に供給された窒素によってMCFC200を効率よく冷却することができる。   In addition, since the cryogenic separator 30 can obtain compressed and cooled oxygen and nitrogen, oxygen can be efficiently conveyed to the coal gasifier 100 and nitrogen can be efficiently conveyed to the pressure vessel 210. be able to. Further, the MCFC 200 can be efficiently cooled by the nitrogen supplied to the pressure vessel 210.

更に、深冷分離装置30から窒素を圧力容器210内に冷媒ガスとして供給することができるため、冷媒ガスを生成するための装置や、別途に調達した冷媒ガスを貯蔵するための貯蔵タンク等を備える必要がない分、発電システム1の設備を簡素化することができる。   Furthermore, since nitrogen can be supplied as refrigerant gas from the cryogenic separator 30 into the pressure vessel 210, an apparatus for generating refrigerant gas, a storage tank for storing separately procured refrigerant gas, etc. The equipment of the power generation system 1 can be simplified because it is not necessary to provide it.

また、不活性ガスである窒素が冷媒ガスとして圧力容器210内に供給されるため、燃料ガスがMCFC200からリークした場合であっても、燃料ガスと冷媒ガスとが燃焼反応を起こすことを防止でき、安全性を高めることができる。   Further, since nitrogen, which is an inert gas, is supplied into the pressure vessel 210 as a refrigerant gas, even if the fuel gas leaks from the MCFC 200, the fuel gas and the refrigerant gas can be prevented from causing a combustion reaction. , Can increase safety.

また、この発電システム1では、シフト反応器140によって、一酸化炭素が減少し水素が増加するように、中間燃料ガスの組成を変化させて燃料ガスを生成する。そして、この燃料ガスをMCFC200に供給して電気化学反応させるため、MCFC200の発電効率を高めることができる。よって、発電システム1の効率を向上させることができる。   Further, in the power generation system 1, the shift reactor 140 generates fuel gas by changing the composition of the intermediate fuel gas so that carbon monoxide is reduced and hydrogen is increased. And since this fuel gas is supplied to MCFC200 and an electrochemical reaction is carried out, the power generation efficiency of MCFC200 can be improved. Therefore, the efficiency of the power generation system 1 can be improved.

また、発電システム1では、MCFC200の内部と外部との間に圧力差を生じさせないように、調整器220によって圧力容器210内の圧力を調整して、MCFC200を加圧運転することができる。よって、MCFC200から燃料ガス等がリークすることを抑制でき、効率よくMCFC200を加圧運転することができる。その結果、発電効率を向上させることができ、発電システム1の効率を向上させることができる。   Further, in the power generation system 1, the pressure in the pressure vessel 210 can be adjusted by the regulator 220 so as not to cause a pressure difference between the inside and the outside of the MCFC 200, and the MCFC 200 can be pressurized. Therefore, leakage of fuel gas or the like from the MCFC 200 can be suppressed, and the MCFC 200 can be efficiently pressurized. As a result, the power generation efficiency can be improved, and the efficiency of the power generation system 1 can be improved.

===その他の実施形態===
前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更、改良されると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
=== Other Embodiments ===
The above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention, and are not intended to limit the present invention. The present invention is changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.

例えば、前述した発電システム1では、深冷分離装置30によって空気から酸素と窒素とを分離することとした。しかし、特にこれに限定されるものではなく、例えば、高分子膜中のガス成分毎の透過速度の違いを利用する膜分離方式等によって、空気を酸素と窒素とに分離してもよい。   For example, in the power generation system 1 described above, oxygen and nitrogen are separated from air by the cryogenic separator 30. However, the present invention is not particularly limited to this. For example, air may be separated into oxygen and nitrogen by a membrane separation method using a difference in permeation speed for each gas component in the polymer membrane.

1…発電システム 10…ガス化部 20…第1発電部 30…深冷分離装置
40…第2発電部 50…第3発電部 60…二酸化炭素回収部
100…石炭ガス化炉 101…ガス冷却器 102、508…復水器
110…水蒸気発生部 120…脱塵装置 130…脱硫装置
140…シフト反応器 200…MCFC 201…カソード
202…アノード 203…電解質 204…外部回路 205…負荷
210…圧力容器 220…調整器 230…燃焼器 240…コンプレッサ
250…循環ブロア 260、603、604…熱交換器
401…ガスタービン 402、505…発電機
501、502…排熱回収ボイラ 503…気水分離器
504…循環ポンプ 506、507…蒸気タービン 601…吸収塔
602…再生塔 605…分離器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric power generation system 10 ... Gasification part 20 ... 1st electric power generation part 30 ... Cryogenic separator 40 ... 2nd electric power generation part 50 ... 3rd electric power generation part 60 ... Carbon dioxide collection part 100 ... Coal gasification furnace 101 ... Gas cooler DESCRIPTION OF SYMBOLS 102,508 ... Condenser 110 ... Water vapor generating part 120 ... Dedusting device 130 ... Desulfurization device 140 ... Shift reactor 200 ... MCFC 201 ... Cathode 202 ... Anode 203 ... Electrolyte 204 ... External circuit 205 ... Load 210 ... Pressure vessel 220 ... adjuster 230 ... combustor 240 ... compressor 250 ... circulation blower 260, 603, 604 ... heat exchanger 401 ... gas turbine 402, 505 ... generator 501, 502 ... waste heat recovery boiler 503 ... steam separator 504 ... circulation Pumps 506, 507 ... Steam turbine 601 ... Absorption tower 602 ... Regeneration tower 605 ... Separator

Claims (5)

石炭の熱分解により得られた炭素に酸素を反応させて燃料ガスを生成するガス化部と、
前記ガス化部により生成された燃料ガスと酸化剤とを電気化学反応させて発電する燃料電池と、
前記燃料電池を収容する圧力容器と、
空気から酸素と窒素とを分離する分離部と、
前記分離部で分離された酸素を前記ガス化部に供給する酸素供給部と、
前記分離部で分離された窒素を冷媒として前記圧力容器内に供給し、前記電気化学反応で発熱する前記燃料電池の温度を作動温度に維持する窒素供給部と、
を有することを特徴とする発電システム。
A gasification section for generating fuel gas by reacting oxygen with carbon obtained by pyrolysis of coal;
A fuel cell that generates electricity by electrochemical reaction between the fuel gas generated by the gasification unit and an oxidant;
A pressure vessel containing the fuel cell;
A separation unit for separating oxygen and nitrogen from air;
An oxygen supply unit for supplying oxygen separated in the separation unit to the gasification unit;
A nitrogen supply unit that supplies nitrogen separated in the separation unit as a refrigerant into the pressure vessel, and maintains a temperature of the fuel cell that generates heat by the electrochemical reaction at an operating temperature;
A power generation system comprising:
前記ガス化部は、
前記炭素に酸素を反応させることで、一酸化炭素及び水素を含む中間燃料ガスを生成するガス化炉と、
前記中間燃料ガスの生成時における排熱によって水蒸気を発生させる水蒸気発生部と、
前記中間燃料ガスに含まれる一酸化炭素と、前記水蒸気発生部により発生させた水蒸気とを反応させることで、前記中間燃料ガスに含まれる一酸化炭素の量を減少させると共に水素の量を増加させて前記燃料ガスを生成するシフト反応器と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の発電システム。
The gasifier is
A gasification furnace for generating an intermediate fuel gas containing carbon monoxide and hydrogen by reacting oxygen with the carbon;
A water vapor generating section that generates water vapor by exhaust heat during the production of the intermediate fuel gas;
By reacting carbon monoxide contained in the intermediate fuel gas with water vapor generated by the water vapor generating unit, the amount of carbon monoxide contained in the intermediate fuel gas is decreased and the amount of hydrogen is increased. A shift reactor for generating the fuel gas;
The power generation system according to claim 1, comprising:
前記分離部は、前記空気を前記酸素及び前記窒素が液化するまで冷却した後、前記酸素が液体の状態を維持し、前記窒素が気体となるまで温度を上昇させることで、前記空気から前記酸素と前記窒素とを分離する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の発電システム。
The separation unit cools the air until the oxygen and the nitrogen are liquefied, and then maintains the liquid state of the oxygen and raises the temperature until the nitrogen becomes a gas. The power generation system according to claim 1 or 2, wherein the nitrogen and the nitrogen are separated.
前記燃料電池は、加圧下で前記燃料ガスと前記酸化剤との電気化学反応を行うものであり、
前記圧力容器から排出される前記窒素の流量を調整することで、前記圧力容器内の圧力と前記電気化学反応の圧力との差を抑制する調整器をさらに有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一つに記載の発電システム。
The fuel cell performs an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant under pressure,
The apparatus further comprises a regulator that controls a difference between a pressure in the pressure vessel and a pressure of the electrochemical reaction by adjusting a flow rate of the nitrogen discharged from the pressure vessel. 4. The power generation system according to any one of 3.
前記酸化剤は、空気中の酸素及び二酸化炭素であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一つに記載の発電システム。   The power generation system according to any one of claims 1 to 4, wherein the oxidizing agent is oxygen and carbon dioxide in the air.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104377375A (en) * 2014-11-03 2015-02-25 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 Integrated gasification molten carbonate fuel cell power generating system
CN108301924A (en) * 2017-01-13 2018-07-20 华北电力大学(保定) Mixing energy supplying system based on gas turbine and solid oxide fuel cell
CN114636146A (en) * 2022-03-02 2022-06-17 济民可信(高安)清洁能源有限公司 Power generation system utilizing coal gasification waste heat

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