JP3108079B2 - 燃料電池、炭酸ガス固定複合発電方法 - Google Patents
燃料電池、炭酸ガス固定複合発電方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料電池複合発電システムに炭酸ガス化固
定変換装置を組み合わせた燃料電池、炭酸ガス固定複合
発電方法に関する。
定変換装置を組み合わせた燃料電池、炭酸ガス固定複合
発電方法に関する。
更に詳しくは、燃料電池からの排ガスから、炭酸ガス
分離、濃縮装置を必要とせず、炭酸ガスを主成分とする
ガスを回収し炭酸ガス電気分解により有用有機化合物を
生産し、更にこの電解装置の正極に発生する酸素ガスも
有効活用できると共に、実質的に炭酸ガスを放散するこ
とのない燃料電池、炭酸ガス固定複合発電方法に関す
る。
分離、濃縮装置を必要とせず、炭酸ガスを主成分とする
ガスを回収し炭酸ガス電気分解により有用有機化合物を
生産し、更にこの電解装置の正極に発生する酸素ガスも
有効活用できると共に、実質的に炭酸ガスを放散するこ
とのない燃料電池、炭酸ガス固定複合発電方法に関す
る。
近年、地球規模の環境に対する関心が急速に高まり、
フロン規制が実施され、更には地球温暖化に対する対策
として、炭酸ガス排出規制を求める動きが大きくなって
いる。
フロン規制が実施され、更には地球温暖化に対する対策
として、炭酸ガス排出規制を求める動きが大きくなって
いる。
燃料電池は、名称は電池であるが、発電装置であり、
従来の発電技術と異なり、燃料のもつ化学エネルギーを
直接電気エネルギーに変換する新しいタイプの発電装置
である。
従来の発電技術と異なり、燃料のもつ化学エネルギーを
直接電気エネルギーに変換する新しいタイプの発電装置
である。
この燃料電池自体は公知であり、現在研究開発中の主
な燃料電池にはリン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型
等がある。リン酸型は電解質にリン酸水溶液を使用し、
燃料に水素又は炭化水素の改質ガスを使用し、酸化剤と
して空気を使用し、作動温度170〜220℃で発電する。電
極材料としては多孔質カーボン（白金触媒）を使用して
いる。この発電効率は、35〜45％とされている。
な燃料電池にはリン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型
等がある。リン酸型は電解質にリン酸水溶液を使用し、
燃料に水素又は炭化水素の改質ガスを使用し、酸化剤と
して空気を使用し、作動温度170〜220℃で発電する。電
極材料としては多孔質カーボン（白金触媒）を使用して
いる。この発電効率は、35〜45％とされている。
溶融炭酸塩型は、電解質に炭酸塩を使用し、燃料に
H2、CO、炭化水素の改質ガス、石炭ガス塔を使用し、酸
化剤として空気を使用し、作動温度600〜700℃で発電す
る。電極材料には多孔質ニッケル等が使用され、白金触
媒は不要である。この発電効率は、45〜60％とされてい
る。
H2、CO、炭化水素の改質ガス、石炭ガス塔を使用し、酸
化剤として空気を使用し、作動温度600〜700℃で発電す
る。電極材料には多孔質ニッケル等が使用され、白金触
媒は不要である。この発電効率は、45〜60％とされてい
る。
固体電解質型は、電解質に安定化ジルコニアを使用
し、燃料にH2、CO、炭化水素の改質ガス、石炭ガス等を
使用し、酸化剤に空気を使用し、作動温度約1000℃で発
電する。電極材料には多孔質ニッケル等が使用され、白
金触媒は不要である。この発電効率は、50〜60％とされ
ている。
し、燃料にH2、CO、炭化水素の改質ガス、石炭ガス等を
使用し、酸化剤に空気を使用し、作動温度約1000℃で発
電する。電極材料には多孔質ニッケル等が使用され、白
金触媒は不要である。この発電効率は、50〜60％とされ
ている。
この燃料電池は、火力発電の場合、蒸気タービンを組
み合わせた最新鋭火力発電でも発電効率は約38％とされ
ているのに対し、直接電気エネルギーに変換されるの
で、発電効率は上記のように40〜60％が見込まれる。ま
た、排熱が利用可能で、70〜80％の総合エネルギー効率
が得られる。
み合わせた最新鋭火力発電でも発電効率は約38％とされ
ているのに対し、直接電気エネルギーに変換されるの
で、発電効率は上記のように40〜60％が見込まれる。ま
た、排熱が利用可能で、70〜80％の総合エネルギー効率
が得られる。
更に、小型でも、部分負荷運動でも効率の低下が少な
い。また燃料として化石燃料を用いる以上は改質操作が
必要で、このとき、脱硫、ばいじん除去を十分に行うの
でSOxやばいじんの放出は殆どない。この改質操作もそ
れ程、高温でないので、NOxの放出も少ない。
い。また燃料として化石燃料を用いる以上は改質操作が
必要で、このとき、脱硫、ばいじん除去を十分に行うの
でSOxやばいじんの放出は殆どない。この改質操作もそ
れ程、高温でないので、NOxの放出も少ない。
また、地球温暖化で問題となっているCO2の発生も発
電効率が高い分、発生が少ないとされ、機械部分が少な
いので騒音、振動などの発生が少なく、しかも、設備の
モジュール化で建設工期が短い、等の利点がある。
電効率が高い分、発生が少ないとされ、機械部分が少な
いので騒音、振動などの発生が少なく、しかも、設備の
モジュール化で建設工期が短い、等の利点がある。
これらの燃料電池の開発状況については、電気評論誌
1990年３月号燃料電池の現状と将来、又固体電解質型燃
料電池の開発状況等に紹介されている。
1990年３月号燃料電池の現状と将来、又固体電解質型燃
料電池の開発状況等に紹介されている。
燃料電池では、CO2の発生も発電効率の高い分だけ発
生が少ないとされてはいるが、使用した炭素源に見合う
だけのCO2は発生するのであり、また酸化剤として空気
を使用するので、空気中の窒素により排ガス中のCO2は1
5％程度にしかならず、CO2固定化のためには、CO2の分
離、濃縮装置が必要となる。従って燃料電池を用いたと
しても、排ガス中のCO2の固定化はコスト的に極めて困
難である。
生が少ないとされてはいるが、使用した炭素源に見合う
だけのCO2は発生するのであり、また酸化剤として空気
を使用するので、空気中の窒素により排ガス中のCO2は1
5％程度にしかならず、CO2固定化のためには、CO2の分
離、濃縮装置が必要となる。従って燃料電池を用いたと
しても、排ガス中のCO2の固定化はコスト的に極めて困
難である。
一方、炭酸ガスの電気分解による固定についても、こ
の技術自体は報告されている。化学誌45巻２号（1990
年）には、二酸化炭素の電気化学還元による固定と再資
源化として、銅電極を用いてCO2を還元するとメタン、
エチレン、エタノールが生成することが述べられてい
る。
の技術自体は報告されている。化学誌45巻２号（1990
年）には、二酸化炭素の電気化学還元による固定と再資
源化として、銅電極を用いてCO2を還元するとメタン、
エチレン、エタノールが生成することが述べられてい
る。
本発明の目的は、燃料電池からの排ガスから炭酸ガス
分離、濃縮工程を経ることなく、実質的に炭酸ガスより
なるガスを回収し、炭酸ガスの電気分解に、深夜余剰電
力を用いる場合以外は、交流電源からの整流装置を用い
ずに直流電流が得られ、また該電解装置の正極に発生す
る酸素ガスを有効活用できると共に、全システムとして
実質的に外部に炭酸ガスを放散することのない又は炭酸
ガスの放散を大巾に低減できる燃料電池、炭酸ガス固定
複合発電方法を提供することである。
分離、濃縮工程を経ることなく、実質的に炭酸ガスより
なるガスを回収し、炭酸ガスの電気分解に、深夜余剰電
力を用いる場合以外は、交流電源からの整流装置を用い
ずに直流電流が得られ、また該電解装置の正極に発生す
る酸素ガスを有効活用できると共に、全システムとして
実質的に外部に炭酸ガスを放散することのない又は炭酸
ガスの放散を大巾に低減できる燃料電池、炭酸ガス固定
複合発電方法を提供することである。
本発明の第１の態様は、 実質的に一酸化炭素、水素、炭化水素よりなる群より
選んだ少なくとも一種のガス（ただし、水素ガス単独を
除く）を燃料ガスとし、実質的に酸素ガスを正極に供給
して燃料電池により発電し、排ガスタービン、排熱回収
ボイラによる蒸気タービンにより発電すると共に、排ガ
スより水蒸気を除いた実質的に炭酸ガスよりなるガス
を、燃料電池、太陽光電池、深夜電力の整流電流より選
んだ少なくとも１種による直流電流により炭酸ガス電気
分解を行い、炭化水素類及び／又はアルコール類を製造
すると共に炭酸ガスの電気分解の正極に発生した酸素
を、酸素発生装置よりの酸素と合せて、燃料電池の正極
に供給することを特徴とする実質的に炭酸ガスを放散す
ることのない又は炭酸ガスの放散を大巾に低減できる燃
料電池、炭酸ガス固定複合発電方法である。
選んだ少なくとも一種のガス（ただし、水素ガス単独を
除く）を燃料ガスとし、実質的に酸素ガスを正極に供給
して燃料電池により発電し、排ガスタービン、排熱回収
ボイラによる蒸気タービンにより発電すると共に、排ガ
スより水蒸気を除いた実質的に炭酸ガスよりなるガス
を、燃料電池、太陽光電池、深夜電力の整流電流より選
んだ少なくとも１種による直流電流により炭酸ガス電気
分解を行い、炭化水素類及び／又はアルコール類を製造
すると共に炭酸ガスの電気分解の正極に発生した酸素
を、酸素発生装置よりの酸素と合せて、燃料電池の正極
に供給することを特徴とする実質的に炭酸ガスを放散す
ることのない又は炭酸ガスの放散を大巾に低減できる燃
料電池、炭酸ガス固定複合発電方法である。
本発明の第２の態様は、 石炭を実質的に酸素ガスにより石炭ガス化炉でガス化
し、ガス冷却、脱塵、脱硫した実質的に一酸化炭素と水
素よりなる燃料ガスを負極に供給し、実質的に酸素ガス
よりなるガスを正極に供給して燃料電池により発電し、
排ガスタービン、排熱回収ボイラによる蒸気タービンに
より発電すると共に、排ガスより水蒸気を除いた実質的
に炭酸ガスよりなるガスを、燃料電池、太陽光電池、深
夜電力の整流電流より選んだ少なくとも１種による直流
電流により炭酸ガス電気分解を行い、炭化水素類及び／
又はアルコール類を製造すると共に、炭酸ガスの電気分
解の正極に発生した酸素を酸素発生装置よりの酸素と合
せて、石炭ガス化炉用の酸素、燃料電池の正極用酸素と
して使用することを特徴とする実質的に炭酸ガスを放散
することのない又は炭酸ガスの放散を大巾に低減できる
石炭ガス化ガス利用燃料電池、炭酸ガス固定複合発電方
法である。
し、ガス冷却、脱塵、脱硫した実質的に一酸化炭素と水
素よりなる燃料ガスを負極に供給し、実質的に酸素ガス
よりなるガスを正極に供給して燃料電池により発電し、
排ガスタービン、排熱回収ボイラによる蒸気タービンに
より発電すると共に、排ガスより水蒸気を除いた実質的
に炭酸ガスよりなるガスを、燃料電池、太陽光電池、深
夜電力の整流電流より選んだ少なくとも１種による直流
電流により炭酸ガス電気分解を行い、炭化水素類及び／
又はアルコール類を製造すると共に、炭酸ガスの電気分
解の正極に発生した酸素を酸素発生装置よりの酸素と合
せて、石炭ガス化炉用の酸素、燃料電池の正極用酸素と
して使用することを特徴とする実質的に炭酸ガスを放散
することのない又は炭酸ガスの放散を大巾に低減できる
石炭ガス化ガス利用燃料電池、炭酸ガス固定複合発電方
法である。
本発明の第３の態様は、 天然ガス及び／又は液化石油ガスを改質装置により、
水素、一酸化炭素を主成分とするガスにして供給する
か、又は改質装置を経ることなく直接に燃料電池の負極
に供給し、実質的に酸素ガスを正極に供給して、燃料電
池により発電し、排ガスタービン、排熱回収ボイラによ
る蒸気タービンにより発電すると共に、排ガスより水蒸
気を除いた実質的に炭酸ガスよりなるガスを、燃料電
池、太陽光電池、深夜電力の整流電流より選んだ少なく
とも１種による直流電流により、炭酸ガス電気分解を行
い、炭化水素類及び／又はアルコール類を製造すると共
に炭酸ガスの電気分解の正極に発生した酸素を、酸素発
生装置よりの酸素と合せて、燃料電池の正極に供給する
ことを特徴とする実質的に炭酸ガスを放散することのな
い又は炭酸ガスの放散を大巾に低減できる燃料電池、炭
酸ガス固定複合発電方法である。
水素、一酸化炭素を主成分とするガスにして供給する
か、又は改質装置を経ることなく直接に燃料電池の負極
に供給し、実質的に酸素ガスを正極に供給して、燃料電
池により発電し、排ガスタービン、排熱回収ボイラによ
る蒸気タービンにより発電すると共に、排ガスより水蒸
気を除いた実質的に炭酸ガスよりなるガスを、燃料電
池、太陽光電池、深夜電力の整流電流より選んだ少なく
とも１種による直流電流により、炭酸ガス電気分解を行
い、炭化水素類及び／又はアルコール類を製造すると共
に炭酸ガスの電気分解の正極に発生した酸素を、酸素発
生装置よりの酸素と合せて、燃料電池の正極に供給する
ことを特徴とする実質的に炭酸ガスを放散することのな
い又は炭酸ガスの放散を大巾に低減できる燃料電池、炭
酸ガス固定複合発電方法である。
燃料電池用燃料ガスとしては、化石燃料としては、世
界的に遍在することなく豊富にあり、埋蔵寿命としても
最も長い石炭をガス化した実質的に一酸化炭素と水素よ
りなるガスが第一に考えられる。しかし、メタンを主成
分とする天然ガス又はプロパン、ブタンを主成分とする
液化石油ガス等を改質して、実質的に水素、一酸化炭素
よりなるガスとしたものも用いられる。しかし天然ガス
を改質装置を使わずに直接使用する試験が行なわれ、当
初はカーボン生成のため電池性能は急激に低下したが、
燃料電極および燃料供給通路の改造により性能の低下が
防止できたことが報告されているので、改質装置を経る
ことなく直接に燃料電池に供給してもよい。
界的に遍在することなく豊富にあり、埋蔵寿命としても
最も長い石炭をガス化した実質的に一酸化炭素と水素よ
りなるガスが第一に考えられる。しかし、メタンを主成
分とする天然ガス又はプロパン、ブタンを主成分とする
液化石油ガス等を改質して、実質的に水素、一酸化炭素
よりなるガスとしたものも用いられる。しかし天然ガス
を改質装置を使わずに直接使用する試験が行なわれ、当
初はカーボン生成のため電池性能は急激に低下したが、
燃料電極および燃料供給通路の改造により性能の低下が
防止できたことが報告されているので、改質装置を経る
ことなく直接に燃料電池に供給してもよい。
要は実質的に一酸化炭素、水素、炭化水素よりなる群
より選んだ少なくとも一種のガス（ただし、水素ガス単
独を除く）、例えば、実質的に一酸化炭素よりなるガ
ス、実質的に炭化水素よりなるガス、これらのガスと水
素ガスとの組み合わせより選んだ２種以上のガスが使用
できる。
より選んだ少なくとも一種のガス（ただし、水素ガス単
独を除く）、例えば、実質的に一酸化炭素よりなるガ
ス、実質的に炭化水素よりなるガス、これらのガスと水
素ガスとの組み合わせより選んだ２種以上のガスが使用
できる。
燃料電池としては、作動温度の高い溶融炭酸塩型（以
下、「MCFC」と略称することがある）や、固体電解質型
（以下、「SOFC」と略称することがある）が排ガスター
ビンや蒸気ガスタービン等により発電を含めた複合プラ
ントとしての効率が高くなるので好ましい。
下、「MCFC」と略称することがある）や、固体電解質型
（以下、「SOFC」と略称することがある）が排ガスター
ビンや蒸気ガスタービン等により発電を含めた複合プラ
ントとしての効率が高くなるので好ましい。
また、固体電解質型は、水素、一酸化炭素の他炭化水
素を直接燃料として使え、また不純物（特に硫黄）に強
く、石炭ガス化ガスにも適する。
素を直接燃料として使え、また不純物（特に硫黄）に強
く、石炭ガス化ガスにも適する。
本発明の特徴は、燃料電池用酸化剤に実質的に酸素よ
りなるガスを使用することである。実質的に酸素よりな
るガスとは、後述の酸素製造装置より得られる、98％以
上の純度の酸素をいう（以後、単に「酸素」という）。
りなるガスを使用することである。実質的に酸素よりな
るガスとは、後述の酸素製造装置より得られる、98％以
上の純度の酸素をいう（以後、単に「酸素」という）。
燃料ガスとして石炭ガス化ガスを使用する場合には、
ガス化剤としても空気ではなく酸素を使用する。
ガス化剤としても空気ではなく酸素を使用する。
これらに、酸素を用いることにより、燃料電池の排ガ
ス成分は大半CO2とH2Oとなるため、そしてH2Oの分離は
容易であるため、そのままCO2固定化装置に導くことが
でき、CO2固定化のため、大量のN2ガス等からのCO2分
離、濃縮装置は不要となる。
ス成分は大半CO2とH2Oとなるため、そしてH2Oの分離は
容易であるため、そのままCO2固定化装置に導くことが
でき、CO2固定化のため、大量のN2ガス等からのCO2分
離、濃縮装置は不要となる。
従って、排ガスは系内で処理できるので、緊急用を除
き煙突を省略できる可能性がある。
き煙突を省略できる可能性がある。
酸素は、圧力スイング式吸着法（PTA法），即ちゼオ
ライト等の吸着剤を用いて、圧力をスイングさせ、酸素
を吸脱着させ酸素を空気より分離する方法や膜分離法等
により、空気中より酸素を分離する酸素製造装置を用い
て製造する。CO2固定化装置の電気分解により正極より
発生する酸素も一部として利用する。
ライト等の吸着剤を用いて、圧力をスイングさせ、酸素
を吸脱着させ酸素を空気より分離する方法や膜分離法等
により、空気中より酸素を分離する酸素製造装置を用い
て製造する。CO2固定化装置の電気分解により正極より
発生する酸素も一部として利用する。
燃料ガスとして、石炭ガス化用ガスを使用する場合に
は、このガスの主成分はCOとH2であるが、その他燃料電
池の性能劣化をきたす硫黄分やばいじんが含まれるた
め、これらを除去する必要がある。硫黄分については脱
硫装置、例えば、ハニカム固定床法等により除去でき、
SOFCの場合は出口H2S濃度100ppm以下、MCFCの場合は10p
pm以下を目標とすることが好ましい。ばいじんについて
は、集塵装置例えばセラミックフィルター等により出口
ばいじん10mg/Nm3以下を目標に除去する。
は、このガスの主成分はCOとH2であるが、その他燃料電
池の性能劣化をきたす硫黄分やばいじんが含まれるた
め、これらを除去する必要がある。硫黄分については脱
硫装置、例えば、ハニカム固定床法等により除去でき、
SOFCの場合は出口H2S濃度100ppm以下、MCFCの場合は10p
pm以下を目標とすることが好ましい。ばいじんについて
は、集塵装置例えばセラミックフィルター等により出口
ばいじん10mg/Nm3以下を目標に除去する。
燃料電池の運転温度はSOFCの場合は、約1,000℃、MCF
Cの場合は600〜700℃であるため、石炭ガス化ガスは予
熱器により熱交換し、所定の温度とし、燃料電池の燃料
極に導かれる。また燃料極からのガスは予熱器により再
度熱交換されガスタービンに導かれる。
Cの場合は600〜700℃であるため、石炭ガス化ガスは予
熱器により熱交換し、所定の温度とし、燃料電池の燃料
極に導かれる。また燃料極からのガスは予熱器により再
度熱交換されガスタービンに導かれる。
酸素製造装置やCO2固定化装置からの酸素は、圧縮機
により昇圧され石炭ガス化用ガス化剤、燃料電池用酸化
剤に用いられる。
により昇圧され石炭ガス化用ガス化剤、燃料電池用酸化
剤に用いられる。
燃料電池用酸化剤用酸素は、予熱器により熱交換さ
れ、燃料電池の酸素極に導かれる。また酸素極は温度調
整のため再循環ブロワが設置されている。
れ、燃料電池の酸素極に導かれる。また酸素極は温度調
整のため再循環ブロワが設置されている。
燃料電池からのガスはガスタービンに導かれ、ガスタ
ービンを駆動させた後、排熱回収ボイラにより熱交換し
た後、100℃以下としH2Oを分離して、CO2固定化装置に
導く。
ービンを駆動させた後、排熱回収ボイラにより熱交換し
た後、100℃以下としH2Oを分離して、CO2固定化装置に
導く。
排熱回収ボイラからの蒸気は、蒸気タービンを駆動さ
せ、ガスタービンと共に夫々発電させる。
せ、ガスタービンと共に夫々発電させる。
排熱回収ボイラからの排ガスは、100℃以下としてH2O
を除去した後は実質的にCO2であり、CO2固定化装置に導
く。CO2固定化装置は電気分解によりCO2をアルコール
類、炭化水素類に変換し、CO2を有用物質として利用す
るものである。電極としては、金属電極あるいは半導体
電極等を用いる。金属電極の場合は、陽極に白金、チタ
ン等を使用し、陰極に銅、パラジウム等を用いる。
を除去した後は実質的にCO2であり、CO2固定化装置に導
く。CO2固定化装置は電気分解によりCO2をアルコール
類、炭化水素類に変換し、CO2を有用物質として利用す
るものである。電極としては、金属電極あるいは半導体
電極等を用いる。金属電極の場合は、陽極に白金、チタ
ン等を使用し、陰極に銅、パラジウム等を用いる。
また、半導体電極としては、陰極に酸化銅、炭化珪
素、ガリウムリン等が用いられる。これらの電極のう
ち、陽極からは酸素が、陰極からはアルコール類、炭化
水素類、水素等が生成される。
素、ガリウムリン等が用いられる。これらの電極のう
ち、陽極からは酸素が、陰極からはアルコール類、炭化
水素類、水素等が生成される。
陽極からの酸素は、石炭ガス化用ガス化剤、燃料電池
用酸化剤として利用され、陰極からのアルコール類、炭
化水素類は工業原料として利用される。
用酸化剤として利用され、陰極からのアルコール類、炭
化水素類は工業原料として利用される。
CO2固定化装置の電気分解のためには、直流の電気エ
ネルギーが必要であるが、これは燃料電池、太陽光電
池、深夜余剰電力の整流電流より選んだ少なくとも１種
により供給される。なお、本発明では、太陽光電池ある
いは電気分解用電極に半導体電極を用いることで太陽光
エネルギーが利用でき、一種の人工光合成システムによ
るCO2固定化技術として活用できる。
ネルギーが必要であるが、これは燃料電池、太陽光電
池、深夜余剰電力の整流電流より選んだ少なくとも１種
により供給される。なお、本発明では、太陽光電池ある
いは電気分解用電極に半導体電極を用いることで太陽光
エネルギーが利用でき、一種の人工光合成システムによ
るCO2固定化技術として活用できる。
また、電力は貯蔵しにくいエネルギーであるが、深夜
電力が余剰となっている。この深夜電力を利用してCO2
を有用物質に転換し、化学合成の原料とすることができ
る。このように太陽光による電力や深夜電力のような時
間的に利用が限られたエネルギーの活用がCO2の電解還
元による固定技術によって可能となるであろうことは既
に提案されているが、CO2の固定にとって最大の難関は
濃度のうすいCO2をいかにして分離、濃縮するかであ
り、これを経済的に可能にする技術がなければ、CO2固
定化技術も生きてこない。本発明は、この難関を解決す
るものであり、地球温暖化の原因とされる炭酸ガス放散
を大巾に低減できる発電システムに道を拓くものであ
る。
電力が余剰となっている。この深夜電力を利用してCO2
を有用物質に転換し、化学合成の原料とすることができ
る。このように太陽光による電力や深夜電力のような時
間的に利用が限られたエネルギーの活用がCO2の電解還
元による固定技術によって可能となるであろうことは既
に提案されているが、CO2の固定にとって最大の難関は
濃度のうすいCO2をいかにして分離、濃縮するかであ
り、これを経済的に可能にする技術がなければ、CO2固
定化技術も生きてこない。本発明は、この難関を解決す
るものであり、地球温暖化の原因とされる炭酸ガス放散
を大巾に低減できる発電システムに道を拓くものであ
る。
以下に、実施例によって、本発明を更に具体的に説明
するが、本発明はこの実施例によって何等限定されるも
のではない。
するが、本発明はこの実施例によって何等限定されるも
のではない。
（実施例１） 石炭ガス化ガスを利用した燃料電池とCO2固定化技術
を組み合わせた複合発電システムを第１図のフローシー
トについて説明する。
を組み合わせた複合発電システムを第１図のフローシー
トについて説明する。
石炭１を粉砕して微粉炭とし、ガス化剤として98％以
上の酸素２を用いて石炭ガス化炉３に供給し、1000〜18
00℃、15〜30atmの圧力でガス化を行った。ガスは熱回
収ボイラーによるガス冷却器４で冷却し、蒸気は蒸気タ
ービン５に供給する。ガスは更にセラミックフィルター
６により脱じんし、更にハニカム固定床法により脱硫
し、H2Sを100ppm以下にした。このガスはCO61.3Vol％、
H231.0Vol％、CO2 3.3Vol％、H2O 0.3Vol％、N2＋Ar
3.9Vol％、H2S 0.01Vol％であった。
上の酸素２を用いて石炭ガス化炉３に供給し、1000〜18
00℃、15〜30atmの圧力でガス化を行った。ガスは熱回
収ボイラーによるガス冷却器４で冷却し、蒸気は蒸気タ
ービン５に供給する。ガスは更にセラミックフィルター
６により脱じんし、更にハニカム固定床法により脱硫
し、H2Sを100ppm以下にした。このガスはCO61.3Vol％、
H231.0Vol％、CO2 3.3Vol％、H2O 0.3Vol％、N2＋Ar
3.9Vol％、H2S 0.01Vol％であった。
このガスを予熱器８により1000℃に昇温し、10atmの
圧力でSOFC燃料電池９の燃料極に供給する。PSA酸素製
造装置10で製造した98.5％の酸素を一部を石炭ガス化炉
用に使用し、残りを圧縮して、予熱し、燃料電池９の正
極に供給する。燃料極より出るCO2とH2Oを主成分とする
排ガスは、正極の余剰の酸素ガスと共にガスタービン11
により発電すると共に、排熱回収ボイラ12により水蒸気
を発生させ、蒸気タービン５を駆動して、発電する。本
システムでは、従来の様な大型煙突は不要であるが、酸
素中の微量のN2、Ar等の系内蓄積を防いでCO2濃度を高
く保持するため、一部抜取排ガス用の小型煙突でよい。
圧力でSOFC燃料電池９の燃料極に供給する。PSA酸素製
造装置10で製造した98.5％の酸素を一部を石炭ガス化炉
用に使用し、残りを圧縮して、予熱し、燃料電池９の正
極に供給する。燃料極より出るCO2とH2Oを主成分とする
排ガスは、正極の余剰の酸素ガスと共にガスタービン11
により発電すると共に、排熱回収ボイラ12により水蒸気
を発生させ、蒸気タービン５を駆動して、発電する。本
システムでは、従来の様な大型煙突は不要であるが、酸
素中の微量のN2、Ar等の系内蓄積を防いでCO2濃度を高
く保持するため、一部抜取排ガス用の小型煙突でよい。
排熱回収ボイラーを出た排ガスは、100℃以下に冷却
することによってH2Oを容易に除去できるので、CO2を主
成分とするガスとして、CO2変換装置（固定化装置）13
の負極に供給する。CO2変換装置13では、直流電源によ
り電気分解してCO2をメタン、エチレン、エタノール等
に変換する。正極からは酸素を発生するので、酸素製造
装置10よりの酸素と合わせて、燃料電池、石炭ガス化炉
用に使用する。
することによってH2Oを容易に除去できるので、CO2を主
成分とするガスとして、CO2変換装置（固定化装置）13
の負極に供給する。CO2変換装置13では、直流電源によ
り電気分解してCO2をメタン、エチレン、エタノール等
に変換する。正極からは酸素を発生するので、酸素製造
装置10よりの酸素と合わせて、燃料電池、石炭ガス化炉
用に使用する。
この直流電源としては、燃料電池の直流電流が利用で
きるが、CO2を還元するのに、化石燃料や燃やして得た
電力を用いたのでは意味がないので、昼間の太陽光電池
による太陽光発電16による直流や深夜電力を整流した直
流電源より選んだ１種又は２種以上をCO2変換装置に組
み合わせることによって、時間的に限られた電力を有効
活用することができる。なお、CO2電気分解の陰極に半
導体電極を使用し、これに光エネルギーを与えて発電し
た直流を用いてもよい。この場合は、CO2電解装置の陰
極に半導体電極を使用することにより光エネルギーを供
給して光電気分解を行わしめることができることとな
る。
きるが、CO2を還元するのに、化石燃料や燃やして得た
電力を用いたのでは意味がないので、昼間の太陽光電池
による太陽光発電16による直流や深夜電力を整流した直
流電源より選んだ１種又は２種以上をCO2変換装置に組
み合わせることによって、時間的に限られた電力を有効
活用することができる。なお、CO2電気分解の陰極に半
導体電極を使用し、これに光エネルギーを与えて発電し
た直流を用いてもよい。この場合は、CO2電解装置の陰
極に半導体電極を使用することにより光エネルギーを供
給して光電気分解を行わしめることができることとな
る。
（実施例２） 天然ガスを利用した燃料電池とCO2固定化技術を組み
合わせた複合発電システムを第２図のフローシートにつ
いて説明する。
合わせた複合発電システムを第２図のフローシートにつ
いて説明する。
天然ガスを改質装置14によって、水素と一酸化炭素を
主成分とするガスに改質し、予熱器８を経て、1000℃、
10atmでSOFC燃料電池９の燃料極に供給する。PSA酸素製
造装置10で製造した98.5％の酸素を圧縮機15で圧縮して
燃料電池の正極に供給する。
主成分とするガスに改質し、予熱器８を経て、1000℃、
10atmでSOFC燃料電池９の燃料極に供給する。PSA酸素製
造装置10で製造した98.5％の酸素を圧縮機15で圧縮して
燃料電池の正極に供給する。
排ガスはガスタービン11を駆動させ発電し、更に排熱
回収ボイラ12で水蒸気を発生させ、蒸気タービン５を駆
動させ発電する。
回収ボイラ12で水蒸気を発生させ、蒸気タービン５を駆
動させ発電する。
排熱ボイラ12を出た排ガスは100℃以下に冷却するこ
とによって、H2Oを除去し、CO2を主成分とするガスをCO
2変換装置13の負極に供給し、直流電流により電気分解
を行って、メタン、エチレン、エタノール等を得る。
とによって、H2Oを除去し、CO2を主成分とするガスをCO
2変換装置13の負極に供給し、直流電流により電気分解
を行って、メタン、エチレン、エタノール等を得る。
この他は、上記実施例１と同様である。
本発明によれば、燃料電池の正極および石炭ガス化炉
に対して、実質的に酸素よりなるガスを供給するので、
これら装置での効率が向上すると共に、排ガスが実質的
に炭酸ガスと水蒸気よりなるガスとすることができ、水
蒸気の分離は容易であることから、排ガス中のCO2ガス
の固定化技術で最もコスト的に困難であったCO2の分
離、濃縮を不要とし、燃料電池とCO2変換装置の組み合
わせを可能にすることができる燃料電池、炭酸ガス固定
複合発電方法が提供される。
に対して、実質的に酸素よりなるガスを供給するので、
これら装置での効率が向上すると共に、排ガスが実質的
に炭酸ガスと水蒸気よりなるガスとすることができ、水
蒸気の分離は容易であることから、排ガス中のCO2ガス
の固定化技術で最もコスト的に困難であったCO2の分
離、濃縮を不要とし、燃料電池とCO2変換装置の組み合
わせを可能にすることができる燃料電池、炭酸ガス固定
複合発電方法が提供される。
また、CO2ガスは、ガスタンク容量程度の貯留が可能
であることから、CO2変換装置に昼間の太陽光電池、深
夜電力よりの電力等を利用することが可能であり、燃料
電池からの直流電力の使用を節減することができる。従
って、人工的な光合成を行わせることができる。
であることから、CO2変換装置に昼間の太陽光電池、深
夜電力よりの電力等を利用することが可能であり、燃料
電池からの直流電力の使用を節減することができる。従
って、人工的な光合成を行わせることができる。
更に、本発明は、地球温暖化の原因とされる炭酸ガス
放散を大巾に低減できる発電システムに道を拓くもので
ある。
放散を大巾に低減できる発電システムに道を拓くもので
ある。
第１図は、石炭ガス化ガス利用燃料電池とCO2固定化装
置を組み合わせた複合発電システムのフローシートであ
る。 第２図は、天然ガス利用燃料電池とCO2固定化装置を組
み合わせた複合発電システムのフローシートである。
置を組み合わせた複合発電システムのフローシートであ
る。 第２図は、天然ガス利用燃料電池とCO2固定化装置を組
み合わせた複合発電システムのフローシートである。
Claims (3)
- 【請求項１】実質的に一酸化炭素、水素、炭化水素より
なる群より選んだ少なくとも一種のガス（ただし、水素
ガス単独を除く）を燃料ガスとし、実質的に酸素ガスを
正極に供給して燃料電池により発電、排ガスタービン、
排熱回収ボイラによる蒸気タービンにより発電すると共
に、排ガスより水蒸気を除いた実質的に炭酸ガスよりな
るガスを、燃料電池、太陽光電池、深夜電力の整流電流
より選んだ少なくとも１種による直流電流により炭酸ガ
ス電気分解を行い、炭化水素類及び／又はアルコール類
を製造すると共に炭酸ガスの電気分解の正極に発生した
酸素を、酸素発生装置よりの酸素と合せて、燃料電池の
正極に供給することを特徴とする実質的に炭酸ガスの放
散のない又は炭酸ガスの放散を大巾に低減できる燃料電
池、炭酸ガス固定複合発電方法。 - 【請求項２】石炭を実質的に酸素ガスにより石炭ガス化
炉でガス化し、ガス冷却、脱塵、脱硫した実質的に一酸
化炭素と水素よりなる燃料ガスを負極に供給し、実質的
に酸素ガスよりなるガスを正極に供給して燃料電池によ
り発電し、排ガスタービン、排熱回収ボイラによる蒸気
タービンにより発電すると共に、排ガスより水蒸気を除
いた実質的に炭酸ガスよりなるガスを、燃料電池、太陽
光電池、深夜電力の整流電流より選んだ少なくとも１種
により直流電流により炭酸ガス電気分解を行い、炭化水
素類及び／又はアルコール類を製造すると共に、炭酸ガ
スの電気分解の正極に発生した酸素を酸素発生装置より
の酸素と合せて、石炭ガス化炉用の酸素、燃料電池の正
極用酸素として使用することを特徴とする実質的に炭酸
ガスの放散のない又は炭酸ガスの放散を大巾に低減でき
る石炭ガス化ガス利用燃料電池、炭酸ガス固定複合発電
方法。 - 【請求項３】天然ガス及び／又は液化石炭ガスを改質装
置により、水素、一酸化炭素を主成分とするガスにして
供給するか、又は改質装置を経ることなく直接に燃料電
池の負極に供給し、実質的に酸素ガスを正極に供給し
て、燃料電池により発電し、排ガスタービン、排熱回収
ボイラによる蒸気タービンにより発電すると共に、排ガ
スより水蒸気を除いた実質的に炭酸ガスよりなるガス
を、燃料電池、太陽光電池、深夜電力の整流電流による
直流電流により、炭酸ガス電気分解を行い、炭化水素類
及び／又はアルコール類を製造すると共に炭酸ガスの電
気分解の正極に発生した酸素を、酸素発生装置よりの酸
素と合せて、燃料電池の正極に供給することを特徴とす
る実質的に炭酸ガスの放散のない又は炭酸ガスの放散を
大巾に低減できる燃料電池、炭酸ガス固定複合発電方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02176440A JP3108079B2 (ja) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | 燃料電池、炭酸ガス固定複合発電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02176440A JP3108079B2 (ja) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | 燃料電池、炭酸ガス固定複合発電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0465066A JPH0465066A (ja) | 1992-03-02 |
| JP3108079B2 true JP3108079B2 (ja) | 2000-11-13 |
Family
ID=16013745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02176440A Expired - Fee Related JP3108079B2 (ja) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | 燃料電池、炭酸ガス固定複合発電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3108079B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10472724B2 (en) | 2013-09-17 | 2019-11-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Chemical reaction device |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE189082T1 (de) * | 1992-03-13 | 2000-02-15 | Binsmaier Hannelore | Verfahren zur erzeugung elektrischer energie aus biorohstoffen |
| GB2431511B (en) * | 2005-10-22 | 2011-08-31 | Michael David Hancock | Electricity generation by synthesis gas fuel cells |
| JP5004156B2 (ja) * | 2006-04-19 | 2012-08-22 | 一般財団法人電力中央研究所 | 発電設備 |
| JP5522646B2 (ja) * | 2006-04-19 | 2014-06-18 | 一般財団法人電力中央研究所 | 複合発電設備 |
| US7862938B2 (en) | 2007-02-05 | 2011-01-04 | Fuelcell Energy, Inc. | Integrated fuel cell and heat engine hybrid system for high efficiency power generation |
| US8110310B2 (en) | 2007-02-07 | 2012-02-07 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Power generating plant |
| JP5194490B2 (ja) * | 2007-03-07 | 2013-05-08 | 株式会社リコー | 電力供給システム |
| JP5229772B2 (ja) * | 2007-05-15 | 2013-07-03 | 一般財団法人電力中央研究所 | 発電設備 |
| JP5294291B2 (ja) * | 2007-05-15 | 2013-09-18 | 一般財団法人電力中央研究所 | 発電設備 |
| US8062799B2 (en) | 2008-08-19 | 2011-11-22 | Fuelcell Energy, Inc. | High-efficiency dual-stack molten carbonate fuel cell system |
| WO2010068994A1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-06-24 | The University Of Queensland | Process for the production of chemicals |
| JP5446805B2 (ja) | 2009-03-16 | 2014-03-19 | 富士通株式会社 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
| JP2011141968A (ja) * | 2010-01-05 | 2011-07-21 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 発電システム |
| EP2582817A4 (en) * | 2010-04-27 | 2016-07-06 | Kiverdi Inc | USE OF POOR GAS MICROORGANISMS FOR NON-PHOTOSYNTHETIC CARBON BONDING AND FOR THE CONVERSION OF INORGANIC AND / OR C1 CARBON SOURCES IN HELPFUL ORGANIC COMPOUNDS |
| JP6162355B1 (ja) * | 2017-03-22 | 2017-07-12 | 東京瓦斯株式会社 | カーボン材料生成システム |
| JP6235181B1 (ja) * | 2017-03-22 | 2017-11-22 | 東京瓦斯株式会社 | カーボン材料生成システム |
| CN110661014B (zh) * | 2019-08-21 | 2022-02-08 | 中国矿业大学 | 一种高效低浓度瓦斯发电系统及其控制方法 |
| JP7176025B2 (ja) * | 2021-03-11 | 2022-11-21 | 本田技研工業株式会社 | 発電装置 |
| CN113583712B (zh) * | 2021-07-12 | 2022-05-24 | 浙江大学 | 多能源耦合互补和有序转化系统与方法 |
-
1990
- 1990-07-05 JP JP02176440A patent/JP3108079B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10472724B2 (en) | 2013-09-17 | 2019-11-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Chemical reaction device |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0465066A (ja) | 1992-03-02 |
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