JP6858193B2 - 燃料電池を使用する加圧及び加熱された流体の生成 - Google Patents

Description

本出願は、燃料電池のアノード排出流成分及び熱エネルギーを回収して加熱及び加圧された流体を生成するプロセスに関する。

燃料電池（Fuel cells）は、燃焼によってではなく、反応物の燃料流に基づく化学反応から直接的に電流を生成するために使用される。主な所産は、電気及びガスの排出流である。排出流は、燃料電池に力を与える（power）ために使用される燃料の種類に依存するであろう。一つの一般的な種類の燃料電池は、炭化水素によって力を与えられ、水及び二酸化炭素の排出流並びに他の成分を生成する。排出流には、燃料電池内の入力及び反応に依存して、水素等のような他の成分が存在し得る。

“Ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｃｏｎｄｅｎｓｅ ａｎｄ ｒｅｃｏｖｅｒ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｆｒｏｍ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ”とタイトルが付けられた米国特許第８，０８８，５２８号明細書（Ｌｏｕｒｅｎｃｏ）は、天然ガス分配システムにおけるガス減圧ステーションでの燃料電池排出流の回収に関する。

米国特許第８，０８８，５２８号明細書

一つの態様によれば、本明細書において開示される方法は、地下石油鉱床（underground oil deposits）からウェルパイプラインへの重油又はビチューメンの生産を高めるために使用されてもよい。本方法は、典型的には天然ガスの消費から大気に放出される排出ガスを注入することによって、リザーバ重油粘性を低減する。これらの排出ガス及びそれらの熱エネルギーは、燃料電池のアノード排出流から優先的に回収される。天然ガス燃料電池アノード排出流成分（composition）は、天然ガス燃焼排出流と異なり、主に二酸化炭素と水である。燃料電池アノード排出流の総質量流量は、典型的に、天然ガス燃焼プロセスからの排出ガス流の２３％未満であり、したがって、回収及び再利用がより容易である。開示されるプロセスにおいて、燃料電池アノード排出流は、冷却され、凝縮され、回収され、ポンプされ、再加熱され、最適なリザーバ動作圧力及び温度で注入（injection）ウェルパイプラインに送られる。これは、既存の重力排水プロセスと比較して、広い範囲のリザーバ圧力及び温度動作パラメータを満たすことができる、本プロセスの別の特徴である。

一つの態様によれば、本方法は、地下石油鉱床からウェルパイプラインへの重油又はビチューメンの生産を高めるために使用されてもよい。本プロセスは、発電天然ガス燃料電池から、アノード排出流及びその熱エネルギーを回収し、リザーバ内の重油を加熱し、移動させ、最適なリザーバ圧力及び温度条件で生産ウェルパイプラインに流す。天然ガス燃料電池を用いて電力を発生させるプロセスは、天然ガスを使用する標準的な発電所とは異なる。燃料電池においては、天然ガスは、電気並びにガスの熱い排出流、主に水蒸気及び二酸化炭素を生成する電気化学反応によって、アノードで消費される。他の発電プラントは、天然ガスを燃焼させて、電気並びに大量のガスの熱い排出流、主に窒素酸化物を生成する。

本明細書において論じられる方法は、燃料電池アノード排出流及びその熱エネルギーを回収して、重油の生産を高めることから利益を得る。油田への二酸化炭素（ＣＯ_２）注入が重油生産の増加を結果としてもたらすことは、よく文書化されている。今日、技師ら（operators）は、米国エネルギー省の国立エネルギー技術研究所（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）によって報告されるように、米国のペルム盆地の油田（Permian Basin fields）に１日あたり１６億立方フィート以上を注入して、１日当たり１７０，０００バレルの増分石油を生産する。最初に処理され、圧縮され、ウェルサイトにパイプライン輸送される現在のＣＯ_２注入方法とは異なり、本発明のプロセスは、使用時にＣＯ_２を発生及びポンプする。地下石油鉱床を加熱するための蒸気の使用は、ＳＡＧＤプロセスにより、よく文書化され、証明されている。上記のプロセスとは異なり、本方法は、実質的により少ないエネルギー消費で最適なリザーバ圧力及び温度条件を満たすために使用され得る。

本方法のいくつかの態様は：石油生産現場における燃料電池内の天然ガスの化学反応による発電；燃料電池アノード排出流はオイルリザーバに完全に回収され、注入され得ることによる、ＧＨＧ排気の排除又は低減、燃料電池内で反応されるメタンのＫｇあたり５ｋｇの水と二酸化炭素；燃料電池発電が正味の水生産者であることによる、外部水需要の排除又は低減、ここで、水素の酸素とのアノード化学反応は、化学量論的に、メタン１ｋｇあたり２．２５Ｋｇの水を生成する；その場での（in-situ）二酸化炭素の生成、酸素の炭素とのアノード化学反応は、化学量論に、メタン１ｋｇあたり２．７５Ｋｇの二酸化炭素を生成する；オイル生産を高める、燃料電池アノード排出流及びその熱エネルギーを回収；回収されたアノード排出流を最適なリザーバ圧力及び温度で配送する（deliver）能力；オイル生産プロセスの現在のプラクティスに対するエネルギー消費の実質的な削減、を含み得る。

一つの実施形態において、本プロセスは、炭酸塩燃料電池からの外へ伝えるための電気を生成してもよく、二酸化炭素及び水の、そのアノード排出流を回収し、オイル生産を高めるために、最適な圧力及び温度動作条件でオイルリザーバの中に注入する。油田におけるオイル生産の向上のためのプロセスは、以下を含んでもよい：膨張発電機を通して、電気及び冷媒天然ガス流を生成し、燃料電池アノードへの天然ガス圧力供給を低減するステップ；冷媒（refrigerant）天然ガス燃料電池のアノード供給流をガス状アノード排出流と共に向流で熱交換器に流入させて、二酸化炭素を冷却及び凝縮させるステップ；燃料電池のアノード天然ガス供給流を向流熱交換器から出させ、カソード排出ガス流によって他の向流熱交換器内で更に加熱させるステップ；加熱された天然ガス供給流を、それが水蒸気改質及び電気化学反応によって、電気並びに主に二酸化炭素及び水の高温アノード排ガス流に変換される、燃料電池アノードに流入させるステップ；回収された水により向流熱交換器において高温アノード排ガス流を予冷却するステップ；回収された二酸化炭素により向流熱交換器においてアノード排ガス流を更に冷却し、アノード排ガス流の水分を凝縮させるステップ；気体／液体分離器でアノード排ガス流の凝縮された水分を回収し、回収された液体二酸化炭素流による向流熱交換器での更なる冷却のために、分離されたアノード排出ガス状二酸化炭素流を送るステップ；低温の二酸化炭素ガス流により向流熱交換器でアノード排出ガス状二酸化炭素流を更に冷却するステップ；燃料電池アノード冷媒天然ガス供給流により向流熱交換器でアノード排出ガス状二酸化炭素流を更に冷却して、二酸化炭素を凝縮させるステップ；回収された液体二酸化炭素流を最適なオイルリザーバ圧力までポンプし（pumping）、回収された液体二酸化炭素流を、アノード排出流との向流（counter-current flow）の熱交換で最適なオイルリザーバ温度まで加熱して、それを注入ウェルパイプラインに送るステップ；最適なオイルリザーバ圧力まで回収された水流をポンプし、最適なオイルリザーバ温度までアノード排出流との向流で熱交換して、それを注入ウェルパイプラインに送るステップ；二酸化炭素分離器からのガス状二酸化炭素流を新鮮な空気と混合し、混合物を触媒酸化剤（catalytic oxidizer）中で触媒作用させて、この酸化体流（oxidant stream）を燃料電池のカソード温度まで加熱するステップであり、ここでカソードは空気からの酸素及び二酸化炭素を消費して炭酸イオンを生成し、炭酸イオンは燃料電池電解質層を通ってアノードまで移されてアノード水素と反応する、ステップ；及び、回収された水の一部分を送り、カソード排出ガス流との向流熱交換器内で蒸気（steam）を生成し、アノードに蒸気改質器（steam reformer）を供給するステップ。

本明細書において記述されるプロセスは、第一に、燃料電池アノード排出流から水及び二酸化炭素を回収することによって、第二に、それらが注入ウェルパイプラインに入る前にそれらをポンプし、向流熱交換器内で最適なオイルリザーバ動作条件まで加熱して、リザーバ内のオイルを加熱し粘度を低下させることによって、油田生産を高めてもよい。本プロセスは、ＳＡＧＤ事業のための現在の蒸気発生の業界の慣習の排除を可能にするかも知れず、その関連する環境問題を実質的に低減し得る。その上に、それは、使用時にオイル生産向上のための溶媒（solvent）である二酸化炭素を回収及び提供する。

以下で記述されるように、上記の方法は、油の生産を高めるために熱、水及び溶媒が要求される任意の油田生産現場で機能することができる。

本明細書において記述される方法は、燃料電池アノード排出流からオイル生産場に熱エネルギー、水及び二酸化炭素を供給し、それにより外部水源の必要性及び蒸気発生のためのその処理、並びにそれを生成するために要求されるエネルギーを排除する観点で開発された。本プロセスが与える利益は、オイル粘度を低下させ、リザーバでのオイル生産を高める、ＧＨＧ排気ガス、二酸化炭素、油混和性溶媒のその場での回収及び供給である。

以下で記述されるように、一つの態様において、冷媒天然ガス流及び電気を生成するガス膨張器／発電機を通して天然ガス圧力を最初に低減する、燃料電池への天然ガス供給流を含む、オイル生産向上プロセスが提供される。冷媒天然ガス流は、分離されたアノード排出ガス流を用いて向流熱交換器内で予熱され、液体二酸化炭素を凝縮及び生成する。加熱された燃料電池天然ガス流は、更に加熱されて燃料電池アノードに送られ、そこでそれは最初に蒸気改質されて水素及び二酸化炭素を生成し、水素は炭酸イオンと更に反応させられて水、二酸化炭素及び電気を生成する。アノードの熱い排出ガス流は、オイル生産の向上のためにオイルを加熱してオイル粘度を低減するためのオイルリザーバの中への注入の前に、冷却され、凝縮させられ、分離され、回収され、ポンプされ、最適なオイルリザーバ圧力及び温度動作条件まで再加熱される。現在のオイル生産の業界の慣習は、天然水（natural bodies of water）及び／又は持ち込まれた溶媒から発生させられる蒸気を使用する。本プロセスの目的は、オイル生産を高めるために要求される蒸気及び溶媒を、発電プラントの副産物である、燃料電池アノード排出流から提供することである。

一つの態様によれば、燃料電池を使用して温度及び圧力が調節された流体（conditioned fluids）を生成する（producing）方法が提供され、燃料電池は、アノード吸入口（anode inlet）、アノード排出口（anode exhaust）、カソード吸入口（cathode inlet）、及びカソード排出口（cathode exhaust）を有し、方法は：燃料電池を動作させて（operating）、水蒸気及び二酸化炭素を含むアノード排出流（anode exhaust stream）を発生させる（generate）ステップ；アノード排出流から水を凝縮（condensing）及び分離し（separating）、水の流れ及び二酸化炭素の流れを生成するステップ；水の流れの第一部分を加熱し、蒸気（steam）の流れを生成するステップ；蒸気の流れ及び燃料を合わせて（combining）、アノード入力流（anode input stream）を形成するステップ；二酸化炭素の流れ内の二酸化炭素の少なくとも一部分を凝縮させることにより、凝縮二酸化炭素の流れを得るステップ；及び各流体についての目標の温度及び圧力まで、少なくとも一つの流体を加熱及び圧縮するステップであり、少なくとも一つの流体は、水の流れの第二部分又は凝縮二酸化炭素の少なくとも一部分を含む、ステップ、を含む。

一つの態様によれば、オイルの生産を高めるために、オイルリザーバへの注入の前に天然ガス駆動（natural gas-powered）燃料電池からのアノード排出流を凝縮、回収、ポンプ及び再加熱する方法が提供され、燃料電池は、アノード、カソード及びカソード排出流を有し、アノード排出流は、水蒸気及び二酸化炭素を含み、方法は：保冷天然ガス供給流（refrigerated natural gas supply stream）を提供するステップ；冷媒天然ガス供給流及び燃料電池アノード排出流に第一熱交換器を通過させて、燃料電池アノード排出流から二酸化炭素を凝縮させ、燃料電池天然ガス流を生成するステップ；アノード排出流の蒸気成分（steam component）を凝縮させ、ガス状二酸化炭素及び残留水素から凝縮された蒸気（condensed steam）を分離するステップ；水分離器から出るガス状二酸化炭素及び残留水素から、二酸化炭素の少なくとも一部分を凝縮及び分離し、凝縮二酸化炭素流と、二酸化炭素及び残留水素の流れを生成するステップ；二酸化炭素及び残留水素の流れを、カソード入力流の中に混合される入力空気流と合わせるステップであり、カソード入力流は、燃料電池カソードのカソードに入力される前に触媒酸化器内で予熱されている、ステップ；凝縮二酸化炭素を、二酸化炭素の注入流を生成するためのオイルリザーバ動作条件まで、加圧（pressurizing）及び加熱するステップ；凝縮された蒸気の第一部分を加圧及び加熱し、蒸気のアノード入力流を生成するステップ；蒸気のアノード入力流を、燃料電池天然ガス流が加熱された天然ガスの供給部と混合し、アノード入力流を生成するステップ；凝縮された蒸気の第二部分を、蒸気の注入流を生成するためのオイルリザーバ動作条件まで、加圧及び加熱するステップ；及び二酸化炭素の注入流及び蒸気の注入流を、オイルリザーバの中に注入するステップ、を含む。

一つの態様によれば、燃料電池からの排出流を使用して地下構成の中に流体を注入する方法が提供され、燃料電池はアノード及びカソードを有し、燃料電池は、少なくとも燃料及び水を含むアノード入力流、少なくとも酸素及び二酸化炭素を含むカソード入力流、少なくとも二酸化炭素及び蒸気を含むアノード排出流、並びにカソード排出流を有し、方法は：アノード排出流から水を凝縮及び分離し、水の流れ及び二酸化炭素の流れを生成するステップ；水の流れの第一部分を加熱し、蒸気の流れを生成するステップ；蒸気の流れと燃料を合わせ、アノード入力流を形成するステップ；所望の温度及び圧力まで水の流れの第二部分を加熱及び圧縮することによって、蒸気の注入流を生成するステップ；二酸化炭素の流れ内の二酸化炭素の少なくとも一部分を凝縮させることによって、凝縮二酸化炭素の流れを得るステップ；所望の温度及び圧力まで凝縮二酸化炭素の流れを加熱及び圧縮し、二酸化炭素ガスの注入流を生成するステップ；及び少なくとも二酸化炭素の注入流を地下構成の中に注入するステップ、を含む。

一つの態様によれば、燃料電池を使用して超臨界流体（supercritical fluids）を生成する方法が提供され、燃料電池は、アノード吸入口、アノード排出口、カソード吸入口、及びカソード排出口を有し、燃料電池は、水蒸気及び二酸化炭素を含むアノード排出流を発生させ、方法は：保冷天然ガス供給流を提供するステップ；第一熱交換器において、第一経路内の燃料電池アノード排出流からの二酸化炭素の少なくとも一部分を凝縮させ、第二経路内の保冷天然ガス供給流を加熱し、加熱された保冷天然ガス供給流を生成するステップ；加熱された天然ガス供給流を更に加熱すること、及び加熱された天然ガス供給流を蒸気と混合し、結果として生じる混合物の少なくとも一部分を水素及び二酸化炭素に改質することによって、アノード入力流を生成するステップ；アノード入力流を燃料電池のアノード吸入口に供給するステップ；アノード排出流に一つ又はそれ以上の第三熱交換器を通過させて水蒸気を凝縮させ、凝縮された水蒸気を水分離器内で分離するステップ；凝縮された蒸気を回収し、更なる冷却のためにガス状二酸化炭素及び残留水素を分離するための分離器を提供するステップ；水分離器を出るアノード排出流に一つ又はそれ以上の第四熱交換器を通過させて二酸化炭素の少なくとも一部分を凝縮させ、凝縮された二酸化炭素を二酸化炭素分離器内で分離するステップ；二酸化炭素分離器を出るアノード排出流を空気の流れと混合し、カソード吸入流を生成し、触媒酸化器内でカソード吸入流を所望のカソード吸入温度まで予熱するステップ；カソード吸入流をカソード吸入口に供給するステップ；凝縮された二酸化炭素を加圧及び加熱し、二酸化炭素の超臨界状態を達成するステップ、凝縮された水蒸気の一部分を加圧及び加熱し、加熱された天然ガス供給流と混合するための蒸気を生成するステップ；及び凝縮された水蒸気の更なる一部分を加圧及び加熱し、蒸気の超臨界状態を達成するステップ、を含む。

一つの態様によれば、燃料電池を使用して超臨界流体を生成する方法が提供され、燃料電池は、アノード吸入口、アノード排出口、カソード吸入口、及びカソード排出口を有し、方法は：燃料電池を動作させて、水蒸気及び二酸化炭素を含むアノード排出流を発生させるステップ；アノード排出流から水を凝縮及び分離し、水の流れ及び二酸化炭素の流れを生成するステップ；水の流れの第一部分を加熱し、蒸気の流れを生成するステップ；蒸気の流れ及び燃料を合わせて、アノード入力流を形成するステップ；二酸化炭素の流れ内の二酸化炭素の少なくとも一部分を凝縮させることにより、凝縮二酸化炭素の流れを得るステップ；及び超臨界状態まで、水の流れの第二部分及び凝縮二酸化炭素の少なくとも一部分、のうちの少なくとも一つを加熱及び圧縮するステップ、を含む。

本方法は、適宜、以下の態様の内の一つ又はそれ以上を含んでもよい：水の流れの第二部分及び凝縮二酸化炭素の少なくとも一部分は、各々の目標の温度及び圧力まで、それぞれ加熱される；所望の温度及び圧力は、少なくとも一つの流体の超臨界状態を含む；目標の温度及び圧力は、オイル生産を高めるために適した温度及び圧力を含む；アノード入力流の燃料は、天然ガスなどの炭化水素の流れを含んでもよい；天然ガスは、天然ガスの供給部（supply）から得られてもよく、天然ガスの供給部は、二酸化炭素の部分を凝縮させて凝縮二酸化炭素の流れを形成するための冷媒として使用されている；天然ガスの供給部は、液体天然ガス（ＬＮＧ）タンクであってもよい；天然ガスの供給部は、天然ガスの加圧された流れであってもよく、天然ガスの加圧された流れは、低温を生成するために、膨張させられ、冷却されてもよい；天然ガスの供給部は、冷凍プラントと、凝縮器及び空気冷却器とのうちの少なくとも一つを通過（passed through）させられてもよい；二酸化炭素の流れは、流れの圧力エンタルピー線図を使用して、所望の動作特性を満たすように圧縮されてもよい；方法は、二酸化炭素の注入流及び蒸気の注入流を用いて、含油の構成（oil bearing formation）の中に水及び溶媒のうちの少なくとも一つを注入するステップを更に含んでもよい；凝縮後、二酸化炭素の流れは、凝縮二酸化炭素の流れ及び二酸化炭素のカソード流に分けられてもよい；方法は、酸素と二酸化炭素のカソード流を合わせて、カソード入力流を形成するステップを更に含んでもよい；カソード入力流を形成するステップは、二酸化炭素の第一の流れと大気空気を合わせるサブステップを含んでもよい；アノード排出流は残留水素を更に含んでもよく、二酸化炭素のカソード流は残留水素を更に含んでもよい；カソード入力流を形成するステップは、炭化水素及び残留水素によって燃料供給される（fuelled）燃焼加熱器内で二酸化炭素の第一の流れ及び酸素を予熱するサブステップを更に含んでもよい；また、方法は、捕捉された二酸化炭素の供給源からカソード入力流に二酸化炭素を供給するステップを更に含んでもよい。

本発明のこれら及び他の特徴は、添付の図面への参照がなされる以下の記述から、より明らかになるであろう。図面は説明の目的のみのためのものであり、本発明の範囲を図示された特定の実施形態又は複数の実施形態に限定するように何ら意図されていない。
アノード排出流の水、二酸化炭素及び熱エネルギーが回収されている、燃料電池の模式図である。 分離されたアノード排出流における圧縮ステップを用いる、燃料電池アノード排出流を回収する代替的な方法の模式図である。 膨張器／発電機（expander/generator）の代わりに燃料電池天然ガス供給部における減圧弁を用いる、燃料電池アノード排出流を回収する代替的な方法の模式図である。 冷媒天然ガス供給部を生成するために、減圧弁の前に、燃料電池天然ガス供給部を圧縮し周囲空気熱交換器を使用する、燃料電池アノード排出流を回収する代替的な方法の模式図である。 減圧弁の後に燃料電池天然ガス供給部に追加的な冷却を提供する、燃料電池アノード排出流を回収する代替的な方法の模式図である。 燃料電池の天然ガス供給部として液体天然ガス（ＬＮＧ）を使用する、燃料電池アノード排出流を回収する代替的な方法の模式図である。 バイオガスなどの、燃料の代替的な供給源によって燃料供給される燃料電池の模式図である。 流体の外部供給源から超臨界流体流を生成するために使用される燃料電池の模式図である。 オイル生産リザーバへの注入のためにアノード排出流の水、二酸化炭素及び熱エネルギーが回収されている、燃料電池の模式図である。 分離されたアノード排出流における圧縮ステップを用いる、燃料電池アノード排出流を回収する代替的な方法の模式図である。 膨張器／発電機の代わりに燃料電池天然ガス供給部における減圧弁を用いる、燃料電池アノード排出流を回収する代替的な方法の模式図である。 冷媒天然ガス供給部を生成するために、減圧弁の前に、燃料電池天然ガス供給部を圧縮し周囲空気熱交換器を使用する、燃料電池アノード排出流を回収する代替的な方法の模式図である。 減圧弁の後に燃料電池天然ガス供給部に追加的な冷却を提供する、燃料電池アノード排出流を回収する代替的な方法の模式図である。 燃料電池の天然ガス供給部として液体天然ガス（ＬＮＧ）を使用する、燃料電池アノード排出流を回収する代替的な方法の模式図である。 バイオガスなどの、燃料の代替的な供給源によって燃料供給される燃料電池の模式図である。 リザーバへの回収される注入流に水又は溶媒が追加されることを許容する、燃料電池アノード排出流を回収する代替的な方法の模式図である。

これから、燃料電池の排出流から調節された流体を生成するプロセスの記述が与えられるであろう。

図１は、水及び二酸化炭素を含む燃料電池アノード排出流を回収する一つの好ましい方法を描写する。米国のＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｅｎｅｒｇｙによって製造されるＤｉｒｅｃｔ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ（ＤＦＣ）のような燃料電池は、２００３年から利用可能である。最大のＤＦＣ発電プラントは５９ＭＷである。標準的な発電プラントに対するＤＦＣ発電プラントの主要な利点は、高濃度の二酸化炭素及び水を備えるアノード排出ガス流の質量流量がより小さいことであり、容易な回収及び使用を可能にする。

図示された実施例において、天然ガスは、主輸送パイプラインから流れ（stream）１を通って配送され、主輸送パイプライン圧力を低下させる膨張器／発電機２に入り、燃料電池吸入圧力流れ３に合流する。流れ３の温度は、１５ｐｓｉの圧力低下毎に摂氏約１．５から２度だけ下げられる。より冷たい天然ガス流３は、熱交換器４に流入して、その冷たさ（coolth）を流れ２２に与える。天然ガス流５の一部分は、流れ２８を通って送られ、空気予熱器２９にガスを提供する。流れ５の残りは、熱交換器６内で燃料電池カソード排出流３２によって更に加熱される。加熱された燃料電池ガス流７は、蒸気流４５と混合され、流れ８を介してアノード部４７において燃料電池９に入る。燃料電池アノード部４７において、天然ガス／蒸気流８は、最初に改質されて水素及び二酸化炭素を生成し、水素はカソード４６において生成され、電解質層５０を通ってアノード４７まで移される炭酸イオンとの電気化学反応を経る。燃料電池反応は、電流４９及び熱いアノード排出流１０を生成する。カソード４６において生成され、電解質層５０を通ってアノード４７まで移される炭酸イオンは、電気化学的反応を通じて変換されて二酸化炭素に戻る。熱いアノード排出流１０の主成分は、蒸気及び二酸化炭素であり、いくらかの残留水素を伴う。熱いアノード排出流１０は熱交換器１１に入り、その熱のいくらかを水流４１に与える。より冷たいアノード排出流１２は、熱交換器１３内で更に冷却されて、その熱のより多くを二酸化炭素流３７に更に与える。より冷たいアノード排出流１４は、アノード排出流１４の凝縮水成分を分離及び回収するための分離器１５に入る。濃縮された二酸化炭素アノード排出流１６は、分離器１５を出て、熱交換器１７内で二酸化炭素流２５によって更に冷却される。より低温の（colder）濃縮された二酸化炭素アノード排出物１８は、熱交換器１９内で液体二酸化炭素流３６によって更に冷却され、熱交換器２１内で二酸化炭素流２４によって更に冷却され、熱交換器４内での天然ガス流３による更なる冷却が続く。低温の濃縮された二酸化炭素アノード排出流２３は二酸化炭素分離器５１に入り、ここで凝縮二酸化炭素（condensed carbon dioxide）はガス状の二酸化炭素及び残留水素から分離される。ガス状の低温の二酸化炭素流及び残留水素流２４は熱交換器に入り、その冷たさのいくらかをアノード排出流２０に与える。より温かい流れ（warmer stream）２５は熱交換器１７内でアノード排出流１６によって更に加熱され、加熱されたガス状二酸化炭素及び残留水素流２６は、空気予熱器２９において空気流２７と混合され、ここで残留水素は触媒酸化され（catalytically oxidized）、酸化剤流（oxidant stream）３０はカソード４６のために適した温度まで加熱される。燃料電池カソード４６は、空気流２７からの酸素及び流れ２６からの循環された二酸化炭素を消費して、電解質層５０を通って燃料電池アノード４７まで移される炭酸イオンを生成する。熱いカソード排出流は、流れ３１を通って燃料電池カソード４６から出る。主に窒素であって二酸化炭素、水蒸気及び酸素の残留を伴うカソード排出流３１は、熱交換器４４に流入して水流４３を加熱し、流れ４５内に蒸気を生成する。流れ４５内に生成される蒸気は、加熱された天然ガス流７と混合され、混合流８は燃料電池アノード４７改質器（reformer）に送られて水素と二酸化炭素を生成する。カソード排出流３２は、熱交換器６内で更に冷却され、燃料電池アノード天然ガス供給流５を加熱し、流れ３３を通って大気中に排出される。分離器１５からの回収された水流３９は、ポンプ４０に入り、流れ５２の中にポンプされる。循環する水流４３は熱交換器４４に送られ、上で論じられたように燃料電池アノード４７改質器のための蒸気を生成する。水の残りはポンプ５３に入り、ここで加圧されてオイルリザーバのための最適動作圧力に達する。加圧された水流４１は熱交換器１１に入り、所望の圧力及び温度で流れ４２内に蒸気を生成する。回収された二酸化炭素液体流３４は、ポンプ３５に送られ、所望の圧力まで加圧される。加圧された液体二酸化炭素流３６は熱交換器１９を通して送られてその冷たさを与え、より温かい二酸化炭素流３７は熱交換器１３内で所望の温度まで更に加熱される。

本プロセスは、向流熱交換プロセス構成における凝縮によって、燃料電池アノード排出流の水及び二酸化炭素成分の回収を可能にする。回収された流体流は、様々な目的のための特定の条件を満たすために、向流熱交換プロセス構成において、その後加圧及び再加熱されてもよい。

当業者は、上述のプロセスの変形が可能であり、図示されたもの以外の設計が同様のプロセスステップを達成するために使用され得ることを理解するであろう。いくつかの非限定的な実施例が、以下に与えられる。図２を参照すると、プロセスは図１に示されるものに類似している。しかしながら、濃縮二酸化炭素アノード排出流１６は、圧縮機２００で流れ１６を圧縮することによって圧縮されて、より高圧の流れ２０１を生成する。これは、液体としての二酸化炭素回収に関する圧力エンタルピー線図に基づいて、流れ１６における所望の二酸化炭素特性を満たすために使用されてもよい。

図３を参照すると、他の変形例が示されており、ここでは、主輸送天然ガスパイプライン圧供給流１には、天然ガスの圧力を低下させるために、膨張器／発電機の代わりにＪＴ（Ｊｏｕｌｅｓ Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）バルブ３００が設けられている。ＪＴバルブの使用は膨張器／発電機ほど効率的ではないが、それは資本コスト要求を低減し得る代替的な運営の方法である。

図４を参照すると、他の変形例が示されており、ここでは、利用可能な天然ガスのパイプライン圧力が図１のように冷媒天然ガス流を発生させるために要求されるものよりも低い場合に、主輸送天然ガスのパイプライン供給流１の圧力を上昇させるために、圧縮機４００が使用される。より高い圧力の輸送天然ガス供給流４０１は、周囲空気熱交換器４０２によって最初に冷却され、周囲空気冷却されたより高い圧力の天然ガス供給流４０３は、ＪＴ弁４０４を介して減圧されて冷媒天然ガス流４０５を生成する。ＪＴバルブ４０４は、要求されるならは、より冷たい冷媒流４０５を生成するために、膨張器／発電機によって置換されてもよいことが、理解される。

図５を参照すると、他の変形例が示されており、ここでは、天然ガス供給流の冷却特性を高めるために冷凍プラントが使用される。入力流（input stream）３は、熱交換器５００内で冷却されて、天然ガスの冷却された流れ５０１を生成し、次いで、上述のように熱交換器４を通過させられる。熱交換器５００は、冷却回路５０２及び５０３によって冷却され、同様に冷却回路５０２及び５０３は、冷凍ユニット５０４によって冷却される。冷凍ユニット５０４並びにライン５０２及び５０３を通って循環する流体は、特定のプロセスの冷却デマンドを満たすように当業者によって選択されてもよい。

図６を参照すると、他の変形例が示されており、ここでは、天然ガスは、液化天然ガス（ＬＮＧ）ドラム６００から供給される。この選択肢は、天然ガスの供給部がパイプライン又は加圧タンクによって利用可能でないときに、二酸化炭素流２２を凝縮させるために使用され得る利用可能な冷却を向上させる。図示されるように、貯蔵ドラム６００からのＬＮＧは、流れ６０１を通してポンプ６０２の中に送られる。加圧された流れ６０３は、熱交換器４を通して送られ、二酸化炭素流れ２２を凝縮させる。

明らかになるように、システムは、それが容易に入手可能で予測可能な燃料源を提供するため、好ましくは、アノードのための燃料としての天然ガスに基づく。バイオガスのような他の種類の燃料が使用されてもよいことが、理解されるであろう。好ましくは、燃料は、炭化水素供給原料（feedstock）を含むことができ、その例は、本明細書において記述されるプロセスにおいて使用されることができる排出流として水及び二酸化炭素を生成する、メタン、メタノール、バイオガス等を含む。加えて、本明細書において記述される燃料電池は膜を横切る炭酸イオンを生成するが、固体酸化物燃料電池のような、異なる反応を使用して動作する他の燃料電池もまた、使用されることができる。カソード入力は、使用されている特定の燃料電池の要求に応じて多様であってもよい。

図７を参照すると、ライン７００は、バイオガスの供給源を表すために使用されるが、上述のように、他の燃料の供給源も可能であり得る。典型的なバイオガスにおいて、組成物は、約４０％の二酸化炭素、６０％のメタン、及び最大で５％の硫化水素であり得る。そのため、バイオガスは、概して、二酸化炭素及び硫化物成分を除去するために処理されなければならない。二酸化炭素成分を除去することにより、燃料電池９に供給されるバイオガスの量の熱含量が高められる。図７において、除去された二酸化炭素は、ライン７０１を介してカソード入力流の中に導入されてもよい。加えて、二酸化炭素の代替的な供給源は、カソードへの入力流のために使用されるライン７０１を介して提供されてもよい。二酸化炭素の量に応じて、流れ７０１は、流れ２６中の二酸化炭素を補充又は置換してもよい。これは、例えば、異なる産業プロセスによって生成される二酸化炭素の処分（dispose）のために有益であり得る。空気予熱器２９は、二酸化炭素及び空気の温度及び圧力、並びに燃料電池の仕様に応じて、要求されてもよく、要求されなくてもよい。

図２‐７に関して記述された変形例は、設計選択が明らかに互いに排他的である場合を除いて、明示的に描写及び記述されたもの以外の様々な組み合わせで組み合わせられてもよいことが、理解されるであろう。

これから、上述のプロセスがどのように使用され得るかの二つの例が提供されるであろう。

超臨界流体
超臨界流体は、その臨界点を超える温度及び圧力の物質であり、はっきりとした液体相及び気相が存在しない。それは、固体を通って拡散し、臨界点に近い液体のような材料を溶解することができ、圧力又は温度のわずかな変化が密度の変化をもたらし、超臨界流体の多くの特性が制御されることを可能にする。超臨界流体は、それらの特性により、今や食品科学から医薬品、化粧品、ポリマー、粉末、バイオテクノロジー、エネルギー及び環境に至る様々な産業プロセスにおいて、用途を見出している。二酸化炭素及び水は、一般的に使用される主な超臨界流体である。超臨界流体の使用は、製造及びコストによって制限される。上述のプロセスは、様々な産業において様々な目的のために超臨界流体を生成するために使用されてもよい。以下の説明は、超臨界二酸化炭素及び水の生成に関して与えられるが、一方又は他方のみを生成するように、或いは一方又は両方の流れにおいて、時にはその超臨界状態よりも小さい、様々な温度及び圧力を生成するように、プロセスが変更されてもよいことが、理解されるであろう。

先に記述されたシステムにおいて、二酸化炭素流３８は超臨界状態であることができ、それは、一連のポンプを代表してもよいポンプ３５内で所望の圧力まで二酸化炭素を加圧し、各々が一連の熱交換器を代表してもよい熱交換器１９及び１３内で、所望の温度を達成するように、二酸化炭素を加熱することによって達成される。同様に、水流４２は、所望の温度及び圧力まで、ポンプ５２及び５３によって加圧され、熱交換器１１内で加熱された後に、超臨界状態であることができる。上述のシステムは、超臨界流体を生成するために使用されてもよい。これはより効率的なプロセスを結果としてもたらすので、流体を加熱する前に圧力を高めるためにポンプが使用されることが好ましい。

温度及び圧力ポイントが、所望の温度及び圧力を生成するために業界で知られている原理に従って変更されることができるという理解と共に、図１‐７に示されるプロセスの様々な実施例及び変更が、超臨界流体を生成するために所望されるように使用されてもよい。

加えて、図８を参照すると、プロセスはまた、外部の流体を加熱及び加圧して超臨界流体を生成するために使用されてもよい。示されるように、流体の外部の供給源８００は、最初にポンプ８０１で加圧され、加圧された流体８０２は熱交換器８０３内で加熱されて超臨界流体流８０４を生成する。図８のこのプロセス構成の一つの利益は、燃料電池アノード排出流内の利用可能な熱エネルギーから他の超臨界流体を生成する能力である。この変形例は超臨界流体の生成に関して与えられるが、それは、他の領域にも、また超臨界ではない加熱及び／又は加圧された流体を生成するためにも適用され得ることが、理解されるであろう。

オイル生産
これから記述される実施例は、燃料電池アノード排出流からオイル生産場に熱エネルギー、水及び二酸化炭素を供給することができる。本方法は、オイル生産の向上のために蒸気及び／又は溶媒を提供するために異なるアプローチを使用する。本明細書において記述されるシステムは、最適温度及び圧力動作条件で要求される蒸気及び二酸化炭素を配送してオイル粘度を低下させ、オイルリザーバ内のオイル生産を高めるために、燃料電池アノードからの濃縮された熱い排出ガス流を利用する。

現在、地下石油鉱床から重質油又はビチューメンなどの粘性炭化水素を回収するために、様々なプロセスが使用される。典型的には、その場法（現場法）（in situ methods）は、現在の露天採掘技術によって炭化水素を回収することがもはや経済的ではない、５０メートルよりも大きな深さの重質油又はビチューメンにおいて、使用される。その場でのプロセスの動作条件及びリザーバの地質（geology）に依存して、その場でのプロセスは、オイルの２５から７５％を回収することができる。

そのような堆積物（deposits）から炭化水素を生産することに関連する主な焦点は、それがリザーバから生産ウェルパイプラインに流れることができるように、重油のその場での粘度（in situ viscosity）を低下させることである。その場の重油粘度を低下させるための今日の業界の慣習は、蒸気を用いてリザーバ温度を上昇させること及び／又は溶媒を用いて希釈することを伴う。

蒸気支援重力ドレナージ（Ｓｔｅａｍ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｇｒａｖｉｔｙ Ｄｒａｉｎａｇｅ）（ＳＡＧＤ）は、一般的なその場でのオイル回収方法である。ＳＡＧＤは、炭化水素を回収するためにリザーバ内に配置された二つの水平なウェルパイプライン（ウェルペア）を使用する。この方法は、オイルサンド採掘より環境に優しい方法である。ＳＡＧＤプロセスにおいて、二つのウェルパイプラインは方向性の穿孔によって互いに平行に穿孔される。底部（bottom）ウェルパイプラインは生産ウェルパイプラインであり、典型的にはリザーバのベースのすぐ上に位置する。上部（top）ウェルパイプラインは注入ウェルパイプラインであり、典型的には生産ウェルパイプラインの１５から３０フィート上に位置する。上部ウェルパイプラインは、蒸気を表面からリザーバ内に注入する。リザーバ内では、注入された蒸気は注入ウェルパイプラインから流れ、重油又はビチューメンに対してその潜熱を失い、結果として、加熱された重油又はビチューメンの粘度が減少し、加熱された重油は、注入ウェルパイプラインの下に位置する生産ウェルパイプラインに向かって重力下で流れる。４から２０個のあたりのウェルペアが、土地又はパッドの特定の区画に穿孔される。全てのウェルペアは、約３００フィート離れて互いに平行に穿孔され、ウェルペアの半分は一方向に向けられ、ウェルペアの他方の半分は典型的に１８０°反対方向に向いており、リザーバカバレッジを最大化する。注入ウェルパイプラインと生産ウェルパイプラインとの間の１５フィートの間隔は、注入された蒸気の最も効果的な影響力のために、最大のリザーバ生産を可能にする最適な隙間であることが証明されている。注入ウェルパイプラインと生産ウェルパイプラインとの間の間隔は１５フィートで計画されているが、いくつかのウェルは３０フィートもの高さの隙間を有し、その特定の領域からの生産能力は低下する。典型的に、ＳＡＧＤプロセスは、その蒸気対オイル比（Ｓｔｅａｍ ｔｏ Ｏｉｌ Ｒａｔｉｏ）（ＳＯＲ）が３又はそれ以下であれば、熱効率が良いと考えられる。ＳＡＧＤプロセスは、生産されるビチューメン１バレルあたり、蒸気を発生させるために、約１，２００立方フィートの天然ガスを要求する。カナダ国立エネルギー委員会（Ｃａｎａｄａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｂｏａｒｄ）（ＮＥＢ）は、ＳＡＧＤ法によって１バレルのビチューメンを生産するために＄１８‐＄２２の資本コストを見積もっている。ＳＡＧＤプロセスでの蒸気発生のための水要求の高い割合は、業界に水消費を低減するための代替的なプロセスを考察することを余儀なくさせている。

蒸気使用を低減するための一つの代替的なプロセスは、ＳＡＧＤプロセスの拡張であって、蒸気と非凝縮性ガスがリザーバの中に同時注入される（co-injected）、蒸気及びガス押出し（Ｓｔｅａｍ ａｎｄ Ｇａｓ Ｐｕｓｈ）（ＳＡＧＰ）である。非凝縮性ガスは絶縁層を提供し、プロセスの熱効率を改善し、蒸気要求の低減を結果としてもたらす。

蒸気使用に取って代わるための他の代替的なプロセスは、溶媒がリザーバの中に注入される蒸気抽出プロセス（Ｖａｐｏｕｒ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ）（ＶＡＰＥＸ）である。ＳＡＧＤと同様に、それはリザーバ内に配置された二つの水平なウェルパイプラインから構成され、一方、上部ウェルは注入ウェルパイプラインであり、底部ウェルは生産ウェルパイプラインである。ＶＡＰＥＸにおいては、蒸気の代わりにプロパンのようなガス状の溶媒がリザーバの中に注入される。注入された溶媒は凝縮し、重質油又はビチューメンと混合して希釈し、その粘度を低減する。重力の作用の下で、溶媒とビチューメンとの混合物は、生産ウェルパイプラインに向かって流れ、表面にポンプされる。ＶＡＰＥＸプロセスの主な懸案事項は、リザーバへの有意な溶媒損失をどのように制御するかであり、その経済性に大きな影響力を有する。

より最近、燃焼支援重力ドレナージ（Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｇｒａｖｉｔｙ Ｄｒａｉｎａｇｅ）やトウ・ツー・ヒール空気注入（Ｔｏｅ ｔｏ Ｈｅｅｌ Ａｉｒ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）（ＴＨＡＩ）などの新しいプロセスが、大気中に排気物が放出されないために、より環境に配慮したものとして推進されている。これらのプロセスは、リザーバを加熱するために、その場での燃焼を維持するためにリザーバの中に燃焼空気を圧縮することによって、その場での燃焼を利用する。記述されたプロセスの全てにおいて、目的は、粘度を低減し、生産ウェルパイプラインへのオイルの流れを増加させることである。

他のプロセスは注入ウェル及び生産ウェルを伴い、それらの両方が垂直である。水、二酸化炭素、又はその両方の組み合わせが、注入ウェルを加圧し、オイルを表面下の含油の構成から生産ウェルに流すために使用されてもよい。これは、“ハフ・パフ（huff and puff）”プロセスと呼ばれることがある。

今記述されているシステムは、燃料電池アノード排出流を回収する改善された方法を可能にし、ここでは、二酸化炭素の持ち込み、及び、オイルを加熱し、粘度を下げてオイル生産を高めるための、オイルリザーバの中への注入のための蒸気発生の現在の慣行に置き換わる、その場での即座の（immediate）使用のために、成分及びその熱エネルギーの両方が回収される。この新しい方法は、典型的に発電プラントの副産物として大気中に放出される水及び二酸化炭素の排出ガス流を回収し、オイル生産リザーバの熱的要求を実質的に改善する。したがって、方法の適用の説明は、一つの例として考慮されるべきである。

ダウンホール動作における使用のために変更されたプロセスが、図９‐１５に示される。プロセスは図１‐７に関連して記述されたものに類似しているが、合わせられてダウンホール注入流４８になる二酸化炭素流３８及び水流４２を示すように変更されている。特に、加圧された水流４１は、熱交換器１１に入り、流れ４２中の蒸気を生成し、加熱された二酸化炭素流３８と混合される。回収された二酸化炭素液体流３４は、ポンプ３５に送られ、最適なオイルリザーバ動作圧力を満たすように加圧される。加圧された液体二酸化炭素流３６は、熱交換器１９を通して送られてその冷たさを与え、より温かい二酸化炭素流３７は熱交換器１３内で更に加熱される。次いで、混合された蒸気及び熱い二酸化炭素混合物は、流れ４８を通してオイルリザーバの中に注入されてもよい。調節された蒸気及び二酸化炭素はまた、別個の流れでダウンホールに注入されてもよいことが、理解されるであろう。

変形例が図１６に示されている。この変形例において、水又は溶媒の外部の供給源１６００は、熱交換器１６０１内で加熱され、流れ１６０２を通過させられ、オイルリザーバの中への注入のために、流れ３８からの二酸化炭素及び流れ４２からの蒸気と共に流れ４８の中に混合される。このプロセス構成の一つの利益は、燃料電池アノード排出物によって発生させられる温度が、典型的に、ＳＡＧＤ動作のために生成される一般的な産業用蒸気温度の２倍高いため、より多くの蒸気又は溶媒をリザーバに加える能力である。この温度の差は、オイルリザーバの中に注入される燃料電池アノード排出量（mass）への水又は溶媒の追加を可能にする。この変形例は、超臨界流体を含み得る調節された流体に添加剤を導入することが有益であり得る他の目的のためにも変更及び適用され得ることが、理解されるであろう。

本明細書において記述された方法は、発電プラントにおける燃料電池アノード排出流からの成分及び熱エネルギーの効率的な回収を可能にして、オイル生産を高めるための蒸気及び／又は溶媒を提供する。これは、オイル生産を向上するためのオイルリザーバの刺激のための、蒸気発生及び購入された二酸化炭素の現在の慣行に全体的又は部分的に置き換えるために使用されてもよい。本方法はまた、二酸化炭素流れがダウンホールに注入される二酸化炭素隔離のような、他のダウンホールの目的のために使用されてもよい。水流は、他の使用のために転換され得るように、本実施例においてはダウンホールに注入されないであろう、また、二酸化炭素流は同じ温度に加熱されなくてもよく、熱エネルギーが他の目的のために使用されることを可能にするであろう。

ＳＡＧＤ型の動作（operation）、又はオイルの粘度を改善することがゴールである動作において、二酸化炭素及び水の流れをダウンホールに注入する場合には、単に熱をオイルに伝えることを超える利益があり得る。例えば、いくつかの状況において、二酸化炭素は、油と混合してその粘度を低下させ得る。他の状況において、二酸化炭素と水が反応して炭酸を生成することがあり、これが構成を開き、オイルの流れを増加させるのに役立ち得る。他の状況において、燃料電池の生成物は、ライターオイルを生産するためのその場でのクラッキング生成（cracking production）などの他の生産技術において使用されてもよい。燃料電池によって生成される高温及び電気エネルギーは、水素化分解ダウンホール（hydrocracking downhole）を促進するための好ましい条件を発生させるために、又はオイルの生産速度を増大させ得るか若しくは生産されている油の価値を増大させ得る他の反応において、使用されてもよい。いくつかの技術は追加の反応物を要求してもよく、二酸化炭素及び／又は水と共にダウンホール注入されるべき必要な成分を生成、加熱又は他の方法で調節して所望のダウンホール反応を達成するために、本明細書において記述されたシステムがどのように適合され得るかが、当業者にとって明らかであろう。

現在の業界の慣行は、蒸気発生に備えて最初に水を処理することであり、これはボイラーのスケーリングの懸念により、かなりの費用がかかる。第二に、生成される蒸気温度は、動作圧力における蒸発温度によって制限されてボイラーのスケーリングを最小化し、一回通過ボイラーが好ましく、結果として湿った蒸気が生じる。

本明細書において記述される方法は、水素と炭酸イオンとの電気化学反応によって、二酸化炭素及び蒸気の流れを発生させ、それは、凝縮され、回収され、ポンプされ、オイルの生産を高めるためのオイルリザーバ最適動作条件まで再加熱される。

他の実施例
上で提示された実施例は、概して、産業プロセスでの使用又は販売のいずれかのために電気を生成するために、並びに、そうでなければ燃料電池からの廃棄物の流れであると考えられるであろうものから、生成することが高価な加熱及び加圧された流体を生成するために、燃料電池の生成物を使用することから利益を得ることができる、二つの産業プロセスに関する。

本明細書において記述されたアプローチから利益を得ることができる他の産業プロセスが存在することが、理解されるであろう。例えば、本プロセスは、オイルアップグレーダー（oil upgrader）において使用され得る超臨界水を生成するために使用されてもよい。代替的に、超臨界未満の温度及び圧力の流体が他のプロセスにおける使用を見出してもよい。

この特許文献において、語“含む（comprising）”は、その非限定的な観念で使用され、その語に続く項目が含まれるが、具体的に言及されていない項目は除外されないことを意味する。不定冠詞“ある（ａ）”による要素への参照は、唯一の要素が存在することを文脈が明確に要求しない限り、一つより多くの要素が存在する可能性を排除しない。
特許請求の範囲は、実施例に記載された好ましい実施形態によって限定されるべきではなく、全体としての記述と一貫する、広く目的にかなった解釈が与えられるべきである。

Claims (20)

1. 燃料電池を使用して温度及び圧力が調節された流体を生成する方法であって、前記燃料電池は、アノード吸入口、アノード排出口、カソード吸入口、及びカソード排出口を有し、当該方法は：
   前記燃料電池を動作させて、水蒸気及び二酸化炭素を含むアノード排出流を発生させるステップ；
   前記アノード排出流から水を凝縮及び分離し、水の流れ及び二酸化炭素の流れを生成するステップ；
   前記水の流れの第一部分を加熱し、蒸気の流れを生成するステップ；
   前記蒸気の流れ及び前記燃料を合わせて、アノード入力流を形成するステップ；
   前記二酸化炭素の流れ内の二酸化炭素の少なくとも一部分を凝縮させることにより、凝縮二酸化炭素の流れを得るステップ；及び
   前記水の流れの第二部分及び前記凝縮二酸化炭素の流れの少なくとも部分についての目標の温度及び圧力まで、前記水の流れの第二部分及び前記凝縮二酸化炭素の流れの少なくとも部分の少なくとも１つを加熱及び加圧するステップであって、ここで 前記水の流れの第二部分は、前記アノード排出流により第一熱交換器で加熱され、及び 前記凝縮二酸化炭素の流れの少なくとも部分は、前記アノード排出流により第二熱交換器及び第三熱交換器で加熱され、 ここで、前記第二熱交換器及び前記第三熱交換器は各々前記アノード排出流を冷却する、
   を含む、方法。
2. 前記水の流れの第二部分及び前記凝縮二酸化炭素の前記少なくとも一部分は、各々の目標の温度及び圧力まで、それぞれ加熱される、請求項１に記載の方法。
3. 所望の温度及び圧力は、前記少なくとも一つの流体の超臨界状態を含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記目標の温度及び圧力は、オイル生産を高めるために適した温度及び圧力を含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
5. 前記アノード入力流の前記燃料は、炭化水素の流れを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記炭化水素の流れは、天然ガスの供給部から得られ、前記天然ガスの供給部は、前記二酸化炭素の一部分を凝縮させて凝縮二酸化炭素の前記流れを形成するための冷媒として使用されている、請求項５に記載の方法。
7. 前記天然ガスの供給部は、液体天然ガス（ＬＮＧ）タンクである、請求項６に記載の方法。
8. 前記天然ガスの供給部は、天然ガスの加圧された流れであり、前記天然ガスの加圧された流れは、低温を生成するために、膨張させられ、冷却される、請求項６に記載の方法。
9. 前記天然ガスの供給部は、冷凍プラントと、凝縮器及び空気冷却器とのうちの少なくとも一つを通過させられる、請求項６に記載の方法。
10. 前記目標の温度及び圧力は、各流体の圧力エンタルピー線図を使用して、所望の流体特性を満たすように制御される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 凝縮後、前記二酸化炭素の流れは、前記凝縮二酸化炭素の流れ及び二酸化炭素のカソード流に分けられる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 酸素と前記二酸化炭素のカソード流を合わせて、カソード入力流を形成するステップを更に含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
13. カソード入力流を形成するステップは、二酸化炭素の第一の流れと大気空気を合わせるサブステップを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記アノード排出流は残留水素を更に含み、前記二酸化炭素のカソード流は前記残留水素を更に含む、請求項１２又は請求項１３に記載の方法。
15. カソード入力流を形成するステップは、炭化水素及び前記残留水素によって燃料供給される燃焼加熱器内で前記二酸化炭素の第一の流れ及び酸素を予熱するサブステップを更に含む、請求項１４に記載の方法。
16. 捕捉された二酸化炭素の供給源からカソード入力流に二酸化炭素を供給するステップを更に含む、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の方法。
17. オイルの生産を高めるために、オイルリザーバへの注入の前に天然ガス駆動燃料電池からのアノード排出流を凝縮、回収、ポンプ及び再加熱する方法であって、前記天然ガス駆動燃料電池は、アノード、カソード及びカソード排出流を有し、前記アノード排出流は、水蒸気、二酸化炭素及び残留水素を含み、当該方法は：
    保冷天然ガス供給流を提供するステップ；
    前記保冷天然ガス供給流及び燃料電池アノード排出流に第一熱交換器を通過させて、前記保冷天然ガス供給流を加熱して、燃料電池天然ガス流を生成するステップ；
    前記アノード排出流を冷却して、前記アノード排出流からの蒸気成分を凝縮及び分離するステップ；
    前記アノード排出流を冷却して、さらに、前記アノード排出流からの前記二酸化炭素の少なくとも一部分を凝縮及び分離し、凝縮二酸化炭素流と、二酸化炭素及び残留水素の流れを生成するステップ；
    前記二酸化炭素及び残留水素の流れを、カソード入力流の中に混合される入力空気流と合わせるステップであり、前記カソード入力流は、前記天然ガス駆動燃料電池のカソードの前記カソードに入力される前に触媒酸化器内で予熱されている、ステップ；
    前記凝縮二酸化炭素流を、二酸化炭素の注入流を生成するためのオイルリザーバ動作条件まで、加圧及び加熱するステップであって、前記凝縮二酸化炭素流は、前記凝縮二酸化炭素流に前記アノード排出流を冷却させるのに用いられる１又はそれ以上の熱交換器を通過させることにより、加熱される、ステップ；
    前記凝縮された蒸気の第一部分を加圧及び加熱し、蒸気のアノード入力流を生成するステップ；
    蒸気の前記アノード入力流を、燃料電池天然ガス流が加熱された天然ガスの供給部と混合し、アノード入力流を生成するステップ；
    前記凝縮された蒸気の第二部分を、蒸気の注入流を生成するためのオイルリザーバ動作条件まで、加圧及び加熱するステップ；及び
    前記二酸化炭素の注入流及び前記蒸気の注入流を、前記オイルリザーバの中に注入するステップ、
    を含む、方法。
18. 燃料電池からの排出流を使用して地下構成の中に流体を注入する方法であって、前記燃料電池はアノード及びカソードを有し、前記燃料電池は、少なくとも燃料及び水を含むアノード入力流、少なくとも酸素及び二酸化炭素を含むカソード入力流、少なくとも二酸化炭素及び蒸気を含むアノード排出流、並びにカソード排出流を有し、当該方法は：
    前記アノード排出流を冷却して、前記アノード排出流から水を凝縮及び分離し、水の流れを生成するステップ；
    前記水の流れの第一部分を加熱し、蒸気の流れを生成するステップ；
    前記蒸気の流れと前記燃料を合わせ、前記アノード入力流を形成するステップ；
    所望の温度及び圧力まで前記水の流れの第二部分を加熱及び加圧することによって、蒸気の注入流を生成するステップ；
    前記アノード排出流を冷却することにより、凝縮二酸化炭素の流れを得て、前記アノード排出流内の前記二酸化炭素の少なくとも一部分をさらに凝縮及び分離させるステップ；
    所望の温度及び圧力まで前記凝縮二酸化炭素の流れを加熱及び加圧し、二酸化炭素ガスの注入流を生成するステップであって、前記凝縮二酸化炭素流は、前記凝縮二酸化炭素流に前記アノード排出流を冷却させるのに用いられる１又はそれ以上の熱交換器を通過させることにより、加熱される、ステップ；及び
    少なくとも前記二酸化炭素の注入流を前記地下構成の中に注入するステップ、
    を含む、方法。
19. 燃料電池を使用して超臨界流体を生成する方法であって、前記燃料電池は、アノード吸入口、アノード排出口、カソード吸入口、及びカソード排出口を有し、前記燃料電池は、水蒸気及び二酸化炭素を含むアノード排出流を発生させ、当該方法は：
    冷媒天然ガス供給流を提供するステップ；
    第一熱交換器において、第一経路内の前記燃料電池の前記アノード排出流からの前記二酸化炭素の少なくとも一部分を凝縮させ、第二経路内の前記冷媒天然ガス供給流を加熱し、加熱された冷媒天然ガス供給流を生成するステップ；
    前記加熱された天然ガス供給流を更に加熱すること、及び前記加熱された天然ガス供給流を蒸気と混合し、結果として生じる混合物の少なくとも一部分を水素及び二酸化炭素に改質することによって、アノード入力流を生成するステップ；
    前記アノード入力流を前記燃料電池の前記アノード吸入口に供給するステップ；
    前記アノード排出流に一つ又はそれ以上の第三熱交換器を通過させて前記水蒸気を凝縮させ、前記凝縮された水蒸気を水分離器内で分離するステップ；
    前記アノード排出流から前記凝縮された蒸気を分離するための水分離器を提供するステップ；
    前記水分離器を出る前記アノード排出流に一つ又はそれ以上の第四熱交換器を通過させて前記二酸化炭素の少なくとも一部分を凝縮させ、前記凝縮された二酸化炭素を二酸化炭素分離器内で分離するステップ；
    前記二酸化炭素分離器を出る前記アノード排出流を空気の流れと混合し、カソード吸入流を生成し、触媒酸化器内で前記カソード吸入流を所望のカソード吸入温度まで予熱するステップ；
    前記カソード吸入流を前記カソード吸入口に供給するステップ；
    前記凝縮された水蒸気の一部分を加圧及び加熱することによって、前記加熱された天然ガス供給流と混合するための蒸気を生成するステップ、
    流体ポンプ、１又はそれ以上の前記第三熱交換器、及び１又はそれ以上の第四熱交換器を用いるステップ；
    前記凝縮された二酸化炭素を加圧及び加熱し、二酸化炭素の超臨界状態を達成するステップ；及び
    前記凝縮された水蒸気の更なる一部分を加圧及び加熱し、蒸気の超臨界状態を達成するステップ、
    を含む、方法。
20. 燃料電池を使用して超臨界流体を生成する方法であって、前記燃料電池は、アノード吸入口、アノード排出口、カソード吸入口、及びカソード排出口を有し、当該方法は：
    前記燃料電池を動作させて、水蒸気及び二酸化炭素を含むアノード排出流を発生させるステップ；
    前記アノード排出流を冷却して、前記アノード排出流から水を凝縮及び分離し、水の流れを生成するステップ；
    前記水の流れの第一部分を加熱し、蒸気の流れを生成するステップ；
    前記蒸気の流れ及び燃料を合わせて、アノード入力流を形成するステップ；
    前記アノード排出流を冷却することにより、凝縮二酸化炭素の流れを得て、前記アノード排出流内の前記二酸化炭素の少なくとも一部分をさらに凝縮及び分離させるステップ；及び
    超臨界状態まで、前記水の流れの第二部分及び前記凝縮二酸化炭素の少なくとも一部分、のうちの少なくとも一つを加熱及び加圧するステップ、であって、前記水の流れの第二部分及び前記凝縮二酸化炭素の少なくとも一部分は、アノード排出流を冷却するための１又はそれ以上の熱交換器で加熱される、ステップ、
    を含む、方法。

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