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
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Description
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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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