JPH11126628A - Fuel cell power generating device fitted with carbon deposition preventing device - Google Patents
Fuel cell power generating device fitted with carbon deposition preventing deviceInfo
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- JPH11126628A JPH11126628A JP9291992A JP29199297A JPH11126628A JP H11126628 A JPH11126628 A JP H11126628A JP 9291992 A JP9291992 A JP 9291992A JP 29199297 A JP29199297 A JP 29199297A JP H11126628 A JPH11126628 A JP H11126628A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アノード排ガス中
の一酸化炭素を二酸化炭素に変換し通過する機器への炭
素析出を防止する炭素析出防止装置付燃料電池発電装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power generator equipped with a carbon deposition preventing device for converting carbon monoxide in anode exhaust gas to carbon dioxide and preventing carbon deposition on equipment passing therethrough.
【０００２】[0002]
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率で環境
への影響が少ないなど、従来の発電装置にない特徴を有
しており、水力、火力、原子力に続く発電システムとし
て注目を集め、現在鋭意研究が進められている。2. Description of the Related Art Molten carbonate fuel cells have features not found in conventional power generators, such as high efficiency and low environmental impact, and have attracted attention as power generation systems following hydro, thermal and nuclear power. Currently, intensive research is underway.
【０００３】図３は都市ガスを燃料とする溶融炭酸塩型
燃料電池を用いた発電設備の一例を示す図である。同図
において、発電設備は、蒸気と混合した燃料ガス（都市
ガス）を水素を含むアノードガスに改質する改質器２２
と、酸素を含むカソードガスと水素を含むアノードガス
とから発電する燃料電池２０とを備えており、改質器２
２で作られるアノードガスはアノードガスライン２によ
り燃料電池２０に供給され、燃料電池２０の中でその大
部分を消費してアノード排ガスとなり、アノード排ガス
ライン４により燃焼用ガスとして改質器２２の燃焼室へ
供給される。FIG. 3 is a diagram showing an example of a power generation facility using a molten carbonate fuel cell using city gas as fuel. In the figure, a power generation facility is a reformer 22 for reforming a fuel gas (city gas) mixed with steam into an anode gas containing hydrogen.
And a fuel cell 20 that generates power from a cathode gas containing oxygen and an anode gas containing hydrogen.
The anode gas produced in the fuel cell 20 is supplied to the fuel cell 20 by the anode gas line 2, and the most of the anode gas is consumed in the fuel cell 20 to become an anode exhaust gas. It is supplied to the combustion chamber.
【０００４】燃焼室ではアノード排ガス中の可燃成分
（水素、一酸化炭素、メタン等）を、酸素を含むカソー
ド排ガスとともに燃焼して高温の燃焼排ガスを生成し、
改質器２２の加熱室を加熱し、改質室で改質触媒により
燃料ガスを改質してアノードガスとする。アノードガス
は燃料予熱器２４によって燃料ガスライン１を流れる蒸
気と混合した燃料ガスと熱交換し、燃料電池２０のアノ
ードに供給される。また燃焼室を出た燃焼排ガスは炭酸
ガスリサイクルライン７で炭酸ガスリサイクルブロワ３
２によりカソードに供給される。燃焼排ガスには多量の
炭酸ガスが含まれており、電池反応に必要な炭酸ガスの
供給源となる。空気ライン８からの空気が炭酸ガスリサ
イクルブロワ３２の出側に供給されカソードの電池反応
に必要な酸素を供給する。カソードから排出されるカソ
ード排ガスの一部は循環ライン３によりカソードに供給
される。このカソード排ガスと燃焼排ガスと空気が混合
してカソードガスとなりカソードに供給される。In the combustion chamber, combustible components (hydrogen, carbon monoxide, methane, etc.) in the anode exhaust gas are burned together with the cathode exhaust gas containing oxygen to produce high-temperature combustion exhaust gas.
The heating chamber of the reformer 22 is heated, and the fuel gas is reformed by the reforming catalyst in the reforming chamber to become anode gas. The anode gas exchanges heat with the fuel gas mixed with the steam flowing through the fuel gas line 1 by the fuel preheater 24, and is supplied to the anode of the fuel cell 20. The flue gas discharged from the combustion chamber is passed through a carbon dioxide gas recycling line 7 to a carbon dioxide gas recycling blower 3.
2 to the cathode. The combustion exhaust gas contains a large amount of carbon dioxide, and serves as a supply source of carbon dioxide required for the battery reaction. Air from the air line 8 is supplied to the outlet side of the carbon dioxide gas recycle blower 32 to supply oxygen required for a cathode cell reaction. Part of the cathode exhaust gas discharged from the cathode is supplied to the cathode by the circulation line 3. The cathode exhaust gas, the combustion exhaust gas, and the air are mixed to form a cathode gas, which is supplied to the cathode.
【０００５】このカソードガスは燃料電池２０内で電池
反応して高温のカソード排ガスとなり、一部は循環ライ
ン３によりカソードを循環し、他の一部はカソード排ガ
スライン５により改質器２２の燃焼室に供給され、残部
は排熱利用ライン６で空気を圧縮する圧縮機を駆動する
タービン圧縮機２８で動力を回収した後、さらに排熱回
収蒸気発生装置３０で熱エネルギを回収して系外に排出
される。なお、この排熱回収蒸気発生装置３０で発生し
た蒸気が蒸気ライン９により燃料ガスライン１に入り、
燃料ガスと混合して改質器２２に送られる。The cathode gas undergoes a cell reaction in the fuel cell 20 to produce a high-temperature cathode exhaust gas. A part of the cathode gas is circulated through the circulation line 3 and the other part is burned in the reformer 22 by the cathode exhaust line 5. The power is recovered by a turbine compressor 28 that drives a compressor that compresses air in a waste heat utilization line 6, and the rest is recovered by a waste heat recovery steam generator 30 to recover thermal energy. Is discharged. The steam generated by the exhaust heat recovery steam generator 30 enters the fuel gas line 1 via the steam line 9,
The mixture with the fuel gas is sent to the reformer 22.
【０００６】アノード排ガスライン４には、アノードよ
り排出された高温のアノード排ガスを冷却する熱交換器
３６と、冷却されたアノード排ガスをさらに冷却するガ
ス冷却器３８と、冷却されたアノード排ガスから水分を
分離する気水分離器４０と、水分を分離されたアノード
排ガスを熱交換器３６で加熱して燃焼室に送り込む排ガ
スブロワ４２が設けられている。気水分離器４０で分離
された水分は排熱回収蒸気発生装置３０で蒸気になる。The anode exhaust gas line 4 includes a heat exchanger 36 for cooling the high-temperature anode exhaust gas discharged from the anode, a gas cooler 38 for further cooling the cooled anode exhaust gas, and a water cooler for cooling the anode exhaust gas. And an exhaust gas blower 42 which heats the anode exhaust gas from which water has been separated by the heat exchanger 36 and sends it to the combustion chamber. The water separated by the steam separator 40 becomes steam in the exhaust heat recovery steam generator 30.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】アノード排ガスの水分
を排熱回収蒸気発生装置３０で蒸気にするため、熱交換
器３６、ガス冷却器３８で冷却し、気水分離器４０で水
分を分離した後、再び熱交換器３６で加熱して燃焼室に
供給する。この水分を分離した後のアノード排ガスは、
水蒸気分圧が低下しており熱交換器３６で加熱されると
次のような反応により炭素が熱交換器３６に析出し、熱
交換器３６の運転に支障がでる。 ブドワール反応： ２ＣＯ→Ｃ＋ＣＯ2 デューキング反応：Ｈ2 ＋ＣＯ→Ｃ＋Ｈ2 Ｏ この炭素析出は水蒸気分圧が低下しＣＯ分圧が高くなっ
たことにより発生し易くなる。In order to convert the water in the anode exhaust gas into steam in the exhaust heat recovery steam generator 30, the water is cooled by the heat exchanger 36 and the gas cooler 38, and the water is separated by the steam separator 40. After that, it is heated again by the heat exchanger 36 and supplied to the combustion chamber. The anode exhaust gas after separating this water is:
If the partial pressure of water vapor is lowered and heated in the heat exchanger 36, carbon is deposited on the heat exchanger 36 by the following reaction, which hinders the operation of the heat exchanger 36. Budoir reaction: 2CO → C + CO 2 Duking reaction: H 2 + CO → C + H 2 O This carbon precipitation is more likely to occur due to a decrease in steam partial pressure and an increase in CO partial pressure.
【０００８】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
で、アノード排ガスに含まれるＣＯを他に変換して炭素
析出を防止する燃料電池発電装置を提供することを目的
とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a fuel cell power generator which converts CO contained in an anode exhaust gas to another to prevent carbon deposition.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、カソードとアノードからなり
酸素を含むカソードガスと水素を含むアノードガスから
発電する燃料電池と、水蒸気を含む燃料ガスを水素を含
むアノードガスに改質しアノードに供給する改質器と、
前記アノードから排出されるアノード排ガスを熱交換器
で冷却し気水分離器で水分を分離し前記熱交換器で加熱
した後燃焼用ガスとして前記改質器に供給するアノード
排ガスラインと、前記熱交換器と気水分離器の間に設け
られアノード排ガス中の一酸化炭素と水分を二酸化炭素
と水素ガスに変換するシフトコンバータと、を備える。In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell comprising a cathode and an anode, generating electricity from a cathode gas containing oxygen and an anode gas containing hydrogen, and a fuel cell containing steam. A reformer for reforming the gas to an anode gas containing hydrogen and supplying the reformed gas to the anode;
An anode exhaust gas line for cooling the anode exhaust gas discharged from the anode with a heat exchanger, separating water with a steam separator, heating the heat with the heat exchanger and then supplying the reformed gas as a combustion gas to the reformer; A shift converter provided between the exchanger and the steam separator for converting carbon monoxide and moisture in the anode exhaust gas into carbon dioxide and hydrogen gas.
【００１０】アノード排ガスを熱交換器で冷却した後、
含まれる一酸化炭素と水分を二酸化炭素と水素ガスに変
換することにより、気水分離器で水分を分離した後のア
ノード排ガスを熱交換器で加熱しても、一酸化炭素はほ
とんど含まれていないので、熱交換器に炭素析出が生じ
るのを防止できる。After cooling the anode exhaust gas with a heat exchanger,
By converting the contained carbon monoxide and water to carbon dioxide and hydrogen gas, even if the anode exhaust gas after water separation by the steam separator is heated by a heat exchanger, carbon monoxide is almost contained. Therefore, carbon deposition can be prevented from occurring in the heat exchanger.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の構
成図である。本図において図３と同一機能を有するもの
は同一符号で表す。燃料電池２０は、水素を含むアノー
ドガスをアノードガスライン２より供給され、酸素およ
び炭酸ガスを含むカソードガスを循環ライン３より供給
され発電する。燃料電池２０からはアノード排ガスライ
ン４よりアノード排ガスを排出し、カソード排ガスライ
ン５よりカソード排ガスを排出する。アノード排ガスラ
イン４には熱交換器３６が設けられ、アノード排ガスを
冷却する。冷却されたアノード排ガスはシフトコンバー
タ４４で含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換され
る。アノード排ガスはさらにガス冷却器３８で冷却さ
れ、気水分離器４０で水分を分離され、排ガスブロワ４
２により熱交換器３６で加熱される。その後改質器２２
の燃焼室に送られ、カソード排ガスライン５よりのカソ
ード排ガスに含まれる酸素と燃焼する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention. In this drawing, components having the same functions as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. The fuel cell 20 is supplied with the anode gas containing hydrogen from the anode gas line 2 and the cathode gas containing oxygen and carbon dioxide gas from the circulation line 3 to generate power. From the fuel cell 20, anode exhaust gas is discharged from the anode exhaust gas line 4, and cathode exhaust gas is discharged from the cathode exhaust gas line 5. A heat exchanger 36 is provided in the anode exhaust gas line 4 to cool the anode exhaust gas. The cooled anode exhaust gas converts carbon monoxide contained in shift converter 44 into carbon dioxide. The anode exhaust gas is further cooled by a gas cooler 38, water is separated by a steam separator 40, and the exhaust gas blower 4
2 heats the heat in the heat exchanger 36. Then the reformer 22
And combusts with oxygen contained in the cathode exhaust gas from the cathode exhaust gas line 5.
【００１２】シフトコンバータ４４は容器とこの容器内
に充填された触媒とからなり、アノード排ガスに含まれ
る一酸化炭素と水分を次の反応式により二酸化炭素と水
素ガスに変換する。 ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ⇔ＣＯ2 ＋Ｈ2 …（１） この反応によりアノード排ガスから一酸化炭素が除去さ
れるので、熱交換器３６で加熱される際の炭素析出発生
は防止される。なお、シフトコンバータ４４は配管内に
シフト触媒を充填した程度のものでもよい。The shift converter 44 comprises a container and a catalyst filled in the container, and converts carbon monoxide and moisture contained in the anode exhaust gas into carbon dioxide and hydrogen gas by the following reaction formula. CO + H 2 O⇔CO 2 + H 2 (1) Since carbon monoxide is removed from the anode exhaust gas by this reaction, the generation of carbon precipitation when heated in the heat exchanger 36 is prevented. It should be noted that the shift converter 44 may be of such an extent that the shift catalyst is filled in the pipe.
【００１３】燃焼室ではアノード排ガス中の可燃成分
を、酸素を含むカソード排ガスとともに燃焼して高温の
燃焼排ガスを生成し、改質器２２の改質室を加熱し、改
質室で改質触媒により、都市ガスを脱硫器２６で脱硫し
水蒸気を加えて生成された燃料ガスを改質してアノード
ガスとする。アノードガスは燃料予熱器２４によって燃
料ガスライン１を流れる燃料ガスと熱交換し、燃料電池
２０のアノードに供給される。また燃焼室を出た燃焼排
ガスは炭酸ガスリサイクルライン７で炭酸ガスリサイク
ルブロワ３２によりカソードに供給される。燃焼排ガス
には多量の炭酸ガスが含まれており、電池反応に必要な
炭酸ガスの供給源となる。空気ライン８からの空気が炭
酸ガスリサイクルブロワ３２の出側に供給されカソード
の電池反応に必要な酸素を供給する。カソードから排出
されるカソード排ガスの一部は循環ライン３によりカソ
ードに供給される。このカソード排ガスと燃焼排ガスと
空気が混合してカソードガスとなりカソードに供給され
る。循環ライン３の流量は流量制御弁５０により制御さ
れる。In the combustion chamber, the combustible components in the anode exhaust gas are burned together with the cathode exhaust gas containing oxygen to generate high-temperature combustion exhaust gas, and the reforming chamber of the reformer 22 is heated, and the reforming catalyst is reformed in the reforming chamber. Thus, the city gas is desulfurized by the desulfurizer 26, and the fuel gas generated by adding steam is reformed to be the anode gas. The anode gas exchanges heat with the fuel gas flowing through the fuel gas line 1 by the fuel preheater 24 and is supplied to the anode of the fuel cell 20. Further, the flue gas discharged from the combustion chamber is supplied to a cathode by a carbon dioxide gas recycling blower 32 in a carbon dioxide gas recycling line 7. The combustion exhaust gas contains a large amount of carbon dioxide, and serves as a supply source of carbon dioxide required for the battery reaction. Air from the air line 8 is supplied to the outlet side of the carbon dioxide gas recycle blower 32 to supply oxygen required for a cathode cell reaction. Part of the cathode exhaust gas discharged from the cathode is supplied to the cathode by the circulation line 3. The cathode exhaust gas, the combustion exhaust gas, and the air are mixed to form a cathode gas, which is supplied to the cathode. The flow rate of the circulation line 3 is controlled by a flow control valve 50.
【００１４】このカソードガスは燃料電池２０内で電池
反応して高温のカソード排ガスとなり、一部は循環ライ
ン３によりカソードを循環し、他の一部はカソード排ガ
スライン５により改質器２２の燃焼室に供給され、残部
は排熱利用ライン６で空気を圧縮する圧縮機を駆動する
タービン圧縮機２８で動力を回収した後、さらに排熱回
収蒸気発生装置３０で熱エネルギを回収して系外に排出
される。なお、この排熱回収蒸気発生装置３０は気水分
離器４０から供給される水から蒸気を発生し、蒸気ライ
ン９により燃料ガスライン１に供給する。空気はタービ
ン圧縮機２８の圧縮機へ入り、加圧されて空気ライン８
に供給される。This cathode gas undergoes a cell reaction in the fuel cell 20 to become a high-temperature cathode exhaust gas. A part of the cathode gas is circulated through the circulation line 3 and the other part is burned in the reformer 22 by the cathode exhaust line 5. The power is recovered by a turbine compressor 28 that drives a compressor that compresses air in a waste heat utilization line 6, and the rest is recovered by a waste heat recovery steam generator 30 to recover thermal energy. Is discharged. The exhaust heat recovery steam generator 30 generates steam from water supplied from the steam separator 40 and supplies the steam to the fuel gas line 1 through the steam line 9. The air enters the compressor of the turbine compressor 28, where it is pressurized and
Supplied to
【００１５】図２は図３に示す従来型（シフトコンバー
タを用いないもの）と本実施形態のシフトコンバータを
設置した場合の平衡定数の比較を示す。ブドワール反応
の平衡定数Ｋｐは次の式で表される。 Ｋｐ＝Ｐｃｏ2 ／（Ｐｃｏ）2 …（２） ここでＰｃｏ2 は（１）式のＣＯ2 の分圧、Ｐｃｏは
（１）式のＣＯの分圧である。図２の横軸はアノード排
ガスの温度℃を示し、縦軸はブドワール反応の平衡定数
Ｋｐを示す。曲線は理論平衡定数を表し、この曲線の下
側が理論炭素析出領域、上側が理論非炭素析出領域を表
す。アノード排ガスが熱交換器３６で４２０〜４３０℃
に加熱される場合、白丸で示す従来型では理論炭素析出
領域に入るが、黒丸で示すシフトコンバータ４４を設置
した場合は、理論非炭素析出領域に入り炭素析出の発生
は防止される。FIG. 2 shows a comparison of the equilibrium constant between the conventional type (without using a shift converter) shown in FIG. 3 and the shift converter of the present embodiment. The equilibrium constant Kp of the Boudouard reaction is represented by the following equation. Kp = Pco 2 / (Pco) 2 (2) where Pco 2 is the partial pressure of CO 2 in the equation (1), and Pco is the partial pressure of CO in the equation (1). The horizontal axis in FIG. 2 shows the temperature of the anode exhaust gas (° C.), and the vertical axis shows the equilibrium constant Kp of the Boudouard reaction. The curve represents the theoretical equilibrium constant. The lower side of the curve represents the theoretical carbon deposition region, and the upper side represents the theoretical non-carbon deposition region. Anode exhaust gas is 420-430 ° C in heat exchanger 36
When the shift converter 44 shown by the black circle is installed, the carbon enters the theoretical non-carbon deposition region, and the generation of carbon deposition is prevented.
【００１６】[0016]
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、シフトコンバータを設け、アノード排ガスに含まれ
る一酸化炭素を二酸化炭素に変換した後加熱するので、
加熱する熱交換器などの機器に炭素析出が発生するのを
防止できる。As is apparent from the above description, according to the present invention, a shift converter is provided, and carbon monoxide contained in anode exhaust gas is converted into carbon dioxide and then heated.
It is possible to prevent carbon deposition from occurring in equipment such as a heat exchanger to be heated.
【図１】本発明の実施形態の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.
【図２】従来型と本実施形態のシフトコンバータを設置
した場合の平衡定数の比較を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a comparison of equilibrium constants when a conventional type and a shift converter of the present embodiment are installed.
【図３】従来の燃料電池発電装置の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional fuel cell power generator.
１ 燃料ガスライン ２ アノードガスライン ３ 循環ライン ４ アノード排ガスライン ５ カソード排ガスライン ６ 排熱利用ライン ７ 炭酸ガスリサイクルライン ８ 空気ライン ９ 蒸気ライン １２ バイパスライン １３ タイライン ２０ 燃料電池 ２２ 改質器 ２４ 燃料予熱器 ２６ 脱硫器 ２８ タービン圧縮機 ３０ 排熱回収蒸気発生装置 ３２ 炭酸ガスリサイクルブロワ ３６ 熱交換器 ３８ ガス冷却器 ４０ 気水分離器 ４２ 排ガスブロワ ４４ シフトコンバータ ５０ 流量制御弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel gas line 2 Anode gas line 3 Circulation line 4 Anode exhaust gas line 5 Cathode exhaust gas line 6 Exhaust heat utilization line 7 Carbon dioxide gas recycling line 8 Air line 9 Steam line 12 Bypass line 13 Tie line 20 Fuel cell 22 Reformer 24 Fuel Preheater 26 Desulfurizer 28 Turbine compressor 30 Exhaust heat recovery steam generator 32 Carbon dioxide gas recycle blower 36 Heat exchanger 38 Gas cooler 40 Steam separator 42 Exhaust gas blower 44 Shift converter 50 Flow control valve
Claims (1)
カソードガスと水素を含むアノードガスから発電する燃
料電池と、水蒸気を含む燃料ガスを水素を含むアノード
ガスに改質しアノードに供給する改質器と、前記アノー
ドから排出されるアノード排ガスを熱交換器で冷却し気
水分離器で水分を分離し前記熱交換器で加熱した後燃焼
用ガスとして前記改質器に供給するアノード排ガスライ
ンと、前記熱交換器と気水分離器の間に設けられアノー
ド排ガス中の一酸化炭素と水分を二酸化炭素と水素ガス
に変換するシフトコンバータと、を備えたことを特徴と
する炭素析出防止装置付燃料電池発電装置。1. A fuel cell comprising a cathode and an anode and generating electricity from a cathode gas containing oxygen and an anode gas containing hydrogen, and a reformer for reforming a fuel gas containing water vapor to an anode gas containing hydrogen and supplying it to the anode An anode exhaust gas line that cools an anode exhaust gas discharged from the anode with a heat exchanger, separates moisture with a steam-water separator, heats the heat with the heat exchanger, and supplies the reformed gas as a combustion gas to the reformer; A shift converter provided between the heat exchanger and the steam separator to convert carbon monoxide and moisture in the anode exhaust gas into carbon dioxide and hydrogen gas. Battery power generator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9291992A JPH11126628A (en) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | Fuel cell power generating device fitted with carbon deposition preventing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9291992A JPH11126628A (en) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | Fuel cell power generating device fitted with carbon deposition preventing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11126628A true JPH11126628A (en) | 1999-05-11 |
Family
ID=17776124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9291992A Pending JPH11126628A (en) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | Fuel cell power generating device fitted with carbon deposition preventing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11126628A (en) |
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