[發明專利]通過可燃物氣化制造氫的方法和裝置及燃料電池發電方法和燃料電池發電系統

無效

• 申請號: 00810129.9
• 申請日: 2000-07-10
• 公開（公告）號: CN1360556A
• 公開（公告）日: 2002-07-24
• 發明（設計）人: 蘇慶泉;木下和夫;大下孝裕;三好敬久;成瀨克利
• 申請（專利權）人: 株式會社荏原制作所
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02;C01B3/50;C10K3/00;C10J3/00;H01M8/06;H01M8/08;H01M8/10;H01M8/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 過曉東

技術領域

本發明涉及以氫氣的形式回收可燃物所具有的化學能的技術，具體地是涉及高效率轉化成電能的能轉化技術有關的、尤其使可燃性廢棄物或煤等可燃物氣化從生成氣體制造氫氣(或者含氫氣體)的系統，以及將制成的氫氣(或者含氫氣體)供給燃料電池進行發電的發電系統。在此，可燃性廢棄物包括城市垃圾、固形化燃料、漿化燃料、廢紙、廢塑料、廢玻璃纖維增強塑料、生物廢棄物、汽車廢棄物、廢木材等產業廢棄物，低品位煤，廢油等。

背景技術

近年來，在環境保護的意識提高中，正在完成關于以可燃性廢棄物作為能源進行發電的發電系統的各種嘗試。作為其嘗試的一種，有在加壓下使可燃物氣化，用所得到的生成氣體驅動燃氣渦輪機，同時用排熱鍋爐從燃氣渦輪機排出氣體中進行熱回收，來驅動汽輪機，通過組合燃氣渦輪機和汽輪機，進行復合循環發電，實現高效率發電的復合循環發電系統。

但是，上述的復合循環發電系統，有在低熱量的氣體中使用困難的缺點，或因為是伴隨燃燒的發電系統，形成對環境產生惡劣影響的氮氧化物、硫氧化物和二噁英等污染物質，有帶來環境負擔增大的危險。

另一方面，正在開發的燃料電池技術是將氫所具有的化學能直接轉變成電能的發電系統，其效率高、環境負擔小。然而，為了利用這樣的發電技術，高品質氫氣的制造系統的開發以及配備與氫氣站等的氫相關的外部結構，是必不可少的。尤其是，必須向適用于燃料電池汽車或家庭發電系統的固體高分子型燃料電池供給幾乎不含硫化氫或一氧化碳等中毒氣體成分的高濃度的氫氣，但現狀是使用改性比較容易的天然氣和甲醇作為氫的原料。

發明的公開

鑒于上述事實，本發明的目的是提供，將固形廢棄物焚燒設施變成氫氣站或者不污染環境的發電廠，通過可燃物氣化而生成的氣體制造用于燃料電池、尤其是固體高分子型燃料電池的氫氣的系統，進而提供將制造的氫氣供給燃料電池、效率高而且環境負擔小的非燃燒發電系統。

為解決上述課題，本發明人進行了深入的研究，其結果是完成了本發明的第1方式，其是如圖1所示經由可燃物的氣化生成的低品位氣體高效率地制造適用于燃料電池發電的高品質氫氣的氫氣制造系統，以及如圖2和圖3所示以如上制得的氫氣作為燃料的燃料發電系統。

本發明的氫氣制造方法包括使可燃物氣化的氣化過程以及將該氣化過程中生成的氣體進行純化而制造氫氣的氣體處理過程，其特征在于，該氣體處理過程包括使該氣化過程中得到的生成氣體中的二氧化碳和一氧化碳與氫反應轉變成甲烷的甲烷化過程。

即，在氫氣制造系統中，在高溫使可燃物氣化，在洗凈過程中使在氣化過程中得到的生成氣體與堿性溶液接觸，吸收去除氣體中的煙塵和氯化氫或硫化氫等微量的酸性氣體。接著，在轉化過程中，在進一步吸附去除洗凈后氣體中的上述酸性氣體后，使洗凈后氣體中的一氧化碳與水蒸汽進行催化反應，轉變成氫氣和二氧化碳。接著，在二氧化碳化學吸收過程中，使轉變后氣體中的二氧化碳與堿性吸收液接觸，進行吸收分離。接著，在甲烷化過程中，使化學吸收后氣體中的殘留二氧化碳和一氧化碳與氫氣進行催化反應，轉變成甲烷。然后，在使用貯氫合金的氫純化過程中，使甲烷化后氣體中的水分脫濕后，分離甲烷化后氣體中的甲烷和氮氣及氬氣，而且在純化氫氣的同時，進行升壓。另一方面，將發生氫純化過程的排放氣導入甲烷吸附過程中，進行甲烷的吸附回收，將回收的甲烷氣體送回到氣化過程，通過水蒸汽改性反應，轉化成氫氣和一氧化碳。

另外，在燃料電池發電系統中，以本發明的氫氣制造方法制成的氫氣作為燃料氣體，供給燃料電池的正極進行發電，然后將正極排放氣供給上述正極，進行循環利用。另外，設置氧氣制造裝置，從空氣制造富化氧氣，以該富化氧氣作為氧化劑氣體，供給燃料電池的負極，然后，將負極排放氣送入氣化過程中，可以作為可燃物的氣化劑和/或流態化氣體利用。進而，也可以將在燃料電池的冷卻中回收的排出熱作為由貯氫合金放出氫時的加熱熱源使用。在本發明中，在燃料電池發電過程中使用的燃料電池，合適的是固體高分子型燃料電池或者磷酸型燃料電池。

由可燃物的氣化得到的生成氣體，因可燃物的種類不同而異，但一般作為燃料氣體成分，氫和一氧化碳分別是數個百分數至數十個百分數，作為主要的非燃料氣體成分，二氧化碳、氮氣、氬氣和水蒸汽分別含有數個百分數至數十個百分數，另外，作為微量的酸性氣體成分，含有數ppm至數千ppm濃度范圍的硫化氫或氯化氫。