特許 7020637 電気エネルギー及びＨ２ガスを製造するための固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）を含む発電プラント及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-07

(45)【発行日】2022-02-16

(54)【発明の名称】電気エネルギー及びＨ２ガスを製造するための固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）を含む発電プラント及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0612 20160101AFI20220208BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20220208BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20220208BHJP

   H01M 8/04014 20160101ALI20220208BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20220208BHJP

   H01M 8/04701 20160101ALI20220208BHJP

   C01B 3/32 20060101ALI20220208BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0612

H01M8/12 101

H01M8/00 Z

H01M8/04014

H01M8/04 N

H01M8/04701

C01B3/32 Z

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2019524015

(86)(22)【出願日】2017-07-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-08-22

(86)【国際出願番号】 NO2017050186

(87)【国際公開番号】W WO2018012984

(87)【国際公開日】2018-01-18

【審査請求日】2020-05-21

(31)【優先権主張番号】20161175

(32)【優先日】2016-07-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NO

(73)【特許権者】

【識別番号】519014305

【氏名又は名称】ゼグ パワー アーエス

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】アンネシェン、 ビョルグ

(72)【発明者】

【氏名】ラーハイム、 アルネ

(72)【発明者】

【氏名】マイヤー、 ジュリアン

(72)【発明者】

【氏名】ディ グイリオ、 ニコラ

(72)【発明者】

【氏名】ウレベルグ、 エステイン

【審査官】大内 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５１５３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２７３４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第６００７６９９（ＵＳ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５１０１１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－８／２４９５

Ｃ０１Ｂ ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）（３０）を含む発電プラントにおいて電気エネルギー及びＨ_２ガスを製造する方法であって、
前記発電プラントは、天然ガス、バイオガス、及び合成ガスからなる群から選択される供給ガス（１１１）の供給を受け、
前記供給ガスは、ＳＯＦＣ（３０）に供給される前に、改質器（２１）中でＣａＯ含有ＣＯ_２吸収剤を用いて改質され、これにより、ＣａＯからＣａＣＯ_３への変換を伴いつつ、炭素を含まないＨ_２ガス（１１５、１１６）を前記ＳＯＦＣ（３０）用の供給物として製造し、ここで、ＣａＣＯ_３は、ＣａＯ再生器（２２）中で、前記再生器（２２）を加熱するための前記ＳＯＦＣ（３０）からの熱を利用した８５０℃以上の温度での吸熱反応によりＣａＯに再生される、前記方法において、
前記ＳＯＦＣ（３０）中の熱を回収する少なくとも１つの熱交換媒体（１２３、２０１）を、前記ＣａＯ再生器（２２）中で熱交換する前に、加熱装置（４１、４１’、４１”）中で温度上昇させることを特徴とする、方法。

【請求項2】

前記少なくとも１つの熱交換媒体（１２３、２０１）は、（Ａ）前記ＳＯＦＣ（３０）からの排気ガス（１２３）、並びに（Ｂ）前記ＳＯＦＣ（３０）、前記加熱装置（４１、４１’、４１”）、及び前記ＣａＯ再生器（２２）間の閉ループを循環する専用熱交換媒体（２０１）から選択される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記加熱装置（４１）は、前記ＳＯＦＣ（３０）からの排気ガス（１２３）の温度を５０℃以上上昇させるのに十分な量の、燃料ガスとして実質的に純粋なＨ_２（１２２）の供給を受けるバーナーである、請求項１又は請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記加熱装置（４１）に供給される前記燃料ガスの少なくとも一部は、前記改質器（２１）から由来するＨ_２ガスである、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記加熱装置（４１）に供給される前記燃料ガス（１２２）の少なくとも一部は、前記ＳＯＦＣ（３０）のＨ_２排出（１１９）から由来するＨ_２ガスである、請求項３又は請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記ＳＯＦＣ（３０）からの前記排気ガス（１２３）は８３０℃の熱風である、請求項２～請求項５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記加熱装置（４１）を出た排気ガス（１２６）が８５０℃以上の温度を有するように、前記加熱装置（４１）を作動させる、請求項１～請求項６のいずれ一項に記載の方法。

【請求項8】

前記熱交換媒体（２０１）は、前記ＳＯＦＣ（３０）、前記加熱装置（４１’、４１”）、及び前記ＣａＯ再生器（２２）間の閉ループを循環する専用熱交換媒体（２０１）である、請求項１～請求項７のいずれ一項に記載の方法。

【請求項9】

前記改質器（２１）及び前記加熱装置（４１）への燃料がどちらとも生物由来である、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

第１の量の初期ＣＯ _２ を含む燃料用の第１の改質器と、第２のより多い量の初期ＣＯ _２ を含む燃料用の第２のより大きな改質器との間で切り替える、請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

天然ガス、バイオガス、及び合成ガスからなる群から選択される供給ガス（１１１）の供給を受けるように構成され、
前記供給ガスは、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）（３０）に供給される前に、改質器（２１）中でＣａＯ含有ＣＯ_２吸収剤を用いて改質され、これにより、ＣａＯからＣａＣＯ_３への変換を伴いつつ、炭素を含まないＨ_２ガス（１１５）を前記ＳＯＦＣ用の供給物として製造し、ここで、ＣａＣＯ_３は、再生器中で８５０℃以上の温度でＣａＯに再生される、
ＳＯＦＣ（３０）を含み、電気エネルギー及びＨ_２ガスを製造するための発電プラントにおいて、
加熱装置（４１、４１’、４１”）が、前記ＳＯＦＣ（３０）と前記再生器（２２）との間に接続され、前記ＳＯＦＣからの熱を回収する熱交換媒体（１２３、２０１）が更に加熱されてから、前記再生器（２２）における熱交換に使用されることを可能とするように加熱装置（４１、４１’、４１”）が構成されていることを特徴とする、発電プラント。

【請求項12】

閉ループが、前記ＳＯＦＣ（３０）、前記加熱装置（４１、４１’、４１”）、及び前記再生器（２２）間に専用熱交換媒体（２０１）を循環させるように構成されている、請求項１１に記載の発電プラント。

【請求項13】

前記加熱装置４１は、化石燃料及びバイオ燃料から選択される燃料の供給を受ける、請求項１１又は請求項１２に記載の発電プラント。

【請求項14】

前記加熱装置（４１’）に要求される酸素が、別個の空気供給源（１２５）、前記固体酸化物燃料電池（３０）からの排出流（１２３’）、又はそれらの組み合わせにより供給される、請求項１１～請求項１３のいずれか一項に記載の発電プラント。

【請求項15】

前記固体酸化物燃料電池（３０）からの排出流（１２３’）は、前記加熱装置（４１”）への純粋な酸素の供給流（１２５’）と熱交換される、請求項１１～請求項１４のいずれか一項に記載の発電プラント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前提部に記載の、固体酸化物燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ、ＳＯＦＣ）を含む発電プラントにおいてＨ_２ガス及び電気エネルギーを製造する方法に関する。別の態様によれば、本発明は、請求項１１の前提部によって示されるように、ＳＯＦＣを含み、Ｈ_２ガス及び電気エネルギーを製造するための発電プラントに関する。

【背景技術】

【0002】

収着強化水蒸気メタン改質（Ｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｔｅａｍ Ｍｅｔｈａｎｅ Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ（ＳＥ－ＳＭＲ））（反応ａ）を参照）又は収着強化水性ガスシフト（Ｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｇａｓ Ｓｈｉｆｔ（ＳＥ－ＷＧＳ））（反応ｂ）を参照）による水素製造は、公知のプロセスである（国際公開第２０１１／０７８６８１（Ａ１）号明細書参照）。

【0003】

ａ）天然ガスから、ＳＥ－ＳＭＲ；
ＣａＯ＋ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ＝ＣａＣＯ_３＋４Ｈ_２（Ｔ＝５００℃～６５０℃）

【0004】

ｂ）合成ガス（不定量のＨ_２＋ＣＯを含むガス）から、ＳＥ－ＷＧＳ；
ＣａＯ＋ＣＯ＋Ｈ_２＋Ｈ_２Ｏ＝ＣａＣＯ_３＋２Ｈ_２（Ｔ＝５００℃～６５０℃）

【0005】

これに関連して、エネルギー効率の良いＣａＯ吸収剤の再生（ＣａＣＯ_３＝ＣａＯ＋ＣＯ_２（約９００℃のＴ））が非常に重要である。

【0006】

ＳＯＦＣからの熱又は廃熱は、以前から当業界における多くの専門家によって、Ｃａループプロセスにおける吸収剤再生用として提案されており（例えば、Ｌａｃｋｎｅｒら、２００１；国際公開第０１／４２１３２（Ａ１）号明細書及び国際公開第２０１１／０７８６８１（Ａ１）号明細書）、９００℃超のスタック温度を伴うＳＯＦＣが使用される場合、ＳＯＦＣシステムからＣａループ再生器への熱伝達が再生プロセスに十分なものとなり、これはセラミック接続部材の使用により達成され得る（Ｌａｓｏｓｉｐｏｊａｎａら：２００９）。

【0007】

ＳＯＦＣスタックを設計するための１つの重要な因子は、材料；セラミック、リアアース（ｒｅａｒ ｅａｒｔｈ）材料及び／又は金属の寿命及びコストである。今日、サプライヤーは主に、６５０～８００℃の範囲又は８００～８５０℃の範囲の、低温のＳＯＦＣスタックに注目している。

【0008】

上述のより低いＳＯＦＣスタック温度により、実際にはＳＯＦＣ作動温度が約８３０℃に制限され（Ｍｅｇｅｌら、２０１３）、（Ｈ_２ガスが燃料として使用される場合、窒素及び酸素からなる）ＳＯＦＣ排気の熱が同様な温度レベルに制限される。したがって、ＳＯＦＣ排気温度は、ＣａＯ再生システムが１気圧（１Ａｔｍ）よりも低い圧力で作動されない限り、上述のＣａＯ吸収剤再生のための温度に十分に達しない。そのため、ＳＯＦＣシステムを８００～８５０℃の温度レベルで作動させる場合、ＣａＯ吸収剤再生プロセスに必要な温度レベル（９００℃以上）に到達させるために、ＳＯＦＣ排気の温度を上昇させるコスト及びエネルギー効率の良い方法が必要とされる。

【0009】

さらに、改質器に供給するために使用される燃料の種類に応じて、再生器に供給される高熱の量の変化を可能とすることも重要である。使用される燃料の種類としては：天然ガス／メタン、（化石又は生物由来の炭素含有固体から作製される）合成ガス、有機廃棄物からのバイオガス（およそ、６５％のＣＨ_４及び３５％のＣＯ_２を含む）、又は埋立地ガス（およそ、５０％のＣＨ_４及び５０％のＣＯ_２を含む）であってもよい。

【0010】

原料バイオガス又は埋立地ガスが、硫黄成分の除去後に、かなりの量のＣＯ_２（１５％超、改質器導入前のＣＯ_２の回収なし）と直接使用される場合、初期ＣＯ_２（化石又は生物由来）を含まないか又はほとんど含まない燃料と比較して、より高い（且つ柔軟な）性能を備えるＣａループシステムが求められるであろう。これにより、高熱を量を変えて供給することが可能な排気加熱装置（図面を参照）の必要性が生じるであろう。

【0011】

さらに、利用可能なバイオガス及び／又は埋立地ガスの量は、単に製造速度を変化させるために変化し得る。したがって、ＳＯＦＣシステムに一定に燃料流を供給できるようにするためには、２つの改質器／再生器システムの間で切り替えできることが望ましいであろう；

【0012】

ａ）追加ＣＯ_２を全く含まないか又はほとんど含まない燃料専用のもの、及び、
ｂ）例えばバイオガス／埋立地ガスといった、かなりの量の初期ＣＯ_２を含む燃料専用のより大規模なシステム（ＣａＯ＋ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２＝ＣａＣＯ_３＋４Ｈ_２（Ｔ＝５００℃～６５０℃）、ただし、等式のバランスは取れていない）。この場合、ＣＯ_２は２つの供給源に由来するものであり、１つは原料バイオガス／埋立地ガスからであり、もう１つは改質反応からである。

【0013】

この選択により、高熱を量を変えて供給することが可能な排気加熱装置（図面を参照）の必要性も生じるであろう。

【0014】

ＳＯＦＣシステムへの一定の燃料（主にＨ_２）流量を維持できるようにするためには、改質された燃料（主にＨ_２）用の貯蔵タンクも必要とされることがある。

【0015】

高熱を（初期原料バイオガス中のＣＯ_２不定量に基づいて）量を変えて供給することが可能な排気加熱装置に燃料を追加／供給することにより、ＣａＯ吸収剤の再生に十分な高い排気温度（８３０℃）に上昇させるという取り組みは、これまで行われてこなかった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

本発明の目的は、ＣＯ_２回収のためにＣａＯを使用したガス改質及びＳＯＦＣ排気加熱装置が用いられたＳＯＦＣ系発電プラントを、コスト及びエネルギー効率良く作動させることを可能にする方法を提供することである。

【0017】

更なる目的は、ＣＯ_２による気候への影響を及ぼさずに、一次燃料（改質器への燃料）としてあらゆる出発物（バイオ又は化石系；固体、液体、又は気体）を可能とする上記を提供することである。

【0018】

更なる目的は、異なる組成の燃料ガスを改質器に用いることを可能とすることであり、以下、初期ＣＯ_２含有量が異なるものとする。

【0019】

更なる目的は、全水素（及び電気）製造システムを柔軟に調節し、これにより、（Ａ）ＣＯ_２をほとんど含まないか又は全く含まない改質燃料（例えば、ＣＨ_４）と（Ｂ）かなりの量の初期ＣＯ_２を含む改質燃料（例えば、有機家庭廃棄物から作製されたバイオガス（６５％のＣＨ_４及び３５％のＣＯ_２））との切り替えを容易にすることである。

【課題を解決するための手段】

【0020】

上述の目的は、請求項１に定義されるような本発明に係る方法によって達成される。

【0021】

別の態様によれば、本発明は、請求項１１に定義されるような、方法を実施するための発電プラントに関する。

【0022】

好ましい実施形態は、従属請求項により開示される。

【0023】

本方法により、国際公開第２０１１／０７８６８１（Ａ１）号明細書（上記）及び国際公開第２００４／０２５７６７（Ａ１）号明細書（Ｖｉｋら）の有益な特徴が保たれることが当業者によって理解されるだろう。プロセス全体において、持続可能性は依然として鍵となり、共通事項である。したがって、このプロセスにより、全ＣＯ_２の回収又は気候中立的（ｃｌｉｍａｔｅ ｎｅｕｔｒａｌ）なＣＯ_２処理が可能となる。

【0024】

技術的には、排気加熱装置を介したＳＯＦＣシステム及び再生器間の熱伝達は、２つの異なる手法で行うことができる；
１）ＳＯＦＣカソード排気加熱装置との熱統合
２）ヒートループ及び排気加熱装置との熱統合

【0025】

この場合、熱伝達媒体は、例えば水素、ＣＯ_２、空気、ヘリウム、水蒸気等の種々のガス、種々のガス混合物、又は鉱油、炭化水素等の流体、及び種類が異なる溶融塩としてもよい。

【0026】

この加熱プロセスのための燃料は、生物又は化石に由来してもよい。

【0027】

したがって、炭（化水）素（（ｈｙｄｒｏ）ｃａｒｂｏｎ）含有燃料（バイオ又は化石系；固体、液体、又は気体）を使用して、加熱装置内のＳＯＦＣ排気の温度を高め、種々の量のＣａＯ－ＣＯ_２吸収剤の再生に必要な温度及び熱量をもたらすことが可能となる。

【0028】

再生器からのＣＯ_２（１００％）が貯蔵又は使用され、ＳＯＦＣシステム（図面を参照）からの水素が幾らか加熱装置（図面を参照）中の燃料として使用される場合、水素及び電気を製造するためのシステムは全体として、すべての実施形態において気候への影響を及ぼさないであろう。

【0029】

以下に示す種々の実施形態から分かるように、他の種類の燃料（炭素を含有する、炭化水素、化石、又は生物源）が再生器及び温度加熱装置の両方で使用される場合、これ（気候への影響を及ぼさないこと）を達成することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【0030】

本発明の種々の実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する;

【図1】本発明の第１の実施形態の概略図である。

【図2】本発明の第２の実施形態の概略図である。

【図3】本発明の第３の実施形態の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

ＳＯＦＣシステムが、燃料改質器、ＣａＯ－ＣＯ_２吸収剤再生器、及び温度を高めるための排気加熱システム４０と併用された水素製造プラントを示す図１に着目する。

【0032】

燃料流１１１が、燃料を改質し、初期ＣＯ_２（必要であれば）及び改質プロセスで放出されるＣＯ_２を処理するように構成された、Ｃａループシステム２０の一部である改質器ユニット２１に供給される。燃料は典型的には、天然ガス、合成ガス又は発酵ユニットで製造されるガスのような他のメタン豊富なガスである。実質的に純粋な水素ガス１１５が改質装置２１を出る。改質器ユニット２１において、改質プロセスは燃料、水（水蒸気）、及びＣａＯの反応を含み、後者は発熱反応によりＣａＣＯ_３に変換される。初期ＣＯ_２（存在する場合）及び改質プロセスの両方から作製されたＣａＣＯ_３は、続いて、後述の吸熱プロセスによりＣａＯに再生される。気化した水１１２も改質器ユニット２１に供給される。

【0033】

改質器ユニット２１を出た実質的に純粋な水素ガス１１５は、加熱された水素流１１６として固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）３０に供給される前に、第１の熱交換器５１中で加熱される。ＳＯＦＣにより電気が生み出され、不定量の水素１１９が放出される。また、空気１１８が、典型的には第２の熱交換器５２中で加熱されてから、ＳＯＦＣに供給される。

【0034】

ＳＯＦＣ３０からの排気ガス１２３は、燃料電池に供給される燃料１１６が実質的に純粋な水素であるため、実質的に純粋な空気である。ＳＯＦＣ３０からの排気ガスの温度は典型的には約８３０℃であり、幾らか低くてもよい。

【0035】

上述したように、改質器ユニット２１で発生したＣａＣＯ_３は、改質器での回収剤として再利用するために、ＣａＯに再生される必要がある。これは、Ｃａループシステム２０の第２のパートを構築する再生器２２中で起こる。しかしながら、ＣａＣＯ_３の再生は、効率的に行われるために８５０℃以上、より好ましくは９００℃以上の温度を必要とし、エネルギーを消費する吸熱プロセスである。再生器２２には、その作動用に幾らか水１１４も必要とされ、この水は典型的には、冷却剤として作用しないように第３の熱交換器５３中で予熱される。

【0036】

ＳＯＦＣからの排気ガス１２３は、再生器２２の温度を維持するのに有力な候補であるが、その温度は典型的には、それ自体が役割を果たすほど十分に高くない。実際には、排気ガス１２３の温度は、ＣａＣＯ_３が更なる使用のためにＣａＯに変換される再生器２２中の充分な温度を効果的に維持するには低すぎる。本発明の本質は、（Ａ）燃料改質器、（Ｂ）ＣａＯ－ＣＯ_２吸収剤再生器、及び（Ｃ）排気ガス１２３の温度を上昇させて、温度を高めるための加熱装置４１を用いて再生器２２中の効果的な温度を維持する目的で使用できるように構成された排気温度上昇システム４０と一体化された専用システムを使用することである。

【0037】

図１は、ＳＯＦＣシステム３０が、燃料改質器２１、ＣａＯ－ＣＯ_２吸収剤再生器２２、及び温度を高めるために燃料が供給される排気加熱装置４１と併用された水素製造プラントの概略図を示す。この実施形態において、排気加熱装置４１に供給された燃料は空気１２５中で燃焼される。

【0038】

改質器２１及び排気加熱装置４１の両方への全燃料が生物由来である場合、システムは全体として気候中立的であろう。さらに、１２４を通る加熱システム用の燃料は、生物に由来する場合、典型的には以下であってもよい：
ａ）ＳＯＦＣシステム１２２からの水素
ｂ）埋立地ガス（バイオＣＯ_２を含む）
ｃ）ＣＯ_２分離を伴って又は伴わずに製造されたバイオガス
ｄ）生物源（固体、液体、又は気体）由来の合成ガス
ｅ）固体炭素含有源。

【0039】

これらのプロセスに関連する／これらのプロセスから放出されるＣＯ_２は気候中立的であり、熱伝達体２５から再生器２２の後、望ましくない気候への影響を及ぼさずに流れ１２８として空気中に放出されてもよい。排気加熱装置のために最も好ましい燃料である水素は、改質器２１の下流側から１１５を通して送ってもよく、より好ましくは、ＳＯＦＣ３０への水素の流入流１１５を加熱するために使用される第１の熱交換器５１等の熱交換器において温度が低下された後に、ＳＯＦＣからの水素排出流１１９から分かれた流れ１２２として送ってもよい。

【0040】

しかしながら、改質器２１に供給される燃料１１１が化石由来であり排気加熱装置４１への燃料が生物由来である場合、気候への影響を及ぼさない状況をつくることも可能である（上述）。これは、改質器２１における改質プロセスからのＣＯ_２が、ＣａＯ吸収剤によって効率的に吸収され（反応ａ）（ＳＥ－ＳＭＲ）及び反応ｂ）（ＳＥ－ＷＧＳ）を参照）、流れ１２９、１３０として貯蔵又は使用するために再生器２２から容易に１００％純粋に回収することができるためである。

【0041】

ＳＯＦＣシステムが、燃料改質器、ＣａＯ－ＣＯ_２吸収剤再生器、及び温度を高めるための排気加熱装置と一体化された水素製造プラントを示す図２に着目する。この実施形態において、熱統合は、閉ヒートループ４０’を備えている。

【0042】

図２の構成要素の大部分は図１のものと同じである。図１と図２との主な違いは、排気加熱装置４１’を介したＳＯＦＣ３０及び再生器２２間の熱伝達が閉ヒートループ２０１、２０２、２０３、２０４により行われることである。

【0043】

図２に示す実施形態において、改質器及び排気加熱装置の両方への全燃料が生物由来である場合、システムは全体として気候中立的でもある。この場合も、図１に示す実施形態と同様に、改質装置への燃料が化石由来であり排気加熱装置への燃料が生物由来である場合、気候への影響を及ぼさない状況をつくることが可能である（上述）。

【0044】

温度加熱装置４１’への燃料が化石由来である場合、これらは典型的には：
ａ）ＳＯＦＣシステムからの水素
ｂ）天然ガス
ｃ）ガス化固体（石炭）、液体、又はガス炭化水素（合成ガス）
ｄ）石炭
であってもよい。

【0045】

これには、炭素含有燃料の場合、気候中立的な状態とするために１２８’での別個のＣＯ_２回収システムが必要とされるであろう。

【0046】

図２中のヒートループ２０１～２０４の熱伝達媒体は、例えば水素、ＣＯ_２、空気、ヘリウム、水蒸気等の種々のガス、種々のガス混合物、又は鉱油、炭化水素等の流体、及び種類が異なる溶融塩であってもよい。ＳＯＦＣシステム３０を出た熱媒体２０１の熱は約８３０℃である。このヒートループの熱は、再生器２２におけるＣａＯ吸収剤の再生に求められる温度を満たすために、温度加熱装置４１’において８５０℃以上、より好ましくは９５０℃以上、最も好ましくは１０００℃以上に高められる。

【0047】

ＳＯＦＣシステム３０からの加熱された排気流１２３’により、４１’における加熱プロセスのための酸素が供給される。加熱装置への酸素は、必要に応じて、吸気口１２５によって供給されてもよい。４１’からの排気は、ＳＯＦＣ３０に入る流れ１１７～１１８での空気を加熱する第２の熱交換器５２中で熱交換され、その後、大気に放出される流れ１２８’としてシステムを出る。加熱装置のための燃料が主に水素であるか又は水素単独である場合、１２８’での排気ガス中にＣＯ_２はほとんど存在しないか又は全く存在しない。加熱装置４１’が全体的に又は部分的に、種々の燃料（しかし、有機非化石由来の燃料である）の供給を受ける場合、１２８’での排気ガスは気候中立的であろう。

【0048】

吸収剤の再生により、流れ１２９として示されるかなりの量の純粋なＣＯ_２も放出されるが、これは、好ましくは、第３の熱交換器５３における熱交換に使用された後に処理される（使用又は貯蔵される）必要がある。

【0049】

図１及び図２に示されるように、水（蒸気）１１２が、必要量の酸素及び水素を反応ゾーンに供給するために、改質器ユニット２１に加えられる。

【0050】

図１及び図２に示される原理は一般に、ＳＯＦＣ３０によって製造される熱が、供給ガスを改質するプロセスにおいてＣＯ_２を吸収するために使用される吸収剤を再生するために使用されるというものであるが、ＳＯＦＣからの排気ガスの温度が典型的には、単独で使用するには少し低すぎるので、そのエネルギー及び温度が繊細に効率良く増加する。最も優れているのはおそらく、水素がすでにシステムの一部に用いられている場合、エネルギーを増大させるために用いられ、更なるＣＯ_２の製造が伴わないことである。

【0051】

ＳＯＦＣシステムが、燃料改質器、ＣａＯ－ＣＯ_２吸収剤再生器、及び温度を高めるための排気加熱装置と併用された水素製造プラントを示す図３に着目する。この実施形態において、熱伝達は閉ヒートループにより行われる。排気加熱装置への燃料は（炭素を含有する場合）、酸素ポンプによって供給される純粋な酸素中で燃焼される。

【0052】

図３の構成要素の大部分は、図１及び図２のものと同じである。図３は、改質器２２及び排気加熱装置４１”への燃料が化石由来（ＣＨ_４、天然ガス、合成ガス等）であってもよく、貯蔵又は使用のために製造システム全体から全てのＣＯ_２を回収することが可能な実施形態を示す。加熱装置への燃料は、流れ１２５’として供給される純粋な酸素中で、酸素ポンプにより燃焼されなければならない。酸素１２５’は典型的には、第４の熱交換器５４中で、第２の熱交換器５２からのＳＯＦＣ排気１２３’を用いて予熱される。（図１、図２、及び図３において流れ１１７を加熱するように示されている熱交換器５２は、流れ１２７（図１）、流れ１２８’（図２）、及び流れ１２３’（図３）を冷却するために使用されるものと同じ熱交換器であることに留意されたい。）

【0053】

ＣａＯ再生器に対する熱交換の温度の上昇に直接関係しない本開示における全ての熱交換は、所望により行われるものであり、多くの異なる方法で行ってもよいことに留意されたい。

【0054】

一般に、図面の説明は、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の好ましい実施形態に関する。

【0055】

＜実施形態＞
本発明は種々の異なる実施形態を有していてもよいが、ＳＯＦＣ３０の熱交換媒体は典型的には、排気ガス１２３及び専用熱交換媒体２０１のうちの少なくとも１つを含み、この場合、後者はＳＯＦＣ、加熱装置４１、４１’、４１”、及びＣａＯ再生器２２間の閉ループを循環する。

【0056】

ある好ましい実施形態では、加熱装置４１は、ＳＯＦＣ３０からの排気ガス１２３の温度を５０℃以上上昇させるのに十分な量の、実質的に純粋な水素ガス１２２の供給を受けるバーナーである。

【0057】

加熱装置４１に供給される燃料ガスの少なくとも一部は、典型的には、改質器２１から由来する水素ガスである。

【0058】

ある好ましい実施形態では、加熱装置４１に供給される燃料ガスの少なくとも一部は、ＳＯＦＣ３０の水素排出１１９から由来する水素ガスである。

【0059】

＜符号リスト＞
２０ Ｃａループシステム
２１ Ｃａループシステム２０の改質器
２２ Ｃａループシステム２０の再生器
２５ 再生器２２中の熱交換器
３０ ＳＯＦＣ
３５ ＳＯＦＣ３０中の熱交換器
４０ 熱増強システム（第１のバージョン）
４０’ 熱増強システム（第２のバージョン）
４０” 熱増強システム（第３のバージョン）
４１ 加熱装置（第１のバージョン）
４１’ 加熱装置（第２のバージョン）
４１” 加熱装置（第３のバージョン）
４５ 加熱装置４１’及び４１”中の熱交換器
５１ 第１の熱交換器
５２ 第２の熱交換器
５３ 第３の熱交換器
５４ 第４の熱交換器
１１１ ２１への供給流
１１２ 改質器への水
１１３ （第３の）熱交換器への水
１１４ 再生器への水
１１５ 改質器からの水素
１１６ 熱交換器からＳＯＦＣ３０への水素
１１７ 熱交換器（その後ＳＯＦＣ）への空気
１１８ 熱交換器５２からＳＯＦＣ３０への空気
１１９ ＳＯＦＣから熱交換器５１への水素
１２０ 熱交換器５１からの水素
１２１ 輸送用水素サブストリーム、１２０の部分流
１２２ 加熱装置４１への燃料用の水素サブストリーム
１２３ ＳＯＦＣからの排気流
１２３’ ＳＯＦＣからの排気流（代替図２）
１２３”
１２４ 加熱装置４１への外部燃料
１２５ 加熱装置４１への空気流
１２５’ 加熱装置４１への純粋な酸素
１２６ 加熱装置４１からの排気流
１２７ 再生器中の熱交換器からの排気流
１２８ 熱交換器５２から大気への排気流（図１）
１２８’ 加熱装置４１’からの排気流（図２）
１２８” 加熱装置４１”からの排気流（図３）
１２８”’熱交換器５４からの排気流（図３）
１２９ 再生器からの純粋なＣＯ_２
１３０ 熱交換器５３からの純粋なＣＯ_２
２０１ ＳＯＦＣ３０から加熱装置４１”への熱交換媒体
２０２ 加熱装置４１”から再生器２２への熱交換媒体
２０３ 再生器２２から冷却器５０への熱交換媒体
２０４ 冷却器５０からＳＯＦＣ３０への熱交換媒体

【図1】

【図2】

【図3】