報告書番号

W90027

タイトル（和文）

ポリイミド分離膜の基本特性と燃料電池発電システムへの適用

タイトル（英文）

BASIC PERFORMANCE AND APPLICATION OF POLYIMIDE GAS SEPARATOR

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

燃料電池発電システムに高性能のガス分離方式を適用することにより一層の高効率化が期待できる。このため，種々のガス分離方式が検討されているが，その中でも膜分離方式は，連続的にガスを処理できるとともに，分離に必要な動力が少なくその開発が注目される。本報告では，現在，すでに一部で実用化されている膜分離モジュールを用い，その分離性能を定量的に把握することを試み，実験データをもとにした簡単な膜分離モジュールの数式モデルを作成した。さらに，その数式モデルを用い，燃料電池発電システムへの膜分離技術の適用性について検討を行い，適用方法の一例を示した。また，さらに，溶融炭酸塩型燃料電池のアノードガスリサイクルへの膜分離技術の適用についても検討を行い，効率向上に必要な膜分離性能を明らかとした。

概要 （英文）

MOLTEN-CARBONATE FUEL-CELL POWER PLANTS WILLACHIEVE HIGHER EFFICIENCY WITH A HIGH-PERFORMANCE GAS SEPARATOR BECAUSE OF THE INCREASED PARTIAL PRESSURE OF HYDROGEN IN THE FUEL-CELL INLET GAS. THERE ARE MANY GAS-SEPARATION METHODS: PRESSURE SWING ADSORPTION (PSA),AND GAS-SEPARATOR MEMBRANES ETC. GAS-SEPARATOR MEMBRANES ARE ATTRACTIVE BECAUSE THEY REDUCE THE POWER NEEDED FOR GAS SEPARATION. HOWEVER,THE OPERATION TEMPERATURE OF PRESENT MEMBRANES IS LOWER THAN 150 DEGREEAND THERE ARE NO BASIC DATA FOR APPLICATION TO FUEL-CELL POWER PLANTS.GAS-SEPARATION TESTS WERE CONDUCTED USING A GAS-SEPARATOR MODULE WITH POLYIMIDE MEMBRANES WHICH HAVE THE HIGHEST OPERATION TEMPERATURE. THE MAIN RESULTS ARE AS FOLLOWS: (1)THE AMOUNT OF GAS PERMEATING THE MEMBRANE IS NEARLY PROPORTINAL TO THE DIFFERENTIAL PARTIAL PRESSURE OF EACH GAS ATA CONSTANT TEMPERATURE. THE PERMEABILITY OF EACH GAS (HYDOROGEN,CARBON DIOXIDE,NITROGEN AND OXYGEN)IN A FUEL-CELL POWER PLANT WAS CLARIFIED. (2)IN ANODE GAS RECYCLING,SEPARATING HYDROGEN AND CARBON DIOXIDE IS IMPORTANT. HOWEVER,BECAUSE THE MEMBRANE PERMEABILITY OF HYDROGEN AND CARBON DIOXIDE IS HIGH,SEPARATION OF HYDROGEN AND CARBON DIOXIDE IS VERY DIFFUCULT. A NEW MEMBRANE FOR RECYCLING ANODE GAS MUST BE DEVELOPED. (3)THE POLYIMIDE MEMDBRANE GAS-SEPARATION PERFORMANCE FOR HYDROGEN AND HYDROCARBONS IS EXCELLENT. LOW BTU CITY GAS IN JAPAN INCLUDES ABOUT 50 MOL% HYDROGEN. APPLICATION OF THE GAS SEPARATOR TO FUEL-SUPPLY UNITS IN DISPERSED FUEL-CELL POWER PLANTS COULD CUT THE REFORMING UNIT CAPACITY.

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