JP2009295380A - Shutdown method of indirect internal reforming solid oxide fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shutdown method of an indirect internal reforming SOFC capable of performing sure reformation, anode oxidation deterioration prevention, and cell crack prevention. <P>SOLUTION: In this method, a stepwise fuel flow rate Fk(j) is set in advance, while an anode temperature is at an oxidation deterioration point or higher, a calculated value FkCAL of a reformable fuel flow rate is calculated. In the case of FkCALC≥FkE, if there is an intermediate flow rate Fk(j) of lower than the fuel flow rate and over FkE to the reformer at the time of starting the shutdown method in Fk(j), processes C1 to C5 are carried out sequentially. (C1) j to give a maximum value out of the intermediate flow rate is made to be J, (C2) FkCALC is calculated, (C3) if FkCALC>Fk(J), this returns to the process C2, (C4) if FkCALC≤Fk(J), the fuel flow rate to the reformer is made to be Fk(J+1), and J increased by 1, (C5) if J≠M, this returns to the process C2, and if J=M, this moves to the process D, and in (D), this is made to wait until the anode temperature is lowered below the oxidation deterioration point. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、改質器を燃料電池近傍に有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の停止方法に関する。   The present invention relates to a method for stopping an indirect internal reforming solid oxide fuel cell having a reformer in the vicinity of the fuel cell.

固体酸化物電解質形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell。以下場合によりSOFCという。)システムには、通常、灯油や都市ガスなどの炭化水素系燃料を改質して水素含有ガスとして改質ガスを発生させるための改質器と、改質ガスと空気を電気化学的に発電反応させるためのSOFCが含まれる。   Solid oxide electrolyte fuel cell (Solid Oxide Fuel Cell; hereinafter referred to as SOFC) systems are usually used to reform hydrocarbon fuels such as kerosene and city gas to generate reformed gas as hydrogen-containing gas. And a SOFC for electrochemically generating and reacting the reformed gas and air.

SOFCは通常、550〜1000℃の高温で作動させる。   The SOFC is usually operated at a high temperature of 550 to 1000 ° C.

改質には水蒸気改質(SR)、部分酸化改質(POX)、自己熱改質(ATR)など種々の反応が利用されるが、改質触媒を用いるためには、触媒活性が発現する温度に加熱する必要がある。   Various reactions such as steam reforming (SR), partial oxidation reforming (POX), and autothermal reforming (ATR) are used for reforming, but in order to use a reforming catalyst, catalytic activity is manifested. Need to be heated to temperature.

水蒸気改質は非常に大きな吸熱反応であり、また、反応温度が550〜750℃と比較的高く、高温の熱源を必要とする。そのため、SOFCの近傍に改質器(内部改質器)を設置し、SOFCからの輻射熱やSOFCのアノードオフガス(アノードから排出されるガス)の燃焼熱を熱源として改質器を加熱する間接内部改質型SOFCが知られている(特許文献1)。   Steam reforming is a very large endothermic reaction, and the reaction temperature is relatively high at 550 to 750 ° C., which requires a high-temperature heat source. Therefore, a reformer (internal reformer) is installed in the vicinity of the SOFC, and the reformer is heated by using the heat of combustion from the radiant heat from the SOFC and the combustion heat of the anode offgas (gas discharged from the anode) of the SOFC. A modified SOFC is known (Patent Document 1).

また、発電停止の際に、燃料電池に水、および水素または炭化水素系燃料の流量を減少させながら供給することにより、燃料極層側を還元状態に保持しつつ、スタック温度を低下させる燃料電池の運転停止方法が特許文献2に開示される。
特開2004−319420号公報 特開2006−294508号公報
In addition, when power generation is stopped, a fuel cell that reduces the stack temperature while maintaining the fuel electrode layer side in a reduced state by supplying the fuel cell while reducing the flow rate of water and hydrogen or hydrocarbon fuel. The operation stop method is disclosed in Patent Document 2.
JP 2004-319420 A JP 2006-294508 A

特許文献2記載の方法を利用すれば、燃料電池の停止時にアノードを還元雰囲気に保持することができ、アノードの酸化劣化を防止することができると考えられる。   If the method described in Patent Document 2 is used, it is considered that the anode can be held in a reducing atmosphere when the fuel cell is stopped, and oxidation deterioration of the anode can be prevented.

しかし、特許文献2記載の方法では、炭化水素系燃料を改質して得られる水素含有ガスを用いてSOFCアノードを還元状態に保持する場合に、確実な改質が担保されていない。つまり、未改質の炭化水素系燃料が改質器から排出され、アノードに流入するおそれがある。   However, in the method described in Patent Document 2, when the SOFC anode is maintained in a reduced state using a hydrogen-containing gas obtained by reforming a hydrocarbon fuel, reliable reforming is not ensured. That is, unreformed hydrocarbon fuel may be discharged from the reformer and flow into the anode.

特に、灯油のような高次炭化水素を用いる場合、改質器から高次炭化水素がリークしてSOFCに流入すると、炭素析出によってSOFCの性能が劣化することがある。   In particular, when using a higher order hydrocarbon such as kerosene, if the higher order hydrocarbon leaks from the reformer and flows into the SOFC, the performance of the SOFC may deteriorate due to carbon deposition.

さらに、燃料電池を降温する際に、急激に炭化水素系燃料の流量を変化させると、燃料電池内部圧力の急激な変化によって、セル割れ(燃料電池の破損)が生じるおそれがある。また、シールレススタック(発電反応に用いられなかった残余のガスを外周部から外に放出する形態のスタック)においてアノード圧力が急激に低下すると、アノードオフガス(燃料電池のアノードから排出されるガス)排出部近傍に存在する酸素含有ガスが、アノードに侵入し、アノードの酸化劣化を引き起こすおそれもある。   Furthermore, if the flow rate of the hydrocarbon-based fuel is suddenly changed when the temperature of the fuel cell is lowered, there is a possibility that cell cracking (damage of the fuel cell) may occur due to a sudden change in the internal pressure of the fuel cell. In addition, when the anode pressure rapidly decreases in a sealless stack (a stack in which the remaining gas that has not been used in the power generation reaction is discharged from the outer periphery), anode off-gas (gas discharged from the anode of the fuel cell) Oxygen-containing gas existing in the vicinity of the discharge part may enter the anode and cause oxidative deterioration of the anode.

本発明の目的は、炭化水素系燃料を確実に改質しつつ、改質ガスによってアノードの酸化劣化を防止することができ、さらに、セル割れを防止することのできる間接内部改質型SOFCの停止方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide an indirect internal reforming SOFC that can prevent oxidative deterioration of the anode with reformed gas and can prevent cell cracking while reliably reforming hydrocarbon fuel. It is to provide a stop method.

本発明により、次の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の停止方法が提供される。   The present invention provides the following method for stopping an indirect internal reforming solid oxide fuel cell.

1) 炭化水素系燃料を改質して改質ガスを製造する、改質触媒層を有する改質器と、
該改質ガスを用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池と、
該固体酸化物燃料電池から排出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域と、
該改質器、固体酸化物形燃料電池および燃焼領域を収容する筐体と、を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の停止方法であって、
次の条件iからiv、
i)該固体酸化物燃料電池のアノード温度が定常であり、
ii)該アノード温度が酸化劣化点未満であり、
iii)改質器において、炭化水素系燃料が改質され、アノードに供給するのに適した組成の改質ガスが生成しており、
iv)前記改質ガスの生成量が、該固体酸化物燃料電池のアノード温度が酸化劣化点以上の温度にある場合においてアノードの酸化劣化を防止するために必要最小限な流量以上である、
が全て満たされる状態において改質器に供給される炭化水素系燃料の流量をFkEと表し、
段階的な炭化水素系燃料の流量Fk(j)を予め定めておき(ここでjは1以上M以下の整数であり、Mは2以上の整数である。)、ただし、Fk(j)はjの増加とともに減少し、Fk(j)のなかで最も小さいFk(M)はFkEと等しく、
停止方法開始時点で改質器に供給していた炭化水素系燃料の流量をFk0と表し、
測定された改質触媒層の温度において、停止方法開始後に行う種類の改質法により改質可能な炭化水素系燃料の流量の計算値をFkCALCと表したとき、
アノード温度が酸化劣化点を下回ったら改質器への炭化水素系燃料の供給を停止して該停止方法を終了し、
アノード温度が酸化劣化点を下回っていない間に以下の工程、
A)改質触媒層温度を測定し、この測定温度を用いてFkCALCを算出し、このFkCALCとFkEの値を比較する工程、
B)工程AにおいてFkCALC<FkEの場合に、次の工程B1〜B4を順次行なう工程、
B1)改質触媒層を昇温する工程、
B2)改質触媒層温度を測定し、この測定温度を用いてFkCALCを算出し、このFkCALCとFkEの値を比較する工程、
B3)工程B2においてFkCALC<FkEの場合に、工程B1に戻る工程、
B4)工程B2においてFkCALC≧FkEの場合に、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk0からFkEにし、工程Dに移る工程、
C)工程AにおいてFkCALC≧FkEの場合に、
予め定めた炭化水素系燃料流量Fk(j)のうち、Fk0より小さくFkEより大きい中間的流量Fk(j)が存在しなければ、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk0からFkEにし、工程Dに移り、
予め定めた炭化水素系燃料流量Fk(j)のうち、Fk0より小さくFkEより大きい中間的流量Fk(j)が存在すれば、次の工程C1〜C5を順次行なう工程、
C1)中間的流量のうちの最も大きいFk(j)を与えるjをJと表し、
改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk0からFk(J)に減少させる工程、
C2)改質触媒層温度を測定し、この測定温度を用いてFkCALCを算出し、このFkCALCとFk(J)の値を比較する工程、
C3)工程C2においてFkCALC>Fk(J)の場合に、工程C2に戻る工程、
C4)工程C2においてFkCALC≦Fk(J)の場合に、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk(J)からFk(J+1)に減少させ、Jを1増加させる工程、
C5)JとMを比較し、J≠Mであれば工程C2に戻り、J=Mであれば工程Dに移る工程、および
D)アノード温度が、酸化劣化点を下回るのを待つ工程
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の停止方法。
1) a reformer having a reforming catalyst layer for reforming hydrocarbon fuel to produce reformed gas;
A solid oxide fuel cell that generates electric power using the reformed gas; and
A combustion region for burning anode off-gas discharged from the solid oxide fuel cell;
A method for stopping an indirect internal reforming solid oxide fuel cell comprising: a reformer, a solid oxide fuel cell, and a housing that houses a combustion region;
The following conditions i to iv,
i) The anode temperature of the solid oxide fuel cell is steady,
ii) the anode temperature is below the oxidative degradation point;
iii) In the reformer, the hydrocarbon-based fuel is reformed, and a reformed gas having a composition suitable for supplying to the anode is generated,
iv) The amount of the reformed gas generated is equal to or higher than the minimum flow rate necessary to prevent oxidative deterioration of the anode when the anode temperature of the solid oxide fuel cell is at or above the oxidative deterioration point.
FkE represents the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer in a state where all of the above are satisfied,
A stepwise hydrocarbon-based fuel flow rate Fk (j) is determined in advance (where j is an integer of 1 to M, and M is an integer of 2 or more), where Fk (j) is decreases with increasing j, and the smallest Fk (M) among Fk (j) is equal to FkE,
The flow rate of the hydrocarbon-based fuel that has been supplied to the reformer at the start of the stop method is expressed as Fk0,
When the calculated value of the flow rate of the hydrocarbon-based fuel that can be reformed by the type of reforming method performed after the start of the stopping method at the measured temperature of the reforming catalyst layer is expressed as FkCALC,
When the anode temperature falls below the oxidative degradation point, the supply of hydrocarbon fuel to the reformer is stopped and the stopping method is terminated.
While the anode temperature is not below the oxidation degradation point,
A) a step of measuring the reforming catalyst layer temperature, calculating FkCALC using the measured temperature, and comparing the values of FkCALC and FkE;
B) A step of sequentially performing the following steps B1 to B4 when FkCALC <FkE in step A,
B1) Step of heating the reforming catalyst layer
B2) measuring the reforming catalyst layer temperature, calculating FkCALC using the measured temperature, and comparing the values of FkCALC and FkE;
B3) A step of returning to step B1 when FkCALC <FkE in step B2,
B4) When FkCALC ≧ FkE in step B2, the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is changed from Fk0 to FkE, and the process proceeds to step D.
C) When FkCALC ≧ FkE in step A,
If there is no intermediate flow rate Fk (j) that is smaller than Fk0 and larger than FkE among the predetermined hydrocarbon-based fuel flow rates Fk (j), the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is changed from Fk0 to FkE. And go to step D,
A step of sequentially performing the following steps C1 to C5 if there is an intermediate flow rate Fk (j) that is smaller than Fk0 and larger than FkE among the predetermined hydrocarbon-based fuel flow rates Fk (j);
C1) j giving the largest Fk (j) among the intermediate flow rates is represented as J,
Reducing the flow rate of hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer from Fk0 to Fk (J);
C2) measuring the reforming catalyst layer temperature, calculating FkCALC using the measured temperature, and comparing the value of FkCALC and Fk (J);
C3) If FkCALC> Fk (J) in step C2, returning to step C2;
C4) A step of decreasing the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer from Fk (J) to Fk (J + 1) and increasing J by 1 when FkCALC ≦ Fk (J) in step C2.
C5) Comparing J and M. If J ≠ M, return to step C2, and if J = M, go to step D, and D) wait for the anode temperature to fall below the oxidation degradation point. A method for stopping an indirect internal reforming solid oxide fuel cell.

2)前記炭化水素系燃料が、炭素数が2以上の炭化水素系燃料を含む1)記載の方法。   2) The method according to 1), wherein the hydrocarbon fuel includes a hydrocarbon fuel having 2 or more carbon atoms.

3)前記改質ガス中の、炭素数2以上の化合物の濃度が、質量基準で50ppb以下である2)記載の方法。   3) The method according to 2), wherein the concentration of the compound having 2 or more carbon atoms in the reformed gas is 50 ppb or less on a mass basis.

本発明により、炭化水素系燃料を確実に改質しつつ、改質ガスによってアノードの酸化劣化を防止することができ、さらに、セル割れを防止することのできる間接内部改質型SOFCの停止方法が提供される。   INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a method for stopping an indirect internal reforming SOFC that can prevent oxidative deterioration of an anode with a reformed gas while reliably reforming a hydrocarbon-based fuel, and further prevent cell cracking Is provided.

以下、図面を用いて本発明の形態について説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

〔間接内部改質型SOFC〕
図1に、本発明を実施することのできる間接内部改質型SOFCの一形態を模式的に示す。
[Indirect internal reforming SOFC]
FIG. 1 schematically shows an embodiment of an indirect internal reforming SOFC that can implement the present invention.

間接内部改質型SOFCは、炭化水素系燃料を改質して改質ガス(水素含有ガス)を製造する改質器3を有する。改質器は、改質触媒層4を有する。   The indirect internal reforming SOFC has a reformer 3 that reforms a hydrocarbon-based fuel to produce a reformed gas (hydrogen-containing gas). The reformer has a reforming catalyst layer 4.

間接内部改質型SOFCは、上記改質ガスを用いて発電を行うSOFC6を有し、また、SOFC(特にはそのアノード)から排出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域5を有する。   The indirect internal reforming SOFC has an SOFC 6 that generates electric power using the reformed gas, and also has a combustion region 5 in which anode off-gas discharged from the SOFC (particularly its anode) is combusted.

間接内部改質型SOFCは、改質器、固体酸化物形燃料電池および燃焼領域を収容する筐体8を有する。   The indirect internal reforming SOFC has a housing 8 that houses a reformer, a solid oxide fuel cell, and a combustion region.

間接内部改質型SOFCは、筐体(モジュール容器)8およびその内部に含まれる設備をいう。   The indirect internal reforming SOFC refers to a casing (module container) 8 and equipment included therein.

図1に示した形態の間接内部改質型SOFCでは、アノードオフガスに着火するための着火手段であるイグナイター7が設けられており、また、改質器は電気ヒータ9を備える。   In the indirect internal reforming SOFC of the form shown in FIG. 1, an igniter 7 that is an ignition means for igniting the anode off gas is provided, and the reformer includes an electric heater 9.

各供給ガスは必要に応じて適宜予熱されたうえで改質器もしくはSOFCに供給される。   Each supply gas is appropriately preheated as necessary and then supplied to the reformer or SOFC.

間接内部改質型SOFCには、電気ヒータ2を備える水気化器1が接続され、その接続配管の途中に炭化水素系燃料を改質器に供給するための配管が接続される。水気化器1は電気ヒータ2による加熱によって水蒸気を発生する。水蒸気は水気化器においてもしくはその下流において適宜スーパーヒートしたうえで改質触媒層に供給することができる。   A water vaporizer 1 including an electric heater 2 is connected to the indirect internal reforming SOFC, and a pipe for supplying hydrocarbon fuel to the reformer is connected in the middle of the connecting pipe. The water vaporizer 1 generates water vapor by heating with the electric heater 2. Water vapor can be superheated appropriately in the water vaporizer or downstream thereof and then supplied to the reforming catalyst layer.

また空気も改質触媒層に供給されるが、ここでは、空気を水気化器で予熱したうえで改質触媒層に供給できるようになっている。水気化器からは、水蒸気を得ることができ、また空気と水蒸気との混合ガスを得ることができる。   Air is also supplied to the reforming catalyst layer. Here, air is preheated by a water vaporizer and then supplied to the reforming catalyst layer. Water vapor can be obtained from the water vaporizer, and a mixed gas of air and water vapor can be obtained.

水蒸気または空気と水蒸気との混合ガスは、炭化水素系燃料と混合されて改質器3、特にはその改質触媒層4に供給される。炭化水素系燃料として灯油等の液体燃料を用いる場合は、炭化水素系燃料を適宜気化したうえで改質触媒層に供給することができる。   Steam or a mixed gas of air and steam is mixed with a hydrocarbon fuel and supplied to the reformer 3, particularly the reforming catalyst layer 4. When liquid fuel such as kerosene is used as the hydrocarbon-based fuel, the hydrocarbon-based fuel can be appropriately vaporized and then supplied to the reforming catalyst layer.

改質器から得られる改質ガスがSOFC6、特にはそのアノードに供給される。図示しないが、空気が適宜予熱されてSOFCのカソードに供給される。   The reformed gas obtained from the reformer is supplied to the SOFC 6, particularly to the anode thereof. Although not shown, air is appropriately preheated and supplied to the SOFC cathode.

アノードオフガス(アノードから排出されるガス)中の可燃分がSOFC出口において、カソードオフガス(カソードから排出されるガス)中の酸素によって燃焼される。このために、イグナイター7を用いて着火することができる。アノード、カソードともその出口がモジュール容器8内に開口している。燃焼ガスは、モジュール容器から適宜排出される。   The combustible component in the anode off gas (gas discharged from the anode) is burned by oxygen in the cathode off gas (gas discharged from the cathode) at the SOFC outlet. For this purpose, ignition can be performed using the igniter 7. The outlets of both the anode and the cathode are opened in the module container 8. The combustion gas is appropriately discharged from the module container.

改質器とSOFCが一つのモジュール容器に収容されモジュール化される。改質器はSOFCから受熱可能な位置に配される。例えば改質器をSOFCからの熱輻射を受ける位置に配置すれば、発電時にSOFCからの熱輻射によって改質器が加熱される。   The reformer and SOFC are accommodated in one module container and modularized. The reformer is disposed at a position where heat can be received from the SOFC. For example, if the reformer is disposed at a position where it receives heat radiation from the SOFC, the reformer is heated by heat radiation from the SOFC during power generation.

間接内部改質型SOFCにおいて、改質器は、SOFCから改質器の外表面へと直接輻射伝熱可能な位置に配することが好ましい。従って改質器とSOFCとの間には実質的に遮蔽物は配置しないこと、つまり改質器とSOFCとの間は空隙にすることが好ましい。また、改質器とSOFCとの距離は極力短くすることが好ましい。   In the indirect internal reforming SOFC, the reformer is preferably arranged at a position where direct heat transfer from the SOFC to the outer surface of the reformer is possible. Therefore, it is preferable that a shielding object is not substantially disposed between the reformer and the SOFC, that is, a gap is provided between the reformer and the SOFC. Further, it is preferable to shorten the distance between the reformer and the SOFC as much as possible.

燃焼領域5において発生するアノードオフガスの燃焼熱によって、改質器3が加熱される。また、SOFCが改質器より高温である場合には、SOFCからの輻射熱によっても改質器が加熱される。   The reformer 3 is heated by the combustion heat of the anode off gas generated in the combustion region 5. Further, when the SOFC is at a higher temperature than the reformer, the reformer is also heated by radiant heat from the SOFC.

さらに、改質による発熱によって改質器が加熱される場合もある。改質が部分酸化改質である場合、あるいは自己熱改質(オートサーマルリフォーミング)の場合であって水蒸気改質反応による吸熱より部分酸化改質反応による発熱の方が大きい場合、改質に伴って発熱する。   Furthermore, the reformer may be heated by heat generated by reforming. If the reforming is partial oxidation reforming or autothermal reforming (autothermal reforming) and the heat generation by the partial oxidation reforming reaction is greater than the endothermic reaction by the steam reforming reaction, Fever accompanies.

〔改質停止可能状態〕
本明細書において、次の条件i〜ivの全てが満たされている状態を改質停止可能状態と呼ぶ。
i)SOFCのアノード温度が定常である。
ii)前記アノード温度が酸化劣化点未満である。
iii)改質器においてアノードに供給するのに適した組成の改質ガスが生成している。
iv)この改質ガスの生成量が、SOFCのアノード温度が酸化劣化点以上の温度にある場合においてアノードの酸化劣化を防止するために必要最小限な流量以上である。
[Reforming stoppage possible state]
In the present specification, a state where all of the following conditions i to iv are satisfied is referred to as a reforming stoppable state.
i) The anode temperature of the SOFC is steady.
ii) The anode temperature is lower than the oxidation deterioration point.
iii) A reformed gas having a composition suitable for supply to the anode is generated in the reformer.
iv) The amount of the reformed gas generated is equal to or higher than the minimum flow rate necessary to prevent oxidative degradation of the anode when the SOFC anode temperature is at or above the oxidation degradation point.

<条件iおよびii>
アノード温度は、アノード電極の温度を意味するが、アノード電極の温度を物理的に直接測定することが困難な場合には、アノード近傍のセパレータなどのスタック構成部材の温度とすることができる。アノード温度の測定位置は、安全制御の観点から相対的に温度が高くなる箇所、より好ましくは最も温度が高くなる箇所を採用することが好ましい。温度が高くなる位置は、予備実験やシミュレーションにより知ることができる。
<Conditions i and ii>
The anode temperature means the temperature of the anode electrode. When it is difficult to directly measure the temperature of the anode electrode directly, it can be the temperature of a stack component such as a separator in the vicinity of the anode. As the anode temperature measurement position, it is preferable to adopt a location where the temperature is relatively high, more preferably a location where the temperature is highest, from the viewpoint of safety control. The position where the temperature rises can be known through preliminary experiments and simulations.

酸化劣化点は、アノードが酸化劣化する温度で、例えば、アノード材料の電気伝導度を還元性、または、酸化性ガス雰囲気下で温度を変えて直流4端子法で測定し、酸化性ガス雰囲気下での電気伝導度が還元性ガス雰囲気下での値より低くなる最低温度を酸化劣化点とすることができる。   The oxidation deterioration point is a temperature at which the anode is oxidized and deteriorated. For example, the electrical conductivity of the anode material is measured by the direct current four-terminal method by changing the temperature in a reducing or oxidizing gas atmosphere, and in an oxidizing gas atmosphere. The minimum temperature at which the electrical conductivity at is lower than the value in the reducing gas atmosphere can be set as the oxidation deterioration point.

<条件iii>
条件iiiは、改質器において炭化水素系燃料が改質されており、アノードに供給するのに適した組成の改質ガスが得られている状態であることを意味している。例えば、炭化水素系燃料が炭素数2以上の炭化水素系燃料を含む場合、改質ガスが還元性であるとともに、改質ガス中のC2+成分(炭素数2以上の化合物)が炭素析出による流路閉塞やアノード劣化に対して問題にならない濃度以下である状態であることを意味している。このときのC2+成分の濃度は、改質ガス中の質量分率として50ppb以下が好ましい。
<Condition iii>
The condition iii means that the hydrocarbon-based fuel is reformed in the reformer and a reformed gas having a composition suitable for supplying to the anode is obtained. For example, when the hydrocarbon-based fuel contains a hydrocarbon-based fuel having 2 or more carbon atoms, the reformed gas is reducible, and the C2 + component (compound having 2 or more carbon atoms) in the reformed gas flows due to carbon deposition. This means that the concentration is below the concentration that does not cause a problem with respect to path blockage or anode deterioration. The concentration of the C2 + component at this time is preferably 50 ppb or less as a mass fraction in the reformed gas.

<条件iv>
アノードの酸化劣化を防止するために必要最小限の改質ガス流量は、カソードオフガスのアノード出口からアノード内部への拡散によりアノード電極が酸化劣化しない流量のうち最も小さい流量である。この改質ガス流量は、アノード温度を酸化劣化点以上に保持した状態で、改質ガス流量を変えて実験やシミュレーションを行い、予め知っておくことができる。アノード酸化劣化は、例えば、実験でアノード電極の電気伝導度を測定し、酸化劣化していないアノード電極との比較により判断することができる。あるいは、移流拡散項を含む方程式を用いたシミュレーションによりアノードのガス組成分圧を計算し、アノード電極の酸化反応における平衡分圧との比較により判断することができる。例えば、アノード電極材料がNiの場合、次式で表されるアノード電極酸化反応における酸素の平衡分圧は800℃において1.2×10-14atm(1.2×10-9Pa)であり、この値よりアノードの酸素分圧の計算値が小さければ、アノード電極が酸化劣化しないと判断することができる。
<Condition iv>
The minimum necessary reformed gas flow rate for preventing oxidative deterioration of the anode is the smallest flow rate among the flow rates at which the anode electrode is not oxidized and deteriorated due to diffusion of the cathode off gas from the anode outlet to the inside of the anode. This reformed gas flow rate can be known in advance by performing experiments and simulations by changing the reformed gas flow rate while maintaining the anode temperature at or above the oxidation deterioration point. The anodic oxidation degradation can be judged by, for example, measuring the electrical conductivity of the anode electrode in an experiment and comparing it with an anode electrode that has not undergone oxidation degradation. Alternatively, the gas composition partial pressure of the anode can be calculated by simulation using an equation including an advection diffusion term, and can be determined by comparison with the equilibrium partial pressure in the oxidation reaction of the anode electrode. For example, when the anode electrode material is Ni, the equilibrium partial pressure of oxygen in the anode electrode oxidation reaction represented by the following formula is 1.2 × 10 −14 atm (1.2 × 10 −9 Pa) at 800 ° C. If the calculated value of the oxygen partial pressure of the anode is smaller than this value, it can be determined that the anode electrode is not oxidized and deteriorated.

Figure 2009295380
Figure 2009295380

アノードの酸化劣化を防止するためにSOFCに供給する改質ガス流量(改質器で生成する改質ガスの量)は、改質ガスがSOFCを通過してアノードから排出された段階で燃焼可能であるような流量であるのが好ましい。燃焼可能な改質ガス流量のうち最も小さい流量が上記必要最小限の改質ガス流量より大きい場合、燃焼可能な改質ガス流量のうち最も小さい流量を、条件ivでいう「必要最小限の流量以上」の改質ガス流量とすることができる。燃焼可否は、例えば、燃焼ガス排出ライン中のガスを実験でサンプリングし組成分析を行う、あるいはシミュレーションで計算することで判断できる。   The reformed gas flow rate (the amount of reformed gas generated by the reformer) supplied to the SOFC to prevent oxidative deterioration of the anode can be combusted when the reformed gas passes through the SOFC and is discharged from the anode. The flow rate is preferably as follows. When the smallest flow rate among the combustible reformed gas flow rates is larger than the above-mentioned minimum required reformed gas flow rate, the smallest flow rate among the combustible reformed gas flow rates is referred to as “required minimum flow rate in condition iv Thus, the reformed gas flow rate can be obtained. Whether combustion is possible can be determined by, for example, sampling the gas in the combustion gas discharge line by experiment and performing composition analysis, or calculating by simulation.

改質停止可能状態において改質器(特には改質触媒層)に供給される炭化水素系燃料の流量をFkEと表す。   The flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer (particularly the reforming catalyst layer) in a state where the reforming can be stopped is represented as FkE.

FkEは、予め、実験もしくはシミュレーションによって求めることができる。改質器に供給する水蒸気改質または自己熱改質用の水(スチームを含む)流量、自己熱改質または部分酸化改質用の空気流量、カソード空気流量、バーナーに供給する燃料および空気流量、熱交換器に供給する水や空気などの流体の流量などの、間接内部改質型SOFCに供給する流体の流量;ならびに改質器、水や液体燃料の蒸発器、SOFC、流体の供給配管などを加熱するための電気ヒータ出力、熱電変換モジュールなどから取り出される電気入力等の間接内部改質型SOFCへの電気入出力を変化させて、すなわち間接内部改質型SOFCの操作条件を変化させて、実験もしくはシミュレーションを行い、定常的に条件i〜ivを満たすFkEを探索することによって、FkEを知ることができる。FkEは条件i〜ivを満たす限り任意の値でよいが、熱効率の観点から最も小さいFkEを用いるのが好ましい。そのFkEを含む間接内部改質型SOFCの操作条件を改質停止可能状態の操作条件として予め定める。   FkE can be obtained in advance by experiments or simulations. Water flow (including steam) for steam reforming or autothermal reforming supplied to the reformer, air flow for autothermal reforming or partial oxidation reforming, cathode air flow, fuel and air flow for supplying to the burner , The flow rate of the fluid supplied to the indirect internal reforming SOFC, such as the flow rate of the fluid such as water or air supplied to the heat exchanger; the reformer, the evaporator of water or liquid fuel, the SOFC, the fluid supply piping The electric input / output to the indirect internal reforming SOFC, such as the electric heater output for heating etc., the electric input extracted from the thermoelectric conversion module, etc., is changed, that is, the operating conditions of the indirect internal reforming SOFC are changed. Thus, FkE can be known by conducting an experiment or simulation and searching for FkE that regularly satisfies the conditions i to iv. FkE may be any value as long as the conditions i to iv are satisfied, but it is preferable to use the smallest FkE from the viewpoint of thermal efficiency. The operation condition of the indirect internal reforming SOFC including the FkE is determined in advance as the operation condition in a state where the reforming can be stopped.

〔相異なる複数の炭化水素系燃料の流量Fk(j)〕
予め、相異なるM個の段階的な炭化水素系燃料流量Fk(j)を定める。ここでjは1以上、M以下の整数であり、Mは2以上の整数である。
[Flow rate Fk (j) of different hydrocarbon fuels]
M different stepwise hydrocarbon fuel flow rates Fk (j) are determined in advance. Here, j is an integer of 1 or more and M or less, and M is an integer of 2 or more.

ただし、Fk(j)はjの増加とともに減少する。つまり、Fk(j)>Fk(j+1)である。また、Fk(j)のなかで最も小さいFk(M)はFkEと等しい値とする。   However, Fk (j) decreases as j increases. That is, Fk (j)> Fk (j + 1). In addition, the smallest Fk (M) in Fk (j) is set equal to FkE.

予め定める段階的な燃料流量Fk(j)のなかで最も大きい燃料流量すなわちFk(1)は、停止方法開始時点までに供給する燃料流量のうちの最大値以上とするのが好ましい。   The largest fuel flow rate among the predetermined stepwise fuel flow rates Fk (j), that is, Fk (1) is preferably set to be equal to or greater than the maximum value of the fuel flow rates to be supplied before the stop method is started.

段階的な燃料流量Fk(j)は、例えば、等間隔になるよう設定することができる。   The stepped fuel flow rate Fk (j) can be set, for example, at equal intervals.

改質ガスの急激な流量減少により、カソードオフガスがアノード出口からアノード内部へ急激に流入および拡散してアノード電極が酸化劣化することを優れて防止する観点から、Mはできるだけ大きくし、Fk(j)同士の間隔を小さくすることが好ましい。例えば、流量制御手段のメモリ消費の許容範囲内、かつ、昇圧手段および流量制御・計測手段の精度を超える間隔となる範囲で、できるだけMを大きくし、Fk(j)の間隔を小さくすることができる。   From the viewpoint of excellently preventing the cathode electrode from flowing and diffusing rapidly from the anode outlet to the inside of the anode due to a rapid decrease in the reformed gas, M is made as large as possible and Fk (j ) It is preferable to reduce the distance between them. For example, M is increased as much as possible and the interval of Fk (j) is decreased within the allowable range of memory consumption of the flow rate control unit and within the range exceeding the accuracy of the boosting unit and the flow rate control / measurement unit. it can.

停止方法開始時点で改質器に供給していた炭化水素系燃料の流量をFk0と表す。   The flow rate of the hydrocarbon-based fuel that has been supplied to the reformer at the start of the stop method is represented as Fk0.

測定された改質触媒層温度において停止方法開始後に行う種類の改質法によって改質可能な炭化水素系燃料の流量(以下場合により、この流量を「改質可能流量」と称す。)の計算値をFkCALCと表す。つまり、FkCALCは、改質触媒層の温度を測定し、改質触媒層がその温度である場合に、改質触媒層で改質可能な炭化水素系燃料の流量を計算することによって求めることができる。このとき、改質触媒層では停止方法開始後に行なう種類の改質法を行なうものとする(以下場合により、改質法の種類を、改質タイプとよぶ。)。改質タイプは、例えば水蒸気改質、自己熱改質、部分酸化改質である。   Calculation of the flow rate of the hydrocarbon-based fuel that can be reformed by the type of reforming method performed after the stop method is started at the measured reforming catalyst layer temperature (hereinafter, this flow rate is referred to as “reformable flow rate”). The value is expressed as FkCALC. That is, FkCALC can be obtained by measuring the temperature of the reforming catalyst layer and calculating the flow rate of the hydrocarbon-based fuel that can be reformed by the reforming catalyst layer when the reforming catalyst layer is at that temperature. it can. At this time, the reforming catalyst layer is subjected to the kind of reforming method performed after the start of the stop method (hereinafter, the type of reforming method is referred to as the reforming type). The reforming type is, for example, steam reforming, autothermal reforming, or partial oxidation reforming.

具体的には、停止方法の開始前に或る種類の改質を行なっていた場合に、それと同じ種類の改質を停止方法の開始後に行なうことができる。この場合は、改質器でその種類の改質を行なう場合の、改質可能な炭化水素系燃料の流量(計算値)をFkCALCとする。例えば停止方法の開始前に水蒸気改質を行なっていた場合に、停止方法の開始後にも引き続き水蒸気改質を行なうことができ、改質器で水蒸気改質を行なう場合に、改質触媒層測定温度において改質可能な炭化水素系燃料の流量をFkCALCとする。   Specifically, when a certain type of reforming is performed before the start of the stopping method, the same type of reforming can be performed after the starting of the stopping method. In this case, the flow rate (calculated value) of the hydrocarbon-based fuel that can be reformed when the type of reforming is performed by the reformer is FkCALC. For example, if steam reforming was performed before the start of the stop method, steam reforming can be continued after the start of the stop method. The flow rate of the hydrocarbon-based fuel that can be reformed at temperature is FkCALC.

あるいは、停止方法の開始前に或る種類の改質(第一の種類の改質)を行なっていた場合に、それと異なる種類の改質(第二の種類の改質)を停止方法の開始後に行なうことができる。この場合は、改質器で第二の種類の改質を行なう場合の、改質可能な炭化水素系燃料の流量をFkCALCとする。例えば停止方法の開始前に自己熱改質を行なっていた場合に、停止方法の開始後に水蒸気改質に切り替えることができる。このとき、水蒸気改質をを行なう場合に、改質触媒層測定温度において改質可能な炭化水素系燃料の流量(計算値)をFkCALCとする。   Alternatively, if a certain type of reforming (first type of reforming) has been performed before the start of the stopping method, a different type of reforming (second type of reforming) is started. Can be done later. In this case, the flow rate of the hydrocarbon-based fuel that can be reformed when the second type reforming is performed by the reformer is FkCALC. For example, when autothermal reforming has been performed before the start of the stop method, switching to steam reforming can be performed after the start of the stop method. At this time, when steam reforming is performed, the flow rate (calculated value) of the hydrocarbon-based fuel that can be reformed at the reforming catalyst layer measurement temperature is FkCALC.

FkCALCの算出には、改質触媒層温度の測定値を用いる。このために、改質触媒層温度を測定する。例えば、改質触媒層温度を監視する(継続して測定する)ことができる。   For the calculation of FkCALC, the measured value of the reforming catalyst layer temperature is used. For this purpose, the reforming catalyst layer temperature is measured. For example, the reforming catalyst layer temperature can be monitored (continuously measured).

停止方法開始より前から改質触媒層の温度監視を行なっている場合は、そのまま継続して温度監視を行なえばよい。   When the temperature of the reforming catalyst layer is monitored before the start of the stop method, the temperature may be continuously monitored as it is.

アノード温度が酸化劣化点を下回ってしまえば、還元性ガスは不要となるので、改質器への炭化水素系燃料の供給を停止し、停止方法を終了することができる。したがって、改質触媒層の温度監視はアノード温度が酸化劣化点を下回るまで継続して行なえばよい。   If the anode temperature falls below the oxidative deterioration point, reducing gas is no longer necessary, so the supply of hydrocarbon fuel to the reformer can be stopped and the stopping method can be terminated. Therefore, the temperature monitoring of the reforming catalyst layer may be continued until the anode temperature falls below the oxidation deterioration point.

改質触媒層温度の測定のために、熱電対等の適宜の温度センサーを用いることができる。   An appropriate temperature sensor such as a thermocouple can be used for measuring the reforming catalyst layer temperature.

本発明においては、アノード温度が酸化劣化点を下回っていない間に以下の工程A〜Dを行なう。アノード温度が酸化劣化点を下回ったら、工程A〜Dの実施状況にかかわらず、改質器への炭化水素系燃料の供給を停止し、停止方法を終了することができる。改質器への炭化水素系燃料の供給停止にあわせて、改質器に供給する水蒸気改質または自己熱改質用の水(スチームを含む)、自己熱改質または部分酸化改質用の空気、カソード空気、バーナーに供給する燃料および空気、熱交換器に供給する水や空気などの流体などの、間接内部改質型SOFCに供給する流体の供給、改質器および水や液体燃料の蒸発器、セルスタック、流体の供給配管などを加熱するための電気ヒータ出力、熱電変換モジュールなどから取り出される電気入力などの、間接内部改質型SOFCへの電気の入出力を停止することができる。   In the present invention, the following steps A to D are performed while the anode temperature is not below the oxidation deterioration point. When the anode temperature falls below the oxidative deterioration point, the supply of hydrocarbon fuel to the reformer can be stopped and the stopping method can be terminated regardless of the implementation status of steps A to D. When the supply of hydrocarbon fuel to the reformer is stopped, water for steam reforming or autothermal reforming (including steam), autothermal reforming or partial oxidation reforming to be supplied to the reformer Supply of fluid supplied to indirect internal reforming SOFC, such as air, cathode air, fuel and air supplied to burner, fluid such as water and air supplied to heat exchanger, reformer and water and liquid fuel It is possible to stop the input / output of electricity to the indirect internal reforming SOFC, such as the electric heater output for heating the evaporator, cell stack, fluid supply piping, etc., the electric input taken out from the thermoelectric conversion module, etc. .

図9は本発明の停止方法における工程A〜Dを示すフローチャートである。このフローチャートに示した手順とは別に、アノード温度を監視し、アノード温度がアノードの酸化劣化点を下回った場合には、工程A〜Dに係わらず、改質器への炭化水素系燃料の供給を停止する。   FIG. 9 is a flowchart showing steps A to D in the stopping method of the present invention. In addition to the procedure shown in this flowchart, the anode temperature is monitored, and when the anode temperature falls below the oxidative deterioration point of the anode, the hydrocarbon fuel is supplied to the reformer regardless of the steps A to D. To stop.

〔工程A〕
本発明に係る停止方法において、まず改質触媒層温度Tを測定する。そして、この温度Tに基づいて改質可能流量FkCALCを算出する。さらに、前述の改質停止可能状態における炭化水素系燃料の改質器への供給流量FkEと、このFkCALCとの大小関係を調べる。
[Process A]
In the stopping method according to the present invention, first, the reforming catalyst layer temperature T is measured. Based on this temperature T, a reformable flow rate FkCALC is calculated. Further, the magnitude relationship between the supply flow rate FkE of the hydrocarbon-based fuel to the reformer in the above-described reforming stoppable state and the FkCALC is examined.

〔工程B〕
工程Aにおいて、FkCALC<FkEの場合、次の工程B1〜B4を順次行なう。なお、「FkCALC<FkE」は、流量がFkEである炭化水素系燃料を、改質器において(改質タイプを変更する場合は変更後の改質タイプによって)改質できないことを意味している。
[Process B]
In step A, when FkCALC <FkE, the following steps B1 to B4 are sequentially performed. Note that “FkCALC <FkE” means that a hydrocarbon-based fuel having a flow rate of FkE cannot be reformed in the reformer (if the reforming type is changed, depending on the reforming type after the change). .

・工程B1
まず工程B1を行なう。すなわち、改質触媒層を昇温する工程を行なう。
・ Process B1
First, step B1 is performed. That is, a step of raising the temperature of the reforming catalyst layer is performed.

例えば改質器に付設したヒータやバーナなどの適宜の熱源を用い、改質触媒層を昇温する。   For example, the temperature of the reforming catalyst layer is raised using an appropriate heat source such as a heater or a burner attached to the reformer.

・工程B2
そして、工程B2を行なう。すなわち、改質触媒層温度Tを測定し、このTを用いてFkCALCを算出し、このFkCALCとFkEの値を比較する工程を行なう。
・ Process B2
And process B2 is performed. That is, a step of measuring the reforming catalyst layer temperature T, calculating FkCALC using this T, and comparing the values of FkCALC and FkE is performed.

・工程B3
工程B2においてFkCALC<FkEの場合には、工程B1に戻る工程を行なう。つまり、FkCALC<FkEとなる間は、工程B1〜B3を繰り返して行なう。この間に改質触媒層の温度は上昇してゆく。
・ Process B3
If FkCALC <FkE in step B2, a step returning to step B1 is performed. That is, steps B1 to B3 are repeated while FkCALC <FkE. During this time, the temperature of the reforming catalyst layer rises.

・工程B4
工程B2においてFkCALC≧FkEの場合には、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量(Fkと表す)をFk0からFkEにし、工程Dに移る工程を行なう。「FkCALC≧FkE」は、流量がFkEである炭化水素系燃料を改質触媒層において(改質タイプを変更する場合は変更後の改質タイプによって)改質可能であることを意味する。
・ Process B4
If FkCALC ≧ FkE in step B2, the flow rate of hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer (represented as Fk) is changed from Fk0 to FkE, and the process proceeds to step D. “FkCALC ≧ FkE” means that a hydrocarbon-based fuel having a flow rate of FkE can be reformed in the reforming catalyst layer (depending on the reforming type after the change when the reforming type is changed).

このとき、停止方法開始前後で改質タイプを変更する場合は、燃料流量をFk0からFkEにするとともに改質タイプを変更する。この方法により、炭化水素系燃料を確実に改質しつつ、改質ガスによってアノードの酸化劣化を防止することができる。   At this time, when the reforming type is changed before and after the start of the stopping method, the fuel flow rate is changed from Fk0 to FkE and the reforming type is changed. By this method, it is possible to prevent oxidative deterioration of the anode by the reformed gas while reliably reforming the hydrocarbon fuel.

なお、工程B2およびB3を行なうにあたり、工程B1の昇温をいったん停止してもよいが、工程B2およびB3を行なう間、工程B1を継続してもよい。   In performing steps B2 and B3, the temperature rise in step B1 may be temporarily stopped, but step B1 may be continued while steps B2 and B3 are performed.

〔工程C〕
工程AにおいてFkCALC≧FkEの場合に、予め定めた炭化水素系燃料流量Fk(j)のうち、Fk0より小さくFkEより大きい中間的流量Fk(j)が存在しなければ、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk0からFkEにし、工程Dに移る。このとき、停止方法開始前後で改質タイプを変更する場合は、燃料流量をFk0からFkEにするとともに改質タイプを変更することができる。
[Process C]
In the case of FkCALC ≧ FkE in the process A, if there is no intermediate flow rate Fk (j) smaller than Fk0 and larger than FkE among the predetermined hydrocarbon fuel flow rate Fk (j), it is supplied to the reformer. The flow rate of the hydrocarbon-based fuel is changed from Fk0 to FkE, and the process proceeds to Step D. At this time, when the reforming type is changed before and after the start of the stop method, the fuel flow rate can be changed from Fk0 to FkE and the reforming type can be changed.

なお、中間的流量は、予め定めたM個のFk(j)のうち、FkE<Fk(j)<Fk0を満たすものをいう。中間的流量が存在する場合と存在しない場合とがある。中間的流量が存在しない場合として、Fk0がFkE以下である場合、Fk0がFkEより大きく、Fk(M−1)以下である場合などがある。   The intermediate flow rate is a value that satisfies FkE <Fk (j) <Fk0 among predetermined M Fk (j). There may or may not be an intermediate flow rate. As a case where there is no intermediate flow rate, there are a case where Fk0 is less than or equal to FkE, a case where Fk0 is greater than FkE and less than or equal to Fk (M−1).

一方、工程AにおいてFkCALC≧FkEの場合に、予め定めた炭化水素系燃料流量Fk(j)のうち、Fk0より小さくFkEより大きい中間的流量Fk(j)が存在すれば、次の工程C1〜C5を順次行なう。   On the other hand, when FkCALC ≧ FkE in step A, if there is an intermediate flow rate Fk (j) that is smaller than Fk0 and larger than FkE among the predetermined hydrocarbon fuel flow rate Fk (j), the following steps C1 to C1 are performed. C5 is sequentially performed.

・工程C1
中間的流量のうちの最も大きいFk(j)を与えるjをJと表し、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk0からFk(J)に減少させる。このとき、停止方法開始前後で改質タイプを変更する場合は、炭化水素系燃料の流量FkをFk0からFk(J)に減少させるとともに、改質タイプを変更する。
・ Process C1
J which gives the largest Fk (j) among the intermediate flow rates is represented as J, and the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is reduced from Fk0 to Fk (J). At this time, when changing the reforming type before and after the start of the stopping method, the flow rate Fk of the hydrocarbon-based fuel is decreased from Fk0 to Fk (J), and the reforming type is changed.

・工程C2
改質触媒層温度Tの測定およびこのTに基づくFkCALCの算出を行い、このFkCALCとFk(J)の値を比較する。
・ Process C2
Measurement of the reforming catalyst layer temperature T and calculation of FkCALC based on this T are performed, and the values of FkCALC and Fk (J) are compared.

・工程C3
工程C2においてFkCALC>Fk(J)の場合に、工程C2に戻る。つまり、FkCALC>Fk(J)の間は、工程C2およびC3を繰り返して行なう。この間に、改質触媒層温度は低下してゆく。したがって、FkCALCの値は小さくなってゆき、いずれはFkCALC≦Fk(J)となる。
・ Process C3
If FkCALC> Fk (J) in step C2, the process returns to step C2. That is, steps C2 and C3 are repeated while FkCALC> Fk (J). During this time, the reforming catalyst layer temperature decreases. Therefore, the value of FkCALC decreases and eventually FkCALC ≦ Fk (J).

・工程C4
工程C2においてFkCALC≦Fk(J)の場合に、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk(J)からFk(J+1)に減少させ、Jを1増加させる。FkCALC≦Fk(J)は、流量Fk(J)の炭化水素系燃料を、改質器で改質しきれなくなることを意味する。
・ Process C4
When FkCALC ≦ Fk (J) in Step C2, the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is decreased from Fk (J) to Fk (J + 1), and J is increased by 1. FkCALC ≦ Fk (J) means that the hydrocarbon fuel at the flow rate Fk (J) cannot be completely reformed by the reformer.

・工程C5
J(工程C4で1増加させた後の値)とMを比較し、J≠Mであれば工程C2に戻り、J=Mであれば工程Dに移る。
・ Process C5
J (the value after incrementing by 1 in step C4) is compared with M. If J ≠ M, the process returns to step C2, and if J = M, the process proceeds to step D.

例えば、M=3の場合、つまり相異なる3個のFk(j)を予め設定した場合であって、中間的流量としてFk(1)およびFk(2)が存在した場合を考え、Fk0>Fk(1)>Fk(2)>FkE=Fk(3)が成り立つとする。このとき、中間的流量のうちの最も大きいFk(j)はFk(1)であり、Fk(1)を与えるjは1であるので、J=1とし、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量FkをFk0からFk(J)すなわちFk(1)にする(工程C1)。FkCALC≦Fk(J)すなわちFkCALC≦Fk(1)となったら、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量を、Fk(J)すなわちFk(1)から、Fk(J+1)すなわちFk(2)にし、Jに1を加えてJ=2とする(工程C4)。Jが2でありMが3である。この段階ではJ≠Mであるので、工程C2に戻る(工程C5)。改質触媒層温度の測定およびFkCALC算出を行ない、FkCALC≦Fk(J)すなわちFkCALC≦Fk(2)となったら、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk(J)すなわちFk(2)から、Fk(J+1)すなわちFk(3)にし、Jに1を加えてJ=3とする(工程C4)。この段階でJが3でありMが3であるので、工程Dに移る(工程C5)。   For example, when M = 3, that is, when three different Fk (j) are set in advance and Fk (1) and Fk (2) exist as intermediate flow rates, Fk0> Fk (1)> Fk (2)> FkE = Fk (3) is satisfied. At this time, the largest Fk (j) in the intermediate flow rate is Fk (1), and j giving Fk (1) is 1, so that J = 1 and the hydrocarbon system supplied to the reformer The fuel flow rate Fk is changed from Fk0 to Fk (J), that is, Fk (1) (step C1). When FkCALC ≦ Fk (J), that is, FkCALC ≦ Fk (1), the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is changed from Fk (J), that is, Fk (1), to Fk (J + 1), that is, Fk (2). ) And 1 is added to J to make J = 2 (step C4). J is 2 and M is 3. Since J ≠ M at this stage, the process returns to the process C2 (process C5). When the reforming catalyst layer temperature is measured and FkCALC is calculated, and FkCALC ≦ Fk (J), that is, FkCALC ≦ Fk (2), the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is Fk (J), that is, Fk ( From 2), Fk (J + 1), that is, Fk (3) is set, and 1 is added to J to set J = 3 (step C4). Since J is 3 and M is 3 at this stage, the process proceeds to process D (process C5).

あるいは、例えば、M=4の場合、つまり相異なる4個のFk(j)を設定した場合であって、中間的流量としてFk(2)およびFk(3)が存在した場合を考え、Fk(1)≧Fk0>Fk(2)>Fk(3)>FkE=Fk(4)が成り立つとする。このとき、中間的流量のうちの最も大きいFk(j)はFk(2)であり、Fk(2)を与えるjは2であるので、J=2とし、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量FkをFk0からFk(J)すなわちFk(2)にする(工程C1)。FkCALC≦Fk(J)すなわちFkCALC≦Fk(2)となったら、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量を、Fk(J)すなわちFk(2)から、Fk(J+1)すなわちFk(3)にし、Jに1を加えてJ=3とする(工程C4)。Jが3でありMが4である。この段階ではJ≠Mであるので、工程C2に戻る(工程C5)。改質触媒層温度の測定およびFkCALC算出を行ない、FkCALC≦Fk(J)すなわちFkCALC≦Fk(3)となったら、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk(J)すなわちFk(3)から、Fk(J+1)すなわちFk(4)にし、Jに1を加えてJ=4とする(工程C4)。この段階でJが4でありMが4であるので、工程Dに移る(工程C5)。   Alternatively, for example, when M = 4, that is, when four different Fk (j) are set, and Fk (2) and Fk (3) exist as intermediate flow rates, Fk ( 1) Assume that ≧ Fk0> Fk (2)> Fk (3)> FkE = Fk (4). At this time, the largest Fk (j) in the intermediate flow rate is Fk (2), and j giving Fk (2) is 2, so that J = 2 and the hydrocarbon system supplied to the reformer The fuel flow rate Fk is changed from Fk0 to Fk (J), that is, Fk (2) (step C1). When FkCALC ≦ Fk (J), that is, FkCALC ≦ Fk (2), the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is changed from Fk (J), that is, Fk (2), to Fk (J + 1), that is, Fk (3). ) And 1 is added to J to make J = 3 (step C4). J is 3 and M is 4. Since J ≠ M at this stage, the process returns to the process C2 (process C5). The reforming catalyst layer temperature is measured and FkCALC is calculated. When FkCALC ≦ Fk (J), that is, FkCALC ≦ Fk (3), the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is Fk (J), that is, Fk ( From 3), Fk (J + 1), that is, Fk (4) is set, and 1 is added to J to set J = 4 (step C4). Since J is 4 and M is 4 at this stage, the process proceeds to process D (process C5).

このように、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量を、Fk0からFkEまで一気に変更するのではなく、中間的流量のうちの改質可能な流量を介して燃料流量をFk0からFkEまで、徐々に減少させることができるので、確実に改質を行いながら、セル割れやアノード劣化を防止することができる。   Thus, instead of changing the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer from Fk0 to FkE at once, the fuel flow rate is changed from Fk0 to FkE via the reformable flow rate among the intermediate flow rates. Since it can be gradually reduced, cell cracking and anode deterioration can be prevented while reliably reforming.

なお、停止方法開始時点において、改質器に供給される炭化水素系燃料(流量がFk0である)は確実に改質されていることが前提である。そうでないと、停止方法を開始する時点以前で未改質の炭化水素系燃料が改質器から排出されていることになり、不具合が起きていることになる。このような事態を避けるべきであることは当然である。したがって停止方法開始前後で改質タイプを変更しない場合は、停止方法開始時点において、Fk0より小さい中間的流量の炭化水素系燃料は必然的に改質可能である。   It is assumed that the hydrocarbon fuel (flow rate is Fk0) supplied to the reformer is reliably reformed at the start of the stop method. Otherwise, the unreformed hydrocarbon-based fuel is discharged from the reformer before the time when the stopping method is started, and a malfunction occurs. Of course, this situation should be avoided. Therefore, when the reforming type is not changed before and after the start of the stop method, the hydrocarbon fuel having an intermediate flow rate smaller than Fk0 can inevitably be reformed at the start of the stop method.

停止方法開始前後に改質タイプを変更する場合は、停止方法開始時点(未だ改質タイプは変更されていない時点)において改質器に供給される炭化水素系燃料(流量がFk0である)が確実に改質されていたとしても、改質タイプ変更後に行なう改質タイプでは流量がFk0である炭化水素系燃料が確実に改質されるとは限らない。したがって、停止方法開始時点において、変更後の改質タイプによって中間的流量の炭化水素系燃料が改質可能であるとは限らない。   When the reforming type is changed before and after the start of the stop method, the hydrocarbon-based fuel (flow rate is Fk0) supplied to the reformer at the start of the stop method (when the reforming type has not been changed yet). Even if the fuel is reliably reformed, the hydrocarbon fuel having a flow rate of Fk0 is not necessarily reformed reliably in the reforming type performed after changing the reforming type. Therefore, at the start of the stopping method, the hydrocarbon-based fuel having an intermediate flow rate is not always reformable depending on the reforming type after the change.

このような場合に備え、停止方法開始前後に改質タイプを変更する場合は、次のような工程C0を行なうことができる。   In preparation for such a case, when the reforming type is changed before and after the start of the stopping method, the following step C0 can be performed.

・工程C0
工程Cにおいて、予め定めた炭化水素系燃料流量Fk(j)のうち、Fk0より小さくFkEより大きい中間的流量Fk(j)が存在した場合に、工程C1を行なう前に、工程C0を行なうことができる。
・ Process C0
In Step C, if there is an intermediate flow rate Fk (j) that is smaller than Fk0 and greater than FkE among the predetermined hydrocarbon fuel flow rate Fk (j), Step C0 is performed before Step C1 is performed. Can do.

工程C0:FkCALC以下の中間的流量が存在するかどうかを調べ、存在すれば工程C1〜C5を順次行ない、存在しない場合は改質器に供給する炭化水素系燃料の流量FkをFk0からFkEにするとともに改質タイプを変更し、工程Dに移る工程。   Step C0: Check whether an intermediate flow rate equal to or lower than FkCALC exists, and if it exists, sequentially perform Steps C1 to C5, and if not, change the flow rate Fk of hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer from Fk0 to FkE. And changing the reforming type and moving to step D.

工程C0において、FkCALC以下の中間的流量が存在しないということは、改質タイプ変更後に、改質可能な中間的流量が存在しないことを意味し、換言すれば、採用すべき中間的流量が存在しないことを意味する。したがって、このような場合には、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk0からFkEにするとともに改質タイプを変更する。   In step C0, the fact that there is no intermediate flow rate below FkCALC means that there is no intermediate flow rate that can be reformed after changing the reforming type, in other words, there is an intermediate flow rate to be adopted. It means not. Therefore, in such a case, the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is changed from Fk0 to FkE and the reforming type is changed.

〔工程D〕
工程Dでは、アノード温度が、酸化劣化点を下回るのを待つ。この間、炭化水素系燃料の流量はFkEに維持し、改質器に供給する水蒸気改質または自己熱改質用の水(スチームを含む)流量、自己熱改質または部分酸化改質用の空気流量、カソード空気流量、バーナーに供給する燃料および空気流量、熱交換器に供給する水や空気などの流体の流量などの、間接内部改質型SOFCに供給する流体の流量、改質器および水や液体燃料の蒸発器、セルスタック、流体の供給配管などを加熱するための電気ヒータ出力、熱電変換モジュールなどから取り出される電気入力などの、間接内部改質型SOFCへの電気の入出力を、予め定めた改質停止可能状態における操作条件に維持する。すなわち、予め定めた改質停止可能状態における間接内部改質型SOFCの操作条件に維持する。アノード温度は時間とともに低下していくので、いずれアノード温度が酸化劣化点を下回る。熱電対等の温度センサーを用いて、アノード温度を適宜監視する(継続して測定する)ことができる。
[Process D]
In step D, the process waits for the anode temperature to fall below the oxidation deterioration point. During this time, the flow rate of the hydrocarbon-based fuel is maintained at FkE, the flow rate of water for steam reforming or autothermal reforming (including steam) supplied to the reformer, air for autothermal reforming or partial oxidation reforming The flow rate of the fluid supplied to the indirect internal reforming SOFC, such as the flow rate, the cathode air flow rate, the fuel and air flow rate supplied to the burner, the flow rate of the fluid such as water and air supplied to the heat exchanger, the reformer and water Input and output of electricity to the indirect internal reforming SOFC, such as an electric heater output for heating an evaporator of liquid fuel, a cell stack, a fluid supply pipe, etc., an electric input taken from a thermoelectric conversion module, etc. The operating condition is maintained in a predetermined reforming stoppable state. That is, the operating conditions of the indirect internal reforming SOFC in a predetermined reforming stoppable state are maintained. Since the anode temperature decreases with time, the anode temperature eventually falls below the oxidation degradation point. The anode temperature can be appropriately monitored (continuously measured) using a temperature sensor such as a thermocouple.

アノード温度の監視は、停止方法を開始してすぐに開始することが好ましい。停止方法開始前からこれらの温度監視を行っていれば、停止方法を行う際にも、そのまま温度監視を続ければよい。   The monitoring of the anode temperature is preferably started immediately after starting the shutdown method. If these temperatures are monitored before the stop method is started, the temperature may be continuously monitored even when the stop method is performed.

アノード温度が酸化劣化点を下回ったら改質器への炭化水素系燃料の供給を停止して該停止方法を終了することができる。
〔ケース1〕
図2を用いて、工程Aで算出したFkCALCが、改質停止可能状態における改質器への炭化水素系燃料の流量FkE以上であって、かつ、中間的流量が1つ存在するケースについて説明する。つまり、工程Bは行なわず、工程C特には工程C1〜C5を行なうケースについて説明する。
When the anode temperature falls below the oxidative deterioration point, the supply of hydrocarbon fuel to the reformer can be stopped to end the stopping method.
[Case 1]
The case where FkCALC calculated in step A is equal to or higher than the flow rate FkE of the hydrocarbon-based fuel to the reformer in a state where the reforming can be stopped and one intermediate flow rate exists will be described with reference to FIG. To do. That is, a case will be described in which step B is not performed, but step C, particularly steps C1 to C5 are performed.

このケースでは、M=2であり、すなわち予めFk(1)およびFk(2)を定めておく(Fk(2)はFkEに等しい)。また、停止方法を開始する時点における炭化水素系燃料の流量Fk0が、Fk(1)より大きいことを想定している。したがって、Fk0>Fk(1)>Fk(2)=FkEである。   In this case, M = 2, that is, Fk (1) and Fk (2) are determined in advance (Fk (2) is equal to FkE). Further, it is assumed that the flow rate Fk0 of the hydrocarbon-based fuel at the time of starting the stopping method is larger than Fk (1). Therefore, Fk0> Fk (1)> Fk (2) = FkE.

図2(a)および(b)において、横軸は本発明の停止方法を開始した時点からの経過時間である。同図(a)において縦軸は温度であり、(b)において縦軸は、炭化水素燃料の流量(改質器に供給する炭化水素系燃料の流量Fk、もしくは計算された改質可能流量FkCALC)である。図3〜8においても基本的には同様であるが、縦軸が温度のグラフを省略した図もある。   2 (a) and 2 (b), the horizontal axis represents the elapsed time from the start of the stopping method of the present invention. In FIG. 6A, the vertical axis represents temperature, and in FIG. 5B, the vertical axis represents the flow rate of hydrocarbon fuel (the flow rate Fk of hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer or the calculated reformable flow rate FkCALC. ). 3 to 8 are basically the same, but there are also diagrams in which the graph of the vertical axis is omitted.

図2に示すように、停止方法を開始して直ぐに工程Aを行なう。つまり、改質触媒層温度Tを測定し、このTを用いて改質可能流量FkCALCを算出する。このとき、FkCALC≧FkEであるので、中間的流量が存在するかどうか調べる。   As shown in FIG. 2, step A is performed immediately after the stop method is started. That is, the reforming catalyst layer temperature T is measured, and the reformable flow rate FkCALC is calculated using this T. At this time, since FkCALC ≧ FkE, it is checked whether an intermediate flow rate exists.

予め定めた段階的な燃料流量Fk(1)およびFk(2)のうちに、Fk0より小さく、FkEすなわちFk(2)より大きいFk(j)すなわちFk(1)が存在する。   Among the predetermined stepwise fuel flow rates Fk (1) and Fk (2), there exists Fk (j), that is, Fk (1), that is smaller than Fk0 and larger than FkE, that is, Fk (2).

よって工程C1において、中間的流量はFk(1)だけなので、中間的流量のうちの最も大きいものはFk(1)であり、Fk(1)を与えるjは1である。よって、J=1であり、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk0からFk(J)すなわちFk(1)に減少させる。   Therefore, in step C1, since the intermediate flow rate is only Fk (1), the largest of the intermediate flow rates is Fk (1), and j giving Fk (1) is 1. Therefore, J = 1, and the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is reduced from Fk0 to Fk (J), that is, Fk (1).

次いで工程C2において、改質触媒層温度Tを測定し、このTに基づいて改質可能流量FkCALCを算出し、このFkCALCと、Fk(J)すなわちFk(1)とを比較する。   Next, in step C2, the reforming catalyst layer temperature T is measured, the reformable flow rate FkCALC is calculated based on this T, and this FkCALC is compared with Fk (J), that is, Fk (1).

停止方法開始当初はFkCALCはFk(1)より大きいので、工程C3に従って工程C2を再び行なう。しばらくの間、工程C2およびC3が繰り返されるが、その間にFkCALCは時間とともに低下してゆく。   Since FkCALC is larger than Fk (1) at the beginning of the stop method, step C2 is performed again according to step C3. Steps C2 and C3 are repeated for a while, while FkCALC decreases with time.

FkCALCがFk(1)以下となったら、工程C4に従って、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量を、Fk(J)からFk(J+1)に減少させる。つまり、Fk(1)から、Fk(2)すなわちFkEに減少させる。そして、Jに1加えて、J=2とする。   When FkCALC is equal to or lower than Fk (1), the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is decreased from Fk (J) to Fk (J + 1) according to step C4. That is, Fk (1) is decreased to Fk (2), that is, FkE. Then, 1 is added to J, and J = 2.

次いで、工程C5に従い、JとMを比較する。J=2となっており、M=2なので、工程Dに移る。   Next, J and M are compared according to step C5. Since J = 2 and M = 2, the process proceeds to step D.

工程Dにおいて、アノード温度が酸化劣化点を下回るのを待つ。   In step D, the process waits for the anode temperature to fall below the oxidation deterioration point.

アノード温度が酸化劣化点未満となれば、改質器への炭化水素系燃料の供給を停止して、停止方法を終了する。   When the anode temperature is lower than the oxidation deterioration point, the supply of hydrocarbon fuel to the reformer is stopped, and the stopping method is terminated.

停止方法開始前後に改質タイプを変更する場合は、工程C1において、炭化水素系燃料の流量をFk0からFk(1)に減少させるとともに改質タイプを変更する。改質タイプを変更しない場合は、図2のとおり、停止方法開始時点において、流量がFk0である炭化水素系燃料を改質することが可能となっている。従って、中間的流量(Fk0より小さい)の炭化水素系燃料は改質可能である(FkCALC≧Fk0>Fk(1))。しかし、改質タイプを変更する場合は、そうでない可能性もある。つまり、改質タイプ変更後に流量Fk(1)の炭化水素系燃料を改質可能でない場合も考えられる。このような場合に備え、工程Cにおいて中間的流量が存在するかどうか判定した後、工程C1より前に、工程C0を行なうことができる。   When the reforming type is changed before and after the stop method is started, the flow rate of the hydrocarbon-based fuel is decreased from Fk0 to Fk (1) and the reforming type is changed in step C1. When the reforming type is not changed, as shown in FIG. 2, it is possible to reform the hydrocarbon-based fuel whose flow rate is Fk0 at the start of the stopping method. Therefore, a hydrocarbon fuel with an intermediate flow rate (less than Fk0) can be reformed (FkCALC ≧ Fk0> Fk (1)). However, this may not be the case when changing the reforming type. That is, there may be a case where the hydrocarbon fuel at the flow rate Fk (1) cannot be reformed after the reforming type is changed. In preparation for such a case, the process C0 can be performed before the process C1 after determining whether or not an intermediate flow rate exists in the process C.

図2に示したケースにおいて、工程C0を行なう場合は、工程Cにおいて中間的流量Fk(1)が存在することを確認した後、FkCALC以下の中間的流量が存在するかどうかを調べる。Fk(1)はFkCALC以下であるので、このような中間的流量が存在する。よって上述のとおり、工程C1〜C5を行なう。   In the case shown in FIG. 2, when the process C0 is performed, after confirming that the intermediate flow rate Fk (1) exists in the process C, it is checked whether an intermediate flow rate equal to or less than FkCALC exists. Since Fk (1) is below FkCALC, such an intermediate flow rate exists. Therefore, steps C1 to C5 are performed as described above.

〔ケース2〕
本発明においては、いかなる時点においても、アノード温度が酸化劣化点未満となれば、改質器への炭化水素系燃料供給を停止し、停止方法を終了することができる。このような場合について、図3を用いて説明する。図3では、図2と対比して示してあり、従って、M=2とし、段階的流量Fk(1)およびFk(2)を予め定め、Fk0>Fk(1)>Fk(2)=FkEであるものとする。
[Case 2]
In the present invention, if the anode temperature is lower than the oxidation deterioration point at any time, the supply of hydrocarbon fuel to the reformer can be stopped and the stopping method can be terminated. Such a case will be described with reference to FIG. In FIG. 3, it is shown in contrast with FIG. 2, and therefore M = 2, stepped flow rates Fk (1) and Fk (2) are determined in advance, and Fk0> Fk (1)> Fk (2) = FkE. Suppose that

まず、工程Aで改質触媒層温度Tを測定し、そのTを用いてFkCALCを算出する。工程CでFkCALCがFk(1)以下となる前に、アノード温度が酸化劣化点未満になるので、その時点で改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をゼロにする。すなわちこの場合、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk(1)からFk(2)すなわちFkEに減少させてjを1増加させて2とする工程は、行わなくてよい。   First, the reforming catalyst layer temperature T is measured in step A, and FkCALC is calculated using the T. Before the FkCALC becomes equal to or lower than Fk (1) in Step C, the anode temperature becomes lower than the oxidation deterioration point, so the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer at that time is set to zero. That is, in this case, the step of reducing the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer from Fk (1) to Fk (2), that is, FkE, and increasing j by 1 to 2 is not necessary.

〔ケース3〕
図4を用いて、停止方法開始前後で改質タイプを変更する場合について説明する。停止方法開始前に行なっていた改質タイプ(第一の改質タイプ)と、停止方法開始後に行なう改質タイプ(第二の改質タイプ)は異なるものとする(改質タイプの変更は工程C1にて行なう)。ケース1と同様、このケースでも、M=2であり、すなわち予めFk(1)およびFk(2)を定めておく(Fk(2)はFkEに等しい)。また、停止方法を開始する時点における炭化水素系燃料の流量Fk0が、Fk(1)より大きいことを想定している。したがって、Fk0>Fk(1)>Fk(2)=FkEであるものとする。ただし、停止方法開始時点において、第一の改質タイプを行なっており、第一の改質タイプについては流量がFk0である炭化水素系燃料を改質可能となっているが、第二の改質タイプを行なうものとして算出するFkCALCはFk0を下回っている。
[Case 3]
A case where the reforming type is changed before and after the start of the stopping method will be described with reference to FIG. The reforming type (first reforming type) that was performed before the stop method was started and the reforming type (second reforming type) that was performed after the stop method was started are different. C1). Similar to case 1, in this case, M = 2, that is, Fk (1) and Fk (2) are determined in advance (Fk (2) is equal to FkE). Further, it is assumed that the flow rate Fk0 of the hydrocarbon-based fuel at the time of starting the stopping method is larger than Fk (1). Therefore, it is assumed that Fk0> Fk (1)> Fk (2) = FkE. However, the first reforming type is performed at the start of the stopping method, and the hydrocarbon fuel having a flow rate of Fk0 can be reformed for the first reforming type. The FkCALC calculated as the quality type is below Fk0.

図4に示したケースでは、工程Aで、改質触媒層温度Tの測定およびFkCALCの算出を行ない、FkCALC≧FkEであるので、工程Cに移る。存在する中間的流量はFk(1)だけである。   In the case shown in FIG. 4, in step A, the reforming catalyst layer temperature T is measured and FkCALC is calculated. Since FkCALC ≧ FkE, the process proceeds to step C. The only intermediate flow that exists is Fk (1).

このとき、工程C0を行なって、FkCALC以下の中間的流量が存在するかどうか調べることができる。Fk(1)はFkCALC以下なので、工程C1〜C5を行なうことができる。   At this time, Step C0 can be performed to check whether there is an intermediate flow rate below FkCALC. Since Fk (1) is equal to or less than FkCALC, steps C1 to C5 can be performed.

次いで図2に示したケースと同様工程C1以降を行なう。このケースのように、改質タイプを切り替える場合であっても、中間的流量のうちにFkCALC以下の流量があれば、図2の場合と同様、をFk0からFk(1)に減少させることができる。この場合、燃料流量をFk0からFk(1)に減少させるとともに改質タイプを変更する。   Next, the process C1 and subsequent steps are performed as in the case shown in FIG. As in this case, even when the reforming type is switched, if there is a flow rate below FkCALC among the intermediate flow rates, it is possible to decrease Fk0 to Fk (1) as in the case of FIG. it can. In this case, the fuel flow rate is decreased from Fk0 to Fk (1) and the reforming type is changed.

すなわち、停止方法開始前後で改質タイプを変更しない場合であって中間的流量としてFk(1)が存在する場合、FkCALC≧Fk0となっているべきであるので必然的にFkCALC≧Fk(1)であるが、停止方法開始前後で改質タイプを変更する場合も、FkCALC≧Fk(1)であれば、中間的流量を介して徐々に燃料流量を減少させることができる。   That is, when the reforming type is not changed before and after the start of the stop method and Fk (1) exists as an intermediate flow rate, FkCALC ≧ Fk0 should be satisfied, and therefore FkCALC ≧ Fk (1). However, even when the reforming type is changed before and after the start of the stop method, if FkCALC ≧ Fk (1), the fuel flow rate can be gradually decreased through the intermediate flow rate.

〔ケース4〕
図5を用いて、工程Aで算出したFkCALCが改質可能流量FkE以上(FkCALC≧FkE)であって、予め定めた段階的な燃料流量Fk(j)のうち、中間的流量が2つある場合について、説明する。この場合は、M=3であり、予め段階的流量Fk(1)、Fk(2)およびFk(3)を定めておく。Fk(3)はFkEと等しくする。Fk0>Fk(1)>Fk(2)>Fk(3)=FkEであるものとする。
[Case 4]
Referring to FIG. 5, FkCALC calculated in step A is equal to or higher than the reformable flow rate FkE (FkCALC ≧ FkE), and there are two intermediate flow rates among the predetermined stepwise fuel flow rates Fk (j). The case will be described. In this case, M = 3, and stepped flow rates Fk (1), Fk (2), and Fk (3) are determined in advance. Fk (3) is set equal to FkE. It is assumed that Fk0> Fk (1)> Fk (2)> Fk (3) = FkE.

停止方法を開始して、直ぐに工程Aで改質触媒層温度Tを測定し、このTに基づいてFkCALCを算出する。   After starting the stopping method, the reforming catalyst layer temperature T is measured immediately in step A, and FkCALC is calculated based on this T.

このFkCALCはFkE以上なので、工程Bは行なわず、工程Cを行なう。   Since this FkCALC is equal to or higher than FkE, the process C is performed without performing the process B.

工程Cで、中間的流量Fk(1)およびFk(2)が存在することが確認できる。   In Step C, it can be confirmed that intermediate flow rates Fk (1) and Fk (2) are present.

よって工程C1を行なう。中間的流量のうち最も大きいFk(j)はFk(1)である。Fk(1)を与えるjは1なのでJ=1とし、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量FkをFk0からFk(1)に減少させる。   Therefore, step C1 is performed. The largest Fk (j) among the intermediate flow rates is Fk (1). Since j giving Fk (1) is 1, J = 1, and the flow rate Fk of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is decreased from Fk0 to Fk (1).

次いで工程C2にて改質触媒層温度Tの測定およびこのTに基づくFkCALCの算出を行なう。このFkCALCが、Fk(J)すなわちFk(1)より大きい間は工程C2に戻る(工程C3)。   Next, in step C2, the reforming catalyst layer temperature T is measured and FkCALC is calculated based on this T. While this FkCALC is larger than Fk (J), that is, Fk (1), the process returns to Step C2 (Step C3).

工程C2で算出したFkCALCがFk(J)すなわちFk(1)以下となったら、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量を、Fk(J)からFk(J+1)に減少させ、Jを1増やす。すなわち、Fk(1)からFk(2)にし、次いでJ=2とする(工程C4)。   When FkCALC calculated in step C2 is equal to or lower than Fk (J), that is, Fk (1), the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is decreased from Fk (J) to Fk (J + 1), and J is Increase by one. That is, Fk (1) is changed to Fk (2), and then J = 2 is set (step C4).

次いで、工程C5に従い、J=2、M=3なので、工程C2に戻る。工程C2〜C5を繰り返すが、二度目に行なう工程C5においては、J=M=3となるので、工程Dに移る。   Next, according to Step C5, since J = 2 and M = 3, the process returns to Step C2. Steps C2 to C5 are repeated. In step C5, which is performed a second time, J = M = 3, so that the process proceeds to step D.

工程Dにおいて、アノード温度が酸化劣化点を下回るのを待ち、アノード温度が酸化劣化点を下回ったら改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をゼロにし、停止方法を終了することができる。   In step D, the process waits for the anode temperature to fall below the oxidation degradation point. When the anode temperature falls below the oxidation degradation point, the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is made zero, and the stopping method can be terminated.

もちろんこの場合も、FkCALCがFk(2)以下となる前、さらにはFk(1)以下となる前に、アノード温度が酸化劣化点を下回れば、その時点で工程Dを行えばよく、その時点以降工程Cを行わなくてよい。   Of course, also in this case, if the anode temperature falls below the oxidative deterioration point before FkCALC falls below Fk (2), and further below Fk (1), Step D may be performed at that point. Thereafter, step C need not be performed.

図2に示したケースでは段階的流量を2つ設定したが、このケースでは段階的流量を3つ設定している。従って、このケースの方が、炭化水素系燃料の流量を少量ずつ減少させることができる。このため、改質ガスの急激な流量減少により、カソードオフガスがアノード出口からアノード内部へ急激に流入および拡散してアノード電極が酸化劣化する可能性をより一層低減でき好ましい。   In the case shown in FIG. 2, two stepped flow rates are set. In this case, three stepped flow rates are set. Therefore, in this case, the flow rate of the hydrocarbon fuel can be decreased little by little. For this reason, it is possible to further reduce the possibility that the cathode offgas rapidly flows and diffuses from the anode outlet to the inside of the anode due to the sudden decrease in the flow rate of the reformed gas, thereby further oxidatively degrading the anode electrode.

〔ケース5〕
図6を用いて、停止方法開始前後で改質タイプを変更する場合において、工程C0を行なう場合について説明する。
[Case 5]
The case where the process C0 is performed when the reforming type is changed before and after the start of the stopping method will be described with reference to FIG.

ここでは、M=2とし、段階的流量Fk(1)およびFk(2)を予め定める。Fk0>Fk(1)>Fk(2)=FkEであるものとする。   Here, M = 2, and stepped flow rates Fk (1) and Fk (2) are determined in advance. It is assumed that Fk0> Fk (1)> Fk (2) = FkE.

停止方法開始後、直ぐに工程Aを行い、改質触媒層温度Tの測定およびこのTに基づくFkCALCの算出を行なう。FkCALC≧FkEなので、工程Bは行なわず、工程Cを行なう。   Immediately after the start of the stop method, step A is performed to measure the reforming catalyst layer temperature T and calculate FkCALC based on this T. Since FkCALC ≧ FkE, step C is not performed and step C is performed.

工程Cにおいて、予め定めた段階的な燃料流量Fk(j)のうち、中間的流量(Fk(1))が存在する。   In the process C, an intermediate flow rate (Fk (1)) exists in the predetermined stepwise fuel flow rate Fk (j).

工程C0において、FkCALC<Fk(1)であるので、FkCALC以下の中間的流量は存在しないと判断される。従って、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量FkをFk0からFkEに減少させるとともに、改質タイプを変更し、工程Dに移る。   In step C0, since FkCALC <Fk (1), it is determined that there is no intermediate flow rate equal to or lower than FkCALC. Therefore, the flow rate Fk of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is reduced from Fk0 to FkE, the reforming type is changed, and the process D is started.

その後は、アノード温度が酸化劣化点を下回った時点で、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をゼロにし、停止方法を終了することができる。   Thereafter, when the anode temperature falls below the oxidative deterioration point, the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer can be made zero, and the stopping method can be terminated.

〔ケース6〕
図7を用いて、工程Cにおいて、予め定めた段階的な燃料流量Fk(j)のうちに中間的流量がないと判断される場合について説明する。
[Case 6]
A case where it is determined in step C that there is no intermediate flow rate among the predetermined stepwise fuel flow rates Fk (j) will be described with reference to FIG.

ここでは、M=2とし、段階的流量Fk(1)およびFk(2)を予め定める。Fk(1)>Fk0>Fk(2)=FkEであるものとする。   Here, M = 2, and stepped flow rates Fk (1) and Fk (2) are determined in advance. It is assumed that Fk (1)> Fk0> Fk (2) = FkE.

停止方法開始後、直ぐに工程Aを行い、改質触媒層温度Tの測定およびこのTに基づくFkCALCの算出を行なう。FkCALC≧FkEなので、工程Bは行なわず、工程Cを行なう。   Immediately after the start of the stop method, step A is performed to measure the reforming catalyst layer temperature T and calculate FkCALC based on this T. Since FkCALC ≧ FkE, step C is not performed and step C is performed.

工程Cにおいて、中間的流量が存在するかどうか調べるが、このケースでは中間的流量が存在しない。   Step C checks whether an intermediate flow rate exists, but in this case there is no intermediate flow rate.

この場合は、図7に示すように、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量Fkを、Fk0からFkEにする。そして工程Dに移り、アノード温度が酸化劣化点未満となるのを待つ。   In this case, as shown in FIG. 7, the flow rate Fk of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is changed from Fk0 to FkE. Then, the process proceeds to step D and waits for the anode temperature to become lower than the oxidation deterioration point.

停止方法開始前後に改質タイプを変更する場合は、燃料流量をFk0からFkEにするとともに改質タイプを変更する。   When changing the reforming type before and after the start of the stop method, the fuel flow rate is changed from Fk0 to FkE and the reforming type is changed.

アノード温度が酸化劣化点未満となったら、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をゼロにし、停止方法を終了することができる。   When the anode temperature becomes lower than the oxidation deterioration point, the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer can be made zero, and the stopping method can be terminated.

〔ケース7〕
図8を用いて、工程Aで算出したFkCALCが、改質停止可能状態において改質器に供給される炭化水素系燃料の流量FkEより小さい場合、すなわちFkCALC<FkEの場合について説明する。つまり、工程Bを行なう場合について説明する。
[Case 7]
A case where FkCALC calculated in step A is smaller than the flow rate FkE of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer in a state where the reforming can be stopped, that is, a case where FkCALC <FkE will be described with reference to FIG. That is, the case where the process B is performed will be described.

ここでは、M=2とし、段階的流量Fk(1)およびFk(2)を予め定める。Fk(1)>Fk(2)=FkE>Fk0であるものとする。   Here, M = 2, and stepped flow rates Fk (1) and Fk (2) are determined in advance. It is assumed that Fk (1)> Fk (2) = FkE> Fk0.

停止方法開始後、直ぐに工程Aを行い、改質触媒層温度Tの測定およびこのTに基づくFkCALCの算出を行なう。FkCALC<FkEなので、工程Cは行なわず、工程Bを行なう。   Immediately after the start of the stop method, step A is performed to measure the reforming catalyst layer temperature T and calculate FkCALC based on this T. Since FkCALC <FkE, step B is not performed but step B is performed.

この場合は、図8に示すように、流量FkEの炭化水素系燃料を改質できるよう、FkCALC≧FkEとなるまで改質器に付設したバーナやヒータなどの適宜の熱源で改質触媒層を昇温する。   In this case, as shown in FIG. 8, the reforming catalyst layer is formed with an appropriate heat source such as a burner or a heater attached to the reformer until FkCALC ≧ FkE so that the hydrocarbon fuel at the flow rate FkE can be reformed. Raise the temperature.

FkCALC≧FkEとなったら、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量Fkを、Fk0からFkEにする。停止方法開始前後に改質タイプを変更する場合は、燃料流量をFk0からFkEにするとともに改質タイプを変更する。   When FkCALC ≧ FkE, the flow rate Fk of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is changed from Fk0 to FkE. When changing the reforming type before and after the start of the stop method, the fuel flow rate is changed from Fk0 to FkE and the reforming type is changed.

そして、工程Dに移り、アノード温度が酸化劣化点を下回るまで待つ。   Then, the process proceeds to step D and waits until the anode temperature falls below the oxidation deterioration point.

アノード温度が酸化劣化点未満となったら、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をゼロにし、停止方法を終了することができる。   When the anode temperature becomes lower than the oxidation deterioration point, the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer can be made zero, and the stopping method can be terminated.

〔改質可能流量の算出(FkCALCの算出)〕
以下、測定された改質触媒層の温度に基づいて、改質触媒層において改質可能な炭化水素系燃料の流量を算出する方法に関して説明する。
[Calculation of reformable flow rate (calculation of FkCALC)]
Hereinafter, a method for calculating the flow rate of the hydrocarbon-based fuel that can be reformed in the reforming catalyst layer based on the measured temperature of the reforming catalyst layer will be described.

停止方法開始前後で、改質法の種類を変更する場合は、変更後の改質法を行うものとしてFkCALCを算出する。   When the type of the reforming method is changed before and after the start of the stop method, FkCALC is calculated assuming that the reforming method after the change is performed.

改質触媒層において改質可能な炭化水素系燃料の流量は、その流量の炭化水素系燃料を改質触媒層に供給した場合に、改質触媒層から排出されるガスの組成が、SOFCのアノードに供給するに適した組成になる流量をいう。   The flow rate of the hydrocarbon-based fuel that can be reformed in the reforming catalyst layer is such that when the hydrocarbon-based fuel at that flow rate is supplied to the reforming catalyst layer, the composition of the gas discharged from the reforming catalyst layer is SOFC. The flow rate that results in a composition suitable for supply to the anode.

例えば、改質触媒層における改質可能流量は、供給した炭化水素系燃料がC1化合物(炭素数1の化合物)まで分解されうる流量の最大値以下の任意の流量とすることができる。すなわち、改質触媒層出口ガスにおけるC2+成分(炭素数が2以上の成分)が炭素析出による流路閉塞やアノード劣化に対して問題にならない濃度以下である組成になるまで改質触媒層において改質が進みうる場合の、改質触媒層への炭化水素系燃料の供給流量の最大値以下の任意の流量とすることができる。このときのC2+成分の濃度は、改質ガス中の質量分率として50ppb以下が好ましい。そしてこのとき、改質触媒層出口ガスが還元性になっていればよい。改質触媒層出口ガス中に、メタンが含まれることは許容される。炭化水素系燃料の改質においては、通常、平衡論上メタンが残留する。改質触媒層出口ガス中に、メタン、COあるいはCO2の形で炭素が含まれていても、必要に応じてスチームを添加することで炭素析出を防止することができる。炭化水素系燃料としてメタンを用いる場合は、改質触媒層出口ガスが還元性になるように、改質が進めばよい。 For example, the reformable flow rate in the reforming catalyst layer can be an arbitrary flow rate that is not more than the maximum value of the flow rate at which the supplied hydrocarbon fuel can be decomposed to the C1 compound (compound having 1 carbon atom). That is, the reforming catalyst layer is modified until the C2 + component (the component having 2 or more carbon atoms) in the reforming catalyst layer outlet gas has a concentration that does not cause a problem with respect to channel blockage or anode deterioration due to carbon deposition. When the quality can proceed, the flow rate can be set to an arbitrary flow rate that is not more than the maximum value of the supply flow rate of the hydrocarbon-based fuel to the reforming catalyst layer. The concentration of the C2 + component at this time is preferably 50 ppb or less as a mass fraction in the reformed gas. At this time, the reforming catalyst layer outlet gas only needs to be reducible. It is allowed that methane is contained in the reforming catalyst layer outlet gas. In the reforming of hydrocarbon-based fuels, methane usually remains in equilibrium. Even if the reforming catalyst layer outlet gas contains carbon in the form of methane, CO, or CO 2 , carbon deposition can be prevented by adding steam as necessary. When methane is used as the hydrocarbon-based fuel, reforming may be advanced so that the reforming catalyst layer outlet gas becomes reducible.

改質触媒層出口ガスの還元性については、このガスがアノードに供給されても、アノードの酸化劣化を抑えられる程度であればよい。このために、例えば、改質触媒層出口ガスに含まれる酸化性のO2、H2O、CO2などの分圧をアノード電極の酸化反応における平衡分圧より低くすることができる。例えば、アノード電極材料がNiで、アノード温度が800℃のとき、改質触媒層出口ガスに含まれるO2分圧を1.2×10-14atm(1.2×10-9Pa)未満、H2に対するH2Oの分圧比を1.7×102未満、COに対するCO2の分圧比を1.8×102未満とすることができる。 Regarding the reducing property of the reforming catalyst layer outlet gas, even if this gas is supplied to the anode, it only needs to be capable of suppressing oxidative deterioration of the anode. For this purpose, for example, the partial pressure of oxidizing O 2 , H 2 O, CO 2 and the like contained in the reforming catalyst layer outlet gas can be made lower than the equilibrium partial pressure in the oxidation reaction of the anode electrode. For example, when the anode electrode material is Ni and the anode temperature is 800 ° C., the O 2 partial pressure contained in the reforming catalyst layer outlet gas is less than 1.2 × 10 −14 atm (1.2 × 10 −9 Pa). , less than 1.7 × 10 2 partial pressure ratio of H 2 O for H 2, the partial pressure ratio of CO 2 to CO may be less than 1.8 × 10 2.

改質可能流量は、改質触媒層の温度に依存する。そのため、改質触媒層における改質可能流量の算出は、測定された改質触媒層の温度に基づいて行う。   The reformable flow rate depends on the temperature of the reforming catalyst layer. Therefore, calculation of the reformable flow rate in the reforming catalyst layer is performed based on the measured temperature of the reforming catalyst layer.

改質触媒層における改質可能流量FkCALCは、改質触媒層の温度Tの関数(温度の関数であることを明示する場合にはFkCALC(T)と表す)として、予め実験により求めることができる。また、実験により求めた関数に安全率を乗じたり、安全側に温度を補正したりしたうえで、改質可能流量とすることもできる。なお、FkCALC(T)の単位は例えばmol/sである。   The reformable flow rate FkCALC in the reforming catalyst layer can be obtained by an experiment in advance as a function of the temperature T of the reforming catalyst layer (represented as FkCALC (T) when explicitly indicating that the function is a function of temperature). . Further, the reformable flow rate can be obtained after multiplying the function obtained by the experiment by the safety factor or correcting the temperature to the safe side. The unit of FkCALC (T) is, for example, mol / s.

<温度測定点が1点である場合>
・温度測定個所
改質触媒層の温度測定点が一点である場合、改質可能流量の算出に用いる温度の測定個所としては、安全側制御の観点から、好ましくは改質触媒層の中で相対的に温度が低くなる箇所、より好ましくは改質触媒層の中で最も温度が低くなる個所を採用することが好ましい。改質触媒層における反応熱が吸熱である場合、温度測定個所として、触媒層中心付近を選ぶことができる。改質触媒層における反応熱が発熱であり、放熱によって中心部より端部の方が低温になる場合、温度測定個所として、触媒層端部を選ぶことができる。温度が低くなる位置は、予備実験やシミュレーションにより知ることができる。
<When there is one temperature measurement point>
-Temperature measurement location When the temperature measurement point of the reforming catalyst layer is one point, the temperature measurement location used for calculating the reformable flow rate is preferably relative to the reforming catalyst layer from the viewpoint of safety control. In particular, it is preferable to employ a place where the temperature is lowered, more preferably a place where the temperature is lowest in the reforming catalyst layer. When the heat of reaction in the reforming catalyst layer is endothermic, the vicinity of the center of the catalyst layer can be selected as the temperature measurement location. When the heat of reaction in the reforming catalyst layer is exothermic, and the end portion becomes cooler than the center portion due to heat dissipation, the end portion of the catalyst layer can be selected as the temperature measurement location. The position where the temperature is lowered can be known by preliminary experiments and simulations.

改質可能流量FCALC(T)は、温度Tのみの関数とすることができる。しかしその限りではなく、改質可能流量FkCALCは、温度Tに加えて、触媒層体積やガス成分の濃度などのT以外に変数を持つ関数であってもよい。その場合、改質可能流量を計算する際には、T以外の変数を適宜求め、T以外の変数と、測定されたTとから改質可能流量FRを計算することができる。 The reformable flow rate FCALC (T) can be a function of temperature T only. However, the reformable flow rate FkCALC may be a function having variables other than T such as the catalyst layer volume and the concentration of the gas component in addition to the temperature T. In this case, when calculating the reformable flow rate may suitably determine the variables other than T, and variables other than T, it is possible to calculate the reformable flow rate F R from the measured T.

<温度測定点が複数点である場合>
改質可能流量FkCALCの算出に用いる温度の測定点は一点である必要はない。より正確に改質触媒層における改質可能流量を算出するためには、温度測定点が2点以上であることが好ましい。例えば、改質触媒層の入口温度と出口温度を測定し、これらを平均した温度を前述の改質触媒層温度Tとすることができる。
<When there are multiple temperature measurement points>
The temperature measurement point used for calculating the reformable flow rate FkCALC need not be one point. In order to calculate the reformable flow rate in the reforming catalyst layer more accurately, it is preferable that the temperature measurement points are two or more. For example, the inlet temperature and outlet temperature of the reforming catalyst layer are measured, and the average of these can be used as the aforementioned reforming catalyst layer temperature T.

あるいは例えば、改質触媒層をN分割した領域Zi(Nは2以上の整数、iは1以上N以下の整数)を考え、各分割領域Ziの温度Tiを知り、各温度Tiから各分割領域における改質可能流量FkCALCi(Ti)を計算し、それらを積算した値を改質触媒層における改質可能流量FkCALCとして計算することができる。 Or, for example, the reforming catalyst layer to N divided regions Z i (N is an integer of 2 or more, i is an integer 1 or more N) thinking, knowing the temperature T i of each divided region Z i, the temperature T i Thus, the reformable flow rate FkCALC i (T i ) in each divided region is calculated, and a value obtained by integrating them can be calculated as the reformable flow rate FkCALC in the reforming catalyst layer.

N個の分割領域Ziを考える場合、全ての分割領域の改質可能流量を積算してもよく、あるいはN個の分割領域のうちの一部の分割領域のみ積算した値を改質触媒層における改質可能流量FkCALCとして採用してもよい。炭化水素系燃料供給量に応じて、積算対象とする触媒層領域を適宜変えることもできる。 When N divided regions Z i are considered, the reformable flow rates of all the divided regions may be integrated, or a value obtained by integrating only a part of the N divided regions is used as the reforming catalyst layer. The reformable flow rate FkCALC may be employed. Depending on the amount of hydrocarbon fuel supplied, the catalyst layer region to be integrated can be changed as appropriate.

分割領域Ziの温度としては、実際に測定した温度をそのまま用いることもできるが、分割領域の入口温度と出口温度との平均値など、適宜計算した値を代表値として用いることもできる。 As the temperature of the divided region Z i , the actually measured temperature can be used as it is, but an appropriately calculated value such as an average value of the inlet temperature and the outlet temperature of the divided region can also be used as a representative value.

また、全ての分割領域Ziについて、温度を測定する必要はない。また触媒層分割数Nと温度測定点数は無関係に設定することができる。 Further, it is not necessary to measure the temperature for all the divided regions Z i . Further, the catalyst layer division number N and the number of temperature measurement points can be set independently.

N個の分割領域のうちの一部について温度を測定し、残りの分割領域については、測定した温度から適宜補完することによって温度を知ることもできる。   It is also possible to know the temperature by measuring the temperature of a part of the N divided regions and supplementing the remaining divided regions as appropriate from the measured temperatures.

例えば、温度センサーを設置していない分割領域の温度として、その分割領域に最も近い分割領域の温度を用いることができる。最も近い分割領域が二つある場合には、二つのうちのいずれかの分割領域の温度を用いることもできるし、二つの分割領域の温度の平均値を用いることもできる。   For example, as the temperature of the divided area where the temperature sensor is not installed, the temperature of the divided area closest to the divided area can be used. When there are two closest divided regions, the temperature of one of the two divided regions can be used, or the average value of the temperatures of the two divided regions can be used.

分割領域とは無関係に改質触媒層の複数点(ガス流通方向に相異なる位置にある)の温度を測定し、測定した複数点の温度から、各分割領域の温度を知ることもできる。例えば、改質触媒層の入口および出口の温度を測定し(さらに中間部の任意の個所の温度を測定してもよい)、これら測定温度から最小二乗法等の近似法によって改質触媒層の温度を補間し、その補間曲線から分割領域の温度を知ることができる。   Regardless of the divided region, the temperature of a plurality of points (at different positions in the gas flow direction) of the reforming catalyst layer can be measured, and the temperature of each divided region can be known from the measured temperatures of the plurality of points. For example, the temperature at the inlet and outlet of the reforming catalyst layer is measured (and the temperature at an arbitrary position in the middle portion may be measured), and the reforming catalyst layer is measured from these measured temperatures by an approximation method such as the least square method. It is possible to interpolate the temperature and know the temperature of the divided area from the interpolation curve.

(改質可能流量算出に用いる温度の測定個所の例)
全ての分割領域の温度を知るために、次のような個所の温度を計測することができる。
・各分割領域の入口および出口。
・各分割領域内部(入口および出口より内側)(1点もしくは複数点)。
・各分割領域の入口、出口および内部(一つの分割領域について1点もしくは複数点)。
(Example of temperature measurement location used to calculate reformable flow rate)
In order to know the temperature of all the divided areas, the temperature of the following points can be measured.
-Entrance and exit of each divided area.
-Inside each divided area (inside from the entrance and exit) (one or more points).
-Entrance, exit and inside of each divided area (one or more points for one divided area).

一部の分割領域の温度を知るために、次のような個所の温度を計測することができる。
・一部の分割領域の入口および出口。
・一部の分割領域内部(入口および出口より内側)(1点もしくは複数点)。
・一部の分割領域の入口、出口および内部(一つの分割領域について1点もしくは複数点)。
In order to know the temperature of some of the divided regions, the temperature at the following locations can be measured.
-Entrance and exit of some divided areas.
-Inside of some divided areas (inside from the inlet and outlet) (one or more points).
-Entrances, exits, and interiors of some divided areas (one or more points for one divided area).

〔その他〕
炭化水素系燃料の流量FkをFkEにする際に、必要に応じ、これにあわせて改質器に供給する水蒸気改質または自己熱改質用の水(スチームを含む)流量、自己熱改質または部分酸化改質用の空気流量、カソード空気流量、バーナーに供給する燃料および空気流量、熱交換器に供給する水や空気などの流体の流量などの、間接内部改質型SOFCに供給する流体の流量、改質器および水や液体燃料の蒸発器、セルスタック、流体の供給配管などを加熱するための電気ヒータ出力、熱電変換モジュールなどから取り出される電気入力などの、間接内部改質型SOFCへの電気の入出力を、予め定めた改質停止可能状態における操作条件にする。すなわち、予め定めた改質停止可能状態における間接内部改質型SOFCの操作条件に設定する。
[Others]
When the flow rate Fk of hydrocarbon-based fuel is set to FkE, the flow rate of water for steam reforming or autothermal reforming (including steam) supplied to the reformer according to the flow rate, if necessary, self-thermal reforming Or the fluid supplied to the indirect internal reforming SOFC, such as the air flow rate for partial oxidation reforming, the cathode air flow rate, the fuel and air flow rate supplied to the burner, the flow rate of fluid such as water or air supplied to the heat exchanger Indirect internal reforming SOFC, such as the flow rate of air, the reformer and the electric heater output to heat the water and liquid fuel evaporator, cell stack, fluid supply piping, etc., the thermoelectric conversion module etc. The input / output of electricity to the operation condition is set in a predetermined reforming stoppable state. That is, the operation condition of the indirect internal reforming SOFC in a predetermined reforming stoppable state is set.

工程C1および工程C4で、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量を変更する際、上記と同様必要に応じ、これにあわせて間接内部改質型SOFCに供給する流体の流量、間接内部改質型SOFCへの電気の入出力を、予め定めた操作条件にすることができる。例えば、改質器に供給する水流量については、炭素析出抑制のため、スチーム/カーボン比(改質触媒層に供給されるガス中の炭素原子モル数に対する水分子モル数の比)が所定の値を維持するよう、燃料流量の減少に伴い水流量を減少させることができる。改質器に供給する空気流量については、酸素/カーボン比(改質触媒層に供給されるガス中の炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比)が所定の値を維持するよう、燃料流量の減少に伴い空気流量を減少させることができる。改質器に供給する水および空気以外の間接内部改質型SOFCに供給する流体の流量、間接内部改質型SOFCへの電気の入出力については、予め定めた改質停止可能状態における操作条件にする、あるいは、燃料流量の関数として予め定めた操作条件にすることができる。   When changing the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer in step C1 and step C4, the flow rate of the fluid supplied to the indirect internal reforming SOFC according to the necessity as described above, indirect internal Input / output of electricity to the reforming SOFC can be set to predetermined operating conditions. For example, with respect to the flow rate of water supplied to the reformer, a steam / carbon ratio (ratio of the number of moles of water molecules to the number of moles of carbon atoms in the gas supplied to the reforming catalyst layer) is predetermined in order to suppress carbon precipitation. To maintain the value, the water flow rate can be reduced as the fuel flow rate decreases. Regarding the air flow rate supplied to the reformer, the fuel flow rate is maintained so that the oxygen / carbon ratio (ratio of the number of moles of oxygen molecules to the number of moles of carbon atoms in the gas fed to the reforming catalyst layer) maintains a predetermined value. The air flow rate can be reduced with a decrease in. Regarding the flow rate of the fluid supplied to the indirect internal reforming SOFC other than water and air supplied to the reformer, and the input / output of electricity to the indirect internal reforming SOFC, operating conditions in a predetermined reforming stoppable state Or predetermined operating conditions as a function of fuel flow rate.

改質タイプを変更する際、上記と同様必要に応じ、これにあわせて間接内部改質型SOFCに供給する流体の流量、間接内部改質型SOFCへの電気の入出力を、予め定めた操作条件にすることができる。例えば、改質器に供給する水流量については、炭素析出抑制のため、予め定めたスチーム/カーボン比となる流量に変更することができる。改質器に供給する空気流量については、予め定めた酸素/カーボン比となる流量に変更することができる。改質器に供給する水および空気以外の間接内部改質型SOFCに供給する流体の流量、間接内部改質型SOFCへの電気の入出力については、予め定めた改質停止可能状態における操作条件にする、あるいは、燃料流量の関数として予め定めた操作条件にすることができる。   When changing the reforming type, if necessary, the flow rate of fluid supplied to the indirect internal reforming SOFC and the input / output of electricity to the indirect internal reforming SOFC are determined in advance, as necessary. Can be a condition. For example, the flow rate of water supplied to the reformer can be changed to a flow rate with a predetermined steam / carbon ratio in order to suppress carbon deposition. The air flow rate supplied to the reformer can be changed to a flow rate that provides a predetermined oxygen / carbon ratio. Regarding the flow rate of the fluid supplied to the indirect internal reforming SOFC other than water and air supplied to the reformer, and the input / output of electricity to the indirect internal reforming SOFC, operating conditions in a predetermined reforming stoppable state Or predetermined operating conditions as a function of fuel flow rate.

水蒸気改質反応を行う場合、つまり水蒸気改質もしくはオートサーマルリフォーミングを行う場合には、改質触媒層にスチームを供給する。部分酸化改質反応を行う場合、つまり部分酸化改質もしくはオートサーマルリフォーミングを行う場合には、改質触媒層に酸素含有ガスを供給する。酸素含有ガスとしては、酸素を含有するガスを適宜用いることができるが、入手容易性から空気が好ましい。   When a steam reforming reaction is performed, that is, when steam reforming or autothermal reforming is performed, steam is supplied to the reforming catalyst layer. When performing a partial oxidation reforming reaction, that is, when performing partial oxidation reforming or autothermal reforming, an oxygen-containing gas is supplied to the reforming catalyst layer. As the oxygen-containing gas, a gas containing oxygen can be used as appropriate, but air is preferable because it is easily available.

本発明は、炭化水素系燃料の炭素数が2以上の場合に特に有効である。このような燃料の場合、特に、確実な改質が求められるからである。   The present invention is particularly effective when the hydrocarbon fuel has 2 or more carbon atoms. This is because such fuel is particularly required to be reformed.

〔炭化水素系燃料〕
炭化水素系燃料としては、改質ガスの原料としてSOFCの分野で公知の、分子中に炭素と水素を含む(酸素など他の元素を含んでもよい)化合物もしくはその混合物から適宜選んで用いることができ、炭化水素類、アルコール類など分子中に炭素と水素を有する化合物を用いることができる。例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油等の炭化水素燃料、また、メタノール、エタノール等のアルコール、ジメチルエーテル等のエーテル等である。
[Hydrocarbon fuel]
As the hydrocarbon-based fuel, as a reformed gas raw material, a compound known from the field of SOFC, containing carbon and hydrogen (may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof, or a mixture thereof may be used as appropriate. And compounds having carbon and hydrogen in the molecule such as hydrocarbons and alcohols can be used. For example, hydrocarbon fuels such as methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, gasoline, naphtha, kerosene, light oil, etc., alcohols such as methanol and ethanol, ethers such as dimethyl ether, etc. is there.

なかでも灯油やLPGは、入手容易であり好ましい。また独立して貯蔵可能であるため、都市ガスのラインが普及していない地域において有用である。さらに、灯油やLPGを利用したSOFC発電装置は、非常用電源として有用である。特には、取り扱いも容易である点で、灯油が好ましい。   Of these, kerosene and LPG are preferred because they are readily available. Moreover, since it can be stored independently, it is useful in areas where city gas lines are not widespread. Furthermore, SOFC power generators using kerosene or LPG are useful as emergency power supplies. In particular, kerosene is preferable because it is easy to handle.

〔改質器〕
改質器は、炭化水素系燃料から水素を含む改質ガスを製造する。
[Reformer]
The reformer produces a reformed gas containing hydrogen from a hydrocarbon fuel.

改質器においては、水蒸気改質、部分酸化改質、および、水蒸気改質反応に部分酸化反応が伴うオートサーマルリフォーミングのいずれを行ってもよい。   In the reformer, any of steam reforming, partial oxidation reforming, and autothermal reforming accompanied by a partial oxidation reaction in the steam reforming reaction may be performed.

改質器には、水蒸気改質能を有する水蒸気改質触媒、部分酸化改質能を有する部分酸化改質触媒、部分酸化改質能と水蒸気改質能とを併せ持つ自己熱改質触媒を適宜用いることができる。   The reformer is appropriately equipped with a steam reforming catalyst having steam reforming ability, a partial oxidation reforming catalyst having partial oxidation reforming ability, and a self-thermal reforming catalyst having both partial oxidation reforming ability and steam reforming ability. Can be used.

改質器の構造は、改質器として公知の構造を適宜採用できる。例えば、密閉可能な容器内に改質触媒を収容する領域を有し、改質に必要な流体の導入口と改質ガスの排出口を有する構造とすることができる。   As the structure of the reformer, a structure known as a reformer can be appropriately adopted. For example, it is possible to have a structure having a region for accommodating the reforming catalyst in a sealable container and having an inlet for fluid necessary for reforming and an outlet for reforming gas.

改質器の材質は、改質器として公知の材質から、使用環境における耐性を考慮して適宜選んで採用できる。   The material of the reformer can be appropriately selected and adopted from materials known as reformers in consideration of resistance in the use environment.

改質器の形状は、直方体状や円管状など適宜の形状とすることができる。   The shape of the reformer can be an appropriate shape such as a rectangular parallelepiped or a circular tube.

炭化水素系燃料(必要に応じて予め気化される)および水蒸気、さらに必要に応じて空気等の酸素含有ガスをそれぞれ単独で、もしくは適宜混合した上で改質器(改質触媒層)に供給することができる。また、改質ガスはSOFCのアノードに供給される。   Supply hydrocarbon-based fuel (pre-vaporized if necessary), water vapor, and oxygen-containing gas such as air, if necessary, individually or appropriately mixed to the reformer (reforming catalyst layer) can do. The reformed gas is supplied to the anode of the SOFC.

〔SOFC〕
改質器から得られる改質ガスが、SOFCのアノードに供給される。一方、SOFCのカソードには空気などの酸素含有ガスが供給される。発電時には、発電に伴いSOFCが発熱し、その熱がSOFCから改質器へと、輻射伝熱などにより伝わる。こうしてSOFC排熱が改質器を加熱するために利用される。ガスの取り合い等は適宜配管等を用いて行う。
[SOFC]
The reformed gas obtained from the reformer is supplied to the anode of the SOFC. On the other hand, an oxygen-containing gas such as air is supplied to the cathode of the SOFC. During power generation, the SOFC generates heat with power generation, and the heat is transmitted from the SOFC to the reformer by radiant heat transfer or the like. Thus, the SOFC exhaust heat is used to heat the reformer. Gas exchange and the like are appropriately performed using piping or the like.

SOFCとしては、公知のSOFCを適宜選んで採用できる。SOFCでは、一般的に、酸素イオン導電性セラミックスもしくはプロトンイオン導電性セラミックスが電解質として利用される。   As the SOFC, a known SOFC can be appropriately selected and employed. In the SOFC, oxygen ion conductive ceramics or proton ion conductive ceramics are generally used as an electrolyte.

SOFCは単セルであってもよいが、実用上は複数の単セルを配列させたスタック(円筒型の場合はバンドルと呼ばれることもあるが、本明細書でいうスタックはバンドルも含む)が好ましく用いられる。この場合、スタックは1つでも複数でもよい。   The SOFC may be a single cell, but in practice, a stack in which a plurality of single cells are arranged (in the case of a cylindrical type, sometimes referred to as a bundle, but the stack in this specification includes a bundle) is preferable. Used. In this case, one or more stacks may be used.

SOFCの形状も、立方体状スタックに限らず、適宜の形状を採用できる。   The shape of the SOFC is not limited to the cubic stack, and an appropriate shape can be adopted.

例えば400℃程度でアノードの酸化劣化が起きることがある。   For example, oxidation deterioration of the anode may occur at about 400 ° C.

〔筐体〕
筐体(モジュール容器)としては、SOFC、改質器および燃焼領域を収容可能な適宜の容器を用いることができる。その材料としては、例えばステンレス鋼など、使用する環境に耐性を有する適宜の材料を用いることができる。容器には、ガスの取り合い等のために、適宜接続口が設けられる。
[Case]
As the casing (module container), an appropriate container capable of accommodating the SOFC, the reformer, and the combustion region can be used. As the material, for example, an appropriate material having resistance to the environment to be used, such as stainless steel, can be used. The container is appropriately provided with a connection port for gas exchange and the like.

モジュール容器の内部と外界(大気)とが連通しないように、モジュール容器が気密性を持つことが好ましい。   The module container is preferably airtight so that the interior of the module container does not communicate with the outside (atmosphere).

〔燃焼領域〕
燃焼領域は、SOFCのアノードから排出されるアノードオフガスを燃焼可能な領域である。例えば、アノード出口を筐体内に開放し、アノード出口近傍の空間を燃焼領域とすることができる。酸素含有ガスとして例えばカソードオフガスを用いてこの燃焼を行なうことができる。このために、カソード出口を筐体内に開放することができる。
(Combustion area)
The combustion region is a region where the anode off gas discharged from the anode of the SOFC can be combusted. For example, the anode outlet can be opened in the housing, and the space near the anode outlet can be used as a combustion region. This combustion can be performed using, for example, a cathode off gas as the oxygen-containing gas. For this purpose, the cathode outlet can be opened in the housing.

燃焼用燃料もしくはアノードオフガスを燃焼させるために、イグナイターなどの着火手段を適宜用いることができる。   An ignition means such as an igniter can be appropriately used to burn the combustion fuel or anode off gas.

〔改質触媒〕
改質器で用いる水蒸気改質触媒、部分酸化改質触媒、自己熱改質触媒のいずれも、それぞれ公知の触媒を用いることができる。部分酸化改質触媒の例としては白金系触媒、水蒸気改質触媒の例としてはルテニウム系およびニッケル系、自己熱改質触媒の例としてはロジウム系触媒を挙げることができる。燃焼を促進可能な改質触媒の例としては白金系およびロジウム系触媒を挙げることができる。
[Reforming catalyst]
Any of the steam reforming catalyst, partial oxidation reforming catalyst, and autothermal reforming catalyst used in the reformer can be a known catalyst. Examples of the partial oxidation reforming catalyst include platinum-based catalysts, examples of the steam reforming catalyst include ruthenium-based and nickel-based catalysts, and examples of the autothermal reforming catalyst include rhodium-based catalysts. Examples of reforming catalysts that can promote combustion include platinum-based and rhodium-based catalysts.

部分酸化改質反応が進行可能な温度は例えば200℃以上、水蒸気改質反応が進行可能な温度は例えば400℃以上である。   The temperature at which the partial oxidation reforming reaction can proceed is, for example, 200 ° C. or higher, and the temperature at which the steam reforming reaction can proceed is, for example, 400 ° C. or higher.

〔改質器の運転条件〕
以下、水蒸気改質、自己熱改質、部分酸化改質のそれぞれにつき、改質器における定格運転時および停止運転時の条件について説明する。
[Operation conditions of reformer]
Hereinafter, the conditions during rated operation and stop operation in the reformer will be described for each of steam reforming, autothermal reforming, and partial oxidation reforming.

水蒸気改質では、灯油等の改質原料にスチームが添加される。水蒸気改質の反応温度は例えば400℃〜1000℃、好ましくは500℃〜850℃、さらに好ましくは550℃〜800℃の範囲で行うことができる。反応系に導入するスチームの量は、炭化水素系燃料に含まれる炭素原子モル数に対する水分子モル数の比(スチーム/カーボン比)として定義され、この値は好ましくは1〜10、より好ましくは1.5〜7、さらに好ましくは2〜5とされる。炭化水素系燃料が液体の場合、この時の空間速度(LHSV)は炭化水素系燃料の液体状態での流速をA(L/h)、触媒層体積をB(L)とした場合A/Bで表すことができ、この値は好ましくは0.05〜20h-1、より好ましくは0.1〜10h-1、さらに好ましくは0.2〜5h-1の範囲で設定される。 In steam reforming, steam is added to reforming raw materials such as kerosene. The reaction temperature of the steam reforming can be performed, for example, in the range of 400 ° C to 1000 ° C, preferably 500 ° C to 850 ° C, more preferably 550 ° C to 800 ° C. The amount of steam introduced into the reaction system is defined as the ratio of the number of moles of water molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the hydrocarbon fuel (steam / carbon ratio), and this value is preferably 1 to 10, more preferably 1.5-7, more preferably 2-5. When the hydrocarbon fuel is liquid, the space velocity (LHSV) at this time is A / B when the flow rate in the liquid state of the hydrocarbon fuel is A (L / h) and the catalyst layer volume is B (L). This value is preferably set in the range of 0.05 to 20 h −1 , more preferably 0.1 to 10 h −1 , and still more preferably 0.2 to 5 h −1 .

自己熱改質ではスチームの他に酸素含有ガスが改質原料に添加される。酸素含有ガスとしては純酸素でも良いが入手容易性から空気が好ましい。水蒸気改質反応に伴う吸熱反応をバランスし、かつ、改質触媒層やSOFCの温度を保持もしくはこれらを昇温できる発熱量が得られるように酸素含有ガスを添加することができる。酸素含有ガスの添加量は、炭化水素系燃料に含まれる炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比(酸素/カーボン比)として好ましくは0.005〜1、より好ましくは0.01〜0.75、さらに好ましくは0.02〜0.6とされる。自己熱改質反応の反応温度は例えば400℃〜1000℃、好ましくは450℃〜850℃、さらに好ましくは500℃〜800℃の範囲で設定される。炭化水素系燃料が液体の場合、この時の空間速度(LHSV)は、好ましくは0.05〜20、より好ましくは0.1〜10、さらに好ましくは0.2〜5の範囲で選ばれる。反応系に導入するスチームの量は、スチーム/カーボン比として好ましくは1〜10、より好ましくは1.5〜7、さらに好ましくは2〜5とされる。   In autothermal reforming, an oxygen-containing gas is added to the reforming raw material in addition to steam. The oxygen-containing gas may be pure oxygen, but air is preferred because of its availability. An oxygen-containing gas can be added so that the endothermic reaction accompanying the steam reforming reaction is balanced, and a heat generation amount capable of maintaining the temperature of the reforming catalyst layer and SOFC or raising the temperature thereof can be obtained. The addition amount of the oxygen-containing gas is preferably 0.005 to 1, more preferably 0.01 to 0.00 as the ratio of the number of moles of oxygen molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the hydrocarbon fuel (oxygen / carbon ratio). 75, more preferably 0.02 to 0.6. The reaction temperature of the autothermal reforming reaction is set, for example, in the range of 400 ° C to 1000 ° C, preferably 450 ° C to 850 ° C, more preferably 500 ° C to 800 ° C. When the hydrocarbon fuel is liquid, the space velocity (LHSV) at this time is preferably selected in the range of 0.05 to 20, more preferably 0.1 to 10, and further preferably 0.2 to 5. The amount of steam introduced into the reaction system is preferably 1 to 10, more preferably 1.5 to 7, and still more preferably 2 to 5 as a steam / carbon ratio.

部分酸化改質では酸素含有ガスが改質原料に添加される。酸素含有ガスとしては純酸素でも良いが入手容易性から空気が好ましい。反応を進めるための温度を確保するため、熱のロス等において適宜添加量は決定される。その量は、炭化水素系燃料に含まれる炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比(酸素/カーボン比)として好ましくは0.1〜3、より好ましくは0.2〜0.7とされる。部分酸化反応の反応温度は、例えば450℃〜1000℃、好ましくは500℃〜850℃、さらに好ましくは550℃〜800℃の範囲で設定することができる。炭化水素系燃料が液体の場合、この時の空間速度(LHSV)は、好ましくは0.1〜30の範囲で選ばれる。反応系においてすすの発生を抑制するためにスチームを導入することができ、その量は、スチーム/カーボン比として好ましくは0.1〜5、より好ましくは0.1〜3、さらに好ましくは1〜2とされる。   In partial oxidation reforming, an oxygen-containing gas is added to the reforming raw material. The oxygen-containing gas may be pure oxygen, but air is preferred because of its availability. In order to secure a temperature for proceeding the reaction, the amount added is appropriately determined in terms of heat loss and the like. The amount is preferably 0.1 to 3, more preferably 0.2 to 0.7 as the ratio of the number of moles of oxygen molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the hydrocarbon fuel (oxygen / carbon ratio). . The reaction temperature of the partial oxidation reaction can be set, for example, in the range of 450 ° C to 1000 ° C, preferably 500 ° C to 850 ° C, and more preferably 550 ° C to 800 ° C. When the hydrocarbon fuel is a liquid, the space velocity (LHSV) at this time is preferably selected in the range of 0.1-30. Steam can be introduced to suppress the generation of soot in the reaction system, and the amount thereof is preferably 0.1 to 5, more preferably 0.1 to 3, more preferably 1 to 1, as a steam / carbon ratio. 2.

〔他の機器〕
間接内部改質型SOFCの公知の構成要素は、必要に応じて適宜設けることができる。具体例を挙げれば、液体を気化させる気化器、各種流体を加圧するためのポンプ、圧縮機、ブロワなどの昇圧手段、流体の流量を調節するため、あるいは流体の流れを遮断/切り替えるためのバルブ等の流量調節手段や流路遮断/切り替え手段、熱交換・熱回収を行うための熱交換器、気体を凝縮する凝縮器、スチームなどで各種機器を外熱する加熱/保温手段、炭化水素系燃料(改質原料)や燃焼用燃料の貯蔵手段、計装用の空気や電気系統、制御用の信号系統、制御装置、出力用や動力用の電気系統、燃料中の硫黄分濃度を低減する脱硫器などである。
[Other equipment]
Known components of the indirect internal reforming SOFC can be appropriately provided as necessary. Specific examples include a vaporizer for vaporizing liquid, a pump for pressurizing various fluids, a pressure increasing means such as a compressor and a blower, a valve for adjusting the flow rate of the fluid, or for blocking / switching the flow of the fluid. Such as flow rate control means, flow path blocking / switching means, heat exchanger for heat exchange / recovery, condenser for condensing gas, heating / heat-retaining means for externally heating various devices with steam, etc., hydrocarbon system Fuel (reforming raw materials) and combustion fuel storage means, instrumentation air and electrical systems, control signal systems, control devices, output and power electrical systems, desulfurization to reduce the concentration of sulfur in the fuel Such as a vessel.

本発明は、例えば定置用もしくは移動体用の発電装置やコージェネレーションシステムに利用される間接内部改質型SOFCに適用できる。   The present invention can be applied to, for example, an indirect internal reforming SOFC used in a stationary or moving power generator or a cogeneration system.

本発明を適用することのできる間接内部改質型SOFCの一形態につき、その概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary about one form of the indirect internal reforming type | mold SOFC which can apply this invention. 本発明の方法を説明するための概念的グラフであり、(a)は経過時間と温度の関係、(b)は経過時間と炭化水素系燃料流量の関係を示す。It is a conceptual graph for demonstrating the method of this invention, (a) shows the relationship between elapsed time and temperature, (b) shows the relationship between elapsed time and hydrocarbon fuel flow rate. 本発明の方法を説明するための概念的グラフであり、(a)は経過時間と温度の関係、(b)は経過時間と炭化水素系燃料流量の関係を示す。It is a conceptual graph for demonstrating the method of this invention, (a) shows the relationship between elapsed time and temperature, (b) shows the relationship between elapsed time and hydrocarbon fuel flow rate. 本発明の方法を説明するための概念的グラフであり、経過時間と炭化水素系燃料流量の関係を示す。It is a conceptual graph for demonstrating the method of this invention, and shows the relationship between elapsed time and hydrocarbon fuel flow volume. 本発明の方法を説明するための概念的グラフであり、経過時間と炭化水素系燃料流量の関係を示す。It is a conceptual graph for demonstrating the method of this invention, and shows the relationship between elapsed time and hydrocarbon fuel flow volume. 本発明の方法を説明するための概念的グラフであり、経過時間と炭化水素系燃料流量の関係を示す。It is a conceptual graph for demonstrating the method of this invention, and shows the relationship between elapsed time and hydrocarbon fuel flow volume. 本発明の方法を説明するための概念的グラフであり、経過時間と炭化水素系燃料流量の関係を示す。It is a conceptual graph for demonstrating the method of this invention, and shows the relationship between elapsed time and hydrocarbon fuel flow volume. 本発明の方法を説明するための概念的グラフであり、経過時間と炭化水素系燃料流量の関係を示す。It is a conceptual graph for demonstrating the method of this invention, and shows the relationship between elapsed time and hydrocarbon fuel flow volume. 本発明の方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 水気化器
2 水気化器に付設された電気ヒータ
3 改質器
4 改質触媒層
5 燃焼領域
6 SOFC
7 イグナイター
8 筐体(モジュール容器)
9 改質器に付設された電気ヒータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water vaporizer 2 Electric heater attached to water vaporizer 3 Reformer 4 Reforming catalyst layer 5 Combustion zone 6 SOFC
7 Igniter 8 Case (module container)
9 Electric heater attached to the reformer

Claims (3)

炭化水素系燃料を改質して改質ガスを製造する、改質触媒層を有する改質器と、
該改質ガスを用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池と、
該固体酸化物燃料電池から排出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域と、
該改質器、固体酸化物形燃料電池および燃焼領域を収容する筐体と、を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の停止方法であって、
次の条件iからiv、
i)該固体酸化物燃料電池のアノード温度が定常であり、
ii)該アノード温度が酸化劣化点未満であり、
iii)改質器において、炭化水素系燃料が改質され、アノードに供給するのに適した組成の改質ガスが生成しており、
iv)前記改質ガスの生成量が、該固体酸化物燃料電池のアノード温度が酸化劣化点以上の温度にある場合においてアノードの酸化劣化を防止するために必要最小限な流量以上である、
が全て満たされる状態において改質器に供給される炭化水素系燃料の流量をFkEと表し、
段階的な炭化水素系燃料の流量Fk(j)を予め定めておき(ここでjは1以上M以下の整数であり、Mは2以上の整数である。)、ただし、Fk(j)はjの増加とともに減少し、Fk(j)のなかで最も小さいFk(M)はFkEと等しく、
停止方法開始時点で改質器に供給していた炭化水素系燃料の流量をFk0と表し、
測定された改質触媒層の温度において、停止方法開始後に行う種類の改質法により改質可能な炭化水素系燃料の流量の計算値をFkCALCと表したとき、
アノード温度が酸化劣化点を下回ったら改質器への炭化水素系燃料の供給を停止して該停止方法を終了し、
アノード温度が酸化劣化点を下回っていない間に以下の工程、
A)改質触媒層温度を測定し、この測定温度を用いてFkCALCを算出し、このFkCALCとFkEの値を比較する工程、
B)工程AにおいてFkCALC<FkEの場合に、次の工程B1〜B4を順次行なう工程、
B1)改質触媒層を昇温する工程、
B2)改質触媒層温度を測定し、この測定温度を用いてFkCALCを算出し、このFkCALCとFkEの値を比較する工程、
B3)工程B2においてFkCALC<FkEの場合に、工程B1に戻る工程、
B4)工程B2においてFkCALC≧FkEの場合に、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk0からFkEにし、工程Dに移る工程、
C)工程AにおいてFkCALC≧FkEの場合に、
予め定めた炭化水素系燃料流量Fk(j)のうち、Fk0より小さくFkEより大きい中間的流量Fk(j)が存在しなければ、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk0からFkEにし、工程Dに移り、
予め定めた炭化水素系燃料流量Fk(j)のうち、Fk0より小さくFkEより大きい中間的流量Fk(j)が存在すれば、次の工程C1〜C5を順次行なう工程、
C1)中間的流量のうちの最も大きいFk(j)を与えるjをJと表し、
改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk0からFk(J)に減少させる工程、
C2)改質触媒層温度を測定し、この測定温度を用いてFkCALCを算出し、このFkCALCとFk(J)の値を比較する工程、
C3)工程C2においてFkCALC>Fk(J)の場合に、工程C2に戻る工程、
C4)工程C2においてFkCALC≦Fk(J)の場合に、改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をFk(J)からFk(J+1)に減少させ、Jを1増加させる工程、
C5)JとMを比較し、J≠Mであれば工程C2に戻り、J=Mであれば工程Dに移る工程、および
D)アノード温度が、酸化劣化点を下回るのを待つ工程
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の停止方法。
A reformer having a reforming catalyst layer for reforming hydrocarbon fuel to produce reformed gas;
A solid oxide fuel cell that generates electric power using the reformed gas; and
A combustion region for burning anode off-gas discharged from the solid oxide fuel cell;
A method for stopping an indirect internal reforming solid oxide fuel cell comprising: a reformer, a solid oxide fuel cell, and a housing that houses a combustion region;
The following conditions i to iv,
i) The anode temperature of the solid oxide fuel cell is steady,
ii) the anode temperature is below the oxidative degradation point;
iii) In the reformer, the hydrocarbon-based fuel is reformed, and a reformed gas having a composition suitable for supplying to the anode is generated,
iv) The amount of the reformed gas generated is equal to or higher than the minimum flow rate necessary to prevent oxidative deterioration of the anode when the anode temperature of the solid oxide fuel cell is at or above the oxidative deterioration point.
FkE represents the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer in a state where all of the above are satisfied,
A stepwise hydrocarbon-based fuel flow rate Fk (j) is determined in advance (where j is an integer of 1 to M, and M is an integer of 2 or more), where Fk (j) is decreases with increasing j, and the smallest Fk (M) among Fk (j) is equal to FkE,
The flow rate of the hydrocarbon-based fuel that has been supplied to the reformer at the start of the stop method is expressed as Fk0
When the calculated value of the flow rate of the hydrocarbon-based fuel that can be reformed by the type of reforming method performed after the start of the stopping method at the measured temperature of the reforming catalyst layer is expressed as FkCALC,
When the anode temperature falls below the oxidative degradation point, the supply of hydrocarbon fuel to the reformer is stopped and the stopping method is terminated.
While the anode temperature is not below the oxidation degradation point,
A) a step of measuring the reforming catalyst layer temperature, calculating FkCALC using the measured temperature, and comparing the values of FkCALC and FkE;
B) A step of sequentially performing the following steps B1 to B4 when FkCALC <FkE in step A,
B1) Step of heating the reforming catalyst layer
B2) measuring the reforming catalyst layer temperature, calculating FkCALC using the measured temperature, and comparing the values of FkCALC and FkE;
B3) A step of returning to step B1 when FkCALC <FkE in step B2,
B4) When FkCALC ≧ FkE in step B2, the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is changed from Fk0 to FkE, and the process proceeds to step D.
C) When FkCALC ≧ FkE in step A,
If there is no intermediate flow rate Fk (j) that is smaller than Fk0 and larger than FkE among the predetermined hydrocarbon-based fuel flow rates Fk (j), the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer is changed from Fk0 to FkE. And go to step D,
A step of sequentially performing the following steps C1 to C5 if there is an intermediate flow rate Fk (j) that is smaller than Fk0 and larger than FkE among the predetermined hydrocarbon-based fuel flow rates Fk (j);
C1) j giving the largest Fk (j) among the intermediate flow rates is represented as J,
Reducing the flow rate of hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer from Fk0 to Fk (J);
C2) measuring the reforming catalyst layer temperature, calculating FkCALC using the measured temperature, and comparing the value of FkCALC and Fk (J);
C3) If FkCALC> Fk (J) in step C2, returning to step C2;
C4) A step of decreasing the flow rate of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reformer from Fk (J) to Fk (J + 1) and increasing J by 1 when FkCALC ≦ Fk (J) in step C2.
C5) Comparing J and M. If J ≠ M, return to step C2, and if J = M, go to step D, and D) wait for the anode temperature to fall below the oxidation degradation point. A method for stopping an indirect internal reforming solid oxide fuel cell.
前記炭化水素系燃料が、炭素数が2以上の炭化水素系燃料を含む請求項1記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the hydrocarbon fuel includes a hydrocarbon fuel having 2 or more carbon atoms. 前記改質ガス中の、炭素数2以上の化合物の濃度が、質量基準で50ppb以下である請求項2記載の方法。   The method according to claim 2, wherein the concentration of the compound having 2 or more carbon atoms in the reformed gas is 50 ppb or less on a mass basis.
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