JP2002029705A - 改質装置 - Google Patents
改質装置Info
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- JP2002029705A JP2002029705A JP2000208783A JP2000208783A JP2002029705A JP 2002029705 A JP2002029705 A JP 2002029705A JP 2000208783 A JP2000208783 A JP 2000208783A JP 2000208783 A JP2000208783 A JP 2000208783A JP 2002029705 A JP2002029705 A JP 2002029705A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 入口側の触媒の高温による劣化を抑制すると
同時に、出口側の触媒の温度低下による反応効率の低下
を改善する。 【解決手段】 メタン26と水蒸気30とを反応させて水素
を含む改質ガスを発生させる触媒層と、その触媒層を有
する反応容器18と、反応容器18の入口流路側に、メタン
26と空気28と水蒸気30とが供給され、メタン26を燃焼さ
せる改質バーナ32を備えて、触媒層を改質ガスの流れ方
向に触媒層34、36の２つに分割して設け、触媒層34に流
入するガスの熱により、触媒層34と36の段間に流れるガ
スを加熱する伝熱部材38と放熱板40を設ける。
同時に、出口側の触媒の温度低下による反応効率の低下
を改善する。 【解決手段】 メタン26と水蒸気30とを反応させて水素
を含む改質ガスを発生させる触媒層と、その触媒層を有
する反応容器18と、反応容器18の入口流路側に、メタン
26と空気28と水蒸気30とが供給され、メタン26を燃焼さ
せる改質バーナ32を備えて、触媒層を改質ガスの流れ方
向に触媒層34、36の２つに分割して設け、触媒層34に流
入するガスの熱により、触媒層34と36の段間に流れるガ
スを加熱する伝熱部材38と放熱板40を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は炭素系燃料と水蒸気
から水素を製造する装置に係り、特に炭素系燃料の一部
を燃焼させ、その燃焼熱を利用して炭素系燃料と水蒸気
とを反応させて水素を製造する改質装置に関する。
から水素を製造する装置に係り、特に炭素系燃料の一部
を燃焼させ、その燃焼熱を利用して炭素系燃料と水蒸気
とを反応させて水素を製造する改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】改質装置は、燃料電池発電システムにお
ける燃料である水素を製造するためのものであり、一般
に、改質反応を行う反応容器内に、改質反応を促進させ
る改質触媒（以下、触媒と称する）層と、その触媒層の
入口側に、燃料であるメタンを供給する燃料供給装置
と、水蒸気を供給する水蒸気供給装置と、空気を供給す
る空気供給装置と、燃焼部である改質バーナを有する。
この改質用バーナにメタンと空気と水蒸気の各供給装置
を連結し、反応容器内に供給する際に、そのメタンの一
部を空気で燃焼（式（1））することで発生した約1200
℃の燃焼ガスが、原料ガスを加熱する。ここで、各供給
手段より改質バーナへ供給される比率は、メタンに対す
る空気の割合（空気比）で0.2〜0.5、水蒸気に対するメ
タンの比率（S／C）で2.5〜5.0として利用される。
ける燃料である水素を製造するためのものであり、一般
に、改質反応を行う反応容器内に、改質反応を促進させ
る改質触媒（以下、触媒と称する）層と、その触媒層の
入口側に、燃料であるメタンを供給する燃料供給装置
と、水蒸気を供給する水蒸気供給装置と、空気を供給す
る空気供給装置と、燃焼部である改質バーナを有する。
この改質用バーナにメタンと空気と水蒸気の各供給装置
を連結し、反応容器内に供給する際に、そのメタンの一
部を空気で燃焼（式（1））することで発生した約1200
℃の燃焼ガスが、原料ガスを加熱する。ここで、各供給
手段より改質バーナへ供給される比率は、メタンに対す
る空気の割合（空気比）で0.2〜0.5、水蒸気に対するメ
タンの比率（S／C）で2.5〜5.0として利用される。
【０００３】 CH４ ＋ 3/2 O2 → CO ＋ 2H2O （発熱反応）（1） 加熱された原料ガスは、触媒層に入り、下記の式
（2）、（3）で示す反応が進み、水素と二酸化炭素と一
酸化炭素とを含む改質ガスに変換される。これらの反応
は、式（2）の吸熱反応と、式（3）の僅かな発熱反応で
あるためガス温度は低下する。
（2）、（3）で示す反応が進み、水素と二酸化炭素と一
酸化炭素とを含む改質ガスに変換される。これらの反応
は、式（2）の吸熱反応と、式（3）の僅かな発熱反応で
あるためガス温度は低下する。
【０００４】 CH４ ＋ H2O ←→ CO ＋ 3H2 （平衡反応、吸熱反応）（2） CO ＋ H2O ←→ CO2 ＋ H2 （平衡反応、発熱反応）（3） なお、この反応は、高温雰囲気で促進されるもので、80
0℃以上に触媒層の温度を保つ必要がある。ここで生成
した生成物、例えばメタンを吹込んだ場合で、一酸化炭
素、水素、二酸化炭素といった生成物は、途中の熱損失
等による組成の変化も考えられるが、ほぼその組成を保
ち、次のCO変成器に投入される。CO変成器には、銅−亜
鉛系の触媒が設置してあり、200℃から400℃に保たれて
いる。このCO変成器では、式（4）の反応が右向きに進
行し、COが減少し、H2を形成することとなる。
0℃以上に触媒層の温度を保つ必要がある。ここで生成
した生成物、例えばメタンを吹込んだ場合で、一酸化炭
素、水素、二酸化炭素といった生成物は、途中の熱損失
等による組成の変化も考えられるが、ほぼその組成を保
ち、次のCO変成器に投入される。CO変成器には、銅−亜
鉛系の触媒が設置してあり、200℃から400℃に保たれて
いる。このCO変成器では、式（4）の反応が右向きに進
行し、COが減少し、H2を形成することとなる。
【０００５】 CO ＋ H2O ←→ CO2＋H2 （平衡反応、発熱反応）（4） さらに、改質ガスは、CO選択酸化器に送られる。CO選択
酸化器の白金、パラジウム系の触媒を担体とするアルカ
リ金属系ゼオライトなどが用いられ、式（5）の反応に
より、COだけを選択的に除去する。
酸化器の白金、パラジウム系の触媒を担体とするアルカ
リ金属系ゼオライトなどが用いられ、式（5）の反応に
より、COだけを選択的に除去する。
【０００６】 CO ＋ 1/2 O2 → CO2 （発熱反応）（5） 以上のように、従来構造では、各機器を通じ、燃料電池
の燃料である水素を製造している。
の燃料である水素を製造している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の改質装置は、改
質バーナで加熱された約1100℃の原料ガスを、そのまま
触媒層に吹込む構造であるため、入口側付近の触媒は高
温にさらされる。この触媒は1000℃を上回る温度内では
焼損をおこしはじめ、部分的に劣化し改質性能を低下さ
せる。
質バーナで加熱された約1100℃の原料ガスを、そのまま
触媒層に吹込む構造であるため、入口側付近の触媒は高
温にさらされる。この触媒は1000℃を上回る温度内では
焼損をおこしはじめ、部分的に劣化し改質性能を低下さ
せる。
【０００８】また、触媒層内では改質反応による吸熱が
連続的に行われ、ガス温度は出口側にいくにつれ低下し
ていく。そのため原料ガスを1100℃の高温に加熱し、流
入しても出口側付近では700℃程度まで低下する。その
結果、高温雰囲気中にて促進される改質反応の反応効率
も低下する。さらに、連続運転を行った場合に、高温の
原料ガスによる劣化、及び低温域による改質効率が徐々
に低下し、触媒の早期取り替えが必要となる。
連続的に行われ、ガス温度は出口側にいくにつれ低下し
ていく。そのため原料ガスを1100℃の高温に加熱し、流
入しても出口側付近では700℃程度まで低下する。その
結果、高温雰囲気中にて促進される改質反応の反応効率
も低下する。さらに、連続運転を行った場合に、高温の
原料ガスによる劣化、及び低温域による改質効率が徐々
に低下し、触媒の早期取り替えが必要となる。
【０００９】本発明は、触媒層の入口側の触媒の高温に
よる劣化を抑制すると同時に、触媒層の出口側付近の温
度低下による反応効率の低下を改善することを課題とす
る。
よる劣化を抑制すると同時に、触媒層の出口側付近の温
度低下による反応効率の低下を改善することを課題とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の改質装置は、炭
素系燃料と水蒸気とを含む原料ガスから水素を含む改質
ガスを発生させる触媒層を有する反応容器と、触媒層の
入口側の反応容器内に設けられた炭素系燃料を供給する
燃料供給手段、水蒸気を供給する水蒸気供給手段、酸化
剤を供給する酸化剤供給手段、及び炭素系燃料を酸化剤
により燃焼する燃焼部を備えてなる改質装置であって、
触媒層を改質ガスの流れ方向に複数段に分割して設け、
上流側の触媒層に流入するガスの熱により、下流部の触
媒層の段間に流れる原料ガスを加熱する伝熱手段を設け
たことを特徴とする。
素系燃料と水蒸気とを含む原料ガスから水素を含む改質
ガスを発生させる触媒層を有する反応容器と、触媒層の
入口側の反応容器内に設けられた炭素系燃料を供給する
燃料供給手段、水蒸気を供給する水蒸気供給手段、酸化
剤を供給する酸化剤供給手段、及び炭素系燃料を酸化剤
により燃焼する燃焼部を備えてなる改質装置であって、
触媒層を改質ガスの流れ方向に複数段に分割して設け、
上流側の触媒層に流入するガスの熱により、下流部の触
媒層の段間に流れる原料ガスを加熱する伝熱手段を設け
たことを特徴とする。
【００１１】このように、改質ガスの流れ方向に複数段
に分割して設け、上流側の触媒層に流入する原料ガスの
熱により、下流側の触媒層の段間に流れるガスを加熱す
る伝熱手段を設けたことから、燃焼部にて高温に加熱さ
れた原料ガスの熱量の一部が下流側のガスへ移動する。
その結果、原料ガスの温度が抑えられ、触媒層の入口側
の触媒の高温による劣化を抑制できると同時に、下流側
のガスに改質反応に必要な熱量を補うことができ、出口
側の触媒層における反応効率の低下を改善できる。
に分割して設け、上流側の触媒層に流入する原料ガスの
熱により、下流側の触媒層の段間に流れるガスを加熱す
る伝熱手段を設けたことから、燃焼部にて高温に加熱さ
れた原料ガスの熱量の一部が下流側のガスへ移動する。
その結果、原料ガスの温度が抑えられ、触媒層の入口側
の触媒の高温による劣化を抑制できると同時に、下流側
のガスに改質反応に必要な熱量を補うことができ、出口
側の触媒層における反応効率の低下を改善できる。
【００１２】この場合において、最上流側の触媒層の入
口側の流路と、その最上流側の触媒層と次段の触媒層と
を連通させる流路とを、伝熱性の隔壁を介して接して形
成したことができる。また、伝熱隔壁は、表面に突出し
た伝熱部材を有することが好ましい。このことにより、
伝熱部材の表面積が増し伝熱効率をあげることができ
る。これは伝熱手段の一例であり、上流の原料ガスから
下流のガスへ熱エネルギーを伝達できれば、公知の他の
伝熱手段を用いることができる。
口側の流路と、その最上流側の触媒層と次段の触媒層と
を連通させる流路とを、伝熱性の隔壁を介して接して形
成したことができる。また、伝熱隔壁は、表面に突出し
た伝熱部材を有することが好ましい。このことにより、
伝熱部材の表面積が増し伝熱効率をあげることができ
る。これは伝熱手段の一例であり、上流の原料ガスから
下流のガスへ熱エネルギーを伝達できれば、公知の他の
伝熱手段を用いることができる。
【００１３】また、以上の場合において、複数の段に分
割した触媒層は層状に重ねる場合に限らず、ガス流が複
数の触媒層を通るように形成されていれば、横型でも、
ジグザグ状でもよく、種々の形状、又は、配置に形成し
てよい。
割した触媒層は層状に重ねる場合に限らず、ガス流が複
数の触媒層を通るように形成されていれば、横型でも、
ジグザグ状でもよく、種々の形状、又は、配置に形成し
てよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明を適用してなる改質装置の一実施形態について図１及
び図２を参照して説明する。図１は、本発明を適用して
なる改質装置を含む改質システムの概要構成図であり、
断面で示している。図２は図１のII‐II線における断面
図である。図３は図１のIII‐III線における断面図であ
る。図４は改質装置の各位置における温度分布図であ
る。
明を適用してなる改質装置の一実施形態について図１及
び図２を参照して説明する。図１は、本発明を適用して
なる改質装置を含む改質システムの概要構成図であり、
断面で示している。図２は図１のII‐II線における断面
図である。図３は図１のIII‐III線における断面図であ
る。図４は改質装置の各位置における温度分布図であ
る。
【００１５】図１に示すように、改質システムは、一定
の間隔をもって同心状に配置された筒体1〜5と、これら
の筒体1、3、5の図において下端と筒体2、4の図におい
て上端とに、それぞれ設けられた閉塞板6、7とを有して
形成されている。そして、筒体1、3の上端は閉塞板6か
ら離して設置され、同様に筒体2、4の下端は閉塞板7か
ら離して設置されている。これによって、互いに隣接す
る筒体と閉塞板により蛇行する一本の流路として順次ガ
スを通流させるように連絡流路10、12、14、16が形成さ
れている。最内側の筒体1と筒体2、及び筒体2と筒体3に
より挟まれる部分に触媒層34と触媒層36が設けられ、こ
れにより水素を含む改質ガスを発生させるための改質装
置20が形成されている。また、筒体3と筒体4により挟ま
れる部分にCO変成触媒層22が設けられ、これにより一酸
化炭素と水蒸気から水素を発生させるCO変成部が形成さ
れている。また、筒体4と筒体5により挟まれる部分にCO
選択酸化触媒層24設けられ、これにより、CO選択酸化部
が形成されている。
の間隔をもって同心状に配置された筒体1〜5と、これら
の筒体1、3、5の図において下端と筒体2、4の図におい
て上端とに、それぞれ設けられた閉塞板6、7とを有して
形成されている。そして、筒体1、3の上端は閉塞板6か
ら離して設置され、同様に筒体2、4の下端は閉塞板7か
ら離して設置されている。これによって、互いに隣接す
る筒体と閉塞板により蛇行する一本の流路として順次ガ
スを通流させるように連絡流路10、12、14、16が形成さ
れている。最内側の筒体1と筒体2、及び筒体2と筒体3に
より挟まれる部分に触媒層34と触媒層36が設けられ、こ
れにより水素を含む改質ガスを発生させるための改質装
置20が形成されている。また、筒体3と筒体4により挟ま
れる部分にCO変成触媒層22が設けられ、これにより一酸
化炭素と水蒸気から水素を発生させるCO変成部が形成さ
れている。また、筒体4と筒体5により挟まれる部分にCO
選択酸化触媒層24設けられ、これにより、CO選択酸化部
が形成されている。
【００１６】図において筒体1の下端部に、燃料である
メタン26、酸化剤である空気28、及び水蒸気30が供給さ
れる改質バーナ32が設けられおり、上端部は連絡流路10
に開口されている。連絡流路10は筒体1と、筒体1と筒体
2に挟まれる部分を連絡している。触媒層34と触媒層36
は連絡流路12により連通されている。この連絡流路12の
画壁を形成する筒体1の少なくとも一部が伝熱部材38で
形成され、その伝熱部材38の連絡流路12側には放熱板
（フィン）40が設けられている。ここで、例えば、筒体
1の径は3cm、伝熱部材38部分は筒体1と同径とし長手方
向長さを25cmとする。放熱板（フィン）40は高さ2cm、
幅1mm、長手方向長さを25cm、枚数を6枚とする。また、
改質バーナ32は伝熱部材38に近接して配置する。また、
触媒層36とCO変成触媒層22は連絡流路14にて連通され、
CO変成触媒層22とCO選択酸化触媒層24は連絡流路16にて
連通されている。
メタン26、酸化剤である空気28、及び水蒸気30が供給さ
れる改質バーナ32が設けられおり、上端部は連絡流路10
に開口されている。連絡流路10は筒体1と、筒体1と筒体
2に挟まれる部分を連絡している。触媒層34と触媒層36
は連絡流路12により連通されている。この連絡流路12の
画壁を形成する筒体1の少なくとも一部が伝熱部材38で
形成され、その伝熱部材38の連絡流路12側には放熱板
（フィン）40が設けられている。ここで、例えば、筒体
1の径は3cm、伝熱部材38部分は筒体1と同径とし長手方
向長さを25cmとする。放熱板（フィン）40は高さ2cm、
幅1mm、長手方向長さを25cm、枚数を6枚とする。また、
改質バーナ32は伝熱部材38に近接して配置する。また、
触媒層36とCO変成触媒層22は連絡流路14にて連通され、
CO変成触媒層22とCO選択酸化触媒層24は連絡流路16にて
連通されている。
【００１７】この様な構成の改質装置の動作と特徴を図
１、図４を参照して、具体例に基づいて説明する。ここ
で、温度の測定点を、A、B、C、D、E、とし、点Aは連絡
流路10内、点Bは触媒層34内部、点Cは触媒層34と連絡流
路12の境界部、点Dは触媒層36と連絡流路12の境界部、
点Eは触媒層36の出口側付近をそれぞれ測定個所とす
る。本例では、燃料であるメタン26の供給量を1m3／s、
酸化剤である空気28の供給量を4m3／s、水蒸気28の供給
量を3m3／sとした。
１、図４を参照して、具体例に基づいて説明する。ここ
で、温度の測定点を、A、B、C、D、E、とし、点Aは連絡
流路10内、点Bは触媒層34内部、点Cは触媒層34と連絡流
路12の境界部、点Dは触媒層36と連絡流路12の境界部、
点Eは触媒層36の出口側付近をそれぞれ測定個所とす
る。本例では、燃料であるメタン26の供給量を1m3／s、
酸化剤である空気28の供給量を4m3／s、水蒸気28の供給
量を3m3／sとした。
【００１８】まず、燃焼部である改質用バーナ32により
燃料であるメタン26を酸化剤である空気28で燃焼（式
（1））し、発生した熱により、原料ガスの温度は約110
0℃まで上昇する。しかし、伝熱部材38及び放熱板（フ
ィン）40を介して行われる連絡流路12内のガスへの伝熱
により、約150℃の温度低下が生じ、連絡流路10（点A）
におけるガス温度は、約950℃となった。この原料ガス
は触媒層34へ流入し、層内部において、式（2）で示さ
れる吸熱反応と、式（3）で示される微量な発熱反応に
よる改質反応が進み、これによってガス温度が低下す
る。そのため、触媒層34内部の点Bのガス温度は約900℃
になり、触媒層34を通過し連絡流路12に流入する点Cの
ガス温度は約800℃となる。しかし、連絡流路12内に入
ったガスは、伝熱部材38及び放熱板（フィン）40を介し
て加熱され、約950℃まで昇温される。そのガスは触媒
層36へ流入（点D）し、層内部では、同様に再びガス温
度が低下する。触媒層36を通過し連絡流路14に流入する
点Eのガス温度は約800℃となった。この結果から、従来
と本実施の形態の構造におけるガス温度の変化を図５に
比較して示す。従来の構造は、触媒層の上流部と下流部
のガス温度が適度な範囲から外れることで反応効率の低
下する領域がある。これに対し本実施の形態は、改質反
応にとって適度なガス温度の範囲（約800℃〜1000℃）
が保たれる。その結果、部分的な触媒の劣化や、反応効
率の低下が改善されるのは明らかである。 （第２の実施の形態）本発明を適用してなる改質装置の
他の実施形態について図６を参照して説明する。図６
は、本発明を適用してなる改質システムの概要構成図で
あり断面図で示している。図１に示される実施の形態に
対し、触媒量の配分及び触媒の支持位置、伝熱部材38の
位置を変更したものである。
燃料であるメタン26を酸化剤である空気28で燃焼（式
（1））し、発生した熱により、原料ガスの温度は約110
0℃まで上昇する。しかし、伝熱部材38及び放熱板（フ
ィン）40を介して行われる連絡流路12内のガスへの伝熱
により、約150℃の温度低下が生じ、連絡流路10（点A）
におけるガス温度は、約950℃となった。この原料ガス
は触媒層34へ流入し、層内部において、式（2）で示さ
れる吸熱反応と、式（3）で示される微量な発熱反応に
よる改質反応が進み、これによってガス温度が低下す
る。そのため、触媒層34内部の点Bのガス温度は約900℃
になり、触媒層34を通過し連絡流路12に流入する点Cの
ガス温度は約800℃となる。しかし、連絡流路12内に入
ったガスは、伝熱部材38及び放熱板（フィン）40を介し
て加熱され、約950℃まで昇温される。そのガスは触媒
層36へ流入（点D）し、層内部では、同様に再びガス温
度が低下する。触媒層36を通過し連絡流路14に流入する
点Eのガス温度は約800℃となった。この結果から、従来
と本実施の形態の構造におけるガス温度の変化を図５に
比較して示す。従来の構造は、触媒層の上流部と下流部
のガス温度が適度な範囲から外れることで反応効率の低
下する領域がある。これに対し本実施の形態は、改質反
応にとって適度なガス温度の範囲（約800℃〜1000℃）
が保たれる。その結果、部分的な触媒の劣化や、反応効
率の低下が改善されるのは明らかである。 （第２の実施の形態）本発明を適用してなる改質装置の
他の実施形態について図６を参照して説明する。図６
は、本発明を適用してなる改質システムの概要構成図で
あり断面図で示している。図１に示される実施の形態に
対し、触媒量の配分及び触媒の支持位置、伝熱部材38の
位置を変更したものである。
【００１９】図６に示すように、改質装置は、同心状に
筒体43と筒体44とを筒方向位置をずらして対向配置し、
筒体43の上端、中央部、下端の外周面にそれぞれリング
状の段板50、54、42を張り出して設け、筒体44の中央
部、下端の内周面にそれぞれリング状の段板52、56を張
り出して設ける。それらの段板50、54、42と段板52、56
の先端は、互いに接触しないように上下方向の位置をず
らして、かつ、対向する筒体との間隔をおいて配置され
ている。また、筒体44の上端は閉塞板41で塞がれてい
る。これにより、段板と筒体と閉塞板による一本の蛇行
する流路として順次ガスを通流するように連絡流路48、
49、51、53が形成されている。筒体43の筒内の下端部
に、メタン26、空気28、及び水蒸気30が供給されている
改質バーナ32が設けられ、上端部は、閉塞板41と段板50
により形成されている連絡流路48に開口している。閉塞
板41と段板50により挟まれた部分には触媒層58が、段板
50と段板52とで挟まれた部分には触媒層60が、段板52と
段板54とで挟まれた部分には触媒層62がそれぞれ設けら
れており、触媒層58と触媒層60は連絡流路49によって、
触媒層60と触媒層62は連絡流路51によって連通してい
る。連絡流路51を形成している部分の筒体43の少なくと
も一部は伝熱部材で構成されており、伝熱部材の連絡流
路51側には放熱板（フィン）40が設けられている。ま
た、改質ガス内の一酸化炭素を取り除くCO変成触媒層46
は、段板54と段板56との挟まれた部分に設けられ、連絡
流路53にて触媒層62と連通している。CO変成触媒層46
は、改質装置と一体に形成されている。
筒体43と筒体44とを筒方向位置をずらして対向配置し、
筒体43の上端、中央部、下端の外周面にそれぞれリング
状の段板50、54、42を張り出して設け、筒体44の中央
部、下端の内周面にそれぞれリング状の段板52、56を張
り出して設ける。それらの段板50、54、42と段板52、56
の先端は、互いに接触しないように上下方向の位置をず
らして、かつ、対向する筒体との間隔をおいて配置され
ている。また、筒体44の上端は閉塞板41で塞がれてい
る。これにより、段板と筒体と閉塞板による一本の蛇行
する流路として順次ガスを通流するように連絡流路48、
49、51、53が形成されている。筒体43の筒内の下端部
に、メタン26、空気28、及び水蒸気30が供給されている
改質バーナ32が設けられ、上端部は、閉塞板41と段板50
により形成されている連絡流路48に開口している。閉塞
板41と段板50により挟まれた部分には触媒層58が、段板
50と段板52とで挟まれた部分には触媒層60が、段板52と
段板54とで挟まれた部分には触媒層62がそれぞれ設けら
れており、触媒層58と触媒層60は連絡流路49によって、
触媒層60と触媒層62は連絡流路51によって連通してい
る。連絡流路51を形成している部分の筒体43の少なくと
も一部は伝熱部材で構成されており、伝熱部材の連絡流
路51側には放熱板（フィン）40が設けられている。ま
た、改質ガス内の一酸化炭素を取り除くCO変成触媒層46
は、段板54と段板56との挟まれた部分に設けられ、連絡
流路53にて触媒層62と連通している。CO変成触媒層46
は、改質装置と一体に形成されている。
【００２０】この様な構成の改質装置の動作と特徴を具
体例に基づいて説明する。本実施例では、燃料であるメ
タン26の供給量を1m3／s、酸化剤である空気28の供給量
を4m 3／s、水蒸気30の供給量を3m3／sとした結果であ
る。また、筒体43の径は3cm、伝熱部材38部分は筒体43
と同径とし長手方向長さを25cmとし、改質バーナ32は伝
熱部材38から15cmの距離に配置した。放熱板（フィン）
40は高さ2cm、幅1mm、長手方向長さを25cm、枚数を6枚
としている。
体例に基づいて説明する。本実施例では、燃料であるメ
タン26の供給量を1m3／s、酸化剤である空気28の供給量
を4m 3／s、水蒸気30の供給量を3m3／sとした結果であ
る。また、筒体43の径は3cm、伝熱部材38部分は筒体43
と同径とし長手方向長さを25cmとし、改質バーナ32は伝
熱部材38から15cmの距離に配置した。放熱板（フィン）
40は高さ2cm、幅1mm、長手方向長さを25cm、枚数を6枚
としている。
【００２１】先ず、改質用バーナ32により燃料であるメ
タン26と酸化剤である空気28とが燃焼（式（1））し、
発生した熱により、原料ガスの温度が約1100℃まで上昇
した。しかし、伝熱部材38と放熱板（フィン）40を介し
て連絡流路51内のガスへの伝熱が行われ、約100℃の温
度低下が生じた。つまり、約1000℃になった原料ガスが
連絡流路48を通流し触媒層58に投入される。この触媒層
58において、式（2）で示される吸熱反応、式（3）で示
される微少な発熱反応によりガス温度の低下が生じる。
ここで、触媒層58内（点B）のガス温度は約950℃、層を
通過したガス温度は約900℃となった。そして、触媒層5
8を出たガスは、連絡流路49を通り、触媒層60に流入す
る。この触媒層60内のガス温度が約850℃、層を通過し
たときの温度が800℃となった。触媒層60を出て連絡流
路51に流入したガスの温度は、伝熱部材38と放熱板（フ
ィン）40を介して得られる熱により約900℃に加熱さ
れ、触媒層62に流入する。さらに、触媒層62内で温度低
下があり、触媒層62を通過する際の改質ガス温度は、約
800℃となる。この結果から鑑みて、第１の実施の形態
と同様に、本発明を適用してなる実施の形態は、触媒層
内のガス温度を適度な範囲（約800℃〜1000℃）を保つ
ことができ、部分的な触媒の劣化や、改質反応の低下を
抑えることができる。
タン26と酸化剤である空気28とが燃焼（式（1））し、
発生した熱により、原料ガスの温度が約1100℃まで上昇
した。しかし、伝熱部材38と放熱板（フィン）40を介し
て連絡流路51内のガスへの伝熱が行われ、約100℃の温
度低下が生じた。つまり、約1000℃になった原料ガスが
連絡流路48を通流し触媒層58に投入される。この触媒層
58において、式（2）で示される吸熱反応、式（3）で示
される微少な発熱反応によりガス温度の低下が生じる。
ここで、触媒層58内（点B）のガス温度は約950℃、層を
通過したガス温度は約900℃となった。そして、触媒層5
8を出たガスは、連絡流路49を通り、触媒層60に流入す
る。この触媒層60内のガス温度が約850℃、層を通過し
たときの温度が800℃となった。触媒層60を出て連絡流
路51に流入したガスの温度は、伝熱部材38と放熱板（フ
ィン）40を介して得られる熱により約900℃に加熱さ
れ、触媒層62に流入する。さらに、触媒層62内で温度低
下があり、触媒層62を通過する際の改質ガス温度は、約
800℃となる。この結果から鑑みて、第１の実施の形態
と同様に、本発明を適用してなる実施の形態は、触媒層
内のガス温度を適度な範囲（約800℃〜1000℃）を保つ
ことができ、部分的な触媒の劣化や、改質反応の低下を
抑えることができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、高温にさらされる入口
側の触媒の劣化を抑制すると同時に、出口側の触媒の温
度低下による反応効率の低下を改善することができる。
側の触媒の劣化を抑制すると同時に、出口側の触媒の温
度低下による反応効率の低下を改善することができる。
【図１】本発明を適用してなる改質システムの第1の実
施形態の構成図である。
施形態の構成図である。
【図２】図１内の伝熱部材部II‐IIの断面図である。
【図３】図１内の反応容器部III‐IIIの断面図である。
【図４】図１における各位置と温度との関係図である。
【図５】本発明を適用してなる改質装置と従来の方法を
適用してなる改質装置との触媒層内における温度と距離
の関係図である。
適用してなる改質装置との触媒層内における温度と距離
の関係図である。
【図６】本発明を適用してなる改質装置の第2の実施形
態の構成図である。
態の構成図である。
【符号の説明】 １、２、３、４、５、４３、４４ 筒体 １０、１２、１４、１６、４８、４９、５１、５３ 連
絡流路 １８ 反応容器 ２６ メタン ２８ 空気 ３０ 水蒸気 ３２ 改質バーナ ３４、３６ 触媒層 ３８ 伝熱部材 ４０ 放熱板 ４１ 閉塞板 ４２、５０、５２、５４、５６ リング状の段板 ５８、６０、６２ 触媒層
絡流路 １８ 反応容器 ２６ メタン ２８ 空気 ３０ 水蒸気 ３２ 改質バーナ ３４、３６ 触媒層 ３８ 伝熱部材 ４０ 放熱板 ４１ 閉塞板 ４２、５０、５２、５４、５６ リング状の段板 ５８、６０、６２ 触媒層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加来 宏行 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EB12 EB18 EB23 EB46 5H027 AA02 BA01 BA17
Claims (4)
- 【請求項１】 炭素系燃料と水蒸気とを含む原料ガスか
ら水素を含む改質ガスを発生させる触媒層を有する反応
容器と、前記触媒層の入口側の前記反応容器内に設けら
れた前記炭素系燃料を供給する燃料供給手段、前記水蒸
気を供給する水蒸気供給手段、酸化剤を供給する酸化剤
供給手段、及び前記炭素系燃料を前記酸化剤により燃焼
する燃焼部を備えてなる改質装置であって、前記触媒層
を前記改質ガスの流れ方向に複数段に分割して設け、上
流側の触媒層に流入する原料ガスの熱により、下流側の
触媒層の段間に流れるガスを加熱する伝熱手段を設けた
ことを特徴とする改質装置。 - 【請求項２】 最上流側触媒層のガス入り側流路と、前
記最上流側触媒層と次段の触媒層とを連通させる流路と
が、伝熱性の隔壁を介して接して形成されてなることを
特徴とする請求項１に記載の改質装置。 - 【請求項３】 同心状に配置された複数の筒体と、該筒
体に挟まれた空間にそれぞれ装填された複数の触媒層
と、該複数の触媒層に順次ガスを通流させるように前記
筒体の両端部に形成された複数の連絡流路と、前記複数
の触媒層の最内周側の触媒層が装填された筒体間に連通
された原料ガス流路と、該原料ガス流路に炭素系燃料と
水蒸気とを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と
前記炭素系燃料の一部を燃焼させて前記原料ガス流路に
流れる原料ガスを加熱する燃焼器とを備え、前記最内周
側の触媒層と隣り合う触媒層のガス出口流路と前記原料
ガス流路とが伝熱隔壁を介して接して形成されてなる改
質装置。 - 【請求項４】 前記伝熱隔壁は、表面に突出した伝熱部
材を有してなることを特徴とする請求項３に記載の改質
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000208783A JP2002029705A (ja) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | 改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000208783A JP2002029705A (ja) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | 改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002029705A true JP2002029705A (ja) | 2002-01-29 |
Family
ID=18705305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000208783A Pending JP2002029705A (ja) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | 改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002029705A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009119616A1 (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-01 | 京セラ株式会社 | 改質器、セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置 |
| JP2011096433A (ja) * | 2009-10-28 | 2011-05-12 | Kyocera Corp | セルスタック装置およびこれを用いた燃料電池モジュールならびに燃料電池装置 |
| JP2011175853A (ja) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Kyocera Corp | 燃料電池モジュール |
| JP2016037440A (ja) * | 2014-08-05 | 2016-03-22 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水素生成装置およびそれを用いた燃料電池システム |
| KR102153836B1 (ko) * | 2019-11-28 | 2020-09-08 | 허주영 | 펠렛 촉매 이용 시 탈질 효율을 높이는 탈질 장치 |
-
2000
- 2000-07-10 JP JP2000208783A patent/JP2002029705A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009119616A1 (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-01 | 京セラ株式会社 | 改質器、セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置 |
| JP5235986B2 (ja) * | 2008-03-26 | 2013-07-10 | 京セラ株式会社 | 改質器、セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置 |
| US8652693B2 (en) | 2008-03-26 | 2014-02-18 | Kyocera Corporation | Reformer, cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device |
| JP2011096433A (ja) * | 2009-10-28 | 2011-05-12 | Kyocera Corp | セルスタック装置およびこれを用いた燃料電池モジュールならびに燃料電池装置 |
| JP2011175853A (ja) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Kyocera Corp | 燃料電池モジュール |
| JP2016037440A (ja) * | 2014-08-05 | 2016-03-22 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水素生成装置およびそれを用いた燃料電池システム |
| KR102153836B1 (ko) * | 2019-11-28 | 2020-09-08 | 허주영 | 펠렛 촉매 이용 시 탈질 효율을 높이는 탈질 장치 |
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