JP2002255509A - Hydrogen production apparatus - Google Patents

Hydrogen production apparatus

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JP2002255509A
JP2002255509A JP2001048896A JP2001048896A JP2002255509A JP 2002255509 A JP2002255509 A JP 2002255509A JP 2001048896 A JP2001048896 A JP 2001048896A JP 2001048896 A JP2001048896 A JP 2001048896A JP 2002255509 A JP2002255509 A JP 2002255509A
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JP
Japan
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shift
unit
temperature
catalyst
oxidizing gas
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JP2001048896A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunihiro Ukai
邦弘 鵜飼
Kiyoshi Taguchi
清 田口
Takeshi Tomizawa
猛 富澤
Seiji Fujiwara
誠二 藤原
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen production apparatus capable of stably supplying hydrogen with a low carbon monoxide concentration, and to keep a catalyst activity in the low temperature of a noble metal modified catalyst strong against a repetition of redox, concerning the hydrogen production apparatus which supplies hydrogen to fuel cells, or the like. SOLUTION: A modifying part 3 having a modified catalyst 3a composed of a noble metal catalyst and a metal oxide which reacts carbon monoxide with steam is provided, and a reforming part 1 which supplies hydrogen containing at least carbon monoxide and steam to the modifying part 3 and a modified air supplying part 8 which supplies a oxidizing gas to the modifying part 3 are provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、原料となる炭化水
素成分と水を改質し水素ガスを生成する際、同時に発生
する一酸化炭素濃度を低減する必要がある水素生成装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen generator which needs to reduce the concentration of carbon monoxide generated simultaneously when reforming a hydrocarbon component and water as raw materials to generate hydrogen gas. .

【0002】[0002]

【従来の技術】熱と電気を有効に利用する分散型発電装
置として、発電効率の高い燃料電池を用いたコージェネ
レーションシステムが注目されている。
2. Description of the Related Art A cogeneration system using a fuel cell with high power generation efficiency has attracted attention as a distributed power generation device that effectively uses heat and electricity.

【0003】燃料電池の多くは、水素を燃料として発電
する。その水素は、天然ガス、LPG等の炭化水素成
分、メタノール等のアルコール、あるいはナフサ成分等
の原料と水を、改質触媒を設けた改質部で反応させ水素
を発生させる水蒸気改質法、および水蒸気改質反応と原
料の部分酸化反応を併用するオートサーマル法により生
成されている。
[0003] Most fuel cells generate power using hydrogen as fuel. The hydrogen is produced by reacting a raw material such as natural gas, a hydrocarbon component such as LPG, an alcohol such as methanol, or a naphtha component with water in a reforming section provided with a reforming catalyst to generate hydrogen, It is produced by an autothermal method using a steam reforming reaction and a partial oxidation reaction of raw materials in combination.

【0004】水と前記原料から水素を生成する改質反応
では、一酸化炭素が副成分として生成する。この一酸化
炭素は、特に低温で作動する高分子型燃料電池で燃料電
池電極触媒の被毒成分となる。そこで高分子型燃料電池
用の水素生成装置は、水と一酸化炭素を水素と二酸化炭
素に変成反応(シフト反応)させる変成部、および一酸
化炭素を酸化あるいはメタン化反応させる浄化部が併用
される。変成部では、Fe−Cr系触媒、Cu−Zn系
触媒を用い、一酸化炭素を約0.5%程度の濃度まで低
減する。また、浄化部では、白金属系貴金属であるPt
あるいはRu系触媒を用い一酸化炭素を選択的に酸化あ
るいはメタン化して、最終的に100ppm程度のレベ
ルまで一酸化炭素を低減する構成がとられている。
In the reforming reaction for producing hydrogen from water and the above-mentioned raw materials, carbon monoxide is produced as a secondary component. This carbon monoxide becomes a poisoning component of a fuel cell electrode catalyst particularly in a polymer fuel cell operating at a low temperature. Therefore, a hydrogen generator for a polymer fuel cell uses a shift unit that shifts water and carbon monoxide to hydrogen and carbon dioxide (shift reaction), and a purifier that oxidizes or methanates carbon monoxide. You. In the metamorphic section, a Fe—Cr-based catalyst or a Cu—Zn-based catalyst is used to reduce carbon monoxide to a concentration of about 0.5%. In the purification unit, Pt, which is a precious metal-based noble metal, is used.
Alternatively, a configuration is adopted in which carbon monoxide is selectively oxidized or methanated using a Ru-based catalyst, and finally carbon monoxide is reduced to a level of about 100 ppm.

【0005】一酸化炭素を安定して低減するためには、
変成部で一酸化炭素と水蒸気を十分に変成反応させるこ
とが重要となる。この変成反応は発熱反応であるため、
できるだけ低温で反応させることが望ましい。しかし、
低温では反応速度が低下するため変成部が大型化してし
まう。変成部を小型にするため、変成部(シフト部)の
最大能力を越えて水素ガスが供給される場合、その供給
量に応じて変成部に酸化性ガスを供給し、変成反応に加
えて一酸化炭素の酸化反応を行う方法も考案されてい
る。
In order to stably reduce carbon monoxide,
It is important that carbon monoxide and water vapor undergo a sufficient shift reaction in the shift section. Because this transformation reaction is exothermic,
It is desirable to make the reaction at a temperature as low as possible. But,
At a low temperature, the reaction rate decreases, and the metamorphic portion becomes large. If hydrogen gas is supplied beyond the maximum capacity of the shift unit (shift unit) in order to reduce the size of the shift unit, an oxidizing gas is supplied to the shift unit in accordance with the supply amount, and in addition to the shift reaction, A method of performing an oxidation reaction of carbon oxide has also been devised.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】変成部で一般的に用い
られているCu−Zn系触媒は低温での活性が高く、一
酸化炭素を低減できる能力は他の変成触媒と比較して大
きい。この触媒は、還元状態で触媒活性を示すが、酸化
還元の繰り返しにより触媒活性が大幅に低下する。従っ
て、水素ガス供給時でも酸化性ガスをCu−Zn系触媒
に供給することは、触媒耐久性の観点からあまり望まし
くない。
The Cu-Zn-based catalyst generally used in the shift section has a high activity at a low temperature, and the ability to reduce carbon monoxide is greater than other shift catalysts. This catalyst exhibits catalytic activity in a reduced state, but the catalytic activity is significantly reduced by repeated oxidation and reduction. Therefore, supplying an oxidizing gas to a Cu—Zn-based catalyst even when supplying hydrogen gas is not desirable from the viewpoint of catalyst durability.

【0007】一方酸化還元に強いPt、Pd、Ru、P
hのような貴金属と金属酸化物から構成される変成触媒
が考案されている。しかし、この貴金属系変成触媒は、
Cu−Zn系触媒と比較して低温での活性が低い。その
ため、酸化還元に強い貴金属系変成触媒を用い一酸化炭
素を効果的に低減することが望まれていた。
On the other hand, Pt, Pd, Ru, P
A shift catalyst composed of a noble metal such as h and a metal oxide has been devised. However, this noble metal shift catalyst is
Low activity at low temperature compared to Cu-Zn catalyst. Therefore, it has been desired to effectively reduce carbon monoxide by using a noble metal-based shift catalyst that is resistant to oxidation and reduction.

【0008】本発明は、上記従来の水素生成装置変成部
に関しての課題を解決するものであり、一酸化炭素濃度
の低い水素ガスを安定供給できる水素生成装置を提供す
ることを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems relating to the conventional hydrogen generating apparatus shift section, and an object of the present invention is to provide a hydrogen generating apparatus capable of stably supplying hydrogen gas having a low carbon monoxide concentration.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第1の本発明(請求項1に対応)は、一酸化炭素と
水蒸気を反応させる、貴金属系の触媒および金属酸化物
で構成されている変成触媒体を有する変成部と、その変
成部に少なくとも一酸化炭素および水蒸気を含む水素ガ
スを供給するガス供給部と、前記変成部に酸化性ガスを
供給する酸化性ガス供給部とを備えた水素生成装置であ
る。
In order to solve the above-mentioned problems, a first present invention (corresponding to claim 1) comprises a noble metal-based catalyst and a metal oxide for reacting carbon monoxide with water vapor. A shift section having a shift catalyst body, a gas supply section for supplying a hydrogen gas containing at least carbon monoxide and water vapor to the shift section, and an oxidizing gas supply section for feeding an oxidizing gas to the shift section. It is a hydrogen generator provided with.

【0010】第2の本発明(請求項2に対応)は、前記
変成触媒体がガスを流通させる多数の通路を有する構造
をしており、前記酸化性ガス供給部は前記構造の下流側
に前記酸化性ガスを供給する第1の本発明に記載の水素
生成装置である。
According to a second aspect of the present invention (corresponding to claim 2), the shift catalyst has a structure having a number of passages through which gas flows, and the oxidizing gas supply unit is provided downstream of the structure. The hydrogen generator according to the first aspect of the present invention for supplying the oxidizing gas.

【0011】第3の本発明(請求項3に対応)は、前記
変成部が前記変成触媒体の温度を検知する温度検知部を
有し、その温度検知部によって検知される温度が設定温
度範囲となるように、前記酸化性ガス供給部から前記変
成部への前記酸化性ガスの供給量を制御する第1の本発
明に記載の水素生成装置である。
According to a third aspect of the present invention (corresponding to claim 3), the shift unit has a temperature detecting unit for detecting the temperature of the shift catalyst, and the temperature detected by the temperature detecting unit is set within a set temperature range. The hydrogen generator according to the first aspect of the present invention, wherein a supply amount of the oxidizing gas from the oxidizing gas supply unit to the shift unit is controlled such that:

【0012】第4の本発明(請求項4に対応)は、前記
変成部が複数段の変成機構で構成されていて、それら各
変成機構が前記変成触媒体を有しており、前記酸化性ガ
ス供給部がガス流れに対して下流に位置する前記変成機
構に前記酸化性ガスを供給する第1の本発明に記載の水
素生成装置である。
According to a fourth aspect of the present invention (corresponding to claim 4), the shift section is constituted by a plurality of shift mechanisms, each of which has the shift catalyst body, and The hydrogen generator according to the first aspect of the present invention, wherein a gas supply unit supplies the oxidizing gas to the shift mechanism located downstream of a gas flow.

【0013】第5の本発明(請求項5に対応)は、前記
複数段とは2段を意味し、前段の前記変成機構には前記
酸化性ガスは供給されず、後段の前記変成機構に前記酸
化性ガスを供給する第4の本発明に記載の水素生成装置
である。
According to a fifth aspect of the present invention (corresponding to claim 5), the plurality of stages means two stages, the oxidizing gas is not supplied to the former shift mechanism, and the second shift mechanism is not shifted to the latter shift mechanism. The hydrogen generator according to a fourth aspect of the present invention for supplying the oxidizing gas.

【0014】第6の本発明(請求項6に対応)は、前記
後段の変成機構がその変成機構内の前記変成触媒体の温
度を検知する温度検知部を有し、その温度検知部によっ
て検知される温度が設定温度範囲となるように、前記酸
化性ガス供給部から前記後段の変成機構への前記酸化性
ガスの供給量を制御する第5の本発明に記載の水素生成
装置である。
According to a sixth aspect of the present invention (corresponding to claim 6), the rear-stage shift mechanism has a temperature detector for detecting the temperature of the shift catalyst body in the shift mechanism, and the temperature is detected by the temperature detector. The hydrogen generator according to the fifth aspect of the present invention, wherein a supply amount of the oxidizing gas from the oxidizing gas supply unit to the subsequent shift mechanism is controlled such that a temperature to be performed is within a set temperature range.

【0015】第7の本発明(請求項7に対応)は、前記
複数段とは2段を意味し、前段の前記変成機構には前記
酸化性ガスは供給されず、後段の前記変成機構に前記酸
化性ガスが供給され、前記前段の変成機構と前記後段の
変成機構との間に配置され、前記前段の変成機構から前
記後段の変成機構に流れるガスの温度を、その温度が所
定の範囲内に収まるように調整する温度調整部を備えた
第4の本発明に記載の水素生成装置である。
According to a seventh aspect of the present invention (corresponding to claim 7), the plurality of stages means two stages, the oxidizing gas is not supplied to the former shift mechanism, and the second shift mechanism is The oxidizing gas is supplied, and is disposed between the preceding metamorphic mechanism and the subsequent metamorphic mechanism, and the temperature of the gas flowing from the former metamorphic mechanism to the latter metamorphic mechanism is controlled within a predetermined range. The hydrogen generator according to the fourth aspect of the present invention, further comprising a temperature adjustment unit that adjusts the temperature so that the temperature falls within the range.

【0016】第8の本発明(請求項8に対応)は、前記
変成部からの水素ガスが供給され、一酸化炭素を酸化さ
せる浄化触媒体を有する浄化部と、その浄化部に酸化性
ガスを供給する第2酸化性ガス供給部とを備えた第1の
本発明に記載の水素生成装置である。
According to an eighth aspect of the present invention (corresponding to claim 8), a purifying section having a purifying catalyst body to which hydrogen gas is supplied from the shift section and oxidizing carbon monoxide; And a second oxidizing gas supply unit for supplying hydrogen.

【0017】上記の本発明により、酸化還元に強い貴金
属系変成触媒を用い水素ガス中の一酸化炭素を効果的に
安定して低減することを可能とし、従来の水素生成装置
に関する問題点を解決する。
According to the present invention described above, it is possible to effectively and stably reduce carbon monoxide in hydrogen gas by using a noble metal-based conversion catalyst which is resistant to oxidation and reduction, thereby solving the problems of the conventional hydrogen generator. I do.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1における水素生成装置の構成図であり、図1におい
て、1は、水素ガスのガス供給部となる水蒸気改質反応
の改質触媒部1aを設けた改質部である。改質触媒部1
aの触媒体は、貴金属をアルミナ基体に担持したものを
用いた。2は火炎バーナー(詳細は図示せず)で、改質
触媒部1aの加熱手段となる。5は原料となる炭化水素
成分を供給する原料供給部、6は原料と反応させる水の
水供給部で、改質触媒部1aに供給する構成となってい
る。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a configuration diagram of a hydrogen generator according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a reformation of a steam reforming reaction serving as a hydrogen gas supply unit. This is a reforming section provided with a high quality catalyst section 1a. Reforming catalyst unit 1
As the catalyst body a, a noble metal supported on an alumina substrate was used. Reference numeral 2 denotes a flame burner (details not shown), which serves as heating means for the reforming catalyst section 1a. Reference numeral 5 denotes a raw material supply unit for supplying a hydrocarbon component as a raw material, and reference numeral 6 denotes a water supply unit for water for reacting with the raw material, which is configured to supply the water to the reforming catalyst unit 1a.

【0020】3は、変成触媒体3aを納めた変成部であ
る。変成触媒体3aとして、貴金属(本実施形態ではP
t触媒)とCe酸化物を用い調整した触媒をコージライ
トのハニカムにディップしたものを用いた。また、変成
触媒体3a前のガス温度を測定する変成第1温度測定部
9と、変成触媒体3a後のガス温度を測定する変成第2
温度測定部10が設けられている。
Reference numeral 3 denotes a shift section containing a shift catalyst body 3a. As the shift catalyst 3a, a noble metal (P in this embodiment)
t catalyst) and a catalyst prepared using Ce oxide were dipped in cordierite honeycomb. A first conversion temperature measuring section 9 for measuring the gas temperature before the shift catalyst 3a, and a second shift temperature measuring section 9 for measuring the gas temperature after the shift catalyst 3a.
A temperature measurement unit 10 is provided.

【0021】4は、浄化触媒体4aを納めた浄化部であ
る。浄化触媒体4aとして、貴金属(本実施形態ではP
t)をアルミナ基体に担持し、コージライトハニカムに
ディップ処理したものを用いた。また、浄化触媒体4a
前のガス温度を測定する浄化第1温度測定部12と、浄
化触媒体4a後のガス温度を測定する浄化第2温度測定
部13が設けられている。
Reference numeral 4 denotes a purifying section containing the purifying catalyst 4a. As the purification catalyst 4a, a noble metal (in this embodiment, P
t) was carried on an alumina substrate, and cordierite honeycomb was subjected to a dipping treatment. Further, the purification catalyst 4a
A first purification temperature measuring unit 12 for measuring the temperature of the gas before and a second temperature measuring unit 13 for purification measuring the gas temperature after the purification catalyst 4a are provided.

【0022】7は、改質部1、変成部3および浄化部4
の順でガスを流し浄化部4に出口を有するガス通気経路
である。8は、改質部1後のガスにガス通気経路7を通
して酸化性ガスとして空気を供給する変成空気供給部で
ある。11は、変成部3後のガスにガス通気経路7を通
して酸化性ガスとして空気を供給する浄化空気供給部で
ある。変成空気供給部8および浄化空気供給部11と
も、エアーポンプを用いた。
Reference numeral 7 denotes a reforming section 1, a shift section 3, and a purification section 4.
And a gas ventilation path having an outlet in the purification section 4 through which the gas flows. Reference numeral 8 denotes a modified air supply unit that supplies air as an oxidizing gas to the gas after the reforming unit 1 through the gas ventilation path 7. Reference numeral 11 denotes a purified air supply unit that supplies air as an oxidizing gas to the gas after the shift unit 3 through the gas ventilation path 7. An air pump was used for both the modified air supply unit 8 and the purified air supply unit 11.

【0023】なお、実施の形態1では、本発明の水素生
成装置の、変成部の一例として変成部3を、ガス供給部
の一例として改質部1を、酸化性ガス供給部の一例とし
て変成空気供給部8を、それぞれ用いる。
In the first embodiment, in the hydrogen generator of the present invention, the shift unit 3 as an example of a shift unit, the reforming unit 1 as an example of a gas supply unit, and the shift unit as an example of an oxidizing gas supply unit. Each of the air supply units 8 is used.

【0024】以下、この水素生成装置における水素供給
時の動作について説明する。
The operation of the hydrogen generator when supplying hydrogen will be described below.

【0025】水素供給を行う定常運転時は、加熱部2を
作動させ改質触媒部1aの触媒を700から750℃の
温度に加熱する。原料である炭化水素成分は原料供給部
5から、水は水供給部6から加熱中の改質触媒部1aに
供給し、水蒸気改質反応を進行させる。改質部1後のガ
スは、ガス通気経路7を通して変成部3に通気するが、
同時に変成空気供給部8より空気の添加を行う。
During a steady operation for supplying hydrogen, the heating section 2 is operated to heat the catalyst of the reforming catalyst section 1a to a temperature of 700 to 750.degree. The hydrocarbon component as the raw material is supplied from the raw material supply unit 5 and the water is supplied from the water supply unit 6 to the reforming catalyst unit 1a being heated, so that the steam reforming reaction proceeds. The gas after the reforming unit 1 is ventilated to the shift unit 3 through the gas venting path 7,
At the same time, air is added from the modified air supply unit 8.

【0026】変成部3では、変成触媒体3aにより主に
改質部1後のガス中の一酸化炭素と水蒸気を、二酸化炭
素と水素に変成反応させる。この時、変成部3入口のガ
ス温度を変成第1温度測定部9で、出口のガス温度を変
成第2温度測定部10で測定する。変成部3後のガス
は、ガス通気経路7を通して浄化部4に供給するが、同
時に浄化空気供給部11より空気を供給する。
In the shift unit 3, the shift catalyst 3a mainly shifts carbon monoxide and steam in the gas after the reforming unit 1 to carbon dioxide and hydrogen. At this time, the gas temperature at the inlet of the shift unit 3 is measured by the shift first temperature measuring unit 9, and the gas temperature at the outlet is measured by the shift second temperature measuring unit 10. The gas after the shift unit 3 is supplied to the purification unit 4 through the gas ventilation path 7, and at the same time, air is supplied from the purified air supply unit 11.

【0027】浄化部4では、浄化触媒体4aにより一酸
化炭素を酸化させ低減する。この時、浄化部4入口のガ
ス温度を浄化第1温度測定部12で、出口のガス温度を
浄化第2温度測定部13で測定する。浄化部4により精
製された水素ガスは、ガス通気経路7より水素生成装置
外部に供給される。
In the purifying section 4, carbon monoxide is oxidized and reduced by the purifying catalyst 4a. At this time, the gas temperature at the inlet of the purification unit 4 is measured by the first purification temperature measurement unit 12, and the gas temperature at the outlet is measured by the second purification temperature measurement unit 13. The hydrogen gas purified by the purifier 4 is supplied to the outside of the hydrogen generator from the gas passage 7.

【0028】次に、本実施形態における構成上の特徴を
説明する。本実施形態では、変成触媒体3aとしてPt
触媒とCe酸化物を用い調整した触媒を用いると共に、
改質部1後のガスに変成空気供給部8より酸化性ガスと
して空気を供給し、変成部3で変成反応を進行させるこ
とを特徴とする。
Next, the structural features of the present embodiment will be described. In the present embodiment, Pt is used as the shift catalyst body 3a.
While using a catalyst prepared using a catalyst and Ce oxide,
It is characterized in that air as an oxidizing gas is supplied to the gas after the reforming section 1 from the shift air supply section 8 and the shift reaction proceeds in the shift section 3.

【0029】次に、本実施形態の特徴と従来構成との相
違点を説明する。一般的な変成部の従来構成として、リ
ン酸型燃料電池の水素生成装置を例に説明する。その変
成部は、改質部後のガス体が単純に供給されている構成
が多く、変成触媒として、比較的低温活性が優れ一酸化
炭素を効果的に低減できる特性を有するCu−Zn系の
触媒が広く用いられている。しかし、Cu−Zn系触媒
は300から350℃と耐熱温度が低く、反応速度が低
い条件での使用に限定されるため、大きな触媒容積が必
要となっている。
Next, differences between the features of this embodiment and the conventional configuration will be described. As a conventional configuration of a general metamorphic unit, a hydrogen generator of a phosphoric acid type fuel cell will be described as an example. The shift unit has a structure in which the gas body after the reforming unit is simply supplied in many cases, and as a shift catalyst, a Cu-Zn-based material having relatively low-temperature activity and a characteristic of effectively reducing carbon monoxide. Catalysts are widely used. However, since the Cu—Zn-based catalyst has a low heat-resistant temperature of 300 to 350 ° C. and is limited to use under a low reaction rate, a large catalyst volume is required.

【0030】そこで変成部(シフト部)を小型化するた
め、変成部の最大能力を越えて水素ガスが供給される場
合、その供給量に応じて変成部に酸化性ガスを供給し、
変成反応に加えて一酸化炭素の酸化反応を行い、一酸化
炭素を低減する構成が考案されている。しかし、Cu−
Zn系触媒は、還元状態での使用で高い触媒性を示す
が、急激な酸化により触媒の分散状態等が変化し特性が
低下するという問題点を持つ。従って、Cu−Zn系触
媒に酸化性ガスを供給することは、触媒活性低下防止の
観点からあまり望ましくない。
In order to reduce the size of the shift section (shift section), if hydrogen gas is supplied beyond the maximum capacity of the shift section, an oxidizing gas is supplied to the shift section in accordance with the supply amount.
A configuration has been devised in which an oxidation reaction of carbon monoxide is performed in addition to the metamorphic reaction to reduce carbon monoxide. However, Cu-
The Zn-based catalyst exhibits high catalytic properties when used in a reduced state, but has a problem that the dispersion state and the like of the catalyst are changed due to rapid oxidation and the characteristics are deteriorated. Therefore, supplying an oxidizing gas to the Cu—Zn-based catalyst is not so desirable from the viewpoint of preventing a decrease in catalytic activity.

【0031】そこで本実施形態では、変成部に酸化性ガ
スを供給する構成とともに、Pt触媒とCe酸化物を用
い調整した変成触媒を用いる。この点が、従来構成との
大きな相違点となる。この触媒は、Cu−Zn系触媒と
比較して耐熱性および耐酸化性が優れるものであり、酸
化還元の繰り返しによってほとんど変成反応性が低下し
ない特性を有する。従って本実施形態では、従来構成と
比較して変成部への酸化性ガス導入の効果が最大限に発
揮できる構成となっている。
Therefore, in the present embodiment, an oxidizing gas is supplied to the shift unit, and a shift catalyst adjusted using a Pt catalyst and Ce oxide is used. This is a major difference from the conventional configuration. This catalyst has excellent heat resistance and oxidation resistance as compared with the Cu-Zn-based catalyst, and has a characteristic that the metamorphic reactivity hardly decreases by repeated oxidation-reduction. Therefore, the present embodiment has a configuration in which the effect of introducing the oxidizing gas into the shift portion can be maximized as compared with the conventional configuration.

【0032】次に、本実施形態の特有の効果を説明す
る。本実施形態で用いたPt系変成触媒は、Pt触媒に
吸着した一酸化炭素が、Ce酸化物の作用により水蒸気
の酸素原子と反応して二酸化炭素となることで変成反応
が進行する。このPt系変成触媒は耐酸化性に優れる
が、Cu−Zn系変成触媒と比較して低温での変成触媒
活性が若干低い傾向となる。これは、吸着した一酸化炭
素が低温になるほどPt触媒から脱離しにくくなるとい
う、Pt系触媒の一酸化炭素吸着における温度依存性に
由来する。すなわち、変成触媒においても低温により一
酸化炭素脱離性が低下するため、変成反応が阻害される
からである。
Next, the specific effects of the present embodiment will be described. In the Pt-based shift catalyst used in the present embodiment, the shift reaction proceeds because the carbon monoxide adsorbed on the Pt catalyst reacts with oxygen atoms of water vapor to form carbon dioxide by the action of Ce oxide. Although this Pt-based shift catalyst is excellent in oxidation resistance, the activity of the shift catalyst at low temperatures tends to be slightly lower than that of the Cu-Zn shift catalyst. This is due to the temperature dependence of the adsorption of carbon monoxide on the Pt-based catalyst, which indicates that the lower the temperature of the adsorbed carbon monoxide, the more difficult it is to desorb from the Pt catalyst. That is, even in the shift catalyst, the desorption property of carbon monoxide is lowered at low temperature, so that the shift reaction is inhibited.

【0033】しかし、このPt触媒の一酸化炭素吸着に
おける温度依存性は、酸化性ガスの存在により変化す
る。例えば、酸化性ガスとして酸素が存在する場合、P
t触媒に吸着した一酸化炭素はより低温でも脱離する特
性がある。本実施形態ではこの特性を利用し、Pt系変
成触媒に酸化性ガスを供給することで、Pt触媒に吸着
した一酸化炭素を脱離させ、より低温で変成反応性を確
保し、一酸化炭素を低減することを可能とするものであ
る。すなわち、酸化性ガスを変成部に供給することによ
り、上記のように変成触媒反応性、特に低温での反応性
を向上させることができるため、変成部出口での一酸化
炭素濃度を大幅に低減できることが特有の効果となる。
However, the temperature dependence of the Pt catalyst in adsorbing carbon monoxide changes depending on the presence of an oxidizing gas. For example, when oxygen is present as an oxidizing gas, P
The carbon monoxide adsorbed on the t catalyst has a characteristic of being desorbed even at a lower temperature. In this embodiment, utilizing this characteristic, an oxidizing gas is supplied to the Pt-based shift catalyst to desorb carbon monoxide adsorbed on the Pt catalyst, thereby ensuring shift reaction at lower temperature, Can be reduced. In other words, by supplying the oxidizing gas to the shift section, the reactivity of the shift catalyst, particularly at low temperatures, can be improved as described above, so that the concentration of carbon monoxide at the outlet of the shift section is greatly reduced. What you can do is a unique effect.

【0034】なお、供給する酸化ガス量が多い場合、水
素が酸化され消費されてしまう。従って、水素ガス中の
一酸化炭素を完全に酸化する量を上限することが望まし
い。低温で変成反応性を確保する観点からは、一酸化炭
素酸化の等量を加える必要がなく、供給水素ガス量、変
成触媒の使用温度等を考慮し、効果的に一酸化炭素を低
減できる量で増減させることが望ましい。
When a large amount of oxidizing gas is supplied, hydrogen is oxidized and consumed. Therefore, it is desirable to set the upper limit of the amount that completely oxidizes carbon monoxide in hydrogen gas. From the viewpoint of ensuring the conversion reactivity at low temperature, it is not necessary to add the equivalent amount of carbon monoxide oxidation, and the amount that can effectively reduce carbon monoxide in consideration of the amount of supplied hydrogen gas, the operating temperature of the conversion catalyst, etc. It is desirable to increase or decrease with.

【0035】また、供給する空気量で発熱量を変化させ
ることができるため、変成触媒温度を制御することがで
きる。その変成触媒温度は、変成触媒特性、例えば上限
を耐熱温度、下限を触媒反応維持温度をもとに設定すれ
ばよい。本実施形態で用いた触媒は、その調整条件(5
00℃で焼成)を考慮し約500℃を耐熱限界とした。
また、下限温度は、高濃度の一酸化炭素に対応し(約1
0%の濃度)触媒活性を維持できる温度として150℃
を目安とした。このように上限および下限温度で触媒使
用温度範囲を設定し、供給する空気量で触媒温度を制御
することで、変成部において高い変成反応性を維持する
ことを可能とした。
Further, since the calorific value can be changed by the amount of supplied air, the temperature of the shift catalyst can be controlled. The shift catalyst temperature may be set based on the shift catalyst characteristics, for example, the upper limit is based on the heat-resistant temperature, and the lower limit is set based on the catalyst reaction maintaining temperature. The catalyst used in this embodiment depends on the adjustment conditions (5
Considering that the temperature is about calcination at 00 ° C.), about 500 ° C. was set as the heat resistance limit.
The lower limit temperature corresponds to a high concentration of carbon monoxide (about 1
0% concentration) 150 ° C. as the temperature at which the catalyst activity can be maintained
Was used as a guide. By setting the catalyst operating temperature range at the upper and lower temperatures and controlling the catalyst temperature with the supplied air amount, it is possible to maintain high shift reactivity in the shift section.

【0036】次に、本実施形態と従来構成の目的と効果
の相違点を比較する。従来構成で変成部に酸化性ガスを
供給する大きな目的は、空気導入により水素ガス中の一
酸化炭素の一部を酸化させ低減させることで、その結果
として変成部の負荷を小さくする効果をえる。一方、本
実施形態では、上記のように変成触媒を活性化させるこ
とが目的であり、その結果として低温で変成反応を進行
させ一酸化炭素を低減させる効果をえる。すなわち、目
的おび効果とも大きく相違していることがわかる。
Next, the difference between the object and the effect of the present embodiment and the conventional structure will be compared. The main purpose of supplying the oxidizing gas to the metamorphic section in the conventional configuration is to oxidize and reduce a portion of carbon monoxide in the hydrogen gas by introducing air, thereby obtaining an effect of reducing the load on the metamorphic section. . On the other hand, in the present embodiment, the purpose is to activate the shift catalyst as described above, and as a result, the shift reaction proceeds at a low temperature and the effect of reducing carbon monoxide is obtained. That is, it can be seen that the purpose and the effect are greatly different.

【0037】次に、原料としてメタンガスを用い水素を
生成させた1実施例をもとに、本発明の詳細効果につい
て説明する。まず、加熱部2を作動させ、原料供給部5
から原料としてメタンガスを改質触媒部1aに供給し
た。そのメタンガス1モルに対して約3モルの水を水供
給部6より改質触媒部1aに付加した。改質触媒部1a
の触媒を700から750℃の温度に加熱し、水蒸気改
質を進行させ供給したメタンを97〜99%反応させ
る。この反応により改質部1出口の水素ガス中には、二
酸化炭素が約10%、一酸化炭素が約10%(dryガ
スベース)含まれる。
Next, the detailed effects of the present invention will be described based on one embodiment in which hydrogen is generated using methane gas as a raw material. First, the heating unit 2 is operated, and the raw material supply unit 5
And supplied methane gas as a raw material to the reforming catalyst section 1a. About 3 mol of water was added to the reforming catalyst section 1a from the water supply section 6 with respect to 1 mol of the methane gas. Reforming catalyst section 1a
Is heated to a temperature of 700 to 750 ° C., steam reforming proceeds, and 97 to 99% of supplied methane is reacted. Due to this reaction, the hydrogen gas at the outlet of the reforming section 1 contains about 10% of carbon dioxide and about 10% of carbon monoxide (dry gas basis).

【0038】この改質部1後ガスを変成部3に供給し、
変成反応を進行させ一酸化炭素濃度を低減させる。この
とき、そのガスに変成空気供給部8より酸化性ガスとし
て空気を供給した。供給した空気量は、改質部1後ガス
中の一酸化炭素量の1/2の酸素を含む量を上限として
供給した。変成部3の変成触媒体3a後のガス温度であ
る変成第2温度測定部10検出温度が300℃となるよ
うに、供給する空気量を制御した。このとき変成部3出
口の一酸化炭素濃度は約0.6%となった。比較のた
め、空気を供給せず、変成第2温度測定部10検出温度
が300℃となるよう制御した場合の運転も行った。こ
のときの変成部3出口の一酸化炭素濃度は約0.7%で
あった。なお、供給する空気量を制御し、変成触媒体温
度を150から500℃の範囲に調整することも可能で
ある。
The post-reforming section 1 gas is supplied to the shift section 3,
The metamorphic reaction proceeds to reduce the concentration of carbon monoxide. At this time, air was supplied to the gas as an oxidizing gas from the modified air supply unit 8. The amount of supplied air was supplied with an upper limit of an amount containing half of the amount of carbon monoxide in the gas after the reforming section 1. The amount of air to be supplied was controlled so that the temperature of the second temperature measurement unit 10 detected by the shift second conversion temperature measuring unit 10, which was the gas temperature after the shift catalyst 3a of the shift shift unit 3, became 300 ° C. At this time, the concentration of carbon monoxide at the outlet of the shift section 3 was about 0.6%. For comparison, an operation was performed in which no air was supplied and control was performed so that the temperature detected by the second metamorphic second temperature measurement unit 10 was 300 ° C. At this time, the concentration of carbon monoxide at the outlet of the shift part 3 was about 0.7%. In addition, it is also possible to control the amount of supplied air and adjust the temperature of the shift catalyst body in the range of 150 to 500 ° C.

【0039】次に、変成部3後のガスに定常動作時を想
定して、一酸化炭素量の2倍の酸素量を含む空気を浄化
空気供給部11より供給した。浄化部4では、浄化触媒
体で一酸化炭素を酸化させその濃度を低減させる。効果
的に一酸化炭素を低減させるため、浄化第1温度測定部
12の温度が100〜150℃、浄化第2温度測定部1
3の温度が120〜200℃となるように浄化部4を動
作させた。これにより、浄化部4後の水素ガス中の一酸
化炭素濃度(dryガスベース)を20ppm以下に低
減した。なお、メタンガスを原料とした例を示したが、
天然ガス、LPG等の炭化水素ガス、あるいはナフサ、
灯油等の液体燃料を原料としてもよい。
Next, air containing twice the amount of carbon monoxide as the amount of oxygen was supplied from the purified air supply unit 11 to the gas after the shift unit 3 assuming a steady operation. In the purification unit 4, carbon monoxide is oxidized by the purification catalyst to reduce its concentration. In order to effectively reduce carbon monoxide, the temperature of the purification first temperature measurement unit 12 is 100 to 150 ° C., and the purification second temperature measurement unit 1
The purifying unit 4 was operated so that the temperature of the sample No. 3 was 120 to 200 ° C. Thereby, the concentration of carbon monoxide (dry gas base) in the hydrogen gas after the purification unit 4 was reduced to 20 ppm or less. Although the example using methane gas as a raw material is shown,
Hydrocarbon gas such as natural gas and LPG, or naphtha,
A liquid fuel such as kerosene may be used as a raw material.

【0040】なお、本実施形態の変成部3に用いたPt
触媒とCe酸化物を調整したPt系変成触媒は、酸化性
ガスを供給しなくても変成反応性を示すものであり、従
来一酸化炭素を酸化し低減する目的で設けられた変成部
とは全く相違するものである。また、変成触媒の貴金属
としてPtを用いたが、Pt、Pd、Rh、Ruを少な
くとも一種類含めば触媒活性を示す。それらの貴金属
は、Ptと同様に吸着した一酸化炭素が低温になるほど
脱離しにくくなる傾向があり、酸化性ガスが存在する場
合一酸化炭素はより低温でも脱離する特性がある。従っ
て、Pt、Pd、Rh、Ruを少なくとも一種類含む変
成触媒を用いた場合、本実施形態に示す構成により、低
温での触媒活性が向上できることはいうまでもない。ま
た、金属酸化物としては、Ce酸化物だけでなくZr酸
化物、ZrおよびCe酸化物の固溶体、あるいはRe酸
化物等を用いても触媒活性を示す。
It should be noted that the Pt used in the metamorphic unit 3 of this embodiment
A Pt-based shift catalyst in which a catalyst and a Ce oxide are adjusted exhibits a shift reaction without supplying an oxidizing gas, and a shift section conventionally provided for the purpose of oxidizing and reducing carbon monoxide is referred to as a shift section. It is completely different. Although Pt was used as the noble metal of the shift catalyst, the catalyst activity is exhibited when at least one of Pt, Pd, Rh, and Ru is included. As with Pt, those noble metals tend to be less likely to desorb as the temperature of the adsorbed carbon monoxide decreases, and in the presence of an oxidizing gas, carbon monoxide has the property of desorbing even at lower temperatures. Therefore, when a shift catalyst containing at least one of Pt, Pd, Rh, and Ru is used, it goes without saying that the configuration shown in the present embodiment can improve the catalytic activity at a low temperature. Further, as the metal oxide, not only Ce oxide but also Zr oxide, a solid solution of Zr and Ce oxide, or Re oxide shows catalytic activity.

【0041】なお、本実施形態では加熱部2として火炎
バーナーを用いたが、改質触媒体を加熱できればどのよ
うな構成でもかまわない。また、改質触媒体は、貴金属
系の触媒に限定されるものではなく、ニッケル系等の触
媒を用いてもよい。また、変成空気供給部8および浄化
空気供給部11としてエアーポンプを用いたが、エアー
ブロア等、空気を供給できる構成であれば、エアーポン
プに限定されるものではない。さらに、酸化性ガスは空
気に限定されるものではなく、酸素ボンベからのガス
等、酸素を含むあらゆるガスの供給が可能である。
In the present embodiment, a flame burner is used as the heating unit 2, but any structure may be used as long as the reforming catalyst can be heated. Further, the reforming catalyst is not limited to a noble metal-based catalyst, and a nickel-based catalyst or the like may be used. Further, the air pump is used as the modified air supply unit 8 and the purified air supply unit 11, but the air pump is not limited to the air pump as long as it can supply air, such as an air blower. Further, the oxidizing gas is not limited to air, and any gas containing oxygen, such as a gas from an oxygen cylinder, can be supplied.

【0042】なお、ここで使用した浄化触媒は、Al2
3とPt塩溶液とを用いて、Al23にPtを分散担
持させ焼結させることで調製し、コージェライトハニカ
ムにコーティングすることで、浄化触媒体を作製した
が、本発明はこれに限るものでない。
The purification catalyst used here was Al 2
The purification catalyst was prepared by dispersing and supporting Pt on Al 2 O 3 using O 3 and a Pt salt solution and sintering the coating, and coating the cordierite honeycomb to prepare a purification catalyst. It is not limited to.

【0043】(実施の形態2)図2は本発明の実施の形
態2における水素生成装置の構成図であり、図1の実施
の形態1で示した水素生成装置とほぼ同一の構成であ
り、同一の部分の説明は省略し相違点のみを説明する。
相違点は、変成部3の変成触媒体3aを変成部3内部で
水素ガス流れに対して上流に位置する部分と下流に位置
する部分の2つに分け、変成部3に供給する空気の空気
供給部出口を変成部3部内に設け、水素ガス流れに対し
て下流に位置する変成触媒体3aに酸化性ガスである空
気を供給する構成とした点である。なお、変成触媒体3
aをほぼ2等分する位置に変成空気供給部8出口を設け
たが、その出口の位置は水素ガスの供給量等の動作条件
を考慮して決める必要があることはいうまでもない。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a configuration diagram of a hydrogen generator according to Embodiment 2 of the present invention, which has almost the same configuration as the hydrogen generator shown in Embodiment 1 of FIG. The description of the same parts will be omitted, and only different points will be described.
The difference is that the shift catalyst 3a of the shift unit 3 is divided into two parts, one located upstream and the other located downstream with respect to the hydrogen gas flow inside the shift unit 3, and the air supplied to the shift unit 3 The supply unit outlet is provided in the shift unit 3 to supply air, which is an oxidizing gas, to the shift catalyst 3a located downstream of the hydrogen gas flow. The shift catalyst 3
Although the outlet of the metamorphic air supply unit 8 is provided at a position that substantially divides a into two, it is needless to say that the position of the outlet needs to be determined in consideration of operating conditions such as the supply amount of hydrogen gas.

【0044】実施の形態1で示した水素生成装置とほぼ
同様の動作を行い、より一酸化炭素を効果的に低減す
る。
The operation is substantially the same as that of the hydrogen generator described in the first embodiment, and carbon monoxide is more effectively reduced.

【0045】次に、本実施の形態における特徴を実施の
形態1と比較し説明する。実施の形態1での水素生成装
置では、変成部の上流より酸化性ガスを供給する。変成
触媒体温度が高温の場合、供給した酸化性ガスが変成触
媒体上流で消費されことがある。その結果、酸化性ガス
が変成触媒体下流に行き渡らず、変成触媒体下流での変
成反応活性化効果が小さくなる。さらに酸化により生じ
た熱により変成触媒体温度が上昇するため、変成触媒体
を低温で作動させる条件に制限が生じ、一酸化炭素を効
果的に低減できなくなる可能性がある。そこで実施の形
態2では、水素ガス流れに対して下流に位置する変成触
媒体3aに酸化性ガスである空気を供給することを特徴
とする。
Next, features of the present embodiment will be described in comparison with those of the first embodiment. In the hydrogen generator according to Embodiment 1, the oxidizing gas is supplied from the upstream of the shift section. When the temperature of the shift catalyst is high, the supplied oxidizing gas may be consumed upstream of the shift catalyst. As a result, the oxidizing gas does not spread downstream of the shift catalyst body, and the effect of activating the shift reaction downstream of the shift catalyst body is reduced. Further, since the temperature of the shift catalyst body rises due to the heat generated by the oxidation, conditions for operating the shift catalyst body at a low temperature are restricted, and there is a possibility that carbon monoxide cannot be reduced effectively. Therefore, the second embodiment is characterized in that air, which is an oxidizing gas, is supplied to the shift catalyst 3a located downstream of the hydrogen gas flow.

【0046】次に、本実施形態における効果について説
明する。本実施形態では、変成触媒体3aの上流部分で
変成反応をまず進行させ、一酸化炭素を低減する。その
ガスに変成空気供給部8より酸化性ガスを供給する。下
流に位置する変成触媒体3a前では一酸化炭素濃度は低
減されているため、その濃度に見合う酸化性ガス量は変
成部3前で供給した場合と比較して少なくできる。その
結果、供給した酸化性ガスによる発熱が少なくなり、変
成触媒体を低温で動作させることができる。発熱反応で
ある一酸化炭素と水蒸気の変成反応は、低温でより一酸
化炭素を低減する方向へ平衡が移行するため、一酸化炭
素をより低減できることとなる。
Next, effects of the present embodiment will be described. In the present embodiment, the shift reaction proceeds first in the upstream portion of the shift catalyst body 3a to reduce carbon monoxide. An oxidizing gas is supplied to the gas from the modified air supply unit 8. Since the concentration of carbon monoxide is reduced before the shift catalyst 3a located downstream, the amount of oxidizing gas corresponding to the concentration can be reduced as compared with the case where the gas is supplied before the shift unit 3. As a result, heat generated by the supplied oxidizing gas is reduced, and the shift catalyst can be operated at a low temperature. In the metabolic reaction between carbon monoxide and water vapor, which is an exothermic reaction, the equilibrium shifts toward lower carbon monoxide at a low temperature, so that carbon monoxide can be further reduced.

【0047】次に、実施の形態1で行った実施例と同様
に、原料としてメタンガスを用い水素を生成させた1実
施例をもとに、本発明の詳細効果について説明する。改
質部および浄化部での動作はほぼ同様なので説明は省略
し、変成部での動作のみを説明する。
Next, detailed effects of the present invention will be described based on one example in which methane gas is used as a raw material to generate hydrogen, as in the example performed in the first embodiment. Since the operations in the reforming section and the purification section are almost the same, the description will be omitted, and only the operation in the shift section will be described.

【0048】実施の形態1で行った実施例と同様に、改
質部1でメタンを水蒸気改質し、二酸化炭素が約10
%、一酸化炭素が約10%(dryガスベース)含まれ
る水素ガスとして、変成部3に供給した。変成部3で
は、上流に位置する変成触媒体3aで変成反応を進行さ
せる。ここでは、変成第1温度測定部9検出温度を30
0℃とし運転することで、下流に位置する変成触媒体前
で約2%まで低減した。次に、一酸化炭素量の2倍の酸
素を含む量を上限として、変成空気供給部8より空気を
供給した。
In the same manner as in the first embodiment, methane is subjected to steam reforming in the reforming section 1 so that carbon dioxide is reduced to about 10%.
%, And about 10% of carbon monoxide (dry gas basis) was supplied to the shift converter 3 as hydrogen gas. In the shift part 3, the shift reaction proceeds with the shift catalyst body 3a located upstream. Here, the detected temperature of the first metamorphic temperature measuring section 9 is 30
By operating at 0 ° C., the amount was reduced to about 2% before the shift catalyst body located downstream. Next, air was supplied from the modified air supply unit 8 with an upper limit of an amount containing twice the amount of carbon monoxide.

【0049】実施の形態1での実施例と比較すると、一
酸化炭素濃度が約1/5となっているため酸化性ガスに
よる発熱量は最大で1/5にする事が可能となる。実施
の形態1での実施例と比較すると、変成触媒体3a後の
ガス温度となる変成第2温度測定部10検出温度を最大
で約50℃低くすることができた。すなわち、変成触媒
体3aの下流部分での温度を低くできるたため、変成部
3出口での一酸化炭素濃度を約0.5%まで低減するこ
とができた。
As compared with the embodiment of the first embodiment, since the concentration of carbon monoxide is about 1/5, the calorific value of the oxidizing gas can be reduced to 1/5 at the maximum. Compared with the example in the first embodiment, the temperature detected by the shift second temperature measurement unit 10 which is the gas temperature after the shift catalyst body 3a could be lowered by about 50 ° C. at the maximum. That is, since the temperature at the downstream portion of the shift catalytic converter 3a could be lowered, the concentration of carbon monoxide at the outlet of the shift converter 3 could be reduced to about 0.5%.

【0050】なお、変成触媒体の温度は、生成させる水
素量、供給する水の量等の水素生成装置の運転条件で決
める必要がある。例えば、生成させる水素量が多い条件
では、その水素中に含まれる一酸化炭素量も多くなる。
その場合、変成触媒の温度を度高温にする事が望まし
い。しかし、変成触媒体を高温にすると、水素とガス中
の二酸化炭素からメタンが生成し、水素量が減少してし
まう。また、変成触媒体を低温で作動させると、反応速
度が遅くなり一酸化炭素が効果的に低減できなくなる。
そのため、変成触媒体温度は150から500℃範囲で
使用することが望ましい。その変成触媒体温度は、酸化
性ガス供給部からの前記変成部への酸化性ガス供給量を
増減させることで調整できる。
Note that the temperature of the shift catalyst needs to be determined based on the operating conditions of the hydrogen generator such as the amount of hydrogen to be generated and the amount of water to be supplied. For example, under the condition that the amount of hydrogen to be generated is large, the amount of carbon monoxide contained in the hydrogen also increases.
In that case, it is desirable to make the temperature of the shift catalyst high. However, when the temperature of the shift catalyst is increased, methane is generated from hydrogen and carbon dioxide in the gas, and the amount of hydrogen decreases. Further, when the shift catalyst is operated at a low temperature, the reaction rate becomes slow, and the carbon monoxide cannot be reduced effectively.
Therefore, it is desirable to use the shift catalyst body temperature in the range of 150 to 500 ° C. The temperature of the shift catalyst body can be adjusted by increasing or decreasing the supply amount of the oxidizing gas from the oxidizing gas supply unit to the shift unit.

【0051】(実施の形態3)図3は本発明の実施の形
態3における水素生成装置の構成図であり、図2に示す
実施の形態2で示した水素生成装置とほぼ同一の構成で
あり、同一の部分の説明は省略し相違点のみを説明す
る。相違点は、変成部3を第1変成触媒体3cを納めた
第1変成部3bと、第2変成触媒体3eを納めた第2変
成部3dで構成し、第1変成部3bと第2変成部3dの
間に第1変成部3b後のガスの温度を調節する変成冷却
部14である空冷ファンを設けた点。変成第1温度測定
部9を第1変成部3bのガス入口部分に、変成第2温度
測定部10を第2変成部3dのガス出口部分に設けると
ともに、第1変成触媒体3c後のガスに変成空気供給部
8より酸化性ガスを供給する構成とした点。および、改
質部1の出口に改質後ガス温度の変成前温度調整部15
を設け、第2変成部3dの第2変成触媒体3eの温度を
調整する構成を設けた点である。なお、変成前温度調整
部15は、空冷ファンとした。
(Embodiment 3) FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a hydrogen generator according to Embodiment 3 of the present invention, which has almost the same configuration as the hydrogen generator shown in Embodiment 2 shown in FIG. The description of the same parts will be omitted, and only different points will be described. The difference is that the shift unit 3 is composed of a first shift unit 3b containing a first shift catalyst unit 3c and a second shift unit 3d containing a second shift catalyst unit 3e. The first shift unit 3b and the second shift unit The point that an air-cooling fan that is a shift cooling unit 14 that adjusts the temperature of the gas after the first shift unit 3b is provided between the shift units 3d. The shift first temperature measuring unit 9 is provided at the gas inlet of the first shift unit 3b, the shift second temperature measuring unit 10 is provided at the gas outlet of the second shift unit 3d, and the gas after the first shift catalyst 3c is provided. A point that the oxidizing gas is supplied from the modified air supply unit 8. And an outlet of the reforming section 1 is provided with a pre-reformation temperature adjusting section 15 for the post-reforming gas temperature.
Is provided to adjust the temperature of the second shift catalyst body 3e of the second shift unit 3d. In addition, the temperature adjustment part 15 before denaturation was an air cooling fan.

【0052】実施の形態2で示した水素生成装置とほぼ
同様の動作を行い、より一酸化炭素を効果的に低減す
る。相違点は、改質部1後に変成前温度調節部15でガ
ス温度を調節すること。および、第1変成部3bでの変
成反応による発熱で上昇したガス温度を変成冷却部14
で冷却することである。
The operation is substantially the same as that of the hydrogen generator described in the second embodiment, and carbon monoxide is more effectively reduced. The difference is that the gas temperature is adjusted by the pre-denaturation temperature adjustment unit 15 after the reforming unit 1. Further, the gas temperature raised by the heat generated by the metamorphic reaction in the first metamorphic section 3b is
Is to cool down.

【0053】次に、本実施の形態における特徴を実施の
形態2と比較し説明する。実施の形態2での水素生成装
置では、変成部3の変成触媒体3aの下流に位置する部
分の温度は、上流の温度に依存する。例えば、改質部1
から供給される水素ガス量が多く、上流の変成触媒体3
aで変成反応させる一酸化炭素量が多くなった場合、変
成反応による発熱で下流の変成触媒体3a温度が上昇
し、効果的に一酸化炭素が低減できなくなることがあ
る。そこで実施の形態3では、変成部3を第1変成部3
bと第2変成部3dで構成し、第1変成部3bと第2変
成部3dの間に変成冷却部14である空冷ファンを設
け、第1変成部3b後のガスの温度を調節することを特
徴とする。
Next, features of the present embodiment will be described in comparison with those of the second embodiment. In the hydrogen generator according to the second embodiment, the temperature of the portion of the shift section 3 located downstream of the shift catalyst body 3a depends on the upstream temperature. For example, the reforming unit 1
Large amount of hydrogen gas supplied from the
When the amount of carbon monoxide to be subjected to the shift reaction in step a increases, the temperature of the downstream shift catalyst 3a rises due to the heat generated by the shift reaction, and the carbon monoxide may not be reduced effectively. Therefore, in the third embodiment, the shift unit 3 is replaced by the first shift unit 3
b and a second shift unit 3d, and an air-cooling fan as the shift cooling unit 14 is provided between the first shift unit 3b and the second shift unit 3d to adjust the temperature of the gas after the first shift unit 3b. It is characterized by.

【0054】次に、本実施形態における効果について説
明する。本実施形態では、まず第1変成部3bで変成反
応をある程度進行させる。そのガスに変成空気供給部8
より酸化性ガスを供給するが、下流に位置する第2変成
部3d前の一酸化炭素濃度は低減されているため、実施
の形態2と同様に一酸化炭素濃度に見合う酸化性ガス量
は変成部3前で供給する酸化性ガスよりも少なくでき
る。また、変成反応の進行に伴い第1変成部3b後のガ
ス温度は上昇する。特に、変成部3に供給される水素ガ
ス量が多い場合、変成反応する一酸化炭素量が多くなる
ため、その温度上昇は大きくなる。
Next, effects of the present embodiment will be described. In the present embodiment, first, the metamorphic reaction proceeds to some extent in the first metamorphic section 3b. Denatured air supply unit 8
The oxidizing gas is supplied more, but the amount of oxidizing gas corresponding to the carbon monoxide concentration is changed as in the second embodiment because the concentration of carbon monoxide before the second shift part 3d located downstream is reduced. It can be less than the oxidizing gas supplied before the part 3. Further, as the shift reaction proceeds, the gas temperature after the first shift section 3b increases. In particular, when the amount of hydrogen gas supplied to the shift unit 3 is large, the amount of carbon monoxide that undergoes shift reaction increases, and the temperature rise increases.

【0055】そこで、変成冷却部14を動作させ第1変
成部3b後のガスの温度を調節する。変成反応の温度平
衡を考慮すると変成部はできるだけ低温で動作させるこ
とが望ましいが、反応速度との関係からその動作条件を
設定する必要がある。しかし、本実施の形態のように変
成冷却部14を備えることで、第2変成部3dの変成触
媒体3e温度を低温での最適条件で動作させることがで
き、一酸化炭素をより安定して低減する効果を得ること
ができる。
Therefore, the shift cooling section 14 is operated to adjust the temperature of the gas after the first shift section 3b. In consideration of the temperature equilibrium of the metamorphic reaction, it is desirable to operate the metamorphic unit at a temperature as low as possible, but it is necessary to set the operating conditions in relation to the reaction speed. However, by providing the shift cooling unit 14 as in the present embodiment, the temperature of the shift catalyst body 3e of the second shift unit 3d can be operated under the optimal condition at a low temperature, and the carbon monoxide can be more stably formed. The effect of reduction can be obtained.

【0056】次に、実施の形態2で行った実施例と同様
に、原料としてメタンガスを用い水素を生成させた1実
施例をもとに、本発明の詳細効果について説明する。改
質部および浄化部での動作はほぼ同様なので説明は省略
し、変成部での動作のみを説明する。
Next, the detailed effects of the present invention will be described based on an example in which methane gas is used as a raw material to generate hydrogen, as in the example performed in the second embodiment. Since the operations in the reforming section and the purification section are almost the same, the description will be omitted, and only the operation in the shift section will be described.

【0057】実施の形態2で行った実施例と同様に、改
質部1でメタンを水蒸気改質し、二酸化炭素が約10
%、一酸化炭素が約10%(dryガスベース)含まれ
る水素ガスとして、変成部3に供給した。まず第1変成
部3bで変成反応が進行させた。変成前温度調節部15
を作動させ、約700から750℃の改質部後ガスを冷
却し、変成第1温度測定部9検出温度を300℃とし運
転した。第1変成部では、約2%まで一酸化炭素を低減
した。次に、実施の形態2同様一酸化炭素量の2倍の酸
素を含む量を上限として、変成空気供給部8より空気を
供給した。
As in the example of the second embodiment, methane is subjected to steam reforming in the reforming section 1 and carbon dioxide is reduced to about 10%.
%, And about 10% of carbon monoxide (dry gas basis) was supplied to the shift converter 3 as hydrogen gas. First, the metamorphic reaction proceeded in the first metamorphic section 3b. Pre-transformation temperature controller 15
Was operated, the gas after the reforming section at about 700 to 750 ° C. was cooled, and the temperature was detected at 300 ° C. in the first conversion temperature measuring section 9. In the first metamorphosis section, carbon monoxide was reduced to about 2%. Next, as in Embodiment 2, air was supplied from the modified air supply unit 8 with the upper limit of the amount containing oxygen twice the amount of carbon monoxide.

【0058】実施の形態1での実施例と比較すると、一
酸化炭素濃度が約1/5となっているため酸化性ガスに
よる発熱量は最大で1/5にする事が可能で、実施の形
態1での実施例と比較すると、変成触媒体3a後のガス
温度となる変成第2温度測定部10検出温度を最大で約
50℃低くすることができた。その結果、第2変成部3
dを低温で運転できるため、変成部3出口での一酸化炭
素濃度を約0.5%まで低減することができた。
Compared with the embodiment of the first embodiment, since the concentration of carbon monoxide is about 1/5, the calorific value due to the oxidizing gas can be reduced to 1/5 at the maximum. Compared with the example of the first embodiment, the temperature detected by the shift second temperature measuring unit 10 which is the gas temperature after the shift catalyst 3a could be lowered by about 50 ° C. at the maximum. As a result, the second metamorphosis unit 3
Since d could be operated at a low temperature, the concentration of carbon monoxide at the outlet of the shift section 3 could be reduced to about 0.5%.

【0059】次に、改質部1に供給するメタンの量を上
記の約1.5倍に増加させた時の運転結果について説明
する。第1変成部3bでは、変成反応による発熱量が増
加するため、変成冷却部14での冷却能力をメタン量増
加前と同一にした場合、変成部3出口温度となる変成第
2温度測定部10での検出温度が約50℃上昇した。そ
の結果、出口一酸化炭素濃度も増加した。次に、変成冷
却部14を動作させ、変成第2温度測定部10での検出
温度をメタン量増加前と同一にした場合、第2変成部3
e出口での一酸化炭素濃度をメタン量増加前とほぼ同一
濃度まで低減することができた。これは、水素ガス流量
が変動した場合、第2変成触媒体3e温度を制御するこ
とで第2変成部を効果的に運転できたためである。な
お、第1変成部3bは上記と同一条件で運転させたが、
触媒での運転負荷が増加したため、第1変成部3b出口
での一酸化炭素濃度は約2.5%であった。
Next, an operation result when the amount of methane supplied to the reforming section 1 is increased about 1.5 times as described above will be described. In the first metamorphic unit 3b, the amount of heat generated by the metamorphic reaction increases. Therefore, if the cooling capacity in the metamorphic cooling unit 14 is made the same as before the increase in the amount of methane, the metamorphic second temperature measuring unit 10 that becomes the outlet temperature of the metamorphic unit 3 The detection temperature at about 50 ° C. increased. As a result, the outlet carbon monoxide concentration also increased. Next, when the metamorphic cooling unit 14 is operated and the temperature detected by the metamorphic second temperature measuring unit 10 is made the same as before the increase in the amount of methane, the second metamorphic unit 3
It was possible to reduce the concentration of carbon monoxide at the outlet e to almost the same concentration as before the increase in the amount of methane. This is because when the flow rate of the hydrogen gas fluctuates, the second shift unit can be effectively operated by controlling the temperature of the second shift catalyst body 3e. In addition, the 1st metamorphosis part 3b was made to operate on the same conditions as the above,
Since the operating load on the catalyst increased, the concentration of carbon monoxide at the outlet of the first shift section 3b was about 2.5%.

【0060】なお、第2変成部での第2変成触媒体の温
度は、一酸化炭素を低減するためできるだけ低くするこ
とが望ましい。その温度は、変成部に供給する水素ガス
量およびガス中の水蒸気等を考慮して決める必要があ
る。
It is desirable that the temperature of the second shift catalyst in the second shift section be as low as possible in order to reduce carbon monoxide. It is necessary to determine the temperature in consideration of the amount of hydrogen gas supplied to the shift section and the water vapor in the gas.

【0061】なお、本実施形態では、触媒活性を維持で
きる温度として150℃を下限の温度、上限の温度は1
50℃で反応させた場合と一酸化炭素濃度が等しくなる
300℃を、触媒体の使用温度の目安とした。この温度
範囲は、使用する触媒種、使用条件で設定する必要があ
る。また、供給する空気量でこの温度範囲に変成触媒温
度を制御することで、変成部において高い変成反応性を
維持することができる。
In this embodiment, the lower limit temperature is 150 ° C. and the upper limit temperature is 1 as a temperature at which the catalyst activity can be maintained.
300 ° C., at which the concentration of carbon monoxide was equal to that when the reaction was performed at 50 ° C., was used as a standard of the operating temperature of the catalyst. This temperature range needs to be set according to the type of catalyst used and the operating conditions. Also, by controlling the temperature of the shift catalyst in this temperature range by the amount of supplied air, high shift reactivity can be maintained in the shift section.

【0062】なお、改質部1の出口に改質後ガス温度の
変成前温度調整部15を設けたことで、第1変成部3b
の入口温度を調整できるため、より安定して変成部を動
作させることができた。第1変成部3bでの温度の目安
は、変成部でのメタネーションを防止する観点から、5
00℃以下で、かつ変成反応を効果的に進行させるため
に150℃以上の温度範囲で、変成部に供給する水素ガ
ス量およびガス中の水蒸気等を考慮して決める必要があ
る。また、ファンによる空冷をその温度調整構成とした
が、水を循環させる水冷等でも構わない。
By providing the pre-reformation temperature control unit 15 for the post-reforming gas temperature at the outlet of the reforming unit 1, the first conversion unit 3b
The temperature of the inlet can be adjusted, so that the metamorphic section can be operated more stably. From the viewpoint of preventing methanation in the metamorphic section, the standard of the temperature in the first metamorphic section 3b is 5
It is necessary to determine the temperature within a temperature range of not higher than 00 ° C. and at least 150 ° C. in order to effectively advance the shift reaction, in consideration of the amount of hydrogen gas to be supplied to the shift unit and the steam in the gas. In addition, although the air cooling by the fan is configured to adjust the temperature, water cooling that circulates water may be used.

【0063】また、第1変成部および第2変成部の大き
さおよびその比率は、水素ガスの供給量等の動作条件を
考慮して決める必要があることはいうまでもない。
Further, it is needless to say that the size and the ratio of the first shift unit and the second shift unit need to be determined in consideration of operating conditions such as the supply amount of hydrogen gas.

【0064】また、上述した実施の形態3では、本発明
の水素生成装置の変成部が複数段の変成機構で構成され
ている場合の一例として、第1変成部3bと第2変成部
3dとで変成部が構成されている場合を示したが、本実
施の形態3では、上記複数段の変成機構の一方が第1変
成部3bを意味し、他方が第2変成部3dを意味する。
また、複数段の変成機構は2段に限定されるものではな
い。
In the above-described third embodiment, as an example of the case where the shift unit of the hydrogen generator of the present invention is constituted by a plurality of shift mechanisms, the first shift unit 3b and the second shift unit 3d In the third embodiment, one of the plurality of stages of the metamorphic mechanism means the first metamorphic unit 3b, and the other means the second metamorphic unit 3d.
Further, the multi-stage shift mechanism is not limited to two stages.

【0065】以上のように本実施形態によれば、炭化水
素成分を水蒸気改質し水素を供給する水素生成装置にお
いて、変成部の変成触媒体を貴金属系の触媒および金属
酸化物で構成するとともに、水素ガス供給時に酸化性ガ
ス供給部より変成部に酸化性ガスを供給することで、P
t触媒に吸着した一酸化炭素を脱離を促進する。その結
果、変成触媒反応性、特に低温での反応性を向上させる
ことができるため、変成部出口での一酸化炭素濃度を大
幅に低減できる。すなわち、一酸化炭素濃度の低い水素
ガスを安定供給できる水素生成装置を提供できるもので
ある。
As described above, according to the present embodiment, in the hydrogen generator for supplying hydrogen by steam reforming a hydrocarbon component, the shift catalyst in the shift section is made of a noble metal catalyst and a metal oxide. By supplying the oxidizing gas from the oxidizing gas supply unit to the metamorphic unit when hydrogen gas is supplied, P
Desorption of carbon monoxide adsorbed on the t catalyst is promoted. As a result, the reactivity of the shift catalyst, particularly at low temperatures, can be improved, so that the concentration of carbon monoxide at the outlet of the shift section can be significantly reduced. That is, it is possible to provide a hydrogen generator capable of stably supplying hydrogen gas having a low carbon monoxide concentration.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、一酸化炭素濃度の低い水素ガスを安定供
給できる水素生成装置を提供することができる。
As is apparent from the above description, the present invention can provide a hydrogen generator capable of stably supplying hydrogen gas having a low carbon monoxide concentration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1における水素生成装置の
構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of a hydrogen generator according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態2における水素生成装置の
構成図
FIG. 2 is a configuration diagram of a hydrogen generator according to Embodiment 2 of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態3における水素生成装置の
構成図
FIG. 3 is a configuration diagram of a hydrogen generator according to Embodiment 3 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 改質部 1a改質触媒部 2 加熱部 3 変成部 3a変成触媒体 3b第1変成部 3c第1変成触媒体 3d第2変成部 3e第2変成触媒体 4 浄化部 4a浄化触媒体 5 原料供給部 6 水供給部 7 ガス通気経路 8 変成空気供給部 9 変成第1温度測定部 10 変成第2温度測定部 11 浄化空気供給部 12 浄化第1温度測定部 13 浄化第2温度測定部 14 変成冷却部 15 変成前温度調整部 Reference Signs List 1 reforming section 1a reforming catalyst section 2 heating section 3 transformation section 3a transformation catalyst body 3b first transformation section 3c first transformation catalyst body 3d second transformation section 3e second transformation catalyst body 4 purification section 4a purification catalyst body 5 Supply unit 6 Water supply unit 7 Gas ventilation path 8 Metamorphic air supply unit 9 Metamorphosis first temperature measurement unit 10 Metamorphosis second temperature measurement unit 11 Purified air supply unit 12 Purification first temperature measurement unit 13 Purification second temperature measurement unit 14 Metamorphosis Cooling unit 15 Temperature adjustment unit before denaturation

フロントページの続き (72)発明者 富澤 猛 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 藤原 誠二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4G040 EB31 EB32 EB43 4G140 EB31 EB32 EB34 EB43 5H027 AA02 BA01 BA17 KK48 MM12Continued on the front page (72) Inventor Takeshi Tomizawa 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 4G040 EB31 EB32 EB43 4G140 EB31 EB32 EB34 EB43 5H027 AA02 BA01 BA17 KK48 MM12

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一酸化炭素と水蒸気を反応させる、貴金
属系の触媒および金属酸化物で構成されている変成触媒
体を有する変成部と、その変成部に少なくとも一酸化炭
素および水蒸気を含む水素ガスを供給するガス供給部
と、前記変成部に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給
部とを備えた水素生成装置。
1. A shift section having a shift catalyst body composed of a noble metal-based catalyst and a metal oxide for reacting carbon monoxide with steam, and a hydrogen gas containing at least carbon monoxide and steam in the shift section. And a oxidizing gas supply unit that supplies an oxidizing gas to the shift unit.
【請求項2】 前記変成触媒体はガスを流通させる多数
の通路を有する構造をしており、前記酸化性ガス供給部
は前記構造の下流側に前記酸化性ガスを供給する請求項
1に記載の水素生成装置。
2. The oxidizing gas supply unit according to claim 1, wherein the shift catalyst has a structure having a plurality of passages through which gas flows, and the oxidizing gas supply unit supplies the oxidizing gas downstream of the structure. Hydrogen generator.
【請求項3】 前記変成部は前記変成触媒体の温度を検
知する温度検知部を有し、その温度検知部によって検知
される温度が設定温度範囲となるように、前記酸化性ガ
ス供給部から前記変成部への前記酸化性ガスの供給量を
制御する請求項1に記載の水素生成装置。
3. The shift unit has a temperature detection unit for detecting a temperature of the shift catalyst body, and the oxidizing gas supply unit controls the temperature detected by the temperature detection unit to be within a set temperature range. The hydrogen generator according to claim 1, wherein a supply amount of the oxidizing gas to the shift unit is controlled.
【請求項4】 前記変成部は複数段の変成機構で構成さ
れていて、それら各変成機構が前記変成触媒体を有して
おり、前記酸化性ガス供給部はガス流れに対して下流に
位置する前記変成機構に前記酸化性ガスを供給する請求
項1に記載の水素生成装置。
4. The shift unit comprises a plurality of shift mechanisms, each of which includes the shift catalyst, wherein the oxidizing gas supply unit is located downstream with respect to the gas flow. The hydrogen generator according to claim 1, wherein the oxidizing gas is supplied to the shift mechanism that performs the conversion.
【請求項5】 前記複数段とは2段を意味し、前段の前
記変成機構には前記酸化性ガスは供給されず、後段の前
記変成機構に前記酸化性ガスを供給する請求項4に記載
の水素生成装置。
5. The multi-stage means two stages, wherein the oxidizing gas is not supplied to the metamorphic mechanism of the preceding stage, and the oxidizing gas is supplied to the metamorphic mechanism of the subsequent stage. Hydrogen generator.
【請求項6】 前記後段の変成機構はその変成機構内の
前記変成触媒体の温度を検知する温度検知部を有し、そ
の温度検知部によって検知される温度が設定温度範囲と
なるように、前記酸化性ガス供給部から前記後段の変成
機構への前記酸化性ガスの供給量を制御する請求項5に
記載の水素生成装置。
6. The post-transformation mechanism has a temperature detection unit for detecting the temperature of the transformation catalyst in the transformation mechanism, and the temperature detected by the temperature detection unit is within a set temperature range. The hydrogen generator according to claim 5, wherein a supply amount of the oxidizing gas from the oxidizing gas supply unit to the subsequent shift mechanism is controlled.
【請求項7】 前記複数段とは2段を意味し、前段の前
記変成機構には前記酸化性ガスは供給されず、後段の前
記変成機構に前記酸化性ガスが供給され、 前記前段の変成機構と前記後段の変成機構との間に配置
され、前記前段の変成機構から前記後段の変成機構に流
れるガスの温度を、その温度が所定の範囲内に収まるよ
うに調整する温度調整部を備えた請求項4に記載の水素
生成装置。
7. The plurality of stages means two stages, wherein the oxidizing gas is not supplied to the upstream metamorphic mechanism, but the oxidizing gas is supplied to the succeeding metamorphic mechanism, A temperature adjusting unit disposed between the mechanism and the subsequent metamorphic mechanism, for adjusting the temperature of gas flowing from the former metamorphic mechanism to the latter metamorphic mechanism so that the temperature falls within a predetermined range. The hydrogen generator according to claim 4.
【請求項8】 前記変成部からの水素ガスが供給され、
一酸化炭素を酸化させる浄化触媒体を有する浄化部と、
その浄化部に酸化性ガスを供給する第2酸化性ガス供給
部とを備えた請求項1に記載の水素生成装置。
8. A hydrogen gas is supplied from the shift unit,
A purification unit having a purification catalyst for oxidizing carbon monoxide,
The hydrogen generator according to claim 1, further comprising a second oxidizing gas supply unit that supplies an oxidizing gas to the purification unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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