JP2003529014A - 燃料電池と共に使用するための燃料処理用多段階燃焼 - Google Patents

燃料電池と共に使用するための燃料処理用多段階燃焼

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、作動の安定性を改善し、制御を簡素化し、熱回収を改善する燃料処理装置/燃料電池統合システムの改善に関するものである。本発明によれば、改質ゾーンが第一の燃焼流出液ストリームとの間接的熱交換によって加熱されて冷却された第一の燃焼流出液ストリームを提供する。この冷却された燃焼流出液ストリームが少なくとも１つの追加的な燃焼ゾーンで燃料電池からの陽極排ガスの少なくとも一部を用いて再加熱されて、再加熱された燃焼流出液ストリームを提供する。再加熱された燃焼流出液ストリームは改質ゾーンをさらに過熱するために用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） 本発明は燃料電池内でつくりだされる陽極排ガスの燃焼から熱を回収するため
のプロセスに関するものである。より具体的には、本発明はメタンなどの可燃性
燃料を燃料電池内で使用するための水素を多量に含んだ燃料に転化するために燃
料処理装置に熱を供給するための、燃料処理装置内の陽極排ガスの多段階燃焼の
ためのプロセスに関するものである。
【０００２】 一定の場所での、あるいは移動しながらの使用のために燃料電池発電機の作動
は炭化水素あるいはアルコール原料を水素を多量に含む燃料に効率的に転化する
ように組み合わせられた燃料処理装置と燃料電池で構成されている。一般的に、
原料の転化は燃料電池内で起き、そこで水素と炭素酸化物をつくりだすためのス
トリームの存在下で改質反応か部分的な酸化反応が起きている。しばしばストリ
ーム改質とも呼ばれる改質プロセスは改質反応を水素の生成に向けるためにかな
りの量の熱を必要とする吸熱性化学反応である。部分的酸化反応は燃料電池用の
水素を多量に含む燃料生成を促進するための均衡反応のために熱の除去を必要と
する発熱性反応である。多くの場合、燃料処理装置は部分的酸化反応で放出され
た熱からストリーム改質反応に熱を提供するためにストリーム改質反応と部分的
酸化反応の一定の組み合わせを用いている。部分的酸化反応は通常、酸素含有ガ
スと水素及び炭素酸化物生成のために選択性を示す酸化触媒の存在下で行われる
。
【０００３】 燃料電池は電力が化学反応で発生される化学的電源である。最も一般的な燃料
電池は水素などの還元剤と酸素などの酸化剤の間の化学反応に基づいている。こ
れらの反応剤の燃焼は電源負荷に比例している。水素は保存と供給が難しく、さ
らに水素はガソリンなど他の燃料と比較して低い容積エネルギー密度を有してい
るので、燃料電池内で使用する水素は、ガソリンなどのように集中精製施設で生
産して供給されるのではなく、その燃料電池に近い場所でつくられる必要がある
。高陽子伝導性を有するポリマーは燃料電池内での陽子交換膜として有用である
。初期に使用された陽子交換膜にはスルホン化架橋ポリスチレンなどがあった。
より最近、スルホン化フッ化炭素ポリマーの使用が検討されている。こうした陽
子交換膜はElectrochemical Society Proceedings (1995), Volume 95-23, p247
-251に掲載されている G. E. Wnek, J. N. Rider, J. M. Serpico, A, Einset,
S. G. Ehrenberg, and L. Raboinによる"New Hydrocarbon Proton Exchange Mem
branes Based on Sulfonated Styrene-Ethylene/Butylene-Styrene Triblock Co
polymers" と題する論文に詳しく述べられている。
【０００４】 燃料電池の作動は水素を多量に含んだ原料ストリームを燃焼処理装置からその
燃料電池の陽極側に送り、同時にその燃料電池の陰極側を酸素含有ストリーム、
通常は空気と接触させて、その燃料電池内に電気をつくりだすステップを含んで
いる。水素を含む陽極排ガスと酸素を含む陰極排ガスもその電気発生プロセス中
にその燃料電池によって副産物としてつくりだされる。陽極ガスは燃料としての
価値を持っており、一般的には、さらに水素含有量を高めるためか、あるいは燃
焼させて改質プロセス用の熱を発生させるために燃料電池に還流される。燃料電
池を効率的に作動させるためには燃料処理装置の全体的なエネルギー需要のバラ
ンスを必要とする。陰極排ガスは一般的には酸素−鉛であり、しばしば燃焼を緩
和するために用いられる。
【０００５】 燃料電池システムにおいては、その燃料電池の作動は電源の外部要求に依存し
ている。電力需要が高い場合は、その燃料処理装置は水素を多量に含んだ燃料を
その燃料電池に供給することが必要である。そして燃料電池は陽極排ガスをつく
りだし、これは最も基本的な方式では燃やされて燃料処理装置用の熱を提供する
。燃料電池に対する電力需要が変化すると、水素含有量の変化、従って陽極排ガ
スの熱量の変化が起きる。水素を多量に含んだ燃料の供給量の低下に対する燃料
電池の反応は比較的速い。しかしながら、燃料電池は電力需要の変化にはそれほ
どすばやく応答しない。陽極排ガスの熱量の変化は燃料処理装置の効率を低下さ
せると同時に、その燃料電池から電気をつくりだすための全体的エネルギー・コ
ストをかなり増大させる場合がある。さらに、電力需要の変化は燃料処理装置内
での大幅な温度変動をもたらし、熱交換器に対する熱応力をつくりだし、故障や
発火を引き起こす可能性がある。
【０００６】 陽極ガスの量的変化と陽極排ガスのエネルギーを回収する必要性という二面的
な問題を解決する試みにおいて、特別な燃焼ゾーンを用いている場合もある。こ
れらの燃焼ゾーンは燃料処理装置との緊密な熱的接触状態で作動して改質反応ゾ
ーンに熱を供給する。１つのそうした方式では、単一段階燃焼ゾーンが用いられ
ている。単一段階燃焼ゾーンにおいては、その燃焼ゾーンを出て行く燃焼ガスの
温度は燃料が燃焼している最中にその燃料ゾーンに導入される水素の量、あるい
は過剰空気の量によって制御される。燃焼ゾーンから引き出される燃焼ガスは一
般的には燃料処理装置に送られて改質ゾーンに対して熱を提供する。燃焼ガス、
あるいは燃焼ゾーン流出液の温度は改質ゾーン内の転化レベルを決定すると同時
に、加熱燃焼ガスと改質ゾーン間の熱移送ゾーン内での冶金方式のタイプを決定
する。１つの、あるいは単一段階燃焼ゾーンを用いている多くの燃料電池／処理
装置システムは、燃焼ゾーンは燃焼プロセスから最大量のエネルギーを得るため
に、環状改質ゾーンによって取り囲まれた単一のバーナーを含んでいる。こうし
た構成の実例は、米国特許出願第5,110,559、米国特許出願第4,925,456、米国特
許出願第5,181,937、そして米国特許出願第4,861,348に見出すことができる。熱
移送が800℃以上の温度で起きる燃焼ゾーン内で非標準的な冶金方式も用いられ
ている。
【０００７】 米国特許出願第5,609,834は燃焼ゾーン内での燃焼温度の高さと場所を調節す
ることができる内部燃焼ゾーンを使用して改質ゾーンに提供される熱のバランス
と方向性を制御することで燃焼ゾーンに送られる過剰な空気の量をできるだけ減
らそうとしている。その結果、より効率的な作動が行われ、より有益な熱が改質
ゾーンに送られると同時に、燃焼ゾーン内の過剰な空気の量が減らされる。しか
しながら、実際には、改質ゾーン内のピーク温度の場所と高さはプラント容量あ
るいは電力需要に伴って変化するので、熱入力と熱交換との間のバランスを図る
のは難しい。さらに、陽極排ガス分布における大幅な圧力低下を引き起こさずに
燃焼ゾーン内での正確な場所に陽極排ガスを導くのは困難である。この方式にお
いては、過剰空気ストリームを用いて、改質ゾーンに入る煙道ガスの温度ではな
く、改質ゾーンを出て行く煙道ガスの温度を制御している。改質ゾーン内での最
高温度を確認して、その改質ゾーン機器に対する破損が生じるのを防ぐためにそ
の最高温度を超えてしまうのを避けるために、複雑で高度な制御方式と改質ゾー
ン内で用いられる複数の特別な温度感知要素が必要とされる。煙道ガス温度を制
御するために比較的低温の空気が用いられるので、使用済み陽極ガスの熱量の増
大に対応するために空気の流量が突然増大されると、大きな熱応力が導入される
。米国特許出願第5,776,421は結果的に生じる熱応力の制御の困難さを認めて、
改質用反応器とバーナーの内部部品の配置構成を改良することで熱応力の低下を
試みている。
【０００８】 陽極排ガスを燃やすというプロセス全体を簡素化して、改質ゾーンの作動を改
良する陽極排ガスを燃焼させるためのプロセスが求められている。本発明の目的
は炭化水素及びアルコール、ケトン、エーテルなど酸素を多量に含んだ化合物の
転化のための燃料処理装置の効率を向上させることである。
【０００９】 本発明の目的は陽極排ガスを燃焼させるための、燃料処理装置内での温度の変
動を緩和させるプロセスを提供することである。
【００１０】 本発明は陽極排ガスの燃焼からの熱を回収しつつ、改質温度をできるだけ少な
くすることである。
【００１１】 （発明の要約） 陽極排ガスが燃やされて水素を生成するための熱の一部を提供するようになっ
ている燃料電池と組み合わせられた燃料処理装置の作動は電力需要に応じて変動
する陽極排ガス熱量の変動の結果として温度のかなりの変動を受ける。本発明は
高い改質温度及び急激な温度変動に対応するために、改質ゾーン内で非標準的な
構造材料を必要とせずにエネルギー需要と変動する陽極排ガス発熱量とのバラン
スを取るという問題の１つの解決方法を提供する。本発明はさらに、燃焼ゾーン
に供給される空気の量に基づいて改質温度を調節するための単純な直接制御シス
テムを提供する。本発明は先端的な制御方法や非標準的な温度測定方法は必要と
しない。得られるプロセスは発電のために燃料電池と組み合わせた燃料処理装置
を作動させるための経済的で信頼性の高い統合方式を示すものである。
【００１２】 １つの実施の形態で、本発明は燃料電池と接続した改質ゾーン内で、スチーム
の存在下で供給原料を改質するためのプロセスを提供する。このプロセスは供給
原料とスチームを改質ゾーンに送って水素を含む改質ストリームをつくりだすス
テップを含んでいる。この改質ゾーンは少なくとも部分的に第一の燃焼流出スト
リームとの間接的熱交換によって部分的に加熱されて、冷却された第一の燃焼流
出ストリームを提供する。この冷却された第一の燃焼流出ストリームは燃料電池
から引き出された陽極排ガス・ストリームの少なくとも一部を用いてその冷却さ
れた第一の燃焼流出ストリームを再燃焼させることで再加熱される。改質ゾーン
は第二の燃焼流出ストリームとの間接的熱交換によってさらに加熱される。
【００１３】 さらに別の実施の形態で、本発明は燃料電池と接続した改質ゾーン内でスチー
ムの存在下で供給原料を改質するためのプロセスを提供する。このプロセスは炭
化水素あるいは酸素を多量に含んだ化合物とスチームで構成された供給原料を有
効な改質条件下でスチーム改質触媒を含む改質ゾーンに送って水素を含む改質ス
トリームを生成するステップを含んでいる。改質ゾーンは第一の燃焼流出ストリ
ームとの間接熱交換で加熱されて、冷却された第一の燃焼流出ストリームを提供
する。この冷却された第一の燃焼流出ストリームはその冷却された第一の燃焼流
出ストリームを補助的な燃料ストリームで再燃焼させて再加熱させ、第二の燃焼
温度で第二の燃焼流出ストリームを提供する。改質ゾーンは第二の燃焼流出スト
リームとの間接熱交換によってさらに加熱される。基本的に、燃料電池から引き
出された陽極排ガス・ストリームのすべては過剰な空気ストリームによって燃焼
されて基本的には第二の燃焼温度と等しい第一の燃焼流出温度で第一の燃焼流出
ストリームを提供する。
【００１４】 さらに別の実施の形態で、本発明は燃料電池と組み合わせて用いられる燃料処
理装置を制御するためのプロセスを提供し、この燃料処理装置は少なくとも２つ
の燃焼ゾーンと１つの改質ゾーンで構成されており、燃料電池から引き出された
陽極排ガス・ストリームの一部分は第一の燃焼ゾーン内で過剰な空気供給量で過
剰な空気ストリームを用いて燃焼されて第一の燃焼温度で第一の燃焼流出ストリ
ームを提供し、上記第一の燃焼流出ストリームは改質ゾーンと間接的に接触する
ことで冷却されて冷却された第一の燃焼流出液をつくりだし、そして、前記冷却
された第一の燃焼流出液は第二の燃焼ゾーン内で少なくとも上記陽極排ガス・ス
トリームの一部を用いて再燃焼されて第二の燃焼温度の第二の燃焼流出ストリー
ムを提供し、前記プロセスは上記第一の燃焼温度を測定するステップと、上記過
剰な空気量を調整して均一な第一の燃焼温度を維持するステップを含んでいる。
【００１５】 （発明の詳細な説明） 一般的に、水素及び炭素酸化物の混合物である合成ガスをつくりだす燃料処理
装置は供給原料を純化するための原料調製ステップと、燃料を合成ガスに転化す
るための改質ステップと部分的酸化ステップと組み合わせたステップと、そして
、合成ガス内の一酸化炭素の量を減少させるための一連のシフト・コンバータで
構成されている。合成ガスでは燃料の毒性を回避するために一酸化炭素をさらに
除去することが必要である。そうした一酸化炭素レベルのさらなる低下は優先的
な酸化及び分離を行うことによって達成することができる。本発明は、燃料電池
内でつくりだされた陽極排ガスを燃やして燃料処理装置に対して熱を供給するた
めの効率的な方法を提供することで燃料処理装置と燃料電池の作動を組み合わせ
るための再加熱段階を含む多段階燃焼ゾーンの使用に関している。より具体的に
は、本発明はより効率的に燃料処理装置の改質ゾーンに熱を提供するために再加
熱段階を含む多段階燃焼ゾーンを提供することに向けられている。
【００１６】 本発明による燃料処理装置は天然ガスなどの炭化水素含有ガスを供給原料とし
て使用する。この供給原料はアルコール又はプロパン、あるいは液化石油ガス、
ナフサ、又はディーゼルなどのより重い炭化水素を含んでいる場合もある。天然
ガスとそれに類似した炭化水素ストリームは通常硫化水素、メルカプタン、ある
いは酸化硫黄などの形状で硫黄などの不純物を含んでおり、これらは供給原料を
スチーム改質ゾーンに導入する前の予備処理ステップで除去しなければならない
。炭化水素供給原料からの硫黄の除去は吸着、化学吸着、及び触媒脱硫などの通
常の手段で達成される。水素発生装置の全体的サイズを減らすためには、酸化亜
鉛などの物質による化学吸着が好ましい。脱硫操作は通常、約100〜約1000kPaの
範囲の脱硫圧力を含む有効な条件下で行われる。好ましくは、この脱硫操作は20
0〜300kPaの脱硫圧力の下で実行される。好ましくは、この脱硫操作は300℃以下
の脱硫温度で行われ、より好ましくはこの脱硫操作は約50℃から約300℃の範囲
の脱硫温度で行われる。好ましくは、脱硫供給原料内の硫黄の濃度は約10ppm-mo
l以下であり、より好ましくは、脱硫供給原料内の硫黄の濃度は約１ppm-mol以下
である。供給原料は改質供給原料ストリームとバーナー燃料ストリームの２つの
個別ストリームに分けることも可能である。改質ストリームは好ましくは脱硫さ
れて、脱硫された供給原料を提供する。オプションとして、供給原料を脱硫され
た供給原料ストリームと、これも脱硫されたバーナー燃料ストリームに分ける前
に、供給原料全体を脱硫する場合もある。
【００１７】 スチーム改質プロセスでは反応剤として使うために水が必要である。さらに、
燃料電池内で陽子交換膜のドライ・アウトを防ぐために湿ったガスとして水素生
成物を燃料電池に提供する必要がある。燃料電池内に含まれるスチーム改質触媒
あるいはその他の触媒物質、水性ガス・シフト触媒、あるいは一酸化炭素酸化触
媒が所定の時期より前に非活性化されることを防ぐために、スチーム改質プロセ
ス内で用いられる水はナトリウム、カルシウム、鉛、銅、砒素などの溶融金属と
塩素イオンなどの陰イオンを除去するために脱イオン化されることが好ましい。
このプロセス内で用いられる水の脱イオン化はいずれの通常の手段で行われても
よい。
【００１８】 改質ゾーンはスチーム改質触媒を含んでいる。好ましくは、スチーム改質触媒
はニッケルと、いろいろな量の、コバルト、白金、パラジウム、ロジウム、ルテ
ニウム、イリジウムなどの貴金属、さらに、マグネシア、マグネシウム・アルミ
ネート、アルミナ、シリカ、ジルコニアなどを単独あるいはそれらの組み合わせ
を基質として含んでいる。より好ましくは、スチーム改質触媒はカリウムなどの
アルカリ金属を転化した、マグネシア、マグネシウム・アルミネート、アルミナ
、シリカ、ジルコニアなどを単独であるいは組み合わせて用いた耐火性基質上に
担持されたニッケルあるいは貴金属などの単体金属などである。最も好ましくは
、スチーム改質触媒はアルミナ上に担持され、カリウムなどのアルカリ金属で補
強されたニッケルで構成される。スチーム改質触媒は例えば粒状で、コンパクト
な熱交換ゾーン内の改質ゾーン内に担持されている。一般的に、そうした交換ゾ
ーンはその交換ゾーンの壁部上に薄い層で被覆あるいは沈着された改質触媒を含
んでいる。これらの壁部は通常平板状、あるいは一方又は両方の側面にフィンを
持った通路付き平板として形成される。フィンは、通常、熱交換エリアを拡大す
るために用いられ、フィンが用いられる場合は、触媒は交換器ゾーンのフィン表
面上に被覆あるいは沈着される。粒状触媒は熱交換ゾーンのプレート内に形成さ
れた通路内にその粒状触媒を配置あるいは詰め込むことによって熱交換器ゾーン
内に組み込むことができる。通路は改質ゾーンを通じての流れに平行な方向で直
線的なフィンとして形成される。通路は改質ゾーンを通じての不規則な流路をつ
くりだすためにずれたパターン内に形成することもできる。改質触媒は改質ゾー
ンを通じての圧力降下を増大させる場合があるので、改質触媒ペレットをフィン
を持たないプレート型熱交換器の側面上にを配置し、改質ゾーンを加熱するため
にその内部を燃焼ガスが通過する熱交換ゾーン内のプレートの反対側側面にフィ
ンを配置するようにすることが好ましい。燃焼側のフィンのオフセット・パター
ンと改質側に触媒ペレットを配置することで改質ゾーンと熱交換ゾーン内での乱
流フローが促進される。交換面の一方の側に配置されたフィンはプレートに対し
てさらに大きな力を加え、その交換器の作動における圧力範囲を拡大する。好ま
しくは、改質ゾーンは約600℃〜約950℃の範囲の改質温度と約100〜350kPaの範
囲の改質圧力を含む有効な改質条件で作動される。
【００１９】 部分的酸化ゾーンが用いられた場合、改質ゾーンからの流出液は有効な部分的
酸化条件下で部分的酸化ゾーンに送られて、そこで改質ゾーンからの流出ストリ
ームは部分的酸化触媒の存在下で酸素含有ストリーム、あるいは第一の空気スト
リームと接触させられて部分的酸化生成物をつくりだす。改質ゾーンからの流出
液ストリームが、改質ゾーンを加熱するためのバーナー・ゾーンにとって燃料が
十分ではないような燃料処理装置の起動時など、有効な部分的酸化条件下にない
場合、部分的酸化ゾーン内で部分的酸化反応を開始させるために改質物質ストリ
ーム及び酸素含有ストリームが点火される。部分的酸化生成物は水素、一酸化炭
素、二酸化炭素、及び非転換炭化水素を含んでいる。部分的酸化触媒は部分的酸
化ゾーン内に固定床として配置される。炭化水素の触媒性部分的酸化で用いられ
るのに適した触媒組成物は先行技術で周知である（参照によって本明細書に組み
込まれる米国特許出願No. 4,691,071参照）。本発明による部分的酸化ゾーン内
での使用に適した好ましい触媒は、触媒活性成分として、第VIII族貴金属から選
択された金属、金属酸化物基質上に複合化された元素周期律表上の第IVA及び第I
A又はIIA族金属を含んでおり、上記基質はセリウム含有アルミナで構成されてい
る。アルミナはアルファ−アルミナ、あるいはアルファ−アルミナとテータ・ア
ルミナの混合物などである。好ましくは、セリウムはアルミナ内に、そのアルミ
ナ基質に対して約0.01〜約 5.0重量パーセントの範囲で存在している。好ましく
は、部分的酸化触媒内の第VII族貴金属はプラチナ、パラジウム、及びロディウ
ムで構成されるグループから選択される貴金属である。好ましくは、部分的酸化
触媒上に存在している第IVA族金属はゲルマニウム、鉛、及び錫で構成される群
から選択され、IVA族金属は部分的酸化所に対して約0.01〜約5重量パーセントの
範囲の量で存在している。好ましくは、IA族又はIIA族金属が部分的酸化内に存
在しており、ナトリウム、カリウム、リチウム、ルビジウム、セシウム、ベリリ
ウム、マグネシウム、カルシウム、フランシウム、ラジウム、ストロンチウム、
そしてバリウムで構成される群から選択され、そして、群IA又は群IIA金属は部
分的酸化触媒に対して約0.01〜約10重量パーセントの範囲の量で存在している。
触媒活性金属は、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、及びそれらの混合
物などの耐火性酸化物を含む先行技術で周知の適切な基質物質上に担持すること
もできる。好ましくは、部分的酸化触媒は粒状であり、部分的酸化ゾーン内に固
定触媒として担持されている。本発明のプロセスにおいては、部分的酸化ゾーン
は約1400℃以下の部分的酸化温度と約100〜約350kPaの間の低部分的酸化圧力を
含む有効な部分的酸化条件下で作動される。より好ましくは、部分的酸化温度は
約500℃〜約1400℃の範囲であり、最も好ましくは、部分的酸化温度は約600℃〜
約1100℃の範囲である。
【００２０】 部分的酸化を用いると、起動時の性能は改善されるが、作動の全体的効率は低
下する。一方、改質はゆっくり開始され、ずっと高い全体的な効率で作動する。
部分的酸化と改質を組み合わせることは電力需要の変動につれて、燃料比の変動
の制御及び調整において特に有益である。
【００２１】 改質流出液、あるいは改質物質は約５〜約15モル・パーセントの一酸化炭素を
含んでいる。一酸化炭素は一定の燃料電池、特に陽子交換膜に対しては有害物質
として作用するので、水素生成ガスをつくりだすためには、一酸化炭素濃度は低
下させなければならない。これは、改質装置あるいは部分的酸化ゾーンからの流
出液を過剰な量の水の存在下でシフト触媒上で一酸化炭素と発熱的に反応する一
連の水性ガス・シフト反応ゾーンに送って二酸化炭素と水素をつくりだすことに
よって達成される。改質流出液あるいは部分的酸化ゾーン流出液の温度は約400
℃〜約450℃の範囲の有効な高温シフト温度に低下され、高温シフト流出液をつ
くりだすために高温シフト触媒に送られる。高温シフト触媒は酸化鉄、酸化クロ
ム、及びそれらの混合物で構成される群から選択される。この高温シフト流出液
は約180℃〜約220℃の温度範囲の低温シフト反応にとって有効な条件に冷却され
る。冷却された高温シフト流出液は低温シフト・ゾーンに送られて、低温シフト
触媒と接触させられてさらに一酸化炭素を減らし、低温シフト流出液をつくりだ
す。低温シフト触媒は酸化第二銅（CuO）及び酸化亜鉛（ZnO）を含んでいる。他
のタイプの低温シフト触媒はジルコニアなどのその他の酸化遷移金属に担持され
た銅、酸化遷移金属に担持された亜鉛、あるいはシリカやアルミナなどの耐火性
基質、担持されたプラチナ、担持されたレニウム、担持されたパラジウム、担持
されたロジウム、及び担持された金などである。低温シフト反応は高度に発熱性
の反応、低温シフト反応の熱の一部は通常の方法で、水ストリームとの間接的熱
交換を行って改質ゾーンに対する供給原料と組み合わせるためのスチームをつく
りだすことによって通常の方法で除去される。約0.5モル・パーセント以下の一
酸化炭素を含む低温シフト流出液は有効な酸化条件の下で優先酸化ゾーンに送ら
れ、酸化触媒と接触させられて約40ppm-mol以下の一酸化炭素を含む水素生成物
ガス・ストリームをつくりだす。好ましくは、水素生成物ガスの一酸化炭素含有
量は約10ppm-mol以下であり、より好ましくは、水素生成物ガス・ストリームは
約１ppm-mol以下の一酸化炭素を含んでいる。炭素酸化物酸化ゾーン内でつくり
だされる酸化熱はその炭素酸化物酸化ゾーンを水ジャケット及び冷却水ストリー
ムを用いて冷却することにより、通常の方法で除去される。
【００２２】 飽和状態で水を含み、約100℃以下の温度の水素生成物ガス・ストリームは少
なくとも１つの陽子交換膜を含む燃料電池ゾーンの陽極側に送られる。陽子交換
膜は陽極側と陰極側を有しており、酸素含有ストリームが陽子交換膜の陰極側と
接触させられた時に燃料電池によってつくりだされる電気エネルギーを除去する
電気導体を備えている。陽子交換膜は水素生成物ストリームを飽和状態に保持す
ることでドライ・アウト状態から護るようにすることが必要である。陽子交換膜
は水素生成物ストリームの使用においては約70〜90％の効率しか示さず、その結
果として、燃料電池は水素を含む陽極排ガスと酸素を含む陰極排ガスをつくりだ
す。本発明によってつくられた陽極排ガスは（乾燥ベースで）約25モル・パーセ
ント以下の水素を含んでおり、陰極排ガスは約15モル・パーセント以下の酸素を
含んでいる。陽極排ガスは標準１立方メートルあたり約500〜約3000KJの範囲の
正味熱量を有している。
【００２３】 このプロセスのための燃料として陽極排ガスを使用することは米国特許出願第 4,746,329に開示されており、陽極排ガスは空気と混合されて燃焼され、改質ゾ
ーンに対する熱を提供している。表面的には、陽極排ガスの燃焼の熱が回収され
ているので、こうした方法で陽極排ガスを使うのは有利であるように思われる。
しかしながら、このプロセス全体をより注意深く検討してみると、いくつかの問
題が明らかになる。燃焼ゾーンで陽極排ガスを燃焼させると、バーナーからの煙
道ガスあるいは排気ガスの量は少なくなるが、陽極排ガスの燃焼は燃料ガスを燃
やした場合より高い火炎温度を発生させる。火炎ゾーン内の温度が過剰になると
、プロセス機器が損傷する場合がある。逆に、燃料電池からの電気需要が高まる
と、陽極排ガス内の水素濃度が低下する。これは陽極排ガスの量（正味熱量）を
減らし、燃焼ゾーンあるいはバーナーの火炎温度を低下させる。火炎温度の変動
とその結果としての燃焼ゾーンによって提供される熱量の変動は熱の周期的変動
をもたらし、これは機器の故障をもたらす場合がある。
【００２４】 本発明による多段階再加熱燃焼プロセスは陽極排ガス・ストリームを燃焼させ
るために必要な空気の量を驚くほど減らしてくれ、陽極排ガスの水素含量あるい
は正味熱量が大幅に変動しても改質ゾーンを有効な改質条件に維持してくれる。
本発明による多段階再加熱燃焼プロセスを作動させるための制御方式は燃焼ゾー
ン温度センサーを備えたような高度制御システムは必要としない。過剰空気制御
弁あるいはブロワーを調整するために、第一の燃焼流出液の温度をモニターする
ためのたった１つの温度センサーが必要なだけである。好ましくは、上記第一の
燃焼ゾーン流出液温度は約600℃〜約800℃の範囲である。より好ましくは、上記
第一の燃焼ゾーン流出液は約650℃〜約700℃の温度範囲である。好ましくは、上
記第一の燃焼ゾーン流出液の温度は第二の燃焼流出液温度を基本的に等しくされ
るか、あるいは第一の燃焼流出液と第二の燃焼流出液との間の温度差の幅広い変
動が発生するのを避けるように調整される。好ましくは、第一及び第二の燃焼流
出液ストリーム間の温度差は約200℃以下である。より好ましくは、第一及び第
二の燃焼流出液ストリーム間の温度差は約100℃以下であり、最も好ましくは第
一及び第二の燃焼流出液ストリーム間の温度差は約50℃以下である。さらに、燃
料処理装置に提供される煙道ガスの最大温度を簡単に測定され、先行技術におけ
る材料や安全性に関連した問題を回避するように制御することができる。
【００２５】 本発明は多段階燃焼ゾーン内のすべての段階で陽極排ガスと煙道ガスの混合物
を燃焼させるステップ、第一の燃焼ゾーンあるいは二次的な燃焼ゾーンの１つの
いずれかで陽極排ガスのほとんどすべてを燃焼させつつ、残りの二次的燃焼ゾー
ンで燃料ガス・ストリームを燃焼させるステップと、そして、陽極排ガスの少な
くとも一部をすべての燃焼ゾーンに送るステップを含め、種々の燃焼方式の組み
合わせによって実施することができる。従って、第一の燃焼ゾーン流出液は燃料
ガス・ストリームの燃焼からつくられる流出液、燃料ガス・ストリームと陽極排
ガス・ストリームの一部の混合物の燃焼からの流出液、そして、基本的に陽極排
ガスだけの燃焼からの流出液を含んでいる場合がある。
【００２６】 燃料処理装置／燃料電池・プロセス全体の水素効率はつくりだされた水素総量
の低い方の熱量（つまり、つくりだされた水素から陽極排ガスの形態で還流され
た水素を差し引いたもの）を燃料の低めの熱量で割って％で表し、燃料電池の水
素利用率でかけたもの（つまり、燃料電池内で転化される水素の％）で示される
。驚くべきことに、再加熱を伴う多段階燃焼はスチーム改質／燃料電池システム
のための単一段階燃焼方式と比較して水素効率が20％以上向上し、燃焼を行うの
に必要な過剰空気は50％も減少する。改質ゾーンと部分的酸化ゾーンの両方を有
する燃料処理装置にとって、再加熱方式に基づく2段階燃焼は過剰空気の必要量
を約50％程度減らし、改質ゾーン熱回収効率をさらに８％も向上させる。陽極排
ガスのほとんどすべてが改質ゾーンに還流される方式の場合、正味水素効率は先
行技術に基づく単一段階燃焼ゾーンと比較して６％の向上を示し、過剰空気の必
要量は先行技術と比較してわずか半分である。上に述べた方式での過剰空気の必
要量が50％も低下するということは、燃焼ゾーンに空気を提供しているブロアー
の電力消費量の50％の低下につながる。
【００２７】 改質ゾーンが陽極排ガスの燃焼によって提供することができるより大きな熱入
力を必要とするような場合に、本発明の１つの変形例を用いることができる。こ
うした例は、改質ゾーンが改質と部分的酸化の組み合わせではなく唯１つの改質
ゾーンを含んでいる場合、あるいは燃料処理装置のコールド・スタートアップに
おける場合に起きるであろう。陽極排ガスストリームが使えない場合、そして、
陽極排ガスの水素含有量が低くなり過ぎて、正味熱量が低くなった時に用いるこ
とができるようにするために、第一の燃焼ゾーンを始動させるために点火装置と
オプションとしての外部燃料ストリームが提供され、望ましい第一の燃焼温度で
第一の燃焼流出液をつくりだす。本発明は先行技術による燃焼方式と比較して過
剰な空気の必要量を減少させ、陽極排ガスのほぼ完全な燃焼と、燃料処理装置シ
ステムの急速なスタートアップを可能にしてくれる。本発明では、第一と第二の
燃焼流出液温度の両方ともほぼ一定なので、熱移送機器に対する熱応力が最低に
なる。
【００２８】 図１で、燃料処理装置ゾーン102の改質ゾーン104と燃焼ゾーン100内で陽極排
ガスを燃焼させるための燃料電池（図示されず）と組み合わせられた先行技術に
よる単一段階燃焼方式が示されている。この先行技術による方式では、ライン14
内の陽極排ガス・ストリームは燃焼ゾーン100に送られる。燃焼ゾーン100は点火
装置105を有しており、天然ガス、軽炭化水素、あるいはアルコールなどの燃料
の外部供給源がライン16内の燃料ストリームとして示されている。燃焼ゾーン10
0は、ライン18、制御弁108、及びライン20を通じて燃焼ゾーン100に入り込むラ
イン18内の過剰空気ストリームも受け入れる。ライン14内の陽極排ガスの燃焼は
、ライン22内の煙道ガス・ストリームをつくりだすために、ライン20内に過剰な
空気のストリームが存在している状態で燃焼ゾーン100で起きる。燃料処理装置
のスタートアップ中に、煙道ガス温度測定装置106で測定して望ましい煙道ガス
温度でライン22内に煙道ガス・ストリームを提供するために、ライン20内に有効
な量の過剰ガス・ストリームが存在している状態で、ライン16を通じて外部燃料
ストリームを導入することが必要である。ライン22内の煙道ガス・ストリームは
燃料処理装置ゾーン102の煙道ガス熱交換ゾーン103に送られる。燃料処理装置ゾ
ーン102はライン10を通じて改質ゾーン104に導入されたスチーム及び供給原料の
混合物と接触させるための改質触媒を含んだ改質ゾーン104を含んでいる。煙道
ガス熱交換ゾーン103は改質ゾーン104と熱的に密着した状態にあって改質ゾーン
104内で起きる吸熱反応を加熱し、さらに、ライン24内に冷却された煙道ガス・
ストリームを提供する。ライン24内のこの冷却された煙道ガス・ストリームは煙
道ガス交換ゾーン103から引き出されて、大気中に放出される。この冷却された
煙道ガス・ストリームはライン10内のスチーム／供給原料混合物を予備的に加熱
するために用いることもできる。通常、燃焼ゾーン100を出て行く煙道ガスの望
ましい温度は、例えば、弁108を開閉するなど、ライン18内に導入される過剰空
気ストリームの量あるいは流量を制御することによって制御される。改質装置内
に回収されるエネルギーで測定したこの方式の効率は通常低いが、それは単一段
階燃方式が煙道ガス温度を制御するために大量な過剰空気ストリームを必要とす
るからである。煙道ガス温度が高くなると改質効率が向上するが、熱交換装置と
接続パイプ内に装置及び材料的な制約があって、それが煙道ガス温度を制限する
。電力需要内の変動から生じるライン14内の陽極排ガスの水素含有量の変動を補
うためにライン14内の陽極排ガス・ストリームの熱量の不足を補うために、ライ
ン16内の外部燃料ガス・ストリームが必要となる。
【００２９】 次に図２で、米国特許出願第5,609,834に示されている内部燃焼ゾーンと複数
のバーナーを有する先行技術においては、スチーム／供給原料の混合物はライン
201を介して燃料処理装置ゾーン200の改質ゾーン211に送られる。改質ゾーン211
は改質触媒を含んでおり、ライン201内の上記スチーム／供給原料の混合物を転
化してライン202内に改質装置流出液ストリームをつくりだすのに有効な改質条
件で作動される。改質装置流出液ストリームは燃料電池内で使用するための水素
を含んでいる。通常、ライン202内の改質装置流出液ストリームはさらに、一酸
化炭素の濃度を減らすための水性ガス・シフト反応及び優先的酸化を含む通常の
方法でさらに処理される。ライン204内の空気ストリームは空気制御弁217とライ
ン206を通じて触媒燃焼ゾーン215に送られて、そこで、ライン207の陽極排ガス
・ストリームが分配装置218によってライン208、209及び210を介して触媒燃焼ゾ
ーン215に送られる。分配装置218は、間接的熱移送で改質ゾーン211に熱を提供
するか、あるいは触媒性燃焼ゾーン215内の温度を制御するために、触媒性燃焼
ゾーン215の適切な部分にライン207内の陽極排ガス・ストリームを分配する。煙
道ガス・ストリームはライン212を介して触媒性燃焼ゾーン215から引き出される
。ライン212内の煙道ガス・ストリームの煙道ガス温度は温度測定装置214によっ
て測定され、温度信号は信号ライン216を介して空気制御弁217に送られ、ライン
204内の過剰空気の量を調節する。
【００３０】 本発明は、図３に示されるように多段再加熱燃焼を用いることによって、図１
と図２に示される先行技術による方式の制約と欠陥を克服する。本発明において
は、陽極排ガスは２つ以上の燃焼ゾーン間に分割される。図３で、ライン305内
の空気ストリームは少なくとも２つの燃焼ゾーン（340と350）の第一の燃焼ゾー
ン340にだけ導入される。ライン304内の陽極排ガスは、第一の陽極排ガスストリ
ームがライン307を介して第一の燃焼ゾーン340に送られ、第二の陽極排ガススト
リームがライン308を介して第二の燃焼ゾーン350に送られるように２つの燃焼ゾ
ーン間に分割される。第一の燃焼ゾーン340内で、ライン305、過剰空気制御弁37
0及びライン306を介して送られる空気ストリームはライン307内の第一の陽極排
ガス・ストリームと組み合わされ、燃焼して第一の燃焼ゾーン340の下流で測定
された第一の燃焼温度でライン309内に第一の燃焼流出液ストリームを提供する
。ライン307内に陽極排ガスがない場合に第一の燃焼ゾーン340を始動させるため
に、さらに、ライン307内の陽極排ガス・ストリームの水素が薄くなりすぎて、
正味熱量が低い時に用いて望ましい第一の燃焼温度で第一の燃焼流出液をつくり
だすために、点火装置360とライン303内のオプション可能な外部燃料ストリーム
が用いられる。ライン309内の第一の燃焼流出液はオプション可能な煙道ガス熱
交換ゾーン330に送られ、これはライン309内の第一の流出液ストリームと第二の
燃焼ゾーン350から引き出されたライン311内の第二の燃焼流出液ストリームとの
間の間接的熱交換を行う。オプション可能な煙道ガス熱交換ゾーン330は第一及
び第二の燃焼流出液ストリーム309と311間の影響を及ぼす可能性のある温度差を
なくすための受動的な装置を提供する。ライン310内の調節された第一の燃焼流
出液ストリームは燃料処理装置ゾーン320内の第一の燃焼ガス熱交換ゾーン326に
送られる。燃料処理装置ゾーン320は改質ゾーン322と少なくとも２つの平行な燃
焼ガス熱交換ゾーン（図では326及び324に示されている）で構成されている。改
質ゾーンは改質触媒を含んでおり、有効な改質条件で作動してライン301内のス
チーム／供給原料混合物を転化して、ライン302内の改質装置流出液をつくりだ
す。ライン310内の調整された第一の燃焼流出液ストリームは間接的向流熱交換
で改質ゾーン322に熱を供給し、そして冷却された第一の燃焼流出液ストリーム
がライン316内に引き出される。ライン316内の冷却された第一の燃焼流出液スト
リームは第二の燃焼ゾーン350内に送られて、そこで、ライン308内の陽極排ガス
・ストリームの第二の部分と共に燃焼されて、ライン311内の第二の燃焼流出液
ストリームをつくりだす。上に述べたように、ライン311内の第二の燃焼流出液
ストリームはオプション可能な煙道ガス熱交換ゾーン330内に送られてライン312
内の調製された第二の燃焼流出液ストリームをつくりだす。オプションとしての
煙道ガス熱交換ゾーン330はこれらのストリームを熱的接触をもたらす装置に入
れることで第一及び第二の燃焼流出液ストリーム間の間接的熱移送をもたらす。
好ましくは、第一及び第二の燃焼流出液ストリーム309と311は第一の燃焼流出液
ストリームの流れの方向に対して向流方向(cocurrent direction)あるいは横断
方向でオプション可能な煙道ガス熱交換ゾーン330に別々に送る。オプションと
しての煙道ガス熱交換ゾーンは燃料処理装置ゾーン320内に導入する前に第一の
燃焼流出液ストリームと第二の燃焼流出液ストリームとの間の温度差を調整する
ことで燃料処理装置ゾーン320のより安定した作動をもたらす。ライン312内の第
二の燃焼流出液ストリームあるいは第二の調製された燃焼流出液ストリームは第
二の燃焼ガス熱交換ゾーン324に送られて、改質ゾーン322に熱を提供し、燃料処
理装置ゾーン320から引き出されるライン314内の冷却された総燃焼流出液ストリ
ームをつくりだす。本発明による多段階再加熱燃焼プロセスは陽極排ガス・スト
リームの水素含有量、あるいは正味熱量が広い範囲で変動しても改質ゾーンを有
効な改質条件に維持するために陽極排ガス・ストリームを燃焼させるのに必要な
空気ストリームの量を驚くほど低下させる。本発明による多段階再加熱燃焼プロ
セスを作動させるのに必要な制御方式は燃焼ゾーン温度センサーを備えた高度制
御システムは必要としない。信号ライン375を介して過剰空気制御弁370を調製す
るために第一の燃焼流出液の温度をモニタリングするために、ただ1台の温度セ
ンサー365を必要とするだけである。さらに、燃料処理装置に送られる煙道ガス
の最高温度を簡単に測定、制御して、先行技術の材質と安全性に関連した問題の
発生を回避することができる。
【００３１】 改質ゾーンが陽極排ガスの燃焼によって提供される熱より大きな熱入力を必要
とする場合に、本発明の１つの変形例を用いることができる。これは改質ゾーン
がスチーム改質及び部分酸化の組み合わせではなく１つのスチーム改質ゾーンだ
けを含んでいる場合、あるいは燃料処理装置のコールド・スタートアップの場合
にあてはまる。こうした限定的な方式で、ほとんどすべての陽極排ガスが、ライ
ン307を介して第一の燃焼ゾーン340に送られて、ライン306内の空気の流れは、
改質ゾーン322で交換されるライン309あるいは310内の第一の燃焼流出液ストリ
ームの基本的に一定な煙道ガス温度をもたらしてライン316内の冷却された第一
の燃焼流出液ストリームをもたらすように調整される。ライン316内のこの冷却
された第一の燃焼流出液ストリームは第二の燃焼ゾーン350に送られて、そこで
ライン316内の冷却された第一の燃焼流出液ストリームは天然ガス、プロパン、
その他の炭化水素燃料、アルコール類、他の酸化化合物、あるいはそれらの組み
合わせなど補助的な燃料ストリーム（図示せず）の燃焼によって再加熱される。
第二の燃焼ゾーンに送られる補助燃料の量はライン312内の第二の燃焼流出液ス
トリームの温度を一定にするように制御される。図３で、ライン303内の補助燃
料の一部はライン303´、制御弁367、そしてライン369を介して第二の燃焼ゾー
ン350に送られる。第二の燃焼ゾーン温度、あるいは第二の燃焼流出液温度はラ
イン312内で温度指示計366によって測定される。温度指示計366から得られる信
号は制御弁367に送られ、第二の燃焼流出液温度を一定にするように補助燃料ガ
ス量を調節する。制御信号は直接的に、あるいは燃料処理装置のための全体的な
制御方式の一部として通常の方法で温度指示計366から送られる。別の実施の形
態では、先行技術と比較して燃料処理装置320の過剰な空気量をさらに減少させ
、陽極排ガスの完全な燃焼と、燃料処理装置システムの迅速な始動を可能にして
くれる。本発明では、第一及び第二の燃焼流出液温度が基本的に一定なので、熱
移送機器に対する熱応力の量が最低になる。
【００３２】
【実施例】 実施例Ｉ（先行技術） 燃料処理装置及び図１に示し、上に説明した単一段階燃焼方式を用いた陽子交
換膜燃料電池システムは燃料電池内で消費される水素の量を燃料処理装置に送ら
れる燃料の正味熱量で割った値で判定した場合、約５９．６％の水素効率を示す
。この燃料電池の容量は2.5kWである。燃料処理装置は約670℃の煙道ガス温度の
煙道ガス・ストリームによって加熱される約620℃で作動するスチーム改質ゾー
ンを含んでいる。改質ゾーン内で使用するために回収されるエネルギーは改質装
置内で回収され、燃焼ゾーン内で燃やされる燃料の熱量の割合によって測定する
ことができる。例えば、陽極排ガスの正味熱量は約14,550kJ/hrであり、改質ゾ
ーン内で回収されるエネルギーは7810kJ/hrである。従って、改質ゾーン熱回収
効率は約53.7％である。
【００３３】 実施例II（本発明との比較） 単一段階燃焼器を有する実施例１の燃料処理装置／燃料電池システムを図3に
示すような二段階燃焼器を有するように修正した。燃料処理装置に対する天然ガ
ス負荷量と水素生成量は実施例１の場合と同じである。第一及び第二の燃焼流出
液ストリームの出口温度は実施例１の場合と同じ温度、つまり670℃に調節され
た。その結果、陽極排ガスを燃焼させるために必要な空気量は実施例１の約半分
で、空気ブロアーの電力消費量は実施例１と比較して約48％の減少であった。本
発明による二段階燃焼器方式の水素効率は71.3％であり、電力出力は約３kWであ
った。実施例IIの改質装置熱回収効率は約11,340kJ/hrの燃焼ゾーン燃料正味熱
量とその改質ゾーン内で回収される約7410kJ/hrのエネルギーに基づいて約65.3
％であった。このことは、先行技術と比較して、本発明の多段階燃焼方式を用い
た場合、スチーム改質燃料処理装置燃料電池の水素効率が約22％向上することを
意味している。
【００３４】 実施例III（先行技術） 改質ゾーンがスチーム改質及び部分的酸化の組み合わせで構成されており、図
１に示すような単一段階燃焼を用いる先行技術による燃料処理装置／燃料電池シ
ステムは正味水素効率が約69.1％であり、燃料電池の電源出力は2.89kWで３kWを
やや下回る程度、そして空気量は実施例IIのほぼ半分であった。燃焼ガスの煙道
ガス温度は650℃であった。実施例IIIのバーナー、あるいは燃焼ゾーンに対する
燃料は6882kJ/hrで、実施例IあるいはIIの場合よりかなり低く、燃料処理装置ゾ
ーンの改質ゾーン部分に移送されるエネルギーや約4208kJ/hrであった。実施例I
IIの場合の改質装置熱回収効率は61.1％であった。
【００３５】 実施例IV（本発明との比較） 本発明による（２つの燃焼段階を有する）多段階燃焼ゾーンを実施例IIIの単
一段階燃焼ステップと置き換えた。その結果としての正味水素効率は70.4％で、
実施例IIIと比較して約2％高かった。しかしながら、実施例IVの燃焼の空気量は
実施例IIIの場合の空気量のほぼ二分の一であり、改質ゾーン熱回収効率は約65.
9％に増大した。これは、実施例III の場合と比較して、改質ゾーンのために陽
極排ガスからのエネルギーを使用する場合の効率の約８％の向上と、燃焼ゾーン
に空気を供給するための電力の53％の削減を意味する。
【００３６】 実施例V（先行技術） プロパン、あるいは液化石油ガスの転化に基づく燃料処理装置を約５kW(4.7kW
)の電力をつくりだすため燃料電池と組み合わせた。陽極排ガスのほとんどすべ
ては改質ゾーンに還流され、外部燃料ストリームは燃焼燃料を提供する。 この燃料処理装置は先行技術でつくられる燃焼ガスによって加熱される620℃の
取り入れ温度で作動する改質ゾーンと、単一段階燃焼ゾーン、そして燃焼ガス温
度を約680℃に維持するために十分な量の過剰空気を構成要素としていた。燃焼
される燃焼ガスの正味熱量は約15,650kJ/hrであり、改質ゾーンに対して約10,02
4kJ/hrの熱を提供し、熱回収効率は約64.1％であった。外部から補給される燃料
を燃焼させる単一段階燃焼ゾーンはスチーム改質ゾーンのための熱を提供する。
この方式の正味水素効率は約74％であり、空気量は1時間あたり約29.45立方メー
トルであった。
【００３７】 実施例VI（比較例） 改質ゾーンに対して陽極排ガスをほぼ完全に還流させる実施例Vの燃料処理装
置／燃料電池構成を本発明による二段階燃焼方式で改良した。本発明による燃焼
ゾーンを有するこの方式の正味水素効率は約78.6％であり、実施例Vの単一段階
燃焼と比較して約６％の向上を示した。燃料価を基礎とする改質装置の熱回収は
13,190kJ/hrであり、多段階再加熱から改質ゾーンに10,044kJ/hrの熱量を提供す
る本発明の設計から、改質ゾーン熱回収効率は76.1％であった。これは実施例V
の単一段階燃焼方式と比較して約19％の向上を意味する。実施例VIの燃焼用空気
は実施例Vと比較してわずか53％であり、空気ブロアーの電力消費が約50％削減
された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術による単一段階燃焼方式を示すプロセス・フロー図。
【図２】 内部多段階燃焼方式に基づく先行技術による改質装置を示すプロセス・フロー
図。
【図３】 本発明による多段階再加熱燃焼方式を示すプロセス・フロー図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 タウラ，ガビン，ピー． アメリカ合衆国 60017−5017 イリノイ ズ，デス プレインズ，イースト アルゴ ンクイン ロード 25，ユーオーピー エ ルエルシー内 (72)発明者 ハーネス，ジョン，ロバート アメリカ合衆国 60017−5017 イリノイ ズ，デス プレインズ，イースト アルゴ ンクイン ロード 25，ユーオーピー エ ルエルシー内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA09 BA16

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料電池と接続された改質ゾーン内でスチームの存在下で供
    給原料を改質するプロセスにおいて、 a) 供給原料とスチームを改質ゾーンに送って水素を含む改質ストリームを生
    成するステップと、 b) 第一の燃焼流出液ストリームとの間接的熱交換によって上記改質ゾーンを
    少なくとも部分的に加熱し、冷却された第一の燃焼流出液ストリームを提供する
    ステップと、 c) 上記冷却された第一の燃焼流出液ストリームで可燃性ガス・ストリームの
    少なくとも一部を燃焼させて、上記冷却された燃焼流出液ストリームを再加熱し
    て第二の燃焼流出液ストリームを提供するステップと、 d) 上記第二の燃焼流出液ストリームとの間接熱交換によって上記改質ゾーン
    をさらに加熱するステップと、そして e) 上記燃料電池からの陽極排ガスの少なくとも一部を燃焼させて上記第一の
    燃焼流出液ストリームを提供するか、あるいは上記冷却された燃焼排ガスを再加
    熱するステップ で構成されるプロセス。
  2. 【請求項２】 上記第一の燃焼流出液ストリームが燃料ガス・ストリームの
    燃焼でつくりだされた燃焼流出液ストリーム及び／又は上記陽極排ガス・ストリ
    ームを含んでおり、上記陽極排ガスの少なくとも一部が上記冷却された第一の燃
    焼流出液ストリームによって燃焼されることを特徴とする請求項１のプロセス。
  3. 【請求項３】 上記第一の燃焼流出液ストリームが600℃から800℃の導入温
    度を有していることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
  4. 【請求項４】 上記第一の燃焼流出液の上記導入温度が上記第二の燃焼流出
    液ストリームの導入温度とほぼ等しいことを特徴とする請求項１記載のプロセス
    。
  5. 【請求項５】 さらに、上記第一の燃焼流出液ストリームと第二の燃焼流出
    液ストリームを煙道ガス熱交換ゾーンに送って、上記第一と第二の燃焼流出液ス
    トリーム間で間接的熱交換を行わせるステップを含んでいることを特徴とする請
    求項１記載のプロセス。
  6. 【請求項６】 上記改質ゾーンが複数ゾーン熱交換器の第一のゾーンに配置
    されており、上記第一の燃焼流出液ストリームが前記複数ゾーン熱交換器の第二
    のゾーンを通じて送られ、上記第二の燃焼流出液ストリームが前記複数ゾーン熱
    交換器の第三のゾーンを通じて送られ、そして、上記第一のゾーンが前記複数ゾ
    ーン熱交換器の第二及び第三のゾーンと熱的に密着した状態にあることを特徴と
    する請求項１記載のプロセス。
  7. 【請求項７】 さらに、上記改質ストリームを燃料電池の陽極側に送って電
    力を発生させるステップと、上記陽極排ガス・ストリームを回収するステップを
    含むことを特徴とする請求項１記載のプロセス。
  8. 【請求項８】 上記供給原料がスチームと共に有効な改質条件でスチーム改
    質触媒を含む改質ゾーンに送られて水素を含む改質ストリームをつくりだす炭化
    水素あるいは酸素を多量に含む化合物を含んでおり、 上記冷却された第一の燃焼流出液ストリームが補助的な燃料ストリームによる
    燃焼で再加熱されて第二の燃焼温度で上記第二の燃焼流出液ストリームを提供し
    、 上記燃料電池から引き出された陽極排ガス・ストリームのほとんど全部が過剰
    空気ストリームで燃焼されて上記第二の燃焼温度とほぼ等しい第一の燃料流出液
    温度で第一の燃焼流出液ストリームを提供することを特徴とする請求項１記載の
    プロセス。
  9. 【請求項９】 上記改質ゾーンが、前記第一の燃焼流出液ストリームがそれ
    を通じて送られる第一の熱交換ゾーン及び前記第二の燃焼流出液ストリームがそ
    れを通じて送られる第二の熱交換ゾーンから上記改質ゾーンを分離している複数
    の平板で構成されている燃料処理装置ゾーン内に配置されており、前記第一及び
    第二の燃焼流出液ストリームが前記改質ゾーンを通じての供給原料の通過方向に
    対して平行、あるいは向流方向で送られることを特徴とする請求項８記載のプロ
    セス。
  10. 【請求項１０】 上記陽極排ガス・ストリームが第一の燃焼ゾーン内で過剰
    空気量で過剰空気ストリームと共に燃焼されて第一の燃焼温度で上記第一の燃焼
    流出液ストリームを提供し、上記冷却された燃焼流出液が第二の燃焼ゾーン内で
    陽極排ガスの少なくとも一部と共に再燃焼されて第二の燃焼温度で第二の燃焼流
    出液ストリームを提供し、そして上記第一の燃焼温度を測定して過剰空気量を調
    節して均一な第一の燃焼温度を維持するように制御されることを特徴とする請求
    項１〜９のいずれか１項記載のプロセス。
  11. 【請求項１１】 陽極排ガスストリームの一部が第一の燃焼ゾーンで過剰空
    気量で過剰空気ストリームと共に燃焼されて第一の燃焼温度で上記第一の燃焼流
    出液ストリームを提供すると同時に、上記冷却された第一の燃焼流出液が燃料ガ
    ス量で導入される燃料ガス・ストリームと共に第二の燃焼ゾーンで再燃焼されて
    第二の燃焼温度で上記第二の燃焼流出液ストリームを提供し、そして、上記第二
    の燃焼温度を測定すると同時に燃料ガス量を調節して均一な第二の燃焼温度を維
    持することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載のプロセス。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6524550B1 (en) * 1999-05-03 2003-02-25 Prashant S. Chintawar Process for converting carbon monoxide and water in a reformate stream
US6797252B2 (en) * 2002-11-25 2004-09-28 Conocophillips Company Hydrocarbon gas to liquid conversion process
US7829227B2 (en) * 2003-04-04 2010-11-09 Texaco Inc. Integrated fuel processor apparatus and enclosure and methods of using same
US20040197622A1 (en) * 2003-04-04 2004-10-07 Texaco Inc. Method and apparatus for separating liquid from a gas stream
US7824455B2 (en) * 2003-07-10 2010-11-02 General Motors Corporation High activity water gas shift catalysts based on platinum group metals and cerium-containing oxides
BRPI0507756A (pt) * 2004-02-17 2007-07-10 Modine Mfg Co processador de combustìvel integrado para uma produção de hidrogênio distribuìda
US7238333B2 (en) * 2004-03-18 2007-07-03 General Motors Corporation High activity water gas shift catalysts with no methane formation
US20060057444A1 (en) * 2004-09-13 2006-03-16 Ebara Ballard Corporation Fuel processing apparatus and method and fuel cell power generation system
US7416571B2 (en) * 2005-03-09 2008-08-26 Conocophillips Company Compact mixer for the mixing of gaseous hydrocarbon and gaseous oxidants
US20070175094A1 (en) * 2006-01-30 2007-08-02 Reinke Michael J Integrated autothermal reformer recuperator
KR101014897B1 (ko) * 2010-11-23 2011-02-15 김형식 고형연료의 제조를 위한 폐그물의 절단장치
FR2978961B1 (fr) * 2011-08-11 2013-08-30 Air Liquide Procede pour une production d'hydrogene a partir de biogaz
WO2013086337A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Access Energy Llc Recovery for thermal cycles
US9551487B2 (en) 2012-03-06 2017-01-24 Access Energy Llc Heat recovery using radiant heat
KR101695933B1 (ko) * 2014-04-22 2017-01-13 한국과학기술연구원 고체산화물셀 시스템 및 그 제어 방법
CN111777038A (zh) * 2020-07-02 2020-10-16 上海浩用工业炉有限公司 一种用于制氢转化炉的余热回收系统及方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5181937A (en) 1985-06-27 1993-01-26 Stone & Webster Engineering Corp. Apparatus for production of synthesis gas using convective reforming
GB8521608D0 (en) * 1985-08-30 1985-10-02 Shell Int Research Producing synthesis gas
GB8609099D0 (en) 1986-04-15 1986-05-21 British Petroleum Co Plc Production of synthesis gas
US4861348A (en) 1986-10-08 1989-08-29 Hitachi, Ltd. Fuel reforming apparatus
US4746329A (en) 1986-11-26 1988-05-24 Energy Research Corporation Methanol fuel reformer
US4691071A (en) 1986-12-11 1987-09-01 Uop Inc. Dehydrogenation of dehydrogenatable hydrocarbons
JPH0333002A (ja) 1989-06-29 1991-02-13 Hitachi Ltd 水素製造装置
JPH088114B2 (ja) * 1990-08-15 1996-01-29 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム技術研究組合 燃料電池アノード廃ガスの燃焼方法
JPH0812303A (ja) 1994-07-05 1996-01-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd プレートリフォーマ
JPH0930801A (ja) 1995-07-19 1997-02-04 Mitsubishi Electric Corp 改質反応器
JP3941159B2 (ja) * 1997-06-03 2007-07-04 ダイキン工業株式会社 燃料電池発電システム
US6077620A (en) * 1997-11-26 2000-06-20 General Motors Corporation Fuel cell system with combustor-heated reformer

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