JP2004352546A

JP2004352546A - Fuel reformer and fuel reforming method

Info

Publication number: JP2004352546A
Application number: JP2003151051A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yamamoto; 征治山本
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel reformer in which the production quantity of hydrogen is increased and the loss of a reforming fuel gas and the production of CO and CH<SB>4</SB>are suppressed, and a fuel reforming method. <P>SOLUTION: The fuel reformer 1 is constituted so as to be provided with a reforming flow passage 2 to which the reforming fuel gas containing hydrocarbon based fuel and steam for fuel is supplied and in which the reforming reaction is carried out, permeated gas flow passages 3a and 3b to which steam for sweep is supplied and a porous membranes 5a and 5b for separating the reforming flow passage 2 and the permeated gas flow passages 3a and 3b from each other. The production gas produced by the reforming reaction in the reforming flow passage 2 is separated to the permeated gas flow passages 3a and 3b by permeating through the porous membranes 5a and 5b and drawn out to the outside of the system by the steam for sweep. The permeation of the steam for fuel through the porous membranes 5a and 5b is suppressed by the steam for sweep. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素系燃料を改質反応により改質して水素を生成する燃料改質器および燃料改質方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
天然ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ）、ガソリン等の炭化水素系の燃料を改質することにより水素が生成されている。生成された水素は、燃料電池の燃料ガス等、種々の用途に使用される。水蒸気を用いた炭化水素系燃料の改質反応は、次式（１）、（２）で表される。
Ｃ_ｎＨ_ｍ＋ｎＨ_２Ｏ ⇔ （ｎ＋ｍ／２）Ｈ_２＋ｎＣＯ・・・（１）
Ｃ_ｎＨ_ｍ＋２ｎＨ_２Ｏ ⇔ （２ｎ＋ｍ／２）Ｈ_２＋ｎＣＯ_２・・・（２）
式（１）、（２）の反応は、いずれも可逆反応である。よって、反応の平衡をずらすことで水素を生成する方向に反応を進行させることができる。このような観点から、種々の改質方法が提案されている。
【０００３】
例えば、生成した水素を、Ｐｄ等を使用した水素透過膜を用いて選択的に分離・除去することで、平衡をずらしながら反応を進める改質方法がある（例えば、特許文献１参照。）。また、生成した水素を、多孔質セラミックス膜を用いて選択的に分離・除去することで、平衡をずらしながら反応を進める改質方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１６８７３３号公報
【特許文献２】
特開平４−１６０００３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記改質方法には、それぞれ以下の問題がある。まず、特許文献１に記載された方法では、水素が分離された分だけしか、炭化水素系燃料および水蒸気の分圧は上がらない。つまり、水素以外の生成ガス（ＣＯ、ＣＯ_２等）は反応系内に留まるため、平衡を大きくずらすことは難しい。また、逆シフト反応（ＣＯ_２＋Ｈ_２→ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ）、メタン化反応（ＣＯ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ）等の副反応により、生成した水素が消費され易い。さらに、Ｐｄ等を使用した水素透過膜では、水素の透過速度が小さく、コストも高いため、実用的ではない。
【０００６】
また、生成ガスのうち、水素のみが分離され、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４が残存することにより、反応系内におけるガス中の炭素分濃度が増加し、炭素が析出し易くなる。図７に、反応系内のガス中の水素と炭素との原子比（Ｈ／Ｃ）と、析出する炭素濃度との関係を示す。図７に示すように、反応温度が６００℃の場合には、炭素はほとんど析出しないが、通常の反応温度である５００℃および５５０℃では、水素の割合が低くなるとともに、炭素が析出し始めることがわかる。改質触媒の表面に炭素が析出すると、改質燃料ガスの拡散が阻害され、反応性が低下してしまう。
【０００７】
次に、特許文献２に記載された方法では、水素の分離に多孔質セラミックス膜を用いるため、水素の透過速度は大きい。しかし、透過側において、分離した水素を同伴するスイープガスを使用していないため、水素の分離量は充分とはいえない。また、多孔質セラミックス膜の孔径は、数ｎｍ〜数μｍ程度と大きいため、水素のみならず、改質燃料ガス中の水蒸気等も透過してしまう。よって、改質燃料ガスの損失が大きく、改質効率を向上することは困難である。
【０００８】
本発明は、このような実状を鑑みてなされたものであり、改質反応の平衡をずらすことで水素の生成反応を促進させるとともに、改質燃料ガスの損失およびＣＯ、ＣＨ_４の生成を抑制することで、改質効率の高い燃料改質器および燃料改質方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明の燃料改質器は、炭化水素系燃料と燃料用水蒸気とを含む改質燃料ガスが供給され、改質反応が行われる改質流路と、スイープ用水蒸気が供給される透過ガス流路と、該改質流路と該透過ガス流路とを仕切る多孔質膜と、を備え、前記改質流路にて前記改質反応により生成した生成ガスは、前記多孔質膜を透過することにより前記透過ガス流路へ分離され、前記スイープ用水蒸気により系外へ抜き出され、前記燃料用水蒸気の該多孔質膜に対する透過は、該スイープ用水蒸気により抑制されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の燃料改質器では、改質流路と透過ガス流路とを多孔質膜により仕切り、改質反応により生成した生成ガスを、透過ガス流路へ移動させる。なお、本明細書では、上記式（１）、（２）で示した反応の他、逆シフト反応やメタン化反応等の副反応をも含めて「改質反応」と表現する。つまり、改質反応により生じた生成ガスには、水素（Ｈ_２）、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４等が含まれる。本発明の燃料改質器では、水素だけではなく、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４等を含む生成ガスが、多孔質膜を介して透過ガス流路へ移動する。生成ガスの多くが反応系内から分離されることで、改質反応の平衡がずれ、改質反応は水素を生成する方向に進行する。よって、水素生成量が増加する。また、生成ガスの多くが除去されるため、改質燃料ガスは拡散し易くなり、改質触媒表面における滞留時間も増加する。そのため、改質反応がより進行し易くなる。さらに、逆シフト反応等の副反応も生じ難くなるため、ＣＯ、ＣＨ_４の生成が抑制され、水素の消費が抑制される。また、反応系内におけるガス中の炭素分濃度は増加し難くなり、炭素の析出も抑制される。
【００１１】
本発明の燃料改質器では、スイープ用水蒸気は二つの役割を果たす。一つは、多孔質膜を透過した生成ガスを、系外へ抜き出す役割である。これにより、透過ガス流路における生成ガスの分圧は低下し、生成ガスの透過を促進させることができる。もう一つは、燃料用水蒸気の多孔質膜に対する透過を抑制する役割である。透過ガス流路にスイープガスとして水蒸気が流れることにより、透過ガス流路における水蒸気分圧および濃度は高い。そのため、燃料用水蒸気は多孔質膜を透過し難くなる。その結果、改質燃料ガスの損失を少なくすることができる。また、多孔質膜の透過速度比がクヌッセン拡散流程度であっても、改質性能が向上するため、多孔質膜の性能に対する技術的障害は少ない。なお、多孔質膜の孔径は、比較的大きいため、生成ガスの透過速度は大きい。一方、多孔質膜の孔径を調整することにより、炭化水素系燃料の透過を充分抑制することができる。
【００１２】
このように、本発明の燃料改質器では、水素の生成量が増加し、改質効率が向上する。そのため、改質器の小型化が可能となる。また、ＣＯおよびＣＨ_４の生成が抑制されるため、改質後の改質ガスに対して行われるＣＯシフト反応や、ＣＯ選択酸化反応の装置をも小型化することが可能となる。さらに、スイープ用水蒸気には、燃料用水蒸気の一部、改質反応後のオフガスあるいは燃料電池のオフガスからの回収水蒸気、加熱流路における燃焼反応により生じた水蒸気等を用いることができる。そのため、スイープ用水蒸気を別途準備する必要はなく、実用的である。
【００１３】
（２）本発明の燃料改質器は、さらに、改質燃料ガスを加熱するための加熱用ガスが供給される加熱流路を備え、加熱流路は、改質流路の流路区画壁の一部に隣接して配置され、透過ガス流路は、改質流路の流路区画壁の他部に隣接して配置された態様で実施することができる。
【００１４】
水蒸気を用いた改質反応は、吸熱反応であるため、反応時には熱を供給することが必要となる。そのため、本態様の燃料改質器では、加熱流路を設け、加熱流路に加熱用ガスを流すことにより、改質燃料ガスを加熱する。この場合、例えば、加熱流路と透過ガス流路とを改質流路を挟んで対向させて配置することで、あるいは、改質流路の流れ方向に対して直交する方向に、加熱流路と透過ガス流路とをそれぞれ対向させて配置することで、改質燃料ガスの加熱と、生成ガスの分離とを、効率よく行うことができる。よって、改質器を小型化することができる。
【００１５】
（３）本発明の燃料改質器は、さらに、改質燃料ガスを加熱するための加熱用ガスが供給される加熱流路を備え、加熱流路および透過ガス流路は、改質流路の流れ方向に沿って、交互に配置された態様で実施することができる。
【００１６】
本態様も、上記（２）の態様と同様、改質燃料ガスを加熱する加熱流路を備える。本態様では、加熱流路と透過ガス流路とを、改質流路の流れ方向に沿って、交互に配置する。つまり、改質流路のある区間では、改質燃料ガスの加熱が行なわれ、別の区間では、生成ガスの分離が行われる。加熱流路と透過ガス流路との配置を調整することで、改質燃料の加熱量および生成ガスの透過量を容易に制御することができる。本態様を採用する場合、例えば、加熱流路を有する加熱ユニットと、透過ガス流路を有する分離ユニットとを連結して燃料改質器を構成することができる。この場合、燃料改質器の製造が容易となる。
【００１７】
（４）本発明の燃料改質器では、生成ガスの透過量を、改質反応の進行度合いにより変化させることが望ましい。改質反応の進行度合いは、反応時の温度、改質燃料ガスの流量、各原料の分圧等により変化する。よって、それらを考慮して、生成ガスの透過量を調整することが望ましい。例えば、改質反応の進行度合いの大きい領域では、生成ガスの透過量を多くし、反対に、改質反応の進行度合いの小さい領域では、生成ガスの透過量を少なくすればよい。生成ガスの透過量は、例えば、透過ガス流路の配置の仕方で変化させることができる。また、多孔質膜の孔径等を制御することで変化させることができる。
【００１８】
（５）上記（４）の態様を採用した場合、生成ガスの透過量を、改質燃料ガスの上流から下流方向に向かって増加させることが望ましい。通常、改質燃料ガスの上流側では、改質反応の進行度合いは小さく、炭化水素系燃料および燃料用水蒸気の濃度は高い。そして、改質燃料ガスの下流方向に向かって、改質反応の進行度合いは大きくなる。よって、生成ガスの透過量を、改質燃料ガスの上流から下流方向に向かって増加させることで、燃料用水蒸気の透過を抑制しつつ、生成ガスを効率よく分離することができる。
【００１９】
（６）本発明の燃料改質方法は、炭化水素系燃料と燃料用水蒸気とを含む改質燃料ガスから改質反応により水素を生成する燃料改質方法であって、改質反応の際、生成した生成ガスを多孔質膜を透過させ、透過した生成ガスをスイープ用水蒸気により系外へ抜き出すとともに、前記燃料用水蒸気の該多孔質膜に対する透過は、該スイープ用水蒸気により抑制されることを特徴とする。
【００２０】
本発明の燃料改質方法では、上記本発明の燃料改質器で説明したのと同様に、多孔質膜により生成ガスを分離しながら改質反応を行う。生成ガスの多くが反応系内から分離されることで、改質反応の平衡がずれ、改質反応は水素を生成する方向に進行する。よって、水素生成量が増加する。また、生成ガスの多くが除去されるため、改質燃料ガスは拡散し易くなり、改質触媒表面における滞留時間も増加する。そのため、改質反応がより進行し易くなる。さらに、上述した逆シフト反応等の副反応も生じ難くなるため、ＣＯ、ＣＨ_４の生成が抑制され、水素の消費が抑制される。また、反応系内におけるガス中の炭素分濃度は増加し難くなり、炭素の析出も抑制される。また、多孔質膜を透過した生成ガスは、スイープ用水蒸気により系外へ抜き出されるため、生成ガスの透過が促進される。加えて、スイープ用水蒸気により、燃料用水蒸気の多孔質膜に対する透過は抑制される。よって、改質燃料ガスの損失は少ない。このように、本発明の燃料改質方法によれば、水素の生成量は増加し、ＣＯ、ＣＨ_４の生成量は減少する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料改質器の実施形態について詳しく説明する。なお、本発明の燃料改質器を説明することにより、本発明の燃料改質方法をも説明することとなるため、本実施の形態において、本発明の燃料改質方法については説明を省略する。
【００２２】
（１）第一実施形態
まず、本実施形態の燃料改質器の構成を説明する。図１に、本実施形態の燃料改質器の端部斜視図を示す。図１に示すように、燃料改質器１は、改質流路２と、透過ガス流路３ａ、３ｂと、加熱流路４ａ、４ｂとを備える。
【００２３】
改質流路２は、直方体状を呈し、左右を仕切壁で、上下を多孔質膜５ａ、５ｂで囲まれる。つまり、改質流路２の四つの流路区画壁のうち左右が仕切壁、上下が多孔質膜５ａ、５ｂとなる。改質流路２の左右に配置された仕切壁の改質流路２側の表面には、改質触媒としてロジウム（Ｒｈ）系触媒が担持される。仕切壁は、ステンレス鋼製である。
【００２４】
透過ガス流路３ａ、３ｂは、それぞれ改質流路２の上下に対向して配置される。透過ガス流路３ａと改質流路２とは、多孔質膜５ａで仕切られる。同様に、透過ガス流路３ｂと改質流路２とは、多孔質膜５ｂで仕切られる。多孔質膜５ａ、５ｂは、主に３０〜５０ｎｍ程度の孔径を有するアルミナ系セラミックス製の多孔板である。
【００２５】
加熱流路４ａ、４ｂは、それぞれ改質流路２の左右に対向して配置される。加熱流路４ａと改質流路２とは、仕切壁で仕切られる。同様に、加熱流路４ｂと改質流路２とは、仕切壁で仕切られる。加熱流路４ａ、４ｂを各々四方から囲む仕切壁の加熱流路４ａ、４ｂ側の表面には、酸化触媒として白金（Ｐｔ）系触媒が担持される。加熱流路４ａ、４ｂと改質流路２とを仕切る仕切壁が伝熱面となり、加熱流路４ａ、４ｂから改質流路２へ熱が移動する。
【００２６】
次に、本実施形態の燃料改質器における改質機構を説明する。改質流路２には、炭化水素系燃料と燃料用水蒸気とを含む改質燃料ガスが供給される。透過ガス流路３ａ、３ｂには、スイープ用水蒸気が供給される。加熱流路４ａ、４ｂには、加熱用ガスとして、水素または炭化水素系燃料と、空気とが供給される。加熱流路４ａ、４ｂでは、加熱用ガスが触媒燃焼し、燃焼により生じた熱は、仕切壁を介して改質流路２へ伝達する。改質流路２では、伝達された熱を利用して改質反応が進行する。改質反応により、Ｈ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４等の生成ガスが生成する。生成ガスは、多孔質膜５ａ、５ｂを透過して、それぞれ透過ガス流路３ａ、３ｂに移動する。ここで、炭化水素系燃料は、分子径が大きいため、多孔質膜５ａ、５ｂを透過し難い。また、透過ガス流路３ａ、３ｂには、スイープ用水蒸気が流れており、水蒸気分圧および濃度が高いため、燃料用水蒸気は多孔質膜５ａ、５ｂを透過し難い。よって、生成ガスが選択的に多孔質膜５ａ、５ｂを透過する。透過ガス流路３ａ、３ｂに移動した生成ガスは、スイープ用水蒸気に同伴され、系外へ抜き出される。そして、改質流路２を通過した改質反応後のガス（以下「改質流路ガス」と称す。）と混合され、改質ガスとなる。
【００２７】
本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。すなわち、改質流路２における改質反応の際、水素を含む生成ガスの多くは、透過ガス流路３ａ、３ｂへ移動する。よって、改質反応の平衡は、水素を生成する方向に進行する。そのため、水素の生成量は増加する。また、生成ガスが分離されるため、改質流路２では改質燃料ガスが拡散し易くなり、改質触媒表面における改質燃料ガスの滞留時間が長くなる。そのため、改質反応がより促進される。さらに、改質流路２では、生成ガスの量が少ないため、副反応によるＣＯ、ＣＨ_４の生成が抑制される。そのため、副反応による水素の消費が減少する。また、改質流路２を流れるガス中の炭素分濃度は増加し難いため、炭素の析出が抑制される。一方、多孔質膜５ａ、５ｂを透過した生成ガスは、スイープ用水蒸気により系外へ抜き出される。そのため、透過ガス流路３ａ、３ｂにおける生成ガスの分圧は低下し、生成ガスの透過が促進される。また、透過ガス流路３ａ、３ｂにおける水蒸気の分圧および濃度は高いため、燃料用水蒸気は多孔質膜５ａ、５ｂを透過し難い。よって、改質燃料ガスの損失は少なくなる。さらにまた、加熱流路４ａ、４ｂと透過ガス流路３ａ、３ｂとが、改質流路２を挟んで互いに直交する方向に配置されるため、改質燃料ガスの加熱と、生成ガスの分離とを、効率よく行うことができる。
【００２８】
（２）第二実施形態
第二実施形態と第一実施形態との相違点は、透過ガス流路３ａと加熱流路４ａとを、改質流路２を挟んで対向させて配置した点である。つまり、改質流路２の上下に、透過ガス流路３ａと加熱流路４ａとを配置し、左右には何も配置しなかった。それ以外の構成は、第一実施形態と同じであるため、ここでは相違点を中心に説明する。
【００２９】
まず、本実施形態の燃料改質器の構成を説明する。図２に、本実施形態の燃料改質器の端部斜視図を示す。図２において、図１と対応する部材は図１と同じ記号で示す。図２に示すように、燃料改質器１は、改質流路２と、透過ガス流路３ａと、加熱流路４ａとを備える。
【００３０】
改質流路２は、直方体状を呈し、上を多孔質膜５ａ、左右および下をステンレス鋼製の仕切壁で囲まれる。つまり、改質流路２の四つの流路区画壁のうち上が多孔質膜５ａ、左右および下が仕切壁となる。改質流路２の左右および下に配置された仕切壁の改質流路２側の表面には、改質触媒としてロジウム（Ｒｈ）系触媒が担持される。
【００３１】
透過ガス流路３ａは、改質流路２の上に隣接して配置される。透過ガス流路３ａと改質流路２とは、多孔質膜５ａで仕切られる。多孔質膜５ａは、３０〜５０ｎｍ程度の孔径を有するアルミナ系セラミックス製の多孔板である。
【００３２】
加熱流路４ａは、改質流路２の下に隣接して配置される。加熱流路４ａと改質流路２とは、仕切壁で仕切られる。加熱流路４ａを四方から囲む仕切壁の加熱流路４ａ側の表面には、酸化触媒として白金（Ｐｔ）系触媒が担持される。加熱流路４ａと改質流路２とを仕切る仕切壁が伝熱面となり、加熱流路４ａから改質流路２へ熱が移動する。
【００３３】
次に、本実施形態の燃料改質器における改質機構を説明する。改質流路２には、改質燃料ガスが供給される。透過ガス流路３ａには、スイープ用水蒸気が供給される。加熱流路４ａには、加熱用ガスが供給される。加熱流路４ａにおける燃焼により生じた熱は、改質流路２の下の仕切壁を介して改質流路２へ伝達する。改質流路２では、伝達された熱を利用して改質反応が進行する。改質反応により、Ｈ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４等の生成ガスが生成する。生成ガスは、改質流路２の上の多孔質膜５ａを選択的に透過して、透過ガス流路３ａに移動する。透過ガス流路３ａに移動した生成ガスは、スイープ用水蒸気に同伴され、系外へ抜き出される。そして、改質流路ガスと混合され、改質ガスとなる。
【００３４】
本実施形態によれば、上記第一実施形態にて説明したのと同様の効果が得られる。また、本実施形態では、透過ガス流路３ａと加熱流路４ａとを、改質流路２を挟んで対向して配置するため、燃料改質器の構造が単純で作製が容易となる。また、積層させることで、容易に大容量化に対応することができる。
【００３５】
（３）第三実施形態
第三実施形態と第一実施形態との相違点は、加熱流路と透過ガス流路とを改質流路の周りに並設するのではなく、改質流路の流れ方向に沿って、交互に配置した点である。つまり、本実施形態では、改質流路と加熱流路とを有する加熱ユニットと、改質流路と透過ガス流路とを有する分離ユニットとが、交互に直列に連結されて燃料改質器が構成される。それ以外の構成は、第一実施形態と同じであるため、ここでは相違点のみを説明する。
【００３６】
まず、本実施形態の燃料改質器の構成を説明する。図３に、本実施形態の燃料改質器の長手方向断面図を示す。図３において、図１と対応する部材は図１と同じ記号で示す。図３に示すように、燃料改質器１は、加熱ユニット１０と、分離ユニット１１とを備える。
【００３７】
加熱ユニット１０は、角筒状を呈する。加熱ユニット１０は、中央に加熱側改質分路２１を有し、上下に加熱流路４ａ、４ｂを有する。加熱側改質分路２１は、両端が開口しており、改質流路２の一部となる。加熱側改質分路２１と加熱流路４ａ、４ｂとは、ステンレス鋼製の仕切壁で仕切られる。加熱側改質分路２１を四方から囲む仕切壁の表面には、改質触媒が担持される。加熱流路４ａ、４ｂは、それぞれ加熱用ガスが供給される供給口、および出ガスが排出される排出口を備える。供給口は、外部の加熱用ガス供給装置に接続される。排出口は、連結される後段の加熱ユニット１０の供給口に接続される。なお、最後段の排出口は、外部の排熱回収装置に接続される。加熱流路４ａ、４ｂと加熱側改質分路２１とを仕切る仕切壁の加熱流路４ａ、４ｂ側の表面には、酸化触媒が担持される。この仕切壁が伝熱面となり、加熱流路４ａ、４ｂから加熱側改質分路２１へ熱が移動する。
【００３８】
分離ユニット１１は、角筒状を呈する。分離ユニット１１は、中央に分離側改質分路２２を有し、上下に透過ガス流路３ａ、３ｂを有する。分離側改質分路２２は改質流路２の一部となる。分離側改質分路２２と透過ガス流路３ａ、３ｂとは、それぞれ多孔質膜５ａ、５ｂで仕切られる。分離側改質分路２２を左右から囲む仕切壁の表面には、改質触媒が担持される。透過ガス流路３ａ、３ｂは、それぞれスイープ用水蒸気が供給される供給口、および出ガスが排出される排出口を備える。供給口は、外部のスイープ用水蒸気供給装置に接続される。排出口は、後段の分離ユニット１１の供給口に接続される。なお、最後段の排出口は、外部の改質流路ガス混合装置に接続される。
【００３９】
加熱ユニット１０と、分離ユニット１１とは、改質燃料ガスの流れ方向に交互に直列に連結される。両ユニット中央の加熱側改質分路２１および分離側改質分路２２が交互に連結されることで改質流路２となる。
【００４０】
次に、本実施形態の燃料改質器における改質機構を説明する。改質燃料ガスは、加熱側改質分路２１へ供給される。加熱流路４ａ、４ｂには、加熱用ガスとして、水素または炭化水素系燃料と、空気とが供給される。加熱流路４ａ、４ｂでは、加熱用ガスが触媒燃焼し、燃焼により生じた熱は、仕切壁を介して加熱側改質分路２１へ伝達する。加熱側改質分路２１では、伝達された熱を利用して改質反応が進行する。改質反応により、Ｈ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４等の生成ガスが生成する。続いて、改質燃料ガスおよび生成ガスは、分離側改質分路２２へ流入する。透過ガス流路３ａ、３ｂには、スイープ用水蒸気が供給される。ここで、生成ガスは、多孔質膜５ａ、５ｂを透過して、それぞれ透過ガス流路３ａ、３ｂに移動する。一方、炭化水素系燃料は、分子量が大きいため、多孔質膜５ａ、５ｂを透過し難い。また、透過ガス流路３ａ、３ｂには、スイープ用水蒸気が流れており、水蒸気分圧および濃度が高いため、燃料用水蒸気は多孔質膜５ａ、５ｂを透過し難い。よって、生成ガスが選択的に多孔質膜５ａ、５ｂを透過する。
【００４１】
その後、改質燃料ガスおよび一部の残存した生成ガスは、再び加熱側改質分路２１へ流入する。そこで、上述したように、改質反応が進行する。このように、本実施形態の燃料改質器では、改質燃料ガスの加熱と生成ガスの分離とが交互に行われる。なお、透過ガス流路３ａ、３ｂに移動した生成ガスは、スイープ用水蒸気に同伴され、系外へ抜き出される。そして、改質流路ガスと混合され、改質ガスとなる。
【００４２】
本実施形態によれば、上記第一実施形態にて説明した効果に加え、以下に示す効果が得られる。すなわち、本実施形態では、加熱ユニット１０と、分離ユニット１１とを連結して燃料改質器とするため、燃料改質器の製造が容易となる。また、加熱ユニット１０と分離ユニット１１との連結の仕方を変更することにより、容易に改質燃料ガスの加熱量や生成ガスの透過量を調整することができる。
【００４３】
（４）第四実施形態
第四実施形態と第一実施形態との相違点は、加熱流路の上下に空気流路を設けた点である。つまり、本実施形態では、空気流路を流れる空気から、酸素透過膜により酸素を分離する。そして、分離された酸素と加熱用ガスの水素との燃焼反応により生じた水蒸気を、スイープ用水蒸気として利用する。それ以外の構成は、第一実施形態と同じであるため、ここでは相違点のみを説明する。
【００４４】
まず、本実施形態の燃料改質器の構成を説明する。図４に、本実施形態の燃料改質器の端部斜視図を示す。図４において、図１と対応する部材は図１と同じ記号で示す。図４に示すように、燃料改質器１は、改質流路２と、透過ガス流路３ａ、３ｂと、加熱流路４ａ、４ｂと、空気流路６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂとを備える。
【００４５】
空気流路６１ａ、６２ａは、加熱流路４ａの上下に、それぞれ対向して配置される。空気流路６１ａと加熱流路４ａとは、酸素透過膜７１ａで仕切られる。同様に、空気流路６２ａと加熱流路４ａとは、酸素透過膜７２ａで仕切られる。酸素透過膜７１ａ、７２ａは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｌａを含むペロブスカイト型酸化物からなる。また、空気流路６１ｂ、６２ｂは、加熱流路４ｂの上下に、それぞれ対向して配置される。空気流路６１ｂと加熱流路４ｂとは、酸素透過膜７１ｂで仕切られる。同様に、空気流路６２ｂと加熱流路４ｂとは、酸素透過膜７２ｂで仕切られる。酸素透過膜７１ｂ、７２ｂは、酸素透過膜７１ａ、７２ａと同じ膜である。
【００４６】
次に、本実施形態の燃料改質器における改質機構を説明する。加熱流路４ａ、４ｂには、加熱用ガスの一つとして水素が供給される。一方、空気流路６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂには、空気が供給される。供給された空気中の酸素は、酸素透過膜７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂを透過して、加熱流路４ａ、４ｂへ移動する。加熱流路４ａ、４ｂでは、空気から分離された酸素と、供給された水素とにより触媒燃焼が行われる。この触媒燃焼により水蒸気が生成する。加熱流路４ａ、４ｂにて生成した水蒸気は、スイープ用水蒸気として利用される。改質流路２では、加熱流路４ａ、４ｂから伝達される熱を利用して改質反応が進行する。その際、生成ガスは、多孔質膜５ａ、５ｂを透過して、それぞれ透過ガス流路３ａ、３ｂに移動し分離される。
【００４７】
本実施形態によれば、上記第一実施形態にて説明した効果に加え、以下に示す効果が得られる。すなわち、加熱流路４ａ、４ｂにおいて、空気から分離した酸素と水素とを触媒燃焼させるため、得られる水蒸気の純度は高くなる。よって、その水蒸気をスイープ用水蒸気として利用することで、同伴される生成ガスの純度を高くすることができる。また、スイープ用水蒸気を別途準備する必要がないため、改質システムを簡素化でき、実用的である。
【００４８】
（５）その他
以上、本発明の燃料改質器の実施形態について説明した。しかしながら、本発明の燃料改質器は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の燃料改質器は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００４９】
例えば、燃料改質器における改質流路、透過ガス流路等の数、配置等は、上記実施形態に限定されるものではない。第一および第四実施形態では、透過ガス流路は、改質流路の上下全体に設置された。しかし、透過ガス流路を、改質流路の長手方向の一部にのみ設置した態様でも構わない。例えば、改質燃料ガスの下流側にのみ設置してもよい。また、透過ガス流路を、改質流路の上方あるいは下方にのみ設置してもよい。また、第一、第二および第四実施形態では、改質燃料ガス、加熱用ガス、スイープ用水蒸気をすべて並行流とした。しかし、上記ガスのいずれかを対向、あるいは交差させて流してもよい。
【００５０】
第三実施形態では、加熱ユニットと分離ユニットとを交互に配置し、加熱流路と透過ガス流路とが交互に配置されるようにした。しかし、加熱ユニットおよび分離ユニットの配置順序や数は、特に限定されるものではない。例えば、改質燃料ガスの上流から下流方向に向かって、分離ユニットの数が多くなるように連結してもよい。さらに、第四実施形態にて示した空気流路を加えて、加熱ユニットを構成してもよい。
【００５１】
上記四つの実施形態では、改質流路を一つの流路で形成した。しかし、改質流路を、仕切壁によりさらに複数の部屋に分割してもよい。例えば、改質流路をハニカム構造とすることにより、改質反応をより促進させることができる。また、上記実施形態で示した流路構造を複数積層して、燃料改質器を構成してもよい。なお、上記実施形態では、透過ガス流路を通過した生成ガスと改質流路ガスとを出口で混合したが、混合せずに別々に使用してもよい。
【００５２】
上記実施形態では、多孔質膜として、アルミナ系セラミックス製の多孔板を使用した。しかし、多孔質膜の材質は、特に限定されるものではない。例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ等の金属、それら金属の酸化物、シリカ、ジルコニア、ゼオライト等からなる多孔板を用いることができる。また、多孔質膜の孔径も、特に限定されるものではない。生成ガスの透過速度、炭化水素系燃料の分子径等を考慮して、適宜決定すればよい。なお、上記実施形態では、改質燃料ガスの流れ方向において、すべて同じ多孔質膜を使用した。しかし、透過ガス流路の設置される場所により、多孔質膜の材質、孔径等を異ならせてもよい。多孔質膜の材質、孔径等を変化させることにより、生成ガスの透過量を調整することができる。
【００５３】
上記実施形態では、改質触媒をＲｈ系触媒とし、酸化触媒をＰｔ系触媒とした。しかし、各々の触媒は、上記種類に限定されるものではない。例えば、上記触媒の他、Ｎｉ系、Ｃｕ系、Ｐｄ系触媒等、改質反応、燃焼反応のそれぞれに適当な触媒を適宜選択すればよい。
【００５４】
【実施例】
上記第三実施形態で示した構造の燃料改質器における改質性能について予測計算を行った。なお、本計算では、十個の加熱ユニットと、十個の分離ユニットとを、それぞれ交互に配置して燃料改質器を構成した。また、改質流路はハニカム構造とした。改質触媒は、加熱ユニットにのみ担持し、流路をハニカム状に仕切る仕切壁の表面にコーティングした。炭化水素系燃料には、イソオクタン（ｉＣ_８Ｈ_１８）を用いた。そして、加熱用ガス温度７００℃、Ｓ／Ｃ＝２（Ｓ／Ｃ；改質燃料ガスにおける燃料用水蒸気と炭化水素との比）、ＳＶ＝４３３００ｈ^−１（ＳＶ（空間速度）；単位時間および単位改質触媒体積当たりに供給される改質燃料ガスの流量）、スイープ用水蒸気量を燃料用水蒸気量の３０％として、計算を行った。以下、計算結果について述べる。
【００５５】
（１）まず、改質燃料ガスの多孔質膜に対する透過が全く無いと仮定し、生成ガスの透過量を種々変更して計算を行った。図５に、改質性能の計算結果を示す。図５では、改質性能をＨ_２、ＣＯ、ＣＨ_４の出力として示す。各々の成分の出力は、改質ガスにおける各々の成分量と、その低位発熱量（ＬＨＶ）とから算出した。なお、比較のため、生成ガスを分離せずに改質した場合、および、生成ガスのうち水素のみをＰｄ膜により分離して改質した場合の計算結果も併せて示す。
【００５６】
図５に示すように、生成ガスの全成分を分離した場合には、分離しなかった場合と比較して、Ｈ_２出力が大きくなり、ＣＨ_４出力およびＣＯ出力は小さくなった。また、水素のみを分離した場合と比較しても、Ｈ_２出力は大きくなり、ＣＨ_４出力は小さくなった。一方、ＣＯ出力は、Ｈ_２出力が上昇すると、水素のみを分離した方が小さくなった。これは、メタン化反応（ＣＯ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ）、およびシフト反応（ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２）が生じたことにより、ＣＯが消費されたためと考えられる。これより、生成ガスの全成分を分離して改質すると、水素の生成量は増加し、ＣＯおよびＣＨ_４の生成量は減少することがわかる。
【００５７】
（２）次に、改質燃料ガスの多孔質膜に対する透過をも考慮して、生成ガスの透過量を種々変更して計算を行った。図６に、改質性能の計算結果を示す。図６では、図５と同様、改質性能をＨ_２、ＣＯ、ＣＨ_４の出力として示す。なお、比較のため、生成ガスを分離せずに改質した場合の計算結果も併せて示す。
【００５８】
図６に示すように、生成ガスを分離した場合には、分離しなかった場合と比較して、Ｈ_２出力が大きくなり、ＣＨ_４出力およびＣＯ出力は小さくなった。また、生成ガスの透過量の増加とともに、Ｈ_２出力は上昇し、ＣＨ_４出力およびＣＯ出力は低下した。しかし、生成ガスの透過量を多くし過ぎると、炭化水素系燃料および燃料用水蒸気の透過量が増加するため、Ｈ_２出力は低下した。本計算によると、Ｈ_２出力の最大値は２８０Ｗとなった。また、その時のＣＯ出力は５３Ｗ、ＣＨ_４出力は６３Ｗとなった。つまり、本発明の燃料改質器により生成ガスを分離しながら改質すると、生成ガスを分離せずに改質した場合よりも、Ｈ_２出力は約１０％上昇し、ＣＯ出力は約１８％低下し、ＣＨ_４出力は約２４％低下することがわかった。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の燃料改質器では、改質流路と透過ガス流路とを多孔質膜により仕切り、改質反応により生成した生成ガスを、透過ガス流路へ移動させる。そして、スイープ用水蒸気により、生成ガスを系外へ抜き出すとともに、燃料用水蒸気の多孔質膜に対する透過を抑制する。本発明の燃料改質器によれば、水素の生成量は増加し、ＣＯ、ＣＨ_４の生成量は減少する。また、改質燃料ガスの損失は少なく、反応系内における炭素の析出も抑制される。
【００６０】
本発明の燃料改質方法では、多孔質膜により生成ガスを分離しながら改質反応を行う。本発明の燃料改質方法によれば、上記同様に、水素の生成量は増加し、ＣＯ、ＣＨ_４の生成量は減少する。また、改質燃料ガスの損失は少なく、反応系内における炭素の析出も抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態の燃料改質器の端部斜視図を示す。
【図２】第二実施形態の燃料改質器の端部斜視図を示す。
【図３】第三実施形態の燃料改質器の長手方向断面図を示す。
【図４】第四実施形態の燃料改質器の端部斜視図を示す。
【図５】本発明の燃料改質器における改質性能の計算結果を示す（改質燃料ガスは多孔質膜を透過しないと仮定）。
【図６】本発明の燃料改質器における改質性能の計算結果を示す。
【図７】反応系内のガス中のＨ／Ｃと、析出する炭素濃度との関係を示す。
【符号の説明】
１：燃料改質器
２：改質流路２１：加熱側改質分路２２：分離側改質分路
３ａ、３ｂ：透過ガス流路４ａ、４ｂ：加熱流路５ａ、５ｂ：多孔質膜
１０：加熱ユニット１１：分離ユニット
６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ：空気流路
７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ：酸素透過膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel reformer and a fuel reforming method for producing hydrogen by reforming a hydrocarbon-based fuel by a reforming reaction.
[0002]
[Prior art]
Hydrogen is produced by reforming hydrocarbon fuels such as natural gas, liquefied petroleum gas (LPG), and gasoline. The generated hydrogen is used for various uses such as fuel gas for a fuel cell. The reforming reaction of hydrocarbon fuel using steam is represented by the following equations (1) and (2).
C _n H _m + NH ₂ O ⇔ (n + m / 2) H ₂ + NCO (1)
C _n H _m + 2nH ₂ O ⇔ (2n + m / 2) H ₂ + NCO ₂ ... (2)
The reactions of formulas (1) and (2) are both reversible reactions. Therefore, by shifting the equilibrium of the reaction, the reaction can proceed in the direction of generating hydrogen. From such a viewpoint, various reforming methods have been proposed.
[0003]
For example, there is a reforming method in which the generated hydrogen is selectively separated and removed by using a hydrogen permeable membrane using Pd or the like so that the reaction proceeds while shifting the equilibrium (for example, see Patent Document 1). In addition, there is a reforming method in which the generated hydrogen is selectively separated and removed using a porous ceramic film to promote the reaction while shifting the equilibrium (for example, see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-168733
[Patent Document 2]
JP-A-4-160003
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, each of the above reforming methods has the following problems. First, in the method described in Patent Literature 1, the partial pressures of the hydrocarbon-based fuel and the steam increase only by the amount of the separated hydrogen. That is, the generated gas other than hydrogen (CO, CO ₂ ) Remain in the reaction system, so it is difficult to shift the equilibrium greatly. In addition, the reverse shift reaction (CO ₂ + H ₂ → CO + H ₂ O), methanation reaction (CO + 3H) ₂ → CH ₄ + H ₂ The hydrogen generated by the side reaction such as O) is easily consumed. Further, a hydrogen permeable film using Pd or the like is not practical because the hydrogen permeation rate is low and the cost is high.
[0006]
Further, only hydrogen is separated from the generated gas, and CO, CO ₂ , CH ₄ Remains, the concentration of carbon in the gas in the reaction system increases, and carbon is easily precipitated. FIG. 7 shows the relationship between the atomic ratio (H / C) of hydrogen and carbon in the gas in the reaction system and the concentration of precipitated carbon. As shown in FIG. 7, when the reaction temperature is 600 ° C., carbon is hardly deposited, but at the normal reaction temperatures of 500 ° C. and 550 ° C., the ratio of hydrogen decreases and carbon starts to be deposited. You can see that. When carbon deposits on the surface of the reforming catalyst, diffusion of the reformed fuel gas is hindered, and the reactivity decreases.
[0007]
Next, in the method described in Patent Document 2, a porous ceramics membrane is used for separating hydrogen, so that the permeation rate of hydrogen is high. However, on the permeation side, the sweep gas accompanying the separated hydrogen is not used, so that the amount of separated hydrogen is not sufficient. Further, since the pore diameter of the porous ceramic film is as large as about several nm to several μm, not only hydrogen but also water vapor and the like in the reformed fuel gas permeate. Therefore, loss of reformed fuel gas is large, and it is difficult to improve reforming efficiency.
[0008]
The present invention has been made in view of such a situation, and promotes the hydrogen generation reaction by shifting the equilibrium of the reforming reaction, and at the same time, the loss of the reforming fuel gas and CO, CH ₄ It is an object of the present invention to provide a fuel reformer and a fuel reforming method having high reforming efficiency by suppressing generation of fuel.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
(1) The fuel reformer of the present invention is supplied with a reformed fuel gas containing a hydrocarbon-based fuel and steam for fuel, and is supplied with a reforming flow path in which a reforming reaction is performed and a steam for sweeping. A permeated gas flow path, and a porous membrane separating the reformed flow path and the permeated gas flow path, wherein the product gas generated by the reforming reaction in the reformed flow path is the porous membrane. The water vapor is separated into the permeated gas flow path by being permeated, and is taken out of the system by the sweep steam, and the permeation of the fuel steam to the porous membrane is suppressed by the sweep steam. And
[0010]
In the fuel reformer of the present invention, the reforming flow path and the permeated gas flow path are separated by the porous membrane, and the generated gas generated by the reforming reaction is moved to the permeated gas flow path. In this specification, in addition to the reactions represented by the above formulas (1) and (2), the term "reforming reaction" is used to include side reactions such as reverse shift reaction and methanation reaction. That is, the generated gas generated by the reforming reaction contains hydrogen (H ₂ ), CO, CO ₂ , CH ₄ Etc. are included. In the fuel reformer of the present invention, not only hydrogen but also CO, CO ₂ , CH ₄ The generated gas including the above moves to the permeated gas channel via the porous membrane. When much of the generated gas is separated from the reaction system, the equilibrium of the reforming reaction shifts, and the reforming reaction proceeds in a direction to generate hydrogen. Therefore, the amount of generated hydrogen increases. Further, since much of the generated gas is removed, the reformed fuel gas is easily diffused, and the residence time on the reforming catalyst surface is also increased. Therefore, the reforming reaction proceeds more easily. Further, since side reactions such as reverse shift reaction hardly occur, CO, CH ₄ Is suppressed, and the consumption of hydrogen is suppressed. In addition, the concentration of carbon in the gas in the reaction system hardly increases, and the deposition of carbon is also suppressed.
[0011]
In the fuel reformer of the present invention, the steam for sweeping plays two roles. One is to extract the generated gas that has passed through the porous membrane to the outside of the system. Thereby, the partial pressure of the generated gas in the permeated gas flow path is reduced, and the permeation of the generated gas can be promoted. Another role is to suppress the permeation of fuel vapor through the porous membrane. Since the steam flows as the sweep gas in the permeated gas flow path, the partial pressure and concentration of the water vapor in the permeated gas flow path are high. For this reason, the fuel vapor becomes difficult to pass through the porous membrane. As a result, the loss of the reformed fuel gas can be reduced. In addition, even if the permeation rate ratio of the porous membrane is about the Knudsen diffusion flow, the technical performance is improved because the reforming performance is improved. Since the pore diameter of the porous membrane is relatively large, the permeation speed of the generated gas is high. On the other hand, by adjusting the pore diameter of the porous membrane, the permeation of the hydrocarbon-based fuel can be sufficiently suppressed.
[0012]
Thus, in the fuel reformer of the present invention, the amount of generated hydrogen increases, and the reforming efficiency improves. Therefore, the size of the reformer can be reduced. CO and CH ₄ Is suppressed, so that a device for a CO shift reaction or a CO selective oxidation reaction performed on the reformed gas after reforming can be downsized. Furthermore, as the steam for sweep, a part of steam for fuel, off-gas after a reforming reaction or recovered steam from off-gas of a fuel cell, steam generated by a combustion reaction in a heating channel, or the like can be used. Therefore, there is no need to separately prepare steam for sweeping, which is practical.
[0013]
(2) The fuel reformer of the present invention further includes a heating flow path to which a heating gas for heating the reformed fuel gas is supplied, wherein the heating flow path is a partition wall of the reforming flow path. And the permeated gas flow path can be embodied in a mode in which it is disposed adjacent to another part of the flow path partition wall of the reforming flow path.
[0014]
Since the reforming reaction using steam is an endothermic reaction, it is necessary to supply heat during the reaction. Therefore, in the fuel reformer of this aspect, a heating flow path is provided, and the reforming fuel gas is heated by flowing a heating gas through the heating flow path. In this case, for example, the heating flow path and the permeated gas flow path may be arranged to face each other with the reforming flow path interposed therebetween, or the heating flow path may be orthogonal to the flow direction of the reforming flow path. By arranging the fuel gas and the permeated gas channel so as to face each other, the heating of the reformed fuel gas and the separation of the generated gas can be performed efficiently. Therefore, the reformer can be reduced in size.
[0015]
(3) The fuel reformer of the present invention further includes a heating flow path to which a heating gas for heating the reformed fuel gas is supplied. Can be implemented in an alternately arranged manner along the flow direction.
[0016]
This embodiment also has a heating channel for heating the reformed fuel gas, as in the above embodiment (2). In this embodiment, the heating channels and the permeated gas channels are alternately arranged along the flow direction of the reforming channel. That is, the reformed fuel gas is heated in one section of the reforming flow path, and the generated gas is separated in another section. By adjusting the arrangement of the heating flow path and the permeated gas flow path, the heating amount of the reformed fuel and the permeation amount of the generated gas can be easily controlled. When this aspect is adopted, for example, a heating unit having a heating channel and a separation unit having a permeated gas channel can be connected to form a fuel reformer. In this case, the manufacture of the fuel reformer becomes easy.
[0017]
(4) In the fuel reformer of the present invention, it is desirable to change the permeation amount of the generated gas according to the progress of the reforming reaction. The progress of the reforming reaction varies depending on the temperature during the reaction, the flow rate of the reformed fuel gas, the partial pressure of each raw material, and the like. Therefore, it is desirable to adjust the permeation amount of the generated gas in consideration of these. For example, in a region where the degree of progress of the reforming reaction is high, the amount of generated gas permeated may be increased, and in a region where the degree of progress of the reforming reaction is small, the amount of permeated gas may be reduced. The permeation amount of the generated gas can be changed, for example, by the arrangement of the permeated gas flow path. Further, it can be changed by controlling the pore diameter and the like of the porous membrane.
[0018]
(5) When the aspect of (4) is adopted, it is desirable to increase the permeation amount of the generated gas from the upstream side to the downstream side of the reformed fuel gas. Usually, on the upstream side of the reformed fuel gas, the degree of progress of the reforming reaction is small, and the concentrations of the hydrocarbon fuel and the fuel steam are high. Then, the degree of progress of the reforming reaction increases toward the downstream direction of the reformed fuel gas. Therefore, by increasing the permeation amount of the generated gas from the upstream to the downstream of the reformed fuel gas, the generated gas can be efficiently separated while suppressing the permeation of steam for fuel.
[0019]
(6) The fuel reforming method of the present invention is a fuel reforming method for generating hydrogen by a reforming reaction from a reformed fuel gas containing a hydrocarbon-based fuel and steam for fuel. The generated gas is allowed to permeate through the porous membrane, and the permeated generated gas is extracted out of the system by the sweep steam, and the permeation of the fuel steam to the porous membrane is suppressed by the sweep steam. Features.
[0020]
In the fuel reforming method of the present invention, the reforming reaction is performed while separating the generated gas by the porous membrane, as described in the fuel reformer of the present invention. When much of the generated gas is separated from the reaction system, the equilibrium of the reforming reaction shifts, and the reforming reaction proceeds in a direction to generate hydrogen. Therefore, the amount of generated hydrogen increases. Further, since much of the generated gas is removed, the reformed fuel gas is easily diffused, and the residence time on the reforming catalyst surface is also increased. Therefore, the reforming reaction proceeds more easily. Further, since side reactions such as the above-mentioned reverse shift reaction hardly occur, CO, CH ₄ Is suppressed, and the consumption of hydrogen is suppressed. In addition, the concentration of carbon in the gas in the reaction system hardly increases, and the deposition of carbon is also suppressed. Further, the generated gas that has passed through the porous membrane is extracted to the outside of the system by the steam for sweeping, so that the permeation of the generated gas is promoted. In addition, the permeation of the fuel vapor through the porous membrane is suppressed by the sweep vapor. Therefore, the loss of the reformed fuel gas is small. As described above, according to the fuel reforming method of the present invention, the amount of generated hydrogen increases, and CO, CH ₄ Is reduced.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the fuel reformer of the present invention will be described in detail. Since the description of the fuel reformer of the present invention will also explain the fuel reforming method of the present invention, the description of the fuel reforming method of the present invention will be omitted in the present embodiment. .
[0022]
(1) First embodiment
First, the configuration of the fuel reformer of the present embodiment will be described. FIG. 1 shows an end perspective view of the fuel reformer of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel reformer 1 includes a reforming channel 2, permeated gas channels 3a and 3b, and heating channels 4a and 4b.
[0023]
The reforming channel 2 has a rectangular parallelepiped shape, and is surrounded by partition walls on the left and right sides and porous films 5a and 5b on the upper and lower sides. That is, of the four flow path partition walls of the reforming flow path 2, the left and right are partition walls, and the upper and lower are porous membranes 5 a and 5 b. A rhodium (Rh) -based catalyst is supported as a reforming catalyst on the surfaces of the partition walls arranged on the left and right sides of the reforming channel 2 on the side of the reforming channel 2. The partition wall is made of stainless steel.
[0024]
The permeated gas passages 3a and 3b are respectively arranged above and below the reforming passage 2 so as to face each other. The permeated gas channel 3a and the reforming channel 2 are separated by a porous membrane 5a. Similarly, the permeated gas channel 3b and the reforming channel 2 are separated by the porous membrane 5b. The porous films 5a and 5b are mainly porous plates made of alumina ceramics having a pore diameter of about 30 to 50 nm.
[0025]
The heating flow paths 4a and 4b are respectively disposed to face left and right of the reforming flow path 2. The heating channel 4a and the reforming channel 2 are separated by a partition wall. Similarly, the heating channel 4b and the reforming channel 2 are separated by a partition wall. A platinum (Pt) -based catalyst is supported as an oxidation catalyst on the surfaces of the partition walls surrounding the heating flow paths 4a and 4b from four sides, respectively, on the heating flow path 4a and 4b side. A partition wall that separates the heating channels 4a and 4b from the reforming channel 2 serves as a heat transfer surface, and heat moves from the heating channels 4a and 4b to the reforming channel 2.
[0026]
Next, a reforming mechanism in the fuel reformer of the present embodiment will be described. The reforming flow path 2 is supplied with a reforming fuel gas containing a hydrocarbon-based fuel and fuel vapor. Sweep steam is supplied to the permeated gas channels 3a and 3b. Hydrogen or hydrocarbon-based fuel and air are supplied as heating gases to the heating channels 4a and 4b. In the heating channels 4a and 4b, the heating gas catalytically combusts, and the heat generated by the combustion is transmitted to the reforming channel 2 through the partition wall. In the reforming flow path 2, the reforming reaction proceeds using the transferred heat. By the reforming reaction, H ₂ , CO, CO ₂ , CH ₄ Is generated. The generated gas permeates the porous membranes 5a and 5b and moves to the permeated gas channels 3a and 3b, respectively. Here, since the hydrocarbon-based fuel has a large molecular diameter, it does not easily pass through the porous membranes 5a and 5b. In addition, the steam for sweep flows through the permeated gas flow passages 3a and 3b, and the partial pressure and concentration of the steam are high, so that the steam for fuel hardly permeates through the porous membranes 5a and 5b. Therefore, the generated gas selectively passes through the porous membranes 5a and 5b. The generated gas that has moved to the permeated gas channels 3a and 3b is taken out of the system together with the steam for sweeping. Then, the gas is mixed with a gas after the reforming reaction that has passed through the reforming flow path 2 (hereinafter, referred to as “reforming flow path gas”), and becomes a reformed gas.
[0027]
According to the present embodiment, the following effects can be obtained. That is, during the reforming reaction in the reforming channel 2, most of the generated gas containing hydrogen moves to the permeated gas channels 3a and 3b. Therefore, the equilibrium of the reforming reaction proceeds in the direction of generating hydrogen. Therefore, the amount of generated hydrogen increases. Further, since the generated gas is separated, the reformed fuel gas is easily diffused in the reforming flow path 2, and the residence time of the reformed fuel gas on the reforming catalyst surface is prolonged. Therefore, the reforming reaction is further promoted. Further, in the reforming flow path 2, since the amount of generated gas is small, CO, CH ₄ Is suppressed. Therefore, consumption of hydrogen by a side reaction is reduced. Further, the concentration of carbon in the gas flowing through the reforming flow channel 2 is hard to increase, so that carbon deposition is suppressed. On the other hand, the generated gas that has passed through the porous membranes 5a and 5b is extracted out of the system by the steam for sweeping. Therefore, the partial pressure of the generated gas in the permeated gas passages 3a and 3b decreases, and the permeation of the generated gas is promoted. In addition, since the partial pressure and concentration of the water vapor in the permeated gas flow paths 3a and 3b are high, the fuel vapor hardly permeates through the porous membranes 5a and 5b. Therefore, the loss of the reformed fuel gas is reduced. Furthermore, since the heating flow paths 4a and 4b and the permeated gas flow paths 3a and 3b are arranged in directions orthogonal to each other with the reforming flow path 2 interposed therebetween, heating of the reformed fuel gas and separation of the generated gas are performed. And can be performed efficiently.
[0028]
(2) Second embodiment
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the permeated gas flow path 3a and the heating flow path 4a are arranged to face each other with the reforming flow path 2 interposed therebetween. That is, the permeated gas channel 3a and the heating channel 4a were arranged above and below the reforming channel 2, and nothing was arranged on the left and right. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and thus the description will be focused on the differences.
[0029]
First, the configuration of the fuel reformer of the present embodiment will be described. FIG. 2 shows an end perspective view of the fuel reformer of the present embodiment. 2, members corresponding to those in FIG. 1 are indicated by the same symbols as in FIG. As shown in FIG. 2, the fuel reformer 1 includes a reforming flow path 2, a permeated gas flow path 3a, and a heating flow path 4a.
[0030]
The reforming channel 2 has a rectangular parallelepiped shape, and is surrounded by a porous membrane 5a on the upper side and stainless steel partition walls on the left, right, and lower sides. That is, of the four flow path partition walls of the reforming flow path 2, the upper part becomes the porous membrane 5a, and the left and right and lower parts become the partition walls. A rhodium (Rh) -based catalyst is supported as a reforming catalyst on the surface of the partition wall disposed on the left and right and below the reforming channel 2 on the side of the reforming channel 2.
[0031]
The permeated gas channel 3 a is arranged adjacent to and above the reforming channel 2. The permeated gas channel 3a and the reforming channel 2 are separated by a porous membrane 5a. The porous film 5a is a porous plate made of alumina ceramic having a pore diameter of about 30 to 50 nm.
[0032]
The heating channel 4a is disposed adjacent to and below the reforming channel 2. The heating channel 4a and the reforming channel 2 are separated by a partition wall. A platinum (Pt) -based catalyst is supported as an oxidation catalyst on the surface of the partition wall surrounding the heating channel 4a from four sides on the side of the heating channel 4a. A partition wall that separates the heating channel 4a and the reforming channel 2 serves as a heat transfer surface, and heat moves from the heating channel 4a to the reforming channel 2.
[0033]
Next, a reforming mechanism in the fuel reformer of the present embodiment will be described. The reforming fuel gas is supplied to the reforming channel 2. Sweep steam is supplied to the permeable gas flow path 3a. A heating gas is supplied to the heating channel 4a. Heat generated by the combustion in the heating channel 4a is transmitted to the reforming channel 2 through a partition wall below the reforming channel 2. In the reforming flow path 2, the reforming reaction proceeds using the transferred heat. By the reforming reaction, H ₂ , CO, CO ₂ , CH ₄ Is generated. The generated gas selectively permeates through the porous membrane 5a on the reforming channel 2 and moves to the permeated gas channel 3a. The product gas that has moved to the permeate gas flow path 3a is taken out of the system together with the steam for sweeping. Then, it is mixed with the reforming flow path gas to become a reformed gas.
[0034]
According to the present embodiment, the same effects as described in the first embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, the permeated gas flow path 3a and the heating flow path 4a are disposed so as to face each other with the reforming flow path 2 interposed therebetween, so that the structure of the fuel reformer is simple and easy to manufacture. In addition, by stacking, it is possible to easily cope with an increase in capacity.
[0035]
(3) Third embodiment
The difference between the third embodiment and the first embodiment is that the heating channel and the permeated gas channel are not arranged side by side around the reforming channel, but along the flow direction of the reforming channel. This is the point that they are arranged alternately. That is, in the present embodiment, a heating unit having a reforming channel and a heating channel, and a separation unit having a reforming channel and a permeated gas channel are alternately connected in series to form a fuel reformer. Is configured. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and therefore, only the differences will be described here.
[0036]
First, the configuration of the fuel reformer of the present embodiment will be described. FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of the fuel reformer of the present embodiment. 3, members corresponding to those in FIG. 1 are indicated by the same symbols as in FIG. As shown in FIG. 3, the fuel reformer 1 includes a heating unit 10 and a separation unit 11.
[0037]
The heating unit 10 has a rectangular cylindrical shape. The heating unit 10 has a heating-side reforming shunt 21 at the center and heating channels 4a and 4b at the top and bottom. The heating-side reforming shunt 21 is open at both ends and becomes a part of the reforming flow path 2. The heating-side reforming shunt 21 and the heating channels 4a and 4b are partitioned by a stainless steel partition wall. A reforming catalyst is carried on the surface of the partition wall surrounding the heating-side reforming shunt 21 from all sides. Each of the heating channels 4a and 4b has a supply port to which a heating gas is supplied and a discharge port to discharge outgas. The supply port is connected to an external heating gas supply device. The discharge port is connected to a supply port of the heating unit 10 at the subsequent stage to be connected. Note that the last exhaust port is connected to an external exhaust heat recovery device. An oxidation catalyst is carried on the surface of the partition wall that separates the heating channels 4a and 4b from the heating-side reforming shunt 21 on the side of the heating channels 4a and 4b. The partition wall serves as a heat transfer surface, and heat is transferred from the heating channels 4a and 4b to the heating-side reforming shunt 21.
[0038]
The separation unit 11 has a rectangular cylindrical shape. The separation unit 11 has a separation-side reforming shunt 22 at the center, and has permeate gas channels 3a and 3b above and below. The separation-side reforming shunt 22 becomes a part of the reforming channel 2. The separation-side reforming shunt 22 and the permeated gas channels 3a, 3b are separated by porous membranes 5a, 5b, respectively. A reforming catalyst is supported on the surface of the partition wall surrounding the separation-side reforming shunt 22 from the left and right. Each of the permeated gas passages 3a and 3b has a supply port to which the steam for sweep is supplied and a discharge port to discharge the outgas. The supply port is connected to an external steam supply device for sweeping. The discharge port is connected to the supply port of the separation unit 11 at the subsequent stage. The last outlet is connected to an external reforming flow path gas mixing device.
[0039]
The heating unit 10 and the separation unit 11 are alternately connected in series in the flow direction of the reformed fuel gas. The heating-side reforming shunt 21 and the separation-side reforming shunt 22 at the center of both units are alternately connected to form the reforming channel 2.
[0040]
Next, a reforming mechanism in the fuel reformer of the present embodiment will be described. The reformed fuel gas is supplied to the heating-side reforming shunt 21. Hydrogen or hydrocarbon-based fuel and air are supplied as heating gases to the heating channels 4a and 4b. In the heating flow paths 4a and 4b, the heating gas catalytically burns, and the heat generated by the combustion is transmitted to the heating-side reforming shunt 21 through the partition wall. In the heating-side reforming shunt 21, the reforming reaction proceeds using the transferred heat. By the reforming reaction, H ₂ , CO, CO ₂ , CH ₄ Is generated. Subsequently, the reformed fuel gas and the generated gas flow into the separation-side reforming shunt 22. Sweep steam is supplied to the permeated gas channels 3a and 3b. Here, the generated gas permeates the porous membranes 5a and 5b and moves to the permeated gas channels 3a and 3b, respectively. On the other hand, the hydrocarbon-based fuel has a large molecular weight, so that it hardly permeates through the porous membranes 5a and 5b. In addition, the steam for sweep flows through the permeated gas flow passages 3a and 3b, and the partial pressure and concentration of the steam are high, so that the steam for fuel hardly permeates through the porous membranes 5a and 5b. Therefore, the generated gas selectively passes through the porous membranes 5a and 5b.
[0041]
Thereafter, the reformed fuel gas and a part of the remaining generated gas flow into the heating-side reforming shunt 21 again. Then, as described above, the reforming reaction proceeds. As described above, in the fuel reformer of the present embodiment, heating of the reformed fuel gas and separation of the generated gas are performed alternately. The generated gas that has moved to the permeated gas flow paths 3a and 3b is taken out of the system together with the steam for sweeping. Then, it is mixed with the reforming flow path gas to become a reformed gas.
[0042]
According to the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects described in the first embodiment. That is, in this embodiment, since the heating unit 10 and the separation unit 11 are connected to form a fuel reformer, the manufacture of the fuel reformer becomes easy. Further, by changing the way of connecting the heating unit 10 and the separation unit 11, the heating amount of the reformed fuel gas and the permeation amount of the generated gas can be easily adjusted.
[0043]
(4) Fourth embodiment
The difference between the fourth embodiment and the first embodiment is that air flow paths are provided above and below the heating flow path. That is, in the present embodiment, oxygen is separated from the air flowing through the air flow path by the oxygen permeable membrane. Then, steam generated by a combustion reaction between the separated oxygen and hydrogen of the heating gas is used as steam for sweeping. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and therefore, only the differences will be described here.
[0044]
First, the configuration of the fuel reformer of the present embodiment will be described. FIG. 4 shows an end perspective view of the fuel reformer of the present embodiment. 4, members corresponding to those in FIG. 1 are indicated by the same symbols as those in FIG. As shown in FIG. 4, the fuel reformer 1 includes a reforming channel 2, permeated gas channels 3a, 3b, heating channels 4a, 4b, and air channels 61a, 61b, 62a, 62b. Prepare.
[0045]
The air passages 61a and 62a are arranged above and below the heating passage 4a so as to face each other. The air flow channel 61a and the heating flow channel 4a are partitioned by the oxygen permeable film 71a. Similarly, the air flow path 62a and the heating flow path 4a are separated by the oxygen permeable film 72a. The oxygen permeable films 71a and 72a are made of a perovskite oxide containing Fe, Co, Sr, and La. The air passages 61b and 62b are disposed above and below the heating passage 4b so as to face each other. The air flow channel 61b and the heating flow channel 4b are partitioned by the oxygen permeable film 71b. Similarly, the air flow path 62b and the heating flow path 4b are separated by the oxygen permeable film 72b. The oxygen permeable films 71b and 72b are the same films as the oxygen permeable films 71a and 72a.
[0046]
Next, a reforming mechanism in the fuel reformer of the present embodiment will be described. Hydrogen is supplied to the heating channels 4a and 4b as one of the heating gases. On the other hand, air is supplied to the air passages 61a, 61b, 62a, 62b. The oxygen in the supplied air passes through the oxygen permeable films 71a, 71b, 72a, 72b and moves to the heating flow paths 4a, 4b. In the heating channels 4a and 4b, catalytic combustion is performed by oxygen separated from air and supplied hydrogen. Steam is generated by this catalytic combustion. The steam generated in the heating channels 4a and 4b is used as sweep steam. In the reforming channel 2, the reforming reaction proceeds using heat transmitted from the heating channels 4a and 4b. At that time, the generated gas permeates through the porous membranes 5a and 5b, moves to the permeated gas channels 3a and 3b, and is separated therefrom.
[0047]
According to the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects described in the first embodiment. That is, in the heating flow paths 4a and 4b, since the oxygen and hydrogen separated from the air are catalytically combusted, the purity of the obtained steam becomes high. Therefore, by using the steam as the steam for sweeping, the purity of the entrained product gas can be increased. Further, since there is no need to separately prepare steam for sweeping, the reforming system can be simplified and practical.
[0048]
(5) Other
The embodiment of the fuel reformer of the present invention has been described above. However, the fuel reformer of the present invention is not limited to the above embodiment. The fuel reformer of the present invention can be embodied in various forms with modifications, improvements, and the like that can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention.
[0049]
For example, the number, arrangement, and the like of the reforming passages, the permeated gas passages, and the like in the fuel reformer are not limited to the above-described embodiment. In the first and fourth embodiments, the permeated gas flow path is provided on the entire upper and lower sides of the reforming flow path. However, a mode in which the permeated gas flow path is provided only in a part of the reforming flow path in the longitudinal direction may be used. For example, it may be installed only on the downstream side of the reformed fuel gas. Further, the permeated gas channel may be provided only above or below the reforming channel. In the first, second, and fourth embodiments, the reformed fuel gas, the heating gas, and the steam for sweep are all in a parallel flow. However, any of the above-mentioned gases may be caused to flow while facing or intersecting.
[0050]
In the third embodiment, the heating units and the separation units are alternately arranged, and the heating channels and the permeated gas channels are alternately arranged. However, the arrangement order and number of the heating units and the separation units are not particularly limited. For example, the connection may be made such that the number of separation units increases from upstream to downstream of the reformed fuel gas. Further, the heating unit may be configured by adding the air flow path described in the fourth embodiment.
[0051]
In the above four embodiments, the reforming channel is formed by one channel. However, the reforming channel may be further divided into a plurality of rooms by partition walls. For example, the reforming reaction can be further promoted by forming the reforming channel in a honeycomb structure. Further, a fuel reformer may be configured by laminating a plurality of the channel structures shown in the above embodiment. In the above embodiment, the product gas that has passed through the permeate gas flow path and the reforming flow path gas are mixed at the outlet, but may be used separately without mixing.
[0052]
In the above embodiment, a porous plate made of alumina ceramics was used as the porous film. However, the material of the porous membrane is not particularly limited. For example, a perforated plate made of a metal such as Fe, Ni, or Ti, an oxide of the metal, silica, zirconia, zeolite, or the like can be used. Further, the pore diameter of the porous membrane is not particularly limited. It may be appropriately determined in consideration of the permeation speed of the generated gas, the molecular diameter of the hydrocarbon fuel, and the like. In the above embodiment, the same porous membrane was used in the flow direction of the reformed fuel gas. However, the material, pore size, etc. of the porous membrane may be changed depending on the place where the permeated gas flow path is installed. By changing the material, pore size, etc. of the porous membrane, the permeation amount of the produced gas can be adjusted.
[0053]
In the above embodiment, the reforming catalyst is a Rh-based catalyst, and the oxidation catalyst is a Pt-based catalyst. However, each catalyst is not limited to the above type. For example, in addition to the above-mentioned catalysts, appropriate catalysts for each of the reforming reaction and the combustion reaction, such as Ni-based, Cu-based, and Pd-based catalysts, may be appropriately selected.
[0054]
【Example】
A prediction calculation was performed on the reforming performance of the fuel reformer having the structure shown in the third embodiment. In this calculation, ten heating units and ten separation units were alternately arranged to constitute a fuel reformer. The reforming channel had a honeycomb structure. The reforming catalyst was supported only on the heating unit, and was coated on the surface of the partition wall that partitioned the flow passage into a honeycomb shape. Hydrocarbon fuels include isooctane (i C ₈ H ₁₈ ) Was used. Then, the heating gas temperature was 700 ° C., S / C = 2 (S / C; the ratio of fuel vapor and hydrocarbon in the reformed fuel gas), and SV = 43300 h. ^-1 (SV (space velocity); flow rate of reformed fuel gas supplied per unit time and per unit reforming catalyst volume), and the calculation was performed on the assumption that the sweep steam amount was 30% of the fuel steam amount. Hereinafter, the calculation results will be described.
[0055]
(1) First, it was assumed that there was no permeation of the reformed fuel gas through the porous membrane, and the calculation was performed by variously changing the permeation amount of the produced gas. FIG. 5 shows the calculation results of the reforming performance. In FIG. 5, the reforming performance is H ₂ , CO, CH ₄ Shown as the output. The output of each component was calculated from the amount of each component in the reformed gas and its lower heating value (LHV). For comparison, the calculation results in the case where the reformed gas is reformed without separating the generated gas and in the case where only the hydrogen in the generated gas is separated and reformed by the Pd film are also shown.
[0056]
As shown in FIG. 5, when all the components of the product gas were separated, H ₂ Output increases, CH ₄ The output and CO output were reduced. Also, compared to the case where only hydrogen is separated, H ₂ The output increases and CH ₄ The output has decreased. On the other hand, the CO output is H ₂ When the output increased, it became smaller when only hydrogen was separated. This is a methanation reaction (CO + 3H ₂ → CH ₄ + H ₂ O) and the shift reaction (CO + H ₂ O → CO ₂ + H ₂ It is considered that CO was consumed due to the occurrence of). Thus, when all the components of the product gas are separated and reformed, the amount of hydrogen generated increases, and CO and CH ₄ It can be seen that the generation amount of is reduced.
[0057]
(2) Next, in consideration of the permeation of the reformed fuel gas into the porous membrane, the calculation was performed by variously changing the permeation amount of the produced gas. FIG. 6 shows a calculation result of the reforming performance. In FIG. 6, as in FIG. ₂ , CO, CH ₄ Shown as the output. For comparison, a calculation result in the case of reforming without separating the generated gas is also shown.
[0058]
As shown in FIG. 6, when the product gas is separated, H ₂ Output increases, CH ₄ The output and CO output were reduced. Further, as the amount of permeated gas increases, H ₂ The output rises and CH ₄ Output and CO output dropped. However, if the permeation amount of the generated gas is too large, the permeation amount of the hydrocarbon-based fuel and the fuel vapor increases, so that H ₂ The output has dropped. According to this calculation, H ₂ The maximum value of the output was 280 W. The CO output at that time is 53W, CH ₄ The output was 63W. In other words, reforming while separating the generated gas by the fuel reformer of the present invention is more effective than reforming without separating the generated gas. ₂ The output rises about 10%, the CO output drops about 18%, CH ₄ The output was found to drop about 24%.
[0059]
【The invention's effect】
In the fuel reformer of the present invention, the reforming flow path and the permeated gas flow path are separated by the porous membrane, and the generated gas generated by the reforming reaction is moved to the permeated gas flow path. Then, the generated gas is extracted to the outside of the system by the sweep steam, and the permeation of the fuel steam to the porous membrane is suppressed. According to the fuel reformer of the present invention, the amount of generated hydrogen increases, and CO, CH ₄ Is reduced. Further, the loss of the reformed fuel gas is small, and the precipitation of carbon in the reaction system is also suppressed.
[0060]
In the fuel reforming method of the present invention, the reforming reaction is performed while separating the generated gas by the porous membrane. According to the fuel reforming method of the present invention, as described above, the amount of generated hydrogen increases, and CO, CH ₄ Is reduced. Further, the loss of the reformed fuel gas is small, and the precipitation of carbon in the reaction system is also suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an end perspective view of a fuel reformer according to a first embodiment.
FIG. 2 is an end perspective view of a fuel reformer according to a second embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a fuel reformer according to a third embodiment.
FIG. 4 is an end perspective view of a fuel reformer according to a fourth embodiment.
FIG. 5 shows a calculation result of the reforming performance in the fuel reformer of the present invention (assuming that the reformed fuel gas does not pass through the porous membrane).
FIG. 6 shows a calculation result of the reforming performance in the fuel reformer of the present invention.
FIG. 7 shows the relationship between H / C in gas in a reaction system and the concentration of precipitated carbon.
[Explanation of symbols]
1: Fuel reformer
2: reforming flow path 21: heating side reforming shunt 22: separation side reforming shunt
3a, 3b: permeated gas flow path 4a, 4b: heating flow path 5a, 5b: porous membrane
10: Heating unit 11: Separation unit
61a, 61b, 62a, 62b: air flow path
71a, 71b, 72a, 72b: oxygen permeable membrane

Claims

A reformed fuel gas containing a hydrocarbon-based fuel and steam for fuel is supplied, and a reforming flow path in which a reforming reaction is performed,
A permeated gas flow path to which steam for sweep is supplied,
A porous membrane separating the reforming channel and the permeated gas channel,
With
The generated gas generated by the reforming reaction in the reforming flow path is separated into the permeated gas flow path by permeating the porous membrane, and is extracted out of the system by the sweep steam,
The fuel reformer, wherein permeation of the fuel vapor to the porous membrane is suppressed by the sweep vapor.

Further, a heating flow path to which a heating gas for heating the reformed fuel gas is provided,
The heating flow path is disposed adjacent to a part of a flow path partition wall of the reforming flow path,
The fuel reformer according to claim 1, wherein the permeated gas flow path is disposed adjacent to another part of the flow path partition wall of the reforming flow path.

Further, a heating flow path to which a heating gas for heating the reformed fuel gas is provided,
The fuel reformer according to claim 1, wherein the heating flow path and the permeated gas flow path are alternately arranged along a flow direction of the reforming flow path.

The fuel reformer according to claim 1, wherein an amount of the generated gas permeated is changed according to a progress degree of the reforming reaction.

The fuel reformer according to claim 4, wherein a permeation amount of the generated gas is increased from an upstream side to a downstream side of the reformed fuel gas.

A fuel reforming method for producing hydrogen by a reforming reaction from a reformed fuel gas containing a hydrocarbon fuel and steam for fuel,
At the time of the reforming reaction, the generated product gas is permeated through the porous membrane, and the permeated product gas is extracted out of the system by the sweep steam, and the permeation of the fuel steam to the porous membrane is performed by the sweep A fuel reforming method characterized by being suppressed by steam.