JP2005100680A - 脱硫装置およびそれを有する燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度が高すぎたり、低すぎたりするのに伴って燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまうのを抑制する。
【解決手段】燃料ガスを通過させることにより、その燃料ガス中の硫黄分を除去するための脱硫触媒層９，１０，１１を具備する脱硫装置に、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の断面積を変更するための変更手段を設ける。好ましくは、断面積の異なる複数の脱硫触媒層９，１０，１１を設け、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１を切り換え弁６，７，８によって切り換える。好ましくは、脱硫触媒層９，１０，１１を通過する燃料ガスの線速度が所定範囲内の値になるように切り換える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ガスを通過させることにより、その燃料ガス中の硫黄分を除去するための脱硫触媒層を具備する脱硫装置およびそれを有する燃料電池発電装置に関し、特には、脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度が高すぎたり、低すぎたりするのに伴って燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまうのを抑制することができる脱硫装置およびそれを有する燃料電池発電装置に関する。

更に本発明は、燃料ガスが脱硫触媒層内に滞留している時間が短すぎるのに伴って燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまうのを抑制することができる脱硫装置に関する。

詳細には、本発明は、都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の炭化水素系燃料を改質して水素リッチな改質ガスを生成する方式を採用した燃料電池発電装置あるいは水素製造装置に用いられる常温脱硫装置に関する。

従来から、燃料ガスを通過させることにより、その燃料ガス中の硫黄分（硫黄化合物）を除去（吸着除去）するための脱硫触媒層（吸着剤）を具備する脱硫装置が知られている。この種の脱硫装置の例としては、例えば特開２００３−２０４８９号公報に記載されたものがある。特開２００３−２０４８９号公報には、例えば、脱硫容器内に、その上流側と下流側とで硫黄化合物吸着能の異なる吸着剤を充填することにより、吸着性能を向上させる方法や、吸着剤を通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）の値が記載されているものの、運転負荷に追従した燃料ガスの線速度（ＬＶ）の値の管理方法については記載されていない。

一方、常温脱硫反応のような反応速度の遅い反応では、脱硫触媒層を通過する燃料ガスの適正な線速度（ＬＶ）の範囲が存在する。脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）の値が大きすぎると、反応が充分に進まないうちに燃料ガスが脱硫触媒層を突き抜けてしまい、燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまう。また、脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）の値が小さすぎると、脱硫触媒層内で燃料ガスの偏流が起こってしまい、脱硫触媒が有効に反応に寄与せず、燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまう。

つまり、脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）の値が適正な範囲を逸脱してしまうと、脱硫性能が著しく低下してしまい、燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまう。燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための改質装置が脱硫装置の下流側に配置されている場合には、燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまうと、改質装置の改質触媒がこの硫黄分によって被毒してしまう。

例えば、定格（１００％負荷）運転条件における燃料ガスの線速度（ＬＶ）の値を想定して脱硫装置を設計してしまうと、部分負荷運転条件下においては、燃料ガスの線速度（ＬＶ）の値が適正な範囲よりも小さくなってしまい、脱硫触媒層の下流側にリークした硫黄分によって改質装置の改質触媒が被毒してしまう。また、過負荷運転条件下においては、燃料ガスの線速度（ＬＶ）の値が適正な範囲よりも大きくなってしまい、脱硫触媒層の下流側にリークした硫黄分によって改質装置の改質触媒が被毒してしまう。

すなわち、特開２００３−２０４８９号公報に記載された脱硫装置では、脱硫触媒層の断面積が変更されないため、運転負荷の変動に伴って脱硫装置に供給される燃料ガスの流量ガスが変動すると、脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）が変動してしまう。例えば運転負荷の増加に伴って、脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）が適正な範囲よりも高くなってしまうと、燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまう。また、例えば運転負荷の減少に伴って、脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）が適正な範囲よりも低くなってしまうと、燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまう。

また、特開２００３−２０４８９号公報に記載された脱硫装置では、脱硫触媒層の長さも変更されない。換言すれば、脱硫触媒層の体積も変更されない。そのため、脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）が変動すると、燃料ガスが脱硫触媒層を通過するのに要する時間、つまり、燃料ガスが脱硫触媒層内に滞留している時間が変動してしまう。例えば運転負荷の増加に伴って、燃料ガスが脱硫触媒層内に滞留している時間が短くなりすぎてしまうと、燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまう。

特開２００３−２０４８９号公報

前記問題点に鑑み、本発明は、脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度が高すぎたり、低すぎたりするのに伴って燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまうのを抑制することができる脱硫装置およびそれを有する燃料電池発電装置を提供することを目的とする。

更に本発明は、燃料ガスが脱硫触媒層内に滞留している時間が短すぎるのに伴って燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまうのを抑制することができる脱硫装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、燃料ガスを通過させることにより、その燃料ガス中の硫黄分を除去するための脱硫触媒層を具備する脱硫装置において、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層の断面積を変更するための変更手段を具備することを特徴とする脱硫装置が提供される。

請求項２に記載の発明によれば、断面積の異なる複数の脱硫触媒層を具備し、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層を切り換えるための切り換え手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の脱硫装置が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、複数の脱硫触媒層を具備し、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層の個数を変更するための変更手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の脱硫装置が提供される。

請求項４に記載の発明によれば、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層の断面積を運転負荷に応じて変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の脱硫装置が提供される。

請求項５に記載の発明によれば、前記脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度が所定範囲内の値になるように、前記脱硫触媒層の断面積を変更することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の脱硫装置が提供される。

請求項６に記載の発明によれば、前記脱硫装置に供給される燃料ガスの流量に応じて、前記脱硫触媒層の断面積を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の脱硫装置が提供される。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜５のいずれか一項に記載の脱硫装置と、脱硫された燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための改質装置と、改質された燃料ガス及び空気の供給を受けて発電を行うための燃料電池とを有する燃料電池発電装置において、前記燃料電池発電装置の発電電力または出力電流に応じて、前記脱硫触媒層の断面積を変更することを特徴とする燃料電池発電装置が提供される。

請求項８に記載の発明によれば、燃料ガスを通過させることにより、その燃料ガス中の硫黄分を除去するための脱硫触媒層を具備する脱硫装置において、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層の体積を変更するための変更手段を具備することを特徴とする脱硫装置が提供される。

請求項１〜７に記載の脱硫装置およびそれを有する燃料電池発電装置では、燃料ガスを通過させることにより、その燃料ガス中の硫黄分を除去するための脱硫触媒層の断面積が変更可能に構成されている。詳細には、例えば、断面積の異なる複数の脱硫触媒層が設けられ、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層が切り換えられる。あるいは、例えば、複数の脱硫触媒層が設けられ、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層の個数が変更せしめられる。

好ましくは、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層の断面積が、運転負荷に応じて変更せしめられる。更に好ましくは、脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度が所定範囲内の値になるように、脱硫触媒層の断面積が変更せしめられる。詳細には、例えば、脱硫装置に供給される燃料ガスの流量に応じて、脱硫触媒層の断面積が変更せしめられる。あるいは、例えば、燃料電池発電装置の発電電力または出力電流に応じて、脱硫触媒層の断面積が変更せしめられる。

そのため、脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度が高すぎたり、低すぎたりするのに伴って燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまうのを抑制することができる。

詳細には、請求項１〜７に記載の常温脱硫装置およびそれを有する燃料電池発電装置では、例えば、断面積の異なる複数の脱硫触媒層が設けられ、各々の脱硫触媒層の入口部に燃料ガス流入口が設けられている。脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度が適正な範囲内の値になるように、運転負荷に応じて燃料ガス流入口が切り換えられる。そのため、運転負荷が頻繁に変更されるような運転条件下においても、脱硫触媒の性能を維持することができ、脱硫触媒層の下流側への硫黄分のリークを抑制することができる。それにより、硫黄分による改質触媒の被毒を抑制することができ、燃料電池発電装置による安定した発電を行うことができる。請求項１〜６に記載の脱硫装置が水素製造装置に適用される場合には、安定した水素の製造を行うことができる。

請求項８に記載の脱硫装置では、燃料ガスを通過させることにより、その燃料ガス中の硫黄分を除去するための脱硫触媒層の体積が変更可能に構成されている。詳細には、例えば、体積の異なる複数の脱硫触媒層が設けられ、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層が切り換えられる。あるいは、例えば、複数の脱硫触媒層が設けられ、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層の個数が変更せしめられる。

好ましくは、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層の体積が、運転負荷に応じて変更せしめられる。更に好ましくは、燃料ガスが脱硫触媒層内に滞留している時間が所定時間以上になるように、脱硫触媒層の体積が変更せしめられる。詳細には、例えば、脱硫装置に供給される燃料ガスの流量に応じて、脱硫触媒層の体積が変更せしめられる。あるいは、例えば、燃料電池発電装置の発電電力または出力電流に応じて、脱硫触媒層の体積が変更せしめられる。

そのため、燃料ガスが脱硫触媒層内に滞留している時間が短すぎるのに伴って燃料ガス中の硫黄分が脱硫触媒層の下流側にリークしてしまうのを抑制することができる。

図１は本発明の脱硫装置の第１の実施形態を模式的に示した概略構成図である。詳細には、図１に示す第１の実施形態の脱硫装置は、例えば燃料電池発電装置、水素製造装置などに対して適用可能な常温脱硫装置である。図１において、２は脱硫装置、１は脱硫装置２に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管、９は脱硫装置２の第１脱硫触媒層、１０は脱硫装置２の第２脱硫触媒層、１１は脱硫装置２の第３脱硫触媒層である。詳細には、第１脱硫触媒層９の断面積が最も大きく、第２脱硫触媒層１０の断面積が２番目に大きく、第３脱硫触媒層１１の断面積が最も小さくなるように、脱硫触媒層９，１０，１１の断面積が設定されている。

３は燃料ガス供給管１内の燃料ガスを第１脱硫触媒層９に流入させるための第１燃料ガス流入管、４は燃料ガス供給管１内の燃料ガスを第２脱硫触媒層１０に流入させるための第２燃料ガス流入管、５は燃料ガス供給管１内の燃料ガスを第３脱硫触媒層１１に流入させるための第３燃料ガス流入管である。６は第１燃料ガス流入管３に設けられた第１自動切り換え弁、７は第２燃料ガス流入管４に設けられた第２自動切り換え弁、８は第３燃料ガス流入管５に設けられた第３自動切り換え弁である。１２は燃料ガス出口配管である。

図１に示すように、第１の実施形態の脱硫装置２では、燃料ガスを通過させることにより、その燃料ガス中の硫黄分を除去するための脱硫触媒層９，１０，１１が設けられている。詳細には、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の断面積を変更するための変更手段として、自動切り換え弁６，７，８が設けられている。

更に詳細には、図１に示すように、第１の実施形態の脱硫装置２では、断面積の異なる３個の脱硫触媒層９，１０，１１が設けられ、自動切り換え弁６，７，８の開閉を切り換えることにより、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１が切り換えられる。

第１の実施形態の脱硫装置２では、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１が、つまり、自動切り換え弁６，７，８の開閉状態が、運転負荷に応じて切り換えられる。詳細には、脱硫触媒層９，１０，１１の上流側に配置された燃料ガス流量計（図示せず）の出力値に基づいて切り換えられる。

更に、第１の実施形態の脱硫装置２では、運転負荷が変動しても、脱硫触媒層９，１０，１１のいずれかを通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）が常に適正な値になるように、脱硫触媒層９，１０，１１の断面積が設定されている。

詳細には、第１の実施形態の脱硫装置２では、運転負荷の変動に伴い、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が変動しても、脱硫触媒層９，１０，１１のいずれかを通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）が常に適正な値になるように、脱硫触媒層９，１０，１１の分割数が設定されている。つまり、脱硫触媒層９，１０，１１にとって適切な燃料ガスの線速度（ＬＶ）の値は触媒性能によって異なるため、予め選定された脱硫触媒９，１０，１１の性能を基礎実験によって把握しておき、脱硫触媒層９，１０，１１の分割数および脱硫触媒層９，１０，１１の断面積が設定されている。図１に示すように、第１の実施形態の脱硫装置２では、脱硫触媒層９，１０，１１が３個の層に分割されているが、第１の実施形態の脱硫装置の変形例では、他の分割数に設定することも可能である。

第１の実施形態の脱硫装置２では、運転負荷が最も高く、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が最も多い場合には、第１自動切り換え弁６が開弁され、自動切り換え弁７，８は閉弁される。その結果、燃料ガスは適正な線速度（ＬＶ）で第１脱硫触媒層９を通過せしめられる。

運転負荷が減少し、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が第１閾値よりも少なくなると、第１自動切り換え弁６が開弁状態から閉弁状態に切り換えられ、第２自動切り換え弁７が閉弁状態から開弁状態に切り換えられ、第３自動切り換え弁８は閉弁状態のまま維持される。その結果、燃料ガスは適正な線速度（ＬＶ）で第２脱硫触媒層１０を通過せしめられる。

運転負荷が更に減少し、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が第２閾値（＜第１閾値）よりも少なくなると、第２自動切り換え弁７が開弁状態から閉弁状態に切り換えられ、第３自動切り換え弁８が閉弁状態から開弁状態に切り換えられ、第１自動切り換え弁６は閉弁状態のまま維持される。その結果、燃料ガスは適正な線速度（ＬＶ）で第３脱硫触媒層１１を通過せしめられる。

運転負荷が増加し、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が増加する場合には、上述した制御とは逆の制御が実行される。

第１の実施形態の脱硫装置２では、自動切り換え弁６，７，８として、例えば電磁弁などの安価な自動弁が用いられている。

上述したように、第１の実施形態の脱硫装置２では、燃料ガスの流量に応じて自動切り換え弁６，７，８を切り換えることにより、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の断面積が変更されるが、脱硫された燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための改質装置と、改質された燃料ガス及び空気の供給を受けて発電を行うための燃料電池とを有する燃料電池発電装置に対して第１の実施形態の脱硫装置２が適用される場合には、代わりに、燃料電池発電装置の発電電力または出力電流に応じて自動切り換え弁６，７，８を切り換えることにより、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の断面積を変更することも可能である。

以下、本発明の脱硫装置の第２の実施形態について説明する。図２は本発明の脱硫装置の第２の実施形態を模式的に示した概略構成図である。詳細には、図２に示す第２の実施形態の脱硫装置は、例えば燃料電池発電装置、水素製造装置などに対して適用可能な常温脱硫装置である。図２において、図１に示した参照番号と同一の参照番号は、図１に示した部品と同様に構成された部品を示している。図２に示す第２の実施形態の脱硫装置２は、後述する点を除き、図１に示した第１の実施形態の脱硫装置２と同様に構成されている。従って、第１の実施形態の脱硫装置２とほぼ同様の効果を奏することができる。

図２に示すように、第２の実施形態の脱硫装置２では、第１脱硫触媒層９の断面積が最も大きく、第２脱硫触媒層１０の断面積が２番目に大きく、第３脱硫触媒層１１の断面積が最も小さくなるように、脱硫触媒層９，１０，１１の断面積が設定されている。

第２の実施形態の脱硫装置２では、図１に示した第１の実施形態の脱硫装置２と同様に、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１が、つまり、自動切り換え弁６，７，８の開閉状態が、運転負荷に応じて切り換えられる。詳細には、脱硫触媒層９，１０，１１の上流側に配置された燃料ガス流量計（図示せず）の出力値に基づいて切り換えられる。詳細には、運転負荷が変動しても、脱硫触媒層９，１０，１１のいずれかを通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）が常に適正な値になるように、脱硫触媒層９，１０，１１の断面積が設定されている。図２に示すように、第２の実施形態の脱硫装置２では、脱硫触媒層９，１０，１１が３個の層に分割されているが、第２の実施形態の脱硫装置の変形例では、他の分割数に設定することも可能である。

第２の実施形態の脱硫装置２では、運転負荷が最も高く、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が最も多い場合には、第１自動切り換え弁６が開弁され、自動切り換え弁７，８は閉弁される。その結果、燃料ガスは適正な線速度（ＬＶ）で第１脱硫触媒層９、第２脱硫触媒層１０、および第３脱硫触媒層１１を通過せしめられる。

運転負荷が減少し、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が第１１閾値よりも少なくなると、第１自動切り換え弁６が開弁状態から閉弁状態に切り換えられ、第２自動切り換え弁７が閉弁状態から開弁状態に切り換えられ、第３自動切り換え弁８は閉弁状態のまま維持される。その結果、燃料ガスは適正な線速度（ＬＶ）で第２脱硫触媒層１０および第３脱硫触媒層１１を通過せしめられる。

運転負荷が更に減少し、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が第１２閾値（＜第１１閾値）よりも少なくなると、第２自動切り換え弁７が開弁状態から閉弁状態に切り換えられ、第３自動切り換え弁８が閉弁状態から開弁状態に切り換えられ、第１自動切り換え弁６は閉弁状態のまま維持される。その結果、燃料ガスは適正な線速度（ＬＶ）で第３脱硫触媒層１１を通過せしめられる。

運転負荷が増加し、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が増加する場合には、上述した制御とは逆の制御が実行される。

上述したように、第２の実施形態の脱硫装置２では、燃料ガスの流量に応じて自動切り換え弁６，７，８を切り換えることにより、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の断面積が変更されるが、脱硫された燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための改質装置と、改質された燃料ガス及び空気の供給を受けて発電を行うための燃料電池とを有する燃料電池発電装置に対して第２の実施形態の脱硫装置２が適用される場合には、代わりに、燃料電池発電装置の発電電力または出力電流に応じて自動切り換え弁６，７，８を切り換えることにより、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の断面積を変更することも可能である。

以下、本発明の脱硫装置の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の脱硫装置は、図１に示した第１の実施形態の脱硫装置２と同様に構成されているが、第３の実施形態の脱硫装置２では、後述するように、自動切り換え弁６，７，８の制御方法が、第１の実施形態の脱硫装置２とは異なる。

第３の実施形態の脱硫装置２では、図１に示した第１の実施形態の脱硫装置２と同様に、燃料ガスを通過させることにより、その燃料ガス中の硫黄分を除去するための脱硫触媒層９，１０，１１が設けられている。詳細には、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の断面積を変更するための変更手段として、自動切り換え弁６，７，８が設けられている。

更に詳細には、第３の実施形態の脱硫装置２では、図１に示すように、複数（詳細には、例えば３個）の脱硫触媒層９，１０，１１が設けられ、自動切り換え弁６，７，８の開閉を切り換えることにより、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の個数が変更される。

第３の実施形態の脱硫装置２では、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の個数が、つまり、自動切り換え弁６，７，８の開閉状態が、運転負荷に応じて変更される。詳細には、脱硫触媒層９，１０，１１の上流側に配置された燃料ガス流量計（図示せず）の出力値に基づいて変更される。

更に、第３の実施形態の脱硫装置２では、運転負荷が変動しても、脱硫触媒層９，１０，１１を通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）が常に適正な値になるように、脱硫触媒層９，１０，１１の断面積が設定されている。

詳細には、第３の実施形態の脱硫装置２では、運転負荷の変動に伴い、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が変動しても、脱硫触媒層９，１０，１１を通過する燃料ガスの線速度（ＬＶ）が常に適正な値になるように、脱硫触媒層９，１０，１１の個数が設定されている。図１に示すように、第３の実施形態の脱硫装置２では、３個の脱硫触媒層９，１０，１１が設けられているが、第３の実施形態の脱硫装置の変形例では、３個以外の任意の個数の脱硫触媒層を設けることも可能である。

第３の実施形態の脱硫装置２では、運転負荷が最も高く、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が最も多い場合には、第１自動切り換え弁６、第２自動切り換え弁７、および、第３自動切り換え弁８のすべてが開弁され、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の断面積が最も大きくされる。その結果、燃料ガスは適正な線速度（ＬＶ）で第１脱硫触媒層９、第２脱硫触媒層１０、および、第３脱硫触媒層１１を通過せしめられる。

運転負荷が減少し、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が第２１閾値よりも少なくなると、第１自動切り換え弁６が開弁状態から閉弁状態に切り換えられ、第２自動切り換え弁７および第３自動切り換え弁８が開弁状態のまま維持される。つまり、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層１０，１１の断面積が２番目に大きくされる。その結果、燃料ガスは適正な線速度（ＬＶ）で第２脱硫触媒層１０および第３脱硫触媒層１１を通過せしめられる。

運転負荷が更に減少し、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が第２２閾値（＜第２１閾値）よりも少なくなると、第２自動切り換え弁７が開弁状態から閉弁状態に切り換えられ、第１自動切り換え弁６は閉弁状態のまま維持され、第３自動切り換え弁８は開弁状態のまま維持される。つまり、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層１１の断面積が最も小さくされる。その結果、燃料ガスは適正な線速度（ＬＶ）で第３脱硫触媒層１１を通過せしめられる。

運転負荷が増加し、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が増加する場合には、上述した制御とは逆の制御が実行される。

上述したように、第３の実施形態の脱硫装置２では、燃料ガスの流量に応じて自動切り換え弁６，７，８を切り換えることにより、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の個数が変更されるが、脱硫された燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための改質装置と、改質された燃料ガス及び空気の供給を受けて発電を行うための燃料電池とを有する燃料電池発電装置に対して第３の実施形態の脱硫装置２が適用される場合には、代わりに、燃料電池発電装置の発電電力または出力電流に応じて自動切り換え弁６，７，８を切り換えることにより、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の個数を変更することも可能である。

以下、本発明の脱硫装置の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態の脱硫装置は、後述する点を除き、図１に示した第１の実施形態の脱硫装置２と同様に構成されている。図１に示した第１の実施形態の脱硫装置２では、第１脱硫触媒層９の断面積が最も大きく、第２脱硫触媒層１０の断面積が２番目に大きく、第３脱硫触媒層１１の断面積が最も小さくなるように、脱硫触媒層９，１０，１１の断面積が設定されているが、第４の実施形態の脱硫装置２では、第１脱硫触媒層９の体積が最も大きく、第２脱硫触媒層１０の体積が２番目に大きく、第３脱硫触媒層１１の体積が最も小さくなるように、脱硫触媒層９，１０，１１の体積が設定されている。

詳細には、第４の実施形態の脱硫装置２では、第１脱硫触媒層９の断面積と、第２脱硫触媒層１０の断面積と、第３脱硫触媒層１１の断面積とが等しく、第１脱硫触媒層９が最も長く、第２脱硫触媒層１０が２番目に長く、第３脱硫触媒層１１が最も短くなるように、脱硫触媒層９，１０，１１の寸法が設定されている。

第４の実施形態の脱硫装置２では、図１に示した第１の実施形態の脱硫装置２と同様に、燃料ガスを通過させることにより、その燃料ガス中の硫黄分を除去するための脱硫触媒層９，１０，１１が設けられている。詳細には、第４の実施形態の脱硫装置２では、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の体積を変更するための変更手段として、自動切り換え弁６，７，８が設けられている。

更に詳細には、第４の実施形態の脱硫装置２では、体積の異なる３個の脱硫触媒層９，１０，１１が設けられ、自動切り換え弁６，７，８の開閉を切り換えることにより、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１が切り換えられる。

第４の実施形態の脱硫装置２では、図１に示した第１の実施形態の脱硫装置２と同様に、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１が、つまり、自動切り換え弁６，７，８の開閉状態が、運転負荷に応じて切り換えられる。詳細には、脱硫触媒層９，１０，１１の上流側に配置された燃料ガス流量計（図示せず）の出力値に基づいて切り換えられる。

更に、第４の実施形態の脱硫装置２では、運転負荷が変動しても、燃料ガスが脱硫触媒層９，１０，１１内に滞留している時間が常に所定時間以上になるように、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の体積が設定されている。

第４の実施形態の脱硫装置２では、運転負荷が最も高く、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が最も多い場合には、第１自動切り換え弁６が開弁され、自動切り換え弁７，８は閉弁される。その結果、燃料ガスは、最も体積が大きい第１脱硫触媒層９を通過せしめられる。詳細には、第１脱硫触媒層９内に滞留している時間が所定時間以上になるように、燃料ガスが第１脱硫触媒層９を通過せしめられる。

運転負荷が減少し、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が第３１閾値よりも少なくなると、第１自動切り換え弁６が開弁状態から閉弁状態に切り換えられ、第２自動切り換え弁７が閉弁状態から開弁状態に切り換えられ、第３自動切り換え弁８は閉弁状態のまま維持される。その結果、燃料ガスは、２番目に体積が大きい第２脱硫触媒層１０を通過せしめられる。詳細には、第２脱硫触媒層１０内に滞留している時間が所定時間以上になるように、燃料ガスが第２脱硫触媒層１０を通過せしめられる。

運転負荷が更に減少し、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が第３２閾値（＜第３１閾値）よりも少なくなると、第２自動切り換え弁７が開弁状態から閉弁状態に切り換えられ、第３自動切り換え弁８が閉弁状態から開弁状態に切り換えられ、第１自動切り換え弁６は閉弁状態のまま維持される。その結果、燃料ガスは、最も体積が小さい第３脱硫触媒層１１を通過せしめられる。詳細には、第３脱硫触媒層１１内に滞留している時間が所定時間以上になるように、燃料ガスが第３脱硫触媒層１１を通過せしめられる。

運転負荷が増加し、脱硫装置２に供給される燃料ガス流量が増加する場合には、上述した制御とは逆の制御が実行される。

上述したように、第４の実施形態の脱硫装置２では、燃料ガスの流量に応じて自動切り換え弁６，７，８を切り換えることにより、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の体積が変更されるが、脱硫された燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための改質装置と、改質された燃料ガス及び空気の供給を受けて発電を行うための燃料電池とを有する燃料電池発電装置に対して第４の実施形態の脱硫装置２が適用される場合には、代わりに、燃料電池発電装置の発電電力または出力電流に応じて自動切り換え弁６，７，８を切り換えることにより、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層９，１０，１１の体積を変更することも可能である。

本発明の脱硫装置の第１の実施形態を模式的に示した概略構成図である。 本発明の脱硫装置の第２の実施形態を模式的に示した概略構成図である。

符号の説明

１ 燃料ガス供給管
２ 脱硫装置
３，４，５ 燃料ガス流入管
６，７，８ 自動切り換え弁
９，１０，１１ 脱硫触媒層
１２ 燃料ガス出口配管

Claims (8)

1. 燃料ガスを通過させることにより、その燃料ガス中の硫黄分を除去するための脱硫触媒層を具備する脱硫装置において、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層の断面積を変更するための変更手段を具備することを特徴とする脱硫装置。
2. 断面積の異なる複数の脱硫触媒層を具備し、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層を切り換えるための切り換え手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の脱硫装置。
3. 複数の脱硫触媒層を具備し、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層の個数を変更するための変更手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の脱硫装置。
4. 燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層の断面積を運転負荷に応じて変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の脱硫装置。
5. 前記脱硫触媒層を通過する燃料ガスの線速度が所定範囲内の値になるように、前記脱硫触媒層の断面積を変更することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の脱硫装置。
6. 前記脱硫装置に供給される燃料ガスの流量に応じて、前記脱硫触媒層の断面積を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の脱硫装置。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の脱硫装置と、脱硫された燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための改質装置と、改質された燃料ガス及び空気の供給を受けて発電を行うための燃料電池とを有する燃料電池発電装置において、前記燃料電池発電装置の発電電力または出力電流に応じて、前記脱硫触媒層の断面積を変更することを特徴とする燃料電池発電装置。
8. 燃料ガスを通過させることにより、その燃料ガス中の硫黄分を除去するための脱硫触媒層を具備する脱硫装置において、燃料ガスが通過せしめられる脱硫触媒層の体積を変更するための変更手段を具備することを特徴とする脱硫装置。

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