JP2005166580A - Fuel reformer, fuel cell system and operation control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池等に必要な水素を生成するために用いられ、炭化水素からなる原燃料ガスを水蒸気により水素リッチの改質ガスに変換する燃料改質装置、及び当該燃料改質装置の運転制御方法に関する。さらに、燃料改質装置と当該燃料改質装置によって生成された水素を燃料とする燃料電池とを備えた燃料電池システム、及び当該燃料電池システムの運転制御方法に関する。 The present invention is used to generate hydrogen necessary for a fuel cell or the like, and converts a raw fuel gas made of hydrocarbons into hydrogen-rich reformed gas by steam, and a fuel reformer of the fuel reformer The present invention relates to an operation control method. Furthermore, the present invention relates to a fuel cell system including a fuel reformer and a fuel cell that uses hydrogen generated by the fuel reformer as a fuel, and an operation control method for the fuel cell system.
燃料改質装置は、炭化水素からなる原燃料ガスを改質部にて改質触媒下で水蒸気により水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理し、その改質処理ガスを変成部にて変成触媒下で改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理し、その変成処理ガスを選択酸化部にて選択酸化触媒下で変成処理ガス中の一酸化酸素を選択酸化することにより選択酸化処理して、一酸化炭素濃度の低い水素リッチな水素含有ガスを生成するものであり、生成水素含有ガスは、例えば、燃料電池における発電反応用の燃料ガスとして用いられる。 The fuel reformer reforms a raw fuel gas composed of hydrocarbons into a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas with steam under a reforming catalyst in a reforming unit, and converts the reformed gas into a transformation unit The carbon monoxide gas in the reforming process gas is converted to carbon dioxide gas under the shift catalyst at, and the shift process gas is converted into one of the shift process gas under the selective oxidation catalyst in the selective oxidation section. A selective oxidation treatment is performed by selectively oxidizing oxygen oxide to generate a hydrogen-rich hydrogen-containing gas having a low carbon monoxide concentration. The generated hydrogen-containing gas is, for example, a fuel gas for a power generation reaction in a fuel cell. Used as
燃料改質装置の運転中は、改質触媒を改質処理に適正な温度(以下、改質処理温度ともいう)、変成触媒を変成処理に適正な温度(以下、変成処理温度ともいう)、選択酸化触媒を選択酸化処理に適正な温度(以下、選択酸化温度ともいう)に維持する必要がある。尚、改質処理温度は例えば600〜700℃の範囲、変成処理温度は例えば150〜250℃の範囲、選択酸化処理温度は80〜150℃の範囲である。 During operation of the fuel reformer, the reforming catalyst is at a temperature suitable for reforming (hereinafter also referred to as reforming temperature), the shift catalyst is at a temperature suitable for reforming processing (hereinafter also referred to as shift processing temperature), It is necessary to maintain the selective oxidation catalyst at a temperature appropriate for the selective oxidation treatment (hereinafter also referred to as a selective oxidation temperature). The reforming treatment temperature is, for example, in the range of 600 to 700 ° C., the modification treatment temperature is in the range of, for example, 150 to 250 ° C., and the selective oxidation treatment temperature is in the range of 80 to 150 ° C.
燃料改質装置においては、簡単な制御にて改質触媒と、変成触媒と、選択酸化触媒とをそれぞれに適正な温度に維持して運転することができる技術が望まれている。 In a fuel reformer, there is a demand for a technique capable of operating while maintaining a reforming catalyst, a shift catalyst, and a selective oxidation catalyst at appropriate temperatures with simple control.
従来技術として、改質触媒、変成触媒、選択酸化触媒を、改質触媒と選択酸化触媒との間に変成触媒が位置し、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設け、改質触媒を改質処理に適した温度に維持するように、改質用バーナーの加熱能力を調節し、且つ、選択酸化触媒を選択酸化処理に適正な温度に維持するように、選択酸化部冷却手段の冷却能力を調節する燃料改質装置の運転制御方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional technique, a reforming catalyst, a shift catalyst, and a selective oxidation catalyst are provided so that a shift catalyst is located between the reforming catalyst and the selective oxidation catalyst and heat transfer can be performed between adjacent ones. Adjusting the heating capacity of the reforming burner so as to maintain the temperature suitable for the reforming treatment, and cooling the selective oxidation unit cooling means so as to maintain the selective oxidation catalyst at a temperature suitable for the selective oxidation treatment. A fuel reformer operation control method for adjusting the capacity is known (see, for example, Patent Document 1).
上記方法においては、改質触媒の熱を変成触媒及び選択酸化触媒に伝導することにより、すなわち高温部から低温部へ熱伝導することにより、熱を有効に利用できるとともに、各部を速やかに加熱できるという利点を有する。しかしながら、改質触媒の加熱を改質反応に必要な熱を与えるためのバーナーのみで行っており、装置全体を十分に加熱するための熱が足りず改質触媒を改質処理温度まで加熱するのに長時間を要した。 In the above method, by conducting heat from the reforming catalyst to the shift catalyst and the selective oxidation catalyst, that is, by conducting heat from the high temperature part to the low temperature part, the heat can be used effectively and each part can be heated quickly. Has the advantage. However, the reforming catalyst is heated only by a burner for supplying heat necessary for the reforming reaction, and there is not enough heat to sufficiently heat the entire apparatus, and the reforming catalyst is heated to the reforming treatment temperature. It took a long time.
さらに、上記方式においては通常運転においても、バーナーを用いて粒状の改質触媒の加熱を行っているので、改質部の加熱手段と改質触媒との温度差が大きかった。特許文献1の実施形態においては、改質触媒の設定温度が642.9℃であるのに対して、バーナーの温度が838.7℃であり、約200℃の温度差があった。加熱手段(特許文献1においてはバーナー)と加熱対象(改質部)との温度差が大きい場合、各部の材質として加熱手段の温度に合わせた温度耐性を有する材質を使用する必要があり、コストが高くなるばかりではなく、製造が困難となる場合がある。また、燃料消費量が多くなり、通常運転のコストが高くなる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、起動時における、各触媒の昇温を速やかに達成できる燃料改質装置及びその運転制御方法を提供することを課題とする。すなわち、起動時における改質触媒の所定温度までの昇温時間を短縮可能な燃料改質装置及びその運転制御方法を提供することを課題とする。また、燃料改質装置の各部の形状に関係なく、簡単な手段によって、各部を速やかに適正温度まで昇温可能な燃料改質装置及びその運転制御方法を提供することを課題とする。さらに、上記燃料改質と燃料電池とを備える燃料電池システム及びその運転制御方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a fuel reformer and an operation control method thereof that can quickly increase the temperature of each catalyst during startup. That is, it is an object of the present invention to provide a fuel reformer capable of shortening the temperature rise time to a predetermined temperature of the reforming catalyst at the time of start-up and an operation control method thereof. It is another object of the present invention to provide a fuel reforming apparatus and an operation control method thereof capable of quickly raising the temperature of each part to an appropriate temperature by simple means regardless of the shape of each part of the fuel reforming apparatus. It is another object of the present invention to provide a fuel cell system including the fuel reforming and the fuel cell and an operation control method thereof.
本発明の燃料改質装置は、上記課題を達成するために、炭化水素からなる原燃料ガスを改質触媒下で水蒸気と反応させることにより水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理する改質部と、前記改質部から供給される改質処理ガスを変成触媒下で当該改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理する変成部と、前記変成部から供給される変成処理ガスを選択酸化触媒下で当該変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化することにより選択酸化処理する選択酸化部と、前記改質触媒を加熱する燃焼触媒と、前記燃焼触媒に熱を供給する第1の加熱手段と、前記燃焼触媒の温度が前記原燃料ガスを燃焼可能な温度に達している際に、前記燃焼触媒に前記原燃料ガスを供給し、前記燃焼触媒における前記原燃料ガスの燃焼時に発生する熱により前記改質触媒を加熱する第2の加熱手段と、を備える構成とする。第1の加熱手段を用いて燃焼触媒を加熱し、第2の加熱手段を用いて改質触媒を加熱することにより、燃焼触媒、改質触媒の昇温速度を速くすることができる。 In order to achieve the above object, the fuel reformer of the present invention performs a reforming process to a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas by reacting a raw fuel gas composed of hydrocarbon with water vapor under a reforming catalyst. A reforming section that transforms the carbon monoxide gas in the reforming process gas into carbon dioxide gas under the shift catalyst, and the reforming section that is supplied from the reforming section, A selective oxidation unit that selectively oxidizes the shift gas supplied from the shift unit by selectively oxidizing carbon monoxide gas in the shift gas under a selective oxidation catalyst, and a combustion catalyst that heats the reforming catalyst And a first heating means for supplying heat to the combustion catalyst, and when the temperature of the combustion catalyst reaches a temperature at which the raw fuel gas can be combusted, the raw fuel gas is supplied to the combustion catalyst. In the combustion catalyst And second heating means for heating the reforming catalyst by the heat generated during combustion of Kihara fuel gas, a structure comprising a. By heating the combustion catalyst using the first heating means and heating the reforming catalyst using the second heating means, the temperature increase rate of the combustion catalyst and the reforming catalyst can be increased.
好ましくは、不活性ガスを、前記改質触媒、前記変成触媒、前記選択酸化触媒の順に循環させ、当該不活性ガスにより、前記改質触媒の熱を後流の前記変成触媒及び前記選択酸化触媒に供給し、前記変成触媒及び前記選択酸化触媒を加熱する循環手段をさらに備える、構成とする。循環される不活性ガスにより、変成触媒、選択酸化触媒の昇温が速やかに達成され、加熱により各触媒に与える負担を低くすることができる。 Preferably, an inert gas is circulated in the order of the reforming catalyst, the shift catalyst, and the selective oxidation catalyst, and the inert gas heats the reforming catalyst downstream from the shift catalyst and the selective oxidation catalyst. And a circulation means for heating the shift catalyst and the selective oxidation catalyst. Due to the inert gas circulated, the temperature of the shift catalyst and the selective oxidation catalyst can be quickly increased, and the burden on each catalyst due to heating can be reduced.
第1の加熱手段としては、例えばバーナーを用いることができる。 For example, a burner can be used as the first heating means.
また、本発明の燃料改質装置は、炭化水素からなる原燃料ガスを改質触媒下で水蒸気と反応させることにより水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理する改質部と、前記改質部から供給される改質処理ガスを変成触媒下で当該改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理する変成部と、前記変成部から供給される変成処理ガスを選択酸化触媒下で当該変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化することにより選択酸化処理する選択酸化部と、不活性ガスを、前記改質触媒、前記変成触媒、前記選択酸化触媒の順に循環させ、当該不活性ガスにより、前記改質触媒の熱を後流の前記変成触媒及び前記選択酸化触媒に供給し、前記変成触媒及び前記選択酸化触媒を加熱する循環手段と、を備える構成とする。 Further, the fuel reformer of the present invention includes a reforming unit that reforms a raw fuel gas made of hydrocarbons into a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas by reacting with steam under a reforming catalyst; A reforming unit that converts the reforming process gas supplied from the reforming unit by converting carbon monoxide gas in the reforming process gas into carbon dioxide gas under a shift catalyst, and is supplied from the shift unit A selective oxidation section that selectively oxidizes the carbon monoxide gas in the shift treatment gas under a selective oxidation catalyst, an inert gas, the reforming catalyst, the shift catalyst, A circulating means for circulating the selective oxidation catalyst in order, supplying heat of the reforming catalyst to the shift catalyst and the selective oxidation catalyst in the downstream by the inert gas, and heating the shift catalyst and the selective oxidation catalyst; With And it formed.
本発明の燃料改質装置の運転制御方法は、炭化水素からなる原燃料ガスを改質触媒下で水蒸気と反応させることにより水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理する改質部と、前記改質部から供給される改質処理ガスを変成触媒下で当該改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理する変成部と、前記変成部から供給される変成処理ガスを選択酸化触媒下で当該変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化することにより選択酸化処理する選択酸化部と、前記改質触媒を加熱する燃焼触媒と、前記燃焼触媒に熱を供給する第1の加熱手段とを備える燃料改質装置の運転制御方法であって、第1の加熱手段により、前記燃焼触媒を加熱する第1の加熱工程と、前記燃焼触媒の温度が前記原燃料ガスを燃焼可能な温度に達した後、前記燃焼触媒に前記原燃料ガスを供給し、前記燃焼触媒における前記原料ガスの燃焼時に発生する熱により前記改質触媒を加熱する第2の加熱工程とを有する。このように制御することにより、燃焼触媒、改質触媒の昇温速度を速くすることができる。なお、第2の加熱工程において、前記改質触媒の加熱とともに第1の加熱手段による前記燃料触媒の加熱を行ってもよい。 An operation control method for a fuel reformer according to the present invention includes a reforming unit that reforms a raw fuel gas composed of hydrocarbons into a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas by reacting with steam under a reforming catalyst. A reforming section that performs a reforming process by transforming the carbon monoxide gas in the reforming process gas into a carbon dioxide gas under a shift catalyst under the reforming process gas supplied from the reforming section; A selective oxidation section that selectively oxidizes the supplied shift treatment gas by selectively oxidizing carbon monoxide gas in the shift treatment gas under a selective oxidation catalyst, a combustion catalyst that heats the reforming catalyst, and the combustion An operation control method for a fuel reformer comprising: a first heating means for supplying heat to the catalyst, wherein the first heating means heats the combustion catalyst by the first heating means; Temperature is the raw fuel gas A second heating step of supplying the raw fuel gas to the combustion catalyst after reaching a combustible temperature and heating the reforming catalyst by heat generated during combustion of the raw material gas in the combustion catalyst; . By controlling in this way, the temperature increase rate of the combustion catalyst and the reforming catalyst can be increased. In the second heating step, the fuel catalyst may be heated by the first heating means together with the heating of the reforming catalyst.
好ましくは、不活性ガスを、前記改質触媒、前記変成触媒、前記選択酸化触媒の順に循環させ、当該不活性ガスの循環により、前記改質触媒の熱を後流の前記変成触媒及び前記選択酸化触媒に供給し、前記変成触媒及び前記選択酸化触媒を加熱する工程を有する。 Preferably, an inert gas is circulated in the order of the reforming catalyst, the shift catalyst, and the selective oxidation catalyst, and heat of the reforming catalyst is circulated downstream of the shift catalyst and the selection by circulation of the inert gas. Supplying the oxidation catalyst and heating the shift catalyst and the selective oxidation catalyst.
また、本発明の燃料改質装置の運転制御方法は、炭化水素からなる原燃料ガスを改質触媒下で水蒸気と反応させることにより水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理する改質部と、前記改質部から供給される改質処理ガスを変成触媒下で当該改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理する変成部と、前記変成部から供給される変成処理ガスを選択酸化触媒下で当該変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化することにより選択酸化処理する選択酸化部を備える燃料改質装置の運転制御方法であって、不活性ガスを、前記改質触媒、前記変成触媒、前記選択酸化触媒の順に循環させ、当該不活性ガスの循環により、前記改質触媒の熱を後流の前記変成触媒及び前記選択酸化触媒に供給し、前記変成触媒及び前記選択酸化触媒を加熱する工程を有する。 Further, the operation control method of the fuel reformer of the present invention is a modified method in which a raw fuel gas composed of hydrocarbon is reacted with water vapor under a reforming catalyst to reform to a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas. A reforming section for transforming the reforming process gas supplied from the reforming section by transforming carbon monoxide gas in the reforming process gas into carbon dioxide gas under a shift catalyst; and An operation control method for a fuel reforming apparatus including a selective oxidation unit that selectively oxidizes a carbon dioxide gas in a shift treatment gas supplied from a section under a selective oxidation catalyst by selectively oxidizing carbon monoxide gas in the shift treatment gas. The inert gas is circulated in the order of the reforming catalyst, the shift catalyst, and the selective oxidation catalyst, and the heat of the reforming catalyst is circulated behind the shift catalyst and the selective oxidation catalyst by circulating the inert gas. To supply before Shift catalyst and a step of heating the selective oxidation catalyst.
本発明の燃料電池システムは、前記燃料改質装置と、前記燃料改質装置により生成された水素含有ガスを燃料とする燃料電池と、前記燃料電池の発電に伴って発生する熱を熱源として加熱された水を貯水する貯水タンクとを備え、第1の加熱手段は前記貯水タンク内の水を加熱する手段でもある構成とする。このような構成によると、機器点数を少なくすることができる。 The fuel cell system according to the present invention includes the fuel reformer, a fuel cell that uses the hydrogen-containing gas generated by the fuel reformer as a fuel, and heat generated by the power generation of the fuel cell as a heat source. The first heating means is also a means for heating the water in the water storage tank. According to such a configuration, the number of devices can be reduced.
本発明の燃料電池システムの運転制御方法は、燃料改質装置と、前記燃料改質装置により生成された水素含有ガスを燃料とする燃料電池と、前記燃料電池の発電に伴って発生する熱を熱源として加熱された水を貯水する貯水タンクと、を備える燃料電池システムの運転制御方法であって、前記燃料改質装置は、炭化水素からなる原燃料ガスを改質触媒下で水蒸気と反応させることにより水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理する改質部と、前記改質部から供給される改質処理ガスを変成触媒下で当該改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理する変成部と、前記変成部から供給される変成処理ガスを選択酸化触媒下で当該変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化することにより選択酸化処理する選択酸化部と、前記改質触媒を加熱する燃焼触媒と、前記燃焼触媒に熱を供給する第1の加熱手段とを備え、第1の加熱手段により、前記燃焼触媒を加熱する第1の加熱工程と、前記燃焼触媒の温度が前記原燃料ガスを燃焼可能な温度に達した後、前記燃焼触媒に前記原燃料ガスを供給し、前記燃焼触媒における前記原料ガスの燃焼時に発生する熱により前記改質触媒を加熱する第2の加熱工程と、第1の加熱手段により、前記貯水タンク内の水を加熱する工程と、を有する。なお、第2の加熱工程において、前記改質触媒の加熱とともに第1の加熱手段による前記燃料触媒の加熱を行ってもよい。 An operation control method for a fuel cell system according to the present invention includes a fuel reformer, a fuel cell using hydrogen-containing gas generated by the fuel reformer as a fuel, and heat generated by power generation of the fuel cell. An operation control method of a fuel cell system comprising a water storage tank for storing heated water as a heat source, wherein the fuel reformer reacts a raw fuel gas composed of hydrocarbon with steam under a reforming catalyst A reforming section for reforming the gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas, and the carbon monoxide gas in the reforming process gas supplied from the reforming section under a shift catalyst A conversion unit that converts the carbon monoxide gas into a carbon dioxide gas, and a selective acid by selectively oxidizing the carbon monoxide gas in the shift treatment gas under the selective oxidation catalyst of the shift treatment gas supplied from the shift unit A first oxidation unit that heats the combustion catalyst by a first heating unit; a selective oxidation unit to be treated; a combustion catalyst that heats the reforming catalyst; and a first heating unit that supplies heat to the combustion catalyst. Heating process, and after the temperature of the combustion catalyst reaches a temperature at which the raw fuel gas can be combusted, the raw fuel gas is supplied to the combustion catalyst, and heat generated during combustion of the raw material gas in the combustion catalyst A second heating step for heating the reforming catalyst, and a step for heating the water in the water storage tank by a first heating means. In the second heating step, the fuel catalyst may be heated by the first heating means together with the heating of the reforming catalyst.
ここで、改質触媒、変成触媒、選択酸化触媒、燃焼触媒の材料は、好ましくは、銅、クロム、マンガン、ニッケル、鉄、コバルト、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、金、銀、マグネシウム、カルシウム、ランタン、チタン、ジルコニウム、イットリウム及びセリウムから選択される金属またはこれらの金属の酸化物の中から選択される。各触媒は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼および銅等の材料からなる板、チューブ、フィン付きチューブ、波板およびフィン付き板のいずれかの形状の金属基材に上記触媒材料が担持された構成(以下、まとめてプレート型触媒という)であっても良いし、上記触媒材料からなる粒状物を充填したものであっても良い。なお、燃焼触媒と改質触媒は、これらを隣接して配置し、燃焼触媒で発生する熱を改質触媒に効率良く伝導できるためには、改質触媒、変成触媒、選択酸化触媒、及び燃焼触媒としてプレート型触媒を用いることが好ましい。 Here, the materials for the reforming catalyst, the shift catalyst, the selective oxidation catalyst, and the combustion catalyst are preferably copper, chromium, manganese, nickel, iron, cobalt, ruthenium, rhodium, palladium, platinum, gold, silver, magnesium, calcium. Selected from metals selected from lanthanum, titanium, zirconium, yttrium and cerium or oxides of these metals. Each catalyst is supported on a metal base material in any shape of a plate, tube, finned tube, corrugated plate and finned plate made of materials such as aluminum, aluminum alloy, stainless steel and copper, for example. It may be configured (hereinafter collectively referred to as a plate-type catalyst) or may be filled with a granular material made of the above catalyst material. Note that the combustion catalyst and the reforming catalyst are disposed adjacent to each other, and in order to efficiently conduct heat generated in the combustion catalyst to the reforming catalyst, the reforming catalyst, the shift catalyst, the selective oxidation catalyst, and the combustion catalyst. It is preferable to use a plate-type catalyst as the catalyst.
本発明によると、燃料改質装置において、改質触媒の所定温度への加熱を、短時間で達成することが可能となる。また、変成触媒、選択酸化触媒の所定温度への加熱を、速やかに達成することができる。 According to the present invention, in the fuel reformer, heating of the reforming catalyst to a predetermined temperature can be achieved in a short time. Further, heating of the shift catalyst and the selective oxidation catalyst to a predetermined temperature can be achieved quickly.
本発明によると、燃料電池システムにおいて、燃料改質装置に使用する加熱手段と、燃料電池に使用する加熱手段とを兼用することができるので、機器点数を少なくすることができる。また、燃料改質装置からの燃料の供給が起動後短時間で達成されるので、燃料電池による迅速な電気の供給が可能である。 According to the present invention, in the fuel cell system, the heating means used in the fuel reformer and the heating means used in the fuel cell can be used together, so that the number of equipment can be reduced. In addition, since the supply of fuel from the fuel reformer is achieved in a short time after startup, rapid supply of electricity by the fuel cell is possible.
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications.
(第1の実施形態)
以下、図面に基づいて、第1の実施形態の燃料電池システムを説明する。図1は、本実施形態の燃料電池システムを示すフローシートである。燃料電池システムは、燃料改質装置1、燃料電池60、貯水タンク19等を備える。
(First embodiment)
The fuel cell system according to the first embodiment will be described below based on the drawings. FIG. 1 is a flow sheet showing the fuel cell system of the present embodiment. The fuel cell system includes a fuel reformer 1, a
図1に示すように、燃料改質装置1は、供給される炭化水素からなる原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部15と、供給される蒸留水を加熱して水蒸気を生成する蒸発部30と、脱硫原燃料ガスを蒸発部30で生成された水蒸気を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理する改質部20と、改質部20から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理する変成部40と、その変成部40から供給される変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化することにより選択酸化処理する選択酸化部50と、不図示の制御部とを備え、一酸化炭素ガス濃度の低い水素リッチな水素含有ガスを生成するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the fuel reformer 1 includes a
燃料電池60は、高分子膜を電解質とする固体高分子型燃料電池である。燃料改質装置1によって生成された水素含有ガスは、燃料電池60のアノード61に燃料ガスとして供給される。燃料ガス中の一酸化炭素は、燃料電池の電極触媒の触媒毒となって電池寿命を低下させる要因となるので、燃料改質装置1は、上記のように、一酸化炭素ガス濃度の低い水素リッチな水素含有ガスを生成するように構成されている。
The
脱硫部15においては、例えば150〜270℃の範囲の脱硫処理温度で、脱硫触媒にて原燃料ガス中の硫黄化合物が水素化され、その水素化物が酸化亜鉛に吸着されて脱硫される。脱硫部15における脱硫反応は発熱反応である。尚、本明細書において「〜」は以上、以下という意味であり、上記「150〜270℃」とは、150℃以上270℃以下という意味である。本実施形態では、供給される全ての原燃料ガスが脱硫部15を通過する構成としたが、改質用の原燃料ガスのみ脱硫部15を通過するように構成しても良い。
In the
改質部20においては、改質触媒22の触媒作用により、例えば600〜700℃の範囲の改質処理温度で、バルブV2を介して供給される原燃料ガスと蒸発処理部32から供給される水蒸気とが改質反応して、水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理される。改質部20における改質反応は吸熱反応である。原燃料ガスがメタンガスである場合、改質反応は下記の化学反応式(1)で表される。
[化1]
CH4+H2O→CO+3H2 (1)
変成部40においては、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とが、変成触媒41の触媒作用により、例えば150〜250℃の範囲の変成処理温度の下で、下記の化学反応式(2)にて変成反応して、一酸化炭素ガスが二酸化炭素ガスに変成処理される。
[化2]
CO+H2O→CO2+H2 (2)
変成触媒41での化学反応式(2)の反応は発熱反応である。従って、変成部40は、変成触媒41を適正な温度に保つため冷却部42を備える。冷却部42では、外部から供給される空気により空冷を行う。
In the reforming
[Chemical 1]
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (1)
In the
[Chemical 2]
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (2)
The reaction of the chemical reaction formula (2) in the
選択酸化部50においては、選択酸化触媒51の触媒作用によって、例えば80〜150℃の選択酸化処理温度の下で、変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスがバルブV7を介して供給される空気中の酸素により下記の化学反応式(3)にて選択酸化される。
[化3]
CO+(1/2)O2→CO2 (3)
選択酸化触媒51での化学反応式(3)の反応は発熱反応である。従って、選択酸化部50は、選択酸化触媒51を適正な温度に保つための冷却部52を備える。冷却部52では、外部から供給される空気による空冷を行う。尚、変成部40の冷却部42及び選択酸化部50の冷却部52ともに、その冷却方法は空冷に限定されない。変成触媒41、選択酸化触媒51それぞれを、適正な温度に維持可能な冷却方法であれば良い。
In the
[Chemical formula 3]
CO + (1/2) O 2 → CO 2 (3)
The reaction of the chemical reaction formula (3) in the
燃料改質装置1により生成された水素含有ガスは燃料ガスとして、燃料電池60に供給される。燃料電池60は、燃料改質装置1からアノード61に供給される水素ガスと、ブロア(図示せず)からカソード62に供給される反応用空気中酸素との電気化学反応により水の生成と同時に発電する構成である。燃料電池60での反応は、下記の化学反応式(4)で示される。
[化4]
H2+(1/2)O2→H2O (4)
燃料電池60で発生した電気は外部に取り出される(不図示)。また、燃料電池60内部では、わずかながら電気抵抗があるため熱エネルギーが発生し、内部が昇温する。従って、燃料電池60は、熱回収部63において、水循環ポンプ7を介して供給される蒸留水により熱回収し、昇温部分を冷却するように構成されている。熱回収部63から排出された温水は、熱交換部70に供給され、ここで給湯用の水に熱伝導し、給湯用の水を加熱する。加熱された給湯水は、貯水タンク19に貯水され、必要に応じて外部に取り出されて使用される。また、カソード62からは、燃料電池60での電気化学反応により生じた水が排気に混じって排出され、かかる排気は熱交換部70に送られる。排気中の水は、熱交換部70にて蒸留水として回収される。貯水タンク19内の給湯水は、熱交換器82を介して、バーナー11により加熱される。ここで加熱される水量は、ポンプ81により調整される。
The hydrogen-containing gas generated by the fuel reformer 1 is supplied to the
[Chemical formula 4]
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (4)
The electricity generated in the
バーナー11では、バルブV1を介して供給される原燃料ガスと、空気ブロアー12からバルブV6,V4を介して供給される空気中の酸素との下記化学反応式(5)に示す燃焼反応により高温の燃焼ガスが発生する。バーナー11による加熱は、高温の燃焼ガスを熱媒体とするものである。
[化5]
CH4+2O2→CO2+2H2O (5)
改質触媒22、変成触媒41、選択酸化触媒51は、起動運転時に加熱され、通常運転時には、上述の適正温度に保持される。各触媒の起動運転時の加熱方法について説明する。改質触媒22は、隣接する燃焼触媒21から熱伝導され、加熱される。変成触媒41、選択酸化触媒51の加熱は、循環ブロアー13によって、改質触媒22、変成触媒41、選択酸化触媒51の順に循環される不活性ガスを熱媒体として加熱される(循環手段)。改質触媒22が燃焼触媒21により加熱されると昇温し、改質触媒22から送出される不活性ガスも昇温する。かかる不活性ガスを熱媒体として加熱される変成触媒41、選択酸化触媒51は、改質触媒22の昇温に伴って昇温する。尚、変成触媒41、選択酸化触媒51の加熱手段として、さらに他の加熱手段を備える構成であっても良い。
In the
[Chemical formula 5]
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O (5)
The reforming
変成触媒41、選択酸化触媒51の昇温の程度は、各触媒の構成、不活性ガスの流量等の条件によって異なる。本実施形態では、改質触媒22が600〜700℃に維持されている状態で、選択酸化触媒51が80〜150℃となるように制御可能であり、かかる状態において変成触媒41が150〜250℃となるように、各触媒を構成し、各条件を設定する。したがって、循環ブロアー13を通過する不活性ガスは150℃以下であるので、循環ブロアー13は150℃の熱耐性を有する構成であれば良い。
The degree of temperature increase of the
循環ブロアー13によって循環される不活性ガスとしては、好ましくは窒素ガスを用いる。燃料改質装置1の運転停止時は、改質触媒22を空気中の酸素から隔離するため、改質触媒22、変成触媒41、選択酸化触媒51そして改質触媒22を結ぶ流路をバルブV7を介して供給される不活性ガスで満たしておくようにする。したがって、起動運転時は、停止時に満たされている不活性ガスを循環ブロアー13で循環させるのみであり、新たな不活性ガスの供給は不要である。通常運転時において、上記流路は改質触媒22から送出される改質ガスの流路等となるので、通常運転への移行の際に、上記流路中の不活性ガスをバルブV8,V9,V10、燃焼触媒31,21を経由して熱回収部33の後部の排気口より排気する。
Nitrogen gas is preferably used as the inert gas circulated by the
燃焼触媒21は、起動運転時に、バーナー11により加熱される(第1の加熱手段)。バーナー11は、貯水タンク19内の給湯水を加熱するためのバーナーであり、都市ガス等の燃料を使うため大容量のものとできる。したがって、少ない機器点数でありながら、燃焼触媒21を短時間で昇温させることができる。また、燃焼触媒21が原燃料ガスを燃焼可能な温度(例えば、600〜700℃)に達した際は、バルブV3を介して原燃料ガスを供給し、燃焼触媒21においても上記化学反応式(5)に示す燃焼反応が起こり、かかる燃焼反応により生じる燃焼熱が、改質触媒22の加熱に寄与することとなる(第2の加熱手段)。第1の加熱手段と第2の加熱手段による加熱によって、改質触媒22の加熱を促進することができる。
The
通常運転時の改質触媒22の加熱は、燃焼触媒21でのアノードオフガスの燃焼と、原燃料ガスの燃焼とによる。アノードオフガスは、燃料電池60から排出されて、バルブ10を介して供給される水素ガスである。アノードオフガスの燃焼反応は下記の化学反応式(6)で表される。
[化6]
H2+(1/2)O2→H2O (6)
アノードオフガスの燃焼熱のみでは、改質触媒22を適正な温度に保持するために十分でない場合は、バルブV3を介して原燃料ガスを供給し、上記化学反応式(5)で表される燃焼反応を促進する。尚、触媒がプレート型触媒であれば燃焼触媒21による改質触媒22の加熱において、加熱手段(燃焼触媒)と加熱対象(改質触媒)との温度差を低いものとすることができる。例えば、燃焼触媒21の温度が710℃で、改質触媒22の温度を700℃に維持できる構成が可能である。従って、温度を低く設定できるので、燃料消費量を低減させることができる。
The heating of the reforming
[Chemical 6]
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (6)
When the combustion heat of the anode off gas alone is not sufficient to maintain the reforming
蒸発部30は、改質部20の燃焼触媒21から排出された燃焼ガスの熱を回収する熱回収部33と、燃料電池60から排出されて、バルブV10を介して供給される水素ガスであるアノードオフガスをガス燃料として燃焼させる燃焼触媒31と、熱回収部33と燃焼触媒31による加熱にて水供給ポンプ14より供給される原料水を蒸発させる蒸発処理部32とから構成される。
The
バルブV8は、起動運転時は選択酸化触媒51と循環ブロアー13を結ぶ流路を開状態とし(図1に示す状態)、通常運転時は選択酸化触媒51とバルブV9を結ぶ流路を開状態とする。バルブV9は、起動運転移行直後は、一酸化炭素濃度が十分に低減されていないので、バルブV8とバルブV10を結ぶ流路を開状態(バルブV9の「第1の状態」とする)とし、改質処理ガスが燃料電池60に供給されないように制御し、選択酸化触媒51から送出される水素含有ガスの一酸化炭素濃度が所定値以下となったら、バルブV8と燃料電池60のアノード61を結ぶ流路を開状態(バルブV9の「第2の状態」とする)とする。バルブV9が第1の状態にあるとき、バルブV10は、バルブV9と燃焼触媒31とを結ぶ流路を開状態とする。一方、バルブV9が第2の状態にあるとき、バルブV10は、アノード61と燃焼触媒31を結ぶ流路を開状態とし、アノードオフガスが燃焼触媒31に供給されるようにする。
The valve V8 opens the flow path connecting the
運転制御方法
以下、図1に示す燃料電池システムの運転制御方法とともに、各要素の動作を説明する。以下では、原料ガスとしてメタンを用いた場合について説明する。まず、起動時の運転制御方法を説明する。元バルブV6を開け、バルブV4で一定ガス流量となるように制御し、バーナー11、燃焼触媒21、熱回収部33に空気ブロアー12からの空気を流通する。
Operation Control Method Hereinafter, the operation of each element will be described together with the operation control method of the fuel cell system shown in FIG. Below, the case where methane is used as source gas is demonstrated. First, the operation control method at the time of starting is demonstrated. The original valve V6 is opened, and the valve V4 is controlled so that the gas flow rate is constant, and the air from the
メタンをバルブV1からバーナー11に供給し、バーナー11に着火して、高温(800〜850℃)の燃焼ガスを生成する。バーナー11からの高温の燃焼ガスを、燃焼触媒21、熱回収部33に流通し、高温の燃焼ガスを熱媒体として、燃焼触媒21、熱回収部33が加熱される(第1の加熱工程)。燃焼触媒21の熱は、改質触媒22に伝導され、改質触媒22は加熱される。
Methane is supplied to the
燃焼触媒21の温度を計測し、メタンの着火温度(600〜700℃)に達した時点で、燃焼触媒21にもバルブV3から原燃料ガスとなるメタンを供給し、燃焼させる(第2の加熱工程)。このとき、燃焼触媒21では、燃焼反応(化学反応式(5)で示される)により熱を発生する。発生した熱により改質触媒22の昇温がさらに加速する。メタンの燃焼熱による改質触媒22の加熱とともに、起動時からのバーナー11による燃焼触媒21の加熱も継続し、改質触媒22が改質処理温度に達するまで燃焼触媒21を加熱する。
When the temperature of the
バルブV8は、起動運転時及び停止動作時には、選択酸化触媒51と循環ブロアー13を結ぶ流路を開状態とする(図1に示す状態)。循環ブロアー13は、改質触媒22が所定の温度に達するまで初期流量で運転し、改質触媒22の焼き付きを防止するとともに、改質触媒22の熱を後流の変成触媒41、選択酸化触媒51に供給する。改質触媒22を空気中の酸素から隔離するため、停止時に窒素パージしているので、循環されるガスは窒素ガスである。窒素パージのための窒素の導入は、バルブV7を介して行う。
The valve V8 opens the flow path connecting the
改質触媒22が所定の温度(700℃)に達したときに、改質触媒20の温度を所定の温度に維持するよう、循環する窒素ガス量を増加し、改質触媒22の昇温を防ぐとともに、改質触媒22内で加熱された窒素ガスを熱媒体として、後流の変成触媒41、選択酸化触媒51を加熱する。選択酸化触媒51の温度が選択酸化処理温度である80〜150℃に達した時点で、バーナー11での燃焼反応と循環ブロアー13による窒素の循環を停止する。このとき、変成触媒41の温度は150〜250℃である。
When the reforming
次に、通常運転に移行する。以下、通常運転時の運転制御方法を説明する。通常運転時は、蒸留水を気体の状態で供給するととともに、改質触媒22にバルブV2を介して原燃料ガスを供給する。蒸留水の生成は、蒸発部30で行われる。まず、水供給ポンプ14から蒸留水を蒸発部30内の蒸発処理部32に供給する。蒸発処理部32は、熱回収部33によって蒸留水を気化可能な温度に加熱されているため、蒸発処理部32に供給された蒸留水は気化する。その後、気化した蒸留水が改質触媒22へ供給される。尚、蒸発の熱量が不足した場合は、燃焼触媒31でのアノードオフガス中に含まれる水素の燃焼反応により不足の熱量を補う。燃焼触媒31での燃焼反応は、バルブV5を介して供給される空気量を調節することにより発熱量を調整する。
Next, it shifts to normal operation. Hereinafter, an operation control method during normal operation will be described. During normal operation, distilled water is supplied in a gaseous state, and raw fuel gas is supplied to the reforming
改質触媒22において、供給される水蒸気とメタンの比率が所定の範囲内となるように、改質触媒22へのメタンの供給がなされる。改質触媒22へ原燃料ガスが供給されると上記の化学反応式(1)で示す改質処理反応が起こる。
In the reforming
通常運転時の改質触媒22の加熱には、温度管理をしやすく、低温度で反応でき、バーナーよりもコンパクトな燃焼触媒21を使う。改質触媒22の温度が一定になるようにバルブV3から燃焼触媒21に入れる原燃料ガスの供給量を変動させる。
For the heating of the reforming
改質触媒22から出た改質ガスは変成触媒41に送られ、上記化学反応式(2)で示される変成処理がなされた後バルブV7より空気を供給し、選択酸化触媒51では、上記化学反応式(3)で示される一酸化炭素の選択酸化処理がなされる。変成部40、選択酸化部50での処理により一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスが生成される。尚、変成部40及び選択酸化部50では、上記変成処理及び選択酸化処理を行うとともに、冷却部42、52による触媒41、51の冷却を行う。
The reformed gas emitted from the reforming
バルブV8は、起動運転から通常運転への移行時に、選択酸化触媒51とバルブV9を結ぶ流路が開状態となるように切り替えられる。また、通常運転移行直後は、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が高いので、バルブV9はバルブV10とを結ぶバイパスライン5が開状態となる(図1に示す状態)ように制御され、水素含有ガスがアノード61に供給されないようにする。そして、通常運転移行後、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が所定の値以下となったら、バルブV9およびバルブV10を切り替えてバルブV8とアノード61を結ぶ流路を開状態とし、アノード61への水素含有ガスの供給を開始する。
The valve V8 is switched so that the flow path connecting the
アノード61への水素含有ガスの供給と同時に、カソード62への空気の供給を開始し、また、水循環ポンプ7を介した熱回収部63への蒸留水の供給を開始し、燃料電池60での電気化学反応を促進する。燃料電池60で発生した電気は、外部へ取り出される。熱交換部70においては、熱回収部63から排出された加熱された蒸留水を熱源として給湯用の水が加熱され、貯水タンク19に貯水される。貯水タンク19中の温水は必要に応じて取り出されて使用される。例えば、家庭用の風呂水として使用される。貯水タンク19中の温水は、必要に応じてバーナー11により加熱される。
Simultaneously with the supply of the hydrogen-containing gas to the
以下に、燃料改質装置1及び燃料電池60の運転を停止させる方法を説明する。燃料改質装置1の運転を停止する際には、バルブV1、V2を閉め、原燃料ガスの供給を停止させる。また、水供給ポンプ14を停止させる。バルブV9、V10を図1に示す状態として、バルブV8を図1に示す状態としてバルブV7を介して窒素ガスを導入し、循環ブロアー13を用いて、改質触媒22、変成触媒41、選択酸化触媒51そして改質触媒22を結ぶ流路を窒素パージする。燃料電池60においては、水循環ポンプ7からの蒸留水の供給を停止させる。燃料改質装置1内の温度が十分に低下するまで空気ブロアー12は運転し、バルブV4、V5を開として改質触媒22を冷却する。燃料改質装置1内の温度が十分に低下したら、空気ブロアー12を停止し、元バルブV6を閉める。
(第2の実施形態)
図2は、第2の実施形態の燃料電池システムを示すフローシートである。第1の実施形態の燃料電池システムと同じ構成要素には同じ番号を付して説明を省略する。
Hereinafter, a method for stopping the operation of the fuel reformer 1 and the
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a flow sheet showing the fuel cell system of the second embodiment. The same components as those in the fuel cell system according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
脱硫部15は、改質触媒22及び燃焼触媒21に供給される原燃料ガスの脱硫処理を行うように構成されている。改質部20において、起動運転時の改質触媒22の加熱は、バーナー11での燃焼反応によって生じる高温の燃焼ガスから熱回収を行う熱回収部23によってなされる。尚、熱回収部23は、改質触媒22の加熱とともに、燃焼触媒21の加熱も行う。通常運転時の改質触媒22の加熱は、燃焼触媒21によってなされる。通常運転時は、燃焼触媒21におけるアノードオフガスである水素ガスの燃焼反応によって、燃焼触媒21が改質触媒22へ改質処理可能な温度に維持される。また、熱が不足するときには、バルブV3よりメタン等の燃料を加えて調整する。したがって、燃焼触媒21から改質触媒22へ熱伝導され、改質触媒22が改質処理可能な温度に維持される。
(第3の実施形態)
図3は、第3の実施形態の燃料電池システムを示すフローシートである。第1の実施形態の燃料電池システムと同じ構成要素には同じ番号を付して説明を省略する。
The
(Third embodiment)
FIG. 3 is a flow sheet showing the fuel cell system of the third embodiment. The same components as those in the fuel cell system according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態の燃料電池システムは、改質部20の温度分布を少なくするために、熱交換器83により、燃焼触媒21から排出されるガスと、燃焼触媒21に導入されるガスとの熱交換がなされ、熱交換器84により、改質触媒22から排出されるガスと、改質触媒22に導入されるガスとの熱交換がなされる。その他の構成は、第1の実施形態の燃料電池システムと同じである。
(第4の実施形態)
図4は、第4の実施形態の燃料電池システムを示すフローシートである。第1の実施形態の燃料電池システムと同じ構成要素には同じ番号を付して説明を省略する。
In the fuel cell system of this embodiment, in order to reduce the temperature distribution of the reforming
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a flow sheet showing the fuel cell system of the fourth embodiment. The same components as those in the fuel cell system according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態の燃料電池システムは、改質部20の温度分布を少なくするために、熱交換器85により、熱回収部23から排出されるガスと、燃焼触媒21に導入されるガスとの熱交換がなされ、熱交換器86により、改質触媒22から排出されるガスと、改質触媒22に導入されるガスとの熱交換がなされる。その他の構成は、第2の実施形態の燃料電池システムと同じである。
In the fuel cell system of the present embodiment, the heat of the gas discharged from the
本発明の燃料改質装置は、水素ガスを燃料として使用する燃料電池等に有用である。水素含有ガスを供給するまでの起動時間を短くすることができるので、特に、家庭用の燃料電池への水素含有ガスの供給用途等、常時供給をつづける状態にない使用において、必要時に迅速な燃料の供給が可能となり有用である。 The fuel reformer of the present invention is useful for a fuel cell using hydrogen gas as a fuel. Since the start-up time until the hydrogen-containing gas is supplied can be shortened, quick fuel is required when necessary, especially in applications where the hydrogen-containing gas is supplied to household fuel cells, etc. Can be supplied and is useful.
1 燃料改質装置
5 バイパスライン
7 水循環ポンプ
11 バーナー
12 空気ブロアー
13 循環ブロアー(循環手段)
14 水供給ポンプ
19 貯水タンク
20 改質部
21 燃焼触媒
22 改質触媒
23 熱回収部
30 蒸発部
31 燃焼触媒
32 蒸発処理部
33 熱回収部
40 変成部
41 変成触媒
50 選択酸化部
51 選択酸化触媒
60 燃料電池
61 アノード
62 カソード
63 熱回収部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
Claims (11)
第1の加熱手段により、前記燃焼触媒を加熱する第1の加熱工程と、
前記燃焼触媒の温度が前記原燃料ガスを燃焼可能な温度に達した後、前記燃焼触媒に前記原燃料ガスを供給し、前記燃焼触媒における前記原料ガスの燃焼時に発生する熱により前記改質触媒を加熱する第2の加熱工程とを有する、燃料改質装置の運転制御方法。 A reforming unit for reforming a raw fuel gas composed of hydrocarbons into a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas by reacting with steam under a reforming catalyst, and a reforming process supplied from the reforming unit A shift unit that converts the carbon monoxide gas in the reformed gas into carbon dioxide gas under a shift catalyst, and the shift gas supplied from the shift unit under the selective oxidation catalyst A selective oxidation unit that selectively oxidizes carbon monoxide gas in the shift treatment gas; a combustion catalyst that heats the reforming catalyst; and a first heating unit that supplies heat to the combustion catalyst. A fuel reformer operation control method comprising:
A first heating step of heating the combustion catalyst by a first heating means;
After the temperature of the combustion catalyst reaches a temperature at which the raw fuel gas can be combusted, the raw fuel gas is supplied to the combustion catalyst, and the reforming catalyst is generated by heat generated during combustion of the raw material gas in the combustion catalyst And a second heating step for heating the fuel reforming apparatus.
不活性ガスを、前記改質触媒、前記変成触媒、前記選択酸化触媒の順に循環させ、当該不活性ガスの循環により、前記改質触媒の熱を後流の前記変成触媒及び前記選択酸化触媒に供給し、前記変成触媒及び前記選択酸化触媒を加熱する工程、を有する燃料改質装置の運転制御方法。 A reforming unit for reforming a raw fuel gas composed of hydrocarbons into a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas by reacting with steam under a reforming catalyst, and a reforming process supplied from the reforming unit A shift unit that converts the carbon monoxide gas in the reformed gas into carbon dioxide gas under a shift catalyst, and the shift gas supplied from the shift unit under the selective oxidation catalyst An operation control method for a fuel reformer including a selective oxidation unit that selectively oxidizes carbon monoxide gas in a shift treatment gas,
An inert gas is circulated in the order of the reforming catalyst, the shift catalyst, and the selective oxidation catalyst, and heat of the reforming catalyst is circulated to the downstream shift conversion catalyst and the selective oxidation catalyst by circulation of the inert gas. A method for controlling the operation of the fuel reformer, comprising: supplying and heating the shift catalyst and the selective oxidation catalyst.
前記燃料改質装置は、炭化水素からなる原燃料ガスを改質触媒下で水蒸気と反応させることにより水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理する改質部と、前記改質部から供給される改質処理ガスを変成触媒下で当該改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理する変成部と、前記変成部から供給される変成処理ガスを選択酸化触媒下で当該変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化することにより選択酸化処理する選択酸化部と、前記改質触媒を加熱する燃焼触媒と、前記燃焼触媒に熱を供給する第1の加熱手段とを備え、
第1の加熱手段により、前記燃焼触媒を加熱する第1の加熱工程と、
前記燃焼触媒の温度が前記原燃料ガスを燃焼可能な温度に達した後、前記燃焼触媒に前記原燃料ガスを供給し、前記燃焼触媒における前記原料ガスの燃焼時に発生する熱により前記改質触媒を加熱する第2の加熱工程と、
第1の加熱手段により、前記貯水タンク内の水を加熱する工程と、を有する燃料電池システムの運転制御方法。 A fuel reformer, a fuel cell that uses hydrogen-containing gas generated by the fuel reformer as a fuel, and a water storage tank that stores water heated by using heat generated by power generation of the fuel cell as a heat source; An operation control method for a fuel cell system comprising:
The fuel reformer includes a reforming unit that reforms a raw fuel gas made of hydrocarbons into a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas by reacting with steam under a reforming catalyst; and the reforming unit A reforming section for transforming the reforming process gas supplied from the reforming catalyst by transforming carbon monoxide gas in the reforming process gas into carbon dioxide gas under the shift catalyst, and the transforming process gas supplied from the shift section A selective oxidation unit that selectively oxidizes carbon monoxide gas in the shift gas under a selective oxidation catalyst, a combustion catalyst that heats the reforming catalyst, and heat is supplied to the combustion catalyst First heating means,
A first heating step of heating the combustion catalyst by a first heating means;
After the temperature of the combustion catalyst reaches a temperature at which the raw fuel gas can be combusted, the raw fuel gas is supplied to the combustion catalyst, and the reforming catalyst is generated by heat generated during combustion of the raw material gas in the combustion catalyst A second heating step for heating
And a step of heating the water in the water storage tank by a first heating means.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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