JP2005314171A - Hydrogen production apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化水素系の燃料から水素を含有するガスを発生する燃料改質器を備えてなる水素製造装置(単にH2製造装置ともいう。)に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen production apparatus (also simply referred to as an H 2 production apparatus) including a fuel reformer that generates a gas containing hydrogen from a hydrocarbon-based fuel.
固体高分子燃料電池は、比較的低温でも高電流密度が得られるため、自動車などの移動用電源として期待されている。この固体高分子燃料電池への水素含有ガスの供給源として、炭化水素燃料から水素含有ガスを取り出すことのできる燃料改質器が提案されている。 Solid polymer fuel cells are expected to be used as power sources for automobiles and the like because a high current density can be obtained even at a relatively low temperature. As a supply source of the hydrogen-containing gas to the solid polymer fuel cell, a fuel reformer capable of taking out the hydrogen-containing gas from the hydrocarbon fuel has been proposed.
一般的に燃料から改質触媒のみを用いてH2を取り出す燃料改質器においては、SR反応、ATR反応という2種類の反応によってH2を取り出している。 In general, in a fuel reformer that takes out H 2 from a fuel using only a reforming catalyst, H 2 is taken out by two types of reactions, SR reaction and ATR reaction.
イソオクタンを例にとると、ATR反応は、燃料、空気、水の反応であり、以下の反応式(1)で示される。 Taking isooctane as an example, the ATR reaction is a reaction of fuel, air, and water, and is represented by the following reaction formula (1).
一方、SR反応は、燃料、水の反応であり、以下の反応式(2)で示される。 On the other hand, the SR reaction is a fuel / water reaction and is represented by the following reaction formula (2).
どちらの反応も一長一短がある。SR反応は、燃料とH2Oのみの反応なので、高いH2収率が期待できるが、吸熱反応であるため、熱を供給しないと反応が進行しない。そのため、ヒーターや熱交換器が非常に大きくなってしまったり、改質反応を十分進行させるために高温が必要で熱エネルギーが増大する。従って、改質器をコンパクトにすることはなかなか難しい。一方、ATR反応の場合は、空気中の酸素と燃料が部分酸化反応を起こすため、熱が発生し、改質器をコンパクトにするだけでなく起動性も向上させられる。ところが、燃料の一部をO2と反応させるため、得られるH2量がSR反応に比べて減少したり、空気中のN2により希釈されるために得られるH2濃度が低下するデメリットがあった。 Both reactions have advantages and disadvantages. Since the SR reaction is a reaction of only fuel and H 2 O, a high H 2 yield can be expected, but since it is an endothermic reaction, the reaction does not proceed unless heat is supplied. For this reason, the heater and the heat exchanger become very large, or a high temperature is required to sufficiently advance the reforming reaction, and the thermal energy increases. Therefore, it is difficult to make the reformer compact. On the other hand, in the case of the ATR reaction, oxygen and fuel in the air undergo a partial oxidation reaction, so heat is generated, and not only the reformer is made compact but also the startability is improved. However, since a part of the fuel is reacted with O 2 , the amount of H 2 obtained is reduced as compared with the SR reaction, or the H 2 concentration obtained is decreased because it is diluted with N 2 in the air. there were.
また、こうした改質反応に適用する改質触媒は、一般にペレット状触媒であり、圧力損出が大きく、触媒粒子の接触による粉化等の問題が生じている。これに対してコージュライト製等のセラミックス基材に触媒成立をコートしたハニカム形状の触媒も提案されているが、セラミックス基材の特性上、成型性が困難であり、リアクタ内への固定も容易で無く、さらに基材の壁厚も厚いため、多量の触媒成分をコートするには限度があった。 In addition, the reforming catalyst applied to such a reforming reaction is generally a pellet-shaped catalyst, which has a large pressure loss and causes problems such as pulverization due to contact with catalyst particles. On the other hand, a honeycomb-shaped catalyst in which a catalyst base is coated on a ceramic base material such as cordierite has also been proposed, but due to the characteristics of the ceramic base material, moldability is difficult and it is easy to fix in the reactor. In addition, since the wall thickness of the base material is thick, there is a limit to coat a large amount of the catalyst component.
このような問題を解決する手段として、熱応答性に優れ、高性能な炭化水素改質触媒として、Ti、Al、Si、Zr、Ni、Fe、Co、Cu、Zn、Pt、Pd、Ru及びRhから選ばれる少なくとも一種の触媒を金属ハニカム担体上に被覆してなるものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 As a means for solving such a problem, Ti, Al, Si, Zr, Ni, Fe, Co, Cu, Zn, Pt, Pd, Ru, A material obtained by coating a metal honeycomb carrier with at least one catalyst selected from Rh has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1に記載の触媒においては、吸熱又は発熱を伴う改質反応においても熱伝達性が良く、かつ基材の形成性の良い触媒を提供することができるため、起動時におけるガスの温度に良好に対応でき、起動時直後から直ちに炭化水素を改質できるというものである。
しかしながら、炭化水素系の燃料を、特許文献1に記載の触媒を使った従来の燃料改質器(H2製造装置)を用いて反応させても、特許文献1の第5頁の図5にあるように、500℃以下の低温域で、改質性能が低下することになり、起動時に十分な改質ガスが得られないという課題があった。
However, even if a hydrocarbon-based fuel is reacted using a conventional fuel reformer (H 2 production apparatus) using the catalyst described in
特に、燃料電池自動車などの移動用電源として期待されている固体高分子燃料電池では、一般のガソリンエンジン自動車と同等の性能を目指し、燃料電池自動車の起動性能(例えば、起動から発進までの待機時間)を高める研究開発がなされている。この燃料電池自動車の起動時に必要なモータ駆動用の大電流を供給するには、外部からの電極供給ができないため、通常、二次電池やキャパシタ等の補助電源からの出力に加え、燃料電池の発電量(燃料電池出力)を増やす必要がある。しかしながら、搭載スペースに制限がある自動車では、こうした補助電源の大容量化は困難であり、該補助電源で賄える電力量には短時間である。そのため、できるだけ早い時期から燃料電池による十分な発電量を得ることが望まれており、補助電源の小型軽量化にも寄与し得ることにもなる。そこで、該燃料電池による十分な発電量を得るべく、該燃料電池への水素含有ガスの供給源として利用されるH2製造装置として、起動直後の500℃以下の低温域でも十分な量の改質ガスを供給できるものが切望されている。 In particular, solid polymer fuel cells, which are expected to be used as power sources for mobile vehicles such as fuel cell vehicles, aim to achieve performance equivalent to that of ordinary gasoline engine vehicles, such as fuel cell vehicle start-up performance (for example, standby time from start to start) ) Research and development is underway. In order to supply a large current for driving the motor required for starting this fuel cell vehicle, it is not possible to supply an electrode from the outside. Therefore, in addition to the output from an auxiliary power source such as a secondary battery or a capacitor, It is necessary to increase the amount of power generation (fuel cell output). However, in an automobile with a limited mounting space, it is difficult to increase the capacity of the auxiliary power source, and the amount of power that can be covered by the auxiliary power source is short. Therefore, it is desired to obtain a sufficient amount of power generated by the fuel cell from the earliest possible time, which can contribute to the reduction in size and weight of the auxiliary power supply. Therefore, in order to obtain a sufficient amount of power generated by the fuel cell, as a H 2 production apparatus used as a hydrogen-containing gas supply source to the fuel cell, a sufficient amount of modification is possible even in a low temperature region of 500 ° C. or less immediately after startup. The thing which can supply quality gas is anxious.
そこで、本発明は、上記の従来技術の課題に着目されたものであり、燃料から水素を含有するガスを発生するH2製造装置において、高温域(定常時)では高いH2収率が得られるという通常のSR反応のメリットを維持しつつ、低温域(500℃以下)における改質性能を向上させたH2製造装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been focused on the above-mentioned problems of the prior art, and a high H 2 yield is obtained in a high temperature range (steady time) in an H 2 production apparatus that generates a gas containing hydrogen from fuel. An object of the present invention is to provide an H 2 production apparatus that improves the reforming performance in a low temperature range (500 ° C. or lower) while maintaining the merit of the usual SR reaction.
より詳しくは、燃料から水素を含有するガスを発生するH2製造装置において、燃料と水を燃料改質器に導入することにより、高温域(定常時)では高いH2収率が得られるという通常のSR反応のメリットを維持しつつ、低温域(500℃以下)における改質性能、とりわけ起動時直後の500℃以下の低温域でも十分な改質ガスを供給することができるように燃料改質性能を向上させたH2製造装置を提供することを目的とする。 More specifically, in an H 2 production apparatus that generates a gas containing hydrogen from fuel, a high H 2 yield can be obtained in a high temperature range (steady state) by introducing fuel and water into the fuel reformer. While maintaining the merits of the usual SR reaction, the reforming performance in the low temperature range (500 ° C or lower), in particular, sufficient reformed gas can be supplied even in the low temperature range of 500 ° C or lower immediately after startup. An object of the present invention is to provide an H 2 manufacturing apparatus with improved quality performance.
本発明は、燃料から水素を含有するガスを発生するH2製造装置において、
燃料改質器の前部にオゾン(単に、O3とも記す)発生器を備え、空気または水を該O3発生器に導入し、
該O3発生器で発生させたO3を、該O3発生器と該燃料改質器との間でH2Oおよび/または燃料に溶解させ、該燃料改質器に導入することを特徴とするH2製造装置により達成することができる。
The present invention relates to an H 2 production apparatus that generates a gas containing hydrogen from a fuel.
An ozone (simply referred to as O 3 ) generator at the front of the fuel reformer, introducing air or water into the O 3 generator;
Characterized in that the O 3 which is generated in the O 3 generator, dissolved in H 2 O and / or fuel between the O 3 generator and fuel reformer, is introduced to the fuel reformer it can be achieved with H 2 production apparatus according to.
本発明のH2製造装置では、燃料改質器の手前にO3発生器を設置することでO3を発生させ、該O3発生器と該燃料改質器の間で該O3をH2Oおよび/または燃料に溶解させたものを、他の改質原料(燃料ないし水)と一緒に燃料改質器に導入することで、O2より高い燃料との反応性により改質反応を促進でき、改質される燃料が増え、改質ガスが増える。更に、O3をH2Oや燃料に溶解させたO3含有液を加熱したガスと、他の改質原料ガスとは容易に交じり合い、O3と反応した燃料が水と反応しやすくなり、通常のSR反応に比べて改質反応を促進させる。かかるO3発生は、起動時直後から常温(外気温)下で行い得るため、燃料改質器が暖気され500℃超の高温域になるのを待たなくともよい。その結果、起動時直後の500℃以下の低温域でも、改質性能を向上することができ、十分な量の改質ガスを供給できるH2製造装置を提供することができるものである。 With H 2 production apparatus of the present invention generates a O 3 by placing the O 3 generator in front of the fuel reformer, the O 3 between the O 3 generator and fuel reformer H 2 O and / or one dissolved in fuel is introduced into the fuel reformer together with other reforming raw materials (fuel or water), so that the reforming reaction is carried out by the reactivity with the fuel higher than O 2. It can be promoted, fuel to be reformed increases, and reformed gas increases. Further, a gas of O 3 was heated O 3 containing solution dissolved in H 2 O and fuel, mutually intermingled facilitates the other reforming raw material gas becomes fuel reacted with O 3 is liable to react with water The reforming reaction is promoted compared to the normal SR reaction. Since such O 3 generation can be performed at normal temperature (outside temperature) immediately after startup, it is not necessary to wait for the fuel reformer to warm up to a high temperature range exceeding 500 ° C. As a result, the reforming performance can be improved even in a low temperature range of 500 ° C. or less immediately after startup, and an H 2 production apparatus capable of supplying a sufficient amount of reformed gas can be provided.
本発明のH2製造装置は、燃料から水素を含有するガスを発生するH2製造装置において、改質器の前部にO3発生器を備え、空気または水を該O3発生器に導入し、該O3発生器で発生したO3を、該O3発生器と改質器との間でH2Oおよび/または燃料に溶解させ、改質器に導入することを特徴とするものである。本発明のH2製造装置では、上記構成を有することにより、空気もしくは水からO3を発生させて、燃料や水に溶解させ、改質器に導入することにより、通常のSR反応のメリットを維持しつつ、500℃以下の低温域において改質性能を向上させることができる。 H 2 production apparatus of the present invention, the H 2 production apparatus for generating a gas containing hydrogen from the fuel, includes an O 3 generator to the front of the reformer, introducing air or water to the O 3 generator which is, the O 3 generated in the O 3 generator, dissolved in H 2 O and / or fuel between the O 3 generator and the reformer, characterized in that introduced into the reformer It is. In the H 2 production apparatus of the present invention, by having the above-described configuration, O 3 is generated from air or water, dissolved in fuel or water, and introduced into the reformer. The reforming performance can be improved in a low temperature range of 500 ° C. or lower while maintaining.
以上のような機能を持つように構成されたH2製造装置の代表的な実施形態に関して、以下、それぞれ具体的な実施例、比較例及び図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, representative embodiments of the H 2 manufacturing apparatus configured to have the above functions will be described in detail with reference to specific examples, comparative examples, and drawings.
第1の実施形態(実施例1)
実施例1では、燃料から水素を含有するガスを発生するH2製造装置の第1の実施形態として、改質器の前部に放電式のO3発生器を備え、空気を該O3発生器に導入し、該O3発生器で発生したO3を、該O3発生器と改質器との間でH2Oに溶解させ、改質器に導入することを特徴とするH2製造装置の具体的な実施態様につき説明する。
First Embodiment (Example 1)
In Example 1, a first embodiment of the H 2 production apparatus for generating a gas containing hydrogen from the fuel, provided with a discharge type of O 3 generator to the front of the reformer, the O 3 generates an air was introduced into the vessel, the O 3 generated in the O 3 generator, dissolved in H 2 O at between the O 3 generator and the reformer, characterized in that introduced into the reformer H 2 A specific embodiment of the manufacturing apparatus will be described.
図1は、本発明のH2製造装置を組み込んだ燃料電池システムの第1の実施形態の概要を模式的に表したものである。 FIG. 1 schematically shows an outline of a first embodiment of a fuel cell system incorporating the H 2 production apparatus of the present invention.
図1に示すように、本実施形態では、燃料改質器11の前段に放電式のO3発生器13を設置し、空気(図中、Airと記す。)を該O3発生器13に導入する。本実施例のH2製造装置により、空気からO3を発生させることで、オゾン反応した燃料が水と反応しやすくなり、後述する比較例1に示す通常のSR反応に比べて改質性能を促進させることができる。その結果、低温域(500℃以下)において、改質性能を向上することができる。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, a discharge type O 3 generator 13 is installed in the front stage of the
放電式のO3発生器13により、空気中のO2は3O2→2O3の反応により一部O3となる。そのO3濃度は、約3%程度であり、放電式のO3発生器13への空気供給量を0.78m3N/hとした場合、O3発生量は約30kg/hである。また、その際の放電式のO3発生器13における電力消費量は1kg/hのO3を発生させるのに約30kW必要である。 O 2 in the air is partially converted to O 3 by the reaction of 3O 2 → 2O 3 by the discharge type O 3 generator 13. The O 3 concentration is about 3%, and when the amount of air supplied to the discharge-type O 3 generator 13 is 0.78 m 3 N / h, the amount of O 3 generated is about 30 kg / h. In addition, the power consumption in the discharge-type O 3 generator 13 at that time requires about 30 kW to generate 1 kg / h of O 3 .
燃料電池自動車のように外部電源からの供給が困難な場合、こうした電力は、起動時には補助電源である二次電池やキャパシタから供給され、その後燃料電池で発電されるようになれば、該燃料電池から供給される。よって、燃料電池自動車の場合でも、起動直後からO3の安定供給が可能である。 When it is difficult to supply from an external power source as in a fuel cell vehicle, such power is supplied from a secondary battery or capacitor, which is an auxiliary power source, at startup, and then generated by the fuel cell. Supplied from Therefore, even in the case of a fuel cell vehicle, stable supply of O 3 is possible immediately after startup.
ここで、O3発生器には、主に放電式、電気分解式、紫外線ランプ式(本発明では、放電式に含めるものとする)がある。 Here, the O 3 generator mainly includes a discharge type, an electrolysis type, and an ultraviolet lamp type (in the present invention, included in the discharge type).
本実施形態で用いることのできるO3発生器としては、空気中のO2を3O2→2O3の反応により一部O3とすることができるものであればよく、放電式のものがO3の生産コストが最も安価であり、好適に利用できる。該放電式は、放電の原理から主に無声放電法と沿面放電法を用いたものが利用可能である。 The O 3 generator that can be used in the present embodiment may be any generator that can partially convert O 2 in the air to O 3 by a reaction of 3O 2 → 2O 3. The production cost of No. 3 is the cheapest and can be suitably used. As the discharge type, those using a silent discharge method and a creeping discharge method mainly from the principle of discharge can be used.
かかる放電式のO3発生器では、電圧として数kから1万ボルトの電圧を空気に与えることで、放電による電子が生じ、その電子が、O2を乖離させ、O原子を生じさせる。これにより空気中の酸素の一部をO3に変えることができる。反応式は、下記の通りである。 In such a discharge-type O 3 generator, a voltage of several k to 10,000 volts is applied to the air as a voltage to generate electrons due to the discharge, and the electrons dissociate O 2 to generate O atoms. Thereby, a part of oxygen in the air can be changed to O 3 . The reaction formula is as follows.
即ち、空気を放電式のO3発生器13内で電気放電することによって、上記のようにO3(詳しくはO3+O2混合ガス)を得ることができる。 That is, O 3 (specifically, O 3 + O 2 mixed gas) can be obtained as described above by electrically discharging air in the discharge-type O 3 generator 13.
また、放電式のO3発生器13に導入する空気は、乾燥空気の方がよい。そのため、放電式のO3発生器13の手前に更に除湿装置(図示せず)を設置してもよい。これにより、空気中に含まれる水分を取り除き、乾燥空気を放電式のO3発生器13に送り込むことで、O3濃度を向上させることができる点で有利である。また、空気中の水分から分解したOHラジカルが窒素酸化物から硝酸を生成し、放電式のO3発生器13の電極を劣化させるのを抑制することができ、部品の補修や交換頻度が低減できる点でも有利である。 The air introduced into the discharge type O 3 generator 13 is preferably dry air. Therefore, a dehumidifier (not shown) may be further installed in front of the discharge type O 3 generator 13. Thereby, it is advantageous in that the O 3 concentration can be improved by removing moisture contained in the air and sending dry air to the discharge-type O 3 generator 13. In addition, it is possible to prevent OH radicals decomposed from moisture in the air from generating nitric acid from nitrogen oxides and deteriorating the electrodes of the discharge-type O 3 generator 13, reducing the frequency of repair and replacement of parts. This is also advantageous.
次に、放電式のO3発生器13で発生したO3の一部は、O3発生器13と改質器11との間で水(図中、H2O(l)と記す。括弧内のlは液体を表す。)に溶解させることにより、オゾン水(O3含有水ともいう)となる。詳しくは、図1に示すように、O3発生器13で発生したO3を含むガス(以下、O3含有ガスともいう。主に、O3、O2、N2ガス)に対して、O3発生器13と改質器11との間の配管経路上に水を、例えば、ミスト状にして噴霧する(吹き付ける)などして気液(並流ないし向流)接触させて、O3を水に溶解させる。かかる方法では、配管経路内を通過するO3含有ガス流量に応じて噴霧する(吹き付ける)水分量を調節することができるため、水に溶存するO3濃度をほぼ一定に保つことができる。ただし、本発明では、上記方法に制限されるものではなく、水槽内にO3含有ガスを吹き込んで(バブリングさせて)溶解してもよいなど、従来公知の各種の溶解法が適用可能である。
Then, a part of the O 3 generated in the discharge type of O 3
その後、例えば、気液分離部15などを設けておき、オゾン水(O3含有水)と、O3溶解処理後のO3含有ガス(主に、O2、N2ガスであるが、未溶解O3ガスを含む。)とに分離する。O3溶解処理後のO3含有ガスは、系外に排気し、その後、触媒により、O3を取り除く改質システムとなっている。このようにする理由としては、O3溶解処理後のO3含有ガス中にはO3だけでなく、酸素、窒素も存在する。そのため、これらのガス成分を改質器11に導入する場合には、H2を希釈してしまいH2収率を下げてしまう。このためにガス成分を排気することにしたものである。なお、上記触媒としては、O3を分解することができるものであれば、従来公知のものを用いることができるなど、特に制限されるものではない。具体的には、貴金属はPt、Pd、Rh、添加物として金属酸化物はMn、Co、Cu、Fe、Ni、Ag、基材としてγ-Al2O3、SiO2、TiO2などが用いられている。なお、O3を取り除くとしたのは、O3による環境汚染(大気汚染)を防止するためである。
Then, for example, it may be provided such as gas-
一方、オゾン水は、改質器11中の改質触媒に導入される間にヒーター等で熱せられ、H2O(g)+O3(g)となる。改質器11の手前で、燃料ガス(図中、fuel(g)と記す。括弧内のgは気体を表す。)を送り込み、改質器11中の改質触媒で燃料、H2O、O3を反応させる。反応の大部分はSR反応であるが、O3がその反応をアシストする。これにより、メタノール、メタン、ガソリンなどの燃料から、高いH2収率にて水素を含有するガスを発生させることができる。
On the other hand, the ozone water is heated by a heater or the like while being introduced into the reforming catalyst in the
ここでのO3の役割は、以下の点だと考えられる。 The role of O 3 here is considered to be as follows.
O3は、O2より反応性が高いため、燃料の一部のC−C結合を切断し、より改質されやすい状態にする。もしくはO3と交じり合い、反応し、含酸素化合物のようになることで、より改質されやすくなるという効果がある。そのため、水と反応しやすくなり、改質される燃料が増える。 Since O 3 is more reactive than O 2, it breaks some of the C—C bonds of the fuel to make it more easily reformed. Alternatively, it is effective to be more easily modified by being mixed with O 3 and reacting to become an oxygen-containing compound. Therefore, it becomes easy to react with water and the fuel to be reformed increases.
以上のことにより改質性能が向上すると考えられる。ここで、改質性能とは具体的には以下のことを表す。 It is thought that the reforming performance is improved as described above. Here, the reforming performance specifically represents the following.
燃料転化率の向上、低温(500℃以下)での転化率の向上、H2選択性の向上、CO及びCH4の低減である。燃料転化率の向上及び500℃以下の低温転化率の向上に関しては、O3はO2より反応性が高いために燃料がより反応しやすくなるという効果と、O3と交じり合い、反応し、含酸素化合物のようになることで、より改質されやすくなるという効果がある。一般に、イソオクタンなどの酸素を有していない炭化水素はエタノール、メタノールなどの化合物に比べると反応性が悪いことが知られている。また、H2選択性の向上及び、CO及びCH4の低減であるが、これも含酸素化合物には特徴的で、一般に、メタノールなどの含酸素化合物はCuやPd/ZnOなどの触媒を使用すると、CO、CH4が低減されてH2選択性が向上することが知られている。従って、O3を燃料と反応させて、含酸素化合物のような燃料にすることで、CO、CH4が低減されて、H2選択性が向上すると考えられる。 Improvement of fuel conversion rate, improvement of conversion rate at low temperature (500 ° C. or less), improvement of H 2 selectivity, reduction of CO and CH 4 . Regarding the improvement of the fuel conversion rate and the improvement of the low temperature conversion rate of 500 ° C. or less, the reaction of O 3 is more reactive than O 2, and the effect that the fuel becomes easier to react, and O 3 is mixed and reacted. By becoming like an oxygen-containing compound, there exists an effect that it becomes easier to modify | reform. In general, it is known that hydrocarbons having no oxygen such as isooctane are less reactive than compounds such as ethanol and methanol. In addition, the improvement of H 2 selectivity and the reduction of CO and CH 4 are also characteristic for oxygen-containing compounds. Generally, oxygen-containing compounds such as methanol use a catalyst such as Cu or Pd / ZnO. Then, it is known that CO and CH 4 are reduced and H 2 selectivity is improved. Therefore, it is considered that CO 3 and CH 4 are reduced and H 2 selectivity is improved by reacting O 3 with the fuel to obtain a fuel such as an oxygen-containing compound.
ここで、本発明に用いることのできる燃料としては、炭化水素系燃料であればよく、特に制限されるものではない。例えば、炭化水素がCH4、C2H6、C3H8等のパラフィン類;ベンゼン、トルエン等の芳香族類;C2H4、C3H6等のオレフィン類;ナフラン類;さらにガソリン、灯油、軽油等の混合物あるいはメタノール、エタノール等のアルコール類などが挙げられる。 Here, the fuel that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a hydrocarbon-based fuel. For example, paraffins with hydrocarbons such as CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 ; aromatics such as benzene and toluene; olefins such as C 2 H 4 , C 3 H 6 ; nafurans; , A mixture of kerosene, light oil or the like, or an alcohol such as methanol or ethanol.
なお、本実施例では燃料改質器11とO3発生器13の間にH2O(g)+O3(g)と燃料ガスを適当な配合比となるように調整して混合している。これはH2O(g)+O3(g)と燃料を予め混合していないと、改質反応としての効果が落ちる。そのため、燃料改質器11への直接導入ではなく、燃料改質器11とO3発生器13の間に混合しておくことが望ましい。
In this embodiment, H 2 O (g) + O 3 (g) and fuel gas are adjusted and mixed between the
上記燃料改質器11には、例えば、後述する比較例1と同様に、通常のSR反応に用いられる改質触媒を有する燃料改質器を利用できるが、一部、酸素源としてO3を含むため、ATR反応に用いられる改質触媒を有する燃料改質器を利用してもよい。
As the
上記燃料改質器11に用いられる改質触媒としては、特に制限されるものではなく、燃料の種類ごとに、従来の燃料改質器で用いられているものと同様の数多くの改質触媒をそのまま適用できるものである。例えば、上記メタンを燃料として改質反応を行う場合を例にとれば、上記したCO、CH4を低減しH2選択性を向上し得るCuやPd/ZnOなどの触媒、特開2000−126595号公報(特許文献1)に記載の熱応答性に優れる炭化水素改質触媒であるTi、Al、Si、Zr、Ni、Fe、Co、Cu、Zn、Pt、Pd、Ru及びRhから選ばれる少なくとも一種の触媒を金属ハニカム担体上に被覆してなるもの、特開2002−126522号公報などに記載のRu、Rh、Ir、NiをAl2O3やZrO2担体に含浸し、耐熱性酸化物からなる助触媒成分にZrO2、MgOを用いたものなどの炭化水素改質触媒など、更にはこれらを適宜組み合わせたものなどを用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。即ち、本発明では、燃料改質器に用いる触媒を、本発明のO3含有原料(燃料+水+O3、更に後述する実施例4に示すようにO2を含む態様もある。)に合わせて新たに開発する必要がない点で有利である。好ましくはO3による改質効果のより高い触媒種を適宜選択して用いることが望ましい。但し、本発明では、O3改質効果のより高い触媒種として、既存の触媒種の組合せや複合化や配合比率等の設計変更等による改良、あるいは全く新しい触媒種の開発等により得られたものを用いてもよいことは言うまでもない。
The reforming catalyst used in the
同様に、反応温度や空間速度などに関しても、主にSR反応による従来の燃料改質器で行われている条件を適用できるが、よりO3改質効果が高くなるように、適宜調整してもよい。即ち、主にSR反応による燃料改質器11での反応温度は、燃料や触媒種などに応じて従来同様に調整すればよく、起動直後から昇温(ヒートアップ)し、200〜500℃の低温域から装置を稼動させ、その後定常時には500〜800℃の高温域で安定化するように制御するのが一般的であるが、本発明では、上記した通り、500℃以下の低温域でも良好な改質性能を発現できることから、従来よりも低温域で運転してもよいといえる。また、空間速度に関しても、従来と同様に調整すればよく、GHSV(Gas Hourly Space Velocity;排ガス空間速度)=排ガス量(m3N/h)/触媒量(m3)=1000〜300000(1/h)の範囲であればよく、この範囲内で制御するのが望ましい。ただし、起動時などは、上記範囲に制限されることなく、すばやく定常状態に移行できるように制御してもよいなど、装置の運転状況(起動時、定常時、停止時など)に応じて制御する。また、改質器やオゾン発生器(更には、後述する除湿装置、シフト反応器、prox反応器、燃料電池等)には、温度や空間速度のほか、湿度、ガス組成(ガス濃度)、ガス流量(流速)、圧力等が制御可能なようにヒータやポンプ等のほか、これらの制御装置、例えば、温度、湿度、圧力、流量、ガスセンサ等の検出部(計測部)、演算処理部(調節部)、ノズル、バルブ等の操作部などが付設されていてもよい。
Similarly, with respect to the reaction temperature and the space velocity, can be mainly applied conditions taking place in conventional fuel reformer by SR reaction, more O 3 as modification effect becomes high, by appropriately adjusting Also good. That is, the reaction temperature in the
本実施例のH2製造装置では、上記燃料改質器11と放電式のO3発生器13の装置構成を備えてなるものであればよい。すなわち、本実施例のH2製造装置では、燃料改質器11の前段にO3発生器13が設けられており、O3発生器13に空気を導入できる装置構成を有している。さらに燃料改質器11とO3発生器13の間に、該O3発生器13で発生したO3をH2Oに溶解させ、得られたオゾン水を加熱気化し、これに燃料ガスを導入し、燃料改質器11に供給できる装置構成を有している。さらに、O3溶解処理後のO3含有ガスを系外に排気できる装置構成を有しているものであればよい。
In the H 2 manufacturing apparatus of the present embodiment, any apparatus having the
尚、本実施例では、上記H2製造装置を組み込んだ、燃料電池システムの概要を簡略化して示しているが、本発明のH2製造装置は、これら燃料電池システムへの適用のみに制限されるものではない。本実施例の燃料電池システムでは、上記H2製造装置の燃料改質器11の後部に、シフト反応器17、prox反応器19、燃料電池21が設けられている。また、燃料改質器11とシフト反応器17の間にH2O(g)を導入できる装置構成を有しており、シフト反応器17とprox反応器19の間、prox反応器19と燃料電池21の間に空気(酸素含有ガス)を導入できる装置構成を有してなるものである。
In this embodiment, the outline of the fuel cell system in which the H 2 manufacturing apparatus is incorporated is shown in a simplified manner. However, the H 2 manufacturing apparatus of the present invention is limited to application to these fuel cell systems. It is not something. In the fuel cell system of the present embodiment, a
本実施例に示す燃料電池システムでは、上記H2製造装置により燃料から水素を含有するガスを発生させた後、H2製造装置からの水素を含有するガスに、H2O(g)を導入してシフト反応器15に送り、シフト反応(CO+H2O→CO2+H2)を行い、水素含有ガス中のCO濃度を低減し、同時に水素を生成する。
In the fuel cell system shown in the present embodiment, after generating a gas containing hydrogen from the fuel by the H 2 production apparatus, the gas containing hydrogen from H 2 production apparatus, H 2 O introduced (g) Then, the gas is sent to the
本発明の上記H2製造装置を組み込んだ燃料電池システムでは、該H2製造装置から出てくる水素を含有するガス組成は、オゾンによる改質性能の向上によりその濃度は異なるものの、ガス種は従来の燃料改質器の場合と変わらない。そのため、後部に設けるシフト反応器17やprox反応器19の装置構成(触媒種や触媒形状等)、反応温度、空間速度等に関しては、特に変更・改良を加えなくとも十分に適用するころができる利点を有する。
In the fuel cell system incorporating the above-described H 2 production apparatus of the present invention, the gas composition containing hydrogen coming out of the H 2 production apparatus differs in concentration due to the improvement of the reforming performance by ozone, but the gas type is It is not different from the conventional fuel reformer. Therefore, the apparatus configuration (catalyst type, catalyst shape, etc.), reaction temperature, space velocity, etc. of the
また、いずれの炭化水素燃料を用いても改質反応を行うことで、副生成物として一酸化炭素(CO)を生成する。即ち、燃料のメタノール、メタン、ガソリンなどを従来の燃料改質器にて改質反応(主にSR反応)して水素を含有するガスを製造した場合、副生成物として1〜25%程度のCOが生成する。しかしながら、本実施例では、改質性能の向上によりCO濃度が低減できるため、後部のシフト反応器17やprox反応器19への負荷が軽くてよい。そのため、触媒寿命の改善も図られ、メンテナンス(交換期間)頻度も低減可能となるなど、本発明のH2製造装置を組み込むことによる燃料電池システムへの波及的な効果も得られる点で有利である。
Moreover, carbon monoxide (CO) is produced | generated as a by-product by performing reforming reaction even if it uses any hydrocarbon fuel. That is, when a gas containing hydrogen is produced by reforming reaction (mainly SR reaction) of methanol, methane, gasoline, etc. of fuel with a conventional fuel reformer, about 1 to 25% as a by-product is produced. CO is generated. However, in this embodiment, since the CO concentration can be reduced by improving the reforming performance, the load on the
次にシフト反応器17からのCO濃度が低減された水素含有ガスに空気(酸素含有ガス)を導入してprox(COの選択酸化除去)反応器19に送り、燃料電池のPt触媒電極を被毒するCOの選択酸化除去反応を行い、CO濃度を燃料電池に使用可能なレベルである100ppm以下、好ましくは10ppm以下にまで低減する。こうして得られた高純度の水素含有ガスと空気(酸素含有ガス)とを、燃料電池21の燃料極と空気極とにそれぞれ供給する。
Next, air (oxygen-containing gas) is introduced into the hydrogen-containing gas with reduced CO concentration from the
(比較例1)
比較例1では、従来の代表的なH2製造装置の1例として、通常のSR反応を利用した燃料改質器を用いた比較実施形態を説明する。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a comparative embodiment using a fuel reformer using a normal SR reaction will be described as an example of a conventional representative H 2 production apparatus.
図8は、通常のSR反応を利用した燃料改質器を用いた燃料電池システムを概要を模式的に表したものである。 FIG. 8 schematically shows an outline of a fuel cell system using a fuel reformer utilizing a normal SR reaction.
図8では、上記H2製造装置として燃料改質器11を用い、その後部に、シフト反応器17、prox反応器19、燃料電池21が設けられている。燃料改質器11には直接、燃料及び水を導入できる装置構成を有している。更に、燃料改質器11とシフト反応器17の間にH2O(g)を導入できる装置構成を有しており、シフト反応器17とprox反応器19の間、prox反応器19と燃料電池21の間に空気(酸素含有ガス)を導入できる装置構成を有してなるものである。
In FIG. 8, a
本比較例に示す燃料改質器11を用いた燃料電池システムでは、H2製造装置に燃料及び水を導入することで、上記反応式(2)に示すSR反応を行い、燃料から水素を含有するガスを発生させる。本比較例の燃料電池システムでは、該燃料改質器11から出てくる水素を含有するガス組成としては、上記したように、例えば、燃料のメタノール、メタン、ガソリンなどを既存の燃料改質器にてSR反応して水素を含有するガスを製造しても、オゾンによる改質性能向上効果が得られないため、低温(500℃以下)域での改質効果は十分でなく、また、高温域で反応を行うことで十分な改質効果(高いH2収率)が得られるが、従来通り副生成物として1〜25%程度のCOが生成する。そこで、燃料改質器11からの水素含有ガスに、H2O(g)を導入してシフト反応器17に送り、シフト反応(CO+H2O→CO2+H2)を行い、水素含有ガス中のCO濃度を低減し、同時に水素を生成する。更にシフト反応器17からのCO濃度が低減された水素含有ガスに空気(酸素含有ガス)を導入してprox(COの選択酸化除去)反応器19に送り、燃料電池21のPt触媒電極を被毒するCOの選択酸化除去反応を行い、CO濃度を燃料電池21に使用可能なレベルである10〜100ppm程度まで低減する。こうして得られた高純度の水素含有ガスと空気(酸素含有ガス)とを、燃料電池21の燃料極と空気極とにそれぞれ供給する。
In the fuel cell system using the
本比較例では、上記実施例1と異なり、起動直後からのオゾンによる改質性能向上効果が得られない。そのため、起動直後の500℃以下の低温域では、燃料改質器11で十分な改質ガスが生成できない。その結果、該改質ガス(水素ガス)を原料とする燃料電池21では水素供給不足により大きな発電量を生み出せない。そのため該燃料電池21では、自動車を始動、加速させる際に必要なモータ駆動力を得るための電力を十分に供給することができない。その結果、こうした起動直後の燃料電池からの電力不足を賄う為だけに大容量の補助電源(二次電池やキャパシタ)を搭載する必要があり、広い車内空間を提供するのが困難となっていた。あるいは500℃超の高温域になるまでの十数秒間は、自動車を発進させることができなかった。本実施例では、こうした待機時間や大容量の補助電源を搭載する必要がなくなるという点でも極めて有用であるといえる。また、本比較例では、上記実施例1と異なり、O3を燃料と反応させて、含酸素化合物のような燃料にすることもできないため、CO、CH4の低減効果やH2選択性の向上効果も得られにくい。
In this comparative example, unlike the first embodiment, the reforming performance improvement effect by ozone immediately after startup cannot be obtained. Therefore, sufficient reformed gas cannot be generated by the
第2の実施形態(実施例2)
実施例2では、燃料から水素を含有するガスを発生するH2製造装置の第2の実施形態として、改質器の前部にオゾン発生器(放電式)を備え、空気を該オゾン発生器に導入し、該オゾン発生器で発生したオゾンを、該オゾン発生器と改質器との間で燃料に溶解させ、改質器に導入することを特徴とするH2製造装置の具体的な実施態様につき説明する。
Second Embodiment (Example 2)
In Example 2, as a second embodiment of the H 2 production apparatus that generates hydrogen-containing gas from fuel, an ozone generator (discharge type) is provided at the front of the reformer, and air is supplied to the ozone generator. was introduced into the ozone generated by said ozone generator, dissolved in the fuel between the ozone generator and the reformer, concrete of H 2 production apparatus characterized by introducing the reformer The embodiment will be described.
実施例2では、装置構成上、実施例1のH2製造装置とほとんど同様であるが、異なる点は、O3発生器で発生したO3を、液体の水ではなく液体の燃料(l)に溶解させ、その後、オゾン燃料に、燃料ガスではなくガス化したH2O(g)を加えることのできる装置構成が設けられている点である。これらの点を除いては、実施例1のH2製造装置と同様の装置構成である。従って、本実施例では、H2製造装置以外の燃料電池システムに関しては、図面も含め、その説明は省略する。 In Example 2, the device configuration is almost same with H 2 production apparatus of Example 1, differs from, O 3 and O 3 generated by the generator, the fuel liquid rather than liquid water (l) dissolved in, then the ozone fuel is that device configuration that can be added to H 2 O (g) gasified rather than fuel gas. Except for these points, the apparatus configuration is the same as that of the H 2 manufacturing apparatus of the first embodiment. Therefore, in this embodiment, the description of the fuel cell system other than the H 2 manufacturing apparatus, including the drawings, is omitted.
図2は、本発明のH2製造装置の第2の実施形態の概要を模式的に表したものである。 FIG. 2 schematically shows an outline of the second embodiment of the H 2 production apparatus of the present invention.
図2に示すように、本実施形態のH2製造装置では、空気を該O3発生器13に導入し、O3を発生させる。この点は、実施例1で説明したとおりである。 As shown in FIG. 2, with H 2 producing apparatus of this embodiment, by introducing air into the O 3 generator 13 to generate O 3. This point is as described in the first embodiment.
次に、本実施形態では、放電式のO3発生器13で発生したO3の一部は、O3発生器13と改質器11との間で燃料(図中、fuel(l)と記す)に溶解させることにより、オゾン燃料(溶液)となる。詳しくは、O3発生器13で発生したO3含有ガスに対して、O3発生器13と改質器11との間の配管経路上に燃料を、例えば、ミスト状にして噴霧する(吹き付ける)などして気液(並流ないし向流)接触させて、O3を燃料に溶解させる。かかる方法では、配管経路内を通過するO3含有ガス流量に応じて噴霧する(吹き付ける)燃料供給量を調節することができるため、燃料に溶存するO3濃度をほぼ一定に保つことができる。ただし、本発明では、上記方法に制限されるものではなく、燃料槽内にO3含有ガスを吹き込んで(バブリングさせて)溶解してもよいなど、従来公知の各種の溶解法が適用可能である。
Next, in this embodiment, a part of O 3 generated by the discharge-type O 3 generator 13 is fuel (fuel (l) in the figure) between the O 3 generator 13 and the
その後、例えば、気液分離部15などを設けておき、オゾン燃料と、O3溶解処理後のO3含有ガスとに分離する。O3溶解処理後のO3含有ガスは、系外に排気する。一方、オゾン燃料は、改質器11中の改質触媒に導入される間にヒーター等で熱せられ、Fuel(g)+O3(g)となる。改質器11の手前で、水をガス成分(図中、H2O(g)と記す。)として送り込み、改質器11中の改質触媒で燃料、H2O、O3を反応させる。反応の大部分はSR反応であるが、O3がその反応をアシストする。これにより、メタノール、メタン、ガソリンなどの燃料から、高いH2収率にて水素を含有するガスを発生させることができる。
Then, for example, may be provided such as gas-
特に、実施例1では、水にオゾンを溶解させ、燃料はガス成分で供給していたが、本実施例2では燃料にオゾンを溶解させて、水をガス成分として送り込むものである。一般に水のオゾン溶解度に比べて、燃料のオゾン溶解度の方が高い。例えば、イソオクタンは0℃において分配係数D=1.5であるが、水のオゾン溶解度は0℃において分配係数D=0.49である。これはイソオクタンの方が、水に比べて、約3倍オゾンが溶解しやすいことを示している。従って、改質器11の改質触媒に導入されるO3量は、実施例1に比べて約3倍増加し、改質性能も増加する。さらに効果はそれだけでなく燃料が液体の状態でオゾンと交じり合うために、実施例1に比べてオゾンと燃料との反応性が飛躍的に増加し、改質性能も向上する点で有利である。その結果、本実施例では、500℃以下の低温域においても良好な改質性能を発現できる。
In particular, in Example 1, ozone was dissolved in water and the fuel was supplied as a gas component, but in Example 2, ozone was dissolved in the fuel and water was sent as a gas component. In general, the ozone solubility of fuel is higher than the ozone solubility of water. For example, isooctane has a partition coefficient D = 1.5 at 0 ° C., but the ozone solubility of water has a partition coefficient D = 0.49 at 0 ° C. This indicates that isooctane is about 3 times easier to dissolve ozone than water. Therefore, the amount of O 3 introduced into the reforming catalyst of the
第3の実施形態(実施例3)
実施例3では、燃料から水素を含有するガスを発生するH2製造装置の第3の実施形態として、改質器の前部にオゾン発生器(放電式)を備え、空気を該オゾン発生器に導入し、該オゾン発生器で発生したオゾンを、該オゾン発生器と改質器との間で燃料と水に溶解させ、改質器に導入することを特徴とするH2製造装置の具体的な実施態様につき説明する。
Third Embodiment (Example 3)
In Example 3, as a third embodiment of the H 2 production apparatus that generates hydrogen-containing gas from fuel, an ozone generator (discharge type) is provided at the front of the reformer, and air is supplied to the ozone generator. The H 2 production apparatus is characterized in that the ozone generated in the ozone generator is dissolved in fuel and water between the ozone generator and the reformer and introduced into the reformer. A specific embodiment will be described.
実施例3では、装置構成上、実施例1のH2製造装置とほとんど同様であるが、異なる点は、O3発生器で発生したO3を水だけではなく、水と燃料(水と燃料の混合溶液を含む)に溶解させ、その後、燃料ガスを加えることなくオゾン水とオゾン燃料を改質器に導入する装置構成が設けられている点である。これらの点を除いては、実施例1のH2製造装置と同様の装置構成である。従って、本実施例では、H2製造装置以外の燃料電池システムに関しては、図面も含め、その説明は省略する。 In Example 3, devices on configuration is almost same with H 2 producing apparatus of the first embodiment, is different from, rather than the O 3 generated in the O 3 generator only water, water and fuel (water and fuel In which the ozone water and the ozone fuel are introduced into the reformer without adding the fuel gas. Except for these points, the apparatus configuration is the same as that of the H 2 manufacturing apparatus of the first embodiment. Therefore, in this embodiment, the description of the fuel cell system other than the H 2 manufacturing apparatus, including the drawings, is omitted.
図3は、本発明のH2製造装置の第3の実施形態の概要を模式的に表したものである。 FIG. 3 schematically shows the outline of the third embodiment of the H 2 production apparatus of the present invention.
図3に示すように、本実施形態のH2製造装置では、空気を該O3発生器13に導入し、O3を発生させる。この点は、実施例1で説明したとおりである。 As shown in FIG. 3, with H 2 producing apparatus of this embodiment, by introducing air into the O 3 generator 13 to generate O 3. This point is as described in the first embodiment.
次に、本実施形態では、放電式のO3発生器13で発生したO3の一部は、O3発生器13と改質器11との間で、水(l)と燃料(l)に溶解させることにより、オゾン水とオゾン燃料(溶液)となる。詳しくは、O3発生器13で発生したO3含有ガスに対して、O3発生器13と改質器11との間の配管経路上に水と燃料とを、例えば、ミスト状にして噴霧する(吹き付ける)などして気液(並流ないし向流)接触させて、O3を水と燃料に溶解させる。かかる方法では、配管経路内を通過するO3含有ガス流量に応じて噴霧する(吹き付ける)水分量及び燃料供給量を調節することができるため、水と燃料に溶存するO3濃度をほぼ一定に保つことができる。また、この際の水と燃料との配合比率は、改質器11に導入する際の混合比率と同様にしておくのが望ましい。ただし、本発明では、上記方法に制限されるものではなく、水と燃料の入った槽内にO3含有ガスを吹き込んで(バブリングさせて)溶解してもよいなど、従来公知の各種の溶解法が適用可能である。ここで、水と燃料とが任意の比率で溶解し得る場合には、予め水と燃料を混合した燃料水を調整しておき、これにO3を溶解させてもよい。また、水と燃料とが難溶ないし不溶であり、水相と燃料相の2相に分離するような場合には、図3に示すように、O3を水と燃料に別々に溶解させてもよい。この場合、O3の溶解性の高い燃料に溶解させた後、水に溶解させるようにするのが望ましいが、同時に行っても良いし、また水、燃料に順に溶解させても良いなど、特に制限されるものではない。
Next, in the present embodiment, a part of O 3 generated by the discharge-type O 3 generator 13 is water (l) and fuel (l) between the O 3 generator 13 and the
その後、例えば、気液分離部15などを設けておき、オゾン水及びオゾン燃料(オゾン燃料水であってもよい)と、O3溶解処理後のO3含有ガスとに分離する。O3溶解処理後のO3含有ガスは、系外に排気する。一方、オゾン水及びオゾン燃料(オゾン燃料水であってもよい)は、改質器11中の改質触媒に導入される間にヒーター等で熱せられ、H2O(g)+Fuel(g)+O3(g)となる。これらを改質器11に送り込み、改質器11中の改質触媒で燃料、H2O、O3を反応させる。反応の大部分はSR反応であるが、O3がその反応をアシストする。これにより、メタノール、メタン、ガソリンなどの燃料から、高いH2収率にて水素を含有するガスを発生させることができる。
Then, for example, may be provided such as gas-
実施例1、2では、燃料もしくは水は一方が液体で導入されてオゾンがそれに溶解するが、もう一方は気体で導入されて改質器に送り込まれる。しかしながら、本実施例のように、燃料も水もどちらも液体で導入してもよく、少なくとも、実施例1と比較して改質性能が増加する。何故ならば、一般的に燃料は水よりオゾンの溶解度が高い。従って、燃料と水が混じった溶液は水単独の状態よりオゾンの溶解度が高い。即ち、水と燃料が溶解した溶液中に溶存するオゾンは、実施例1に比べて増加する。そのため、燃料と反応するオゾンの量が実施例1に比べて増加する。さらに燃料が液体(体積が小さい)状態でオゾンと接触するため、燃料とオゾンの反応性が増加し、実施例1に比べて改質反応を促進させることができる。その結果、本実施例でも、500℃以下の低温域においても良好な改質性能を発現できる。
In Examples 1 and 2, one of the fuel and water is introduced as a liquid and ozone is dissolved therein, while the other is introduced as a gas and sent to the reformer. However, as in the present embodiment, both fuel and water may be introduced in liquid form, and at least the reforming performance is increased as compared with
第4の実施形態(実施例4)
実施例4では、燃料から水素を含有するガスを発生するH2製造装置の第4の実施形態として、O3発生器から出てきたO3含有ガスからO3を水および/または燃料に溶解した後のO3含有ガスの一部を改質器に導入することを特徴とするH2製造装置の具体的な実施態様につき説明する。
Fourth Embodiment (Example 4)
In Example 4, a fourth embodiment of the H 2 production apparatus for generating a gas containing hydrogen from the fuel, dissolved from the O 3 containing gas coming out of the O 3 generator O 3 in water and / or fuel A specific embodiment of the H 2 production apparatus characterized in that a part of the O 3 -containing gas after being introduced into the reformer will be described.
即ち、実施例4では、装置構成上、実施例3のH2製造装置とほとんど同様であるが、異なる点は、O3発生器から出てきたO3含有ガスからO3を水と燃料とに溶解した後のO3含有ガスの一部を改質器に導入する装置構成が設けられている点である。かかる装置構成を有することで、燃料もしくは水に溶解しない一部のオゾンガス(他のガス成分を含む)を改質器中の改質触媒に適量供給することができ、改質性能を向上させられる。これらの点を除いては、実施例3のH2製造装置と同様の装置構成である。従って、本実施例では、H2製造装置以外の燃料電池システムに関しては、図面も含め、その説明は省略する。 That is, in Example 4, devices on configuration is almost same with H 2 production apparatus of the third embodiment, differs from the O 3 from O 3 containing gas coming out of the O 3 generator, water and fuel some of the O 3 containing gas was dissolved in in that the device configured to be introduced into the reformer is provided. By having such an apparatus configuration, an appropriate amount of a part of ozone gas (including other gas components) that does not dissolve in fuel or water can be supplied to the reforming catalyst in the reformer, and the reforming performance can be improved. . Except for these points, the apparatus configuration is the same as that of the H 2 manufacturing apparatus of the third embodiment. Therefore, in this embodiment, the description of the fuel cell system other than the H 2 manufacturing apparatus, including the drawings, is omitted.
図4は、本発明のH2製造装置の第3の実施形態の概要を模式的に表したものである。 FIG. 4 schematically shows the outline of the third embodiment of the H 2 production apparatus of the present invention.
図4に示すように、本実施形態のH2製造装置では、空気を該O3発生器13に導入し、O3を発生させる。この点は、実施例1で説明したとおりである。 As shown in FIG. 4, with H 2 producing apparatus of this embodiment, by introducing air into the O 3 generator 13 to generate O 3. This point is as described in the first embodiment.
次に、放電式のO3発生器13で発生したO3の一部は、O3発生器13と改質器11との間で、水(l)と燃料(l)に溶解させることにより、オゾン水とオゾン燃料(溶液)となる。詳しくは、O3発生器13で発生したO3含有ガスに対して、O3発生器13と改質器11との間の配管経路上に水と燃料とを、例えば、ミスト状にして噴霧する(吹き付ける)などして気液(並流ないし向流)接触させて、O3を水と燃料に溶解させる。かかる方法では、配管経路内を通過するO3含有ガス流量に応じて噴霧する(吹き付ける)水分量及び燃料供給量を調節することができるため、水と燃料に溶存するO3濃度をほぼ一定に保つことができる。また、この際の水と燃料との配合比率は、改質器11に導入する際の混合比率と同様にしておくのが望ましい。ただし、本発明では、上記方法に制限されるものではなく、水と燃料の入った槽内にO3含有ガスを吹き込んで(バブリングさせて)溶解してもよいなど、従来公知の各種の溶解法が適用可能である。ここで、水と燃料とが任意の比率で溶解し得る場合には、予め水と燃料を混合した燃料水を調整しておき、これにO3を溶解させてもよい。また、水と燃料とが難溶ないし不溶であり、水相と燃料相の2相に分離するような場合には、図3に示すように、O3を水と燃料に別々に溶解させてもよい。この場合、O3の溶解性の高い燃料に溶解させた後、水に溶解させるようにするのが望ましいが、同時に行っても良いし、また水、燃料に順に溶解させても良いなど、特に制限されるものではない。
Next, a part of O 3 generated by the discharge-type O 3 generator 13 is dissolved in water (l) and fuel (l) between the O 3 generator 13 and the
その後、例えば、気液分離部15などを設けておき、オゾン水及びオゾン燃料(オゾン燃料水であってもよい)と、O3溶解処理後のO3含有ガスとに分離する。
Then, for example, may be provided such as gas-
本実施形態では、O3溶解処理後のO3含有ガスを全量系外に排気するのではなく、O3溶解処理後のO3含有ガスの一部を改質器11に導入することにしたものである。
In this embodiment, O 3 dissolution treatment O 3 containing gas instead of the exhaust out of the total amount based the later was a part of O 3 containing gas after O 3 dissolving treatment to be introduced into the
実施例1、2、3では燃料および/または水に溶解しないO3に関しては排気し、その後、触媒により、O3を取り除く改質システムとなっている。このようにする理由としては、O3溶解処理後のO3含有ガス中にはO3だけでなく、酸素、窒素も存在する。そのため、これらのガス成分を改質器11に導入する場合には、H2を希釈してしまいH2収率を下げてしまう。このために上記実施例1〜3では、当該ガス成分を排気していた。しかしながら、一部の酸素やオゾンを改質器11に導入することで、反応を促進し、改質性能を向上させることができる。なお、上記触媒としては、O3を分解することができるものであれば、従来公知のものを用いることができるなど、特に制限されるものではない。具体的には、貴金属はPt、Pd、Rh、添加物として金属酸化物はMn、Co、Cu、Fe、Ni、Ag、基材としてγ-Al2O3、SiO2、TiO2などが用いられている。なお、O3を取り除くとしたのは、O3による環境汚染(大気汚染)を防止するためである。しかしながら、本実施例では、一部の酸素やオゾンを改質器に導入することで、反応を促進し、改質性能を向上させることができる。つまり、ガス成分による希釈効果よりも改質性能を向上させることができる効果の方が大きくなるぐらいの適量を改質器11に導入すれば、実施例1、2、3に比較してよりよい改質性能を得られるものである。なお、ここで、必要なのは、一部の酸素やオゾンであるため、こうした一部の酸素やオゾンの透過膜や分離膜を用いて、必要量の酸素やオゾンのみを改質器11に導入しても良い。こうすることで、O3溶解処理後のO3含有ガスの大半を占めるN2ガスによる、H2の希釈をより低減できるためである。なお、改質器に導入されないO3溶解処理後のO3含有ガスは、実施例1〜3と同様にして排気される。その結果、本実施例では、改質器での改質性能をより一層高めることができ、低温域(500℃以下)において改質性能を向上することができる。
In Examples 1, 2, and 3, O 3 that does not dissolve in the fuel and / or water is exhausted, and thereafter, the reforming system removes O 3 with a catalyst. The reason for this is that not only O 3 but also oxygen and nitrogen exist in the O 3 -containing gas after the O 3 dissolution treatment. Therefore, when introducing these gas components into the
一方、オゾン水及びオゾン燃料(オゾン燃料水であってもよい)は、実施例3と同様に、改質器11中の改質触媒に導入される間にヒーター等で熱せられ、H2O(g)+Fuel(g)+O3(g)となる。これらを改質器11に送り込み、改質器11中の改質触媒で燃料、H2O、O3を反応させる。反応の大部分はSR反応であるが、O3がその反応をアシストする。これにより、メタノール、メタン、ガソリンなどの燃料から、高いH2収率にて水素を含有するガスを発生させることができる。
On the other hand, ozone water and ozone fuel (which may be ozone fuel water) are heated by a heater or the like while being introduced into the reforming catalyst in the
本実施例でも、実施例3と同様に燃料も水もどちらも液体で導入する場合には、実施例1と比較して改質性能が増加する。何故ならば、一般的に燃料は水よりオゾンの溶解度が高い。従って、燃料と水が混じった溶液は水単独の状態よりオゾンの溶解度が高い。即ち、水と燃料が溶解した溶液中に溶存するオゾンは、実施例1に比べて増加する。そのため、燃料と反応するオゾンの量が実施例1に比べて増加する。さらに燃料が液体(体積が小さい)状態でオゾンと接触するため、燃料とオゾンの反応性が増加し、実施例1に比べて改質反応を促進させることができる。その結果、本実施例でも、500℃以下の低温域においても良好な改質性能を発現できる。 Also in the present embodiment, when both fuel and water are introduced as liquids as in the third embodiment, the reforming performance is increased as compared with the first embodiment. This is because fuel is generally more soluble in ozone than water. Therefore, a solution in which fuel and water are mixed has higher ozone solubility than that of water alone. That is, ozone dissolved in the solution in which water and fuel are dissolved increases as compared with the first embodiment. Therefore, the amount of ozone that reacts with the fuel increases as compared with the first embodiment. Further, since the fuel comes into contact with ozone in a liquid (small volume) state, the reactivity between the fuel and ozone is increased, and the reforming reaction can be promoted as compared with the first embodiment. As a result, also in this example, good reforming performance can be expressed even in a low temperature range of 500 ° C. or lower.
第5の実施形態(実施例5)
実施例5では、燃料から水素を含有するガスを発生するH2製造装置の第5の実施形態として、改質器の前部にO3発生器(電気分解式)を備え、水を該オゾン発生器に導入し、該O3発生器で発生したO3を、該O3発生器と改質器との間でH2Oに溶解させ、改質器に導入することを特徴とするH2製造装置の具体的な実施態様につき説明する。更に本実施例では、O3発生器から出てきたO3含有ガスからO3を液体の水に溶解した後のO3含有ガスを改質器に導入する装置構成を備えてなるH2製造装置を例にとり説明する。
Fifth embodiment (Example 5)
In Example 5, as a fifth embodiment of the H 2 production apparatus for generating a gas containing hydrogen from fuel, an O 3 generator (electrolytic type) is provided at the front of the reformer, and water is supplied to the ozone. was introduced to the generator, the O 3 generated in the O 3 generator, dissolved in H 2 O at between the O 3 generator and the reformer, characterized in that introduced into the reformer H 2 A specific embodiment of the manufacturing apparatus will be described. Further in this embodiment, H 2 production comprising provided with a device configuration in which O 3 from O 3 containing gas coming out of the O 3 generator introducing O 3 containing gas was dissolved in liquid water to the reformer An apparatus will be described as an example.
即ち、実施例5では、実施例1、2、3、4で用いた放電式のO3発生器ではなく、電気分解式のO3発生器を用いている。従って、本実施例では、H2製造装置以外の燃料電池システム(シフト反応器、prox反応器、燃料電池等)に関しては、上記実施例1と同様であるため、図面も含め、その説明は省略する。 That is, the fifth embodiment uses an electrolytic O 3 generator instead of the discharge O 3 generator used in the first, second, third , and fourth embodiments. Therefore, in the present embodiment, the fuel cell system (shift reactor, prox reactor, fuel cell, etc.) other than the H 2 production apparatus is the same as that in the first embodiment, and the description thereof is omitted including the drawings. To do.
図5は、本発明のH2製造装置の第5の実施形態の概要を模式的に表したものである。 FIG. 5 schematically shows an outline of the fifth embodiment of the H 2 production apparatus of the present invention.
図5に示すように、本実施形態のH2製造装置では、電気分解式のO3発生器23が燃料改質器11の手前に設置されている。これに併せて、水をO3発生器23に導入する装置構成、更には、O3発生器23で得られたO3含有ガスを水に溶解させた後のO3溶解処理後のO3含有ガスを、系外に排気することなく改質器11に導入する装置構成が設けられている点を除いては、第1の実施形態のH2製造装置で説明したと略同様の装置構成である。
As shown in FIG. 5, in the H 2 production apparatus of this embodiment, an electrolysis type O 3 generator 23 is installed in front of the
本実施形態では、燃料改質器11の前段に設置されてなる電気分解式のO3発生器23に液体の水(O3生成用)を導入する。本実施例で用いる電気分解式のO3発生器23では、起動直後から水(O3生成用)からを導入することで、高濃度のO3を発生することができるため、オゾン反応した燃料が水と反応しやすくなり、通常のSR反応に比べて改質性能を促進させることができる。その結果、500℃以下の低温域において、改質性能を向上することができる。特に、以下に述べる点で、実施例1〜4よりも高い改質効果を得ることができる点で有利である。
In the present embodiment, liquid water (for generating O 3 ) is introduced into an electrolysis-type O 3 generator 23 installed at the front stage of the
電気分解式のO3発生器:水を大きな密度で電解すると、H2とO2とO3が発生する。O3発生の反応式は、3H2O→O3+3H2である。O3発生濃度は、約20〜35体積%である。発生量は、水供給量を0.06〜10l/hとした場合、0.1〜1kg/hである。電力消費量は1kg/hのO3を発生させるのに約100kW必要である。 Electrolytic O 3 generator: When water is electrolyzed at a high density, H 2 , O 2 and O 3 are generated. The reaction formula for O 3 generation is 3H 2 O → O 3 + 3H 2 . The O 3 generation concentration is about 20 to 35% by volume. The generated amount is 0.1 to 1 kg / h when the water supply amount is 0.06 to 10 l / h. The power consumption is about 100 kW to generate 1 kg / h O 3 .
即ち、電気分解式と放電式のO3発生器と比べると、1kg/hのO3を発生させるのに必要な消費電力量には以下のような違いがある。 That is, compared with the electrolysis type and discharge type O 3 generators, there is the following difference in the power consumption required to generate 1 kg / h of O 3 .
放電式:1kg/h×3/100(O3濃度3%)→0.03kW・kg/h(電力30kW)
電気分解式:1kg/h×20/100(O3濃度20%)→2kW・kg/h(電力100kW)
このように、電気分解式では電力量は約3倍かかるが、放電式に比べて高濃度(20%)のO3が発生する。高濃度O3になったからといって、水に対する溶解度が格段に向上するわけではない。しかしながら、実施例1、2、3、4と異なり、空気からO3を生成しているわけではないので、N2によるH2の希釈は考慮する必要はない。つまりガスを排気する必要はない。しかもO3発生器23で発生したO3やH2の内、水に溶存しないH2、O3に関しては改質器11の改質触媒に直接導入することができる。従って、水に溶存しないO3までも、使用することができ、かかるO3との反応により改質触媒の反応性をさらに向上することができる。従って、改質性能も実施例1、2、3、4に比べて向上する。
Discharge type: 1 kg / h × 3/100 (O 3 concentration 3%) → 0.03 kW · kg / h (power 30 kW)
Electrolysis type: 1 kg / h × 20/100 (O 3 concentration 20%) → 2 kW · kg / h (power 100 kW)
Thus, although the amount of electric power is about three times higher in the electrolytic method, O 3 having a higher concentration (20%) is generated than in the discharge method. Just because in a high concentration O 3, solubility not significantly improved with respect to water. However, unlike Examples 1, 2, 3, and 4, since O 3 is not generated from air, it is not necessary to consider dilution of H 2 with N 2 . That is, there is no need to exhaust the gas. Moreover Of O 3 or H 2 generated in the O 3 generator 23, with respect to H 2, O 3 is not dissolved in water can be introduced directly into the reforming catalyst of the
尚、電気分解式のO3発生器23に供給する水は、O3発生器23で得られたO3含有ガスを溶存させるのに用いる水と同じ水貯蔵タンクから、その一部を分配して供給してもよい。あるいは、別の水貯蔵タンクを設け、そこから供給してもよい。さらに、燃料電池内の反応で生成する水なども回収して供給するようにしてもよいなど、特に制限されるものではない。
The electrical resolving O 3 water supplied to the
次に、電気分解式のO3発生器23で発生したO3の一部は、O3発生器23と改質器11との間で液体の水(図中、H2O(l)と記す。)に溶解させることにより、オゾン水となる。詳しくは、上記実施例1で説明したとおりである。
Then, part of the O 3 generated by the electrolysis formula O 3 generator 23, in water (FIG liquid between the O 3
その後、例えば、気液分離部15などを設けておき、オゾン水(O3含有水)と、O3溶解処理後のO3含有ガス(主に、H2ガスであるが、未溶解O3ガスを含む。)とに分離する。O3溶解処理後のO3含有ガス組成は、H2とO3であるため、系外に排気することなく改質器11中の改質触媒に導入する。一方、オゾン水は、改質器11中の改質触媒に導入される間にヒーター等で熱せられ、H2O(g)+O3(g)となる。改質器11の手前で、燃料ガス(図中、fuel(g)と記す。)を送り込み、先のO3溶解処理後のO3含有ガスと併せて、改質器11中の改質触媒で燃料、H2O、O3を反応させる(O3溶解処理後のO3含有ガス中のH2は反応に供されない)。反応の大部分はSR反応であるが、O3がその反応をアシストする。これにより、メタノール、メタン、ガソリンなどの燃料から、高いH2収率にて水素を含有するガスを発生させることができる。
Then, for example, may be provided such as gas-
なお、本実施例では、実施例1、2、3、4と異なり、電気分解式のO3発生器23ではH2が相当量に発生するため、それを全量改質器11に導入するのではなく、H2の一部ないし全部を燃料電池の方に直接供給してもよい。電気分解式のO3発生器23で得られるガスからH2を分離回収するには、従来公知の水素分離技術を適宜利用することができる。例えば、水素分離膜などを利用することができる。これはO3含有ガスを水に溶解させる前後のいずれでもよい。
In the present embodiment, unlike the first, second , third , and fourth embodiments, the electrolytic O 3 generator 23 generates a considerable amount of H 2, so that it is introduced into the
第6の実施形態(実施例6)
実施例6では、燃料から水素を含有するガスを発生するH2製造装置の第6の実施形態として、改質器の前部にオゾン発生器(電気分解式)を備え、水を該オゾン発生器に導入し、該オゾン発生器で発生したオゾンを、該オゾン発生器と改質器との間で燃料に溶解させ、改質器に導入することを特徴とするH2製造装置の具体的な実施態様につき説明する。更に本実施例では、O3発生器から出てきたO3含有ガスからO3を液体の燃料に溶解した後のO3含有ガスを改質器に導入する装置構成を備えてなるH2製造装置を例にとり説明する。
Sixth Embodiment (Example 6)
In Example 6, as a sixth embodiment of the H 2 production apparatus for generating a gas containing hydrogen from fuel, an ozone generator (electrolysis type) is provided at the front of the reformer, and water is generated by the ozone. A specific example of the H 2 production apparatus, wherein the ozone generated in the ozone generator and dissolved in the fuel between the ozone generator and the reformer is introduced into the reformer and introduced into the reformer Various embodiments will be described. Furthermore, in this embodiment, H 2 production is provided with an apparatus configuration for introducing O 3 -containing gas after dissolving O 3 into liquid fuel from O 3 -containing gas coming out of the O 3 generator to the reformer. An apparatus will be described as an example.
実施例6では、装置構成上、実施例5のH2製造装置とほとんど同様であるが、異なる点は、電気分解式のO3発生器で発生したO3含有ガスを、液体の水ではなく液体の燃料(l)に溶解させ、その後、オゾン水を加熱してガス化し、これにガス化した燃料を加えるのではなく、オゾン燃料を加熱してガス化し、これにガス化したH2O(g)を加えることのできる装置構成が設けられている点である。これらの点を除いては、実施例5のH2製造装置と同様の装置構成である。従って、本実施例では、H2製造装置以外の燃料電池システムに関しては、図面も含め、その説明は省略する。 Example 6 is almost the same as the H 2 production apparatus of Example 5 in terms of the apparatus configuration, except that the O 3 -containing gas generated by the electrolytic O 3 generator is not liquid water. It is dissolved in the liquid fuel (l), and then the ozone water is heated to gasify it. Instead of adding the gasified fuel to this, the ozone fuel is heated to gasify and gasified H 2 O (G) is the point which the apparatus structure which can add is provided. Except for these points, the apparatus configuration is the same as that of the H 2 manufacturing apparatus of the fifth embodiment. Therefore, in this embodiment, the description of the fuel cell system other than the H 2 manufacturing apparatus, including the drawings, is omitted.
図6は、本発明のH2製造装置の第6の実施形態の概要を模式的に表したものである。 FIG. 6 schematically shows the outline of the sixth embodiment of the H 2 production apparatus of the present invention.
図6に示すように、本実施形態のH2製造装置では、水(液体;主にO3生成用)を電気分解式のO3発生器23に導入し、O3含有ガス(主にO3+H2)を発生させる。この点は、実施例5で説明したとおりである。 As shown in FIG. 6, in the H 2 production apparatus of this embodiment, water (liquid; mainly for O 3 generation) is introduced into an electrolysis-type O 3 generator 23, and an O 3 -containing gas (mainly O 3 is generated). 3 + H 2 ). This point is as described in the fifth embodiment.
次に、本実施形態では、O3発生器23で発生したO3含有ガスの一部は、O3発生器23と改質器11との間で液体の燃料に溶解させることにより、オゾン燃料(溶液)となる。詳しくは、上記実施例2で説明したとおりである。
Then, in the present embodiment, a part of the O 3 containing gas generated in O 3 generator 23, by dissolving in the fuel in the liquid between the O 3 generator 23 and the
その後、例えば、気液分離部15などを設けておき、オゾン燃料と、O3溶解処理後のO3含有ガスとに分離する。O3溶解処理後のO3含有ガス組成は、H2とO3であるため、系外に排気することなく改質器11中の改質触媒に導入する。一方、オゾン燃料は、改質器11中の改質触媒に導入される間にヒーター等で熱せられ、Fuel(g)+O3(g)となる。改質器11の手前で、水をガス成分(図中、H2O(g)と記す。)として送り込み、先のO3溶解処理後のO3含有ガスと併せて、改質器11中の改質触媒で燃料、H2O、O3を反応させる(O3溶解処理後のO3含有ガス中のH2は反応に供されない)。反応の大部分はSR反応であるが、O3がその反応をアシストする。これにより、メタノール、メタン、ガソリンなどの燃料から、高いH2収率にて水素を含有するガスを発生させることができる。
Then, for example, may be provided such as gas-
実施例6では、実施例2にも記したが燃料の方が水よりもO3の溶解度が高い。従って、反応に費やされるO3の量が実施例5に比べて増加する。さらにO3を液体の燃料に溶解させることで、燃料が液体(体積が小さい)状態でO3と接触するため、燃料とO3の反応性が飛躍的に増加し、実施例5に比べて、より改質性能が増大する。そのため本実施例でも、起動時からO3による改質向上効果が得られることから、500℃以下の低温域において改質性能を向上させられる。 In Example 6, as described in Example 2, the solubility of O 3 is higher in fuel than in water. Therefore, the amount of O 3 consumed for the reaction is increased as compared with Example 5. Further, by dissolving O 3 in the liquid fuel, the fuel comes into contact with O 3 in a liquid (small volume) state, and thus the reactivity between the fuel and O 3 is dramatically increased. The reforming performance is further increased. Therefore, also in the present embodiment, the reforming improvement effect by O 3 can be obtained from the time of start-up, so that the reforming performance can be improved in a low temperature range of 500 ° C. or lower.
第7の実施形態(実施例7)
実施例7では、燃料から水素を含有するガスを発生するH2製造装置の第7の実施形態として、改質器の前部に電気分解式のO3発生器を備え、水を該O3発生器に導入し、該O3発生器で発生したO3を、該O3発生器と改質器との間で燃料と水に溶解させ、改質器に導入することを特徴とするH2製造装置の具体的な実施態様につき説明する。更に本実施例では、O3発生器から出てきたO3含有ガスからO3を液体の燃料と水に溶解した後のO3含有ガスを改質器に導入する装置構成を備えてなるH2製造装置を例にとり説明する。
Seventh embodiment (Example 7)
In Example 7, as a seventh embodiment of the H 2 production apparatus for generating a gas containing hydrogen from fuel, an electrolytic O 3 generator is provided at the front of the reformer, and water is supplied to the O 3. H 3 is introduced into a generator, and O 3 generated by the O 3 generator is dissolved in fuel and water between the O 3 generator and the reformer and introduced into the reformer. 2 A specific embodiment of the manufacturing apparatus will be described. Further, in this embodiment, the apparatus has an apparatus configuration for introducing an O 3 -containing gas obtained by dissolving O 3 into liquid fuel and water from the O 3 -containing gas that has come out of the O 3 generator to the reformer. 2 A manufacturing apparatus will be described as an example.
実施例7では、装置構成上、実施例5のH2製造装置とほとんど同様であるが、異なる点は、電気分解式のO3発生器で発生したO3を水だけではなく、水と燃料(水と燃料の混合溶液を含む)に溶解させ、その後、燃料ガスを加えることなくオゾン水とオゾン燃料を改質器に導入する装置構成が設けられている点である。これらの点を除いては、実施例5のH2製造装置と同様の装置構成である。従って、本実施例では、H2製造装置以外の燃料電池システムに関しては、図面も含め、その説明は省略する。 In Example 7, the device configuration is almost same with H 2 production apparatus of Example 5, is different, the O 3 generated by the electrolysis formula O 3 generator not only water, the water and fuel An apparatus configuration is provided in which ozone water and ozone fuel are introduced into the reformer without adding fuel gas after being dissolved in (including a mixed solution of water and fuel). Except for these points, the apparatus configuration is the same as that of the H 2 manufacturing apparatus of the fifth embodiment. Therefore, in this embodiment, the description of the fuel cell system other than the H 2 manufacturing apparatus, including the drawings, is omitted.
図7は、本発明のH2製造装置の第7の実施形態の概要を模式的に表したものである。 FIG. 7 schematically shows the outline of the seventh embodiment of the H 2 production apparatus of the present invention.
図7に示すように、本実施形態のH2製造装置では、水(液体;主にO3生成用)を電気分解式のO3発生器23に導入し、O3含有ガス(主にO3+H2)を発生させる。この点は、実施例5で説明したとおりである。 As shown in FIG. 7, in the H 2 production apparatus of this embodiment, water (liquid; mainly for O 3 generation) is introduced into an electrolysis-type O 3 generator 23, and an O 3 -containing gas (mainly O 3 generation). 3 + H 2 ). This point is as described in the fifth embodiment.
次に、本実施形態では、O3発生器23で発生したO3の一部は、O3発生器23と改質器11との間で、液体の水と燃料に溶解させることにより、オゾン水とオゾン燃料(溶液)となる。詳しくは、上記実施例3で説明したとおりである。
Then, in the present embodiment, a part of the O 3 generated in the O 3 generator 23, with the O 3 generator 23 and the
その後、例えば、気液分離部15などを設けておき、オゾン水及びオゾン燃料(オゾン燃料水であってもよい)と、O3溶解処理後のO3含有ガスとに分離する。O3溶解処理後のO3含有ガスは、H2とO3であるため、系外に排気することなく改質器11中の改質触媒に導入する。一方、オゾン水及びオゾン燃料(オゾン燃料水であってもよい)は、改質器11中の改質触媒に導入される間にヒーター等で熱せられ、H2O(g)+Fuel(g)+O3(g)となる。これらを改質器11に送り込み、先のO3溶解処理後のO3含有ガスと併せて、改質器11中の改質触媒で燃料、H2O、O3を反応させる(O3溶解処理後のO3含有ガス中のH2は反応に供されない)。反応の大部分はSR反応であるが、O3がその反応をアシストする。これにより、メタノール、メタン、ガソリンなどの燃料から、高いH2収率にて水素を含有するガスを発生させることができる。
Then, for example, may be provided such as gas-
実施例5、6では、燃料もしくは水は一方が液体で導入されてO3がそれに溶解するが、もう一方は気体で導入されて改質器に送り込まれる。しかしながら、本実施例のように、燃料も水もどちらも液体で導入してもよく、少なくとも、実施例5と比較して改質性能が増加する。何故ならば、一般的に燃料は水よりO3の溶解度が高い。従って、燃料と水が混じった溶液は水単独の状態よりO3の溶解度が高い。即ち、水と燃料が溶解した溶液中に溶存するO3は、実施例5に比べて増加する。そのため、燃料と反応するO3の量が実施例5に比べて増加する。さらに燃料が液体(体積が小さい)状態でO3と接触するため、燃料とO3の反応性が増加し、実施例5に比べて改質反応を促進させることができる。その結果、本実施例でも、500℃以下の低温域においても良好な改質性能を発現できる。 In Examples 5 and 6, one of the fuel and water is introduced as a liquid and O 3 is dissolved therein, while the other is introduced as a gas and sent to the reformer. However, as in the present embodiment, both fuel and water may be introduced as liquids, and at least the reforming performance is increased as compared with the fifth embodiment. This is because fuel is generally more soluble in O 3 than water. Therefore, a solution in which fuel and water are mixed has a higher solubility of O 3 than water alone. That is, O 3 dissolved in a solution in which water and fuel are dissolved is increased as compared with Example 5. Therefore, the amount of O 3 that reacts with the fuel increases as compared with Example 5. Furthermore, since the fuel comes into contact with O 3 in a liquid (small volume) state, the reactivity between the fuel and O 3 increases, and the reforming reaction can be promoted as compared with Example 5. As a result, also in this example, good reforming performance can be exhibited even in a low temperature range of 500 ° C. or lower.
11 燃料改質器(SR反応改質器)、
13 放電式のO3発生器、
15 気液分離部、
17 シフト反応器、
19 prox反応器、
21 燃料電池、
23 電気分解式のO3発生器。
11 Fuel reformer (SR reaction reformer),
13 Discharge O 3 generator,
15 Gas-liquid separation part,
17 shift reactor,
19 prox reactor,
21 Fuel cell,
23 Electrolytic O 3 generator.
Claims (9)
改質器の前部にオゾン発生器を備え、空気または水を該オゾン発生器に導入し、
該オゾン発生器で発生したオゾンを、該オゾン発生器と改質器との間でH2Oおよび/または燃料に溶解させ、燃料改質器に導入することを特徴とするH2製造装置。 In an H 2 production apparatus that generates a gas containing hydrogen from fuel,
An ozone generator is provided at the front of the reformer, air or water is introduced into the ozone generator,
The ozone generated by the ozone generator, dissolved in H 2 O and / or fuel between the ozone generator and the reformer, H 2 production apparatus characterized by introducing into the fuel reformer.
改質器の前部にオゾン発生器(放電式)を備え、空気を該オゾン発生器に導入し、
該オゾン発生器で発生したオゾンを、該オゾン発生器と改質器との間でH2Oに溶解させ、改質器に導入することを特徴とするH2製造装置。 In an H 2 production apparatus that generates a gas containing hydrogen from fuel,
Equipped with an ozone generator (discharge type) at the front of the reformer, introducing air into the ozone generator,
The ozone generated by the ozone generator, dissolved in H 2 O between the ozone generator and the reformer, H 2 production apparatus characterized by introducing into the reformer.
改質器の前部にオゾン発生器(放電式)を備え、空気を該オゾン発生器に導入し、
該オゾン発生器で発生したオゾンを、該オゾン発生器と改質器との間で燃料に溶解させ、改質器に導入することを特徴とするH2製造装置。 In an H 2 production apparatus that generates a gas containing hydrogen from fuel,
Equipped with an ozone generator (discharge type) at the front of the reformer, introducing air into the ozone generator,
An H 2 production apparatus, wherein ozone generated by the ozone generator is dissolved in fuel between the ozone generator and the reformer and introduced into the reformer.
改質器の前部にオゾン発生器(放電式)を備え、空気を該オゾン発生器に導入し、
該オゾン発生器で発生したオゾンを、該オゾン発生器と改質器との間で燃料と水の混合溶液に溶解させ、改質器に導入することを特徴とするH2製造装置。 In an H 2 production apparatus that generates a gas containing hydrogen from fuel,
Equipped with an ozone generator (discharge type) at the front of the reformer, introducing air into the ozone generator,
The ozone generated by the ozone generator, dissolved in a mixed solution of fuel and water to and from the ozone generator and the reformer, H 2 production apparatus characterized by introducing into the reformer.
改質器の前部にオゾン発生器(電気分解式)を備え、水を該オゾン発生器に導入し、
該オゾン発生器で発生したオゾンを、該オゾン発生器と改質器との間でH2Oに溶解させ、改質器に導入することを特徴とするH2製造装置。 In an H 2 production apparatus that generates a gas containing hydrogen from fuel,
Equipped with an ozone generator (electrolytic) at the front of the reformer, water is introduced into the ozone generator,
The ozone generated by the ozone generator, dissolved in H 2 O between the ozone generator and the reformer, H 2 production apparatus characterized by introducing into the reformer.
改質器の前部にオゾン発生器(電気分解式)を備え、水を該オゾン発生器に導入し、
該オゾン発生器で発生したオゾンを、該オゾン発生器と改質器との間で燃料に溶解させ、改質器に導入することを特徴とするH2製造装置。 In an H 2 production apparatus that generates a gas containing hydrogen from fuel,
Equipped with an ozone generator (electrolytic) at the front of the reformer, water is introduced into the ozone generator,
An H 2 production apparatus, wherein ozone generated by the ozone generator is dissolved in fuel between the ozone generator and the reformer and introduced into the reformer.
改質器の前部にオゾン発生器(電気分解式)を備え、水を該オゾン発生器に導入し、
該オゾン発生器で発生したオゾンを、該オゾン発生器と改質器との間で燃料と水に溶解させ、改質器に導入することを特徴とするH2製造装置。 In an H 2 production apparatus that generates a gas containing hydrogen from fuel,
Equipped with an ozone generator (electrolytic) at the front of the reformer, water is introduced into the ozone generator,
The ozone generated by the ozone generator, is dissolved in the fuel and water to and from the ozone generator and the reformer, H 2 production apparatus characterized by introducing into the reformer.
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