JP2005317419A - Ammonia removing method and ammonia removing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は固体高分子型燃料電池に供給する水素リッチな改質ガス中に含まれるアンモニアの除去方法および装置に関し、特に改質ガスに微量に含まれるアンモニアを洗浄方式により除去し、更にアンモニアを吸収した洗浄水を電気透析してアンモニアを除去する方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for removing ammonia contained in a hydrogen-rich reformed gas supplied to a polymer electrolyte fuel cell, and in particular, removes a small amount of ammonia in the reformed gas by a cleaning method, and further removes ammonia. The present invention relates to a method and an apparatus for removing ammonia by electrodialyzing absorbed washing water.
家庭に設置する発電用燃料電池や車搭載型の動力用燃料電池として固体高分子型燃料電池が有望視されている。電池固体高分子型燃料電池は高分子膜を用いた燃料電池であり、発電原料として供給される水素と酸素を反応して電力を発生するものである。一般にはメタン等の炭化水素からなる原料ガスと水蒸気の混合物を改質器に供給し、そこで水蒸気改質触媒の存在下に改質反応させ、生成した水素リッチな改質ガスを燃料として固体高分子型燃料電池に供給する方式が多く採用されている。 Solid polymer fuel cells are promising as power generation fuel cells installed in homes and vehicle-mounted power fuel cells. A solid polymer electrolyte fuel cell is a fuel cell using a polymer membrane, and generates electric power by reacting hydrogen and oxygen supplied as a power generation raw material. In general, a mixture of raw material gas consisting of hydrocarbons such as methane and steam is supplied to a reformer, where it undergoes a reforming reaction in the presence of a steam reforming catalyst, and the resulting hydrogen-rich reformed gas is used as a fuel to produce a solid high Many methods are used to supply the molecular fuel cell.
固体高分子型燃料電池の寿命はその高分子膜の劣化速度により決まる。従来から、高分子膜を劣化させる主な要因は改質ガスに微量に含有する一酸化炭素(CO)によるものとされ、その対策として改質器の出口側に触媒を充填したCO除去器を設け、改質ガスに微量に含まれるCOを除去している。しかし最近の研究によれば、高分子膜の劣化はCOのほかに改質ガス中に微量に存在するアンモニアも影響することが分かってきた。 The life of a polymer electrolyte fuel cell is determined by the degradation rate of the polymer membrane. Conventionally, the main factor for deteriorating polymer membranes has been attributed to carbon monoxide (CO) contained in the reformed gas in a small amount. As a countermeasure, a CO remover filled with a catalyst on the outlet side of the reformer has been used. It is provided to remove CO contained in a minute amount in the reformed gas. However, according to recent studies, it has been found that the deterioration of the polymer film is influenced by ammonia present in a small amount in the reformed gas in addition to CO.
一般に、改質ガスを生成するために用いられるメタンやプロパン等の炭化水素系の原料ガスには窒素成分が含まれており、その窒素が改質器内で生成する水素と反応し、1/2N2 +3/2H2 =NH3 の反応式によりアンモニアが生成する。そして生成したアンモニアを含む改質ガスが固体高分子型燃料電池に供給されると、そのアンモニアにより高分子膜が劣化する。 In general, a hydrocarbon-based raw material gas such as methane or propane used for generating a reformed gas contains a nitrogen component, and the nitrogen reacts with the hydrogen generated in the reformer, and 1 / Ammonia is produced by the reaction formula 2N 2 + 3 / 2H 2 = NH 3 . When the reformed gas containing the generated ammonia is supplied to the solid polymer fuel cell, the polymer membrane deteriorates due to the ammonia.
したがって高分子膜に被害を与えないようにするには、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を0.1ppm、望ましくは5ppb程度まで低下させることが要求される。そこで、改質ガスに含まれるアンモニアをアンモニア除去器で必要なレベルになるまで除去してから固体高分子型燃料電池に供給する方法が特許文献1に提案されている。
Therefore, in order not to damage the polymer membrane, it is required to reduce the concentration of ammonia contained in the reformed gas to 0.1 ppm, preferably about 5 ppb. Therefore,
図2は特許文献1に記載された方法を実施するプロセスフロー図である。改質器1で生成したアンモニアを含む水素リッチな改質ガスは、配管aからアンモニア除去器2に吹き込まれ、そこで上方から散水ノズル2aで散布する水と接触することにより、含まれているアンモニアが水に吸収されて除去される。アンモニアを除去した改質ガスは配管bを経て固体高分子型燃料電池3に供給され、アンモニアを吸収した水は配管cを経て貯留槽4に排出する。
FIG. 2 is a process flow diagram for implementing the method described in
貯留槽4の貯留水は配管dに設けたポンプ5でイオン交換樹脂槽6に供給され、含まれているアンモニアをイオン交換樹脂に吸着させる。そしてアンモニアを除去した水を配管eで前記アンモニア除去器2の散水ノズル2aに循環する。
The stored water in the
しかし前記したプロセスでは、アンモニアを吸着したイオン交換樹脂を定期的に再生もしくは交換する必要があり、それらの保守管理が煩雑であり、運転コストも高くなる。さらにイオン交換樹脂の再生に伴い新たな廃棄物が発生する。そこで本発明は改質ガスからアンモニアを除去する従来技術における問題を解決することを課題とする。 However, in the process described above, it is necessary to periodically regenerate or replace the ion exchange resin that has adsorbed ammonia, the maintenance and management thereof are complicated, and the operation cost increases. Further, new waste is generated with the regeneration of the ion exchange resin. Therefore, an object of the present invention is to solve the problems in the prior art for removing ammonia from the reformed gas.
前記課題を解決する本発明のアンモニア除去方法は、固体高分子型燃料電池に供給する水素リッチな改質ガス中に含まれるアンモニアを除去する方法である。そして本方法は、改質ガスを洗浄水で洗浄して含まれているアンモニアを該洗浄水に吸収させて除去し、アンモニアを吸収した洗浄水を電気透析装置の希釈室に供給し、アンモニアを電気透析により濃縮室に移動させ、希釈室から流出するアンモニアを除去した洗浄水を改質ガスの洗浄用として循環することを特徴とする(請求項1)。 The ammonia removal method of the present invention that solves the above problems is a method of removing ammonia contained in a hydrogen-rich reformed gas supplied to a polymer electrolyte fuel cell. In this method, the reformed gas is washed with washing water to remove the ammonia contained in the washing water, and the washing water that has absorbed the ammonia is supplied to the dilution chamber of the electrodialyzer. It is moved to the concentration chamber by electrodialysis, and the wash water from which ammonia flowing out from the dilution chamber is removed is circulated for cleaning the reformed gas (claim 1).
上記アンモニア除去方法において、前記濃縮室に塩素イオン含有水を供給し、生成する次亜塩素酸と濃縮室に移動してきたアンモニアを反応させて窒素ガスと水に分解することができる(請求項2)。 In the ammonia removal method, chlorine ion-containing water is supplied to the concentration chamber, and hypochlorous acid to be generated reacts with ammonia that has moved to the concentration chamber to be decomposed into nitrogen gas and water (claim 2). ).
また前記課題を解決する本発明のアンモニア除去装置は、固体高分子型燃料電池に供給する水素リッチな改質ガス中に含まれるアンモニアを除去する装置である。そして本装置は、改質ガスに洗浄水を散布して含まれているアンモニアを吸収させて除去するアンモニア除去器と、前記アンモニアを吸収した洗浄水を電気透析する電気透析装置と、前記アンモニアを吸収した洗浄水を電気透析装置の希釈室に供給する供給管路と、電気透析装置の希釈室でアンモニアを除去した洗浄水を前記アンモニア除去器に循環する循環管路を備えていることを特徴とする(請求項3)。 Moreover, the ammonia removal apparatus of the present invention that solves the above problems is an apparatus that removes ammonia contained in a hydrogen-rich reformed gas supplied to a polymer electrolyte fuel cell. The apparatus includes an ammonia remover that absorbs and removes ammonia contained by spraying the wash water on the reformed gas, an electrodialyzer that electrodialyzes the wash water that has absorbed the ammonia, and the ammonia. A supply conduit for supplying the absorbed wash water to the dilution chamber of the electrodialyzer, and a circulation conduit for circulating the wash water from which ammonia has been removed in the dilution chamber of the electrodialyzer to the ammonia remover are provided. (Claim 3).
上記のように構成した本発明のアンモニアの除去方法によれば、改質ガスに含まれているアンモニアを洗浄方式により効率よく分離・除去できるので、アンモニアを実質的に含まない清浄な改質ガスを固体高分子型燃料電池に供給することができる。またアンモニアを吸収した洗浄水は電気透析により除去するので、イオン交換樹脂の交換のような面倒な保守管理を必要としない。 According to the ammonia removal method of the present invention configured as described above, the ammonia contained in the reformed gas can be efficiently separated and removed by the cleaning method, so that the clean reformed gas substantially free of ammonia is contained. Can be supplied to the polymer electrolyte fuel cell. In addition, since the wash water that has absorbed ammonia is removed by electrodialysis, troublesome maintenance management such as replacement of ion exchange resin is not required.
上記アンモニアの除去方法において、請求項2に記載のように、前記濃縮室に塩素イオン含有水を供給し、生成する次亜塩素酸と濃縮室に移動してきたアンモニアを反応させて窒素ガスと水に分解する場合は、濃縮室に移動したアンモニア(イオン)を無害な物質に分解するので、アンモニア除去プロセスにおいて産業廃棄物を排出しない。
In the method for removing ammonia, as described in
また、本発明のアンモニア除去装置を使用することにより、上記本発明のアンモニア除去方法を好適に実施できる。 Moreover, the ammonia removal method of the present invention can be suitably carried out by using the ammonia removal apparatus of the present invention.
次に図面により本発明を実施するための最良の形態を説明する。図1は本発明のアンモニア除去装置のプロセスフロー図である。アンモニア除去装置10はアンモニア除去器11と電気透析装置12を備えている。アンモニア除去器11は、槽本体13と、その槽本体13の上方に設けた洗浄水散布手段14を有し、洗浄水散布手段14は先端部に散布ノズルが設けられる。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process flow diagram of the ammonia removal apparatus of the present invention. The
電気透析装置12は透析槽15と、透析槽15の両サイドに配置した陽極16および陰極17と、陽極16側と陰極17側にそれぞれ配置したアニオン交換膜Aと、それらアニオン交換膜Aの間に配置したカチオン交換膜Cとを備えている。そしてアニオン交換膜Aで仕切られた陽極16側の部分が陽極室18を形成し、アニオン交換膜Aで仕切られた陰極17側の部分が陰極室19を形成し、陽極室18とカチオン交換膜Cとの間が希釈室20を形成し、陰極室19とカチオン交換膜Cとの間が濃縮室21を形成する。なおアニオン交換膜Aはアニオニオンのみ通過させる交換膜であり、例えば旭化成(株)から市販されている型式Aciplex −CA2のような交換膜を使用できる。またカチオン交換膜Cはカチオンイオンのみ通過させる交換膜であり、同様に旭化成(株)から市販されている型式Aciplex −CK1のような交換膜を使用できる。
The
アンモニア除去器11の下部と希釈室20の入口側が配管dにより接続され、その配管dにポンプ22が設けられる。そしてこれらは配管dとポンプ22により、アンモニアを吸収した洗浄水を電気透析装置12の希釈室20に供給する供給管路23を構成する。また希釈室20の出口側と前記洗浄水散布手段14の間が配管eで構成した循環管路24により接続される。
The lower part of the
前記濃縮室21の入口側にはポンプ25を設けた配管fが接続され、配管fの先端部は貯留槽26に連通する。貯留槽26には配管kから例えば水道水のような微量な塩素イオンを含有する水(塩素イオン含有水)が補給されて貯留する。また濃縮室21の出口側は配管gが接続され、配管gの先端部は貯留槽26に連通する。
A pipe f provided with a
陽極室18の入口側および陰極室19の入口側にポンプ27を設けた配管hが接続され、その配管hの先端部は貯留槽16に連通する。さらに陽極室18の出口側に接続された配管iと陰極室19の出口側に接続された配管jの先端部がそれぞれ貯留槽26に連通する。そして直流電圧を供給する電源装置28のプラス側とマイナス側が陽極16と陰極17にそれぞれ接続される。なお電源装置28は商用電源をサイリスタで直流変換する交直変換装置、蓄電池装置、又はそれらを組み合わせたシステム、あるいは蓄電池装置と太陽電池発電装置を組み合わせたシステム等を用いることができる。
A pipe h provided with a
次に図1に示す装置で改質ガスに含まれるアンモニアを除去する方法を説明する。改質器1から配管aに流出する水素リッチな改質ガスは、アンモニア除去器11の槽本体13下方に供給される。供給された改質ガスは槽本体13の内部を上昇する間に上方に設けた洗浄水散布手段14から散布される洗浄水の水滴と接触し、含まれているアンモニアが洗浄水に吸収されて分離・除去される。洗浄によりアンモニアが除去された改質ガスは配管bから流出して固体高分子型燃料電池3に供給され、アンモニアを吸収した洗浄水は槽本体13の下部に貯留する。
Next, a method for removing ammonia contained in the reformed gas with the apparatus shown in FIG. 1 will be described. The hydrogen-rich reformed gas flowing out from the
槽本体13の下部に貯留するアンモニアを吸収した洗浄水は、ポンプ22を運転することにより配管dから電気透析装置12の希釈室20に供給される。一方、電気透析装置12の濃縮室21、陽極室18および陰極室19にはそれぞれ貯留槽26からの塩素含有水が循環する。そして、電源装置28から陽極16と陰極17の間に所定の直流電圧を印加することにより、希釈室20のアンモニアイオンNH4 + は濃縮室21側に移動して分離され、アンモニアを含まない洗浄水が循環管路24からアンモニア除去器11に循環する。
The wash water that has absorbed ammonia stored in the lower part of the
濃縮室21に移動したアンモニアは配管gを経て貯留槽26に流出する。そして貯留槽26の塩素含有水が配管hを経て陽極室18に供給されたとき、そこでCl- +2OH- =ClO- +H2 O+2eの陽極反応により次亜塩素酸が生成する。そしてこの次亜塩素酸は再び貯留槽26に循環したとき、2NH3 + +3ClO- =N2 +3Cl- +3H2 Oの反応によりアンモニアを無害な窒素や水に分解する。なお発生する窒素は例えば配管gを通って貯留槽26から放散する。
The ammonia that has moved to the concentrating
本発明のアンモニア除去方法および除去装置は、水素リッチな改質ガスを固体高分子型燃料電池に供給する場合に利用できる。 The ammonia removal method and the removal apparatus of the present invention can be used when a hydrogen-rich reformed gas is supplied to a solid polymer fuel cell.
1 改質器
2 アンモニア除去器
2a 散水ノズル
3 固体高分子型燃料電池
4 貯留槽
5 ポンプ
6 イオン交換樹脂槽
DESCRIPTION OF
10 アンモニア除去装置
11 アンモニア除去器
12 電気透析装置
13 槽本体
14 洗浄水散布手段
15 透析槽
16 陽極
17 陰極
18 陽極室
19 陰極室
20 希釈室
DESCRIPTION OF
21 濃縮室
22 ポンプ
23 供給管路
24 循環管路
25 ポンプ
26 貯留槽
27 ポンプ
28 電源装置
a〜k 配管
21
Claims (3)
In an apparatus for removing ammonia contained in hydrogen-rich reformed gas supplied to a polymer electrolyte fuel cell, an ammonia remover that absorbs and removes ammonia contained by spraying cleaning water on the reformed gas 11, an electrodialyzer 12 that electrodialyzes the wash water that has absorbed the ammonia, a supply line 23 that supplies the wash water that has absorbed the ammonia to the dilution chamber 20 of the electrodialyzer 12, An ammonia removal apparatus comprising a circulation line (24) for circulating the wash water from which ammonia has been removed in the dilution chamber (20) to the ammonia remover (11).
Priority Applications (1)
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JP2004135455A JP2005317419A (en) | 2004-04-30 | 2004-04-30 | Ammonia removing method and ammonia removing device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP2007090299A (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Japan Organo Co Ltd | Electric deionization apparatus and secondary system line water treating apparatus of pressurized water type nuclear power plant using the same |
CN105174392A (en) * | 2015-10-16 | 2015-12-23 | 浙江弗莱德环境科技有限公司 | Membrane separation system for industrial stock solution desalination |
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