JP2007145637A - Method for starting reformer - Google Patents

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Takeshi Kuwabara
武 桑原
Yasushi Yoshino
靖 吉野
Jun Ono
小野  純
Shiro Fujishima
史郎 藤島
Takuya Moroishi
拓也 諸石
Shigeki Kobayashi
茂樹 小林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of rapidly starting an auto-oxidation internal heating type reformer without keeping the temperature during halting the reformer. <P>SOLUTION: The self-oxidation internal heating type reformer 1 is equipped with an inner main reforming chamber 3 and an outer auxiliary reforming chamber 2, wherein the auxiliary reforming chamber 2 is provided with a supply part 4 of a source material-steam mixture and a reforming catalyst layer 5, the main reforming chamber 3 is provided with a mixture catalyst layer 6 comprising a mixture of a reforming catalyst and an oxidation catalyst, a shift catalyst layer 7 and a discharge part 10 of a hydrogen-rich reformed gas successively, and upon starting, a high temperature gas is supplied from a first preheater 11 to the mixture catalyst layer 6. The starting process of the reformer 1 is characterized in that, upon starting, a high temperature gas is further supplied to the supply part 4 of the auxiliary reforming chamber 2 from a second preheater 21. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用水素を発生させる改質器であって、水蒸気改質触媒と酸化触媒を混合した混合触媒層を有する自己酸化内部加熱型の改質器の起動方法に関する。   The present invention relates to a starter of a reformer that generates hydrogen for a fuel cell, and has a mixed catalyst layer in which a steam reforming catalyst and an oxidation catalyst are mixed.

従来から、原料ガスと水蒸気の混合物(以下、原料一水蒸気混合物という。)を改質触媒の存在下に水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを生成する改質器が知られている。
改質器で得られる水素リッチな改質ガスは、更に含まれている僅かなCO(一酸化炭素)をCO低減手段で触媒の存在下に酸素含有ガスと反応させてCOへ変換し、特に低温で作動する固体高分子電解質型燃料電池等では、数ppmレベルまでCOを低減してから燃料電池の燃料として好適に利用される。原料ガスには、メタン等の炭化水素、メタノール等の脂肪族アルコール類、或いはジメチルエーテル等のエーテル類、都市ガスなどが用いられる。改質装置において、メタンを原料ガスとして使用した場合の水蒸気改質の反応式は、CH+2HO→CO+4Hで示すことができ、好ましい改質反応温度は、650〜750℃の範囲である。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming a mixture of a source gas and steam (hereinafter referred to as a source-steam mixture) in the presence of a reforming catalyst.
The hydrogen-rich reformed gas obtained in the reformer is converted into CO 2 by reacting a small amount of CO (carbon monoxide) contained in the reformer with an oxygen-containing gas in the presence of a catalyst by a CO reduction means, In particular, solid polymer electrolyte fuel cells and the like that operate at low temperatures are suitably used as fuel for fuel cells after reducing CO to several ppm level. As the source gas, hydrocarbons such as methane, aliphatic alcohols such as methanol, ethers such as dimethyl ether, city gas, and the like are used. In the reformer, the reaction formula of steam reforming when methane is used as a raw material gas can be expressed as CH 4 + 2H 2 O → CO 2 + 4H 2 , and the preferred reforming reaction temperature is 650 to 750 ° C. It is a range.

改質器の改質反応に必要な熱を供給する方式として外部加熱型と、内部加熱型がある。外部加熱型の改質器は、外部に加熱部を設け、その熱源で原料ガスと水蒸気を反応させて改質ガスを生成する装置である。内部加熱型の改質器はその供給側(上流側)に部分酸化反応層を設け、該部分酸化反応層で発生した熱を用いて下流側に配備した改質触媒層を改質反応温度まで加熱し、該加熱された改質触媒層で改質反応をさせて水素リッチな改質ガスを生成するようになっている。   There are an external heating type and an internal heating type as a system for supplying heat necessary for the reforming reaction of the reformer. The external heating type reformer is an apparatus that generates a reformed gas by providing a heating unit outside and reacting a raw material gas and water vapor with its heat source. The internal heating type reformer is provided with a partial oxidation reaction layer on the supply side (upstream side), and the reforming catalyst layer disposed on the downstream side using the heat generated in the partial oxidation reaction layer is brought to the reforming reaction temperature. Heating is performed, and a reforming reaction is performed in the heated reforming catalyst layer to generate a hydrogen-rich reformed gas.

部分酸化反応は、CH+1/2・0→CO+2Hで示すことができ、好ましい部分酸化反応の温度は250℃以上の範囲である。内部加熱型の改質器を改良したものとして自己酸化内部加熱型の改質器が例えば特許文献1、2に記載されている.特許文献1、2の改質装置はいわゆる予備改質室と主改質室を備え、予備改質室には原料一水蒸気混合物の供給部、改質触媒層および排出部が設けられ、主改質室には前記排出部からの流出物を受け入れる供給部、酸素含有ガスの供給部、改質触媒と酸化触媒を混合した混合触媒層、シフト触媒層および改質ガスの排出部が設けられている。 The partial oxidation reaction can be represented by CH 4 + 1/2 · 0 2 → CO + 2H 2 , and the preferred partial oxidation reaction temperature is in the range of 250 ° C. or higher. For example, Patent Documents 1 and 2 describe a self-oxidation internal heating type reformer as an improvement of the internal heating type reformer. The reformers of Patent Documents 1 and 2 are provided with a so-called pre-reformation chamber and a main reforming chamber. The pre-reforming chamber is provided with a feed part of the raw material-steam mixture, a reforming catalyst layer, and a discharge part. The quality chamber is provided with a supply portion for receiving the effluent from the discharge portion, an oxygen-containing gas supply portion, a mixed catalyst layer in which the reforming catalyst and the oxidation catalyst are mixed, a shift catalyst layer, and a reforming gas discharge portion. Yes.

図2は、本発明の以前に、本発明者らにより開発された自己酸化内部加熱型の改質器の1例を模式的に示す断面図である。改質器1は外側の予備改質室2と内側の主改質室3を有する二重筒構造になっており、それら予備改質室2と主改質室3は熱伝導性の境界壁を介して隣接配置される。予備改質室2には原料―水蒸気混合物の供給部4と改質触媒層5が設けられ、主改質室3には改質触媒と酸化触媒を混合した混合触媒層6、シフト触媒層7および水素リッチな改質ガスの排出部10が順次設けられる。なおシフト触媒層7は高温シフト触媒層8と低温シフト触媒層9により構成される。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a self-oxidation internal heating type reformer developed by the present inventors prior to the present invention. The reformer 1 has a double cylinder structure having an outer preliminary reforming chamber 2 and an inner main reforming chamber 3, and the preliminary reforming chamber 2 and the main reforming chamber 3 are thermally conductive boundary walls. Are arranged adjacent to each other. The preliminary reforming chamber 2 is provided with a raw material-steam mixture supply unit 4 and a reforming catalyst layer 5, and the main reforming chamber 3 is a mixed catalyst layer 6 in which a reforming catalyst and an oxidation catalyst are mixed, and a shift catalyst layer 7. The hydrogen-rich reformed gas discharge unit 10 is sequentially provided. The shift catalyst layer 7 includes a high temperature shift catalyst layer 8 and a low temperature shift catalyst layer 9.

改質触媒は原料ガスを水蒸気改質するものであり、例えばNiO−A1OあるいはNiO−SiO・A1などのNi系改質反応触媒やWO−SiO・A1やNiO−WO・SiO・A1などが使用される。混合触媒層5を構成する改質触媒は上記と同様なものが使用され、それに均一に分散される酸化触媒は原料一水蒸気混合物中の原料ガスを酸化発熱させて水蒸気改質反応に必要な温度を得るものであり、例えば白金(Pt)やロジウム(Rh)あるいはルテニウム(Ru)あるいはパラジウム(Pd)が使用される。なお改質触媒に対する酸化触媒の混合割合は、水蒸気改質すべき原料ガスの種類に応じて1〜15%程度の範囲で選択され、例えば原料ガスとしてメタンを使用する場合は5%±2%程度、メタノールの場合は2%±1%程度の混合割合とされる。 The reforming catalyst is a steam reforming of the raw material gas. For example, a Ni-based reforming reaction catalyst such as NiO—A1 2 O or NiO—SiO 2 .A1 2 O 3 or WO 2 —SiO 2 .A1 2 O 3 NiO-WO 2 · SiO 2 · A1 2 O 3 or the like is used. The reforming catalyst constituting the mixed catalyst layer 5 is the same as described above, and the oxidation catalyst uniformly dispersed therein is the temperature required for the steam reforming reaction by oxidizing the raw material gas in the raw material-steam mixture. For example, platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), or palladium (Pd) is used. The mixing ratio of the oxidation catalyst to the reforming catalyst is selected in the range of about 1 to 15% according to the type of the raw material gas to be steam reformed. For example, when methane is used as the raw material gas, it is about 5% ± 2%. In the case of methanol, the mixing ratio is about 2% ± 1%.

主改質室3の上部(上流側)には第1プレヒーター11が連接され、主改質室3の中央部に空気等の酸素含有気体を供給する供給管12が延長される。第1プレヒーター11はシステム起動時に混合触媒層6を迅速に酸化反応温度まで昇温するものであり、その内部に電気ヒーター13が配置されるとともに、白金(Pt)やパラジウム(Pd)等の酸化触媒層14が設けられる。   A first preheater 11 is connected to the upper part (upstream side) of the main reforming chamber 3, and a supply pipe 12 that supplies an oxygen-containing gas such as air to the center of the main reforming chamber 3 is extended. The first pre-heater 11 rapidly raises the mixed catalyst layer 6 to the oxidation reaction temperature when the system is started up. An electric heater 13 is disposed inside the first pre-heater 11, and platinum (Pt), palladium (Pd), etc. An oxidation catalyst layer 14 is provided.

エジェクタにより構成される吸引混合手段15の流体導入部に、図示しない水蒸気発生手段からの水蒸気、原料供給部からの原料ガスおよび空気圧縮機からのスタート空気等が導入できるようになっている。吸引混合手段15の排出部は流量調整弁16を設けた配管17を介して第1プレヒーター11に連通されると共に、流量調整弁18を設けた配管19を介して予備改質室2の供給部4に連通される。   Into the fluid introduction part of the suction mixing means 15 constituted by an ejector, water vapor from a water vapor generating means (not shown), raw material gas from a raw material supply part, start air from an air compressor, and the like can be introduced. The discharge part of the suction mixing means 15 is communicated with the first preheater 11 via a pipe 17 provided with a flow rate adjusting valve 16 and also supplied to the preliminary reforming chamber 2 via a pipe 19 provided with a flow rate adjusting valve 18. The unit 4 communicates with the unit 4.

予備改質室2の下部には電気ヒーターからなる加熱部20が設けられ、改質器1の停止期間中にその加熱部20からの伝熱によりシフト触媒層7を例えば200℃程度に保温して結露の発生を防止している。これは、シフト触媒層7に結露を生じたまま改質器1を運転すると、初期にシフト触媒の性能低下や寿命劣化を起こす原因の一つになるので、それを防止するために加熱部20で200℃程度に保温しておく。   A heating unit 20 made of an electric heater is provided at the lower part of the preliminary reforming chamber 2, and the shift catalyst layer 7 is kept at a temperature of, for example, about 200 ° C. by heat transfer from the heating unit 20 during the stop period of the reformer 1. To prevent condensation. If the reformer 1 is operated while dew condensation is generated on the shift catalyst layer 7, it becomes one of the causes of the deterioration of the performance and life of the shift catalyst in the initial stage. Keep the temperature at about 200 ° C.

このような自己酸化内部加熱型の改質器1を起動する際には、先ず混合触媒層6を酸化反応温度に昇温する。そのため改質器1の起動時に先ず図示しない水蒸気発生手段の運転を開始すると共に、加熱部20によるシフト触媒層7の保温を停止する。さらに第1プレヒーター11内の酸化触媒層14を電気ヒーター13で所定温度に昇温する。第1プレヒーター11の酸化触媒が酸化反応温度に達した時点で、配管17の流量調整弁16を開け、吸引混合手段15からスタート空気と原料ガスの混合流体を第1プレヒーター11に供給する。なお水蒸気発生手段からの水蒸気供給開始前は、例えば原料ガスをポンプで加圧して吸引混合手段15に供給することができる。   When starting up such a self-oxidation internal heating type reformer 1, first, the mixed catalyst layer 6 is heated to the oxidation reaction temperature. For this reason, when the reformer 1 is started, first, the operation of the steam generating means (not shown) is started, and the heat retention of the shift catalyst layer 7 by the heating unit 20 is stopped. Further, the oxidation catalyst layer 14 in the first preheater 11 is heated to a predetermined temperature by the electric heater 13. When the oxidation catalyst of the first preheater 11 reaches the oxidation reaction temperature, the flow rate adjustment valve 16 of the pipe 17 is opened, and the mixed fluid of start air and source gas is supplied from the suction mixing means 15 to the first preheater 11. . Before starting the supply of water vapor from the water vapor generating means, for example, the raw material gas can be pressurized with a pump and supplied to the suction mixing means 15.

第1プレヒーター11に供給された原料ガスとスタート空気は、そこで酸化触媒の存在下に原料ガスの一部がスタート空気に含まれる酸素と反応(酸化反応もしくは燃焼)し、生成する高温ガスで混合触媒層6を昇温する。次に、前記水蒸気発生手段において所定圧力の水蒸気が発生したらその水蒸気を吸引混合手段15に供給する。それと共に原料ガス供給を加圧ポンプラインからそのバイパスラインに切り換えると、原料ガスは水蒸気の吸引力により吸引混合手段15に効率よく吸入混合され、排出部から原料―水蒸気混合物およびスタート空気の混合流体が流出して第1プレヒーター11に供給される。   The raw material gas and the start air supplied to the first preheater 11 are high-temperature gases that are produced by a reaction (oxidation reaction or combustion) of a part of the raw material gas with oxygen contained in the start air in the presence of the oxidation catalyst. The mixed catalyst layer 6 is heated. Next, when water vapor having a predetermined pressure is generated in the water vapor generating means, the water vapor is supplied to the suction mixing means 15. At the same time, when the source gas supply is switched from the pressurized pump line to the bypass line, the source gas is efficiently sucked and mixed into the suction mixing means 15 by the suction force of the steam, and the mixed fluid of the source-steam mixture and the start air is discharged from the discharge part. Flows out and is supplied to the first preheater 11.

原料―水蒸気混合物とスタート空気の混合流体の流量は、水蒸気の供給配管に設けた図示しない流量調整弁による水蒸気流量の増減で調整できるが、通常、混合触媒層5の昇温を加速させるため、吸引混合手段15に水蒸気が供給されない前から原料ガスおよびスタート空気の流量が増加するように調整される。第1プレヒーター11に流量増加した原料ガスとスタート空気が供給されると、その酸化反応による酸化熱が増加して混合触媒層6の昇温速度も加速する。なお第1プレヒーター11で燃焼しなかった原料ガスの一部は残余の原料ガスとしてそのまま混合触媒層6に流入する。   The flow rate of the mixed fluid of the raw material-steam mixture and the start air can be adjusted by increasing / decreasing the steam flow rate by a flow rate regulating valve (not shown) provided in the steam supply pipe. Usually, in order to accelerate the temperature rise of the mixed catalyst layer 5, It is adjusted so that the flow rates of the source gas and the start air are increased before the water vapor is supplied to the suction mixing means 15. When the source gas and the start air whose flow rates are increased are supplied to the first preheater 11, the heat of oxidation due to the oxidation reaction increases, and the temperature increase rate of the mixed catalyst layer 6 is also accelerated. A part of the raw material gas not burned by the first preheater 11 flows into the mixed catalyst layer 6 as the remaining raw material gas.

混合触媒層6が酸化反応温度に達した時点で、供給管12から酸化空気を供給すると、第1プレヒーター11から供給される前記残余の原料ガスが酸化空気に含まれる酸素とも反応(酸化反応もしくは燃焼)し、その酸化熱で混合触媒層6がさらに昇温する。次に、混合触媒層6が改質反応温度に達した時点で、流量調整弁18を開けて吸引混合手段15から原料―水蒸気混合物を予備改質室2に供給する。次いで吸引混合手段15へのスタート用の空気の供給を停止すると共に、流量調整弁16を閉じて第1プレヒーター11の運転を停止する。以下、次第に改質器1の各部が運転温度に達した時点で平常運転状態に入る。   When the mixed catalyst layer 6 reaches the oxidation reaction temperature, when oxidizing air is supplied from the supply pipe 12, the remaining raw material gas supplied from the first preheater 11 also reacts with oxygen contained in the oxidizing air (oxidation reaction). Or the mixed catalyst layer 6 is further heated by the oxidation heat. Next, when the mixed catalyst layer 6 reaches the reforming reaction temperature, the flow rate adjusting valve 18 is opened, and the raw material-steam mixture is supplied from the suction mixing means 15 to the preliminary reforming chamber 2. Next, the supply of the starting air to the suction mixing means 15 is stopped, and the flow rate adjustment valve 16 is closed to stop the operation of the first preheater 11. Thereafter, the normal operation state is gradually entered when each part of the reformer 1 reaches the operation temperature.

特開2001−192201号公報JP 2001-192201 A 特開2005−149860号公報JP-A-2005-149860

上記従来の起動方法では、改質器1の運転停止中に予備改質室2の外周部を加熱部20で保温している。そのため改質器1の停止期間が長期化すると保温に要する熱エネルギー消費も多くなるという問題があった。また改質器1の外側に加熱部20を設置すると改質器1の構造が複雑化し、メンテナンスもやりにくいという問題もあった。そこで本発明はこのような従来の自己酸化内部加熱型の改質器における問題を解決することを課題とし、そのための新しい改質器の起動方法を提供することを目的とする。   In the conventional starting method, the outer peripheral portion of the preliminary reforming chamber 2 is kept warm by the heating unit 20 while the reformer 1 is stopped. For this reason, there is a problem that if the stop period of the reformer 1 is prolonged, the heat energy consumption required for heat retention increases. Further, when the heating unit 20 is installed outside the reformer 1, there is a problem that the structure of the reformer 1 becomes complicated and maintenance is difficult to perform. Accordingly, an object of the present invention is to solve such a problem in the conventional self-oxidation internal heating type reformer, and an object of the present invention is to provide a new reformer starting method.

前記課題を解決する本発明の改質器の起動方法は、内側の主改質室と外側の予備改質室を備え、予備改質室に原料―水蒸気混合物の供給部と改質触媒層が設けられ、主改質室に改質触媒と酸化触媒を混合した混合触媒層、シフト触媒層および水素リッチな改質ガスの排出部が順次設けられ、起動時に混合触媒層に第1プレヒーターから高温ガスを供給するようにした自己酸化内部加熱型の改質器の起動方法において、起動時にさらに前記予備改質室の供給部に第2プレヒーターから高温ガスを供給することを特徴とする(請求項1)。   A method for starting a reformer of the present invention that solves the above-described problem includes an inner main reforming chamber and an outer pre-reforming chamber, and a raw-steam mixture supply unit and a reforming catalyst layer are provided in the pre-reforming chamber. A mixed catalyst layer in which the reforming catalyst and the oxidation catalyst are mixed, a shift catalyst layer, and a hydrogen-rich reformed gas discharge unit are sequentially provided in the main reforming chamber. In the start-up method of the self-oxidation internal heating type reformer configured to supply the high-temperature gas, the high-temperature gas is further supplied from the second preheater to the supply portion of the preliminary reforming chamber at the start-up ( Claim 1).

上記起動方法において、第2プレヒーターは酸化触媒層を備え、その酸化触媒層に原料ガスとスタート空気を供給し、原料ガスの酸化により高温ガスを生成することができる(請求項2)。   In the start-up method, the second preheater includes an oxidation catalyst layer, and a raw material gas and start air are supplied to the oxidation catalyst layer, and a high temperature gas can be generated by oxidation of the raw material gas.

上記起動方法において、第2プレヒーターに電気ヒーターを設け、起動時に電気ヒーターで酸化触媒層を予め余熱し、酸化触媒が酸化反応温度に達した時点で第2プレヒーターへ原料ガスとスタート空気を吸引混合手段から供給すると共に、電気ヒーターによる余熱を停止し、吸引混合手段に水蒸気供給が可能になった時点で、その吸引混合手段に水蒸気を供給して第2プレヒーターへの原料ガスとスタート空気の供給量を増加することにより、第2プレヒーターの高温ガス発生量を増加することができる(請求項3)。   In the start-up method, an electric heater is provided in the second preheater, and the oxidation catalyst layer is preheated by the electric heater at the start-up, and when the oxidation catalyst reaches the oxidation reaction temperature, the raw material gas and start air are supplied to the second preheater. Supply from the suction mixing means, stop the remaining heat by the electric heater, and when the supply of water vapor to the suction mixing means becomes possible, supply water vapor to the suction mixing means and start with the raw material gas to the second preheater By increasing the supply amount of air, the amount of hot gas generated by the second preheater can be increased (claim 3).

上記起動方法において、混合触媒層が酸化反応温度に達した時点で第2プレヒーターへのスタート空気の供給を停止し、改質器が平常運転の状態に移行した後も第2プレヒーターを経由して前記供給部に原料―水蒸気混合物を供給することができる(請求項4)。   In the start-up method, when the mixed catalyst layer reaches the oxidation reaction temperature, the supply of the start air to the second preheater is stopped and the reformer goes through the second preheater even after shifting to the normal operation state. Thus, the raw material-steam mixture can be supplied to the supply part (Claim 4).

本発明に係る改質器の起動方法は、起動時に混合触媒層を第1プレヒーターから高温ガスを供給すると共に、さらに前記予備改質室の供給部に第2プレヒーターから高温ガスを供給するようにしたことに特徴がある。そのため起動時に第1プレヒーターから供給される高温ガスで混合触媒層が急速に昇温されると共に、第2プレヒーターから供給される高温ガスの熱は予備改質室と主改質室の境界壁を通して主改質室のシフト触媒層を昇温する。   In the start-up method of the reformer according to the present invention, the hot gas is supplied from the first preheater to the mixed catalyst layer at the time of start-up, and the hot gas is further supplied from the second preheater to the supply portion of the preliminary reforming chamber. It is characterized by doing so. Therefore, the temperature of the mixed catalyst layer is rapidly raised by the high temperature gas supplied from the first preheater at the time of start-up, and the heat of the high temperature gas supplied from the second preheater is the boundary between the preliminary reforming chamber and the main reforming chamber. The temperature of the shift catalyst layer in the main reforming chamber is raised through the wall.

一方、第2プレヒーターから予備改質室に供給された高温ガスは、予備改質室およびそこに設けた改質触媒層を昇温すると共に、予備改質室から流出する高温ガスにより前記 混合触媒層およびその下流側に設けたシフト触媒層を昇温する。そのためシフト触媒層は予備改質室からの間接的な加熱および予備改質室から流出する高温ガスによる直接加熱があいまって、起動時に急速に運転温度まで昇温される。また、仮に改質器の停止中にシフト触媒層に結露が生じたとしても、その結露は起動時に速やかに除去される。さらに、第2プレヒーターから予備改質室に供給された高温ガスは予備改質室および主改質室の内部を加熱するので、改質器の起動時間を短縮できる。   On the other hand, the high temperature gas supplied from the second preheater to the preliminary reforming chamber raises the temperature of the preliminary reforming chamber and the reforming catalyst layer provided there, and is mixed by the high temperature gas flowing out from the preliminary reforming chamber. The catalyst layer and the shift catalyst layer provided downstream thereof are heated. For this reason, the shift catalyst layer is heated to the operating temperature rapidly at the start-up by combining indirect heating from the pre-reforming chamber and direct heating by the high-temperature gas flowing out from the pre-reforming chamber. Further, even if condensation occurs in the shift catalyst layer while the reformer is stopped, the condensation is quickly removed at startup. Furthermore, since the high temperature gas supplied from the second preheater to the preliminary reforming chamber heats the interior of the preliminary reforming chamber and the main reforming chamber, the start-up time of the reformer can be shortened.

上記起動方法において、請求項2に記載のように、第2プレヒーターは酸化触媒層を備え、その酸化触媒層に原料ガスとスタート空気を供給し、原料ガスの酸化により高温ガスを生成することができる。このように構成すると、改質用の原料ガスの一部を用いて容易に高温ガスを生成して第2プレヒーターに供給することができる。   In the above start-up method, as described in claim 2, the second pre-heater includes an oxidation catalyst layer, supplies a raw material gas and start air to the oxidation catalyst layer, and generates a high temperature gas by oxidizing the raw material gas. Can do. If comprised in this way, a high temperature gas can be easily produced | generated using some raw material gas for a reforming, and it can supply to a 2nd preheater.

上記起動方法において、請求項3に記載のように、第2プレヒーターに電気ヒーターを設け、起動時に電気ヒーターで酸化触媒層を予め余熱し、酸化触媒が酸化反応温度に達した時点で第2プレヒーターへ原料ガスとスタート空気を吸引混合手段から供給すると共に、電気ヒーターによる余熱を停止し、吸引混合手段への水蒸気供給が可能になった時点でその吸引混合手段に水蒸気を供給して第2プレヒーターへの原料ガス供給量を増加することにより、第2プレヒーターの高温ガス発生量を増加することができる。このように構成すると、第2プレヒーターの起動が迅速且つ確実に行うことができると共に、シフト触媒層を迅速に露点温度以上に昇温させることができる。   In the start-up method, as described in claim 3, the second pre-heater is provided with an electric heater, the oxidation catalyst layer is preheated with the electric heater at the start-up, and the second time when the oxidation catalyst reaches the oxidation reaction temperature. The raw material gas and the start air are supplied to the preheater from the suction mixing means, and the remaining heat by the electric heater is stopped, and when the steam supply to the suction mixing means becomes possible, the steam is supplied to the suction mixing means to By increasing the amount of raw material gas supplied to the two preheaters, the amount of high-temperature gas generated by the second preheater can be increased. If comprised in this way, while starting a 2nd pre-heater can be performed rapidly and reliably, a shift catalyst layer can be heated up more than a dew point temperature rapidly.

上記起動方法において、請求項4に記載のように、混合触媒層が酸化反応温度に達した時点で第2プレヒーターへのスタート空気の供給を停止し、改質器が平常運転の状態に移行した後も第2プレヒーターを経由して前記供給部に原料―水蒸気混合物を供給することができる。このように構成すると、第2プレヒーターを改質器の起動時と運転時で切り換える必要がないので、改質システムの構成がより簡単になり運転も容易になる。   In the start-up method, as described in claim 4, when the mixed catalyst layer reaches the oxidation reaction temperature, supply of the start air to the second pre-heater is stopped, and the reformer shifts to a normal operation state. After that, the raw material-water vapor mixture can be supplied to the supply section via the second preheater. If comprised in this way, since it is not necessary to switch a 2nd preheater at the time of starting and operation | movement of a reformer, the structure of a reforming system becomes simpler and driving | operation becomes easy.

次に、図面を基に本発明に係る改質器の起動方法の最良の実施形態について説明する。図1は本発明の自己酸化内部加熱型の改質器を模式的に示す断面図である。なお前述した図2の従前の改質器と同じ部分には同一符号を付し、その構造および作用についての重複する説明はできるだけ省略する。   Next, the best embodiment of the start-up method of the reformer according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a self-oxidation internal heating type reformer of the present invention. The same parts as those of the previous reformer of FIG. 2 described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description of the structure and operation is omitted as much as possible.

図1の実施形態が図2の例と異なる部分は、予備改質室2を外側から保温する加熱部20を設けない代わりに、配管19に第2プレヒーター21を設けた点にあり、そのほかは同様に構成される。本実施形態の第2プレヒーター21は、第1プレヒーター11と同様な電気ヒーター22と酸化触媒層23を備え、その入口側は吸引混合手段15の出口側と配管19で連通され、配管19に流量調整弁18が設けられる。また第2プレヒーター21の出口側は予備改質室2の供給部4に連通している。   The embodiment of FIG. 1 is different from the example of FIG. 2 in that a second pre-heater 21 is provided in the pipe 19 instead of providing the heating unit 20 for keeping the preliminary reforming chamber 2 from the outside. Are constructed similarly. The second preheater 21 of the present embodiment includes an electric heater 22 and an oxidation catalyst layer 23 similar to those of the first preheater 11, and the inlet side thereof communicates with the outlet side of the suction mixing means 15 through the pipe 19. A flow rate adjusting valve 18 is provided. The outlet side of the second preheater 21 communicates with the supply unit 4 of the preliminary reforming chamber 2.

次に、図1の改質器1の起動方法を説明する。先ず、図示しない小型ボイラ等の水蒸気発生手段を起動して水蒸気の発生を準備する。また第1プレヒーター11の電気ヒーター13を通電して酸化触媒層14を加熱すると共に、第2プレヒーター21の電気ヒーター22を通電して酸化触媒層23を加熱する。   Next, a method for starting the reformer 1 of FIG. 1 will be described. First, water vapor generation means such as a small boiler (not shown) is activated to prepare for the generation of water vapor. Further, the oxidation catalyst layer 14 is heated by energizing the electric heater 13 of the first preheater 11, and the oxidation catalyst layer 23 is heated by energizing the electric heater 22 of the second preheater 21.

第1プレヒーター11の酸化触媒14が酸化反応温度に昇温した時点で、流量調整弁16を開けて吸引混合手段15から原料ガスとスタート空気の混合物を第1プレヒーター11に供給する。第1プレヒーター11に供給された原料ガスは酸化触媒14の存在下に空気中の酸素と反応し、生成する高温ガスと僅かな未反応の原料ガスが混合触媒層6に供給され、混合触媒層5の温度は高温ガスにより次第に上昇する。なお第1プレヒーター11に原料ガスとスタート空気の混合物を供給した後は、原料ガスの酸化反応による発熱で酸化反応温度が維持されるので、電気ヒーター13の通電を停止する。   When the oxidation catalyst 14 of the first preheater 11 rises to the oxidation reaction temperature, the flow rate adjustment valve 16 is opened and the mixture of the raw material gas and the start air is supplied from the suction mixing means 15 to the first preheater 11. The raw material gas supplied to the first preheater 11 reacts with oxygen in the air in the presence of the oxidation catalyst 14, and the generated high temperature gas and a slight amount of unreacted raw material gas are supplied to the mixed catalyst layer 6. The temperature of the layer 5 is gradually increased by the hot gas. In addition, after supplying the mixture of source gas and start air to the 1st preheater 11, since the oxidation reaction temperature is maintained by the heat_generation | fever by the oxidation reaction of source gas, electricity supply of the electric heater 13 is stopped.

また、第2プレヒーター21の酸化触媒23が酸化反応温度に昇温した時点で、流量調整弁18を開けて吸引混合手段15から原料ガスとスタート空気の混合物を第2プレヒーター21に供給する。第2プレヒーター21に供給された原料ガスは酸化触媒23の存在下に空気中の酸素と反応し、生成する高温ガスと僅かな未反応の原料ガスが供給部4を経て予備改質室2に供給される。この高温ガスの伝熱等によりシフト触媒層7の温度は露点以上(例えば90℃以上)に迅速に上昇する。第2プレヒーター21においても、原料ガスとスタート空気の混合物を供給した後は、原料ガスの酸化反応による発熱で酸化反応温度が維持されるので電気ヒーター22の通電を停止する。なお供給部4に供給される僅かな未反応の原料ガスは予備改質室2の改質触媒層5を通って混合触媒層6に流出する。   Further, when the oxidation catalyst 23 of the second preheater 21 is heated to the oxidation reaction temperature, the flow rate adjusting valve 18 is opened and the mixture of the raw material gas and the start air is supplied from the suction mixing means 15 to the second preheater 21. . The raw material gas supplied to the second preheater 21 reacts with oxygen in the air in the presence of the oxidation catalyst 23, and the generated high-temperature gas and a small amount of unreacted raw material gas pass through the supply unit 4 and the pre-reforming chamber 2. To be supplied. The temperature of the shift catalyst layer 7 rapidly rises to the dew point or higher (for example, 90 ° C. or higher) due to the heat transfer of the high temperature gas. Also in the second preheater 21, after supplying the mixture of the source gas and the start air, the oxidation reaction temperature is maintained by the heat generated by the oxidation reaction of the source gas, so that the electric heater 22 is deenergized. A small amount of unreacted source gas supplied to the supply unit 4 flows out to the mixed catalyst layer 6 through the reforming catalyst layer 5 of the preliminary reforming chamber 2.

図示しない水蒸気発生手段からの水蒸気供給が可能になったら、その水蒸気を吸引混合手段15に供給して原料とスタート空気の混合物の流出量を増加し、それによって第1プレヒーター11と第2プレヒーター21で生成する高温ガス流量をそれぞれ増加させて、混合触媒層5及びシフト触媒層7の温度上昇を加速する。   When water vapor supply from a water vapor generating means (not shown) becomes possible, the water vapor is supplied to the suction mixing means 15 to increase the outflow amount of the mixture of the raw material and the start air, and thereby the first preheater 11 and the second preheater 11 are supplied. The flow rate of the hot gas generated by the heater 21 is increased to accelerate the temperature rise of the mixed catalyst layer 5 and the shift catalyst layer 7.

混合触媒層5が酸化反応温度まで上昇した時点で供給管12に酸化空気を供給する。混合触媒層5には第1プレヒーター11または第2プレヒーター21を経て流入する未反応の原料ガスが供給管12から供給される空気で酸化し、その酸化熱で混合触媒層5を更に昇温する。混合触媒層6が改質反応温度(例えば700℃程度)に達した時点で吸引混合手段15へのスタート空気の供給を停止すると共に、流量調整弁16を閉じて第1プレヒーター11の運転を停止する。そして混合触媒層5を更に昇温して改質器1を運転状態に移行していく。   Oxidized air is supplied to the supply pipe 12 when the mixed catalyst layer 5 rises to the oxidation reaction temperature. The unreacted source gas flowing in the mixed catalyst layer 5 through the first preheater 11 or the second preheater 21 is oxidized by the air supplied from the supply pipe 12, and the mixed catalyst layer 5 is further raised by the oxidation heat. Warm up. When the mixed catalyst layer 6 reaches the reforming reaction temperature (for example, about 700 ° C.), the supply of the start air to the suction mixing means 15 is stopped, and the flow rate adjustment valve 16 is closed to operate the first preheater 11. Stop. Then, the temperature of the mixed catalyst layer 5 is further increased, and the reformer 1 is shifted to an operating state.

改質器1が運転状態に達した時点で、吸引混合手段15から供給部4に供給される原料―水蒸気混合物の流量は、生成する改質ガスの所望の流量に調整して平常運転に入る。本実施形態では特別な切換手段を設けず、平常運転時においても原料―水蒸気混合物は第2プレヒーター21を経由して供給部4に供給されるが、その際、第2プレヒーター21にはスタート空気が供給されていないので該部分での酸化反応は起こらない。このように第2プレヒーター21のラインを改質器1の起動時と運転時で切り換えない方法を採用すると、改質システムの構成と運転がより簡単になる。   When the reformer 1 reaches the operating state, the flow rate of the raw material-steam mixture supplied from the suction mixing means 15 to the supply unit 4 is adjusted to a desired flow rate of the reformed gas to be generated and the normal operation is started. . In this embodiment, no special switching means is provided, and the raw material-water vapor mixture is supplied to the supply unit 4 via the second preheater 21 even during normal operation. Since no start air is supplied, the oxidation reaction does not occur in this part. If the method in which the line of the second pre-heater 21 is not switched between when the reformer 1 is started and when it is operated as described above, the configuration and operation of the reforming system become easier.

本発明の改質器およびその起動方法は、自己酸化内部加熱型の改質器の起動に利用できる。   The reformer and the starting method thereof of the present invention can be used for starting a self-oxidation internal heating type reformer.

本発明の自己酸化内部加熱型の改質器の1例を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically an example of the self-oxidation internal heating type reformer of this invention. 本発明以前の本発明者による自己酸化内部加熱型の改質器を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the auto-oxidation internal heating type reformer by this inventor before this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 改質器
2 予備改質室
3 主改質室
4 供給部
5 改質触媒層
6 混合触媒層
7 シフト触媒層
8 高温シフト触媒層
9 低温シフト触媒層
10 排出部
11 第1プレヒーター
12 供給管
13 電気ヒーター
14 酸化触媒層
15 吸引混合手段
16 流量調整弁
17 配管
18 流量調整弁
19 配管
20 加熱部
21 第2プレヒーター
22 電気ヒーター
23 酸化触媒層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reformer 2 Preliminary reforming chamber 3 Main reforming chamber 4 Supply unit 5 Reforming catalyst layer 6 Mixed catalyst layer 7 Shift catalyst layer 8 High temperature shift catalyst layer 9 Low temperature shift catalyst layer 10 Discharge unit 11 First preheater 12 supply Pipe 13 Electric heater 14 Oxidation catalyst layer 15 Suction mixing means 16 Flow rate adjustment valve 17 Pipe 18 Flow rate adjustment valve 19 Pipe 20 Heating part 21 Second preheater 22 Electric heater 23 Oxidation catalyst layer

Claims (4)

内側の主改質室3と外側の予備改質室2を備え、予備改質室2に原料―水蒸気混合物の供給部4と改質触媒層5が設けられ、主改質室3に改質触媒と酸化触媒を混合した混合触媒層6、シフト触媒層7および水素リッチな改質ガスの排出部10が順次設けられ、起動時に混合触媒層6に第1プレヒーター11から高温ガスを供給するようにした自己酸化内部加熱型の改質器1の起動方法において、起動時にさらに前記予備改質室2の供給部4に第2プレヒーター21から高温ガスを供給することを特徴とする改質器の起動方法。   An inner main reforming chamber 3 and an outer pre-reforming chamber 2 are provided. The pre-reforming chamber 2 is provided with a raw material-steam mixture supply unit 4 and a reforming catalyst layer 5, and the main reforming chamber 3 is reformed. A mixed catalyst layer 6 in which a catalyst and an oxidation catalyst are mixed, a shift catalyst layer 7 and a hydrogen-rich reformed gas discharge unit 10 are sequentially provided, and a high temperature gas is supplied from the first preheater 11 to the mixed catalyst layer 6 at the time of startup. In the start-up method of the auto-oxidation internal heating type reformer 1 as described above, the reforming is characterized in that a high-temperature gas is further supplied from the second pre-heater 21 to the supply unit 4 of the preliminary reforming chamber 2 at the start-up. How to start the vessel. 請求項1において、前記第2プレヒーター21は酸化触媒層23を備え、前記酸化触媒層23に原料ガスとスタート空気を供給し、原料ガスの酸化により高温ガスを生成することを特徴とする改質器の起動方法。   2. The reformer according to claim 1, wherein the second pre-heater 21 includes an oxidation catalyst layer 23, supplies a raw material gas and start air to the oxidation catalyst layer 23, and generates a high-temperature gas by oxidizing the raw material gas. How to start the instrument. 請求項2において、前記第2プレヒーター21に電気ヒーター22を設け、起動時に前記電気ヒーター22で酸化触媒層23を予め余熱し、酸化触媒層23が酸化反応温度に達した時点で第2プレヒーター21へ原料ガスとスタート空気を吸引混合手段15から供給すると共に、前記電気ヒーター22による余熱を停止し、吸引混合手段15への水蒸気供給が可能になった時点で、吸引混合手段15に水蒸気を供給して第2プレヒーター21への原料ガス供給量を増加することにより、第2プレヒーター21の高温ガス発生量を増加することを特徴とする改質器の起動方法。   3. The electric heater 22 is provided in the second pre-heater 21, and the oxidation catalyst layer 23 is preheated by the electric heater 22 at the time of start-up, and when the oxidation catalyst layer 23 reaches the oxidation reaction temperature, the second pre-heater 21 is preheated. The raw material gas and the start air are supplied to the heater 21 from the suction mixing unit 15 and the residual heat by the electric heater 22 is stopped, and when the supply of water vapor to the suction mixing unit 15 becomes possible, the water vapor is supplied to the suction mixing unit 15. To increase the amount of raw material gas supplied to the second preheater 21, thereby increasing the amount of high-temperature gas generated in the second preheater 21. 請求項3において、混合触媒層6が酸化反応温度に達した時点で第2プレヒーター21へのスタート空気の供給を停止し、改質器1が平常運転の状態に移行した後も第2プレヒーター21を経由して前記供給部10に原料―水蒸気混合物を供給することを特徴とする改質器の起動方法。   In claim 3, when the mixed catalyst layer 6 reaches the oxidation reaction temperature, the supply of the start air to the second pre-heater 21 is stopped and the second pre-heater 21 is moved to the normal operation state. A starting method for a reformer, characterized in that a raw material-steam mixture is supplied to the supply unit 10 via a heater 21.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7981372B2 (en) * 2005-12-08 2011-07-19 Japan Energy Corporation Oxidative autothermal reformer and oxidative autothermal reforming method using the same

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