JP2007290942A - Method for stopping reforming system, and the reforming system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成し、その改質ガスを燃料電池等の付加設備に供給する改質システムの停止方法およびその改質システムに関し、特に、停止に際して改質手段等が負圧になることを防止・保護する改質システムの停止方法およびその改質システムに関する。 The present invention relates to a method for stopping a reforming system and a reforming system for producing a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming a raw material and supplying the reformed gas to an additional facility such as a fuel cell. The present invention relates to a reforming system stopping method and a reforming system for preventing and protecting the reforming means and the like from becoming negative pressure when stopping.
従来から、原料ガスと水蒸気の混合物(以下、原料−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(改質手段)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、残留するCO(一酸化炭素)を触媒の存在下に酸素含有ガスと反応させてCO2(炭酸ガス)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用には、ppmレベルまでCOを低減してから燃料として供給される。
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。改質器において、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、CH4+2H2O →CO2+4H2 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。
Conventionally, there has been a reformer (reforming means) that generates a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming a mixture of source gas and steam (hereinafter referred to as a source-steam mixture) in the presence of a reforming catalyst. Are known. The hydrogen-rich reformed gas obtained in the reformer reacts with residual oxygen (carbon monoxide) with an oxygen-containing gas in the presence of a catalyst to convert to CO 2 (carbon dioxide), and operates at a particularly low temperature. For solid polymer electrolyte fuel cells, CO is reduced to the ppm level before being supplied as fuel.
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ようになっている。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水蒸気改質反応層を水蒸気改質反応温度まで加熱し、該加熱された水蒸気改質触媒層で水蒸気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 reaction of the reformer.
The external heating type reformer is provided with a heating unit outside, and a reformed gas is generated by reacting a raw material gas and water vapor with a heat source. The internal heating type reformer is provided with a partial oxidation reaction layer on the supply side (upstream side), and the steam reforming reaction layer disposed on the downstream side using the heat generated in the partial oxidation reaction layer is subjected to a steam reforming reaction. Heating is performed to a temperature, and a steam reforming reaction is performed in the heated steam reforming catalyst layer to generate a hydrogen-rich reformed gas.
部分酸化反応は、CH4+1/2・O2 →CO+2H2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の改質器は外側の予備改質室とそれに連通する内側の主改質室を備えた二重構造になっており、予備改質室には改質触媒層が設けられ、主改質室には酸化用空気の供給管、改質触媒と酸化触媒が共存する混合触媒層、シフト触媒等が設けられる。なお、主改質室の中央部に酸化用空気を供給する供給管が延長され、その供給管が混合触媒層に延長する部分に複数のノズルからなる空気噴出部が形成される。
The partial oxidation reaction can be represented by CH 4 + 1/2 · O 2 → CO + 2H 2 , and the preferable partial oxidation reaction temperature is in the range of 250 ° C. or higher. For example,
改質触媒層は原料ガスを水蒸気改質するものであり、例えばNiO−Al2O3あるいはNiO−SiO2・Al2O3などのNi系改質反応触媒やWO2−SiO2・Al2O3やNiO−WO2・SiO2・Al2O3などが使用される。混合触媒層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−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、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 layer is for steam reforming the raw material gas. For example, a Ni-based reforming reaction catalyst such as NiO—Al 2 O 3 or NiO—SiO 2 · Al 2 O 3 or WO 2 —SiO 2 · Al 2. such as O 3 or NiO-WO 2 · SiO 2 · Al 2 O 3 is used. The reforming catalyst constituting the mixed catalyst layer 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 to generate heat. For example, platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), or palladium (Pd) is used.
The ratio of the oxidation catalyst to the reforming catalyst is selected in the range of about 1 to 15% depending on the type of the raw material gas to be steam reformed. For example, when methane is used as the raw material gas, about 5% ± 2%, In the case of methanol, the mixing ratio is about 2% ± 1%.
改質器の水蒸気改質に必要な水蒸気を発生するため、改質システムには水蒸気発生手段が設けられる。水蒸気発生手段は気体燃料または液体燃料をバーナで燃焼し、その燃焼ガスで水を加熱して水蒸気を発生するものである。改質器には水蒸気発生手段で発生した水蒸気と原料ガス供給手段からの原料ガスをエジェクタからなる吸引混合手段で混合して得られた原料−水蒸気混合物が供給される。 In order to generate steam necessary for steam reforming of the reformer, the reforming system is provided with steam generating means. The water vapor generating means burns gaseous fuel or liquid fuel with a burner and heats water with the combustion gas to generate water vapor. The reformer is supplied with a raw material-water vapor mixture obtained by mixing the water vapor generated by the water vapor generating means and the raw material gas from the raw material gas supply means by the suction mixing means comprising an ejector.
改質システムを停止する際に、改質器への原料ガスおよび酸化空気の供給を停止すると、改質器の内部温度は急激に降下しないため、改質器内に残留する原料ガスが高温により炭素析出現象を起こす。その炭素析出を防止するため、例えば特許文献3に、改質システム停止に際して改質器内部に残留する原料ガスを水蒸気でパージする方法が提案されている。特許文献3の改質システムの停止方法は、改質器への原料ガス供給停止後に改質器に残留する原料ガスを水蒸気でパージした後、自然冷却に任せ、改質器の内部温度が原料ガスの炭素析出温度以下になった時点で改質器内部に原料ガスを封入している。 When stopping the reforming system, if the supply of raw material gas and oxidized air to the reformer is stopped, the internal temperature of the reformer does not drop rapidly, so the raw material gas remaining in the reformer Causes carbon deposition. In order to prevent the carbon deposition, for example, Patent Document 3 proposes a method of purging the raw material gas remaining inside the reformer with water vapor when the reforming system is stopped. The method for stopping the reforming system of Patent Document 3 is that after the raw material gas supply to the reformer is stopped, the raw material gas remaining in the reformer is purged with steam, and then left to natural cooling. The raw material gas is sealed inside the reformer when the temperature becomes lower than the carbon deposition temperature of the gas.
従来の改質システムの停止方法では、改質器に残留する原料ガスを水蒸気でパージした後、改質システムを密閉状態に維持して改質器を自然冷却する。その際、改質器からCO低減手段への配管およびCO低減手段の内部は改質器より早く冷却するが、改質器からCO低減手段への配管およびCO低減手段の内部には改質システム運転時に改質ガスに並存していた水蒸気が残留しているので、これらの内部温度が水の露点領域に降下すると残留する水蒸気が凝縮する。 In the conventional method of stopping the reforming system, after the raw material gas remaining in the reformer is purged with steam, the reformer is maintained in a sealed state to naturally cool the reformer. At that time, the piping from the reformer to the CO reduction means and the inside of the CO reduction means are cooled faster than the reformer, but the piping from the reformer to the CO reduction means and the inside of the CO reduction means are in the reforming system. Since the water vapor coexisting in the reformed gas at the time of operation remains, when the internal temperature falls to the dew point region of water, the remaining water vapor is condensed.
通常、改質器およびCO低減手段を含む改質システムは密封状態に維持されているので、前期水蒸気の冷却による封入ガスの収縮や凝縮により改質システムの系内は負圧状態になる。しかし改質システムの系内を負圧状態のまま放置すると、配管に設けた弁の接続部分などから外部の空気を吸い込み、触媒を酸化劣化させ、燃料と混合した場合爆発等安全性が阻害される怖れが生まれる。また、配管等の系内の水が反応器内部にまで吸い込まれ内部の触媒層を水浸しにしてしまい、触媒の劣化、例えば粉化や不純物による触媒被毒を加速させてしまうこともある。 Usually, since the reforming system including the reformer and the CO reduction means is maintained in a sealed state, the inside of the reforming system is in a negative pressure state due to the contraction and condensation of the sealed gas due to the cooling of the previous steam. However, if the inside of the reforming system is left in a negative pressure state, external air is sucked in from the connection part of the valve provided in the piping, the catalyst is oxidized and deteriorated, and safety such as explosion is hindered when mixed with fuel. A fear is born. In addition, water in the system such as piping may be drawn into the reactor and the internal catalyst layer may be submerged, accelerating catalyst deterioration such as pulverization and catalyst poisoning due to impurities.
従来の改質システムの停止方法では、改質器に水蒸気パージをしてから原料ガスを封入するまでの間に、改質器からCO低減手段への配管及びCO低減手段の内部の急激な冷却により、前記のように封入ガスの体積収縮や残留水蒸気が凝縮して改質システムの系内が負圧状態になるので、前記のような問題が発生する。 In the conventional reforming system shutdown method, the pipe from the reformer to the CO reduction means and the inside of the CO reduction means are rapidly cooled between the time when the reformer is purged with steam and the time when the raw material gas is sealed. As described above, the volume shrinkage of the sealed gas and the residual water vapor are condensed, and the inside of the reforming system is in a negative pressure state.
このような改質システムにおける負圧状態を解決するため、例えば水蒸気改質手段から新たな水蒸気を改質器に供給することも考えられる。しかし、そのためには改質システムの停止操作中も水蒸気発生手段を運転継続するか、負圧状態になった都度水蒸気発生手段を起動する必要がある。このように改質システムの停止操作中においても水蒸気発生手段を運転するとそれに応じて燃料を消費するのでシステムの熱効率が低下するという問題が生じる。 In order to solve such a negative pressure state in the reforming system, for example, it is conceivable to supply new steam from the steam reforming means to the reformer. However, for that purpose, it is necessary to continue the operation of the steam generating means even during the operation of stopping the reforming system or to start the steam generating means every time the negative pressure state is reached. As described above, even when the reforming system is stopped, if the steam generating means is operated, the fuel is consumed accordingly, so that the thermal efficiency of the system is lowered.
そこで本発明は、このような従来の改質システムの停止方法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システムの停止方法、およびその改質システムを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to solve such a problem in the conventional reforming system stopping method, and an object thereof is to provide a new reforming system stopping method and a reforming system therefor.
前記課題を解決する本発明の改質システムの停止方法は、水蒸気を発生する水蒸気発生手段30と、前記水蒸気発生手段30で発生した水蒸気で原料ガスを改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質手段1と、前記生成した改質ガスに含まれるCO(一酸化炭素)を低減するCO低減手段17を備えた改質システムの停止方法である。そして、改質システムを停止する際に、先ず改質手段1への酸化用空気の供給を停止した後、原料ガス供給を停止するとともに水蒸気発生手段30への燃料供給を停止し、ついで水蒸気発生手段30の余熱で生成する水蒸気により改質手段1に残留する原料ガスをパージし、さらに、少なくともCO低減手段17及びそれから改質手段1に連通する配管16内に存在する水蒸気が温度低下し、収縮及び/または凝縮することにより改質手段1内が負圧領域に達するかもしくは負圧領域に近づいたときに、改質手段1に所定量の水を供給してその水を改質手段1の熱で加熱・蒸発させることによって改質手段1内が負圧状態になることを防止することを特徴とする。(請求項1)
The method for stopping the reforming system of the present invention that solves the above problems includes a steam generating means 30 that generates steam, and reforming a raw material gas with the steam generated by the steam generating means 30 to generate a hydrogen-rich reformed gas. This is a method for stopping a reforming system including a reforming unit 1 to be generated and a
上記改質システムの停止方法において、前記CO低減手段17でCOを低減された改質ガスを水タンク60にバブリングにより流入させ、その水タンク60に貯留された水を前記改質手段1に供給することができる。(請求項2)
In the reforming system stopping method, the reformed gas whose CO has been reduced by the
さらに上記改質システムの停止方法において、前記水タンク60から前記改質手段1への所定量の水の供給は、前記水タンク60と改質手段1との差圧を利用して行うことができる。(請求項3)
Further, in the method for stopping the reforming system, the supply of a predetermined amount of water from the
上記改質システムの停止方法のいずれかにおいて、前記改質手段1に設けた所定の内容積を有する熱交換パイプ50に所定量の水を供給し、熱交換パイプ50で生成した水蒸気を改質手段1の原料ガスの供給部11に供給することができる。(請求項4)
In any one of the above reforming system stop methods, a predetermined amount of water is supplied to the
前記課題を解決する本発明の改質システムは、水蒸気を発生する水蒸気発生手段30と、前記水蒸気発生手段30で発生した水蒸気で原料ガスを改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質手段1と、前記生成した改質ガスに含まれるCO(一酸化炭素)を低減するCO低減手段17を備えた改質システムである。そして、前記改質手段1に設けた前記水蒸気と原料ガスの混合物(原料−水蒸気混合物)を供給する原料供給部11及び所定の内容積を有する熱交換パイプ50と、前記CO低減手段17の出口側に連通された水タンク60と、前記水タンク60の水を熱交換パイプ50の入口側に供給する配管51を備え、前記熱交換パイプ50の出口側と原料供給部11が連通されていることを特徴とする。(請求項5)
The reforming system of the present invention that solves the above problems includes a
上記改質システムにおいて、燃料電池15から排出するアノード排ガスを通過させてそれに含まれる水を分離回収する気液分離室61を前記水タンク60に連通して設けることができる。(請求項6)
In the above reforming system, a gas-
上記いずれかの改質システムにおいて、前記水タンク60の上部に連通して設けた気液分離室62と、前記水タンク60の水を前記気液分離室62内に吸い上げる親水性充填層70と、前記親水性充填層70中に改質ガスを供給する配流部18aと、前記気液分離室62に補給水を供給する補給部68を設けることができる。(請求項7)
In any one of the above reforming systems, a gas-
本発明の改質システムの停止方法は、請求項1に記載のように、少なくともCO低減手段及びそれから改質手段1に連通する配管内に存在する水蒸気が温度低下して、収縮や凝縮することにより改質手段1の内部が負圧領域に達するか若しくは負圧領域に近づいたときに、改質手段1に所定量の水を供給することにより、その水を改質手段1の温度で加熱・蒸発させることによって、改質手段1が負圧状態になることを抑制するとともに、必要以上の圧力(過剰な正圧)になることを防止する。 According to the method for stopping the reforming system of the present invention, at least the CO reducing means and the water vapor existing in the piping communicating with the reforming means 1 are reduced in temperature and contracted or condensed. When the interior of the reforming unit 1 reaches or approaches the negative pressure region, the water is heated at the temperature of the reforming unit 1 by supplying a predetermined amount of water to the reforming unit 1. Evaporation suppresses the reforming unit 1 from becoming a negative pressure state, and prevents the pressure from becoming higher than necessary (excessive positive pressure).
上記改質システムの停止方法において、請求項2に記載のように、CO低減手段17でCOを低減された改質ガスを水タンク60にバブリングにより流入させ、その水タンク60に貯留された水を前記改質手段1に供給するようにすると、水タンク60で改質ガス中のアンモニアをタンク水に吸収できる。このようにすると、そのアンモニアを含有したタンク水を例えば改質手段1へ供給する水蒸気発生源の水として循環供給することができ、それによって、改質手段1で窒素ガスと水素ガスの平衡反応で生成するアンモニア生成量を抑制でき、かつ生成アンモニアを十分低く抑えた改質ガスを燃料電池へ供給することが可能となる。
In the above reforming system stop method, as described in
上記改質システムの停止方法において、請求項3に記載のように、前記水タンク60から前記改質手段1への所定量の水の供給は、前記水タンク60と改質手段1との差圧を利用することができる。このようにすると特別な水供給用の駆動源が不要となる。
In the method of stopping the reforming system, as described in claim 3, the supply of a predetermined amount of water from the
上記いずれかの改質システムの停止方法において、請求項4に記載のように、前記改質手段1に設けた所定の内容積を有する熱交換パイプ50に所定量の水を供給し、熱交換パイプ50で生成した水蒸気を改質手段1の原料ガスの供給部11に供給することができる。
このように所定の内容積を有する熱交換パイプ50に所定量の水を供給するように構成すると、改質手段を目標圧力に補圧するために必要最小限の所定量の水のみを熱交換パイプ50で加熱・蒸発させることが可能になるので、改質手段を適正な圧力まで昇圧できると共に、例えば過大な蒸発により改質手段内の圧力が異常に高くなる(過剰な正圧になる)ような不測の事態も回避できる。
In any one of the above reforming system stopping methods, as described in claim 4, a predetermined amount of water is supplied to the
In this way, when a predetermined amount of water is supplied to the
本発明の改質システムは、請求項5に記載のように、水蒸気と原料ガスの混合物(原料−水蒸気混合物)を供給する原料供給部11及び所定の内容積を有する熱交換パイプ50を改質手段1に設け、CO低減手段17の出口側に水タンク60を連通し、水タンク60の水を熱交換パイプ50の入口側に供給する配管51を備え、熱交換パイプ50の出口側と原料供給部11を連通している。このように構成することにより、少なくともCO低減手段及びそれから改質手段1に連通する配管内に存在する水蒸気が温度低下して収縮や凝縮することにより、改質手段1の内部が負圧領域に達するか若しくは負圧領域に近づいたときに、改質手段1の内圧を所定圧力に維持するに必要かつ十分な水蒸気を発生させる水を改質手段1に供給できる。
すなわち、改質手段1の内部が負圧領域に達するか若しくは負圧領域に近づいたときに、水タンク60の内容積に関係なく(水タンク60の水位変動に伴う水量変動に無関係に)、水タンク60の水位に対応した所定量の水が、所定の内容積を有する熱交換パイプ50に流入して、改質手段1の内圧を所定圧力に維持するに必要かつ十分な水蒸気を改質手段1に供給できる改質システムを提供できる。
The reforming system of the present invention reforms the raw
That is, when the inside of the reforming means 1 reaches the negative pressure region or approaches the negative pressure region, regardless of the internal volume of the water tank 60 (regardless of the fluctuation of the water amount accompanying the fluctuation of the water level of the water tank 60), A predetermined amount of water corresponding to the water level in the
上記改質システムにおいて、請求項6に記載のように、燃料電池15から排出するアノード排ガスを通過させてそれに含まれる水を分離回収する気液分離室61を前記水タンク60の上部に連通して設けることができる。このように構成すると、アノード排ガスの回収水を補給水の一部として有効利用できるとともに、水系統をモジュール化でき、レイアウトの簡素化が可能となる。
In the above reforming system, a gas-
上記いずれかの改質システムにおいて、請求項7に記載のように、前記水タンク60の上部に連通して設けた気液分離室62と、前記水タンク60の水を前記気液分離室62内に吸い上げる親水性充填層70と、前記親水性充填層70中に改質ガスを供給する配流部18aと、前記気液分離室60に補給水を供給する供給部68を設けることができる。このように構成すると、十分水を含有した親水性充填層70とアンモニアを含有した改質ガスの接触が促進され、改質ガス中のアンモニアが効率よく親水性充填層に含まれる水に吸収されて除去できる。また、改質ガスは該親水性充填層70内をスムーズに通過して上昇するので、改質ガスの圧損が小さく且つその圧力変動もなく、平常運転中の改質手段1の内部の圧力を安定に維持できる。
In any one of the above reforming systems, as described in claim 7, a gas-
次に図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図1は本発明の停止方法の1例を説明するための改質システムのプロセスフロー図である。改質手段1は二重に配置した外側の予備改質室2と内側の主改質室3を備えており、全体が薄型に形成される。予備改質室2と主改質室3はそれぞれ細長く断面が扁平状に形成されるとともに、それらの断面は互いに相似形とされる。予備改質室2は外側と内側の間に形成され、主改質室3は内側に形成される。
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 a reforming system for explaining an example of the stopping method of the present invention. The reforming means 1 is provided with an outer preliminary reforming
本発明が適用できる改質手段1はこのような二重構造に構成されたものに限らず、予備改質室2と主改質室3が別体として構成されるもの、あるいは予備改質室2を有さず主改質室3のみで水蒸気改質を行うように構成されたものにも適用できる。したがって本発明における改質手段1は、図1のように二重構造の内側に配置される主改質室3を有するもの以外に、別体として配置される主改質室3、または予備改質室2を有しない主改質室3(単一の改質室)のみを有するもの等も含むことを意味する。
The reforming means 1 to which the present invention can be applied is not limited to such a double structure, and the
二重構造の外側には予備改質室2に改質触媒層4が設けられ、内側には主改質室3に改質触媒と酸化触媒を共存させた混合触媒層5とシフト触媒層6が設けられ、シフト触媒層6は高温シフト触媒層7と低温シフト触媒層8により構成される。そして主改質室3の中央部に沿って酸化空気を供給する供給管9が混合触媒層5まで延長され、その混合触媒層5の延長部分に空気の噴出部10が設けられる。供給管9は酸化用空気を供給する配管9aに接続され、配管9aの途中に後述するCO低減手段(いわゆるPROX)17内に配置した予熱用の熱交換部が設けられる。
A reforming catalyst layer 4 is provided in the preliminary reforming
予備改質室2の下部に原料ガスの供給部11(具体的には原料−水蒸気混合物の供給部11)が設けられ、主改質室3の下部には改質ガスの排出部12が設けられる。なお改質器1の周囲には電熱ヒータからなる加熱部1aが設けられ、改質システムの停止中に改質器1の内部を水蒸気の凝縮温度以上(例えば100〜120℃程度以上)に保温するようになっている。
A raw material gas supply unit 11 (specifically, a raw material-steam mixture supply unit 11) is provided at the lower part of the preliminary reforming
主改質室3の上部に起動用のプレヒータ13が連接される。プレヒータ13は改質システムの起動時に燃料ガスを酸化用空気で酸化(燃焼)して高温ガスを生成し、その高温ガスで混合触媒層5を含む改質手段1の内部を迅速に平常運転状態に昇温するものであり、その内部には電気ヒータが配置されるとともに、白金(Pt)やパラジウム(Pd)等の酸化触媒が充填される。
A
そして改質システムの起動時には、エジェクタからなる第1の吸引混合手段14の出口側から原料ガス(もしくは燃料ガス)とスタート空気の混合物がプレヒータ13に供給され、該混合物中の原料ガスが酸化触媒の存在下に空気に含まれる酸素と反応し、その酸化熱により発生する高温ガスが混合触媒層5に流出する。混合触媒層5に流入した高温ガスは、混合触媒層5を含む改質手段1の内部を加熱しながら排出部12から改質手段1の外側に排出される。
When the reforming system is started, a mixture of raw material gas (or fuel gas) and start air is supplied to the
改質手段1の排出部12は配管16を経てCO低減手段17の入口側に連通し、その入口側に設けたエジェクタからなる混合部17aで酸化用空気と混合される。CO低減手段17には白金等の酸化触媒を充填され、あるいはハニカム構造に担持した酸化触媒層が設けられ、そこで改質ガスに微量残留するCO(一酸化炭素)を酸素と反応させ炭酸ガスに変換して低減する。
The
CO低減手段17の出口側は開閉弁21dを設けた配管18を経て水タンク60に連通する。なお開閉弁21dの作用は後述する。本実施形態における水タンク60は、改質ガスに微量含まれるアンモニア成分を水に吸収させて除去するもので、配管18の先端を水中に開口して改質ガスをバブリングにより噴出するようになっている。このように配管18の先端を水中に開口することにより、配管18の先端部分が水封される。
The outlet side of the CO reduction means 17 communicates with the
水タンク60は隔壁65,66により3室に分離されている。すなわち、隔壁65,66の下部は水タンク60の水中まで伸びて気相部である気液分離室61,62,63の3室を互いに分離しているが、それらの下端は水タンク60の底面から所定の距離だけ離反しており、タンク水はその底面と隔壁65,66の下端との間隙を通って自由に行き来することができる構成となっている。したがって、気液分離室61,62,63は水封されて互いに分離されてそれらの気相間混合が防止され且つ水流通が確保されている。なお水タンク60の底部には冷却器67bが設けられ、冷却水でタンク水を所定温度に冷却できるようになっている。
The
配管18から水タンク60に供給される改質ガスは、隔壁65,66の機能により、水タンク60の上部空間の1つである気液分離室62のみに流入する。気液分離室62の上部は開閉弁21aを設けた配管20を介して燃料電池15に連通し、配管20には燃料電池15をバイパスする開閉弁21bを設けたバイパス配管が接続される。また、燃料電池15のアノード排ガスを流出させる配管は開閉弁21cを経て前記バイパス配管に合流している。燃料電池15には配管22からカソード空気が供給され、さらにポンプ25を設けた配管23に燃料電池15を冷却する冷却水が循環する。
The reformed gas supplied from the
燃料電池15で水素と酸素が反応して生成する水は、配管26によりカソードコンデンサー67aに排出し、そこで冷却水との熱交換により冷却される。またカソードコンデンサー67a内の回収水は配管27を経て水タンク60の回収水槽64に補給水として供給され、該補給水に含まれる気体成分は回収水槽64の上部に設けられた気液分離室63で分離されて図示しない排出部から系外に排出される。なお必要により配管27に開閉弁を設けてもよく、回収水槽64には必要により外部より補給水を補給できるように構成することもできる。
The water produced by the reaction of hydrogen and oxygen in the
水タンク60の気液分離室61には、配管40が連通しており、開閉弁42を介してアノード排ガスを第2の吸引混合手段35に供給する構成となっている。なお燃料電池15から流出するアノード排ガスは、バイパス配管との合流部の下流側に設けられたアノード排ガスコンデンサー67cで冷却水によって冷却される。アノード排ガスコンデンサー67cから流出するアノード排ガスは、気液分離室61に流入し、そこで含まれている気体成分を分離した後、開閉弁42を設けた配管40から第2の吸引混合手段35に流入し、そこから水蒸気発生手段30の燃焼部に燃料として供給される。なお、上記コンデンサー67c,および前記コンデンサー67a,67cの冷却水の流通方向を被冷却媒体に対して対向流とすることによって、それらの熱交換効率を向上できる。
A
水タンク60における隔壁65と66の間における下方の水中から配管29aが外部に延長し、水タンク60のタンク水は配管29a,ポンプ32,配管29等を経て水蒸気発生手段30の水ドラム31に供給される。なお配管29aの端部は配管18から改質ガスがバブリングされる部位より上部に開口し、改質ガス中のアンモニアを吸収した水を該開口部の周囲から吸い込むようになっている。前記のように水蒸気発生手段30は改質器1に水蒸気を供給するもので、その下部にはバーナ33を有する燃焼部34が設けられる。燃焼部34にはエジェクタで構成される第2の吸引混合手段35から配管36を経て燃料と一次空気の混合物が供給され、さらに配管37から二次空気が供給される。そして燃焼部34で生成する燃焼ガスは配管38から外部に排出される。
The
第2の吸引混合手段35には天然ガスや都市ガス等が燃料として配管39により供給され、燃料電池15からの水素を含むアノード排ガスが燃料として配管40により供給される。なお配管39に設けた開閉弁41や配管40に設けた開閉弁42を開閉操作することにより燃料の供給形態を選択できるようになっている。なお必要により両方のガスを重畳して燃焼させることもできる。
Natural gas, city gas, or the like is supplied as fuel to the second suction mixing means 35 through the
水蒸気発生手段30の水ドラム31で発生する水蒸気は配管31aを経て吸引混合手段14に供給される。第1の吸引混合手段14には改質手段1に原料ガスを供給する配管43が接続されるが、この配管43はCO低減手段17に設けた熱交換部に接続され、原料ガスはそこで予熱されて第1の吸引混合手段14に流入する。吸引混合手段14にはさらにスタート用空気を供給する配管44が接続される。
The water vapor generated in the
吸引混合手段14の出口側にはCO低減手段17に設けた熱交換部を通る配管45が接続され、配管45は配管46と配管47に分岐される。分岐された一方の配管46の途中に開閉弁48が設けられ、その先端は改質手段1の供給部11に連通する。また分岐された他方の配管47の途中に開閉弁49が設けられ、その先端はプレヒータ13に連通する。
A
改質手段1のシフト触媒層6の出口部12の外壁に水を蒸発させるための熱交換パイプ50が設けられ、その熱交換パイプ50の入口側は開閉弁52を設けた配管51を経て前記水タンク60内の下部に連通し、熱交換パイプ50の出口側は改質手段1の供給部11に連通する。水タンク60から改質手段1に設けた熱交換パイプ50の加熱部位の位置関係を予め適切に設計することにより、後述するように、開閉弁52を開けるだけで反応器の内圧を任意に設定・調整することができる。
A
次に図1の改質システムの作用を説明する。改質システムが平常運転しているときは、水蒸気発生手段30には燃料電池からのアノード排ガスが燃料として供給される。水蒸気発生手段30で発生した水蒸気は配管31aから吸引混合手段14に供給され、そこで配管43から供給される原料ガスと混合される。吸引混合手段14から流出する原料−水蒸気混合物は配管45,46をへて改質手段1の供給部11に供給される。
Next, the operation of the reforming system of FIG. 1 will be described. When the reforming system is operating normally, the anode exhaust gas from the fuel cell is supplied to the steam generating means 30 as fuel. The water vapor generated by the water vapor generating means 30 is supplied from the
供給部11に供給された原料−水蒸気混合物は、予備改質室2の改質触媒層4を通過する間に原料ガスの一部が改質されて主改質室3の混合触媒層5に流入する。混合触媒層5には空気供給管9から酸化用空気が供給され、予備改質ガスの一部が酸素と反応して改質反応に必要な熱を発生する。そして残った原料ガスは混合触媒層5で改質されて水素リッチな改質ガスを生成し、その改質ガスはシフト触媒層6に流入する。
The raw material-steam mixture supplied to the
改質ガスはシフト触媒層6を通過する間に含まれているCOの大部分が除去され、排出部12からCO低減手段17に流入する。流入した改質ガスはCO低減手段17で微量残留するCOがさらにppmオーダーまで低減された後、配管18から水タンク60にバブリングされ、そこで含まれているアンモニアが除去される。アンモニアを除去された改質ガスは水タンク60の上部空間の気液分離室62から配管20をへて燃料電池15に供給される。燃料電池15のアノード排ガスは、前記のように配管40により水蒸気発生手段30の燃料として供給され、水タンク60の回収アンモニアを含有している水は配管29により水蒸気発生手段30に補給水として供給される。
While the reformed gas passes through the shift catalyst layer 6, most of the CO contained therein is removed and flows into the CO reduction means 17 from the
改質ガスが流入する水タンク60のバブリング部の上部に位置する隔壁65と隔壁66の間の水は改質ガスから吸収したアンモニアを含有しており、その水面下の位置に配管29aの端部が開口し、十分アンモニアを吸収した水、即ち水タンク60で最もアンモニア濃度の高い水が、配管29aから水蒸気発生手段30に補給水として供給されることになる。その結果、タンク水のアンモニアは水タンク60から効率よく排出されるので、そのアンモニア濃度はシステム運転に差し支えない所定値以下に維持される。
The water between the
一方、水蒸気発生手段30で発生した水蒸気中には、供給水に含まれていたアンモニアがガスとして混入したまま改質手段1に供給される。しかし改質手段1における改質反応は平衡反応であるため、生成する改質ガスに含まれるアンモニアの濃度は抑制される。したがって、改質システム内におけるアンモニアは所定量以下の平衡濃度以下に維持されて循環されるので、改質システムの安定な運転継続が可能となる。改質システムの運転を継続しているとき、気液分離室61の水槽にはアノード排ガスから分離した回収水およびカソード排ガスから分離した回収水、さらには外部からの補給水が、隔壁65及び66の下端と水タンク底部の隙間を通して補給されるので、蒸気発生手段30に供給される水のアンモニア濃度はかなり低く維持される。
On the other hand, ammonia contained in the supply water is supplied to the reforming means 1 while being mixed as a gas in the steam generated by the steam generating means 30. However, since the reforming reaction in the reforming means 1 is an equilibrium reaction, the concentration of ammonia contained in the generated reformed gas is suppressed. Accordingly, since ammonia in the reforming system is circulated while being maintained at an equilibrium concentration equal to or less than a predetermined amount, stable operation of the reforming system can be continued. When the operation of the reforming system is continued, the recovered water separated from the anode exhaust gas, the recovered water separated from the cathode exhaust gas, and the supplementary water from the outside are supplied to the
次に図1の改質システムの停止方法について説明する。改質システムの停止指令に基づき、先ず配管9aから改質手段1の混合触媒層5への酸化用空気の供給を停止すると共に、配管43から改質手段1への原料ガスの供給を停止する。それと共にCO低減手段17への酸化用空気の供給も停止し,水蒸気発生手段30への燃料供給を停止する。一方、開閉弁21aを閉じて燃料電池15への改質ガスの供給を停止すると同時に開閉弁21bを開け、バイパス配管と開閉弁21bで構成されるバイパスラインを連通状態とする。
Next, a method for stopping the reforming system in FIG. 1 will be described. Based on the reforming system stop command, the supply of the oxidizing air from the
水蒸気発生手段30の燃焼が停止しても暫くの間はその余熱で水蒸気が生成し、その生成する水蒸気により改質手段1に残留する原料ガスをパージする。なお、必要により原料ガス及び燃焼空気を燃焼部34に供給し、追焚することによって水蒸気を追加供給することができることはいうまでもない。パージされた原料ガスは水蒸気と共に配管16からCO低減手段17を通って配管18から水タンク60にバブリングされ、開閉弁21b、42、配管36,38を経て外部に導かれる。あるいは、開閉弁21aを開けて燃料電池側に供給される場合もある。なお、開閉弁42は省略することもできる。
Even after the combustion of the steam generating means 30 is stopped, steam is generated by the residual heat for a while, and the raw material gas remaining in the reforming means 1 is purged by the generated steam. Needless to say, if necessary, water vapor can be additionally supplied by supplying the raw material gas and the combustion air to the
水蒸気パージを行うと改質手段1は水蒸気雰囲気になるが、水タンク60の上部の気液分離室62に流入した改質ガスと水蒸気の混合ガスの組成管理は十分に行えない場合もある。例えば前記のように水蒸気発生手段30の余熱で発生する水蒸気により系内を水蒸気パージする程度であれば、水タンク60に流入する蒸気量はタンク水に凝縮させて吸収することは可能なので、例えば燃料電池15への配管20のライン圧を大きく変化させるまでには至らないと考えられる。
しかし改質システムの停止後も、水蒸気発生手段30を例えば短時間運転して系内に積極的により多くの蒸気パージを行うようなときは、水タンク60に流入する水蒸気がタンク水により十分に凝縮しきれない場合があり、配管20のラインに水蒸気が充満して改質ガスを下流側に追い出し、配管20のラインの内部に多くの水分が含まれてしまう場合もあり、そのようなときは温度低下に伴い配管20ラインの水分が凝縮して負圧状態になる恐れがある。
When the steam purge is performed, the reforming means 1 becomes a steam atmosphere, but there are cases where the composition management of the reformed gas and steam mixed gas flowing into the gas-
However, even after the reforming system is stopped, when the steam generating means 30 is operated for a short time, for example, and more steam purge is actively performed in the system, the steam flowing into the
また、改質システムの停止直後において、まだ改質手段1の水蒸気パージを行っていないときには、改質手段1,CO低減手段17および水タンク60の上部の気液体分離室61-配管40のラインは常圧の改質ガスが封入されたままの状態となっている。その状態から水蒸気パージを行って系内を水蒸気補圧すると、改質手段1の内圧が上昇し、配管18内に存在している改質ガスが一挙に水タンク60に押し出されるので、その下流側の配管20の内圧も上昇して前記補圧レベルの正圧状態になる。即ち水蒸気補圧のレベルの影響を受けて配管20内部の適性な所定圧(基準圧)が上昇することになる。
これらのことは、水蒸気補圧した当初は水タンク60の上部の気液分離室62は大気圧またはそれ以上の適正な所定圧に維持できず、過剰な正圧レベルになることを意味する。例えば、改質手段1,CO低減手段17が水蒸気補圧により例えば50kPa程度まで昇圧されると、改質手段1側の改質ガスが水タンク60のバブリング部から気液分離室62側に移動してその圧力を上昇させ、配管20のライン圧も50kPa程度に達する。即ち適正とされる基準圧が過剰な正圧にシフトする事態が生ずる。
Further, immediately after the reforming system is stopped, when the steam purging of the reforming unit 1 is not yet performed, the reforming unit 1, the
These mean that the gas-
この過剰な正圧の発生現象は、それを吸収できる手段を系に設けることにより解決できる。すなわち本実施形態では、熱交換パイプ50の設置レベルを所定の範囲に設定しており、それによって改質システムの停止に際して発生する(系内の過剰な正圧への変動を含む)余計な蒸気圧力変動を所定範囲内に容易に抑制することが可能となる。即ち水タンク60に対して熱交換パイプ50の位置を所定の関係を維持した位置に予め定めておき、開閉弁52を一時的に開けると水タンク60の水位と熱交換パイプ50の差圧(水位差)に見合う水タンク60のタンク水(所定量の水)が所定の内容積を有する熱交換パイプ50に一時的に送り込まれる。
それによって熱交換パイプ50において所定量の水が加熱蒸発されることになり、その蒸発量は改質手段1の内圧を適正な所定値の範囲に昇圧・補圧するに必要最小限の蒸気を供給する。その所定量の水と昇圧レベルの関係は予め実験等により求めておけば、改質システムの停止時に水蒸気パージした際も、また水蒸気パージをしない前であっても、前記のような過剰な圧力上昇の発生を防止することが可能となり、系内を適正な補圧レベルに自動的に制御可能となる。
This phenomenon of excessive positive pressure can be solved by providing the system with means capable of absorbing it. That is, in the present embodiment, the installation level of the
As a result, a predetermined amount of water is heated and evaporated in the
なお本発明における「所定量の水」とは、上記のように「改質システムの停止時における系内の過剰な昇圧発生の防止のために必要最小量の水」を表現するために使用しているが、本発明では後述するように、系内の負圧発生防止のために改質手段1に供給すべき水の量」を表現するためにも使用している。
前記水蒸気パージ後、改質手段1の内部温度は徐々に低下するが、それに接続された配管16やCO低減手段17の内部温度の低下速度はそれより大きく、そのため配管16やCO低減手段17の内部に残留する水蒸気が比較的早い時期に凝縮してくる。CO低減手段17の出口側の配管18の先端は水タンク60で水封されているので、改質手段1、配管16、CO低減手段17及び配管18は密閉系を形成し、その密閉系の内圧は封入ガスの収縮及び前記水蒸気の凝縮により低下して負圧方向に向かう。
The “predetermined amount of water” in the present invention is used to express “the minimum amount of water necessary for preventing excessive pressure increase in the system when the reforming system is stopped” as described above. However, in the present invention, as will be described later, it is also used to express “the amount of water to be supplied to the reforming means 1 in order to prevent the generation of negative pressure in the system”.
After the steam purge, the internal temperature of the reforming unit 1 gradually decreases, but the rate of decrease in the internal temperature of the piping 16 and the
上記密閉系の内圧が次第に低下して負圧領域になると、前記密閉系を構成する図示しない開閉弁や装置接続部等から大気が侵入し、あるいは、水タンク60や配管ラインに残留している水が反応器の内部に吸引浸入して触媒が水没することにより、触媒の酸化劣化あるいは触媒の粉化や被毒による劣化を加速する怖れがある。そこで本実施形態では、少なくともCO低減手段17及びそれから改質手段1に連通する配管16内に残留する水蒸気が温度低下により凝縮し、改質手段1内が負圧領域に達するかもしくは負圧領域に近づいた時に、開閉弁52を開けて水タンク60から改質手段1に設けた所定の内容積の熱交換パイプ50に水を供給するようにしている。
なお、ここで「所定の内容積」とは、「熱交換パイプ50における上記負圧防止機能を損なわない十分な内容積、または熱交換パイプ50における前記した改質システム停止に際しての系内の過剰正圧防止機能を損なわない十分な内容積」を意味する。
When the internal pressure of the closed system gradually decreases to a negative pressure region, the atmosphere enters from an unillustrated on-off valve or device connection part constituting the closed system, or remains in the
Here, the “predetermined internal volume” means “a sufficient internal volume that does not impair the negative pressure prevention function in the
水タンク60から改質手段1の熱交換パイプ50に水を供給するために開閉弁52を自動的に開けるには、例えば改質手段1または配管16の圧力を圧力検出手段(図示せず)で検出し、その検出信号を制御装置(図示せず)に入力し、その検出圧力が制御装置に予め設定された圧力(例えば大気圧もしくはその前後付近の圧力)より低下したとき、制御装置から開閉弁52に開信号を出力するように構成する。
In order to automatically open the on-off
開閉弁52が開いた時点では、改質手段1の圧力は負圧領域に達するか若しくは負圧領域に近づいた状態であり、一方、水タンク60は前記のように初期の大気圧状態に維持されているので、両者の差圧(圧力差)により水タンクの水は、配管51から改質手段1の熱交換パイプ50に自動的に吸引される。所定内容積を有する熱交換パイプ50に供給された水は、その時点では比較的高温状態にある改質手段1の内部温度により加熱・蒸発され、生成した所定量の水蒸気は、熱交換パイプ50の出口側から改質手段1の供給部11に流出する。そして水蒸気の生成量に応じて改質手段1を含む密閉系の内圧は上昇するので、該部分が負圧領域に維持されることを防止できる。
When the on-off
前記水蒸気の生成により密閉系の内圧が上昇すると、改質手段1を含む密閉系の内圧は上昇するので、その圧力上昇に応じて前記差圧が減少する。差圧が減少すると水タンク60から熱交換パイプ50への水供給量も減少し、場合によっては供給が自動的に停止して水蒸気の発生量も低下する。
When the internal pressure of the closed system rises due to the generation of the water vapor, the internal pressure of the closed system including the reforming means 1 rises, so that the differential pressure decreases as the pressure rises. When the differential pressure decreases, the amount of water supplied from the
しかし水蒸気の発生量が低下すると、密閉系に圧力が再び負圧領域に達するかそれに近づき、差圧もそれに応じて回復するので、水タンク60から所定の内容積を有する熱交換パイプ50への水供給量が自動的に開始される。このように自動的な水供給と水蒸気発生が繰り返されることにより、改質手段1を含む密閉系が負圧領域に留まる現象を防止することが可能となる。
However, when the amount of generated water vapor decreases, the pressure reaches or approaches the negative pressure region again in the closed system, and the differential pressure also recovers accordingly, so that the
ここで、本発明の有利な点は、本発明を例えば家庭用や自動車用の燃料電池に改質ガスを供給するための一般的な改質システムに適用する場合、改質手段1における熱交換パイプ50の内部容積はせいぜい数ミリリットルでよく、この補圧や負圧防止に必要な水量は、精々数ミリリットルでよいことになる。例えば、3ml(3g)の水は、標準状態で4リットル弱の水蒸気となる(=3g/18*22.4)ので、熱交換パイプ50の内容積は数ミリリットルの容量で十分である。
それに応じて熱交換パイプ50の蒸発部も必要最小限でよく、それ以上の水の蒸発は過剰な昇圧となり、系内の圧力振動を誘発することになり、安定な補圧力制御は困難となる。かくして、水タンク60の水位と水量の関係に無関係に、単純に水位関係を事前に調整・設計することにより必要な蒸発量を自動的に制御することが可能となる。なお、上記関係は改質システムの容量が大きくなっても本質的には変わらない。またカソード回収水は別に独立に敷設してもよいことは言うまでもない。
Here, the advantage of the present invention is that when the present invention is applied to a general reforming system for supplying reformed gas to, for example, a home or automobile fuel cell, heat exchange in the reforming means 1 is performed. The internal volume of the
Correspondingly, the evaporation part of the
前記のように改質手段1が負圧領域になると、熱交換パイプ50で水蒸気を発生して系内を正圧領域に維持する動作を行うが、この動作に時間遅れが生じたり何らかの不具合が生じると、水タンク60から配管18にタンク水が吸い上げられ、その水がCO低減手段17に流入する恐れがある。そこで本実施形態では、配管18の圧力を検出する圧力検出器(図示せず)と制御装置(図示せず)を設け、その検出圧力が予め設定された値を下回ったときに、制御装置が配管18に設けた開閉弁21dを閉じる制御を行うようにしている。なお、開閉弁21dの代わりに逆止弁を配管18に設けてもよく、その場合は上記の圧力検出器や制御装置は不要になる。また状況によっては開閉弁21dや逆止弁を省略することもできる。
図1に示すように、本実施形態では水タンク60と熱交換パイプ50を連通する配管51に逆止弁52aを設けている。改質システムが平常運転時においては改質手段1が正圧状態になるが、その際逆止弁52aが閉作動し、改質手段1の改質ガスが水タンク60に流出するのを防止する。
As described above, when the reforming means 1 is in the negative pressure region, the
As shown in FIG. 1, in this embodiment, a
図2は図1の変形例を示すプロセスフロー図である。図2の改質システムの実施形態が図1の例と異なる部分は、水タンク60とその周辺部分のみで、そのほかは同様に構成される。従って図2において図1と同一の部分には図1と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図1の例では水タンク60とカソード回収水槽64が一体構成になっているが、本実施形態では水タンク60とカソード回収水槽64を別構成とし、隔壁66を隔てて隣接配置している。
FIG. 2 is a process flow diagram showing a modification of FIG. 2 is different from the example of FIG. 1 only in the
回収水槽64には燃料電池15からのカソード回収水と外部からの補給水が回収され、その回収水槽64の貯留水を供給部68から水タンク60側へ補給水として供給できるようになっている。さらにカソード回収水槽64の内部には配流板69が傾斜して配置され、カソード回収水及び外部からの補給水が均一に混合された状態で供給部68から水タンク60側へ流出させるようになっている。
水タンク60の上部は隔壁65で仕切られた気液分離室61,62が設けられ、気液分離室61には燃料電池15から排出するアノード排ガスが流入し、気液分離室62の内部には親水性充填層70が配置されている。該親水性充填層70は、セラミックスまたはシンタリングガラス等の親水性粒子の集合体、布構造またはハニカム構造の不織布、あるいはスポンジ等の親水性および水吸収性を有する3次元網目構造の材料で構成することができる。親水性充填層70の下部は、水タンク60の下方に延長してタンク水の中に一部浸漬することによりタンク水を吸い上げる機能を有している。また親水性充填層70は改質ガスが3次元的に通過できる構造を有しており、タンク水の水面直上に配置された複数の噴出孔を有する配流部18aから改質ガスが親水性充填層70に分散もしくは拡散的に浸透して供給される。
The recovered
The upper part of the
次にタンク60等の作用を説明する。親水性充填層70は、水タンクの水を吸い上げるともに、補給水供給部68からの水で常に湿潤状態に維持される。配流部18aから供給される改質ガスは水を含んだ親水性充填層70と接触してその内部を分散上昇し、その際改質ガス中に含有するアンモニアは親水性充填層70に含有している水に吸収されて除去される。カソード回収槽64のカソード補給水は、供給部68を経て親水性充填層70の上部から供給され、分散しながら滴下する水により改質ガスから吸収したアンモニアを効率よく下方に洗い流されて水タンクに回収する。かくして親水性充填層70の単位容積当たりに吸収されているアンモニア量は常に所定値以下に抑制されるので、親水性充填層70は改質ガス中のアンモニアを長期間効率よく吸収除去できる。さらに、従来のバブリング方式と異なり、改質ガスの流れはスムーズに維持され、圧力変動も抑制されるとともに、圧力損失も小さく維持できる。
Next, the operation of the
本発明の改質システムの停止方法及びその改質システムは、原料ガスを水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成し、燃料電池等の付加設備に供給する改質システムに利用できる。 The method for stopping a reforming system and the reforming system of the present invention can be used in a reforming system that generates a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming a raw material gas and supplies it to additional equipment such as a fuel cell.
1 改質手段
2 予備改質室
3 主改質室
4 改質触媒層
5 混合触媒層
6 シフト触媒層
7 高温シフト触媒層
8 低温シフト触媒層
9 供給管
9a 配管
10 噴出部
11 供給部
12 排出部
13 プレヒータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reforming means 2 Preliminary reforming chamber 3 Main reforming chamber 4 Reforming
14 第1の吸引混合手段
15 燃料電池
16 配管
17 CO低減手段
17a 混合部
18 配管
18a 配流部
20 配管
21a〜21d 開閉弁
22,23 配管
25 ポンプ
26,27 配管
29,29a 配管
14 1st suction mixing means 15
25
30 水蒸気発生手段
31 水ドラム
31a 配管
32 ポンプ
33 バーナ
34 燃焼部
35 第2の吸引混合手段
30 Water vapor generating means 31
36〜40 配管
41,42 開閉弁
43〜47 配管
48,49 開閉弁
50 熱交換パイプ
51 配管
52 開閉弁
52a 逆止弁
55 開閉弁
36 to 40
60 水タンク
61,62,63 気液分離室
64 回収水槽
65,66 隔壁
67a カソードコンデンサー
67b 冷却器
67c アノード排ガスコンデンサー
68 供給部
69 配流板
70 親水性充填層
60
68
Claims (7)
改質システムを停止する際に、先ず改質手段1への酸化用空気の供給を停止した後、原料ガス供給を停止するとともに水蒸気発生手段30への燃料供給を停止し、ついで水蒸気発生手段30の余熱で生成する水蒸気により改質手段1に残留する原料ガスをパージし、
さらに、少なくともCO低減手段17及びそれから改質手段1に連通する配管16内に存在する水蒸気が温度低下し、収縮及び/または凝縮することにより改質手段1内が負圧領域に達するかもしくは負圧領域に近づいたときに、前記改質手段1に所定量の水を供給してその水を改質手段1の熱で加熱・蒸発させることによって改質手段1内が負圧状態になることを防止することを特徴とする改質システムの停止方法。 Included in the generated reformed gas, the steam generating means 30 for generating steam, the reforming means 1 for reforming the raw material gas with the steam generated by the steam generating means 30 to generate a hydrogen-rich reformed gas, and In a method for stopping a reforming system provided with CO reduction means 17 for reducing CO (carbon monoxide),
When stopping the reforming system, first, the supply of the oxidizing air to the reforming means 1 is stopped, then the supply of the raw material gas is stopped and the fuel supply to the steam generating means 30 is stopped, and then the steam generating means 30 is stopped. The raw material gas remaining in the reforming means 1 is purged with steam generated by the residual heat of
Further, at least the CO reducing means 17 and the water vapor existing in the piping 16 communicating with the reforming means 1 are lowered in temperature, contracted and / or condensed, so that the inside of the reforming means 1 reaches a negative pressure region or is negative. When a pressure region is approached, a predetermined amount of water is supplied to the reforming means 1 and the water is heated and evaporated by the heat of the reforming means 1 so that the inside of the reforming means 1 becomes a negative pressure state. A method for stopping a reforming system characterized in that
前記改質手段1に設けた前記水蒸気と原料ガスの混合物(原料−水蒸気混合物)を供給する原料供給部11及び所定の内容積を有する熱交換パイプ50と、前記CO低減手段17の出口側に連通した水タンク60と、前記水タンク60の水を熱交換パイプ50の入口側に供給する配管51を備え、前記熱交換パイプ50の出口側と前記原料供給部11が連通されていることを特徴とする改質システム。 Included in the generated reformed gas, the steam generating means 30 for generating steam, the reforming means 1 for reforming the raw material gas with the steam generated by the steam generating means 30 to generate a hydrogen-rich reformed gas, and In the reforming system provided with CO reduction means 17 for reducing CO (carbon monoxide) generated,
On the outlet side of the CO reduction means 17, the raw material supply section 11 for supplying the steam and raw material gas mixture (raw material-steam mixture) provided in the reforming means 1 and the heat exchange pipe 50 having a predetermined internal volume. A water tank 60 communicated with the pipe 51 for supplying water from the water tank 60 to the inlet side of the heat exchange pipe 50, and the outlet side of the heat exchange pipe 50 and the raw material supply section 11 are in communication with each other; A characteristic reforming system.
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