JP2007308318A - Reforming apparatus and its operation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は改質燃料を水蒸気改質することによって水素ガスを含有する改質ガスを生成する改質装置及びその運転方法に関する。 The present invention relates to a reformer that generates a reformed gas containing hydrogen gas by steam reforming a reformed fuel and an operation method thereof.
改質装置は改質燃料を水蒸気改質することによって水素ガスを含有する改質ガスを生成するものであり、この改質ガスは燃料電池の燃料などとして利用される。かかる改質装置の従来例としては、例えば下記の特許文献1〜3に開示されたものがある。
The reformer generates a reformed gas containing hydrogen gas by steam reforming the reformed fuel, and this reformed gas is used as a fuel for a fuel cell. As a conventional example of such a reformer, for example, there are those disclosed in
(1) 特許文献1,2,4には発電出力が5kWクラスの燃料電池に適用される改質装置が開示されており、この改質装置では燃料改質部の断熱手段として真空断熱容器を用いている。
(2) 特許文献3には発電出力が1kWクラスの燃料電池に適用される改質装置が開示されており、この改質装置では燃料改質部の断熱手段として真空断熱容器は用いず、一般的な断熱材を用いている。
(3) また、特許文献3の改質装置では、低温CO変成触媒層(LTS触媒層)を原料水で直接的に冷却することによって、LTS触媒層の発熱を原料水の蒸発熱として利用している。
(4) また、特許文献4の改質装置では、改質燃料として灯油を使用する場合、バーナの燃焼排ガスを利用して灯油の一部を蒸発させ、この灯油に過熱水蒸気を混合することより、未蒸発の残灯油を完全に蒸発させた後、この灯油と水蒸気の混合蒸気を改質触媒層に流入している。
(1)
(2)
(3) Further, in the reformer of
(4) Moreover, in the reformer of
しかしながら、上記従来の改質装置は次のような問題点を有している。 However, the conventional reformer has the following problems.
(1) 特許文献1,2,4の改質装置で用いている真空断熱容器は高い断熱性能を有する反面、非常に高価である。このため改質装置の製造コストを低減することが難しい。
(2) 一方、特許文献3の改質装置では真空断熱容器を用いず、一般的な断熱材を用いているため、改質装置の製造コストを低減することができる。しかしながら、700℃の改質触媒層に対して断熱材のみで断熱する構成であるため、この構成を例えば発電出力が5kW以上の燃料電池に適用される改質装置に採用しようとすると、断熱材の厚さを非常に厚くする必要があるため、改質装置全体に占める断熱材の体積の割合が非常に増大して、改質装置の大型化を招いてしまう。
(3) また、特許文献3の改質装置では150℃〜250℃で作動するLTS触媒層を沸騰水によって直接的に冷却するため、LTS触媒層が冷えすぎてしまう。このため、CO選択酸化部(PROX部)の酸化反応熱をLTS触媒層に供給して両者の温度をバラスさせる必要がある。
(4) また、特許文献4の改質装置では灯油を予め灯油沸点よりも低い温度のバーナ燃焼排ガスで部分蒸発させ、次に過熱水蒸気と混合して完全蒸発させるが、この方法では灯油沸騰のためのバーナ燃焼排ガスの温度制御が必要になり、且つ、灯油は多成分系であるため、沸点以下で加熱すると分離して蒸発振動が発生し易く、改質触媒層への供給が不均一になってしまう。
(1) The vacuum heat insulation container used in the reformers of
(2) On the other hand, the reforming apparatus of
(3) Moreover, in the reformer of
(4) In the reformer of
従って本発明は上記の事情に鑑み、燃料改質部に対する断熱性能を高め、しかも改質装置の製造コストの低減や小型化を図ることができ、更にはLTS触媒層の冷えすぎを防止すること、灯油沸騰のためのバーナ燃焼排ガスの温度制御が不要で且つ燃料改質部への改質燃料の供給を均一に行うことなどが可能な改質装置及びその運転方法を提供することを課題とする。 Accordingly, in view of the above circumstances, the present invention can improve the heat insulation performance for the fuel reforming section, reduce the manufacturing cost of the reformer and reduce the size, and further prevent the LTS catalyst layer from being too cold. It is an object of the present invention to provide a reformer that does not require temperature control of burner combustion exhaust gas for boiling kerosene and that can uniformly supply reformed fuel to the fuel reforming section, and an operating method thereof. To do.
上記課題を解決する第1発明の改質装置は、改質燃料と原料水の混合蒸気が流通する燃料改質部の改質触媒層を、前記燃料改質部の内側に形成された排ガス流路を流れるバーナ燃焼排ガスによって加熱することにより、前記改質燃料を水蒸気改質して水素ガスを含有する改質ガスを生成する構成の改質装置において、
前記燃料改質部の周囲を囲む断熱材と、
前記断熱材の周囲を囲む筒の外周面に巻回した水冷チューブとを有し、
この水冷チューブ内を流通する原料水が、前記断熱材の内側から前記断熱材を介して前記水冷チューブへ伝わる前記燃料改質部の熱を吸収して沸騰する構成としたことを特徴とする。
A reforming apparatus according to a first aspect of the present invention for solving the above-described problems is provided with a reforming catalyst layer of a fuel reforming section through which a mixed steam of reformed fuel and raw water flows, and an exhaust gas flow formed inside the fuel reforming section. In a reformer configured to generate a reformed gas containing hydrogen gas by steam reforming the reformed fuel by heating with a burner combustion exhaust gas flowing in a path,
A heat insulating material surrounding the fuel reforming section;
A water-cooled tube wound around an outer peripheral surface of a cylinder surrounding the periphery of the heat insulating material,
The raw water flowing through the water-cooled tube absorbs the heat of the fuel reforming portion transmitted from the inside of the heat insulating material to the water-cooled tube through the heat insulating material and boils.
また、第2発明の改質装置は、第1発明の改質装置において、
前記水冷チューブから排出される沸騰原料水中に改質燃料を混入する混合部を有し、
この混合部から排出される原料水と改質燃料の混合流体を蒸発させる混合流体蒸発手段とを有し、
この混合流体蒸発手段から排出される前記混合流体の蒸気を前記燃料改質部に供給する構成としたことを特徴する。
The reformer of the second invention is the reformer of the first invention,
Having a mixing part for mixing the reformed fuel into the boiling raw material water discharged from the water-cooled tube;
A mixed fluid evaporating means for evaporating the mixed fluid of the raw material water and the reformed fuel discharged from the mixing unit;
A feature is that the vapor of the mixed fluid discharged from the mixed fluid evaporation means is supplied to the fuel reforming section.
また、第3発明の改質装置は、第2発明の改質装置において、
前記混合流体蒸発手段は、前記原料水と改質燃料の混合流体を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブ内に流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成の混合流体蒸発器であること特徴する。
The reformer of the third invention is the reformer of the second invention,
The mixed fluid evaporation means causes the mixed fluid of the raw material water and the reformed fuel to flow through a spiral tube provided in a double cylinder so that the inner wall surface of the double cylinder and the tube It is a mixed fluid evaporator configured to evaporate by heating with a burner combustion exhaust gas flowing through a gap therebetween.
また、第4発明の改質装置は、第3発明の改質装置において、
前記混合流体蒸発器は、前記間隙に伝熱促進材を充填した構成であることを特徴する。
The reformer of the fourth invention is the reformer of the third invention,
The mixed fluid evaporator is characterized in that the gap is filled with a heat transfer promoting material.
また、第5発明の改質装置は、第1〜第4発明の何れかの改質装置において、
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをCO変成する低温CO変成部であって、前記水冷チューブとの間に間隙を保持した状態で前記水冷チューブの周囲を囲むように配置された低温CO変成部を有することを特徴する。
Further, the reformer of the fifth invention is the reformer of any of the first to fourth inventions,
A low-temperature CO conversion unit that CO converts the reformed gas generated in the fuel reforming unit, and is disposed so as to surround the water-cooled tube in a state where a gap is maintained between the reformed gas and the water-cooled tube. It has CO transformation part.
また、第6発明の改質装置は、第5発明の改質装置において、
前記間隙にバーナ燃焼排ガスを流すことにより、前記低温CO変成部の加熱が可能な構成としたことを特徴する。
The reformer of the sixth invention is the reformer of the fifth invention,
The burner combustion exhaust gas is allowed to flow through the gap so that the low-temperature CO shift section can be heated.
また、第7発明の改質装置は、第6発明の改質装置において、
前記間隙を流れるバーナ燃焼排ガスが、前記燃料改質部で前記改質触媒層を加熱し、更に前記混合流体蒸発器で前記混合流体を加熱することにより、前記低温CO変成部の低温CO変成触媒層の温度と前記水冷チューブ及び前記筒の壁面温度との中間の温度に低減されて、前記隙間に供給される構成としたことを特徴する。
The reformer of the seventh invention is the reformer of the sixth invention,
The burner combustion exhaust gas flowing through the gap heats the reforming catalyst layer in the fuel reforming section, and further heats the mixed fluid in the mixed fluid evaporator, so that the low temperature CO shift catalyst in the low temperature CO shift section The temperature is reduced to an intermediate temperature between the temperature of the layer and the wall temperature of the water-cooled tube and the cylinder, and is supplied to the gap.
また、第8発明の改質装置は、第5〜第7発明の何れかの改質装置において、
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをCO変成する高温CO変成部であって、前記燃料改質部の周囲を囲む配置とすることにより、前記燃料改質部を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成とした高温CO変成部を有し、
この高温CO変成部から排出される改質ガスを前記低温CO変成部に供給する構成としたことを特徴する。
Moreover, the reformer of the eighth invention is the reformer of any of the fifth to seventh inventions,
A high-temperature CO conversion section that CO converts the reformed gas generated in the fuel reforming section, and surrounds the periphery of the fuel reforming section, so that burner combustion exhaust gas passes through the fuel reforming section. It has a high-temperature CO transformation section that can be heated by
A feature is that the reformed gas discharged from the high temperature CO conversion section is supplied to the low temperature CO conversion section.
また、第9発明の改質装置は、第8発明の改質装置において、
原料水を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れる前記高温CO変成部からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の原料水蒸発器を有し、
前記原料水蒸発器から排出される前記原料水の蒸気を前記燃料改質部に供給し、前記原料水蒸発器から排出される改質ガスを前記低温CO変成部に供給する構成としたことを特徴する。
The reformer of the ninth invention is the reformer of the eighth invention,
The raw water is circulated through a spiral tube provided in the double cylinder, and the reformed gas from the high-temperature CO conversion section flows through the gap between the inner wall surface of the double cylinder and the tube. It has a raw material water evaporator configured to evaporate by heating,
The raw water vapor discharged from the raw water evaporator is supplied to the fuel reforming section, and the reformed gas discharged from the raw water evaporator is supplied to the low-temperature CO conversion section. Characterize.
また、第10発明の改質装置は、第9発明の改質装置において、
鉛直方向に沿って配置された1体又は複数体のCO選択酸化触媒層の側面に沿って鉛直方向に延びた冷却部を備え、原料水を前記冷却部の下端部から供給して前記冷却部内を上方へと流通させることにより前記CO選択酸化触媒層を冷却する構成のCO選択酸化部を有し、
前記冷却部の上端部から排出される前記原料水を、前記原料水蒸発器の前記チューブに供給する構成としたことを特徴する。
The reformer of the tenth invention is the reformer of the ninth invention,
A cooling unit extending in the vertical direction along the side surface of the one or more CO selective oxidation catalyst layers arranged along the vertical direction, and supplying raw water from the lower end of the cooling unit to the inside of the cooling unit Having a CO selective oxidation part configured to cool the CO selective oxidation catalyst layer by circulating the gas upward,
The raw water discharged from the upper end of the cooling unit is supplied to the tube of the raw water evaporator.
また、第11発明の改質装置は、第10発明の改質装置において、
前記CO選択酸化部は、前記燃料改質部の改質触媒層を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、前記CO選択酸化触媒層の側面に沿って設けた排ガス流路に流すことにより、前記CO選択酸化触媒層の加熱が可能な構成としたことを特徴する。
The reformer of the eleventh invention is the reformer of the tenth invention.
The CO selective oxidation unit causes the burner combustion exhaust gas after heating the reforming catalyst layer of the fuel reforming unit to flow through the exhaust gas flow path provided along the side surface of the CO selective oxidation catalyst layer, thereby the CO selective oxidation unit. The selective oxidation catalyst layer can be heated.
また、第12発明の改質装置は、第1発明の改質装置において、
改質燃料と原料水の混合流体を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成の混合流体蒸発器を有し、
この混合流体蒸発器から排出される前記混合流体の蒸気を前記燃料改質部に供給する構成としたこと特徴する。
The reformer of the twelfth invention is the reformer of the first invention,
The mixed fluid of reformed fuel and raw material water is circulated through a spiral tube provided in a double cylinder, and burner combustion exhaust gas flowing through the gap between the inner wall surface of the double cylinder and the tube Having a mixed fluid evaporator configured to evaporate by heating;
The mixed fluid vapor discharged from the mixed fluid evaporator is supplied to the fuel reforming unit.
また、第13発明の改質装置は、第12発明の改質装置において、
前記燃料改質部の前記改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、前記混合流体蒸発器の前記間隙に流す構成としたことを特徴する。
The reformer of the thirteenth aspect of the invention is the reformer of the twelfth aspect of the invention,
The burner combustion exhaust gas after heating the reforming catalyst layer of the fuel reforming section is configured to flow through the gap of the mixed fluid evaporator.
また、第14発明の改質装置は、第12又は第13発明の改質装置において、
前記混合流体蒸発器は、前記間隙に伝熱促進材を充填した構成であることを特徴する。
The reformer of the fourteenth invention is the reformer of the twelfth or thirteenth invention.
The mixed fluid evaporator is characterized in that the gap is filled with a heat transfer promoting material.
また、第15発明の改質装置は、第12〜第14発明の何れかの改質装置において、
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをCO変成する低温CO変成部であって、前記水冷チューブとの間に間隙を保持した状態で前記水冷チューブの周囲を囲むように配置された低温CO変成部を有することを特徴する。
The reformer of the fifteenth aspect of the invention is the reformer of any of the twelfth to fourteenth aspects of the invention,
A low-temperature CO conversion unit that CO converts the reformed gas generated in the fuel reforming unit, and is disposed so as to surround the water-cooled tube in a state where a gap is maintained between the reformed gas and the water-cooled tube. It has CO transformation part.
また、第16発明の改質装置は、第15発明の改質装置において、
前記燃料改質部の改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、前記間隙に流すことにより、前記低温CO変成部の加熱が可能な構成としたことを特徴する。
Further, the reformer of the sixteenth invention is the reformer of the fifteenth invention,
The burner combustion exhaust gas after heating the reforming catalyst layer of the fuel reforming section is caused to flow in the gap so that the low temperature CO shift section can be heated.
また、第17発明の改質装置は、第15又は第16発明の改質装置において、
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをCO変成する高温CO変成部であって、前記燃料改質部の周囲を囲む配置とすることにより、前記燃料改質部を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成とした高温CO変成部を有し、
この高温CO変成部から排出される改質ガスを前記低温CO変成部に供給する構成としたことを特徴する。
The reformer of the seventeenth invention is the reformer of the fifteenth or sixteenth invention,
A high-temperature CO conversion section that CO converts the reformed gas generated in the fuel reforming section, and surrounds the periphery of the fuel reforming section, so that burner combustion exhaust gas passes through the fuel reforming section. It has a high-temperature CO transformation section that can be heated by
A feature is that the reformed gas discharged from the high temperature CO conversion section is supplied to the low temperature CO conversion section.
また、第18発明の改質装置は、第17発明の改質装置において、
前記水冷チューブから排出される原料水を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れる前記高温CO変成部からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の原料水蒸発器を有し、
前記原料水蒸発器から排出される前記原料水の蒸気を前記燃料改質部に供給し、前記原料水蒸発器から排出される改質ガスを前記低温CO変成部に供給する構成としたことを特徴する。
The reformer of the eighteenth invention is the reformer of the seventeenth invention.
The high-temperature CO conversion that flows through the gap between the inner wall surface of the double cylinder and the tube by circulating the raw water discharged from the water-cooled tube through a spiral tube provided in the double cylinder. A raw material water evaporator configured to evaporate by heating with the reformed gas from the section;
The raw water vapor discharged from the raw water evaporator is supplied to the fuel reforming section, and the reformed gas discharged from the raw water evaporator is supplied to the low-temperature CO conversion section. Characterize.
また、第19発明の改質装置は、第18発明の改質装置において、
鉛直方向に沿って配置された1体又は複数体のCO選択酸化触媒層の側面に沿って鉛直方向に延びた冷却部を備え、原料水を前記冷却部の下端部から供給して前記冷却部内を上方へと流通させることにより前記CO選択酸化触媒層を冷却する構成のCO選択酸化部を有し、
前記冷却部の上端部から排出される前記原料水を、前記水冷チューブに供給する構成としたことを特徴する。
The reformer of the nineteenth invention is the reformer of the eighteenth invention,
A cooling unit extending in the vertical direction along the side surface of the one or more CO selective oxidation catalyst layers arranged along the vertical direction, and supplying raw water from the lower end of the cooling unit to the inside of the cooling unit Having a CO selective oxidation part configured to cool the CO selective oxidation catalyst layer by circulating the gas upward,
The raw water discharged from the upper end of the cooling unit is configured to be supplied to the water cooling tube.
また、第20発明の改質装置は、第19発明の改質装置において、
前記CO選択酸化部は、前記燃料改質部の改質触媒層を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、前記CO選択酸化触媒層の側面に沿って設けた排ガス流路に流すことにより、前記CO選択酸化触媒層の加熱が可能な構成としたことを特徴する。
The reformer of the twentieth invention is the reformer of the nineteenth invention,
The CO selective oxidation unit causes the burner combustion exhaust gas after heating the reforming catalyst layer of the fuel reforming unit to flow through the exhaust gas flow path provided along the side surface of the CO selective oxidation catalyst layer, thereby the CO selective oxidation unit. The selective oxidation catalyst layer can be heated.
また、第21発明の改質装置は、第20発明の改質装置において、
予熱運転時には前記水冷チューブと前記低温CO変成部との間の前記間隙から排出されるバーナ燃焼排ガス及び前記CO選択酸化部の前記排ガス流路から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出を可能とし、定常運転時には前記混合流体蒸発器から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出を可能とする排出切替手段を備えたことを特徴する。
The reformer of the twenty-first invention is the reformer of the twentieth invention,
During preheating operation, burner combustion exhaust gas discharged from the gap between the water-cooled tube and the low-temperature CO conversion unit and burner combustion exhaust gas discharged from the exhaust gas flow path of the CO selective oxidation unit can be discharged. It is characterized by comprising a discharge switching means that enables the burner combustion exhaust gas discharged from the mixed fluid evaporator to be discharged during operation.
また、第22発明の改質装置の運転方法は、第11発明の改質装置の運転方法であって、予熱運転時には、バーナを着火して、バーナ燃焼排ガスを、前記燃料改質部の内側に形成された前記排ガス流路と、前記低温CO変成部と前記水冷チューブとの間の間隙と、前記CO選択酸化部の前記排ガス流路とに流すことにより、前記燃料改質部の改質触媒層、前記高温CO変成部の高温CO変成触媒層、前記低温CO変成部の低温CO変成触媒層及び前記CO選択酸化部のCO選択酸化触媒層を加熱して所定の予熱温度とし、
この予熱運転後に、前記水冷チューブへの原料水の供給と前記混合部への改質燃料の供給とを開始することにより、前記燃料改質部での改質燃料の水蒸気改質と、前記高温CO変成部及び前記低温CO変成部でのCO変成と、前記CO選択酸化部でのCO選択酸化とを開始し、且つ、前記水冷チューブへの原料水の供給と同時に又は同原料水の供給よりも遅れて、前記CO選択酸化部の冷却部への原料水の供給も開始することにより、前記CO選択酸化部のCO選択酸化触媒層の温度及び前記低温CO変成部に流入する改質ガスの温度を所定の温度にすることを特徴する。
A reformer operating method according to a twenty-second aspect of the present invention is the reformer operating method according to the eleventh aspect of the present invention. During preheating operation, the burner is ignited to burn the burner combustion exhaust gas inside the fuel reforming section. The fuel reforming section is reformed by flowing through the exhaust gas passage formed in the gap, the gap between the low-temperature CO conversion section and the water cooling tube, and the exhaust gas passage of the CO selective oxidation section. Heating the catalyst layer, the high temperature CO conversion catalyst layer of the high temperature CO conversion section, the low temperature CO conversion catalyst layer of the low temperature CO conversion section and the CO selective oxidation catalyst layer of the CO selective oxidation section to a predetermined preheating temperature;
After this preheating operation, by starting the supply of raw water to the water cooling tube and the supply of reformed fuel to the mixing section, steam reforming of the reformed fuel in the fuel reforming section and the high temperature Starting CO conversion in the CO conversion section and the low temperature CO conversion section, and CO selective oxidation in the CO selective oxidation section, and simultaneously with the supply of the raw water to the water cooling tube or from the supply of the raw water The supply of raw material water to the cooling unit of the CO selective oxidation unit is also started later, so that the temperature of the CO selective oxidation catalyst layer of the CO selective oxidation unit and the reformed gas flowing into the low temperature CO conversion unit The temperature is set to a predetermined temperature.
また、第23発明の改質装置の運転方法は、第21発明の改質装置の運転方法であって、予熱運転時には、前記排出切替手段を、前記水冷チューブと前記低温CO変成部との間の前記間隙から排出されるバーナ燃焼排ガス及び前記CO選択酸化部の前記排ガス流路から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出が可能な状態とし、バーナを着火して、バーナ燃焼排ガスを、前記燃料改質部の内側に形成された前記排ガス流路と、前記低温CO変成部と前記水冷チューブとの間の間隙と、前記CO選択酸化部の前記排ガス流路とに流すことにより、前記燃料改質部の改質触媒層、前記高温CO変成部の高温CO変成触媒層、前記低温CO変成部の低温CO変成触媒層及び前記CO選択酸化部のCO選択酸化触媒層を加熱して所定の温度とし、
この予熱運転後に、前記排出切替手段を、前記混合流体蒸発器から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出が可能な状態に切り替えて、前記混合流体蒸発器への改質燃料と原料水の混合流体の供給を開始することにより、前記燃料改質部での改質燃料の水蒸気改質と、前記高温CO変成部及び前記低温CO変成部でのCO変成と、前記CO選択酸化部でのCO選択酸化とを開始し、且つ、前記水冷チューブへの原料水の供給と同時に又は同原料水の供給よりも遅れて、前記CO選択酸化部の冷却部への原料水の供給も開始することにより、前記CO選択酸化部のCO選択酸化触媒層の温度及び前記低温CO変成部に流入する改質ガスの温度を所定の温度にすることを特徴する。
Further, the reformer operating method of the twenty-third invention is the reformer operating method of the twenty-first invention, wherein during the preheating operation, the discharge switching means is connected between the water-cooled tube and the low-temperature CO conversion section. The burner combustion exhaust gas discharged from the gap and the burner combustion exhaust gas discharged from the exhaust gas flow path of the CO selective oxidation unit can be discharged, the burner is ignited, and the burner combustion exhaust gas is converted into the fuel reformer. The fuel reforming is performed by flowing through the exhaust gas passage formed inside the mass portion, the gap between the low temperature CO conversion portion and the water cooling tube, and the exhaust gas passage of the CO selective oxidation portion. The reforming catalyst layer of the part, the high temperature CO conversion catalyst layer of the high temperature CO conversion part, the low temperature CO conversion catalyst layer of the low temperature CO conversion part and the CO selective oxidation catalyst layer of the CO selective oxidation part are heated to a predetermined temperature. ,
After this preheating operation, the discharge switching means is switched to a state in which burner combustion exhaust gas discharged from the mixed fluid evaporator can be discharged, and the mixed fluid of the reformed fuel and the raw water to the mixed fluid evaporator By starting supply, steam reforming of the reformed fuel in the fuel reforming unit, CO conversion in the high temperature CO conversion unit and the low temperature CO conversion unit, and CO selective oxidation in the CO selective oxidation unit And starting the supply of raw water to the cooling section of the CO selective oxidation unit simultaneously with or behind the supply of the raw material water to the water cooling tube, The temperature of the CO selective oxidation catalyst layer of the CO selective oxidation unit and the temperature of the reformed gas flowing into the low temperature CO conversion unit are set to a predetermined temperature.
また、第24発明の改質装置の運転方法は、第22又は第23発明の改質装置の運転方法において、
定常運転時には、
前記燃料改質部の改質触媒層の最高温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するように前記バーナへの燃料供給量を制御し、
且つ、前記混合流体蒸発器から排出されて前記燃料改質部に供給される前記混合流体の蒸気温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するように前記バーナへの空気供給量を制御することを特徴する。
The reformer operating method of the twenty-fourth aspect of the invention is the reformer operating method of the twenty-second or twenty-third aspect of the invention,
During steady operation,
The maximum temperature of the reforming catalyst layer of the fuel reforming unit is measured, and the fuel supply amount to the burner is controlled so as to maintain this temperature measurement value within a predetermined temperature range,
In addition, the vapor temperature of the mixed fluid discharged from the mixed fluid evaporator and supplied to the fuel reforming unit is measured, and the temperature measurement value is maintained in a predetermined temperature range to the burner. It is characterized by controlling the air supply amount.
第1発明の改質装置によれば、断熱材の周囲を囲む筒の外周面に巻回した水冷チューブと有し、この水冷チューブ内を流通する原料水が、断熱材の内側から断熱材を介して水冷チューブへ伝わる燃料改質部の熱を吸収して沸騰する構成としたことより、断熱材から漏れた燃料改質部の熱を、水冷チューブで原料水の蒸発熱として回収することができるため、断熱材として安価で断熱性能の低いものを用い、且つ、断熱材を薄くしても、放熱量の増加による効率低下を招くことがない。このため、改質装置の製造コストの低減や小型化を図ることができる。 According to the reforming apparatus of the first invention, the water-cooled tube wound around the outer peripheral surface of the cylinder surrounding the periphery of the heat insulating material, and the raw water flowing through the water-cooled tube is supplied with the heat insulating material from the inside of the heat insulating material. By absorbing the heat of the fuel reforming section transmitted to the water cooling tube through the water and boiling, the heat of the fuel reforming section leaked from the heat insulating material can be recovered as the evaporation heat of the raw material water by the water cooling tube Therefore, even if a heat insulating material that is inexpensive and has low heat insulating performance is used and the heat insulating material is thinned, the efficiency is not lowered due to an increase in the amount of heat radiation. For this reason, it is possible to reduce the manufacturing cost and size of the reformer.
第2発明の改質装置によれば、水冷チューブで沸騰した原料水中に改質燃料を混入することにより、改質燃料として例えば灯油を用いる場合にも、灯油の予備蒸発が不要で灯油沸騰のためのバーナ燃焼排ガスの温度制御が不要であり、しかも、沸騰して流速が増加(例えば20〜30m/s)した原料水の水蒸気中に改質燃料を混入することになるため、特別なミキサーを用いなくても、容易に原料水(水蒸気)に対して改質燃料を均一に混合することができる。また、混合流体蒸発手段では改質燃料が原料水(水蒸気)とともに蒸発(例えば約400℃まで温度上昇)するため、蒸発振動を生じることなく燃料改質部への改質燃料の供給を均一に行うことができ、且つ、カーボンの析出などもない。 According to the reforming apparatus of the second invention, the reformed fuel is mixed into the raw water boiled in the water-cooled tube, so that, for example, when kerosene is used as the reformed fuel, the preliminary evaporation of kerosene is unnecessary and the kerosene boiling is not performed. The temperature of the burner combustion exhaust gas is not required, and the reformed fuel is mixed in the steam of the raw material water that has boiled and the flow velocity has increased (for example, 20 to 30 m / s). Even without using, the reformed fuel can be easily mixed with the raw water (steam) easily. Further, in the mixed fluid evaporation means, the reformed fuel evaporates together with the raw water (steam) (for example, the temperature rises to about 400 ° C.), so that the reformed fuel can be supplied uniformly to the fuel reforming section without causing evaporation oscillation. It can be performed and there is no carbon deposition.
第3発明の改質装置によれば、混合流体蒸発手段としての混合流体蒸発器が、原料水と改質燃料の混合流体を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブ内に流通させて、二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成であるため、バーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して効率的に前記混合流体を蒸発させることができる。 According to the reforming apparatus of the third invention, the mixed fluid evaporator as the mixed fluid evaporating means causes the mixed fluid of the raw water and the reformed fuel to flow through the spiral tube provided in the double cylinder. In addition, since it is configured to evaporate by heating with the burner combustion exhaust gas flowing in the gap between the inner wall surface of the double cylinder and the tube, the mixing is efficiently performed by effectively using the heat of the burner combustion exhaust gas. The fluid can be evaporated.
第4発明の改質装置によれば、二重の筒の内壁面とチューブとの間の間隙に伝熱促進材を充填するため、バーナ燃焼排ガスの熱が、バーナ燃焼排ガスから直接チューブの管壁に伝わるだけではなく、伝熱促進材を介してもチューブの管壁に伝わることになるため、混合流体へのバーナ燃焼排ガスの熱の伝達が促進される。更に、伝熱促進材はバーナ燃焼排ガスの流れの分布を均一化するための抵抗として機能や、混合流体とバーナ燃焼排ガスとの熱バランスがくずれたときにも混合流体の温度を保持する蓄熱材としての機能も果たすことができる。 According to the reforming apparatus of the fourth aspect of the invention, since the heat transfer promoting material is filled in the gap between the inner wall surface of the double cylinder and the tube, the heat of the burner combustion exhaust gas is directly from the burner combustion exhaust gas to the tube of the tube. Since the heat is not only transmitted to the wall but also transmitted to the tube wall of the tube through the heat transfer promoting material, the heat transfer of the burner combustion exhaust gas to the mixed fluid is promoted. Furthermore, the heat transfer facilitating material functions as a resistance for making the flow distribution of the burner combustion exhaust gas uniform, and the heat storage material that maintains the temperature of the mixed fluid even when the thermal balance between the mixed fluid and the burner combustion exhaust gas is lost. It can also serve as
第5発明の改質装置によれば、低温CO変成部と水冷チューブとの間に間隙を保持することにより、水冷チューブ内を流通する原料水が、前記間隙を介して低温CO変成部の低温CO変成触媒層を放射冷却することになるため、低温CO変成触媒層の過冷却を防止して、低温CO変成触媒層をCO変成反応に適した温度(例えば200℃付近)に保持することができる。 According to the reforming apparatus of the fifth aspect of the present invention, the gap between the low temperature CO conversion section and the water cooling tube is maintained, so that the raw water flowing through the water cooling tube passes through the gap at the low temperature of the low temperature CO conversion section. Since the CO shift catalyst layer is radiatively cooled, it is possible to prevent the low temperature CO shift catalyst layer from being overcooled and maintain the low temperature CO shift catalyst layer at a temperature suitable for the CO shift reaction (for example, around 200 ° C.). it can.
第6発明の改質装置によれば、低温CO変成部と水冷チューブとの間の間隙にバーナ燃焼排ガスを流すことにより、低温CO変成部の加熱が可能な構成であるため、起動時(予熱運転時)には、バーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して低温CO変成部の低温CO変成触媒層を予熱することができる。 According to the reforming apparatus of the sixth aspect of the invention, since the combustion of the burner combustion exhaust gas is allowed to flow through the gap between the low temperature CO conversion section and the water cooling tube, the low temperature CO conversion section can be heated. During operation, the heat of the burner combustion exhaust gas can be effectively used to preheat the low temperature CO conversion catalyst layer in the low temperature CO conversion section.
第7発明の改質装置によれば、低温CO変成部と水冷チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスが、燃料改質部で前記改質触媒層を加熱し、更に混合流体蒸発器で混合流体を加熱することにより、低温CO変成部の低温CO変成触媒層の温度と水冷チューブ及び筒の壁面温度との中間の温度に低減されて、前記隙間に供給される構成であるため、前記バーナ燃焼排ガスが、特に低温CO変成触媒層の改質ガス流れ方向の上流側における温度の低下を緩和して、低温CO変成触媒層における改質ガス流れ方向の上流(高温部)から下流(低温部)までの温度の変化を理想的な直線的変化に近づけることができる。 According to the reforming apparatus of the seventh invention, the burner combustion exhaust gas flowing through the gap between the low-temperature CO conversion section and the water-cooled tube heats the reforming catalyst layer in the fuel reforming section, and further in the mixed fluid evaporator By heating the mixed fluid, the temperature is reduced to an intermediate temperature between the temperature of the low-temperature CO conversion catalyst layer of the low-temperature CO conversion unit and the wall temperature of the water-cooled tube and the cylinder, and is supplied to the gap. Burner combustion exhaust gas relaxes the decrease in temperature on the upstream side in the reformed gas flow direction of the low-temperature CO conversion catalyst layer, in particular, from the upstream (high-temperature part) in the reformed gas flow direction in the low-temperature CO conversion catalyst layer (low temperature). Part) can be brought close to an ideal linear change.
第8発明の改質装置によれば、高温CO変成部を、燃料改質部の周囲を囲む配置とすることにより、燃料改質部を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成としたため、起動時(予熱運転時)には燃料改質部の改質触媒層をバーナ燃焼排ガスで予熱すると同時に高温CO変成部の高温CO変成触媒層も予熱することができる。即ち、簡易な構成で容易に高温CO変成部の高温CO変成触媒層の予熱も行うことができる。 According to the reforming apparatus of the eighth aspect of the invention, the high temperature CO conversion section is arranged so as to surround the fuel reforming section, so that it can be heated by the burner combustion exhaust gas through the fuel reforming section. At start-up (during preheating operation), the reforming catalyst layer in the fuel reforming section is preheated with burner combustion exhaust gas, and at the same time, the high temperature CO conversion catalyst layer in the high temperature CO conversion section can be preheated. That is, it is possible to easily preheat the high temperature CO conversion catalyst layer in the high temperature CO conversion section with a simple configuration.
第9発明の改質装置によれば、原料水を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れる高温CO変成部からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の原料水蒸発器を有するため、改質ガスの熱を有効に利用して効率的に原料水を蒸発させることができる。即ち、原料水の加熱(蒸発)と改質ガスの温度低減とを効率的に行うことができる。 According to the reforming apparatus of the ninth aspect of the invention, the raw water is circulated through the spiral tube provided in the double cylinder, and flows through the gap between the inner wall surface of the double cylinder and the tube. Since it has the raw material water evaporator of the structure evaporated by heating with the reformed gas from a high temperature CO conversion part, raw material water can be efficiently evaporated using the heat | fever of reformed gas effectively. That is, the heating (evaporation) of the raw material water and the temperature reduction of the reformed gas can be performed efficiently.
第10発明の改質装置によれば、CO選択酸化部を、鉛直方向に沿って配置された1体又は複数体のCO選択酸化触媒層の側面に沿って鉛直方向に延びた冷却部を備え、原料水を前記冷却部の下端部から供給して前記冷却部内を上方へと流通させることにより前記CO選択酸化触媒層を冷却する構成としたことにより、原料水を冷却部の上端部から供給して下方へ流通させる場合に比べ、容易に冷却部内の原料水全体を沸騰温度(例えば100℃)にすることができる。即ち、原料水を冷却部の上端部から供給する場合には沸騰した原料水はなかなか下方には流れていかずに冷たい原料水だけが先に下方へ流れていくため、冷却部内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることが難しいが、原料水を冷却部の下端部から供給する場合には沸騰した原料水が直ぐに上方へ流れていくため、容易に冷却部内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることができる。このため、容易にCO選択酸化触媒層全体の温度をCO選択酸化反応に適した温度にすることができる。 According to the reforming apparatus of the tenth aspect of the invention, the CO selective oxidation unit includes the cooling unit that extends in the vertical direction along the side surface of the one or plural CO selective oxidation catalyst layers arranged along the vertical direction. The raw material water is supplied from the upper end of the cooling unit by supplying the raw water from the lower end of the cooling unit and circulating the inside of the cooling unit to cool the CO selective oxidation catalyst layer. Compared with the case where it distribute | circulates below, whole raw material water in a cooling part can be easily made into boiling temperature (for example, 100 degreeC). That is, when the raw water is supplied from the upper end of the cooling unit, the boiling raw material water does not flow downward easily, but only the cold raw water flows first downward. Although it is difficult to achieve a uniform boiling temperature, when the raw material water is supplied from the lower end of the cooling unit, the boiling raw material water immediately flows upward, so the entire raw material water in the cooling unit is easily boiled uniformly. Can be temperature. For this reason, the temperature of the entire CO selective oxidation catalyst layer can be easily set to a temperature suitable for the CO selective oxidation reaction.
第11発明の改質装置によれば、CO選択酸化部は、燃料改質部の改質触媒層を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、CO選択酸化触媒層の側面に沿って設けた排ガス流路に流すことにより、CO選択酸化触媒層の加熱が可能な構成であるため、起動時(予熱運転時)にはバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して、CO選択酸化部のCO選択酸化触媒層を予熱することができる。 According to the reforming apparatus of the eleventh aspect of the invention, the CO selective oxidation unit is configured to provide an exhaust gas flow in which the burner combustion exhaust gas after heating the reforming catalyst layer of the fuel reforming unit is provided along the side surface of the CO selective oxidation catalyst layer. Since the CO selective oxidation catalyst layer can be heated by flowing it through the channel, the heat of the burner combustion exhaust gas is effectively used at the time of start-up (during preheating operation), and CO selective oxidation in the CO selective oxidation unit is performed. The catalyst layer can be preheated.
第12発明の改質装置によれば、改質燃料と原料水の混合流体を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブ内に流通させて、二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成の混合流体蒸発器を有するため、バーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して効率的に前記混合流体を蒸発させることができる。 According to the reformer of the twelfth aspect of the invention, the mixed fluid of reformed fuel and raw material water is circulated in a spiral tube provided in the double cylinder, and the inner wall surface of the double cylinder and the tube Since the mixed fluid evaporator is configured to evaporate by heating with the burner combustion exhaust gas flowing through the gap between the two, the heat of the burner combustion exhaust gas can be effectively used to efficiently evaporate the mixed fluid. .
第13発明の改質装置によれば、燃料改質部の改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、混合流体蒸発器の間隙に流す構成としたため、改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して混合流体を蒸発させることができる。 According to the reforming apparatus of the thirteenth aspect of the invention, since the burner combustion exhaust gas after heating the reforming catalyst layer of the fuel reforming section is configured to flow in the gap of the mixed fluid evaporator, the burner after heating the reforming catalyst layer The mixed fluid can be evaporated by effectively using the heat of the combustion exhaust gas.
第14発明の改質装置によれば、二重の筒の内壁面とチューブとの間の間隙に伝熱促進材を充填するため、バーナ燃焼排ガスの熱が、バーナ燃焼排ガスから直接チューブの管壁に伝わるだけではなく、伝熱促進材を介してもチューブの管壁に伝わることになるため、混合流体へのバーナ燃焼排ガスの熱の伝達が促進される。更に、伝熱促進材はバーナ燃焼排ガスの流れの分布を均一化するための抵抗として機能や、混合流体とバーナ燃焼排ガスとの熱バランスがくずれたときにも混合流体の温度を保持する蓄熱材としての機能も果たすことができる。 According to the reforming apparatus of the fourteenth aspect of the invention, since the heat transfer promoting material is filled in the gap between the inner wall surface of the double cylinder and the tube, the heat of the burner combustion exhaust gas is directly transferred from the burner combustion exhaust gas to the tube of the tube. Since the heat is not only transmitted to the wall but also transmitted to the tube wall of the tube through the heat transfer promoting material, the heat transfer of the burner combustion exhaust gas to the mixed fluid is promoted. Furthermore, the heat transfer facilitating material functions as a resistance for making the flow distribution of the burner combustion exhaust gas uniform, and the heat storage material that maintains the temperature of the mixed fluid even when the thermal balance between the mixed fluid and the burner combustion exhaust gas is lost. It can also serve as
第15発明の改質装置によれば、低温CO変成部と水冷チューブとの間に間隙を保持することにより、水冷チューブ内を流通する原料水が、前記間隙を介して低温CO変成部の低温CO変成触媒層を放射冷却することになるため、低温CO変成触媒層の過冷却を防止して、低温CO変成触媒層をCO変成反応に適した温度(例えば200℃付近)に保持することができる。 According to the reforming apparatus of the fifteenth aspect of the present invention, the gap between the low temperature CO conversion section and the water cooling tube is maintained, so that the raw water flowing through the water cooling tube passes through the gap at the low temperature of the low temperature CO conversion section. Since the CO shift catalyst layer is radiatively cooled, it is possible to prevent the low temperature CO shift catalyst layer from being overcooled and maintain the low temperature CO shift catalyst layer at a temperature suitable for the CO shift reaction (for example, around 200 ° C.). it can.
第16発明の改質装置によれば、燃料改質部の改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、低温CO変成部と水冷チューブとの間に間隙に流すことにより、低温CO変成部の加熱が可能な構成としたため、起動時(予熱運転時)にはバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して、低温CO変成部の低温CO変成触媒層を予熱することができる。 According to the reforming apparatus of the sixteenth aspect of the present invention, the burner combustion exhaust gas after heating the reforming catalyst layer of the fuel reforming section is caused to flow in the gap between the low temperature CO conversion section and the water cooling tube, thereby the low temperature CO conversion section. Therefore, the heat of the burner combustion exhaust gas can be effectively used at the time of start-up (during preheating operation) to preheat the low temperature CO shift catalyst layer of the low temperature CO shift section.
第17発明の改質装置によれば、高温CO変成部を、燃料改質部の周囲を囲む配置とすることにより、燃料改質部を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成としたため、起動時(予熱運転時)には燃料改質部の改質触媒層をバーナ燃焼排ガスで予熱すると同時に高温CO変成部の高温CO変成触媒層も予熱することができる。即ち、簡易な構成で容易に高温CO変成部の高温CO変成触媒層の予熱も行うことができる。 According to the reforming apparatus of the seventeenth aspect of the present invention, the high-temperature CO conversion section is arranged so as to surround the fuel reforming section, so that it can be heated by the burner combustion exhaust gas through the fuel reforming section. At start-up (during preheating operation), the reforming catalyst layer in the fuel reforming section is preheated with burner combustion exhaust gas, and at the same time, the high temperature CO conversion catalyst layer in the high temperature CO conversion section can be preheated. That is, it is possible to easily preheat the high temperature CO conversion catalyst layer in the high temperature CO conversion section with a simple configuration.
第18発明の改質装置によれば、水冷チューブから排出される原料水を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れる高温CO変成部からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の原料水蒸発器を有するため、改質ガスの熱を有効に利用して効率的に原料水を蒸発させることができる。即ち、原料水の加熱(蒸発)と改質ガスの温度低減とを効率的に行うことができる。 According to the reforming apparatus of the eighteenth aspect of the invention, the raw water discharged from the water-cooled tube is circulated through the spiral tube provided in the double cylinder, and the inner wall surface of the double cylinder and the tube Since it has a raw material water evaporator configured to evaporate by heating with the reformed gas from the high-temperature CO conversion section flowing through the gap between the two, the raw material water is efficiently evaporated by effectively using the heat of the reformed gas Can be made. That is, the heating (evaporation) of the raw material water and the temperature reduction of the reformed gas can be performed efficiently.
第19発明の改質装置によれば、CO選択酸化部を、鉛直方向に沿って配置された1体又は複数体のCO選択酸化触媒層の側面に沿って鉛直方向に延びた冷却部を備え、原料水を前記冷却部の下端部から供給して前記冷却部内を上方へと流通させることにより前記CO選択酸化触媒層を冷却する構成としたことにより、原料水を冷却部の上端部から供給して下方へ流通させる場合に比べ、容易に冷却部内の原料水全体を沸騰温度(例えば100℃)にすることができる。即ち、原料水を冷却部の上端部から供給する場合には沸騰した原料水はなかなか下方には流れていかずに冷たい原料水だけが先に下方へ流れていくため、冷却部内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることが難しいが、原料水を冷却部の下端部から供給する場合には沸騰した原料水が直ぐに上方へ流れていくため、容易に冷却部内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることができる。このため、容易にCO選択酸化触媒層全体の温度をCO選択酸化反応に適した温度にすることができる。 According to the reforming apparatus of the nineteenth aspect of the invention, the CO selective oxidation unit includes the cooling unit extending in the vertical direction along the side surface of the one or plural CO selective oxidation catalyst layers arranged along the vertical direction. The raw material water is supplied from the upper end of the cooling unit by supplying the raw water from the lower end of the cooling unit and circulating the inside of the cooling unit to cool the CO selective oxidation catalyst layer. Compared with the case where it distribute | circulates below, whole raw material water in a cooling part can be easily made into boiling temperature (for example, 100 degreeC). That is, when the raw water is supplied from the upper end of the cooling unit, the boiling raw material water does not flow downward easily, but only the cold raw water flows first downward. Although it is difficult to achieve a uniform boiling temperature, when the raw material water is supplied from the lower end of the cooling unit, the boiling raw material water immediately flows upward, so the entire raw material water in the cooling unit is easily boiled uniformly. Can be temperature. For this reason, the temperature of the entire CO selective oxidation catalyst layer can be easily set to a temperature suitable for the CO selective oxidation reaction.
第20発明の改質装置によれば、CO選択酸化部は、燃料改質部の改質触媒層を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、CO選択酸化触媒層の側面に沿って設けた排ガス流路に流すことにより、CO選択酸化触媒層の加熱が可能な構成であるため、起動時(予熱運転時)にはバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して、CO選択酸化部のCO選択酸化触媒層を予熱することができる。 According to the reforming apparatus of the twentieth aspect of the invention, the CO selective oxidation unit is configured to provide an exhaust gas flow in which the burner combustion exhaust gas after heating the reforming catalyst layer of the fuel reforming unit is provided along the side surface of the CO selective oxidation catalyst layer. Since the CO selective oxidation catalyst layer can be heated by flowing it through the channel, the heat of the burner combustion exhaust gas is effectively used at the time of start-up (during preheating operation), and CO selective oxidation in the CO selective oxidation unit is performed. The catalyst layer can be preheated.
第21発明の改質装置によれば、排出切替手段によって、起動の際の予熱運転時にだけCO選択酸化部の排ガス流路にバーナ燃焼排ガスを流し、定常運転時にはCO選択酸化部の排ガス流路にバーナ燃焼排ガスを流さないようにすることができるため、CO選択酸化部における発熱を、バーナ燃焼排ガスとともに排出することなく、冷却部を流れる原料水の蒸発に利用することができるため、定常運転時にもCO選択酸化部の排ガス流路にバーナ燃焼排ガスを流す場合に比べて、放熱ロスを低減することができる。 According to the reforming apparatus of the twenty-first aspect of the invention, the exhaust gas switching unit causes the burner combustion exhaust gas to flow through the exhaust gas passage of the CO selective oxidation unit only during the preheating operation at the time of startup, and the exhaust gas flow passage of the CO selective oxidation unit during steady operation. Since the burner combustion exhaust gas can be prevented from flowing into the CO, the heat generated in the CO selective oxidation unit can be used for evaporation of the raw material water flowing in the cooling unit without being discharged together with the burner combustion exhaust gas. Even when the burner combustion exhaust gas is caused to flow through the exhaust gas passage of the CO selective oxidation unit, the heat dissipation loss can be reduced.
第22発明の改質装置の運転方法によれば、起動の際の予熱運転時にはバーナ燃焼排ガスによって燃料改質部、高温CO変成部、低温CO変成部及びCO選択酸化部の各触媒層を効率的に加熱し、予熱運転後(各触媒層が所定の予熱温度に到達した後)に水冷チューブへの原料水の供給と混合部への改質燃料の供給とCO選択酸化部の冷却部への原料水の供給とを開始して改質ガスの生成を開始することができる。 According to the operation method of the reforming apparatus of the twenty-second aspect of the invention, the catalyst layers of the fuel reforming section, the high temperature CO conversion section, the low temperature CO conversion section, and the CO selective oxidation section are efficiently used by the burner combustion exhaust gas during the preheating operation at the time of startup. After the preheating operation (after each catalyst layer reaches a predetermined preheating temperature), the raw water is supplied to the water cooling tube, the reformed fuel is supplied to the mixing unit, and the cooling unit of the CO selective oxidation unit The generation of the reformed gas can be started by starting the supply of the raw material water.
第23発明の改質装置の運転方法によれば、排出切替手段によって、起動の際の予熱運転時にだけCO選択酸化部の排ガス流路にバーナ燃焼排ガスを流し、定常運転時にはCO選択酸化部の排ガス流路にバーナ燃焼排ガスを流さないようにするため、CO選択酸化部における発熱を、バーナ燃焼排ガスとともに排出することなく、冷却部を流れる原料水の蒸発に利用することができるため、定常運転時にもCO選択酸化部の排ガス流路にバーナ燃焼排ガスを流す場合に比べて放熱ロスを低減することができ、また、予熱運転後(各触媒層が所定の予熱温度に到達した後)に原料水と改質燃料の混合流体の混合流体蒸発器への供給とCO選択酸化部の冷却部への原料水の供給とを開始して改質ガスの生成を開始することができる。 According to the operation method of the reforming apparatus of the twenty-third aspect of the invention, the exhaust gas switching means causes the burner combustion exhaust gas to flow through the exhaust gas passage of the CO selective oxidation unit only during the preheating operation at startup, and the CO selective oxidation unit during steady operation. In order to prevent the burner combustion exhaust gas from flowing through the exhaust gas flow path, the heat generated in the CO selective oxidation section can be used for evaporation of the raw material water flowing through the cooling section without being discharged together with the burner combustion exhaust gas, so that steady operation is possible. Sometimes the heat dissipation loss can be reduced compared with the case where the burner combustion exhaust gas is passed through the exhaust gas passage of the CO selective oxidation section, and the raw material after the preheating operation (after each catalyst layer reaches a predetermined preheating temperature) The generation of the reformed gas can be started by starting the supply of the mixed fluid of water and reformed fuel to the mixed fluid evaporator and the supply of the raw water to the cooling unit of the CO selective oxidation unit.
第24発明の改質装置の運転方法によれば、定常運転時には、燃料改質部の改質触媒層の最高温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するようにバーナへの燃料供給量を制御し、且つ、混合流体蒸発器から排出されて燃料改質部に供給される混合流体の蒸気温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するようにバーナへの空気供給量を制御するため、前記改質触媒層の最高温度と前記混合流体の蒸気温度とを、それぞれの所定の温度範囲内に確実に維持することができる。 According to the operation method of the reforming apparatus of the twenty-fourth aspect of the invention, during the steady operation, the maximum temperature of the reforming catalyst layer of the fuel reforming unit is measured, and this temperature measurement value is maintained within a predetermined temperature range. The fuel supply amount to the burner is controlled, and the vapor temperature of the mixed fluid discharged from the mixed fluid evaporator and supplied to the fuel reforming unit is measured, and this temperature measurement value is maintained within a predetermined temperature range. Thus, since the air supply amount to the burner is controlled, the maximum temperature of the reforming catalyst layer and the vapor temperature of the mixed fluid can be reliably maintained within respective predetermined temperature ranges.
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
<実施の形態例1>
図1は本発明の実施の形態例1に係る改質装置の本体部の構成を示す断面図、図2は前記改質装置のCO選択酸化部の構成を示す断面図、図3は図1のA−A線矢視断面図、図4は図1のB−B線矢視断面図、図5は図1のC−C線矢視断面図、図6は図2のD−D線矢視断面図、図7は図1のE部拡大断面図である。また、図8は前記改質装置に備えた温度制御系のブロック図、図9は低温CO変成触媒層の温度勾配を示す説明図である。
<
1 is a cross-sectional view showing a configuration of a main body portion of a reformer according to
図1及び図2に示すように、本実施の形態例1の改質装置は改質装置本体部100と、CO選択酸化部101(以下、PROX部と称する)とを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the reformer of the first embodiment includes a reformer
図1及び図3〜図5に示すように、改質装置本体部100は中央部にバーナ11の燃料燃焼部1を有している。そして、改質装置本体部100の下側にはバーナ11を中心として、燃料改質部2、高温CO変成部3(以下、HTS部と称する)、断熱材4、水冷チューブ5、低温CO変成部6(以下、LTS部と称する)、断熱材7などが同心円状に配設される一方、改質装置本体部100の上側にはバーナ11を中心として、断熱材19、混合流体蒸発器(混合流体蒸発手段)としての第1蒸発器8、断熱材9、原料水蒸発器としての第2蒸発器10、断熱材7などが同心円状に配設されている。
As shown in FIGS. 1 and 3 to 5, the reformer
詳述すると、改質装置本体部100の中央部にはステンレス等の金属製の鉛直管13が配置されており、この鉛直管13の内部が燃料燃焼部1となっている。鉛直管13は上端が端板14によって閉じられる一方、下端が開口15となっている。なお、鉛直管13は下側に比べて上側の方が径が大きくなっている。バーナ11は鉛直管13内の中心部に挿入され、燃料燃焼部1の上方に位置している。従って、バーナ11の上方から燃料109及び空気110をバーナ11へ供給してバーナ11を着火すると、燃料燃焼部1ではバーナ11から噴射される燃料が燃焼して火炎12が下方へと延びる。燃料燃焼部1(鉛直管13)は、このときのバーナ11の燃焼によって生じる高温(例えば約1000℃)の燃焼排ガス(以下、バーナ燃焼排ガスと称する)を高温のまま保持して、その下端の開口15から放出することできるようになっている。
More specifically, a
そして、改質装置本体部100の下側では、燃料改質部2が、燃料燃焼部1(鉛直管13)の周囲を囲むようにして燃料燃焼部1(鉛直管13)と同心円状に配設されている。燃料改質部2は改質触媒存在化で灯油などの改質燃料を水蒸気改質することにより、水素ガスを含有する改質ガスを生成する部分である。詳述すると、燃料改質部2は二重円筒を構成するステンレス等の金属製の内円筒16と外円筒17の間に例えば直径3mmの改質触媒を充填してなる改質触媒層18を収容した構成のものであり、鉛直管13との間に円筒状の排ガス流路20が形成されるように鉛直管13に対して適当な間隙を隔てた状態で鉛直管13の周囲を囲むようにして燃料燃焼部1(鉛直管13)と同心円状に配設されている。
Then, on the lower side of the reformer
従って、燃料改質部2では、第1蒸発器8及び第2蒸発器10(詳細後述)を経て、その上端から供給される改質燃料と原料水との混合流体の蒸気や原料水の蒸気が、燃料改質部2の改質触媒層18を下方へと流れて改質触媒層18の下端から排出される間に、燃料改質部1の下端の開口15から下方へと排出され後に反転して排ガス流路20内に流入し、排ガス流路20内を上昇する高温のバーナ燃焼排ガスと、内円筒16を介して間接的に向流接触することにより、改質燃料の水蒸気改質に必要な熱を、前記バーナ燃焼排ガスから受けることが可能である。
Therefore, in the
また、燃料改質部2の周囲にはステンレス等の金属製の円筒21が、燃料改質部2の外円筒17に対して適当な間隔を隔てて燃料改質部2と同心円状に配設されている。燃料改質部2の外円筒17は径が一定の円筒であるのに対し、円筒21は下側に比べて上側の方が径が大きくなっている。このため、外円筒17と円筒21との間の間隙は、下側よりも上側の方が幅が大きくなっている。そして、外円筒17と円筒21との間の間隙の下側部分が改質ガス反転上昇部22となっており、この改質ガス反転上昇部22の下端が燃料改質部2の下端に連通している。また、燃料改質部2の内円筒16の下端と円筒21の下端との間は円環状の端板23によって閉じられている。従って、燃料改質部2(改質触媒層18)から下方へと排出された改質ガスが、反転して改質ガス反転上昇部22内に流入し、改質ガス反転上昇部22内を上方へと流れることができるようになっている。
In addition, a
一方、外円筒17と円筒21との間の間隙の上側部分には粒状の高温CO変成触媒(HTS触媒)を充填してなる高温CO変成触媒層24(以下、HTS触媒層と称する)が収容されており、このことによってHTS部3が構成されている。即ち、HTS部3は円筒状のものであり、燃料改質部2の周囲を囲むようにして燃料改質部2と同心円状に配設されている。HTS部3は改質ガス反転上昇部22と連通しているため、改質ガス反転上昇部22内を上昇してきた改質ガスは、HTS部3内に流入して、HTS部3内(HTS触媒24中)を上方へと流れる。このときHTS部3では改質ガスのCOとH2OとをCO2とH2とに変成する。なお、改質ガス反転上昇部22内を上昇してHTS部3へと向かう改質ガスは、燃料改質部2内を下降するガス(改質燃料と水蒸気の混合蒸気や改質ガス)と燃料改質部2の外円筒17を介して間接的に向流接触するため、この燃料改質部2内を下降するガスに対して熱を与え、自らはHTS部3でのCO変成に適した温度に減温される。即ち、改質ガス反転上昇部22は熱交換部としても機能する。
On the other hand, the upper portion of the gap between the
また、燃料改質部2の内円筒16の外周面には水平環状板25が結合されており、この水平環状板25の下面に燃料改質部2の外円筒17の上端と、円筒21の上端とが結合されている。即ち、燃料改質部2及びHTS部3の上端面は水平環状板25によって閉じられている。但し、水平環状板25には、燃料改質部2に対しては前記混合蒸気を供給のための複数の小孔25aが開けられ、HTS部3に対しては改質ガスを排出するための複数の小孔25bが開けられている。なお、LTS部6だけで十分にCO変成を行うことが可能の場合には、必ずしもHTS部3は設けなくてもよい。この場合には外円筒17と円筒21との間の間隙の上側部分にHTS触媒層24を設けず、同間隙の下から上までが改質ガス反転上昇部22となる。
Further, a horizontal
断熱材4は円筒状のものであり、燃料改質部2の周囲を囲むようにして燃料改質部2と同心円状に配置されている。なお、図示例ではHTS部3を設けているため、断熱材4は燃料改質部2の周囲を囲むようにしてHTS部3とも同心円状になるように配置されている。詳述すると、二重円筒を構成するステンレス等の金属製の内円筒26と外円筒27が、燃料改質部2(HTS部3)の周囲を囲むようにして燃料改質部2(HTS部3)と同心円状に配設されており、これらの内円筒26と外円筒27との間にセラミックファイバ等の断熱材4が設けられている。内円筒26及び外円筒27の上端は水平環状板25の下面に結合されている。
The
一方、内円筒26の下端面は端板28によって閉じられ、外円筒27の下端面は端板29によって閉じられており、これらの端版28と端板29との間にはセラミックファイバ等の水平円板状の断熱材30が設けられている。これらの断熱材4,30は燃料改質部2(改質触媒層18)の熱が、改質装置の外部へ漏れる(放熱される)のを防ぐためのものである。なお、断熱材30の上面(端板28)と鉛直管13の下端(開口15)との間には適当な上下幅の空間が形成されているが、これは熱膨張による鉛直管13の伸びシロ(約10mm)を確保するためのものである。
On the other hand, the lower end surface of the
一方、改質装置本体部100の上側では、セラミックファイバ等の円筒状の断熱材19が、鉛直管13の周囲を囲むようにして鉛直管13と同心円状に配設されている。第1蒸発器8はバーナ燃焼排ガスの持つ熱を回収することにより、改質燃料と原料水の混合流体を加熱して蒸発させる機能を有するものである。第1蒸発器8は螺旋状チューブ34を備えた円筒状のものであり、断熱材19の周囲を囲むようにして断熱材19と同心円状に配設されている。なお、改質燃料としてはメタンガスなどの気体燃料又は灯油などの液体燃料を用いる。改質燃料として液体燃料を用いる場合には、当該液体燃料も、第1蒸発器8においてバーナ燃焼排ガスの熱により蒸発することになる。
On the other hand, on the upper side of the reformer
図1及び図7に基づいて詳述すると、第1蒸発器8は、二重円筒を構成するステンレス等の金属製の内円筒32と外円筒33との間にステンレス等の金属製の螺旋状チューブ34(例えば外径8mm、肉厚1mmのチューブ)を設けられ、且つ、螺旋状チューブ34と内円筒32との間の間隙8a及び螺旋状チューブ34と外円筒33との間の間隙8bにそれぞれ、伝熱促進材としてのセラミック製又はステンレス製のボール35(例えば直径5mm)が充填された構成となっている。
Referring to FIGS. 1 and 7, the
また、内円筒32と外円筒33との間にはパンチングメタル(多孔板)で製作した円筒38が設けられており、この円筒38の外周面に溶接などによって螺旋状チューブ34が固定されている。第1蒸発器8の内円筒32と外円筒33との間の上端面は円環状の端板39によって閉じられる一方、外円筒33の下端には円環状の端板40の外周縁が結合されており、この端版40の内周縁には燃料改質部2の内円筒16の上端が結合されている。円筒38の上端と下端はそれぞれ、端板39と端板40とに溶接などによって固定されている。また、内円筒32の外周面の上下両側には、ボール35を支持するための円環状の多孔板(パンチングメタル)36a,36bが溶接などによって固定されており、内円筒33の内周面の上下両側にも、ボール35を支持するための円環状の多孔板(パンチングプレート)37a,37bが溶接などによって固定されている。
A
内径や外径の寸法精度のよい螺旋状チューブ34を製作することは難しく、螺旋状チューブ34を単に端板39,40や外円筒33などに固定するだけでは、螺旋状チューブ34の内側と外側にボール35を充填するための間隙8a,8bを確実に確保することは難しいが、上記のように円筒38を用いて、この円筒38の外周面に螺旋状チューブ34を固定する構成とすれば、容易且つ確実に螺旋状チューブ34の内側と外側に間隙8a,8bを確保することができる。なお、この場合、螺旋状チューブ34は円筒38の外周面に限らず、円筒38の内周面に固定してもよい。
It is difficult to manufacture the
また、内円筒32の下端部には多数の孔41が形成されており、この孔41を介して第1蒸発器8内の間隙8a,8bと排ガス流路20とが連通している。一方、第1蒸発器8の上端部には排ガスチューブ42が接続され、この排ガスチューブ42と第1蒸発器8内の間隙8a,8bとが連通している。排ガスチューブ42は断熱材7の内側で下方へ延びた排ガスチューブ43と、断熱材7の外側へと延びた排ガスチューブ44とに分岐されている。
A plurality of
従って、排ガス流路20内を上昇してきたバーナ燃焼排ガスは、孔41を介して第1蒸発器8内に流入し、第1蒸発器8内の間隙8a,8bを上方へと流通した後、排ガスチューブ42へ排出され、排ガスチューブ43と排ガスチューブ44とに分配される。一方、螺旋状チューブ34は上端の入口34aがステンレス等の金属製のチューブ45を介して混合部46に接続され、下端の出口34bがステンレス等の金属製のチューブ47を介してミキサーチューブ48に接続されている。従って、混合部46からチューブ45を介して供給される改質燃料と原料水の混合流体は、上端の入口34aから螺旋状チューブ34内に流入し、螺旋状チューブ34内を下方へと流通した後、下端の出口34bから螺旋状チューブ34外へ排出され、チューブ47(例えば外径12mm、肉厚1mm)を介してミキサーチューブ48へと流れる。
Therefore, the burner combustion exhaust gas that has risen in the
このため、第1蒸発器8内では螺旋状チューブ34内を流れる混合流体と螺旋状チューブ34の外側を流れるバーナ燃焼排ガスとが螺旋状チューブ34の管壁を介して間接的に向流接触することになる。しかも、このときバーナ燃焼排ガスはボール35の間を通るようにして流れるため、バーナ燃焼排ガスの熱が、バーナ燃焼排ガスから直接螺旋状チューブ34の管壁に伝わるだけではなく、ボール35を介しても螺旋状チューブ34の管壁に伝わることになる。即ち、ボール35はバーナ燃焼排ガスから螺旋状チューブ34への伝熱を促進するための伝熱促進材として機能する。更に、ボール35はバーナ燃焼排ガスの流れの分布を均一化するための抵抗としての機能や、燃料電池の負荷変動などによって混合流体とバーナ燃焼排ガスとの熱バランスがくずれたときにも混合流体の温度を保持する蓄熱材としての機能も果たす。なお、ボール35は螺旋状チューブ34の内側と外側にそれぞれ1層ずつとすることにより、バーナ燃焼排ガスがボール35の間を通過するときの圧損を低減させるとともに、ボール35の多層化による必要以上の熱容量の増大を防止している。熱容量が増大すると、後述する起動時(予熱運転時)のバーナ燃焼排ガスによるLTS部6やPROX部101の昇温が遅くなってしまう。
For this reason, in the
断熱材9はセラミックファイバ等からなる円筒状のものであり、第1蒸発器8の周囲を囲むようにして第1蒸発器8と同心円状に配設されている。第2蒸発器10は断熱材19を介して第1蒸発器8の周囲に第1蒸発器8と同心円状に配設されている。詳述すると、第2蒸発器10は、二重円筒を構成するステンレス等の金属製の内円筒49と外円筒50との間にステンレス等の金属製の螺旋状チューブ51(例えば外径8mm、肉厚1mmのチューブ)を設けてなるものである。螺旋状チューブ51は内円筒49の外周面に螺旋状に巻回されており、外円筒50との間にガス流路となる間隙10aを有している。なお、図示は省略するが、螺旋状チューブ51と外円筒50との間に確実に間隙10aを確保するためには、例えば複数本のワイヤ(例えば直径2mm)を、螺旋状チューブ51と外円筒50との間に鉛直方向に挿入することが望ましい。内円筒49と外円筒50の間の上端面と下端面は円環状の端板54,55によって閉じられている。
The
そして、第2蒸発器10の上端部はステンレス等の金属製のチューブ52を介してLTS部6に接続され、チューブ52と第2蒸発器10内の間隙10aとが連通している。また、第2蒸発器10の下端部はステンレス等の金属製のチューブ53を介してHTS部3に接続され、チューブ53と第2蒸発器10内の間隙10aとが連通している。従って、HTS部3からの改質ガスは、チューブ53を介して第2蒸発器10の下端部から第2蒸発器10内に流入し、第2蒸発器10内の間隙10aを上方へと流通した後、第2蒸発器10の上端部から排出され、チューブ52を介してLTS部6へと流れる。一方、螺旋状チューブ51は上端の入口51aがステンレス等の金属製のチューブ56を介してPROX部101に接続され(詳細後述)、下端の出口51bがステンレス等の金属製のチューブ57(例えば外径8mm、肉厚1mm)を介してミキサーチューブ48に接続されている。
And the upper end part of the
従って、PROX部101からの原料水は、上端の入口51aから螺旋状チューブ51内に流入し、螺旋状チューブ51内を下方へと流れた後、下端の出口51bから螺旋状チューブ51外へ排出され、チューブ57を介してミキサーチューブ48へと流れる。従って、第2蒸発器10ではHTS部3からの改質ガスとPROX部101からの原料水とが、螺旋状チューブ51の管壁を介して間接的に向流接触し、改質ガスの持つ熱が原料水によって回収されることにより、改質ガスを例えば450℃から250℃に減温にする一方、原料水を蒸発させる。
Accordingly, the raw water from the
なお、第2蒸発器10にはボール(伝熱促進材)を採用せず、ガス流路の間隙10aのみを採用したのは、HTS部3からの改質ガスが空気に比較して5倍近くの熱伝導率を有していることから、ボールなどによる伝熱促進の必要性が低いためである。
It should be noted that the
ミキサーチューブ48はステンレス等の金属製のチューブ(例えば外径12mm、肉厚1mm)であり、第1蒸発器8及び第2蒸発器10の下方で且つ水平環状板25の上方に配置されている。ミキサーチューブ48は第1蒸発器8の螺旋状チューブ34からの蒸気(改質燃料と原料水の混合蒸気)と第2蒸発器10の螺旋状チューブ51からの蒸気(原料水の蒸気)とを混合して、この混合蒸気を燃料改質部2へ供給するためのものである。
The
また、燃料改質部2の上にはヘッダ58が設けられている。ヘッダ58は円環状のものであり、内周面が燃料改質部2の内円筒16の外周面に結合され、下面が水平環状板25に結合されている。そして、このヘッダ58とミキサーチューブ48とが、ステンレス等の金属製のチューブ59,60(例えば直径8mm、肉厚1mm)を介して接続されている。チューブ59,60はヘッダ58の周方向の点対称位置に接続されている。従って、ミキサーチューブ48から排出される混合蒸気は、チューブ59,60により、一旦二分されてヘッダ58の周方向の点対称位置からヘッダ58内に流入して周方向に分配され、更に水平環状板25の小孔25aを経て燃料改質部2内へ、周方向に均一に分配されて供給されることになる。
A
一方、改質装置本体部100の下側では、LTS部6が、断熱材4(外円筒27)の周囲を囲むようにして断熱材4(外円筒27)と同心円状に配設されている。LTS部6は第2蒸発器10で冷却された改質ガスの組成をCO変成によってH2が増大する側へ移行させる機能を有するものである。詳述すると、LTS部6は二重円筒を構成するステンレス等の金属製の内円筒61と外円筒62との間に低温CO変成触媒(LTS触媒)を充填してなる低温CO変成触媒層64(以下、LTS触媒層と称する)を収容した構成のものである。内円筒61と外円筒62との間の上端面は水平環状板25によって閉じられ、下端面は円環状の端板65によって閉じられている。外円筒62の下端面は端板29によって閉じられている。また、LTS部6の上端の入口6aはチューブ52を介して第2蒸発器10の出口側に接続され、LTS部6の下端の出口6bはチューブ71を介してPROX部101に接続されている(詳細後述)。従って、第2蒸発器10から排出された改質ガスは、チューブ52を介して上端の入口6aからLTS部6内に流入し、LTS部6内(LTS触媒層64中)を下方へと流れた後、下端の出口6bから排出され、チューブ71を介してPROX部101へと流れる。このときLTS部6では改質ガスのCOとH2Oとを、CO2とH2とに変成する。
On the other hand, on the lower side of the reformer
そして、このときのLTS部6内のCO変成に伴う発熱を除去するためにLTS部6(内円筒61)と、断熱材4の周囲を囲む外円筒27との間にはLTS冷却空間部63としての適当な幅の間隙が設けられており、このLTS冷却空間部63に水冷チューブ5が設けられている。
And in order to remove the heat | fever accompanying CO transformation in the
水冷チューブ5はステンレス等の金属製のチューブ(例えば外径7mm、肉厚1mm)であり、断熱材4の周囲を囲む外円筒27の外周面に螺旋状に巻回されている。しかも、水冷チューブ5とLTS部6(内円筒61)との間には適当な距離の間隙66が確保されている。即ち、水冷チューブ5はLTS部6(内円筒61)に接していない。水冷チューブ5の下端の入口5aは図示しないポンプ等の原料水供給装置に接続され、水冷チューブ5の上端の出口5bはチューブ68を介して混合部46に接続されている。
The water-cooled
従って、前記原料水供給装置から供給される第1原料水31は、下端の入口5aから水冷チューブ5内に流入し、水冷チューブ5内を上方へと流通した後、上端の出口5bから排出され、チューブ68、混合部46及びチューブ45を介して第1蒸発器8へと流れる。なお、第1原料水31は前記原料水供給装置から送給される原料水を2分配したうちの一方の原料水である。そして、第1原料水31は水冷チューブ5内を流通する間に断熱材4の内側から断熱材4を介して伝わる(漏れる)燃料改質部2の改質触媒層18の熱や、LTS部6のLTS触媒層64の熱を吸収して沸騰し、一部が蒸発する(完全には蒸発せずに沸騰未完了で100℃の気液混相状態となる)。
Accordingly, the first
このとき、LTS部6と水冷チューブ5との間には間隙66が確保されているため、水冷チューブ5(第1原料水31)ではLTS部6(LTS触媒層64)を放射冷却することになり、LTS部6(LTS触媒層64)の過冷却が防止される。つまり、水冷チューブ5は高温の燃料改質部2からLTS部6へ断熱材4を介して熱が伝わらないように同熱を遮断(即ち断熱材4を補助して断熱性能を強化)する機能と、LTS部6内のCO変成に伴う発熱を除去するためにLTS部6を冷却して、LTS部6をそのCO変成反応に適した温度に保持する機能とを有している。
At this time, since the
また、混合部46では水冷チューブ5から排出された第1原料水31に改質燃料(液体燃料又は気体燃料)105が混入される。水冷チューブ5から排出された第1原料水31は、その一部が蒸発しているために流速が例えば20m/s〜30m/sに増大している。このため、混合部46で混入される改質燃料は、この第1原料水31中に、その高流速の攪拌力によって均一に分散(混合)される。この場合、改質燃料が灯油などの液体燃料であり、また、その供給体積流量が例えば10cc/minの少量であっても、高流速の第1原料水31中に滴下された液体燃料は均一に分散(混合)される。従って、原料水中に改質燃料を混入するときに特別なミキサーなどを必要しない。
In the mixing
また、LTS冷却空間部63は、上端の入口63aが排ガスチューブ43に接続され、下端の出口63bが排ガスチューブ70に接続されている。従って、第1蒸発器8から排出されたバーナ燃焼排ガスの一部は、排ガスチューブ42,43を介して上端の入口63aからLTS冷却空間部63に流入し、LTS冷却空間部63内を下方へと流れた後、下端の出口63bから排ガスチューブ70へと排出される。この第1蒸発器8から排出されるバーナ燃焼排ガスの温度は、第1蒸発器8での前記混合流体との熱交換によって例えば約160℃に低減されており、LTS部6のLTS触媒層64の温度(例えば200℃付近)と、水冷チューブ5や外円筒27の壁面(冷却面)の温度(例えば100℃〜130℃)との調度中間的な温度である。なお、第1蒸発器8から排出されるバーナ燃焼排ガスの温度は、どの負荷でも、例えば130〜160℃の温度範囲を維持しており、LTS触媒層64の温度と水冷チューブ5や外円筒27の壁面(冷却面)の温度との中間的な温度域にある。
The
従って、起動時(予熱運転時)には、バーナ燃焼排ガスの熱によってLTS部6(LTS触媒層64)の昇温(予熱)を行うことができ、定常運転時には、バーナ燃焼排ガスの熱を水冷チューブ5の第1原料水31によって回収することができる。そして更にはLTS部6(LTS触媒層64)における改質ガス流れ方向の上流(上端)から下流(下端)までの温度の変化を、理想的な直線的変化に近づけることができる(図9参照:詳細後述)。
Therefore, at the time of start-up (during preheating operation), the temperature of the LTS unit 6 (LTS catalyst layer 64) can be increased (preheated) by the heat of the burner combustion exhaust gas, and during steady operation, the heat of the burner combustion exhaust gas is cooled by water. It can be recovered by the first
なお、水冷チューブ5の巻回ピッチpは、図示例(図1)では等ピッチとなっているが、LTS部6(LTS触媒層64)の改質ガス流れ方向の上流部に対応する上部では大きくし、LTS部6(LTS触媒層64)の改質ガス流れ方向の下流部に対応する下部では小さくすることが好ましい。例えば、水冷チューブ5の巻回ピッチpを、上2/3の部分では100mm程度とし、下1/3の部分では50mm程度とする。その理由は、第2蒸発器10で冷却されて約250℃になった改質ガスに対し、LTS部6(LTS触媒層64)の改質ガス流れ方向の上流部(例えば上2/3の部分)では比較的高いCO変成の反応速度を確保するため、そのLTS部6(LTS触媒層64)での発熱を除去するだけで冷却(減温)は抑制する一方、LTS部6(LTS触媒層64)の改質ガス流れ方向の下流部(例えば下1/3の部分)ではPROX部101でのCO選択酸化に適した温度(例えば100℃〜150℃)に減温するよう、その冷却を強化するという要求に基づくものである。水冷チューブ5内を流通する第1原料水31は沸騰未完了で100℃の気液混相状態であるため、LTS触媒層64を冷却し過ぎることはなく、LTS触媒層64の温度は低くても100℃を保持することができる。
The winding pitch p of the water-cooled
断熱材7はLTS部6からの外気への放熱を低減するためのセラミックファイバ等からなる円筒状の断熱材であり、LTS部6の周囲を囲むようにしてLTS部6と同心円状に配設されている。また、断熱材7は第2蒸発器10の周囲も囲んでおり、第2蒸発器10に対しても同心円状に配設されている。なお、図示例(図1)では、断熱材7と第2蒸発器10との間に隙間があるが、この隙間にも定形又は不定形の断熱材を充填するようにしてもよい。
The
図1及び図6に示すように、PROX部101は改質装置本体部100とは隣接して別に設けられている。二重円筒を構成するステンレス等の金属製の内円筒81と外円筒82との間にはCO選択酸化触媒(PROX触媒)を充填してなるCO選択酸化触媒層(以下、PROX触媒層と称する)が、第1PROX触媒層83と第2PROX触媒層84とに上下に2分割されて収容されている。内円筒81と外円筒82との間の上下端面及び内円筒81の上下端面は円環状の端板87,88で閉じられている。また、二重円筒(外円筒82)の下端部にはチューブ71が接続されており、このチューブ71の途中ではLTS部6からPROX部101へと流れる改質ガス中に図示しないブロア等の空気供給装置から送られてくる、PROX反応に必要な例えば3L/minの第1PROX用空気86が、混合されるようになっている。二重円筒(外円筒82)の上端部にはチューブ90が接続されている。また、第1PROX触媒層83と第2PROX触媒層84の間の円筒状の空間はキシングチャンバ85となっており、このミキシングチャンバ85では第1PROX触媒層83から流出した改質ガスに第2PROX用空気89が混合されるようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 6, the
従って、LTS部6からの改質ガスと第1PROX用空気86との混合ガスがチューブ71を介して第1PROX触媒層83に流入し、この第1PROX触媒層83において改質ガス中のCOが選択的に酸化される。更に、第1PROX触媒層83からの改質ガスと第2PROX用空気89との混合ガスがミキシングチャンバ85を介して第2PROX触媒層84に流入し、この第2PROX触媒層84において更に改質ガス中のCOが選択的に酸化される。その結果、第2PROX触媒層84から流出する改質ガスは非常にCO濃度が低くなり(例えば10ppm以下)、この改質ガスがチューブ90を介して図示しない燃料電池に供給される。
Therefore, the mixed gas of the reformed gas from the
そして、このPROX部101には外円筒82の外側に設けられたPROX冷却部92が装備されており、このPROX冷却部92では第2原料水93が下から供給されて上方へと流れるようになっている。詳述すると、PROX冷却部92は、ステンレス等の金属製の円筒91を外円筒82の周囲を囲むようにして外円筒82と同心円状に配設し、円筒91と外円筒82の間の上下端面を端板102,103で閉じた構成となっており、円筒91の下端部にはチューブ94が接続され、円筒91の上端部にはチューブ56が接続されている。
The
従って、図示しないポンプ等の原料水供給装置からチューブ94を介して供給される第2原料水93は、円筒91と外円筒82の間(PROX冷却部92)の下端部へと流入し、円筒92と外円筒82の間(PROX冷却部92)を上方へと流れた後、円筒91と外円筒82の間(PROX冷却部92)の上端部から流出し、チューブ56を介して第2蒸発器10の螺旋状チューブ51へと流れる。そして、このときにPROX部101では第2原料水93が、第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84での改質ガスのPROX反応に伴う発熱を沸騰伝熱により除去して、第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84を例えば100℃の水沸騰温度に維持するように構成されている。
Accordingly, the second
また、起動時に第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84を予熱するため、内円筒81の内側には上下端面が端版95,96で閉じられたステンレス等の金属製の円筒97が設けられており、この円筒97と内円筒81との間の円筒状の間隙が排ガス流路99となっている。更に、円筒97の中央を貫通するようにしてステンレス等の金属製の鉛直管98が設けられており、この鉛直管98の上端部は端版87を貫通して上方へと延び、排ガスチューブ44に接続されている。また、端版87には、鉛直管97と同心円状に配置された鉛直管部104aと、これに続く水平管部104bとからなる排ガスチューブ104の入口側が接続されている。排ガスチューブ104の出口側は、排ガスチューブ118に接続され、且つ、排ガスチューブ70の出口側も、排ガスチューブ118に接続されている。従って、図2に矢印で示すように、第1蒸発器8から排出されたバーナ燃焼排ガスの一部が、予熱ガスとして、排ガスチューブ42,44を介して鉛直管98に流入し、鉛直管98内を下方へと流れ、反転して排ガス流路99内を上方へと流れた後、排ガスチューブ104へと排出される。その後、排ガスチューブ104に排出されたバーナ燃焼排ガスと、排ガスチューブ70に排出されたバーナ燃焼排ガスが合流し、排ガスチューブ118を介して排出される。
Further, in order to preheat the first
ここで本改質装置の起動運転(予熱運転)時、及び、定常運転(改質運転)時の運転方法について説明する。 Here, the operation method at the start-up operation (preheating operation) and the steady operation (reformation operation) of the reformer will be described.
はじめに起動時の各部の予熱について説明する。起動時には、まず、バーナ11に燃料109と空気110を供給してバーナ11を着火する。その結果、高温のバーナ燃焼排ガスが発生し、このバーナ燃焼排ガスが、燃料燃焼部1の開口15から下方に噴出された後、反転して排ガス流路20内を上昇する。このときバーナ燃焼排ガスが燃料改質部2の内円筒16と接触することにより、燃料改質部2(改質触媒層18)が予熱される。同時にHTS部3(HTS触媒層24)の予熱も、このときのバーナ燃焼排ガスにより、燃料改質部2を介して行われる。その後、排ガス流路20から流出して第1蒸発器8及び流排ガスチューブ42を通過した例えば最高400℃のバーナ燃焼排ガスは、排ガスチューブ43と排ガスチューブ44とに分岐される。
First, preheating of each part at start-up will be described. When starting up, first,
排ガスチューブ43に分岐されたバーナ燃焼排ガスは、LTS冷却空間部63内に流入し、LTS冷却空間部63内(間隙66)を下方へと流れる。このときバーナ燃焼排ガスがLTS部6の内円筒61と接触することにより、LTS部6(LTS触媒層64)は予熱され、バーナ燃焼排ガスの温度は例えば約100℃〜150℃にまで低下する。一方、排ガスチューブ44に分岐されたバーナ燃焼排ガスは、PROX部101の鉛直管98内に流入し、鉛直管98内を下方へと流れた後、反転して排ガス流路99内を上昇する。このとき第2PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84は例えば原料水が凝縮しない温度(例えば100℃強)まで予熱される。最後にLTS冷却空間部63を通過したバーナ燃焼排ガスと、排ガス流路99を通過したバーナ燃焼排ガスは、排ガスチューブ70と排ガスチューブ104とを経由して合流した後、排ガスチューブ118を介して排気される。
The burner combustion exhaust gas branched into the
上記のバーナ燃焼排ガスによる予熱(加熱)を所定時間(例えば40分ほど)継続すると、燃料改質部2の改質触媒層18の温度が例えば約700℃、HTS部3のHTS触媒層24の温度が例えば400℃、LTS部6のLTS触媒層64の温度が例えば200℃〜150℃、PROX部101の第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84の温度が例えば約100℃強に達して、予熱が完了する。各触媒層18,24,64,83,84が所定の予熱温度に達したか否かの判定は、例えば温度計による各触媒層18,24,64,83,84の温度計測値が所定の予熱温度に達したか否かを判定することや、予熱運転開始後(バーナ着火後)の経過時間が所定時間に達したか否かを判定することなどの適宜の手段によって行うことができる。
When preheating (heating) with the burner combustion exhaust gas is continued for a predetermined time (for example, about 40 minutes), the temperature of the reforming
この予熱段階では第1原料水31及び第2原料水93の供給はまだ行われない。即ち、LTS冷却空間部63、第1蒸発器8及び第2蒸発器10の各チューブ5,34,51への原料水の導入はまだ行われない。
In the preheating stage, the first
続いて、改質反応を開始するにあたり、最初に第1原料水31をLTS冷却空間部63の水冷チューブ5に供給する。第2原料水93は、第1原料水31の供給開始と同時に又は第1原料水31の供給開始よりも遅れて、PROX部101のPROX冷却部92へ供給する。勿論、改質反応を開始する際には、混合部46への改質燃料の供給も開始する。なお、原料水と改質燃料の供給量はS/Cが例えば3.0〜3.3になるように設定する。また、改質反応を開始する際には、PROX部101への第1PROX用空気86及び第2PROX用空気89の供給も開始する。
Subsequently, when starting the reforming reaction, the first
水冷チューブ5に供給された第1原料水31は、水冷チューブ5内を流通して上昇する間に燃料改質部2から断熱材4を介して伝わる(漏れる)熱を回収し、また、LTS冷却空間部63内の間隙66を下方へと流れるバーナ燃焼排ガス(例えば150℃〜400℃)と熱交換して、沸騰する。このときバーナ燃焼排ガスが常にLTS冷却空間部63内の間隙66を流れることにより、前述の予熱運転において予熱されたLTS部6(LTS触媒層64)を、水冷チューブ5内を流れる第1原料水31によって冷却し過ぎることはない。
The first
また、定常運転時には、水冷チューブ5内を流れる第1原料水31は、LTS冷却空間部63内の間隙66を介してLTS部6を放射冷却することにより、LTS部6のCO変成に伴う発熱を吸収(除去)する。具体的には、LTS部6のCO変成に伴う発熱は、水冷チューブ5の管壁と円筒27の管壁とによって放射冷却される。水冷チューブ5(第1原料水31)によるLTS部6の発熱の除去がなく、また、断熱材4からの放熱が水冷チューブ5(第1原料水31)で吸収されずにLTS部6に伝わると、LTS部6のLTS触媒層64の温度が例えば350℃にも達して、LTS触媒層64の寿命を縮めることになる。
Further, during steady operation, the first
水冷チューブ5から排出された第1原料水31は混合部46へと流れる。混合部46では、図示しないポンプやブロア等の改質燃料供給装置から供給される改質燃料105(液体燃料又は気体燃料)を、第1原料水31に混入する。このとき第1原料水31は約100℃の沸騰水であり例えば約20m/sの高流速となっているため、改質燃料は、この第1原料水31の流れの中に、その攪拌力をもって均一に攪拌される。
The first
混合部46から排出された第1原料水31と改質燃料105との混合流体は、第1蒸発器8の螺旋状チューブ34内を流れる。このとき、第1蒸発器8内には既に最高500℃のバーナ燃焼排ガスが流入して間隙8a,8bを流れており、このバーナ燃焼排ガスと前記混合流体とが熱交換するため、第1蒸発器8を通過した前記混合流体中の第1原料水31は、改質触媒反応が生じる例えば約400℃の過熱水蒸気となる。なお、改質燃料105が液体燃料の場合には、当該液体燃料も第1蒸発器8においてバーナ燃焼排ガスの熱で蒸発することになる。
The mixed fluid of the first
第1蒸発器8から排出された第1原料水31と改質燃料105との混合蒸気は、ミキサーチューブ47及びヘッダ58を介して燃料改質部2内に流入し、燃料改質部2の改質触媒層18中を下方へと流れる。このとき燃料改質部2では改質触媒と接する混合蒸気中の改質燃料105が、混合蒸気中の水蒸気とともに排ガス流路20を上昇するバーナ燃焼排ガスと間接的に向流接触することにより、同バーナ燃焼排ガスから熱を受けて水素ガスを含有する改質ガスに改質される。
The mixed steam of the first
燃料改質部2で生成された改質ガスは、改質ガス反転上昇部22を介してHTS部3内に流入し、HTS触媒層24中を上方へと流れる。HTS部3から排出された改質ガスは、第2蒸発器10(螺旋状チューブ51)を介してLTS部6内に流入し、LTS部6のLTS触媒層64中を下方へと流れる。このときLTS部3及びHTS部6では改質ガスが、上述のようなそれぞれの温度レベルでCO変成して、改質ガス中の水素含有率が増大する。続いて、LTS部6から排出された改質ガスは、PROX部101の第1PROX触媒層83中及び第2PROX触媒層84中を、第1PROX用空気86及び第2PROX用空気89とともに順次上方へと流れ、この間に第1PROX用空気86及び第2PROX用空気89によって改質ガス中の改質ガス中のCOが選択的に酸化されることにより、CO濃度が燃料電池において使用可能な濃度(例えば10ppm以下)となる。
The reformed gas generated in the
一方、第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84ではCOの選択的酸化反応が進行すると発熱し、このままでは第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84の温度が高くなり過ぎてPROX触媒が適正に作用しなくなってしまう。PROX触媒が適正に作用するには、その温度を例えば100℃に維持する必要がある。このため、PROX部101のPROX冷却部92には第2原料水93が供給される。この第2原料水93はPROX冷却部92に下から流入し、PROX冷却部93内を上方へと流れる。この間に第2原料水93は、第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84の発熱を受けて一部が沸騰し、気液混相状態となる。この気液混相状態の第2原料水93は伝熱係数が著しく高く、また、沸騰完了による過熱状態にはならないため、その温度が約100℃で一定である。従って、この第2原料水93の冷却により、第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84は、極めて容易に最適な温度(例えば100℃)に維持され、その特性を最適な状態で発揮することが可能になる。
On the other hand, when the selective oxidation reaction of CO proceeds in the first
PROX冷却部92から流出した第2原料水93は、第2蒸発器10の螺旋状チューブ51に流入し、螺旋状チューブ51内を下方へと流れる。この間に第2原料水93と、第2蒸発器10の間隙10aを上方へと流れる改質ガスとが熱交換することにより、第2原料水93は完全に蒸発して例えば約400℃の過熱蒸気となり、改質ガスはHTS部3から第2蒸発器10に流入するときの例えば約450℃の温度から、LTS部6に適した例えば約250℃〜200℃の温度に減温する。つまり、第2原料水93の水量は、第2蒸発器10での第2原料水93と改質ガスの熱交換量が、例えば約450℃の改質ガスを約250℃〜200℃に減温することができる熱交換量となるように設定する。そして、この第2原料水93を、燃料改質部2での改質燃料の改質に必要な全原料水量から差し引いた水量を、第1原料水31の水量として設定する。第2蒸発器10の螺旋状チューブ51から流出した第2原料水83は、ミキサーチューブ48で第1蒸発器8からの混合蒸気と混合され、ヘッダ58を介して燃料改質部2へ供給されることにより、燃料改質部2での改質反応に利用される。
The second
次に、図1及び図8に基づいて、定常運転時における燃料改質部2の温度制御と第1蒸発器8の温度制御について説明する。
Next, the temperature control of the
図1に示すように、燃料改質部2の改質触媒層18の下端部には、第1温度計106が設置され、第1蒸発器8の螺旋状チューブ34の出口34bに接続されたチューブ47には、第2温度計107が設置されている。第1温度計106では、燃料改質部2の最高温度を検出する。即ち、改質触媒層18の下端部は燃料燃焼部1の開口15から噴出された直後の最も温度の高いバーナ燃焼排ガス(例えば約1000℃)によって加熱されるため、改質触媒層18全体のなかで最も温度の高い部分となり、この下端部の温度が第1温度計106によって計測される。一方、第2温度計107では第1蒸発器8の螺旋状チューブ34から排出されて燃料改質部2に供給される混合蒸気の温度を検出する。
As shown in FIG. 1, a
図8に示すように、第1温度計106の温度計測信号と第2温度計107の温度計測信号は、何れも温度制御装置108に入力される。温度制御装置108では、第1温度計106による、改質触媒層18の下端部温度(最高温度)の温度計測値に基づいて、ポンプやブロア等の燃料供給装置111を制御することにより、燃料供給装置111からバーナ11へ供給される燃料109(液体燃料又は気体燃料)の供給量を制御して、前記温度計測値を所定の温度範囲(例えば700℃±10℃の範囲)内に維持する。この場合、燃料供給装置111の制御としては、例えば燃料流量調整弁の開度制御や燃料供給ポンプ又はブロアの出力(吐出量)制御などがある。また、温度制御装置108では、第1温度計107による、螺旋状チューブ34から排出されて燃料改質部2に供給される混合蒸気の温度計測値に基づいて、ブロア等の空気供給装置112を制御することにより、空気供給装置112からバーナ11へ供給される空気110の供給量(希釈空気量)を制御して、前記温度計測値を所定の温度範囲(例えば400℃±50℃の範囲)内に維持する。この場合、空気供給装置112の制御としては、例えば空気流量調整弁の開度制御や空気供給ブロアの出力(吐出量)制御などがある。
As shown in FIG. 8, the temperature measurement signal of the
燃料109の供給量を増やすと、バーナ燃焼排ガス温度が上がるため、改質触媒層18の下端部温度は上昇し、逆に燃焼109の供給量を減らすと、バーナバーナ燃焼排ガス温度が下がるため、改質触媒層18の下端部温度は低下する。従って、温度制御装置108では、改質触媒層18の下端部の温度計測値が、所定の温度範囲以上(例えば700℃+10℃以上)となったときには燃料109の供給量を減らし、所定の温度範囲以下(例えば700℃−10℃以下)となったときには燃料109を増やすように燃料供給装置111を制御する。
When the supply amount of the
また、空気110の供給量を増やすと、当該空気で希釈されてバーナ燃焼排ガス温度が下がることにより、バーナ燃焼排ガスと改質触媒層18との熱交換量が低減して、上方の第1蒸発器8まで運ばれるバーナ燃焼排ガスの熱量が増加するため、螺旋状チューブ34から排出される混合蒸気の温度は上昇し、逆に空気110の供給量を減らすと、空気による希釈効果が低減してバーナ燃焼排ガス温度が上がることにより、バーナ燃焼排ガスと改質触媒層18との熱交換量が増加して、上方の第1蒸発器8まで運ばれるバーナ燃焼排ガスの熱量が減少するため、螺旋状チューブ34から排出される混合蒸気の温度は低下する。従って、温度制御装置108では、螺旋状チューブ34から排出される混合蒸気の温度計測値が、所定の温度範囲以上(例えば400℃+50℃以上)となったときには空気110の供給量を減らし、所定の温度範囲以下(例えば400℃−50℃以下)となったときには空気110を増やすように燃料供給装置111を制御する。
Further, when the supply amount of the
なお、改質触媒層18の下端部の温度範囲(例えば700℃±10℃の範囲)と、螺旋状チューブ34から排出される混合蒸気の温度範囲(例えば400℃±50℃の範囲)が異なるのは温度制御の安定性を向上させるためである。つまり、両者の温度範囲を何れも狭くしてしまうと、一方の温度を所定の温度範囲内にしようとしたときに他方の温度が所定の温度範囲から逸脱してしまうということが繰り返されて、温度制御が安定しなくなる可能性がある。このため、比較的温度条件の厳しい前者の温度範囲を狭くし、比較的温度条件の緩やかな後者の温度範囲を広くして、温度制御の安定性を高めている。 Note that the temperature range of the lower end portion of the reforming catalyst layer 18 (for example, a range of 700 ° C. ± 10 ° C.) and the temperature range of the mixed steam discharged from the spiral tube 34 (for example, a range of 400 ° C. ± 50 ° C.) are different. This is to improve the stability of temperature control. That is, if both of the temperature ranges are narrowed, it is repeated that the other temperature deviates from the predetermined temperature range when trying to bring one temperature into the predetermined temperature range, Temperature control may become unstable. For this reason, the former temperature range with relatively severe temperature conditions is narrowed, and the latter temperature range with relatively mild temperature conditions is widened to enhance the stability of temperature control.
以上のことから、本実施の形態例1によれば、次のような効果が得られる。 From the above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
即ち、本実施の形態例1によれば、断熱材4の周囲を囲む円筒27の外周面に巻回した水冷チューブ5を有し、この水冷チューブ5内を流通する第1原料水31が、断熱材4の内側から断熱材4を介して水冷チューブ5へ伝わる燃料改質部2の熱を吸収して沸騰する構成としたことより、断熱材4から漏れた燃料改質部2の熱を、水冷チューブ5で第1原料水31の蒸発熱として回収することができるため、断熱材4として安価で断熱性能の低いものを用い、且つ、断熱材4を薄くしても、放熱量の増加による効率低下を招くことがない。このため、改質装置の製造コストの低減や小型化を図ることができる。
That is, according to the first embodiment, the first
また、本実施の形態例1によれば、水冷チューブ5で沸騰した第1原料水31中に改質燃料105を混入することにより、改質燃料105として例えば灯油を用いる場合にも、灯油の予備蒸発が不要で灯油沸騰のためのバーナ燃焼排ガスの温度制御が不要であり、しかも、沸騰して流速が増加(例えば20〜30m/s)した第1原料水31の水蒸気中に改質燃料105を混入することになるため、混合部46に特別なミキサーを用いなくても、容易に第1原料水31(水蒸気)に対して改質燃料105を均一に混合することができる。また、第1蒸発器8では改質燃料105が原料水(水蒸気)とともに蒸発(例えば約400℃まで温度上昇)するため、蒸発振動を生じることなく燃料改質部2への改質燃料105の供給を均一に行うことができ、且つ、カーボンの析出などもない。
Further, according to the first embodiment, the reformed
また、本実施の形態例1によれば、第1蒸発器8は、第1原料水31と改質燃料105の混合流体を、二重円筒内に設けた螺旋状チューブ34内に流通させて、二重円筒の内壁面と螺旋状チューブ34との間の間隙8a,8bを流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成であるため、バーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して効率的に前記混合流体を蒸発させることができる。
Further, according to the first embodiment, the
また、本実施の形態例1によれば、第1蒸発器8では、二重円筒の内壁面と螺旋状チューブ34との間の間隙8a,8bに伝熱促進材としてのボール35を充填するため、バーナ燃焼排ガスの熱が、バーナ燃焼排ガスから直接螺旋状チューブ34の管壁に伝わるだけではなく、ボール35を介しても螺旋状チューブ34の管壁に伝わることになるため、混合流体へのバーナ燃焼排ガスの熱の伝達が促進される。更に、ボール35はバーナ燃焼排ガスの流れの分布を均一化するための抵抗として機能や、混合流体とバーナ燃焼排ガスとの熱バランスがくずれたときにも混合流体の温度を保持する蓄熱材としての機能も果たすことができる。
Further, according to the first embodiment, in the
また、本実施の形態例1によれば、LTS部6と水冷チューブ5との間に間隙66を保持することにより、水冷チューブ5内を流通する第1原料水31が、間隙66を介してLTS部6のLTS触媒層64を放射冷却することになるため、LTS触媒層64の過冷却を防止して、LTS触媒層64をCO変成反応に適した温度(例えば200℃付近)に保持することができる。
Further, according to the first embodiment, the first
また、本実施の形態例1によれば、LTS部6と水冷チューブ5との間の間隙66にバーナ燃焼排ガスを流すことにより、LTS部6の加熱が可能な構成であるため、起動時(予熱運転時)には、バーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用してLTS部6のLTS触媒層64を予熱することができる。
Further, according to the first embodiment, the
また、本実施の形態例1によれば、LTS部6と水冷チューブ5との間の間隙66を流れるバーナ燃焼排ガスが、燃料改質部2で改質触媒層18を加熱し、更に第1蒸発器8で混合流体を加熱することにより、LTS部6のLTS触媒層64の温度と水冷チューブ5及び円筒27の壁面温度との中間の温度に低減されて、前記隙間66に供給される構成であるため、前記バーナ燃焼排ガスが、特にLTS触媒層64の改質ガス流れ方向の上流側(上部)における温度の低下を緩和して、LTS触媒層64における改質ガス流れ方向の上流(高温部)から下流(低温部)までの温度の変化を理想的な直線的変化に近づけることができる。図9に基づいて説明すると、図9(a)に示すLTS触媒層64の温度分布(温度勾配)が、バーナ燃焼排ガスを間隙66に流さない場合には図9(b)に一点鎖線で示すようにLTS触媒層64の上部(高温部)において比較的温度の低下が大きい分布となるのに対し、バーナ燃焼排ガスを間隙66に流す場合には図9(c)に一点鎖線で示すようにLTS触媒層64の上部(高温部)においても比較的温度の低下が小さくて同図に実線で示す理想的な直線的変化に近づいた分布となる。
Further, according to the first embodiment, the burner combustion exhaust gas flowing through the
また、本実施の形態例1によれば、HTS部3を、燃料改質部2の周囲を囲む配置とすることにより、燃料改質部2を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成としたため、起動時(予熱運転時)には燃料改質部2の改質触媒層18をバーナ燃焼排ガスで予熱すると同時にHTS部3のHTS触媒層24も予熱することができる。即ち、簡易な構成で容易にHTS部3のHTS触媒層24の予熱も行うことができる。
Further, according to the first embodiment, the
また、本実施の形態例1によれば、第2原料水93を、二重円筒内に設けた螺旋状チューブ51に流通させて、二重円筒の内壁面と螺旋状チューブ51との間の間隙10aを流れるHTS部3からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の第2蒸発器10を有するため、改質ガスの熱を有効に利用して効率的に第2原料水93を蒸発させることができる。即ち、第2原料水93の加熱(蒸発)と改質ガスの温度低減とを効率的に行うことができる。
Further, according to the first embodiment, the second
また、本実施の形態例1によれば、PROX部101を、鉛直方向に沿って配置された第1及び第2PROX触媒層83,84の側面に沿って鉛直方向に延びたPROX冷却部92を備え、第2原料水93をPROX冷却部92の下端部から供給してPROX冷却部92内を上方へと流通させることにより第1及び第2PROX触媒層83,84を冷却する構成としたことにより、第2原料水93をPROX冷却部92の上端部から供給して下方へ流通させる場合に比べ、容易にPROX冷却部92内の原料水全体を沸騰温度(例えば100℃)にすることができる。即ち、第2原料水93をPROX冷却部92の上端部から供給する場合には沸騰した第2原料水93はなかなか下方には流れていかずに冷たい第2原料水93だけが先に下方へ流れていくため、PROX冷却部92内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることが難しいが、第2原料水93をPROX冷却部92の下端部から供給する場合には沸騰した第2原料水93が直ぐに上方へ流れていくため、容易にPROX冷却部92内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることができる。このため、容易に第1及び第2PROX触媒層83,84全体の温度をCO選択酸化反応に適した温度にすることができる。
Further, according to the first embodiment, the
また、本実施の形態例1によれば、PROX部101は、燃料改質部2の改質触媒層18を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、第1及び第2PROX触媒層83,84の側面に沿って設けた排ガス流路99に流すことにより、第1及び第2PROX触媒層83,84の加熱が可能な構成であるため、起動時(予熱運転時)にはバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して、PROX部101の第1及び第2PROX触媒層83,84を予熱することができる。
Further, according to the first embodiment, the
また、本改質装置の運転方法としては、起動の際の予熱運転時にはバーナ燃焼排ガスによって燃料改質部2、HTS部3、LTS部6及びPROX部101の各触媒層18,24,64,83,84を効率的に加熱し、予熱運転後(各触媒層が所定の予熱温度に到達した後)に水冷チューブ5への第1原料水31の供給と混合部46への改質燃料105の供給とPROX冷却部92への第2原料水93の供給とを開始して改質ガスの生成を開始することができる。
In addition, as a method for operating the reformer, the catalyst layers 18, 24, 64, and 64 of the
また、本改質装置の運転方法としては、定常運転時には、燃料改質部2の改質触媒層18の最高温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するようにバーナ11への燃料供給量を制御し、且つ、第1蒸発器8から排出されて燃料改質部2に供給される混合流体の蒸気温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するようにバーナ11への空気供給量を制御するため、前記改質触媒層18の最高温度と前記混合流体の蒸気温度とを、それぞれの所定の温度範囲内に確実に維持することができる。
Further, as an operation method of the reformer, during the steady operation, the maximum temperature of the reforming
<実施の形態例2>
図10は本発明の実施の形態例2に係る改質装置の本体部の構成を示す断面図、図2は前記改質装置のCO選択酸化部の構成を示す断面図である。図10及び図11において、上記実施の形態1(図1、図2参照)と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
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FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the main body of the reformer according to
図10及び図11に示すように、本実施の形態例2の改質装置では、PROX部101のPROX冷却部92の上端部(出口)と、LTS冷却空間部63の水冷チューブ5の入口5aとが、チューブ56を介して接続されている。従って、第2原料水93はPROX冷却部92内を流通した後、チューブ56を介して入口5aから水冷チューブ5内に流入し、水冷チューブ5内を流通して上昇する。このとき、第2原料水93はPROX冷却部92において第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84の発熱を受けて一部が沸騰し、更に水冷チューブ5においても、燃料改質部2から断熱材4を介して伝わる(漏れる)熱やLTS部6の発熱を受けて一部が沸騰する。
As shown in FIGS. 10 and 11, in the reforming apparatus of the second embodiment, the upper end (exit) of the
また、水冷チューブ5の出口5bは、チューブ121を介して第2蒸発器10の螺旋状チューブ51の入口51aに接続されている。従って、水冷チューブ5から排出された第2原料水93は、チューブ121を介して入口51aから螺旋状チューブ51内に流入し、螺旋状チューブ51内を下方へと流れる。このため、第2蒸発器10では、この水冷チューブ5からの第2原料水93と、HTS部3からの改質ガスとの熱交換が行われる。その結果、第2原料水93は完全に蒸発し例えば約400℃の過熱蒸気となってミキサーチューブ48へと排出され、改質ガスは例えば約400℃から約250℃〜200℃に減温されてLTS部6へと排出される。即ち、このような温度条件となるように第2原料水93の水量が設定されており、この第2原料水93を、燃料改質部2での改質燃料の改質に必要な全原料水量から差し引いた水量を、第1原料水31の水量として設定する。
Further, the
但し、本実施の形態例2では第1原料水31は、上記実施の形態例1の場合と異なり、図示しないポンプ等の原料水供給装置から、ミキサー122へ供給されるようになっている。ミキサー122はチューブ123を介して第1蒸発器8の螺旋状チューブ34の入口34aに接続されている。ミキサー122では第1原料水31に改質燃料105(液体燃料又は気体燃料)が混入される。従って、ミキサー122から排出された第1原料水31と改質燃料105の混合流体は、チューブ123を介して入口34aから螺旋状チューブ34内に流入し、螺旋状チューブ34内を下方へと流れる。このため、第1蒸発器8では、このミキサー122からの混合流体と、排ガス流路20からのバーナ燃焼排ガスとの熱交換が行われる。その結果、混合流体は例えば約400℃の過熱蒸気となってミキサーチューブ48へと排出される。また、排ガスチューブ42も、上記実施の形態例1の場合と異なり、その入口側の部分が、鉛直管13と第1蒸発器8(内円筒32)との間に設けられて下方へと延び、排ガス流路20に連通している。
However, in the second embodiment, unlike the first embodiment, the first
そして、本実施の形態例2では第1蒸発器8(外円筒33)の上端部が、排ガスチューブ124を介して、排出切替手段としてのバルブ125の一方の流入部125aに接続されている。また、バルブ125の他方の流入部125bには排ガスチューブ118が接続され、バルブ125の流出部125cには排ガスチューブ126が接続されている。バルブ125は例えばサーモ弁などの所定温度で流通方向が切り替わる機能を有するものである。例えば排ガスチューブ118からのバーナ燃焼排ガスが、流入部125bから流入して流入部125cから流出しているとき、当該バーナ燃焼排ガスの温度が所定温度(例えば120℃)に達すると、バルブ125の流路が流入部125b側から流入部125a側に切り替わって、排ガスチューブ124からのバーナ燃焼排ガスが、流入部125aから流入して流出部125cから流出するようになる。
In the second embodiment, the upper end portion of the first evaporator 8 (outer cylinder 33) is connected to one
排ガスチューブ118からバルブ125の流入部125bに流入するバーナ燃焼排ガスの温度が所定の温度(例えば120℃)に達すると、LTS触媒層64、第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84の温度も所定の予熱温度に達する。換言すれば、バルブ125は、LTS触媒層64、第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84の温度が所定の予熱温度に達するときのバーナ燃焼排ガスの温度で流入部125b側から125a側に流路が切り替わるように設定されている。
When the temperature of the burner combustion exhaust gas flowing into the
ここで本改質装置の起動運転時及び定常運転時の運転方法について説明する。 Here, the operation method at the start-up operation and the steady operation of the reformer will be described.
はじめに起動時の各部の予熱について説明する。起動時には、まず、バーナ11に燃料109と空気110を供給してバーナ11を着火する。その結果、高温のバーナ燃焼排ガスが発生し、このバーナ燃焼排ガスが、燃料燃焼部1の開口15から下方に噴出された後、反転して排ガス流路20内を上昇する。このときバーナ燃焼排ガスが燃料改質部2の内円筒16と接触することにより、燃料改質部2(改質触媒層18)が予熱される。同時にHTS部3(HTS触媒層24)の予熱も、このときのバーナ燃焼排ガスにより、燃料改質部2を介して行われる。そして、この起動時にバルブ125は流入部125a側の流路が閉じられ、流入部125b側の流路が開かれた状態になっているため、排ガス流路20から排出されたバーナ燃焼排ガスは、第1蒸発器8をバイパスして、排ガスチューブ42に流入する。排ガスチューブ42を通過したバーナ燃焼排ガスは、排ガスチューブ43と排ガスチューブ44とに分岐される。
First, preheating of each part at start-up will be described. When starting up, first,
排ガスチューブ43に分岐されたバーナ燃焼排ガスは、LTS冷却空間部63内に流入し、LTS冷却空間部63内(間隙66)を下方へと流れる。このときバーナ燃焼排ガスがLTS部6の内円筒61と接触することにより、LTS部6(LTS触媒層64)は予熱され、バーナ燃焼排ガスの温度は例えば約100℃〜150℃にまで低下する。一方、排ガスチューブ44に分岐されたバーナ燃焼排ガスは、PROX部101の鉛直管98内に流入し、鉛直管98内を下方へと流れた後、反転して排ガス流路99内を上昇する。このとき第2PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84は、バーナ燃焼排ガスにより、原料水が凝縮しない温度(例えば100℃強)まで予熱される。最後にLTS冷却空間部63を通過したバーナ燃焼排ガスと排ガス流路99を通過したバーナ燃焼排ガスは、排ガスチューブ70と排ガスチューブ104とを経由して合流した後、バルブ125の流入部125bから流出部125cへと流れ(バルブ125を通過し)、排ガスチューブ118を介して排気される。
The burner combustion exhaust gas branched into the
上記のバーナ燃焼排ガスによる予熱(加熱)を所定時間(例えば40分ほど)継続すると、燃料改質部2の改質触媒層18の温度が例えば約700℃、HTS部3のHTS触媒層24の温度が例えば400℃、LTS部6のLTS触媒層64の温度が例えば200℃〜150℃、PROX部101の第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84の温度が例えば約100℃強に達して、予熱が完了する。
When preheating (heating) with the burner combustion exhaust gas is continued for a predetermined time (for example, about 40 minutes), the temperature of the reforming
そして、このとき流入部125bからバルブ125へ流入するバーナ燃焼排ガスの温度が所定の温度(例えば120℃)に達するため、バルブ125の流路が流入部125b側から流入部125a側に切り替わる。その結果、第1蒸発器8から排ガスチューブ124を介して流入部125aに流入するバーナ燃焼排ガスが、バルブ125を通過し、排ガスチューブ118を介して排気されるようになる。即ち、排ガス流路20からのバーナ燃焼排ガスが、第1蒸発器8に流れようになる。一方、排ガスチューブ142にはバーナ燃焼排ガスが流入しなくなる。即ち、予熱完了後の定常運転時には、PROX部101などにバーナ燃焼排ガスが流れなくなる。なお、予熱段階では第1原料水31及び第2原料水89の供給はまだ行われない。即ち、LTS冷却空間部63、第1蒸発器8及び第2蒸発器10の各チューブ5,34,51への原料水の導入はまだ行われない。
At this time, since the temperature of the burner combustion exhaust gas flowing into the
続いて、改質反応を開始するため、第1原料水31と改質燃料105とを供給してミキサー122で混合し、この混合流体を第1蒸発器8の螺旋状チューブ34に供給する。第2原料水93も、第1原料水31の供給開始と同時に又は第1原料水31の供給開始よりも遅れて、PROX部101のPROX冷却部92へ供給する。なお、改質反応を開始する際には、PROX部101への第1PROX用空気86及び第2PROX用空気89の供給も開始する。
Subsequently, in order to start the reforming reaction, the first
第1蒸発器8の螺旋状チューブ34内を流れる混合流体は、第1蒸発器8内の間隙8a,8bを流れるバーナ燃焼排ガスと熱交換する。その結果、第1原料水31は例えば約400℃の過熱水蒸気となる。なお、改質燃料105が液体燃料の場合には当該液体燃料も第1蒸発器8でバーナ燃焼排ガスにより蒸発することになる。第1蒸発器8から排出された第1原料水31と改質燃料105との混合蒸気は、ミキサーチューブ47及びヘッダ58を介して燃料改質部2内に流入し、燃料改質部2の改質触媒層18中を下方へと流れる。このとき燃料改質部2では改質触媒と接する混合蒸気中の改質燃料105が、混合蒸気中の水蒸気とともに排ガス流路20を上昇するバーナ燃焼排ガスと間接的に向流接触することにより、同バーナ燃焼排ガスから熱を受けて水素ガスを含有する改質ガスに改質される。
The mixed fluid flowing in the
燃料改質部2で生成された改質ガスは、改質ガス反転上昇部22を介してHTS部3内に流入し、HTS触媒層24中を上方へと流れる。HTS部3から流出した改質ガスは、第2蒸発器10(螺旋状チューブ51)を介してLTS部6内に流入し、LTS部6のLTS触媒層64中を下方へと流れる。このときLTS部3及びHTS部6では改質ガスが、上述のようなそれぞれの温度レベルでCO変成して、改質ガス中の水素含有率が増大する。続いて、LTS部6から流出した改質ガスは、PROX部101の第1PROX触媒層83中及び第2PROX触媒層84中を、第1PROX用空気86及び第2PROX用空気89とともに順次上方へと流れ、この間に第1PROX用空気86及び第2PROX用空気89によって改質ガス中の改質ガス中のCOが選択的に酸化されることにより、CO濃度が燃料電池において使用可能な濃度(例えば10ppm以下)となる。
The reformed gas generated in the
一方、第2原料水93はPROX冷却部92に下から流入し、PROX冷却部93内を上方へと流れる。この間に第2原料水93は、第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84の発熱を受けて一部が沸騰し、気液混相状態となる。この気液混相状態の第2原料水93は伝熱係数が著しく高く、また、その温度が、沸騰完了により過熱状態にはならないため、例えば約100℃で一定である。従って、この第2原料水93の冷却により、第1PROX触媒層83及び第2PROX触媒層84は、極めて容易に最適な温度(例えば100℃)に維持され、その特性を最適な状態で発揮することが可能になる。
On the other hand, the second
PROX冷却部92から排出された第2原料水93は、LTS冷却空間部63の水冷チューブ5に流入し、水冷チューブ5内を上方へと流れる。この間に第2原料水93は、燃料改質部2から断熱材4を介して伝わる(漏れる)熱を回収して沸騰する。また、定常運転時には、水冷チューブ5内を流れる第2原料水93は、LTS部6のCO変成に伴う発熱を、LTS冷却空間部63内の間隙66を介して放射冷却することにより、吸収(除去)する。具体的には、LTS部6のCO変成に伴う発熱は、水冷チューブ5の管壁と円筒27の管壁とによって放射冷却される。
The second
水冷チューブ5から排出された第2原料水93は、第2蒸発器10の螺旋状チューブ51内に流入し、螺旋状チューブ51内を下方へと流れる。この間に第2原料水93と、第2蒸発器10の間隙10aを上方へと流れる改質ガスと熱交換することにより、第2原料水93は完全に蒸発して例えば約400℃の過熱蒸気となり、改質ガスはHTS部3から第2蒸発器10に流入するときの例えば約450℃の温度から、LTS部6に適した例えば約250℃〜200℃の温度に減温する。つまり、第2原料水93の水量は、第2蒸発器10での第2原料水93と改質ガスの熱交換量が、例えば約450℃の改質ガスを約250℃〜200℃に減温することができる熱交換量となるように設定する。そして、この第2原料水93を、燃料改質部2での改質燃料の改質に必要な全原料水量から差し引いた水量を、第1原料水31の水量として設定する。第2蒸発器10の螺旋状チューブ51から排出された第2原料水83は、ミキサーチューブ48で第1蒸発器8からの混合蒸気と混合され、ヘッダ58を介して燃料改質部2へ供給されることにより、燃料改質部2での改質反応に利用される。
The second
なお、詳細な説明は省略するが、本改質装置でも、上記実施の形態例1の場合と同様に温度制御装置108によって、第1温度計106と第2温度計107の温度計測信号に基づき、改質触媒層18の下端部の温度制御と、第1蒸発器8の螺旋状チューブ34から排出さる混合蒸気の温度制御とを行う。
Although not described in detail, in this reformer as well, in the same manner as in the first embodiment, the
本実施の形態例2によれば、上記実施の形態例2と同様の効果が得られる。 According to the second embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
即ち、本実施の形態例2によれば、断熱材4の周囲を囲む円筒27の外周面に巻回した水冷チューブ5を有し、この水冷チューブ5内を流通する第1原料水31が、断熱材4の内側から断熱材4を介して水冷チューブ5へ伝わる燃料改質部2の熱を吸収して沸騰する構成としたことより、断熱材4から漏れた燃料改質部2の熱を、水冷チューブ5で第1原料水31の蒸発熱として回収することができるため、断熱材4として安価で断熱性能の低いものを用い、且つ、断熱材4を薄くしても、放熱量の増加による効率低下を招くことがない。このため、改質装置の製造コストの低減や小型化を図ることができる。
That is, according to the second embodiment, the first
また、本実施の形態例2によれば、改質燃料105と第1原料水31の混合流体を、二重円筒内に設けた螺旋状チューブ34内に流通させて、二重円筒の内壁面と螺旋状チューブ34との間の間隙8a,8bを流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成の第1蒸発器8を有するため、バーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して効率的に前記混合流体を蒸発させることができる。
Further, according to the second embodiment, the mixed fluid of the reformed
また、本実施の形態例2によれば、燃料改質部2の改質触媒層18を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、第1蒸発器8の間隙8a,8bに流す構成としたため、改質触媒層2を加熱後のバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して前記混合流体を蒸発させることができる。
Further, according to the second embodiment, since the burner combustion exhaust gas after heating the reforming
また、本実施の形態例2によれば、二重円筒の内壁面と螺旋状チューブ34との間の間隙8a,8bに伝熱促進材としてのボール35を充填するため、バーナ燃焼排ガスの熱が、バーナ燃焼排ガスから直接螺旋状チューブ34の管壁に伝わるだけではなく、ボール35を介しても螺旋状チューブ34の管壁に伝わることになるため、前記混合流体へのバーナ燃焼排ガスの熱の伝達が促進される。更に、ボール35はバーナ燃焼排ガスの流れの分布を均一化するための抵抗として機能や、前記混合流体とバーナ燃焼排ガスとの熱バランスがくずれたときにも前記混合流体の温度を保持する蓄熱材としての機能も果たすことができる。
Further, according to the second embodiment, since the
また、本実施の形態例2によれば、LTS部6と水冷チューブ5との間に間隙66を保持することにより、水冷チューブ5内を流通する第1原料水93が、前記間隙66を介してLTS部6のLTS触媒層64を放射冷却することになるため、LTS触媒層64の過冷却を防止して、LTS触媒層64をCO変成反応に適した温度(例えば200℃付近)に保持することができる。
Further, according to the second embodiment, the first
また、本実施の形態例2によれば、燃料改質部2の改質触媒層18を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、LTS部6と水冷チューブ5との間に間隙66に流すことにより、LTS部6の加熱が可能な構成としたため、起動時(予熱運転時)にはバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して、LTS部6のLTS触媒層64を予熱することができる。
Further, according to the second embodiment, the burner combustion exhaust gas after heating the reforming
また、本実施の形態例2によれば、HTS部3を、燃料改質部2の周囲を囲む配置とすることにより、燃料改質部2を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成としたため、起動時(予熱運転時)には燃料改質部2の改質触媒層18をバーナ燃焼排ガスで予熱すると同時にHTS部3のHTS触媒層24も予熱することができる。即ち、簡易な構成で容易にHTS部3のHTS触媒層24の予熱も行うことができる。
Further, according to the second embodiment, the
また、本実施の形態例2によれば、水冷チューブ5から排出される第2原料水93を、二重円筒内に設けた螺旋状チューブ51に流通させて、二重円筒の内壁面と螺旋状チューブ51との間の間隙を流れるHTS部3からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の第2蒸発器10を有するため、改質ガスの熱を有効に利用して効率的に第2原料水93を蒸発させることができる。即ち、第2原料水93の加熱(蒸発)と改質ガスの温度低減とを効率的に行うことができる。
Further, according to the second embodiment, the second
また、本実施の形態例2によれば、PROX部101を、鉛直方向に沿って配置された第1及び第2PROX触媒層83,84の側面に沿って鉛直方向に延びたPROX冷却部92を備え、第2原料水93をPROX冷却部92の下端部から供給してPROX冷却部92内を上方へと流通させることにより第1及び第2PROX触媒層83,84を冷却する構成としたことにより、第2原料水93をPROX冷却部92の上端部から供給して下方へ流通させる場合に比べ、容易にPROX冷却部92内の原料水全体を沸騰温度(例えば100℃)にすることができる。即ち、第2原料水93をPROX冷却部92の上端部から供給する場合には沸騰した第2原料水93はなかなか下方には流れていかずに冷たい第2原料水93だけが先に下方へ流れていくため、PROX冷却部92内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることが難しいが、第2原料水93をPROX冷却部92の下端部から供給する場合には沸騰した第2原料水93が直ぐに上方へ流れていくため、容易にPROX冷却部92内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることができる。このため、容易に第1及び第2PROX触媒層83,84全体の温度をCO選択酸化反応に適した温度にすることができる。
Further, according to the second embodiment, the
また、本実施の形態例2によれば、PROX部101は、燃料改質部2の改質触媒層18を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、第1及び第2PROX触媒層83,84の側面に沿って設けた排ガス流路99に流すことにより、第1及び第2PROX触媒層83,84の加熱が可能な構成であるため、起動時(予熱運転時)にはバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して、PROX部101の第1及び第2PROX触媒層83,84を予熱することができる。
Further, according to the second embodiment, the
そして、特に本実施の形態例2によれば、バルブ125によって、起動の際の予熱運転時にだけPROX部101の排ガス流路99にバーナ燃焼排ガスを流し、定常運転時にはPROX部101の排ガス流路99にバーナ燃焼排ガスを流さないようにすることができるため、PROX部101(第1及び第2PROX触媒層83,84)における発熱を、バーナ燃焼排ガスとともに排出することなく、PROX冷却部92を流れる第2原料水93の蒸発に利用することができるため、定常運転時にもPROX部101の排ガス流路99にバーナ燃焼排ガスを流す場合に比べて、放熱ロスを低減することができる。なお、排出切替手段としては、必ずしもバルブ125に限定するものではなく、上記のように予熱運転と定常運転とでバーナ燃焼排ガスの排出を切り替えることができるものであればよい。
In particular, according to the second embodiment, the burner combustion exhaust gas is caused to flow through the exhaust
また、本改質装置の運転方法としては、バルブ125によって、起動の際の予熱運転時にだけPROX部101の排ガス流路99にバーナ燃焼排ガスを流し、定常運転時にはPROX部101の排ガス流路99にバーナ燃焼排ガスを流さないようにするため、PROX部101(第1及び第2PROX触媒層83,84)における発熱を、バーナ燃焼排ガスとともに排出することなく、PROX冷却部92を流れる第2原料水93の蒸発に利用することができるため、定常運転時にもPROX冷却部101の排ガス流路99にバーナ燃焼排ガスを流す場合に比べて放熱ロスを低減することができ、また、予熱運転後(各触媒層が所定の予熱温度に到達した後)に第1原料水31と改質燃料105の混合流体の第1蒸発器8への供給とPROX冷却部92への第2原料水93の供給とを開始して改質ガスの生成を開始することができる。
Further, as an operation method of the reformer, the burner combustion exhaust gas is caused to flow through the exhaust
また、本改質装置の運転方法としては、定常運転時には、燃料改質部2の改質触媒層18の最高温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するようにバーナ11への燃料供給量を制御し、且つ、第1蒸発器8から排出されて燃料改質部2に供給される混合流体の蒸気温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するようにバーナ11への空気供給量を制御するため、前記改質触媒層18の最高温度と前記混合流体の蒸気温度とを、それぞれの所定の温度範囲内に確実に維持することができる。
Further, as an operation method of the reformer, during the steady operation, the maximum temperature of the reforming
なお、上記実施の形態例1,2では改質ガスを燃料電池に供給する場合の例を示したが、これに限定するものではなく、本発明は燃料電池以外の装置に水素ガスを含有する改質ガスを供給するための改質装置にも適用することができる。 In the first and second embodiments, the example in which the reformed gas is supplied to the fuel cell is shown. However, the present invention is not limited to this, and the present invention contains hydrogen gas in an apparatus other than the fuel cell. The present invention can also be applied to a reformer for supplying a reformed gas.
本発明は改質装置の運転方法に関するものであり、例えば比較的高出力の燃料電池に用いられる改質装置の小型化やコスト低減などを図る場合に適用して有用なものである。 The present invention relates to a method for operating a reformer, and is useful when applied to, for example, downsizing and cost reduction of a reformer used in a relatively high output fuel cell.
1 燃料燃焼部
2 燃料改質部
3 高温CO変成部(HTS部)
4 断熱材
5 水冷チューブ
5a 入口
5b 出口
6 低温CO変成部(LTS部)
6a 入口
6b 出口
7 断熱材
8 第1蒸発器
8a,8b 間隙
9 断熱材
10 第2蒸発器
10a 間隙
11 バーナ
12 火炎
13 鉛直管
14 端板
15 開口
16 内円筒
17 外円筒
18 改質触媒層
19 断熱材
20 排ガス流路
21 円筒
22 改質ガス反転上昇部
23 端板
24 高温CO変成触媒層(HTS触媒層)
25 水平環状板
25a,25b 小孔
26 内円筒
27 外円筒
28,29 端板
30 断熱材
31 第1原料水
32 内円筒
33 外円筒
34 螺旋状チューブ
34a 入口
34b 出口
35 ボール
36a,36b,37a,37b 多孔板
38 円筒
39,40 端板
41 孔
42,43,44 排ガスチューブ
45 チューブ
46 混合部
47 チューブ
48 ミキサーチューブ
49 内円筒
50 外円筒
51 螺旋状チューブ
51a 入口
51b 出口
52,53 チューブ
54,55 端板
56,57 チューブ
58 ヘッダ
59,60 チューブ
61 内円筒
62 外円筒
63 LTS冷却空間部
63a 入口
63b 出口
64 低温CO変成触媒層(LTS触媒層)
65 端板
66 間隙
68 チューブ
70 排ガスチューブ
71 チューブ
81 内円筒
82 外円筒
83 第1PROX触媒層
84 第2PROX触媒層
85 ミキシングチャンバ
86 第1PROX用空気
87,88 端板
89 第2PROX用空気
90 チューブ
91 円筒
92 PROX冷却部
93 第2原料水
94 チューブ
95,96 端板
97 円筒
98 鉛直管
99 排ガス流路
100 改質装置本体部
101 CO選択酸化部(PROX部)
102,103 端板
104 排ガスチューブ
104a 鉛直管部
104b 水平管部
105 改質燃料
106 第1温度計
107 第2温度計
108 温度制御装置
109 燃料
110 空気
111 燃料供給装置
112 空気供給装置
118 排ガスチューブ
121 チューブ
122 ミキサー
123 チューブ
124 排ガスチューブ
125 バルブ
125a,125b 流入部
125c 流出部
126 排ガスチューブ
DESCRIPTION OF
4
25 Horizontal
65
102, 103
Claims (24)
前記燃料改質部の周囲を囲む断熱材と、
前記断熱材の周囲を囲む筒の外周面に巻回した水冷チューブとを有し、
この水冷チューブ内を流通する原料水が、前記断熱材の内側から前記断熱材を介して前記水冷チューブへ伝わる前記燃料改質部の熱を吸収して沸騰する構成としたことを特徴とする改質装置。 The reforming catalyst layer of the fuel reforming section in which the mixed steam of the reformed fuel and the raw material water flows is heated by the burner combustion exhaust gas flowing in the exhaust gas passage formed inside the fuel reforming section, thereby improving the reforming catalyst layer. In the reformer configured to generate reformed gas containing hydrogen gas by steam reforming the quality fuel,
A heat insulating material surrounding the fuel reforming section;
A water-cooled tube wound around an outer peripheral surface of a cylinder surrounding the periphery of the heat insulating material,
The raw water flowing through the water-cooled tube absorbs the heat of the fuel reforming portion transmitted from the inside of the heat insulating material to the water-cooled tube through the heat insulating material and boils. Quality equipment.
前記水冷チューブから排出される沸騰原料水中に改質燃料を混入する混合部を有し、
この混合部から排出される原料水と改質燃料の混合流体を蒸発させる混合流体蒸発手段とを有し、
この混合流体蒸発手段から排出される前記混合流体の蒸気を前記燃料改質部に供給する構成としたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 1,
Having a mixing part for mixing the reformed fuel into the boiling raw material water discharged from the water-cooled tube;
A mixed fluid evaporating means for evaporating the mixed fluid of the raw material water and the reformed fuel discharged from the mixing unit;
A reforming apparatus characterized in that the mixed fluid vapor discharged from the mixed fluid evaporation means is supplied to the fuel reforming section.
前記混合流体蒸発手段は、前記原料水と改質燃料の混合流体を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブ内に流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成の混合流体蒸発器であること特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 2, wherein
The mixed fluid evaporation means causes the mixed fluid of the raw material water and the reformed fuel to flow through a spiral tube provided in a double cylinder so that the inner wall surface of the double cylinder and the tube A reformer, which is a mixed fluid evaporator configured to evaporate by heating with burner combustion exhaust gas flowing through a gap therebetween.
前記混合流体蒸発器は、前記間隙に伝熱促進材を充填した構成であることを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 3, wherein
The mixed fluid evaporator has a configuration in which the gap is filled with a heat transfer promoting material.
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをCO変成する低温CO変成部であって、前記水冷チューブとの間に間隙を保持した状態で前記水冷チューブの周囲を囲むように配置された低温CO変成部を有することを特徴とする改質装置。 In the reformer according to any one of claims 1 to 4,
A low-temperature CO conversion unit that CO converts the reformed gas generated in the fuel reforming unit, and is disposed so as to surround the water-cooled tube in a state where a gap is maintained between the reformed gas and the water-cooled tube. A reforming apparatus having a CO conversion section.
前記間隙にバーナ燃焼排ガスを流すことにより、前記低温CO変成部の加熱が可能な構成としたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 5, wherein
A reformer characterized in that the low-temperature CO shift section can be heated by flowing burner combustion exhaust gas through the gap.
前記間隙を流れるバーナ燃焼排ガスが、前記燃料改質部で前記改質触媒層を加熱し、更に前記混合流体蒸発器で前記混合流体を加熱することにより、前記低温CO変成部の低温CO変成触媒層の温度と前記水冷チューブ及び前記筒の壁面温度との中間の温度に低減されて、前記隙間に供給される構成としたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 6, wherein
The burner combustion exhaust gas flowing through the gap heats the reforming catalyst layer in the fuel reforming section, and further heats the mixed fluid in the mixed fluid evaporator, so that the low temperature CO shift catalyst in the low temperature CO shift section A reformer characterized in that the temperature is reduced to an intermediate temperature between the temperature of the layer and the wall surface temperature of the water-cooled tube and the cylinder, and is supplied to the gap.
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをCO変成する高温CO変成部であって、前記燃料改質部の周囲を囲む配置とすることにより、前記燃料改質部を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成とした高温CO変成部を有し、
この高温CO変成部から排出される改質ガスを前記低温CO変成部に供給する構成としたことを特徴とする改質装置。 In the reformer according to any one of claims 5 to 7,
A high-temperature CO conversion section that CO converts the reformed gas generated in the fuel reforming section, and surrounds the periphery of the fuel reforming section, so that burner combustion exhaust gas passes through the fuel reforming section. It has a high-temperature CO transformation section that can be heated by
A reformer characterized in that the reformed gas discharged from the high-temperature CO shift section is supplied to the low-temperature CO shift section.
原料水を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れる前記高温CO変成部からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の原料水蒸発器を有し、
前記原料水蒸発器から排出される前記原料水の蒸気を前記燃料改質部に供給し、前記原料水蒸発器から排出される改質ガスを前記低温CO変成部に供給する構成としたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 8, wherein
The raw water is circulated through a spiral tube provided in the double cylinder, and the reformed gas from the high-temperature CO conversion section flows through the gap between the inner wall surface of the double cylinder and the tube. It has a raw material water evaporator configured to evaporate by heating,
The raw water vapor discharged from the raw water evaporator is supplied to the fuel reforming section, and the reformed gas discharged from the raw water evaporator is supplied to the low-temperature CO conversion section. A characteristic reformer.
鉛直方向に沿って配置された1体又は複数体のCO選択酸化触媒層の側面に沿って鉛直方向に延びた冷却部を備え、原料水を前記冷却部の下端部から供給して前記冷却部内を上方へと流通させることにより前記CO選択酸化触媒層を冷却する構成のCO選択酸化部を有し、
前記冷却部の上端部から排出される前記原料水を、前記原料水蒸発器の前記チューブに供給する構成としたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 9, wherein
A cooling unit extending in the vertical direction along the side surface of the one or more CO selective oxidation catalyst layers arranged along the vertical direction, and supplying raw water from the lower end of the cooling unit to the inside of the cooling unit Having a CO selective oxidation part configured to cool the CO selective oxidation catalyst layer by circulating the gas upward,
A reformer characterized in that the raw water discharged from the upper end of the cooling unit is supplied to the tube of the raw water evaporator.
前記CO選択酸化部は、前記燃料改質部の改質触媒層を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、前記CO選択酸化触媒層の側面に沿って設けた排ガス流路に流すことにより、前記CO選択酸化触媒層の加熱が可能な構成としたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 10, wherein
The CO selective oxidation unit causes the burner combustion exhaust gas after heating the reforming catalyst layer of the fuel reforming unit to flow through the exhaust gas flow path provided along the side surface of the CO selective oxidation catalyst layer, thereby the CO selective oxidation unit. A reformer characterized in that the selective oxidation catalyst layer can be heated.
改質燃料と原料水の混合流体を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成の混合流体蒸発器を有し、
この混合流体蒸発器から排出される前記混合流体の蒸気を前記燃料改質部に供給する構成としたこと特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 1,
The mixed fluid of reformed fuel and raw material water is circulated through a spiral tube provided in a double cylinder, and burner combustion exhaust gas flowing through the gap between the inner wall surface of the double cylinder and the tube Having a mixed fluid evaporator configured to evaporate by heating;
A reforming apparatus characterized in that steam of the mixed fluid discharged from the mixed fluid evaporator is supplied to the fuel reforming section.
前記燃料改質部の前記改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、前記混合流体蒸発器の前記間隙に流す構成としたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 12, wherein
A reformer configured to flow burner combustion exhaust gas after heating the reforming catalyst layer of the fuel reforming section through the gap of the mixed fluid evaporator.
前記混合流体蒸発器は、前記間隙に伝熱促進材を充填した構成であることを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 12 or 13,
The mixed fluid evaporator has a configuration in which the gap is filled with a heat transfer promoting material.
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをCO変成する低温CO変成部であって、前記水冷チューブとの間に間隙を保持した状態で前記水冷チューブの周囲を囲むように配置された低温CO変成部を有することを特徴とする改質装置。 The reformer according to any one of claims 12 to 14,
A low-temperature CO conversion unit that CO converts the reformed gas generated in the fuel reforming unit, and is disposed so as to surround the water-cooled tube in a state where a gap is maintained between the reformed gas and the water-cooled tube. A reforming apparatus having a CO conversion section.
前記燃料改質部の改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、前記間隙に流すことにより、前記低温CO変成部の加熱が可能な構成としたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 15, wherein
A reformer characterized in that the low-temperature CO shift section can be heated by flowing burner combustion exhaust gas after heating the reforming catalyst layer of the fuel reforming section into the gap.
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをCO変成する高温CO変成部であって、前記燃料改質部の周囲を囲む配置とすることにより、前記燃料改質部を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成とした高温CO変成部を有し、
この高温CO変成部から排出される改質ガスを前記低温CO変成部に供給する構成としたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 15 or 16,
A high-temperature CO conversion section that CO converts the reformed gas generated in the fuel reforming section, and surrounds the periphery of the fuel reforming section, so that burner combustion exhaust gas passes through the fuel reforming section. It has a high-temperature CO transformation section that can be heated by
A reformer characterized in that the reformed gas discharged from the high-temperature CO shift section is supplied to the low-temperature CO shift section.
前記水冷チューブから排出される原料水を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れる前記高温CO変成部からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の原料水蒸発器を有し、
前記原料水蒸発器から排出される前記原料水の蒸気を前記燃料改質部に供給し、前記原料水蒸発器から排出される改質ガスを前記低温CO変成部に供給する構成としたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 17, wherein
The high-temperature CO conversion that flows through the gap between the inner wall surface of the double cylinder and the tube by circulating the raw water discharged from the water-cooled tube through a spiral tube provided in the double cylinder. A raw material water evaporator configured to evaporate by heating with the reformed gas from the section;
The raw water vapor discharged from the raw water evaporator is supplied to the fuel reforming section, and the reformed gas discharged from the raw water evaporator is supplied to the low-temperature CO conversion section. A characteristic reformer.
鉛直方向に沿って配置された1体又は複数体のCO選択酸化触媒層の側面に沿って鉛直方向に延びた冷却部を備え、原料水を前記冷却部の下端部から供給して前記冷却部内を上方へと流通させることにより前記CO選択酸化触媒層を冷却する構成のCO選択酸化部を有し、
前記冷却部の上端部から排出される前記原料水を、前記水冷チューブに供給する構成としたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 18, wherein
A cooling unit extending in the vertical direction along the side surface of the one or more CO selective oxidation catalyst layers arranged along the vertical direction, and supplying raw water from the lower end of the cooling unit to the inside of the cooling unit Having a CO selective oxidation part configured to cool the CO selective oxidation catalyst layer by circulating the gas upward,
A reformer characterized in that the raw water discharged from the upper end of the cooling unit is supplied to the water cooling tube.
前記CO選択酸化部は、前記燃料改質部の改質触媒層を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、前記CO選択酸化触媒層の側面に沿って設けた排ガス流路に流すことにより、前記CO選択酸化触媒層の加熱が可能な構成としたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 19, wherein
The CO selective oxidation unit causes the burner combustion exhaust gas after heating the reforming catalyst layer of the fuel reforming unit to flow through the exhaust gas flow path provided along the side surface of the CO selective oxidation catalyst layer, thereby the CO selective oxidation unit. A reformer characterized in that the selective oxidation catalyst layer can be heated.
予熱運転時には前記水冷チューブと前記低温CO変成部との間の前記間隙から排出されるバーナ燃焼排ガス及び前記CO選択酸化部の前記排ガス流路から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出を可能とし、定常運転時には前記混合流体蒸発器から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出を可能とする排出切替手段を備えたことを特徴とする改質装置。 The reformer according to claim 20, wherein
During preheating operation, burner combustion exhaust gas discharged from the gap between the water-cooled tube and the low-temperature CO conversion unit and burner combustion exhaust gas discharged from the exhaust gas passage of the CO selective oxidation unit can be discharged. A reformer comprising discharge switching means that enables discharge of burner combustion exhaust gas discharged from the mixed fluid evaporator during operation.
予熱運転時には、バーナを着火して、バーナ燃焼排ガスを、前記燃料改質部の内側に形成された前記排ガス流路と、前記低温CO変成部と前記水冷チューブとの間の間隙と、前記CO選択酸化部の前記排ガス流路とに流すことにより、前記燃料改質部の改質触媒層、前記高温CO変成部の高温CO変成触媒層、前記低温CO変成部の低温CO変成触媒層及び前記CO選択酸化部のCO選択酸化触媒層を加熱して所定の予熱温度とし、
この予熱運転後に、前記水冷チューブへの原料水の供給と前記混合部への改質燃料の供給とを開始することにより、前記燃料改質部での改質燃料の水蒸気改質と、前記高温CO変成部及び前記低温CO変成部でのCO変成と、前記CO選択酸化部でのCO選択酸化とを開始し、且つ、前記水冷チューブへの原料水の供給と同時に又は同原料水の供給よりも遅れて、前記CO選択酸化部の冷却部への原料水の供給も開始することにより、前記CO選択酸化部のCO選択酸化触媒層の温度及び前記低温CO変成部に流入する改質ガスの温度を所定の温度にすることを特徴とする改質装置の運転方法。 An operation method of the reformer according to claim 11,
During the preheating operation, the burner is ignited, and the burner combustion exhaust gas is separated from the exhaust gas passage formed inside the fuel reforming unit, the gap between the low-temperature CO conversion unit and the water cooling tube, and the CO. By flowing through the exhaust gas flow path of the selective oxidation unit, the reforming catalyst layer of the fuel reforming unit, the high temperature CO conversion catalyst layer of the high temperature CO conversion unit, the low temperature CO conversion catalyst layer of the low temperature CO conversion unit, and the The CO selective oxidation catalyst layer of the CO selective oxidation unit is heated to a predetermined preheating temperature,
After this preheating operation, by starting the supply of raw water to the water cooling tube and the supply of reformed fuel to the mixing section, steam reforming of the reformed fuel in the fuel reforming section and the high temperature Starting CO conversion in the CO conversion section and the low temperature CO conversion section, and CO selective oxidation in the CO selective oxidation section, and simultaneously with the supply of the raw water to the water cooling tube or from the supply of the raw water The supply of raw material water to the cooling unit of the CO selective oxidation unit is also started later, so that the temperature of the CO selective oxidation catalyst layer of the CO selective oxidation unit and the reformed gas flowing into the low temperature CO conversion unit A method for operating a reformer, wherein the temperature is set to a predetermined temperature.
予熱運転時には、前記排出切替手段を、前記水冷チューブと前記低温CO変成部との間の前記間隙から排出されるバーナ燃焼排ガス及び前記CO選択酸化部の前記排ガス流路から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出が可能な状態とし、バーナを着火して、バーナ燃焼排ガスを、前記燃料改質部の内側に形成された前記排ガス流路と、前記低温CO変成部と前記水冷チューブとの間の間隙と、前記CO選択酸化部の前記排ガス流路とに流すことにより、前記燃料改質部の改質触媒層、前記高温CO変成部の高温CO変成触媒層、前記低温CO変成部の低温CO変成触媒層及び前記CO選択酸化部のCO選択酸化触媒層を加熱して所定の温度とし、
この予熱運転後に、前記排出切替手段を、前記混合流体蒸発器から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出が可能な状態に切り替えて、前記混合流体蒸発器への改質燃料と原料水の混合流体の供給を開始することにより、前記燃料改質部での改質燃料の水蒸気改質と、前記高温CO変成部及び前記低温CO変成部でのCO変成と、前記CO選択酸化部でのCO選択酸化とを開始し、且つ、前記水冷チューブへの原料水の供給と同時に又は同原料水の供給よりも遅れて、前記CO選択酸化部の冷却部への原料水の供給も開始することにより、前記CO選択酸化部のCO選択酸化触媒層の温度及び前記低温CO変成部に流入する改質ガスの温度を所定の温度にすることを特徴とする改質装置の運転方法。 The operation method of the reformer according to claim 21,
During the preheating operation, the exhaust switching unit is configured to set the burner combustion exhaust gas discharged from the gap between the water-cooled tube and the low-temperature CO conversion unit and the burner combustion exhaust gas discharged from the exhaust gas passage of the CO selective oxidation unit. The burner is ignited, and the burner combustion exhaust gas is discharged into the gap between the exhaust gas passage formed inside the fuel reforming section, the low-temperature CO conversion section, and the water cooling tube. And flowing into the exhaust gas flow path of the CO selective oxidation unit, thereby reforming the catalyst layer of the fuel reforming unit, the high temperature CO conversion catalyst layer of the high temperature CO conversion unit, and the low temperature CO conversion of the low temperature CO conversion unit. The catalyst layer and the CO selective oxidation catalyst layer of the CO selective oxidation unit are heated to a predetermined temperature,
After this preheating operation, the discharge switching means is switched to a state in which burner combustion exhaust gas discharged from the mixed fluid evaporator can be discharged, and the mixed fluid of the reformed fuel and the raw water to the mixed fluid evaporator By starting supply, steam reforming of the reformed fuel in the fuel reforming unit, CO conversion in the high temperature CO conversion unit and the low temperature CO conversion unit, and CO selective oxidation in the CO selective oxidation unit And starting the supply of raw water to the cooling section of the CO selective oxidation unit simultaneously with or behind the supply of the raw material water to the water cooling tube, A method for operating a reformer, characterized in that a temperature of a CO selective oxidation catalyst layer in a CO selective oxidation unit and a temperature of a reformed gas flowing into the low temperature CO conversion unit are set to a predetermined temperature.
定常運転時には、
前記燃料改質部の改質触媒層の最高温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するように前記バーナへの燃料供給量を制御し、
且つ、前記混合流体蒸発器から排出されて前記燃料改質部に供給される前記混合流体の蒸気温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するように前記バーナへの空気供給量を制御することを特徴とする改質装置の運転方法。
The operation method of the reformer according to claim 22 or 23,
During steady operation,
The maximum temperature of the reforming catalyst layer of the fuel reforming unit is measured, and the fuel supply amount to the burner is controlled so as to maintain this temperature measurement value within a predetermined temperature range,
In addition, the vapor temperature of the mixed fluid discharged from the mixed fluid evaporator and supplied to the fuel reforming unit is measured, and the temperature measurement value is maintained in a predetermined temperature range to the burner. An operation method of a reformer characterized by controlling an air supply amount.
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008133140A (en) * | 2006-11-27 | 2008-06-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Reforming apparatus and its operation method |
JP2009274915A (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Panasonic Corp | Apparatus for generating hydrogen and fuel cell power generation facility |
EP2492998A1 (en) * | 2009-10-19 | 2012-08-29 | Eneos Celltech Co., Ltd. | Fuel cell system |
WO2013086190A1 (en) * | 2011-12-06 | 2013-06-13 | Hy9 Corporation | Catalyst-containing reactor system and associated methods |
KR101480083B1 (en) * | 2013-07-18 | 2015-01-09 | 한국에너지기술연구원 | Fuel reformer having heat exchanger for waste heat recovery of combustion exhaust gas |
JP2015018750A (en) * | 2013-07-12 | 2015-01-29 | Toto株式会社 | Solid oxide fuel cell device |
JP2016024872A (en) * | 2014-07-16 | 2016-02-08 | 東京瓦斯株式会社 | Fuel battery module |
JP2016024871A (en) * | 2014-07-16 | 2016-02-08 | 東京瓦斯株式会社 | Fuel battery module |
EP2522624A4 (en) * | 2010-01-05 | 2018-01-03 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Fuel treatment device |
JP2020525282A (en) * | 2017-06-27 | 2020-08-27 | シジジー プラズモニクス インコーポレーティッド | Photocatalytic reactor cell |
CN111747378A (en) * | 2020-08-04 | 2020-10-09 | 摩氢科技有限公司 | Methanol-water fuel reforming hydrogen production system |
US11779898B2 (en) | 2017-06-27 | 2023-10-10 | Syzygy Plasmonics Inc. | Photocatalytic reactor system |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000243425A (en) * | 1999-02-19 | 2000-09-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Co remover |
JP2001210347A (en) * | 2000-01-26 | 2001-08-03 | Nissan Motor Co Ltd | Control device of fuel reformer |
JP2002121002A (en) * | 2000-10-12 | 2002-04-23 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel reforming device |
JP2004002120A (en) * | 2002-06-03 | 2004-01-08 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Carbon monoxide stripping-off device |
JP2004196611A (en) * | 2002-12-19 | 2004-07-15 | Toyota Motor Corp | Fuel reforming apparatus and fuel cell system |
JP2004288434A (en) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Nippon Oil Corp | Hydrogen production apparatus and fuel cell system |
JP2004315284A (en) * | 2003-04-16 | 2004-11-11 | Rinnai Corp | Reformer, and system using reformer |
JP2005015292A (en) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel reformer |
JP2005225684A (en) * | 2004-02-10 | 2005-08-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Hydrogen producing apparatus |
-
2006
- 2006-05-17 JP JP2006137186A patent/JP2007308318A/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000243425A (en) * | 1999-02-19 | 2000-09-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Co remover |
JP2001210347A (en) * | 2000-01-26 | 2001-08-03 | Nissan Motor Co Ltd | Control device of fuel reformer |
JP2002121002A (en) * | 2000-10-12 | 2002-04-23 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel reforming device |
JP2004002120A (en) * | 2002-06-03 | 2004-01-08 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Carbon monoxide stripping-off device |
JP2004196611A (en) * | 2002-12-19 | 2004-07-15 | Toyota Motor Corp | Fuel reforming apparatus and fuel cell system |
JP2004288434A (en) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Nippon Oil Corp | Hydrogen production apparatus and fuel cell system |
JP2004315284A (en) * | 2003-04-16 | 2004-11-11 | Rinnai Corp | Reformer, and system using reformer |
JP2005015292A (en) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel reformer |
JP2005225684A (en) * | 2004-02-10 | 2005-08-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Hydrogen producing apparatus |
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008069033A1 (en) * | 2006-11-27 | 2008-06-12 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Reforming apparatus and method of operating the same |
US8404007B2 (en) | 2006-11-27 | 2013-03-26 | Jx Nippon Oil & Energy Corporation | Reforming apparatus and method of operating the same |
JP2008133140A (en) * | 2006-11-27 | 2008-06-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Reforming apparatus and its operation method |
JP2009274915A (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Panasonic Corp | Apparatus for generating hydrogen and fuel cell power generation facility |
EP2492998A4 (en) * | 2009-10-19 | 2013-08-21 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | Fuel cell system |
EP2492998A1 (en) * | 2009-10-19 | 2012-08-29 | Eneos Celltech Co., Ltd. | Fuel cell system |
EP2522624A4 (en) * | 2010-01-05 | 2018-01-03 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Fuel treatment device |
US9556025B2 (en) | 2011-12-06 | 2017-01-31 | Hydrip, Llc | Catalyst-containing reactor system with helically wound tubular assemblies |
WO2013086190A1 (en) * | 2011-12-06 | 2013-06-13 | Hy9 Corporation | Catalyst-containing reactor system and associated methods |
JP2015018750A (en) * | 2013-07-12 | 2015-01-29 | Toto株式会社 | Solid oxide fuel cell device |
KR101480083B1 (en) * | 2013-07-18 | 2015-01-09 | 한국에너지기술연구원 | Fuel reformer having heat exchanger for waste heat recovery of combustion exhaust gas |
JP2016024872A (en) * | 2014-07-16 | 2016-02-08 | 東京瓦斯株式会社 | Fuel battery module |
JP2016024871A (en) * | 2014-07-16 | 2016-02-08 | 東京瓦斯株式会社 | Fuel battery module |
JP2020525282A (en) * | 2017-06-27 | 2020-08-27 | シジジー プラズモニクス インコーポレーティッド | Photocatalytic reactor cell |
JP7221952B2 (en) | 2017-06-27 | 2023-02-14 | シジジー プラズモニクス インコーポレーティッド | photocatalytic reactor cell |
US11779898B2 (en) | 2017-06-27 | 2023-10-10 | Syzygy Plasmonics Inc. | Photocatalytic reactor system |
US11883810B2 (en) | 2017-06-27 | 2024-01-30 | Syzygy Plasmonics Inc. | Photocatalytic reactor cell |
US11890606B2 (en) | 2017-06-27 | 2024-02-06 | Syzygy Plasmonics Inc. | Photocatalytic reactor having multiple photocatalytic reactor cells |
CN111747378A (en) * | 2020-08-04 | 2020-10-09 | 摩氢科技有限公司 | Methanol-water fuel reforming hydrogen production system |
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