JP2008518870A - 燃料電池システムでの使用のために燃料原料を前処理するための前処理アセンブリ - Google Patents
燃料電池システムでの使用のために燃料原料を前処理するための前処理アセンブリ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008518870A JP2008518870A JP2007538951A JP2007538951A JP2008518870A JP 2008518870 A JP2008518870 A JP 2008518870A JP 2007538951 A JP2007538951 A JP 2007538951A JP 2007538951 A JP2007538951 A JP 2007538951A JP 2008518870 A JP2008518870 A JP 2008518870A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bed
- fuel
- deoxygenation
- catalyst
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 283
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 176
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims abstract description 88
- 238000006392 deoxygenation reaction Methods 0.000 claims abstract description 82
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims abstract description 69
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 51
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 51
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 33
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 claims abstract description 31
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 101
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 74
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 62
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 62
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 48
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical group [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 9
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 7
- 230000002000 scavenging effect Effects 0.000 claims description 7
- 229910018967 Pt—Rh Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims 16
- 229910018879 Pt—Pd Inorganic materials 0.000 claims 4
- 230000003635 deoxygenating effect Effects 0.000 claims 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 15
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 5
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 2
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- XTFIVUDBNACUBN-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazinane Chemical compound [O-][N+](=O)N1CN([N+]([O-])=O)CN([N+]([O-])=O)C1 XTFIVUDBNACUBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000194972 Brangas Species 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-BJUDXGSMSA-N carbon-11 Chemical compound [11C] OKTJSMMVPCPJKN-BJUDXGSMSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
- B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
- B01J8/0449—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds
- B01J8/0453—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds the beds being superimposed one above the other
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
- B01J19/2485—Monolithic reactors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
- C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
- C01B3/26—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/382—Multi-step processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/386—Catalytic partial combustion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
- H01M8/0675—Removal of sulfur
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
- B01J2208/00176—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles outside the reactor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
- B01J2208/00884—Means for supporting the bed of particles, e.g. grids, bars, perforated plates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/02—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles
- B01J2208/023—Details
- B01J2208/024—Particulate material
- B01J2208/025—Two or more types of catalyst
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00002—Chemical plants
- B01J2219/00027—Process aspects
- B01J2219/0004—Processes in series
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
- C01B2203/0261—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a catalytic partial oxidation step [CPO]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
- C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1205—Composition of the feed
- C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1235—Hydrocarbons
- C01B2203/1241—Natural gas or methane
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1205—Composition of the feed
- C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1235—Hydrocarbons
- C01B2203/1247—Higher hydrocarbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
- C01B2203/1264—Catalytic pre-treatment of the feed
- C01B2203/127—Catalytic desulfurisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/14—Details of the flowsheet
- C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
- C01B2203/143—Three or more reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
酸素と、高級および低級炭化水素含有物を有する炭化水素とを含む燃料電池用の燃料原料を処理するための前処理アセンブリであって、前処理アセンブリは、燃料原料中の酸素を低減するための脱酸素ベッドと、燃料原料中の高級炭化水素含有物を低減する前改質ベッドとを有し、脱酸素ユニットと前改質ユニットとは、燃料原料が最初に脱酸素ベッドを通過してからその後で改質ユニットを通過するように、共通反応容器中に配置されている。前改質アセンブリはさらに燃料原料中のプロパンとプロピレンを処理するためのプロパン処理ベッドを含み、プロパン処理ベッドは、脱酸素ベッドと前改質ベッドを含む共通反応容器内に配置されている。
Description
本発明は、燃料電池システムで使用する炭化水素を含む原料燃料の処理に関し、特に、燃料電池の前処理を実行するための前処理アセンブリに関する。
燃料電池は、電気化学反応によって炭化水素燃料中に蓄えられた化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換するデバイスである。一般に、燃料電池は、電気的に帯電されたイオンを伝導するために作用する電解質によって分離されるアノードとカソードを有する。溶融炭酸塩型燃料電池は、アノードに反応物の燃料ガスを通過させ、酸化剤ガスをカソードに通過させることによって作動する。有効な電力レベルを生成するために、多くの個々の燃料電池は、各燃料電池間に電気伝導分離板を用いて直列に積層される。
現在の燃料電池は、反応物である燃料ガスとして、水素、あるいは水素と一酸化炭素との混合物で構成される清浄なガスを必要とする。反応物である燃料ガスは、一般に、炭化水素含有原料から改質プロセスを使用して改良される。炭化水素含有原料は、通常、実質的な量の低級炭化水素、すなわちメタンなどの2未満の炭素を含む炭化水素と、少量の水素、二酸化炭素、窒素および高級炭化水素、すなわち2以上の炭素を含む炭化水素を含有する。これは、燃料原料が、例えば、天然ガス、ピークシェイビングガス(peak shaving gas)、常解がまガス(digester gas)および炭坑メタン(coal bed methan)であるときに、当てはまる。
燃料原料は、通常、高級炭化水素を低減するまたは除去するために、および低級炭化水素の一部をメタン、水素および二酸化炭素に変換するために前処理に曝される。燃料原料は、次に、更に水素に富む燃料ガスを生成するために改質ユニットで処理される。
従来の前処理は、脱酸素アセンブリとそれに続く前改質アセンブリを用いて実行される。脱酸素アセンブリは原料が前改質アセンブリに入る前に燃料原料中の酸素濃度を低減する。この処理は、前改質アセンブリで使用される触媒(通常Ni基の触媒)を保護するが、そうでない場合には触媒は酸素の存在によって不活性化される。
前改質アセンブリにおいて、改質反応は、燃料組成と水蒸気によっては、ややもすると炭素を形成しかねない変換プロセスである。炭素形成は、燃料原料がプロピレンを含む場合の特別の関心事である、なぜなら、プロピレンの濃度が増加とともに炭素形成の傾向が増加するからである。生成した炭素は、改質触媒の活性サイトに蓄積して、触媒を不活性化する。これにより、前改質アセンブリの寿命が低下する。
従来の前改質アセンブリにおける炭素形成を抑えるために、マグネシア担体上にアルカリまたは塩基のいずれかを含む特別な触媒が提案された。別の技術は断熱処理を使用するものである。そのような場合において、固定床の断熱の前改質アセンブリは、高級炭化水素含有物を水とともに低温でメタン、水素および二酸化炭素に変換する。
プロピレンを含有する燃料原料は、一般に、高濃度の硫黄含有化合物を有する。また、これらの化合物は、前改質アセンブリの改質触媒を不活性化する傾向がある。燃料原料は、通常、前改質アセンブリまで運ばれる前に、脱硫器ユニットで通常脱硫されるが、燃料原料中の高濃度の硫黄とプロピレンとは脱硫器ユニットの能力を減少させる。
前改質アセンブリに供給される燃料原料は、水素供給源から追加の水素もまた供給しなければならない。このことは、改質触媒のための還元雰囲気を維持するために原料中に十分な水素濃度を供給して触媒活性を維持することが要求される。
理解し得るように、燃料原料の従来の前処理は、水素を供給するために、炭素形成を抑えるために、およびプロピレンを取り除くために追加ユニットまたは特別なコンポーネントと、前改質アセンブリに入る酸素を除去するための追加ユニットとを必要とするため、複雑であり費用がかかるものである。従って、より簡単な設計で、費用がかからなくて、より長寿命の前処理アセンブリが望まれている。
したがって、本発明の目的は、炭化水素と酸素とを含む燃料原料を前処理触媒を不活性化せずによりよく処理することができる前処理アセンブリを提供することである。
本発明の更なる目的は、追加の水素を供給せずに作動することができかつ稼働寿命を増加することができる前処理アセンブリを提供することである。
本発明の更なる目的は、炭化水素含有燃料原料中のプロピレンおよび他のオレフィンの影響を阻止するように特に適合された前処理アセンブリを提供することである。
発明の概要
本発明の原理に従って、上記および他の目的は、高級炭化水素含有物を含む炭化水素を含む燃料原料を前処理する前処理アセンブリおよび方法において実現され、その前処理アセンブリの共通容器は、燃料原料中の酸素含有量を減少させる脱酸素ユニットと、脱酸素ユニットを通過後、燃料原料を受け入れて燃料原料中の高級炭化水素含有物を減らす前改質ユニットと、の両方を収容する。この前処理の実行において、前処理アセンブリは原料中の低級炭化水素の一部を低減して水素含有量を増加する。
本発明の原理に従って、上記および他の目的は、高級炭化水素含有物を含む炭化水素を含む燃料原料を前処理する前処理アセンブリおよび方法において実現され、その前処理アセンブリの共通容器は、燃料原料中の酸素含有量を減少させる脱酸素ユニットと、脱酸素ユニットを通過後、燃料原料を受け入れて燃料原料中の高級炭化水素含有物を減らす前改質ユニットと、の両方を収容する。この前処理の実行において、前処理アセンブリは原料中の低級炭化水素の一部を低減して水素含有量を増加する。
本明細書で記載される本発明の実施例において、前改質ユニットは、燃料原料の流れ経路に沿って脱酸素ユニットに続くように配置され、両ユニットはベッド形態である。また、本実施例において、脱酸素ベッドの触媒は、Pt−Pd担持アルミナ触媒と、Pt−Rh基触媒と、Rh−Pd基アルミナ触媒とのうちの1つであり、前改質ベッドの触媒は、ニッケル基触媒であり、C11ーPR(Sud CHemie)、CRG−F(Jhonson Mattey)、CRG−LH(Jhonson Mattey)およびG−180(BASF)のうちの1つである。
本発明の更なる態様では、前処理アセンブリはさらに燃料原料中のプロパンとプロピレンを処理するためのプロパン処理ユニットを含む。記載された実施例において、プロパン処理ユニットはベッド形態であり、脱酸素ベッドと前改質ベッドの間に配置されている。プロパン処理ベッドは、FCR−HC59(Sud CHemie)などのニッケル基の炭素に耐性がある触媒を有する。
本発明の上記および他の特徴および態様は、付随の図と関連する以下の詳細な記載を読むことによって、より明らかになるであろう。
図1は、本発明の原理に基づく前処理アセンブリ108を持つ燃料配送システム101を有する燃料電池システム100を示している。燃料配送システム101は、水素に富む燃料を燃料電池アセンブリ112に配送するものであり、燃料供給部102を含む。燃料供給部102は、実質的な量のメタンおよび酸化炭素(COとCO2)と、高級炭化水素含有物、例えば、エタン、プロパン、C4以上の炭化水素などと、酸素と水素の量とを含む燃料原料を供給する。通常、燃料原料は、天然ガス、ピークシェイビングガス、常解がまガス、プロパンガス、炭坑メタン、HD−5またはLPGであり得る。
燃料配送システム101は、脱硫器104、予熱器106および燃料前処理アセンブリ108を含む。燃料供給部102からの燃料原料は、脱硫器104に運ばれ、燃料原料中の硫黄含有化合物が物理的および/または化学的に取り除かれる。脱硫された燃料原料は、燃料前処理アセンブリ108に運ばれる前に、次に、適温、例えば、約375℃に予熱された予熱器106へ運ばれる。燃料前処理アセンブリ108を出る前処理された燃料原料は、燃料電池アセンブリ112における使用に適している。燃料電池アセンブリ112において、水素に富む燃料は、電力を生成する電気化学的反応を受ける。
以下、本明細書で詳細に議論されるように、本発明の原理に基づいて、前処理アセンブリ108は、燃料原料の酸素を取り除くために、および、高級炭化水素含有物を低減または実質的に排除するために酸素が取り除かれた燃料原料を前改質するために共通容器中に配置されたまたは収容された複数の燃料処理ユニットを含む。また、この前改質プロセスは、低級炭化水素含有物を水素に変えることによってその量を低減し、その結果、前処理アセンブリ108を出る前処理された燃料原料は高温燃料電池の応用に適した増加した水素含有量とメタンとを有する。
前処理アセンブリ108の第1の実施例の詳細な概略図は図2に示される。図示されるように、前処理アセンブリ108は、脱酸素ベッド204と前改質ベッド206の形態で2つの燃料処理ユニットを含む。これらのベッドは、予熱器106から予熱された燃料原料を受け入れるための入口208と、燃料電池アセンブリ112に前処理された燃料原料を放出するための出口210と、を有する共通容器202中に配置されるまたは収容される。
示されるように、前改質ベッド206は原料の流れ経路201に沿って脱酸素ベッド204に続くように配置される。また、スクリーン212で示されるような10〜14のメッシュサイズを有するニッケルメッシュで通常作ることができる多孔性部材は、2つのベッドを分離し、脱酸素ベッド204のための支持部を提供する。前処理ベッド206は共通容器202の下側の表面202aで同様に支えられる。
脱酸素ベッド204は脱酸素触媒を有し、該脱酸素触媒は通常、サッドケミーインク(Sud Chemie Inc)で製造されたPt/Pd担持アルミナまたはG−74Dであり得る。Pt−Rh基触媒、Rh−Pd基アルミナ触媒などの他の触媒もまた使用され得る。
前改質ベッド206で使用される触媒は標準のニッケル基触媒であり得る。実施例は、サッドケミーインクで製造されたニッケル基アルミナ触媒またはC11−PR触媒である。さらに、ジョンソンマッティー(Johomson Matthey)によって製造されたCRG−FとCRG−LH、BASFによって製造されたG−180などの他のニッケル基触媒も同様に使用され得る。
両方のベッドで使用される触媒の形状は異なり得る。例えば、示される場合において、ペレット形状の触媒が脱酸素ベッド204と前改質ベッド206の両方で使用される。さらに、触媒コーティングを有するセラミックのモノリスの基板を含むモノリスベースの触媒構造は、各ベッドでの使用に適している。
上記説明したように、前処理アセンブリ108は、燃料原料中の高級炭化水素含有物と酸素含有物を低減するあるいは実質的に排除する。前処理アセンブリ108はまた、低級炭化水素含有物を低減し、燃料原料中の水素含有量を増加させる。共通容器202中の脱酸素ベッド204と前改質ベッド206の配置により、前処理は、両ベッド中の触媒が不活性化する可能性を低減し、かつ水素供給部から燃料原料に水素を追加する必要なしに実行される。
特に、脱酸素ベッド204の触媒は燃料原料からの酸素の除去を容易にする。原料が炭坑メタン(coal mine methane)あるいは常解がまガス(dijester gas)の場合に、酸素は、原料中のメタンと酸素との触媒に支援された以下の反応によって除去される。
2CH4 + O2 → 2CO +4H2+ 熱
CH4 + O2 → CO2 + 2H2 + 熱
原料がピークシェイビングガスの場合、酸素は、脱酸素ベッド204中で酸素が原料中のプロパンとの以下の反応によって除去される。
C3H8 + 2O2 → 2CO + 2CO2 + 4H2 + 熱
2CH4 + O2 → 2CO +4H2+ 熱
CH4 + O2 → CO2 + 2H2 + 熱
原料がピークシェイビングガスの場合、酸素は、脱酸素ベッド204中で酸素が原料中のプロパンとの以下の反応によって除去される。
C3H8 + 2O2 → 2CO + 2CO2 + 4H2 + 熱
脱酸素ベッド204での酸素の除去は、前改質ベッド206中の触媒の不活性化を防ぐ。それはまた、触媒の還元環境を維持するのに必要な追加の水素を作り出す。前改質ベッド206において、脱酸素された原料中の高級炭化水素含有物の低減は、触媒によって支援された高級炭化水素含有物を水素、二酸化炭素およびメタンの混合物に変換することにより起こる。低級炭化水素含有物の低減もまた変換を通して起こり、水素と二酸化酸素が結果として増加する。特に、燃料中のメタンの約10%は、燃料電池アセンブリによる電気化学的反応によって水素を提供するために改質される。燃料中のメタンの残りは燃料電池アセンブリによって内部的に改質される。以下の反応は変換処理の例示である。
CnHm + nH20 → nCO +(m/2+n)H2
CH4 + H2O →CO+ 3H2
C3H8 + 2H2O → CO2 + 2CH4 + 2H2
CnHm + nH20 → nCO +(m/2+n)H2
CH4 + H2O →CO+ 3H2
C3H8 + 2H2O → CO2 + 2CH4 + 2H2
上記説明したように、脱酸素ベッド204は、燃料原料の流れ経路201または流れの方向に対しておよび共通容器202の入口に対して共通容器202中の最初の位置に配置され、次に、前改質ベッド206が流れの流路201の方向に、脱酸素ベッド204に続く。前に述べたように、この構成は、前改質ベッドに入る前に燃料原料からの酸素の除去を引き起こし、その結果、前改質ベッド中の触媒の不活性化を防ぐ。このようにして前処理アセンブリ108の寿命が伸びる。
また、上記の説明から明らかのように、脱酸素ベッド204と前改質ベッド206での脱酸素と前改質反応は原料中の水素含有量を増加させる。これは前改質ベッド206での還元環境を維持する。特に、前改質ベッド206中の水素の逆拡散は、この還元環境を提供し、その結果、前処理アセンブリ108が燃料原料への水素を追加供給せずに動作することが可能となる。
前改質ベッド206中の水素の逆拡散の量は、燃料原料の空間速度に逆比例する。従って、前改質ベッド206を通る燃料原料の低い空間速度を維持することは、前改質ベッド中での十分な水素逆拡散を実現するために必要である。
理解されるように、空間速度は、前改質ベッド206を通る燃料の流量に正比例し、前改質ベッド206中の触媒体積に逆比例する。従って、燃料原料の空間速度は、前改質ベッド206中の触媒の体積を調整することによって、および/または前改質ベッド206を通って流れる燃料の量を変更することによって、以下の関係を使用して制御することができる。
SV=単位時間当たりの燃料の流量/触媒体積
SV=単位時間当たりの燃料の流量/触媒体積
燃料原料の空間速度を制御することに加えて、燃料の見かけ速度は、水素の逆拡散に必要な量を制御するために必要である。見かけ速度は、燃料が通過する共通容器の直径の関数である。特に、見かけ速度は、燃料流量に正比例し、前改質ベッド206の直径に逆比例する。
本発明の前処理アセンブリ108において、2000h-1と5000h-1の間の空間速度と、約1.3フィート/sの最高見かけ速度が前改質ベッド206の作動において好ましいことがわかった。
また、前改質ベッド206は、図1の脱硫器ユニット104によって除去されない燃料原料中に存在する硫黄含有化合物を捕集するためのガードとしての作用するようにさらに適合され得る。特に、前改質触媒中のニッケルは硫黄含有化合物を効率的に捕集するのに適している。この追加の硫黄除去によって、燃料電池アセンブリ112中の改質触媒の作動寿命が増加し得る。
前改質アセンブリ108の最適な設計は、特定のアプリケーションに依存し得る。考慮されるいくつかの重要な因子は、燃料電池アセンブリ112、処理される燃料の種類および処理されるガスの量に関すして要求されるものである。前改質アセンブリ108の例示的な例は本明細書の以下に記載される。
実施例1
前処理アセンブリ108が300KW直接燃料電池発電所での使用のために酸素とメタンを有する燃料原料の処理が最適化された。脱酸素ベッド204はG−74D触媒を含み、0.7立方フィートの体積を有する。前改質ベッド206は、C11−PR触媒を含み、2.5立方フィートの体積を有する。脱酸素ベッド204は厚みが約4インチであり、前改質ベッド206は厚みが約14.5インチである。共通容器202は304/310ステンレスで作られていて、4立方フィートの体積と20インチの直径を有する。
前処理アセンブリ108が300KW直接燃料電池発電所での使用のために酸素とメタンを有する燃料原料の処理が最適化された。脱酸素ベッド204はG−74D触媒を含み、0.7立方フィートの体積を有する。前改質ベッド206は、C11−PR触媒を含み、2.5立方フィートの体積を有する。脱酸素ベッド204は厚みが約4インチであり、前改質ベッド206は厚みが約14.5インチである。共通容器202は304/310ステンレスで作られていて、4立方フィートの体積と20インチの直径を有する。
入口208を通って共通容器202に入る燃料原料と、出口210を通って共通容器202を出る前処理された燃料原料の最適の温度は、約300〜490℃である。脱酸素ベッド204の最適作動温度範囲は、300℃と600℃の間であり、前改質ベッド206の最適作動温度範囲は、320℃と540℃の間である。脱酸素ベッド204を通る燃料原料の流量の空間速度は、5000h-1から12000h-1であり、前改質ベッド206を通る燃料原料の流量の空間速度は、2000h-1から5、000h-1である。また、前改質ベッド206中での必要な水素逆拡散を維持するために、前処理ベッド206を通る燃料原料の流量の必要な最高見かけ速度は、標準状態において1.3フィート/sである。
前処理アセンブリ108の性能は、メタンが6.31ポンド−モル/hr、二酸化炭素が0.06ポンド−モル/hr、水が12.48ポンド−モル/hr、窒素が0.08ポンド−モル/hr、エタンが0.17ポンド−モル/hr、およびプロパンが0.03ポンド−モル/hrを含む燃料原料を前処理アセンブリ108に通すことによって試験される。脱酸素ベッド204に入る燃料原料の温度は約425℃であり、燃料原料の空間速度は約10,000h-1である。前改質をベッド206を出る前処理された燃料の温度は約320℃であり、前改質ベッド206を出る前改質された燃料の空間速度は約3,000-1である。前処理アセンブリを使用する前処理された燃料は、水素を1.67ポンド−モル/hr、メタンを6.25ポンド−モル/hr、二酸化炭素を0.53ポンド−モル/hr、水を11.54ポンド−モル/hr、および窒素を0.08ポンド−モル/hr含む。これらの性能結果から、燃料原料に存在しているエタンまたはプロパンのすべてが前処理アセンブリ108中でメタン、水素および二酸化炭素に変換されることがわかる。
実施例2
この例において、実施例1の前処理アセンブリ108は、最大10%の酸素で汚染された炭化水素燃料を処理するために最適化された。入口208を通って共通容器202に入る燃料原料の最適温度範囲は約310℃から500℃である。
この例において、実施例1の前処理アセンブリ108は、最大10%の酸素で汚染された炭化水素燃料を処理するために最適化された。入口208を通って共通容器202に入る燃料原料の最適温度範囲は約310℃から500℃である。
図2の前処理アセンブリ108の脱酸素機能が嫌気性常解がまガス、炭坑メタン、およびピークシェイブガスなどの酸素を含む燃料を用いて示された。この例の前処理アセンブリ108の脱酸素性能は、前処理アセンブリ108に入る燃料原料の種々の入口温度で、炭化水素燃料の酸素含有量を変えてテストされた。図3はこれらのテストの結果をまとめた脱酸素性能の表にされたデータを示している。テスト手順において、入口の燃料原料の酸素含有量が測定されて、燃料原料は前処理アセンブリ108に入る前に312℃から439℃までの範囲の種々の温度まで予備加熱された。脱酸素ベッド204を出る前処理された燃料原料ガス中の酸素濃度と温度は、脱酸素ベッドと前改質ベッドの界面で測定された。前処理アセンブリを通る燃料原料の流れ速度は、二酸化炭素、窒素、プロパンおよび空気などの希釈剤が図3に記載された割合で加えられている天然ガス、または、同じ加熱値を与えるように予め決められた比率のピークシェブガスの15標準立方フィート/分(scfm)である。
図3に表示されたデータが示すように、前処理アセンブリを108を出る前処理された燃料原料が全酸素が使い果たされている。脱酸素ベッド204を横断する温度上昇は、炭化水素の燃料原料と酸素との反応を示すものである。従って、これらのテストは、脱酸素ベッド204が、広い温度範囲にわたっておよび燃料原料中の汚染物質である酸素濃度の広い濃度変化にわたって、燃料原料から酸素を取り除くことができることを示している。
この構成を有する前処理アセンブリ108は、従来のアセンブリの平均3年の作動寿命と比較して約5年の寿命を有すると見積もられる。前処理アセンブリ108の寿命は、脱酸素器から水素を供給することによっておよび前改質ベッド206を還元雰囲気に維持することによって、および水素の逆拡散を最適化することによって部分的に増加し、その結果、前改質触媒の総合的な寿命が増加する。
本発明の更なる態様に基づいて、および性能および前処理アセンブリ108の作動寿命をさらに改善するために、燃料原料がプロパンおよび/またはプロピレンを含む場合、前処理アセンブリ108は、図4に示されるようにさらに適合させられる。さらに、図4は、燃料原料中のプロパンとプロピレンとをメタンと二酸化酸素に変換するために適合された図2の前処理アセンブリ108がプロパン処理ベッド301を含むように変更された第2の実施例を示している。
図4に示されるように、プロパン処理ベッド301は、共通容器202中の脱酸素ベッド204と前改質ベッド206の間に配置される。特に、プロパン処理ベッド301は、スクリーン212の下に位置していて、プロパン処理ベッド301を前改質ベッド206から分離する、更に同様のスクリーン302上に置かれている。その結果、燃料原料は、酸素の低減が起こる脱酸素ベッド204を通り、プロパンとプロピレンとがメタンと二酸化酸素への変換により除去されるプロパン処理ベッド301を通り、前改質が高級炭化水素含有物の減少と低級炭化水素含有物の一部を水素に転換する前改質ベッド206を通って流れる。
図4の実施例において、脱酸素ベッド204と前改質ベッド206は図2の第1の実施例に対して上記議論したような同じ触媒を含んでいる。また、プロパン処理ベッド301は、酸化セリウム、酸化ランタン、パラジウム、プラチナ、またはこれらの化合物の組み合わせなどの助剤がドープされたニッケル基の炭素に耐性がある触媒を有する。適当なニッケル基の炭素に耐性がある触媒の例は、サッドケミー(Sud Chemie)によって製造されたFCR−HC59である。プロパン処理ベッド305における炭素に耐性がある触媒は、プロパンとプロピレンに対して選択性があり、燃料原料中のプロパンとプロピレンが以下に示すようにメタンと二酸化酸素へ変換するのを促進する。
C3H6 + 2H2O → CO2 + 2CH4 + H2
C3H8 + 2H2O → CO + 2CH4 + 2H2
C3H6 + 2H2O → CO2 + 2CH4 + H2
C3H8 + 2H2O → CO + 2CH4 + 2H2
図4の前処理アセンブリ108は、最大5%のプロピレンを含む商業グレードのプロパンガス燃料、またはHD−5ガスを処理することができる。前処理アセンブリの性能は、燃料原料入口温度、脱酸素ベッド204、プロパン処理ベッド301、前改質ベッド206への燃料原料の空間速度および燃料原料の水蒸気対炭素の比(「S/C」)によって異なるだろう。
図2の実施例の場合のように図4の前改質アセンブリ108の最適な設計は、図2の実施例で議論した因子およびプロピレン濃度の追加因子に依存して変化し得る。図4の前処理アセンブリ108の構成の例示例は、実施例3で以下に記載される。
実施例3
図4の前処理アセンブリは、300KWの直接燃料電池発電所で使用するために、プロパンと最大5%のプロピレンを含む燃料を処理するために最適化された。脱酸素ベッド204はG−74D触媒を含み、0.7立方フィートの体積を有する。プロパン処理ベッド301はサッドケミー(Sud Chemie)によって製造されたFCR−HC59耐炭素触媒を含み、0.75立方フィートの体積を有し、前改質ベッド206はC11−PR触媒を含み、1.7立方フィートの体積を有する。共通容器202は304/310ステンレスから作られていて、4立方フィートの体積を有する。
図4の前処理アセンブリは、300KWの直接燃料電池発電所で使用するために、プロパンと最大5%のプロピレンを含む燃料を処理するために最適化された。脱酸素ベッド204はG−74D触媒を含み、0.7立方フィートの体積を有する。プロパン処理ベッド301はサッドケミー(Sud Chemie)によって製造されたFCR−HC59耐炭素触媒を含み、0.75立方フィートの体積を有し、前改質ベッド206はC11−PR触媒を含み、1.7立方フィートの体積を有する。共通容器202は304/310ステンレスから作られていて、4立方フィートの体積を有する。
入口208を通って共通容器202に入る原料燃料の最適温度は約350℃であり、出口210を通って共通容器202を出る前処理された燃料の温度は約350℃である。脱酸素ベッド204は300℃と600℃の間の温度で作動するように適合されるが、一方プロパン処理ベッド301と前改質ベッド206とは、300℃と540℃の間の温度で作動するように適合させられる。前処理アセンブリ108の脱酸素ベッド204、プロパン処理301および前改質206の最適の運転温度範囲は300℃と400℃の間である。脱酸素ベッド204を通る燃料原料流量の所望の空間速度は、5,000から12,000h-1である。プロパン処理ベッド301を通る燃料原料流量の所望の空間速度は、5,000h-1から10,000h-1であるが、前処理ベッド206を通る燃料原料流量の所望の空間速度は2,000h-1から5,000h-1である。また、前処理アセンブリに入る燃料原料の水蒸気対炭素比は約3であることが好ましい。
図4の前処理アセンブリ108の性能は、プロピレンの種々の濃度を有するプロパンガス燃料原料を使用してテストされた。これらのテストの間に使用された燃料原料は、プロピレンを含まない純プロパン、2538ppmのプロピレンを含むHD−5ガス、および約5%のプロピレンを含むHD−5+ガスを含んでいる。テストはアセンブリ108に入る燃料原料の種々の入口温度、種々の空間速度、種々の水蒸気対炭素比で実行された。
図5は、異なる燃料原料入口温度で図4の前処理アセンブリ108のテストから得られた性能データのグラフを示している。テスト手順において、前処理アセンブリ108に入る前に、燃料原料は種々の温度まで予備加熱され、前処理アセンブリを出る前処理された燃料原料ガスの種々の成分濃度が測定された。このテストの間に使用された原料燃料は、3.0の水蒸気対炭素比を有する。アセンブリを通る純プロパン燃料原料の流速は5.0標準立方フィート/分(「scfm」)であり、HD−5燃料原料ガスとHD−5+燃料原料ガスの流速は4.5scfmであり、前処理アセンブリ108に入る燃料原料ガスの入口温度は300〜450℃の範囲である。
図5に示されるように、アセンブリ108を出る前処理された燃料原料はメタン、水素および二酸化炭素の含有量を含んでいる。図5のX軸は前処理アセンブリの入口温度を示し、Y軸は前処理された燃料原料ガス中の出口の各成分の出口濃度を表す。
図5から明らかのように、純プロパンの入力原料からの結果物である出口での前処理された燃料原料ガス中のメタン、水素および二酸化炭素の各濃度は、HD−5およびHD−5+の入力原料からの結果物である出口での前処理された燃料原料ガス中のメタン、水素および二酸化炭素の各濃度と同じである。従って、これらのテストは、アセンブリ108が性能劣化無しに高濃度のプロピレンを有する燃料原料を前処理よりできることを示している。
また図5から明らかのように、原料の入口温度が増加すると、出口の前処理された燃料原料中の水素濃度もまた増加するが、出口の前処理された燃料原料中のメタン濃度は減少する。また、示されるように、すべての入口温度で前処理アセンブリを出る前処理された燃料原料ガスは、前改質触媒を還元雰囲気に維持するのに十分な濃度の水素を含んでおり、その結果、アセンブリ108の作動寿命が伸びる。
図6は原料の種々の入口温度に対応する、図4のアセンブリ108の出口の処理された燃料原料ガス中の残留プロパン濃度のグラフである。図6で示されるように、X軸は前処理アセンブリ108に入る原料の入口温度を示し、Y軸は出口の前処理された燃料原料ガス中のプロパンのパーセント濃度を示している。理解できるように、アセンブリの性能は出口の前処理された燃料原料ガス中の残留プロパン濃度に逆比例する。
図6は、全ての場合において、約300℃の低い入口温度でさえ出口の前処理された燃料中のプロパン濃度は許容可能なほど低いことを示している。また、出口の前処理された燃料原料中のプロパン濃度は、燃料原料の入口温度が増加するにつれ425℃より上の入口温度でプロパンが検出可能でない点まで減少する。
異なる燃料原料の入口温度で実行された上記のテストに基づいて、入口温度が水素とメタンの所望の出口濃度に基づいて変えられるのを可能とするアセンブリ108の性能が広温度範囲にわたって優れていることが理解され得る。図4の前処理アセンブリの最適な作動温度は300〜450℃である。
また、図4の前処理アセンブリ108の性能への燃料原料の空間速度の影響は、HD−5とHD−5+入力燃料原料ガスを使用してテストされた。これらのテストの間、燃料原料は、1900h-1、2660h-1、3420h-1、および9082h-1のガス空間速度でアセンブリ108を通過した。燃料原料の入口温度は375℃で一定に保たれた。アセンブリ108を出る前処理された燃料原料ガス中のメタン、水素および二酸化炭素のパーセント濃度が記録された。
図7と図8は、375℃の一定の入口の温度で、HD−5およびHD−5+燃料原料の異なる原料空間速度でアセンブリ108を通って流れるときの出口ガス濃度の棒グラフを示している。図7と図8のY軸は、出口の前処理された燃料原料ガス中の各成分のパーセント濃度を表す。見てわかるように、アセンブリ108は、1900h-1と9082h-1の範囲の空間速度でそこを通って流れる燃料原料を効率的に前処理することができ、この空間速度範囲において過剰の生産能力を示す。さらに、これらのテストは、その空間速度が1900h-1から9044h-1の範囲にあるとき、HD−5+燃料原料中のプロピレン濃度の増加によってアセンブリ108の性能が大きく影響されないことを示している。
また、図4のアセンブリ108の性能は、加えられたプロピレンを有するHD−5プロパンと天然ガスの両方に対して速い空間速度を有する他の入口温度でテストされた。図9は、原料組成と入口温度を含む、これらのテストの間の特定の条件と、図4のアセンブリ108を出る前処理された天然ガスと添加されたプロピレンガスを含むHD−5プロパンの出口組成をまとめたテーブルを示す。特に、天然ガスの入口原料組成は、2.23%のエタン、0.36%のプロパンおよび0.16%のブタンを含むが、添加されたプロピレンガスを含むHD−5プロパンの入口原料組成は、7.2%のエタン、88%のプロパン、4.02%のプロピレンおよび0.6%のブタンを含む。図9で示されるように、これらの高級炭化水素のすべてが前処理アセンブリ108によって除去された。これらのテストが示すように、図4のアセンブリ108は脱酸素器204に対して12,000h-1、プロパン処理器301に対して11,000h-1、前改質器206に対して5,000h-1の範囲の空間速度で優れた性能を有する。
また、図4のアセンブリ108の性能は、異なる水蒸気対炭素比でテストされた。図10は、異なる水蒸気対炭素比でHD−5+燃料原料から誘導された出口での前処理された燃料原料ガス中の成分濃度の棒グラフを示す。このテストは375℃の一定の燃料原料入口温度で行われた。図10において、Y軸は出口ガス成分のパーセント濃度を表す。性能テストは、HD−5+燃料原料の混合物をアセンブリ108を通る水蒸気対炭素比2.9、3.0、3.2および3.4で通過させることによって実行された。前処理された燃料原料ガスの出口におけるメタン、水素および二酸化炭素の濃度は、アセンブリ108の出口で測定された。見て分かるように、3.0〜3.4の水蒸気対炭素比における増加は、アセンブリでの水素生成を増加するという結果となった。
また、アセンブリ108の性能は、添加された異なる水素濃度のプロパン燃料原料でテストされた。このテストの間に使用された燃料原料は、5scfmのプロパン、39scfmの水蒸気(2.6の水蒸気対炭素比)を含み、310℃の入口温度であった。異なる量の水素はアセンブリ108の入口で燃料原料に加えられた。図11は、出口の前処理された燃料原料ガス中のメタン、プロパン、水素および二酸化炭素の濃度で燃料原料に加えられた水素の効果のグラフを示す。示されるように、アセンブリ108の入口で加えらた水素の量の増加とともにプロパン濃度は増加した。これらのテストは、アセンブリ108が追加の水素の供給なしで作動すること、水素の添加がプロパンの変換を減少させ、それにより、アセンブリの性能を損なうことを示す。
すべての場合において、上記説明された構成は本発明の応用を示す多くの可能な特定の実施例の単なる例示であることが理解される。多くの変更された他の構成は、本発明の原理に基づいて、本発明の精神と範囲を逸脱しないで、容易に工夫することができる。例えば、本発明の触媒ベッドの構成は、前改質ベッドを通過するように燃料原料ガスの空間速度と見かけ速度を最適化するように成し得る。また、他の脱酸素触媒および前改質触媒は上記議論したものの代わりにベッド202と204で使用され得る。
Claims (68)
- 酸素と、高級および低級炭化水素含有物を有する炭化水素と、を含む燃料原料を燃料電池のために処理する前処理アセンブリであって、
前記燃料原料中の前記酸素を低減するための脱酸素ユニットと、
前記燃料原料中の前記高級炭化水素含有物を低減するための前改質ユニットと、
共通容器と、を有し、
前記脱酸素ユニットと前記前改質ユニットとは、前記燃料原料が最初に前記脱酸素ユニットを通過し、その後で前記前改質ユニットを通過するように、前記共通容器中に配置されていることを特徴とする前処理アセンブリ。 - 前記脱酸素ユニットが脱酸素ベッドを有し、前記前改質ユニットが前改質ベッドを有し、前記前改質ベッドが前記燃料原料の流れる経路に沿って前記脱酸素ベッドに続いていることを特徴とする請求項1に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素ベッドは脱酸素触媒を有し、前記前改質ベッドは前改質触媒を有することを特徴とする請求項2に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素触媒がPt−Pd担持アルミナ触媒と、Pt−Rh基触媒と、Rh−Pd基アルミナ触媒とのうちの1つであることを特徴とする請求項3に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素触媒がG−74Dであることを特徴とする請求項4に記載の前処理アセンブリ。
- 前記前改質触媒がニッケル基触媒であることを特徴とする請求項4に記載の前処理アセンブリ。
- 前記前改質触媒は、C11ーPR、CRG−F、CRG−LHおよびG−180のうちの1つであることを特徴とする請求項6に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素触媒と前記前改質触媒とがペレット形状の触媒であることを特徴とする請求項7に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素触媒と前記前改質触媒とが、触媒をコーティングしたモノリスセラミックを含むことを特徴とする請求項7に記載の前処理アセンブリ。
- 前記酸素を低減する前記脱酸素ベッドが水素を生成し、前記前改質ベッドが前記前改質ベッド中の還元環境を維持するために前記低級炭化水素含有物を水素に転換することを特徴とする請求項1に記載の前処理アセンブリ。
- 前記前改質ベッド中の前記原料燃料の空間速度は、前記前改質ベッド中で水素の逆拡散が進展しかつ維持されるような空間速度であることを特徴とする請求項10に記載の前処理アセンブリ。
- 前記前改質ベッド中の前記燃料原料の空間速度は、2,000から5,000h-1であることを特徴とする請求項11に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素ベッド中の前記燃料原料の空間速度は、5,000から12,000h-1であることを特徴とする請求項12に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素ベッドは0.7立方フィートの体積を有し、前記前改質ベッドは2.5立方フィートの体積を有することを特徴とする請求項13に記載の前処理アセンブリ。
- 前記前処理アセンブリの入口での前記燃料原料の温度が約375℃であることを特徴とする請求項14に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素ベッドが300℃と600℃との間の温度で作動し、前記前改質ベッドは320℃と540℃との間の温度で作動することを特徴とする請求項15に記載の前処理アセンブリ。
- 前記燃料原料の水蒸気対炭素の比率が2.9と3.4の間であることを特徴とする請求項16に記載の前処理アセンブリ。
- 前記前改質ベッド中の前記燃料原料の見かけ速度が標準状態において1.3フィート/sであることを特徴とする請求項17に記載の前処理アセンブリ。
- 前記前改質ユニットが更に前記燃料原料から硫黄含有化合物を取り除くために適合されていることを特徴とする請求項1に記載の前処理アセンブリ。
- 酸素と、高級および低級炭化水素含有物とを有する炭化水素と、を含む燃料原料を燃料電池のために処理する前処理アセンブリであって、
前記燃料原料中の前記酸素を低減するための脱酸素ユニットと、
前記燃料原料中のプロピレンを低減するためのプロパン処理ユニットと、
前記燃料原料中の前記高級炭化水素含有物を低減するための前改質ユニットと、
を有することを特徴とする前処理アセンブリ。 - 前記プロパン処理ユニットがニッケル基の炭素に耐性のある触媒を有することを特徴とする請求項20に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素ユニット、前記プロパン処理ユニットおよび前記前改質ユニットが、共通容器中に配置されていることを特徴とする請求項21に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素ユニットが脱酸素ベッドを有し、前記前改質ユニットが前改質ベッドを有し、 前記プロパン処理ユニットがプロパン処理ベッドを有することを特徴とする請求項22に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素ベッド、前記プロパン処理ベッドおよび前記前改質ベッドは、前記燃料原料が最初に前記脱酸素ベッドを通過し、次に前記プロパン処理ベッドと前記前改質ベッドのうちの1つを通過し、その後で前記プロパン処理ベッドと前記前改質ベッドのうちの他の1つを通過するように、前記共通容器に配置されていることを特徴とする請求項23に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素ベッド、前記プロパン処理ベッドおよび前記前改質ベッドは、前記燃料原料が最初に脱酸素ベッドを通過し、次に前記プロパン処理ベッドを通過した後で前記前改質ユニットを通過するように、前記共通容器中に配置されていることを特徴とする請求項24に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素ベッドが脱酸素触媒を有し、前記前改質ベッドが前改質触媒を有することを特徴とする請求項24に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素触媒がPt−Pd担持アルミナ触媒と、Pt−Rh基触媒と、Rh−Pd基アルミナ触媒とのうちの1つであることを特徴とする請求項26に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素触媒がG−74Dであることを特徴とする請求項27に記載の前処理アセンブリ。
- 前記前改質触媒がニッケル基触媒であることを特徴とする請求項27に記載の前処理アセンブリ。
- 前記前改質触媒は、C11ーPR、CRG−F、CRG−LHおよびG−180のうちの1つであることを特徴とする請求項29に記載の前処理アセンブリ。
- 前記炭素に耐性のある触媒がFCR−HC59であることを特徴とする請求項30に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素ベッドは0.7立方フィートの体積を有し、
前記プロパン処理ベッドは0.75立方フィートの体積を有し、
前記前改質ベッドは2.5立方フィートの体積を有することを特徴とする請求項31に記載の前処理アセンブリ。 - 前記脱酸素ベッド中の前記燃料原料の空間速度は、5,000から10,000h-1であり、
前記プロパン処理ベッド中の前記燃料原料の空間速度は、1,900から10,000h-1であり、
前記前改質処理ベッド中の前記燃料原料の空間速度は、2,000から5,000h-1であることを特徴とする請求項32に記載の前処理アセンブリ。 - 前記燃料原料の温度が約300と450℃の間であることを特徴とする請求項33に記載の前処理アセンブリ。
- 前記脱酸素ベッドが300℃と600℃の間の温度で作動するように適合され、前記プロパン処理ベッドが300℃と540℃の間の温度で作動するように適合され、前記前改質ベッドが300℃と540℃の間の温度で作動するように適合されていることを特徴とする請求項34に記載の前処理アセンブリ。
- 前記燃料原料の水蒸気の炭素に対する比率が2.9と3.4の間あることを特徴とする請求項35に記載の前処理アセンブリ。
- 前記前改質ユニットが更に前記燃料原料から硫黄含有化合物を除去するために適合されていることを特徴とする請求項20に記載の前処理アセンブリ。
- 酸素と、高級および低級炭化水素含有物とを有する炭化水素と、を含む燃料原料を燃料電池のために処理する燃料処理方法であって、
前記燃料原料を供給する工程と、
脱酸素ユニットを用いて前記燃料原料中の酸素を低減する工程と、
前改質ユニットを用いて前記燃料原料中の前記高級炭化水素含有物を低減する工程と、を有し、
前記脱酸素ユニットと前記前改質ユニットとが、前記燃料原料が最初に脱酸素ユニットを通過し、次に前記前改質ユニットを通過するように、前記共通の容器の中に配置されていることを特徴とする燃料処理方法。 - 前記脱酸素ユニットが脱酸素ベッドを有し、前記前改質ユニットが前改質ベッドを有し、前記前改質ベッドが前記燃料原料の流れる経路に沿って前記脱酸素ベッドに続いていることを特徴とする請求項38に記載の燃料処理方法。
- 前記脱酸素ベッドは脱酸素触媒を有し、前記前処理ベッドは改質触媒を有することを特徴とする請求項39に記載の燃料処理方法。
- 前記脱酸素触媒がPt−Pd担持アルミナ触媒と、Pt−Rh基触媒と、Rh−Pd基アルミナ触媒とのうちの1つであることを特徴とする請求項40に記載の燃料処理方法。
- 前記脱酸素触媒がG−74Dであることを特徴とする請求項41に記載の燃料処理方法。
- 前記前改質触媒は、C11ーPR、CRG−F、CRG−LHおよびG−180のうちの1つであることを特徴とする請求項41に記載の燃料処理方法。
- さらにプロパン処理ユニットを使用して前記燃料原料中の前記プロピレンを低減する工程を有することを特徴とする請求項39に記載の燃料処理方法。
- 前記プロパン処理ユニットが、前記共通容器中に配置され、プロパン処理ベッドを有することを特徴とする請求項44に記載の燃料処理方法。
- 前記脱酸素ベッド、前記前改質ベッドおよび前記プロパン処理ベッドは、前記燃料原料が最初に前記脱酸素ベッドを通過し、次に前記プロパン処理ベッドと前記前改質ベッドのうちの1つを通過し、その後で前記プロパン処理ベッドと前記前改質ベッドのうちの他の1つを通過するように、前記共通容器に配置されていることを特徴とする請求項45に記載の燃料処理方法。
- 前記プロパン処理ベッドがニッケル基の炭素に耐性がある触媒を有することを特徴とする請求項46に記載の燃料処理方法。
- 前記炭素に耐性がある触媒がFCR−HC59であることを特徴とする請求項43に記載の燃料処理方法。
- 前記脱酸素ベッド中で酸素を低減する工程では水素を生成し、前記低級炭化水素含有物は前記前改質ベッド中で水素を生成するように転換されることを特徴とする請求項38に記載の燃料処理方法。
- 前記前改質ベッド中の前記燃料原料の空間速度は、前記前改質ベッド中の水素の逆拡散が進展しかつ維持されるような空間速度であることを特徴とする請求項49に記載の燃料処理方法。
- 前記前改質ユニット中で前記燃料原料から硫黄含有含有物を取り除く工程を更に有することを特徴とする請求項38に記載の燃料処理方法。
- 酸素と、高級および低級炭化水素含有物を有する炭化水素と、を含む燃料原料を使用する燃料電池システムであって、
前記燃料原料を処理するための前処理アセンブリと、
前記前処理アセンブリを通る流路の後で前記燃料原料を受け取る燃料電池と、を有し、
前処理アセンブリは、
前記燃料原料中の酸素を低減するための脱酸素ユニットと、
前記燃料原料中の高級炭化水素含有物を低減するための前改質ユニットと、
共通容器と、を有し、
前記脱酸素ユニットと前記前改質ユニットとは、前記燃料原料が最初に前記脱酸素ユニットを通過し、その後で前記前改質ユニットを通過するように、前記共通容器中に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記前処理アセンブリが前記燃料中のプロパンとプロピレンとを処理するためのプロパン処理ユニットを更に有し、前記プロパン処理ユニットが前記共通反応容器中に配置されていることを特徴とする請求項52に記載の燃料電池システム。
- 前記脱酸素ユニットが脱酸素ベッドを有し、前記前改質ユニットが前改質ベッドを有し、前記プロパン処理ユニットがプロパン処理ベッドを有することを特徴とする請求項53に記載の燃料電池システム。
- 前記脱酸素ベッド、前記プロパン処理ベッドおよび前記前改質ベッドは、前記燃料原料が最初に脱酸素ベッドを通過し、次に前記プロパン処理ベッドと前記前改質ベッドのうちの1つを通過した後で前記プロパン処理ベッドと前記前改質ベッドのうちの他の1つを通過するように前記共通容器中に配置されていることを特徴とする請求項54に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料原料が前記前処理アセンブリによって処理される前に、前記燃料原料を予熱するための予熱器を更に有することを特徴とする請求項55に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料原料が前記前処理アセンブリによって処理される前に、前記燃料原料中の硫黄含有量を低減するための脱硫器を更に有することを特徴とする請求項56に記載の燃料電池システム。
- 前記脱硫器は前記予熱器の前にあることを特徴とする請求項57に記載の燃料電池システム。
- 前記予熱器が、前記燃料原料を約375℃に加熱することを特徴とする請求項56に記載の燃料電池システム。
- 前記脱酸素ベッドがPt−Pd担持アルミナ触媒、Pt−Rh基触媒、およびRh−Pd基アルミナ触媒のうちの1つを有し、
前記前改質ベットがニッケル基触媒を有し、
前記プロパン処理ベッドがニッケル基の炭素に耐性のある触媒を有することを特徴とする請求項54に記載の燃料電池システム。 - 前記ニッケル基の炭素に耐性のある触媒は、酸化セリウム、酸化ランタン、パラジウムおよびプラチナのうちの少なくとも1つを含む助剤によってドープされていることを特徴とする請求項60に記載の燃料電池システム。
- 前記脱酸素ベッドはG−74D触媒を含み、
前記前改質ベッドはC11ーPR、CRG−F、CRGーLHおよびG−180のうちの1つを含み、
前記プロパン処理ベッドはFCR−HC59触媒を含む、ことを特徴とする請求項61に記載の燃料電池システム。 - 前記酸素を低減する前記脱酸素ユニットは水素を生成し、前記前改質ユニットは前記前改質ユニット中の還元環境を維持するために前記低級炭化水素含有量の一部を水素に転換することを特徴とする請求項52に記載の燃料電池システム。
- 前記前改質ユニット中の前記燃料原料の空間速度は、水素の逆拡散が前記前改質ユニット中で進展して維持されるような空間速度であることを特徴とする請求項63に記載の燃料電池システム。
- 前記前改質ユニットは更にさらに前記燃料原料から硫黄含有化合物を除去するために適合していることを特徴とする請求項52に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池が、溶融炭酸塩燃料電池と固体酸化物燃料電池のうちの1つであることを特徴とする請求項52に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料原料が、天然ガス、ピークシェイビングガス(peak shaving gas)、炭坑メタン(coal bed methan)、常解がまガス(digester gas)、プロパンガス、LPG、およびHD−5のようなマルチ燃料であることを特徴とする請求項1に記載の前処理アセンブリ。
- 前記前処理アセンブリは、天然ガス、HD−5、LPG、炭化水素の燃料原料を処理して高温燃料電池中で使用するためのメタンが多いガスを生成するように適合されていることを特徴とする請求項20に記載の前処理アセンブリ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US10/979,698 US20060090398A1 (en) | 2004-11-02 | 2004-11-02 | Pre-processing assembly for pre-processing fuel feedstocks for use in a fuel cell system |
PCT/US2005/035908 WO2006049795A2 (en) | 2004-11-02 | 2005-10-06 | Pre-processing assembly for pre-processing fuel feedstocks for use in a fuel cell system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008518870A true JP2008518870A (ja) | 2008-06-05 |
JP2008518870A5 JP2008518870A5 (ja) | 2008-11-13 |
Family
ID=36260198
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007538951A Pending JP2008518870A (ja) | 2004-11-02 | 2005-10-06 | 燃料電池システムでの使用のために燃料原料を前処理するための前処理アセンブリ |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US20060090398A1 (ja) |
EP (1) | EP1819430B1 (ja) |
JP (1) | JP2008518870A (ja) |
KR (1) | KR101310440B1 (ja) |
CN (1) | CN101287815A (ja) |
WO (1) | WO2006049795A2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008138153A (ja) * | 2006-11-09 | 2008-06-19 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 脱硫方法、脱硫装置、燃料電池用改質ガスの製造装置および燃料電池システム |
JP2010244909A (ja) * | 2009-04-07 | 2010-10-28 | Tokyo Gas Co Ltd | 燃料電池の燃料水素製造用原料の前処理システム |
WO2012111629A1 (ja) * | 2011-02-16 | 2012-08-23 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | 燃料電池システム |
WO2012147317A1 (ja) * | 2011-04-26 | 2012-11-01 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置、燃料電池システム、及びその運転方法 |
JP2014503450A (ja) * | 2010-11-22 | 2014-02-13 | フュエルセル エナジー, インコーポレイテッド | 燃料電池システムで使用するための硫黄漏出検出構体及び硫黄漏出検出方法 |
JP2018525791A (ja) * | 2015-08-18 | 2018-09-06 | エルジー フューエル セル システムズ インクLg Fuel Cell Systems Inc. | 高級炭化水素リダクションユニットを備えた、固体酸化物型燃料電池システム |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7455923B2 (en) * | 2006-09-01 | 2008-11-25 | Fuelcell Energy, Inc. | Fuel supply assembly for supplying propane fuel to a fuel cell assembly and fuel cell system employing same |
US8123826B2 (en) * | 2006-11-08 | 2012-02-28 | Saudi Arabian Oil Company | Process for the conversion of oil-based liquid fuels to a fuel mixture suitable for use in solid oxide fuel cell applications |
US9387470B2 (en) * | 2007-01-19 | 2016-07-12 | The Penn State Research Foundation | Sulfur-tolerant and carbon-resistant catalysts |
EP2137099B1 (en) * | 2007-04-18 | 2013-08-14 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Hydrogen production process |
US20080260631A1 (en) * | 2007-04-18 | 2008-10-23 | H2Gen Innovations, Inc. | Hydrogen production process |
US9061911B2 (en) | 2008-06-09 | 2015-06-23 | The University Of Toledo | Gradiator reformer |
US9358521B1 (en) | 2008-12-09 | 2016-06-07 | The University Of Toledo | Robust high temperature sulfur sorbents and methods of making the same |
IT1400492B1 (it) * | 2010-06-03 | 2013-06-11 | Eni Spa | Sistema catalitico per processi di ossidazione parziale catalitica a basso tempo di contatto |
DE102010050901A1 (de) * | 2010-11-10 | 2012-05-10 | Enymotion Gmbh | Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems |
CN102161924A (zh) * | 2011-01-25 | 2011-08-24 | 任国平 | 一种煤层气用生物质炭低温脱氧法 |
WO2013178430A1 (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-05 | Topsøe Fuel Cell A/S | Pre-reforming of sulfur-containing fuels to produce syngas for use in fuel cell systems |
WO2014013061A1 (en) * | 2012-07-20 | 2014-01-23 | Topsøe Fuel Cell A/S | Method and easy maintenance reactor assembly for the processing of hydrocarbon fuels |
CN104112867B (zh) * | 2013-04-19 | 2016-07-06 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种sofc系统用燃烧能量梯级利用的重整反应装置及发电系统 |
CN103599775B (zh) * | 2013-12-02 | 2015-07-29 | 四川大学 | 一种非常规天然气除氧催化剂的制备方法及应用 |
FR3083718B1 (fr) * | 2018-07-11 | 2020-07-03 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Dispositif en toile permettant de limiter ou supprimer la migration de particules entre deux couches |
CN109453768A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-03-12 | 北京三聚环保新材料股份有限公司 | 一种钯单质壳层催化脱氧剂及其制备方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5252609A (en) * | 1991-07-09 | 1993-10-12 | Imperial Chemical Industries Plc | Synthesis gas production |
JPH11214024A (ja) * | 1998-01-26 | 1999-08-06 | Mitsubishi Electric Corp | りん酸型燃料電池発電設備 |
US6048472A (en) * | 1997-12-23 | 2000-04-11 | Air Products And Chemicals, Inc. | Production of synthesis gas by mixed conducting membranes |
US6117916A (en) * | 1998-01-20 | 2000-09-12 | Air Products And Chemicals, Inc. | Integration of a cryogenic air separator with synthesis gas production and conversion |
JP2001348207A (ja) * | 2000-03-02 | 2001-12-18 | Boc Group Inc:The | 炭化水素を部分酸化して水素と一酸化炭素を製造する方法 |
JP2002160904A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-06-04 | Toyota Motor Corp | 燃料改質装置 |
JP2003327408A (ja) * | 2002-05-10 | 2003-11-19 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料処理装置およびその運転方法 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2593584A (en) * | 1948-12-01 | 1952-04-22 | Standard Oil Dev Co | Reforming hydrocarbon gases in the presence of a magnesia catalyst |
FR2674769B1 (fr) * | 1991-04-04 | 1994-04-29 | Inst Francais Du Petrole | Catalyseur du type galloaluminosilicate contenant du gallium, un metal noble de la famille du platine et au moins un metal additionnel, et son utilisation en aromatisation des hydrocarbures. |
US5733518A (en) * | 1992-04-27 | 1998-03-31 | Sun Company, Inc. (R&M) | Process and catalyst for dehydrogenation of organic compounds |
DE4438555C1 (de) * | 1994-10-28 | 1996-03-07 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Brennstoffzellenanordnung mit Reformierungseinrichtung |
JP3948798B2 (ja) * | 1997-10-27 | 2007-07-25 | 株式会社日本触媒 | アクリル酸の製造方法 |
DE60022182T2 (de) * | 1999-05-03 | 2006-06-14 | Nuvera Fuel Cells | Autothermen dampfreformierungsystem mit integrierten shift betten , reaktor für präferentielle oxidation ,hilfsreaktor und systemsteuerungen |
DE19926443C2 (de) | 1999-06-10 | 2003-05-28 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems |
US6781024B2 (en) * | 2000-11-22 | 2004-08-24 | Fina Technology, Inc. | Dehydrogenation process |
AUPR324201A0 (en) * | 2001-02-21 | 2001-03-15 | Ceramic Fuel Cells Limited | Fuel cell system |
JP2003081603A (ja) * | 2001-07-04 | 2003-03-19 | Hitachi Ltd | 水素製造装置及びそれを用いた発電システム |
KR20050044672A (ko) * | 2001-12-03 | 2005-05-12 | 캐탈리티카 에너지 시스템즈 인코포레이티드 | 내연 기관의 향상된 배출물 제어를 위한 시스템 및 방법 |
JP3572548B2 (ja) | 2002-05-24 | 2004-10-06 | 日本酸素株式会社 | ガス精製方法及び装置 |
US6936238B2 (en) * | 2002-09-06 | 2005-08-30 | General Motors Corporation | Compact partial oxidation/steam reactor with integrated air preheater, fuel and water vaporizer |
US7131264B2 (en) * | 2003-01-29 | 2006-11-07 | Delphi Technologies, Inc. | Method of operating a reformer and a vehicle |
US6958363B2 (en) * | 2003-03-15 | 2005-10-25 | Conocophillips Company | Hydrogen use in a GTL plant |
US7479468B2 (en) * | 2004-04-15 | 2009-01-20 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Integrating an air separation unit into an oxygenate-to-olefins reaction system |
US7585339B2 (en) * | 2004-09-15 | 2009-09-08 | Haldor Topsoe A/S | Process for reforming ethanol to hydrogen-rich products |
-
2004
- 2004-11-02 US US10/979,698 patent/US20060090398A1/en not_active Abandoned
-
2005
- 2005-10-06 CN CNA2005800370351A patent/CN101287815A/zh active Pending
- 2005-10-06 JP JP2007538951A patent/JP2008518870A/ja active Pending
- 2005-10-06 KR KR1020077012521A patent/KR101310440B1/ko active IP Right Grant
- 2005-10-06 WO PCT/US2005/035908 patent/WO2006049795A2/en active Application Filing
- 2005-10-06 EP EP05807453.5A patent/EP1819430B1/en active Active
-
2009
- 2009-06-04 US US12/478,283 patent/US7871450B2/en active Active
-
2011
- 2011-01-14 US US13/006,959 patent/US9017433B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5252609A (en) * | 1991-07-09 | 1993-10-12 | Imperial Chemical Industries Plc | Synthesis gas production |
US6048472A (en) * | 1997-12-23 | 2000-04-11 | Air Products And Chemicals, Inc. | Production of synthesis gas by mixed conducting membranes |
US6117916A (en) * | 1998-01-20 | 2000-09-12 | Air Products And Chemicals, Inc. | Integration of a cryogenic air separator with synthesis gas production and conversion |
JPH11214024A (ja) * | 1998-01-26 | 1999-08-06 | Mitsubishi Electric Corp | りん酸型燃料電池発電設備 |
JP2001348207A (ja) * | 2000-03-02 | 2001-12-18 | Boc Group Inc:The | 炭化水素を部分酸化して水素と一酸化炭素を製造する方法 |
JP2002160904A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-06-04 | Toyota Motor Corp | 燃料改質装置 |
JP2003327408A (ja) * | 2002-05-10 | 2003-11-19 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料処理装置およびその運転方法 |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008138153A (ja) * | 2006-11-09 | 2008-06-19 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 脱硫方法、脱硫装置、燃料電池用改質ガスの製造装置および燃料電池システム |
JP2010244909A (ja) * | 2009-04-07 | 2010-10-28 | Tokyo Gas Co Ltd | 燃料電池の燃料水素製造用原料の前処理システム |
JP2014503450A (ja) * | 2010-11-22 | 2014-02-13 | フュエルセル エナジー, インコーポレイテッド | 燃料電池システムで使用するための硫黄漏出検出構体及び硫黄漏出検出方法 |
WO2012111629A1 (ja) * | 2011-02-16 | 2012-08-23 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | 燃料電池システム |
JP2012169214A (ja) * | 2011-02-16 | 2012-09-06 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 燃料電池システム |
WO2012147317A1 (ja) * | 2011-04-26 | 2012-11-01 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置、燃料電池システム、及びその運転方法 |
JP5230849B2 (ja) * | 2011-04-26 | 2013-07-10 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置、燃料電池システム、及びその運転方法 |
JP2018525791A (ja) * | 2015-08-18 | 2018-09-06 | エルジー フューエル セル システムズ インクLg Fuel Cell Systems Inc. | 高級炭化水素リダクションユニットを備えた、固体酸化物型燃料電池システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2006049795A2 (en) | 2006-05-11 |
US7871450B2 (en) | 2011-01-18 |
WO2006049795A3 (en) | 2007-11-15 |
KR20070085688A (ko) | 2007-08-27 |
EP1819430B1 (en) | 2019-08-21 |
EP1819430A4 (en) | 2014-03-19 |
US20090236265A1 (en) | 2009-09-24 |
KR101310440B1 (ko) | 2013-09-24 |
US9017433B2 (en) | 2015-04-28 |
US20110192085A1 (en) | 2011-08-11 |
EP1819430A2 (en) | 2007-08-22 |
CN101287815A (zh) | 2008-10-15 |
US20060090398A1 (en) | 2006-05-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2008518870A (ja) | 燃料電池システムでの使用のために燃料原料を前処理するための前処理アセンブリ | |
KR100952343B1 (ko) | 탄화수소 연료 처리 방법 및 장치, 연료 전지 조작 방법 | |
US20080003466A1 (en) | Diesel Steam Reforming With CO2 Fixing | |
KR101461245B1 (ko) | 연료전지 조립체에 프로판 연료를 공급하는 연료 공급조립체 및 이를 이용한 연료공급 시스템 | |
JP4284028B2 (ja) | 一酸化炭素除去方法及びこれを用いた燃料電池システムの運転方法 | |
JP2008501607A (ja) | ハイブリッド式水性ガスシフト反応装置 | |
JP3865479B2 (ja) | 一酸化炭素除去システム及び一酸化炭素の除去方法 | |
JP2006076839A (ja) | 水素精製装置およびそれを用いた燃料電池システム | |
US20030086866A1 (en) | Compact combined shift and selective methanation reactor for co control | |
JP2002085983A (ja) | 一酸化炭素除去触媒の活性化方法及び一酸化炭素除去器の運転方法並びに燃料電池システムの運転方法 | |
KR20200046521A (ko) | 수중용 연료전지 시스템 | |
JP2828661B2 (ja) | リン酸電解液燃料電池の燃料ガスの製造方法 | |
JP2001068136A (ja) | 固体高分子型燃料電池システム及びその運転方法 | |
JP2013137865A (ja) | 燃料電池用水蒸気改質触媒の使用方法及び水素製造システム | |
JP2005146311A (ja) | 燃料改質装置および改質ガスの製造方法 | |
JP4886416B2 (ja) | 一酸化炭素低減装置、一酸化炭素低減方法、水素製造装置および燃料電池発電システム | |
US20150295261A1 (en) | Fuel cell system comprising a combined fuel processing apparatus and a fuel cell unit | |
JPH05251104A (ja) | 燃料電池発電システム | |
JP2003048702A (ja) | 改質ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素除去装置 | |
JP2008264781A (ja) | 一酸化炭素除去触媒の活性化方法 | |
JP2005093214A (ja) | 燃料電池用水素製造システムへの液化石油ガス供給方法 | |
JP2007087781A (ja) | 燃料電池発電システムのアノードのパージ方法 | |
JP2006244873A (ja) | 燃料電池用水素の製造方法 | |
JP2006225216A (ja) | 水素生成装置及び水素生成装置の保管前処理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080919 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080919 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110627 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20111121 |