JP2011241320A - Method for desulfurizing hydrocarbon - Google Patents

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Yasuyuki Iwasa
泰之 岩佐
Takanari Matsumoto
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for desulfurizing a hydrocarbon, by which sulfur components in the hydrocarbon can be removed at ordinary temperature and at the atmospheric pressure without an oxidizing agent having a problem on safety, such as hydrogen peroxide.SOLUTION: The method for desulfurizing the hydrocarbon includes a light irradiation process for irradiating the hydrocarbon containing benzothiophene compounds and/or dibenzothiophene compounds with light in the presence of a light catalyst and oxygen. The light is preferably ultraviolet rays. The method for desulfurizing the hydrocarbon may further have contact process for contacting the hydrocarbon treated in the light irradiation process with an adsorbent.

Description

本発明は、炭化水素の脱硫方法に関する。   The present invention relates to a hydrocarbon desulfurization method.

天然ガス、LPG、ナフサ、灯油等の炭化水素は、燃料や、燃料電池用の燃料ガスの原料等として広く用いられている。このような炭化水素には、通常ベンゾチオフェンやジベンゾチオフェン等の含硫黄芳香族化合物が含まれる。この含硫黄芳香族化合物が含まれる炭化水素を燃料として用いると、硫黄酸化物が発生し、大気汚染の原因となることが問題となり、また燃料電池用の燃料ガスの原料として用いると、燃料ガスとしての水素製造工程等において触媒毒として作用することが問題となる。   Hydrocarbons such as natural gas, LPG, naphtha, and kerosene are widely used as fuels and raw materials for fuel gas for fuel cells. Such hydrocarbons usually contain sulfur-containing aromatic compounds such as benzothiophene and dibenzothiophene. When hydrocarbons containing this sulfur-containing aromatic compound are used as fuel, sulfur oxides are generated, causing air pollution, and when used as a fuel gas raw material for fuel cells, fuel gas It becomes a problem to act as a catalyst poison in the hydrogen production process or the like.

そこで、上述の炭化水素は、通常脱硫した上で用いられる。脱硫の方法としては、ニッケル−亜鉛系や銅−亜鉛系等の触媒存在下、高温、高圧で処理する方法が一般的である。しかしながら、この方法では、高温、高圧を必要とするためにエネルギー効率が低いため、エネルギー効率の高い常温、常圧での脱硫方法が望まれている。   Therefore, the above-mentioned hydrocarbon is usually used after being desulfurized. As a desulfurization method, a method of treating at high temperature and high pressure in the presence of a catalyst such as nickel-zinc or copper-zinc is common. However, since this method requires high temperature and high pressure and has low energy efficiency, a desulfurization method at normal temperature and normal pressure with high energy efficiency is desired.

常温、常圧での脱硫方法の一つとして、ベンゾチオフェンやジベンゾチオフェンを、スルホキシド又はスルホンまで酸化して、このスルホキシド又はスルホン(以下、「酸化体」ともいう。)を吸着剤により吸着させる方法がある。例えば、特許文献1では、過酸化水素水等の酸化剤と所定の酸化触媒を用いて、ベンゾチオフェンやジベンゾチオフェンを酸化した後に、一般的な吸着剤により酸化体を吸着させ、脱硫する方法が提案されている。   As one of the desulfurization methods at normal temperature and normal pressure, benzothiophene or dibenzothiophene is oxidized to sulfoxide or sulfone, and the sulfoxide or sulfone (hereinafter also referred to as “oxidized body”) is adsorbed by an adsorbent. There is. For example, in Patent Document 1, after oxidizing benzothiophene or dibenzothiophene using an oxidant such as hydrogen peroxide and a predetermined oxidation catalyst, an oxidant is adsorbed by a general adsorbent and desulfurized. Proposed.

特開2004−195445号公報JP 2004-195445 A

しかしながら、過酸化水素水等の酸化剤を用いて酸化を行う方法は、安全性の問題等から、実用的でない。   However, the method of oxidizing using an oxidizing agent such as hydrogen peroxide is not practical due to safety problems.

そこで本発明は、過酸化水素水等の安全性に問題がある酸化剤を用いずに、常温・常圧で炭化水素中の硫黄成分を除去可能な、炭化水素の脱硫方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a hydrocarbon desulfurization method capable of removing sulfur components in hydrocarbons at room temperature and pressure without using an oxidant such as hydrogen peroxide solution that has safety problems. Objective.

上記課題を解決するために本発明は、光触媒及び酸素の存在下で、ベンゾチオフェン類及び/又はジベンゾチオフェン類を含む炭化水素に光照射する光照射工程を備える、炭化水素の脱硫方法を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a hydrocarbon desulfurization method comprising a light irradiation step of irradiating a hydrocarbon containing benzothiophenes and / or dibenzothiophenes in the presence of a photocatalyst and oxygen. .

かかる炭化水素の脱硫方法によれば、比較的安全な酸素を酸化剤として用い、かつ常温・常圧で、炭化水素中の硫黄成分を除去可能である。さらに、特許文献1等の従来の脱硫方法では、脱硫のために酸化と吸着の2段階が必要であるが、上記炭化水素の脱硫方法によれば、1段階で脱硫が可能である。   According to this hydrocarbon desulfurization method, it is possible to remove sulfur components in hydrocarbons at a normal temperature and normal pressure using relatively safe oxygen as an oxidizing agent. Furthermore, in the conventional desulfurization method such as Patent Document 1, two stages of oxidation and adsorption are necessary for desulfurization. However, according to the hydrocarbon desulfurization method, desulfurization is possible in one stage.

本発明の炭化水素の脱硫方法によれば、ベンゾチオフェン類やジベンゾチオフェン類がスルホキシドやスルホンまで酸化された後に、これらの酸化物が光触媒に吸着されるので、上述の効果が得られるものと本発明者らは考えている。   According to the hydrocarbon desulfurization method of the present invention, after the benzothiophenes and dibenzothiophenes are oxidized to sulfoxide and sulfone, these oxides are adsorbed on the photocatalyst, so that the above effect can be obtained. The inventors are thinking.

上記光は、酸化の効率を向上させることができる点から、紫外線光であることが好ましい。   The light is preferably ultraviolet light from the viewpoint that the efficiency of oxidation can be improved.

本発明の炭化水素の脱硫方法は、光照射工程で処理された炭化水素を、吸着剤に接触させる接触工程をさらに備えていてもよい。これにより、光触媒に吸着されなかった酸化物が吸着され、さらに炭化水素中の硫黄成分の濃度を低下させることができる。   The hydrocarbon desulfurization method of the present invention may further include a contact step of bringing the hydrocarbon treated in the light irradiation step into contact with the adsorbent. Thereby, the oxide which was not adsorb | sucked by the photocatalyst is adsorb | sucked, and also the density | concentration of the sulfur component in hydrocarbon can be reduced.

本発明の炭化水素の脱硫方法によれば、過酸化水素水等の安全性に問題がある酸化剤を用いずに、常温・常圧で、炭化水素中の硫黄成分を除去可能である。   According to the hydrocarbon desulfurization method of the present invention, it is possible to remove sulfur components in hydrocarbons at room temperature and normal pressure without using an oxidant having a safety problem such as aqueous hydrogen peroxide.

本発明の炭化水素の脱硫方法を適用した脱硫器を備える燃料電池システムの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a fuel cell system provided with the desulfurizer to which the hydrocarbon desulfurization method of this invention is applied.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.

本実施形態の炭化水素の脱硫方法は、光触媒及び酸素の存在下で、ベンゾチオフェン類及び/又はジベンゾチオフェン類を含む炭化水素に光照射する光照射工程を備える。   The hydrocarbon desulfurization method of the present embodiment includes a light irradiation step of irradiating a hydrocarbon containing benzothiophenes and / or dibenzothiophenes in the presence of a photocatalyst and oxygen.

ベンゾチオフェン類とは、下記式(1)で表されるベンゾチオフェン骨格を有する化合物の総称である。その具体例としては、ベンゾチオフェン、アルキルベンゾチオフェン、ジアルキルベンゾチオフェンが挙げられ、より具体的にはベンゾチオフェン、メチルベンゾチオフェン、ジメチルベンゾチオフェンが挙げられる。また、ジベンゾチオフェン類とは、下記式(2)で表されるジベンゾチオフェン骨格を有する化合物の総称である。その具体例としては、ジベンゾチオフェン、アルキルジベンゾチオフェン、ジアルキルジベンゾチオフェンが挙げられ、より具体的にはジベンゾチオフェン、メチルジベンゾチオフェン、ジメチルジベンゾチオフェンが挙げられる。   The benzothiophenes are a general term for compounds having a benzothiophene skeleton represented by the following formula (1). Specific examples thereof include benzothiophene, alkylbenzothiophene, and dialkylbenzothiophene, and more specifically, benzothiophene, methylbenzothiophene, and dimethylbenzothiophene. The dibenzothiophenes are a general term for compounds having a dibenzothiophene skeleton represented by the following formula (2). Specific examples thereof include dibenzothiophene, alkyldibenzothiophene, and dialkyldibenzothiophene, and more specifically, dibenzothiophene, methyldibenzothiophene, and dimethyldibenzothiophene.

Figure 2011241320
Figure 2011241320

光触媒としては、例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄(III)、酸化タングステンが挙げられる。
光照射に用いる光は、どんな光であってもよいが、エネルギー効率の観点から、紫外線光が好ましく、紫外線領域(400nm未満)に特化された光源から照射された紫外線光であることが特に好ましい。
Examples of the photocatalyst include titanium dioxide, zinc oxide, iron (III) oxide, and tungsten oxide.
The light used for light irradiation may be any light, but from the viewpoint of energy efficiency, ultraviolet light is preferable, and it is particularly ultraviolet light irradiated from a light source specialized in the ultraviolet region (less than 400 nm). preferable.

光触媒の量は、特に限定されないが、例えば脱硫する対象である炭化水素100質量部に対して、0.1〜20質量部とすることができる。   Although the quantity of a photocatalyst is not specifically limited, For example, it is 0.1-20 mass parts with respect to 100 mass parts of hydrocarbons which are the object to desulfurize.

酸素は、純粋な酸素であってもよく、空気等の酸素を含有する気体であってもよいが、コストの観点から空気が好ましい。酸素を作用させる方法としては、例えばバブリングが挙げられる。   The oxygen may be pure oxygen or a gas containing oxygen such as air, but air is preferable from the viewpoint of cost. An example of a method for causing oxygen to act is bubbling.

上記光照射工程は、常温・常圧下で行うことができるが、圧力をかけたり、温度を上げたりしてもよい。また、接触時間は、反応のスケールなどにより適宜調節することができるが、例えば0.01〜2時間とすることができる。
上記光照射工程では、光触媒にてベンゾチオフェン類及び/又はジベンゾチオフェン類を酸化させると同時に、ベンゾチオフェン類及び/又はジベンゾチオフェン類の酸化物を当該光触媒で吸着除去し、炭化水素の脱硫を行うことができる。
The light irradiation step can be performed at normal temperature and normal pressure, but pressure may be applied or the temperature may be increased. The contact time can be appropriately adjusted depending on the reaction scale and the like, and can be, for example, 0.01 to 2 hours.
In the light irradiation step, benzothiophenes and / or dibenzothiophenes are oxidized by a photocatalyst, and at the same time, oxides of benzothiophenes and / or dibenzothiophenes are adsorbed and removed by the photocatalyst to desulfurize hydrocarbons. be able to.

本実施形態の炭化水素の脱硫方法は、光照射工程で処理された炭化水素を、吸着剤に接触させる接触工程をさらに備えていてもよい。   The hydrocarbon desulfurization method of the present embodiment may further include a contact step of bringing the hydrocarbon treated in the light irradiation step into contact with the adsorbent.

吸着剤としては、例えば活性炭、活性化アルミナ、シリカゲル、シリカ−アルミナ、ゼオライト等の一般的な吸着剤の他、多孔性無機化合物に希土類元素の化合物及び/又は銅の化合物を担持した吸着剤を用いることができる。   Examples of the adsorbent include general adsorbents such as activated carbon, activated alumina, silica gel, silica-alumina, and zeolite, and adsorbents in which a rare earth element compound and / or a copper compound is supported on a porous inorganic compound. Can be used.

多孔性無機化合物としては、例えばゼオライト、メソポーラスシリカ、活性炭、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナが挙げられ、フォージャサイト型ゼオライト、メソポーラスシリカ及び活性炭が好ましい。   Examples of the porous inorganic compound include zeolite, mesoporous silica, activated carbon, silica, alumina and silica-alumina, and faujasite type zeolite, mesoporous silica and activated carbon are preferable.

フォージャサイト型ゼオライトの具体例としては、NaX型ゼオライト、HX型ゼオライト、NH4X型ゼオライト、NaY型ゼオライト、HY型ゼオライト、NH4Y型ゼオライトなどが挙げられる。メソポーラスシリカの具体例としては、MCM−41、FSM−16、MCM−48、MCM−50、SBA−15などが挙げられる。   Specific examples of the faujasite type zeolite include NaX type zeolite, HX type zeolite, NH4X type zeolite, NaY type zeolite, HY type zeolite, NH4Y type zeolite and the like. Specific examples of mesoporous silica include MCM-41, FSM-16, MCM-48, MCM-50, SBA-15 and the like.

希土類元素としては、ランタン、イットリウム、セリウム、スカンジウム、イッテルビウム、ガドリニウム、サマリウムが挙げられ、これらの中でセリウム又はランタンが好ましい。もちろん、2種類以上の希土類元素を組み合わせて用いることもできる。   Examples of the rare earth element include lanthanum, yttrium, cerium, scandium, ytterbium, gadolinium, and samarium, and among these, cerium or lanthanum is preferable. Of course, two or more kinds of rare earth elements can be used in combination.

希土類元素の化合物及び銅の化合物としては、例えばそれぞれの金属の塩化物、硝酸塩、硫酸塩、有機酸塩、酸化物を用いることができる。希土類元素の化合物及び銅の化合物の好適な具体例としては、硝酸セリウム(III)、塩化セリウム(III)、硝酸ランタン(III)、塩化ランタン(III)、硝酸銅(II)、塩化銅(II)が挙げられる。   As the rare earth element compound and the copper compound, for example, chlorides, nitrates, sulfates, organic acid salts, and oxides of the respective metals can be used. Preferable specific examples of rare earth element compounds and copper compounds include cerium nitrate (III), cerium chloride (III), lanthanum nitrate (III), lanthanum chloride (III), copper nitrate (II), copper chloride (II ).

希土類元素の化合物又は銅の化合物の担持方法に関しては特に制限はなく、通常の含浸法、イオン交換法など公知の方法を用いることができる。例えば含浸法においては、希土類元素の化合物又は銅の化合物を、水、エタノールもしくはアセトンなどの溶媒、特に好ましくは水に溶解させたのち、担体に含浸させ、しかるのち、乾燥、焼成等行うことにより担持触媒を得ることができる。希土類元素の化合物又は銅の化合物は、溶媒に溶解するものあれば、特に制限なく用いることができる。   There are no particular limitations on the method for supporting the rare earth element compound or the copper compound, and a known method such as a normal impregnation method or an ion exchange method can be used. For example, in the impregnation method, a rare earth element compound or a copper compound is dissolved in a solvent such as water, ethanol or acetone, particularly preferably water, and then impregnated into a carrier, and then dried, fired, etc. A supported catalyst can be obtained. The rare earth element compound or the copper compound can be used without particular limitation as long as it is soluble in a solvent.

上記吸着剤における希土類元素の化合物及び/又は銅の化合物の担持量は、特に限定されるものではないが、例えば酸化物換算で10〜50質量%とすることができる。   Although the amount of the rare earth element compound and / or the copper compound supported in the adsorbent is not particularly limited, it can be, for example, 10 to 50% by mass in terms of oxide.

上記接触工程において、炭化水素を吸着剤に接触させる方法としては、例えば炭化水素中に吸着剤を加えた上で攪拌する方法や流通式固定床方式などが挙げられる。流通式固定床方式の場合、脱硫装置の形状としては、円筒状、平板状などそれぞれのプロセスの目的に応じた公知のいかなる形状を取ることができる。   Examples of the method for bringing the hydrocarbon into contact with the adsorbent in the contacting step include a method in which the adsorbent is added to the hydrocarbon and stirring, and a flow-type fixed bed system. In the case of the circulation type fixed bed system, the shape of the desulfurization device can be any known shape depending on the purpose of each process, such as a cylindrical shape or a flat plate shape.

上記接触工程は、常温・常圧下で行うことができるが、圧力をかけたり、温度を上げたりしてもよい。また、接触時間は、反応のスケールなどにより適宜調節することができるが、例えば0.5〜8時間とすることができる。   The contact step can be performed at normal temperature and normal pressure, but pressure may be applied or the temperature may be increased. The contact time can be appropriately adjusted depending on the scale of the reaction, and can be 0.5 to 8 hours, for example.

本実施形態の炭化水素の脱硫方法は、燃料や、燃料電池用の燃料ガスの原料として用いられる天然ガス、LPG、ナフサ、灯油等の炭化水素の脱硫に好適に用いることができる。   The hydrocarbon desulfurization method of the present embodiment can be suitably used for desulfurization of hydrocarbons such as fuel, natural gas, LPG, naphtha, kerosene and the like used as a raw material for fuel gas for fuel cells.

以下、本実施形態の炭化水素の脱硫方法を適用した脱硫器を備える燃料電池システムの一例を説明する。図1は、本実施形態の炭化水素の脱硫方法を適用した酸化脱硫反応器を備える燃料電池システムの一例を示す概念図である。   Hereinafter, an example of a fuel cell system including a desulfurizer to which the hydrocarbon desulfurization method of the present embodiment is applied will be described. FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a fuel cell system including an oxidative desulfurization reactor to which the hydrocarbon desulfurization method of the present embodiment is applied.

図1において、燃料タンク3内の燃料は燃料ポンプ4を経て、光触媒を充填した酸化脱硫反応器5にて燃料の炭化水素中のベンゾチオフェン類及び/又はジベンゾチオフェン類の酸化、及び当該酸化物の吸着脱硫を行い、必要に応じて脱硫器6にて、上記所定の吸着剤によりベンゾチオフェン類及び/又はジベンゾチオフェン類の酸化物をさらに吸着除去する。このとき、必要であれば改質器8の下流、シフト反応器10の下流、一酸化炭素選択酸化反応器11の下流、及びアノードオフガスの少なくともいずれかからの水素含有ガスを添加できる。脱硫器6で脱硫された燃料は水タンク1から水ポンプ2を経た水と混合した後、気化器7に導入されて気化され、改質器8に送り込まれる。   In FIG. 1, the fuel in the fuel tank 3 passes through a fuel pump 4 and is oxidized in a hydrocarbon hydrocarbon of the fuel in an oxidative desulfurization reactor 5 filled with a photocatalyst, and the oxides. The desulfurizer 6 further removes the benzothiophene and / or dibenzothiophene oxides by adsorption in the desulfurizer 6 as necessary. At this time, if necessary, a hydrogen-containing gas from at least one of the downstream of the reformer 8, the downstream of the shift reactor 10, the downstream of the carbon monoxide selective oxidation reactor 11, and the anode off-gas can be added. The fuel desulfurized in the desulfurizer 6 is mixed with water from the water tank 1 through the water pump 2, introduced into the vaporizer 7, vaporized, and sent to the reformer 8.

改質器8に充填する触媒としてはニッケル系、ルテニウム系、ロジウム系などの触媒を用いることができる。改質器8の反応管は燃料タンク3からの燃料及びアノードオフガスを燃料とするバーナー18により加温され、好ましくは350〜700℃の範囲に調節される。   As the catalyst charged in the reformer 8, a nickel-based, ruthenium-based, or rhodium-based catalyst can be used. The reaction tube of the reformer 8 is heated by a burner 18 using fuel from the fuel tank 3 and anode off gas as fuel, and is preferably adjusted to a range of 350 to 700 ° C.

このようにして製造された水素と一酸化炭素を含有する改質ガスは、シフト反応器10、一酸化炭素選択酸化反応器11を順次通過させることで燃料電池の特性に影響を及ぼさない程度まで一酸化炭素濃度が低減される。これらの反応器に用いる触媒の例としては、シフト反応器10には鉄−クロム系触媒及び/又は銅−亜鉛系触媒、一酸化炭素選択酸化反応器11にはルテニウム系触媒等を挙げることができる。   The reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide produced in this manner is passed through the shift reactor 10 and the carbon monoxide selective oxidation reactor 11 in order so as not to affect the characteristics of the fuel cell. The carbon monoxide concentration is reduced. Examples of the catalyst used in these reactors include an iron-chromium-based catalyst and / or a copper-zinc-based catalyst in the shift reactor 10 and a ruthenium-based catalyst in the carbon monoxide selective oxidation reactor 11. it can.

固体高分子形燃料電池17はアノード12、カソード13、固体高分子電解質14からなり、アノード12側には上記の方法で得られた一酸化炭素濃度が低減された原料ガスが、カソード13側には空気ブロアー9から送られる空気が、それぞれ必要であれば適当な加湿処理を行った後で導入される。このとき、アノード12では水素ガスがプロトンとなり電子を放出する反応が進行し、カソード13では酸素ガスが電子とプロトンを得て水となる反応が進行する。これらの反応を促進するため、それぞれ、アノード12には白金黒、活性炭担持のPt触媒あるいはPt−Ru合金触媒などが、カソード13には白金黒、活性炭担持のPt触媒などが用いられる。通常アノード12、カソード13の両触媒とも、必要に応じてポリテトラフルオロエチレン、低分子の高分子電解質膜素材、活性炭などと共に多孔質触媒層に成形される。   The polymer electrolyte fuel cell 17 includes an anode 12, a cathode 13, and a solid polymer electrolyte 14, and a raw material gas having a reduced carbon monoxide concentration obtained by the above method is provided on the anode 12 side. The air sent from the air blower 9 is introduced after an appropriate humidification treatment if necessary. At this time, a reaction in which hydrogen gas becomes protons and emits electrons proceeds at the anode 12, and a reaction in which oxygen gas obtains electrons and protons to become water proceeds at the cathode 13. In order to promote these reactions, platinum black and Pt catalyst or Pt-Ru alloy catalyst supported on activated carbon are used for the anode 12, and platinum black and Pt catalyst supported on activated carbon are used for the cathode 13, respectively. In general, both the anode 12 and cathode 13 catalysts are formed into a porous catalyst layer together with polytetrafluoroethylene, a low molecular weight polymer electrolyte membrane material, activated carbon and the like as necessary.

次いでNafion(デュポン社製)、Gore(ゴア社製)、Flemion(旭硝子社製)、Aciplex(旭化成社製)等の商品名で知られる高分子電解質膜の両側に上述の多孔質触媒層を積層しMEA(Membrane Electrode Assembly)が形成される。さらにMEAを金属材料、グラファイト、カーボンコンポジットなどからなるガス供給機能、集電機能、特にカソードにおいては重要な排水機能等を持つセパレータで挟み込むことで燃料電池が組み立てられる。電気負荷15はアノード12、カソード13と電気的に連結される。アノードオフガスはバーナー18において消費される。カソードオフガスは排気口16から排出される。   Next, the above-mentioned porous catalyst layer is laminated on both sides of a polymer electrolyte membrane known by a trade name such as Nafion (DuPont), Gore (Gore), Flemion (Asahi Glass), Aciplex (Asahi Kasei), etc. Then, a MEA (Membrane Electrode Assembly) is formed. Further, the fuel cell is assembled by sandwiching the MEA with a separator having a gas supply function, a current collecting function, particularly an important drainage function in the cathode, and the like made of a metal material, graphite, carbon composite and the like. The electric load 15 is electrically connected to the anode 12 and the cathode 13. The anode off gas is consumed in the burner 18. The cathode off gas is discharged from the exhaust port 16.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
攪拌子を仕込んだビーカーに、原料として、硫黄濃度が200質量ppmに相当するベンゾチオフェンをノルマルドデカン(n−C12)50ccに入れ、さらにそこへ、光触媒用TiO(商品名:ST−01、石原産業株会社製、パウダー)0.2gを加えた。
得られた混合液を、空気をバブリングしながら、XeショートアークランプでUV光を照射して、室温で2時間攪拌した。
Example 1
In a beaker charged with a stirrer, benzothiophene corresponding to a sulfur concentration of 200 ppm by mass is placed in 50 cc of normal dodecane (n-C12) as a raw material, and further, TiO 2 for photocatalyst (trade name: ST-01, 0.2 g of powder manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. was added.
The resulting mixed solution was irradiated with UV light with a Xe short arc lamp while bubbling air, and stirred at room temperature for 2 hours.

(実施例2)
実施例1にて室温で2時間攪拌した後、得られた混合液に0.2gの吸着剤Aを添加し、さらに常圧、温度20℃下で2時間攪拌させることで脱硫反応を行った。
なお、吸着剤Aは以下の方法で調製した。
粉末の市販NaX(Si/Al=1.4)に、30質量%の硝酸セリウム(III)水溶液を浸漬し、80℃に加熱して攪拌することで、セリウムイオンとAlのプロトンとイオン交換させた。その後、120℃で8時間以上乾燥し、400℃で2時間空気焼成することで吸着剤Aを得た。
(Example 2)
After stirring at room temperature for 2 hours in Example 1, 0.2 g of adsorbent A was added to the resulting mixture, and further, desulfurization reaction was performed by stirring for 2 hours at normal pressure and temperature of 20 ° C. .
Adsorbent A was prepared by the following method.
By immersing a 30% by mass cerium nitrate (III) aqueous solution in commercially available NaX powder (Si / Al = 1.4) and heating and stirring at 80 ° C., ion exchange between cerium ions and Al protons is performed. It was. Then, the adsorbent A was obtained by drying at 120 degreeC for 8 hours or more, and carrying out air baking at 400 degreeC for 2 hours.

(比較例1)
UV光を照射しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてブランク実験を行った。
(Comparative Example 1)
A blank experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that UV light was not irradiated.

(比較例2)
TiOの代わりに、SiOを用いて、実施例1と同様にして実験を行った。
(Comparative Example 2)
Experiments were performed in the same manner as in Example 1 using SiO 2 instead of TiO 2 .

(比較例3)
TiOの代わりに、Alを用いて、実施例1と同様にして実験を行った。
(Comparative Example 3)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 using Al 2 O 3 instead of TiO 2 .

[残存S量の測定]
実施例1、比較例1、比較例2及び比較例3で得られた生成物中に含まれる硫黄の量(残存S量、単位:質量ppm)を測定した。その結果を表1に示す。
[Measurement of residual S amount]
The amount of sulfur contained in the products obtained in Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 (residual S amount, unit: mass ppm) was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2011241320
Figure 2011241320

(実施例3)
光触媒TiO(ST−01、石原産業株会社製、パウダー、50g)を充填した酸化脱硫反応器5内に、UV照射源(Xeショートアークランプ)及びエアーラインを設置した。UVを照射しつつ、空気を5cc/minでバブリングしながら、JIS1号灯油(硫黄濃度:10質量ppm、芳香族量一環:19.0容量%、二環:0.4容量%、三環:0.1容量%)を通油することで光酸化脱硫を行った。酸化脱硫反応器5出口から得られた灯油中の測定したところ、3.1質量ppmであった。
(Example 3)
A UV irradiation source (Xe short arc lamp) and an air line were installed in the oxidation desulfurization reactor 5 filled with photocatalyst TiO 2 (ST-01, manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., powder, 50 g). While irradiating UV and bubbling air at 5 cc / min, JIS No. 1 kerosene (sulfur concentration: 10 mass ppm, aromatic content part: 19.0 vol%, bicyclic: 0.4 vol%, tricyclic: Photooxidation desulfurization was performed by passing oil through 0.1% by volume. It was 3.1 mass ppm when it measured in the kerosene obtained from the oxidation desulfurization reactor 5 exit.

(実施例4)
実施例3において、酸化脱硫反応器5の下流に設置する、吸着剤Aを充填した脱硫器6にて常圧、温度20℃下で、流通式固定床方式(LHSV=0.25h−1)で脱硫反応を行った。脱硫器6出口から得られた灯油中の硫黄濃度を測定したところ、20質量ppb未満であった。
Example 4
In Example 3, the flow-through fixed bed system (LHSV = 0.25 h −1 ) at normal pressure and temperature of 20 ° C. in the desulfurizer 6 filled with the adsorbent A installed downstream of the oxidative desulfurization reactor 5. The desulfurization reaction was performed. When the sulfur concentration in the kerosene obtained from the desulfurizer 6 outlet was measured, it was less than 20 mass ppb.

表1から明らかであるように、光触媒の存在下、空気をバブリングしながら、UV光を照射した実施例1では、残存S量が200ppmから147ppmに減少したのに対して、UV光照射を行わなかった比較例1では残存S量が変化しなかった。この結果から、実施例1では、ベンゾチオフェンがスルホキシド又はスルホンまで酸化された後に、生成したスルホキシド又はスルホンが光触媒に吸着されたものと推測される。一方、光触媒による酸化脱硫作用を有さないSiO及びAlでは、UV光照射しても残存S量が変化しなかった。また、光触媒の存在下、UV光照射を行った後、吸着剤と接触させた実施例2では、残存S量が56ppmに減少し、さらに脱硫を促進できることが分かる。 As is clear from Table 1, in Example 1 in which UV light was irradiated while bubbling air in the presence of a photocatalyst, the amount of residual S was reduced from 200 ppm to 147 ppm, whereas UV light irradiation was performed. In Comparative Example 1, which did not, the amount of residual S did not change. From this result, in Example 1, it is presumed that the generated sulfoxide or sulfone was adsorbed on the photocatalyst after the benzothiophene was oxidized to sulfoxide or sulfone. On the other hand, in SiO 2 and Al 2 O 3 that do not have an oxidative desulfurization action by a photocatalyst, the amount of residual S did not change even when irradiated with UV light. Moreover, in Example 2 which contacted with adsorbent after performing UV light irradiation in presence of a photocatalyst, it turns out that residual sulfur content reduces to 56 ppm and can further accelerate | stimulate desulfurization.

図1に示す燃料電池システムにおいて、光触媒による酸化脱硫反応を行った実施例3及び実施例4の結果から、実機においても原料である灯油の硫黄濃度を低減できることが分かる。   In the fuel cell system shown in FIG. 1, it can be seen from the results of Example 3 and Example 4 in which the oxidative desulfurization reaction was performed using a photocatalyst, the sulfur concentration of kerosene as a raw material can be reduced even in the actual machine.

1…水タンク、2…水ポンプ、3…燃料タンク、4…燃料ポンプ、5…酸化脱硫反応器、6…脱硫器、7…気化器、8…改質器、9…空気ブロアー、10…シフト反応器、11…一酸化炭素選択酸化反応器、12…アノード、13…カソード、14…固体高分子電解質、15…電気負荷、16…排気口、17…固体高分子形燃料電池、18…バーナー。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water tank, 2 ... Water pump, 3 ... Fuel tank, 4 ... Fuel pump, 5 ... Oxidation desulfurization reactor, 6 ... Desulfurizer, 7 ... Vaporizer, 8 ... Reformer, 9 ... Air blower, 10 ... Shift reactor, 11 ... carbon monoxide selective oxidation reactor, 12 ... anode, 13 ... cathode, 14 ... solid polymer electrolyte, 15 ... electric load, 16 ... exhaust port, 17 ... solid polymer fuel cell, 18 ... burner.

Claims (3)

光触媒及び酸素の存在下で、ベンゾチオフェン類及び/又はジベンゾチオフェン類を含む炭化水素に光照射する光照射工程を備える、炭化水素の脱硫方法。   A hydrocarbon desulfurization method comprising a light irradiation step of irradiating a hydrocarbon containing benzothiophenes and / or dibenzothiophenes with light in the presence of a photocatalyst and oxygen. 前記光が紫外線光である、請求項1に記載の炭化水素の脱硫方法。   The hydrocarbon desulfurization method according to claim 1, wherein the light is ultraviolet light. 前記光照射工程で処理された炭化水素を、吸着剤に接触させる接触工程をさらに備える、請求項1又は2記載の炭化水素の脱硫方法。   The hydrocarbon desulfurization method according to claim 1, further comprising a contact step of bringing the hydrocarbon treated in the light irradiation step into contact with an adsorbent.
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