JP2012020898A - Hydrogen generating apparatus and fuel cell system provided with the same - Google Patents
Hydrogen generating apparatus and fuel cell system provided with the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012020898A JP2012020898A JP2010159472A JP2010159472A JP2012020898A JP 2012020898 A JP2012020898 A JP 2012020898A JP 2010159472 A JP2010159472 A JP 2010159472A JP 2010159472 A JP2010159472 A JP 2010159472A JP 2012020898 A JP2012020898 A JP 2012020898A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- catalyst layer
- containing gas
- catalyst
- hydrodesulfurizer
- 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
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、炭化水素系燃料と水を反応させることにより水素を生成する水素生成装置、及びそれを備える燃料電池システムに関し、特に、水素生成装置の構成に関する。 The present invention relates to a hydrogen generator that generates hydrogen by reacting a hydrocarbon-based fuel and water, and a fuel cell system including the hydrogen generator, and more particularly to a configuration of the hydrogen generator.
燃料電池システムは、発電時の燃料として用いられる水素ガスが一般的なインフラとして整備がされていないため、通常、水素生成装置を備えている。水素生成装置では、水蒸気改質反応が一般的に用いられている。この水蒸気改質反応は、例えば、原料となる都市ガスと水蒸気とをNi系やRu系の改質触媒を用いて、600℃〜700℃程度の高温で反応させることにより、水素を主成分とした水素含有ガスを生成するものである。水蒸気改質反応に必要な熱エネルギーを得る方法としては、燃料電池からの燃料オフガスをバーナで燃焼させる方法が一般的である。 A fuel cell system usually includes a hydrogen generator because hydrogen gas used as a fuel during power generation is not maintained as a general infrastructure. In the hydrogen generator, a steam reforming reaction is generally used. In this steam reforming reaction, for example, hydrogen as a main component is produced by reacting a raw city gas and steam with a Ni-based or Ru-based reforming catalyst at a high temperature of about 600 ° C. to 700 ° C. To produce a hydrogen-containing gas. As a method for obtaining thermal energy necessary for the steam reforming reaction, a method of burning fuel off-gas from the fuel cell with a burner is generally used.
ところで、水素生成装置に供給される原料ガスには、硫黄化合物が含まれる。具体的には、メタンを主成分とする都市ガスやLPガス中には、原料由来の硫黄分のほかに、漏洩検知の目的でサルファイド類、メルカプタン類等の硫黄化合物が付臭剤として添加されている。そして、これらの硫黄化合物に含まれる硫黄は、極めて低濃度であっても、水蒸気改質反応に繁用されるNi系やRu系の改質触媒の活性低下を進行させることが知られている。 By the way, the source gas supplied to the hydrogen generator contains a sulfur compound. Specifically, in city gas and LP gas mainly composed of methane, sulfur compounds such as sulfides and mercaptans are added as an odorant for the purpose of leakage detection in addition to sulfur derived from raw materials. ing. And it is known that even if the sulfur contained in these sulfur compounds has a very low concentration, the activity of the Ni-based or Ru-based reforming catalyst frequently used in the steam reforming reaction is reduced. .
このため、都市ガスやLPガスのような原料ガスは、水素生成装置に供給される前に適切な脱硫処理が行われる。脱硫処理の方法としては、常温での吸着によって硫黄化合物を除去する方法が一般的であるが、この常温脱硫方式では、吸着除去できる硫黄量が少ないため、定期間毎に吸着剤を交換しなければならず、コストの増加や頻繁にメンテナンスを行わなければならない等といった不具合がある。 For this reason, source gas, such as city gas and LP gas, is appropriately desulfurized before being supplied to the hydrogen generator. As a method of desulfurization treatment, a method of removing sulfur compounds by adsorption at room temperature is common, but in this room temperature desulfurization method, the amount of sulfur that can be adsorbed and removed is small, so the adsorbent must be replaced at regular intervals. There are problems such as an increase in cost and frequent maintenance.
そこで、こうした不具合の対処法として、脱硫量が多くできる水添脱硫方式の脱硫器(以下、水添脱硫器)の開発が行われている。水添脱硫方式では、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を、水添触媒を用いて300℃〜350℃程度で水素とともに反応させて硫化水素に変換した後、吸着触媒を用いて250℃〜300℃程度で硫化水素を吸着して取り除く。このように、水添脱硫方式では、その機能を発揮させるために、水添脱硫器中の各触媒を上記の温度にまで昇温させる必要がある。 Thus, as a countermeasure for such a problem, a hydrodesulfurization type desulfurizer (hereinafter, hydrodesulfurizer) capable of increasing the desulfurization amount has been developed. In the hydrodesulfurization method, a sulfur compound contained in a raw material gas is reacted with hydrogen at about 300 ° C. to 350 ° C. using a hydrogenation catalyst to convert it into hydrogen sulfide, and then, 250 ° C. to 300 ° C. using an adsorption catalyst. Adsorb and remove hydrogen sulfide at about ℃. As described above, in the hydrodesulfurization method, it is necessary to raise the temperature of each catalyst in the hydrodesulfurizer to the above temperature in order to exert its function.
ここで、水添脱硫器を加熱するために改質ガスの保有熱を利用する水素生成装置が提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。特許文献1に開示されている燃料改質装置では、脱硫器の脱硫層の壁面と改質器の燃焼排ガスの流通間の壁面との間に燃焼排ガスから脱硫層へと熱を伝達する伝熱手段(ヒートパイプ)を備えており、燃焼排ガスからの伝熱により、起動性を向上させている。また、特許文献2に開示されている燃料電池用改質装置では、改質部と変成部の間に脱硫部を収納する改質反応筒を備えており、改質反応筒の改質部側の端部に燃焼手段を設けることで、装置の構成を簡易なものにしている。
Here, hydrogen generators that utilize the retained heat of the reformed gas to heat the hydrodesulfurizer have been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In the fuel reformer disclosed in Patent Document 1, heat transfer is performed to transfer heat from the combustion exhaust gas to the desulfurization layer between the wall surface of the desulfurization layer of the desulfurizer and the wall surface between the flow of the combustion exhaust gas of the reformer. Means (heat pipe) are provided, and startability is improved by heat transfer from the combustion exhaust gas. Further, the fuel cell reformer disclosed in
しかしながら、特許文献1に開示されている燃料改質装置では、脱硫器と改質器とが分離して設けられているため、伝熱手段(ヒートパイプ)を別途設けることで、燃焼排ガスからの伝熱により起動性を向上させているが、複雑な構成となり、製造工程の複雑化や低コスト化を図ることができないという課題があった。また、別途伝熱手段を設けるため、水素生成装置、ひいては燃料電池システムの低コスト化が図れないという課題があった。また、特許文献2に開示されている燃料電池用改質装置では、脱硫部の入口が変成部側にあり、脱硫部の出口が改質部側にあるため、脱硫部の入口よりも出口側のほうが、高温となり、脱硫部を適温に保つことが難しいという課題があった。
However, in the fuel reformer disclosed in Patent Document 1, since the desulfurizer and the reformer are provided separately, by providing a separate heat transfer means (heat pipe), Although startability has been improved by heat transfer, there has been a problem that the configuration becomes complicated and the manufacturing process cannot be complicated and the cost cannot be reduced. In addition, since a separate heat transfer means is provided, there is a problem that the cost of the hydrogen generator and hence the fuel cell system cannot be reduced. Further, in the fuel cell reforming apparatus disclosed in
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、改質器の熱利用性を向上し、従来よりも簡易な構成で、水添脱硫器を適温に保つことが容易な水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and improves the heat utilization of the reformer, and has a simpler configuration than that of the conventional hydrogen generator and an easy-to-maintain hydrodesulfurizer. It aims at providing a fuel cell system provided with the same.
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る水素生成装置は、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を硫化水素に変換するように構成された第1触媒層と前記硫化水素を吸着するように構成された第2触媒層を有する水添脱硫器と、前記水添脱硫器を通過した原料ガスを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器に隔壁を介して隣接するように配設され、前記改質器より送出された前記水素含有ガスが通流する水素含有ガス流路と、を備え、前記水添脱硫器は、前記水素含有ガス流路を通流する前記水素含有ガスにより前記第1触媒層及び第2触媒層の順に加熱されるよう構成されている。 In order to solve the above conventional problems, a hydrogen generator according to the present invention adsorbs the hydrogen sulfide and a first catalyst layer configured to convert a sulfur compound contained in a raw material gas into hydrogen sulfide. A hydrodesulfurizer having a second catalyst layer, a reformer that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using a raw material gas that has passed through the hydrodesulfurizer, and a partition wall in the reformer And a hydrogen-containing gas flow path through which the hydrogen-containing gas sent from the reformer flows, and the hydrodesulfurizer includes the hydrogen-containing gas flow path. The first catalyst layer and the second catalyst layer are heated in this order by the hydrogen-containing gas flowing therethrough.
本構成によって、水素含有ガスの伝熱により、水添脱硫器の第1触媒層を高温、第2触媒層を低温に保つことが可能となり、改質器の熱利用性を向上させることが可能となる。 With this configuration, the first catalyst layer of the hydrodesulfurizer can be kept at a high temperature and the second catalyst layer can be kept at a low temperature by heat transfer of the hydrogen-containing gas, and the heat utilization of the reformer can be improved. It becomes.
また、本発明に係る水素生成装置では、前記水添脱硫器と前記改質器は、前記水素含有ガス流路を挟むように配設されていてもよい。 In the hydrogen generator according to the present invention, the hydrodesulfurizer and the reformer may be disposed so as to sandwich the hydrogen-containing gas flow path.
また、本発明に係る水素生成装置では、硫化水素への変換機能及び硫化水素を吸着する機能のうち、前記第1触媒層は、硫化水素への変換機能を有する触媒であり、前記第2触媒層は、硫化水素を吸着する機能を有する触媒であってもよい。 In the hydrogen generator according to the present invention, the first catalyst layer is a catalyst having a function of converting to hydrogen sulfide, and the second catalyst among the functions of converting to hydrogen sulfide and adsorbing hydrogen sulfide. The layer may be a catalyst having a function of adsorbing hydrogen sulfide.
また、本発明に係る水素生成装置では、前記第1触媒層及び第2触媒層は、前記硫黄化合物を前記硫化水素に変換する機能と前記硫化水素を吸着する機能を有する触媒種を有し、前記水素含有ガスからの伝熱により、前記第1触媒層は硫化水素に変換する反応が硫化水素を吸着する反応よりも優位になる第1の温度になり、前記第2触媒層は硫化水素を吸着する反応が硫黄化合物を硫化水素に変換する反応よりも優位になる、前記第1の温度よりも低い第2の温度になるように構成されていてもよい。 In the hydrogen generator according to the present invention, the first catalyst layer and the second catalyst layer have a catalyst species having a function of converting the sulfur compound into the hydrogen sulfide and a function of adsorbing the hydrogen sulfide. Due to heat transfer from the hydrogen-containing gas, the first catalyst layer has a first temperature at which the reaction for converting it to hydrogen sulfide becomes superior to the reaction for adsorbing hydrogen sulfide, and the second catalyst layer receives hydrogen sulfide. The adsorbing reaction may be configured to be a second temperature lower than the first temperature, which is superior to the reaction converting the sulfur compound into hydrogen sulfide.
また、本発明に係る水素生成装置では、前記第2触媒層は、高温吸着触媒層と低温吸着触媒層を有し、前記水素含有ガスにより前記高温吸着触媒層及び低温吸着触媒層の順で加熱されるように配設されていてもよい。 In the hydrogen generator according to the present invention, the second catalyst layer includes a high temperature adsorption catalyst layer and a low temperature adsorption catalyst layer, and the high temperature adsorption catalyst layer and the low temperature adsorption catalyst layer are heated in this order by the hydrogen-containing gas. It may be arranged as described.
また、本発明に係る水素生成装置では、前記高温吸着触媒層は前記第1触媒層と隣接して配設され、前記低温吸着触媒層は前記高温吸着触媒層と空間を挟んで配設されていてもよい。 In the hydrogen generator according to the present invention, the high-temperature adsorption catalyst layer is disposed adjacent to the first catalyst layer, and the low-temperature adsorption catalyst layer is disposed with a space between the high-temperature adsorption catalyst layer. May be.
また、本発明に係る水素生成装置では、前記改質器に流入する前の原料ガス及び水蒸気の混合ガスが通流する混合ガス流路を備え、前記第2触媒層の少なくとも一部は、前記水素含有ガス流路の隔壁を介して前記混合ガス流路と隣接する部分を通流する前記水素含有ガスにより加熱されるように構成されていてもよい。 Further, the hydrogen generator according to the present invention includes a mixed gas passage through which a mixed gas of the raw material gas and water vapor before flowing into the reformer flows, and at least a part of the second catalyst layer is You may be comprised so that it may be heated with the said hydrogen containing gas which flows through the part adjacent to the said mixed gas flow path through the partition of a hydrogen containing gas flow path.
また、本発明に係る水素生成装置では、前記水添脱硫器と前記水素含有ガス流路を形成する隔壁との間に伝熱緩和部が設けられていてもよい。 Moreover, in the hydrogen generator according to the present invention, a heat transfer relaxation portion may be provided between the hydrodesulfurizer and the partition wall forming the hydrogen-containing gas flow path.
また、本発明に係る水素生成装置では、前記伝熱緩和部が、断熱材及び空気溜まり部のいずれかで構成されていてもよい。 Moreover, in the hydrogen generator according to the present invention, the heat transfer relaxation portion may be configured by either a heat insulating material or an air reservoir.
また、本発明に係る水素生成装置では、前記改質器から送出された前記水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するCu−Zn系触媒を有する変成器を備え、前記第2触媒層は、前記Cu−Zn系触媒を有し、前記水添脱硫器は、前記第2触媒層が前記変成器の近傍に位置するように構成されていてもよい。 The hydrogen generator according to the present invention further includes a shifter having a Cu—Zn-based catalyst for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas sent from the reformer by a shift reaction, and the second catalyst. The layer may include the Cu—Zn-based catalyst, and the hydrodesulfurizer may be configured such that the second catalyst layer is located in the vicinity of the shift converter.
さらに、本発明に係る水素生成装置では、前記改質器から送出された前記水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するCu−Zn系触媒を有する変成器を備え、前記低温吸着触媒層は、前記Cu−Zn系触媒を有し、前記水添脱硫器は、前記低温吸着触媒層が前記変成器の近傍に位置するように構成されていてもよい。 The hydrogen generator according to the present invention further includes a shifter having a Cu-Zn-based catalyst that reduces carbon monoxide in the hydrogen-containing gas sent from the reformer by a shift reaction, and the low-temperature adsorption catalyst. The layer may include the Cu—Zn-based catalyst, and the hydrodesulfurizer may be configured such that the low-temperature adsorption catalyst layer is positioned in the vicinity of the shift converter.
また、本発明に係る燃料電池システムは、前記水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える。 The fuel cell system according to the present invention includes the hydrogen generation device and a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generation device.
本構成によって、水素含有ガスの伝熱により、水添脱硫器の第1触媒層を高温、第2触媒層を低温に容易に保つことが可能となり、改質器の熱利用性を向上させることが可能となる。 With this configuration, it is possible to easily keep the first catalyst layer of the hydrodesulfurizer at a high temperature and the second catalyst layer at a low temperature by heat transfer of the hydrogen-containing gas, and improve the heat utilization of the reformer. Is possible.
本発明の水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムによれば、水添脱硫器の加熱に関して、改質器の保有熱の熱利用性が向上し、従来よりも簡易な構成で、容易に水添脱硫器を適温に保つことが可能となる。 According to the hydrogen generator of the present invention and the fuel cell system including the hydrogen generator, the heat utilization of the retained heat of the reformer is improved with respect to the heating of the hydrodesulfurizer, and the water can be easily and easily configured with a simpler configuration than before. It is possible to keep the addition desulfurizer at an appropriate temperature.
以下、本発明の実施の形態を、具体的に図面を参照しながら例示する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be exemplified with reference to the drawings. In all the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, in all the drawings, only components necessary for explaining the present invention are extracted and illustrated, and other components are not illustrated. Furthermore, the present invention is not limited to the following embodiment.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る水素生成装置は、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を硫化水素に変換するように構成された第1触媒層と硫化水素を吸着するように構成された第2触媒層を有する水添脱硫器と、水添脱硫器を通過した原料ガスを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、改質器に隔壁を介して隣接するように配設され、改質器より送出された水素含有ガスが通流する水素含有ガス流路と、を備え、水添脱硫器は、水素含有ガス流路を通流する水素含有ガスにより第1触媒層及び第2触媒層の順に加熱されるよう構成されている態様を例示するものである。
(Embodiment 1)
The hydrogen generator according to Embodiment 1 of the present invention includes a first catalyst layer configured to convert a sulfur compound contained in a raw material gas into hydrogen sulfide, and a second catalyst configured to adsorb hydrogen sulfide. A hydrodesulfurizer having a catalyst layer, a reformer that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using the raw material gas that has passed through the hydrodesulfurizer, and a reformer that is adjacent to the reformer via a partition wall. A hydrogen-containing gas flow path through which a hydrogen-containing gas sent from the reformer flows, and the hydrodesulfurizer includes a first catalyst layer formed by the hydrogen-containing gas flowing through the hydrogen-containing gas flow path. And the aspect comprised so that it may heat in order of a 2nd catalyst layer is illustrated.
[水素生成装置の構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
[Configuration of hydrogen generator]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of the hydrogen generator according to Embodiment 1 of the present invention.
図1に示すように、本発明の実施の形態1に係る水素生成装置101は、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を硫化水素に変換するように構成された第1触媒層11と硫化水素を吸着するように構成された第2触媒層12を有する水添脱硫器51と、水添脱硫器51を通過した原料ガスを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器52と、改質器52に隔壁53(図5参照)を介して隣接するように配設された水素含有ガス流路54と、を備えている。また、水添脱硫器51は、水素含有ガス流路54を通流する水素含有ガスにより第1触媒層11及び第2触媒層12の順に加熱されるように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
ここで、原料ガスとしては、原料由来の硫黄分のほかに、漏洩検知の目的でサルファイド類、メルカプタン類等の硫黄化合物が付臭剤として添加されている、メタンを主成分とする都市ガス(天然ガス)やLPガスを用いることができる。 Here, as the source gas, in addition to the sulfur content derived from the source material, sulfur gas such as sulfides and mercaptans is added as an odorant for the purpose of leakage detection, and a city gas mainly composed of methane ( Natural gas) or LP gas can be used.
また、水素生成装置101は、筐体50を有している。該筐体50内には、改質器52、水素含有ガス流路54、燃焼器55、及び混合ガス流路56が配置されている。また、筐体50の外部には、水添脱硫器51が配置されている。
Further, the
水添脱硫器51には、原料ガス供給路71を介して原料ガス供給器102が接続されている。原料ガス供給路71の上流端は、都市ガス等のガスインフラに接続されていて、その下流端は、混合ガス流路56に接続されている。また、原料ガス供給路71の原料ガス供給器102よりも上流側の途中には、水素ガス経路73が接続されていて、水添脱硫器51に原料ガスとともに水素が供給されるように構成されている。すなわち、原料ガス供給路71の途中には、水素ガス経路73、原料ガス供給器102、及び水添脱硫器51が、この順で配設されている。
A raw material
原料ガス供給器102は、水添脱硫器51にその流量を調整しながら原料ガスを供給するように構成されている。原料ガス供給器102としては、例えば、流量調整弁単体で構成されていてもよく、また、ブースターポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。
The raw material
また、水添脱硫器51の第1触媒層11は、水添脱硫器51内における原料ガスの流れ方向において、第2触媒層12よりも上流側に位置するように配置されている。本実施の形態1においては、第1触媒層11は、第2触媒層12よりも下方に位置するように配置されている。
Further, the
そして、水添脱硫器51と改質器52は、水素含有ガス流路54を挟むように配設されている。上述したように、水素含有ガス流路54を通流する水素含有ガスにより第1触媒層11及び第2触媒層12の順に加熱されるように構成されている。すなわち、第1触媒層11は、第2触媒層12よりも水素含有ガス流路54の上流側に位置するように配置されている。このため、第1触媒層11は、第2触媒層12よりも高温になり、本実施の形態1においては、第1触媒層11は、250〜400℃、好ましくは、300〜350℃になるように構成され、第2触媒層12は、200〜300℃、好ましくは、230〜260℃になるように構成されている。
The
第1触媒層11に含まれる触媒は、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を硫化水素に変換する機能を有すれば、どの様な種類の触媒を用いてもよい。第1触媒層11に含まれる触媒としては、例えば、Co−Mo系触媒やNi−Mo系触媒等が挙げられる。また、第1触媒層11に含まれる触媒は、単一の種類の触媒を用いてもよく、複数の種類の触媒を用いてもよい。
Any type of catalyst may be used as the catalyst contained in the
同様に、第2触媒層12に含まれる触媒は、硫化水素を吸着する機能を有すれば、どの様な種類の触媒を用いてもよい。第2触媒層12に含まれる触媒としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)、Ni系触媒、Fe系触媒、Cu−Zn系触媒やNi−Zn系触媒等が挙げられる。また、第2触媒層12に含まれる触媒は、単一の種類の触媒を用いてもよく、複数の種類の触媒を用いてもよい。
Similarly, any type of catalyst may be used as the catalyst contained in the
さらに、第1触媒層11に含まれる触媒と第2触媒層12に含まれる触媒は、同じ触媒種を用いてもよい。ここで、触媒種とは、単一の種類の触媒だけでなく、複数の種類の触媒群で構成される態様をも含む意味である。なお、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と硫化水素を吸着する機能の両方の機能を有する触媒としては、例えば、Cu−Zn−Ni系触媒やCu−Zn−Fe系触媒が挙げられる。なお、これらの触媒は、相対的に温度が高いと、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能を発揮し、相対的に温度が低いと、硫化水素を吸着する機能を発揮する。
Furthermore, the same catalyst species may be used for the catalyst contained in the
そして、これらの触媒のうち、一方の触媒を第1触媒層11及び第2触媒層12に用いてもよく、両方の触媒を第1触媒層11及び第2触媒層12に用いてもよい。また、第1触媒層11及び第2触媒層12は、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能を有するCo−Mo系触媒やNi−Mo系触媒と、硫化水素を吸着する機能を有する酸化亜鉛(ZnO)、Ni系触媒やFe系触媒と、をそれぞれ含むように構成してもよい。
Of these catalysts, one catalyst may be used for the
この場合、上述したように、水素含有ガスからの伝熱により、第1触媒層11の方が第2触媒層12よりも温度が高くなり、第1触媒層11は硫化水素に変換する反応が硫化水素を吸着する反応よりも優位になる第1の温度になり、第2触媒層12は硫化水素を吸着する反応が硫黄化合物を硫化水素に変換する反応よりも優位になる、第1の温度よりも低い第2の温度になる。このため、第1触媒層11では、硫黄化合物が硫化水素に変換され、第2触媒層12では、硫化水素が吸着される。
In this case, as described above, due to heat transfer from the hydrogen-containing gas, the temperature of the
また、水添脱硫器51には、原料ガス供給路71(正確には、原料ガス供給路71及び混合ガス流路56)を介して、改質器52が接続されている。これにより、水添脱硫器51で脱硫された原料ガスが、改質器52に供給される。
A
改質器52には、水供給路72及び混合ガス流路56を介して水供給器103が接続されている。水供給器103としては、流量を調整しながら水を供給し、水の供給を遮断することができればどの様な形態であってもよく、例えば、流量調整弁単体で構成されていてもよく、また、ポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。なお、改質器52に供給される水は、後述する燃焼器55で生成された燃焼排ガスの伝熱により加熱されて水蒸気として供給される。
A
なお、本実施の形態では、上記混合ガス流路56を備える形態を示したが、原料ガス供給路71及び水供給路72が合流せず、直接改質器52と接続する形態であっても構わない。なお、この場合、筐体50内の水供給路72の少なくとも一部が、燃焼排ガス経路75により加熱されるよう構成され、蒸発器(図示せず)として機能する。
In the present embodiment, the configuration including the mixed
改質器52は、改質触媒を有している。改質触媒としては、例えば、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒することができれば、どの様な物質を使用してもよく、例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム(Ru)を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル(Ni)を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。そして、改質器52では、水添脱硫器51で脱硫された原料ガスと水供給器103から供給された水(水蒸気)との改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、水素含有ガス流路54及び水素含有ガス供給路76を介して、水素利用機器(例えば、燃料電池や水素貯蔵タンク)100に供給される。
The
水素含有ガス流路54は、本実施の形態1においては、折り返すように形成されている。より詳しくは、水素含有ガス流路54は、改質器52の下端から下方に延びて、そこから、改質器52に沿って上方に延びるように形成されている。また、水素含有ガス流路54は、該水素含有ガス流路54を構成する隔壁を介して、混合ガス流路56に隣接するとともに、第2触媒層12の少なくとも一部を加熱するように構成された部分54aを備えている。換言すれば、第2触媒層12の少なくとも一部は、部分54aを挟んで、混合ガス流路56と対向するように配置されている。これにより、第2触媒層12をより適温に保つことが可能となる。
The hydrogen-containing
なお、本実施の形態1においては、第2触媒層12の少なくとも一部が、水素含有ガス流路54の部分54aを通流する水素含有ガスによって加熱される形態としたが、これに限定されず、第2触媒層12全体が、水素含有ガス流路54の部分54aを通流する水素含有ガスによって加熱される形態を採用してもよい。
In the first embodiment, at least a part of the
水素含有ガス供給路76の途中には、水素ガス経路73の上流端が接続されている。なお、水素ガス経路73の途中には、改質器52で生成された水素含有ガス中の水蒸気を除去するための水分除去器(図示せず)が設けられていてもよい。水分除去器104は、水素ガス経路73を通流する水素含有ガス中の水蒸気を除去することができれば、どの様な態様であってもよく、例えば、シリカゲル等で水蒸気を吸着して除去してもよく、また、水蒸気を凝縮して除去してもよい。
In the middle of the hydrogen-containing
また、水素生成装置101は、燃焼器55を有している。燃焼器55には、燃焼用燃料(例えば、原料ガスや改質器52から排出された水素含有ガス)と燃焼用空気が供給され、これらが燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、改質器52等を加熱した後、燃焼排ガス経路75を通流して水素生成装置101外に排出される。
In addition, the
さらに、水素生成装置101は、制御器120を有している。制御器120は、水素生成装置101を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよく、例えば、マイクロプロセッサ、CPU等で構成することができる。なお、制御器120は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して水素生成装置101の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器120は、マイクロプロセッサ、CPU等に例示される演算処理部だけでなく、メモリー等からなる記憶部及び計時部を有していてもよい。
Furthermore, the
[水素生成装置の動作]
次に、本実施の形態1に係る水素生成装置101の動作(水素生成装置101の水素生成動作)について、図1を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御器120が制御することによって行われる。
[Operation of hydrogen generator]
Next, the operation of the
まず、燃焼器55に燃焼用燃料と燃焼用空気が供給され、これらが燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路75を通流する間に、改質器52及び混合ガス流路56を加熱して、水素生成装置101外に排出される。燃焼排ガスによって加熱された改質器52は、その伝熱により、隔壁53を介して隣接するように配設された水素含有ガス流路54を加熱する。加熱された水素含有ガス流路54は、その伝熱により、水添脱硫器51の第1触媒層11及び第2触媒層12を加熱する。
First, combustion fuel and combustion air are supplied to the
このように、本実施の形態1に係る水素生成装置101では、燃焼器55で生成された燃焼排ガスの熱を、改質器52、水素含有ガス流路54、及び水添脱硫器51を加熱することに利用することで、熱効率を向上している。なお、水素生成装置101の起動時に、第1触媒層11及び第2触媒層12の加熱が充分でない場合には、例えば、水添脱硫器51の周囲に電気ヒータ等の加熱器を設け、加熱器により、第1触媒層11を第1の温度にまで加熱し、第2触媒層12を第1の温度よりも低い温度である第2の温度まで加熱するように構成してもよい。
As described above, in the
次に、原料ガス供給器102から原料ガス供給路71を介して、水添脱硫器51に原料ガスが供給される。このとき、図示されない原料ガス供給路71のバイパス経路に設けられた常温吸着脱硫器に、原料ガスが供給され、原料ガス中に硫黄化合物が除去される。水添脱硫器51に供給された原料ガスは、第1触媒層11及び第2触媒層12の順に水添脱硫器51内を通流する。そして、第1触媒層11を通流する間に、原料ガス中に含まれる硫黄化合物は、第1触媒層11内に配置された触媒により、水素と反応して硫化水素に変換される。第1触媒層11で変換された硫化水素は、第2触媒層12に供給され、第2触媒層12内に配置された触媒により吸着されて、原料ガス中から除去される。このようにして、原料ガス中の硫黄化合物は脱硫される。
Next, the raw material gas is supplied from the raw material
脱硫された原料ガス(以下、脱硫後原料ガス)は、原料ガス供給路71を通流して、混合ガス流路56に供給される。また、混合ガス流路56には、水供給器103から水供給路72を介して水が供給される。混合ガス流路56に供給された脱硫後原料ガスと水は、それぞれ、燃焼排ガス経路75を通流する燃焼排ガスにより加熱されて、改質器52に供給される。なお、混合ガス流路56に供給された水は、燃焼排ガスの伝熱により、気化されて水蒸気になる。
The desulfurized source gas (hereinafter referred to as “desulfurized source gas”) is supplied to the
改質器52に供給された脱硫後原料ガスと水蒸気は改質反応して、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、水素含有ガス流路54を通流する。このとき、水素含有ガスからの伝熱により、第1触媒層11が加熱され、その後、第2触媒層12が加熱される。これにより、水添脱硫器51の第1触媒層11は、第2触媒層12よりも高い温度に容易に維持され、第1触媒層11を第1の温度に維持し、第2触媒層12を第1の温度よりも低い第2の温度に維持することが容易にできる。
The raw material gas after desulfurization and water vapor supplied to the
水素含有ガス流路54を通流した水素含有ガスは、水素含有ガス供給路76を通流して水素利用機器100に供給される。また、水素含有ガス供給路76を通流する水素含有ガスの一部は、水素ガス経路73を通流して、原料ガス供給路71から水添脱硫器51に供給される。なお、水素ガス経路73を通流する水素含有ガスは、水分除去器104で水蒸気を除去される。
The hydrogen-containing gas that has flowed through the hydrogen-containing
このように、本実施の形態1に係る水素生成装置101では、燃焼器55で生成された燃焼排ガスの熱により、改質器52を加熱し、改質器52が保有する熱を、水素含有ガス流路54、ひいては水添脱硫器51を加熱することに利用することで、熱効率を向上させることができる。また、本実施の形態1に係る水素生成装置101では、水添脱硫器51の第1触媒層11及び第2触媒層12の順で、水素含有ガス流路54を通流する水素含有ガスからの伝熱で加熱することで、第1触媒層11の方が第2触媒層12よりも高温に保つことが容易にでき、さらに、第1触媒層11を第1の温度に維持し、第2触媒層12を第1の温度よりも低い第2の温度に維持することが容易にできる。
As described above, in the
さらに、本実施の形態1に係る水素生成装置101では、混合ガス流路56を通流する原料ガスや水蒸気と、水素含有ガス流路54の部分54aを通流する水素含有ガスが、熱交換することにより、水素含有ガス流路54の部分54aを通流する水素含有ガスの温度が低下する。このため、水添脱硫器51の第2触媒層12を加熱し過ぎることなく、第2触媒層12の温度を第2の温度に維持することがさらに容易となる。
Furthermore, in the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る水素生成装置は、第2触媒層は、高温吸着触媒層と低温吸着触媒層を有し、水素含有ガスにより高温吸着触媒層及び低温吸着触媒層の順で加熱されるように配設されている態様を例示するものである。
(Embodiment 2)
In the hydrogen generator according to
図2は、本発明の実施の形態2に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of the hydrogen generator according to
図2に示すように、本発明の実施の形態2に係る水素生成装置101は、実施の形態1に係る水素生成装置101と基本的構成は同じであるが、第2触媒層12が、高温吸着触媒層12Aと低温吸着触媒層12Bを有している点が異なる。具体的には、水添脱硫器51内における原料ガスの流れ方向において、高温吸着触媒層12Aは、低温吸着触媒層12Bよりも上流側に位置するように配置されている。本実施の形態2においては、高温吸着触媒層12Aは、低温吸着触媒層12Bよりも下方に位置するように配置されている。
As shown in FIG. 2, the
そして、水素含有ガス流路54を通流する水素含有ガスにより高温吸着触媒層12A及び低温吸着触媒層12Bの順に加熱されるように構成されている。すなわち、高温吸着触媒層12Aは、低温吸着触媒層12Bよりも水素含有ガス流路54の上流側に位置するように配置されている。これにより、高温吸着触媒層12Aは、低温吸着触媒層12Bに比べて、高温に保つことができる。なお、高温吸着触媒層12Aに含まれる触媒としては、酸化亜鉛(ZnO)触媒、Ni系触媒やFe系触媒を用いることができる。また、低温吸着触媒層12Bに含まれる触媒としては、Cu−Zn系触媒やNi−Zn系触媒を用いることができる。
The high temperature
また、本実施の形態2においては、高温吸着触媒層12Aと第1触媒層11は隣接して配設されている。このため、第1触媒層11が保持する熱が、高温吸着触媒層12Aに直接伝わるため、高温吸着触媒層12Aの温度と第1触媒層11の温度を同程度にすることができる。
In the second embodiment, the high temperature
一方、高温吸着触媒層12Aと低温吸着触媒層12Bは、空間を挟んで配設されている。ここで、空間を挟んでとは、高温吸着触媒層12Aと低温吸着触媒層12Bとの間に、熱伝導媒体等の物体が配置されていない状態、すなわち、高温吸着触媒層12Aと低温吸着触媒層12Bとの間は、空隙であることをいう。このため、高温吸着触媒層12Aから低温吸着触媒層12Bへの熱の伝達は、空間を介して行われるため、低温吸着触媒層12Bは、高温吸着触媒層12Aよりも低温になる。
On the other hand, the high temperature
このようにして、本実施の形態2においては、高温吸着触媒層12Aの温度は、250〜400℃、好ましくは、300〜350℃になるように構成され、低温吸着触媒層12Bは、200〜300℃、好ましくは、230〜260℃になるように構成される。
Thus, in the second embodiment, the temperature of the high temperature
このように構成された本実施の形態2に係る水素生成装置101であっても、実施の形態1に係る水素生成装置101と同様の作用効果を奏する。
Even the
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係る水素生成装置は、水添脱硫器と水素含有ガス流路を形成する隔壁との間に伝熱緩和部が設けられている態様を例示するものである。
(Embodiment 3)
The hydrogen generator according to Embodiment 3 of the present invention exemplifies a mode in which a heat transfer relaxation portion is provided between a hydrodesulfurizer and a partition wall that forms a hydrogen-containing gas flow path.
図3は、本発明の実施の形態3に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of the hydrogen generator according to Embodiment 3 of the present invention.
図3に示すように、本実施の形態3に係る水素生成装置101は、実施の形態1に係る水素生成装置101と基本的構成は同じであるが、水添脱硫器51と水素含有ガス流路54を形成する隔壁53(図5参照)との間に伝熱緩和部57が設けられている点が異なる。伝熱緩和部57としては、例えば、水添脱硫器51と隔壁53との間に断熱材を配置してもよい。断熱材としては、例えば、シリカ、チタニア、及びアルミナ、もしくはこれらの混合物を含む断熱材やグラスウールを含む断熱材等が例示される。また、伝熱緩和部57としては、水添脱硫器51と隔壁53との間を空気が溜まるように空間(空隙)にした空気溜まり部としてもよい。
As shown in FIG. 3, the
このように構成された本実施の形態3に係る水素生成装置101であっても、実施の形態1に係る水素生成装置101と同様の作用効果を奏する。
Even the
また、本実施の形態3に係る水素生成装置101では、伝熱緩和部57を設けることで、水素含有ガス流路54を通流する水素含有ガスの温度が高くなりすぎたような場合に、伝熱緩和部57により、水添脱硫器51の第1触媒層11や第2触媒層12に伝達される熱量が緩和され、第1触媒層11及び第2触媒層12の温度を適温に保つことができる。
Further, in the
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4に係る水素生成装置は、変成器を備え、水添脱硫器は、第2触媒層が変成器の近傍に位置するように構成されている態様を例示するものである。
(Embodiment 4)
The hydrogen generator according to Embodiment 4 of the present invention includes a shifter, and the hydrodesulfurizer exemplifies an aspect in which the second catalyst layer is configured in the vicinity of the shifter. .
図4は、本発明の実施の形態4に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of the hydrogen generator according to Embodiment 4 of the present invention.
図4に示すように、本実施の形態4に係る水素生成装置101は、実施の形態1に係る水素生成装置101と基本的構成は同じであるが、変成器58を備え、水添脱硫器51の第2触媒層12が、変成器58の近傍に位置するように配置されている点が異なる。具体的には、変成器58は、水素含有ガス流路54の途中に設けられていて、混合ガス流路56の近傍に位置するように配置されている。また、変成器58は、水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するCu−Zn系触媒を有している。水添脱硫器51の第2触媒層12も同様に、本実施の形態4においては、Cu−Zn系触媒を有している。
As shown in FIG. 4, the
そして、第2触媒層12が、変成器58の近傍に位置するように配置されているため、それぞれが有する熱の伝達により、第2触媒層12と変成器58は、同程度の温度帯(例えば、それぞれの差が±10℃)にすることができる。
And since the
さらに、変成器58が混合ガス流路56近傍に位置するように配置されているため、混合ガス流路56を通流する原料ガスや水蒸気と熱交換することができる。このため、本実施の形態4においては、改質器52に供給する水蒸気と原料ガスの比率(S/C)を変化させたり、燃焼器55に供給する燃焼用空気の供給量を変化させたりすることで、変成器58の温度をコントロールすることができる。これにより、変成器58、ひいては、第2触媒層12の温度をコントロールすることができる。なお、第2触媒層12と変成器58は、第2の温度、すなわち、200〜300℃、好ましくは、230〜260℃になるように制御されている。
Furthermore, since the
このように構成された本実施の形態4に係る水素生成装置101は、実施の形態1に係る水素生成装置101と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態4に係る水素生成装置101では、変成器58の温度を制御することで、水添脱硫器51の第2触媒層12の温度も制御することができ、第2触媒層12をより安定して第2の温度に維持することができる。
The
(実施の形態5)
本発明の実施の形態5に係る水素生成装置は、変成器を備え、水添脱硫器は第2触媒層の低温吸着触媒層が変成器の近傍に位置するように構成されている態様を例示するものである。
(Embodiment 5)
The hydrogen generator according to Embodiment 5 of the present invention includes a shifter, and the hydrodesulfurizer is illustrated as an example in which the low-temperature adsorption catalyst layer of the second catalyst layer is positioned in the vicinity of the shifter. To do.
図5は、本発明の実施の形態5に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。なお、図5においては、水素生成装置の筐体内部の構成を模式的に示し、筐体における上下方向を図における上下方向として表している。以下、本発明の実施の形態5に係る水素生成装置101における筐体50内部の具体的構成について、図5を参照しながら説明し、その他の構成については、実施の形態1に係る水素生成装置101と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a hydrogen generator according to Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 5, the configuration inside the housing of the hydrogen generator is schematically shown, and the vertical direction in the housing is represented as the vertical direction in the drawing. Hereinafter, a specific configuration inside the
図5に示すように、筐体50は、段付円筒状に形成されている。また、筐体50の内部には、該筐体50の中心軸Cを共有する外筒61、内筒62、及び輻射筒63を有している。輻射筒63の内部には、燃焼器55が配置されている。内筒62と輻射筒63との間に形成された筒状の空間が、燃焼排ガス流路75aを構成する。これにより、燃焼器55で生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路75a通流し、その間に、混合ガス流路56を通流する原料ガスや水蒸気を加熱する。また、燃焼排ガス流路75aを通流した燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路75から水素生成装置101外に排出される。
As shown in FIG. 5, the
外筒61と内筒62との間に形成された筒状空間の上部が、混合ガス流路56を構成し、該混合ガス流路56には、原料ガス供給路71及び水供給路72が接続されている。また、外筒61と内筒62との間に形成された筒状空間の下部には、改質触媒が充填されていて、改質器52を構成する。 また、外筒61の下端と筐体50の底面との間には、間隙が設けられていて、外筒61と内筒62との間に形成された筒状空間における改質器52の下端と筐体50の底面との間の空間と、筐体50と外筒61の間の筒状空間が、水素含有ガス流路54を構成する。すなわち、外筒61を構成する壁の一部が、隔壁53を構成する。また、筐体50と外筒61の間の筒状空間のうち、筐体50の段部によって構成される部分には、変成器58及びCO除去器59が設けられている。
The upper part of the cylindrical space formed between the
変成器58は、水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するCu−Zn系触媒を有している。また、CO除去器59は、水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化反応により低減するRu系触媒を有している。変成器58とCO除去器59の間には、空間が設けられていて、当該空間には、選択酸化反応に用いる酸素(空気)を供給するための空気供給器105が、空気供給経路77を介して接続されている。これにより、空気供給器105から空気供給経路77を介して供給された空気が水素含有ガスと混合されて、CO除去器59に供給される。
The
なお、本実施の形態5においては、CO除去器59は、選択酸化反応により一酸化炭素を低減したが、これに限定されず、水素含有ガス中の一酸化炭素をメタン化反応により低減有してもよい。この場合、酸素は不要となるため、空気供給器105及び空気供給経路77を設けなくてもよい。さらに、CO除去器59(空気供給経路77及び空気供給器105を含む)を設けない形態を採用してもよい。
In the fifth embodiment, the
筐体50の段部の下部には、伝熱緩和部57を介して、水添脱硫器51が設けられている。水添脱硫器51は、第1触媒層11と第2触媒層12を有していて、第2触媒層12は、高温吸着触媒層12Aと低温吸着触媒層12Bを有している。第1触媒層11と高温吸着触媒層12Aは、隣接するように配置されていて、低温吸着触媒層12Bは、変成器58の近傍に位置するように設けられている。また、高温吸着触媒層12Aと低温吸着触媒層12Bは、空間を挟んで配設されている。これにより、高温吸着触媒層12Aの温度と第1触媒層11の温度を同程度にすることができる。また、低温吸着触媒層12Bの温度と変成器58の温度を同程度にすることができる。
A
なお、高温吸着触媒層12Aに含まれる触媒としては、酸化亜鉛(ZnO)触媒、Ni系触媒やFe系触媒を用いることができる。また、低温吸着触媒層12Bに含まれる触媒としては、Cu−Zn系触媒やNi−Zn系触媒を用いることができる。
In addition, as a catalyst contained in the high temperature
このように構成された本実施の形態5に係る水素生成装置101であっても、実施の形態1に係る水素生成装置101と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態5に係る水素生成装置101では、伝熱緩和部57が設けられているため、実施の形態2と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態5に係る水素生成装置101では、第1触媒層11と高温吸着触媒層12Aが隣接するように配設され、高温吸着触媒層12Aと低温吸着触媒層12Bが空間を挟んで配設されているため、実施の形態3と同様の作用効果を奏する。
Even the
さらに、本実施の形態5に係る水素生成装置101では、低温吸着触媒層12Bが変成器58の近傍に位置するように配置しているため、変成器58の温度を制御することで、低温吸着触媒層12Bの温度も制御することができ、低温吸着触媒層12Bをより安定して第2の温度に維持することができる。
Further, in the
なお、本実施の形態5においては、水添脱硫器51に供給する水素として、CO除去器59で一酸化炭素を低減された水素含有ガスを供給する形態を採用したが、これに限定されず、変成器58で一酸化炭素を低減された水素含有ガスを供給する形態を採用してもよい。具体的には、変成器58とCO除去器59の間の空間に、水素ガス経路73の上流端が接続すればよい。これにより、変成器58で一酸化炭素を低減された水素含有ガスが、水素ガス経路73及び原料ガス供給路71を介して水添脱硫器51の第1触媒層11に供給される。
In the fifth embodiment, as the hydrogen supplied to the
(実施の形態6)
本発明の実施の形態6に係る燃料電池システムは、実施の形態5に係る水素生成装置と、水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える態様を例示するものである。
(Embodiment 6)
The fuel cell system according to Embodiment 6 of the present invention exemplifies an aspect including the hydrogen generator according to Embodiment 5 and a fuel cell that generates power using the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator. Is.
[燃料電池システムの構成]
図6は、本発明の実施の形態6に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
[Configuration of fuel cell system]
FIG. 6 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of the fuel cell system according to Embodiment 6 of the present invention.
図6に示すように、本発明の実施の形態6に係る燃料電池システム200は、実施の形態1に係る燃料電池100、水素生成装置101、酸化剤ガス供給器106、及び制御器120を備えている。なお、制御器120は、水素生成装置101を構成する各機器だけでなく、燃料電池システム200を構成する各機器を制御するように構成されている。
As shown in FIG. 6, the
燃料電池100は、アノード100Aとカソード100Bを有している。また、燃料電池100には、アノード100Aに水素含有ガスを供給するためのアノードガス流路10Aと、カソード100Bに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路10Bが設けられている。なお、燃料電池100の構成は、一般的な燃料電池と同様であるため、その詳細な説明は、省略する。また、燃料電池100としては、高分子電解質形燃料電池やリン酸形燃料電池等の各燃料電池を使用することができる。
The
燃料電池100のアノードガス流路10Aの入口には、水素含有ガス供給路76を介して、水素生成装置101が接続されていて、アノードガス流路10Aの出口には、水素含有ガス排出路78を介して、水素生成装置101の燃焼器55が接続されている。また、酸化剤ガス流路10Bの入口には、酸化剤ガス供給路79を介して、酸化剤ガス供給器106が接続されていて、酸化剤ガス流路10Bの出口には、酸化剤ガス排出路80が接続されている。
The
酸化剤ガス供給器106は、燃料電池100の酸化剤ガス流路10Bに酸化剤ガス(空気)の流量を調整して供給することができればどのような形態であってもよく、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を用いることができる。
The oxidant
[燃料電池システムの動作]
次に、図6を参照しながら、本実施の形態6に係る燃料電池システム200の動作について説明する。なお、以下の動作は、制御器120が燃料電池システム200を構成する各機器を制御することにより行われる。
[Operation of fuel cell system]
Next, the operation of the
まず、例えば、予め燃料電池システム200の起動時間になった場合や、使用者が図示されないリモコンを操作して燃料電池システム200の起動処理を指示したような場合に、燃焼器55に燃焼用燃料と燃焼用空気が供給され、これらが燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路75を通流する間に、改質器52及び混合ガス流路56を加熱して、水素生成装置101外に排出される。燃焼排ガスによって加熱された改質器52は、その伝熱により、隔壁53を介して隣接するように配設された水素含有ガス流路54を加熱する。加熱された水素含有ガス流路54は、その伝熱により、水添脱硫器51の第1触媒層11及び第2触媒層12を加熱する。なお、燃焼器55に供給する燃焼用燃料と燃焼用空気は、燃料電池100が、1kW相当の発電条件で、燃焼空気比が1.7となるように制御されている。
First, for example, when the start-up time of the
次に、原料ガス供給器102が作動して、水添脱硫器51に原料ガスが供給される。水添脱硫器51では、原料ガス中の硫黄化合物が第1触媒層11で硫化水素に変換され、変換された硫化水素が第2触媒層12に含まれる触媒に吸着して、脱硫される。脱硫された後の原料ガス(以下、脱硫後原料ガスという)は、原料ガス供給路71を介して混合ガス流路56に供給される。また、混合ガス流路56には、水供給器103から水供給路72を介して水が供給される。混合ガス流路56に供給された水は、気化されて水蒸気となり、加熱された原料ガスとともに改質器52に供給される。なお、改質器52に供給される水蒸気中に含まれる水分子のモル数と原料ガス中に含まれる炭素元素のモル数との比率(S/C)は、3.0となるように制御されている。
Next, the raw material
改質器52では、脱硫後原料ガスと水蒸気が改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、水素含有ガス流路54を通流する。水素含有ガス流路54を通流する間に、水素含有ガスが有する熱が、隔壁53を介して、水添脱硫器51に伝わり、水添脱硫器51の第1触媒層11と第2触媒層12が適温に維持される。また、水素含有ガスに含まれる一酸化炭素は、変成器58及びCO除去器59で低減される。一酸化炭素が低減された水素含有ガス(以下、燃料ガスという)は、水素含有ガス供給路76に供給される。
In the
水素含有ガス供給路76に供給された燃料ガスは、水素含有ガス供給路76を通流して、燃料電池100のアノードガス流路10Aに供給される。また、水素含有ガス供給路76を通流する燃料ガスの一部は、水素ガス経路73を通流して、原料ガス供給路71から水添脱硫器51に供給される。なお、水添脱硫器51に供給される燃料ガスは、原料ガスの2〜10%(水素ガス量で換算)程度になるように制御されていて、本実施の形態6では、3%になるように制御されている。そして、上記運転条件(燃料電池100が、1kW相当の発電条件で、燃焼空気比が1.7、S/Cが3.0、水添脱硫器51に供給される原料ガスに対する水素ガス量が3%)で燃料電池システム200を運転すると、第1触媒層11は、約340℃となり、第2触媒層12は、約250〜330℃となる。
The fuel gas supplied to the hydrogen-containing
また、燃料電池100の酸化剤ガス流路10Bには、酸化剤ガス供給器106から酸化剤ガス供給路79を介して、酸化剤ガス(空気)が供給される。
Further, an oxidant gas (air) is supplied to the oxidant
アノードガス流路10Aに供給された燃料ガスは、アノードガス流路10Aを通流する間にアノード100Aに供給され、酸化剤ガス流路10Bに供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路10Bを通流する間にカソード100Bに供給される。燃料電池100では、アノード100Aに供給された燃料ガスと、カソード100Bに供給された酸化剤ガスと、が電気化学的に反応して、電気が発生する。
The fuel gas supplied to the anode
アノード100Aで未利用の燃料ガスは、オフ燃料ガスとして、水素含有ガス排出路78を通流して、燃焼器55に供給される。燃焼器55に供給されたオフ燃料ガスは、燃焼用燃料として使用される。一方、カソード100Bで未利用の酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガスとして、酸化剤ガス排出路80を通流して、燃料電池システム200外に排出される。
Unused fuel gas at the
このように構成された本実施の形態6に係る燃料電池システム200では、実施の形態5に係る水素生成装置101を備えているため、実施の形態5に係る水素生成装置101と同様の作用効果を奏する。
Since the
なお、本実施の形態6に係る燃料電池システム200では、実施の形態5に係る水素生成装置を備える形態としたが、これに限定されず、実施の形態1〜4に係る水素生成装置のいずれかの水素生成装置を備える形態としてもよい。
In the
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。 From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description is to be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the scope of the invention. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment.
本発明に係る水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムは、改質器の熱利用性を向上し、従来よりも簡易な構成で、水添脱硫器を容易に適温に保つことができるため、燃料電池の分野で有用である。 The hydrogen generator according to the present invention and the fuel cell system including the hydrogen generator improve the heat utilization of the reformer, and can easily keep the hydrodesulfurizer at an appropriate temperature with a simpler configuration than the conventional one. Useful in the field of fuel cells.
10A アノードガス流路
10B 酸化剤ガス流路
11 第1触媒層
12 第2触媒層
12A 高温吸着触媒層
12B 低温吸着触媒層
50 筐体
51 水添脱硫器
52 改質器
53 隔壁
54 水素含有ガス流路
54a 部分
55 燃焼器
56 混合ガス流路
57 伝熱緩和部
58 変成器
59 CO除去器
61 外筒
62 内筒
63 輻射筒
71 原料ガス供給路
72 水供給路
73 水素ガス経路
75 燃焼排ガス経路
75a 燃焼排ガス流路
76 水素含有ガス供給路
77 空気供給経路
78 水素含有ガス排出路
79 酸化剤ガス供給路
80 酸化剤ガス排出路
100 水素利用機器(燃料電池)
100A アノード
100B カソード
101 水素生成装置
102 原料ガス供給器
103 水供給器
105 空気供給器
106 酸化剤ガス供給器
120 制御器
200 燃料電池システム
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記水添脱硫器を通過した原料ガスを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に隔壁を介して隣接するように配設され、前記改質器より送出された前記水素含有ガスが通流する水素含有ガス流路と、を備え、
前記水添脱硫器は、前記水素含有ガス流路を通流する前記水素含有ガスにより前記第1触媒層及び第2触媒層の順に加熱されるよう構成されている、水素生成装置。 A hydrodesulfurizer having a first catalyst layer configured to convert a sulfur compound contained in a raw material gas into hydrogen sulfide, and a second catalyst layer configured to adsorb the hydrogen sulfide;
A reformer that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using the raw material gas that has passed through the hydrodesulfurizer;
A hydrogen-containing gas flow path that is disposed adjacent to the reformer via a partition wall, and through which the hydrogen-containing gas sent from the reformer flows,
The hydrodesulfurizer is configured to be configured to be heated in order of the first catalyst layer and the second catalyst layer by the hydrogen-containing gas flowing through the hydrogen-containing gas flow path.
前記水素含有ガスからの伝熱により、前記第1触媒層は硫化水素に変換する反応が硫化水素を吸着する反応よりも優位になる第1の温度になり、前記第2触媒層は硫化水素を吸着する反応が硫黄化合物を硫化水素に変換する反応よりも優位になる、前記第1の温度よりも低い第2の温度になるように構成されている、請求項1記載の水素生成装置。 The first catalyst layer and the second catalyst layer have a catalyst species having a function of converting the sulfur compound into the hydrogen sulfide and a function of adsorbing the hydrogen sulfide,
Due to heat transfer from the hydrogen-containing gas, the first catalyst layer has a first temperature at which the reaction for converting it to hydrogen sulfide becomes superior to the reaction for adsorbing hydrogen sulfide, and the second catalyst layer receives hydrogen sulfide. The hydrogen generator according to claim 1, wherein the adsorbing reaction is configured to be a second temperature lower than the first temperature, which is superior to a reaction of converting a sulfur compound into hydrogen sulfide.
前記第2触媒層の少なくとも一部は、前記水素含有ガス流路の隔壁を介して前記混合ガス流路と隣接する部分を通流する前記水素含有ガスにより加熱されるように構成されている、請求項1記載の水素生成装置。 A mixed gas flow path through which a mixed gas of raw material gas and water vapor before flowing into the reformer flows,
At least a part of the second catalyst layer is configured to be heated by the hydrogen-containing gas flowing through a portion adjacent to the mixed gas flow path via a partition wall of the hydrogen-containing gas flow path. The hydrogen generator according to claim 1.
前記第2触媒層は、前記Cu−Zn系触媒を有し、
前記水添脱硫器は、前記第2触媒層が前記変成器の近傍に位置するように構成されている、請求項1記載の水素生成装置。 A transformer having a Cu-Zn-based catalyst that reduces carbon monoxide in the hydrogen-containing gas sent from the reformer by a shift reaction;
The second catalyst layer has the Cu-Zn-based catalyst,
The hydrogen generation apparatus according to claim 1, wherein the hydrodesulfurizer is configured such that the second catalyst layer is positioned in the vicinity of the transformer.
前記低温吸着触媒層は、前記Cu−Zn系触媒を有し、前記水添脱硫器は、前記低温吸着触媒層が前記変成器の近傍に位置するように構成されている、請求項5又は6記載の水素生成装置。 A transformer having a Cu-Zn-based catalyst that reduces carbon monoxide in the hydrogen-containing gas sent from the reformer by a shift reaction;
The said low temperature adsorption catalyst layer has the said Cu-Zn type catalyst, and the said hydrodesulfurizer is comprised so that the said low temperature adsorption catalyst layer may be located in the vicinity of the said converter. The hydrogen generator described.
前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える、燃料電池システム。
The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 11,
A fuel cell system comprising: a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010159472A JP2012020898A (en) | 2010-07-14 | 2010-07-14 | Hydrogen generating apparatus and fuel cell system provided with the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010159472A JP2012020898A (en) | 2010-07-14 | 2010-07-14 | Hydrogen generating apparatus and fuel cell system provided with the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012020898A true JP2012020898A (en) | 2012-02-02 |
Family
ID=45775482
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010159472A Pending JP2012020898A (en) | 2010-07-14 | 2010-07-14 | Hydrogen generating apparatus and fuel cell system provided with the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012020898A (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013150798A1 (en) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | パナソニック株式会社 | Hydrogen generator |
JP2014005163A (en) * | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Panasonic Corp | Hydrogen generator |
JP2014101237A (en) * | 2012-11-16 | 2014-06-05 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | Hydrogen production apparatus, and fuel cell system |
WO2014097601A1 (en) * | 2012-12-17 | 2014-06-26 | パナソニック株式会社 | Hydrogen generation device |
WO2014115502A1 (en) * | 2013-01-24 | 2014-07-31 | パナソニック株式会社 | Fuel cell system |
JP2014181151A (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-29 | Panasonic Corp | Hydrogen generator |
JP2014189467A (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Panasonic Corp | Hydrogen generator |
JP2015074601A (en) * | 2013-10-11 | 2015-04-20 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen generator |
JP2018113260A (en) * | 2012-10-25 | 2018-07-19 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Fuel cell system |
JP2021077584A (en) * | 2019-11-13 | 2021-05-20 | 森村Sofcテクノロジー株式会社 | Fuel cell module |
-
2010
- 2010-07-14 JP JP2010159472A patent/JP2012020898A/en active Pending
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013150798A1 (en) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | パナソニック株式会社 | Hydrogen generator |
JP5531168B2 (en) * | 2012-04-05 | 2014-06-25 | パナソニック株式会社 | Hydrogen generator |
JP2014005163A (en) * | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Panasonic Corp | Hydrogen generator |
JP2018113260A (en) * | 2012-10-25 | 2018-07-19 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Fuel cell system |
JP2014101237A (en) * | 2012-11-16 | 2014-06-05 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | Hydrogen production apparatus, and fuel cell system |
WO2014097601A1 (en) * | 2012-12-17 | 2014-06-26 | パナソニック株式会社 | Hydrogen generation device |
JP5884075B2 (en) * | 2013-01-24 | 2016-03-15 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Fuel cell system |
US9966621B2 (en) | 2013-01-24 | 2018-05-08 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Fuel cell system |
WO2014115502A1 (en) * | 2013-01-24 | 2014-07-31 | パナソニック株式会社 | Fuel cell system |
JP2014181151A (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-29 | Panasonic Corp | Hydrogen generator |
JP2014189467A (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Panasonic Corp | Hydrogen generator |
JP2015074601A (en) * | 2013-10-11 | 2015-04-20 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen generator |
JP2021077584A (en) * | 2019-11-13 | 2021-05-20 | 森村Sofcテクノロジー株式会社 | Fuel cell module |
JP7382209B2 (en) | 2019-11-13 | 2023-11-16 | 森村Sofcテクノロジー株式会社 | fuel cell module |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2012020898A (en) | Hydrogen generating apparatus and fuel cell system provided with the same | |
US9112201B2 (en) | Hydrogen production apparatus, fuel cell system and operation method thereof | |
JP5121533B2 (en) | Hydrogen production apparatus and fuel cell system using the same | |
US9527055B2 (en) | Hydrogen generator and fuel cell system | |
JP2012116666A (en) | Hydrogen generating apparatus and fuel cell system provided with the same | |
JP5272183B2 (en) | Fuel cell reformer | |
JP2015135808A (en) | Fuel cell system | |
JP4754242B2 (en) | Hydrogen production apparatus and fuel cell system | |
JP2012240893A (en) | Hydrogen generating apparatus | |
JP5879552B2 (en) | Hydrogen generator, fuel cell system including the same, method of operating hydrogen generator, and method of operating fuel cell system | |
JP5161621B2 (en) | Fuel cell reformer | |
JP4764651B2 (en) | Hydrogen production apparatus and fuel cell system | |
JP2000327304A (en) | Hydrogen generation apparatus | |
JP2012041238A (en) | Hydrogen generator and fuel cell system | |
JP2013032238A (en) | Hydrogen generator and fuel cell system | |
WO2012032744A1 (en) | Fuel cell system | |
JP5938580B2 (en) | Hydrogen generator | |
JP2001115172A (en) | Co-reforming apparatus | |
JP2007200702A (en) | Solid oxide fuel cell and its operating method | |
WO2012029322A1 (en) | Hydrogen generation device and fuel cell system equipped with same | |
JP2013216543A (en) | Hydrogen generator | |
JP6089210B2 (en) | Hydrogen generator | |
JP5461880B2 (en) | Fuel cell reformer | |
JP5423141B2 (en) | Hydrogen generator | |
JP2007149529A (en) | Desulfurizer and fuel-cell power generation system equipped with it |