JP2014105137A - Hydrogen generator and fuel cell system - Google Patents

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友也 竹内
Yuji Mukai
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen generator and a fuel cell system in each of which when a sulfur concentration in a raw material gas is high compared to a conventional one, an increase in a capacity of a desulfurizer can be suppressed.SOLUTION: A hydrogen generator 100 includes: a separator 1 in which a sulfur compound in a raw material gas is subjected to membrane separation; a desulfurizer 2 in which the sulfur compound in the raw material gas that has passed through the separator 1 is removed; a reformer 3 that generates a hydrogen-containing gas using the raw material gas; a burner 4 that burns using the hydrogen inclusion gas; a first gas flow passage 11 in which the raw material gas that has passed through the separator 1 and inflows in the reformer 3 flows; and a second gas flow passage 12 which supplies the sulfur compound separated by the separator 1 to the burner 4, the burner 4 burns the sulfur compound that is supplied through the second gas flow passage 12.

Description

本発明は水素生成装置および燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a hydrogen generator and a fuel cell system.

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る。水素生成装置では、改質反応が一般的に用いられている。水素生成装置は、例えば、原料となる都市ガスと水蒸気とをNi系または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。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燃焼器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 fuel during power generation is not maintained as a general infrastructure. In a hydrogen generator, a reforming reaction is generally used. The hydrogen generator is, for example, a hydrogen containing hydrogen as a main component by reacting a raw city gas and water vapor at a high temperature of about 600 ° C. to 700 ° C. using a Ni-based or Ru-based reforming catalyst. A gas containing is generated. As a method for obtaining thermal energy necessary for the reforming reaction, a method of burning fuel off-gas from the fuel cell in a combustor is common.

ところで、水素生成装置に供給される原料中に、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およびLPガス中には、原料由来の硫黄化合物のほかに、漏洩検知の目的でサルファイド類、メルカプタン類など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、改質反応に繁用されるNi系および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 sulfur compound is contained in the raw material supplied to the hydrogen generator. Specifically, in city gas and LP gas mainly composed of methane, sulfur compounds such as sulfides and mercaptans are added as odorants in addition to sulfur compounds derived from raw materials for the purpose of leakage detection. ing. And it is known that even if the sulfur contained in these sulfur compounds is extremely low in concentration, the activity of Ni-based and Ru-based reforming catalysts frequently used in the reforming reaction is reduced.

このため、都市ガスおよびLPガスのような原料は、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。   For this reason, raw materials such as city gas and LP gas are appropriately desulfurized before being supplied to the hydrogen generator.

脱硫処理の方法としては、常温吸着脱硫および水添脱硫などが知られている(例えば、特許文献1)。常温吸着脱硫では、ゼオライトなどの吸着剤を用い、常温での吸着によって硫黄化合物が除去される。水添脱硫では、硫黄化合物が、水添触媒を用いて300℃〜400℃程度で水素とともに反応させて硫化水素に変換された後、吸着触媒を用いて200℃〜350℃程度で硫化水素が吸着される。   Known methods for desulfurization include room temperature adsorption desulfurization and hydrodesulfurization (for example, Patent Document 1). In room temperature adsorptive desulfurization, an adsorbent such as zeolite is used, and sulfur compounds are removed by adsorption at room temperature. In hydrodesulfurization, a sulfur compound is reacted with hydrogen at about 300 ° C. to 400 ° C. using a hydrogenation catalyst and converted to hydrogen sulfide, and then hydrogen sulfide is converted at about 200 ° C. to 350 ° C. using an adsorption catalyst. Adsorbed.

特開2009−249203号公報JP 2009-249203 A

しかし、上記特許文献1は、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量が増加し、装置の大型化またはコスト増加を招く。   However, in Patent Document 1, when the sulfur concentration in the raw material gas is high, the capacity of the desulfurizer increases, leading to an increase in the size of the apparatus or an increase in cost.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る水素生成装置および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 such circumstances, and provides a hydrogen generator and a fuel cell system capable of suppressing an increase in the capacity of the desulfurizer when the sulfur concentration in the raw material gas is higher than in the conventional case. For the purpose.

上記課題を解決するために、本発明の一態様の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄化合物を膜分離する分離器と、前記分離器を通過した原料ガス中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスを用いて燃焼する燃焼器と、前記分離器を通過した、前記改質器に流入する原料ガスが流れる第1のガス流路と、前記分離器で分離された硫黄化合物を前記燃焼器に供給する第2のガス流路とを備え、前記燃焼器は前記第2のガス流路を介して供給された硫黄化合物を燃焼する。   In order to solve the above problems, a hydrogen generator according to one embodiment of the present invention includes a separator for membrane separation of a sulfur compound in a raw material gas, and a desulfurizer for removing the sulfur compound in the raw material gas that has passed through the separator A reformer that generates a hydrogen-containing gas using a source gas, a combustor that burns using the hydrogen-containing gas, and a first gas that passes through the separator and flows into the reformer flows. 1 gas flow path and a second gas flow path for supplying the sulfur compound separated by the separator to the combustor, and the combustor is supplied via the second gas flow path. Burn sulfur compounds.

本発明の一態様の水素生成装置および燃料電池システムは、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。   The hydrogen generator and fuel cell system of one embodiment of the present invention can suppress an increase in the capacity of the desulfurizer when the sulfur concentration in the raw material gas is higher than in the conventional case.

図1は第1実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the hydrogen generator of the first embodiment. 図2は第2実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of the hydrogen generator of the second embodiment. 図3は第3実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an example of the hydrogen generator of the third embodiment. 図4は第4実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing an example of the hydrogen generator of the fourth embodiment. 図5は第5実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an example of the hydrogen generator of the fifth embodiment. 図6は第7実施形態の燃料電池システムの一例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing an example of the fuel cell system according to the seventh embodiment.

本発明者らは、水素生成装置において、原料ガス中の硫黄濃度が高いときでも、脱硫器の容量の増加を抑制すべく鋭意検討を行い、以下の知見を得た。   The inventors of the present invention have made extensive studies to suppress an increase in the capacity of the desulfurizer even when the sulfur concentration in the raw material gas is high, and have obtained the following knowledge.

常温脱硫方式では、脱硫剤によって吸着および除去できる硫黄量が少ない。よって、本方式では、原料中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加が必要となる。
また、水添脱硫方式においても、原料中の硫黄濃度が高いとき、脱硫器の容量の増加は避けられない。脱硫器の容量が増加すると、装置の大型化またはコスト増加を招く。また、脱硫剤を水添反応に必要な適温状態に保つための脱硫器の温度管理の設計が困難になる。
In the room temperature desulfurization method, the amount of sulfur that can be adsorbed and removed by the desulfurization agent is small. Therefore, in this system, it is necessary to increase the capacity of the desulfurizer when the sulfur concentration in the raw material is high.
Also in the hydrodesulfurization method, when the sulfur concentration in the raw material is high, an increase in the capacity of the desulfurizer is inevitable. When the capacity of the desulfurizer is increased, the size of the apparatus is increased or the cost is increased. In addition, it becomes difficult to design the temperature control of the desulfurizer in order to keep the desulfurizing agent at an appropriate temperature necessary for the hydrogenation reaction.

そこで、予め原料中の硫黄化合物を選択的に分離除去する分離膜と接触させた後、原料を脱硫器に流すようアルコール類から硫黄化合物を分離するという脱硫処理がすでに知られている。   Therefore, a desulfurization process is already known in which a sulfur compound in a raw material is previously brought into contact with a separation membrane that selectively separates and removes the sulfur compound, and then the sulfur compound is separated from alcohols so that the raw material flows into a desulfurizer.

よって、上記の分離膜を用いると、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき、従来に比べ、脱硫器の容量の増加を抑制し得る。   Therefore, when the above separation membrane is used, when the sulfur concentration in the raw material gas is high, an increase in the capacity of the desulfurizer can be suppressed as compared with the conventional case.

以下、実施形態を、図面を参照しながら説明する。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、本実施形態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、その他の構成要素については図示を省略する。   Hereinafter, embodiments will be described 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. In all the drawings, only components necessary for explaining the present embodiment are extracted and shown, and the other components are not shown.

(第1実施形態)
第1実施形態の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄化合物を膜分離する分離器と、分離器を通過した原料ガス中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、水素含有ガスを用いて燃焼する燃焼器と、分離器を通過した、改質器に流入する原料ガスが流れる第1のガス流路と、分離器で分離された硫黄化合物を燃焼器に供給する第2のガス流路とを備え、燃焼器は第2のガス流路を介して供給された硫黄化合物を燃焼する。
(First embodiment)
The hydrogen generator of the first embodiment includes a separator that separates a sulfur compound in a raw material gas, a desulfurizer that removes a sulfur compound in the raw material gas that has passed through the separator, and a hydrogen-containing gas using the raw material gas. Separated by the separator, the combustor that burns using the hydrogen-containing gas, the first gas passage that passes through the separator and flows through the raw material gas that flows into the reformer, and the separator. A second gas flow path for supplying the sulfur compound to the combustor, and the combustor burns the sulfur compound supplied through the second gas flow path.

かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。   With this configuration, it is possible to suppress an increase in the capacity of the desulfurizer when the sulfur concentration in the raw material gas is high as compared with the conventional case.

[装置構成]
図1は、第1実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
[Device configuration]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a hydrogen generator according to the first embodiment.

図1に示す例では、本実施形態の水素生成装置100は、分離器1と、脱硫器2と、改質器3と、燃焼器4と、第1のガス流路11と、第2のガス流路12と、を備える。   In the example shown in FIG. 1, the hydrogen generator 100 of this embodiment includes a separator 1, a desulfurizer 2, a reformer 3, a combustor 4, a first gas flow path 11, and a second A gas flow path 12.

分離器1は、原料ガス中の硫黄化合物を膜分離する。具体的には、分離器1は、原料ガスが流通する原料流路1aと、原料ガス中の硫黄化合物を選択的に透過する分離膜1cと、分離膜1cを透過した硫黄化合物が流れる分離流路1bと、を備える。   The separator 1 performs membrane separation of sulfur compounds in the raw material gas. Specifically, the separator 1 includes a raw material flow path 1a through which a raw material gas flows, a separation membrane 1c that selectively permeates a sulfur compound in the raw material gas, and a separation flow through which a sulfur compound that has permeated the separation membrane 1c flows. And a path 1b.

分離膜1cは、シリコーン膜、ポリイミド膜、ポリアミド膜、ポリスチレン膜、ポリエステル膜またはポリビニルアルコール膜などが使用できる。また、硫黄化合物を含む原料ガスが分離膜と接触できれば、分離膜1cの型式は特に限定されるものではなく、例えば、中空糸型、チューブ型、平膜型または管状型などの分離膜を使用できる。   As the separation membrane 1c, a silicone membrane, a polyimide membrane, a polyamide membrane, a polystyrene membrane, a polyester membrane, a polyvinyl alcohol membrane, or the like can be used. In addition, as long as the source gas containing the sulfur compound can come into contact with the separation membrane, the type of the separation membrane 1c is not particularly limited. For example, a separation membrane such as a hollow fiber type, a tube type, a flat membrane type, or a tubular type is used. it can.

本実施形態では、分離膜1cの入手容易性および硫黄化合物の優れた選択透過性の点から、分離膜1cとして、シリコーン膜が用いられている。また、分離膜1cの型式として、中空糸型が用いられている。   In the present embodiment, a silicone membrane is used as the separation membrane 1c from the viewpoint of easy availability of the separation membrane 1c and excellent selective permeability of sulfur compounds. Further, a hollow fiber type is used as the type of the separation membrane 1c.

なお、本明細書において、シリコーン膜とは、シリコーンからなる分離膜の総称である。同様に、ポリイミド膜とは、ポリイミドからなる分離膜の総称であり、ポリアミド膜とは、ポリアミドからなる分離膜の総称であり、ポリスチレン膜とは、ポリスチレンからなる分離膜の総称であり、ポリエステル膜とは、ポリエステルからなる分離膜の総称であり、ポリビニルアルコール膜とは、ポリビニルアルコールからなる分離膜の総称である。
なお、原料ガスは、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、LPGなどの少なくとも炭素および水素から構成される有機化合物を含むガスである。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭などに供給されるガスをいう。原料ガスには、原料ガス由来の硫黄化合物のほかに、漏洩検知の目的でサルファイド類、メルカプタン類などの硫黄化合物が付臭剤として添加されている。
In the present specification, the silicone membrane is a general term for separation membranes made of silicone. Similarly, a polyimide membrane is a generic name for separation membranes made of polyimide, a polyamide membrane is a generic name for separation membranes made of polyamide, and a polystyrene membrane is a generic name for separation membranes made of polystyrene, and is a polyester membrane. Is a generic name for separation membranes made of polyester, and a polyvinyl alcohol membrane is a generic name for separation membranes made of polyvinyl alcohol.
The source gas is a gas containing an organic compound composed of at least carbon and hydrogen, such as city gas mainly composed of methane, natural gas, and LPG. City gas refers to gas supplied from gas companies to households through piping. In addition to the sulfur compound derived from the source gas, sulfur compounds such as sulfides and mercaptans are added to the source gas as an odorant in order to detect leakage.

脱硫器2は、分離器1を通過した原料ガス中の硫黄化合物を除去する。例えば、脱硫器2は、硫黄化合物を常温で吸着し、除去する常温吸着脱硫器、および硫黄化合物を常温よりも高い温度(例えば、200℃〜400℃)で水添反応を用いて硫黄化合物を除去する水添脱硫器のうちの少なくともいずれか一方を含む。   The desulfurizer 2 removes sulfur compounds in the raw material gas that has passed through the separator 1. For example, the desulfurizer 2 is a room temperature adsorption desulfurizer that adsorbs and removes sulfur compounds at room temperature, and a sulfur compound that is hydrogenated at a temperature higher than room temperature (for example, 200 ° C. to 400 ° C.). It includes at least one of the hydrodesulfurizers to be removed.

常温吸着脱硫器の常温吸着脱硫剤として、例えば、活性炭、金属化合物、ゼオライト、又は金属担持のゼオライト(ゼオライトにAg、Cu、Zn、Fe、Co、Niなどの金属を担持したもの)などを使用できる。   As the room temperature adsorptive desulfurizer, for example, activated carbon, metal compound, zeolite, or metal-supported zeolite (zeolite on which a metal such as Ag, Cu, Zn, Fe, Co, or Ni is supported) is used. it can.

水添脱硫器の水添脱硫剤は、水添反応により硫黄化合物から硫化水素を生成する硫化水素生成剤と硫化水素を吸着する硫化水素吸着剤とを備える。硫化水素生成剤は、例えば、Co−Mo系の触媒が挙げられる。硫化水素吸着剤は、例えば、酸化亜鉛が挙げられる。また、硫化水素生成剤と硫化水素吸着剤との機能を合わせ持つ同じ触媒を用いてもよく、このような触媒として、例えば、Cu−Zn−Ni系触媒またはCu−Zn−Fe系触媒が挙げられる。   The hydrodesulfurization agent of the hydrodesulfurizer includes a hydrogen sulfide generator that generates hydrogen sulfide from a sulfur compound by a hydrogenation reaction and a hydrogen sulfide adsorbent that adsorbs hydrogen sulfide. Examples of the hydrogen sulfide generator include a Co—Mo based catalyst. Examples of the hydrogen sulfide adsorbent include zinc oxide. In addition, the same catalyst having the functions of a hydrogen sulfide generator and a hydrogen sulfide adsorbent may be used. Examples of such a catalyst include a Cu—Zn—Ni catalyst and a Cu—Zn—Fe catalyst. It is done.

なお、上述の常温吸着脱硫器の常温吸着脱硫剤および水添脱硫器の水添脱硫剤は、例示であって、本例に限定されるものではない。   In addition, the above-mentioned room temperature adsorption desulfurization agent of the room temperature adsorption desulfurizer and the hydrogenation desulfurization agent of the hydrogenation desulfurizer are examples and are not limited to this example.

改質器3は、原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する。具体的には、改質器3は、改質触媒を用いて原料ガスを改質反応させて水素含有ガスを生成する。改質反応は、いずれの形態であってもよく、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応および部分酸化反応などが挙げられる。   The reformer 3 produces | generates hydrogen containing gas using raw material gas. Specifically, the reformer 3 generates a hydrogen-containing gas by reforming the raw material gas using a reforming catalyst. The reforming reaction may take any form, and examples thereof include a steam reforming reaction, an autothermal reaction, and a partial oxidation reaction.

なお、改質器3の下流に改質器3で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するためのCO低減器を設けても構わない。CO低減器は、シフト反応により一酸化炭素を低減させる変成器と、酸化反応およびメタン化反応の少なくともいずれか一方により一酸化炭素を低減させるCO除去器との少なくともいずれか一方を備える。   A CO reducer for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas produced by the reformer 3 may be provided downstream of the reformer 3. The CO reducer includes at least one of a transformer that reduces carbon monoxide by a shift reaction and a CO remover that reduces carbon monoxide by at least one of an oxidation reaction and a methanation reaction.

燃焼器4は、水素含有ガスを用いて燃焼する。これにより、燃焼器4は、改質器3を加熱できる。燃焼器4の燃料は、いずれの燃料であってもよいが、例えば、改質器3で生成される水素含有ガスが用いられる。この水素含有ガスは、改質器3から燃焼器4に直接供給されてもいいし、CO低減器および水素利用機器(例えば、燃料電池または水素貯蔵タンクなど)の一方または両方などを経由して燃焼器4に供給されてもよい。   The combustor 4 burns using a hydrogen-containing gas. Thereby, the combustor 4 can heat the reformer 3. Although the fuel of the combustor 4 may be any fuel, for example, a hydrogen-containing gas generated in the reformer 3 is used. This hydrogen-containing gas may be directly supplied from the reformer 3 to the combustor 4, or via one or both of a CO reducer and a hydrogen utilization device (for example, a fuel cell or a hydrogen storage tank). It may be supplied to the combustor 4.

第1のガス流路11は、分離器1を通過した、改質器3に流入する原料ガスが流れる。よって、第1のガス流路11中の原料ガスは、分離器1にて硫黄化合物が膜分離されている。   In the first gas flow path 11, the raw material gas that has passed through the separator 1 and flows into the reformer 3 flows. Therefore, the sulfur compound is membrane-separated from the source gas in the first gas flow path 11 by the separator 1.

第2のガス流路12は、分離器1で分離された硫黄化合物を燃焼器4に供給する。つまり、第2のガス流路12では、分離器1にて分離された硫黄化合物を分離器1から燃焼器4に送るためのガスが流れる。このとき、燃焼器4は、第2のガス流路12を介して供給された硫黄化合物を燃焼する。これにより、分離器1で分離された硫黄化合物が燃焼処理される。   The second gas flow path 12 supplies the sulfur compound separated by the separator 1 to the combustor 4. That is, in the second gas flow path 12, a gas for sending the sulfur compound separated in the separator 1 from the separator 1 to the combustor 4 flows. At this time, the combustor 4 burns the sulfur compound supplied via the second gas flow path 12. Thereby, the sulfur compound separated by the separator 1 is burned.

なお、分離器1では、上記のとおり、原料ガス中の硫黄化合物は分離膜1cを介して原料流路1aから分離流路1bに選択的に透過される。このとき、原料ガス中の炭化水素成分も分離膜1cを介して原料流路1aから分離流路1bに透過される。よって、原料ガス中の炭化水素成分が燃焼器4に供給される。ここで、燃焼器4の燃焼検知器として、フレームロッドを利用してもよい。この場合、炭化水素成分が、燃焼器4に流入することになるので、燃焼器4の燃焼検知性が向上する。   In the separator 1, as described above, the sulfur compound in the source gas is selectively permeated from the source channel 1a to the separation channel 1b through the separation membrane 1c. At this time, the hydrocarbon component in the source gas is also transmitted from the source channel 1a to the separation channel 1b via the separation membrane 1c. Therefore, the hydrocarbon component in the raw material gas is supplied to the combustor 4. Here, a flame rod may be used as the combustion detector of the combustor 4. In this case, since the hydrocarbon component flows into the combustor 4, the combustion detectability of the combustor 4 is improved.

[動作]
以下、第1実施形態の水素生成装置100の動作の一例について、図1を参照しながら説明する。
[Operation]
Hereinafter, an example of operation | movement of the hydrogen generator 100 of 1st Embodiment is demonstrated, referring FIG.

まず、原料ガスが分離器1に供給される。分離器1内では、原料ガスが原料流路1aを通過する際、分離膜1cを介して、原料ガス中の硫黄化合物が選択的に分離流路1bに透過される。分離流路1bに透過された硫黄化合物は、第2のガス流路12を介して燃焼器4に供給され、燃焼器4において、硫黄化合物が燃焼される。   First, the source gas is supplied to the separator 1. In the separator 1, when the source gas passes through the source channel 1a, the sulfur compound in the source gas is selectively permeated through the separation channel 1b through the separation membrane 1c. The sulfur compound permeated through the separation channel 1b is supplied to the combustor 4 through the second gas channel 12, and the sulfur compound is combusted in the combustor 4.

分離器1を通過した原料ガスは、脱硫器2に供給され、脱硫器2において、分離器1で分離されずに残った原料ガス中の硫黄化合物が、所定濃度にまで除去される。   The raw material gas that has passed through the separator 1 is supplied to the desulfurizer 2, and in the desulfurizer 2, the sulfur compound in the raw material gas remaining without being separated by the separator 1 is removed to a predetermined concentration.

脱硫器2を通過した原料ガスは、改質器3に供給され、改質反応によって水素含有ガスが生成される。水素含有ガスは、改質器3から燃焼器4に直接供給され、燃焼されてもいいし、CO低減器および水素利用機器の一方または両方などを経由して燃焼器4に供給され、燃焼器4で燃焼されてもいい。   The raw material gas that has passed through the desulfurizer 2 is supplied to the reformer 3, and a hydrogen-containing gas is generated by the reforming reaction. The hydrogen-containing gas may be directly supplied from the reformer 3 to the combustor 4 and combusted, or supplied to the combustor 4 via one or both of a CO reducer and a hydrogen utilization device, and the combustor. 4 may be burned.

[分離器の性能評価]
表1には、分離器1に関する原料ガス中の硫黄化合物の分離性能の一例が示されている。つまり、表1において、原料ガス流量および原料ガス中の硫黄化合物濃度のそれぞれを、分離器1を通過する前の原料ガスと、分離器1を通過した後の原料ガスとについて比較した結果が示されている。
[Performance evaluation of separator]
Table 1 shows an example of the separation performance of the sulfur compound in the raw material gas related to the separator 1. That is, in Table 1, the result of comparing the raw material gas flow rate and the sulfur compound concentration in the raw material gas with respect to the raw material gas before passing through the separator 1 and the raw material gas after passing through the separator 1 is shown. Has been.

Figure 2014105137
Figure 2014105137

表1に示す例では、分離器1を通過する前の原料ガス中の硫黄化合物濃度は、3.7ppmであったのに対し、分離器1を通過した後の原料ガス中の硫黄化合物濃度は、2.2ppmに低下した。   In the example shown in Table 1, the sulfur compound concentration in the raw material gas before passing through the separator 1 was 3.7 ppm, whereas the sulfur compound concentration in the raw material gas after passing through the separator 1 was , 2.2 ppm.

一方、分離器1を通過する前の原料ガス流量および分離器1を通過した後の原料ガス流量は何れも、3.0NLMであり、殆ど変化しなかった。
以上により、原料ガス中の硫黄化合物が、分離器1を用いて選択的に分離できることが分かった。
On the other hand, the raw material gas flow rate before passing through the separator 1 and the raw material gas flow rate after passing through the separator 1 were both 3.0 NLM, and hardly changed.
From the above, it was found that the sulfur compound in the raw material gas can be selectively separated using the separator 1.

なお、表1中に記載の原料ガス流量の値、および硫黄化合物濃度の値は、例示であって、本例に限定されるものではない。   In addition, the value of the raw material gas flow rate and the value of the sulfur compound concentration described in Table 1 are examples and are not limited to this example.

(第2実施形態)
第2実施形態の水素生成装置は、第1実施形態の水素生成装置において、分離器内の硫黄化合物を第2のガス流路に送出するために分離器に供給されるガスが流れる第3のガス流路を備え、このガスは、水素含有ガスである。
(Second Embodiment)
The hydrogen generator of the second embodiment is the same as that of the hydrogen generator of the first embodiment, except that the gas supplied to the separator flows to send the sulfur compound in the separator to the second gas flow path. A gas flow path is provided, and this gas is a hydrogen-containing gas.

かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。   With this configuration, it is possible to suppress an increase in the capacity of the desulfurizer when the sulfur concentration in the raw material gas is high as compared with the conventional case.

本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第1実施形態の水素生成装置と同様に構成してもよい。   The hydrogen generator of this embodiment may be configured in the same manner as the hydrogen generator of the first embodiment except for the above features.

[装置構成]
図2は、第2実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
図2に示す例では、第2実施形態の水素生成装置100は、分離器1と、脱硫器2と、改質器3と、燃焼器4と、第1のガス流路11と、第2のガス流路12と、第3のガス流路13と、を備える。
[Device configuration]
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a hydrogen generator according to the second embodiment.
In the example shown in FIG. 2, the hydrogen generator 100 of the second embodiment includes a separator 1, a desulfurizer 2, a reformer 3, a combustor 4, a first gas flow path 11, a second The gas flow path 12 and the third gas flow path 13 are provided.

分離器1、脱硫器2、改質器3、燃焼器4、第1のガス流路11および第2のガス流路12は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。   Since the separator 1, the desulfurizer 2, the reformer 3, the combustor 4, the first gas passage 11 and the second gas passage 12 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

第3のガス流路13は、分離器1内の硫黄化合物を第2のガス流路12に送出するために分離器1に供給されるガスが流れる。このガスは水素含有ガスである。水素含有ガスは、改質器3から分離器1に直接供給されてもいいし、CO低減器および水素利用機器の一方または両方などを経由して分離器1に供給されてもいい。   In the third gas flow path 13, a gas supplied to the separator 1 flows to send the sulfur compound in the separator 1 to the second gas flow path 12. This gas is a hydrogen-containing gas. The hydrogen-containing gas may be directly supplied from the reformer 3 to the separator 1 or may be supplied to the separator 1 via one or both of a CO reducer and a hydrogen utilization device.

これにより、分離膜1cを介して水素含有ガスが透過し、原料ガスに添加される。ここで、第3のガス流路13に空気を流すと、改質器3で空気中の酸素が燃焼反応を起こし、改質器3が過昇温する可能性があるが、原料ガスに水素含有ガスが添加される本実施の形態においては、これを抑制し得る。   Thereby, hydrogen-containing gas permeate | transmits through the separation membrane 1c, and is added to source gas. Here, if air is allowed to flow through the third gas flow path 13, oxygen in the air may cause a combustion reaction in the reformer 3, and the reformer 3 may be overheated. In the present embodiment where the contained gas is added, this can be suppressed.

(第3実施形態)
第3実施形態の水素生成装置は、第2実施形態の水素生成装置において、脱硫器は、水添脱硫器を備え、分離器を通過した原料ガスは、水素を透過する分離膜に侵入した水素とともに水添脱硫器に供給される。
(Third embodiment)
The hydrogen generator of the third embodiment is the same as the hydrogen generator of the second embodiment, wherein the desulfurizer includes a hydrodesulfurizer, and the raw material gas that has passed through the separator is hydrogen that has penetrated into a separation membrane that allows hydrogen to permeate. At the same time, it is supplied to the hydrodesulfurizer.

かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。脱硫器の容量の増加を抑制すると、例えば、脱硫器全体を適温に保つことが容易になる。また、水添反応に必要な水素が分離器において原料ガスに流入するので、水添脱硫に使用される水素を供給するための手段を別に設ける必要がなく、システムの複雑化が抑制される。
本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第2実施形態の水素生成装置と同様に構成してもよい。
With this configuration, it is possible to suppress an increase in the capacity of the desulfurizer when the sulfur concentration in the raw material gas is high as compared with the conventional case. When the increase in the capacity of the desulfurizer is suppressed, for example, it becomes easy to keep the entire desulfurizer at an appropriate temperature. Further, since hydrogen necessary for the hydrogenation reaction flows into the raw material gas in the separator, it is not necessary to separately provide a means for supplying hydrogen used for hydrodesulfurization, and the complexity of the system is suppressed.
The hydrogen generator of this embodiment may be configured in the same manner as the hydrogen generator of the second embodiment except for the above features.

[装置構成]
図3は、第3実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
図3に示す例では、第3実施形態の水素生成装置100は、分離器1と、水添脱硫器2Aと、改質器3と、燃焼器4と、第1のガス流路11と、第2のガス流路12と、第3のガス流路13と、を備える。
[Device configuration]
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of the hydrogen generator of the third embodiment.
In the example shown in FIG. 3, the hydrogen generator 100 of the third embodiment includes a separator 1, a hydrodesulfurizer 2 </ b> A, a reformer 3, a combustor 4, a first gas flow path 11, A second gas flow path 12 and a third gas flow path 13 are provided.

分離器1、改質器3、燃焼器4、第1のガス流路11、第2のガス流路12および第3のガス流路13は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。   Since the separator 1, the reformer 3, the combustor 4, the first gas flow path 11, the second gas flow path 12, and the third gas flow path 13 are the same as those in the second embodiment, description thereof is omitted. To do.

本実施形態の脱硫器は、水添脱硫器2Aを備える。よって、水添脱硫器2Aは、分離器1を通過した原料ガス中の硫黄化合物を除去する。   The desulfurizer of this embodiment includes a hydrodesulfurizer 2A. Therefore, the hydrodesulfurizer 2 </ b> A removes sulfur compounds in the raw material gas that has passed through the separator 1.

本実施形態の如く、水添脱硫器2Aを用いる場合は、水添脱硫器2Aの容量の増加を抑制すると、例えば、水添脱硫器2A全体を適温に保つことが容易になる。   When the hydrodesulfurizer 2A is used as in this embodiment, for example, if the increase in the capacity of the hydrodesulfurizer 2A is suppressed, for example, the entire hydrodesulfurizer 2A can be easily maintained at an appropriate temperature.

このとき、分離器1を通過した原料ガスは、水素を透過する分離膜1cに侵入した水素とともに水添脱硫器2Aに供給される。なお、水添脱硫器2Aの水添脱硫剤の具体例については、第1実施形態で説明したので省略する。   At this time, the raw material gas that has passed through the separator 1 is supplied to the hydrodesulfurizer 2A together with hydrogen that has entered the separation membrane 1c that allows hydrogen to pass therethrough. In addition, since the specific example of the hydrodesulfurization agent of 2 A of hydrodesulfurizers was demonstrated in 1st Embodiment, it abbreviate | omits.

水添脱硫器2Aにおいて、原料ガス中の硫黄化合物の水添反応を行う場合、原料ガスとともに、水添反応に必要な水素を供給する必要がある。この水素の供給は、改質器3または水素利用機器から供給される水素含有ガスの一部をリサイクルして利用するのが一般的である。しかし、この場合、システムの複雑化は避けられない。   In the hydrogenation desulfurizer 2A, when a hydrogenation reaction of a sulfur compound in a raw material gas is performed, it is necessary to supply hydrogen necessary for the hydrogenation reaction together with the raw material gas. In general, the hydrogen is supplied by recycling a part of the hydrogen-containing gas supplied from the reformer 3 or the hydrogen utilization device. However, in this case, the complexity of the system is inevitable.

これに対して、本実施形態では、分離器1において、原料ガス中の硫黄化合物は分離膜1cを介して原料流路1aから分離流路1bに選択的に透過されるとともに、水素含有ガス中の水素が分離流路1bから原料流路1aに透過される。よって、水添反応に必要な水素が、分離器1において原料ガス中に流入するので、水添脱硫に使用される水素を供給するための手段を別に設ける必要がなく、システムの複雑化が抑制される。   On the other hand, in the present embodiment, in the separator 1, the sulfur compound in the raw material gas is selectively permeated from the raw material channel 1a to the separation channel 1b via the separation membrane 1c, and in the hydrogen-containing gas. Of hydrogen is permeated from the separation channel 1b to the raw material channel 1a. Therefore, since hydrogen necessary for the hydrogenation reaction flows into the raw material gas in the separator 1, it is not necessary to provide a separate means for supplying hydrogen used for hydrodesulfurization, and the complexity of the system is suppressed. Is done.

なお、水添脱硫器2Aの加熱は、燃焼器4で行ってもいいし、ヒーターなどの加熱器で行ってもいい。また、分離器1と水添脱硫器2Aとの間の第1のガス流路11上に、常温で硫黄化合物を吸着する常温吸着脱硫器を配置してもいいし、水添脱硫器2Aに、常温でも硫黄化合物を吸着する触媒を充填すれば、かかる常温吸着脱硫器を配置しなくてもいい。   The heating of the hydrodesulfurizer 2A may be performed by the combustor 4 or a heater such as a heater. Further, a room temperature adsorption desulfurizer that adsorbs sulfur compounds at room temperature may be disposed on the first gas flow path 11 between the separator 1 and the hydrodesulfurizer 2A. If a catalyst that adsorbs a sulfur compound even at room temperature is filled, such a room temperature adsorption desulfurizer need not be arranged.

[分離器の性能評価]
表2には、分離器1に関する原料ガス中の硫黄化合物の分離性能、および分離器1に関する水素含有ガス中の水素透過性能の一例が示されている。つまり、表2において、原料ガス流量、原料ガス中の硫黄化合物濃度、水素含有ガス中の水素流量および原料ガス中の水素流量のそれぞれを、分離器1を通過する前のガスと、分離器1を通過した後のガスとについて比較した結果が示されている。なお、分離器1に関する原料ガス中の硫黄化合物の分離性能は第1実施形態で説明したので省略する。
[Performance evaluation of separator]
Table 2 shows an example of the separation performance of the sulfur compound in the raw material gas related to the separator 1 and the hydrogen permeation performance in the hydrogen-containing gas related to the separator 1. That is, in Table 2, the raw material gas flow rate, the sulfur compound concentration in the raw material gas, the hydrogen flow rate in the hydrogen-containing gas, and the hydrogen flow rate in the raw material gas are compared with the gas before passing through the separator 1 and the separator 1. The result compared with the gas after passing through is shown. In addition, since the separation performance of the sulfur compound in the raw material gas regarding the separator 1 was demonstrated in 1st Embodiment, it abbreviate | omits.

Figure 2014105137
Figure 2014105137

表2に示す例では、分離器1を通過する前の水素含有ガス中の水素流量は2.0NLMであったのに対し、分離器1を通過した後の水素含有ガス中の水素流量は1.8NLMに低下した。   In the example shown in Table 2, the hydrogen flow rate in the hydrogen-containing gas before passing through the separator 1 was 2.0 NLM, whereas the hydrogen flow rate in the hydrogen-containing gas after passing through the separator 1 was 1 Reduced to .8NLM.

一方、分離器1を通過する前の原料ガス中に水素は存在していないが、分離器1を通過した後は、原料ガス中の水素流量が0.2NLMであった。   On the other hand, hydrogen did not exist in the raw material gas before passing through the separator 1, but after passing through the separator 1, the hydrogen flow rate in the raw material gas was 0.2NLM.

以上により、水素含有ガスが分離器1を通過するとき、水素含有ガス中の水素が、分離器1の分離膜1cを透過し、分離器1内において原料ガス中に混入することが分かった。
なお、分離器1を通過した後の原料ガスにおける水素濃度は体積百分率で6.7%程度であり、これは水添脱硫器2Aでの水添反応に十分必要な量である。また、表2に記載の原料ガス流量の値、硫黄化合物濃度の値、および水素流量の値は、例示であって、本例に限定されるものではない。
From the above, it has been found that when the hydrogen-containing gas passes through the separator 1, hydrogen in the hydrogen-containing gas permeates the separation membrane 1 c of the separator 1 and is mixed into the raw material gas in the separator 1.
The hydrogen concentration in the raw material gas after passing through the separator 1 is about 6.7% by volume, which is a sufficient amount for the hydrogenation reaction in the hydrodesulfurizer 2A. Moreover, the value of the raw material gas flow rate, the value of the sulfur compound concentration, and the value of the hydrogen flow rate shown in Table 2 are examples and are not limited to this example.

(第4実施形態)
第4実施形態の水素生成装置は、第2実施形態の水素生成装置において、第3のガス流路に設けられた凝縮器を備える。
(Fourth embodiment)
The hydrogen generator of 4th Embodiment is provided with the condenser provided in the 3rd gas flow path in the hydrogen generator of 2nd Embodiment.

かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。また、第3のガス流路を流れる水素含有ガス中の水蒸気が除去されるので、凝縮器を設けない場合に比べ、分離器で原料ガス中の硫黄化合物をより安定的に透過し得る。   With this configuration, it is possible to suppress an increase in the capacity of the desulfurizer when the sulfur concentration in the raw material gas is high as compared with the conventional case. Further, since the water vapor in the hydrogen-containing gas flowing through the third gas flow path is removed, the sulfur compound in the raw material gas can be more stably permeated by the separator as compared with the case where no condenser is provided.

本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第2実施形態の水素生成装置と同様に構成してもよい。   The hydrogen generator of this embodiment may be configured in the same manner as the hydrogen generator of the second embodiment except for the above features.

[装置構成]
図4は、第4実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
図4に示す例では、第4実施形態の水素生成装置100は、分離器1と、脱硫器2と、改質器3と、燃焼器4と、第1のガス流路11と、第2のガス流路12と、第3のガス流路13と、凝縮器7と、を備える。
[Device configuration]
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of the hydrogen generator of the fourth embodiment.
In the example shown in FIG. 4, the hydrogen generator 100 of the fourth embodiment includes a separator 1, a desulfurizer 2, a reformer 3, a combustor 4, a first gas flow path 11, and a second Gas flow path 12, third gas flow path 13, and condenser 7.

分離器1、脱硫器2、改質器3、燃焼器4、第1のガス流路11、第2のガス流路12および第3のガス流路13は、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。   The separator 1, the desulfurizer 2, the reformer 3, the combustor 4, the first gas channel 11, the second gas channel 12, and the third gas channel 13 are the same as in the second embodiment. Therefore, explanation is omitted.

凝縮器7は、第3のガス流路13に設けられている。凝縮器7は、水素含有ガス中の水蒸気を凝縮可能であれば、どのようなものであってもよい。凝縮器7は、例えば、プレート式の熱交換器などを用いることができる。   The condenser 7 is provided in the third gas flow path 13. The condenser 7 may be anything as long as it can condense water vapor in the hydrogen-containing gas. As the condenser 7, for example, a plate heat exchanger or the like can be used.

改質器3から排出されて、第3のガス流路13を流れる水素含有ガスは水蒸気を含む。よって、この場合、分離器1内において、水蒸気が凝縮する可能性がある。分離器1内に水分が存在すると、原料流路1aおよび分離流路1bに水詰まりが生じる恐れがある。また、分離膜1cが水分に覆われていると、原料ガスと分離膜1cとの接触面積が減少し、これにより、原料ガス中の硫黄化合物の透過性能が低下する。   The hydrogen-containing gas discharged from the reformer 3 and flowing through the third gas flow path 13 includes water vapor. Therefore, in this case, water vapor may be condensed in the separator 1. If moisture is present in the separator 1, there is a possibility that water clogging may occur in the raw material channel 1 a and the separation channel 1 b. In addition, when the separation membrane 1c is covered with moisture, the contact area between the source gas and the separation membrane 1c is reduced, thereby reducing the permeation performance of the sulfur compound in the source gas.

そこで、本実施形態では、上記のとおり、第3のガス流路13に凝縮器7が設けられている。これにより、第3のガス流路13を流れる水素含有ガス中の水蒸気が凝縮し、除去されるので、凝縮器を設けない場合に比べ、分離器1で原料ガス中の硫黄化合物をより安定的に透過し得る。   Therefore, in the present embodiment, the condenser 7 is provided in the third gas flow path 13 as described above. As a result, the water vapor in the hydrogen-containing gas flowing through the third gas flow path 13 is condensed and removed, so that the sulfur compound in the raw material gas is more stable in the separator 1 than when no condenser is provided. Can penetrate.

(第5実施形態)
第5実施形態の水素生成装置は、第1実施形態の水素生成装置において、分離器内の硫黄化合物を第2のガス流路に送出するために分離器に供給されるガスが流れる第3のガス流路を備え、前記ガスは、酸化ガスである。
(Fifth embodiment)
The hydrogen generator of the fifth embodiment is the same as the hydrogen generator of the first embodiment except that the gas supplied to the separator flows to send the sulfur compound in the separator to the second gas flow path. A gas flow path is provided, and the gas is an oxidizing gas.

かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。   With this configuration, it is possible to suppress an increase in the capacity of the desulfurizer when the sulfur concentration in the raw material gas is high as compared with the conventional case.

本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第1実施形態の水素生成装置と同様に構成してもよい。   The hydrogen generator of this embodiment may be configured in the same manner as the hydrogen generator of the first embodiment except for the above features.

[装置構成]
図5は、第5実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
図5に示す例では、第5実施形態の水素生成装置100は、分離器1と、脱硫器2と、改質器3と、燃焼器4と、第1のガス流路11と、第2のガス流路12と、第3のガス流路13と、を備える。
[Device configuration]
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of the hydrogen generator of the fifth embodiment.
In the example shown in FIG. 5, the hydrogen generator 100 of the fifth embodiment includes a separator 1, a desulfurizer 2, a reformer 3, a combustor 4, a first gas flow path 11, and a second. The gas flow path 12 and the third gas flow path 13 are provided.

分離器1、脱硫器2、改質器3、燃焼器4、第1のガス流路11および第2のガス流路12は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
第3のガス流路13は、分離器1内の硫黄化合物を第2のガス流路12に送出するために分離器1に供給されるガスが流れる。このガスは酸化ガスである。
Since the separator 1, the desulfurizer 2, the reformer 3, the combustor 4, the first gas passage 11 and the second gas passage 12 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
In the third gas flow path 13, a gas supplied to the separator 1 flows to send the sulfur compound in the separator 1 to the second gas flow path 12. This gas is an oxidizing gas.

なお、酸化ガスは、例えば、燃焼器4での燃焼用の空気などを用いることができる。   As the oxidizing gas, for example, air for combustion in the combustor 4 can be used.

(第6実施形態)
第6実施形態の水素生成装置は、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態、第4実施形態および第5実施形態のいずれかの水素生成装置において、分離器が交換可能に構成されている。
(Sixth embodiment)
The hydrogen generator of the sixth embodiment is configured such that the separator can be replaced in the hydrogen generator of any one of the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment. Has been.

かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。また、分離器での原料ガス中の硫黄化合物の分離性能が著しく低下する前に新しい分離器に交換し得る。   With this configuration, it is possible to suppress an increase in the capacity of the desulfurizer when the sulfur concentration in the raw material gas is high as compared with the conventional case. Moreover, it can replace | exchange for a new separator, before the separation performance of the sulfur compound in the raw material gas in a separator falls remarkably.

本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態、第4実施形態および第5実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。   The hydrogen generator of this embodiment is configured in the same manner as the hydrogen generator of any one of the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment except for the above features. May be.

[装置構成]
本実施形態の水素生成装置は、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態、第4実施形態および第5実施形態のいずれかの水素生成装置100と同様であるので、詳細な説明を省略する。
[Device configuration]
Since the hydrogen generator of this embodiment is the same as the hydrogen generator 100 of any one of the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment, a detailed description will be given. Is omitted.

分離器1は、経年使用すると、原料ガス中の硫黄化合物の分離性能が著しく低下する恐れがある。この場合、硫黄化合物が十分分離されずに、脱硫器2に供給されてしまうと、脱硫器2が早く破過してしまう恐れがある。   When the separator 1 is used over time, the separation performance of the sulfur compound in the raw material gas may be significantly reduced. In this case, if the sulfur compound is not sufficiently separated and supplied to the desulfurizer 2, the desulfurizer 2 may break through quickly.

これに対し、本実施形態の水素生成装置は、分離器1が交換可能に構成されている。よって、分離器1での原料ガス中の硫黄化合物の分離性能が著しく低下する前に新しい分離器に交換し得る。   On the other hand, the hydrogen generator of this embodiment is configured so that the separator 1 can be replaced. Therefore, the separator 1 can be replaced with a new separator before the separation performance of the sulfur compound in the raw material gas is significantly lowered.

(第7実施形態)
第7実施形態の燃料電池システムは、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態および第6実施形態のいずれかの水素生成装置と、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。
(Seventh embodiment)
A fuel cell system according to a seventh embodiment includes a hydrogen generator according to any one of the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment, and the sixth embodiment, and hydrogen generation. And a fuel cell that generates electricity using the hydrogen-containing gas supplied from the apparatus.

かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。   With this configuration, it is possible to suppress an increase in the capacity of the desulfurizer when the sulfur concentration in the raw material gas is high as compared with the conventional case.

[装置構成]
図6は、第7実施形態の燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
[Device configuration]
FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of the fuel cell system according to the seventh embodiment.

図6に示す例では、本実施形態の燃料電池システム200は、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態および第6実施形態のいずれかの水素生成装置100と、燃料電池9とを備える。   In the example shown in FIG. 6, the fuel cell system 200 of the present embodiment is one of the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment, and the sixth embodiment. A hydrogen generator 100 and a fuel cell 9 are provided.

本実施形態の燃料電池システム200において、燃料電池9以外の構成は、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態および第6実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成できるので説明を省略する。   In the fuel cell system 200 of the present embodiment, the configuration other than the fuel cell 9 is any one of the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment, and the sixth embodiment. Since it can be configured in the same manner as the hydrogen generation apparatus of FIG.

燃料電池9は、水素生成装置100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9は、いずれの種類の燃料電池であってもよい。例えば、燃料電池9として、高分子電解質形燃料電池(PEFC)、固体酸化物形燃料電池(SOFC)、りん酸形燃料電池などを用いることができる。なお、これらの構成はいずれも公知である。よって、燃料電池9の詳細な説明を省略する。
The fuel cell 9 generates power using the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator 100.
The fuel cell 9 may be any type of fuel cell. For example, as the fuel cell 9, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a phosphoric acid fuel cell, or the like can be used. All of these configurations are known. Therefore, detailed description of the fuel cell 9 is omitted.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良および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、その構造および/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構成できる。   From the above 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. In addition, various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment.

本発明の一態様の水素生成装置および燃料電池システムは、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。よって、本発明の一態様は、水素生成装置および燃料電池システムに利用できる。   The hydrogen generator and fuel cell system of one embodiment of the present invention can suppress an increase in the capacity of the desulfurizer when the sulfur concentration in the raw material gas is higher than in the conventional case. Thus, one embodiment of the present invention can be used for a hydrogen generator and a fuel cell system.

1 分離器
2 脱硫器
3 改質器
4 燃焼器
7 凝縮器
9 燃料電池
11 第1のガス流路
12 第2のガス流路
13 第3のガス流路
100 水素生成装置
200 燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separator 2 Desulfurizer 3 Reformer 4 Combustor 7 Condenser 9 Fuel cell 11 First gas passage 12 Second gas passage 13 Third gas passage 100 Hydrogen generator 200 Fuel cell system

Claims (7)

原料ガス中の硫黄化合物を膜分離する分離器と、前記分離器を通過した原料ガス中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスを用いて燃焼する燃焼器と、前記分離器を通過した、前記改質器に流入する原料ガスが流れる第1のガス流路と、前記分離器で分離された硫黄化合物を前記燃焼器に供給する第2のガス流路とを備え、前記燃焼器は前記第2のガス流路を介して供給された硫黄化合物を燃焼する、水素生成装置。   A separator for separating a sulfur compound in a raw material gas, a desulfurizer for removing a sulfur compound in the raw material gas that has passed through the separator, a reformer that generates a hydrogen-containing gas using the raw material gas, and A combustor that burns using a hydrogen-containing gas; a first gas passage through which the raw material gas that flows through the separator flows into the reformer; and the sulfur compound separated by the separator is burned And a second gas flow path for supplying to the gas generator, wherein the combustor burns the sulfur compound supplied via the second gas flow path. 前記分離器内の硫黄化合物を前記第2のガス流路に送出するために前記分離器に供給されるガスが流れる第3のガス流路を備え、前記ガスは、前記水素含有ガスである、請求項1記載の水素生成装置。   A third gas flow path through which a gas supplied to the separator flows in order to send the sulfur compound in the separator to the second gas flow path, and the gas is the hydrogen-containing gas; The hydrogen generator according to claim 1. 前記脱硫器は、水添脱硫器を備え、前記分離器を通過した原料ガスは、水素を透過する前記分離膜に侵入した水素とともに前記水添脱硫器に供給される、請求項2記載の水素生成装置。   3. The hydrogen according to claim 2, wherein the desulfurizer includes a hydrodesulfurizer, and the raw material gas that has passed through the separator is supplied to the hydrodesulfurizer together with hydrogen that has entered the separation membrane that allows hydrogen to permeate. Generator. 前記第3のガス流路に設けられた凝縮器を備える、請求項2記載の水素生成装置。   The hydrogen generator according to claim 2, further comprising a condenser provided in the third gas flow path. 前記分離器内の硫黄化合物を前記ガス流路に送出するために前記分離器に供給されるガスが流れる第3のガス流路を備え、前記ガスは、酸化ガスである、請求項1記載の水素生成装置。   The third gas flow path in which a gas supplied to the separator flows to send the sulfur compound in the separator to the gas flow path, and the gas is an oxidizing gas. Hydrogen generator. 前記分離器は交換可能に構成されている、請求項1−5のいずれかに記載の水素生成装置。   The hydrogen generator according to claim 1, wherein the separator is configured to be exchangeable. 請求項1−6のいずれかに記載の水素生成装置と、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、燃料電池システム。
A fuel cell system comprising the hydrogen generator according to claim 1 and a fuel cell that generates electric power using a hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator.
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