JP2014172779A - Hydrogen generator - Google Patents

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悟 成田
Akira Maenishi
晃 前西
Kunihiro Ukai
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen generator capable of generating a specified volume of hydrogen even if the caloric value within a raw ingredient gas has varied due to the migration of an oxidant into the raw ingredient gas.SOLUTION: The provided hydrogen generator includes: a hydrogenating desulfurizer for removing a sulfur component within a raw ingredient gas; a hydrogenating temperature detector for detecting the temperature of the hydrogenating desulfurizer; a raw ingredient feeder for feeding the raw ingredient gas into the hydrogenating desulfurizer; a hydrogen-containing gas feeder for feeding a hydrogen-containing gas into the hydrogenating desulfurizer; and a controller for controlling at least the raw ingredient feeder, whereas, in a case where the temperature detected by the hydrogenating temperature detector has exceeded a first temperature threshold set in advance, the flow rate of the raw ingredient gas fed into the hydrogenating desulfurizer is controlled to become greater than that of a case where the temperature detected by the hydrogenating temperature detector is equal to or lower than the first temperature threshold.

Description

本発明は、水添脱硫器を備える水素生成装置に関するものである。   The present invention relates to a hydrogen generator equipped with a hydrodesulfurizer.

小型装置でも高効率発電ができる燃料電池は、分散型エネルギー供給源の発電装置として開発が進められている。燃料電池発電時の燃料として用いられる水素ガスは、一般的なインフラとして整備されていない。そこで分散型装置として利用する場合、例えば、都市ガス、LPG等の既存化石原料インフラから得られる原料を水蒸気改質反応させ、水素含有ガスを生成させる水素生成装置を併設する構成がとられることが多い。前記都市ガスやLPG等の既存化石原料インフラには付臭材としてあるいは原料由来の成分として硫黄分が含まれるが、硫黄分は改質性能等を低下させるため脱硫する必要がある。   Development of a fuel cell capable of high-efficiency power generation even with a small device is being developed as a power generator for a distributed energy supply source. Hydrogen gas used as fuel for fuel cell power generation has not been developed as a general infrastructure. Therefore, when used as a distributed device, for example, a configuration may be adopted in which a hydrogen generation device for generating a hydrogen-containing gas by reacting a raw material obtained from an existing fossil raw material infrastructure such as city gas and LPG with a steam reforming reaction is used. Many. The existing fossil raw material infrastructure such as city gas and LPG contains sulfur as an odorant or as a component derived from the raw material, but the sulfur needs to be desulfurized in order to reduce the reforming performance and the like.

脱硫の方法として、水素を添加して行う水添脱硫方式が挙げられる。水添脱硫方式は化学反応を用いるので硫黄分の吸着容量が大きく、長時間触媒を交換することなく、あるいは小型の装置で脱硫することが可能である(例えば特許文献1)。   An example of the desulfurization method is a hydrodesulfurization method in which hydrogen is added. Since the hydrodesulfurization method uses a chemical reaction, the adsorption capacity of sulfur is large, and it is possible to desulfurize without replacing the catalyst for a long time or with a small apparatus (for example, Patent Document 1).

一方、原料ガスである都市ガスやLPG等の原料には、インフラの構成上、酸素が一時的に混入することがある。そこで、酸素を含むプロセスガス、例えば天然ガス、ピークシェービングガス、LPG などの予備改質方法が提案されている(例えば、特許文献2)。   On the other hand, raw materials such as city gas and LPG may be temporarily mixed with oxygen due to the infrastructure configuration. Therefore, a preliminary reforming method of a process gas containing oxygen, such as natural gas, peak shaving gas, LPG, etc. has been proposed (for example, Patent Document 2).

特開平7−57756号公報JP-A-7-57756 特開2001−80907号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-80907

上記のように、原料中に酸素が混入する場合、原料として同じ流量を供給していてもその熱量あるいは炭化水素の割合が減少するため、改質器での改質反応による水素の生成量が低下してしまう課題が生じる。   As described above, when oxygen is mixed in the raw material, even if the same flow rate is supplied as the raw material, the amount of heat or hydrocarbon decreases, so the amount of hydrogen produced by the reforming reaction in the reformer is reduced. The problem which will fall arises.

本発明は、原料ガス中に酸化剤が入りこむことで原料ガス中の熱量が変化しても所定の水素量を発生できる水素生成装置を提供する。   The present invention provides a hydrogen generator capable of generating a predetermined amount of hydrogen even if the amount of heat in the source gas changes due to the oxidant entering the source gas.

前記課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄成分を除去する水添脱硫器と、水添脱硫器の温度を検出する水添温度検出器と、水添脱硫器に原料ガスを供給する原料供給器と、水添脱硫器に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給器と、少なくとも原料供給器を制御する制御器とを備え、制御器は、水添温度検出器で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値を超えた場合に、水添脱硫器に供給される原料ガスの流量が、第1温度閾値以下の場合に水添脱硫器に供給される原料ガスの流量より大きくなるよう制御する構成とする。   In order to solve the above problems, a hydrogen generator of the present invention includes a hydrodesulfurizer that removes sulfur components in a raw material gas, a hydrogenation temperature detector that detects the temperature of the hydrodesulfurizer, and hydrodesulfurization. A raw material supply device that supplies the raw material gas to the reactor, a hydrogen-containing gas supply device that supplies the hydrogen-containing gas to the hydrodesulfurization device, and a controller that controls at least the raw material supply device. When the temperature detected by the detector exceeds a preset first temperature threshold, the flow rate of the raw material gas supplied to the hydrodesulfurizer is below the first temperature threshold. It is set as the structure controlled so that it may become larger than the flow volume of the source gas supplied.

本発明の水素生成装置では、原料に酸素等の酸化剤が混入することを、水添温度検出器での検出温度が予め設定される第1温度閾値を超えることで検出し、原料ガスの流量をよ
り大きくなるよう制御するので、水素生成量を維持する水素生成装置を提供することができる。
In the hydrogen generator of the present invention, it is detected that the oxidant such as oxygen is mixed in the raw material when the temperature detected by the hydrogenation temperature detector exceeds a preset first temperature threshold, and the flow rate of the raw material gas Is controlled to be larger, so that a hydrogen generator capable of maintaining the hydrogen generation amount can be provided.

本発明の実施の形態1または2における水素生成装置の概略図Schematic of the hydrogen generator in Embodiment 1 or 2 of the present invention 本発明の実施の形態3における水素生成装置の概略図Schematic of the hydrogen generator in Embodiment 3 of the present invention 本発明の実施の形態4における水素生成装置の概略図Schematic of the hydrogen generator in Embodiment 4 of the present invention 本発明の実施の形態5における水素生成装置の概略図Schematic of the hydrogen generator in Embodiment 5 of the present invention

第1の発明は、原料ガス中の硫黄成分を除去する水添脱硫器と、前記水添脱硫器の温度を検出する水添温度検出器と、前記水添脱硫器に前記原料ガスを供給する原料供給器と、前記水添脱硫器に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給器と、少なくとも前記原料供給器を制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記水添温度検出器で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値を超えた場合に、前記水添温度検出器で検出される温度が前記第1温度閾値以下の場合より、前記水添脱硫器に供給される前記原料ガスの流量が大きくなるよう制御する水素生成装置である。   The first invention is a hydrodesulfurizer for removing sulfur components in a raw material gas, a hydrogenated temperature detector for detecting the temperature of the hydrodesulfurizer, and supplying the raw material gas to the hydrodesulfurizer A raw material supply device, a hydrogen-containing gas supply device for supplying a hydrogen-containing gas to the hydrodesulfurization device, and a controller for controlling at least the raw material supply device, wherein the controller is the hydrogenation temperature detector. When the detected temperature exceeds a preset first temperature threshold value, the temperature detected by the hydrogenation temperature detector is supplied to the hydrodesulfurizer compared to the case where the temperature detected is not more than the first temperature threshold value. A hydrogen generator that controls the flow rate of the source gas to be increased.

この構成により、水添脱硫器の温度が閾値を超えたことをもって酸素が入り込んだと判断し、原料ガス流量を増やすことで、酸素が原料中に入り込むことによって減少した熱量すなわち炭化水素の量を所定の量まで増量、維持し、結果水素量を維持することが可能となる。   With this configuration, it is determined that oxygen has entered when the temperature of the hydrodesulfurizer exceeds the threshold, and by increasing the raw material gas flow rate, the amount of heat, that is, the amount of hydrocarbons reduced by oxygen entering the raw material is reduced. The amount can be increased and maintained up to a predetermined amount, and as a result, the amount of hydrogen can be maintained.

第2の発明は、特に第1の発明において、制御器は、前記水添温度検出器で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値を超えた場合に、単位時間当たりに第1温度幅上昇した場合に、前記原料ガスの流量を第1の割合増加させ、単位時間当たりに第1温度幅より大きい第2温度幅上昇した場合に、前記原料ガスの流量を第1の割合より大きい第2の割合増加させる水素生成装置である。   In a second aspect of the invention, particularly in the first aspect of the invention, the controller is configured such that when the temperature detected by the hydrogenation temperature detector exceeds a preset first temperature threshold, the first time per unit time. When the temperature range is increased, the flow rate of the source gas is increased by a first rate, and when the second temperature range is increased per unit time, which is greater than the first temperature range, the flow rate of the source gas is increased from the first rate. A large second rate increase hydrogen generator.

この構成により、水添脱硫器の温度上昇幅の違いで流入した酸素の量を判断することが可能となり、減少した熱量すなわち原料ガスである炭化水素の流量から、増加すべき原料の流量を判断することができ、流入した酸素量によらず所定の水素量の生成を維持することが可能となる。   This configuration makes it possible to determine the amount of oxygen that has flowed in due to the difference in temperature rise of the hydrodesulfurizer, and to determine the flow rate of the raw material to be increased from the reduced heat amount, that is, the flow rate of hydrocarbons as the raw material gas. Therefore, it is possible to maintain the production of a predetermined amount of hydrogen regardless of the amount of oxygen that flows in.

第3の発明は、特に第1または第2の発明において、水素含有ガス供給器は、前記水添脱硫器から供給される前記原料ガスを改質反応によって改質し、水素含有ガスを生成する改質器を備え、前記改質器から排出される前記水素含有ガスの一部が前記水添脱硫器に供給されるよう構成されている水素生成装置である。   In a third aspect of the invention, particularly in the first or second aspect of the invention, the hydrogen-containing gas supplier reforms the raw material gas supplied from the hydrodesulfurizer by a reforming reaction to generate a hydrogen-containing gas. A hydrogen generator comprising a reformer and configured to supply a part of the hydrogen-containing gas discharged from the reformer to the hydrodesulfurizer.

この構成により、改質器で生成される水素を用いて効率的に水添脱硫反応を行い、硫黄を除去することができる。   With this configuration, it is possible to efficiently perform a hydrodesulfurization reaction using hydrogen generated in the reformer and remove sulfur.

第4の発明は、特に第3の発明において、前記改質器に水を供給する水供給器を備え、前記制御器は、前記水添温度検出器で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値を超えた場合に、前記水添温度検出器で検出される温度が前記第1温度閾値以下の場合より、前記改質器に供給される前記水の流量が大きくなるよう制御する水素生成装置である。   In a fourth aspect of the invention, particularly in the third aspect of the invention, the apparatus includes a water supply device for supplying water to the reformer, and the controller detects a temperature detected by the hydrogenation temperature detector in advance. When the temperature exceeds the first temperature threshold, the flow rate of the water supplied to the reformer is controlled to be larger than when the temperature detected by the hydrogenation temperature detector is equal to or lower than the first temperature threshold. This is a hydrogen generator.

この構成により、原料ガスの増加に合わせて改質反応に必要な水の量を増加させることができるので、改質器での原料ガス割合を一定に保ち、安定した水素生成が可能となる。   With this configuration, the amount of water required for the reforming reaction can be increased in accordance with the increase in the raw material gas, so that the proportion of the raw material gas in the reformer can be kept constant and stable hydrogen production can be achieved.

第5の発明は、特に第3または第4の発明において、前記改質器に空気を供給する改質空気供給器を備え、前記制御器は、前記水添温度検出器で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値を超えた場合に、前記水添温度検出器で検出される温度が前記第1温度閾値以下の場合より、前記改質器に供給される前記空気の流量が大きくなるよう制御する水素生成装置である。   According to a fifth aspect of the invention, in particular, in the third or fourth aspect of the invention, a reformed air supply device for supplying air to the reformer is provided, and the controller has a temperature detected by the hydrogenation temperature detector. The flow rate of the air supplied to the reformer is higher than the case where the temperature detected by the hydrogenation temperature detector is equal to or lower than the first temperature threshold when a preset first temperature threshold is exceeded. This is a hydrogen generator that is controlled to be large.

この構成により、原料ガスの増加に合わせて改質反応に必要な空気の量を増加させることができるので、改質器での原料ガス割合を一定に保ち、安定した水素生成が可能となる。   With this configuration, the amount of air required for the reforming reaction can be increased in accordance with the increase in the raw material gas, so that the raw material gas ratio in the reformer can be kept constant and stable hydrogen production can be achieved.

第6の発明は、特に第3〜5の発明において、前記原料ガス及び前記水素含有ガスのうちの少なくとも一方と燃焼用空気とを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に空気を供給する燃焼空気供給器を備え、前記制御器は、前記水添温度検出器で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値を超えた場合に、前記水添温度検出器で検出される温度が前記第1温度閾値以下の場合より、前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の流量が大きくなるよう制御する水素生成装置である。   In a sixth invention, particularly in the third to fifth inventions, a combustor that burns at least one of the source gas and the hydrogen-containing gas and combustion air and heats the reformer, and the combustion A combustion air supplier for supplying air to the vessel, wherein the controller detects the hydrogenation temperature when the temperature detected by the hydrogenation temperature detector exceeds a preset first temperature threshold. And a hydrogen generator that controls the flow rate of the combustion air supplied to the combustor to be higher than that when the temperature detected by the combustor is equal to or lower than the first temperature threshold.

この構成により、原料ガスの増加に合わせて改質反応に必要な熱の供給量を増加させ、燃焼を安定的に維持することができるので、安定した水素生成が可能となる。   With this configuration, the amount of heat necessary for the reforming reaction can be increased in accordance with the increase in the raw material gas, and combustion can be stably maintained, so that stable hydrogen generation can be achieved.

以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における水素生成装置の構成を示した概略図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the hydrogen generator in Embodiment 1 of the present invention.

水素生成装置は、原料ガスである天然ガス、LPG等の炭化水素成分、メタノール等のアルコール、あるいはナフサ成分等に含まれる硫黄分を除去する水添脱硫器1を備える。   The hydrogen generator includes a hydrodesulfurizer 1 that removes sulfur contained in natural gas as a raw material gas, hydrocarbon components such as LPG, alcohols such as methanol, naphtha components, and the like.

また、水添脱硫器の温度を検出する水添脱硫温度検出器2と、水添脱硫器に原料ガスを供給する原料供給器3と、水添脱硫を機能させるために原料ガス中に水素含有ガスを添加、供給する水素含有ガス供給器4と、少なくとも原料供給器3を制御する制御器5を備える構成とした。なお、水添脱硫器1には予め還元したCu−Zn系水添脱硫触媒を用いた。   In addition, a hydrodesulfurization temperature detector 2 for detecting the temperature of the hydrodesulfurizer, a raw material supplier 3 for supplying a raw material gas to the hydrodesulfurizer, and a hydrogen gas contained in the raw material gas in order to function hydrodesulfurization It was set as the structure provided with the hydrogen containing gas supply device 4 which adds and supplies gas, and the controller 5 which controls the raw material supply device 3 at least. The hydrodesulfurizer 1 used was a previously reduced Cu-Zn hydrodesulfurization catalyst.

次に本発明における水素生成装置の運転方法を説明する。   Next, the operation method of the hydrogen generator in the present invention will be described.

水素生成装置は、制御器5により原料供給器3から原料が供給され、一方で水素含有ガス供給器4から水素含有ガスが供給される。ここで、水添脱硫器1は水添脱硫温度検出器2で検出される温度が約250℃になるように設計されている。これは本実施の形態で用いた水添脱硫触媒は200℃〜300℃の温度範囲で使用することが望ましいことに基づく。また、水添脱硫器1に供給される原料ガス中の水素濃度が約5%になるように水素含有ガス供給器4を制御した。原料供給器3により供給される原料ガスの流量は、必要な水素量に合わせて決定するのが良く、流量計を用いて制御する方法を用いた。   In the hydrogen generator, the raw material is supplied from the raw material supplier 3 by the controller 5, while the hydrogen-containing gas is supplied from the hydrogen-containing gas supplier 4. Here, the hydrodesulfurizer 1 is designed so that the temperature detected by the hydrodesulfurization temperature detector 2 is about 250 ° C. This is based on the fact that the hydrodesulfurization catalyst used in the present embodiment is desirably used in a temperature range of 200 ° C to 300 ° C. Further, the hydrogen-containing gas supply unit 4 was controlled so that the hydrogen concentration in the raw material gas supplied to the hydrodesulfurization unit 1 was about 5%. The flow rate of the raw material gas supplied from the raw material supplier 3 is preferably determined according to the required amount of hydrogen, and a method of controlling using a flow meter was used.

次に本実施の形態1における特徴的な動作について説明する。   Next, characteristic operations in the first embodiment will be described.

本実施の形態では流量計を用いて原料ガスを供給する方法をとっているが、原料ガスの組成が変化すると所定の設定流量(以下、指示流量)に対して、実際に流れている流量(以下、実流量)が変わりうる。例えばピークシェービングガスのように原料ガスの熱量を調整するために原料ガス中に空気が加えられることがあり、空気の混入によって原料ガス
の組成が変わると、指示流量に対する実流量が少なくなり、所定の水素量を生成することができなくなる。
In this embodiment, a method of supplying a raw material gas using a flow meter is employed. However, when the composition of the raw material gas changes, a flow rate actually flowing (hereinafter referred to as an indicated flow rate) ( Hereinafter, the actual flow rate) can change. For example, air may be added to the raw material gas to adjust the calorific value of the raw material gas, such as peak shaving gas. When the composition of the raw material gas changes due to air mixing, the actual flow rate with respect to the indicated flow rate decreases, and the predetermined flow The amount of hydrogen cannot be generated.

一方で、水素生成装置の水添脱硫器1は水添脱硫温度検出器2で検出される温度が約250℃となるように運転されている。ここで原料ガス中に空気が混入すると、例えば還元された水添脱硫触媒を用いていた場合、酸化反応によって発熱する。または原料ガスあるいは水素含有ガスと燃焼反応することによって発熱する。   On the other hand, the hydrodesulfurizer 1 of the hydrogen generator is operated so that the temperature detected by the hydrodesulfurization temperature detector 2 is about 250 ° C. Here, when air is mixed in the raw material gas, for example, when a reduced hydrodesulfurization catalyst is used, heat is generated by an oxidation reaction. Alternatively, it generates heat by a combustion reaction with the raw material gas or the hydrogen-containing gas.

そこで本実施の形態では、水添脱硫温度検出器2で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値(本実施の形態では280℃)を超えた場合に、制御器5は水添脱硫器1に供給される原料ガスの流量を増大させるよう制御する。これにより、空気の混入により原料した原料ガスの熱量すなわち炭化水素の量を所定の量に増量、維持し、水素量を維持することができる。   Therefore, in the present embodiment, when the temperature detected by the hydrodesulfurization temperature detector 2 exceeds a preset first temperature threshold (280 ° C. in the present embodiment), the controller 5 Control is performed to increase the flow rate of the raw material gas supplied to the desulfurizer 1. As a result, the amount of heat of the raw material gas produced by mixing air, that is, the amount of hydrocarbons can be increased and maintained to a predetermined amount, and the amount of hydrogen can be maintained.

例えば、メタン100%の原料ガスに酸素が混入して、97%メタン、3%酸素の混合ガスになったとすると、マスフローコントローラーを用いて制御する場合、そのコンバージョンファクターから、メタン単独の流量は原料ガス流量として指示している流量の約98%となる。すなわち、想定している原料流量の約98%しか水素生成に寄与しないこととなる。このとき、混入した酸素により、水添脱硫温度検出器で検出される温度が約30度上昇する。この温度上昇をもって、原料ガス流量を増量(本実施の形態では約2%増量)することで所定の水素量を維持することが可能となる。   For example, if oxygen is mixed into a 100% methane raw material gas and becomes a mixed gas of 97% methane and 3% oxygen, when controlling using a mass flow controller, the flow rate of methane alone is the raw material flow rate due to its conversion factor. This is approximately 98% of the flow rate indicated as the gas flow rate. That is, only about 98% of the assumed raw material flow rate contributes to hydrogen generation. At this time, the temperature detected by the hydrodesulfurization temperature detector rises by about 30 degrees due to the mixed oxygen. A predetermined amount of hydrogen can be maintained by increasing the flow rate of the source gas (increase of about 2% in the present embodiment) with this temperature rise.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2における水素生成装置について説明する。なお本実施の形態2は実施の形態1と同様に図1で示す構成となるので詳細な説明は省略する。次に本実施の形態2における実施の形態1と異なる特徴的な動作について説明する。
(Embodiment 2)
A hydrogen generator according to Embodiment 2 of the present invention will be described. Since the second embodiment has the configuration shown in FIG. 1 as in the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted. Next, a characteristic operation of the second embodiment which is different from that of the first embodiment will be described.

本実施の形態では、水添脱硫温度検出器2で検出される温度が、予め設定された第1温度域値(本実施の形態では280℃)を超えた場合に、単位時間(本実施の形態では10秒間)当たりに第1温度幅(本実施の形態では10℃)上昇した場合に、原料ガスの流量を第1の割合(本実施の形態では2%)増加させ、単位時間当たりに第1温度幅より大きい第2温度幅(本実施の形態では20℃)上昇した場合に、制御器5は原料ガスの流量を第1の割合より大きい第2の割合(本実施の形態では5%)増加させることを特徴とする。   In the present embodiment, when the temperature detected by the hydrodesulfurization temperature detector 2 exceeds a preset first temperature range value (280 ° C. in the present embodiment), a unit time (this embodiment) In the embodiment, when the first temperature range (10 ° C. in this embodiment) increases per 10 seconds, the flow rate of the source gas is increased by the first ratio (2% in this embodiment), and per unit time When the second temperature range larger than the first temperature range (in this embodiment, 20 ° C.) increases, the controller 5 increases the flow rate of the source gas to a second rate (5 in this embodiment) larger than the first rate. %) Is increased.

これにより、混入した空気の割合に応じて、原料ガスの流量を増加させ、結果的に水素の生成量を維持することができる。   Thereby, according to the ratio of the mixed air, the flow volume of source gas can be increased and the production amount of hydrogen can be maintained as a result.

(実施の形態3)
本発明の実施の形態3における水素生成装置について説明する。図2は本発明の実施の形態3における水素生成装置の構成を示した概略図である。実施の形態1の構成に加え、水添脱硫器1から供給される原料ガスを改質反応によって改質し、水素含有ガスを生成する改質器6を備え、改質器6から排出される水素含有ガスの一部を水添脱硫器1に供給する構成とした。改質器6には、改質触媒として水蒸気改質反応を進行させるRu触媒を用い約600℃で使用した。また、改質器6に水を供給する水供給器7を備えた。
(Embodiment 3)
A hydrogen generator according to Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the hydrogen generator in Embodiment 3 of the present invention. In addition to the configuration of the first embodiment, the raw material gas supplied from the hydrodesulfurizer 1 is reformed by a reforming reaction to generate a hydrogen-containing gas, which is discharged from the reformer 6. A part of the hydrogen-containing gas was supplied to the hydrodesulfurizer 1. The reformer 6 was a Ru catalyst that causes a steam reforming reaction to proceed as a reforming catalyst, and was used at about 600 ° C. Further, a water supply device 7 for supplying water to the reformer 6 was provided.

次に本実施の形態3における特徴的な動作について説明する。水添脱硫温度検出器2で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値(本実施の形態では280℃)を超えた場合に、制御器5は水添脱硫器1に供給される水の流量を増大させるよう制御する。また実施の形態2と同様に、単位時間あたりの温度上昇幅から水の増量割合を決めてもよい。
これにより、空気の混入により原料した原料ガスの熱量すなわち炭化水素の量を所定の量に増量、維持し、水素量を維持することができる。なお、水の流量を増加させる制御方法として、水そのものの流量を増加してもよいし、水と原料ガスである炭化水素流量との比を表すS/Cを一定に保つことで原料ガスの増加に比例的に水の流量を増加してもよい。
Next, a characteristic operation in the third embodiment will be described. When the temperature detected by the hydrodesulfurization temperature detector 2 exceeds a preset first temperature threshold (280 ° C. in the present embodiment), the controller 5 is supplied to the hydrodesulfurizer 1. Control to increase water flow. Similarly to the second embodiment, the rate of increase in water may be determined from the temperature rise width per unit time.
As a result, the amount of heat of the raw material gas produced by mixing air, that is, the amount of hydrocarbons can be increased and maintained to a predetermined amount, and the amount of hydrogen can be maintained. As a control method for increasing the flow rate of water, the flow rate of water itself may be increased, or the S / C that represents the ratio of the water flow rate to the hydrocarbon flow rate that is the raw material gas is kept constant. The flow rate of water may be increased in proportion to the increase.

この構成により、原料ガスの増加に合わせて改質反応に必要な水の量を増加させることができるので、改質器での原料ガス割合を一定に保ち、安定した水素生成が可能となる。   With this configuration, the amount of water required for the reforming reaction can be increased in accordance with the increase in the raw material gas, so that the proportion of the raw material gas in the reformer can be kept constant and stable hydrogen production can be achieved.

(実施の形態4)
本発明の実施の形態4における水素生成装置について説明する。図3は本発明の実施の形態4における水素生成装置の構成を示した概略図である。実施の形態1の構成に加え、水添脱硫器1から供給される原料ガスを改質反応によって改質し、水素含有ガスを生成する改質器6を備えた。改質器6には、改質触媒として部分酸化改質反応を進行させるPt触媒を用い約650℃で使用した。また、改質器6に空気を供給する改質空気供給器8を備えた。なお、本実施の形態3と同様に、水供給器7を改質空気供給器8と同時に備えてもよく、その場合は、オートサーマル反応として改質反応が進行する。本実施の形態では水供給器7を使用しない方法を採用した。
(Embodiment 4)
A hydrogen generator according to Embodiment 4 of the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the hydrogen generator in Embodiment 4 of the present invention. In addition to the configuration of the first embodiment, a reformer 6 for reforming the raw material gas supplied from the hydrodesulfurizer 1 by a reforming reaction to generate a hydrogen-containing gas is provided. The reformer 6 was a Pt catalyst that allowed a partial oxidation reforming reaction to proceed as a reforming catalyst, and was used at about 650 ° C. Further, a reformed air supply unit 8 for supplying air to the reformer 6 is provided. Note that, similarly to the third embodiment, the water supply device 7 may be provided simultaneously with the reformed air supply device 8, and in this case, the reforming reaction proceeds as an autothermal reaction. In this embodiment, a method that does not use the water supplier 7 is adopted.

次に本実施の形態4における特徴的な動作について説明する。水添脱硫温度検出器2で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値(本実施の形態では280℃)を超えた場合に、制御器5は水添脱硫器1に供給される水の流量を増大させるよう制御する。また実施の形態2と同様に、単位時間あたりの温度上昇幅から水の増量割合を決めてもよい。これにより、空気の混入により原料した原料ガスの熱量すなわち炭化水素の量を所定の量に増量、維持し、水素量を維持することができる。なお、空気の流量を増加させる制御方法として、空気そのものの流量を増加してもよいし、空気と原料ガスである炭化水素流量との比を表すO2/Cを一定に保つことで原料ガスの増加に比例的に空気の流量を増加してもよい。   Next, a characteristic operation in the fourth embodiment will be described. When the temperature detected by the hydrodesulfurization temperature detector 2 exceeds a preset first temperature threshold (280 ° C. in the present embodiment), the controller 5 is supplied to the hydrodesulfurizer 1. Control to increase water flow. Similarly to the second embodiment, the rate of increase in water may be determined from the temperature rise width per unit time. As a result, the amount of heat of the raw material gas produced by mixing air, that is, the amount of hydrocarbons can be increased and maintained to a predetermined amount, and the amount of hydrogen can be maintained. As a control method for increasing the flow rate of air, the flow rate of air itself may be increased, or by keeping O2 / C representing the ratio of the air flow rate to the hydrocarbon flow rate that is the source gas constant. The air flow rate may be increased in proportion to the increase.

この構成により、原料ガスの増加に合わせて改質反応に必要な空気の量を増加させることができるので、改質器での原料ガス割合を一定に保ち、安定した水素生成が可能となる。   With this configuration, the amount of air required for the reforming reaction can be increased in accordance with the increase in the raw material gas, so that the raw material gas ratio in the reformer can be kept constant and stable hydrogen production can be achieved.

(実施の形態5)
本発明の実施の形態5における水素生成装置について説明する。図4は本発明の実施の形態5における水素生成装置の構成を示した概略図である。実施の形態1〜4の構成に加え、原料ガス及び水素含有ガスのうちの少なくとも一方と燃焼用空気とを燃焼し、少なくとも改質器6を加熱する燃焼器9と、燃焼器9に空気を供給する燃焼空気供給器10を備える構成とした。なお実施の形態4と同様に改質器6に空気を供給する改質空気供給器8を備える構成としてもよい。
(Embodiment 5)
A hydrogen generator according to Embodiment 5 of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the hydrogen generator in Embodiment 5 of the present invention. In addition to the configurations of the first to fourth embodiments, at least one of the raw material gas and the hydrogen-containing gas and combustion air are combusted, and at least the reformer 6 is heated, and the combustor 9 is supplied with air. It was set as the structure provided with the combustion air supply device 10 to supply. In addition, it is good also as a structure provided with the reformed air supply device 8 which supplies air to the reformer 6 similarly to Embodiment 4. FIG.

次に本実施の形態5における特徴的な動作について説明する。水添脱硫温度検出器2で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値(本実施の形態では280℃)を超えた場合に、制御器5は燃焼器9に供給される燃焼用空気の流量を増大させるよう制御する。また実施の形態2と同様に、単位時間あたりの温度上昇幅から燃焼空気の増量割合を決めてもよい。   Next, characteristic operations in the fifth embodiment will be described. When the temperature detected by the hydrodesulfurization temperature detector 2 exceeds a preset first temperature threshold value (280 ° C. in the present embodiment), the controller 5 is used for combustion supplied to the combustor 9. Control to increase air flow. Similarly to the second embodiment, the rate of increase in the combustion air may be determined from the temperature rise per unit time.

これにより、原料ガスの増加に合わせて燃焼空気の流量を増量させることができ、適切な空気比を維持できるため、失火したり未燃ガスが発生したりすることを抑制し、燃焼を安定に維持することができるので、安定した水素生成が可能となる。   As a result, the flow rate of the combustion air can be increased in accordance with the increase of the raw material gas, and an appropriate air ratio can be maintained, so that it is possible to suppress misfire and generation of unburned gas and to stabilize combustion. Since it can be maintained, stable hydrogen production becomes possible.

本発明は、水添脱硫器の温度を測定することで、原料ガス中の空気混入に伴う原料ガスの熱量すなわち炭化水素流量の低下を判定し、原料ガスの流量を増加させることで生成水素流量を安定的に維持することが可能な水素生成装置を提供するものであり、硫黄分を含み脱硫の必要があり、かつ空気が混入し得る原料ガスを改質して水素生成を行う分散型の固体高分子形もしくは固体酸化物形などの燃料電池発電システムに特に有用である。   The present invention measures the temperature of the hydrodesulfurizer to determine a decrease in the calorific value of the raw material gas, that is, the hydrocarbon flow rate due to air mixing in the raw material gas, and increases the flow rate of the raw material gas by increasing the flow rate of the raw material gas. Is a dispersion type that generates hydrogen by reforming a raw material gas that contains sulfur and needs to be desulfurized and can be mixed with air. It is particularly useful for a fuel cell power generation system such as a solid polymer type or a solid oxide type.

1 水添脱硫器
2 水添脱硫温度検出器
3 原料供給器
4 水素含有ガス供給器
5 制御器
6 改質器
7 水供給器
8 改質空気供給器
9 燃焼器
10 燃焼空気供給器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrodesulfurizer 2 Hydrodesulfurization temperature detector 3 Raw material supply device 4 Hydrogen-containing gas supply device 5 Controller 6 Reformer 7 Water supply device 8 Reformed air supply device 9 Combustor 10 Combustion air supply device

Claims (6)

原料ガス中の硫黄成分を除去する水添脱硫器と、
前記水添脱硫器の温度を検出する水添温度検出器と、
前記水添脱硫器に前記原料ガスを供給する原料供給器と、
前記水添脱硫器に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給器と、
少なくとも前記原料供給器を制御する制御器と、
を備え、
前記制御器は、前記水添温度検出器で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値を超えた場合に、前記水添温度検出器で検出される温度が前記第1温度閾値以下の場合より、前記水添脱硫器に供給される前記原料ガスの流量が大きくなるよう制御する、水素生成装置。
A hydrodesulfurizer for removing sulfur components in the raw material gas;
A hydrogenation temperature detector for detecting the temperature of the hydrodesulfurizer;
A raw material supplier for supplying the raw material gas to the hydrodesulfurizer;
A hydrogen-containing gas supplier for supplying a hydrogen-containing gas to the hydrodesulfurizer;
A controller for controlling at least the raw material supplier;
With
The controller is configured such that when the temperature detected by the hydrogenation temperature detector exceeds a preset first temperature threshold, the temperature detected by the hydrogenation temperature detector is less than or equal to the first temperature threshold. The hydrogen generator which controls so that the flow volume of the said raw material gas supplied to the said hydrodesulfurizer may become larger than the case of.
前記制御器は、前記水添温度検出器で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値を超えた場合に、単位時間当たりに第1温度幅上昇した場合に、前記原料ガスの流量を第1の割合増加させ、単位時間当たりに第1温度幅より大きい第2温度幅上昇した場合に、前記原料ガスの流量を第1の割合より大きい第2の割合増加させる、請求項1に記載の水素生成装置。   The controller controls the flow rate of the source gas when the temperature detected by the hydrogenation temperature detector exceeds a preset first temperature threshold and the first temperature range increases per unit time. The flow rate of the source gas is increased by a second rate greater than the first rate when the second rate of increase is greater than the first temperature range per unit time. The hydrogen generator described. 前記水素含有ガス供給器は、前記水添脱硫器から供給される前記原料ガスを改質反応によって改質し、水素含有ガスを生成する改質器を備え、
前記改質器から排出される前記水素含有ガスの一部が前記水添脱硫器に供給されるよう構成されている、請求項1又は2に記載の水素生成装置。
The hydrogen-containing gas supplier includes a reformer that reforms the raw material gas supplied from the hydrodesulfurizer by a reforming reaction to generate a hydrogen-containing gas.
The hydrogen generator according to claim 1 or 2, wherein a part of the hydrogen-containing gas discharged from the reformer is configured to be supplied to the hydrodesulfurizer.
前記改質器に水を供給する水供給器を備え、
前記制御器は、前記水添温度検出器で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値を超えた場合に、前記水添温度検出器で検出される温度が前記第1温度閾値以下の場合より、前記改質器に供給される前記水の流量が大きくなるよう制御する、請求項3に記載の水素生成装置。
A water supply for supplying water to the reformer,
The controller is configured such that when the temperature detected by the hydrogenation temperature detector exceeds a preset first temperature threshold, the temperature detected by the hydrogenation temperature detector is less than or equal to the first temperature threshold. The hydrogen generation apparatus according to claim 3, wherein the flow rate of the water supplied to the reformer is controlled to be larger than in the case of.
前記改質器に空気を供給する改質空気供給器を備え、
前記制御器は、前記水添温度検出器で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値を超えた場合に、前記水添温度検出器で検出される温度が前記第1温度閾値以下の場合より、前記改質器に供給される前記空気の流量が大きくなるよう制御する、請求項3又は4に記載の水素生成装置。
A reforming air supplier for supplying air to the reformer;
The controller is configured such that when the temperature detected by the hydrogenation temperature detector exceeds a preset first temperature threshold, the temperature detected by the hydrogenation temperature detector is less than or equal to the first temperature threshold. The hydrogen generator according to claim 3 or 4 which controls so that the flow volume of said air supplied to said reformer may become larger than the case of.
前記原料ガス及び前記水素含有ガスのうちの少なくとも一方と燃焼用空気とを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器に空気を供給する燃焼空気供給器と、を備え、
前記制御器は、前記水添温度検出器で検出される温度が、予め設定された第1温度閾値を超えた場合に、前記水添温度検出器で検出される温度が前記第1温度閾値以下の場合より、前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の流量が大きくなるよう制御する、請求項3〜5のいずれか1項に記載の水素生成装置。
A combustor that burns at least one of the source gas and the hydrogen-containing gas and combustion air and heats the reformer;
A combustion air supply for supplying air to the combustor,
The controller is configured such that when the temperature detected by the hydrogenation temperature detector exceeds a preset first temperature threshold, the temperature detected by the hydrogenation temperature detector is less than or equal to the first temperature threshold. The hydrogen generation device according to any one of claims 3 to 5, wherein the control is performed so that the flow rate of the combustion air supplied to the combustor is larger than in the case of the above.
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