JP2020180022A

JP2020180022A - Reforming system

Info

Publication number: JP2020180022A
Application number: JP2019084254A
Authority: JP
Inventors: 浩康河内; Hiroyasu Kawachi; 鈴木　秀明; Hideaki Suzuki; 秀明鈴木
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-11-05

Abstract

To provide a reforming system capable of suppressing deterioration of a reforming catalyst.SOLUTION: A reforming system 1 comprises a separation part 6 for separating air into nitrogen and oxygen. Thus, by supplying air to the separation part 6, the separation part 6 can separate the air into nitrogen and oxygen. The reforming system 1 comprises a heating part 7 for heating the nitrogen separated by the separation part 6 and supplying the nitrogen to a reforming part 3. Thus, the nitrogen in a heated state is supplied to the reforming part 3. In this case, as the heated nitrogen is supplied to the reforming part 3, a temperature of a reforming catalyst 3a in the reforming part 3 rises. Since the temperature of the reforming catalyst 3a is raised by the nitrogen separated from oxygen, the oxidation of the reforming catalyst 3a is suppressed. In this manner, the temperature of the reforming catalyst 3a is raised in a state where the oxidation is suppressed, and thereby the deterioration of the reforming catalyst 3a can be suppressed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、改質システムに関する。 The present invention relates to a reforming system.

従来の改質システムとしては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の改質システムは、原料ガスとしてのアンモニアと酸素を燃焼触媒で燃焼させると共に改質を行うことで、水素ガスを含む改質ガスを生成している。これにより、改質システムは、燃焼によって発生した熱を利用して、改質を行っている。 As a conventional reforming system, for example, the technique described in Patent Document 1 is known. The reforming system described in Patent Document 1 produces a reformed gas containing hydrogen gas by burning ammonia and oxygen as raw material gases with a combustion catalyst and reforming the system. As a result, the reforming system uses the heat generated by combustion to reform.

特開２０１０−２４０６４６号公報JP-A-2010-240646

上記従来技術のような改質システムでは、原料ガスと共に酸素を供給することにより、起動時における温度上昇中に、改質触媒が劣化する可能性があった。すなわち、起動時に改質触媒の温度が上昇していない状態にて酸素が供給されることで、改質触媒が酸化する可能性がある。従って、改質触媒が酸化によって劣化することを抑制することが求められていた。 In a reforming system such as the above-mentioned conventional technique, by supplying oxygen together with the raw material gas, the reforming catalyst may be deteriorated during the temperature rise at the time of starting. That is, there is a possibility that the reforming catalyst will be oxidized by supplying oxygen in a state where the temperature of the reforming catalyst has not risen at the time of startup. Therefore, it has been required to suppress the deterioration of the reforming catalyst due to oxidation.

本発明の目的は、改質触媒の劣化を抑制することができる改質システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a reforming system capable of suppressing deterioration of a reforming catalyst.

本発明の一態様に係る改質システムは、水素含有原料を水素に分解する改質触媒を有し、水素含有原料を改質して水素ガスを含有した改質ガスを生成する改質部と、改質部に水素含有原料を供給する原料供給部と、空気を窒素と酸素とに分離する分離部と、分離部で分離された窒素を加熱して改質部へ供給する加熱部と、を備える。 The reforming system according to one aspect of the present invention has a reforming catalyst that decomposes a hydrogen-containing raw material into hydrogen, and has a reforming unit that reforms the hydrogen-containing raw material to generate a reformed gas containing hydrogen gas. A raw material supply unit that supplies hydrogen-containing raw materials to the reforming unit, a separation unit that separates air into nitrogen and oxygen, and a heating unit that heats the nitrogen separated in the separation unit and supplies it to the reforming unit. To be equipped.

このような改質システムは、空気を窒素と酸素とに分離する分離部を備えている。従って、分離部に対して空気を供給することで、分離部は、当該空気を窒素と酸素とに分離することができる。また、改質システムは、分離部で分離された窒素を加熱して改質部へ供給する加熱部を備えている。従って、改質部には、加熱された状態の窒素が供給される。この場合、加熱された窒素が改質部に供給されることによって、改質部の改質触媒の温度は上昇する。また、このような改質触媒の温度上昇が、酸素から分離した窒素によって行われるため、改質触媒の酸化が抑制される。このように、酸化が抑制された状態で改質触媒の温度上昇が行われることで、改質触媒の劣化を抑制することができる。 Such a reforming system includes a separator that separates air into nitrogen and oxygen. Therefore, by supplying air to the separation unit, the separation unit can separate the air into nitrogen and oxygen. In addition, the reforming system includes a heating unit that heats the nitrogen separated in the separation unit and supplies it to the reforming unit. Therefore, the reformed portion is supplied with nitrogen in a heated state. In this case, the temperature of the reforming catalyst in the reforming section rises because the heated nitrogen is supplied to the reforming section. Further, since the temperature of the reforming catalyst is raised by nitrogen separated from oxygen, the oxidation of the reforming catalyst is suppressed. As described above, the deterioration of the reforming catalyst can be suppressed by raising the temperature of the reforming catalyst in a state where oxidation is suppressed.

改質システムは、分離部で分離された酸素の供給先を改質部と、他の部分とで切り替える切替部を更に備え、切替部は、改質触媒が目標温度となるまで、酸素の供給先を他の部分へ設定し、改質触媒が目標温度となったら、酸素の供給先を改質部へ設定してよい。この場合、改質触媒が目標温度となっていない状態では、酸素が改質部とは他の部分へ供給されるため、改質触媒が酸化されることを抑制できる。一方、改質触媒が目標温度となったら、酸素が改質部へ供給されることで、改質部は、窒素から分離された純度の高い酸素を用いて改質を行うことができる。 The reforming system further includes a switching unit that switches the supply destination of oxygen separated by the separation unit between the reforming unit and another portion, and the switching unit supplies oxygen until the reforming catalyst reaches the target temperature. The tip may be set to another part, and when the reforming catalyst reaches the target temperature, the oxygen supply destination may be set to the reforming part. In this case, when the reforming catalyst does not reach the target temperature, oxygen is supplied to a portion other than the reforming portion, so that the reforming catalyst can be suppressed from being oxidized. On the other hand, when the reforming catalyst reaches the target temperature, oxygen is supplied to the reforming section, so that the reforming section can perform reforming using highly pure oxygen separated from nitrogen.

原料供給部は、改質触媒が目標温度となるまで、水素含有原料の供給を停止し、改質触媒が目標温度となったら、改質部へ水素含有原料を供給してよい。改質触媒の改質能力が低い段階にて、水素含有原料供給部が供給を停止することで、改質部の後段で未反応の水素含有原料を処理する必要が無くなる。 The raw material supply unit may stop supplying the hydrogen-containing raw material until the reforming catalyst reaches the target temperature, and when the reforming catalyst reaches the target temperature, supply the hydrogen-containing raw material to the reforming unit. By stopping the supply of the hydrogen-containing raw material supply unit at the stage where the reforming capacity of the reforming catalyst is low, it is not necessary to process the unreacted hydrogen-containing raw material in the subsequent stage of the reforming unit.

分離部に空気を供給する空気供給部は、改質触媒が定常状態になったら、空気を改質部へ供給してよい。この場合、定常状態では、分離部は改質部にガスを供給しなくてよくなる。すなわち、分離部は、起動時に必要な分のガス流量を確保しておけばよくなるので、分離部の小型化が可能となる。 The air supply unit that supplies air to the separation unit may supply air to the reforming unit when the reforming catalyst is in a steady state. In this case, in the steady state, the separating part does not have to supply gas to the reforming part. That is, since it is sufficient for the separation unit to secure the required gas flow rate at the time of start-up, the separation unit can be miniaturized.

改質システムは、分離部で分離された窒素を貯留する第１のバッファタンクと、分離部で分離された酸素を貯留する第２のバッファタンクと、を更に備えてよい。この場合、定常状態において、空気供給部が改質部に空気を送りながら、分離部にも空気を送ることで、次回の起動時に用いるための窒素及び酸素を各バッファタンクに貯めておくことができる。この場合、起動時に必要とされる分離部のガス流量を少なくできるため、分離部の小型化が可能となる。 The reforming system may further include a first buffer tank that stores nitrogen separated by the separation section and a second buffer tank that stores oxygen separated by the separation section. In this case, in the steady state, while the air supply unit sends air to the reforming unit, it also sends air to the separation unit to store nitrogen and oxygen for use at the next start-up in each buffer tank. it can. In this case, since the gas flow rate of the separation portion required at the time of starting can be reduced, the separation portion can be miniaturized.

本発明によれば、改質触媒の劣化を抑制することができる。 According to the present invention, deterioration of the reforming catalyst can be suppressed.

本発明の実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification system which concerns on embodiment of this invention. 各種構成要素の状態を示すグラフである。It is a graph which shows the state of various components. 改質システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation of a reforming system. 変形例に係る改質システムを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the reforming system which concerns on the modification. 変形例に係る改質システムを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the reforming system which concerns on the modification.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

図１は、本発明の実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。図１に示すように、改質システム１は、原料供給部２と、改質部３と、空気供給部４と、分離部６と、加熱部７と、コントローラ８と、を備える。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a reforming system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the reforming system 1 includes a raw material supply unit 2, a reforming unit 3, an air supply unit 4, a separation unit 6, a heating unit 7, and a controller 8.

原料供給部２は、改質部３に水素含有原料を供給する。水素含有原料とは、組成の構成元素として水素を含む原料である。本実施形態では、水素含有原料としてアンモニア（ＮＨ_３）を採用する。原料供給部２は、例えば、液体状態でアンモニアを貯蔵するタンクと、当該液体状態のアンモニアを気化してアンモニアガスとする気化器と、を備える。原料供給部２は、ラインＬ１を介して、改質部３へアンモニアガスを供給する。原料供給部２は、ポンプなどを用いてアンモニアガスをラインＬ１へ流す。 The raw material supply unit 2 supplies the hydrogen-containing raw material to the reforming unit 3. The hydrogen-containing raw material is a raw material containing hydrogen as a constituent element of the composition. In this embodiment, ammonia (NH ₃ ) is used as the hydrogen-containing raw material. The raw material supply unit 2 includes, for example, a tank for storing ammonia in a liquid state and a vaporizer for vaporizing the ammonia in the liquid state into ammonia gas. The raw material supply unit 2 supplies ammonia gas to the reforming unit 3 via the line L1. The raw material supply unit 2 uses a pump or the like to flow ammonia gas to the line L1.

改質部３は、アンモニアガスを改質して、水素ガスを含有した改質ガスを生成する。改質部３は、アンモニアガスを水素に分解する改質触媒３ａを有している。改質触媒３ａは、アンモニアガスを水素に分解する機能に加え、アンモニアガスを燃焼させる機能も有してよい。改質触媒３ａとしては、例えばパラジウム、ロジウムまたは白金等が用いられる。改質部３にて生成された改質ガスは、ラインＬ５を介して水素利用部１１に供給される。水素利用部１１は、改質ガスに含有された水素を利用する部分である。水素利用部１１としては、例えば水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う燃料電池、アンモニアを燃料としたアンモニアエンジンまたはアンモニアガスタービン等が挙げられる。 The reforming unit 3 reforms ammonia gas to generate a reformed gas containing hydrogen gas. The reforming unit 3 has a reforming catalyst 3a that decomposes ammonia gas into hydrogen. The reforming catalyst 3a may have a function of burning ammonia gas in addition to a function of decomposing ammonia gas into hydrogen. As the reforming catalyst 3a, for example, palladium, rhodium, platinum or the like is used. The reforming gas generated in the reforming unit 3 is supplied to the hydrogen utilization unit 11 via the line L5. The hydrogen utilization unit 11 is a portion that utilizes hydrogen contained in the reforming gas. Examples of the hydrogen utilization unit 11 include a fuel cell that chemically reacts hydrogen with oxygen in the air to generate power, an ammonia engine using ammonia as a fuel, an ammonia gas turbine, and the like.

改質部３には、改質触媒３ａの温度を検出する温度センサ１０が設けられている。温度センサ１０は、アンモニアガスが流入する改質触媒３ａの入口部の温度、及び改質ガスが流出する改質触媒３ａの出口部の温度を検出する。 The reforming unit 3 is provided with a temperature sensor 10 that detects the temperature of the reforming catalyst 3a. The temperature sensor 10 detects the temperature at the inlet of the reforming catalyst 3a into which the ammonia gas flows and the temperature at the outlet of the reforming catalyst 3a from which the reforming gas flows out.

空気供給部４は、空気を分離部６へ供給する。空気供給部４としては、例えば大気中の空気を分離部６へ送る送風機等が用いられる。空気供給部４は、ラインＬ２を介して空気を分離部６へ供給する。 The air supply unit 4 supplies air to the separation unit 6. As the air supply unit 4, for example, a blower or the like that sends air in the atmosphere to the separation unit 6 is used. The air supply unit 4 supplies air to the separation unit 6 via the line L2.

分離部６は、空気を窒素と酸素とに分離する。具体的には、分離部６は、空気から酸素と窒素とを分離する分離膜によって構成される。このような分離膜の材料として、ポリイミド、ゼオライト、グラフェンなどの材料が採用されてよい。分離膜の他、深冷分離法や吸着分離法などによって空気を窒素と酸素とに分離してもよい。なお、深冷分離法とは、空気を極低温まで冷却することで液化し、酸素と窒素の沸点の違いを利用して蒸留を行うことで分離を行う方法である。また、吸着分離法は、吸着剤で空気中の窒素を選択的に吸着することで、酸素と窒素を分離する方法である。分離部６は、分離した窒素をラインＬ３を介して改質部３に供給可能であり、分離した酸素をラインＬ４を介して改質部３に供給可能である。 Separation unit 6 separates air into nitrogen and oxygen. Specifically, the separation unit 6 is composed of a separation membrane that separates oxygen and nitrogen from air. As a material for such a separation membrane, a material such as polyimide, zeolite, or graphene may be adopted. In addition to the separation membrane, air may be separated into nitrogen and oxygen by a deep cold separation method or an adsorption separation method. The deep cold separation method is a method in which air is cooled to an extremely low temperature to be liquefied, and distillation is performed by utilizing the difference in boiling points between oxygen and nitrogen. The adsorption separation method is a method of separating oxygen and nitrogen by selectively adsorbing nitrogen in the air with an adsorbent. The separation unit 6 can supply the separated nitrogen to the reforming unit 3 via the line L3, and can supply the separated oxygen to the reforming unit 3 via the line L4.

加熱部７は、分離部６で分離された窒素を加熱して改質部３へ供給する。加熱部７は、例えば電気ヒータによって構成される。このような電気ヒータとして、ＥＨＣ（電気加熱式触媒装置：ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＨｅａｔｅｄＣａｔａｌｙｓｔ）のヒータが用いられてよい。加熱部７は、分離部６と改質部３との間のラインＬ３に設けられ、当該ラインＬ３を通過する窒素を加熱する。 The heating unit 7 heats the nitrogen separated by the separation unit 6 and supplies it to the reforming unit 3. The heating unit 7 is composed of, for example, an electric heater. As such an electric heater, an EHC (electric heating type catalyst device: Electrical Heated Catalyst) heater may be used. The heating unit 7 is provided on the line L3 between the separation unit 6 and the reforming unit 3, and heats nitrogen passing through the line L3.

改質システム１は、改質部３へ窒素を供給するためのラインＬ３に、バルブ１２を備えている。バルブ１２は、分離部６で分離された窒素の供給先を改質部３と、他の部分とで切り替える。バルブ１２は、ラインＬ３のうち、加熱部７よりも上流側に設けられる。バルブ１２は、窒素の供給先をラインＬ３の下流側の部分と、ラインＬ６との間で切り替える。ラインＬ６は、他の部分へ向かっている。他の部分は、窒素を利用する部分、または大気（ラインＬ６が大気解放された状態）である。 The reforming system 1 includes a valve 12 on the line L3 for supplying nitrogen to the reforming unit 3. The valve 12 switches the supply destination of nitrogen separated by the separation unit 6 between the reforming unit 3 and another portion. The valve 12 is provided on the upstream side of the heating unit 7 in the line L3. The valve 12 switches the nitrogen supply destination between the downstream portion of the line L3 and the line L6. Line L6 is heading towards another part. The other part is a part that utilizes nitrogen or the atmosphere (the state where the line L6 is released to the atmosphere).

改質システム１は、改質部３へ酸素を供給するためのラインＬ４に、バルブ１３（切替部）を備えている。バルブ１３は、分離部６で分離された酸素の供給先を改質部３と、他の部分とで切り替える。バルブ１３は、酸素の供給先をラインＬ４の下流側の部分と、ラインＬ７との間で切り替える。ラインＬ７は、他の部分へ向かっている。他の部分は、酸素を利用する部分、または大気（ラインＬ７が大気解放された状態）である。 The reforming system 1 includes a valve 13 (switching portion) on the line L4 for supplying oxygen to the reforming unit 3. The valve 13 switches the supply destination of oxygen separated by the separation unit 6 between the reforming unit 3 and another portion. The valve 13 switches the oxygen supply destination between the downstream portion of the line L4 and the line L7. Line L7 is heading for another part. The other part is a part that utilizes oxygen or the atmosphere (the state where the line L7 is released to the atmosphere).

コントローラ８は、改質システム１全体を制御する制御部である。コントローラ８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。コントローラ８は、原料供給部２、空気供給部４、加熱部７、及びバルブ１２，１３に電気的に接続されており、これらに対して制御信号を送信する。また、コントローラ８は、温度センサ１０に電気的に接続されている。コントローラ８は、温度センサ１０によって検出された改質触媒３ａの温度を取得する。コントローラ８は、温度センサ１０の検出結果から改質触媒３ａが目標温度になったことを判定することができる。ここで、目標温度とは、改質触媒３ａが酸素とアンモニアによって着火可能な温度であり、例えば２００℃に設定される。また、この時の改質触媒３ａの温度は、改質触媒３ａの入口部の温度であってよい。ただし、具体的な温度の値や、改質触媒３ａのどの部分の温度などかは、特に限定されず、適宜変更されてよい。例えば、改質触媒３ａの酸化を抑制できる温度であれば、２００℃よりも低い温度が目標温度に設定されてよい。コントローラ８は、温度センサ１０の検出結果に基づいて、原料供給部２、空気供給部４、加熱部７、及びバルブ１２，１３を制御する。 The controller 8 is a control unit that controls the entire reforming system 1. The controller 8 is composed of a CPU, RAM, ROM, an input / output interface, and the like. The controller 8 is electrically connected to the raw material supply unit 2, the air supply unit 4, the heating unit 7, and the valves 12 and 13, and transmits a control signal to these. Further, the controller 8 is electrically connected to the temperature sensor 10. The controller 8 acquires the temperature of the reforming catalyst 3a detected by the temperature sensor 10. The controller 8 can determine that the reforming catalyst 3a has reached the target temperature from the detection result of the temperature sensor 10. Here, the target temperature is a temperature at which the reforming catalyst 3a can be ignited by oxygen and ammonia, and is set to, for example, 200 ° C. Further, the temperature of the reforming catalyst 3a at this time may be the temperature of the inlet portion of the reforming catalyst 3a. However, the specific temperature value, the temperature of which part of the reforming catalyst 3a, and the like are not particularly limited and may be changed as appropriate. For example, if the temperature is such that the oxidation of the reforming catalyst 3a can be suppressed, a temperature lower than 200 ° C. may be set as the target temperature. The controller 8 controls the raw material supply unit 2, the air supply unit 4, the heating unit 7, and the valves 12 and 13 based on the detection result of the temperature sensor 10.

コントローラ８は、改質システム１の起動時から改質触媒３ａが目標温度になるまでは、原料供給部２を停止し、バルブ１２を加熱部７側に開とし、バルブ１３をラインＬ７側に開とし、加熱部７をＯＮとする。また、コントローラ８は、改質触媒３ａが目標温度となったら、原料供給部２を起動し、バルブ１２をラインＬ６側に開とし、バルブ１３を改質部３側に開とし、加熱部７をＯＦＦとする。 The controller 8 stops the raw material supply unit 2 from the start of the reforming system 1 until the reforming catalyst 3a reaches the target temperature, opens the valve 12 toward the heating unit 7, and sets the valve 13 toward the line L7. It is opened and the heating unit 7 is turned on. Further, when the reforming catalyst 3a reaches the target temperature, the controller 8 starts the raw material supply section 2, opens the valve 12 to the line L6 side, opens the valve 13 to the reforming section 3, and heats the heating section 7. Is turned off.

これにより、原料供給部２は、改質触媒３ａが目標温度となるまで、水素含有原料の供給を停止し、改質触媒３ａが目標温度となったら、改質部３へ水素含有原料を供給する。また、バルブ１２は、起動時から改質触媒３ａが目標温度となるまで、窒素の供給先を改質部３に設定し、改質触媒３ａが目標温度となったら、窒素の供給先を他の部分へ設定する。バルブ１３は、改質触媒３ａが目標温度となるまで、酸素の供給先を他の部分へ設定し、改質触媒３ａが目標温度となったら、酸素の供給先を改質部３へ設定する。加熱部７は、起動時において、改質触媒３ａを目標温度まで加熱するために、改質部３の上流側にて窒素を加熱する。加熱部７は、改質部３に対する窒素の供給が停止されたら、加熱を停止する。 As a result, the raw material supply unit 2 stops supplying the hydrogen-containing raw material until the reforming catalyst 3a reaches the target temperature, and when the reforming catalyst 3a reaches the target temperature, supplies the hydrogen-containing raw material to the reforming unit 3. To do. Further, the valve 12 sets the nitrogen supply destination to the reforming unit 3 from the time of starting until the reforming catalyst 3a reaches the target temperature, and when the reforming catalyst 3a reaches the target temperature, the nitrogen supply destination is set to another. Set to the part of. The valve 13 sets the oxygen supply destination to other parts until the reforming catalyst 3a reaches the target temperature, and sets the oxygen supply destination to the reforming unit 3 when the reforming catalyst 3a reaches the target temperature. .. At the time of start-up, the heating unit 7 heats nitrogen on the upstream side of the reforming unit 3 in order to heat the reforming catalyst 3a to the target temperature. The heating unit 7 stops heating when the supply of nitrogen to the reforming unit 3 is stopped.

次に、図２及び図３を参照して、改質システム１の動作について説明する。図２は、各種構成要素の状態を示すグラフである。図２の「加熱部温度」は、加熱部７の加熱温度を示すグラフである。図２の「改質触媒」は、改質触媒３ａの温度を示すグラフである。図２の「未燃ＮＨ_３」は、改質ガスに含まれるＮＨ_３の量を示すグラフである。図２の「バルブ（Ｎ_２）」は、バルブ１２の切替状態を示すグラフである。グラフの上段側はバルブ１２が加熱部７側に切り替えられていることを示し、下段側はバルブ１２がラインＬ６側に切り替えられていることを示す。図２の「バルブ（Ｏ_２）」は、バルブ１３の切替状態を示すグラフである。グラフの上段側はバルブ１３が改質部３側に切り替えられていることを示し、下段側はバルブ１３がラインＬ７側に切り替えられていることを示す。図２の「ＮＨ_３供給」は、原料供給部２のＯＮ／ＯＦＦ状態を示すグラフである。グラフの上段側がＯＮを示し、下段側がＯＦＦを示す。図２の「加熱部」は、加熱部７のＯＮ／ＯＦＦ状態を示すグラフである。グラフの上段側がＯＮを示し、下段側がＯＦＦを示す。図３は、改質システム１の動作を示すフローチャートである。図３の処理は、改質システム１の起動時においてコントローラ８で実行される処理である。 Next, the operation of the reforming system 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a graph showing the states of various components. The “heating unit temperature” in FIG. 2 is a graph showing the heating temperature of the heating unit 7. The “reforming catalyst” in FIG. 2 is a graph showing the temperature of the reforming catalyst 3a. “Unburned NH ₃ ” in FIG. 2 is a graph showing the amount of NH ₃ contained in the reformed gas. “Valve (N ₂ )” in FIG. 2 is a graph showing a switching state of the valve 12. The upper side of the graph shows that the valve 12 is switched to the heating unit 7 side, and the lower side shows that the valve 12 is switched to the line L6 side. “Valve (O ₂ )” in FIG. 2 is a graph showing a switching state of the valve 13. The upper side of the graph shows that the valve 13 is switched to the reforming portion 3 side, and the lower side shows that the valve 13 is switched to the line L7 side. “NH ₃ supply” in FIG. 2 is a graph showing an ON / OFF state of the raw material supply unit 2. The upper side of the graph indicates ON, and the lower side indicates OFF. The “heating unit” in FIG. 2 is a graph showing an ON / OFF state of the heating unit 7. The upper side of the graph indicates ON, and the lower side indicates OFF. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the reforming system 1. The process of FIG. 3 is a process executed by the controller 8 when the reforming system 1 is started.

図３に示すように、改質システム１の起動がなされたら、コントローラ８は、起動処理を実行する（ステップＳ１０）。Ｓ１０では、コントローラ８は、空気供給部４をＯＮとし、バルブ１２を加熱部７側に開とし、加熱部７をＯＮとする。これにより、加熱された状態の窒素が改質部３に供給される。図２に示すように、加熱部７の加熱温度は上昇し、改質触媒３ａの温度も上昇する。 As shown in FIG. 3, when the reforming system 1 is started, the controller 8 executes the start processing (step S10). In S10, the controller 8 turns on the air supply unit 4, opens the valve 12 toward the heating unit 7, and turns on the heating unit 7. As a result, the heated nitrogen is supplied to the reforming unit 3. As shown in FIG. 2, the heating temperature of the heating unit 7 rises, and the temperature of the reforming catalyst 3a also rises.

次に、コントローラ８は、改質触媒３ａの温度が目標温度Ｔ１となったか否かを判定する（ステップＳ２０）。Ｓ２０において、改質触媒３ａの温度が目標温度Ｔ１となっていないと判定された場合、コントローラ８は、Ｓ１０で設定した状態を維持しながら、Ｓ２０の処理を再び行う。 Next, the controller 8 determines whether or not the temperature of the reforming catalyst 3a has reached the target temperature T1 (step S20). When it is determined in S20 that the temperature of the reforming catalyst 3a is not the target temperature T1, the controller 8 performs the processing of S20 again while maintaining the state set in S10.

Ｓ２０において、改質触媒３ａの温度が目標温度Ｔ１となったと判定された場合、コントローラ８は、着火処理を実行する（ステップＳ３０）。Ｓ３０では、コントローラ８は、バルブ１３を改質部３側に開とし、原料供給部２をＯＮとする。また、コントローラ８は、窒素停止処理を実行する（ステップＳ４０）。Ｓ４０では、コントローラ８は、バルブ１２を加熱部７に対して閉とし、加熱部７をＯＦＦとする。これにより、アンモニアガスと酸素が改質部３に供給され、改質触媒３ａにて着火が起こり、アンモニアが燃焼する。このとき、窒素の改質部３に対する供給は停止される。改質触媒３ａでの燃焼が行われることで、図２に示すように、改質触媒３ａの温度が上昇し、温度Ｔ２に達することで改質触媒３ａが定常状態となる。また、着火直後はアンモニウムガスの一部が燃焼されないことにより、原料供給部２から供給されるアンモニアガスの増加に従って、改質ガスに含まれるアンモニアの量が増加するが、ある程度燃焼が進むと、改質ガスに含まれるアンモニアの量は減少する。定常状態となると、改質ガスに含まれる未燃焼のアンモニアの量は一定となる。以降は、改質システム１が停止するまで同じ状態が維持され、図３に示す処理が終了する。 When it is determined in S20 that the temperature of the reforming catalyst 3a has reached the target temperature T1, the controller 8 executes the ignition process (step S30). In S30, the controller 8 opens the valve 13 toward the reforming unit 3 and turns on the raw material supply unit 2. Further, the controller 8 executes the nitrogen stop processing (step S40). In S40, the controller 8 closes the valve 12 with respect to the heating unit 7 and turns off the heating unit 7. As a result, ammonia gas and oxygen are supplied to the reforming unit 3, ignition occurs in the reforming catalyst 3a, and ammonia is burned. At this time, the supply of nitrogen to the reforming unit 3 is stopped. As shown in FIG. 2, the temperature of the reforming catalyst 3a rises due to the combustion in the reforming catalyst 3a, and when the temperature reaches T2, the reforming catalyst 3a becomes a steady state. Further, since a part of the ammonium gas is not burned immediately after ignition, the amount of ammonia contained in the reforming gas increases as the amount of ammonia gas supplied from the raw material supply unit 2 increases, but when combustion progresses to some extent, The amount of ammonia contained in the reforming gas is reduced. In the steady state, the amount of unburned ammonia contained in the reformed gas becomes constant. After that, the same state is maintained until the reforming system 1 is stopped, and the process shown in FIG. 3 is completed.

次に、本実施形態に係る改質システム１の作用・効果について説明する。 Next, the operation and effect of the reforming system 1 according to the present embodiment will be described.

本実施形態に係る改質システム１は、空気を窒素と酸素とに分離する分離部６を備えている。従って、分離部６に対して空気を供給することで、分離部６は、当該空気を窒素と酸素とに分離することができる。また、改質システム１は、分離部６で分離された窒素を加熱して改質部３へ供給する加熱部７を備えている。従って、改質部３には、加熱された状態の窒素が供給される。この場合、加熱された窒素が改質部３に供給されることによって、改質部３の改質触媒３ａの温度は上昇する。また、このような改質触媒３ａの温度上昇が、酸素から分離した窒素によって行われるため、改質触媒３ａの酸化が抑制される。このように、酸化が抑制された状態で改質触媒３ａの温度上昇が行われることで、改質触媒３ａの劣化を抑制することができる。 The reforming system 1 according to the present embodiment includes a separation unit 6 that separates air into nitrogen and oxygen. Therefore, by supplying air to the separation unit 6, the separation unit 6 can separate the air into nitrogen and oxygen. Further, the reforming system 1 includes a heating unit 7 that heats the nitrogen separated by the separating unit 6 and supplies the nitrogen to the reforming unit 3. Therefore, the reformed portion 3 is supplied with nitrogen in a heated state. In this case, the temperature of the reforming catalyst 3a of the reforming unit 3 rises by supplying the heated nitrogen to the reforming unit 3. Further, since the temperature of the reforming catalyst 3a is raised by nitrogen separated from oxygen, the oxidation of the reforming catalyst 3a is suppressed. By raising the temperature of the reforming catalyst 3a in a state where oxidation is suppressed in this way, deterioration of the reforming catalyst 3a can be suppressed.

改質システム１は、分離部６で分離された酸素の供給先を改質部３と、他の部分とで切り替えるバルブ１３を更に備える。バルブ１３は、改質触媒３ａが目標温度となるまで、酸素の供給先を他の部分へ設定し、改質触媒３ａが目標温度となったら、酸素の供給先を改質部３へ設定する。この場合、改質触媒３ａが目標温度となっていない状態では、酸素が改質部３とは他の部分へ供給されるため、改質触媒３ａが酸化されることを抑制できる。一方、改質触媒３ａが目標温度となったら、酸素が改質部３へ供給されることで、改質部３は、窒素から分離された純度の高い酸素を用いて改質を行うことができる。 The reforming system 1 further includes a valve 13 that switches the supply destination of oxygen separated by the separating section 6 between the reforming section 3 and another section. The valve 13 sets the oxygen supply destination to other parts until the reforming catalyst 3a reaches the target temperature, and sets the oxygen supply destination to the reforming unit 3 when the reforming catalyst 3a reaches the target temperature. .. In this case, when the reforming catalyst 3a is not at the target temperature, oxygen is supplied to a portion other than the reforming portion 3, so that the reforming catalyst 3a can be suppressed from being oxidized. On the other hand, when the reforming catalyst 3a reaches the target temperature, oxygen is supplied to the reforming unit 3, so that the reforming unit 3 can perform reforming using high-purity oxygen separated from nitrogen. it can.

原料供給部２は、改質触媒３ａが目標温度となるまで、アンモニアガスの供給を停止し、改質触媒３ａが目標温度となったら、改質部３へアンモニアガスを供給する。改質触媒３ａの改質能力が低い段階にて、原料供給部２が供給を停止することで、改質部３の後段で未反応の水素含有原料を処理する必要が無くなる。 The raw material supply unit 2 stops the supply of ammonia gas until the reforming catalyst 3a reaches the target temperature, and when the reforming catalyst 3a reaches the target temperature, supplies the ammonia gas to the reforming unit 3. Since the raw material supply unit 2 stops the supply at the stage where the reforming capacity of the reforming catalyst 3a is low, it is not necessary to process the unreacted hydrogen-containing raw material in the subsequent stage of the reforming unit 3.

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment.

上述の実施形態では、改質触媒３ａが定常状態になった後も、空気供給部４は、分離部６へ空気を供給していた。これに代えて、図４に示すような構成を採用してもよい。図４に示す改質システム１は、空気供給部４が分離部６に空気を供給するためのラインＬ２から分岐して、改質部３に接続されるラインＬ１０を備えている。ラインＬ１０には、バルブ２０が設けられる。コントローラ８は、改質触媒３ａが定常状態になるまでは、バルブ２０を閉としておき、改質触媒３ａが定常状態となったら、バルブ２０を開とする。これにより、空気供給部４は、改質触媒３ａが定常状態となるまでは、ラインＬ２を介して分離部６へ空気を供給する。一方、空気供給部４は、改質触媒３ａが定常状態になったら、ラインＬ１０を介して空気を改質部３へ供給する。 In the above-described embodiment, the air supply unit 4 supplies air to the separation unit 6 even after the reforming catalyst 3a is in a steady state. Instead of this, the configuration as shown in FIG. 4 may be adopted. The reforming system 1 shown in FIG. 4 includes a line L10 in which the air supply unit 4 branches from the line L2 for supplying air to the separation unit 6 and is connected to the reforming unit 3. A valve 20 is provided on the line L10. The controller 8 keeps the valve 20 closed until the reforming catalyst 3a is in a steady state, and opens the valve 20 when the reforming catalyst 3a is in a steady state. As a result, the air supply unit 4 supplies air to the separation unit 6 via the line L2 until the reforming catalyst 3a becomes a steady state. On the other hand, the air supply unit 4 supplies air to the reforming unit 3 via the line L10 when the reforming catalyst 3a becomes a steady state.

この場合、定常状態では、分離部６は改質部３にガスを供給しなくてよくなる。すなわち、分離部６は、起動時に必要な分のガス流量を確保しておけばよくなるので、分離部６の小型化が可能となる。例えば、定常状態において、分離部６が酸素を改質部３へ供給する場合、分離部６のガス流量は、改質部３での改質反応に必要な量の酸素をまかなえるような大きさに設定される。これに対し、図４の改質システム１では、分離部６のガス流量は、起動時に改質部３での加熱に必要な量の窒素をまかなえる程度の大きさに設定されればよい。従って、図４の改質システム１の分離部６は、図１の改質システム１の分離部６に比して、小型化を図ることができる。 In this case, in the steady state, the separation unit 6 does not have to supply gas to the reforming unit 3. That is, since it is sufficient for the separation unit 6 to secure a gas flow rate required at the time of start-up, the separation unit 6 can be miniaturized. For example, when the separating unit 6 supplies oxygen to the reforming unit 3 in a steady state, the gas flow rate of the separating unit 6 is large enough to supply the amount of oxygen required for the reforming reaction in the reforming unit 3. Is set to. On the other hand, in the reforming system 1 of FIG. 4, the gas flow rate of the separating unit 6 may be set to a size sufficient to cover the amount of nitrogen required for heating in the reforming unit 3 at the time of starting. Therefore, the separation unit 6 of the reforming system 1 of FIG. 4 can be made smaller than the separation unit 6 of the reforming system 1 of FIG.

また、図５に示すような改質システム１を採用してもよい。図５に示す改質システム１は、分離部６で分離された窒素を貯留する第１のバッファタンク２１と、分離部６で分離された酸素を貯留する第２のバッファタンク２２と、を更に備える。この場合、定常状態において、空気供給部４が改質部３に空気を送りながら、分離部６にも空気を送ることで、次回の起動時に用いるための窒素及び酸素を各バッファタンクに貯めておくことができる。 Further, the reforming system 1 as shown in FIG. 5 may be adopted. The reforming system 1 shown in FIG. 5 further includes a first buffer tank 21 for storing nitrogen separated by the separation unit 6 and a second buffer tank 22 for storing oxygen separated by the separation unit 6. Be prepared. In this case, in the steady state, the air supply unit 4 sends air to the reforming unit 3 and also sends air to the separation unit 6, so that nitrogen and oxygen to be used at the next start-up are stored in each buffer tank. Can be left.

例えば、次回の起動時には、起動と同時に、第１のバッファタンク２１から加熱部７に速やかに窒素を供給することができる。そして、改質触媒３ａが目標温度となったら、第２のバッファタンク２２から改質部３に速やかに酸素を供給することができる。この場合、起動時に必要とされる分離部６のガス流量を少なくできるため、分離部６の小型化が可能となる。すなわち、図１及び図４に示す改質システム１では、分離部６のガス流量は、起動時において、改質触媒３ａを加熱するのに必要な量の窒素をまかなえる大きさに設定する必要がある。これに対し、図５に示す改質システム１では、第１のバッファタンク２１が、予め貯めておいた窒素を用いて改質触媒３ａを加熱することができる。この場合、分離部６は、定常状態において、十分な時間をかけて第１のバッファタンク２１に窒素を貯留できるため、分離部６のガス流量は小さくてもよい。 For example, at the next startup, nitrogen can be quickly supplied from the first buffer tank 21 to the heating unit 7 at the same time as the startup. Then, when the reforming catalyst 3a reaches the target temperature, oxygen can be quickly supplied from the second buffer tank 22 to the reforming unit 3. In this case, since the gas flow rate of the separation unit 6 required at the time of starting can be reduced, the separation unit 6 can be miniaturized. That is, in the reforming system 1 shown in FIGS. 1 and 4, the gas flow rate of the separation unit 6 needs to be set to a size that can cover the amount of nitrogen required to heat the reforming catalyst 3a at the time of starting. is there. On the other hand, in the reforming system 1 shown in FIG. 5, the first buffer tank 21 can heat the reforming catalyst 3a using nitrogen stored in advance. In this case, since the separation unit 6 can store nitrogen in the first buffer tank 21 for a sufficient time in a steady state, the gas flow rate of the separation unit 6 may be small.

また、上記実施形態では、燃料ガスとしてアンモニアガスを使用しているが、本発明は、燃料ガスとして炭化水素ガス等を使用した改質システムにも適用可能である。 Further, in the above embodiment, ammonia gas is used as the fuel gas, but the present invention can also be applied to a reforming system using a hydrocarbon gas or the like as the fuel gas.

１…改質システム、２…原料供給部、３…改質部、３ａ…改質触媒、４…空気供給部、６…分離部、７…加熱部、１３…バルブ（切替部）、２１…第１のバッファタンク、２２…第２のバッファタンク。
1 ... reforming system, 2 ... raw material supply section, 3 ... reforming section, 3a ... reforming catalyst, 4 ... air supply section, 6 ... separation section, 7 ... heating section, 13 ... valve (switching section), 21 ... 1st buffer tank, 22 ... 2nd buffer tank.

Claims

A reforming unit having a reforming catalyst that decomposes a hydrogen-containing raw material into hydrogen and reforming the hydrogen-containing raw material to generate a reformed gas containing hydrogen gas.
A raw material supply unit that supplies the hydrogen-containing raw material to the reforming unit,
A separator that separates air into nitrogen and oxygen,
A reforming system including a heating section that heats the nitrogen separated by the separation section and supplies the nitrogen to the reforming section.

Further, a switching unit for switching the supply destination of the oxygen separated by the separation unit between the reforming unit and another portion is provided.
The switching unit sets the oxygen supply destination to the other portion until the reforming catalyst reaches the target temperature, and when the reforming catalyst reaches the target temperature, the oxygen supply destination is modified. The reforming system according to claim 1, which is set in the quality section.

The raw material supply unit stops supplying the hydrogen-containing raw material until the reforming catalyst reaches the target temperature, and when the reforming catalyst reaches the target temperature, supplies the hydrogen-containing raw material to the reforming unit. The reforming system according to claim 1 or 2.

The modification according to any one of claims 1 to 3, wherein the air supply unit that supplies the air to the separation unit supplies the air to the reforming unit when the reforming catalyst becomes a steady state. Quality system.

A first buffer tank for storing the nitrogen separated by the separation portion, and
The reforming system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a second buffer tank for storing the oxygen separated by the separation unit.