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Abstract
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、燃料、空気及び水蒸気を供給して改質反応により水素を生成する改質装置を備えている。改質装置には、上流側から下流側に向かって、通電により発熱すると共に触媒燃焼によって発熱を促進するハニカム型の触媒ヒータと、主に部分酸化反応を促進するハニカム触媒と、主に自己熱改質(ATR)反応を促進するハニカム触媒とが配設されている。 As a conventional reforming system, for example, the technique described in Patent Document 1 is known. The reforming system described in Patent Document 1 includes a reforming device that supplies fuel, air, and steam to generate hydrogen by a reforming reaction. The reformer includes a honeycomb-type catalyst heater that generates heat by energizing and promotes heat generation by catalytic combustion from the upstream side to the downstream side, a honeycomb catalyst that mainly promotes a partial oxidation reaction, and mainly self-heat. A honeycomb catalyst that promotes the reforming (ATR) reaction is provided.
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、ハニカム触媒の触媒材料によっては、改質装置の起動時に、ハニカム触媒の温度が低いと、ハニカム触媒が酸化状態になることがある。この場合には、ハニカム触媒を十分に還元処理しないと、次の改質装置の起動時にハニカム触媒の酸化反応が進みにくくなる。このため、ハニカム触媒により改質が開始されるまでに時間がかかり、改質装置の起動性能が低下してしまう。 However, the above-mentioned prior art has the following problems. That is, depending on the catalyst material of the honeycomb catalyst, if the temperature of the honeycomb catalyst is low at the time of starting the reformer, the honeycomb catalyst may be in an oxidized state. In this case, if the honeycomb catalyst is not sufficiently reduced, the oxidation reaction of the honeycomb catalyst will not proceed easily when the next reformer is started. Therefore, it takes time for the honeycomb catalyst to start reforming, and the starting performance of the reforming apparatus deteriorates.
本発明の目的は、改質装置の起動性能を向上させ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 improving the starting performance of a reformer.
本発明の一態様に係る改質システムは、燃料ガスを燃焼させて発生した熱を利用して燃料ガスを改質することで、水素を含有した改質ガスを生成する改質装置と、改質装置に燃料ガス及び酸化性ガスを供給するガス供給部と、改質装置及びガス供給部を制御する制御部とを備え、改質装置は、筐体と、筐体内に配置され、燃料ガスを改質する第1触媒及び第2触媒と、第1触媒を加熱するヒータとを有し、筐体の一端側には、燃料ガス及び酸化性ガスを導入する主導入部が設けられており、筐体の他端側には、改質ガスを導出する導出部が設けられており、第2触媒は、第1触媒よりも導出部側に配置されており、筐体には、第1触媒と第2触媒との間に酸化性ガスを導入する補助導入部が更に設けられており、ガス供給部は、主導入部に供給される燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整部と、主導入部及び補助導入部に供給される酸化性ガスの流量を調整する酸化性ガス流量調整部とを有し、制御部は、改質装置の起動時に、主導入部に燃料ガスを供給するように燃料ガス流量調整部を制御し、補助導入部に酸化性ガスを供給すると共に主導入部に酸化性ガスを供給しないように酸化性ガス流量調整部を制御し、ヒータを通電するように制御する第1制御処理を実行し、第1制御処理が実行された後、主導入部に燃料ガスを供給するように燃料ガス流量調整部を制御し、主導入部に酸化性ガスを供給すると共に補助導入部に酸化性ガスを供給しないように酸化性ガス流量調整部を制御する第2制御処理を実行する。 The reforming system according to one aspect of the present invention is a reforming device that generates a reforming gas containing hydrogen by reforming the fuel gas by utilizing the heat generated by burning the fuel gas. It includes a gas supply unit that supplies fuel gas and oxidizing gas to the quality equipment, and a control unit that controls the reforming equipment and the gas supply unit. It has a first catalyst and a second catalyst for reforming the gas, and a heater for heating the first catalyst, and a main introduction portion for introducing a fuel gas and an oxidizing gas is provided on one end side of the housing. , The other end side of the housing is provided with a lead-out portion for leading out the reforming gas, the second catalyst is arranged on the lead-out portion side with respect to the first catalyst, and the housing has the first An auxiliary introduction section for introducing an oxidizing gas is further provided between the catalyst and the second catalyst, and the gas supply section is a fuel gas flow rate adjusting section for adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the main introduction section. It has an oxidizing gas flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the oxidizing gas supplied to the main introduction unit and the auxiliary introduction unit, and the control unit supplies fuel gas to the main introduction unit when the reformer is started. The fuel gas flow rate adjusting unit is controlled so as to supply the oxidizing gas to the auxiliary introduction section, and the oxidizing gas flow rate adjusting section is controlled so as not to supply the oxidizing gas to the main introduction section, and the heater is energized. After the first control process is executed, the fuel gas flow rate adjusting unit is controlled so as to supply the fuel gas to the main introduction unit, and the oxidizing gas is supplied to the main introduction unit. At the same time, the second control process for controlling the oxidizing gas flow rate adjusting unit so as not to supply the oxidizing gas to the auxiliary introduction unit is executed.
このような改質システムにおいては、改質装置の起動時に、改質装置の筐体内に燃料ガス及び酸化性ガスが供給されると共に、ヒータが通電されることで、第1触媒が加熱される。このとき、燃料ガスは、主導入部から筐体内に導入され、第1触媒を通って第2触媒に流れる。酸化性ガスは、補助導入部から筐体内における第1触媒と第2触媒との間に導入され、第2触媒に流れる。そして、第2触媒が酸化して昇温することで、第2触媒の温度が燃料ガスの燃焼可能温度に達すると、第2触媒において燃料ガスが燃焼し、その燃焼熱により燃料ガスが改質され、改質ガスが生成される。第2触媒により生成された改質ガスは、筐体の導出部から導出される。その後、酸化性ガスは、主導入部から筐体内に導入され、第1触媒に流れる。このとき、第1触媒は、ヒータにより加熱されている。このため、第1触媒の温度が燃料ガスの燃焼可能温度に達していると、第1触媒において燃料ガスが燃焼し、その燃焼熱により燃料ガスが改質され、改質ガスが生成される。第1触媒により生成された改質ガスは、第2触媒を通って筐体の導出部から導出される。このとき、改質ガス中に含まれる水素によって、酸化状態となっている第2触媒の還元処理が行われる。従って、次の改質装置の起動時に、第2触媒の酸化反応が進みやすくなるため、第2触媒により燃料ガスの改質が開始されるまでの時間が短縮される。これにより、改質装置の起動性能が向上する。 In such a reforming system, when the reformer is started, the fuel gas and the oxidizing gas are supplied into the housing of the reformer, and the heater is energized to heat the first catalyst. .. At this time, the fuel gas is introduced into the housing from the main introduction portion, passes through the first catalyst, and flows to the second catalyst. The oxidizing gas is introduced from the auxiliary introduction portion between the first catalyst and the second catalyst in the housing and flows to the second catalyst. Then, when the temperature of the second catalyst reaches the combustible temperature of the fuel gas due to the oxidation of the second catalyst and the temperature rise, the fuel gas is burned in the second catalyst, and the fuel gas is reformed by the combustion heat. And a reforming gas is generated. The reformed gas generated by the second catalyst is derived from the out-licensing part of the housing. After that, the oxidizing gas is introduced into the housing from the main introduction portion and flows to the first catalyst. At this time, the first catalyst is heated by the heater. Therefore, when the temperature of the first catalyst reaches the combustible temperature of the fuel gas, the fuel gas is burned in the first catalyst, and the fuel gas is reformed by the combustion heat to generate the reformed gas. The reformed gas produced by the first catalyst is led out from the out-licensing part of the housing through the second catalyst. At this time, the hydrogen contained in the reformed gas is used to reduce the second catalyst in the oxidized state. Therefore, when the next reformer is started, the oxidation reaction of the second catalyst is likely to proceed, so that the time until the reforming of the fuel gas is started by the second catalyst is shortened. As a result, the starting performance of the reformer is improved.
ヒータは、筐体内における第1触媒よりも主導入部側に配置され、通電されると発熱する発熱体を有してもよい。このような構成では、発熱体が通電されると、筐体内に導入された燃料ガスが発熱体により加熱され、その暖められた燃料ガスの熱によって第1触媒が加熱される。従って、燃料ガスを有効利用して第1触媒を加熱することができる。 The heater may have a heating element that is arranged on the main introduction portion side of the housing with respect to the first catalyst and generates heat when energized. In such a configuration, when the heating element is energized, the fuel gas introduced into the housing is heated by the heating element, and the heat of the heated fuel gas heats the first catalyst. Therefore, the first catalyst can be heated by effectively utilizing the fuel gas.
改質システムは、第1触媒または第2触媒の温度を検出する温度検出部を更に備え、制御部は、温度検出部により検出された第1触媒または第2触媒の温度が規定温度以上になると、第2制御処理を実行してもよい。このような構成では、温度検出部により検出された第1触媒または第2触媒の温度が規定温度以上になると、制御部によって筐体内への酸化性ガスの導入箇所が補助導入部から主導入部に切り換えられる。従って、制御部による制御処理を簡素化することができる。 The reforming system further includes a temperature detection unit that detects the temperature of the first catalyst or the second catalyst, and the control unit receives when the temperature of the first catalyst or the second catalyst detected by the temperature detection unit becomes equal to or higher than the specified temperature. , The second control process may be executed. In such a configuration, when the temperature of the first catalyst or the second catalyst detected by the temperature detection unit becomes equal to or higher than the specified temperature, the location where the oxidizing gas is introduced into the housing by the control unit is changed from the auxiliary introduction unit to the main introduction unit. Can be switched to. Therefore, the control process by the control unit can be simplified.
補助導入部は、第2触媒における第1触媒及び第2触媒の配列方向に垂直な方向の中心部に向けて酸化性ガスを導入するように設けられていてもよい。このような構成では、第2触媒の広い範囲に均一性良く酸化性ガスを導入することができる。 The auxiliary introduction portion may be provided so as to introduce the oxidizing gas toward the central portion in the direction perpendicular to the arrangement direction of the first catalyst and the second catalyst in the second catalyst. With such a configuration, the oxidizing gas can be introduced uniformly over a wide range of the second catalyst.
第1触媒及び第2触媒の触媒材料が同じであってもよい。このような構成では、触媒材料が異なる複数種類の触媒を用意しなくて済む。 The catalyst materials of the first catalyst and the second catalyst may be the same. In such a configuration, it is not necessary to prepare a plurality of types of catalysts having different catalyst materials.
本発明によれば、改質装置の起動性能を向上させることができる。 According to the present invention, the starting performance of the reformer can be improved.
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、本発明の一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において、本実施形態の改質システム1は、改質装置2と、アンモニアガス供給源3と、空気供給源4とを備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a reforming system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the reforming system 1 of the present embodiment includes a reforming
改質装置2は、燃料ガスであるアンモニアガス(NH3ガス)を燃焼させて発生した熱を利用してアンモニアガスを改質することで、水素を含有した改質ガスを生成する。
アンモニアガス供給源3は、アンモニアガスを発生させる。アンモニアガス供給源3は、特に図示はしないが、アンモニアを液体状態で貯蔵するアンモニアタンクと、液体のアンモニアを気化させてアンモニアガスを生成する気化器とを有している。
The ammonia
空気供給源4は、アンモニアガスを燃焼させるための酸化性ガスである空気を発生させる。空気供給源4としては、例えば送風機等が用いられる。
The
図2は、改質装置2の断面図である。図2において、改質装置2は、円筒状の筐体5を有している。筐体5は、アンモニアガスに対して耐腐食性を有するステンレス鋼等の金属材料で形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
筐体5は、本体部6と、この本体部6の上流側(一端側)にテーパ部7を介して配置された主導入部8と、本体部6の下流側(他端側)にテーパ部9を介して配置された導出部10と、本体部6に取り付けられた補助導入部11とを有している。つまり、筐体5の一端側には、主導入部8が設けられている。筐体5の他端側には、導出部10が設けられている。筐体5における主導入部8と導出部10との間には、補助導入部11が設けられている。
The
主導入部8は、アンモニアガス及び定常用の空気を本体部6に導入する。定常用の空気とは、改質装置2が起動された後の定常動作時において、アンモニアガスを燃焼させるための空気である。補助導入部11は、起動用の空気を本体部6に導入する。起動用の空気とは、改質装置2の起動時において、アンモニアガスを燃焼させるための空気である。導出部10は、改質装置2により生成された改質ガスを本体部6から導出する。
The
筐体5の内部には、アンモニアガスを水素に分解することでアンモニアガスを改質する定常用改質触媒12及び起動用改質触媒13が筐体5の軸方向に並んで配置されている。起動用改質触媒13は、定常用改質触媒12よりも下流側(導出部10側)に配置されている。定常用改質触媒12及び起動用改質触媒13は、例えばハニカム構造を呈している。定常用改質触媒12及び起動用改質触媒13は、筐体5の本体部6に固定された断面円形状の外周面を有している。定常用改質触媒12の軸方向長さは、起動用改質触媒13の軸方向長さよりも大きい。
Inside the
定常用改質触媒12は、改質装置2の定常動作時においてアンモニアガスを改質する第1触媒である。起動用改質触媒13は、改質装置2の起動時においてアンモニアガスを改質する第2触媒である。
The steady-
定常用改質触媒12及び起動用改質触媒13の触媒材料は、同じである。定常用改質触媒12及び起動用改質触媒13の触媒材料としては、常温(例えば15℃〜25℃程度)で酸化して昇温することが可能な金属材料が使用される。そのような触媒材料としては、例えばコバルト系触媒等が挙げられる。コバルト系触媒は、コバルトを主成分とした触媒である。
The catalyst materials of the reforming
補助導入部11は、筐体5内における定常用改質触媒12と起動用改質触媒13との間に起動用の空気を導入するように、筐体5に設けられている。具体的には、補助導入部11は、起動用改質触媒13の径方向の中心部に向けて起動用の空気を導入するように設けられている。起動用改質触媒13の径方向は、筐体5の軸方向である定常用改質触媒12及び起動用改質触媒13の配列方向に垂直な方向である。補助導入部11は、筐体5の軸方向に対して傾斜する方向に延びている。
The
筐体5内における定常用改質触媒12よりも上流側(主導入部8側)には、定常用改質触媒12を加熱する電気ヒータ14が配置されている。電気ヒータ14は、アンモニアガスが内部を通る発熱体15を有している。
An
発熱体15は、例えばハニカム構造を呈している。発熱体15は、筐体5の本体部6に固定された断面円形状の外周面を有している。発熱体15は、アンモニアガスに対して耐腐食性を有するステンレス鋼等の金属材料で形成されている。発熱体15と定常用改質触媒12との間隔は、定常用改質触媒12と起動用改質触媒13との間隔よりも狭い。
The
発熱体15は、電源(図示せず)により通電されると発熱する。発熱体15が発熱すると、発熱体15自体が昇温すると共に、発熱体15の内部を流れるアンモニアガスが発熱体15の熱により加熱される。そして、加熱されたアンモニアガスが定常用改質触媒12に達すると、高温のアンモニアガスの熱が定常用改質触媒12に伝わることで、定常用改質触媒12が加熱される。なお、定常用改質触媒12よりも下流側に配置された起動用改質触媒13も、アンモニアガスの熱により加熱されてもよい。
The
図1に戻り、アンモニアガス供給源3と改質装置2とは、アンモニアガス流路16を介して接続されている。アンモニアガス流路16の一端は、アンモニアガス供給源3に接続されている。アンモニアガス流路16の他端は、筐体5の主導入部8に接続されている。アンモニアガス流路16は、アンモニアガス供給源3から主導入部8にアンモニアガスが流れる流路である。
Returning to FIG. 1, the ammonia
空気供給源4と改質装置2とは、空気流路17,18を介して接続されている。空気流路17の一端は、空気供給源4に接続されている。空気流路17の他端は、筐体5の主導入部8に接続されている。空気流路17は、空気供給源4から主導入部8に定常用の空気が流れる流路である。空気流路18の一端は、空気流路17に接続されている。空気流路18の他端は、筐体5の補助導入部11に接続されている。空気流路18は、空気供給源4から補助導入部11に起動用の空気が流れる流路である。
The
アンモニアガス流路16には、アンモニアガスバルブ19が配設されている。アンモニアガスバルブ19は、筐体5の主導入部8に供給されるアンモニアガスの流量を調整する燃料ガス流量調整部を構成している。アンモニアガスバルブ19としては、電磁式の流量制御弁が使用される。
An
空気流路17には、定常用空気バルブ20が配設されている。定常用空気バルブ20は、筐体5の主導入部8に供給される定常用の空気の流量を調整するバルブである。空気流路18には、起動用空気バルブ21が配設されている。起動用空気バルブ21は、筐体5の補助導入部11に供給される起動用の空気の流量を調整するバルブである。定常用空気バルブ20及び起動用空気バルブ21は、筐体5の主導入部8及び補助導入部11に供給される空気の流量を調整する酸化性ガス流量調整部を構成している。定常用空気バルブ20及び起動用空気バルブ21としては、電磁式の流量制御弁が使用される。
A steady-
アンモニアガス供給源3、空気供給源4、アンモニアガス流路16、空気流路17,18、アンモニアガスバルブ19、定常用空気バルブ20及び起動用空気バルブ21は、改質装置2にアンモニアガス及び空気を供給するガス供給部22を構成している。
Ammonia
改質装置2には、改質ガス流路23を介して水素利用装置24が接続されている。改質ガス流路23の一端は、筐体5の導出部10に接続されている。改質ガス流路23の他端は、水素利用装置24に接続されている。改質ガス流路23は、改質装置2から水素利用装置24に改質ガスが流れる流路である。
A
水素利用装置24は、改質ガスに含まれる水素を利用する装置である。水素利用装置24としては、例えば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の燃焼装置、或いは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等が挙げられる。
The
また、改質システム1は、温度センサ25と、コントローラ26とを備えている。温度センサ25は、起動用改質触媒13の温度を検出する温度検出部である。温度センサ25は、例えば筐体5における起動用改質触媒13に対応する部分の温度を検出してもよいし、起動用改質触媒13の温度を直接検出してもよい。
Further, the reforming system 1 includes a
コントローラ26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26は、改質装置2及びガス供給部22を制御する制御部である。コントローラ26は、第1制御処理部27と、第2制御処理部28とを有している。
The
第1制御処理部27は、改質装置2の起動時に、筐体5の主導入部8にアンモニアガスを供給するようにアンモニアガスバルブ19を制御し、筐体5の補助導入部11に空気を供給するように起動用空気バルブ21を制御し、筐体5の主導入部8に空気を供給しないように定常用空気バルブ20を制御し、電気ヒータ14を通電するように制御する第1制御処理を実行する。
The first
第2制御処理部28は、第1制御処理が実行された後、筐体5の主導入部8にアンモニアガスを供給するようにアンモニアガスバルブ19を制御し、筐体5の主導入部8に空気を供給するように定常用空気バルブ20を制御し、筐体5の補助導入部11に空気を供給しないように起動用空気バルブ21を制御する第2制御処理を実行する。
After the first control process is executed, the second
図3は、コントローラ26により実行される制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。本処理は、手動スイッチ等により改質装置2の起動が指示されると、実行される。なお、本処理の実行前は、アンモニアガスバルブ19、定常用空気バルブ20及び起動用空気バルブ21は、何れも全閉状態となっている。
FIG. 3 is a flowchart showing the details of the procedure of the control process executed by the
図3において、コントローラ26は、まず改質装置2の起動が指示されると、電気ヒータ14の電源をON制御することで、電気ヒータ14の発熱体15を通電させる(手順S101)。続いて、コントローラ26は、アンモニアガスバルブ19及び起動用空気バルブ21を開くように制御する(手順S102)。
In FIG. 3, when the start of the
すると、改質装置2にアンモニアガス及び起動用の空気が供給される。このとき、図4(a)に示されるように、筐体5の主導入部8より筐体5内にアンモニアガスが導入されると共に、筐体5の補助導入部11より筐体5内に起動用の空気が導入される。そして、起動用改質触媒13において、アンモニアガスが燃焼し、その燃焼熱によりアンモニアガスが改質される。また、電気ヒータ14によりアンモニアガスが加熱され、そのアンモニアガスの熱により定常用改質触媒12が加熱される。
Then, ammonia gas and starting air are supplied to the
続いて、コントローラ26は、温度センサ25の検出値を取得する(手順S103)。そして、コントローラ26は、温度センサ25の検出値に基づいて、起動用改質触媒13の温度が規定温度T1(図5(e)参照)以上であるかどうかを判断する(手順S104)。
Subsequently, the
規定温度T1は、定常用改質触媒12によりアンモニアガスの改質が可能となる温度(改質可能温度)に応じた温度であり、予め実験等により決定されている。なお、コントローラ26は、起動用改質触媒13の温度が規定温度T1以上である状態が規定時間だけ継続したときに、起動用改質触媒13の温度が規定温度T1以上であると判定してもよい。コントローラ26は、起動用改質触媒13の温度が規定温度T1以上でないと判断したときは、手順S103を再度実行する。
The specified temperature T1 is a temperature corresponding to the temperature at which ammonia gas can be reformed by the steady-state reforming catalyst 12 (reformable temperature), and is determined in advance by experiments or the like. The
コントローラ26は、起動用改質触媒13の温度が規定温度T1以上であると判断したときは、電気ヒータ14の電源をOFF制御することで、電気ヒータ14の発熱体15の通電を停止させる(手順S105)。続いて、コントローラ26は、起動用空気バルブ21を閉じるように制御すると共に、定常用空気バルブ20を開くように制御する(手順S106)。
When the
すると、改質装置2への起動用の空気の供給が停止すると共に、改質装置2に定常用の空気が供給される。このとき、図4(b)に示されるように、筐体5の主導入部8より筐体5内に定常用の空気が導入される。そして、定常用改質触媒12において、アンモニアガスが燃焼し、その燃焼熱によりアンモニアガスが改質される。
Then, the supply of the starting air to the
ここで、第1制御処理部27は、上記の手順S101,S102を実行する。第2制御処理部28は、上記の手順S103〜S106を実行する。
Here, the first
以上のような改質システム1において、改質装置2の起動が指示されると、電気ヒータ14の電源がON制御されると共に、アンモニアガスバルブ19及び起動用空気バルブ21が開弁する。すると、電気ヒータ14の発熱体15が通電され、発熱体15が昇温する(図5(d)参照)。また、アンモニアガス及び起動用の空気が改質装置2の筐体5内に供給される(図5(a),(b)参照)。
In the reforming system 1 as described above, when the reforming
アンモニアガスは、筐体5の主導入部8より筐体5内に導入される。そして、発熱体15によりアンモニアガスが加熱され、その暖められたアンモニアガスの熱が定常用改質触媒12に伝わることで、定常用改質触媒12が加熱されて昇温する(図5(f)参照)。そして、アンモニアガスは、定常用改質触媒12を通過して起動用改質触媒13に流れる。
Ammonia gas is introduced into the
また、起動用の空気は、図4(a)に示されるように、筐体5の補助導入部11より筐体5内に導入され、起動用改質触媒13に流れる。起動用改質触媒13は、常温で酸化して昇温する。そして、起動用改質触媒13の温度がアンモニアガスの燃焼が可能となる温度(燃焼可能温度)に達すると、起動用改質触媒13によってアンモニアガスが燃焼する。具体的には、下記式のように、一部のアンモニアと空気中の酸素とが化学反応して、燃焼熱が発生する(発熱反応)。
NH3+3/4O2→1/2N2+3/2H2O …(A)
Further, as shown in FIG. 4A, the starting air is introduced into the
NH 3 + 3/4O 2 → 1 / 2N 2 + 3 / 2H 2 O… (A)
そして、燃焼熱により起動用改質触媒13の温度が改質可能温度に達すると、起動用改質触媒13によってアンモニアガスが改質される。具体的には、下記式のように、アンモニアの分解反応が起こり(吸熱反応)、水素がリッチな状態の改質ガスが生成される。改質ガスは、筐体5の導出部10より導出され、水素利用装置24に供給される。
NH3→3/2H2+1/2N2 …(B)
Then, when the temperature of the
NH 3 → 3 / 2H 2 + 1 / 2N 2 … (B)
そして、起動用改質触媒13の温度が規定温度T1に達した後、起動用改質触媒13により生成される水素の流量が一定値となる(図5(g)参照)。また、電気ヒータ14の電源がOFF制御されると共に、起動用空気バルブ21が閉弁し、定常用空気バルブ20が開弁する。
Then, after the temperature of the
すると、電気ヒータ14の発熱体15の通電が停止し、発熱体15が降温する(図5(d)参照)。また、改質装置2の筐体5内への起動用の空気の供給が停止する(図5(b)参照)と共に、定常用の空気が改質装置2の筐体5内に供給される(図5(c)参照)。
Then, the energization of the
起動用の空気は、図4(b)に示されるように、筐体5の主導入部8より筐体5内に導入され、定常用改質触媒12に流れる。そして、定常用改質触媒12において、上記の(A)式及び(B)式のように、アンモニアガスが燃焼し、その燃焼熱によりアンモニアガスが改質される。このとき、定常用改質触媒12は、電気ヒータ14により改質可能温度まで十分に温められているため、酸化しにくい。また、アンモニアガスの燃焼及び改質は、ほぼ同時に開始される。
As shown in FIG. 4B, the starting air is introduced into the
定常用改質触媒12により生成された改質ガスは、起動用改質触媒13を通過し、筐体5の導出部10より導出され、水素利用装置24に供給される。このとき、改質ガスに含有された高温の水素ガス及びアンモニアガスが起動用改質触媒13を流れるため、酸化状態の起動用改質触媒13が水素ガス及びアンモニアガスにより還元される。
The reforming gas generated by the steady-
図6は、比較例としての改質装置の断面図である。図6において、本比較例の改質装置50では、筐体5内における電気ヒータ14よりも下流側に改質触媒51が配置されている。改質触媒51の触媒材料は、常温で酸化可能なコバルト系触媒等の金属材料である。なお、筐体5には、上記の補助導入部11は設けられていない。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a reformer as a comparative example. In FIG. 6, in the reforming
改質装置50の起動時に、筐体5内にアンモニアガス及び空気が導入されると、改質触媒51によってアンモニアガスが燃焼し、その燃焼熱によりアンモニアガスが改質される。このとき、改質触媒51は、常温で酸化する。このため、改質触媒51の温度がアンモニアガスの燃焼可能温度に到達するまでは、改質触媒51は酸化状態になりやすい。改質触媒51が酸化状態になると、次の改質装置50の起動時に、改質触媒51の酸化反応が進みにくくなるため、改質触媒51の温度が改質可能温度に到達するまでに時間がかかる。その結果、改質装置50の起動性能が低下してしまう。
When ammonia gas and air are introduced into the
そのような問題に対し、本実施形態では、改質装置2の起動時に、改質装置2の筐体5内にアンモニアガス及び空気が供給されると共に、電気ヒータ14が通電されることで、定常用改質触媒12が加熱される。このとき、アンモニアガスは、筐体5の主導入部8から筐体5内に導入され、定常用改質触媒12を通って起動用改質触媒13に流れる。空気は、筐体5の補助導入部11から筐体5内における定常用改質触媒12と起動用改質触媒13との間に導入され、起動用改質触媒13に流れる。そして、起動用改質触媒13が酸化して昇温することで、起動用改質触媒13の温度がアンモニアガスの燃焼可能温度に達すると、起動用改質触媒13においてアンモニアガスが燃焼し、その燃焼熱によりアンモニアガスが改質され、改質ガスが生成される。起動用改質触媒13により生成された改質ガスは、筐体5の導出部10から導出される。その後、空気は、筐体5の主導入部8から筐体5内に導入され、定常用改質触媒12に流れる。このとき、定常用改質触媒12は、電気ヒータ14により加熱されている。このため、定常用改質触媒12の温度がアンモニアガスの燃焼可能温度に達していると、定常用改質触媒12においてアンモニアガスが燃焼し、その燃焼熱によりアンモニアガスが改質され、改質ガスが生成される。定常用改質触媒12により生成された改質ガスは、起動用改質触媒13を通って筐体5の導出部10から導出される。このとき、改質ガス中に含まれる水素によって、酸化状態となっている起動用改質触媒13の還元処理が行われる。従って、次の改質装置2の起動時に、起動用改質触媒13の酸化反応が進みやすくなるため、起動用改質触媒13によりアンモニアガスの改質が開始されるまでの時間が短縮される。これにより、改質装置2の起動性能が向上する。
In response to such a problem, in the present embodiment, when the
また、本実施形態では、電気ヒータ14の発熱体15が通電されると、筐体5内に導入されたアンモニアガスが発熱体15により加熱され、その暖められたアンモニアガスの熱によって定常用改質触媒12が加熱される。従って、アンモニアガスを有効利用して定常用改質触媒12を加熱することができる。
Further, in the present embodiment, when the
また、本実施形態では、温度センサ25により検出された起動用改質触媒13の温度が規定温度以上になると、コントローラ26によって筐体5内への空気の導入箇所が補助導入部11から主導入部8に切り換えられる。従って、コントローラ26による制御処理を簡素化することができる。
Further, in the present embodiment, when the temperature of the
また、本実施形態では、筐体5の補助導入部11は、起動用改質触媒13の径方向の中心部に向けて空気を導入するように設けられている。このため、起動用改質触媒13の広い範囲に均一性良く空気を導入することができる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、定常用改質触媒12及び起動用改質触媒13の触媒材料が同じであるので、触媒材料が異なる複数種類の改質触媒を用意しなくて済む。
Further, in the present embodiment, since the catalyst materials of the steady-
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、温度センサ25により検出された起動用改質触媒13の温度が規定温度T1以上になると、第2制御処理部28による第2制御処理が実行されているが、特にそのような形態には限られない。温度センサ25により定常用改質触媒12の温度を検出し、定常用改質触媒12の温度が規定温度以上になると、第2制御処理部28による第2制御処理を実行してもよい。この場合には、温度センサ25は、例えば筐体5における定常用改質触媒12に対応する部分の温度を検出してもよいし、定常用改質触媒12の温度を直接検出してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, when the temperature of the
また、温度センサ25を使用しなくてもよく、例えばアンモニアガスの流量、空気の流量、時間及び室温等に基づいて、定常用改質触媒12または起動用改質触媒13の温度を推定してもよい。
Further, the
また、上記実施形態では、電気ヒータ14によりアンモニアガスが加熱され、そのアンモニアガスの熱が定常用改質触媒12に伝熱されることで、定常用改質触媒12が加熱されているが、特にその形態には限られず、例えば定常用改質触媒12を直接加熱するヒータを使用してもよい。
Further, in the above embodiment, the ammonia gas is heated by the
また、上記実施形態では、筐体5の補助導入部11は、起動用改質触媒13の径方向の中心部に向けて空気を導入するように、筐体5の軸方向に対して傾斜して延びるように設けられているが、特にそのような形態には限られない。補助導入部11は、筐体5内における定常用改質触媒12と起動用改質触媒13との間に空気を導入するのであれば、筐体5の軸方向に対して垂直な方向に延びるように設けられていてもよい。また、補助導入部11は、起動用改質触媒13における径方向の中心部からずれた位置に向けて空気を導入するように設けられていてもよい。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、アンモニアガス流路16には、燃料ガス流量調整部であるアンモニアガスバルブ19が配設され、空気流路17,18には、酸化性ガス流量調整部である定常用空気バルブ20及び起動用空気バルブ21がそれぞれ配設されているが、燃料ガス流量調整部及び酸化性ガス流量調整部としては、特にそのような形態には限られない。例えば、空気流路17,18の合流点に、筐体5の主導入部8及び補助導入部11へ流れる空気の流量の分配比率を調整する3方弁タイプの流量調整弁を配設してもよい。この場合には、1つの3方弁タイプの流量調整弁が酸化性ガス流量調整部を構成することとなる。また、燃料ガス流量調整部及び酸化性ガス流量調整部は、圧縮機やポンプ等であってもよい。
Further, in the above embodiment, the ammonia
また、上記実施形態では、筐体5は円筒状を呈しているが、特にその形態には限られず、例えば筐体5は角筒状を呈していてもよい。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、定常用改質触媒12及び起動用改質触媒13の触媒材料が同じであるが、特にその形態には限られず、定常用改質触媒12及び起動用改質触媒13の触媒材料が異なっていてもよい。
Further, in the above embodiment, the catalyst materials of the steady-
また、上記実施形態では、燃料ガスとしてアンモニアガスが使用されているが、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.
また、上記実施形態では、酸化性ガスとして空気が使用されているが、本発明は、酸化性ガスとして酸素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, air is used as the oxidizing gas, but the present invention can also be applied to a reforming system using oxygen as the oxidizing gas.
1…改質システム、2…改質装置、5…筐体、8…主導入部、10…導出部、11…補助導入部、12…定常用改質触媒(第1触媒)、13…起動用改質触媒(第2触媒)、14…電気ヒータ(ヒータ)、15…発熱体、19…アンモニアガスバルブ(燃料ガス流量調整部)、20…定常用空気バルブ(酸化性ガス流量調整部)、21…起動用空気バルブ(酸化性ガス流量調整部)、22…ガス供給部、25…温度センサ(温度検出部)、26…コントローラ(制御部)。 1 ... reforming system, 2 ... reforming device, 5 ... housing, 8 ... main introduction part, 10 ... out-licensing part, 11 ... auxiliary introduction part, 12 ... steady-state reforming catalyst (first catalyst), 13 ... start For reforming catalyst (second catalyst), 14 ... electric heater (heater), 15 ... heating element, 19 ... ammonia gas valve (fuel gas flow rate adjusting section), 20 ... stationary air valve (oxidizing gas flow rate adjusting section), 21 ... Starting air valve (oxidizing gas flow rate adjusting unit), 22 ... Gas supply unit, 25 ... Temperature sensor (temperature detection unit), 26 ... Controller (control unit).
Claims (5)
前記改質装置に前記燃料ガス及び酸化性ガスを供給するガス供給部と、
前記改質装置及び前記ガス供給部を制御する制御部とを備え、
前記改質装置は、
筐体と、
前記筐体内に配置され、前記燃料ガスを改質する第1触媒及び第2触媒と、
前記第1触媒を加熱するヒータとを有し、
前記筐体の一端側には、前記燃料ガス及び前記酸化性ガスを導入する主導入部が設けられており、
前記筐体の他端側には、前記改質ガスを導出する導出部が設けられており、
前記第2触媒は、前記第1触媒よりも前記導出部側に配置されており、
前記筐体には、前記第1触媒と前記第2触媒との間に前記酸化性ガスを導入する補助導入部が更に設けられており、
前記ガス供給部は、
前記主導入部に供給される前記燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整部と、
前記主導入部及び前記補助導入部に供給される前記酸化性ガスの流量を調整する酸化性ガス流量調整部とを有し、
前記制御部は、
前記改質装置の起動時に、前記主導入部に前記燃料ガスを供給するように前記燃料ガス流量調整部を制御し、前記補助導入部に前記酸化性ガスを供給すると共に前記主導入部に前記酸化性ガスを供給しないように前記酸化性ガス流量調整部を制御し、前記ヒータを通電するように制御する第1制御処理を実行し、
前記第1制御処理が実行された後、前記主導入部に前記燃料ガスを供給するように前記燃料ガス流量調整部を制御し、前記主導入部に前記酸化性ガスを供給すると共に前記補助導入部に前記酸化性ガスを供給しないように前記酸化性ガス流量調整部を制御する第2制御処理を実行する改質システム。 A reformer that produces a reformed gas containing hydrogen by reforming the fuel gas using the heat generated by burning the fuel gas.
A gas supply unit that supplies the fuel gas and the oxidizing gas to the reformer,
It is provided with the reformer and a control unit that controls the gas supply unit.
The reformer
With the housing
A first catalyst and a second catalyst arranged in the housing and reforming the fuel gas,
It has a heater that heats the first catalyst.
A main introduction portion for introducing the fuel gas and the oxidizing gas is provided on one end side of the housing.
On the other end side of the housing, a lead-out portion for leading out the reformed gas is provided.
The second catalyst is arranged closer to the lead-out unit than the first catalyst.
The housing is further provided with an auxiliary introduction section for introducing the oxidizing gas between the first catalyst and the second catalyst.
The gas supply unit
A fuel gas flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the fuel gas supplied to the main introduction unit, and a fuel gas flow rate adjusting unit.
It has an oxidizing gas flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the oxidizing gas supplied to the main introduction unit and the auxiliary introduction unit.
The control unit
When the reformer is started, the fuel gas flow rate adjusting unit is controlled so as to supply the fuel gas to the main introduction unit, the oxidizing gas is supplied to the auxiliary introduction unit, and the main introduction unit is supplied with the oxidizing gas. The first control process of controlling the oxidizing gas flow rate adjusting unit so as not to supply the oxidizing gas and controlling the heater to be energized is executed.
After the first control process is executed, the fuel gas flow rate adjusting unit is controlled so as to supply the fuel gas to the main introduction unit, the oxidizing gas is supplied to the main introduction unit, and the auxiliary introduction is performed. A reforming system that executes a second control process for controlling the oxidizing gas flow rate adjusting unit so as not to supply the oxidizing gas to the unit.
前記制御部は、前記温度検出部により検出された前記第1触媒または前記第2触媒の温度が規定温度以上になると、前記第2制御処理を実行する請求項1または2記載の改質システム。 A temperature detection unit for detecting the temperature of the first catalyst or the second catalyst is further provided.
The reforming system according to claim 1 or 2, wherein the control unit executes the second control process when the temperature of the first catalyst or the second catalyst detected by the temperature detection unit becomes equal to or higher than a specified temperature.
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